公开/公告号CN101295560A
专利类型发明专利
公开/公告日2008-10-29
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申请/专利权人 北京有色金属研究总院;
申请/专利号CN200710098620.3
申请日2007-04-23
分类号H01B12/06(20060101);H01B13/00(20060101);C23C14/35(20060101);C23C14/54(20060101);C23C14/06(20060101);
代理机构11100 北京北新智诚知识产权代理有限公司;
代理人程凤儒
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入库时间 2023-12-17 20:58:06
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-07-23
专利权的转移 IPC(主分类):H01B12/06 登记生效日:20190703 变更前: 变更后: 申请日:20070423
专利申请权、专利权的转移
2010-06-30
授权
授权
2008-12-24
实质审查的生效
实质审查的生效
2008-10-29
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体及制备方法，是在金属基带上制备多层立方织构氧化物隔离层，并在带有多层立方织构氧化物隔离层的金属基带上制备钇钡铜氧(YBCO)涂层导体的方法，包括隔离层的制备和YBCO制备，涉及磁控溅射制备方法。
背景技术
Y系涂层导体是将YBCO生长在带有立方织构隔离层的柔性金属基带上。这是由于高温超导材料是氧化物陶瓷，韧性差，要制造长的超导线材或带材，必须以柔性金属材料作为衬底，将氧化物超导材料沉积在金属基带上。但高温下许多氧化物超导材料与大多数金属基体之间会互相反应，影响超导性能，所以在金属基底上加一层或多层隔离层，其目的是为了传递衬底织构，阻止金属衬底向超导层扩散，与YBCO在晶格结构和热稳定性等方面很好的匹配，减少YBCO层弱连接对临界电流密度的影响。因此立方织构氧化物隔离层的制备对YBCO涂层导体的生长至关重要。对涂层导体的应用而言，需有一定的长度才更具有实际应用价值。
常规情况下，用磁控溅射方法镀膜来生长陶瓷氧化物薄膜时，以各自陶瓷氧化物做为靶材。陶瓷氧化物靶材的溅射产额较相应的金属靶材的溅射产额低，因而成膜生长速率慢，且必须使用射频的溅射电源。
YBCO涂层导体的应用研究追求两个目标：一是提高性能，二是降低成本。目前仍在探索更低成本、更高性能的制备YBCO涂层导体的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体。隔离层中的各层膜既能够很好地传递了衬底的立方织构，且织构取向均匀；又能够有效地阻止金属基底的扩散，抑制了金属基底的氧化。
本发明的另一个目的是提供一种采用全磁控溅射镀膜技术连续生长多层立方织构氧化物隔离层的方法和制备短样YBCO超导层的方法。即每层膜的生长均采用磁控溅射方法，旨在采用低成本的制备手段。采用磁控溅射镀膜方法，分别以Y、Zr-Y和Ce金属为靶材，以水气代替氧气作为反应气体，在具有立方织构的金属衬底上连续制备Y2O3/YSZ/CeO2结构的多层立方织构氧化物隔离层。所制得的多层隔离层具有单一立方织构，并在其上外延生长YBCO涂层。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下的技术方案：
一种金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体，是在具有立方织构的金属基带上生长多层立方织构氧化物隔离层和超导层，所述的隔离层在金属基带上依次由氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜组成，超导层为YBCO，生长在隔离层上。
所述的金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体为短样，其尺寸为1×1-1×5cm2。
在所述的金属基带上连续生长的多层立方织构隔离层中，氧化钇(Y2O3)膜的厚度为100-250nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为200-400nm；二氧化铈(CeO2)膜的厚度为小于100nm，并大于10nm；所述的YBCO超导层厚度为160-900nm。
一种全磁控溅射技术生长YBCO涂层导体的方法，该方法包括下述步骤：
(1)、采用具有立方织构的金属基带作为衬底，并将该金属基带进行清洁处理；
(2)、真空腔体中，将清洗后的上述金属基带缠绕在放带轮和收带轮上；
(3)、抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至500-800℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa-8×10-1Pa；以Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，开始预溅射；
(4)、预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-8×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，通过卷绕盘带动金属基带经过沉积区，进行正式溅射沉积氧化钇，在金属基带上得到氧化钇膜，在生长氧化钇膜结束后，使腔体恢复初始状态；
(5)、再对腔体抽真空，并抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至600-820℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa-8×10-1Pa；以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，开始预溅射；
(6)、预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-3.5×10-2Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，通过卷绕盘带动金属基带经过沉积区，进行正式溅射沉积钇稳定二氧化锆，在已沉积氧化钇膜的金属基带上得到钇稳定二氧化锆膜，在生长钇稳定二氧化锆膜结束后，使腔体恢复初始状态；
(7)、再对腔体抽真空，并抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至600-750℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa-8×10-1Pa；以金属Ce为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，开始预溅射；
(8)、预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-6.5×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，通过卷绕盘带动金属基带经过沉积区，进行正式溅射沉积二氧化铈，在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上得到二氧化铈膜，即制成连续生长多层立方织构氧化物隔离层。
(9)将带有多层立方织构氧化物隔离层的金属基带短样，其尺寸为1×1-1×5cm2，置于真空腔体。抽真空至腔体的背底真空小于或等于1.1×10-2Pa；将样品加热至780-820℃，待达到所需温度10分钟后，充氩气和氧气至腔体气压20Pa-120Pa；氩气和氧气比例为2比1；以YBCO为溅射靶材，采用磁控溅射沉积方法，开始溅射。
(10)溅射结束后，降温并充氧气至450-500℃，气压0.8-1大气压，进行20-40分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温，即得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体。
由于金属材料溅射产额高，生长速率快，可用直流溅射电源，成本低。以金属材料为溅射靶材，进行反应溅射形成相应氧化物。本发明所提供一种连续生长多层立方织构氧化物隔离层的制备方法，并提供一种在该隔离层上生长YBCO的制备方法。通过磁控溅射的方法在具有立方织构的金属衬底上生长Y2O3/YSZ/CeO2(氧化钇/钇稳定二氧化锆/氧化铈)结构的多层立方织构氧化物隔离层，并通过磁控溅射的方法在多层立方织构氧化物隔离层上生长YBCO涂层导体。
在本发明中，所使用的具有立方织构的金属基带作为金属衬底，经常使用的金属衬底有具有立方织构的金属镍或镍合金衬底。
需要说明的是，在所述步骤(4)中，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3-8×10-3Pa，这里所说的1×10-3-3.5×10-2Pa是水气压，该水气压相当于水气在沉积腔体内的分压；并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，此步骤可通过调节氩气进腔体的进气量或对真空腔体的抽气量来实现。
在所述步骤(6)、步骤(8)中，水气压意义同上。
在所述步骤(4)中，卷绕盘带动金属基带的走带速度为0.1mm/sec-3mm/sec；在所述步骤(6)中，卷绕盘带动金属基带的走带速度为0.1mm/sec-2mm/sec；在所述步骤(8)中，卷绕盘带动金属基带的走带速度为0.1mm/sec-6mm/sec。
卷绕盘是由电机、传动机构、放带轮和收带轮等构成，工作时，开动电机，通过传动机构使放带轮和收带轮转动，以带动金属基带往返运转。在所述步骤(2)中，金属基带的两端是先与引带连接再缠绕在放带轮和收带轮上，并将引带部分置于沉积区域。引带为与立方织构的金属基带材料热膨胀系数相同或相近的金属带材。
在所述的步骤(1)中，对金属衬底进行清洁处理，要求清洁处理后的表面不留水迹、污渍。
在所述的步骤(2)中，是采用腔体内的加热装置对金属基带加热，加热装置对金属基带所提供的均匀的加热温度区域是溅射沉积区域的2-3倍。
在所述的步骤(3)-(8)中，所述的溅射靶材和衬底的距离即靶基距为60-150mm。
在所述的步骤(9)中，所述的溅射靶材和衬底的距离靶基距为30-40mm。
在所述的步骤(3)-(4)中，所述的预溅射和溅射的溅射功率为100-350W。
在所述的步骤(5)-(6)中，所述的预溅射和溅射的溅射功率为100-400W。
在所述的步骤(7)-(8)中，所述的预溅射和溅射的溅射功率为70-200W。
在所述的步骤(9)中，所述的溅射功率110-130W。
在所述的步骤(9)中，所述的溅射时间为2-10小时。
在所述的步骤(3)-(8)中，所述的预溅射为非正式溅射，采取遮挡的方式，用遮挡物将衬底遮挡住，使预溅射的产物不能沉积到衬底上；待预溅射结束后、开始正式溅射沉积前，撤掉遮挡物。
本发明的步骤(1)-(8)是采用磁控溅射镀膜方法制备金属基带上连续生长多层立方织构氧化物隔离层，分别以Y、Zr-Y和Ce金属为靶材，采取反应溅射方式，先后在具有立方织构的金属基带上生长双轴取向的Y2O3、YSZ和CeO2。所采用的磁控溅射镀膜方法是一种真空的物理沉积方法。在抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa之后，充氩气至腔体气压1×10-1Pa-8×10-1Pa，在预溅射20分钟后，分别在所述步骤(4)、(6)、(8)中，通入水气，使沉积腔体内的水含量分别控制在1×10-3-8×10-3Pa[步骤(4)]、1×10-3-3.5×10-2Pa[步骤(6)]、1×10-3-6.5×10-3Pa[步骤(8)]，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa。其中，充氩气和通入水气优选采用下述方式：
在所述的步骤(3)、(5)、(7)的充氩气至腔体内的过程中，是采用管路直接将氩气通向溅射靶材的靶材面。
在所述的步骤(4)、(6)、(8)的通入水气至腔体内的过程中，是采用管路直接将水气通向衬底的沉积面。
在所述的步骤(1)-(8)中，溅射时间依所需镀膜的基带长度和选择的走带速度而定。
在所述的步骤(4)、(6)、(8)的卷绕盘带动金属基带经过沉积区过程中，金属基带移动的方向为从放带轮走向收带轮，或从收带轮走向放带轮。
在所述的步骤(4)、(6)、(8)的卷绕盘带动金属基带经过沉积区过程中，各层膜的生长为金属基带一次走带完成一层膜，或金属基带往复多次完成一层膜。
在所述的步骤步骤(1)-(8)中，各层膜的生长可采取走带一次完成，亦可往复多次完成一层膜。
将步骤(1)-(8)制成的金属基带上连续生长多层立方织构氧化物隔离层，截成短样，在本发明的步骤(9)-(10)中，是采用磁控溅射镀膜方法在上述的短样上，制备YBCO涂层导体。
所述的氩气为纯度≥99.999％的氩气。纯度≥99.999％的氩气称为高纯氩气。
步骤(9)-(10)中所使用的氧气为纯度≥99.995％的氧气。纯度≥99.995％的氧气称为高纯氧气。
本发明优点：
本发明提供了一种全磁控溅射技术生长多层立方织构氧化物隔离层和YBCO涂层导体的方法，即在具有立方织构的金属衬底上制备Y2O3/YSZ/CeO2/YBCO多层膜的方法。
1.以全磁控溅射技术生长YBCO涂层导体，可降低成本。
2.用常规磁控溅射方法镀膜来生长氧化物薄膜，以相应的陶瓷氧化物做为靶材，陶瓷氧化物靶材的溅射产额较相应的金属靶材的溅射产额低，因而成膜生长速率慢，且必须使用射频的溅射电源。而金属材料溅射产额高，生长速率快，可用直流溅射电源，成本低。本发明分别以Y、Zr-Y和Ce金属为靶材，采取反应溅射方式先后生长双轴取向的Y2O3、YSZ和CeO2。
3.以金属材料为溅射靶材，生长氧化物，需进行反应溅射形成相应氧化物。在高温氧环境中金属镍或镍合金衬底易被氧化而对成膜不利。本发明以水代替氧气作为反应气体，有效阻止了直接通入的氧气将金属衬底氧化。水中的氧足以形成氧化物，水中的氢可阻止金属基底氧化。因此，在一定水压下，即可以将溅射产物氧化，形成氧化物膜，又可防止衬底被氧化，生成立方织构氧化物薄膜。
4.该方法适合于具有立方织构的金属衬底，如镍及镍合金。
5.本发明提供的方法生长的Y2O3/YSZ/CeO2/YBCO膜为纯立方织构。X-光衍射θ-2θ扫描为纯c轴，各层膜均无(111)取向生成。隔离层很好地传递了衬底的立方织构，使YBCO具有双轴取向，且具有超导电性。
6.本发明提供的方法生长的Y2O3/YSZ/CeO2隔离层有效地阻止了金属基底的扩散，抑制了金属基底的氧化。
7.本发明提供的方法生长的Y2O3/YSZ/CeO2隔离层，表面致密无裂纹。
8.本发明提供的方法采用非正式基底材料为引带，可有效减少基底材料的浪费，降低成本。
附图说明
图1为采用本发明的方法生长的立方织构YBCO/CeO2/YSZ/Y2O3/NiW X-光衍射θ-2θ扫描。
图2a，2b，2c，2d分别为采用本发明的方法生长的Y2O3(111)X射线衍射2D极图，2.5D极图，
图3a，3b，3c，3d分别为采用本发明的方法生长的YSZ(111)X射线衍射2D极图，2.5D极图，
图4a，4b，4c，4d分别为采用本发明的方法生长的CeO2(111)X射线衍射2D极图，2.5D极图，
图5为采用本发明的方法生长的5米长立方织构CeO2/YSZ/Y2O3/NiW各层
图6为采用本发明的方法生长的10米长立方织构CeO2/YSZ/Y2O3/NiW各层
图7为采用本发明的方法生长的立方织构CeO2/YSZ/Y2O3/NiW表层CeO2扫描电镜照片。
图8为CeO2/YSZ/Y2O3/NiW结构扫描俄歇探针分析。
图9为采用本发明的方法生长的10米长立方织构CeO2/YSZ/Y2O3/NiW的实物照片。
图10a，10b，10c，10d分别为采用本发明的方法生长的YBCO(103)X射线衍射2D极图，2.5D极图，
图11为采用本发明的方法生长的YBCO超导临界转变温度。
图12为采用本发明的方法生长的YBCO超导临界电流。
具体实施方式
在下述实施例中，预溅射均采用遮挡的方式，用遮挡物将衬底遮挡住，使预溅射的产物不能沉积到衬底上；待预溅射结束后、正式溅射前撤掉遮挡物。
实施例1
将具有立方织构的金属基带前后两端与引带连接，并进行清洁处理。将清洗后的上述金属基带及引带缠绕在放带轮和收带轮上，并置于真空腔体中，再将引带部分置于沉积区域。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至500℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa。
以Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率320W，靶基距120mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa，开始正式溅射沉积。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.1mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即得氧化钇膜。在生长氧化钇膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇膜的金属基带上继续生长立方织构YSZ膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至600℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa。
以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率320W，靶基距120mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在3.5×10-2Pa，并调控制沉积腔体内压力至5Pa，开始正式溅射沉积钇稳定二氧化锆；正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.5mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即在已沉积氧化钇膜的金属基带上得到钇稳定二氧化锆膜，在生长钇稳定二氧化锆膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上继续生长立方织构二氧化铈膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至600℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压1×10-1Pa。
以金属Ce为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率200W，靶基距120mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa，开始正式溅射沉积二氧化铈。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度3mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上得到二氧化铈膜，即制成连续生长多层立方织构氧化物隔离层。
所得到的金属基带上连续生长的多层立方织构氧化物隔离层，是在金属基带上依次生长氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜，其中，氧化钇(Y2O3)膜的厚度为200nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为300nm；二氧化铈(CeO2)膜的厚度为30nm。
将带有多层立方织构氧化物隔离层的金属基带短样(1×1cm2)置于真空腔体。抽真空至腔体的背底真空小于或等于1.1×10-2Pa；将样品加热至780℃，待达到所需温度10分钟后，充氩气和氧气至腔体气压60Pa；氩气和氧气比例为2比1；靶基距为30mm；以YBCO为溅射靶材，采用磁控溅射沉积方法，溅射功率110W，开始溅射。溅射时间3小时。
溅射结束后，降温至450℃，并充氧气至腔体气压0.8大气压，进行20分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温。完成YBCO生长。YBCO厚度260nm。
所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体，在金属基带上依次生长氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜、YBCO超导层，其中，氧化钇(Y2O3)膜的厚度为200nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为300nm；二氧化铈(CeO2)膜的厚度为30nm；YBCO涂层导体的厚度260nm。
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体的立方织构YBCO/CeO2/YSZ/Y2O3/NiW X-光衍射θ-2θ扫描如图1所示，图1表明各层膜均为纯c轴取向。
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的Y2O3(111)X射线衍射2D极图，2.5D极图，
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的YSZ(111)X射线衍射2D极图，2.5D极图，
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的CeO2(111)X射线衍射2D极图，2.5D极图，
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的5米长立方织构CeO2/YSZ/Y2O3/NiW各层
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的立方织构CeO2/YSZ/Y2O3/NiW表层CeO2扫描电镜照片如图7所示，CeO2表面连续致密。
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的CeO2/YSZ/Y2O3/NiW结构扫描俄歇探针分析如图8所示，表明隔离层有效地阻止了金属衬底的扩散。(从图8的中部从上到下的曲线依次表示为O、Y、Zr、Ce、W、Ni)。
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的YBCO(103)X射线衍射2D极图，2.5D极图，
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的YBCO超导临界转变温度曲线如图11所示，其超导临界转变温度Tc为88K。
实施例1所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的超导临界电流曲线如图12所示，其超导临界电流曲线Ic为40安培。
实施例2
将具有立方织构的金属基带前后两端与引带连接，并进行清洁处理。将清洗后的上述金属基带及引带缠绕在放带轮和收带轮上，并置于真空腔体中，再将引带部分置于沉积区域。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至700℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压5×10-1Pa。
以Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率350W，靶基距60mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在8×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度3mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即得氧化钇膜。在生长氧化钇膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇膜的金属基带上继续生长立方织构YSZ膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至750℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压5×10-1Pa。
以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率400W，靶基距60mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在3×10-2Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积钇稳定二氧化锆；正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.8mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即在已沉积氧化钇膜的金属基带上得到钇稳定二氧化锆膜，在生长钇稳定二氧化锆膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上继续生长立方织构二氧化铈膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至650℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压5×10-1Pa。
以金属Ce为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率70W，靶基距60mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在5×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积二氧化铈。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度6mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上得到二氧化铈膜，即制成连续生长多层立方织构氧化物隔离层。
将带有多层立方织构氧化物隔离层的金属基带短样(1×2cm2)置于真空腔体。抽真空至腔体的背底真空小于或等于1.1×10-2Pa；将样品加热至790℃，待达到所需温度10分钟后，充氩气和氧气至腔体气压20Pa；氩气和氧气比例为2比1；靶基距为30mm；以YBCO为溅射靶材，采用磁控溅射沉积方法，溅射功率130W，开始溅射。溅射时间5小时。
溅射结束后，降温至480℃，并充氧气至腔体气压0.8大气压，进行30分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温。完成YBCO生长。
所得到的金属基带上连续生长的多层立方织构氧化物隔离层，是在金属基带上依次生长氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜，其中，氧化钇(Y2O3)膜的厚度为100nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为400nm；二氧化铈(CeO2)膜的厚度为10nm。在隔离层上生长的YBCO厚度260nm。
实施例2所得到金属基带上生长的多层隔离层和YBCO涂层导体中的10米长立方织构CeO2/YSZ/Y2O3/NiW各层
实施例3
将具有立方织构的金属基带前后两端与引带连接，并进行清洁处理。将清洗后的上述金属基带及引带缠绕在放带轮和收带轮上，并置于真空腔体中，再将引带部分置于沉积区域。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至800℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压8×10-1Pa。
以Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率350W，靶基距80mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在7×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至5Pa，开始正式溅射沉积。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度2mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即得氧化钇膜。在生长氧化钇膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇膜的金属基带上继续生长立方织构YSZ膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至820℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压8×10-1Pa。
以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率400W，靶基距80mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在2.5×10-2Pa，并调控制沉积腔体内压力至5Pa，开始正式溅射沉积钇稳定二氧化锆；正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度2.0mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即在已沉积氧化钇膜的金属基带上得到钇稳定二氧化锆膜，在生长钇稳定二氧化锆膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上继续生长立方织构二氧化铈膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至750℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压8×10-1Pa。
以金属Ce为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率100W，靶基距80mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在6.5×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至5Pa，开始正式溅射沉积二氧化铈。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.5mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上得到二氧化铈膜，即制成连续生长多层立方织构氧化物隔离层。
将带有多层立方织构氧化物隔离层的金属基带短样(1×1cm2)置于真空腔体。抽真空至腔体的背底真空小于或等于1.1×10-2Pa；将样品加热至800℃，待达到所需温度10分钟后，充氩气和氧气至腔体气压100Pa；氩气和氧气比例为2比1；靶基距为40mm；以YBCO为溅射靶材，采用磁控溅射沉积方法，溅射功率130W，开始溅射。溅射时间2小时。
溅射结束后，降温至490℃，并充氧气至腔体气压0.8大气压，进行40分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温。完成YBCO生长。
所得到的金属基带上连续生长的多层立方织构氧化物隔离层，是在金属基带上依次生长氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜，其中，氧化钇(Y2O3)膜的厚度为100nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为250nm；二氧化铈(CeO2)膜的厚度为100nm。在隔离层上生长的YBCO厚度160nm。
实施例3所得到金属基带上生长的10米长立方织构CeO2/YSZ/Y2O3/NiW多层隔离层的实物照片如图9所示。
实施例4
将具有立方织构的金属基带前后两端与引带连接，并进行清洁处理。将清洗后的上述金属基带及引带缠绕在放带轮和收带轮上，并置于真空腔体中，再将引带部分置于沉积区域。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至700℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压3×10-1Pa。
以Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率250W，靶基距150mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在5×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa，开始正式溅射沉积。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.6mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即得氧化钇膜。在生长氧化钇膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇膜的金属基带上继续生长立方织构YSZ膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至700℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压3×10-1Pa。
以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率250W，靶基距150mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在8×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa，开始正式溅射沉积钇稳定二氧化锆；正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度1mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即在已沉积氧化钇膜的金属基带上得到钇稳定二氧化锆膜，在生长钇稳定二氧化锆膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上继续生长立方织构二氧化铈膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至700℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压3×10-1Pa。
以金属Ce为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率150W，靶基距150mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在4×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa，开始正式溅射沉积二氧化铈。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度2mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上得到二氧化铈膜，即制成连续生长多层立方织构氧化物隔离层。
将带有多层立方织构氧化物隔离层的金属基带短样(1×5cm2)置于真空腔体。抽真空至腔体的背底真空小于或等于1.1×10-2Pa；将样品加热至820℃，待达到所需温度10分钟后，充氩气和氧气至腔体气压80Pa；氩气和氧气比例为2比1；靶基距为30mm；以YBCO为溅射靶材，采用磁控溅射沉积方法，溅射功率120W，开始溅射。溅射时间6小时。
溅射结束后，降温至500℃，并充氧气至腔体气压1大气压，进行40分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温。完成YBCO生长。
所得到的金属基带上连续生长的多层立方织构氧化物隔离层，是在金属基带上依次生长氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜，其中，氧化钇(Y2O3)膜的厚度为250nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为200nm；二氧化铈(CeO2)膜的厚度为50nm。在隔离层上生长的YBCO厚度750nm。
实施例5
将具有立方织构的金属基带前后两端与引带连接，并进行清洁处理。将清洗后的上述金属基带及引带缠绕在放带轮和收带轮上，并置于真空腔体中，再将引带部分置于沉积区域。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至650℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压2×10-1Pa。
以Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率100W，靶基距80mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在6×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.4mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即得氧化钇膜。在生长氧化钇膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇膜的金属基带上继续生长立方织构YSZ膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至750℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压2×10-1Pa。
以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率100W，靶基距80mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在3×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积钇稳定二氧化锆；正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.1mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即在已沉积氧化钇膜的金属基带上得到钇稳定二氧化锆膜，在生长钇稳定二氧化锆膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上继续生长立方织构二氧化铈膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至650℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压2×10-1Pa。
以金属Ce为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率70W，靶基距80mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在3×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积二氧化铈。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.1mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上得到二氧化铈膜，即制成连续生长多层立方织构氧化物隔离层。
将带有多层立方织构氧化物隔离层的金属基带短样(1×2cm2)置于真空腔体。抽真空至腔体的背底真空小于或等于1.1×10-2Pa；将样品加热至800℃，待达到所需温度10分钟后，充氩气和氧气至腔体气压120Pa；氩气和氧气比例为2比1；靶基距为30mm；以YBCO为溅射靶材，采用磁控溅射沉积方法，溅射功率120W，开始溅射。溅射时间8小时。
溅射结束后，降温至500℃，并充氧气至腔体气压1大气压，进行30分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温。完成YBCO生长。
所得到的金属基带上连续生长的多层立方织构氧化物隔离层，是在金属基带上依次生长氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜，其中，氧化钇(Y2O3)膜的厚度为180nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为280nm；二氧化铈(CeO2)膜的厚度为100nm。在隔离层上生长的YBCO厚度900nm。
实施例6
将具有立方织构的金属基带前后两端与引带连接，并进行清洁处理。将清洗后的上述金属基带及引带缠绕在放带轮和收带轮上，并置于真空腔体中，再将引带部分置于沉积区域。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至550℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压2×10-1Pa。
以Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率300W，靶基距150mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在3×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.8mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即得氧化钇膜。在生长氧化钇膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇膜的金属基带上继续生长立方织构YSZ膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将金属基带加热至700℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压2×10-1Pa。
以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率350W，靶基距120mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积钇稳定二氧化锆；正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度0.3mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，即在已沉积氧化钇膜的金属基带上得到钇稳定二氧化锆膜，在生长钇稳定二氧化锆膜结束后，使腔体恢复初始状态。
在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上继续生长立方织构二氧化铈膜。抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10-4Pa；将衬底加热至700℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压2×10-1Pa。
以金属Ce为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，溅射功率120W，靶基距150mm，开始预溅射。预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在2×10-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至2Pa，开始正式溅射沉积二氧化铈。正式溅射沉积开始后，金属基带开始走动，走带速度4mm/sec。待所要沉积的金属基带全部经过沉积区，沉积完毕，在已沉积氧化钇和钇稳定二氧化锆膜的金属基带上得到二氧化铈膜，即制成连续生长多层立方织构氧化物隔离层。
将带有多层立方织构氧化物隔离层的金属基带短样(1×2cm2)置于真空腔体。抽真空至腔体的背底真空小于或等于1.1×10-2Pa；将样品加热至790℃，待达到所需温度10分钟后，充氩气和氧气至腔体气压80Pa；氩气和氧气比例为2比1；靶基距为30mm；以YBCO为溅射靶材，采用磁控溅射沉积方法，溅射功率120W，开始溅射。溅射时间3小时。
溅射结束后，降温至490℃，并充氧气至腔体气压1大气压，进行30分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温。完成YBCO生长。
所得到的金属基带上连续生长的多层立方织构氧化物隔离层，是在金属基带上依次生长氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜，其中，氧化钇(Y2O3)膜的厚度为200nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为300nm；二氧化铈(CeO2)膜的厚度为20nm。在隔离层上生长的YBCO厚度230nm。
经检测，实施例2-6方法中所生长的Y2O3/YSZ/CeO2膜均为纯立方织构；X-光衍射θ-2θ扫描为纯c轴，各层膜均无(111)取向生成；很好地传递了衬底的立方织构，且织构取向均匀。实施例2-6方法中所生长的Y2O3/YSZ/CeO2隔离层，其表面致密无裂纹。实施例2-6方法中所生长的Y2O3/YSZ/CeO2隔离层YBCO膜均为纯立方织构；X-光衍射θ-2θ扫描为纯c轴，且具有超导电性。
机译： 生产YBCO涂层导体中用于金属基底制备的电抛光工艺控制方法
机译： 生产YBCO涂层导体中的金属基体制备过程的电解抛光工艺控制方法
机译： 生产YBCO涂层导体中用于金属基底制备的电抛光工艺控制方法
