ES2554841T3 - Procedimiento para la fabricación de sustratos metálicos para disposiciones de capas HTS - Google Patents
Procedimiento para la fabricación de sustratos metálicos para disposiciones de capas HTS Download PDFInfo
- Publication number
- ES2554841T3 ES2554841T3 ES09760518.2T ES09760518T ES2554841T3 ES 2554841 T3 ES2554841 T3 ES 2554841T3 ES 09760518 T ES09760518 T ES 09760518T ES 2554841 T3 ES2554841 T3 ES 2554841T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- layer
- metal substrate
- carried out
- hts
- arrangement
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 174
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 170
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 170
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 27
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 19
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 claims description 10
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims description 10
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 claims description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002128 reflection high energy electron diffraction Methods 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 184
- 239000000463 material Substances 0.000 description 30
- 235000019587 texture Nutrition 0.000 description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 22
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 description 20
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 18
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 16
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 14
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 11
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 235000019592 roughness Nutrition 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- -1 for example as MOCVD Substances 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001887 electron backscatter diffraction Methods 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 5
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910009203 Y-Ba-Cu-O Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NCRUJFPNHKQCJG-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);propanoate Chemical compound [La+3].CCC([O-])=O.CCC([O-])=O.CCC([O-])=O NCRUJFPNHKQCJG-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002230 La2Zr2O7 Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 description 1
- FFQALBCXGPYQGT-UHFFFAOYSA-N 2,4-difluoro-5-(trifluoromethyl)aniline Chemical compound NC1=CC(C(F)(F)F)=C(F)C=C1F FFQALBCXGPYQGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001006 Constantan Inorganic materials 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002340 LaNiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-N Metaphosphoric acid Chemical compound OP(=O)=O UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003200 NdGaO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010252 TiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical class OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001164 aluminium sulphate Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- AOWKSNWVBZGMTJ-UHFFFAOYSA-N calcium titanate Chemical compound [Ca+2].[O-][Ti]([O-])=O AOWKSNWVBZGMTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001734 carboxylic acid salts Chemical class 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000224 chemical solution deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- HBAGRTDVSXKKDO-UHFFFAOYSA-N dioxido(dioxo)manganese lanthanum(3+) Chemical class [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])(=O)=O.[O-][Mn]([O-])(=O)=O.[O-][Mn]([O-])(=O)=O HBAGRTDVSXKKDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 229910001940 europium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N europium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Eu+3].[Eu+3] AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RSEIMSPAXMNYFJ-UHFFFAOYSA-N europium(III) oxide Inorganic materials O=[Eu]O[Eu]=O RSEIMSPAXMNYFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002075 lanthanum strontium manganite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N manganate Chemical compound [O-][Mn]([O-])(=O)=O LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- GEYXPJBPASPPLI-UHFFFAOYSA-N manganese(III) oxide Inorganic materials O=[Mn]O[Mn]=O GEYXPJBPASPPLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003016 phosphoric acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 229920000137 polyphosphoric acid Polymers 0.000 description 1
- TVCBSVKTTHLKQC-UHFFFAOYSA-M propanoate;zirconium(4+) Chemical compound [Zr+4].CCC([O-])=O TVCBSVKTTHLKQC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 230000008521 reorganization Effects 0.000 description 1
- 229910001954 samarium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075630 samarium oxide Drugs 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
- H10N60/0576—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers characterised by the substrate
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Procedimiento para la fabricación de un sustrato metálico texturizado biaxialmente con una superficie metálica, en el que el sustrato está adaptado para la fabricación de una disposición de capas de superconductor a alta temperatura (HTS) y en el que la superficie metálica está adaptada para depositar epitácticamente sobre ella una capa de la disposición de superconductor a alta temperatura, en donde - se fabrica un sustrato metálico texturizado biaxialmente, - la superficie de sustrato metálico se somete a un tratamiento de pulido que se realiza como electropulido hasta una rugosidad de superficie Rms <= 15 nm, - y el sustrato metálico tras el tratamiento de pulido se somete a un recocido posterior antes de que se realice opcionalmente un posterior recubrimiento bajo deposición epitáctica de una capa de la disposición de capas HTS, realizándose el recocido posterior a una temperatura de >= 850 °C.
Description
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
DESCRIPCION
Procedimiento para la fabricacion de sustratos metalicos para disposiciones de capas HTS
La invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de un sustrato metalico texturizado biaxial con una superficie metalica que esta adaptada para la fabricacion de una disposicion de capas de superconductor a alta temperatura (HTS), en el que la superficie metalica esta adaptada para depositar epitacticamente sobre esta una capa de la disposicion de capas HTS, como por ejemplo, una capa de amortiguacion, otra capa intermedia y/o una capa HTS. Ademas la invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de una disposicion de capas HTS en el que se aplica epitacticamente una capa de amortiguacion y/u otra capa intermedia y/o una capa de superconductor a alta temperatura sobre el sustrato metalico.
En la fabricacion de disposiciones de capas de superconductor a alta temperatura (HTS) se aplican al menos epitacticamente sobre un sustrato metalico texturizado biaxialmente una o varias capas de amortiguacion sobre la o las que se aplica epitacticamente una capa de superconductor a alta temperatura (HTS). La capa de amortiguacion sirve en este caso especialmente como barrera de difusion para impedir una difusion de atomos de metal o impurezas del sustrato metalico en la capa HTS. Para ello se conocen diferentes procedimientos de deposicion, por ejemplo una deposicion en fase gaseosa de los componentes que forman la capa de amortiguacion y/o la capa hTs, por ejemplo como MOCVD, recubrimiento de solucion qmmico en el que los materiales de amortiguacion y/o de capas HTS se depositan empleando precursores, o procedimientos ffsicos como deposicion por laser pulsado (PLD), evaporacion por recubrimiento termico (TCE) etc. Especialmente en el caso de recubrimiento de solucion qmmico es necesaria una transferencia de textura desde el sustrato metalico a la capa HTS para poder generar una capa HTS texturizada. Por consiguiente en el empleo de una capa de amortiguacion es necesaria una transferencia de textura desde el sustrato metalico a la capa de amortiguacion y desde esta a la capa HTS.
El sustrato metalico es, desde diferentes puntos de vista, de gran importancia para las propiedades de la capa HTS, especialmente tambien por lo que respecta a la consecucion de altas densidades de corriente cnticas, y dado el caso, tambien a la agudeza de transicion superconductora (ATc). Los requisitos para el sustrato metalico son en este caso muy diversos. Asf el sustrato metalico debe presentar una pureza qmmica lo mas grande posible, un alto grado de texturizacion y, a ser posible, una rugosidad de superficie lo mas reducida posible para posibilitar un crecimiento de una capa adicional de la disposicion de capas hTs, como es, por ejemplo, una capa de amortiguacion u otra capa intermedia. Una rugosidad lo mas reducida posible de la superficie metalica es deseada en la mayona de los casos para minimizar orientaciones erroneas en la capa de crecimiento de la disposicion de capas HTS.
Por tanto para la calidad de las capas depositadas sobre el sustrato metalico, especialmente con vistas a la densidad de corriente cntica de la capa HTS son decisivas tambien las superficies del sustrato metalico, especialmente su textura y rugosidad.
Por otro lado, el procedimiento de acuerdo con la invencion debe posibilitar la fabricacion de capas de crecimiento optimas en la medida de lo posible, como por ejemplo, capas de amortiguacion con alta texturizacion tambien a escala industrial. Sin embargo, a la fabricacion de sustratos metalicos a escala industrial se le han impuesto lfmites, especialmente tambien en cuanto a la calidad de superficies, lo cual es un requisito para una transferencia de textura optima desde el sustrato metalico a la capa de crecimiento. De esta manera, en un procedimiento de fabricacion industrial el sustrato metalico texturizado biaxialmente se fabrica la mayona de las veces mediante una conformacion en frio con un grado de conformacion de < 95 % y un tratamiento de recocido especial siguiente. La conformacion en frio se realiza la mayona de las veces mediante laminacion. El grado de conformacion es decisivo para el grado de texturizacion resultante y angulo de inclinacion medio de las cristalitas individuales unas contra otras. Por otro lado las superficies de sustrato metalicas fabricadas de tal manera presentan una rugosidad relativamente alta. Esto es todavfa aceptable para diferentes procedimientos para la fabricacion de disposiciones de capas HTS, por ejemplo en el caso de deposiciones de fase gaseosa, especialmente en la deposicion de capas de la disposicion de capas HTS mediante recubrimiento de solucion qmmico, en el caso de sustratos metalicos de este tipo sin embargo se comprueba una transferencia de textura insuficiente. Un aumento de la abertura entre cilindros, que debido a fuerzas de compresion mas reducidas podna llevar a un desgaste de cilindros menor y a superficies mas lisas provocana sin embargo una texturizacion notablemente peor y aumento del angulo de inclinacion en el sustrato metalico. Aunque pueden fabricarse sustratos metalicos con calidad de superficie mejorada, que tambien posibilitan una transferencia de textura elevada con un recubrimiento de solucion qmmico, bajo condiciones de laboratorio, por ejemplo mediante el empleo de cilindros altamente pulidos durante la conformacion en frio. Los procedimientos de este tipo, sin embargo, no pueden aplicarse a escala industrial dado que estos exiginan una vida util demasiado reducida de los cilindros de manera que estos procedimientos no podnan realizarse mas desde el punto de vista economico. No obstante, al emplear sustratos metalicos texturizados biaxialmente fabricados de modo industrial a pesar de la buena textura de los sustratos metalicos se obtienen en el caso de un recubrimiento de solucion qmmico solamente capas de crecimiento amorfas o poco orientadas del material correspondiente de la disposicion de capas HTS (por ejemplo del material de amortiguacion).
La invencion se basa por tanto en el objetivo de facilitar un procedimiento para la fabricacion de sustratos metalicos texturizados biaxialmente que pueda aplicarse a escala industrial y que posibilite especialmente con un recubrimiento de solucion qmmico una elevada transferencia de textura a la capa de la disposicion de capas HTS
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
que va a depositarse sobre el sustrato metalico.
El documento EP 1653484 A1 describe un procedimiento para la fabricacion de bandas HTS, en el que puede realizarse un desbarbado del sustrato metalico a traves de un electropulido, el pulido, para la creacion de la superficie de sustrato sobre la cual se deposita la capa siguiente epitacticamente, se realiza mediante un pulido mecanoqmmico empleando una separacion por gravedad en una suspension de medio de pulido a presion.
El documento US 2005/0220986 A1 describe la fabricacion de artfculos HTS que, antes de la deposicion de una capa de amortiguacion, se somete a un tratamiento de pulido mecanico empleando una separacion por gravedad en una suspension de medio de pulido a presion.
El documento US 2005/0016867 A1 describe la fabricacion de capas de superconductor sobre un sustrato metalico con electropulido, aplicandose una capa sobre el sustrato segun procedimientos ffsicos sin recocido posterior de la tecnica de alto vado.
Este objetivo puede conseguirse de manera sorprendente mediante un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 porque un sustrato metalico texturizado biaxialmente se somete a un tratamiento de pulido, y concretamente a un electropulido hasta una rugosidad de superficie de Rms < 15 nm, y despues de esto, se somete a un recocido posterior, antes de que opcionalmente, es decir segun la necesidad, se realice un recubrimiento siguiente bajo deposicion epitactica de una capa de la disposicion de capas HTS, realizandose el recocido posterior a una temperatura de > 850 °C.
Concretamente se conoce disminuir la rugosidad de superficies metalicas mediante pulido. Sin embargo se ha comprobado que las superficies de sustrato metalico pulidas de esta manera de sustratos metalicos texturizados biaxialmente no posibilitan un crecimiento texturizado de una capa siguiente de la disposicion de capas HTS. La capa de crecimiento es mas bien por lo general amorfa, o presenta en cuanto a los requisitos un grado de texturizacion insuficiente, especialmente en el caso de recubrimiento de solucion qmmico. Sin embargo de manera sorprendente se comprobo en el ambito de numerosos ensayos que pueden obtenerse superficies de sustrato metalico que posibilitan una elevada transferencia de textura por que seguidamente al tratamiento de pulido el sustrato metalico se somete a un recocido posterior, antes de que se realice o pueda realizarse un recubrimiento posterior de una capa de la disposicion de capas HTS bajo deposicion epitactica de la misma. Aunque mediante el tratamiento de pulido puede obtenerse una superficie en sf suficientemente lisa del sustrato metalico texturizado biaxialmente puede alcanzarse por tanto mediante un recocido posterior una transferencia de textura suficiente a la capa de crecimiento que sigue directamente. Sin estar relacionado con la teona se supone que mediante el tratamiento de pulido las capas atomicas mas externas del sustrato metalico texturizado se someten a una reestructuracion, por ejemplo a una amorfizacion u oxidacion parcial, que sin embargo se elimina parcial o totalmente mediante el recocido posterior de corta duracion, mediante el cual al menos se realiza un reorganizacion o recristalizacion, dado el caso, en relacion con una reduccion de la superficie de sustrato metalica. En este caso el recocido posterior que se realiza despues del tratamiento de pulido puede realizarse por lo general durante un espacio de tiempo mas corto que el recocido posterior de cristalizacion durante la fabricacion del sustrato metalico texturizado biaxialmente despues de la conformacion en frio, que puede ascender a aproximadamente 1 hora. Solamente mediante la combinacion de las dos etapas de tratamiento mencionadas puede obtenerse un sustrato metalico texturizado biaxialmente que permite especialmente tambien con un revestimiento de solucion qmmico una transferencia de textura muy alta y por tanto una calidad muy alta de la capa de crecimiento con una rugosidad muy reducida de la superficie de sustrato metalico, y por tanto tambien, de un numero menor de defectos de red y, dado el caso, muy poca rugosidad de la superficie de la capa de crecimiento apartada del sustrato metalico. Por ello finalmente pueden generarse tambien capas de superconductor a alta temperatura de calidad mejorada, especialmente con aumente de texturizacion, de rugosidad de superficie disminuida y/o aumento de densidad de corriente cntica.
Por un crecimiento epitactico ha de entenderse en este caso un crecimiento orientado cristalograficamente, en el que, con respecto al plano de sustrato o bien de crecimiento, la red cristalina de la capa de crecimiento puede corresponder a la del sustrato metalico o tambien a una superestructura de la misma. Tambien puede aplicarse una capa de crecimiento sobre el sustrato metalico cuya red cristalina puede estar dispuesta girada o sin girar respecto a la red cristalina del sustrato metalico. En el caso de un crecimiento girado de la capa de crecimiento, uno o dos de los ejes cristalograficos de la capa de crecimiento con respecto a los ejes cristalograficos del sustrato metalico en el plano de crecimiento (plano de la superficie de sustrato metalico) comprenden un angulo entre sf Uno de los ejes cristalograficos de la estructura cristalina de la capa de crecimiento puede estar dispuesto en la direccion (110) o (210) de la estructura cristalina del sustrato metalico que define el plano de crecimiento. La o una de las constantes de red de la capa de crecimiento puede corresponder a uno o a dos de los ejes cristalograficos de la capa de crecimiento del eje (110) o (210) del sustrato metalico, dado el caso tambien a un multiplo entero del mismo, por ejemplo al doble o al triple.
A este respecto el eje Z esta dispuesto en cada caso transversal o perpendicular al plano de crecimiento del sustrato metalico. Estos datos se refieren en cada caso a la estructura cristalina del sustrato metalico sin considerar la formacion de una superestructura sobre la superficie de sustrato metalico, por ejemplo mediante un tratamiento de recocido posterior. La capa de crecimiento que crece directamente sobre el sustrato metalico puede cristalizar
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
especialmente de manera cubica (por ejemplo de tipo fluoruro, de tipo pirocloro, de tipo Mn2O3), tetragonal (por ejemplo de tipo La2Ni04), ortorrombica (por ejemplo de tipo perovskita), o romboedrica (por ejemplo de tipo perovskita) dado el caso tambien monoclinal. La superestructura de la capa de crecimiento con respecto al sustrato metalico es por tanto especialmente una superestructura de sustrato metalico con referencia al plano de crecimiento. Se ha demostrado que el procedimiento de acuerdo con la invencion, especialmente en capas de crecimiento que crecen giradas lleva a una mejora muy notable de la transferencia de textura desde el sustrato metalico a la capa de crecimiento, especialmente entonces cuando la superficie de sustrato metalico (capa o capas atomicas mas superiores) se configura mediante una superestructura de la estructura cristalina de sustrato metalico. Sin embargo, en algunas circunstancias el procedimiento de acuerdo con la invencion puede emplearse de manera ventajosa en capas de crecimiento que con respecto al plano de crecimiento no forman ninguna superestructura con la red cristalina del sustrato metalico y coinciden con la red de sustrato metalico excepto posibles desajustes reticulares mmimos.
La capa de crecimiento puede ser una capa de amortiguacion u otra capa intermedia que puede cubrir la superficie de sustrato metalico dado el caso solo parcialmente, por ejemplo una capa intermedia con lugares de cristalizacion para una capa de amortiguacion que va a depositarse. Dado el caso la capa de crecimiento sobre el sustrato metalico puede ser tambien directamente una capa HTS. En general la capa de crecimiento epitactica generada sobre el sustrato metalico puede ser una capa de oxido de metal (dado el caso despues de un tratamiento de cristalizacion y recocido).
El procedimiento de acuerdo con la invencion puede finalizar o interrumpirse en la etapa de procedimiento del recocido posterior del sustrato metalico pulido en superficie, de manera que el sustrato metalico fabricado de esta manera se recubre almacenado temporalmente o en otro lugar con las capas adicionales de la disposicion de capas HTS. La aplicacion de la capa de crecimiento puede unirse tambien directamente al recocido posterior.
El pulido puede realizase en general en el funcionamiento discontinuo o en el funcionamiento continuo. Preferentemente el recocido posterior puede realizarse en general en el funcionamiento discontinuo o en el funcionamiento continuo. Preferentemente el pulido y el recocido posterior se realizan directamente uno detras de otro.
El tratamiento de pulido se realiza de acuerdo con la invencion como electropulido. Con ello por un lado en la fabricacion de sustratos metalicos por ejemplo en forma de banda o de alambre extendidos longitudinalmente, o bien disposiciones de capas HTS, es posible una integracion especialmente asequible de la etapa de electropulido en el desarrollo de fabricacion. Ademas se ha comprobado que, debido a las peculiaridades del electropulido, las superficies pulidas de los sustratos metalicos texturizados biaxialmente son especialmente asequibles para fabricar disposiciones de capas HTS con propiedades especialmente favorables, especialmente tambien en cuanto a la transferencia de textura necesario del sustrato metalico a las capas que van a crecer de la disposicion de capas HTS.
El electropulido puede realizarse tambien empleando corriente continua, dado el caso tambien utilizando corrientes pulsadas. Puede seleccionarse una disposicion electromecanica en la que esta conectado el sustrato metalico como conductor neutro, es decir a denominado potencial medio, especialmente cuando el sustrato metalico que va a pulirse esta configurado extendido longitudinalmente como ejemplo como alambre o banda. La corriente de electrolisis se acopla en este caso a traves de preferentemente todo el lado trasero del sustrato metalico al mismo, dado el caso puede realizarse un acoplamiento solamente a traves de zonas parciales del lado trasero que pueden estar dispuestas repartidas por la extension longitudinal del sustrato. Con ello la celula de electropulido se divide en dos celulas parciales. Lo especialmente ventajoso de esta disposicion es que la corriente de electrolisis durante el electropulido no debe fluir a traves de una seccion transversal de banda muy reducida en direccion longitudinal del sustrato, lo que por ejemplo es el caso si la corriente de electrolisis se introduce mediante contactos como rodillos o contactos por rozamiento de posicion variable con respecto al sustrato metalico en la banda a pulir (tambien cuando una realizacion de este tipo del electropulido es posible como tal en un principio). Mediante la disposicion del sustrato metalico como conductor de potencial medio pueden realizarse por tanto altas corrientes de electropulido, por lo se obtienen superficies de sustrato metalicos especialmente ventajosas, asf como cortos tiempos de espera y con ello altas velocidades de ejecucion en un procedimiento de pulido continuo de los sustratos metalicos en la mayona de los casos en forma de alambre o de banda.
El electropulido puede realizarse con una densidad de corriente de 2 a 80 A/dm2 o dado el caso tambien mas alta, preferentemente con densidades de corriente de aproximadamente de 5 a 50 A/dm2 o aproximadamente de 5 a 30 A/dm2, de manera especialmente preferente aproximadamente de 10 a 30 A/dm2 o aproximadamente de 10 a 20 A/dm2.
El electropulido puede realizarse a una temperatura de electrolito de 20 a 70 °C, preferentemente de 30 a 60 °C, de manera especialmente preferente de 40 a 50 °C.
El electropulido puede realizarse en una duracion de < 15 min o < 6 a 10 min, preferentemente < 3 a 4 min, de manera especialmente preferente dentro de 1 a 2 min o menos, en cada caso con respecto a la seccion que va a electropulirse del sustrato metalico. Preferentemente el electropulido se realiza durante una duracion de < 5 s o < 10
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
a 15 s, < 20 a 30 s o < 45 s.
El electrolito puede contener acido sulfurico y/o un acido fosforico. El acido fosforico puede ser un acido ortofosforico, un acido polifosforico, un acido metafosforico u otro acido fosforico incluyendo combinaciones de los mismos. La relacion de peso de acido sulfurico/acido fosforico (suma total de acidos fosforicos) puede situarse en el intervalo de 1:20 a 20:1 o de 1:10 a 10:1; de 1:6 a 6:1; de 1:4 a 4:1, preferentemente 1:3 a 3:1 o 1:2 a 2:1, por ejemplo en el intervalo de aproximadamente 1:1. El electrolito puede presentar un valor pH de 1 a 4, preferentemente de 2 a 3, dado el caso tambien un valor pH de <1.
El pulido, especialmente electropulido puede realizarse en presencia de acidos organicos. Estos pueden emplearse dado el caso en lugar de o adicionalmente a acido sulfurico y/o acido fosforico. El acido organico puede ser un acido carboxflico univalente o polivalente, por ejemplo un acido carboxflico C1-C6 o C2-C4, por ejemplo acido propionico. Dado el caso tambien pueden emplearse otros acidos organicos, como por ejemplo, acidos sulfonicos, o combinaciones de los mismos. Una combinacion preferente de acidos inorganicos y organicos es una mezcla de acido fosforico, acido sulfurico y acido cftrico. Dado el caso el electrolito puede contener materiales complejantes adicionales con relacion a los iones metalicos que van en solucion durante el electropulido del sustrato metalico o bien agentes quelantes, inhibidores de superficie, sustancias de superficie activa u otras sustancias que influyen en el electropulido.
Se comprobo que mediante el pulido, especialmente el electropulido no solamente se mejoro esencialmente la rugosidad de superficie del sustrato metalico, lo que ha demostrado ser ventajoso para una transferencia de textura optima, ademas la superficie de sustrato metalico tambien se libera de defectos de superficie y de impurezas organicas y/o inorganicas u otras asf como medios auxiliares de proceso o restos de medios auxiliares de procesos que atraenan la atencion como perturbadores en el crecimiento de la capa adicional de la disposicion de capas HTS, por ejemplo llevanan a un aumento de lugares defectuosos de la capa de crecimiento y a una transferencia de textura peor.
Los agentes auxiliares de proceso que se aplican durante el proceso de fabricacion industrial en las bandas pueden ser agentes auxiliares de laminacion, como aceites o jabones de laminacion, asf como agentes separadores y antiadhesion como partfculas o capas ceramicas.
Se entiende que antes del pulido, especialmente antes del electropulido la superficie de sustrato metalico puede someterse a una etapa de limpieza. La limpieza puede realizarse empleando disolventes organicos como por ejemplo alcoholes, cetona y/o ester y similares que pueden aplicarse en combinacion o sucesivamente, por ejemplo isopropanol y/o acetona. Especialmente la superficie de sustrato metalico tambien puede atacarse qmmicamente antes del electropulido, especialmente empleando acidos como acidos organicos. Estos pueden ser por ejemplo acidos carboxflicos como acidos carboxflicos C1 a C6, especialmente C2 a C4, de manera especialmente preferente acido propionico. Los acidos carboxflicos pueden ser tambien polivalentes, por ejemplo acido tartarico o acido cftrico. El tratamiento del sustrato metalico puede realizarse en cada caso en bano de ultrasonidos.
Una limpieza de la superficie de sustrato metalico antes del pulido, especialmente electropulido puede realizarse adicional o alternativamente tambien mediante el empleo de soluciones que contienen agentes tensioactivos especialmente soluciones de agentes tensioactivos acuosas.
Una limpieza de superficie del sustrato metalico intercalada al pulido, especialmente al electropulido puede realizarse tambien mediante una limpieza por plasma especialmente una limpieza por plasma UV.
Las etapas de limpieza anteriormente mencionadas pueden emplearse en cada caso tambien en combinacion entre sf, por ejemplo en el orden mencionado o en otro.
El pulido se realiza de acuerdo con la invencion hasta una rugosidad de superficie de Rms segun la normativa DIN EN ISO 4287 y 4288 de < 15 nm, preferentemente < 12 a 13 nm, o < 10 nm, de manera de manera especialmente preferente < 7 a 8 nm. Las rugosidades se refieren en cada caso a un area de 10x10 pm dentro de un ftmite intergranular de una cristalita de la superficie de sustrato, de manera que los ftmites intergranulares del sustrato metalico no falsifican la rugosidad indicada.
Tal como se expuso anteriormente se ha demostrado de manera sorprendente que la superficies de sustrato obtenidas mediante el pulido presentan una rugosidad de superficie muy reducida, lo que es de por sf ventajoso para la capa que crece de la disposicion de capas HTS. A pesar de ello con estos sustratos metalicos supuestamente opticos se obtienen capas de crecimiento con transferencia de textura completamente insuficiente. Asf las capas de crecimiento generadas sobre un sustrato pulido de este tipo presentaron solamente una textura muy reducida o eran practicamente amorfas. Esto es valido por ejemplo tambien para capas de zirconato de lantano como se obtienen por ejemplo segun el documento DE 10 2004 041 051 A1 o de otra manera, o para otras capas de amortiguacion como por ejemplo oxido de cerio, etc. Este resultado negativo se encontro aunque los analisis EBSB (Electron Back Scattering Diffraction, difraccion de electrones por retrodispersion) de los sustratos pulidos mostraron resultados comparables con sustratos sin pulir. Sin embargo un crecimiento epictactico no pudo comprobarse.
Sin embargo de manera sorprendente pudo comprobarse una transferencia de textura muy buena de la superficie
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
metalica pulida a la capa de crecimiento ox^dica de la disposicion de capas HTS cuando el sustrato metalico despues del pulido de superficie y de la deposicion de la capa siguiente se somete a un recocido posterior. El recocido puede realizarse especialmente a una temperatura adecuada durante un espacio de tiempo suficiente, de manera que se realiza una recristalizacion parcial o preferentemente al menos practicamente completa de la superficie de sustrato metalico. Esta recristalizacion comprende preferentemente las capas atomicas mas superiores del sustrato metalico de manera que por ejemplo se comprueba una recristalizacion dentro de una capa de superficie partiendo de la superficie de sustrato metalica con una profundidad de 2 a 3 nm, preferentemente en una profundidad de 1,5 a 1 nm o de manera especialmente preferente una profundidad de 0,1 a 0,5 nm. De manera de manera especialmente preferente se realiza por tanto una recristalizacion de las capas atomicas mas superiores del sustrato metalico mediante el recocido posterior, por ejemplo una recristalizacion dentro de las capas atomicas mas superiores 10 a 15, preferentemente dentro de las capas atomicas superiores 5 a 8 o menos. La cristalizacion de estas capas atomicas superiores puede probarse especialmente mediante mediciones RHEED (reflective high electron energy diffraction, difraccion de electrones de alta energfa) que a diferencia de los analisis EBSB posibilitan una caracterizacion de las capas atomicas mas superiores del sustrato metalico. Ha demostrado ser decisivo que tras el pulido del sustrato metalico texturizado biaxialmente se realice una recristalizacion de las capas metalicas del sustrato mas superiores para garantizar un crecimiento epitactico de la siguiente capa de la disposicion de capas HTS con alta transferencia de textura.
El recocido posterior puede realizarse en general especialmente tambien en el caso de aleaciones a base de cobre y/o mquel, a una temperatura de > 650 °C a 700 °C, preferentemente a temperaturas de > 750 °C a 800 °C, de manera especialmente preferente a temperaturas de > 800 °C a 850 °C , > 900 °C a 950 °C o > 1000 °C. El recocido posterior no debena realizarse a temperaturas demasiado altas para no tener una influencia desventajosa sobre la textura del sustrato metalico. El recocido posterior puede realizarse a temperaturas de < 1300 °C a 1350 °C, especialmente < 1200 °C a 1250 °C, preferentemente a temperaturas de < 1150 °C a 1100 °C, lo que es especialmente valido para aleaciones a base de mquel y/o de cobre.
En general el recocido posterior puede realizarse en un intervalo de temperatura que es mas bajo que el punto de fusion del material respectivo del sustrato metalico (punto de fusion congruente o incongruente), por ejemplo 50 a 700 °C mas bajo sin limitarse a esto, especialmente en un intervalo de temperatura de 100 a 600 °C mas bajo o 200 a 550 °C mas bajo que el punto de fusion del sustrato metalico.
Mediante el recocido de orientacion que se pretende de acuerdo con la invencion de las capas atomicas mas superiores del sustrato metalico estas pueden orientarse y texturizarse de nuevo como las capas mas profundas del sustrato metalico, o cristalizarse con referencia a la estructura cristalina del sustrato metalico en una superestructura del mismo, por ejemplo en una superestructura cubica u ortorrombica, especialmente superestructura de azufre (por ejemplo disposicion de atomos de acuerdo con una mitad de monocapa de azufre (o bien del atomo de metal correspondiente con superestructura c(2x2).
Se ha demostrado que el recocido a una temperatura suficientemente alta solamente es necesario durante un espacio de tiempo muy corto, por ejemplo en un espacio de tiempo de < 12 a 15 min o < 8 a 10 min, por ejemplo tambien < 4 a 6 min o < 2-3 min, en cada caso con respecto al tiempo de parada a la temperatura mas alta o con respecto al tiempo de permanencia total a temperaturas > 650 °C a 700 °C, > 750 °C a 800 °C, o preferentemente > 800 °C a 850 °C, > 900 °C a 950 °C o de manera especialmente preferente > 1000 °C. Se entiende que el tiempo de recocido posterior necesario puede depender sustancialmente de la temperatura de recocido posterior en funcion del sustrato metalico correspondiente y por tanto del punto de fusion o de la movilidad de los atomos de las capas metalicas mas superiores del sustrato.
En el caso del recocido posterior que sigue al pulido puede emplearse una atmosfera inerte preferentemente reductora, la presion parcial de hidrogeno puede corresponder a un contenido de hidrogeno de la atmosfera de > 10 a 25 % en volumen o > 50 a 75 % en volumen, preferentemente > 85 a 90 % en volumen o > 95 a 98 % en volumen, por ejemplo ser hidrogeno puro. Los demas componentes pueden ser nitrogeno o preferiblemente gases nobles como argon o helio.
El recocido posterior puede realizarse especialmente de tal manera que la superficie sea al menos parcialmente cristalina por analisis RHEED o de acuerdo con el procedimiento de analisis aplicado al menos practicamente completamente cristalina. Las mediciones RHEED pueden realizarse en este caso de tal manera que la profundidad de informacion registra predominantemente o practicamente exclusivamente las capas atomicas mas superiores 2 a 3 o 4 a 5 o las mas superiores 6 a 8 o 19.
El sustrato metalico puede ser especialmente una aleacion a base de mquel y/o cobre que puede contener en cada caso componentes de aleacion adicionales. Las aleaciones a base de mquel pueden contener especialmente wolframio como componente de aleacion, por ejemplo hasta 14 a 25 % de atomo con respecto al contenido de metal total de la aleacion o hasta 5 a 9 % de atomo de wolframio. Las aleaciones pueden contener en cada caso componentes de aleacion y/o aridos que facilitan la fabricacion industrial, por ejemplo una conformacion de los sustratos (por ejemplo magnesio, aluminio, boro) o influir en la formacion de textura, como por ejemplo otros metales del primer periodo de los metales de transicion, especialmente manganeso y/o plata o elementos de tierras raras, especialmente cerio. El sustrato metalico puede representar tambien una aleacion a base de cobre, por ejemplo
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
constantan, Hastelloy o similares para los cuales por lo demas vale lo mencionado anteriormente.
Sobre el sustrato metalico fabricado de acuerdo con la invencion puede depositarse epitacticamente una capa de amortiguacion, pudiendo estar previsto el sustrato metalico dado el caso con una capa intermedia que cubre el sustrato metalico no continuamente y puede estar configurado en forma de una pluralidad de germenes cristalinos para la capa de amortiguacion que va a aplicarse.
La capa de amortiguacion puede ser especialmente un oxido de metal, como por ejemplo oxidos de metal de transicion de tierras raras como zirconatos de tierras raras (SE incluyendo lantano) por ejemplo zirconato de gadolinio, zirconato de lantano, manganatos como manganatos de lantano, rutenatos como rutenato de estroncio, aluminatos de tierras raras incluyendo aluminato de lantano, oxidos de cerio de metal de tierras raras, pudiendo estar contenido el lantano como metal de tierras raras, especialmente segun la solicitud de patente alemana DE 10 2008 016 257 A1 asf como oxidos de metal de tierras raras de metal de tierras raras, como por ejemplo oxido de neodimio y gadolinio (por ejemplo NdGaO3); oxidos de metal de transicion de metal de grupos principales como rutenato de estroncio, zirconato de estroncio, titanato de calcio y estroncio, titanato de bario y calcio (y estroncio) (o titanatos de metal alcalinoterreo mezclados en general con 2 o 3 metales alcalinoterreos del grupo Ca, Sr, Ba o Mg, Ca, Sr, Ba como por ejemplo EA1xEA2i-xTiO3 con 0<x<1, o en general (EA1, EA2, EA3) TiO3 con EA=metal alcalinoterreo), pudiendo sustituirse en el caso de los compuestos de metales alcalinoterreos titanio parcial o completamente por uno o varios otros metales de transicion, especialmente metales de transicion del primer periodo de metales de transicion) u oxido de lantano y mquel (por ejemplo LaNiO3), oxidos de metal binarios, preferentemente de metales de grupos principales o de transicion, como oxido de magnesio, oxido de itrio, dioxido de zirconio, oxido de mquel, dioxido de titanio, oxido de circonio estabilizado con itrio, (YSZ), oxido de cerio u otros oxidos como LSMO (manganato de estroncio y lantano), NdBCO (cuprato de bario y neodimio) o similares, oxido de gadolinio (por ejemplo Gd2O3), oxido de europio (por ejemplo Eu2O3), oxido de samario (por ejemplo Sm2O3), oxido de neodimio (por ejemplo Nd2O3), etc. Los oxidos, en relacion con el contenido de oxfgeno y/o contenido de metal tambien pueden ser no estequiometricos, especialmente subestequiometricos. En cuanto a la red de parte metalica de estos oxidos pueden presentarse en cada caso tambien fases de solucion solida a base de los oxidos anteriormente mencionados, tanto mediante capas atomicas de mezcla, superestructuras o atomos de metal interesticiales. Los materiales de capa de amortiguacion pueden contener metales de transicion, especialmente del primer grupo de metales de transicion, o metales u oxidos de metal, que a temperaturas de < 1600 °C forman con el material de amortiguacion oxfdico al menos una fusion parcial, para lo que ha de remitirse al documento DE 10 2008 016 258 A1.
Igualmente la capa de crecimiento puede componerse de otros oxidos cuya red cristalina coincida con la del sustrato metalico, como por ejemplo en el caso de un sustrato con estructura de mquel (tambien aleacion), titanato de estroncio (SrTio3), titanato de bario (BaTiO3), nitruro de titano (TiN) o similares.
El sustrato metalico en el caso de los materiales de amortiguacion anteriormente mencionados puede ser especialmente Ni o Cu o una aleacion de Ni o una aleacion de Cu que puede contener en cada caso especialmente W y/o Mo y/o al menos un metal de transicion adicional. El contenido de W y/o Mo y/o del al menos un metal de transicion adicional (por ejemplo Fe, Cr y/o Mn) puede ser > 0,05 % a 0,1 %, o > 0,2 % a 0,5 % o > 1 %, el contenido puede ser en cada caso < 20 % a 25 % o < 15 % a 17 % o < 10 % a 12 % (en cada caso en % atomico respecto a la aleacion total).
En general el procedimiento de acuerdo con la invencion puede emplearse preferentemente cuando el material de capa de amortiguacion presenta un desajuste reticular respecto al sustrato metalico sobre la cual crece el material de capa de amortiguacion y/o dado el caso la capa que crece epitacticamente sobre el material de capa de amortiguacion crece, o dado el caso de la capa que cree epitacticamente sobre el material de capa de amortiguacion (por ejemplo la capa HTS). El desajuste reticular se refiere aqm en este caso a la relacion de las constantes de red del sustrato de metal o de la capa adicional que crece sobre la capa de amortiguacion respecto a las constantes de red escaladas de la capa de amortiguacion, es decir escaladas a una celula de unidad de la capa adyacente. Como constante de red del sustrato metalico pueden aceptarse la constantes de red del material a granel (material de volumen sin considerar una superestructura de la o las capas atomicas mas superiores), o dado el caso considerando una posible superestructura (por ejemplo superestructura de azufre) de la capa atomica mas superior. El desajuste reticular puede ascender en este caso a < ± 20 a 15 %, preferentemente < ± 10 a 12 %o < ± 6 a 8 %, el desajuste reticular puede ascender en cada caso a < ± 0,5 a 1 %, > ±2 a 4 % o tambien > ± 5 % (en el caso de La2Zr2O7 con a0(300K) 10,8 A ( 1,08 nm) resulta por tanto frente a Ni (a0=3,52 A = 0,352 nm, 300K) una constante de red escalada Lm de 3,81 A ( 0, 381 nm) y por tanto un desajuste reticular de 7,61 %). Mediante el procedimiento de acuerdo con la invencion tambien en el caso de un crecimiento girado de la capa de amortiguacion y desajuste reticular puede alcanzarse una transferencia de textura especialmente buena y en error de crecimiento reducido de la capa de amortiguacion.
Se comprobo que el sustrato metalico fabricado de acuerdo con la invencion especialmente en el caso de un recubrimiento de solucion qmmico con una capa de amortiguacion u otra capa intermedia posibilita una transferencia de textura muy alta y por tanto un crecimiento epitactico de la capa de amortiguacion con los menos lugares defectuosos posibles. El recubrimiento de solucion qmmico puede realizarse especialmente empleando sales de acido carboxflico (especialmente propionatos y/o pivalinatos) de los metales respectivos, en el que las sales de acido
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
carboxflico pueden fluorarse parcial o completamente, por ejemplo en forma de trifluoroacetatos. Las sales de metales (en relacion con los metales que van a depositarse) de acidos carbox^licos no fluorados, parcial o completamente fluorados pueden emplearse sucesivamente o simultaneamente en etapas de deposicion. Especialmente se remite para ello al documento DE 102004038030 B4 (especialmente ejemplo 1), al documento US 5.656.382 y ejemplo 3 al documento DE 10 2004 041 053.
Sin embargo, dado el caso el recubrimiento de solucion qmmico puede realizarse de otro modo. En el caso del recubrimiento de solucion qmmico, los precursores adecuados en general (por ejemplo complejos de metales adecuados) de una solucion adecuada, por ejemplo de una soldadura acuatica sobre la que se aplica sustrato, se secan y a continuacion se pirolizan (preferentemente mediante la formacion de oxidos) y se cristaliza, pudiendo realizarse dado el caso el secado, pirolisis y cristalizacion tambien simultaneamente o directamente uno tras otro.
Las capas de oxido de metal depositadas sobre el sustrato metalico de la disposicion de capas HTS pueden corresponder en sus analisis EBSD aproximadamente a las de los sustratos metalicos, pudiendo presentarse un ligero empeoramiento de la tasa de indicacion de < 5-7 % o < 3-4 %. La tasa de indicacion del sustrato metalico puede ascender a > 93 a 94 % o > 95 a 96 % o >97 a 98 %.
La invencion comprende por tanto tambien un procedimiento para la fabricacion de una disposicion de capas HTS en el que sobre un sustrato metalico texturizado biaxialmente fabricado por medio del procedimiento de acuerdo con la invencion se aplica epitacticamente una capa de amortiguacion y/u otra capa intermedia y/o una capa de superconductor a alta temperatura. La capa de superconductor a alta temperatura puede aplicarse dado el caso directamente sobre la superficie de sustrato metalico, preferentemente sobre una capa de amortiguacion, que puede depositarse directamente sobre el sustrato metalico de acuerdo con la invencion o sobre una capa de amortiguacion adicional, de manera que la capa de amortiguacion puede tambien componerse de una sucesion de varias capas. Ademas la invencion comprende una disposicion de capas HTS en la que sobre un sustrato metalico texturizado biaxialmente fabricado por medio del procedimiento de acuerdo con la invencion esta aplicada epitacticamente una capa de amortiguacion y/u otra capa intermedia y/o una capa de superconductor a alta temperatura directamente, es decir inmediatamente, o indirectamente, es decir mediante la disposicion de una capa intermedia (adicional). La disposicion de capas puede comprender en cada caso una disposicion de capas HTS, estar adaptada para la aplicacion epitactica de una capa de este tipo o incluso no comprender ninguna capa HTS.
El superconductor a alta temperatura puede ser especialmente un material YBCO (Y-Ba-Cu-O) o bien un material SEBCO (SE-Ba-Cu-O), un material BiSr (Bi-Sr-Ca-CuO) u otro material HTS. Por un superconductor a alta temperatura ha de entenderse en el presente documento uno de este tipo con una temperatura transitoria de > 77 kelvin.
La invencion se describe a continuacion a modo de ejemplo y se explica mediante las figuras. Muestran:
la figura 1:
un mapa de textura de superficies segun el analisis EBSD de un sustrato metalico con diagrama de textura,
la figura 2: medicion AFM del perfil de superficie de un sustrato metalico (izquierda) con representacion en 3D (derecha),
la figura 3: diagrama de difraccion de rayos de capas de amortiguacion de zirconato de lantano sobre un sustrato metalico de acuerdo con la ilustracion 1 despues del electropulido con (curva 1, de acuerdo con la invencion) y sin recocido de superficie (curva 2),
la figura 4:
medicion AFM del perfil de superficie de un sustrato metalico de acuerdo con la ilustracion 1 tras el pulido segun la invencion,
la figura 5:
representacion esquematica de una celula de electropulido con dos celulas parciales y la disposicion del sustrato metalico a potencial medio.
La fabricacion del sustrato metalico de acuerdo con la invencion para una disposicion de capas a alta temperatura parte de un sustrato metalico texturizado biaxialmente fabricado de manera industrial, por ejemplo en forma de banda o alambre.
El sustrato metalico de acuerdo con el ejemplo de realizacion se compone de una aleacion de mquel 14 % en peso de wolframio y 100 ppm de magnesio. El material se fundio en el horno de vacfo a continuacion se lamino en caliente, por ejemplo a un espesor de 5 mm o 3 mm y a continuacion se lamino en fno, preferentemente mediante la reduccion del espesor de material con grados de laminacion de 5 a 40 % o 10 a 30 %, especialmente con grados de laminacion de aproximadamente 20 %, de modo que partiendo del material anteriormente mencionado el espesor de material puede ascender aproximadamente a 80|j o a 60pm. El grado de laminacion corresponde en este caso al grado de deformacion en la direccion de espesor de chapa. La conformacion en fno ascendfa por tanto a > 95 % de volumen. La banda obtenida de esta manera puede cortarse por tanto por medio de un rodillo hendedor al ancho deseado. El material obtenido de esta manera se sometio a un recocido a temperaturas por encima de 700 °C a 800 °C, especialmente en el intervalo de 850 °C a 1.100 °C para una duracion suficiente para la recristalizacion de por
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
ejemplo aproximadamente 1 hora o mas. Por ello se obtienen sustratos metalicos texturizados a alto grado en los que el angulo de inclinacion medio de las cristalitas unas contra otras puede ascender a < 4 a 5°. Una ilustracion de analisis EBSD de una superficie de sustrato de este tipo esta representada en la figura 1.
La figura 2 muestra una imagen AFM (de microscopia de fuerza atomica) o bien un perfil de superficie de una banda metalica texturizada biaxialmente fabricada de manera industrial de acuerdo con la figura 1, en la que pueden distinguirse un gran numero de rasgunos profundos y trazas de laminacion sobre la superficie de sustrato metalico. La rugosidad tras el laminado se determino por medio de un microscopio de fuerza atomica (AFM) con Rms de aproximadamente 19 nm, el area de medicion ascendfa en este caso a 20x20 pm.
Ademas se ha comprobado que las capas de amortizacion depositadas de acuerdo con la figura 2 sobre las superficies de sustrato metalico de acuerdo con la figura 2, especialmente al emplear deposicion de solucion qmmica solamente producen capas amorfas o poco orientadas. Asf la figura 3, curva 1 muestra un diagrama de difraccion de rayos de una capa de amortiguacion de zirconato de lantano depositada sobre una superficie de sustrato metalico de acuerdo con la figura 1 fabricada de acuerdo con el ejemplo 1 del documento DE 102004038030 B4 o el ejemplo 3 (pagina7) del documento DE 102004041053 Al.
De acuerdo con la invencion de acuerdo con el ejemplo segun la invencion, para generar sustratos metalicos texturizados biaxialmente que son adecuados para el crecimiento epitactico de capas de amortiguacion y de otras capas para fabricar disposiciones de capas de superconductor a alta temperatura se emplearon los sustratos metalicos descritos anteriormente de acuerdo con la figuras 1, 2 con la estructura de superficie mostrada.
La superficie de sustrato se sometio en primer lugar a una limpieza, que sin embargo en determinadas condiciones no es obligatoriamente necesaria. La limpieza puede realizarse como limpieza por ultrasonido, por ejemplo con disolventes, especialmente disolventes organicos como alcoholes, cetonas, acidos organicos, especialmente acidos carboxflicos como por ejemplo acido propionico y similares. Alternativa o adicionalmente pueden realizarse tambien metodos de limpieza ffsicos como limpieza por plasma UV.
Seguidamente a la limpieza realizada en caso necesario la superficie de sustrato metalico se somete a un tratamiento de pulido, de acuerdo con el ejemplo de realizacion a un tratamiento de pulido electroqmmico.
El electropulido puede realizarse en un bano de pulido acido. El bano de pulido puede contener uno o varios de los acidos seleccionados del grupo de acido sulfurico, acido fosforico, acidos organicos, especialmente acidos carboxflicos. En el caso presente el bano de pulido se compuso de los componentes principales acido sulfurico/acido ortofosforico (electrolito (E 260) de la empresa Poligrat GmbH, Munich). Se alcanzaron resultados comparables con electrolitos a base exclusivamente de acidos organicos, por ejemplo el electrolito E520 de la empresa Poligrat.
El bano de pulido puede estar construido como se representa en la figura 5. El espacio de catodos KR (celula parcial 1) puede estar separado con el catodo K del espacio de anodos AR (celula parcial 2) con el anodo A a traves de la pared divisoria T. La pared divisoria puede presentar una hendidura S que puede cerrarse por el sustrato metalico M que va a electropulirse, que en este caso es una banda metalica. El sustrato metalico separa por tanto el espacio de anodos y el espacio de catodos preferentemente al menos sustancialmente de manera estanca a lfquidos, estando dispuesto un lado exterior 01 del sustrato metalico en el espacio de anodos y otro o bien el lado superior 02 enfrentado del sustrato metalico en el espacio de catodos. La corriente de electrolisis atraviesa por tanto la banda metalica, especialmente el lado superior de sustrato metalico que va a electropulirse en el espacio de anodos.
Se recristalizaron dos muestras del material obtenido de tal manera con procesos diferentes:
Muestra A:
Recocido de una muestra de 1 m bajo 100 % de hidrogeno durante una hora a 1000 °C en un horno tubular de laboratorio en el funcionamiento discontinuo.
Muestra B:
Recocido de 10 m en un horno tubular continuo con una velocidad de paso de 2 m/h y un tiempo de espera de una hora a 1050 °C y una atmosfera reductora de por ejemplo 100 % de hidrogeno.
Muestra C:
Para mejorar el manejo y para impedir adherencias a altas temperaturas se recubrio una banda de 100 m de largo con una suspension con partfculas de MgO con un tamano de d50 “ 5 pm. La banda se proceso a continuacion como la muestra B.
Las dos muestras A y B mostraron resultados EBSD muy buenos (Electron Back Scattering Diffraction). En las dos muestras el porcentaje de los puntos de medicion (MP) se situo dentro del 10 % de orientacion erronea en mas del 99 %, el porcentaje Mp se situo dentro del 5 % de orientacion erronea en mas del 80 %. El grado de indicacion de las dos muestras ascendio a > 95 %.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
La deposicion siguiente de las capas de amortiguacion de zirconato de lantano (La2Zr2O-7±x) sobre el sustrato metalico tratado de esta manera se realizo por medio del recubrimiento de solucion qmmico, por ejemplo en el procedimiento de inmersion. El recubrimiento se realizo en cada caso como recubrimiento estandar
Como solucion de recubrimiento se empleo propionato de lantano (III) y propionato de zirconio (IV) en una solucion 0,4 molar en acido propionico en cada caso. Alternativamente puede emplearse dado el caso tambien una solucion de pentanodionato de lantano (III) y pentanodionato de zirconio (IV) en una solucion en cada caso en acetilacetonato, por ejemplo en cada caso en una solucion 0,2 molar con respecto a La2Zr2O7.
A continuacion se realizo un secado aplicando temperatura elevada para un espacio de tiempo suficiente, por ejemplo a temperaturas en el intervalo de 100 a 500 °C, por ejemplo de 100 a 350 °C o aproximadamente de 150 a 200 °C. El secado (sin descomposicion) se realizo al aire. Seguidamente al secado se llevo a cabo una cristalizacion del material de capa de amortiguacion, por ejemplo en 1000 a 1050 °C bajo condiciones reductoras, por ejemplo bajo mezcla de hidrogeno y nitrogeno (1 a 5 % de volumen H2 en N2). La duracion de cristalizacion ascendio a 45 min.
En general el recubrimiento puede realizarse tambien por ejemplo de acuerdo con el ejemplo 1 (pagina 6) del documento DE 102004 038 030 B4 o el ejemplo 3 del documento De 10 2004 041 053 A1.
Los recubrimientos y procesos de recocido se realizaron o bien en muestras cortas (10 cm) o continuamente en bandas de hasta 10 m de longitud. Los resultados fueron comparables en los dos procedimientos.
Las capas de amortiguacion de zirconato de lantano obtenidas de esta manera no estaban orientadas ni texturizadas en ninguna de las dos muestras (se obtuvieron diagramas de difraccion de rayos de acuerdo con la figura 3, curva 1).
La muestra C no pudo analizarse ni recubrirse de manera util debido al recubrimiento con MgO.
A continuacion las muestras anteriormente descritas A, B y C se sometieron alternativamente a un procedimiento de acuerdo con la invencion.
Las dos muestras se limpiaron en primer lugar en un bano ultrasonico, por ejemplo empleando disolventes organicos como isopropanol, acetona o similares. Segun el ejemplo de realizacion se realizo en primer lugar una limpieza con isopropanol, a continuacion con acetona. El tiempo de espera en el bano de ultrasonido ascendio en cada caso a 5 min. Una muestra adicional C se ataco qmmicamente, adicionalmente a la limpieza anteriormente descrita en el bano de ultrasonido con un acido organico, por ejemplo acido propionico (al 10 %) en una duracion de aproximadamente 10 min. La limpieza de las dos muestras B y C se realizo en un aparato de paso, la limpieza de la muestra A en el funcionamiento discontinuo. Todas las muestras A, B, C se pulieron a continuacion en una instalacion de electropulido continua. El pulido se realizo con un electrolito acido, por ejemplo a base de acido sulfurico-acido fosforico-acido cftrico con una composicion preferida de 25 a 40 % de acido sulfurico, de 50 a 70 % de acido fosforico y 1 a 20 % acido cftrico. La temperatura de bano ascendio a de 40 a 50 °C, la densidad de corriente 15 A/dm2. El electropulido se realizo durante un espacio de tiempo de aproximadamente 1 min. El electropulido se realizo en la disposicion del sustrato metalico texturizado biaxialmente a un potencial medio sin que esto sea siempre obligatoriamente necesario (para la disposicion de la celula de eletropulido vease la figura 4). La corriente de electrolisis se acoplo en este caso a traves de todo el lado trasero de banda en la banda de manera que a traves de la banda la celula de electropulido se dividio en dos celulas parciales.
Todas las muestras A, B, C mostraron despues de este tratamiento una rugosidad de Rmn < 10 nm (medicion por medio de microscopio de fuerza atomica AFM, area de medicion 10x10 pm).
Los analisis EBSD de estas muestras correspondieron a los de antes del pulido en cuanto a la tasa de indicacion de la superficie de sustrato metalico.
En todas las muestras A, B, C se llevo a cabo como anteriormente un recubrimiento estandar, en ninguna de las muestras pudo obtenerse una capa de amortiguacion de zirconato de lantano orientada.
Segun una variante adicional las muestras A, B, C electropulidas como se describio anteriormente tras el electropulido se sometieron a un nuevo recocido. El recocido se realizo a 1000 °C bajo atmosfera reductora, por ejemplo 100 % de hidrogeno. La muestra A se recocio en un horno discontinuo de laboratorio. El recocido se realizo con un tiempo de calentamiento de una hora y un tiempo de enfriamiento de dos horas sin tiempo de espera a 1000 °C. Las muestras B y C se recocieron en una instalacion de recocido continuo tambien bajo una atmosfera reductora, por ejemplo de 100 % de hidrogeno. El tiempo de espera a la temperatura maxima ascendio a aproximadamente de 1 a 5 min. La temperatura maxima ascendio a entre 850 y 1.100 °C. En este intervalo de temperatura se produjeron resultados comparables para diferentes muestras.
En todas las muestras A, B, C se llevo a cabo un recubrimiento de amortiguacion bajo las condiciones estandar invariables, anteriormente descritas. En todas las muestras pudo comprobarse ahora una capa de amortiguacion de zirconato de lantano cristalina y orientada. El diagrama de difraccion de rayos esta representado en la figura 3, curva
1, la diferencia con la curva es manifiesta. El crecimiento epitactico deseado de la capa de zirconato de lantano puede deducirse de la desaparicion del pico de textura erronea a 28,6° 20. La altura del reflejo [222] a 28,6° 2 0 es una medida directa para la calidad de la transferencia de textura. En el caso ideal debe poder detectarse solamente el reflejo [004] a 33,2.° 20. Los analisis EBSD correspondieron fundamentalmente a aquellos de los del sustrato 5 metalico, comprobandose un empeoramiento reducido de los valores de < 5 % tal como es habitual para los procesos de recubrimiento qmmicos.
Las mediciones RHEED de los sustratos metalicos despues del nuevo tratamiento de recocido mostraron, a diferencia de las muestras electropulidas sin tratamientos de recocido de este tipo, una recristalizacion de las capas atomicas mas superiores del sustrato metalico.
10 Sobre las capas de amortiguacion fabricadas de acuerdo con la invencion de las muestras A, B, C pueden aplicarse una o varias capas de amortiguacion adicionales, pudiendo ser el material de las capas de amortiguacion adicionales aplicadas en cada caso, independientemente entre sf, el mismo material de amortiguacion que el de la primera capa de amortiguacion aplicada de acuerdo con la invencion, u otro material. Directamente sobre la capa de amortiguacion aplicada de acuerdo con la invencion o sobre una capa de amortiguacion adicional depositada puede
15 estar aplicada una capa de superconductor a alta temperatura, por ejemplo de un material YBCO o de otro material superconductor a alta temperatura ceramico, como por ejemplo un material HTS BiCaSr. La invencion comprende las disposiciones de capas adicionales fabricadas de esta manera.
Claims (13)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la fabricacion de un sustrato metalico texturizado biaxialmente con una superficie metalica, en el que el sustrato esta adaptado para la fabricacion de una disposicion de capas de superconductor a alta temperatura (HTS) y en el que la superficie metalica esta adaptada para depositar epitacticamente sobre ella una capa de la disposicion de superconductor a alta temperatura, en donde- se fabrica un sustrato metalico texturizado biaxialmente,- la superficie de sustrato metalico se somete a un tratamiento de pulido que se realiza como electropulido hasta una rugosidad de superficie Rms < 15 nm,- y el sustrato metalico tras el tratamiento de pulido se somete a un recocido posterior antes de que se realice opcionalmente un posterior recubrimiento bajo deposicion epitactica de una capa de la disposicion de capas HTS, realizandose el recocido posterior a una temperatura de > 850 °C.
- 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el electropulido se realiza con una disposicion del sustrato metalico que va a pulirse a un potencial medio.
- 3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el electropulido se realiza con una densidad de corriente de 2 a 80 A/dm2
- 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque antes del pulido se realiza un ataque qmmico de la superficie empleando acidos organicos.
- 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el electropulido de la seccion de superficie correspondiente se realiza durante un espacio de tiempo de < 15 min.
- 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el recocido posterior se realiza a una temperatura adecuada durante un espacio de tiempo suficiente, de manera que se produce una recristalizacion de la superficie de sustrato metalico.
- 7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el recocido posterior se realiza durante un espacio de tiempo de < 15 min respecto a la seccion de superficie correspondiente.
- 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el recocido posterior se realiza bajo una atmosfera reductora.
- 9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el recocido posterior se realiza de tal manera que la superficie es al menos parcialmente cristalina por analisis RHEED.
- 10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el sustrato es una aleacion a base de mquel y/o cobre.
- 11. Procedimiento para la fabricacion de una disposicion de capas de superconductor a alta temperatura (HTS) o de un producto previo (disposicion de capas que no comprende una capa HTS), en el que sobre un sustrato metalico texturizado biaxialmente y fabricado por medio del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10 se aplica directa o indirectamente en cada caso epitacticamente una capa de amortiguacion y/u otra capa intermedia y/o una capa de superconductor a alta temperatura y porque la capa de amortiguacion o la capa intermedia y/o la capa HTS se aplica mediante recubrimientos de solucion qmmicos.
- 12. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque una capa de amortiguacion se aplica epitacticamente sobre el sustrato metalico que crece sobre el cristalograficamente en disposicion girada con respecto al sustrato metalico.
- 13. Sustrato metalico texturizado biaxialmente o disposicion de capas fabricados de acuerdo con un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102008058768A DE102008058768B4 (de) | 2008-11-24 | 2008-11-24 | Verfahren zur Herstellung von Metallsubstraten für HTS-Schichtanordnungen |
| DE102008058768 | 2008-11-24 | ||
| PCT/EP2009/065766 WO2010058031A1 (de) | 2008-11-24 | 2009-11-24 | Verfahren zur herstellung von metallsubstraten für hts-schichtanordnungen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2554841T3 true ES2554841T3 (es) | 2015-12-23 |
Family
ID=41650193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES09760518.2T Active ES2554841T3 (es) | 2008-11-24 | 2009-11-24 | Procedimiento para la fabricación de sustratos metálicos para disposiciones de capas HTS |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8426344B2 (es) |
| EP (1) | EP2368280B1 (es) |
| DE (1) | DE102008058768B4 (es) |
| ES (1) | ES2554841T3 (es) |
| WO (1) | WO2010058031A1 (es) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007024166B4 (de) | 2007-05-24 | 2011-01-05 | Zenergy Power Gmbh | Verfahren zum Bearbeiten eines Metallsubstrats und Verwendung dessen für einen Hochtemperatur-Supraleiter |
| US9608191B2 (en) * | 2011-06-30 | 2017-03-28 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Substrate for superconductor thin film, superconductor thin film, and method for producing substrate for superconductor thin film |
| US20150087144A1 (en) * | 2013-09-26 | 2015-03-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Apparatus and method of manufacturing metal gate semiconductor device |
| US20180175290A1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-06-21 | Arm Ltd. | Forming nucleation layers in correlated electron material devices |
| US12043915B2 (en) | 2019-10-08 | 2024-07-23 | Lake Region Manufacturing, Inc. | Electropolishing of MP35N wire for fatigue life improvement of an implantable lead |
| CN113418946B (zh) * | 2021-07-30 | 2022-08-09 | 贵研检测科技（云南）有限公司 | 一种金属钌的高标定率ebsd制样方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5650362A (en) | 1993-11-04 | 1997-07-22 | Fuji Xerox Co. | Oriented conductive film and process for preparing the same |
| US5508255A (en) * | 1994-07-05 | 1996-04-16 | Superconductor Technologies, Inc. | Epitaxial thallium high temperature superconducting films formed via a nucleation layer |
| US7510641B2 (en) | 2003-07-21 | 2009-03-31 | Los Alamos National Security, Llc | High current density electropolishing in the preparation of highly smooth substrate tapes for coated conductors |
| JP2005056754A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導線材およびその製造方法 |
| DE102004041051B4 (de) | 2003-10-22 | 2017-02-09 | Rieter Ingolstadt Gmbh | Intelligentes Störungsmanagement |
| US20050220986A1 (en) | 2004-04-01 | 2005-10-06 | Superpower, Inc. | Superconductor fabrication processes |
| DE102004038030B4 (de) | 2004-08-05 | 2007-10-25 | Trithor Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperatur-Supraleiters |
| DE102004041053B4 (de) | 2004-08-25 | 2007-08-16 | Trithor Gmbh | Verfahren zur Herstellung dicker REBCO-Schichten für bandförmige Hochtemeperatur-Supraleiter |
| KR100807640B1 (ko) * | 2006-12-22 | 2008-02-28 | 한국기계연구원 | 저온 열처리에 의해 이축배향성 완충층을 형성하는전구용액 |
| DE102007024166B4 (de) * | 2007-05-24 | 2011-01-05 | Zenergy Power Gmbh | Verfahren zum Bearbeiten eines Metallsubstrats und Verwendung dessen für einen Hochtemperatur-Supraleiter |
| DE102008016257B4 (de) | 2008-03-29 | 2010-01-28 | Zenergy Power Gmbh | Hochtemperatursupraleiter-Schichtanordnung und Verfahren zur Herstellung einer solchen |
-
2008
- 2008-11-24 DE DE102008058768A patent/DE102008058768B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-11-24 US US13/130,631 patent/US8426344B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-11-24 EP EP09760518.2A patent/EP2368280B1/de not_active Not-in-force
- 2009-11-24 ES ES09760518.2T patent/ES2554841T3/es active Active
- 2009-11-24 WO PCT/EP2009/065766 patent/WO2010058031A1/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102008058768B4 (de) | 2011-12-15 |
| EP2368280B1 (de) | 2015-09-02 |
| WO2010058031A1 (de) | 2010-05-27 |
| US20110237441A1 (en) | 2011-09-29 |
| EP2368280A1 (de) | 2011-09-28 |
| US8426344B2 (en) | 2013-04-23 |
| DE102008058768A1 (de) | 2010-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2554841T3 (es) | Procedimiento para la fabricación de sustratos metálicos para disposiciones de capas HTS | |
| EP1653484B2 (en) | Method of producing a superconducting wire | |
| Coll et al. | All chemical YBa2Cu3O7 superconducting multilayers: Critical role of CeO2 cap layer flatness | |
| US20140100112A1 (en) | Electrodeposition of biaxially textured layers on a substrate | |
| EP2725586B9 (en) | Superconducting wire | |
| US20090298698A1 (en) | High-temperature superconductor layer arrangement | |
| US20110105336A1 (en) | Rare earth element oxide superconductive wire material and method of producing the same | |
| JPWO2018163501A1 (ja) | 酸化物超電導薄膜材料、酸化物超電導薄膜線材および酸化物超電導薄膜の製造方法 | |
| EP2592632A1 (en) | Superconducting thin film substrate and superconducting thin film, and superconducting thin film substrate manufacturing method | |
| Zhao et al. | Controlled growth of epitaxial CeO 2 thin films with self-organized nanostructure by chemical solution method | |
| JP4602911B2 (ja) | 希土類系テープ状酸化物超電導体 | |
| JP4741326B2 (ja) | 酸化物超電導導体およびその製造方法 | |
| JP2007115561A (ja) | 希土類系テープ状酸化物超電導体及びその製造方法 | |
| CN102017207B (zh) | 高温超导体-层配置体 | |
| ES2372886T3 (es) | Procedimiento para la preparación de un substrato conformado para un conductor recubierto y conductor recubierto utilizando dicho substrato. | |
| JP2008293976A (ja) | 超伝導性薄膜ストリップ導体のための金属基体 | |
| JP5503252B2 (ja) | 希土類系酸化物超電導線材 | |
| JP5380250B2 (ja) | 希土類系酸化物超電導線材及びその製造方法 | |
| WO2013015328A1 (ja) | 超電導薄膜用基材、超電導薄膜及び超電導薄膜の製造方法 | |
| Siegal et al. | Optimizing SrTiO3 films on textured Ni substrates using chemical solution deposition | |
| JP5939995B2 (ja) | 超電導線材及び超電導線材の製造方法 | |
| ES2345462T3 (es) | Estructura superconductora estratificada para altas temperaturas y procedimiento para su produccion. | |
| Yu | Fabrication of a new Cu-Ni bi metallic substrate and deposition of La2Zr2O7 (LZO) film on metallic substrate by chemical solution deposition process. | |
| Sandiumenge et al. | Growth mechanism and opmization of MOD CeO2 buffer layers for TFA YBa2Cu3O7/CeO2 multilayers | |
| WO2020064505A1 (en) | Process for producing highly oriented metal tapes |