[发明专利]制备YSZ缓冲层的多通道激光镀膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及第二代稀土氧化物高温超导带材领域，尤其涉及一种在镍-钨金属基带或哈氏合金带、不锈钢带等金属基带上制备YSZ缓冲层的多通道激光镀膜方法。

背景技术

自从1986年新型氧化物高温超导体发现以来，该领域已经取得了很大的进展。但经过几年的高温超导热之后，随着研究工作的深入，发现高温超导材料的实际应用比原来的预期要困难得多。这主要与高温超导材料的微观结构及机械性能有关。与传统的金属低温超导体相比，高温超导体属于氧化物材料，其力学性能类似于陶瓷材料。虽然高温超导材料具有几乎零损耗的优越导电特性，但由于机械性能很差，无法直接加工成各类电力、能源、医学等领域应用所需的带材或线材，从而限制了高温超导材料的商业化大规模应用。

为了解决高温超导材料不易加工成线材这一难题，科学家们首先采用的方法是“银包套”方法，称之为第一代高温超导带材。第一代高温超导带材以铋系（铋—锶—钙—铜—氧）高温超导材料为主。“银包套”方法的原理是将铋系高温超导粉末灌入空心银套筒中，经过拉伸及加压等工艺加工成4毫米宽0.2毫米厚的银包套高温超导带材。经过“银包套”方法加工的高温超导带材具有很好的柔软性，可用于制造高温超导电缆、超导线圈、超导发电机、超导马达、超导变压器、超导限流器等各种设备。第一代高温超导线材可传输150-200安培左右的电流。单根长度已经超过1000米。第一代高温超导线材经过十多年的研发，生产技术已经成熟，美国超导公司（AmericanSuperconductorCorporation）、日本住友电工、中国英纳超导公司等已经建成了第一代高温超导带材的生产线，并已经开始批量生产。虽然第一代高温超导带材已经开始商业化生产，并且在超导电缆等示范性项目中获得了应用，但由于存在性价比等方面的障碍，目前仍无法大规模推广应用。其主要原因如下：第一、以铋系带材为代表的第一代高温超导带材就其超导电流密度及电流传输性能而言无法与钇钡铜氧高温超导带材相比。并且经过十多年的研发，进一步改进的空间有限。第二、铋系带材在磁场中其超导电流衰变较快，亦即在外加磁场中，当磁场强度超过一定值后，会失去其超导电性。然而大多数能源、电力领域的应用往往与强磁场有关，所以第一代高温超导带材无法在大多数中等强度以上的磁场下应用。第三、因为银作为贵重金属，原材料成本较高，故采用“银包套”法技术生产的第一代铋系高温超导带材的成本很难降低到与传统的铜导线竞5争的价位。目前仍在150－200美元／千安培米（$150－200／kAm）范围内。根据美国能源部的估算，高温超导带材大规模商业化应用的性能价格比应优于铜导线性价比，约为20美元／千安培米（$20／kAm）。只有当高温超导带材的性能价格达到该指标后，才有可能大规模替代传统的铜导线材料。由于上述原因，从1990年开始，美、日、英、德等国开始了第二代高温超导带材的研发工作，设立了第二代高温超导带材及相关应用的国家攻关计划。

所谓第二代高温超导带材，就是采用各种镀膜手段在很薄（40－100微米）的传统金属基带（镍基合金或不锈钢等合金）上镀一层大约1到几个微米厚的稀土氧化物高温超导薄膜。与“银包套”法技术研制的第一代高温超导带材相比，第二代高温超导带材具有更优越的超导性能，因为采用镀膜方法形成的稀土氧化物高温超导带材（或线材）具有几乎完美的单晶结构，所以具有很强的超导电流传输能力。而金属基带的成本很低，故随着研发水平的提高，第二代高温超导带材的成本将会大大降低。近年来由于石油、贵金属、有色金属等原材料价格的大幅上涨，使第二代高温超导带材的成本目标更容易实现。

如图1所示，是第二代高温超导带材的结构示意图，金属基带1上依次沉积复合隔离层2、超导层3和保护层4。