專利名稱：基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型氧化物高溫超導(dǎo)領(lǐng)域，具體是一種基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層及制備方法，更為明確的是一種基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔尚層及La2Zr2O7隔尚層的制備方法。
背景技術(shù)：
近百年來(lái)，超導(dǎo)材料由于其獨(dú)特的物理性能(無(wú)阻、抗磁等)，一直吸引著眾多科學(xué)家的注意。利用超導(dǎo)帶材制備的超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器和超導(dǎo)限流器等器件與設(shè)備具有體積小、重量輕、效率高和能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在電力、能源、醫(yī)療設(shè)備、國(guó)防裝備等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在20世紀(jì)90年代末期，采用粉末套管技術(shù)制備的基于
Bi2Sr2Ca2Cu3O10(Β 2223)體系的第一代高溫超導(dǎo)帶材已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。但是第一代高溫超導(dǎo)帶材成本昂貴以及由于其物理上的本征特性導(dǎo)致的該材料不能在液氮溫區(qū)有稍強(qiáng)一點(diǎn)的磁場(chǎng)的環(huán)境下應(yīng)用，大大限制了其可能的應(yīng)用范圍。而基于YBa2Cu3CVx(YBCO)體系的第二代高溫超導(dǎo)帶材具有在液氮溫區(qū)高的不可逆場(chǎng)、高的載流能力、低的交流損耗等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的極大興趣。第二代超導(dǎo)帶材由金屬基帶、種子層、隔離層、帽子層、YBCO超導(dǎo)層以及保護(hù)層等組成。其中柔軟金屬基帶的作用是使稀土氧化物超導(dǎo)層獲得支撐和使第二代高溫超導(dǎo)帶材具有優(yōu)良的機(jī)械性能。目前，金屬基帶主要使用鎳鎢合金帶。制備具有立方織構(gòu)的鎳鎢金屬基帶主要有三種工藝路線軋制輔助雙軸織構(gòu)基底技術(shù)(RABiTS)、離子束輔助沉積技術(shù)(IBAD)、基底傾斜沉積技術(shù)(ISD)。其中，RABiTS技術(shù)是將金屬材料通過大加工量軋制變形，形成帶材，然后經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚?，基帶本身?huì)形成強(qiáng)立方織構(gòu)。在第二代高溫超導(dǎo)帶材中，隔離層必須是一個(gè)連續(xù)的、平整的、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、晶格結(jié)構(gòu)匹配的過渡層。隔離層在第二代高溫超導(dǎo)帶材中起到的作用有(1)將金屬基帶的織構(gòu)繼承下來(lái)，為超導(dǎo)層的外延生長(zhǎng)提供條件，把金屬基帶的立方織構(gòu)傳遞給超導(dǎo)層；(2)阻止基帶中的金屬原子向超導(dǎo)層擴(kuò)散，阻止超導(dǎo)層制備過程中基帶的氧化；(3)隔離層要有比較好的機(jī)械穩(wěn)定性，還要能夠和超導(dǎo)層、基帶結(jié)合良好。因此，選擇隔離層材料的時(shí)候，必須考慮該材料是否滿足化學(xué)匹配、晶格匹配和熱膨脹系數(shù)匹配三個(gè)條件。一般情況下，隔離層為三層復(fù)合結(jié)構(gòu)種子層(下層)能夠獲得更好的立方織構(gòu)和表面；中間層阻止金屬元素在基帶和超導(dǎo)層之間的擴(kuò)散；帽子層(上層)與YBCO超導(dǎo)層晶格常數(shù)相匹配，易于在其上生長(zhǎng)高性能的超導(dǎo)層。目前，通常采用的氧化物隔離層有Ce02/YSZ/Ce02和Ce02/YSZ/Y203。近年來(lái)，鋯酸鑭(La2Zr2O7)作為YBCO涂層導(dǎo)體的一種可供選擇的隔離層，由于其與基帶和YBCO超導(dǎo)層結(jié)構(gòu)兼容，受到人們的極大關(guān)注。La2Zr2O7是立方燒綠石結(jié)構(gòu)，它的晶格常數(shù)為a = 10.79 A，與Ni (a = 3.52 A)的晶格失配度為7. 6% (考慮45度旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)在鎳鎢基帶上)，與正交晶系YBC0(a = 3.83A和b = 3.SSA)晶格失配度為O. 5 %和L 8%。而且，La2Zr2O7可以很好地阻擋金屬元素的擴(kuò)散。目前美國(guó)橡樹嶺等國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開始使用化學(xué)溶液沉積法制備La2Zr2O7隔離層，可大大降低第二代高溫超導(dǎo)帶材成本。
然而，在傳統(tǒng)三層復(fù)合隔離層結(jié)構(gòu)中，當(dāng)氧化鈰(CeO2)的厚度超過100納米的時(shí)候，CeO2薄膜會(huì)出現(xiàn)破裂。采用La2Zr2O7帽子層代替CeO2帽子層可以有效地阻止裂紋的出現(xiàn)。在鎳鎢金屬基帶上制備La2Zr2O7隔離層大多采用化學(xué)溶液沉積法。采用化學(xué)溶液沉積法制備第二代高溫超導(dǎo)帶材隔離層可大大降低鍍膜成本，提高第二代高溫超導(dǎo)帶材性價(jià)比。然而，采用化學(xué)溶液沉積法制備的La2Zr2O7薄膜，織構(gòu)度差，表面形貌差，不利于在其上生長(zhǎng)高性能的稀土氧化物超導(dǎo)層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層，與傳統(tǒng)的Ce02/YSZ/Ce02和Ce02/YSZ/Y203復(fù)合隔離層相比，避免了 CeO2薄膜容易出現(xiàn)破裂的問題，性能更加優(yōu)越。本發(fā)明還提供一種制備La2Zr2O7隔離層的方法，使用射頻磁控濺射鍍膜方法代替化學(xué)溶液沉積法制備鎳鎢金屬基帶上的La2Zr2O7隔離層，具有更高的工藝穩(wěn)定性、重復(fù)性和可靠性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下—種基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層,該復(fù)合隔離層米用三層結(jié)構(gòu)，上層為L(zhǎng)a2Zr2O7隔離層，中間層為釔穩(wěn)定YSZ (氧化鋯)隔離層，下層為CeO2隔離層。所述La2Zr2O7隔離層的厚度為50_150nm,所述YSZ隔離層厚度為20_60nm,所述CeO2隔尚層的厚度為30_80nm。一種制備La2Zr2O7隔離層的方法，包括以下步驟步驟I、將純度為4N的La2Zr2O7靶材裝入射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)內(nèi)；步驟2、將已經(jīng)用脈沖激光沉積方法制備好的YSZ隔離層和CeO2隔離層的金屬基帶固定在射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)樣品托上；步驟3、對(duì)射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔體進(jìn)行抽真空處理，使得腔內(nèi)真空度達(dá)到10-3帕以下；步驟4、將加熱器溫度調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；步驟5、向射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔內(nèi)通入氬氣和氧氣，開啟氬氣和氧氣質(zhì)量流量計(jì)，通過控制分子泵閘板閥門，將氬-氧混合氣體的總氣壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；步驟6、啟動(dòng)射頻濺射控制電源，將射頻電流和射頻電壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；步驟7、等加熱溫度、腔內(nèi)氣壓、射頻電流、射頻電壓穩(wěn)定后，打開射頻濺射開關(guān)，開始La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程；步驟8、等磁控濺射形成的橢球狀等離子體穩(wěn)定后，將一擋板置于等離子體正上方，用于遮擋等離子體。步驟9、將裝有步驟2中所述的金屬基帶的樣品托置于步驟8中所述的擋板正上方；步驟10、將金屬基帶與La2Zr2O7祀材之間的距離調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；步驟11、將步驟8中的擋板移開，并啟動(dòng)樣品托旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，開始La2Zr2O7隔尚層鍛膜過程；步驟12、經(jīng)過La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間后，降低射頻電流和射頻電壓到零，關(guān)閉射頻磁控濺射系統(tǒng)，關(guān)閉加熱器，關(guān)閉氧氣和氬氣氣體質(zhì)量流量計(jì)閥門。所述步驟3中，抽真空后達(dá)到的腔內(nèi)真空度為1X10_4-5X10_4帕。所述步驟4中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的溫度值為550-750° C。所述步驟5中，氬氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為30-45SCCM，氧氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為5-10SCCM;在氬-氧混合氣體中氬氣的比例為75% -90%，氧氣的比例為10% -25% ；
La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的氬-氧混合氣體的總氣壓值為3_15帕。所述步驟6中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的射頻電流值為100-150毫安，射頻電壓值為O. 5-1. O千伏，射頻功率為50-150瓦。所述步驟7中，La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程的時(shí)間為5_10分鐘。所述步驟8中，擋板與La2Zr2O7靶材表面的距離為2_4厘米。所述步驟10中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的金屬基帶與La2Zr2O7靶材之間的距離為5-10厘米。所述步驟11中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的樣品托的轉(zhuǎn)速為5_15轉(zhuǎn)每分鐘。所述步驟12中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間為3_6小時(shí)。所述制備La2Zr2O7隔離層的射頻磁控濺射鍍膜方法，不僅適合于在軋制輔助雙軸織構(gòu)金屬基底上生長(zhǎng)La2Zr2O7隔離層，而且適合于在基于離子束輔助沉積技術(shù)的金屬基帶上生長(zhǎng)La2Zr2O7隔尚層。本發(fā)明采用的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層結(jié)構(gòu)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Ce02/YSZ/Ce02和Ce02/YSZ/Y203復(fù)合隔離層結(jié)構(gòu)，避免了 CeO2薄膜容易出現(xiàn)破裂的問題，因而性能更加優(yōu)越。與化學(xué)溶液技術(shù)相比，本發(fā)明的制備La2Zr2O7隔離層的射頻磁控濺射鍍膜方法具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)靶材成本低且利用率高,可達(dá)90%以上；(2)穩(wěn)定性好，工藝可重復(fù)性和可靠性高；(3)鍍膜過程所需基帶穩(wěn)定低；(4)可精確控制薄膜厚度；(5)形成的薄膜結(jié)合力強(qiáng)；(6)其制備的復(fù)合隔離層化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有單一(00/)取向，織構(gòu)度高，表面光潔度好，適合于在其上生長(zhǎng)高性能的稀土氧化物超導(dǎo)層。


圖I是本發(fā)明提供的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的X射線Θ -2 Θ衍射譜圖；圖3是本發(fā)明提供的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的X射線ω掃描的衍射譜圖；圖4是本發(fā)明提供的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的X射線Φ掃描的衍射譜圖；圖5是本發(fā)明提供的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的X射線三維極圖6是本發(fā)明提供的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的表面形貌圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)的說(shuō)明實(shí)施例I如圖I所示，本發(fā)明提供的1^221*207/^2/^02復(fù)合隔離層實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，是基于雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶4上制備的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層。該復(fù)合隔離層采用二層結(jié)構(gòu)，上層為L(zhǎng)a2Zr2O7隔尚層I，中間層為YSZ隔尚層2，下層為CeO2隔尚層3。其中，La2Zr2O7隔尚層I的厚度為50nm，YSZ隔尚層2厚度為60nm，CeO2隔尚層3的厚度為80nm。本發(fā)明采用了射頻磁控濺射鍍膜方法來(lái)制備La2Zr2O7隔離層，該方法包含以下步
驟步驟I、將純度為4N的La2Zr2O7靶材裝入射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)內(nèi)；步驟2、將已經(jīng)用脈沖激光沉積方法制備好YSZ隔離層和CeO2隔離層的雙軸織構(gòu)鎳-鎢金屬基帶放置固定在射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)樣品托上；步驟3、對(duì)射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔體進(jìn)行抽真空處理，使得腔內(nèi)真空度達(dá)到10_3帕以下；抽真空后達(dá)到的腔內(nèi)真空度為IX 10_4帕。步驟4、將加熱器溫度調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的溫度值為550° C。步驟5、向射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔內(nèi)通入氬氣和氧氣，開啟氬氣和氧氣質(zhì)量流量計(jì)，通過控制分子泵閘板閥門，將氬-氧混合氣體的總氣壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；氬氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為30SCCM，氧氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為10SCCM ;在氬-氧混合氣體中氬氣的比例為75%，氧氣的比例為25% ；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的氬-氧混合氣體的總氣壓值為15帕。步驟6、啟動(dòng)射頻濺射控制電源，將射頻電流和射頻電壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的射頻電流值為100毫安，射頻電壓值為O. 5千伏，射頻功率為50瓦。步驟7、等加熱溫度、腔內(nèi)氣壓、射頻電流、射頻電壓穩(wěn)定后，打開射頻濺射開關(guān)，開始La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程；La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程的時(shí)間為5分鐘。步驟8、等磁控濺射形成的橢球狀等離子體穩(wěn)定后，將擋板置于等離子體正上方，用于遮擋等離子體。擋板與La2Zr2O7靶材表面的距離為2厘米。步驟9、將裝有步驟2中所述的金屬基帶的樣品托置于步驟8中擋板正上方；步驟10、將金屬基帶與La2Zr2O7祀材之間的距離調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的金屬基帶與La2Zr2O7靶材之間的距離為10厘米。
步驟11、將步驟8中的擋板移開，并啟動(dòng)樣品托旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，開始La2Zr2O7隔尚層鍛膜過程；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的樣品托的轉(zhuǎn)速為5轉(zhuǎn)每分鐘。步驟12、經(jīng)過La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間后，降低射頻電流和射頻電壓到零，關(guān)閉射頻磁控濺射系統(tǒng)，關(guān)閉加熱器，關(guān)閉氧氣和氬氣氣體質(zhì)量流量計(jì)閥門。
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La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間為3小時(shí)。實(shí)施例2如圖I所示，本發(fā)明提供的1^221*207/^2/^02復(fù)合隔離層實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，是基于雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶4上制備的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層。該復(fù)合隔離層采用二層結(jié)構(gòu)，上層為L(zhǎng)a2Zr2O7隔尚層I，中間層為YSZ隔尚層2，下層為CeO2隔尚層3。其中，La2Zr2O7隔尚層I的厚度為150nm，YSZ隔尚層2厚度為20nm，Ce02隔尚層3的厚度為30nm。本發(fā)明采用了射頻磁控濺射鍍膜方法來(lái)制備La2Zr2O7隔離層，該方法包含以下步驟步驟I、將純度為4N的La2Zr2O7靶材裝入射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)內(nèi)；步驟2、將已經(jīng)用脈沖激光沉積方法制備好YSZ隔離層和CeO2隔離層的雙軸織構(gòu)鎳-鎢金屬基帶放置固定在射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)樣品托上；步驟3、對(duì)射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔體進(jìn)行抽真空處理，使得腔內(nèi)真空度達(dá)到10_3帕以下；抽真空后達(dá)到的腔內(nèi)真空度為5X 10_4帕。步驟4、將加熱器溫度調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的溫度值為750° C。步驟5、向射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔內(nèi)通入氬氣和氧氣，開啟氬氣和氧氣質(zhì)量流量計(jì)，通過控制分子泵閘板閥門，將氬-氧混合氣體的總氣壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；氬氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為45SCCM，氧氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為5SCCM ;在氬-氧混合氣體中氬氣的比例為90%，氧氣的比例為10% ；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的氬-氧混合氣體的總氣壓值為3帕。步驟6、啟動(dòng)射頻濺射控制電源，將射頻電流和射頻電壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的射頻電流值為150毫安，射頻電壓值為I. O千伏，射頻功率為150瓦。步驟7、等加熱溫度、腔內(nèi)氣壓、射頻電流、射頻電壓穩(wěn)定后，打開射頻濺射開關(guān)，開始La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程；La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程的時(shí)間為10分鐘。步驟8、等磁控濺射形成的橢球狀等離子體穩(wěn)定后，將擋板置于等離子體正上方，用于遮擋等離子體。擋板與La2Zr2O7靶材表面的距離為4厘米。步驟9、將裝有步驟2中所述的金屬基帶的樣品托置于步驟8中擋板正上方；步驟10、將金屬基帶與La2Zr2O7祀材之間的距離調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的金屬基帶與La2Zr2O7靶材之間的距離為5厘米。步驟11、將步驟8中的擋板移開，并啟動(dòng)樣品托旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，開始La2Zr2O7隔尚層鍛膜過程；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的樣品托的轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)每分鐘。步驟12、經(jīng)過La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間后，降低射頻電流和射頻電壓到零，關(guān)閉射頻磁控濺射系統(tǒng)，關(guān)閉加熱器，關(guān)閉氧氣和氬氣氣體質(zhì)量流量計(jì)閥門。La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間為6小時(shí)。實(shí)施例3如圖I所示，本發(fā)明提供的1^221*207/^2/^02復(fù)合隔離層實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，是基于雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶4上制備的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層。該復(fù)合隔離層采用二層結(jié)構(gòu)，上層為L(zhǎng)a2Zr2O7隔尚層I，中間層為YSZ隔尚層2，下層為CeO2隔尚層3。其中，La2Zr2O7隔尚層I的厚度為90nm，YSZ隔尚層2厚度為50nm，CeO2隔尚層3的厚度為60nm。本發(fā)明采用了射頻磁控濺射鍍膜方法來(lái)制備La2Zr2O7隔離層，該方法包含以下步驟步驟I、將純度為4N的La2Zr2O7靶材裝入射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)內(nèi)；步驟2、將已經(jīng)用脈沖激光沉積方法制備好YSZ隔離層和CeO2隔離層的雙軸織構(gòu)鎳-鎢金屬基帶放置固定在射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)樣品托上；步驟3、對(duì)射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔體進(jìn)行抽真空處理，使得腔內(nèi)真空度達(dá)到10_3帕以下；抽真空后達(dá)到的腔內(nèi)真空度為4X 10_4帕。步驟4、將加熱器溫度調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的溫度值為600° C。步驟5、向射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔內(nèi)通入氬氣和氧氣，開啟氬氣和氧氣質(zhì)量流量計(jì)，通過控制分子泵閘板閥門，將氬-氧混合氣體的總氣壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；氬氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為40SCCM，氧氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為10SCCM ;在氬-氧混合氣體中氬氣的比例為80%，氧氣的比例為20%;La2Zr207隔離層鍍膜工藝所需的氬-氧混合氣體的總氣壓值為10帕。步驟6、啟動(dòng)射頻濺射控制電源，將射頻電流和射頻電壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的射頻電流值為120毫安，射頻電壓值為O. 7千伏，射頻功率為84瓦。步驟7、等加熱溫度、腔內(nèi)氣壓、射頻電流、射頻電壓穩(wěn)定后，打開射頻濺射開關(guān)，開始La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程；La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程的時(shí)間為8分鐘。步驟8、等磁控濺射形成的橢球狀等離子體穩(wěn)定后，將擋板置于等離子體正上方，用于遮擋等離子體。擋板與La2Zr2O7靶材表面的距離為3厘米。
步驟9、將裝有步驟2中所述的金屬基帶的樣品托置于步驟8中擋板正上方；步驟10、將金屬基帶與La2Zr2O7祀材之間的距離調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的金屬基帶與La2Zr2O7靶材之間的距離為8厘米。步驟11、將步驟8中的擋板移開，并啟動(dòng)樣品托旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，開始La2Zr2O7隔離層鍍膜過程；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的樣品托的轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)每分鐘。步驟12、經(jīng)過La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間后，降低射頻電流和射頻電壓到零，關(guān)閉射頻磁控濺射系統(tǒng)，關(guān)閉加熱器，關(guān)閉氧氣和氬氣氣體質(zhì)量流量計(jì)閥門?！a2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間為4小時(shí)。實(shí)施例4如圖I所示，本發(fā)明提供的1^221*207/^2/^02復(fù)合隔離層實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，是基于雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶4上制備的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層。該復(fù)合隔離層采用二層結(jié)構(gòu)，上層為L(zhǎng)a2Zr2O7隔尚層I，中間層為YSZ隔尚層2，下層為CeO2隔尚層3。其中，La2Zr2O7隔尚層I的厚度為120nm，YSZ隔尚層2厚度為30nm，Ce02隔尚層3的厚度為40nm。本發(fā)明采用了射頻磁控濺射鍍膜方法來(lái)制備La2Zr2O7隔離層，該方法包含以下步驟步驟I、將純度為4N的La2Zr2O7靶材裝入射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)內(nèi)；步驟2、將已經(jīng)用脈沖激光沉積方法制備好YSZ隔離層和CeO2隔離層的雙軸織構(gòu)鎳-鎢金屬基帶放置固定在射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)樣品托上；步驟3、對(duì)射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔體進(jìn)行抽真空處理，使得腔內(nèi)真空度達(dá)到10_3帕以下；抽真空后達(dá)到的腔內(nèi)真空度為3X10_4帕。步驟4、將加熱器溫度調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的溫度值為700° C。步驟5、向射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔內(nèi)通入氬氣和氧氣，開啟氬氣和氧氣質(zhì)量流量計(jì)，通過控制分子泵閘板閥門，將氬-氧混合氣體的總氣壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；氬氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為35SCCM，氧氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為5SCCM ;在氬-氧混合氣體中氬氣的比例為87. 5%，氧氣的比例為12. 5KLa2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的氬-氧混合氣體的總氣壓值為5帕。步驟6、啟動(dòng)射頻濺射控制電源，將射頻電流和射頻電壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的射頻電流值為140毫安，射頻電壓值為O. 8千伏，射頻功率為112瓦。步驟7、等加熱溫度、腔內(nèi)氣壓、射頻電流、射頻電壓穩(wěn)定后，打開射頻濺射開關(guān)，開始La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程；La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程的時(shí)間為7分鐘。步驟8、等磁控濺射形成的橢球狀等離子體穩(wěn)定后，將擋板置于等離子體正上方，用于遮擋等離子體。擋板與La2Zr2O7靶材表面的距離為3. 5厘米。步驟9、將裝有步驟2中所述的金屬基帶的樣品托置于步驟8中擋板正上方；步驟10、將金屬基帶與La2Zr2O7祀材之間的距離調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的金屬基帶與La2Zr2O7靶材之間的距離為7厘米。步驟11、將步驟8中的擋板移開，并啟動(dòng)樣品托旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，開始La2Zr2O7隔離層鍍膜過程；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的樣品托的轉(zhuǎn)速為12轉(zhuǎn)每分鐘?！げ襟E12、經(jīng)過La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間后，降低射頻電流和射頻電壓到零，關(guān)閉射頻磁控濺射系統(tǒng)，關(guān)閉加熱器，關(guān)閉氧氣和氬氣氣體質(zhì)量流量計(jì)閥門。La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間為5小時(shí)。圖2所示為在雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶上制備的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的X射線Θ-2Θ衍射譜圖。在圖2中，只有Ce02 (200)、YSZ(200)、La2Zr207(400)的峰出現(xiàn)，證明La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層具有單一取向，無(wú)其他雜相。圖3所示為在雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶上制備的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的ω掃描的衍射譜圖。圖3中，La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的面外織構(gòu)度為3度。圖4所示為在雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶上制備的La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的Φ掃描的衍射譜圖。圖4中每隔90度出現(xiàn)一個(gè)衍射峰，證明La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層具有四重對(duì)稱性。圖4中，La2Zr207/YSZ/Ce02復(fù)合隔離層的面內(nèi)織構(gòu)度為5度。圖5所示為采用射頻磁控濺射鍍膜方法在雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶上制備的La2Zr207/YSZ/CeO2見合隔尚層的X射線二維極圖，可以看出La2Zr207/YSZ/Ce02見合隔尚層具有立方結(jié)構(gòu)。圖6所示為采用射頻磁控濺射鍍膜方法在雙軸織構(gòu)鎳鎢金屬基帶上制備的La2Zr207/YSZ/CeO2見合隔尚層的原子力顯微表面形貌圖。La2Zr207/YSZ/Ce02見合隔尚層的表面光滑，在25平方微米的區(qū)域均方根表面粗糙度為I. 5nm。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到上述描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代是將顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層，其特征在于，該復(fù)合隔離層采用三層結(jié)構(gòu)，上層為L(zhǎng)a2Zr2O7隔尚層，中間層為YSZ隔尚層，下層為CeO2隔尚層。
2.如權(quán)利要求I所述的基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層，其特征在于，所述La2Zr2O7隔尚層的厚度為50_150nm，所述YSZ隔尚層厚度為20_60nm，所述CeO2隔尚層的厚度為 30_80nm。
3.一種制備權(quán)利要求I所述的基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述上層La2Zr2O7隔離層的制備步驟如下 步驟I、將純度為4N的La2Zr2O7靶材裝入射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)內(nèi)； 步驟2、將已經(jīng)用脈沖激光沉積方法制備好YSZ隔離層和CeO2隔離層的金屬基帶放置固定在射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)樣品托上； 步驟3、對(duì)射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔體進(jìn)行抽真空處理，使得腔內(nèi)真空度達(dá)到10_3帕以下； 步驟4、將加熱器溫度調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值； 步驟5、向射頻磁控濺射鍍膜系統(tǒng)腔內(nèi)通入氬氣和氧氣，開啟氬氣和氧氣質(zhì)量流量計(jì)，通過控制分子泵閘板閥門，將氬-氧混合氣體的總氣壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值； 步驟6、啟動(dòng)射頻濺射控制電源，將射頻電流和射頻電壓調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值； 步驟7、等加熱溫度、腔內(nèi)氣壓、射頻電流、射頻電壓穩(wěn)定后，打開射頻濺射開關(guān)，開始La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程； 步驟8、等磁控濺射形成的橢球狀等離子體穩(wěn)定后，將擋板置于等離子體正上方，用于遮擋等離子體。
步驟9、將裝有步驟2中所述的金屬基帶的樣品托置于步驟8中擋板正上方； 步驟10、將金屬基帶與La2Zr2O7靶材之間的距離調(diào)節(jié)到La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的值； 步驟11、將步驟8中的擋板移開，并啟動(dòng)樣品托旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，開始La2Zr2O7隔離層鍍膜過程; 步驟12、經(jīng)過La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間后，降低射頻電流和射頻電壓到零，關(guān)閉射頻磁控濺射系統(tǒng)，關(guān)閉加熱器，關(guān)閉氧氣和氬氣氣體質(zhì)量流量計(jì)閥門。
4.如權(quán)利要求3所述的制備基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟3中，抽真空后達(dá)到的腔內(nèi)真空度為1X10_4-5X10_4帕。
5.如權(quán)利要求3所述的制備基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟4中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的溫度值為550-750° C。
6.如權(quán)利要求3所述的制備基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟5中，氬氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為30-45SCCM，氧氣質(zhì)量流量計(jì)的流量為5-10SCCM;在氬-氧混合氣體中氬氣的比例為75% -90%，氧氣的比例為10% -25% ；La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的氬-氧混合氣體的總氣壓值為3_15帕。
7.如權(quán)利要求3所述的制備基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟6中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的射頻電流值為100-150毫安，射頻電壓值為O. 5-1. O千伏，射頻功率為50-150瓦。
8.如權(quán)利要求3所述的制備基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟7中，La2Zr2O7靶材表面預(yù)濺射過程的時(shí)間為5_10分鐘。
9.如權(quán)利要求3所述的制備基于金屬基帶的復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟8中，擋板與La2Zr2O7靶材表面的距離為2_4厘米。
10.如權(quán)利要求3所述的制備基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟10中，La2Zr2O7層鍍膜工藝所需的金屬基帶與La2Zr2O7祀材之間的距離為5-10厘米。
11.如權(quán)利要求3所述的制備基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟11中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的樣品托的轉(zhuǎn)速為5-15轉(zhuǎn)每分鐘。
12.如權(quán)利要求3所述的制備基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層的方法，其特征在于，所述的步驟12中，La2Zr2O7隔離層鍍膜工藝所需的鍍膜時(shí)間為3_6小時(shí)。
全文摘要
一種基于雙軸織構(gòu)金屬基帶的新型復(fù)合隔離層及制備方法，采用三層結(jié)構(gòu)，上層為鋯酸鑭(La2Zr2O7)隔離層，中間層為釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)隔離層，下層為氧化鈰(CeO2)隔離層。本發(fā)明用鋯酸鑭(La2Zr2O7)代替?zhèn)鹘y(tǒng)CeO2/YSZ/CeO2和CeO2/YSZ/Y2O3三層復(fù)合隔離層結(jié)構(gòu)中的CeO2帽子層，并采用射頻磁控濺射鍍膜技術(shù)制備高質(zhì)量的La2Zr2O7隔離層。該方法具有高的穩(wěn)定性，重復(fù)可靠性及高的沉積速率，其制備得到的La2Zr2O7隔離層致密均勻，與YSZ隔離層結(jié)合力強(qiáng)。本發(fā)明基于金屬基帶的La2Zr2O7/YSZ/CeO2復(fù)合隔離層具有單一的(00/)取向，高的面內(nèi)和面外織構(gòu)，表面光潔度好，適合于在其上外延生長(zhǎng)高性能的稀土氧化物超導(dǎo)層。
文檔編號(hào)B32B15/04GK102774074SQ2012102420
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者劉林飛, 徐達(dá), 李貽杰 申請(qǐng)人:上海超導(dǎo)科技股份有限公司