一种涂层导体用双面MgO缓冲层的制备方法技术

技术编号:10388388 阅读:129 留言:0更新日期:2014-09-05 13:38
一种涂层导体用双面MgO缓冲层的制备方法,属于超导材料技术领域,本发明专利技术包括下述步骤:1)基带预处理:在基带底面和顶面制备非晶薄膜,使基带表面粗糙度达到预设标准;2)在步骤1)得到的基带的底面覆盖金属保护层,在基带的顶面沉积IBAD-MgO薄膜;3)将金属保护层与基带底面分离,并在基带顶面的IBAD-MgO薄膜表面覆盖金属保护层,然后在基带底面沉积IBAD-MgO薄膜,得到双面沉积有IBAD-MgO薄膜的基带;4)以双面沉积有IBAD-MgO薄膜的基带作为基底,在基底的一面沉积一层自外延MgO薄膜;5)在基底另一面上也沉积一层自外延MgO薄膜。本发明专利技术采用二次沉积技术,实现双面IBAD-MgO薄膜的沉积,为开发双面带材,大幅度提高带材载流能力,降低成本提供了关键基础。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】,属于超导材料
,本专利技术包括下述步骤:1)基带预处理:在基带底面和顶面制备非晶薄膜,使基带表面粗糙度达到预设标准;2)在步骤1)得到的基带的底面覆盖金属保护层,在基带的顶面沉积IBAD-MgO薄膜;3)将金属保护层与基带底面分离,并在基带顶面的IBAD-MgO薄膜表面覆盖金属保护层,然后在基带底面沉积IBAD-MgO薄膜,得到双面沉积有IBAD-MgO薄膜的基带;4)以双面沉积有IBAD-MgO薄膜的基带作为基底,在基底的一面沉积一层自外延MgO薄膜;5)在基底另一面上也沉积一层自外延MgO薄膜。本专利技术采用二次沉积技术,实现双面IBAD-MgO薄膜的沉积,为开发双面带材,大幅度提高带材载流能力,降低成本提供了关键基础。【专利说明】—种涂层导体用双面MgO缓冲层的制备方法
本专利技术属于超导材料
,特别涉及超导带材缓冲层的制备方法。
技术介绍
第二代高温超导带材YBa2Cu3CVx(YBCO)以其磁场下优良的载流能力,在强电领域有着广阔的应用前景。YBCO带材的主要制备技术路线主要有轧制双轴织构(RABiTS)和离子束辅助沉积(IBAD)两种,IBAD技术以其低成本和高性能等优点,得到越来越多的关注。现阶段,IBAD技术典型通用结构是电抛光的哈氏合金(Hastelloy)/非晶氧化铝(Al2O3)/非晶氧化钇(Y2O3)/双轴织构IBAD-MgO/自外延MgO (印i_MgO) /锰酸镧(LaMnO3)外延层/钇钡铜氧(YBCO)功能层。国际上千米级IBAD路线制备的超导带材的性能大约在400A/cm左右,但制造成本较高,达到140美元/kA.m,事实上,市场预期价格为10美元/kA.m,高昂的价格严重阻碍了第二代超导带材的实用化推广。如何进一步提高带材性能,降低带材成本已经成为世界各国的研究热点。超导电流载流能力由超导层制备技术和高质量缓冲层织构共同决定的,但是由于超导层制备技术已经达到极致,难以实现较大程度上的优化。加上金属基带非单晶结构的限制,进一步提升超导层性能的研究遇到较大困难。因此,需要寻找一种新的能够解决上述问题的超导带材的制备方法。专利号为ZL201210200260.4的中国专利公开了《高温超导双面带材及制备方法》,该方法能够实现双轴织构金属基带上双面缓冲层/超导层结构的制备,在超导带材总厚度几乎不变,超导带材能达到或接近双倍的临界电流,显著提高超导带材的载流能力,同时基带两面的充分利用也达到了降低成本的目的。但是目前还未见无织构基带上IBAD-MgO双面结构超导带材的报道,主要是因为离子束辅助沉积制备双面MgO薄膜存在技术问题。在IBAD-MgO沉积中,离子束的入射方向与基带法线成一定角度(45° ),该入射角度决定了不能利用单束的离子束实现双面IBAD-MgO薄膜的同时制备,必须采用两束离子束或者采用两次沉积的方式来实现。由于离子源价格非常昂贵,两束离子源也会在真空腔中造成相互干扰薄膜质量;而两次沉积的方法制备双面IBAD-MgO,先制备基带一面的IBAD-MgO,再将带材翻面沉积另一面的IBAD-MgO。然而,在IBAD-MgO薄膜的生长对沉底材料的表面状态非常敏感,在沉积第一面IBAD-MgO时会导致另一面发生污染而严重影响第二面沉积的IBAD-MgO的质量,而在沉积第二面IBAD-MgO时,散射的离子束也会对第一面已沉积好的薄膜造成损伤。同时,沉积温度对IBAD-MgO的结晶质量有较大的影响,IBAD-MgO的最佳制备温度为50°C以内,高温对IBAD-MgO的结晶质量有破坏作用,并且高温下金属形变也高,在IBAD-MgO制备过程中,离子束对基带表面的轰击会使基带附近的温度急剧上升。另外,研究表明,为了获得高质量的缓冲层结构进而获得高性能的涂层导体,IBAD-MgO的薄膜厚度必须精确在纳米范围内,沉积速率精确在0.0lnm/sec之内。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是,提供,该方法可以实现高温超导IBAD-MgO缓冲层的双面制备,使用该方法制备出的缓冲层具有优秀的面内外织构和表面平整度,良好的两面一致性。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案为:,其特征在于,包括下述步骤:I)基带预处理:在基带底面和顶面制备非晶薄膜,使基带表面粗糙度达到预设标准;2)在步骤I)得到的基带的底面覆盖金属保护层,在基带的顶面沉积IBAD-MgO薄膜;3)将金属保护层与基带底面分离,并在基带顶面的IBAD-MgO薄膜表面覆盖金属保护层,然后在基带底面沉积IBAD-MgO薄膜,得到双面沉积有IBAD-MgO薄膜的基带;4)以双面沉积有IBAD-MgO薄膜的基带作为基底,在基底的一面沉积一层自外延MgO薄膜;5)在基底另一面上也沉积一层自外延MgO薄膜。进一步的,所述步骤I)包括下述步骤:1.1以无水乙醇为溶剂,乙酸钇为溶质,二乙醇胺为螯合剂促使乙酸钇良好的溶解在无水乙醇中,得到Y离子摩尔浓度为0.02-0.4mol/l的前驱液;1.2清洗基带后,在基带的顶面和底面涂覆前驱液然后加热使前驱液形成非晶薄膜,反复加热直至基带表面粗糙度达到预设标准。本专利技术的有益效果是:1、本专利技术采用化学溶液法制备的非晶层薄膜不仅可以起到平整基片的作用,还可以在高温超导涂层导体结构中起着阻隔扩散的作用;2、本专利技术采用的设备能够分别制备IBAD-MgO以及自外延MgO两层薄膜,能够提高设备的利用效率,降低制作成本;3、本专利技术采用二次沉积技术,实现双面IBAD-MgO薄膜的沉积,为开发双面带材,大幅度提闻带材载流能力,降低成本提供了关键基础;4、本专利技术解决双面IBAD-MgO带材制备技术中两面一致性的技术难题。6、本专利技术采用卷绕方式实现全动态的薄膜沉积过程,有利于工业化快速生产。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术所述的一种用于化学溶液法制备非晶层的连续卷绕装置结构示意图。I —步进电动机;2 —转盘;3 —滚轮;4 — Hastelloy合金基带;5 —前置短加热器;6 —长加热器;7 —液槽。图2是实施例中(a)Hastelloy基带(b) 15层Y2O3非晶层原子力显微镜(AFM)图。图3是实施例的双面IBAD-MgO薄膜RHEED衍射图。图4是实施例的双面IBAD-MgO薄膜X射线衍射(XRD) 2 Θ - ω扫描图谱。其中X轴表示2 Θ角(单位是度),Y轴表示计数强度(单位是count/second)。图5是实施例的双面IBAD-MgO薄膜(200)峰的X射线衍射仪ω扫描图谱。其中X轴表示Θ角(单位是度),Y轴表示计数强度(单位是count/second)。图6是实施例的双面IBAD-MgO薄膜(220)峰的X射线衍射仪Φ扫描图谱。其中X轴表示Φ角(单位是度),Y轴表示计数强度(单位是count/second)。图7是实施例的双面IBAD-MgO薄膜典型原子力显微镜(AFM)图。【具体实施方式】本专利技术包括下述步骤:1.双面非晶层的制备(I)前驱液制备:以无水乙醇为溶剂,乙酸钇为溶质,二乙醇胺为螯合剂促使乙酸钇良好的溶解在无水乙醇中。Y离子摩尔浓度为0.02-0.4mol/l。(2)将Hastelloy合金基带经过丙酮、酒精超声清洗,然后安装在转盘上。(3)打开空本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种涂层导体用双面MgO缓冲层的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:1)基带预处理:在基带底面和顶面制备非晶薄膜,使基带表面粗糙度达到预设标准;2)在步骤1)得到的基带的底面覆盖金属保护层,在基带的顶面沉积IBAD‑MgO薄膜;3)将金属保护层与基带底面分离,并在基带顶面的IBAD‑MgO薄膜表面覆盖金属保护层,然后在基带底面沉积IBAD‑MgO薄膜,得到双面沉积有IBAD‑MgO薄膜的基带;4)以双面沉积有IBAD‑MgO薄膜的基带作为基底,在基底的一面沉积一层自外延MgO薄膜;5)在基底另一面上也沉积一层自外延MgO薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:熊杰薛炎张盼夏钰东陶伯万李言荣
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川;51

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