一种钇钡铜氧超导厚膜的制备方法技术

一种钇钡铜氧超导厚膜的制备方法。首先配制前驱液，把乙酸钇、三氟乙酸钡、和乙酸铜按照Y：Ba：Cu＝1：2：3的摩尔比混合，溶于乙酸和丙酸的混合溶液中；搅拌均匀后真空蒸干溶剂得到凝胶；再加入甲醇搅拌均匀后蒸干溶剂得到凝胶；随后加入适量甲醇、聚乙二醇和松油醇，制成Y、Ba和Cu三种金属离子总浓度为3.0-6.0mol/L的前驱液；然后将前驱液涂覆在基片上；涂覆好的薄膜先经历300℃-500℃的低温热处理过程，分解金属有机盐；然后进行750℃-850℃高温热处理获得具有四方相的钇钡铜氧(YBCO)膜；最后在500℃-600℃进行吸氧处理得到单层厚度大于6微米的YBCO超导厚膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高温超导膜的制备方法，特别涉及。
技术介绍
高温超导材料在强电领域的巨大应用潜力促使高温超导线带材的实用成材技术成为各国研究的重点。基于BiSrCaCuO(BSCCO)超导体系的第一代高温超导带材，在20世纪90年代末期实现了商业化。但是，由于Bi系超导材料的不可逆场为0.5T(77K)左右，应用条件要求非常严格，一旦在稍微强的磁场环境下应用就面临着失超的危险，更为关键的是在制备带材的过程中采用银套管(PIT)技术，原料材料成本昂贵，极大地限制了它的范围应用。基于YBCO的第二代高温超导带材，与第一代超导带材相比，YBCO高温超导材料具有较高的不可逆场(7T)和较高的载流能力(0.1?lOMA/cm2)。同时，第二代高温超导带材在制备的过程中不使用贵金属，成本大幅度降低:铋系带材可望最低价格为50美元/千安米，而钇系带材的价格可下降至15-25美元/千安米，更具商业化前景。因此高温超导材料及其制备技术被《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2010年)》列为前沿技术。近年来，美国、日本、韩国、中国投入大量的人力、物力、财力在YBCO带材的制备和研究工作上，取得一系列可喜的进展。2004年，日本的Fujikura公司制备出世界首个百米级的YBCO超导带材，随后通过改变工艺，逐步提高带材的长度和临界电流，在2008年，制备出504米，临界电流350A/cm的超导带材;在2010年，制备出长度为615米，609六/011的超导带材。2011年2月12日，该公司制备出长度达816.4米，临界电流达到572A/cm的带材。2014年，该公司制备出长度高达1000米，平均电流高于600A/cm的YBCO涂层导体。2010年，美国超导公司生产的YB⑶超导带材的长度已经达到512米，临界电流密度达到466A/cm。而Superpower公司早在2009年就制备出千米级的二代超导带材，临界电流达到282A/cm。韩国SuNAN公司近几年在YBCO带材的制备上也取得了显著的成果，2012年该公司制备出长达1000米的二代高温超导带材，临界电流达到422A/cm。国内的上海交通大学联合赣商集团、苏州新材料研究所有限公司联合中科院电工所在2014年都各自制备出长度超过1000米、Ic接近300A的第二代高温超导带材。临界电流值乘长度(IcXL)是衡量一个国家或公司的高温超导技术发展水平的标志。但YBCO带材价格目前仍然十分昂贵，世界最好的二代制造商家美国Superpower公司制备的YBCO超导带材的价格为400美元/千安.米，是铜线的50倍以上，想要它的应用领域更加具有竞争力，必须进一步提高它的性能进而提高性价比才能满足广泛的需求。YBCO作为涂层导体能够在强电领域应用主要是由于它具有能够负载电流且不损耗的特性。对超导带材来说，在临界电流密度(Jc)保持不变增加它的厚度也就提高了它的载流能力。因此，如何制备具有高临界电流密度的厚膜就成为当前YBCO高温超导涂层应用过程中亟待解决的关键问题。目前国内只有中国专利CN 101719399 A(申请公开日2010年6月2日)提及了厚膜的制备。该专利采用化学溶液法用丙烯酸铜代替三氟乙酸铜，并且在前驱液中添加乙二醇胺制备了厚度为I微米的YBCO厚膜。尽管该专利制备了 YBCO厚膜，但厚度仅为I个微米，对提高YBCO涂层的载流能力有限。更重要的是对于评价超导材料的两个最重要的指标临界电流和临界电流密度在该专利中都没有涉及，无法评价其超导性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术不能采用价格低廉的化学溶液法制备YBCO厚膜的缺点，提供一种具有高载流能力的单层YBCO厚膜的制备方法。本专利技术通过采用低氟全化学溶液法快速制备单层YBCO超导厚膜。在含有Y、Ba和Cu金属有机盐的低氟溶液中添加松油醇和聚乙二醇，配成前驱液，将此前驱液经过低温分解和高温热处理，制备出厚度大于6微米的YBCO超导膜。本专利技术的具体步骤顺序如下:(I)按照Y:Ba:Cu = 1:2:3的摩尔比把乙酸钇、三氟乙酸钡和乙酸铜混合，于室温下溶于含有10-30mol%的乙酸和丙酸的去离子水中，配成金属有机盐的低氟溶液，所述溶液中溶质与溶剂的摩尔比为1: 100;(2)将步骤(I)配制的金属有机盐的低氟溶液经磁力搅拌器搅拌l_3h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；(3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入甲醇中，此步骤中的凝胶与甲醇的摩尔比为1:50，经磁力搅拌器搅拌0.5-1.5h后，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂，以进一步去除水分等杂质，得到纯净的凝胶；(4)将所述步骤(3)制得的凝胶加入到甲醇、松油醇和聚乙二醇中，甲醇、松油醇和聚乙二醇的体积比为2:1:1,制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为3.0-6.0mol/L的前驱液；(5)将上述步骤(4)制成的所述前驱液采用旋涂或提拉方法涂覆在基片上；(6)将经步骤(5)涂覆后的基片置于高温管式石英炉中，在400°C_600°C温度下进行4h的低温热处理，分解金属有机盐;该步骤的升温速率为100?150°C/h ；(7)将经过步骤(6)处理的基片置于750°C_850°C的高温下热处理2-4h，生成四方相YBCO膜;此步骤的升温速度为400°C/h;(8)在经过步骤(7)处理的样品在450°C_550°C下进行吸氧处理，制备出单层厚度大于6微米的YBCO超导厚膜。步骤(5)中所述基片为合金基带、铝酸镧、钛酸锶或氧化镁单晶基片。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术采用添加松油醇和聚乙二醇的低氟前驱液制备YBCO厚膜。由于前驱液中含有少量的氟，只有少量的氟化氢气体逸出，可以快速对前驱液进行热处理。更为重要的是聚乙二醇和松油醇的添加扩展了热解温度范围，降低了由于热解温度范围过窄而容易使薄膜产生裂纹的可能性。此外，聚乙二醇和松油醇还可以提高溶质的溶解度，通过增加溶解度、降低挥发性来稳定三氟乙酸铜前躯物，从而松弛薄膜中的应力梯度来预防厚膜变形产生裂纹。因此，采用该方法制备的YBCO膜厚度大于6微米时仍然比较致密，在零场下临界电流密度达到2.5MA/cm2，大大提高了 YBCO厚膜的载流能力，降低了涂层导体的生产成本。【附图说明】图1是实施例1制备的YBCO厚膜的场发射扫描电子显微镜图片；图2是实施例2制备的YBCO厚膜的场发射扫描电子显微镜图片；图3是实施例3制备的YBCO厚膜的场发射扫描电子显微镜图片；图4是实施例4制备的YBCO厚膜的临界电流密度图片。【具体实施方式】实施例1(I)称取乙酸钇、三氟乙酸钡和乙酸铜分别为0.015mol、0.03mol和0.045mol，将乙酸钇、三氟乙酸钡和乙酸铜混合后于室温下溶于含有10mol%的乙酸和丙酸的去离子水中配成溶液；(2)将步骤(I)制得的溶液经磁力搅拌器搅拌Ih后，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；(3)将1mL的甲醇加入所述步骤(2)制得的凝胶中，再经磁力搅拌器搅拌0.5h后再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂以进一步去除水分等杂质而得到非常纯净的凝胶；(4)将步骤(4)制得的凝胶加入到15ml甲醇、7.5mL聚乙二醇和7.5ml松油醇的混合液中，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为3mol/L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钇钡铜氧超导厚膜的制备方法，其特征在于，所述的制备方法采用低氟全化学溶液法制备单层YBCO超导厚膜；在含有Y、Ba和Cu金属有机盐的低氟溶液中添加松油醇和聚乙二醇，配成前驱液，将此前驱液经过低温分解和高温热处理，制备出单层厚度大于6微米的YBCO厚膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁发柱，古宏伟，张慧亮，董泽斌，张贺，屈飞，尚红静，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11