[发明专利]一种高分子辅助沉积高温超导涂层导体超导层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导材料制备方法，尤其涉及一种高温超导涂层导体的超导层的制备方法。

背景技术

1986年新型高温超导材料钇钡铜氧(YBCO)的发现把超导转变温度T_c从原有的30K提高到90K以上，取得了液氮温度以上超导材料应用的重大突破。这一重要发现不仅在固体物理理论方面，而且在高温超导材料潜在的应用方面开辟了新纪元。但是由于YBCO块材本身存在晶界弱连接问题，直接影响了磁场下超导临界电流密度的提高，从而限制了YBCO块材的实际应用范畴。

与YBCO块材相比，二代带材——YBCO涂层导体中基于双轴织构的超导层，可以承载较大的输运电流，成为了有前景的符合实际应用的高温超导材料。YBCO涂层导体，主要应用于电力系统。如利用超导带材绕制成的超导磁体，磁场强而均匀，有传统磁体无法比拟的优势。又如采用高温超导带材绕制成的超导电动机，也具有体积小、功率大、能耗小的优势。

YBCO涂层导体由由金属基带、缓冲层、超导层和保护层构成。现有制备高温超导涂层导体的超导层的方法，主要有原位物理气相沉积法和异位化学溶液沉积法两大类。原位物理气相沉积法主要包括脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射(Magnetic Sputtering)、电子束共蒸(e-beam co-evaporation)、倾斜基带沉积(ISD)等方法。该类方法的优点是原位制备薄膜，无需后续的烧结成相，制备的薄膜表面平整、致密、无微裂纹产生，而且可以承载很高的临界电流。其缺点是：所需设备造价昂贵，难以实现涂层导体的大规模商业化应用。

化学溶液沉积法主要包括溶胶凝胶法、金属有机物沉积法、混合法等方法。化学溶液沉积法通过起始原料中金属阳离子的精确化学计量比，确定出超导材料中各组分的配比，无需物理方法制备中所需的真空条件，大大节约了生产成本，有利于超导涂层的大规模批量化生产。但现有的制备方法中存在以下的不足：金属有机物沉积法中，添加了含量超过了20％的高分子材料，而分解成膜过程中高分子化合物质量的大量损失，会导致超导膜表面形成大量的孔洞和微裂纹，从而降低了超导层的载流性能。在化学溶液法中，制备超导层的成相工艺基本采用在氩气气氛下将炉温升至750-800℃，并保温1到3小时使分解后的先驱薄膜转化为REBa₂Cu₃O_7-x四方相，其中RE为稀土元素Y(钇)、Nd(钕)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)中的一种，然后在350-500℃干燥的氧气氛中退火得到超导的REBa₂Cu₃O_7-x正交相。采用此种成相工艺制备的薄膜表面起伏相对较大而且存在相对较多的孔洞和微裂纹，这样的表面微观结构同样使薄膜的超导性能降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分子辅助沉积高温超导涂层导体超导层的方法。该方法成本低、工艺简单，尤其适用于大规模的工业化生产；制备的高温超导涂层导体超导层，具有高度双轴织构、表面平整致密、超导性能好。

本发明实现其发明目的，所采用的第一种技术方案是：

一种高分子辅助沉积高温超导涂层导体超导层的方法，其具体作法是：

a、前驱溶液制备：将稀土乙酸盐、乙酸钡、乙酸铜按稀土∶钡∶铜的化学计量比1∶2∶3的比例溶解于丙酸中，得前驱溶液；

b、涂层胶体制备：在a步的前驱溶液中，加入高分子材料：聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或聚乙二醇(PEG)或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，加入的高分子材料与前驱溶液的质量比为2-8∶100，充分搅拌，得到涂层胶体；

c、涂敷与干燥：将b步制备的涂层胶体涂敷于基片上，在基片上形成薄膜，在100-200℃温度范围内进行干燥，干燥时间为5-20分钟；

d、分解热处理：将c步干燥后的薄膜置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以1-5℃/min的速度从室温升至100-150℃；然后向炉中通入露点为10-20℃的水蒸汽，同时通入氩气形成潮湿的氩气保护气氛，以0.25-1.5℃/min的速度升温至450-500℃，保温0.5-2小时；随后再在干燥的氩气气氛中，自然冷却至室温；