[发明专利]基于双轴织构金属基带的新型复合隔离层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型氧化物高温超导领域，具体是一种基于双轴织构金属基带的新型复合隔离层及制备方法，更为明确的是一种基于双轴织构金属基带的La₂Zr₂O₇/YSZ/CeO₂复合隔离层及La₂Zr₂O₇隔离层的制备方法。

背景技术

近百年来，超导材料由于其独特的物理性能（无阻、抗磁等），一直吸引着众多科学家的注意。利用超导带材制备的超导电缆、超导变压器和超导限流器等器件与设备具有体积小、重量轻、效率高和能耗低等优点，在电力、能源、医疗设备、国防装备等多个领域具有广泛的应用前景。在20世纪90年代末期，采用粉末套管技术制备的基于Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀(Bi2223)体系的第一代高温超导带材已经实现了商业化生产。但是第一代高温超导带材成本昂贵以及由于其物理上的本征特性导致的该材料不能在液氮温区有稍强一点的磁场的环境下应用，大大限制了其可能的应用范围。而基于YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)体系的第二代高温超导带材具有在液氮温区高的不可逆场、高的载流能力、低的交流损耗等优点，引起了人们的极大兴趣。

第二代超导带材由金属基带、种子层、隔离层、帽子层、YBCO超导层以及保护层等组成。其中柔软金属基带的作用是使稀土氧化物超导层获得支撑和使第二代高温超导带材具有优良的机械性能。目前，金属基带主要使用镍钨合金带。制备具有立方织构的镍钨金属基带主要有三种工艺路线：轧制辅助双轴织构基底技术(RABiTS)、离子束辅助沉积技术(IBAD)、基底倾斜沉积技术(ISD)。其中，RABiTS技术是将金属材料通过大加工量轧制变形，形成带材，然后经过适当的退火处理，基带本身会形成强立方织构。在第二代高温超导带材中，隔离层必须是一个连续的、平整的、化学性质稳定、晶格结构匹配的过渡层。隔离层在第二代高温超导带材中起到的作用有：（1）将金属基带的织构继承下来，为超导层的外延生长提供条件，把金属基带的立方织构传递给超导层；（2）阻止基带中的金属原子向超导层扩散，阻止超导层制备过程中基带的氧化；（3）隔离层要有比较好的机械稳定性，还要能够和超导层、基带结合良好。因此，选择隔离层材料的时候，必须考虑该材料是否满足化学匹配、晶格匹配和热膨胀系数匹配三个条件。一般情况下，隔离层为三层复合结构：种子层（下层）能够获得更好的立方织构和表面；中间层阻止金属元素在基带和超导层之间的扩散；帽子层（上层）与YBCO超导层晶格常数相匹配，易于在其上生长高性能的超导层。目前，通常采用的氧化物隔离层有CeO₂/YSZ/CeO₂和CeO₂/YSZ/Y₂O₃。

近年来，锆酸镧(La₂Zr₂O₇)作为YBCO涂层导体的一种可供选择的隔离层，由于其与基带和YBCO超导层结构兼容，受到人们的极大关注。La₂Zr₂O₇是立方烧绿石结构，它的晶格常数为与Ni的晶格失配度为7.6％（考虑45度旋转生长在镍钨基带上），与正交晶系YBCO(和)晶格失配度为0.5％和1.8％。而且，La₂Zr₂O₇可以很好地阻挡金属元素的扩散。目前美国橡树岭等国家实验室开始使用化学溶液沉积法制备La₂Zr₂O₇隔离层，可大大降低第二代高温超导带材成本。