RU2696182C1 - High-temperature superconducting tape manufacturing method and tape - Google Patents

High-temperature superconducting tape manufacturing method and tape Download PDF

Info

Publication number
RU2696182C1
RU2696182C1 RU2018140269A RU2018140269A RU2696182C1 RU 2696182 C1 RU2696182 C1 RU 2696182C1 RU 2018140269 A RU2018140269 A RU 2018140269A RU 2018140269 A RU2018140269 A RU 2018140269A RU 2696182 C1 RU2696182 C1 RU 2696182C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
substrate
magnesium oxide
temperature
deposited
Prior art date
Application number
RU2018140269A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Сергеевич Манкевич
Антон Викторович Маркелов
Александр Александрович Молодык
Сергей Владимирович Самойленков
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "С-Инновации" (Ооо "С-Инновации")
Priority to RU2018140269A priority Critical patent/RU2696182C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2696182C1 publication Critical patent/RU2696182C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/28Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • H01L39/24

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: invention relates to production of high-temperature superconducting tape. Buffer layers are deposited on the substrate in the following sequence: an aluminum oxide layer, an yttrium oxide layer, a magnesium oxide layer, a homoepitaxial magnesium oxide layer and a lanthanum manganite layer, depositing high-temperature superconductor layer on buffer layers and applying at least one protective layer. Layers of magnesium oxide and homoepitaxial magnesium oxide are deposited by electron-beam evaporation. Magnesium oxide layer is deposited with simultaneous irradiation of the deposition zone with argon ion flow, a layer of homoepitaxial magnesium oxide is deposited while heating the substrate to temperature of 400–800 °C. Application of high-temperature superconductor layer to buffer layers is carried out by pulse laser deposition with substrate heating to 500–900 °C and subsequent annealing at temperature of 300–500 °C in an oxygen atmosphere.
EFFECT: high stability of properties of the obtained high-temperature superconducting tape.
11 cl, 1 dwg

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение относится к технологии изготовления высокотемпературных сверхпроводящих проводников (ВТСП) второго поколения в виде многослойных тонкопленочных лент и может быть использовано при промышленном производстве длинномерных ВТСП для создания токопроводящих кабелей, токоограничителей, обмоток электродвигателей и т.д.The invention relates to the manufacturing technology of second-generation high-temperature superconducting conductors (HTSC) in the form of multilayer thin-film tapes and can be used in the industrial production of long HTSC to create conductive cables, current limiters, motor windings, etc.

Предшествующий уровень техники.The prior art.

ВТСП ленты второго поколения представляют собой многослойные тонкопленочные структуры на гибких металлических лентах- подложках.Second-generation HTSC tapes are multilayer thin-film structures on flexible metal substrates.

В качестве сверхпроводящего слоя в ВТСП используют такое химическое соединение как ReBa2Cu3O7 (ReBCO), где Re - редкоземельный элемент.A chemical compound such as ReBa 2 Cu 3 O 7 (ReBCO), where Re is a rare-earth element, is used as a superconducting layer in HTSC.

Для подложек ВТСП лент традиционно используют металлические ленты из сплавов на основе никеля или железа. Ленты-подложки могут обладать биаксиальной текстурой, т.н. RABiTS (Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrate) или не обладать такой текстурой. В последнем случае текстура создается на дополнительных слоях, расположенных между подложкой и ВТСП слоем. Такие слои называются буферными.For substrates of HTSC tapes, metal tapes from alloys based on nickel or iron are traditionally used. Substrates can have a biaxial texture, the so-called RABiTS (Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrate) or not to have this texture. In the latter case, the texture is created on additional layers located between the substrate and the HTSC layer. Such layers are called buffer.

В процессе нанесения буферных слоев происходит либо передача текстуры подложки ВТСП слою за счет эпитаксиального роста (в случае, если подложка сама обладает текстурой), либо создание такой текстуры непосредственно на буферных слоях и передача текстуры ВТСП слою за счет эпитаксиального роста.During the deposition of buffer layers, either the texture of the HTSC substrate is transferred to the layer due to epitaxial growth (if the substrate itself has a texture), or the texture is created directly on the buffer layers and the HTSC texture is transferred to the layer due to epitaxial growth.

За счет передачи текстуры от подложки или от каждого предыдущего буферного слоя к последующему и далее к сверхпроводящему слою, обеспечиваются высокие эксплуатационные характеристики всей сверхпроводящей ленты.By transferring the texture from the substrate or from each previous buffer layer to the next and further to the superconducting layer, high performance characteristics of the entire superconducting tape are ensured.

Эпитаксию легко осуществить, если различие постоянных решеток между слоями не превышает 5-7%. В противном случае эпитаксиальный рост сильно затруднен или невозможен.Epitaxy is easy to implement if the difference between the constant lattices between the layers does not exceed 5-7%. Otherwise, epitaxial growth is very difficult or impossible.

В этом смысле для передачи текстуры ВТСП слою за счет эпитаксиального роста важна последовательность расположения буферных слоев.In this sense, the sequence of arrangement of buffer layers is important for transferring the texture of an HTSC layer due to epitaxial growth.

Так, в патенте RU 2481673 слои на подложку наносят в следующей последовательности: подложка, биаксиально текстурированные слои оксида магния, бифторида стронция и оксида церия или оксида иттрия, ВТСП слой, после чего полученный материал отжигают при 780-850°С для облегчения и ускорения процесса растворения фторидного подслоя в оксиде церия.So, in the patent RU 2481673 the layers are applied to the substrate in the following sequence: substrate, biaxially textured layers of magnesium oxide, strontium bifluoride and cerium oxide or yttrium oxide, HTSC layer, after which the resulting material is annealed at 780-850 ° C to facilitate and accelerate the process dissolution of the fluoride sublayer in cerium oxide.

Такой ВТСП проводник, как сообщается в цитируемом патенте, имеет максимально простую архитектуру, причем, осаждение каждого последующего буферного слоя не приводит к существенному росту шероховатости поверхности ВТСП.Such a HTSC conductor, as reported in the cited patent, has the simplest architecture possible, moreover, the deposition of each subsequent buffer layer does not lead to a significant increase in the surface roughness of the HTSC.

Осаждение слоев может происходить различными методами. И методы нанесения также могут сыграть свою отрицательную или положительную роль.The deposition of layers can occur by various methods. And application methods can also play a negative or positive role.

В патенте RU 2481673 осаждение всех буферных и сверхпроводящего слоя осуществляют методом химического осаждения из паровой фазы (MOCVD - Metal-Organic Chemical Vapor Deposition). Давление во всех случаях поддерживается на уровне 3-30 мбар, в качестве газа-носителя для паров прекурсоров выступает аргон.In patent RU 2481673, the deposition of all the buffer and superconducting layers is carried out by chemical vapor deposition (MOCVD - Metal-Organic Chemical Vapor Deposition). The pressure in all cases is maintained at the level of 3-30 mbar, argon acts as the carrier gas for the precursor vapors.

В патенте отмечают, что предложенный подход к созданию сверхпроводящих материалов может быть успешно реализован и при использовании иных методов осаждения слоев, таких, как импульсное лазерное напыление, электронно-лучевое или термическое испарение, молекулярно-лучевая эпитаксия и др.The patent notes that the proposed approach to the creation of superconducting materials can be successfully implemented using other methods of deposition of layers, such as pulsed laser deposition, electron beam or thermal evaporation, molecular beam epitaxy, etc.

Однако, с этим сложно согласиться, поскольку зачастую технология нанесения какого-либо из слоев сильно зависит от состава наносимого слоя и не все так очевидно, как кажется на первый взгляд. Кроме того, от использования той или иной технологии нанесения слоев сильно зависят их свойства.However, it is difficult to agree with this, since often the technology of applying one of the layers strongly depends on the composition of the applied layer and not everything is as obvious as it seems at first glance. In addition, their properties strongly depend on the use of a particular technology for applying layers.

Наиболее близкое техническое решение описано в статье «Progress in High Throughput Processing of Long-Length, High quality and Low Cost IBAD MgO and Buffer Tapes at SuperPower», Xuming Xiong и др. IEEE Transactions on Applied Superconductivity (Volume: 19, Issue: 3, June 2009), стр. 3319-3322).The closest technical solution is described in the article “Progress in High Throughput Processing of Long-Length, High quality and Low Cost IBAD MgO and Buffer Tapes at SuperPower”, Xuming Xiong et al. IEEE Transactions on Applied Superconductivity (Volume: 19, Issue: 3 , June 2009), pp. 3319-3322).

В статье раскрывается высокотемпературный сверхпроводник со следующей архитектурой:The article reveals a high-temperature superconductor with the following architecture:

подложка из никелевого сплава Хастеллой с толщиной 50 мкм;Hastelloy nickel alloy substrate with a thickness of 50 microns;

буферные слои, нанесенные в следующей последовательности слой Al2O3 толщиной 75 нм и слой Y2O3 толщиной 7 нм, полученные реактивным магнетронным распылением;buffer layers, deposited in the following sequence, an Al 2 O 3 layer with a thickness of 75 nm and a Y 2 O 3 layer with a thickness of 7 nm, obtained by reactive magnetron sputtering;

слой MgO, полученный по технологии реактивного ионного пучкового распыления с одновременным облучением зоны осаждения потоком ионов аргона (нанесение путем ионного ассистирования: IBAD - Ion Beam Assisted Deposition) толщиной 10 нм;MgO layer obtained by reactive ion beam sputtering technology with simultaneous irradiation of the deposition zone by a stream of argon ions (deposition by ion assisting: IBAD - Ion Beam Assisted Deposition) with a thickness of 10 nm;

полученный магнетронным распылением в камере постоянного тока гомоэпитаксиальный слой MgO толщиной 30 нм иa 30 nm thick homoepitaxial MgO layer obtained by magnetron sputtering in a DC chamber and

полученный радиочастотным магнетронным распылением слой LaMnO3 толщиной 30 нм.30 nm thick LaMnO 3 layer obtained by radio frequency magnetron sputtering.

Далее на слой LaMnO3 наносился слой высокотемпературного сверхпроводника методом MOCVD толщиной 1 мкм, после чего наносились защитные слои из серебра толщиной 2 мкм и меди толщиной 20 мкм.Next, a layer of a high-temperature superconductor was deposited on a LaMnO 3 layer by the 1 μm MOCVD method, after which protective layers of silver 2 μm thick and copper 20 μm thick were applied.

Использование всех перечисленных технологий, привязанных к конкретному химическому составу осаждаемого слоя, позволило значительно увеличить производительность процесса нанесения слоев. Так, авторы статьи утверждают, что производительность получения ВТСП ленты увеличилась до 500 км в год.The use of all of the above technologies, tied to the specific chemical composition of the deposited layer, has significantly increased the productivity of the process of applying layers. So, the authors of the article argue that the production capacity of HTSC tapes has increased to 500 km per year.

Однако независимые исследования получаемой по этой технологии ленты (см. L Rossi, X Hu, F Kametani, D Abraimov, A Polyanskii, J Jaroszynski and D С Larbalestier, Sample and length-dependent variability of 77 and 4.2K properties in nominally identical RE123 coated conductors, Supercond. Sci. Technol. 29 (2016) 054006 и D. Abraimov, H.W. Weijers, W.D. Markiewicz, M. Santos, J. McCallister, J. Jaroszynski, J. Jiang, J. Lu, V. Toplosky, B. Jarvis, Y.L. Viouchkov, and D.C. Larbalestier, Characterization of (Re)BCO conductor for development of 32 T all superconducting magnet, presented at ICEC/ICMC 2014, 7-11 July 2014, Twente, the Netherlands, available online at https://indico.cern.ch/event/244641/contributions/1563095/attachments/418145/580797/O3-2_Dmytro_Abraimov-Tue-Mo-O1.pdf показали, что сверхпроводящие свойства получаемой ленты во внешнем магнитном поле невоспроизводимы и очень слабо коррелируют со сверхпроводящими свойствами при температуре 77 К в отсутствие внешнего магнитного поля. Так, отношение критического тока ленты, получаемой по описанной технологии, измеренного при 77 К в отсутствие внешнего магнитного поля к критическому току той же ленты при 4,2 К в магнитном поле 17 Тл для разных образцов варьировало в диапазоне 1,4-4,6, то есть максимальное значение более чем в 3 раза превышает минимальное значение.However, independent studies of the tape obtained using this technology (see L Rossi, X Hu, F Kametani, D Abraimov, A Polyanskii, J Jaroszynski and D With Larbalestier, Sample and length-dependent variability of 77 and 4.2K properties in nominally identical RE123 coated conductors, Supercond. Sci. Technol. 29 (2016) 054006 and D. Abraimov, HW Weijers, WD Markiewicz, M. Santos, J. McCallister, J. Jaroszynski, J. Jiang, J. Lu, V. Toplosky, B. Jarvis, YL Viouchkov, and DC Larbalestier, Characterization of (Re) BCO conductor for development of 32 T all superconducting magnet, presented at ICEC / ICMC 2014, 7-11 July 2014, Twente, the Netherlands, available online at https: // indico.cern.ch/event/244641/contributions/1563095/attachments/418145/580797/O3-2_Dmytro_Abraimov-Tue-Mo-O1.pdf showed that the superconducting properties of the resulting tape in an external magnetic field are not reproducible and correlate very weakly with superconducting properties at a temperature of 77 K in the absence of an external magnetic field. So, the ratio of the critical current of the tape obtained by the described technology, measured at 77 K in the absence of an external magnetic field to the critical current of the same tape at 4.2 K in a magnetic field of 17 T for different samples ranged from 1.4-4.6 , that is, the maximum value is more than 3 times the minimum value.

В патенте ЕР 1042820 В1 указывается на важность наличия электрической связи между ВТСП слоем и металлической подложкой и приведен способ создания такой связи путем специального удаления изолирующих оксидных буферных слоев. В нашем изобретении благодаря малой толщине оксидных буферных слоев электрическая связь между лентой-подложкой и ВТСП слоем существует без введения дополнительных технологических процессов.In the patent EP 1042820 B1, the importance of having an electrical connection between the HTSC layer and the metal substrate is indicated and a method for creating such a connection by the special removal of insulating oxide buffer layers is described. In our invention, due to the small thickness of the oxide buffer layers, an electrical connection between the substrate tape and the HTSC layer exists without the introduction of additional technological processes.

Указанные выше неудовлетворительные свойства ВТСП лент, получаемых по известным технологиям, в настоящее время представляют определенную техническую проблему, которую мы устраняем нашим изобретением.The aforementioned unsatisfactory properties of HTSC tapes obtained by known technologies present a certain technical problem, which we eliminate by our invention.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Задачей изобретения является повышение стабильности свойств получаемой высокотемпературной сверхпроводящей ленты, а также снижение трудоемкости получения ВТСП ленты за счет обеспечения электрической связи между слоем ВТСП и металлической подложкой без введения дополнительных технологических процессов. Поставленная задача решается способом изготовления высокотемпературной сверхпроводящей ленты, включающим осаждение буферных слоев на подложку в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния и слой манганита лантана, осаждение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои и нанесение, по меньшей мере, одного защитного слоя, отличающийся тем, что слои оксида магния и гомоэпитаксиального оксида магния осаждают путем электронно-лучевого испарения, при этом слой оксида магния осаждают при одновременном облучении зоны осаждения потоком ионов аргона, слой гомоэпитаксиального оксида магния осаждают при нагреве подложки до температуры 400-800°С, нанесение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои проводят путем импульсного лазерного осаждения при нагреве подложки до 500-900°С и последующего отжига при температуре 300-500°С в атмосфере кислорода.The objective of the invention is to increase the stability of the properties of the obtained high-temperature superconducting tape, as well as reducing the complexity of obtaining HTSC tape by providing electrical connection between the HTSC layer and the metal substrate without introducing additional technological processes. The problem is solved by a method of manufacturing a high-temperature superconducting tape, including the deposition of buffer layers on a substrate in the following sequence: an alumina layer, a yttrium oxide layer, a magnesium oxide layer, a homoepitaxial magnesium oxide layer and a lanthanum manganite layer, deposition of a high-temperature superconductor layer on the buffer layers and deposition, at least one protective layer, characterized in that the layers of magnesium oxide and homoepitaxial magnesium oxide are deposited by electron beam and vaporization, while the magnesium oxide layer is deposited while the deposition zone is irradiated with a stream of argon ions, the homoepitaxial magnesium oxide layer is deposited when the substrate is heated to a temperature of 400-800 ° C, the layer of a high-temperature superconductor is deposited on the buffer layers by pulsed laser deposition when the substrate is heated to 500 -900 ° C and subsequent annealing at a temperature of 300-500 ° C in an oxygen atmosphere.

В частных воплощениях изобретения в качестве высокотемпературного сверхпроводящего слоя наносят слой GdBa2Cu3O7.In particular embodiments of the invention, a GdBa 2 Cu 3 O 7 layer is applied as a high temperature superconducting layer.

В наиболее желательных воплощениях изобретения слой оксида иттрия и слой оксида манганита лантана осаждают методом импульсного магнетронного распыления.In the most desirable embodiments of the invention, the yttrium oxide layer and the lanthanum manganite oxide layer are precipitated by pulsed magnetron sputtering.

В данном случае слой оксида манганита лантана в частных воплощениях изобретения осаждают при нагреве подложки до 500-850°С.In this case, a layer of lanthanum manganite oxide in particular embodiments of the invention is precipitated by heating the substrate to 500-850 ° C.

Слой оксида алюминия наносят на подложку с шероховатостью не более 1,0 нм.A layer of alumina is applied to the substrate with a roughness of not more than 1.0 nm.

Желательно слой оксида алюминия осаждать методом высокочастотного магнетронного распыления.It is desirable to deposit an alumina layer by high-frequency magnetron sputtering.

Защитный слой наиболее желательно осаждать методом магнетронного распыления на постоянном токе.The protective layer is most desirably deposited by direct current magnetron sputtering.

В качестве защитного слоя преимущественно наносят слой серебра.As a protective layer, a silver layer is preferably applied.

Поставленная задача также решается высокотемпературной сверхпроводящей лентой, которая получена в соответствии с описанным способом, и содержит подложку, буферные слои, высокотемпературный сверхпроводящий слой и, по меньшей мере, один защитный слой, расположенные в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния, слой оксида манганита лантана, слой высокотемпературного сверхпроводника и, по меньшей мере, один защитный слой.The problem is also solved by a high-temperature superconducting tape, which is obtained in accordance with the described method, and contains a substrate, buffer layers, a high-temperature superconducting layer and at least one protective layer located in the following sequence: alumina layer, yttrium oxide layer, layer magnesium oxide, a layer of homoepitaxial magnesium oxide, a layer of lanthanum manganite oxide, a layer of high temperature superconductor and at least one protective layer.

В частных воплощениях изобретения лента в качестве высокотемпературного сверхпроводящего слоя содержит слой GdBa2Cu3O7.In private embodiments of the invention, the tape as a high-temperature superconducting layer contains a layer of GdBa 2 Cu 3 O 7 .

Лента в качестве защитного слоя может содержать слой серебра.The tape as a protective layer may contain a silver layer.

На фиг. 1 схема послойного строения тонкопленочной сверхпроводящей ленты. Сущность изобретения состоит в следующем.In FIG. 1 diagram of the layered structure of a thin-film superconducting tape. The invention consists in the following.

Послойное строение ВТСП лент (архитектура ВТСП лент), относящихся к ВТСП проводникам второго поколения, представляет собой несколько буферных оксидных слоев (пленок), размещенных на металлической подложке, ВТСП слой и защитное покрытие, например, на основе серебра.The layer-by-layer structure of HTSC tapes (the architecture of HTSC tapes) related to HTSC conductors of the second generation consists of several buffer oxide layers (films) placed on a metal substrate, a HTSC layer and a protective coating, for example, based on silver.

Высокая плотность критического тока в ВТСП пленках реализуется только при наличии острой биаксиальной текстуры слоя.High critical current density in HTSC films is realized only in the presence of an acute biaxial layer texture.

Увеличение углов разориентации соседних зерен сверхпроводника друг относительно друга приводит к падению критической плотности тока.An increase in the misorientation angles of neighboring grains of the superconductor relative to each other leads to a decrease in the critical current density.

Расположение буферных слоев, в частности, приведенное на фиг. 1, подбирается таким образом, чтобы снизить разориентацию соседних зерен.The location of the buffer layers, in particular as shown in FIG. 1, is selected in such a way as to reduce the disorientation of neighboring grains.

Для передачи текстуры немаловажным фактором является способ осаждения как буферных слоев, так и ВТСП слоя.To transfer the texture, an important factor is the method of deposition of both the buffer layers and the HTSC layer.

Способ в соответствии с изобретением предусматривает замену некоторых технологий нанесения слоев известного способа, не меняя при этом архитектуры ВТСП ленты.The method in accordance with the invention provides for the replacement of some technologies for applying layers of the known method, without changing the architecture of the HTSC tape.

В частности, при осаждении слоев оксида магния по процессу IBAD, т.е. с одновременным облучением зоны осаждения потоком ионов аргона, реакционное ионное испарение (известный способ) заменяется на электронно-лучевое испарение оксида магния, при осаждении гомоэпитаксиального оксида магния магнетронное распыление (известный способ) заменяется на электронно-лучевое испарение оксида магния, осуществляемое при нагреве подложки до температуры 400-800°С, а при нанесении ВТСП слоя на буферные слои вместо нанесения методом MOCVD (известный способ) используют методом импульсного лазерного осаждения при нагреве подложки до 500-900°С (под импульсным лазерным осаждением понимается получение пленок и покрытий путем конденсации на поверхности подложки продуктов взаимодействия в вакууме импульсного лазерного излучения с материалом мишени).In particular, during the deposition of magnesium oxide layers according to the IBAD process, i.e. with simultaneous irradiation of the deposition zone by a stream of argon ions, reactive ion evaporation (a known method) is replaced by electron-beam evaporation of magnesium oxide, when precipitating a homoepitaxial magnesium oxide, magnetron sputtering (a known method) is replaced by electron-beam evaporation of magnesium oxide, carried out by heating the substrate to temperature 400-800 ° C, and when applying HTSC layer on the buffer layers instead of applying the method of MOCVD (known method) use the method of pulsed laser deposition when heating the substrate up to 500–900 ° C (pulsed laser deposition refers to the production of films and coatings by condensation on the surface of a substrate of the products of interaction in a vacuum of pulsed laser radiation with the target material).

Эти технологии не только улучшают токонесущую способность ВТСП ленты, но также значительно улучшают воспроизводимость сверхпроводящих свойств ВТСП ленты во внешнем магнитном поле и обеспечивают электрическую связь между ВТСП слоем и металлической подложкой.These technologies not only improve the current carrying capacity of HTSC tape, but also significantly improve the reproducibility of the superconducting properties of HTSC tape in an external magnetic field and provide electrical coupling between the HTSC layer and the metal substrate.

С одной стороны, такое улучшение может быть связано с тем, что при использовании этих технологий рост слоев происходит с очень большими скоростями и материал покрытий не загрязняется, состав слоев остается стабильным в силу конгруэнтного переноса материала мишени.On the one hand, such an improvement may be due to the fact that, using these technologies, layer growth occurs at very high rates and the coating material is not contaminated, the composition of the layers remains stable due to congruent transfer of the target material.

Однако, важным является то, что только при наличии всех этих операций в заявленной технологии обеспечивается данный технический результат, при этом, важна не только последовательность и вид технологических операций, но также и параметры осуществления этих операций.However, it is important that only with all of these operations in the claimed technology provides this technical result, while not only the sequence and type of technological operations are important, but also the parameters of these operations.

Осаждение гомоэпитаксиального оксида магния проходит при нагреве подложки до 400-800°С, а нанесение ВТСП слоя - при нагреве подложки до 500-900°С и при выходе за заявленные пределы - технический результат не достигается. Данные температуры обеспечивают хорошую адгезию наносимых слоев.The deposition of homoepitaxial magnesium oxide occurs when the substrate is heated to 400-800 ° C, and the deposition of HTSC layer - when the substrate is heated to 500-900 ° C and when beyond the stated limits - the technical result is not achieved. These temperatures provide good adhesion of the applied layers.

Температура отжига составляет 300-500°С. В этом интервале химическое соединение, полученное импульсным лазерным осаждением, достаточно стабильно для того, чтобы принять кислород и создать химическое соединение со стехиометрическим составом, соответствующим ReBa2Cu3O7-x или с небольшими отклонениями от него, как правило, соответствующими области гомогенности этого состава.The annealing temperature is 300-500 ° C. In this interval, the chemical compound obtained by pulsed laser deposition is stable enough to accept oxygen and create a chemical compound with a stoichiometric composition corresponding to ReBa 2 Cu 3 O 7-x or with small deviations from it, usually corresponding to the homogeneity region of this composition.

При температуре менее 300°С реакции с кислородом практически не протекают, при температуре более 500°С нарушается стехиометрия.At a temperature of less than 300 ° C, reactions with oxygen practically do not proceed; at a temperature of more than 500 ° C, stoichiometry is violated.

Осаждение предварительного слоя оксида магния осуществляется при одновременном облучении зоны осаждения потоком ионов аргона (технология IBAD). Такое облучение осуществляется, как правило, из высокочастотного ионного источника с энергией ионов 500-1200 эВ. Облучение потоком ионов аргона позволяет получить слой оксида магния с биаксиальной текстурой, которая за счет эпитаксиального роста последующих буферных слоев передается слою ВТСП для обеспечения максимальных сверхпроводящих свойств.The deposition of a preliminary layer of magnesium oxide is carried out while irradiating the deposition zone with a stream of argon ions (IBAD technology). Such irradiation is carried out, as a rule, from a high-frequency ion source with an ion energy of 500-1200 eV. Irradiation with a stream of argon ions allows one to obtain a layer of magnesium oxide with a biaxial texture, which, due to the epitaxial growth of subsequent buffer layers, is transferred to the HTSC layer to ensure maximum superconducting properties.

Частные воплощения изобретения касаются уточнения некоторых параметров осуществления способа.Particular embodiments of the invention relate to the refinement of certain parameters of the method.

Так, наиболее желательно, чтобы в качестве высокотемпературного сверхпроводящего слоя наносили слой GdBa2Cu3O7-x, что не ограничивает способ получения ВТСП ленты с другими ВТСП слоями.Thus, it is most desirable that a GdBa 2 Cu 3 O 7-x layer be applied as a high-temperature superconducting layer, which does not limit the method of producing HTSC ribbons with other HTSC layers.

Как уже указывалось, в наиболее желательных воплощениях изобретения слой оксида иттрия и слой манганита лантана осаждают методом импульсного магнетронного распыления, что обеспечивает заявленной технологии дополнительные преимущества в виде увеличения производительности процесса. При этом слой манганита лантана осаждают на нагретую до 500-850°С подложку, а слой оксида иттрия - без нагрева подложки.As already indicated, in the most desirable embodiments of the invention, the yttrium oxide layer and the lanthanum manganite layer are precipitated by pulsed magnetron sputtering, which provides the claimed technology with additional advantages in the form of an increase in process performance. The layer of lanthanum manganite is deposited on a substrate heated to 500–850 ° С, and the yttrium oxide layer is deposited without heating the substrate.

Слой оксида алюминия выполняет функцию барьерного слоя - он предотвращает диффузию металлических компонентов подложки в слой ВТСП. Слой характеризуется аморфной структурой. Желательно, чтобы осаждение этого слоя осуществлялось с помощью высокочастотного магнетронного распыления без нагрева подложки. Слой оксида алюминия может быть нанесен и другими методами, как, например, в известном способе - методом реактивного магнетронного распыления. Несмотря на то, что в известном способе слой оксида алюминия наносится быстрее, чем в предложенном, высокочастотное магнетронное распыление обеспечивает более равномерное распределение оксида алюминия и гарантирует отсутствие не полностью окисленных включений алюминия.The alumina layer acts as a barrier layer - it prevents the diffusion of the metal components of the substrate into the HTSC layer. The layer is characterized by an amorphous structure. It is desirable that the deposition of this layer is carried out using high-frequency magnetron sputtering without heating the substrate. The alumina layer can be deposited by other methods, such as, for example, in the known method — reactive magnetron sputtering. Despite the fact that in the known method, the alumina layer is deposited faster than in the proposed one, high-frequency magnetron sputtering provides a more uniform distribution of alumina and ensures the absence of incompletely oxidized aluminum inclusions.

Для получения качественного изолирующего слоя оксида алюминия, подложка должна быть с шероховатостью не более 1,0 нм. Такая шероховатость может быть достигнута предварительным полированием поверхности подложки.To obtain a high-quality insulating layer of aluminum oxide, the substrate should be with a roughness of not more than 1.0 nm. Such a roughness can be achieved by pre-polishing the surface of the substrate.

Функция слоя оксида иттрия - это образование «затравочной» поверхности, которая благоприятствует формированию биаксиальной текстуры при нанесении слоя IBAD MgO, которая улучшается на последующей стадии нанесения гомоэпитаксиального слоя MgO и передается ВТСП слою через буферный слой манганита лантана.The function of the yttrium oxide layer is the formation of a “seed” surface, which favors the formation of a biaxial texture when applying the IBAD MgO layer, which improves at the next stage of applying the homoepitaxial MgO layer and is transferred to the HTSC layer through the buffer layer of lanthanum manganite.

Слой манганита лантана в частных воплощениях изобретения осаждают методом импульсного магнетронного распыления при нагреве подложки до 500-850°С. В качестве защитного слоя традиционно наносят слои серебра и, при необходимости, меди, хотя выбор не ограничивается этими двумя элементами. Защитный слой серебра в примерах конкретного выполнения осаждали методом магнетронного распыления на постоянном токе, хотя изобретение не ограничено использованием данного метода для нанесения слоя серебра.The lanthanum manganite layer in particular embodiments of the invention is precipitated by pulsed magnetron sputtering when the substrate is heated to 500-850 ° C. As a protective layer, layers of silver and, if necessary, copper are traditionally applied, although the choice is not limited to these two elements. The protective layer of silver in the examples of specific performance was besieged by direct current magnetron sputtering, although the invention is not limited to the use of this method for applying a silver layer.

Заявленное изобретение осуществляли следующим образом.The claimed invention was carried out as follows.

В качестве подложки использовали ленту из сплава на основе никеля, например, Хастеллой С-276 или нержавеющей стали, например, марки 310S.The substrate used was a tape made of an alloy based on nickel, for example, Hastelloy C-276 or stainless steel, for example, grade 310S.

Толщина подложки составляла от от 25 до 200 мкм.The thickness of the substrate ranged from 25 to 200 μm.

Подложку предварительно полировали до уровня средней шероховатости не более 1.0 нм (при анализе с площади 5×5 мкм).The substrate was pre-polished to an average roughness level of not more than 1.0 nm (when analyzing from an area of 5 × 5 μm).

На подложку наносили буферные слои (слои между металлической подложкой и сверхпроводником), слой сверхпроводника, защитный слой серебра. Все слои наносили в вакууме.Buffer layers (layers between the metal substrate and the superconductor), a superconductor layer, and a silver protective layer were applied to the substrate. All layers were applied in vacuo.

Слой оксида алюминия (Al2O3) наносили на металлическую ленту методом высокочастотного магнетронного распыления керамической мишени из Al2O3. Толщина слоя варьировалась от 15 до 150 нм (преимущественно 50 нм). Процесс проходил без нагревания подложки.A layer of alumina (Al 2 O 3 ) was deposited on a metal strip by high-frequency magnetron sputtering of a ceramic target from Al2O3. The layer thickness ranged from 15 to 150 nm (mainly 50 nm). The process took place without heating the substrate.

Слой оксида иттрия (Y2O3) наносили на слой оксида алюминия методом импульсного магнетронного распыления из мишени металлического иттрия. В результате реакции с кислородом в вакуумной камере на подложку осаждался оксид иттрия. Толщина слоя варьировалась от 1 до 40 нм (преимущественно 3 нм). Процесс проходил без нагревания подложки.A yttrium oxide layer (Y2O3) was deposited onto an alumina layer by pulsed magnetron sputtering from a yttrium metal target. As a result of reaction with oxygen in a vacuum chamber, yttrium oxide was deposited on the substrate. The layer thickness ranged from 1 to 40 nm (mainly 3 nm). The process took place without heating the substrate.

Слой оксида магния (MgO)) наносили двумя разными последовательными процессами. В первом процессе на слой оксида иттрия методом электронно-лучевого испарения осаждали оксид магния из керамических или монокристаллических гранул оксида магния, зона осаждения одновременно облучалась потоком ионов аргона из высокочастотного ионного источника с энергией ионов 500-1200 эВ (так называемое нанесение путем ионного ассистирования = IBAD). Толщина слоя, полученного в этом процессе составляла 2-30 нм. Процесс проходил без нагревания подложки. Получаемый слой MgO является биаксиально текстурированным (имеет преимущественную ориентацию кристаллической структуры).A layer of magnesium oxide (MgO)) was applied by two different sequential processes. In the first process, magnesium oxide was deposited on a yttrium oxide layer by electron beam evaporation from ceramic or single-crystal granules of magnesium oxide, the deposition zone was simultaneously irradiated with a stream of argon ions from a high-frequency ion source with an ion energy of 500-1200 eV (the so-called deposition by ion assisting = IBAD ) The thickness of the layer obtained in this process was 2-30 nm. The process took place without heating the substrate. The resulting MgO layer is biaxially textured (has a predominant orientation of the crystal structure).

Во втором процессе нанесения оксида магния осаждение осуществлялось на слой оксида магния, полученный методом IBAD. Происходил гомоэпитаксиальный рост (т.е. слой MgO растет эпитаксиально на слое MgO). Процесс гомоэпитаксиального роста проводился методом электронно-лучевого испарения. Оксид магния осаждался из керамических или монокристаллических гранул оксида магния при нагревании ленты (до 400-800°С). Толщина слоя варьировалась от 5 до 300 нм (преимущественно 45 нм). Получаемый слой MgO являлся биаксиально текстурированным, повторяя и обостряя текстуру предыдущего слоя.In the second magnesium oxide deposition process, the deposition was carried out on a magnesium oxide layer obtained by IBAD. Homoepitaxial growth occurred (i.e., the MgO layer grows epitaxially on the MgO layer). The process of homoepitaxial growth was carried out by electron beam evaporation. Magnesium oxide was deposited from ceramic or single-crystal granules of magnesium oxide by heating the tape (up to 400-800 ° C). The layer thickness ranged from 5 to 300 nm (mainly 45 nm). The resulting MgO layer was biaxially textured, repeating and sharpening the texture of the previous layer.

Слой оксида манганита лантана (LaMnO3) наносился на слой оксида магния методом импульсного магнетронного распыления из керамической мишени манганита лантана. Толщина слоя варьируется от 10 до 300 нм (преимущественно 50 нм). Процесс проходил при нагревании подложки до 500-850°С. Получаемый слой LaMnO3 являлся биаксиально текстурированным, повторяя текстуру предыдущего слоя.A layer of lanthanum manganite oxide (LaMnO3) was deposited on a magnesium oxide layer by pulsed magnetron sputtering from a ceramic target of lanthanum manganite. The layer thickness varies from 10 to 300 nm (mainly 50 nm). The process took place when the substrate was heated to 500-850 ° C. The resulting LaMnO3 layer was biaxially textured, repeating the texture of the previous layer.

Слой сверхпроводника (GdBa2Cu3O7-x) наносится на слой манганита лантана методом импульсного лазерного осаждения из керамической мишени Gd-Ba-Cu-O.A superconductor layer (GdBa2Cu3O7-x) is deposited onto a lanthanum manganite layer by pulsed laser deposition from a Gd-Ba-Cu-O ceramic target.

Состав сверхпроводника мог отклоняться от стехиометрии GdBa2Cu3O7-x, а также иметь включения других составов до 30%. Толщина слоя варьировалась от 200 до 6000 нм (преимущественно 1700 нм). Процесс проходил при нагревании подложки до 500-900°С. Получаемый слой GdBa2Cu3O7-x являлся биаксиально текстурированным, повторяя и обостряя текстуру предыдущего слоя.The composition of the superconductor could deviate from the stoichiometry of GdBa 2 Cu 3 O 7-x , and also have inclusions of other compositions up to 30%. The layer thickness ranged from 200 to 6000 nm (mainly 1700 nm). The process took place when the substrate was heated to 500-900 ° C. The resulting GdBa2Cu3O7-x layer was biaxially textured, repeating and sharpening the texture of the previous layer.

Защитный слой (металлическое серебро) наносился на слой сверхпроводника методом магнетронного распыления металлической мишени из серебра на постоянном токе. Толщина слоя варьировалась от 200 до 8000 нм (преимущественно 2000 нм). Процесс проходил без нагревания ленты.A protective layer (metallic silver) was deposited on a superconductor layer by magnetron sputtering of a metal target from silver in direct current. The layer thickness ranged from 200 to 8000 nm (mainly 2000 nm). The process took place without heating the tape.

После нанесения слоя серебра ленту отжигали в атмосфере кислорода при температуре 300-500°С.After applying a layer of silver, the tape was annealed in an oxygen atmosphere at a temperature of 300-500 ° C.

После отжига лента аттестовалась по критерию токонесущей способности (измерялся критический ток).After annealing, the tape was certified according to the criterion of current-carrying capacity (critical current was measured).

Пример осуществления способа.An example implementation of the method.

В соответствии с вышеизложенным, получали ленту со следующими параметрами:In accordance with the foregoing, received a tape with the following parameters:

Толщина подложки из сплава Хастеллой - 60 мкмHastelloy Alloy Substrate Thickness - 60 μm

Толщина слоя оксида алюминия - 50 нмAluminum oxide layer thickness - 50 nm

Толщина слоя оксида иттрия - 3 нмYttrium oxide layer thickness - 3 nm

Толщина слоя MgO IBAD - 5 нмMgO IBAD Layer Thickness - 5 nm

Толщина слоя MgO Homo epi - 50 нмHomo epi MgO layer thickness - 50 nm

Толщина слоя LaMnO3 - 50 нмThe layer thickness of LaMnO 3 - 50 nm

Толщина слоя Gd-Ba-Cu-О - 1600 нмGd-Ba-Cu-O layer thickness - 1600 nm

Толщина слоя Ag - 2000 нмAg layer thickness - 2000 nm

Слои наносили в соответствии со следующим:The layers were applied in accordance with the following:

Полирование подложки в электролите состава H3PO4 50%, H2SO4 25%, H2O 25%, режимы: плотность тока 70 А/дм2, время полирования 35 с, до уровня средней шероховатости не более 1.0 нм (при анализе с площади 5×5 мкм).Polishing the substrate in an electrolyte of the composition H 3 PO 4 50%, H 2 SO 4 25%, H 2 O 25%, modes: current density 70 A / dm 2 , polishing time 35 s, to the level of average roughness no more than 1.0 nm (at analysis with an area of 5 × 5 μm).

Слой оксида алюминия (Al2O3) наносили на металлическую ленту методом высокочастотного магнетронного распыления керамической мишени из Al2O3 без нагревания подложки. Режимы: мощность распыления 2800 Вт, давление 1 мТорр.A layer of alumina (Al2O3) was deposited onto a metal strip by high-frequency magnetron sputtering of a ceramic target from Al2O3 without heating the substrate. Modes: spray power 2800 W, pressure 1 mTorr.

Слой оксида иттрия (Y2O3) наносили на слой оксида алюминия методом импульсного магнетронного распыления из мишени металлического иттрия в вакуумной камере с подачей смеси аргона и кислорода. Процесс проходил без нагревания подложки. Режимы распыления следующие: мощность 750 Вт, частота 150 кГц, давление 1.8 мТорр.The yttrium oxide (Y2O3) layer was deposited onto the alumina layer by pulsed magnetron sputtering from a yttrium metal target in a vacuum chamber with a mixture of argon and oxygen. The process took place without heating the substrate. The spraying modes are as follows: power 750 W, frequency 150 kHz, pressure 1.8 mTorr.

Слой оксида магния (MgO)) наносили на слой оксида иттрия методом электронно-лучевого испарения из керамических гранул оксида магния, зона осаждения одновременно облучалась потоком ионов аргона из высокочастотного ионного источника с энергией ионов 1000 эВ без нагревания подложки. Режимы электронно-лучевого испарения: мощность 1 кВт, скорость осаждения на подложке 0,5 нм/с.A layer of magnesium oxide (MgO) was deposited on a yttrium oxide layer by electron beam evaporation from ceramic granules of magnesium oxide, and the deposition zone was simultaneously irradiated with a stream of argon ions from a high-frequency ion source with an ion energy of 1000 eV without heating the substrate. Electron beam evaporation modes: power 1 kW, deposition rate on the substrate 0.5 nm / s.

Второй слой оксида магния (MgO Homo epi) осаждали на слой оксида магния, полученный методом IBAD, методом электронно-лучевого испарения из керамических или монокристаллических гранул оксида магния при нагревании ленты 600°С. Режимы осаждения следующие: мощность 1 кВт, скорость осаждения на подложке 0,6 нм/с.The second layer of magnesium oxide (MgO Homo epi) was deposited on the magnesium oxide layer obtained by the IBAD method, by electron beam evaporation from ceramic or single crystal granules of magnesium oxide by heating the tape 600 ° C. The deposition modes are as follows: power 1 kW, the deposition rate on the substrate of 0.6 nm / s.

Слой манганита лантана (LaMnO3) наносили на слой оксида магния методом импульсного магнетронного распыления из керамической мишени манганита лантана при нагревании подложки до 650°С. Режимы нанесения слоя следующие: мощность 1100 Вт, частота 150 кГц, давление 2.1 мТорр.A layer of lanthanum manganite (LaMnO3) was deposited on a magnesium oxide layer by pulsed magnetron sputtering from a ceramic target of lanthanum manganite when the substrate was heated to 650 ° C. The application modes are as follows: power 1100 W, frequency 150 kHz, pressure 2.1 mTorr.

Слой сверхпроводника (GdBa2Cu3O7) наносится на слой манганита лантана методом импульсного лазерного осаждения из керамической мишени Gd-Ba-Cu-О в следующем режиме: температура нагревателя 950-1050°С, парциальное давление кислорода 50-80 Па, скорость протяжки ленты через зону осаждения 50 м/ч, испарение подложки осуществляется сфокусированным лазерным излучением с длиной волны 308 нм (эксимерный лазер) и частотой 200 Гц.A superconductor layer (GdBa2Cu3O7) is applied to the lanthanum manganite layer by pulsed laser deposition from a Gd-Ba-Cu-O ceramic target in the following mode: heater temperature 950-1050 ° C, oxygen partial pressure 50-80 Pa, ribbon drawing speed through the deposition zone 50 m / h, the evaporation of the substrate is carried out by focused laser radiation with a wavelength of 308 nm (excimer laser) and a frequency of 200 Hz.

Материал этого слоя (GdBa2Cu3O7) повторял текстуру предыдущего слоя.The material of this layer (GdBa2Cu3O7) repeated the texture of the previous layer.

Защитный слой (металлическое серебро) наносился на слой сверхпроводника методом магнетронного распыления металлической мишени из серебра на постоянном токе. Процесс проходил без нагревания ленты в следующем режиме: давление 3 мТорр, мощность магнетронов 2300 Вт и 1150 Вт, скорость протяжки ленты 60 м/ч.A protective layer (metallic silver) was deposited on a superconductor layer by magnetron sputtering of a metal target from silver in direct current. The process took place without heating the tape in the following mode: pressure 3 mTorr, magnetron power 2300 W and 1150 W, belt speed 60 m / h.

После нанесения слоя серебра ленту отжигали в атмосфере кислорода при температуре 480°С.After applying a layer of silver, the tape was annealed in an oxygen atmosphere at a temperature of 480 ° C.

Полученная лента обладала следующими характеристиками: критический ток 600-650 А на 12 мм ширины, стандартное отклонение < 10 A.The resulting tape had the following characteristics: critical current 600-650 A at 12 mm width, standard deviation <10 A.

Электрическое сопротивление между ВТСП слоем и металлической лентой-подложкой составляло < 1 Ом.The electrical resistance between the HTSC layer and the metal strip substrate was <1 Ω.

Как следует из приведенных данных, ВТСП ленты характеризуются высокими значениями критического тока.As follows from the above data, HTSC tapes are characterized by high critical current values.

Кроме того, при получении ленты с использованием заявленного изобретения сверхпроводящие свойства ленты во внешнем магнитном поле гораздо более воспроизводимы, чем в известном способе: разброс между отношением критического тока, измеренного при 77 К в отсутствие внешнего магнитного поля к критическому току той же ленты при 4,2 К в магнитном поле 17 Тл ленты в соответствии с изобретением не превышает 1,7 раза, в то время, как по известному способу такой разброс может достигать 4,6.In addition, upon receipt of the tape using the claimed invention, the superconducting properties of the tape in an external magnetic field are much more reproducible than in the known method: the spread between the ratio of the critical current measured at 77 K in the absence of an external magnetic field to the critical current of the same tape at 4, 2 K in a magnetic field of 17 T of the tape in accordance with the invention does not exceed 1.7 times, while by the known method such a spread can reach 4.6.

Также изобретение позволяет снизить трудоемкость получения ленты, поскольку для образования электрической связи между подложкой и ВТСП слоем не предусмотрено удаление изолирующих буферных слоев, как это делается в известных решениях.Also, the invention allows to reduce the complexity of obtaining the tape, since for the formation of an electrical connection between the substrate and the HTSC layer, it is not provided for the removal of insulating buffer layers, as is done in known solutions.

Claims (11)

1. Способ изготовления высокотемпературной сверхпроводящей ленты, включающий осаждение буферных слоев на подложку в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния и слой манганита лантана, осаждение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои и нанесение по меньшей мере одного защитного слоя, отличающийся тем, что слои оксида магния и гомоэпитаксиального оксида магния осаждают путем электронно-лучевого испарения, при этом слой оксида магния осаждают при одновременном облучении зоны осаждения потоком ионов аргона, а слой гомоэпитаксиального оксида магния осаждают при нагреве подложки до температуры 400-800°С, при этом нанесение слоя высокотемпературного сверхпроводника на буферные слои осуществляют путем импульсного лазерного осаждения при нагреве подложки до 500-900°С и последующего отжига при температуре 300-500°С в атмосфере кислорода.1. A method of manufacturing a high-temperature superconducting tape, including the deposition of buffer layers on a substrate in the following sequence: an alumina layer, a yttrium oxide layer, a magnesium oxide layer, a homoepitaxial magnesium oxide layer and a lanthanum manganite layer, deposition of a high-temperature superconductor layer on the buffer layers and applying at least at least one protective layer, characterized in that the layers of magnesium oxide and homoepitaxial magnesium oxide are deposited by electron beam evaporation, while the oxide layer m rotting is deposited by simultaneously irradiating the deposition zone with a stream of argon ions, and a layer of homoepitaxial magnesium oxide is precipitated by heating the substrate to a temperature of 400-800 ° С, while the deposition of a high-temperature superconductor on the buffer layers is carried out by pulsed laser deposition when the substrate is heated to 500-900 ° C and subsequent annealing at a temperature of 300-500 ° C in an oxygen atmosphere. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника наносят слой GdBa2Cu3O7-x.2. The method according to p. 1, characterized in that a layer of GdBa 2 Cu 3 O 7-x is applied as a high-temperature superconductor. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой оксида иттрия и слой оксида манганита лантана осаждают методом импульсного магнетронного распыления.3. The method according to p. 1, characterized in that the yttrium oxide layer and the lanthanum manganite oxide layer are precipitated by pulsed magnetron sputtering. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что слой оксида манганита лантана осаждают при нагреве подложки до 500-850°С.4. The method according to p. 3, characterized in that the layer of lanthanum manganite oxide is precipitated by heating the substrate to 500-850 ° C. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой оксида алюминия наносят на подложку с шероховатостью не более 1,0 нм.5. The method according to p. 1, characterized in that the layer of alumina is applied to the substrate with a roughness of not more than 1.0 nm. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой оксида алюминия осаждают методом высокочастотного магнетронного распыления.6. The method according to p. 1, characterized in that the alumina layer is deposited by high-frequency magnetron sputtering. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитный слой осаждают методом магнетронного распыления на постоянном токе.7. The method according to p. 1, characterized in that the protective layer is precipitated by direct current magnetron sputtering. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве защитного слоя наносят слой серебра.8. The method according to p. 1, characterized in that a silver layer is applied as a protective layer. 9. Высокотемпературная сверхпроводящая лента, полученная способом по одному из пп.1-8, содержащая подложку, буферные слои, высокотемпературный сверхпроводящий слой и по меньшей мере один защитный слой, расположенные в следующей последовательности: слой оксида алюминия, слой оксида иттрия, слой оксида магния, слой гомоэпитаксиального оксида магния, слой оксида манганита лантана, слой высокотемпературного сверхпроводника и по меньшей мере один защитный слой.9. A high temperature superconducting tape obtained by the method according to one of claims 1 to 8, comprising a substrate, buffer layers, a high temperature superconducting layer and at least one protective layer located in the following sequence: alumina layer, yttrium oxide layer, magnesium oxide layer , a homoepitaxial magnesium oxide layer, a lanthanum manganite oxide layer, a high-temperature superconductor layer, and at least one protective layer. 10. Лента по п. 9, отличающаяся тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника она содержит слой GdBa2Cu3O7-x.10. The tape according to claim 9, characterized in that as a high-temperature superconductor, it contains a layer of GdBa 2 Cu 3 O 7-x . 11. Лента по п. 10, отличающаяся тем, что в качестве защитного слоя она содержит слой серебра.11. The tape under item 10, characterized in that as a protective layer it contains a layer of silver.
RU2018140269A 2018-11-15 2018-11-15 High-temperature superconducting tape manufacturing method and tape RU2696182C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140269A RU2696182C1 (en) 2018-11-15 2018-11-15 High-temperature superconducting tape manufacturing method and tape

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140269A RU2696182C1 (en) 2018-11-15 2018-11-15 High-temperature superconducting tape manufacturing method and tape

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2696182C1 true RU2696182C1 (en) 2019-07-31

Family

ID=67586706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018140269A RU2696182C1 (en) 2018-11-15 2018-11-15 High-temperature superconducting tape manufacturing method and tape

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2696182C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4258298A1 (en) * 2022-04-04 2023-10-11 Renaissance Fusion Method for manufacturing superconducting coils and device
WO2023194229A1 (en) * 2022-04-04 2023-10-12 Renaissance Fusion Method for manufacturing superconducting coils and device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5432151A (en) * 1993-07-12 1995-07-11 Regents Of The University Of California Process for ion-assisted laser deposition of biaxially textured layer on substrate
RU2054212C1 (en) * 1990-12-25 1996-02-10 Институт физики твердого тела и полупроводников АН Республики Беларусь Process of manufacture of thin superconductive films
US5964966A (en) * 1997-09-19 1999-10-12 Lockheed Martin Energy Research Corporation Method of forming biaxially textured alloy substrates and devices thereon
US6774088B2 (en) * 2001-03-27 2004-08-10 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Rare earth-Ba-Cu complex composition and method of producing superconductor using same
RU2382440C1 (en) * 2008-11-01 2010-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" METHOD OF MAKING MULTILAYER SUPERCONDUCTING yBaCuO NANOFILMS ON SUBSTRATE
RU2477900C1 (en) * 2012-03-01 2013-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук Method to treat high-temperature superconductor
RU2481673C1 (en) * 2011-10-27 2013-05-10 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" Method to manufacture thin-film high-temperature superconductive material
RU2626052C2 (en) * 2012-05-21 2017-07-21 Датский Технический Университет Method for obtaining substrates for superconducting layers

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2054212C1 (en) * 1990-12-25 1996-02-10 Институт физики твердого тела и полупроводников АН Республики Беларусь Process of manufacture of thin superconductive films
US5432151A (en) * 1993-07-12 1995-07-11 Regents Of The University Of California Process for ion-assisted laser deposition of biaxially textured layer on substrate
US5964966A (en) * 1997-09-19 1999-10-12 Lockheed Martin Energy Research Corporation Method of forming biaxially textured alloy substrates and devices thereon
US6774088B2 (en) * 2001-03-27 2004-08-10 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Rare earth-Ba-Cu complex composition and method of producing superconductor using same
RU2382440C1 (en) * 2008-11-01 2010-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" METHOD OF MAKING MULTILAYER SUPERCONDUCTING yBaCuO NANOFILMS ON SUBSTRATE
RU2481673C1 (en) * 2011-10-27 2013-05-10 Закрытое акционерное общество "СуперОкс" Method to manufacture thin-film high-temperature superconductive material
RU2477900C1 (en) * 2012-03-01 2013-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук Method to treat high-temperature superconductor
RU2626052C2 (en) * 2012-05-21 2017-07-21 Датский Технический Университет Method for obtaining substrates for superconducting layers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Progress in High Throughput Processing of Long-Length, High quality and Low Cost IBAD MgO and Buffer Tapes at SuperPower", Xuming Xiong и др. IEEE Transactions on Applied Superconductivity (Volume: 19, Issue: 3, June 2009), с. 3319-3322. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4258298A1 (en) * 2022-04-04 2023-10-11 Renaissance Fusion Method for manufacturing superconducting coils and device
WO2023194229A1 (en) * 2022-04-04 2023-10-12 Renaissance Fusion Method for manufacturing superconducting coils and device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Goyal et al. The RABiTS approach: Using rolling-assisted biaxially textured substrates for high-performance YBCO superconductors
US5872080A (en) High temperature superconducting thick films
JP5630941B2 (en) Biaxially oriented film deposition for superconductor coated tapes
Paranthaman et al. YBa2Cu3O7-y− coated conductors with high engineering current density
JP2009035479A (en) Controlled conversion of metal oxyfluorides into superconducting oxides
WO2001026165A9 (en) Method and apparatus for forming buffer layers
JPH029717A (en) Method for producing a superconductive oxide film on a substrate of silicon and silicon dioxide
JP3854551B2 (en) Oxide superconducting wire
Kreiskott et al. Reel-to-reel preparation of ion-beam assisted deposition (IBAD)-MgO based coated conductors
JP5513154B2 (en) Oxide superconducting wire and manufacturing method of oxide superconducting wire
RU2696182C1 (en) High-temperature superconducting tape manufacturing method and tape
US5439877A (en) Process for depositing high temperature superconducting oxide thin films
Matias et al. Continuous fabrication of IBAD-MgO based coated conductors
Watanabe et al. High rate deposition by PLD of YBCO films for coated conductors
JP5145109B2 (en) Method for producing polycrystalline thin film and method for producing oxide superconducting conductor
Paranthaman et al. Growth of YBCO films on MgO-based rolling-assisted biaxially textured substrates templates
Li et al. Fast growth processes of buffer layers for YBCO coated conductors on biaxially-textured Ni tapes
US7025826B2 (en) Methods for surface-biaxially-texturing amorphous films
Miyata et al. Long and high rate production of IBAD templates for YBCO coated conductors
US20090036313A1 (en) Coated superconducting materials
JP5730541B2 (en) Method for manufacturing substrate for superconducting wire, and method for manufacturing superconducting wire
Koritala et al. Texture development of MgO buffer layers grown by inclined substrate deposition
Xue et al. Preparation of Double-Sided MgO Template for YB2Cu3O7-δ Coated Conductors
Selvamanickam et al. Y-Ba-Cu-O film deposition by metal organic chemical vapor deposition on buffered metal substrates
JP2835235B2 (en) Method of forming oxide superconductor thin film