專利名稱：一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體NiO緩沖層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體緩沖層薄膜的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
第二代高溫超導(dǎo)帶材即稀土鋇銅氧REBCO涂層導(dǎo)體，具有較第一代BSCCO系超導(dǎo)帶材更高的臨界電流密度以及磁場(chǎng)中更好的超導(dǎo)性能，在超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)電機(jī)和超導(dǎo)變壓器等方面將有著重大應(yīng)用前景，各發(fā)達(dá)國(guó)家從本國(guó)電力能源的技術(shù)革新和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，大力推進(jìn)第二代高溫超導(dǎo)體研究與實(shí)用化進(jìn)程，國(guó)際間競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈激烈。但是REBCO超導(dǎo)層在制備過(guò)程中對(duì)氧的依賴很嚴(yán)重，很容易氧化金屬基底，同時(shí)金屬離子也會(huì)向超導(dǎo)層擴(kuò)散，這都將嚴(yán)重影響了 REBCO的超導(dǎo)性能。因此，在金屬襯底和REBCO之間必須增加一層緩沖層材料，既要充當(dāng)金屬襯底從到REBCO外延生長(zhǎng)的中間模板，又要阻擋兩種材料的相互擴(kuò)散，這樣才能保證制備出性能優(yōu)良的REBCO高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體。因此，高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體都具有襯底、緩沖層(至少一層)和REBCO超導(dǎo)涂層三層結(jié)構(gòu)，并開發(fā)出了如CeO2, LaAlO3, MgO, La2Zr2O7, Ba^O3等緩沖層材料。另一方面，隨著采用RABiTS(軋制輔助雙軸織構(gòu)法)制備雙軸織構(gòu)的Ni基合金基帶的日趨成熟，在RABiTS的Ni基合金基帶外延生長(zhǎng)高品質(zhì)的緩沖層以及后續(xù)的超導(dǎo)層已逐漸成為制備第二代高溫超導(dǎo)帶材的主要技術(shù)趨勢(shì)。此外，在Ni基合金基底上沉積氧化物緩沖層時(shí)，由于Ni基合金基底的自發(fā)不定向氧化，很容易導(dǎo)致取向雜亂的MO的生成，進(jìn)而嚴(yán)重影響后續(xù)超導(dǎo)層的織構(gòu)生長(zhǎng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常采用還原氣氛或者純氬氣氛中制備，以避免NiO的生成，這無(wú)疑提高了制備成本。另外一個(gè)有效的解決途徑就是利用自氧化外延(SOE)技術(shù)使其預(yù)先生成織構(gòu)的M0，這樣織構(gòu)的NiO薄膜既可以做后續(xù)緩沖層和超導(dǎo)層織構(gòu)的生長(zhǎng)模板，又可以起到阻止Ni擴(kuò)散的緩沖層作用，而自氧化外延(SOE)技術(shù)也將成為一種簡(jiǎn)單有效，成本低廉的制備涂層導(dǎo)體緩沖層的技術(shù)國(guó)外 Matsumoto 等人[Physica C. 2000，335 :39]于 2000 年最早提出在 RABiTS的M基帶上利用SOE的方法制備出了雙軸織構(gòu)良好的NiO緩沖層，并在其上依次沉積了 MgO 和 YBC0，得到 Jc(77K，0T) = 3X 105A/cm2。近年，Huhne 等人[Supercond. Sci.Technol. 2006，19 :169] [App 1. Phys. Lett. 2007,90 :012510]發(fā)展了 Mastsumoto 等人的工作，分別在Ni-Ag，Ni-C, Ni-V, Ni-Ce和Ni-Mo合金基帶上成功制備出了雙軸織構(gòu)良好的NiO緩沖層，并沉積了后續(xù)的Ba&03、SrZr03等緩沖層。但是他們大都是在高溫1000°C -1200°C下進(jìn)行制備，不僅工業(yè)設(shè)備要求高，高溫下金屬形變也高，而且向800°C左右超導(dǎo)層的制備溫區(qū)過(guò)度的難度也大。開發(fā)一種低溫下自氧化外延制備織構(gòu)良好的NiO緩沖層的技術(shù)將對(duì)涂層導(dǎo)體的大規(guī)模應(yīng)用起到非常重要的作用。此外，在二代的超導(dǎo)帶材的應(yīng)用開發(fā)中，缺乏可靠，性價(jià)比高，易于推廣的帶材制備技術(shù)是制約其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸，一方面要求帶材越長(zhǎng)越好，另一方面如何在基帶上制備出雙面織構(gòu)的緩沖層是急需解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體NiO (200)緩沖層的方法。該方法的制作成本低，工藝簡(jiǎn)單，易制得品質(zhì)良好的雙面附0(200)緩沖層薄膜，并且厚度容易控制，能有效地發(fā)揮涂層導(dǎo)體緩沖層的作用。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體Ni0(200)緩沖層的方法，其步驟是a、基帶的表面腐蝕修飾將退火處理后雙軸織構(gòu)NiW合金(200)基帶(寬為 10mm)，正反兩面先后經(jīng)過(guò)酒精，丙酮清洗后，在稀釋后濃度為30% -50%的硝酸溶液中懸空浸漬40-120S，取出洗凈，雙面晾干。再將其在150體積的雙氧水和1-4體積的氨水配置的混合修飾液中懸空浸漬20-60s，取出，洗凈，雙面晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW合金(200)基帶(寬為IOmm)懸空放入內(nèi)徑大于10mm，小于13mm的陶瓷管中，再將陶瓷管推入管式氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛中740-800°C溫度條件下，氧化熱處理20-50分鐘，取出即得。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是一、較1000°C及其以上高溫工藝，740-800°C的中溫制備Ni0(200)緩沖層，溫度低，成本低，熱處理時(shí)間在20-50分鐘，便于控制，同時(shí)也有利于超導(dǎo)層制備溫區(qū)800°C左右過(guò)渡，有利于長(zhǎng)帶的連續(xù)化制備。二、開發(fā)出了一種新的腐蝕和修飾溶液，易于去除NiW合金表面上的W，防止太多單斜結(jié)構(gòu)MWO3的生成，提高了織構(gòu)度，有助于后續(xù)緩沖層和超導(dǎo)層的沉積。三、在制備過(guò)程中，通過(guò)控制熱處理氣氛流量，熱處理時(shí)間和溫度即可方便控制 NiO (200)緩沖層的厚度。四、通過(guò)懸空放置于陶瓷管的方法，簡(jiǎn)單有效的制得雙面織構(gòu)良好的涂層導(dǎo)體 NiO(200)緩沖層，并且此方法也適合制備其它雙面薄膜的緩沖層或超導(dǎo)層。上述b步中氧化熱處理的具體做法為將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到所述溫度， 當(dāng)溫度和通入氣氛氣流量穩(wěn)定后，再將懸空放置的正反雙面腐蝕修飾后的NiW合金(200) 基帶推入爐中，當(dāng)基帶在爐中的時(shí)間達(dá)到所述氧化熱處理的時(shí)間后，將氧化后的基帶從爐中推出，冷卻至室溫，即可。上述b步中懸空放置于陶瓷管的方法，是指所用陶瓷管的內(nèi)徑大于基帶本身寬度 3mm左右，可使基帶懸空即可，本方法也適合制備其它雙面薄膜的緩沖層或超導(dǎo)層。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是實(shí)施例一制得的NiO(200)緩沖層的正反兩面X射線衍射圖譜。圖2是實(shí)施例一制得的Ni0(200)緩沖層的正反兩面的50000倍掃描電子顯微鏡 (SEM)照片。圖3是實(shí)施例二制得的Ni0(200)緩沖層的正反兩面的X射線衍射圖譜。圖4是實(shí)施例二制得的Ni0(200)緩沖層的正反兩面的50000倍掃描電子顯微鏡
4(SEM)照片。圖5是實(shí)施例三制得的Ni0(200)緩沖層的正反兩面的X射線衍射圖譜。圖6是實(shí)施例三制得的Ni0(200)緩沖層的正反兩面的50000倍掃描電子顯微鏡 (SEM)照片。圖1，3，5的縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度antensity)、任意單位(a. u.)；橫坐標(biāo)為衍射角 2 θ，單位為度(deg)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本發(fā)明的第一種具體實(shí)施方式
是，一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體 NiO(200)緩沖層的方法，其步驟是a、基帶的表面腐蝕修飾將退火處理后雙軸織構(gòu)NiW合金(200)基帶(寬為 IOmm)，正反兩面先后經(jīng)過(guò)酒精，丙酮清洗后，在稀釋后濃度為30 %的硝酸溶液中懸空浸漬 40s，取出洗凈，兩面晾干。再將其在150體積的雙氧水和1-4體積的氨水配置的混合修飾液中懸空浸漬60s，取出，洗凈，雙面晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW合金(200)基帶(寬為IOmm)懸空放入內(nèi)徑為Ilmm的陶瓷管中，再將陶瓷管推入管式氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛中740°C溫度條件下，氧化熱處理50分鐘，取出即得。本例中氧化處理的具體做法是將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到740°C，當(dāng)溫度和通入氣氛氣流量穩(wěn)定后，再將懸空放置的正反雙面腐蝕修飾后的NiW合金(200)基帶推入爐中，當(dāng)基帶在爐中的時(shí)間達(dá)到50分鐘后，將氧化后的基帶從爐中推出，冷卻至室溫，即可。圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的Ni0(200)緩沖層的的正反兩面X射線衍射圖譜。由圖 1可知所制得的NiO正反面都具有相似很好的(200)織構(gòu)，并且NiWO3也為很好的織構(gòu)生長(zhǎng)。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一 Ni0(200)緩沖層的正反兩面50000倍掃描電子顯微鏡(SEM) 照片。由圖2可知緩沖層薄膜樣品正反兩面都平整、致密，無(wú)洞無(wú)縫。由此可知此實(shí)施例一制備出了織構(gòu)良好，表面致密平整的Ni0(200)的正反兩面緩沖層。實(shí)施例二本例的制備方法依次由以下步驟構(gòu)成a、基帶的表面腐蝕修飾將退火處理后雙軸織構(gòu)NiW合金(200)基帶(寬為 IOmm)，正反兩面先后經(jīng)過(guò)酒精，丙酮清洗后，在稀釋后濃度為40 %的硝酸溶液中懸空浸漬 100s，取出洗凈，雙面晾干。再將其在150體積的雙氧水和1-4體積的氨水配置的混合修飾液中懸空浸漬30s，取出，洗凈，雙面晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW合金(200)基帶(寬為IOmm)懸空放入內(nèi)徑為12mm的陶瓷管中，再將陶瓷管推入管式氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛中770°C溫度條件下，氧化熱處理30分鐘，取出即得。本例中氧化處理的具體做法是將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到770°C，當(dāng)溫度和通入氣氛氣流量穩(wěn)定后，再將懸空放置的正反雙面腐蝕修飾后的NiW合金(200)基帶推入爐中，當(dāng)基帶在爐中的時(shí)間達(dá)到30分鐘后，將氧化后的基帶從爐中推出，冷卻至室溫，即可。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的Ni0(200)緩沖層的的正反兩面X射線衍射圖譜。由圖 3可知所制得的NiO正反面都具有相似很好的(200)織構(gòu)，并且NiWO3也為很好的織構(gòu)生長(zhǎng)。圖4是本發(fā)明實(shí)施例二 Ni0(200)緩沖層的正反兩面50000倍掃描電子顯微鏡(SEM) 照片。由圖4可知緩沖層樣品正反兩面都平整、致密，無(wú)洞無(wú)縫。由此可知此實(shí)施例二制備出了織構(gòu)良好，表面致密平整的Ni0(200)的正反兩面緩沖層。實(shí)施例三本例的制備方法依次由以下步驟構(gòu)成a、基帶的表面腐蝕修飾將退火處理后雙軸織構(gòu)NiW合金(200)基帶(寬為 IOmm)，正反兩面先后經(jīng)過(guò)酒精，丙酮清洗后，在稀釋后濃度為50 %的硝酸溶液中懸空浸漬 120s，取出洗凈，雙面晾干。再將其在150體積的雙氧水和1-4體積的氨水配置的混合修飾液中懸空浸漬20s，取出，洗凈，雙面晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW合金(200)基帶(寬為IOmm)懸空放入內(nèi)徑為13mm的陶瓷管中，再將陶瓷管推入管式氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛中800°C溫度條件下，氧化熱處理20分鐘，取出即得。本例中氧化處理的具體做法是將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到800°C，當(dāng)溫度和通入氣氛氣流量穩(wěn)定后，再將懸空放置的正反雙面腐蝕修飾后的NiW合金(200)基帶推入爐中，當(dāng)基帶在爐中的時(shí)間達(dá)到20分鐘后，將氧化后的基帶從爐中推出，冷卻至室溫，即可。圖5是本發(fā)明實(shí)施例三的Ni0(200)緩沖層的的正反兩面X射線衍射圖譜。由圖 5可知所制得的NiO正反面都具有相似很好的(200)織構(gòu)，并且NiWO3也為很好的織構(gòu)生長(zhǎng)。圖6是本發(fā)明實(shí)施例三Ni0(200)緩沖層的正反兩面50000倍掃描電子顯微鏡(SEM) 照片。由圖6可知緩沖層樣品正反兩面都平整、致密，無(wú)洞無(wú)縫。由此可知此實(shí)施例三制備出了織構(gòu)良好，表面致密平整的Ni0(200)的正反兩面緩沖層。本發(fā)明的一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體Μ0(200)緩沖層的方法制備過(guò)程中使用的氨水的濃度為分析純25%-28%,雙氧水的濃度為分析純30%，所選用陶瓷管的內(nèi)徑最好大于基帶本身3mm左右，這樣基帶可以充分懸空放置在陶瓷管內(nèi)。本懸空放置于陶瓷管的方法也適合制備其它涂層導(dǎo)體的雙面緩沖層或超導(dǎo)層。整個(gè)燒結(jié)過(guò)程中，燒結(jié)爐中通入氬氣，氬氣的純度最好為99. 999%，制成品的性能得到保證；否則，制成品的性能將會(huì)降低。
權(quán)利要求
1.一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體MO緩沖層的方法，其步驟是a、基帶的表面腐蝕修飾將退火處理后雙軸織構(gòu)寬為IOmm的NiW合金基帶，正反雙面先后經(jīng)過(guò)酒精，丙酮清洗后，在稀釋后濃度為30% -50%的硝酸溶液中懸空浸漬40-120S，取出洗凈，雙面晾干；再將其在150體積的雙氧水和1-4體積的氨水配置的混合修飾液中懸空浸漬20-60s，取出，洗凈，雙面晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW合金基帶懸空放入內(nèi)徑大于10mm，小于13mm的陶瓷管中，再將陶瓷管推入管式氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛中740-800°C溫度條件下，氧化熱處理20-50分鐘，取出即得緩沖層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體MO緩沖層薄膜的方法，其特征是所述b步中氧化熱處理的具體做法為將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到所述溫度，當(dāng)溫度和通入氣氛的氣流量穩(wěn)定后，再將懸空放置的正反雙面腐蝕修飾后的NiW合金基帶推入爐中，當(dāng)基帶在爐中的時(shí)間達(dá)到所述氧化熱處理的時(shí)間后，將氧化后的基帶從爐中推出，冷卻至室溫。
3.如權(quán)利要求2所述的一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體NiO緩沖層的方法，其特征是所述b步中懸空放置是指所用陶瓷管的內(nèi)徑大于基帶本身寬度3mm左右使基帶懸空。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自氧化外延制備雙面織構(gòu)涂層導(dǎo)體NiO緩沖層的方法，包括以下步驟a、基帶的表面腐蝕修飾將退火處理后雙軸織構(gòu)NiW合金(200)基帶(寬為10mm)，正反兩面先后經(jīng)過(guò)酒精，丙酮清洗后，在稀釋后濃度為30％-50％的硝酸溶液中懸空浸漬40-120s，取出洗凈，雙面晾干。再將其在150體積的氨水和1-4體積的雙氧水配置的混合修飾液中懸空浸漬20-60s，取出，洗凈，雙面晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW合金(200)基帶(寬為10mm)懸空放入內(nèi)徑大于10mm，小于13mm的陶瓷管中，再將陶瓷管推入管式氣氛燒結(jié)爐中在氬氣氣氛中740-800℃溫度條件下，氧化熱處理20-50分鐘，取出即得。該方法制作成本低，工藝簡(jiǎn)單，易制得品質(zhì)良好的雙面NiO(200)緩沖層薄膜，并且厚度容易控制，能有效地發(fā)揮涂層導(dǎo)體緩沖層的作用。此外，本懸空放置于陶瓷管的方法也適合制備其它涂層導(dǎo)體的雙面緩沖層或超導(dǎo)層。
文檔編號(hào)H01B12/06GK102383085SQ20111034248
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者張勇, 張欣, 王文濤, 程翠華, 趙勇, 雷鳴 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)