專利名稱：一種釔鋇銅氧靶材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種釔鋇銅氧靶材的制造方法，其特別用于高溫超導(dǎo)薄膜的制造。
背景技術(shù)：
隨著高溫超導(dǎo)薄膜電子器件的迅速發(fā)展，對(duì)于超導(dǎo)薄膜材料的質(zhì)量要求越來越高。國(guó)內(nèi)外發(fā)展最好并獲得成功應(yīng)用的是釔系和鉈系外延薄膜，鉈系材料因存在多相共存且鉈元素有毒性易揮發(fā)，使其應(yīng)用受到限制。YBCO薄膜由于表面平整，取向排列好，結(jié)構(gòu)完整，易獲得較高的Jc而發(fā)展很快。在YBCO薄膜的應(yīng)用中，要得到良好的性能，必須使薄膜具有正確的組分、晶體結(jié)構(gòu)以及晶體取向。目前YBCO薄膜的制備方法主要有磁控濺射法、脈沖激光沉積(PLD)法、 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法、電泳沉積法、溶膠-凝膠(Sol-Gel)法和金屬有機(jī)沉積法(MOD)等。目前發(fā)展較成熟，應(yīng)用較多的有磁控濺射法、脈沖激光沉積法、溶膠-凝膠法和金屬有機(jī)沉積法等。磁控濺射法的特點(diǎn)是維持放電所需靶電壓低，易于控制等離子體，沉積速率高，薄膜致密性好，襯底溫度低，可獲得高質(zhì)量外延薄膜，被世界各國(guó)廣泛采用。對(duì)于磁控濺射法而言，制備正確組分、晶體結(jié)構(gòu)和晶體取向，并且高純、致密的靶材，尤為重要，只有擁有高品質(zhì)的靶材才能獲得預(yù)期的薄膜。目前，釔鋇銅氧靶材的生產(chǎn)方法主要有普通燒結(jié)法、熱等靜壓法、熱壓法和壓力燒結(jié)四種，具體如下
I、普通燒結(jié)法一般采用冷壓或冷等靜壓加燒結(jié)的方法制備。冷壓過程中，為了增強(qiáng)素坯的成型性，會(huì)在其中加入O. 5% 2%的粘結(jié)劑，壓制壓力不能太大，因?yàn)樾枰舫鲎銐虻耐ǖ雷屨辰Y(jié)劑排出，但粘結(jié)劑依然會(huì)有殘留，增加了靶材的雜質(zhì)含量。冷等靜壓則可獲得致密度較高的素坯，由于素坯的相對(duì)密度為50% 70%，在靶材燒結(jié)完成后，靶材的相對(duì)密度只能達(dá)到70% 90%。2、熱等靜壓法該方法能夠在壓力IOOMPa以上，燒結(jié)溫度為600°C 1500°C燒結(jié)靶材，得到相對(duì)密度為98% 100%的靶材。但該方法工藝過程較復(fù)雜，主要包括粉末前處理、制作包套、裝爐燒結(jié)、去除包套、后續(xù)加工等，而且各個(gè)步驟的完成要求較高，如果靶材較小，后續(xù)加工的加工量較大，則原材料利用率較低，且成本較高。3、熱壓法該方法可使用難熔金屬模具、陶瓷模具或石墨模具，在真空或其他氣氛保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)，一般燒結(jié)壓力為20 80MPa，可以得到相對(duì)密度為98% 100%的靶材。 該方法生產(chǎn)成本較低，工藝過程較為簡(jiǎn)單，主要包括裝料、燒結(jié)、脫模、后續(xù)加工等，而且各個(gè)步驟控制較為簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定，能夠獲得接近產(chǎn)品要求尺寸的半成品。4、常壓氣氛燒結(jié)法該方法一般用于生產(chǎn)陶瓷靶材，在氣氛保護(hù)的條件下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)方式為階段性升壓升溫。該生產(chǎn)方法成本較低，工藝過程可控，主要步驟包括液壓壓制、冷等靜壓壓制、階段性燒結(jié)、降溫控制、后續(xù)加工等，各步驟的操作簡(jiǎn)單，核心技術(shù)為燒結(jié)工藝。
中國(guó)發(fā)明專利CN101492291A公開了一種YBCO超導(dǎo)薄膜靶材的制備方法，其作法是:A、YBCO超導(dǎo)相粉末的制備；B、壓片將A步制備的粉末，置于磨具中，在壓機(jī)上用 2(T30MPa的壓力壓制片；將壓制得到的片放在橡膠包套里，于15(T200MPa的壓強(qiáng)下進(jìn)行冷等靜壓，得到超導(dǎo)片材；C、片材的燒結(jié)將B步得到的超導(dǎo)片材在箱式燒結(jié)爐中燒結(jié) 2(T30小時(shí)，燒結(jié)溫度為85(T960°C ;D、滲氧將C得到的超導(dǎo)片材放在管式爐里，在溫度 45(T500°C下，滲氧處理2 3小時(shí)。該方法的特點(diǎn)在于能獲得具有超導(dǎo)相結(jié)構(gòu)的YBCO靶材， 但制備的靶材致密度較差，且工藝過程較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改進(jìn)的釔鋇銅氧靶材的制造方法。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
一種釔鋇銅氧靶材的制備方法，包括依次進(jìn)行的以下步驟
(1)、將丫203、Ba。、CuO按一定比例(原子比比例為Y:Ba:Cu=l:2:3)混合均勻得混合粉末，Y2O3> BaO及CuO的一次粒度為10(T300nm，純度大于99. 9wt% ；
(2)、對(duì)混合粉末進(jìn)行四柱液壓機(jī)冷壓壓制成型，冷壓壓力為20(T300MPa；
(3)、將冷壓后的混合體放入氧氣常壓燒結(jié)爐中，在80(T950°C下燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為 10^20小時(shí)，燒結(jié)完畢，冷卻到常溫取出，破碎成-300目，即得釔鋇銅氧超導(dǎo)相粉末；
(4)、將釔鋇銅氧超導(dǎo)相粉末四柱液壓機(jī)冷壓壓制成型為坯件，冷壓壓力為3(T50MPa；
(5)、對(duì)坯件進(jìn)行冷等靜壓加工，壓力為20(T300MPa；
(6)、將坯件置于爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，爐內(nèi)真空度為10_4 10_3Pa，首先以5(T300°C/ h的速率將溫度升至600°C ^800°C，保溫4 24小時(shí)后，充入氧氣，然后再以10(T400°C /h的速率將溫度升至850°C ^950°C，保溫4 24小時(shí)后降至常溫，即得所述釔鋇銅氧靶材，降溫速率為 2(Tl00°C /h。優(yōu)選地，Y203、BaO及CuO的一次粒度為100 200nm。根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)中，冷壓壓力優(yōu)選為20(T250MPa，步驟(3)中燒結(jié)溫度優(yōu)選為85(T900°C，燒結(jié)時(shí)間優(yōu)選為12 20小時(shí)，步驟(6)中，第一次升溫速率優(yōu)選為 100^2000C /h，第二次升溫速率優(yōu)選為15(T250°C /h,降溫速率優(yōu)選為20 5(TC /h。由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果
由于在階段性燒結(jié)工藝中，充入了氧氣，避免了環(huán)境燒結(jié)過程中引入雜質(zhì)，也使靶材更加高致密化。按照本發(fā)明的制備方法制備出的釔鋇銅氧靶材，其晶粒尺寸細(xì)小且致密度高。 在適當(dāng)條件下，濺射這些靶材能獲得性能優(yōu)良的薄膜，從而提高釔鋇銅氧薄膜的超導(dǎo)性能。


圖I為根據(jù)本發(fā)明方法制造的釔鋇銅氧靶材的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。一種釔鋇銅氧靶材的制備方法，包括依次進(jìn)行的以下步驟(I )、將Y203、BaO、CuO按原子比Y:Ba: Cu=I :2:3比例混合均勻得混合粉末，Y203、BaO及 CuO的一次粒度為10(T200nm，純度大于99. 9wt% ；
(2)、對(duì)混合粉末進(jìn)行四柱液壓機(jī)冷壓壓制成型，冷壓壓力為250MPa；
(3)、將冷壓后的混合體放入氧氣常壓燒結(jié)爐中，在900°C下燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為12小時(shí)， 燒結(jié)完畢，冷卻到常溫取出，破碎成-300目，即得釔鋇銅氧超導(dǎo)相粉末；
(4)、將釔鋇銅氧超導(dǎo)相粉末四柱液壓機(jī)冷壓壓制成型為坯件，冷壓壓力為40MPa；
(5)、對(duì)坯件進(jìn)行冷等靜壓加工，壓力為250MPa；
(6)、將坯件置于爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，爐內(nèi)真空度為10_，10_3Pa，首先以100°C/h的速率將溫度升至800°C，保溫6小時(shí)后，充入氧氣，然后再以200°C /h的速率將溫度升至 900°C，保溫6小時(shí)后降至常溫，即得所述釔鋇銅氧靶材，降溫速率為50°C /h。對(duì)上述制備的釔鋇銅氧靶材進(jìn)行掃描電鏡分析，圖I是掃描電鏡圖，從中可見，釔鋇銅氧靶材的晶粒尺寸比較細(xì)小且致密度高，相對(duì)密度約為99. 6%。使用上述靶材通過磁控濺射的方式制備超導(dǎo)薄膜，制備的薄膜測(cè)試結(jié)果和主要工藝參數(shù)如下
濺射電流0. 4A 基片溫度750°C 濺射時(shí)間20小時(shí) Tc 90K A Tc=O. 5K Rs=2. 46m Q
上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種釔鋇銅氧靶材的制備方法，其特征在于包括依次進(jìn)行的以下步驟(1)、將丫203、Ba。、CuO按一定比例(原子比比例為Y:Ba:Cu=l:2:3)混合均勻得混合粉末，Y2O3> BaO及CuO的一次粒度為10(T300nm，純度大于99. 9wt% ；(2)、對(duì)混合粉末進(jìn)行四柱液壓機(jī)冷壓壓制成型，冷壓壓力為20(T300MPa；(3)、將冷壓后的混合體放入氧氣常壓燒結(jié)爐中，在80(T950°C下燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為 10^20小時(shí)，燒結(jié)完畢，冷卻到常溫取出，破碎成-300目，即得釔鋇銅氧超導(dǎo)相粉末；(4)、將釔鋇銅氧超導(dǎo)相粉末四柱液壓機(jī)冷壓壓制成型為坯件，冷壓壓力為3(T50MPa；(5)、對(duì)坯件進(jìn)行冷等靜壓加工，壓力為20(T300MPa；(6)、將坯件置于爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，爐內(nèi)真空度為10_4 10_3Pa，首先以5(T300°C/ h的速率將溫度升至600°C 800°C，保溫4 24小時(shí)后，充入氧氣，然后再以10(T40(TC /h的速率將溫度升至850°C ^950°C，保溫4 24小時(shí)后降至常溫，即得所述釔鋇銅氧靶材，降溫速率為 2(Tl00°C /h。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釔鋇銅氧靶材的制備方法，其特征在于Y203、BaO及CuO的一次粒度為100 200鹽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種釔鋇銅氧靶材的制造方法，其包括(1)、將Y2O3、BaO、CuO按一定比例(原子比比例為Y:Ba:Cu=1:2:3)混合均勻得混合粉末，Y2O3、BaO及CuO的一次粒度為100~300nm，純度大于99.9wt%；(2)、對(duì)混合粉末進(jìn)行四柱液壓機(jī)冷壓壓制成型，冷壓壓力為200~300MPa；(3)、將混合體放入氧氣常壓燒結(jié)爐中，在800~950℃下燒結(jié)，燒結(jié)完畢，冷卻到常溫取出，破碎成-300目的粉末；(4)、將粉末用四柱液壓機(jī)冷壓壓制成型為坯件，冷壓壓力為30~50MPa；(5)、對(duì)坯件進(jìn)行冷等靜壓加工，壓力為200~300MPa；(6)、將坯件置于爐中進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明制造出的釔鋇銅氧靶材，其晶粒尺寸細(xì)小且致密度高。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102584205SQ20121003998
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者王廣欣, 王樹森, 鐘小亮 申請(qǐng)人:蘇州晶純新材料有限公司