[发明专利]一种铌三锡薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种高质量铌三锡薄膜的制备方法，旨在解决一般铌三锡薄膜制备需要高温，无法应用于铜等低熔点基材的问题。制备方法的核心为采用锡含量(质量分数)12～16％的高锡青铜作为衬底，将衬底清洗干净并吹干，其次衬底置于溅射镀膜系统中，溅射铌，在不经额外热处理的情况下，直接在衬底表面反应生成高质量的铌三锡镀层，为制备低熔点基材铌三锡薄膜材料及其工业化应用打下了良好的基础。

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，特别涉及一种铌三锡薄膜的制备方法。

背景技术

铌三锡超导材料问世已有半个多世纪，但由于其硬脆的机械特性，其应用长期受到制约。目前其主要的应用形式只有通过内锡法与青铜法制备的铌三锡线缆。长期以来超导工作者一直尝试制备高质量的铌三锡薄膜，以期拓展铌三锡材料的应用范围。

然而，通常情况下铌三锡薄膜的合成有以下困难：(1)铌三锡作为金属间化合物而非简单合金固溶体，其较活泼组分锡元素很容易在合成过程中逸出，导致缺锡的铌三锡薄膜超导转变温度降低、载流能力下降；(2)国外研究单位曾通过将单质铌放置在1200℃的饱和锡蒸汽下进行反应，避免了缺锡问题，获得了质量较高的铌三锡薄膜。但由于铌的高熔点，通过铌、锡单质合成铌三锡需要经过铌固体中的锡扩散过程，即使在1200高温热处理下也需要数十小时的长时间反应，严重提升了材料的制备成本，更限制了铜等其他低熔点金属基底上的铌三锡薄膜的制备。因此，如何通过简单可控方法制备铌三锡薄膜，特别是避免长时间高温热处理是铌三锡获得更广泛应用的一个重要问题。然而，目前国际上仍没有一种可以不经额外热处理或在较低温度下合成高质量铌三锡薄膜的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不经额外热处理或在较低温度下合成高质量铌三锡薄膜的方法，降低了铌三锡薄膜的制备时间和成本，能够在铜等其他低温金属表面制备铌三锡薄膜，具有较高的实用价值。

本发明所提供的铌三锡薄膜的制备方法，为：采用溅射方法在含锡青铜衬底表面沉积铌，在衬底中铜的催化作用下，铌与衬底中的锡反应，在衬底表面形成铌三锡薄膜。

所述含锡青铜为含锡质量百分比为10～60％的青铜；

所述含锡青铜具体可为锡质量百分比含量为10％-50％、10％-45％、10％、14％、28％或45％的青铜；

在溅射时，将所述含锡青铜衬底加热至200-300℃，具体可为200℃；

在实验前，含锡青铜衬底清洗干净并干燥；

优选地，溅射前将溅射设备烘烤除气，设备本底真空高于5×10^-4Pa；

优选地，所述溅射方式为磁控溅射，溅射开始前抽到本底真空；

优选地，溅射开始前，含锡青铜衬底在真空中加热到300℃充分除气，然后降温至250℃后开始溅射；

优选地，溅射气体选择Ar气，溅射气压为0.5～1Pa；

优选地，溅射过程中电压为300V，电流为0.5～0.8A，沉积速率为溅射过程中衬底温度维持在200℃；

优选地，所得铌三锡薄膜厚度可为1～5μm；

优选地，实验结束后，维持真空自然降温至室温，然后取出；

优选地，溅射后，可进行700度以下退火处理，用于改善基底力学性能，在此过程中铌三锡薄膜性质可不受影响(见附图4)。

与现有技术相比，本发明的优势是：

本发明的方法可以不经额外热处理即可获得铌三锡薄膜，而获得的铌三锡薄膜经过低温退火后，均匀性更好，并且对退火温度不敏感。该方法能够稳定快速地获得高质量的铌三锡薄膜，具有较高的实用价值。