[发明专利]高分子辅助沉积制备高温超导涂层导体缓冲层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导涂层导体的制备方法，尤其涉及一种高温超导涂层导体缓冲层的制备方法。

背景技术

第二代高温超导带材——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。

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方向上的晶格失配也极为敏感，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。由于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。

研究涂层导体的缓冲层材料的制备具有积极的意义，它将极大地简化涂层导体的结构和制备工艺，降低超导材料的制备成本，提高涂层导体的性价比。目前，氧化铈CeO₂是涂层导体中广泛使用的缓冲层材料。但是，现有制备的氧化铈CeO₂单层缓冲层材料均存在50-70nm的临界厚度，难以阻隔Ni的扩散，从而难以良好地起到缓冲层的作用。为提高单层缓冲层材料的厚度，现有方法是利用物理气相沉积法制备稀土掺杂或锆掺杂的氧化铈CeO₂单层缓冲层，其临界厚度可达200nm。但物理气相沉积方法系统复杂，成本昂贵，不适于大规模的工业化生产。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高分子辅助沉积制备高温超导涂层导体缓冲层的方法。该方法制作工艺简单，操作控制容易，成本低，不污染环境；制备得到的氧化铈CeO₂单层缓冲层的临界厚度达到150-200nm。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为，一种高分子辅助沉积制备高温超导涂层导体缓冲层的方法，其具体作法是：

a、无水溶液制备：按稀土或锆与铈的离子比x∶1-x 0.01≤x≤0.5称量稀土乙酸盐或稀土丙醇盐或稀土乙酰丙酮盐或丙醇锆或锆酸四丁酯与乙酰丙酮铈，然后溶解于有机溶剂乙酸或甲醇或乙二醇甲醚中，形成无水溶液；稀土为钇(Y)、镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)中的一种。

b、胶体制备：在a步的无水溶液中加入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或聚乙二醇(PEG)或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PVA)或聚氧化乙烯(PEO)形成成胶体。

c、胶体涂敷与干燥：将b步制得的胶体涂覆在基片上，并干燥。

d、烧结成相：将干燥后的基片放入烧结炉中烧结成相，将炉温以5-100℃/min的速度升至850℃-1150℃，保温0.25-2小时，随后将炉温以1-2℃/min的速率降至室温，即得。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：