Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Tl‑2212超导薄膜的快速烧结制备方法，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹，并在密封氩气或流氧环境中烧结。本发明专利技术包括先驱膜的制备、铊源陪烧靶的制备、先驱膜在氩/氧环境下的快速升温烧结、初级样品的补氧热处理等四项工艺。与传统的烧结方法相比，采用该技术生长Tl‑2212薄膜的烧结条件不受先驱膜的沉积方法、铊源陪烧靶的起始材料的粉体颗粒大小及其制备方法的影响，避免了由于更换厂家原料和先驱膜沉积方法而需要重新长时间对烧结工艺的探索过程。同时，该方法还极大地减少了铊源陪烧靶的用量，缩短了升降温时间和恒温时间，降低生产成本，提高了实验的重复性。

Rapid sintering method for preparing Tl 2212 superconducting films

The invention discloses a rapid sintering preparation method of Tl 2212 superconducting films, amorphous precursor film using silver foil or foil containing thallium and thallium with burning target sealing package, and in argon or oxygen sintering flow environment. The invention includes four processes: preparation of precursor membrane, preparation of thallium source, burning target, rapid heating and sintering of precursor membrane in argon / oxygen environment, heat treatment of primary sample and so on. Compared with the conventional sintering method, effects of powder particle size of starting material and its preparation method, deposition sintering conditions, using the technology of Tl growth 2212 films from a precursor film source with the target of thallium burning, and the need to avoid the long time exploration process of sintering process due to the replacement of manufacturers of raw materials and a precursor film deposition method. At the same time, this method also greatly reduces the amount of thallium source to accompany the burn target, shortens the heating and cooling time and the constant temperature time, reduces the production cost and improves the repeatability of the experiment.

【技术实现步骤摘要】
Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法
本专利技术涉及铊系超导薄膜材料领域。更具体地说，本专利技术涉及一种Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法。
技术介绍
Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212)超导薄膜具有较高的临界温度(Tc可达110K)、较高的临界电流密度、以及较强的抗潮湿能力等优点，是开发高性能高温超导电子器件的重要材料。在目前Tl-2212薄膜的合成研究中，制备先驱膜的主要方法包括磁控溅射、脉冲激光沉积、Aerosol、MOCVD、Sol-gel等。这些研究的烧结工艺共同点：(1)需要提供铊源陪烧靶与先驱膜一起烧结；(2)烧结设备升温速度低，通常为1～10℃/min，即0.017～0.16℃/s。采用这种烧结方法，通过探索研究，可以制备出高质量的Tl-2212薄膜。但是，这种烧结工艺受先驱膜的沉积方法、铊源陪烧靶的起始材料的粉体颗粒大小及其制备方法的影响很大。更换原材料的厂家、以及先驱膜的沉积方法，就必须花费大量时间重新探索其制备工艺。其原因是：(1)先驱膜制备方法不同，原材料的厂家不同，先驱膜和陪烧靶的非晶态颗粒的大小也不同，因此Tl2O3的挥发温度就相差很大；(2)要制备高质量的Tl-2212薄膜，在高温烧结过程中先驱膜的Tl挥发与陪烧靶提供的Tl补充要形成一个动态平衡；(3)挥发温度的差异造成了烧结工艺的巨大改变，这需要较长时间的探索。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，所制备出的纯相Tl-2212薄膜，具有良好的超导特性，本方法具有升降温时间和恒温时间短、生产成本低、烧结工艺不受先驱膜的沉积方法和铊源陪烧靶的起始材料的粉体颗粒大小影响的等优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹，并在密封氩气或流氧环境中烧结：氩气环境中：在0～350℃温区，升温速度0.5～5℃/s，在350～650℃温区，升温速度1～10℃/s，在650～780℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度730～780℃恒温10～60min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；或流氧环境中：在0～350℃温区，升温速度0.5～5℃/s，在350～650℃温区，升温速度1～10℃/s，在650～860℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度810～860℃恒温10～30min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；其中，含铊的非晶态先驱膜的Tl、Ba、Ca、Cu的金属离子摩尔比为2.5～3.5:2:1:2.2～2.6；含铊的陪烧靶由金属离子摩尔比为Tl:Ba:Ca:Cu＝1～2.6:2:2:3的Ba、Ca、Cu的氧化物与Tl2O3烧结制得。优选的是，所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶在氩气环境中烧结后还包括补氧热处理：将氩气环境中烧结制备的样品冷却后转移至流氧环境中，以速度1～5℃/s升温至350℃，然后以速度1～40℃/s升温至400～710℃温区恒温20～60min，冷却，即得。优选的是，所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，含铊的陪烧靶的制备方法为：将金属离子摩尔比为Ba:Ca:Cu＝2:2:3的Ba、Ca、Cu的氧化物为起始材料混合研磨，在流氧环境中890～940℃下恒温4～8h，冷却后粉碎再研磨，在流氧环境中890～940℃下恒温4～8h，加入Tl2O3混合研磨压片，使Tl与Ba的摩尔比为Tl:Ba＝1～2.6:2，在流氧环境中840～860℃下恒温1～2h，冷却后粉碎再研磨，在流氧环境中840～860℃下恒温3～4h，得到陪烧靶。优选的是，所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，含铊的非晶态先驱膜的制备方法采用离子溅射沉积法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或溶胶-凝胶法。优选的是，所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，含铊的非晶态先驱膜的制备方法采用离子溅射沉积法：S1、将金属离子摩尔比为Ba:Ca:Cu＝2.3～2.6:1:2.1～2.4的BaO2或BaO、CaO或CaCO3和CuO为起始材料混合研磨，在流氧环境中890～940℃下恒温4～8h，加入Tl2O3混合研磨压片，使Tl与Ca的摩尔比为Tl:Ca＝2.2～3:1，在流氧环境中840～860℃下恒温3～6h，冷却后得到溅射靶；S2、对溅射靶采用射频磁控溅射，溅射气体为高纯Ar、或Ar/O2混合气，溅射气压为2.2～6Pa，溅射功率为30～60W。优选的是，所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，衬底为铝酸镧、蓝宝石、氧化镁、钇稳定氧化锆或有织构的金属衬底材料合金。优选的是，所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，氩气或流氧环境中烧结时，氩气或氧气压力为1atm。优选的是，所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，制成的Tl-2212超导薄膜的厚度为10nm～2.5μm。本专利技术至少包括以下有益效果：第一、本专利技术采用三段升温工艺，避免了薄膜裂纹的产生，克服了传统的低速升温烧结工艺受先驱膜的沉积方法、铊源陪烧靶的起始材料的粉体颗粒大小影响的问题，制备的Tl-2212超导薄膜具有光滑的表面、以及较好的超导电性；第二、本专利技术极大地缩短了升降温时间和恒温时间，具有工艺简单、单个样品制备时间短(含三段升温、降温、补氧等过程约4h)、陪烧靶用量少、生产成本低等优点；第三、本专利技术的陪烧靶为本专利技术的先驱膜补充Tl元素，先驱膜中Tl含量可以在较大范围变化，烧结后均可得到超导特性较好的Tl-2212薄膜；陪烧靶中Tl含量变化范围大、单次烧结的成品率高；第四、本专利技术制备纯相Tl-2212超导薄膜具有较高的结晶质量，晶粒生长更加完整，排列更加有序，薄膜具有较好的c轴取向，Tl-2212超导薄膜表面光滑，且无裂纹。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为实施例3在补氧前的Tl-2212超导薄膜的V-T图；图2为实施例6在补氧后的Tl-2212超导薄膜的XRD图；图3为实施例6在补氧后的Tl-2212超导薄膜的SEM扫描图；图4为实施例6在补氧后的Tl-2212超导薄膜的V-T图；图5为实施例9在流氧环境下的Tl-2212超导薄膜的XRD图；图6为实施例9在流氧环境下的Tl-2212超导薄膜的V-T图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。<实施例1>一种Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，衬底为CeO2/蓝宝石，包括：步骤一、采用溶胶-凝胶法制备含铊的非晶态先驱膜：以铊、钡、钙、铜的乙酸盐为起始原料，以丙酸、乳酸、二乙烯三胺、甲醇等为络合剂及溶剂制备溶胶；以此溶胶在具有CeO2隔离层的蓝宝石基片上制备凝胶膜，通过干燥及热分解工艺，得到先驱膜，制得的先驱膜的Tl、Ba本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Tl‑2212超导薄膜的快速烧结制备方法，其特征在于，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹，并在密封氩气或流氧环境中烧结：氩气环境中：在0～350℃温区，升温速度0.5～5℃/s，在350～650℃温区，升温速度1～10℃/s，在650～780℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度730～780℃恒温10～60min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；或流氧环境中：在0～350℃温区，升温速度0.5～5℃/s，在350～650℃温区，升温速度1～10℃/s，在650～860℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度810～860℃恒温10～30min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；其中，含铊的非晶态先驱膜的Tl、Ba、Ca、Cu的金属离子摩尔比为2.5～3.5:2:1:2.2～2.6；含铊的陪烧靶由金属离子摩尔比为Tl:Ba:Ca:Cu＝1～2.6:2:2:3的Ba、Ca、Cu的氧化物与Tl2O3烧结制得。

【技术特征摘要】
1.一种Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，其特征在于，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹，并在密封氩气或流氧环境中烧结：氩气环境中：在0～350℃温区，升温速度0.5～5℃/s，在350～650℃温区，升温速度1～10℃/s，在650～780℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度730～780℃恒温10～60min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；或流氧环境中：在0～350℃温区，升温速度0.5～5℃/s，在350～650℃温区，升温速度1～10℃/s，在650～860℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度810～860℃恒温10～30min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；其中，含铊的非晶态先驱膜的Tl、Ba、Ca、Cu的金属离子摩尔比为2.5～3.5:2:1:2.2～2.6；含铊的陪烧靶由金属离子摩尔比为Tl:Ba:Ca:Cu＝1～2.6:2:2:3的Ba、Ca、Cu的氧化物与Tl2O3烧结制得。2.如权利要求1所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，其特征在于，含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶在氩气环境中烧结后还包括补氧热处理：将氩气环境中烧结制备的样品冷却后转移至流氧环境中，以速度1～5℃/s升温至350℃，然后以速度1～40℃/s升温至400～710℃温区恒温20～60min，冷却，即得。3.如权利要求1所述的Tl-2212超导薄膜的快速烧结制备方法，其特征在于，含铊的陪烧靶的制备方法为：将金属离子摩尔比为Ba:Ca:Cu＝2:2:3的Ba、Ca、Cu的氧化物为起始材料混合研磨，在流氧环境中890～940℃下恒温4～8h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢清连，唐平英，陈名贤，蒋艳玲，黄佳，黄国华，
申请(专利权)人：广西师范学院，
类型：发明
国别省市：广西,45