[发明专利]一种用于制备第二代高温超导材料的金属基带的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导材料的制备领域，尤其是一种对第二代高温超导材料制备所需采用的金属基带的表面处理方法。

背景技术

第二代高温超导线材是以ReBCO(其中Re＝Y或稀土元素，B＝Ba，C＝Cu)为基础的金属氧化物，具有临界电流温度高于液氮温度的特性。众所周知，ReBCO具有高温超导特性的基本要求是ReBCO必须形成双轴定向生长的晶体结构，从而也就要求用于生长ReBCO高温超导材料的衬底必须具有相同的晶体结构。Iijima等在1993年首先提出了采用离子辅助沉积(ion-beam assisted deposition，IBAD)方法制备具有双轴定向生长结构的MgO薄膜晶体(IEEE Transactions on Applied Superconductivity vol.3，No.1，Pt.3，pp.1510-1515，March，1993)。在此基础上，采用磁控溅射镀膜工艺在MgO薄膜上形成LMO(LMO＝La-Mn-O)过渡层，再采用金属有机化学气相沉积(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)或脉冲激光沉积(pulsed laser deposition，PLD)工艺，就可以制备具有高临界电流特性的高温超导线材。然而，研究表明，采用IBAD工艺制备具有双轴定向生长结构的MgO薄膜晶体的首要条件是必须采用表面粗糙度(RMS)＜1nm的衬底。然而目前市售的高规格金属基带，其表面粗糙度大约在75nm左右，更一般的则大于100nm，无法满足高温超导材料的制备要求。因此对于原始金属基带，在制作超导层之前，往往需要对金属基带进行表面处理，使原始金属基带的表面粗糙度＜1nm。

美国专利US7811972中阐述了一种机械抛光方法。采用粗抛和细抛的两步处理，可以得到表面粗糙度RMS＜1nm的金属基带。但由于抛光速度只有每小时5米，大大地低于后续的IBAD工艺(镀膜速度＞100米/小时)和MOCVD(镀膜速度＞60米/小时)，所以不能适合大规模工业化生产的应用。

美国专利US7,169,286中描述了电化学抛光的方法，有效地获得了RMS＜1nm金属基带。实践证明，该专利所描述的有效的电化学抛光工艺，对采用的原始金属基带的表面粗糙度要求非常高，必须达到RMS＜30nm。对于如此高质量要求的原始金属基带，是很难在市场上购买。即使可以在短期内在市场上获得，也难以保证得到长期的大量提供的货源。另外，这种电化学抛光应用到幅面比较大的基带时，在均匀性上往往会出现问题，比如在基带的某些区域表面粗糙度能够达到＜0.5nm，而其他区域则有可能超过1nm。这样就没有办法在大幅面的金属基带上制作超导材料。

还有一种方法，是通过金属有机沉积(Metal Organic Deposition，MOD)工艺，在原始金属基带表面涂布金属有机溶液，干燥后在金属基带表面沉积金属氧化物薄膜，使表面粗糙度达到制备要求。考虑到后续制作超导层的需要，在选择金属氧化物沉积薄膜的时候，往往只能选择Al₂O₃或Y₂O₃单元金属氧化物体系的薄膜。然而这几种薄膜如果在没有经过前期处理的金属基带上直接成膜，为了达到表面粗糙度RMS＜1nm的水平，所采用的金属有机沉积工艺需要的沉积次数很多，使表面粗糙度从30nm下降到1nm往往需要20至30次以上的薄膜沉积，因此大大影响了生产效率。

因此，为了保证长期的，稳定的，大量的工业化生产第二代高温超导线材，必须形成一个可靠的，可行的，稳定的工艺技术，制备高质量的，表面粗糙度RMS＜1nm的基带衬底，满足IBAD工艺的需求，得到具有高质量的双轴定向生长结构的MgO晶体薄膜，从而得到具有高临界电流特性的高温超导材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种超导材料基带的表面处理方法，主要应用于第二代高温超导材料的金属基带的表面粗糙度处理上。该表面处理方法能够使得原始金属基带的表面粗糙度有效降低到1nm以下的同时，保证工艺的可靠度和速率，大大提高后续超导材料的制作质量和效率。

根据上述目的提出的一种用于制备第二代高温超导材料的金属基带的表面处理方法，包括步骤：

提供一原始金属基带，对该原始金属基带进行表面粗糙度测量；

依据上述测量结果，选择第一表面平整处理工艺，对所述原始金属基带进行第一阶段表面平整处理，使该原始金属基带的表面粗糙度小于5nm；