[發明專利]高溫超導膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310037983.1
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103086722A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 吳蔚;馮峰;史鍇;黃榮廈;瞿體明;張燕怡;肖紹鑄;韓征和
• 申請（專利權）人: 清華大學;清華大學深圳研究生院
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/45;C04B35/50
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

技術領域

本發明涉及高溫超導材料制備技術領域，尤其涉及一種使用化學溶液沉積技術制備高溫超導膜的方法。

背景技術

稀土鋇銅氧（REBa_1+xCu₃O_7-y，其中RE為稀土元素如Y、Gd、Sm等，0.5≤x≤1，0<y<0.5）高溫超導膜是第二代高溫超導導線（又被稱為涂層導體）的核心組成部分，它在液氮溫度（77?K）具有極高的自場臨界電流密度(一般高于1?MA/cm²)，并且適合在高磁場環境下應用。目前制備高溫超導膜的技術主要包括化學溶液沉積和一些真空沉積方法，其中化學溶液沉積技術由于不需要昂貴的真空設備，非常有利于降低生產成本，并且通過該技術制備的高溫超導膜具有優良的性能，同時該技術化學計量比易于精細調節、成膜均勻性好、成相純度高、沉積速率高、對基底的形狀和尺寸選擇范圍很寬。因此，化學溶液沉積技術被認為是發展低成本、高性能的第二代高溫超導導線產業化制備的核心技術之一。

使用化學溶液沉積技術制備高溫超導膜主要步驟包括：前驅物配制、涂覆和熱處理。熱處理過程又通常被分為熱分解、燒結和充氧三個階段。其中，熱分解之后的膜樣品需要具備平整光滑的表面形貌，這對于最終的高溫超導膜的性能起著至關重要的作用。而在熱分解階段當中，前驅膜內有機成分會被大量移除，發生有機物分解和氧化等反應，同時伴隨大量氣體的產生甚至聚集，膜與基底之間一般也會存在熱膨脹系數差異，這些因素會導致前驅膜內產生應力，從而可能引起開裂、褶皺和起泡等有害形貌的出現。

因此，在傳統的化學溶液沉積技術制備高溫超導膜流程中，一般采用極其緩慢的升溫過程，以降低熱分解中前驅膜內部產生的應力，通常這樣的傳統熱分解階段需要10-12小時（Superconductor?Science?&?Technology?16(11):?R71-R94）。這樣的傳統熱分解工藝導致整個的熱處理時間過長，嚴重降低了高溫超導膜的制備速率，而且這也在第二代高溫超導導線的產業化制備中提高了對熱處理設備的要求，于是該問題成為了制約導線成本下降的最主要因素之一。因此對于化學溶液沉積技術來說，大幅度減少熱分解時間是提高高溫超導膜生產速率、降低制備成本的關鍵問題。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種快速制備高溫超導膜的方法，利用該方法可大幅縮短化學溶液沉積技術中熱處理階段所需的時間，并能使前驅膜在快速熱分解過程中保持良好的表面形貌。

本發明提供一種高溫超導膜的制備方法，其包括以下具體步驟：

（S1）將稀土金屬鹽、鋇鹽和銅鹽按比例稱量并分散于一溶劑中，配制得到一前驅物母體；

（S2）在該前驅物母體中加入一聚合物，攪拌后得到一改性前驅物；

（S3）提供一基底，將所述改性前驅物涂覆于該基底上形成一前驅膜；

（S4）將該前驅膜置入一熱處理爐中，將爐溫升至300℃-650℃并保溫0分鐘-60分鐘；

（S5）將爐溫升至730℃-825℃并保溫20分鐘-250分鐘；以及

（S6）將爐溫降至400℃-500℃并保溫0分鐘-240分鐘。

與現有技術相比，本發明中聚合物的添加可以增強反應產生的氣體在前驅物中的擴散能力，并有效提高前驅物的機械性能，從而使前驅物能夠承受極高的升溫速率造成的劇烈反應而不出現開裂或褶皺等有害形貌；本發明方法可將化學溶液沉積技術中熱處理的總時間降低至6小時以內，尤其是可以使熱分解階段的時間從傳統技術的10小時以上縮短至1小時以內，極大地提高了制備高溫超導膜的制備速率；利用本發明可獲得表面致密平整、超導性能優良的高溫超導膜，其超導臨界溫度可達91?K，在77?K和自場下的臨界電流密度大于1?MA/cm²。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的高溫超導膜的制備工藝流程圖。

圖2是本發明實施例提供的釔鋇銅氧高溫超導膜的X射線衍射（XRD）測量結果。

圖3是本發明實施例提供的釔鋇銅氧高溫超導膜的超導臨界溫度（T_c）測量結果。

如下具體實施方式將結合上述附圖進一步說明本發明。

具體實施方式

下面將結合附圖及具體實施例，對本發明提供的高溫超導膜的制備方法做進一步的詳細說明。

請參見圖1，本發明實施例提供一種高溫超導膜的制備方法，其包括以下具體步驟：

（S1）將稀土金屬鹽、鋇鹽和銅鹽按比例稱量并分散于一溶劑中，配制得到一前驅物母體；