SDP法生长YBCO超导带材缓冲层研究

摘要

第二代YBCO高温超导带材因为具有低成本的优势在强电领域的应用前景十分广泛。本论文使用了溶液沉积平坦化(SDP)方法在金属基带制备非晶氧化物缓冲层作为YBCO超导带材IBAD-MgO的基底，配置出高稳定性的前驱液，并探讨了消除使用SDP法沉积薄膜边缘效应的方法，为制备百米级的超导带材打下了结实基础：
　　1，改进了SDP实验设备，通过错位递进的基带连接方式在单次卷绕周期中可以在基带上沉积12层非晶氧化物薄膜，在原有基础上沉积效率提升12倍，制备100 m长缓冲层薄膜耗时约20小时。
　　2，从溶质、溶剂和添加剂方面研究了前驱液稳定性，研究表明，二乙烯三胺和乙二胺有利于四水醋酸钇在乙醇中形成稳定的溶胶体系。配置出静置保存稳定两周以上，实验条件下稳定3天以上的前驱液，满足了制备百米长带材的要求。
　　3，SDP法沉积非晶氧化物缓冲层工艺研究。研究了前驱液添加剂二乙烯三胺与二乙醇胺的比例、前驱液浓度、快速热处理温度、设备、氛围等因素对非晶氧化物薄膜表面均方根粗糙度和均匀性的影响。研究表明，二乙醇胺有助于薄膜在烧结过程中保持均匀性。在优化条件下，制备出的非晶氧化物薄膜表面均方根粗糙度20×20μm范围内仅为1.192 nm。制备出的100 m长非晶Y2O3和非晶YAlO薄膜，表面均方根糙度5×5μm范围内基本在2 nm以下。并在制备的非晶氧化物薄膜上沉积了完整YBCO超导带材结构，制备了50m长IBAD-MgO薄膜，面外半高宽Δω在2°到5°之间，面内半高宽Δφ在4°到7°之间；制备了10 m长YBCO超导层，临界电流密度基本保持在2.8 MA/cm2。
　　4，浸渍-提拉过程中，液膜易堆积在基带边缘处导致薄膜破裂。探究了基带边缘的“隐藏”，溶液张力的减小和降低破裂区域的比例三种消除边缘效应的方法。并研究了10 mm/s浸渍-提拉速度下温度和溶液浓度对非晶Y2O3薄膜表面均方根粗糙度的影响，并在优化条件下制备出了5×5μm内表面均方根粗糙度1.738 nm的Y2O3薄膜。