CN100477020C - 超导线及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种超导线(10),其中,超导层(3)形成在金属衬底上,该金属衬底为取向金属衬底(1)。在从表面延伸到300nm深度的表面层内,晶轴相对于取向轴的偏离角为25°或更小,并且表面被平坦化以具有150nm或更小的表面粗糙度RP-V。还公开了一种制造这种超导线的方法。由于取向金属衬底的平坦化同时保持了衬底表面层内的双轴取向,因此超导线具有高超导性能。

Description

超导线及其制造方法
技术领域
本发明涉及超导线及其制造方法,更具体地涉及包括平坦化(planarized)、织构化的金属衬底和叠加的超导层或者继之以超导层的叠加的中间层的这样的线及其制造方法。
背景技术
自高温超导体被发现以来,用于电缆、限流器、磁体和其他类似的电力设备的高温超导线已被日益开发出来。为获得优良的高温超导线,有必要使用显著取向的超导层。
为增强超导层的取向,已提出制备双轴织构化金属衬底并在其上沉积超导层或继之以超导层的中间层(例如见非专利文献1-4)。
在此,金属衬底由双轴取向的金属原子形成的衬底来实现,也就是使用双轴织构化的金属衬底,并且在该衬底上外延生长中间层以具有和衬底相同的双轴织构,且在中间层上外延生长超导层以具有和中间层相同的双轴织构。这种方法有助于制造包括超导层的高温超导线,该超导层具有适于超导的双轴织构。
此外,衬底是否平坦严重影响叠加的超导层、或中间和超导层的取向。因此,超导线用表面粗糙度小或被平坦化的衬底来制造(例如见专利文献1)。
然而,如果衬底是通过某平坦化工艺平坦化的双轴织构化金属衬底,则不利地,衬底具有丧失了双轴织构的延伸到300nm深的表面层,并且不能获得具有适于超导的双轴织构的超导层、或中间和超导层。
专利文献1:日本专利No.2803123
非专利文献1:J.H.Je等人,“立方织构化Ni衬底上的RE2O3层的微观结构(Microstructure of RE2O3 layers on cube textured Ni substrates)”,Physica C,(2003),384,pp.54-60.
非专利文献2:B.W.Kang等人,“(100)SrTiO3和轧制辅助双轴织构化衬底上YBa2Cu3O7-δ临界电流密度的厚度相关性的比较研究(Comparative studyof thickness dependence of critical current density of YBa2Cu3O7-δ on(100)SrTiO3 and on rolling-assisted biaxially textured substrates)”,J.Mater.Res.,July.2002,vol.17,No.7,pp.1750-1757.
非专利文献3:D.Eyidi等人,“沉积在双轴织构化镍衬底上的CeO2薄膜的生长(Growth of CeO2 thin film deposited on biaxially textured nickelsubstrate)”,J.Mater.Res.,Jan.2003,vol.18,No.1,pp.14-26.
非专利文献4:Fujino等人,“使用ISD法的高温超导薄膜带的发展(Development of High-temperature Superconducting Thin Film Tape Using theISD Method)”,SEI Technical Review,September 1999,No.155,pp.131-135.
发明内容
通过提供织构化金属衬底,本发明克服了上述缺点,其中该织构化金属衬底具有在衬底表面被平坦化的同时双轴织构得以保持的表面层,从而提供高超导的线及其制造方法。
一方面,本发明提供一种超导线,其包括金属衬底和叠在其上的超导层,其中所述金属衬底是织构化金属衬底,该织构化金属衬底被平坦化从而具有从其表面延伸到300nm深度的表面层和至多150nm的表面粗糙度RP-V,该表面层具有相对于取向轴的至多25°的晶轴偏斜。在本超导线中,该织构化金属衬底可位于中间层之下,且该中间层可位于所述超导层之下。
另一方面,本发明提供一种制造超导线的方法,包括步骤:平坦化织构化金属衬底从而具有从其表面延伸到300nm深度的表面层和至多150nm的表面粗糙度RP-V,所述表面层具有相对于取向轴的至多25°的晶轴偏斜;以及在被平坦化的所述织构化金属衬底上沉积超导层。
本方法可进一步包括在平坦化所述织构化金属衬底的步骤之后且在被平坦化的所述织构化金属衬底上沉积所述超导层的步骤之前,在还原或真空环境中热处理所述织构化金属衬底至少一次的步骤。
此外,在本方法中,平坦化所述织构化金属衬底的步骤通过以下中的至少一种来执行:镜面精轧、机械化学法、电解抛光、以及化学抛光。
此外,本方法可进一步包括步骤:在所述织构化金属衬底上沉积中间层;在所述中间层上沉积所述超导层。
于是,根据本发明,织构化金属衬底被平坦化以具有从其表面延伸到300nm深度的表面层和至多150nm的表面粗糙度RP-V,所述表面层具有相对于取向轴的至多25°的晶轴偏移,可在其上沉积超导层或沉积中间层接着是超导层以提供高超导的线。
附图说明
图1A示出处于平坦化织构化金属衬底的步骤的制造本发明超导线的方法。
图1B是图1A所示部分B的放大图。
图1C示出处于在织构化金属衬底上沉积中间层的步骤的制造本发明中超导线的方法。
图1D示出在中间层上沉积超导层的步骤中,制造本发明超导线的方法。
图1E是图1D所示部分E的放大图。
图2示出本发明中用来平坦化织构化金属衬底的方法。
图3示出本发明中用来平坦化织构化金属衬底的另一方法。
附图标记说明
1:织构化金属衬底,1a:表面层,1b:内层,2:中间层,3:超导层,10:超导线,11:平坦化处理,20:机械化学抛光器,21:加压器,23:转动轴,24:抛光片台,25:抛光片送料辊,26:抛光片卷绕辊,27:抛光片,28:抛光浆供应器,29:抛光浆,30:电解抛光器,31:衬底送料辊,32:衬底浸渍辊,33:衬底卷绕辊,34:电解槽,35:阴极,36:电解液
具体实施方式
如图1D和1E所示,本发明一方面提供一种超导线,所述超导线包括织构化金属衬底1、沉积在织构化金属衬底1上的中间层2、以及沉积在中间层2上的超导层3。当它被平坦化时,从其表面到300nm深度,织构化金属衬底1具有表面层1a和150nm的表面粗糙度RP-V,该表面层1a具有相对于取向轴(orientation axis)的至多25°的晶轴偏斜(crystal axis offset)。当使用具有双轴织构被保持的表面层并具有平坦化表面的织构化金属衬底时,沉积在其上的中间层和随后沉积在其上的超导层可为显著的双轴织构化层,并且因此可得到高超导的线。注意,当多晶体具有大量晶粒,所述晶粒中的每一个的特定晶体方向平行于特定轴时,该轴被称为取向轴。
如本发明中所采用的那样,织构化金属衬底1指的是双轴取向的金属原子形成的金属衬底,并且包括完全双轴织构化的衬底和具有相对于取向轴至多25°的晶轴偏斜的衬底。此处,在双轴取向中,两个取向轴指的是大致平行于具有垂直于衬底平面的方向的晶轴的轴、以及大致平行于具有与该衬底平面平行的方向的一晶轴的轴,衬底中晶轴相对于取向轴的偏斜角指的是在与该衬底平面平行的该方向上延伸的一个晶轴相对于在与该衬底平面平行的表面内延伸的取向轴的偏斜角,并由衬底内这样的偏斜角的平均值表示。
另外,表面层中晶轴相对于取向轴的偏斜角指的是在平行于衬底表面层平面的方向上延伸的一晶轴相对于在平行于该表面层平面的平面内延伸的取向轴的偏斜角,并由表面层内这样的偏斜角的平均值表示。在表面层内,晶轴相对于取向轴偏斜至多25°。如果在表面层内,晶轴相对于取向轴偏斜超过25°的角度,则不能得到显著双轴织构化的中间层和超导层。同样,表面层具有更优选至多12°,更优选至多10°的相对于取向轴的晶轴偏斜。此外,某些类型的织构化金属衬底可以免除中间层,并可具有直接沉积在其上的超导层。
更具体地,本发明使用织构化金属衬底1,如上所述,其特征在于当衬底被平坦化时,从衬底表面延伸到300nm深度的表面层1a具有相对于取向轴至多25°的晶轴偏斜,以及150nm的表面粗糙度RP-V。即使内层1b(衬底内除表面层外的层)具有相对于取向轴至多25°的晶轴偏斜,晶轴相对于取向轴偏斜超过25°的角度或表面粗糙度RP-V超过150nm的表面层1a阻碍提供显著双轴织构化的中间层和超导层。优选地,将取向规定在一方向,使得<100>轴取向于垂直于衬底平面的方向,且<010>轴取向于衬底长度方向。
此处,表面粗糙度RP-V指的是在垂直于表面的方向上观察时,从表面的最高峰到最低谷在它们的各顶点之间的距离。表面粗糙度RP-V至多为150nm。如果表面粗糙度RP-V超过150nm,则不能得到显著双轴织构化的中间层和超导层。此外,在垂直于表面的方向上从这样的峰顶点到这样的谷顶点测量的表面可提供距离,所述距离被平均以提供平均表面粗糙度Ra,按照提供至多150nm的表面粗糙度RP-V,其优选地为至多50nm。
织构化金属衬底可以是如上所述地被双轴织构化的任何衬底。然而,优选地,使用Ni、Cr、Mn、Co、Fe、Pd、Cu、Ag、Au或其中至少二种的合金。此外,不仅单独的上述金属或其合金,而且上述金属或其合金与其他金属或其合金也可以布置成层。例如,具有织构化Ni薄膜层的不锈钢可被用作织构化金属衬底,不锈钢是一种非常坚固的材料。
根据本发明,超导线以下述方法制造。首先,参考图1A和图1B,织构化金属衬底1被平坦化,以致从衬底表面延伸到300nm深度的表面层1a具有相对于取向轴偏斜至多25°的晶轴,并具有至多150nm的表面粗糙度RP-V。然后,参考图1C,衬底1具有沉积在其上的中间层2。另外,参考图1D和1E,中间层2具有沉积在其上的超导层3。当使用具有保持了双轴织构的表面层且表面也被平坦化的织构化金属衬底1时,沉积在其上的中间层2和进一步沉积在其上的超导层3可以是显著双轴织构化的中间层2和超导层3,并且因此可得到高超导的线。此外,某些类型的织构化金属衬底可以免除中间层,并可具有直接沉积在其上的超导层。
在图1C中,织构化金属衬底1已经在其上沉积了中间层2,优选地该中间层由包括至少一种金属元素且具有烧绿石、萤石、岩盐、或者钙钛矿(provskite)晶体结构的金属氧化物形成。更具体地,优选使用CeO2或类似的稀土元素氧化物、钇稳定锆(YSZ)、BaZrO3(BZO)、SrTiO3(STO)、Al2O3、YAlO3、MgO、Ln-M-O基化合物等,其中Ln代表至少一种镧系元素,M代表从Sr、Zr和Ga中选择的至少一种元素,O代表氧。这样的氧化物可有助于减小织构化金属衬底和超导层之间在晶体常数和晶体取向方面的差别,并且还防止衬底流出金属原子到层中。此外,中间层可以由两层或更多层形成。注意,如果织构化金属衬底是例如织构化的Ag衬底或类似的具有更少金属原子流出的衬底,则可以免除中间层,并且衬底可具有直接沉积在其上的超导层。
中间层由不违背本发明目的的任何方法沉积的薄氧化物膜形成。优选地,它通过溅镀、电子束沉积(EBD)、脉冲激光沉积(PLD)、气相沉积等沉积。
如果织构化金属衬底1(例如双轴织构化Ni衬底,其<100>和<010>轴分别取向于垂直于衬底平面的方向和衬底长度的方向)具有在其上外延生长的CeO2形成的中间层2,则薄CeO2膜形成有分别取向于垂直于衬底平面的方向和衬底长度的方向的<100>和<011>轴。于是可得到显著双轴织构化的CeO2层。
在图1D中,中间层2可具有沉积在其上的任何类型的超导层3。然而,优选地,使用RE1Ba2Cu3O7-δ等。超导层可通过不违背本发明目的的任何方法来提供。优选地,它通过PLD、有机金属沉积(MOD)、有机金属化学气相沉积(MOCVD)等沉积。
如果中间层2(例如双轴织构化CeO2层,其<100>和<011>轴分别取向于垂直于衬底平面的方向和衬底长度的方向)具有在其上外延生长的Ho1Ba2Cu3O7-δ形成的超导层3,则Ho1Ba2Cu3O7-δ膜形成有分别取向于垂直于衬底平面的方向和衬底长度的方向的<100>和<010>轴。于是,可得到显著双轴织构化的Ho1Ba2Cu3O7-δ层。
此外,根据需要,超导层3可以由其上沉积的保护层来保护。保护层可以为高传导性的任何层。优选地,使用Ag、Au、Pt、Al或其合金。保护层可通过任何方法形成。优选地,它通过溅镀、EBD、PLD、热气相沉积、MOD、MOCVD、电镀等沉积。
在本方法中,在衬底具有沉积在其上的超导层或中间层之前,镜面精轧(mirror finished rolling)、机械化学(mechanochemistry)、电解抛光、以及化学抛光中的至少一种可用于提供被平坦化11的织构化金属衬底1,如图1A和1B所示。上述方法可提供被平坦化11的织构化金属衬底1,同时保持表面层1a的双轴织构。
如这里提及的那样,镜面精轧使用滚动面被镜面磨光的轧辊来碾压织构化金属衬底,从而将轧辊的镜面磨光的表面传递到衬底的表面,于是平坦化衬底的表面。
如这里提及的那样,如下执行机械化学:例如,参考图2,由腐蚀性、酸性或碱性液体及分散在其中的SiO2、Al2O3或类似磨粒形成的抛光浆29从抛光浆供应器28供应,同时加压器21将织构化金属衬底1压向抛光片27,从而机械且化学地抛光并因此平坦化织构化金属衬底的表面。当载运该抛光片的抛光片台24被转动轴23转动时,抛光片27被旋转。此外,抛光片送料辊25和卷绕辊(takeup roll)26分别旋转以供给补充的抛光片。
如这里提及的那样,如下执行电解抛光:例如,参考图3,织构化金属衬底1作为阳极被浸在浓磷酸、浓硫酸等的电解液36中,并且在布置在电解液36中的阳极和阴极35之间通直流电以电化学抛光织构化金属衬底1的表面。通过衬底送料辊31、衬底浸渍辊32和衬底卷绕辊33,衬底被连续电解抛光并被卷绕。
如这里提及的那样,化学抛光使用磷酸、硝酸、氢氟酸-硝酸(HF-HNO3)混合溶液、氢氟酸-含氧水(HF-H2O2)混合溶液、草酸-含氧水((COOH)2-H2O2)混合溶液或类似的化学抛光液,并将织构化金属衬底浸在其中以产生化学反应从而抛光衬底表面。
平坦化织构化金属衬底的步骤和在平坦化的衬底上沉积超导或中间层的步骤之间,本方法可包括在还原气氛中热处理衬底至少一次的步骤。这样做的一个目的是去除形成在织构化金属衬底表面层上的氧化物层以及暴露双轴织构化的表面层。此外,如果平坦化的织构化金属衬底具有双轴织构被削弱的表面层,则在还原气氛中热处理衬底可恢复呈双轴织构的表面层。
如这里描述的那样,在还原气氛中热处理平坦化的织构化金属衬底指的是在足以恢复衬底被平坦化时被减弱的表面层的双轴织构的还原气氛中热处理衬底。例如,衬底在H2或类似的还原气体存在的条件下被热处理。如果衬底在含H2气的气氛中被热处理,则优选的是,H2气在摩尔百分比(mole%)上更大,因为这样可有助于更多的还原。例如,如果还原气体是一起使用的H2气和Ar气,则该还原气体优选含至少1摩尔百分比,更优选至少3摩尔百分比的H2气。
平坦化织构化金属衬底的步骤和在平坦化的衬底上沉积超导或中间层的步骤之间,本方法可包括在真空环境中热处理衬底至少一次的步骤。这样做的一个目的是去除形成在织构化金属衬底表面层上的氧化物层以及暴露双轴织构化的表面层。此外,如果平坦化的织构化金属衬底具有双轴织构被削弱的表面层,则在真空环境中热处理衬底可恢复表面层的双轴织构。
如这里描述的那样,在真空环境中热处理平坦化的织构化金属衬底指的是在足以恢复平坦化衬底时削弱的表面层双轴织构的真空环境中热处理衬底。例如,衬底在具有至多1.33×10-2Pa的真空度的真空环境中被热处理。
织构化金属衬底可在低于衬底熔点的任何温度下在还原或真空环境中被热处理。优选地,衬底在500℃到800℃下热处理。如果衬底在低于500℃的温度下热处理,则衬底具有双轴织构没有充分恢复的表面层。如果衬底在高于800℃的温度下热处理,则衬底整体上会在双轴织构方面被减少。因此,更优选地,衬底在600℃到700℃下热处理。
织构化金属衬底可在还原或真空环境中被热处理任何一段时间。优选地,衬底被热处理至少两分钟。如果衬底被热处理少于两分钟,则衬底具有双轴织构没有充分恢复的表面层。
织构化金属衬底可以以任何方式在还原或真空环境中热处理。然而,优选地,紧接在其上提供以超导层或中间层之前其被如此处理,因为这样可防止热处理过的衬底具有双轴织构再次减少的表面层。此外,衬底不仅可以被热处理一次而且可以被热处理超过一次以进一步恢复表面层的双轴织构。此外,如果衬底被热处理多于一次,它既可经历在还原气氛中施行的热处理,也可经历在真空环境中施行的热处理。
如果被平坦化的织构化金属衬底在还原或真空环境中热处理两次,即预先地和紧接在衬底被提供以超导层或中间层之前,则衬底优选地在500℃至800℃在该环境中被预先热处理至少两分钟,更优选地至少五分钟,最优选地至少十分钟,且当紧接在衬底被提供以超导层或中间层之前衬底被热处理时,衬底优选在500℃至800℃在该环境中被热处理至少两分钟,更优选地至少三分钟,最优选地至少七分钟。
以下,将参考特定示例来描述本发明。
第一示例
准备长40cm、宽10mm、厚100μm且由具有50摩尔百分比的Ni和50摩尔百分比的Fe的成分的Ni-Fe合金形成的双轴织构化金属衬底。它具有分别取向于垂直于衬底平面的方向和取向于衬底长度的方向的<100>和<010>轴,并且具有晶轴相对于取向轴偏斜至多9°的表面层、513nm的表面粗糙度RP-V和62nm的平均表面粗糙度Ra。衬底跳过初步平坦化处理,且参考图2经历第二次平坦化处理。更具体地,准备含3%质量的过氧化氢(H2O2)且其中分散有36%体积的直径为72nm的磨粒的水溶液作为抛光浆29(pH:8.8),该抛光浆29在加压器21在织构化金属衬底1上施加15/Ncm2的荷载且抛光片27还以180rpm的转速转动的同时被供给以抛光衬底三分钟。此外,衬底经历第三次平坦化处理。更具体地,准备含有1.4%质量的H2O2且其中分散有30%体积的直径为12nm的磨粒的水溶液作为抛光浆29(pH:10.1),该抛光浆29在加压器21在织构化金属衬底1上施加15/Ncm2的荷载且抛光片27还以180rpm的转速转动的同时被供给以抛光衬底三分钟。
如此被平坦化的织构化金属衬底具有143nm的表面粗糙度RP-V和16nm的平均表面粗糙度Ra,并且具有晶轴相对于取向轴偏斜至多9°的表面层。注意,表面粗糙度RP-V和平均表面粗糙度Ra通过原子力显微镜测量,角度通过x射线极图测量法测量。
此外,通过小角入射x射线衍射针对(200)面内的取向来评估如此平坦化的织构化金属衬底的表面层。更具体地,在平坦化之前和之后,衬底经历小角入射x射线测量,且平坦化之后获得的测量与平坦化之前获得的测量进行对比以用来评估。“○”表示(200)面提供衍射,该衍射具有在相对强度上基本上被保持的峰。“△”表示(200)面提供具有减低的峰的衍射且(111)面提供具有清晰明显的峰的衍射。“×”表示来自(200)面的衍射的峰消失且(111)面提供具有强度基本相对增加的峰的衍射。注意,来自(200)面的衍射的强度相对较高的峰表示增多的双轴织构。在本实施例中,平坦化的织构化金属衬底具有表面层,该表面层具有提供被评测为“○”的取向的(200)面。
然后,预先地和紧接在衬底被提供以超导层或中间层之前两次,织构化金属衬底使用由混合在一起的H2气和Ar气(成分:3摩尔百分比的H2气和97摩尔百分比的Ar气)形成的还原气体在一温度下在压力为1.33Pa的还原气氛中被热处理一段时间,如表1中所示那样。在本实施例中,如此热处理过的织构化金属衬底具有表面层,该表面层具有提供被评测为“○”的取向的(200)面。
然后,紧接在第二次热处理之后,使用含有混合在一起的H2气和Ar气(成分:3摩尔百分比的H2气和97摩尔百分比的Ar气)的还原气体,并且将衬底引入到压力为1.33Pa的还原气氛中。衬底的温度被设为650℃,于是经受溅镀从而在其上具有厚度为0.1μm的CeO2中间层。通过小角入射x射线衍射,针对(200)面中的取向对中间层进行评测。“○”表示(200)面提供具有强度相对大的峰的衍射,且(111)面不提供具有峰的衍射。“△”表示(200)面和(111)面都提供具有清晰明显的峰的衍射。“×”表示(200)面不提供具有峰的衍射,且(111)面提供具有强度相对大的峰的衍射。在本实施例中,中间层具有表面层,该表面层具有提供了被评测为“○”的取向的(200)面。
此外,采用PLD,其中激光频率为150Hz,激光能量为0.65J,O2气具有13.3Pa的压力,衬底和中间层具有750℃的温度,从而在中间层上沉积由Ho1Ba2Cu3O7-δ形成且厚度为0.5μm的超导层,于是获得超导线,该超导线对于0T的外磁通量密度在77K的环境中提供0.1MA/cm2的临界电流密度。结果示于表1中。
第一对比例
除了不被平坦化之外,织构化金属衬底被热处理两次并且提供有中间层和超导层,类似于第一示例中所述。该结果示于表1。
第二对比例
织构化金属衬底被初步平坦化:织构化金属衬底1承受7N/cm2的荷载且#2000纸(例如具有直径为1到10μm的磨粒的纸)以180rpm的转速旋转从而将衬底抛光三分钟。其后,如第一示例中所述,衬底被第二次和第三次平坦化,在还原气氛中被热处理两次,并且提供以中间层和超导层。结果示于表1。注意,被平坦化过的织构化金属衬底具有晶轴偏斜超过25°测量极限的表面层,因此没有测量。
第二示例
除了被第二次平坦化九分钟而不是三分钟之外,织构化金属衬底如第一示例中所述那样被处理,被第二次和第三次平坦化,在还原气氛中被热处理两次,并提供以超导层和中间层。结果示于表1。
表1
Figure C20048002257900131
Figure C20048002257900141
第三到第六示例
参考图2,如下进行初步平坦化处理:准备含4%质量的硝酸铝(Al(NO)3)且其中分散有18%体积的直径为850nm的磨粒的水溶液作为抛光浆29(pH:3.4),在加压器21在织构化金属衬底1上施加15N/cm2的荷载且抛光片27也以180rpm的转速旋转的同时供给该抛光浆从而抛光衬底三或六分钟,如表2所示那样。此外,如第二示例中所述,衬底被第二次和第三次平坦化。此外,衬底在表2所示的条件下在还原气氛中热处理两次,并且被提供以中间层和超导层,类似于第一示例所述。结果示于表2。
表2
Figure C20048002257900142
Figure C20048002257900151
第七和第八示例
衬底被初步、第二次和第三次平坦化,类似于第五示例所述。然后,衬底被置于真空度至多为1.33×10-2Pa的真空环境中,于是在表3所示条件下热处理两次,然后提供以中间层和超导层,类似于第一示例中所述。结果示于表3。
表3
Figure C20048002257900152
Figure C20048002257900161
在第一对比例中,织构化金属衬底具有表面层,该表面层具有相对于取向轴偏斜9°的晶轴并且还具有提供了显著取向的(200)面。然而,它具有大于150nm的表面粗糙度RP-V,导致了中间层具有提供了减小的取向的(200)面,并还提供了0MA/cm2的临界电流密度。在第二对比例中,织构化金属衬底具有小于150nm的表面粗糙度RP-V。然而,它的表面层提供相对于取向轴偏斜超过25°角度的晶轴并且不具有提供取向的(200)面。这导致中间层具有没有取向的(200)面,且还提供了0MA/cm2的临界电流密度。此外,如果平坦化该衬底导致表面层具有完全丧失取向的(200)面,则在还原气氛中热处理衬底不能恢复表面层丧失的取向。
相反,第一和第二示例都提供了具有表面层的织构化金属衬底,该表面层具有相对于取向轴偏斜至多25°的晶轴并具有提供了显著取向的(200)面,还具有至多150nm的表面粗糙度RP-V。这允许中间层形成来具有提供了显著取向的(200)面且被显著双轴织构化,并允许超导层被显著双轴织构化,并分别得到了提供0.1MA/cm2和0.5MA/cm2临界电流密度的超导线。
此外,如在第三到第六示例中描述的那样,如果已被平坦化的织构化金属衬底具有表面层,该表面层具有相对于取向轴偏斜10.5°到11°的晶轴和提供了减小取向的(200)面,则在还原气氛中热处理衬底可以提高表面层的(200)面的取向,除非它已完全丧失。这允许中间层被形成为具有提供了显著取向的(200)面且被显著双轴织构化,并允许超导层被显著双轴织构化,并得到了提供0.5MA/cm2到2.0MA/cm2临界电流密度的超导线。
另外,如第七和第八示例中描述的那样,如果平坦化织构化金属衬底导致晶轴偏斜11°并因此表面层具有提供了减小取向的(200)面,则在真空环境中热处理衬底也能提高表面层的(200)面的取向,除非它已完全丧失。这允许中间层被形成为具有提供了显著取向的(200)面且被显著双轴织构化,并允许超导层被显著双轴织构化,并得到了提供0.7MA/cm2到1.5MA/cm2临界电流密度的超导线。
尽管已经详细描述和示出了本发明,但显而易见的是本发明只是借助于说明和示例,并非采取限制的方式,本发明的实质和范围仅由所附权利要求的条款限制。
工业适用性
因此,本发明可广泛应用于由织构化金属衬底和叠加的超导层或叠加的中间层以及后继的超导层形成的超导线及其制造方法,以提供显著双轴织构化的超导层,因此提供具备增加的临界电流密度和提高的超导性的超导线。

Claims (14)

1.一种超导线,包括金属衬底和叠在其上的超导层(3),其中所述金属衬底是被平坦化从而具有从该金属衬底的表面延伸到300nm深度的、其晶轴相对于取向轴偏斜至多25°的表面层、以及至多150nm的表面粗糙度RP-V的织构化金属衬底(1)。
2.根据权利要求1所述的超导线,其中所述织构化金属衬底(1)位于中间层(2)之下,并且所述中间层(2)位于所述超导层(3)之下。
3.一种制造超导线的方法,包括步骤:
平坦化织构化金属衬底(1),从而具有从所述织构化金属衬底的表面延伸到300nm深度的、其晶轴相对于取向轴偏斜至多25°的表面层、以及至多150nm的表面粗糙度RP-V;以及
在被平坦化的所述织构化金属衬底上沉积超导层(3)。
4.根据权利要求3所述的方法,还包括步骤:在平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤之后和在被平坦化的所述织构化金属衬底(1)上沉积所述超导层(3)的步骤之前,在还原气氛中热处理所述织构化金属衬底(1)至少一次。
5.根据权利要求3所述的方法,还包括步骤:在平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤之后和在被平坦化的所述织构化金属衬底(1)上沉积所述超导层(3)的步骤之前,在真空环境中热处理所述织构化金属衬底(1)至少一次。
6.根据权利要求3所述的方法,其中,平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤通过镜面精轧、机械化学、电解抛光和化学抛光中的至少一种进行。
7.根据权利要求6所述的方法,还包括步骤:在平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤之后和在被平坦化的所述织构化金属衬底(1)上沉积所述超导层(3)的步骤之前,在还原气氛中热处理所述织构化金属衬底(1)至少一次。
8.根据权利要求6所述的方法,还包括步骤:在平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤之后和在被平坦化的所述织构化金属衬底(1)上沉积所述超导层(3)的步骤之前,在真空环境中热处理所述织构化金属衬底(1)至少一次。
9.根据权利要求3所述的方法,还包括步骤:
在所述织构化金属衬底(1)上沉积中间层(2);以及
在所述中间层(2)上沉积所述超导层(3)。
10.根据权利要求9所述的方法,还包括步骤:在平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤之后和在被平坦化的所述织构化金属衬底(1)上沉积所述中间层(2)的步骤之前,在还原气氛中热处理所述织构化金属衬底(1)至少一次。
11.根据权利要求9所述的方法,还包括步骤:在平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤之后和在被平坦化的所述织构化金属衬底(1)上沉积所述中间层(2)的步骤之前,在真空环境中热处理所述织构化金属衬底(1)至少一次。
12.根据权利要求9所述的方法,其中,平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤通过镜面精轧、机械化学、电解抛光和化学抛光中的至少一种进行。
13.根据权利要求12所述的方法,还包括步骤:在平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤之后和在被平坦化的所述织构化金属衬底(1)上沉积所述中间层(2)的步骤之前,在还原气氛中热处理所述织构化金属衬底(1)至少一次。
14.根据权利要求12所述的方法,还包括步骤:在平坦化所述织构化金属衬底(1)的步骤之后和在被平坦化的所述织构化金属衬底(1)上沉积所述中间层(2)的步骤之前,在真空环境中热处理所述织构化金属衬底(1)至少一次。
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