[发明专利]REBCO超导带材及其制备方法和制备设备

说明书

本申请公开了一种REBCO超导带材及其制备方法和制备设备，REBCO超导带材包括自上而下依次布置的上金属稳定层、上钎焊层、银层、超导层、缓冲层、合金基带、下钎焊层和下金属稳定层，所述合金基带具有经过打磨的下表面，并且所述合金基带与所述下钎焊层直接连接。本申请可提升REBCO超导带材的结构稳定性，降低金属稳定层从超导带材本体脱离几率。

技术领域

本申请涉及一种REBCO超导带材及其制备方法和制备设备。

背景技术

REBCO超导带材，也叫涂层导体，是近年发展起来的极具应用前景的高温超导带材，可广泛应用于制作超导限流器、超导磁体及电力电缆等。

REBCO超导带材的裸带，是用薄膜沉积的方法，在柔性的金属合金基带的上表面，依次沉积双轴晶体织构的缓冲层，REBC超导层，银层沉积获得。金属合金基带是整个超导带材的支撑体，为了承受超导层制备所需的高温和高氧气的沉积环境，基带一般需要使用耐高温氧化的合金，一般是哈氏合金或不锈钢，这些材料的Cr含量都超过15％。缓冲层作用是为REBCO超导层的外延生长提供织构模版，构缓冲层的平面内晶体织构在2-10度；然后在缓冲层上外延沉积超导层，超导层是电流的载体；银层是为了保护超导层在后处理中不被污染，并为测量提供初步的失超保护。这样获得REBCO带材叫做REBCO带材裸带。

这样获得的裸带，不能直接使用，因为超导带材要能够实际应用，还需要把超导裸带进行包裹封装，形成一个失超保护层，才能制成超导带材的成品带或叫做封装带。失超保护层一般是几十到几百微米厚度的紫铜，黄铜，不锈钢等金属，业界通常叫做稳定层，目的是使得超导带材，在遇到外界环境的小波动时候，能够稳定运行。稳定层的制备工艺，也叫做超导带材的封装工艺，主要为钎焊工艺，和电镀工艺。钎焊工艺就是通过钎焊的方法，把超导裸带和上下稳定层钎焊到一起。钎焊工艺，由于它的低成本，和灵活性，成为业界主流封装工艺。

附图1所示的是现行的钎焊工艺制备超导带材稳定层而形成的超导带材的封装结构；其中，从上至下依次为上金属稳定层1、钎焊过渡层10、上钎焊层2、银层3、超导层4、缓冲层5、合金基带6、下方的银层3、下钎焊层7、下方的钎焊过渡层10和下金属稳定层8。低熔点的上钎焊层2和下钎焊层7一般是锡合金，比如熔点为183度的Sn63Pb37钎料，或者无铅钎焊合金。钎焊过渡层是可选性的，当金属稳定层是铜或黄铜等和锡焊合金有很好的互溶性的时候，不需要焊接过渡层；当金属稳定层是含Cr量很高的合金，如哈氏合金或不锈钢等材料时，这些材料是不沾焊锡的，基本上是无法进行锡焊的，超导裸带的合金基带，也是含Cr含量高(一般超过15％)的合金，也是不沾焊锡的。为了能够进行锡焊，需要在含Cr量很高的合金表面上，用薄膜沉积的方法，沉积一层钎焊过渡层。对含Cr量高的金属稳定层带，一般是用电镀的方法在表面沉积一层铜作为焊接过渡层，但是对于超导裸带的合金基带，无法这样做，这是因为超导裸带需要在氧气中进行高温退火，以提高超导层的氧含量，获得超导电性，所以无法使用能够被氧化的铜层，而必须使用银层作为焊接过渡层，把银沉积在合金基的下表面，最好的沉积的方法为磁控溅射，因为磁控溅射中的等离子体的高能量轰击，有助于提高银层和合金基带的结合力。

上述这种结构的超导带材，在使用中，受到机械以及电磁应力的时候，容易发生脱焊现象，脱焊主要发生在下金属稳定层和合金基带的下表面之间。原因分析认为，即使有磁控溅射的银层作为合金基带的钎焊过渡层，银和合金基带表面的结合力仍然不好，而且银层在锡焊中会和焊锡反应而被消耗甚至被损坏。这个稳定层和合金基带的下表面之间的脱焊问题，技术人员实验了大量的各种助焊剂，期望能够提高焊接结合力，但是效果都不是很显著，效果好一点的助焊剂带来很多其他的问题，比如焊渣增多，损害超导带材等。这个问题是超导带材业界的一个长期存在的难题。