一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法
【專利摘要】一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，屬于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體帶材制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括以下步驟：（1）將硝酸鋁、乙醇和醋酸釔按比例制備前驅(qū)液1；（2）將醋酸釔與丙酸按比例制備前驅(qū)液2；（3）以一定速度用丙酮連續(xù)清洗金屬帶材；（4）以一定速度用乙醇連續(xù)清洗金屬帶材；（5）用連續(xù)走帶、階梯升溫設(shè)備涂覆并熱處理前驅(qū)液1制備非晶釔鋁氧化膜；（6）用連續(xù)走帶、階梯升溫設(shè)備涂覆并熱處理前驅(qū)液2，制備表面光滑的非晶氧化釔膜。本發(fā)明利用連續(xù)走帶、階梯加熱退火提高了制備非晶氧化物薄膜的速度，制備的氧化物薄膜既平坦了金屬基帶表面，又阻擋了金屬原子高溫下向超導(dǎo)層的擴(kuò)散，是低成本制備高溫超導(dǎo)帶材的關(guān)鍵技術(shù)。
【專利說明】一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于第二代高溫超導(dǎo)帶材【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及第二代高溫超導(dǎo)帶材中金屬基帶表面溶液快速平坦化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]第二代高溫超導(dǎo)帶材是高溫超導(dǎo)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，它的制備包括兩部分:雙軸織構(gòu)基帶制備和功能層制備。雙軸織構(gòu)基帶制備工藝可分為兩大類:離子束輔助沉積技術(shù)(1n Beam Assisted Deposition,縮寫為IBAD)和軋制輔助雙軸織構(gòu)技術(shù)(Rolled Assisted Biaxially Textured Substrates,縮寫為 RABiTS)。離子束輔助沉積技術(shù)(IBAD)對(duì)金屬基帶的材料沒有特殊要求，哈氏合金和不銹鋼都可作為基帶材料，離子束輔助沉積氧化鎂可以快速獲得所需要的織構(gòu)。但是，離子束輔助沉積氧化鎂要求表面非常光滑的金屬基帶，要求表面粗糙度小于2納米。拋光金屬基帶可以采用傳統(tǒng)的拋光工藝如機(jī)械拋光和電化學(xué)拋光。機(jī)械拋光工藝成本高、效率低，不適于柔性金屬長(zhǎng)帶的表面拋光；電化學(xué)拋光工藝僅適合一些特定的金屬帶材，而且化學(xué)廢液對(duì)環(huán)境造成污染，廢液處理成本較高。
[0003]一種新的使金屬基帶表面光滑的方法是溶液平坦化方法，它通過在柔性金屬基帶表面涂覆一層氧化物前驅(qū)液，利用表面張力作用，在突起區(qū)域殘留液少，在溝槽區(qū)域殘留液多，液膜作為連續(xù)的整體對(duì)基帶表面起到平整化作用；然后經(jīng)過熱處理，前驅(qū)液膜揮發(fā)、分解成非晶氧化物膜。非晶氧化 物膜相比原始金屬基帶，表面粗糙大大降低。通過多次重復(fù)以上步驟，表面粗糙度不斷降低，表面粗糙度可以達(dá)到I納米以下，可用作離子束輔助沉積雙軸織構(gòu)氧化鎂的基帶。通過溶液平坦化方法制備的非晶氧化物膜不但表面光滑，而且厚度可調(diào)，還可以阻擋高溫下金屬基帶原子的擴(kuò)散，防止金屬原子擴(kuò)散進(jìn)入超導(dǎo)層而破壞超導(dǎo)性。此方法具有低成本，適合規(guī)模化生產(chǎn)的特點(diǎn)。但是，此方法也有缺點(diǎn)，溶液平坦化方法熱處理生成非晶氧化物膜過程中，既存在有機(jī)物揮發(fā)過程，也存在分解過程，為防止出現(xiàn)缺陷，升溫速度不能太大，導(dǎo)致走帶速度較慢。為了實(shí)現(xiàn)低成本、快速溶液平坦化柔性金屬表面，采用連續(xù)走帶，階梯升溫是一條有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種連續(xù)、快速的將柔性金屬帶材粗糙表面平坦化技術(shù)，能應(yīng)用于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體帶材和其它需要表面光滑柔性金屬基帶的情況。
[0005]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，采用連續(xù)走帶，階梯升溫，高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體基帶溶液平坦化方法，其特征在于，包括下述步驟:
(O前驅(qū)液I制備:將硝酸鋁與乙醇溶劑按預(yù)定比例溶解，使用超聲波震蕩加快溶解，待完全溶解后，加入一定比例的醋酸釔，攪拌加熱到50-60度加快溶解，然后加入再加入乙醇，使前驅(qū)液I中，鋁離子與釔離子濃度之比為1:1，鋁離子濃度為0.1-0.4mol/l。
[0006](2)前驅(qū)液2制備:將醋酸釔與丙酸按比例溶解，最后加入丙酸溶劑，使前驅(qū)液2中宇乙離子濃度0.05-0.3mol/l ο
[0007](3)金屬基帶丙酮清洗:按圖1所示安裝好柔性金屬帶材，將丙酮倒入圖1所示3個(gè)液槽中，保證能淹沒金屬帶材，三個(gè)液槽置入盛水的超聲容器中，超聲設(shè)備工作，同時(shí)使金屬帶材以30-50米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)丙酮液槽。往返工作多次。
[0008](4)金屬基帶乙醇清洗:把步驟(3)中三個(gè)液槽換為乙醇，超聲設(shè)備工作，金屬帶材以30-50米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)乙醇液槽。往返工作多次,最后一次把管式爐打開，A、B、C三段溫度都設(shè)定為200-250度。
[0009](5)涂覆并熱處理前驅(qū)液1:用圖1所示的連續(xù)走帶分段加熱設(shè)備涂覆并加熱前驅(qū)液1，圖1中6個(gè)管式爐情況相同，都分為A、B、C三個(gè)溫區(qū)，A的溫度最高，C的溫度最低，相鄰溫區(qū)的溫差可以設(shè)定10-40度。在圖1所示3個(gè)液槽中盛前驅(qū)液1，開啟管式爐2、4、6，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10-20度，設(shè)定C區(qū)溫度為560-600度，金屬帶材以40-100米/小時(shí)的速度經(jīng)過液槽，然后加熱，每走一次，金屬基帶上涂覆了三層釔鋁氧化膜。重復(fù)多次，可以得到不同厚度的非晶釔鋁氧化膜。
[0010](6)涂覆并熱處理前驅(qū)液2:把步驟(5)中的前驅(qū)液換為前驅(qū)液2，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10-20度，設(shè)定C區(qū)溫度為500-580度，金屬帶材以60-150米/小時(shí)的速度經(jīng)過液槽，然后加熱，每走一次，金屬基帶上涂覆了三層氧化釔膜。重復(fù)多次，可以得到不同厚度的非晶氧化釔膜，直到得到薄膜表面均方根粗糙度在5X5平方微米內(nèi)小于2納米。
[0011](7)所述步驟(3) (4) (5) (6)中，金屬基帶為哈氏合金基帶或不銹鋼基帶，未處理前表面5 X 5平方微米內(nèi)，均方根粗糙度20-60納米。
[0012](8)所述步驟(6 ) (7)中，表面均方根粗糙度采用原子力顯微鏡測(cè)試得到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了清楚的說明本發(fā)明的技術(shù)方案和實(shí)施例，下面將對(duì)發(fā)明技術(shù)描述和實(shí)施例中所需使用的附圖作簡(jiǎn)要介紹。
[0014]圖1為連續(xù)走帶，階梯升溫設(shè)備示意圖。
[0015]圖2為實(shí)施例一的X射線衍射Θ -2 Θ掃描圖。
[0016]圖3為實(shí)施例一的原子力顯微鏡(AFM)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例一:哈氏合金276上化學(xué)溶液法快速制備AlYCAY2O3非晶薄膜用于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體基帶平坦化的方法，包括下述步驟:
(I)前驅(qū)液I制備:取硝酸鋁67.5克與1500毫升乙醇溶解，使用超聲波震蕩加快溶解，待完全溶解后，加入61克醋酸釔，攪拌加熱到50度加快溶解，然后加入再加入乙醇使體積達(dá)到1800毫升，使前驅(qū)液I中鋁離子濃度為0.lmol/1。
[0018](2)前驅(qū)液2制備:將醋酸釔60.8克與1600毫升丙酸按溶解，最后加入丙酸使體積達(dá)到1800毫升，使前驅(qū)液2中釔離子濃度為0.lmol/1 ο
[0019](3)金屬基帶丙酮清洗:按圖1所示安裝好柔性金屬帶材，將1800毫升丙酮分別倒入圖1所示3個(gè)液槽中，保證能淹沒金屬帶材，三個(gè)液槽置入盛水的超聲容器中，超聲設(shè)備工作，同時(shí)使金屬帶材以30米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)丙酮液槽。往返工作3次。[0020](4)金屬基帶乙醇清洗:把步驟(3)中三個(gè)液槽換為乙醇，超聲設(shè)備工作，金屬帶材以30米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)乙醇液槽。往返工作3次，最后一次把管式爐打開，A、B、C三段溫度都設(shè)定為230度。
[0021](5)涂覆并熱處理前驅(qū)液1:在圖1所示的3個(gè)液槽中分別盛600毫升前驅(qū)液1，先開啟管式爐2、4、6，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10度，設(shè)定C區(qū)溫度為570度，金屬帶材以50米/小時(shí)的速度經(jīng)過液槽，然后加熱。金屬基帶向右走完后，再向左走，此時(shí)關(guān)閉2、4、6管式爐，開啟1、3、5管式爐，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10度，設(shè)定C區(qū)溫度為570度，金屬帶材以50米/小時(shí)的速度經(jīng)過液槽，然后加熱。這樣重復(fù)2次，表面粗糙度為2.2納米。
[0022](6)涂覆并熱處理前驅(qū)液2:把步驟(5)中的前驅(qū)液換為釔離子濃度為0.lmol/1的前驅(qū)液2，設(shè)定C區(qū)溫度為510度，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10度，金屬帶材以60米/小時(shí)的速度向右走，經(jīng)過液槽，然后加熱。金屬基帶向右走完后，再向左走，此時(shí)關(guān)閉2、4、6管式爐，開啟1、3、5管式爐，設(shè)定C區(qū)溫度為510度，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10度，金屬帶材以60米/小時(shí)的速度向左走。重復(fù)2次，XRD測(cè)試結(jié)果如圖2所示，表明薄膜是非晶結(jié)構(gòu)，表面粗糙度為1.2納米，如圖3所示。
[0023]實(shí)施例二:哈氏合金276上化學(xué)溶液法快速制備AlYCAY2O3非晶薄膜用于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體基帶平坦化的方法，包括下述步驟:
(I)前驅(qū)液I制備:取硝酸鋁135克與1700毫升乙醇溶解，使用超聲波震蕩加快溶解，待完全溶解后，加入122克醋酸釔，攪拌加熱到60度加快溶解，然后加入再加入乙醇使體積達(dá)到1800毫升，使前驅(qū)液I中鋁離子濃度為0.2mol/l。
[0024](2)前驅(qū)液2 制備:將醋酸釔30.4克與1700毫升丙酸按溶解，最后加入丙酸使體積達(dá)到1800毫升，使前驅(qū)液2中釔離子濃度為0.05mol/lo
[0025](3)金屬基帶丙酮清洗:按圖1所示安裝好柔性金屬帶材，將1800毫升丙酮分別倒入圖1所示3個(gè)液槽中，保證能淹沒金屬帶材，三個(gè)液槽置入盛水的超聲容器中，超聲設(shè)備工作，同時(shí)使金屬帶材以40米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)丙酮液槽。往返工作3次。
[0026](4)金屬基帶乙醇清洗:把步驟(3)中三個(gè)液槽換為乙醇，超聲設(shè)備工作，金屬帶材以50米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)乙醇液槽。往返工作3次，最后一次把管式爐打開，A、B、C三段溫度都設(shè)定為250度。
[0027](5)涂覆并熱處理前驅(qū)液1:在圖1所示的3個(gè)液槽中分別盛600毫升前驅(qū)液I,先開啟管式爐2、4、6，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為15度，設(shè)定C區(qū)溫度為590度，金屬帶材以70米/小時(shí)的速度經(jīng)過液槽，然后加熱。金屬基帶向右走完后，再向左走，此時(shí)關(guān)閉2、4、6管式爐，開啟1、3、5管式爐，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10度，設(shè)定C區(qū)溫度為590度，金屬帶材以70米/小時(shí)的速度經(jīng)過液槽，然后加熱。這樣重復(fù)2次，表面粗糙度為1.9納米。
[0028](6)涂覆并熱處理前驅(qū)液2:把步驟(5)中的前驅(qū)液換為釔離子濃度為0.05mol/l的前驅(qū)液2，設(shè)定C區(qū)溫度為530度，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10度，金屬帶材以80米/小時(shí)的速度向右走，經(jīng)過液槽，然后加熱。金屬基帶向右走完后，再向左走，此時(shí)關(guān)閉2、4、6管式爐，開啟1、3、5管式爐，設(shè)定C區(qū)溫度為530度，三個(gè)溫區(qū)的溫差相等，為10度，金屬帶材以80米/小時(shí)的速度向左走。重復(fù)2次，表面粗糙度為0.9納米。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)前驅(qū)液I制備:將硝酸鋁與乙醇溶劑按預(yù)定比例溶解，使用超聲波震蕩加快溶解，待完全溶解后，加入一定比例的醋酸釔，攪拌加熱到50-60度加快溶解，然后加入再加入乙醇，使前驅(qū)液I中，鋁離子與釔離子濃度之比為1:1，鋁離子濃度為0.1-0.4mol/l ； (2)前驅(qū)液2制備:將醋酸釔與丙酸按比例溶解，最后加入丙酸溶劑，使前驅(qū)液2中釔離子濃度 0.05-0.3mol/l ； (3)金屬基帶丙酮清洗:將丙酮倒入連續(xù)走帶、階梯升溫設(shè)備的液槽中，保證能淹沒金屬帶材，三個(gè)液槽置入盛水的超聲容器中，超聲設(shè)備工作，同時(shí)使金屬帶材以30-50米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)丙酮液槽；往返工作多次； (4)金屬基帶乙醇清洗:將乙醇倒入連續(xù)走帶、階梯升溫設(shè)備的液槽中，保證能淹沒金屬帶材，三個(gè)液槽置入盛水的超聲容器中，超聲設(shè)備工作，金屬帶材以30-50米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)乙醇液槽；往返工作多次，最后一次把管式爐打開，A、B、C三段溫度都設(shè)定為 200-250 度； (5)涂覆并熱處理前驅(qū)液1:前驅(qū)液I倒入連續(xù)走帶、階梯升溫設(shè)備的液槽中；開啟管式爐2、4、6，三個(gè)溫區(qū)的溫差為10-20度，設(shè)定C區(qū)溫度為560-600度，金屬帶材以40-100米/小時(shí)的速度經(jīng)過三個(gè)液槽，金屬基帶上涂覆了三層釔鋁氧化膜；重復(fù)多次，可以得到不同厚度的非晶釔鋁氧 化膜； (6)涂覆并熱處理前驅(qū)液2:前驅(qū)液I倒入連續(xù)走帶、階梯升溫設(shè)備的液槽中；開啟管式爐2、4、6，三個(gè)溫區(qū)的溫差為10-20度，設(shè)定C區(qū)溫度為500-580度，金屬帶材以60-150米/小時(shí)的速度經(jīng)過三個(gè)液槽，金屬基帶上涂覆了三層氧化釔膜；重復(fù)多次，可以得到不同厚度的非晶氧化釔膜，直到得到薄膜表面均方根粗糙度在5X5平方微米內(nèi)小于2納米。
2.如權(quán)利要求1所述的一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，所述步驟(3) (4) (5) (6)中，金屬基帶為哈氏合金基帶或不銹鋼基帶，未處理前表面5X5平方微米內(nèi)，均方根粗糙度20-60納米。
3.如權(quán)利要求1所述的一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，所述步驟(3) (4) (5) (6)中，連續(xù)走帶、階梯升溫設(shè)備是金屬基帶在加熱過程中連續(xù)通過三個(gè)不同溫度的加熱區(qū)，相鄰加熱區(qū)之間溫差調(diào)節(jié)范圍是10-40度，走帶速度調(diào)節(jié)范圍是30-200米/小時(shí)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，所述步驟(1)中，前驅(qū)液I中，鋁離子與釔離子濃度之比為1:1，鋁離子濃度范圍為0.1-0.4mol/lο
5.如權(quán)利要求1所述的一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，所述步驟(2)中，前驅(qū)液2中釔離子濃度范圍為0.05-0.3mol/l。
6.如權(quán)利要求1所述的一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，所述步驟(3)中，金屬帶材以30-50米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)丙酮液槽。
7.如權(quán)利要求1所述的一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，所述步驟(4)中，金屬帶材以30-50米/小時(shí)的速度順序經(jīng)過三個(gè)乙醇液槽,最后一次走帶把管式爐溫度都設(shè)定為200-250度。
8.如權(quán)利要求1所述的一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，所述步驟(5)中，C區(qū)溫度設(shè)置為560-600度，三個(gè)溫區(qū)的溫差為10-20度，金屬帶材以40-100米/小時(shí)的速度經(jīng)過三個(gè)液槽。
9.如權(quán)利要求1所述的一種柔性金屬帶材表面快速溶液平坦化方法，其特征在于，所述步驟(6)中，C區(qū)溫度設(shè)定為500-580度，三個(gè)溫區(qū)的溫差為10-20度，金屬帶材以60-150米/小時(shí)的 速度經(jīng)過三個(gè)液槽。
【文檔編號(hào)】B05D7/14GK103981484SQ201410172901
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】趙遵成, 田曉光, 盧濤 申請(qǐng)人:趙遵成