[发明专利]一种高温超导薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种第二代高温超导带材中超导层的制备方法，特别涉及制备钆钡铜氧薄膜的方法。

背景技术

第二代高温超导带材是指以稀土类钡铜氧化物超导带材，由于其制作方法主要是薄膜涂敷技术,所以第二代高温带材又被称作涂层导体。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。并且第二代高温带材载体材料一般为铁基或镍基合金,不需使用贵金属材料,其制备成本可以大幅降低。而Bi系材料的制备大量使用金属银(75%),其制备成本难以进一步降低。因此，第二代高温超导带材是目前在高温高场应用条件下首选的超导材料。

第二代高温超导带材由金属合金基带、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。第二代高温超导带材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。其中氧化物超导层起着承载电流的作用，是研究的核心。目前国际上研究的第二代高温超导带材超导层多数集中在钇钡铜氧超（YBCO）导膜，至少有5家单位都制备出了长度超过500m,Ic超过300A的带材。尤其是美国的Superpower公司，它已经制备出长达1311m,Ic达300A的千米级长带,向批量生产迈出了一大步。国内选择的第二代高温超导带材超导层的材料也是YBCO超导膜。制备YBCO薄膜的方法主要有:脉冲激光沉积(PLD)、金属有机气相沉积(MOCVD)、化学溶液沉积(MOD)、蒸发(Evaporation)等方法。这些方法都能制备出性能优良的YBCO带材,但各自具有不同特点,比如这几种方法中,蒸发、MOCVD方法沉积速率比较快;蒸发、MOCVD、MOD方法容易规模化;相对而言,PLD和MOD方法的原材料利用率较高。这些方法目前都被广泛使用，综合而言，MOD在降低带材成本上更具潜力。目前国内关于高温超导材料的专利绝大多数是YBCO薄膜的制备方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术制备的YBCO超导薄膜载流能力较弱的缺点，提供一种具有高载流能力的高温钆钡铜氧超导膜的制备方法。

本发明通过采用三氟乙酸盐-金属有机沉积（TFA-MOD）法制备GBCO高温超导薄膜，具体步骤顺序如下：

（1）按照Gd：Ba：Cu=1：2：3的摩尔比把乙酸钆Gd(CH₃COO)₃、乙酸钡Ba(CH₃COO)₂和乙酸铜Cu(CH₃COO)₂混合，于室温下溶于含10-30mol%三氟乙酸的去离子水中配成溶液，其中溶质与溶剂的摩尔比为1:100；

（2）将上述步骤（1）配制的溶液经磁力搅拌器搅拌1-3小时，然后采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；

（3）将上述步骤（2）制得的凝胶加入甲醇中，此步骤中的凝胶与甲醇的摩尔比为1：50，经磁力搅拌器搅拌0.5-1.5小时后再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂，以进一步去除水分等杂质，得到不含水分的凝胶；

（4）将上述步骤（3）制得的凝胶加入到甲醇中，制成Gd、Ba和Cu三种金属总离子浓度为1.5-3.0mol/L的溶液，经磁力搅拌器搅拌0.5-1.5小时制备成前驱液；

（5）将步骤（4）制得的所述前驱液涂覆在基片上。涂覆方法可以是旋涂（spin-coating）或提拉（dipping）方法，所述的基片可以是铝酸镧、钛酸锶或氧化镁单晶基片等单晶氧化物或其它适于制备高温超导薄膜的基片；

（6）将基片置于高温管式石英炉中，在300℃～500℃温度下进行10小时的热处理，分解三氟乙酸盐；本步骤的升温速率为40℃/h；本步骤是在氧气和水蒸气的混合气氛中，水蒸气的压力为160hPa-200hPa的条件下进行；

（7）将经过步骤（6）处理的基片置于850℃～950℃的高温下热处理2～4小时，此步骤的升温速度可以为500℃/h；本步骤是在湿润的氧气和氩气的气氛中，在水蒸气的压力为240hPa-300hPa的条件下进行；

（8）将经过步骤（7）处理的基片置于450℃～550℃及纯氧条件下对薄膜进行退火热处理0.5～1.5小时，制备成GBCO高温超导薄膜。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：