一种制备高临界电流密度钆钡铜氧超导薄膜的方法，其具体作法是：a、无氟前驱溶液制备：将乙酸钆、乙酸钡、乙酸铜及乙酸锌，按钆∶钡∶铜∶锌的化学计量比1∶2∶3-X∶X，0.0002≤X≤0.006的比例溶解于丙酸中，得前驱溶液；b、在a步的前驱溶液中，加入高分子材料聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或聚乙二醇(PEG)，得到无氟涂层胶体；c、涂敷及干燥在基片上形成薄膜；d、将c步的制得的带薄膜基片进行分解热处理后再进行成相热处理，即得。该方法制得的锌掺杂的GdBCO超导薄膜具有双轴织构，表面平整，在磁场下的临界电流密度高。且其成本低廉、工艺简单，适合于大规模工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高温超导涂层材料的制备方法，尤其涉及一种制备高临界电流密度钆钡铜氧超导薄膜的制备方法。
技术介绍
高温超导涂层导体即第二代高温超导带材由于其在液氮温区具有较高的临界电流密度和不可逆场，在超导电缆、电动机、发电机、磁能存储及磁共振成像等方面有重要应用。二代带材主要由金属基带、缓冲层、超导层和保护层组成，其中超导层是带材传输电流的主要通道。然而超导层的临界电流密度随着磁场的增加大幅度衰减的特性阻碍了高温超导带材的实际应用。因此需要提高超导层在磁场下的临界电流密度。目前，钆钡铜氧(GdBCO)构成的超导带材超导层的性能较为优良钆钡铜氧 (GdBCO)超导材料具有较宽的化学组分窗口和热处理温度窗口以及较高的超导转变温度和临界电流密度。较高的临界电流密度是由于GdBCO材料在热处理过程中生成Gd与Ba的纳米级固溶取代相可作为有效的磁通钉扎中心。现有制备钆钡铜氧(GdBCO)超导带材的方法有真空沉积法如脉冲激光沉积 (PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)和化学溶液沉积法。其中化学溶液沉积法以其成本低，而受到广泛的青睐。三氟醋酸盐金属有机物沉积法(TFA-MOD)是现有化学溶液沉积法制备掺杂GdBCO超导层的较为成熟的方法。它采用化学掺杂的方法，在GdBCO超导材料中引入纳米级的富Y相粒子以及纳米尺度的含锆(Zr)的柱状缺陷，使得超导薄膜在磁场下的临界电流密度有了较大的提高。然而，TFA-MOD法起始原料中含氟且热处理过程中不断释放HF气体对环境造成污染，增加配套排氟设施，将会提高超导带材的制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法成本低、工艺简单，无环境污染，适合于工业化批量生产；由本专利技术方法制得的GdBCO超导薄膜具有表面平整，在磁场下的临界电流密度高。本专利技术实现其专利技术目的，所采用的技术方案是，其具体作法是a、无氟前驱溶液制备将乙酸钆、乙酸钡、乙酸铜及乙酸锌，按钆钡铜锌的化学计量比1 2 3-X X，0. 0002彡X彡0. 006的比例溶解于丙酸中，得前驱溶液；b、无氟涂层胶体制备在a步制备的前驱溶液中，加入高分子材料聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或聚乙二醇(PEG)，加入的高分子材料与前驱溶液的质量比为2-8 100，充分搅拌，得涂层胶体；C、涂敷及干燥将b步制备的涂层胶体涂敷于基片上，在基片上形成薄膜，在 100-200°C温度范围内进行干燥，时间5-20分钟；d、热分解处理与成相热处理将c步制得的带薄膜基片进行热分解处理后再进行成相热处理，即得。与现有技术相比，本专利技术的技术方案的有益效果是一、本专利技术方法在制备前驱液时，在其中掺入了微量的Si元素，由于Si替代GdBCO 中01 面上的Cu形成了纳米级的点缺陷，局部抑制了 CuO2面的超导电性并造成体系超导电性的涨落，从而作为磁通钉扎中心提高GdBCO薄膜在磁场下的临界电流密度。实验证明， 利用本专利技术方法制备的GdBCO超导层在超导转变温度下降较少的情况下，其磁场下的临界电流密度显著提高。二、与没有Si掺杂的GdBCO薄膜相比，利用本专利技术方法掺杂后的薄膜表面悬浮的晶粒明显减少，平整度显著提高；而不掺杂的GdBCO薄膜表面通常会浮有较多较小的GdBCO 晶粒，表面不平整。这是由于在该工艺条件下，Zn的微量掺杂促进了 GdBCO薄膜中晶粒的形核以及长大，使得GdBCO晶粒之间的连接性得以改善，从而呈现出了平整的表面形貌。平整的表面形貌进一步增强了 GdBCO薄膜的超导性能，也提高了临界电流密度。三、本专利技术方法在整个制备过程中，所有初始原料中均不含氟等污染物，对环境无污染，且所有原料均便宜易得，制作成本低，而且容易控制和便于调整掺杂物配比，适合工业化批量生产。上述d步中的热分解处理的具体作法为将c步干燥后的带薄膜基片置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以1_5°C /min从室温升至100-150°C ；然后向炉中通入露点为 10-20°C的水蒸汽，同时通入氩气，以0. 25-1. 50C /min的速度升温至450-500°C，保温0. 5-2 小时；随后再在氩气气氛中，自然冷却至室温。上述d步中的成相热处理的具体作法为将热分解处理后的基片，置于管式炉中通入干燥的氩气，将炉温以15-40°C /min升温至810-900°C，保温5-15分钟；再以1_15°C / min降温至760-800°C，保温1_3小时；然后在干燥的氩气保护气氛中，降温至350-500°C ； 再将炉中气氛转变为氧气，保温1-5小时后，自然冷却至室温。上述的a步中的X的更佳的取值范围为0. 0003彡X彡0. 005。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细的说明。附图说明图1是本专利技术实施例一制备GdBCO超导薄膜的θ -2 θ X射线衍射图谱。图2是本专利技术实施例一制备的GdBCO超导薄膜的phi扫描X射线衍射图谱。图3是本专利技术实施例一制备的GdBCO超导薄膜的10000倍扫描电子显微镜(SEM) 照片。图4是本专利技术实施例一制备的GdBCO超导薄膜的超导转变温度曲线。图5是实施例一制备的GdBCO超导薄膜的临界电流密度随磁场变化的曲线(图中 “〇”所示的曲线)；以及未掺杂但其它步骤相同时，制得的GdBCO超导薄膜的临界电流密度随磁场变化的曲线(图中“· “所示的曲线)。图1中，纵坐标为衍射强度antensity)，任意单位(a. u.)；横坐标为衍射角2 θ， 单位为度(deg)。图2中，纵坐标为衍射强度(Intensity)，任意单位(a. u.)；横坐标为phi扫描角度，单位为度(deg)。图4中，纵坐标为磁矩(Moment)，单位为电磁学单位(emu)；横坐标为温度，单位为开尔文(K)；其中，T。(onset)为超导初始转变温度。图5中，纵坐标为临界电流密度(Critical current density)，单位为电磁学单位 (MA/cm2)；横坐标为磁场，单位为特斯拉(Tesla)。具体实施例方式实施例一本专利技术的一种具体实施方式为，其具体作法是a、无氟前驱溶液制备将乙酸钆、乙酸钡、乙酸铜及乙酸锌，按钆钡铜锌的化学计量比1 2 2.999 0.001的比例溶解于丙酸中，得前驱溶液。b、无氟涂层胶体制备在a步的前驱溶液中，加入高分子材料聚乙烯醇缩丁醛 (PVB)，加入的高分子材料与前驱溶液的质量比为4 100，充分搅拌，得到涂层胶体；C、涂敷及干燥将b步制备的涂层胶体涂敷于基片上，在基片上形成薄膜，在 180°C干燥8分钟；d、热分解处理与成相热处理将c步制得的带薄膜基片进行热分解处理后再进行成相热处理。其具体操作如下热分解处理将c步干燥后的带薄膜基片置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以 rc /min的速度从室温升至150°C;然后向炉中通入露点为15°C的水蒸汽，同时通入氩气形成潮湿的氩气保护气氛，以0. 5°C /min的速度升温至450°C，保温40分钟；随后再在干燥的氩气气氛中，自然冷却至室温。成相热处理热分解处理后，向管式炉中通入干燥的氩气，将炉温以20°C /min快速升温至810°C，保温5分钟，对薄膜进行短时的高温热处理；再以6°C /min降温至780V， 保温1小时；然后在干燥的氩气保护气氛中，降温本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王文涛，赵勇，杨新福，蒲明华，张勇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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