PDF《高温超导涂层导体》

第27 卷第4期物理学进展Vol.

27 ,No.

4 2007 年12 月PRO GRESS IN PH YSICS Dec. ,2007 文章编号 :100020542 (2007)

0420467224 收稿日期 :

2007204210 基金项目 :国家自然科学基金(No. 50672057) ,上海市浦江人才计划 (No. 5PJ14048) ,上海市重点科技攻关项 目(No. 055211003) ,上海市重点学科建设项目 (No. T0104) 和国家教委留学回国人员科研启动基 金等资助. 通迅联系 :电话 :021266135019 传真 :021266134208 ,Email :cbcai @staff. shu. edu. cn ;

shid @email. uc. eud. 高温超导涂层导体 ― ― ― RE123 双轴织构技术及其发展状态 蔡传兵1 ,潘成远1 ,刘志勇1 ,鲁玉明1 ,时东陆2 ,3 (11 上海大学物理系 ,上海市上大路

99 号 ,邮编

200444 ;

21Dept. of Chemical and Materials Engineering University of Cincinnati Cincinnati , O H

4522120012 3. 上海交通大学 ,微纳科学技术研究院 ,上海 200030) 摘要:本文对高温超导涂层导体及其双轴织构外延生长技术进行了全面的论述.内容分金属 基体、 缓冲层、 超导层三个方面 ,根据金属基体的不同将缓冲层分成四个类型 ,即辊扎双轴织构金 属基带(RABi TS) 上外延缓冲层、 自氧化外延(SOE) NiO 缓冲层、 离子束辅助沉积(IBAD) 缓冲层和 衬底倾斜沉积(ISD) 缓冲层.总结了超导层沉积工艺和人工磁通钉扎中心的最新研究成果 ,评述 和展望了高温超导涂层导体的当前国际状态和发展前景. 关键词 :涂层导体 ;

双轴织构 ;

外延生长 ;

磁通钉扎 中图分类号 :

0511 + .

3 文献标识码 : A

0 引言 自从

1986 年Bednorz 和Mü ller 首次报道 La2Ba2Cu2O 超导电性以来 ,人们已先后发现了 Y2Ba2Cu2O ( Y 系) 、 Bi2Sr2Ca2Cu2O (Bi 系) 、 Tl2Ba2Cu2O ( Tl 系) 、 Hg2Ba2Cu2O ( Hg 系) 等系列氧 化物高温超导材料.其中 Hg1223 材料目前保持最高临界温度 ( Tc) 的记录 ,其Tc 在高压下 可达

163 K[1~2 ] . 然而从实用的角度 ,特别是就电力能源系统的强电应用而言 ,只有 Bi 、 Y 系材 料才有市场价值.Tl 和Hg 系由于含有环境危害元素和特殊的制备工艺 ,失去了它们的实用 性. 电力工程的应用对超导材料有如下几方面的要求[1 ,3 ] :首先 ,要具有较好的超导性能包括 高的临界温度 Tc ( H , J) 、 上临界磁场 Hc2 ( T , J) 和临界电流密度 J c ( T , H) ( >

104 A/ cm2 ,1 T) 等(见表 1) ;

其次要有较低的交流损耗、 良好的磁热稳定性和机械强度 ;

另外 ,要有满足工程 应用所必需的长度和性能价格比. 表1电力工程应用对超导材料的性能要求[1 ] 应用领域 限流器 马达 发电机 磁能储能 传输电缆 变压器 临界电流密度(A/ cm2 )

104 ~105

105 105

105 104 ~105

105 磁场( T) 0. 1~3 4~5 4~5 5~10 <

012 011~015 温度( K) 20~77 20~77 20~50 20~77 65~77 65~77 临界电流(A)

103 ~104

500 >

1 ,000 ~104 100/ 根102 ~103 线长度(m)

1000 1000

1000 1000

100 1000 应力强度( %)

012 012~013

012 012

014 012 弯曲半径(m)

011 0105

011 1

2 (电缆)

1 性能价格比(US $ / kAm) 10~100

10 10

10 10~100 <

10 作为第一代导体的 Bi2223 系线带材的发展较为成熟 ,已经有包括中国在内的多家企业可 批量生产千米量级的产品.然而 Bi 系材料具有本征的缺陷 ,即它在液氮温区的不可逆磁场较 低 ,临界电流密度随外加磁场的增加迅速下降 ,使其只有在较低温度时才适于强电应用.其次 在交流传输和变化磁场的应用中 (例如变压器) ,其交流损耗远大于基本的要求 (77 K 和100 m T 磁场下应小于 0.