CN113130134B - 一种动态沉积第二代高温超导带材的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种动态沉积第二代高温超导带材的装置和方法，涉及镀膜工艺装备技术领域。本发明提供的装置包括动态卷绕系统和真空热处理炉；所述动态卷绕系统包括放卷装置、缠绕骨架和前驱液槽；所述放卷装置和缠绕骨架均连接有伺服电机；所述真空热处理炉包括真空炉腔和转动装置；所述真空炉腔的外壁设置有控温热电偶、进气口、抽气口、冷却水进口和冷却水出口，所述真空炉腔的内壁设置有加热线圈；所述转动装置的中心轴贯穿真空炉腔的中心。利用本发明提供的装置动态沉积第二代高温超导带材，通过化学溶液法连续浸涂和高温热处理能够制备出百米级的第二代高温超导带材，且得到的第二代高温超导带材表面平整、致密，电学性能良好。

Description

一种动态沉积第二代高温超导带材的装置和方法
技术领域
本发明涉及镀膜工艺装备技术领域，特别涉及一种动态沉积第二代高温超导带材的装置和方法。
背景技术
1911年，荷兰科学家Onnes发现当温度下降至4.15K以下时，金属汞(Hg)的电阻骤降至零附近，Onnes将其命名为超导态，自此打开了超导领域研究的大门。在实际应用中，超导体的临界转变温度(Tc)，临界磁场(Hc)和临界电流密度(Jc)需同时低于应用温度、环境磁场和承载电流密度才能保持超导状态。基于此要求，虽然目前已发现了上千种超导体，但是能进行实用化的仅有五种：NbTi、Nb3Sn、MgB2、BiSrCaCuO和YBaCuO。
NbTi和Nb3Sn是分别在1954年和1961年发现的合金超导体，NbTi的Tc为9.7K，在液氦温区的上临界场最高可达12T。Nb3Sn的Tc为18K，在液氦温区的上临界场高达25T，在4.2K、10T下Jc可达5×105A/cm2。MgB2超导体于2001年被发现，由于其具有Tc较高，组成元素价格低廉和加工工艺简单等优点，因此在10～20K的环境下制造1～2T的磁场具有一定的优势。但是以上三种超导材料只能在液氦环境下使用，使用成本较高。1988年发现的BiSrCaCuO超导体由于Tc高达100K，可以在非常便宜的液氮中使用，因此使用成本大幅降低，在20世纪90年代就已经实现了以Bi2Sr2Ca2Cu3O10为代表的第一代高温超导体的商业化量产，但是Bi系超导体在液氮温度下不可逆场只有0.5T，而且制备过程需要消耗大量的银，所需成本较高。以YBa2Cu3O7-x(YBCO)为代表的第二代高温超导材料由于各向异性较小(5～7)、不可逆场高(77K下可到到7T)和载流能力强(77K、0T下可达107A/cm2)，因此在大规模输电、超导电机、超导限流器和超导磁体等方面有着巨大的应用潜力。
第二代高温超导带材是指以YBCO-123系超导材料为主的稀土类钡铜氧化物超导涂层导体，它由金属合金基带、种子层、阻挡层、帽子层、稀土钡铜氧超导层、保护层以及稳定层等构成，是一种多层结构。由于制备工艺非常复杂，制备第二代高温超导带材非常困难，尤其是研发长度为米级的制备系统十分困难，目前主要是通过脉冲激光沉积(PLD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)和多元共蒸发装置对静态的单晶衬底进行处理来制备YBCO带材，样品尺寸有限。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种动态沉积第二代高温超导带材的装置和方法。本发明提供的装置能够动态沉积百米级第二代高温超导带材。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种动态沉积第二代高温超导带材的装置，包括动态卷绕系统和真空热处理炉；
所述动态卷绕系统包括放卷装置1、缠绕骨架2和位于放卷装置1与缠绕骨架2下方的前驱液槽3；所述放卷装置1用于负载待沉积的金属基带，所述缠绕骨架2用于收回从放卷装置输出的金属基带；所述放卷装置1和缠绕骨架2分别连接有伺服电机6-1和伺服电机6-2；
所述真空热处理炉包括真空炉腔7和转动装置14；所述真空炉腔7的外壁设置有控温热电偶8、进气口9、抽气口10、冷却水进口11和冷却水出口12，所述真空炉腔的内壁设置有加热线圈13；所述转动装置14的中心轴贯穿真空炉腔7的中心，转动装置14的中心轴用于负载缠绕骨架2。
优选地，所述放卷装置1还设置有张力控制系统4；所述缠绕骨架2还设置有线速度检测装置5；所述张力控制系统4与线速度检测装置5之间电连接。
本发明提供了利用以上技术方案所述装置动态沉积第二代高温超导带材的方法，包括以下步骤：
以乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜为原料配制前驱液，将所述前驱液置于前驱液槽3中；所述乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜的摩尔比为1:2:3；
将待沉积的金属基带负载于放卷装置1上，在伺服电机6-1和伺服电机6-2的驱动作用下，所述待沉积的金属基带进入前驱液槽3中，浸有前驱液的金属基带到达并缠绕在缠绕骨架2上；
将缠绕有金属基带的缠绕骨架2负载到真空热处理炉中转动装置14的中心轴上，在真空热处理炉中对浸有前驱液的金属基带进行真空热处理，得到YBCO高温超导带材；在所述真空热处理过程中，转动装置14保持转动。
优选地，所述前驱液的溶剂为甲醇；所述前驱液中钇、钡和铜三种金属元素的总离子浓度为1.5～4.5mol/L。
优选地，所述前驱液的制备方法包括以下步骤：
将乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜混合，溶于三氟乙酸的水溶液中，得到第一混合液；
将所述第一混合液进行旋转蒸发，得到粗凝胶；
将所述粗凝胶与甲醇混合，得到第二混合液；
将所述第二混合液进行旋转蒸发，得到纯化凝胶；
将所述纯化凝胶与甲醇混合，得到所述前驱液。
优选地，所述待沉积的金属基带的材质为哈氏合金或镍钨合金。
优选地，所述待沉积的金属基带的张力为1～2MPa，走带速度为5～10m/min。
优选地，所述真空热处理的真空度为1×10-5～5×10-5Pa。
优选地，所述真空热处理包括依次进行的第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段；
所述第一阶段为在第一温度下进行干燥；所述第一温度为110～200℃，所述干燥的时间为30min；
所述第二阶段为由第一温度升温至第二温度；所述第二温度为400～600℃；所述由第一温度升温至第二温度在氧气分压为10000～20000hPa、水汽分压为200～300hPa的条件下进行，升温速率为5℃/min；
所述第三阶段为由第二温度升温至第三温度，在第三温度下进行保温；所述第三温度为790～820℃，在所述第三温度下的保温时间为2h；所述由第二温度升温至第三温度在氧氩混合气分压为20000～30000hPa、氧氩混合气中含500ppm氧气、水汽分压为300～400hPa的条件下进行，升温速率为5～9℃/min；
所述第四阶段为由第三温度降温至第四温度，在第四温度下进行保温；所述第四温度为350～550℃，在所述第四温度下的保温时间为0.5h；所述由第三温度降温至第四温度在纯氧气氛围中进行，降温速率为20℃/min。
优选地，所述转动装置14的转速为10～60r/min。
本发明提供了一种动态沉积第二代高温超导带材的装置，包括动态卷绕系统和真空热处理炉；所述动态卷绕系统包括放卷装置1、缠绕骨架2和位于放卷装置1与缠绕骨架2下方的前驱液槽3；所述放卷装置1和缠绕骨架2分别连接有伺服电机；所述真空热处理炉包括真空炉腔7和转动装置14；所述真空炉腔7的外壁设置有控温热电偶8、进气口9、抽气口10、冷却水进口11和冷却水出口12，所述真空炉腔的内壁设置有加热线圈13；所述转动装置14的中心轴贯穿真空炉腔7的中心。本发明通过动态卷绕系统和真空热处理炉能够实现长带的连续浸涂和高温热处理，可以制备出百米级的第二代高温超导带材，解决了现有技术制备第二代高温超导带材尺寸有限的问题。
本发明提供了利用所述装置动态沉积第二代高温超导带材的方法，通过化学溶液法连续浸涂和高温热处理，能够制备出百米级的第二代高温超导带材，且得到的第二代高温超导带材表面平整、致密，电学性能良好；此外采用化学溶液法制备超导带材的成本比物理溅射(PVD)相比降低很多。进一步地，通过调节金属基带的走带速度和前驱液的浓度，能够精确控制金属基带上前驱体的厚度，满足对超导带材的不同需求。
实施例结果表明，利用本发明提供的装置动态沉积第二代高温超导带材，得到的第二代高温超导带材表面平整、致密，电学性能良好，临界电流为98.2～105.3A。
附图说明
图1为本发明提供的动态沉积第二代高温超导带材的装置示意图，图1中，1-放卷装置，2-缠绕骨架，3-前驱液槽，4-张力控制系统，5-线速度检测装置，6-1-伺服电机，6-2-伺服电机，7-真空炉腔，8-控温热电偶，9-进气口，10-抽气口，11-冷却水进口，12-冷却水出口，13-加热线圈，14-转动装置，15-金属基带；
图2为实施例1得到的YBCO高温超导带材样品的扫描电镜图；
图3为实施例1得到的YBCO高温超导带材样品在77K零场下获得的V-I曲线图；
图4为实施例2得到的YBCO高温超导带材样品的扫描电镜图；
图5为实施例2得到的YBCO高温超导带材样品在77K零场下获得的V-I曲线图；
图6为实施例3得到的YBCO高温超导带材样品在77K零场下获得的V-I曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种动态沉积第二代高温超导带材的装置，包括动态卷绕系统和真空热处理炉；
所述动态卷绕系统包括放卷装置1、缠绕骨架2和位于放卷装置1与缠绕骨架2下方的前驱液槽3；所述放卷装置1用于负载待沉积的金属基带，所述缠绕骨架2用于收回从放卷装置输出的金属基带；所述放卷装置1和缠绕骨架2分别连接有伺服电机6-1和伺服电机6-2；
所述真空热处理炉包括真空炉腔7和转动装置14；所述真空炉腔7的外壁设置有控温热电偶8、进气口9、抽气口10、冷却水进口11和冷却水出口12，所述真空炉腔的内壁设置有加热线圈13；所述转动装置14的中心轴贯穿真空炉腔7的中心，转动装置14的中心轴用于负载缠绕骨架2。
本发明提供的动态沉积第二代高温超导带材的装置包括动态卷绕系统，所述动态卷绕系统包括放卷装置1、缠绕骨架2和位于放卷装置1与缠绕骨架2下方的前驱液槽3。在本发明中，所述放卷装置1用于负载待沉积的金属基带，即待沉积的金属基带能够卷绕在放卷装置1上。在本发明中，所述放卷装置1还设置有张力控制系统4；所述张力控制系统4包括张力传感器和张力控制器，张力传感器检测到张力后，将信号传给张力控制器，以对动态行进中的金属基带进行张力控制。在本发明中，所述缠绕骨架2用于收回从放卷装置输出的金属基带，即由放卷装置1输出的金属基带能够到达并缠绕在缠绕骨架2上，所述金属基带如图1中15所示。在本发明中，所述缠绕骨架2还设置有线速度检测装置5，用于对动态运行的金属基带进行速度检测；所述张力控制系统4与线速度检测装置5之间电连接，所述电连接优选为数据线连接，当张力控制系统4检测到金属基带张力过大或过小时，能够将张力信号传输给线速度检测装置5，从而控制缠绕骨架2的运转速度，实现金属基带张力与走带速度的协调性。在本发明中，所述放卷装置1和缠绕骨架2分别连接有伺服电机6-1和伺服电机6-2，用于对放卷装置1和缠绕骨架2提供动力，并控制走带速度。在本发明中，所述前驱液槽3用于盛放前驱液。
本发明提供的动态沉积第二代高温超导带材的装置包括真空处理炉；所述真空热处理炉包括真空炉腔7和转动装置14。在本发明中，所述真空炉腔7的外壁设置有控温热电偶8、进气口9、抽气口10、冷却水进口11和冷却水出口12。在本发明中，所述控温热电偶8优选设置在真空炉腔7的上方，用于对真空处理炉内的加热温度进行监测；所述进气口9、抽气口10、冷却水进口11和冷却水出口12优选分别设置在真空炉腔7的下方，其中，所述进气口9可以外接供气装置，构成气路系统，用于通入反应气体或惰性保护气体，在本发明实施例中，所述进气口9用于通入氧气、水汽和氩气；所述抽气口10可以外接机械泵和分子泵构成真空系统，用于对真空热处理炉抽真空；所述冷却水进口11和冷却水出口12可以分别外接冷却水供给装置和收集装置，构成水冷系统，用于控制真空炉腔7表面温度不超过40℃。在本发明中，所述真空炉腔7的内壁设置有加热线圈13；所述加热线圈的材质以能够达到1100℃的加热温度为宜。在本发明中，所述转动装置14的中心轴贯穿真空炉腔7的中心，转动装置14的中心轴用于负载缠绕骨架2，在高温热处理时带动缠绕骨架2进行转动；本发明对所述转动装置14的具体结构没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的转动装置即可。
本发明通过动态卷绕系统和真空热处理炉能够实现长带的连续浸涂和高温热处理，可以制备出百米级的第二代高温超导带材，解决了现有技术制备第二代高温超导带材尺寸有限的问题。
本发明提供了利用所述装置动态沉积第二代高温超导带材的方法，包括以下步骤：
以乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜为原料配制前驱液，将所述前驱液置于前驱液槽3中；所述乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜的摩尔比为1:2:3；
将待沉积的金属基带负载于放卷装置1上，在伺服电机6-1和伺服电机6-2的驱动作用下，所述待沉积的金属基带进入前驱液槽3中，浸有前驱液的金属基带到达并缠绕在缠绕骨架2上；
将缠绕有金属基带的缠绕骨架2负载到真空热处理炉中转动装置14的中心轴上，在真空热处理炉中对浸有前驱液的金属基带进行真空热处理，得到YBCO高温超导带材；在所述真空热处理过程中，转动装置14保持转动。
本发明以乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜为原料配制前驱液，将所述前驱液置于前驱液槽3中。在本发明中，所述乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜的摩尔比为1:2:3；所述前驱液的溶剂优选为甲醇；所述前驱液中钇、钡和铜三种金属元素的总离子浓度优选为1.5～4.5mol/L，更优选为3～4.5mol/L，通过调节前驱液的浓度能够控制金属基带上前驱体的厚度。在本发明中，所述前驱液的制备方法优选包括以下步骤：
将乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜混合，溶于三氟乙酸的水溶液中，得到第一混合液；
将所述第一混合液进行旋转蒸发，得到粗凝胶；
将所述粗凝胶与甲醇混合，得到第二混合液；
将所述第二混合液进行旋转蒸发，得到纯化凝胶；
将所述纯化凝胶与甲醇混合，得到所述前驱液。
在本发明中，所述三氟乙酸的水溶液中三氟乙酸与水的物质的量之比优选为10:100；所述三氟乙酸与乙酸钡的物质的量之比优选为2～3:1。在本发明中，所述乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜混合溶于三氟乙酸的水溶液中，乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜会分别与三氟乙酸反应生成相应的三氟乙酸盐。本发明将所述第一混合液进行旋转蒸发，以蒸除三氟乙酸和水，从而得到粗凝胶。本发明对所述粗凝胶与甲醇的相对用量没有特别的要求，能够使粗凝胶充分溶解在甲醇中即可。本发明将所述粗凝胶与甲醇混合，得到第二混合液，再将所述第二混合液进行旋转蒸发进一步去除水分等杂质而得到纯净的凝胶，即纯化凝胶。在本发明中，所述纯化凝胶与甲醇的相对用量以能够满足前驱液中钇、钡和铜三种金属元素的总离子浓度要求为准。
配制前驱液后，本发明将待沉积的金属基带负载于放卷装置1上，在伺服电机6-1和伺服电机6-2的驱动作用下，所述待沉积的金属基带进入前驱液槽3中，浸有前驱液的金属基带到达并缠绕在缠绕骨架2上。在本发明中，所述待沉积的金属基带的材质优选为哈氏合金或镍钨合金；所述哈氏合金或镍钨合金是高强度的镍基耐热合金，抗氧化、耐腐蚀，并且热膨胀系数与YBCO超导层相近。将待沉积的金属基带负载于放卷装置1上之前，本发明优选先对所述待沉积的金属基带依次进行超声清洗和干燥；所述超声清洗包括依次进行的丙酮超声清洗和酒精超声清洗。在本发明中，所述待沉积的金属基带的张力优选为1～2MPa，更优选为1.5～2MPa；走带速度优选为5～10m/min，更优选为7.5～10m/min，通过调节走带速度能够控制金属基带上前驱体的厚度。待沉积的金属基带进入前驱液槽3中，金属基带表面浸涂上前驱液，浸有前驱液的金属基带到达并缠绕在缠绕骨架2上。
浸有前驱液的金属基带缠绕在缠绕骨架2上后，本发明将缠绕有金属基带的缠绕骨架2负载到真空热处理炉中转动装置14的中心轴上，在真空热处理炉中对浸有前驱液的金属基带进行真空热处理，得到YBCO高温超导带材。在本发明中，所述真空热处理的真空度优选为1×10-5～5×10-5Pa，更优选为2×10-5Pa。在本发明中，所述真空热处理优选包括依次进行的第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段。在本发明中，所述第一阶段为在第一温度下进行干燥；所述第一温度优选为110～200℃，更优选为150～175℃；所述干燥的时间优选为30min；在所述第一阶段，金属基带表面浸涂的前驱液中的溶剂挥发，形成凝胶。在本发明中，所述第二阶段为由第一温度升温至第二温度；所述第二温度优选为400～600℃，更优选为400～500℃；所述由第一温度升温至第二温度优选在氧气分压为10000～20000hPa、水汽分压为200～300hPa的条件下进行，升温速率优选为5℃/min；在所述第二阶段，金属基带表面的凝胶转化为氧化物前驱膜。在本发明中，所述第三阶段为由第二温度升温至第三温度，在第三温度下进行保温；所述第三温度优选为790～820℃，更优选为810～820℃，在所述第三温度下的保温时间优选为2h；所述由第二温度升温至第三温度优选在氧氩混合气分压为20000～30000hPa、氧氩混合气中含500ppm氧气、水汽分压为300～400hPa的条件下进行，升温速率优选为5～9℃/min，更优选为7～9℃/min；所述第三阶段为高温晶化阶段，金属基带表面的氧化物前驱膜由氧化物结晶转变为YBCO四方相。在本发明中，所述第四阶段为由第三温度降温至第四温度，在第四温度下进行保温；所述第四温度优选为350～550℃，更优选为450～500℃，在所述第四温度下的保温时间优选为0.5h；所述由第三温度降温至第四温度优选在纯氧气氛围中进行，降温速率优选为20℃/min；所述第四阶段为氧化退火阶段，金属基带表面四方相的YBCO吸氧转变为正交相的、具有超导性能的YBCO。所述第四阶段后，在纯氧气氛围下随炉冷却至室温。
在所述真空热处理过程中，转动装置14保持转动。在本发明中，所述转动装置14的转速优选为10～60r/min，更优选为20～50r/min。
本发明提供的利用所述装置动态沉积第二代高温超导带材的方法，通过化学溶液法连续浸涂和高温热处理，能够制备出百米级的第二代高温超导带材，且得到的第二代高温超导带材表面平整、致密，电学性能良好。此外采用化学溶液法制备超导带材的成本比物理溅射(PVD)相比降低很多。并且，易于操作，便于工业化生产。
下面结合实施例对本发明提供的动态沉积第二代高温超导带材的装置和方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种动态沉积第二代高温超导带材的装置，如图1所示，包括动态卷绕系统和真空热处理炉；
所述动态卷绕系统包括放卷装置1、缠绕骨架2和位于放卷装置1与缠绕骨架2下方的前驱液槽3；所述放卷装置1和缠绕骨架2分别连接有伺服电机6-1和伺服电机6-2；所述放卷装置1设置有张力控制系统4，所述缠绕骨架2设置有线速度检测装置5，张力控制系统4与线速度检测装置5之间通过数据线连接；
所述真空热处理炉包括真空炉腔7和转动装置14；所述真空炉腔7的外壁设置有控温热电偶8、进气口9、抽气口10、冷却水进口11和冷却水出口12，所述真空炉腔的内壁设置有加热线圈13；所述转动装置14的中心轴贯穿真空炉腔7的中心。
采用上述装置动态沉积第二代高温超导带材，方法如下：
(1)配置前驱液：按照摩尔比例1:2:3称取乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜，将乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜混合后溶于含10mol％的三氟乙酸去离子水中(三氟乙酸与乙酸钡的摩尔比为2：1)配成溶液；将制得的溶液经磁力搅拌器搅拌1h后，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到粗凝胶；将甲醇加入制得的粗凝胶中，经磁力搅拌器搅拌0.5h后再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到纯化凝胶；最后在纯化凝胶中加入甲醇，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为1.5mol/L的前驱液。
(2)涂覆前驱液：采用哈氏合金作为金属基带，依次经过丙酮、酒精超声清洗，烘干后装到放卷装置1上，在张力为1MPa、走带速度为5m/min的条件下经过前驱液槽3到达缠绕骨架2。
(3)热处理：将缠绕骨架2(缠绕着浸有前驱液的金属基带)放入真空热处理炉中，本底真空2×10-5Pa，首先在温度为150℃下烘干30min；然后从150℃以5℃/min的升温速率、在氧气分压为10000hPa、水汽分压为200hPa条件下升温至400℃；随后在含有500ppm氧气的氩气混合气体下进行高温热处理，其中在氧氩混合气分压为20000hPa、水汽分压为300hPa下以5℃/min的升温速率升温至800℃，在800℃保温2h；然后在纯氧气氛围中以20℃/min的降温速率降温至450℃，在450℃的纯氧气氛围中保温0.5h使四方相的YBCO吸氧转变为正交相的、具有超导性能的YBCO，随后样品在氧气氛围下炉冷至室温，得到百米级的YBCO高温超导带材。
采用扫描电镜(SEM)对实施例1得到的YBCO高温超导带材样品进行形貌观察，如图2所示。由图2可知，样品表面平整、致密，没有空洞。
采用四引线法对实施例1得到的YBCO高温超导带材样品进行临界电流测试，YBCO高温超导带材样品在77K零场下测量获得的V-I曲线结果如图3所示，采用1μV/cm判据得出超导带材的临界电流为98.2A。
实施例2
一种动态沉积第二代高温超导带材的装置，与实施例1相同，采用该装置动态沉积第二代高温超导带材，方法如下：
(1)配置前驱液：按照摩尔比例1:2:3称取乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜，将乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜混合后溶于含10mol％的三氟乙酸去离子水中(三氟乙酸与乙酸钡的摩尔比为2.5：1)配成溶液；将制得的溶液经磁力搅拌器搅拌1h后，采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到粗凝胶；将甲醇加入制得的粗凝胶中，经磁力搅拌器搅拌0.5h后再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到纯化凝胶；最后在纯化凝胶中加入甲醇，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为3mol/L的前驱液。
(2)涂覆前驱液：采用哈氏合金作为金属基带，依次经过丙酮、酒精超声清洗，烘干后装到放卷装置1上，在张力为1.5MPa、走带速度为7.5m/min的条件下经过前驱液槽3到达缠绕骨架2。
(3)热处理：把缠绕骨架2(缠绕着浸有前驱液的金属基带)放入真空热处理炉中，本底真空2×10-5Pa，首先在温度为175℃下烘干30min；然后从175℃以5℃/min的升温速率、在氧气分压为15000hPa、水汽分压为250hPa条件下升温至400℃；随后在含有500ppm氧气的氩气混合气体下进行高温热处理，其中在氧氩混合气分压为25000hPa、水汽分压为350hPa条件下以7℃/min的升温速率升温至810℃，在810℃保温2h；然后在纯氧气氛围中以20℃/min的降温速率降温至450℃，在450℃的纯氧气氛围中保温0.5h使四方相的YBCO吸氧转变为正交相的、具有超导性能的YBCO，随后样品在氧气氛围下炉冷至室温，得到百米级的YBCO高温超导带材。
采用扫描电镜(SEM)对实施例2得到的YBCO高温超导带材样品进行形貌观察，如图4所示。由图4可知，样品表面平整、致密，没有空洞。
采用四引线法对实施例2得到的YBCO高温超导带材样品进行临界电流测试，YBCO高温超导带材样品在77K零场下测量获得的V-I曲线结果如图5所示，采用1μV/cm判据得出超导带材的临界电流为105.3A。
实施例3
一种动态沉积第二代高温超导带材的装置，与实施例1相同，采用该装置动态沉积第二代高温超导带材，方法如下：
(1)配置前驱液：按照摩尔比例1:2:3称取乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜，将乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜混合后溶于含10mol％的三氟乙酸去离子水中(三氟乙酸与乙酸钡的摩尔比为3：1)配成溶液；将制得的溶液经磁力搅拌器搅拌1h后，采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到粗凝胶；将甲醇加入制得的粗凝胶中，经磁力搅拌器搅拌0.5h后再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到纯化凝胶；最后在纯化凝胶中加入甲醇，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为4.5mol/L的前驱液。
(2)涂覆前驱液：采用哈氏合金作为金属基带，依次经过丙酮、酒精超声清洗，烘干后装到放卷装置1上，在张力为2MPa、走带速度为10m/min的条件下经过前驱液槽3到达缠绕骨架2。
(3)热处理：把缠绕骨架2(缠绕着浸有前驱液的金属基带)放入真空热处理炉中，本底真空2×10-5Pa，首先在温度为200℃下烘干30min；然后从200℃以5℃/min的升温速率、在氧气分压为20000hPa、水汽分压为300hPa条件下升温至400℃；随后在含有500ppm氧气的氩气混合气体下进行高温热处理，其中在氧氩混合气分压为30000hPa、水汽分压为400hPa条件下以9℃/min的升温速率升温至820℃，在820℃保温2h；然后在纯氧气氛围中以20℃/min的降温速率降温至450℃，在450℃的纯氧气氛围中保温0.5h使四方相的YBCO吸氧转变为正交相的、具有超导性能的YBCO，随后样品在氧气氛围下炉冷至室温，得到百米级的YBCO高温超导带材。
采用扫描电镜(SEM)对实施例3得到的YBCO高温超导带材样品进行形貌观察，结果样品表面平整、致密，没有空洞。
采用四引线法对实施例3得到的YBCO高温超导带材样品进行临界电流测试，YBCO高温超导带材样品在77K零场下测量获得的V-I曲线结果如图6所示，采用1μV/cm判据得出超导带材的临界电流为102.3A。
由以上实施例可以看出，利用本发明提供的装置动态沉积第二代高温超导带材的方法，通过化学溶液法连续浸涂和高温热处理，能够制备出百米级的第二代高温超导带材，且得到的第二代高温超导带材表面平整、致密，电学性能良好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.利用动态沉积第二代高温超导带材的装置动态沉积第二代高温超导带材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜为原料配制前驱液，将所述前驱液置于前驱液槽(3)中；所述乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜的摩尔比为1:2:3；
将待沉积的金属基带负载于放卷装置(1)上，在第一伺服电机(6-1)和第二伺服电机(6-2)的驱动作用下，所述待沉积的金属基带进入前驱液槽(3)中，浸有前驱液的金属基带到达并缠绕在缠绕骨架(2)上；
将缠绕有金属基带的缠绕骨架(2)负载到真空热处理炉中转动装置(14)的中心轴上，在真空热处理炉中对浸有前驱液的金属基带进行真空热处理，得到YBCO高温超导带材，所述YBCO高温超导带材的临界电流为98.2~105.3A；在所述真空热处理过程中，转动装置(14)保持转动；所述真空热处理包括依次进行的第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段；
所述第一阶段为在第一温度下进行干燥；所述第一温度为110～200℃，所述干燥的时间为30min；
所述第二阶段为由第一温度升温至第二温度；所述第二温度为400～600℃；所述由第一温度升温至第二温度在氧气分压为10000～20000hPa、水汽分压为200～300hPa的条件下进行，升温速率为5℃/min；
所述第三阶段为由第二温度升温至第三温度，在第三温度下进行保温；所述第三温度为790～820℃，在所述第三温度下的保温时间为2h；所述由第二温度升温至第三温度在氧氩混合气分压为20000～30000hPa、氧氩混合气中含500ppm氧气、水汽分压为300～400hPa的条件下进行，升温速率为5～9℃/min；
所述第四阶段为由第三温度降温至第四温度，在第四温度下进行保温；所述第四温度为350～550℃，在所述第四温度下的保温时间为0.5h；所述由第三温度降温至第四温度在纯氧气氛围中进行，降温速率为20℃/min；
所述动态沉积第二代高温超导带材的装置包括动态卷绕系统和真空热处理炉；
所述动态卷绕系统包括放卷装置(1)、缠绕骨架(2)和位于放卷装置(1)与缠绕骨架(2)下方的前驱液槽(3)；所述放卷装置(1)用于负载待沉积的金属基带，所述缠绕骨架(2)用于收回从放卷装置输出的金属基带；所述放卷装置(1)和缠绕骨架(2)分别连接有第一伺服电机(6-1)和第二伺服电机(6-2)；
所述真空热处理炉包括真空炉腔(7)和转动装置(14)；所述真空炉腔(7)的外壁设置有控温热电偶(8)、进气口(9)、抽气口(10)、冷却水进口(11)和冷却水出口(12)，所述真空炉腔的内壁设置有加热线圈(13)；所述转动装置(14)的中心轴贯穿真空炉腔(7)的中心，转动装置(14)的中心轴用于负载缠绕骨架(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放卷装置(1)还设置有张力控制系统(4)；所述缠绕骨架(2)还设置有线速度检测装置(5)；所述张力控制系统(4)与线速度检测装置(5)之间电连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱液的溶剂为甲醇；所述前驱液中钇、钡和铜三种金属元素的总离子浓度为1.5～4.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱液的制备方法包括以下步骤：
将乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜混合，溶于三氟乙酸的水溶液中，得到第一混合液；
将所述第一混合液进行旋转蒸发，得到粗凝胶；
将所述粗凝胶与甲醇混合，得到第二混合液；
将所述第二混合液进行旋转蒸发，得到纯化凝胶；
将所述纯化凝胶与甲醇混合，得到所述前驱液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待沉积的金属基带的材质为哈氏合金或镍钨合金。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述待沉积的金属基带的张力为1～2MPa，走带速度为5～10m/min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空热处理的真空度为1×10-5 ～5×10-5 Pa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转动装置(14)的转速为10～60r/min。
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