СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА, СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ПРОВОДНИК С ЕГО ПРИМЕНЕНИЕМ Российский патент 2014 года по МПК H01B12/06 

Область техники

Настоящее изобретение, представленное в описании, относится к керамическому проводнику.

Уровень техники

Сверхпроводник полностью теряет свое сопротивление при температуре ниже критической, и большое количество тока может проходить через сверхпроводник без потерь. Недавно были изучены высокотемпературные сверхпроводники второго поколения (в виде нанесенного слоя проводника), содержащие сверхпроводящий слой на металлической подложке или на тонком слое буфера, включая слои с биаксиально упорядоченной текстурой. По сравнению с металлическим проводником высокотемпературный сверхпроводящий проводник второго поколения может передавать гораздо больше тока на единицу площади поперечного сечения. Высокотемпературный сверхпроводник второго поколения можно применять в сверхпроводящих проводниках для электропередачи и распределения с низкой потерей мощности, магнитно-резонансной томографии (МРТ), поездах на магнитной подвеске, судовых двигателях с обмоткой из сверхпроводника и т.д.

Описание изобретения

Техническая задача

В настоящем изобретении предложены керамические проводники, содержащие толстый керамический слой.

В настоящем изобретении также предложены способы получения керамического проводника.

В настоящем изобретении дополнительно предложены системы получения керамических проводников.

Решение задачи

В вариантах реализации настоящего изобретения предложены способы получения керамических проводников. В предложенных способах металлическую или керамическую пленку-предшественник осаждают на подложку проводника. Затем подложку проводника с осажденной керамической пленкой-предшественником подвергают тепловой обработке. Для термообработки подложки проводника в камере обработки регулируют температуру подложки проводника и/или парциальное давление кислорода, таким образом, чтобы керамическая пленка-предшественник находилась в жидком состоянии, и чтобы из жидкой керамической пленки-предшественника на подложке проводника образовывалась эпитаксиальная керамическая пленка.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения предложены сверхпроводящие проводники. Сверхпроводящий проводник может включать подложку, имеющую форму ленты, буферный слой на подложке и сверхпроводящий слой на буферном слое, содержащий один из редкоземельных элементов, барий и медь. Сверхпроводящий слой может включать первую часть, прилегающую к буферному слою, имеющую сверхпроводящую фазу; и вторую часть, расположенную на первой части, имеющую фазу отличную от сверхпроводящей фазы.

В других вариантах реализации настоящего изобретения предложены системы получения керамического проводника. Система включает блок осаждения пленки, в котором происходит образование керамической пленки на подложке проводника, и блок термообработки, в котором проводится термообработка подложки проводника с керамической пленкой. Блок термообработки может включать первый контейнер, второй контейнер и третий контейнер, через которые последовательно пропускают проводник, и которые расположены рядом друг с другом. Первый контейнер, второй контейнер и третий контейнер можно независимо подключать к насосам для независимого поддержания вакуума, а температуры в первом контейнере, втором контейнере и в третьем контейнере можно регулировать независимо.

Преимущества изобретения

В соответствии с настоящим изобретением можно быстро получать керамический проводник с толстым керамическим слоем.

Краткое описание чертежей

На ФИГ.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ получения керамического проводника в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

На ФИГ.2 представлена фазовая диаграмма оксида иттрия-бария-меди (YBCO).

На ФИГ.3 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий керамический проводник в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

На ФИГ.4 представлена фазовая диаграмма, иллюстрирующая способ получения YBCO в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения.

На ФИГ.5 представлена фазовая диаграмма, иллюстрирующая способ получения YBCO в соответствии с другими типовыми вариантами реализации настоящего изобретения.

На ФИГ.6 представлена блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения.

На ФИГ.7 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий блок для осаждения пленки устройства для получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения.

На ФИГ.8 представлен вид в разрезе, иллюстрирующий катушечное устройство в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения.

На ФИГ.9 представлен вид в поперечном сечении, иллюстрирующий блок термообработки устройства для получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения.

На ФИГ.10-13 представлены графики, иллюстрирующие электрические и физические свойства керамического проводника, полученного по способу в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения.

Лучший способ реализации изобретения

Типовые варианты реализации настоящего изобретения будут описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение, тем не менее, можно реализовать в различных формах, и оно не ограничено вариантами реализации, описанными в настоящей заявке. Эти варианты реализации представлены таким образом, чтобы тщательно и во всей полноте изложить изобретение во всем объеме изобретательского замысла для специалиста в данной области техники. Соответственно, постольку поскольку описаны типовые варианты реализации, обозначения позиций, описанные в ходе изложения описания настоящего изобретения, также не ограничены конкретной последовательностью.

В настоящем изобретении, типичным примером керамических материалов может являться сверхпроводник. Тем не менее, керамический материал не ограничивается сверхпроводником. В следующих вариантах реализации сверхпроводник будет описан в качестве примера керамического материала. В настоящем изобретении описаны YBCO и SmBCO в качестве примеров сверхпроводников. Несмотря на то, что в типовых вариантах реализации настоящего изобретения в качестве примеров керамической пленки были описаны YBCO и SmBCO, настоящее изобретение не ограничено керамической пленкой YBCO и керамической пленкой SmBCO. Сверхпроводник может содержать ReВа₂Cu₃O_7-х, где 0≤x≤0,5, 0≤y≤0,5. Редкоземельный элемент (Re) может включать иттрий (Y), элементы лантанового ряда или их комбинацию. Элементы лантанового ряда включают лантан (La), неодим (Nd), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Но), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb), лютеций (Lu), и т.д.

На ФИГ.1 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ получения керамического проводника в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения. На ФИГ.2 представлена фазовая диаграмма, иллюстрирующая оксид иттрия-бария-меди (YBCO). Способ получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения будет кратко описан со ссылками на ФИГ.1 и 2.

На первой стадии (S 10) керамическую пленку-предшественник наносят на подложку проводника. Понятно, что керамическая пленка-предшественник может находиться в аморфном состоянии, которое не является кристаллизованным. Подложка проводника может быть основным материалом подложки, имеющим биаксиально упорядоченную текстуру слоя. Основной материал подложки может включать металлическую подложку, имеющую текстурированную структуру, монокристаллическую подложку или оксидный буферный слой, включающий текстурированную структуру, осажденный на металлической подложке. Металл или монокристаллическая подложка может включать металлы с кубической решеткой, такие как никель (Ni), сплавы никеля (Ni-W, Ni-Cr, Ni-Cr-W и т.д.), серебро (Ag), сплав серебра, композиты нейзильбера, которые являются горячекатаными. Оксидный буферный слой наносят на Ni, сплав Ni или нержавеющую сталь. Оксидный буферный слой может включать керамические прослойки, MgO, LaAlO₃, LaMnO₃ или SrTiO₃ и т.д. Буферный слой предотвращает взаимодействие основного материала подложки и керамического материала на основном материале подложки и передает кристаллические свойства слоя с биаксиально упорядоченной текстурой.

Керамическую пленку-предшественник можно получать различными способами. Например, керамическую пленку-предшественник можно получать при помощи способа совместного испарения, лазерной абляции, химического осаждения паров (CVD), методики осаждения металлорганических соединений (MOD) или золь-гель процесса.

В типовом варианте реализации керамическую пленку-предшественник можно получать при помощи совместного испарения. Для осаждения керамической пленки-предшественника способ совместного испарения может включать воздействие паров металла, которые вырабатываются при облучении пучком электронов тигля, содержащего по меньшей мере один из редкоземельных элементов, медь (Cu) и барий (Ва). Редкоземельные элементы могут включать иттрий (Y), элементы лантанового ряда или их комбинацию. Элементы лантанового ряда включают лантан (La), неодим (Nd), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Но), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb), лютеций (Lu), и т.д.

В другом типовом варианте реализации керамическую пленку-предшественник можно получать при помощи способа MOD. Например, раствор предшественника металла получают путем растворения ацетата редкоземельного элемента, ацетата бария и ацетата меди в растворителе, выпаривания и перегонки раствора, и кипячения с отгоняемыми парами. Раствор предшественника металла осаждается на подложку проводника.

В соответствии с ФИГ.2 становится понятно, что REBCO, который представляет собой керамическую пленку-предшественник, получаемую на первой стадии (S 10), разлагается на Re₂BaCuO₅ (далее '211'), ReBa₃CuO₆ (далее '132') и BaCu₂O₂ (далее '012'). '012' находится в твердом состоянии при низкой температуре, то есть в процессе разложения REBCO образуется твердый '012'. '012' является жидким в заштрихованной области. В серой области REBCO является термодинамически стабильным.

На второй стадии (S 20) подложку проводника, на которую осаждают керамическую пленку-предшественник, подвергают термообработке. Парциальное давление кислорода и/или температуру процесса термообработки регулируют таким образом, чтобы компонент разложения REBCO '012' находился в жидком состоянии (S 21). '211' и '132' растворяют в '012' (см. область А на ФИГ.2). За счет регулирования парциального давления кислорода и/или температуры процесса термообработки на границе I (S 22) из жидкого '012' получают стабильный эпитаксиальный слой REBCO. В частности, из '211' и '132', растворенных в жидкой '012', на подложке проводника образуются центры кристаллизации таким образом, что слой REBCO эпитаксиально растет (см. область В на ФИГ.2).

В соответствии с ФИГ.3 на подложке проводника 10 образуется буферный слой 11. Слой REBCO 12 образуется на буферном слое 11. Слой REBCO 12 может содержать первую часть 13, прилегающую к буферному слою, и вторую часть 14 в первой части 13. Первая часть 13 может иметь сверхпроводящую фазу. Вторая часть 14 может иметь фазу, отличную от сверхпроводящей. Например, в первой части 13 соотношение редкоземельного элемента, бария и меди составляет примерно 1:2:3. Во второй части 14 соотношение редкоземельный элемент, барий и медь отличается от первой части 13. Во время эпитаксиального роста REBCO из '211' и '132', растворенных в жидком '012' в нижней части слоя REBCO 12, керамическая пленка-предшественник остается в верхней части слоя REBCO. Таким образом, верхняя поверхность последнего слоя REBCO может представлять собой вторую часть 14 и может содержать нестехиометрический оксид, который соответствует следам керамического предшественника. Вторая часть 14 может включать, по меньшей мере, одну фазу, которая имеет кристаллическую структуру, отличную от структуры первой части 13. Первая часть 13 может дополнительно включать гранулы RE₂О₃.

В описанном выше способе получения REBCO керамическую пленку-предшественник можно формировать таким образом, что соотношение редкоземельного элемента, бария и меди составляет примерно 1:х:3(0<x<2). Например, керамическую пленку-предшественник можно формировать таким образом, что соотношение редкоземельного элемента, бария и меди составляет примерно 1:1,5:3. Предшественник REBCO, в котором соотношение редкоземельного элемента, бария и меди составляет примерно 1:2:3, в основном распадается на воздухе, предшественник REBCO, включающий соотношение примерно 1:2:3, неустойчив. В противоположность предшественнику REBCO, имеющему соотношение, составляющее примерно 1:2:3, предшественник REBCO, в котором соотношение редкоземельного элемента, бария и меди составляет примерно 1:1,5:3, стабилен на воздухе. Таким образом, в то время, как пленку-предшественник REBCO, имеющую соотношение, равное примерно 1:2:3, необходимо помещать в вакуум до начала процесса термообработки, пленку-предшественник REBCO, имеющую соотношение, составляющее примерно 1:1,5:3, можно оставлять на воздухе до начала процесса термообработки. Пленку-предшественник REBCO, имеющую соотношение, составляющее примерно 1:х:3(1<x<2), можно превращать в сверхпроводящую пленку REBCO, включающую первую часть 13, в которой соотношение редкоземельного элемента, бария и меди составляет примерно 1:2:3, и вторую часть 14, в которой соотношение редкоземельного элемента, бария и меди отличается от первой части 13, в результате процесса термообработки, описанного выше. Когда пленку-предшественник REBCO, имеющую соотношение, составляющее примерно 1:x:3(1<x<2), превращают в сверхпроводящую пленку REBCO, вторая часть 14 может включать твердый '012'. '211' и '132' могут быть израсходованы в процессе эпитаксиального роста первой части 13.

Способ получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения будет описан подробно со ссылкой на примеры различных путей термообработки, представленные на фазовой диаграмме YBCO на ФИГ.2. ФИГ.4 и 5 представляют собой фазовые диаграммы YBCO и иллюстрируют способы получения керамических проводников в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения.

Способы получения проводников с керамической изоляцией в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения будут описаны со ссылками на ФИГ.1 и 4.

Как описано выше, на первой стадии (S 10) на подложке проводника формируют керамическую пленку-предшественник. Керамическая пленка-предшественник, сформированная на первой стадии S 10, включает REBCO, который разлагается на Re₂BaCuO₅ (далее '211'), ReBa₃Cu₂O₆ (далее '132') и BaCu₂О₂ (далее '012'). '012' находится в твердом состоянии при низкой температуре. То есть, в процессе разложения REBCO образуется твердый '012'.

На второй стадии (S 20) подложку проводника, на которую наносят керамическую пленку-предшественник, подвергают термообработке. Процесс термообработки подложки проводника можно проводить в соответствии с путем 1, представленным на фазовой диаграмме, изображенной на ФИГ.4. Процесс термообработки в соответствии с путем 1 можно проводить при относительно низком парциальном давлении кислорода. Например, процесс термообработки можно проводить при парциальном давлении кислорода, составляющем примерно от 1×10^-5 мм рт.ст. до 1×10^-4 мм рт.ст. Температура процесса термообработки можно увеличивать от комнатной до примерно 800°С.

Парциальное давление кислорода и/или температуру процесса термообработки регулируют в соответствии с путем 2, представленным на фазовой диаграмме, изображенной на ФИГ.4, таким образом, чтобы компонент разложения REBCO '012' находился в жидком состоянии (S 21). Например, парциальное давление кислорода можно увеличивать от 1×10^-2 мм рт.ст. до 3×10^-1 мм рт.ст. Температура процесса термообработки может составлять более 800°С. В это время REBCO может включать '211' и '132', растворенные в жидком '012'.

Т.к. парциальное давление кислорода и/или температуру термообработки регулируют согласно пути 3, представленному на фазовой диаграмме, изображенной на ФИГ.4, который пересекает границу I, из жидкого '012' можно получить стабильную эпитаксиальную пленку REBCO. Например, парциальное давление кислорода может находиться в диапазоне от 5×10^-2 мм рт.ст. до 3×10 мм рт.ст. Температуру термообработки можно снижать до 800°С или менее, например, до комнатной температуры. Более конкретно, центры кристаллизации получали из '211' и '132', растворенных в жидком '012', на подложке проводника таким образом, что слой REBCO рос эпитаксиально.

На ФИГ.5 представлена фазовая диаграмма, иллюстрирующая YBCO, полученный при помощи способа в соответствии с другим типовым вариантом реализации настоящего изобретения.

Способы получения керамических проводников в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения будут описаны со ссылками на ФИГ.1 и 5. Любые повторяющиеся объяснения, касающиеся технических характеристик и функций, которые являются такими же, как в описанных выше типовых вариантах реализации, будут опущены.

На первой стадии (S 10) тем же способом, что и в типовых вариантах реализации, описанных выше, керамическую пленку-предшественник наносят на подложку проводника. На второй стадии (S 20) подложку проводника, на которой формируют керамическую пленку-предшественник, подвергают термообработке. Процесс термообработки можно проводить в соответствии с путями, представленными на фазовой диаграмме, изображенной на ФИГ.5. Например, процесс термообработки в соответствии с путем 1 можно проводить при парциальном давлении кислорода, составляющем от 5×10^-2 мм рт.ст. до 3×10^-1 мм рт.ст. Температуру термообработки можно повышать до 800°С или более. Парциальное давление кислорода и/или температуру термообработки контролируют согласно пути 1 таким образом, что '012' может находиться в жидком состоянии. В это время REBCO может включать '211' и '132', растворенные в жидком '012' (S21).

Так как парциальное давление кислорода и/или температуру термообработки регулируют согласно пути 2, представленному на фазовой диаграмме, изображенной на ФИГ.5, который пересекает границу I, может образоваться стабильный слой REBCO (S 22). Например, парциальное давление кислорода может находиться в диапазоне от 5×10^-2 мм рт.ст. до 3×10^-1 мм рт.ст. Температуру термообработки можно снижать до 800°С или менее, например до комнатной температуры. Более конкретно, центры кристаллизации получали из '211' и '132', растворенных в жидком '012', на подложке проводника таким образом, что слой REBCO рос эпитаксиально.

Процессы наращивания слоя REBCO в соответствии с типовыми вариантами реализации, описанными выше, схожи с жидкофазной эпитаксией (ЖФЭ). Так, на ФИГ.2, 4 и 5, представляющих собой фазовые диаграммы YBCO, парциальное давление кислорода и температуру термообработки можно изменять в зависимости от редкоземельных элементов.

Система получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения будет описана со ссылками на ФИГ.6-9. Система получения керамического проводника, описанная со ссылками на ФИГ.6-9, является одним из типовых вариантов реализации настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничено системой получения керамического проводника, описанной со ссылками на ФИГ.6-9.

На ФИГ.6 представлена блок-схема, иллюстрирующая устройство для получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения. Согласно ФИГ.6 устройство для получения керамического проводника включает блок осаждения пленки 100, блок термообработки 200 и блок подачи/приемник 300. В блоке осаждения пленки 100 происходит образование керамической пленки-предшественника на подложке проводника. В блоке термообработки 200 проводят термообработку подложки проводника, на которой образуется керамическая пленка-предшественник. Дополнительно между блоком осаждения пленки 100, блоком термообработки 200 и блоком подачи/приемником 300 может быть размещен вакуумопровод 20. Вакуумопровод 20 поддерживает вакуум, и подложку проводника 10 пропускают через вакуумопровод 20.

На ФИГ.7 представлен вид поперечного сечения, иллюстрирующий блок осаждения пленки 100 устройства для получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения. Согласно ФИГ. 6 и 7 блок осаждения пленки 100 включает рабочую камеру 110, катушечное устройство 120 и секцию осаждения 130. Например, в технологической камере 110 имеется пространство, в котором проводят процесс осаждения керамической пленки-предшественника на подложку проводника 10. Технологическая камера 110 включает первую боковую стенку 111 и вторую боковую стенку 112, которые расположены напротив друг друга. Первая боковая стенка 111 содержит входной узел 113, который соединен с блоком подачи/приемником 300. Вторая боковая стенка 112 содержит выходной узел 114, который соединен с блоком термообработки 200. Подложку проводника 10 переносят из блока подачи/приемника 300 в технологическую камеру 110 через входной узел 113. Затем подложку проводника 10 удаляют из технологической камеры 110 через выходной узел 114 в блок термообработки 200.

Секция осаждения 130 может быть расположена под катушечным механизмом 120. В секции осаждения 130 подводится пар керамического материала на поверхность подложки проводника 10. В типовом варианте реализации в секции осаждения 130 может происходить осаждение керамической пленки-предшественника на подложку проводника 10 при помощи способа совместного испарения. Секция осаждения 130 может включать источники паров металлов 131, 132 и 133, которые подводят пары металлов к подложке проводника 10 при помощи пучка электронов. Источники паров металлов могут включать источники редкоземельного элемента, бария и меди.

На ФИГ.8 представлен вид сверху, иллюстрирующий катушечное устройство в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения. Согласно ФИГ.7 и 8 катушечное устройство включает первую катушку 121 и вторую катушку 122. Первая и вторая катушки 121 и 122, расположенные напротив друг друга, разделены. Секция осаждения 130 расположена под подложкой проводника, которая расположена между первой и второй катушками 121 и 122. Первая и вторая катушки 121 и 122 многократно проворачивают подложку проводника 10 в области, в которой осаждают керамическую пленку-предшественник. Например, подложку проводника 10 пропускают между первой и второй катушками 121 и 122, и ее проворачивают первая и вторая катушки 121 и 122. Первая катушка 121 прилегает к первой боковой стенке 111 технологической камеры 110, вторая катушка 122 прилегает ко второй боковой стенке 112 технологической камеры 110. Структура первой катушки 121 может по существу быть такой же, как и структура второй катушки 122. Первая и вторая катушки 121 и 122 могут быть расположены в направлении, которое пересекает направление движения подложки проводника 10.

Каждая из первой и второй катушек 121 и 122 может включать катушки, расположенные вдоль наиболее протяженной стороны первой и второй катушек 121 и 122, объединенные друг с другом. Подложку проводника 10 проворачивают на каждой из катушек. Каждой катушкой можно независимо управлять и вращать за счет трения с подложкой проводника 10. При рассмотрении разреза вторая катушка 122 может быть слегка смещена относительно первой катушки 121 таким образом, что подложку проводника 10 проворачивают первой и второй катушками 121 и 122. Подложка проводника 10 проходит между первой и второй катушками 121 и 122 вдоль направления наиболее протяженной стороны первой и второй катушек 121 и 122.

На ФИГ.9 представлен вид поперечного сечения, иллюстрирующий блок термообработки 200 устройства для получения керамического проводника в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения. Согласно ФИГ. 9 блок термообработки 200 может включать первый контейнер 210, второй контейнер 220 и третий контейнер 230, которые последовательно соединены друг с другом. Подложку проводника 10 можно последовательно пропускать через первый контейнер 210, второй контейнер 220 и третий контейнер 230. Первый контейнер 210 и третий контейнер 230 отделены друг от друга. Центральная часть второго контейнера 220 может быть расположена так, чтобы соответствовать области разделения первого и третьего контейнеров 210 и 230. Второй контейнер 220 может окружать часть первого контейнера 210 и часть третьего контейнера 230. Первый контейнер 210, второй контейнер 220 и третий контейнер 230 могут включать цилиндрическую трубку, которая образуется при использовании кварца. Первый контейнер 210 может быть соединен с выходным узлом 114 блока осаждения пленки 100. Первый контейнер 210 может включать первый входной узел 211 и первый выходной узел 212 для пропускания подложки проводника 10, которые соответственно расположены на обоих краях первого контейнера 210, и третий контейнер 230 может включать второй входной узел 231 и второй выходной узел 232 для пропускания подложки проводника 10, которые соответственно расположены на обоих краях третьего контейнера 230. Подложку проводника 10 вводят в первый контейнер 210 через первый входной узел 211 первого контейнера 210 и удаляют из первого контейнера 210 через первый выходной узел 212 первого контейнера 210. Затем, после того, как подложку проводника 10 пропускают через центральную часть второго контейнера 220, подложку проводника 10 вводят в третий контейнер 230 через второй входной узел 231 и удаляют из третьего контейнера 230 через второй выходной узел 232.

Первый, второй и третий контейнеры 210, 220 и 230 могут включать насосные порты 214, 224 и 234, соответственно. Таким образом, первый, второй и третий контейнеры 210, 220 и 230 могут независимо поддерживать вакуум. Так как кислород подводят через линии подачи 215, 225 и 235, парциальное давление кислорода первого контейнера 210, парциальное давление кислорода второго контейнера 220 и парциальное давление кислорода третьего контейнера 230 может регулироваться независимо. Например, парциальное давление кислорода первого контейнера 210 может быть ниже, чем парциальное давление кислорода третьего контейнера 230, и парциальное давление кислорода второго контейнера 220 может находиться в диапазоне от парциального давления кислорода первого контейнера 210 до парциального давления кислорода третьего контейнера 230. Во втором контейнере 220, при переходе от первой части, прилегающей к первому контейнеру 210, ко второй части, прилегающей к третьему контейнеру 230, парциальное давление кислорода может возрастать.

Первый контейнер 210, второй контейнер 220 и третий контейнер 230 могут быть оборудованы печью, окружающей первый контейнер 210, второй контейнер 220 и третий контейнер 230. Область разделения первого контейнера 210 и третьего контейнера 230 может быть расположена в центральной части печи. Соответственно, температура центральной части второго контейнера 220 может быть выше, чем температура в первом и третьем контейнерах 210 и 230. Температура в первом контейнере 210 и температура в третьем контейнере 230 может уменьшаться как результат удаления от центральной части второго контейнера 220.

Процесс термообработки, изображенный на ФИГ.4, будет описан совместно с блоком термообработки 200, изображенным на ФИГ.9. Во время пропускания подложки проводника 10 через первый контейнер 210 блока термообработки 200 можно проводить процесс термообработки по пути 1. Первый контейнер 210 может иметь относительно низкое парциальное давление кислорода. Например, парциальное давление кислорода в первом контейнере 210 может находиться в диапазоне от 1×10^-5 мм рт.ст. до 1×10^-4 мм рт.ст. При переходе от первого входного узла 211 до первого выходного узла 212 температура в первом контейнере 210 может возрастать. Например, в первом выходном узле 212 первого контейнера 210 температура может составлять примерно 800°С. Во время пропускания подложки проводника 10 через второй контейнер 220 блока термообработки 200 можно проводить процесс термообработки по пути 2. Например, парциальное давление кислорода во втором контейнере 220 может находиться в диапазоне от 1×10^-2 мм рт.ст. до 3×10^-1 мм рт.ст. При переходе от первой части, прилегающей к первому контейнеру 210, ко второй части, прилегающей к третьему контейнеру 230, парциальное давление кислорода во втором контейнере 220 может возрастать. Температура в центральной части второго контейнера 220 может составлять 800°С или более. Во время пропускания подложки проводника 10 через вторую часть второго контейнера 220 и через третий контейнер 230 блока термообработки 200 можно проводить процесс термообработки по пути 3. Например, парциальное давление кислорода в третьем контейнере 230 может находиться в диапазоне от 5×10^-2 мм рт.ст. до 3×10^-1 мм рт.ст. При переходе от второго входного узла 221 ко второму выходному узлу 222 температура в третьем контейнере 230 может возрастать. Температура во втором входном узле 221 может составлять примерно 800°С.

Процесс термообработки, изображенный на ФИГ. 5, будет описан совместно с блоком термообработки 200, изображенным на ФИГ.9. Первый, второй и третий контейнеры 210, 220 и 230 разработаны для поддержания состояния вакуума не независимо, а зависимо. В типовом варианте реализации в первом, втором и третьем контейнере 210, 220 и 230 можно поддерживать уровень вакуума при помощи единственного насосного порта. В другом типовом варианте реализации первый, второй и третий контейнеры 210, 220 и 230 могут быть разработаны в виде одного цилиндрического контейнера.

Во время похождения подложки проводника 10 от входного узла блока термообработки 200 к центральной части блока термообработки 200 можно проводить процесс обработки по пути 1. Во время прохождения подложки проводника 10 от центральной части блока термообработки 200 к выходному узлу блока термообработки 200 можно проводить процесс обработки по пути 2. Например, парциальное давление кислорода в блоке термообработки 200 может находиться в диапазоне от 1×10^-2 мм рт.ст. до 2×10^-1 мм рт.ст. Температура в центральной части блока термообработки 200 может составлять 800°С или более. При переходе от центральной части ко входному узлу и от центральной части к выходному узлу температура в блоке термообработки 200 может снижаться.

Хотя в типовом варианте реализации настоящего изобретения блок осаждения пленки 100, блок термообработки 200 и блок подачи/приемник 300 разработаны таким образом, что подложку проводника 10 последовательно пропускают через них, настоящее изобретение не ограничено типовым вариантом реализации. Например, блоком подачи/приемником могут быть оборудованы блок осаждения пленки 100 и блок термообработки 200. Катушку с намотанной подложкой проводника 10 присоединяют к блоку подачи/приемнику блока осаждения пленки 100. В блоке осаждения пленки 100 получают керамические пленки-предшественники на подложке проводника 10. Блок осаждения пленки 100 может иметь структуру, которая отличается от структуры из типового варианта реализации, описанного выше. Например, в блоке осаждения пленки 100 можно проводить осаждение металлорганических соединений (MOD). Катушка с намотанной подложкой проводника 10, на которой образуется керамическая пленка-предшественник, отделена от блока осаждения пленки 100. Подложку проводника 10, на которой образуется керамическая пленка-предшественник, можно вводить в блок термообработки 200. Затем подложку проводника, на которой образуется керамическая пленка-предшественник, нагревают.

На ФИГ.10-13 представлены графики, иллюстрирующие электрические и физические свойства керамических проводников, полученных при помощи способов в соответствии с типовыми вариантами реализации настоящего изобретения. Например, проводник с керамической изоляцией может состоять из SmBa₂Cu₃O_7-x и иметь толщину, составляющую примерно 1,5 мкм.

На ФИГ.10 показано, что критическая температура Тс проводника с керамической изоляцией SmВа₂Cu₃O_7-х, полученного в соответствии с настоящим изобретением, составляла 94,5 К. На ФИГ.11 представлены электрические свойства проводника с керамической изоляцией SmВа₂Cu₃O_7-х, полученного в соответствии с настоящим изобретением. Исследуемый проводник с керамической изоляцией имеет структуру, в которой Ag покрывает SmВа₂Cu₃O_9-х. Критический ток Тc исследуемого проводника с керамической изоляцией составлял примерно 410 А, а плотность критического тока исследуемого проводника с керамической изоляцией составляла примерно 2,27 МА/см². На ФИГ.12 и 13 представлены свойства кристаллов SmBa₂Cu₃O_7-x, входящих в состав проводника с керамической изоляцией. В соответствии с ФИГ.12 и 13, свойства кристаллов SmВа₂Cu₃O_7-х, входящих в состав проводника с керамической изоляцией, были превосходными.

Вышеописанный объект изобретения представлен исключительно для иллюстрации и не ограничивает настоящее изобретение, а прилагаемая формула изобретения предназначены для охвата всех таких модификаций, усовершенствований и других вариантов реализации, которые находятся в рамках сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, в максимальной степени, разрешенной законом, объем настоящего изобретения определяется самой широкой интерпретацией нижеследующей формулы изобретения и ее эквивалентов, и не должен ограничиваться вышеизложенным подробным описанием.

Изобретение относится к керамическому проводнику. В предложенном способе керамическую пленку-предшественник осаждают на подложку проводника. Затем подложку проводника, на которую осаждена керамическая пленка-предшественник, подвергают термообработке. Для термообработки подложки проводника температуру подложки проводника и/или парциальное давление кислорода подложки проводника регулируют таким образом, что керамическая пленка-предшественник находится в жидком состоянии; и из жидкой керамической пленки-предшественника на подложке проводника образуется эпитаксиальная керамическая пленка. Изобретение обеспечивает быстрое получение толстого керамического слоя. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ получения керамического проводника, включающий:
осаждение керамической пленки-предшественника на подложку проводника и термообработку подложки проводника, на которой осаждена керамическая пленка-предшественник, включающую:
регулирование температуры подложки проводника и/или парциального давления кислорода в технологической камере, в которой находится подложка проводника, таким образом, что керамическая пленка-предшественник находится в жидком состоянии; и
формирование эпитаксиальной керамической пленки из жидкой керамической пленки-предшественника на подложке проводника.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование температуры подложки проводника включает повышение температуры подложки проводника, а образование эпитаксиальной керамической пленки включает понижение температуры подложки проводника.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что регулирование парциального давления кислорода вокруг подложки проводника или формирование эпитаксиальной керамической пленки включает повышение парциального давления кислорода вокруг подложки проводника.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение керамической пленки-предшественника и термообработку подложки проводника соответственно проводят в пространствах, разделенных друг от друга.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что технологическая камера включает первый контейнер, второй контейнер и третий контейнер, которые расположены в указанном порядке, при этом термообработку подложки проводника последовательно проводят в первом контейнере, втором контейнере и третьем контейнере, через которые непрерывно пропускают подложку проводника.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что парциальное давление кислорода в первом контейнере ниже парциального давления кислорода в третьем контейнере, и парциальное давление кислорода во втором контейнере выше парциального давления кислорода в первом контейнере и ниже парциального давления кислорода в третьем контейнере.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что парциальное давление кислорода во втором контейнере возрастает при переходе от первой части, прилегающей к первому контейнеру, ко второй части второго контейнера, прилегающей к третьему контейнеру.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что температура во втором контейнере выше температуры в первом контейнере и температуры в третьем контейнере.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что температура в первом контейнере и температура в третьем контейнере снижаются при удалении от второго контейнера.

10. Способ по п.5, отличающийся тем, что температура во втором контейнере составляет примерно 800°С, и парциальное давление кислорода во втором контейнере находится в диапазоне от примерно 0,01 мм рт.ст. до примерно 0,3 мм рт.ст.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку подложки проводника проводят в технологической камере, через которую непрерывно пропускают подложку проводника, и температура в контейнере уменьшается при удалении от центральной части контейнера.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение керамической пленки-предшественника включает обеспечение одного из редкоземельных элементов, бария и меди.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что керамическая пленка-предшественник включает Re₂BaCuO₅, ReВа₃Cu₂О₆ и BaCu₂О₂, которые разлагаются, и регулирование температуры подложки проводника и/или парциального давления кислорода вокруг подложки проводника осуществляют таким образом, что BaCu₂O₂ находится в жидком состоянии.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что керамическую пленку-предшественник формируют при помощи метода совместного испарения или при помощи метода осаждения металлорганических соединений.

15. Сверхпроводящий проводник, включающий:
подложку проводника;
буферный слой на подложке проводника; и
сверхпроводящий слой на буферном слое, включающий один из редкоземельных элементов, барий и медь, включающий:
первую часть, прилегающую к буферному слою, имеющую сверхпроводящую фазу; и
вторую часть на первой части, имеющей фазу, отличную от сверхпроводящей фазы.

16. Сверхпроводящий проводник по п.15, отличающийся тем, что вторая часть включает по меньшей мере одну фазу, имеющую кристаллическую структуру, которая отличается от кристаллической структуры первой части.

17. Сверхпроводящий проводник по п.15, отличающийся тем, что сверхпроводящий проводник имеет плотность тока, которая составляет более чем примерно 1 МА/см² при температуре, равной примерно 77 К.

18. Система получения керамического проводника, включающая:
блок осаждения пленки, в котором выполняют осаждение керамической пленки на подложку проводника; и
блок термообработки, в котором выполняют термообработку подложки проводника с керамической пленкой, включающий первый контейнер, второй контейнер и третий контейнер, через которые пропускают подложку проводника в указанном порядке, и которые расположены рядом друг с другом,
при этом в первом контейнере, втором контейнере и третьем контейнере независимо поддерживают состояние вакуума, и
при этом температуру в первом контейнере, втором контейнере и третьем контейнере контролируют независимо.

19. Система по п.18, отличающаяся тем, что парциальное давление кислорода в первом контейнере ниже парциального давления кислорода в третьем контейнере, и парциальное давление кислорода во втором контейнере выше парциального давления кислорода в первом контейнере и ниже парциального давления кислорода в третьем контейнере.

20. Система по п.19, отличающаяся тем, что температура во втором контейнере выше температуры в первом контейнере и температуры в третьем контейнере.

21. Система по п.19, отличающаяся тем, что температура в первом контейнере и температура в третьем контейнере снижаются при удалении от второго контейнера.