[发明专利]一种YBCO涂层导体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种第二代高温超导带材的制备方法，特别涉及一种YBCO涂层导体的制备方法。

背景技术

第二代高温超导带材是指以YBCO-123系超导材料为主的稀土类钡铜氧化物超导涂层导体。它由金属合金基带、种子层、阻挡层、帽子层、稀土钡铜氧超导层、保护层以及稳定层等构成，是一种多层结构。与第一代Bi系高温超导带材相比，第二代高温超导带材在高磁场下有负载高电流的能力，可以在较高的温度和磁场下应用，是各国在高温超导领域竞相研究开发的焦点。目前，国际上至少有5家单位都制备出了长度超过500m,Ic超过250A的带材。尤其是日本的Fuikura公司，2011年度制备出了长度为816.4m，平均电流为572A的YBCO涂层导体，其I×L值到达466,981Am，创造了新的世界记录，向批量生产迈出了一大步。但是现在制备YBCO带材的成本仍然是铜线的50倍，必须进一步提高YBCO涂层导体的性能才能满足更广泛的要求。

YBCO作为涂层导体能够在强电领域应用，主要是由于它具有能够负载电流且不损耗的特性。对同一根带材来说，增加它的临界电流密度（Jc）也就提高了它的载流能力。因此提高YBCO超导膜的临界电流密度是近几年来的研究热点。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室和剑桥大学的J.L.MacManus-Driscoll等人则在YBCO陶瓷靶中直接掺入氧化锆和过量的钡粉末，采用PLD法按照制备YBCO薄膜的工艺条件得到了含有尺寸为10nm的BaZrO₃（BZO）颗粒的复合薄膜。其临界电流密度在整个外加磁场都高于纯YBCO薄膜的临界电流密度，尤其是在外加磁场为7T时，它的临界电流密度是纯YBCO薄膜的五倍。西班牙巴塞罗那大学2007年在Nature materials上报道了采用三氟乙酸盐-金属有机沉积法（TFA-MOD法）制备了含有纳米BaZrO₃的YBCO薄膜。其临界电流密度不但比TFA-MOD法制备的纯YBCO薄膜有了很大提高，而且其钉扎力在77K、外加磁场2T的条件下达到最大值为21GN m^-3，比PLD法制备的BZO/YBCO纳米复合薄膜提高了175%，比在4.2K的NiTb合金的性能提高了60%。目前国内关于YBCO超导膜的专利绝大多数是YBCO薄膜的制备方法，只有中国专利CN101320604A（授权公告号101320604B）提及了在YBCO超导膜中添加SrZrO₃提高其临界电流密度的作用。但该专利中制备的掺杂SrZrO₃只是在高场下临界电流密度才有所提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术制备的YBCO涂层导体临界电流密度较低的弱点，提供一种有效提高YBCO薄膜载流能力的制备方法。

本发明通过采用三氟乙酸盐-金属有机沉积（TFA-MOD）法制备含有纳米氧化钇和纳米铈酸钡的YBCO薄膜，本发明在含有三氟乙酸钇、三氟乙酸钡和三氟乙酸铜的前驱液中添加松油醇和乙酰丙酮铈，并且使三氟乙酸钇的配比过量。通过控制金属离子的浓度，在经过低温热分解和高温烧结后，制备了含有纳米氧化钇和纳米铈酸钡的YBCO超导薄膜，利用纳米氧化钇和纳米铈酸钡两种纳米颗粒协同作用，提高YBCO薄膜的磁通钉扎作用。

本发明的具体步骤顺序如下：

（1）按照Y：Ba：Cu=1.2-1.5：2：3的摩尔比把Y(CH₃COO)₃、Ba(CH₃COO)₂和Cu(CH₃COO)₂三种粉末混合，于室温下溶于含有10-30mol%的三氟乙酸的去离子水中，配成溶液，所述的溶液中溶质与溶剂的摩尔比为1：100；

（2）将步骤（1）配制的所述的溶液经磁力搅拌器搅拌1-3h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；

（3）将所述步骤（2）制得的凝胶加入甲醇中，所述步骤（2）制得的凝胶中的金属离子总浓度与甲醇的摩尔比为1：50；加入凝胶的甲醇溶液经磁力搅拌器搅拌0.5-1.5h后，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂，以进一步去除水分等杂质，得到纯净的凝胶；