[發明專利]一種釔鋇銅氧涂層導體前驅膜的制備方法

有效

• 申請號: 200910219600.6
• 申請日: 2009-12-18
• 公開（公告）號: CN101710502A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 張云;金利華;盧亞鋒;李成山;張國防
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B12/06
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明涉及一種涂層導體前驅膜的制備方法，尤其是涉及一種釔鋇銅氧涂層導體前驅膜的制備方法。

背景技術

YBCO(釔鋇銅氧)涂層導體以其77K下優越的高場性能成為替代第一代實用高溫超導帶材(Bi系帶材)的首選材料。采用低成本涂層導體制備技術三氟乙酸鹽-金屬有機沉積(TFA-MOD)制備YBCO層是國際上公認的發展趨勢。美國超導公司(AMSC)和日本超導研究實驗室(SRL)均在TFA-MOD技術方面獲得了突破，已實現了輥到輥連續制備，可以批量生產。人們預期，涂層導體能夠實現在電纜、發電機、電動機和高磁場磁體等方面的商業應用。

低成本TFA-MOD技術制備YBCO薄膜一個重要特點就是要經過兩個復雜的熱處理過程，即在低溫階段的金屬有機鹽的熱分解和在高溫階段的氧化膜外延生長。在低溫階段金屬有機物會熱分解形成非晶態或納米晶，同時有機溶劑的揮發和有機物的分解會引起膜厚的急劇減小，而襯底產生阻礙非晶多孔網狀結構薄膜的粘性流動將在薄膜中產生很大的平行于膜面的拉應力，這個拉應力可能使薄膜產生宏觀非均勻性，如薄膜的宏觀裂紋或折皺。前驅膜的微觀組織形貌極大地影響著YBCO層的成相過程和超導性能。獲得完整表面形貌的前驅膜是優化涂層導體高溫熱處理工藝的前提。

影響前驅膜完整性的因素有涂覆環境的相對濕度、干濕轉變點溫度、升溫速度、氣體流速、燒結氣氛、水汽分壓等。西班牙CSIC的Zalamova等人研究發現，升溫速度和氣體流速是導致前驅膜出現裂紋和折褶的主要原因，而燒結氣氛是影響薄膜成相不均勻的主要原因。前人研究了預分解階段升溫速率、氣體流速、燒結氣氛等因素對前驅膜形貌的影響，我們的研究發現，涂覆環境的相對濕度和低溫熱處理階段的水汽分壓也是影響前驅膜完整性的重要原因。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種釔鋇銅氧涂層導體前驅膜的制備方法，利用該方法制備出的YBCO(釔鋇銅氧)前驅膜表面光滑、均勻、無宏(微)觀裂紋、無褶皺和氣泡，具有完整表面形貌，有利于YBCO高溫成相膜成分的均勻性，從而提高超導性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種釔鋇銅氧涂層導體前驅膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)將前驅體乙酸釔、乙酸鋇和乙酸銅在室溫下按原子數比Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的比例混合，溶入去離子水中形成溶液，加入適量的三氟乙酸使乙酸釔、乙酸鋇和乙酸銅充分溶解，在溫度60℃-80℃條件下回流6-10小時，得到Y、Ba和Cu三氟乙酸鹽的混合物，然后加入甲醇在旋轉蒸發儀上反復減壓蒸餾得純凈的Y、Ba和Cu的三氟乙酸鹽凝膠，在純凈的Y、Ba和Cu的三氟乙酸鹽凝膠中加入適量的溶劑無水甲醇和螯合劑丙二酸，得到Y、Ba和Cu三種金屬離子總摩爾濃度為c的釔鋇銅氧前驅液，1.5≤c≤2.0mol/L，所述無水甲醇和丙二酸的體積比為15-20∶1；

(2)在密閉的玻璃罩中通入氬氣或氮氣進行氣體交換，在涂覆環境溫度低于30℃和涂覆環境相對濕度低于40％的條件下，將步驟(1)中的釔鋇銅氧前驅液旋涂于已用丙酮超聲清洗過的LaAlO₃單晶基片上，然后將旋涂好的LaAlO₃單晶基片置于管式爐中進行低溫熱處理，低溫熱處理條件為：氧氣流速保持為3-20mm/s，室溫條件下通入干燥的氧氣，150℃開始通入含有水汽的氧氣，水汽分壓為610.5-1228Pa，從室溫到200℃以3℃/分鐘的升溫速率加熱，在200-250℃溫區內以0.14℃/分鐘的升溫速率加熱，在250-400℃溫區內以1℃/分鐘的升溫速率加熱，400℃以后停止加熱和通氣，冷卻至室溫，即獲得均勻完整的釔鋇銅氧涂層導體前驅膜。

上述步驟(1)中所述無水甲醇和丙二酸的優選體積比為20∶1。

上述步驟(2)中所述氬氣或氮氣的體積純度均≥99.999％。

本發明與現有技術相比具有以下優點：本發明有效控制了影響前驅膜不完整性形貌出現的濕度影響因素，縮短了熱處理的時間，制備出的YBC0前驅膜表面無宏(微)觀裂痕、光滑平整、無褶皺和孔洞、完整，避免了薄膜的宏觀裂紋或褶皺等不完整性薄膜形貌的出現，以保持薄膜宏觀尺度上的均勻完整性。

下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

具體實施方式

實施例1