[发明专利]一种制备高温超导涂层导体La2Zr2O7缓冲层薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于高温超导材料制备技术领域，尤其涉及高温超导涂层导体缓冲层薄膜的制备技术。

背景技术

第二代高温超导带材即稀土钡铜氧ReBCO涂层导体，由于其优良的本征电磁特性，尤其是其在高磁场下优良的载流能力，在电力系统中拥有广阔的应用前景。

涂层导体的高温超导层的成分为ReBa₂Cu₃O_x(简称ReBCO，Re为钇或镧系元素)。对于超导线材、超导磁体等实际应用领域，脆性的ReBCO高温氧化物超导材料必须涂覆在机械性能(强度、韧性)优良的金属衬底上才能减少或避免加工或使用过程中的机械损伤。另外，这种衬底材料还需具有良好的导电性和导热性，以避免使用过程中由于局部失超引发的系统失效和崩溃。

ReBCO高温超导层材料由于本身的层状结构，导致极强的各向异性，晶格的ab面上的负载电流能力远远高于c轴方向。ReBCO高温超导材料的载流性能对a、b方向上的晶格失配极为敏感，大的晶格失配角将会形成弱连接，严重影响其载流能力。研究表明，ReBCO的载流能力随a、b方向上晶格失配角的增大而指数衰减。要减小a、b方向上晶格失配角，降低弱连接效应，保证ReBCO的载流能力，外延织构成了其制备技术中不可或缺的工艺过程。迄今为止，国内外公认的最佳衬底材料为Ni基合金材料。而Ni基合金和ReBCO高温超导材料的ab面存在一定的晶格失配，直接在Ni基合金基带上外延生长ReBCO高温超导材料几乎是不可能的。再者，在ReBCO的成相热处理过程中Ni基合金与ReBCO之间会有较强的相互扩散和化学反应，这就严重影响了ReBCO的超导性能。因此，在Ni基合金衬底和ReBCO之间必须增加一层缓冲层材料，既要充当从Ni基合金到ReBCO外延生长的中间模板，又要阻挡两种材料的相互扩散，主要是Ni和ReBCO中的Cu的相互扩散，这样才能保证制备出性能优良的ReBCO高温超导涂层导体。因此，高温超导涂层导体都具有衬底、缓冲层(至少一层)和ReBCO超导涂层三层结构。

近年来，La₂Zr₂O₇作为涂层导体的缓冲层，由于其优良的热稳定性以及与Ni基合金和YBCO很好的化学匹配性，成为涂层导体研究的热点。并且有关化学溶液法制备La₂Zr₂O₇缓冲层的报道很多。Chirayil等人首先进行了La₂Zr₂O₇的化学制备，在NiW基带上利用镧的异丙醇盐和锆的正丙醇盐制备了双轴织构的La₂Zr₂O₇缓冲层。Sathyamurthy等人开展了深入的研究，开发了La₂Zr₂O₇长带的制备技术。S Engel等人以镧和锆的戊二醇盐为前驱物制得了La₂Zr₂O₇薄膜。分别参见：文献1、T.G.Chirayil，M.Paranthaman，D.B.Beach，D.F.Lee，A.Goyal，R.K.Williams，X.Cui，D.M.Kroeger，R.Feenstra，D.T.Verebelyi and D.K.Christen.Epitaxial growth of La2Zr2O7 thin films on rolled Ni-substrates by sol-gel process for high Tc superconducting tapes.Physica C.2000，336：63；文献2、S.Sathyamurthy，M.Paranthaman and H.Y.Zhai.Lanthanum zirconate：a single buffer layer processed by solution deposition for coated conductor fabrication.J.Mater.Res.2002，17：2181；文献3、S.Engel，K.Knoth，R.Huhne，L.Schultz and B.Holzapfel.An all chemical solution deposition approach for the growth of highly textured CeO₂ cap layers on La₂Zr₂O₇-buffered long lengths of biaxiallytextured Ni W substrates for YBCO-coated conductors.Supercond.Sci.Technol.2005，18：1385。