一种高温超导涂层导体用缓冲层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高温超导材料制备技术领域，涉及一种高温超导涂层导体用缓冲层，本发明还涉及上述缓冲层的制备方法。
【背景技术】
[0002]涂层导体是由金属基带/缓冲层/超导层/保护层所组成的多层膜结构。缓冲层不但需要为超导层的外延生长提供织构基底，同时必须能够阻挡金属基体元素向超导层的扩散，这就既要求缓冲层与超导层的晶格匹配良好，晶粒排列具有双轴织构特性，又要求其具有良好的化学稳定性和高致密度等特性。
[0003]缓冲层主要的制备方法有:脉冲激光沉积(PLD)，磁控溅射(MS)，金属有机物化学气相沉积(MOCVD)，金属有机物沉积(MOD)和溶胶-凝胶法(Sol-gel)。其中脉冲激光沉积(PLD)、磁控溅射(MS)需要在真空条件下制备，其设备昂贵，薄膜的制备成本比较高。而金属有机物沉积(MOD)和溶I父一凝I父法(Sol-gel)无需真空条件，就可以完成薄膜的制备，而且设备简单，这极大的降低了成本。因此，目前有很多研究人员都采用金属有机物沉积(MOD)或者溶胶一凝胶法(Sol-gel)制备缓冲层薄膜。
[0004]目前化学溶液沉积方法制备的缓冲层，大多采用有机盐(如乙酰丙酮盐)作为原料。而使用这种盐的主要不足有两点:1)有机盐中含有大量的C、H元素，经高温热处理会挥发出大量气体，不易获得致密的薄膜，并且会残留一部分碳元素在薄膜里，不利于薄膜的择优生长。2)有机盐价格较为昂贵，无疑增加了薄膜的制备成本。
[0005]在众多的缓冲层材料中，&02被公认为是最适用的缓冲层材料之一，其化学和热稳定性好，与YBCO没有显著的化学反应，且其晶格与YBCO的晶格相匹配。然而，采用化学溶液沉积方法制备的CeO2单缓冲层的薄膜厚度超过50nm后，薄膜很容易产生微裂纹，不利于后续超导层的外延生长；而当薄膜厚度小于50nm时又不足以充当扩散壁皇，阻挡基带金属元素向超导层的扩散。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种高温超导涂层导体用缓冲层，解决了现有缓冲层存在的超过50nm后产生微裂纹的问题；
[0007]本发明的另一目的是提供上述缓冲层的制备方法，解决了现有制备技术不易获得致密薄膜的问题。
[0008]本发明的技术方案是，一种高温超导涂层导体用缓冲层，该缓冲层的化学组成为Celx(Ya2Zras)xO5，其中 X 的取值为 0.1 ?0.4，δ = 2 — 0.lx。
[0009]本发明的另一技术方案是，上述缓冲层的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0010]步骤1、将六水硝酸铺、八水氧氯化错和六水硝酸乾按照Ce: Y: Zr =(1-x): 0.2x: 0.Sx的比例溶解于溶剂中，按金属离子的总摩尔数计算，调节溶剂的加入量，得到金属离子浓度为0.1?0.6mol/L的前驱液；
[0011]步骤2、将步骤I制得的前驱液涂敷于NiW金属基带上进行热处理，制得Celx(Ya2Zras)xO5缓冲层，其中 X 的取值为 0.1 ?0.4，δ = 2 — 0.lx。
[0012]本发明的特点还在于，
[0013]步骤I中，溶剂为无水甲醇或者乙二醇甲醚、甲醇的混合液或者乙二醇甲醚、甲醇和乙酰丙酮的混合液。
[0014]步骤2的具体实施步骤为:
[0015]步骤2.1、采用浸涂法将经步骤I制得的前驱液涂敷于NiW金属基带上，然后将涂敷有前驱液的NiW金属基带在空气气氛中以150?220°C预处理10?20min ；
[0016]步骤2.2、将经步骤2.1处理的前驱液放入石英管式烧结炉中进行热处理，在还原性气氛保护下，以3?10°C /min的升温速率将炉内温度升高到300°C并保温8?12min ;
[0017]步骤2.3、将经步骤2.2处理的前驱液随炉降温到220?250°C，再以10?20°C /min的速率升温到950?1100°C，并保温0.5?lh，随炉冷却至室温后取出，即在NiW金属基带上得到织构化的Ce1 x (Ya2Zras)xOdl冲层。
[0018]本发明的有益效果是，
[0019]I) 一种高温超导涂层导体用缓冲层，具有良好的传递基板织构，又能提高&02薄膜的临界厚度；本发明制得的缓冲层表面光滑平整、无裂纹，有利于后续YBCO超导层的外延生长；
[0020]2)高温超导涂层导体用缓冲层的制备方法，通过改变前驱液组分调节缓冲层的晶格参数，使之更易于生长，能够更好地与超导层的晶格常数匹配，并且原料成本低，来源广泛，制备工艺简单，便于工业化大规模生产。
【附图说明】
[0021]图1为发明实施例2制备的Cea7YaJra24O1^l冲层的X射线衍射Θ -2 Θ扫描谱图；
[0022]图2为发明实施例2制备的Ce。.7Y0.06Zr0.2Α.97缓冲层的X射线衍射ω扫描谱图；
[0023]图3为发明实施例3制备的CeasYaMZrai6O1^l冲层的X射线衍射θ_2 Θ扫描谱图；
[0024]图4为发明实施例3制备的Ce。.8Y0.04Zr0.1(A.98缓冲层的X射线衍射ω扫描谱图；
[0025]图5为发明实施例5制备的Cea9Ya冲层的X射线衍射Θ -2 Θ扫描谱图；
[0026]图6为发明实施例5制备的Ce。.9Y0.02Zr0.QiA.99缓冲层的X射线衍射Φ扫描谱图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0028]本发明一种高温超导涂层导体用缓冲层的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0029]步骤1、将六水硝酸铺、八水氧氯化错和六水硝酸乾按照Ce: Y: Zr =(1-x): 0.2x: 0.8x的比例溶解于溶剂中，其中，溶剂为无水甲醇或者乙二醇甲醚、甲醇的混合液或者乙二醇甲醚、甲醇和乙酰丙酮的混合液；然后，按金属离子的总摩尔数计算，调节溶剂的加入量，得到金属离子浓度为0.1?0.6mol/L的前驱液；
[0030]步骤2.1、采用浸涂法将经步骤I制得的前驱液涂敷于NiW金属基带上，然后将涂敷有前驱液的NiW金属基带在空气气氛中以150?220°C预处理10?20min ；
[0031]步骤2.2、将经步骤2.1处理的前驱液放入石英管式烧结炉中进行热处理，在还原性气氛保护下，以3?10°C /min的升温速率将炉内温度升高到300°C并保温8?12min ;
[0032]步骤2.3、将经步骤2.2处理的前驱液随炉降温到220?250°C，再以10?20°C /min的速率升温到950?1100°C，并保温0.5?lh，随炉冷却至室温后取出，即在NiW金属基带上得到织构化的Ce1 x (Ya2Zras)xO5缓冲层，其中x的取值为0.1?0.4，δ =2 — 0.lx。
[0033]实施例1
[0034]Cea6YaC8Zra32Oh96缓冲层的制备:
[0035]取X值为0.4，δ = 1.96，将六水硝酸铺、八水氧氯化错和六水硝酸乾按照Ce: Y: Zr = 0.6: 0.08: 0.32的比例溶解于无水甲醇中；然后，按金属离子的总摩尔数计算，调节溶剂的加入量，得到金属离子浓度为0.6mol/L的前驱液；采用浸涂法将制得的前驱液涂敷于NiW金属基带上，然后将涂敷有前驱液的NiW金属基带在空气气氛中以220°C预处理15min ;将处理的前驱液放入石英管式烧结炉中进行热处理，在还原性气氛保护下，以10°C /min的升温速率将炉内温度升高到300°C并保温Smin ;将处理的前驱液随炉降温到250°C，再以18°C /min的速率升温到950°C，并保温lh，随炉冷却至室温后取出，为增加膜厚，重复以上过程2次，即在NiW金