專(zhuān)利名稱(chēng)：中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)NiO(200)涂層導(dǎo)體緩沖層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涂層導(dǎo)體緩沖層制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前高溫超導(dǎo)技術(shù)在世界范圍內(nèi)通過(guò)國(guó)際之間的合作和競(jìng)爭(zhēng)，得到突飛猛進(jìn)的發(fā) 展。超導(dǎo)技術(shù)在社會(huì)廣闊領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛能，例如環(huán)境/能源、生命科學(xué)、制造工 業(yè)、信息、通訊。高性能的涂層導(dǎo)體將是超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)涂層導(dǎo)體 應(yīng)用發(fā)展方面來(lái)看，以下幾個(gè)因素需要同時(shí)滿(mǎn)足長(zhǎng)帶的制備，高的超導(dǎo)性能，高的機(jī)械強(qiáng) 度，高的生產(chǎn)率等。對(duì)于純M基底具有較低的強(qiáng)度，在生產(chǎn)過(guò)程中很容易被損壞，導(dǎo)致操作 困難等問(wèn)題，人們通過(guò)制備N(xiāo)iCr、NiV、NiAg, Niff等合金在硬度方面有顯著的改善，并能保 持較強(qiáng)的立方織構(gòu)性能。對(duì)于涂層導(dǎo)體技術(shù)面臨的兩個(gè)主要問(wèn)題一是易碎的陶瓷涂層， 二是需要織構(gòu)的外延生長(zhǎng)模版。緩沖層的質(zhì)量將直接影響REBCO超導(dǎo)層的外延生長(zhǎng)。所 以緩沖層的制備問(wèn)題成為涂層導(dǎo)體技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。緩沖層晶格參數(shù)需要與基底和超導(dǎo)層 相匹配，其次，緩沖層的熱膨脹系數(shù)要與基底和超導(dǎo)層相匹配，避免在生長(zhǎng)過(guò)程中裂紋和分 層剝離的問(wèn)題，最后，緩沖層要有效起到阻止0擴(kuò)散到基底，并且M擴(kuò)散到超導(dǎo)層，影響超 導(dǎo)性能。為了得到高質(zhì)量雙軸織構(gòu)的涂層導(dǎo)體，許多緩沖層材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)，比如SrTiO3, La2Zr2O7, CeO2, RE2O3 和 REBiO3。在NiW基帶上沉積氧化物緩沖層的過(guò)程中，容易導(dǎo)致取向雜亂的MO的生成，多 是NiO(Ill)，從而影響了緩沖層的織構(gòu)，進(jìn)一步導(dǎo)致TOCO超導(dǎo)層的取向雜亂，降低了超導(dǎo) 性能，為了解決這個(gè)問(wèn)題，緩沖層沉積過(guò)程一般在還原氣氛中進(jìn)行，經(jīng)常在高溫還原氣氛下 去除雜亂的NiO(Ill)鈍化層，為了降低成本，表面氧化外延方法(SOE)，可以被用來(lái)在NiW 合金基帶生長(zhǎng)織構(gòu)的Ni0(200)緩沖層。這種織構(gòu)的Ni0(200)緩沖層阻止了取向雜亂的 NiO(Ill)在后續(xù)緩沖層沉積過(guò)程中的生成。表面氧化外延方法是一種采用低成本制備涂層 導(dǎo)體緩沖層，是對(duì)應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)很有前途的技術(shù)。目前國(guó)際上高溫1000°C -1200°〇之間制備的附0(200)緩沖層工藝已經(jīng)比較成熟。 我們也在空氣中1200°C獲得附著性好的織構(gòu)Μ0(200)緩沖層，但需要把熱處理時(shí)間控制 在1分鐘左右，這個(gè)較短的時(shí)間不利于長(zhǎng)帶生產(chǎn)的應(yīng)用。而1000°C以上較高的熱處理溫度 對(duì)于連續(xù)性超導(dǎo)帶材的生長(zhǎng)是不利的。工業(yè)成本高、高溫下金屬帶材的形變性高、向800°C 左右TOCO超導(dǎo)層的制備溫區(qū)過(guò)渡控制難度大，這些不利因素限制了高溫下制備N(xiāo)iO (200) 緩沖層的應(yīng)用發(fā)展。研究中溫制備附0(200)緩沖層是一種更有前途的解決途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)Ni0(200)涂層導(dǎo)體 緩沖層的方法。該方法可以實(shí)現(xiàn)涂層導(dǎo)體緩沖層的中溫制備、制備工藝簡(jiǎn)單、制備成本低、 制備效率高，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；同時(shí)制備出的Ni0(200)緩沖層薄膜織構(gòu)取向度
3高、表面平整度高、薄膜致密度高、緩沖層的厚度容易控制。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)Ni0(200)涂層導(dǎo)體緩沖層的方法，依次由 以下步驟構(gòu)成a、基帶的表面腐蝕修飾用濃度為99%的冰乙酸和濃度為53%的硝酸按摩爾比1 1配制成表面腐蝕溶 液；將退火處理后的雙軸織構(gòu)NiW(200)合金基帶，經(jīng)過(guò)丙酮、乙醇等清洗干凈后，在表面腐 蝕液中浸漬10-90秒，取出、洗凈、晾干；再將基帶在95-99份重的氨水和1-5份重的雙氧水 配制的混合修飾液中，浸漬10-120秒，取出、洗凈、晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW(200)合金基帶在氬氣氣氛或空氣氣 氛中、在600°C -850°C溫度條件下，氧化熱處理5-30分鐘。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，600°C -850°〇的中溫制備附0(200)緩沖層，溫度 低、成本低；熱處理時(shí)間在5-30分鐘、更便于控制，同時(shí)也有利于向后續(xù)的YBCO超導(dǎo)層的制 備溫區(qū)800°C左右過(guò)渡，使得有利于長(zhǎng)帶的連續(xù)性生產(chǎn)。未經(jīng)表面處理的容易生成單斜結(jié)構(gòu)的NiWO4，對(duì)后續(xù)緩沖層和超導(dǎo)層的外延生 長(zhǎng)極為不利。本發(fā)明對(duì)MW基帶進(jìn)行了腐蝕和表面修飾，以達(dá)到去除W的目的，從而減少 單斜結(jié)構(gòu)的MWO4W生長(zhǎng)趨勢(shì)，去除了晶界處的隆起，使得薄膜表面更平整致密，制得的 NiO(200)緩沖層織構(gòu)良好，大大提高了織構(gòu)度，可以很好地充當(dāng)涂層導(dǎo)體緩沖層模版。二、在制備過(guò)程中，通過(guò)控制熱處理氣氛、熱處理溫度、熱處理時(shí)間，即能方便控制 NiO (200)薄膜的厚度。上述b步氧化熱處理的具體作法為將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到所需溫度，當(dāng) 溫度和通入氣氛氣流量穩(wěn)定后，再將表面修飾后的NiW(200)合金基帶推入爐中；合金基帶 在爐中的時(shí)間達(dá)到所述的氧化熱處理時(shí)間后，將氧化后的NiW(200)合金基帶從爐中推出、 冷卻到室溫，即可。這樣，制備過(guò)程連續(xù)，制備效率高，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；同時(shí)推進(jìn)的基帶可 以采用滾輪兩端拉進(jìn)的方式，因此可以制備理論上無(wú)限長(zhǎng)的長(zhǎng)帶，適用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作一步說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一制備的Ni0(200)緩沖層的X射線(xiàn)衍射圖譜。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一制備的NiO (200)緩沖層的10000倍掃描電子顯微鏡(SEM) 照片。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二制備的Ni0(200)緩沖層的X射線(xiàn)衍射圖譜。圖4是本發(fā)明實(shí)施例制備的NiO (200)緩沖層的30000倍掃描電子顯微鏡(SEM) 照片。圖5是本發(fā)明實(shí)施例三制備的Ni0(200)緩沖層的X射線(xiàn)衍射圖譜。圖6是本發(fā)明實(shí)施例三制備的NiO (200)緩沖層的10000倍掃描電子顯微鏡(SEM) 照片。
圖7是本發(fā)明實(shí)施例二制備的Ni0(200)緩沖層的(lll)phi掃描曲線(xiàn)。圖8是本發(fā)明實(shí)施例二制備的Ni0(200)緩沖層的O00)Omega掃描曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
為一種在NiW合金基帶上采用中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)NiO (200)涂層導(dǎo)體 緩沖層的方法，依次由以下步驟構(gòu)成a、基帶的表面腐蝕修飾用濃度為99%的冰乙酸和濃度為53%的硝酸按摩爾比1 1配制成表面腐蝕溶 液；將退火處理后的雙軸織構(gòu)NiW(200)合金基帶，經(jīng)過(guò)丙酮、乙醇等清洗干凈后，在表面腐 蝕液中浸漬90秒，取出、洗凈晾干；再將基帶在99份重的氨水和1份重的雙氧水配制的混 合修飾液中，浸漬120秒，取出、洗凈晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW(200)合金基帶在空氣氣氛中、在 600°C溫度條件下，氧化熱處理30分鐘。本例中氧化熱處理的具體作法為將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到600°C，在空氣 中當(dāng)溫度穩(wěn)定后，再將表面修飾后的NiW(200)合金基帶推入爐中；合金基帶在爐中的氧化 時(shí)間達(dá)到30分鐘后，將氧化后的NiW(200)合金基帶從爐中推出、冷卻到室溫，即可。實(shí)施例二本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
為一種在NiW合金基帶上采用中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)NiO (200)涂層導(dǎo)體 緩沖層的方法，依次由以下步驟構(gòu)成a、基帶的表面腐蝕修飾用濃度為99%的冰乙酸和濃度為53%的硝酸按摩爾比1 1配制成表面腐蝕溶 液；將退火處理后的雙軸織構(gòu)NiW(200)合金基帶，經(jīng)過(guò)丙酮、乙醇等清洗干凈后，在表面腐 蝕液中浸漬30秒，取出、洗凈晾干；再將基帶在95份重的氨水和5份重的雙氧水配制的混 合修飾液中，浸漬30秒，取出、洗凈晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW (200)合金基帶在含0. 01%氧氣的 氬氣氣氛中、在溫度800°C溫度條件下，氧化熱處理10分鐘。本例中氧化熱處理的具體作法為將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到800°C，當(dāng)溫度 和通入氬氣氣流量穩(wěn)定后，再將表面修飾后的NiW(200)合金基帶推入爐中；合金基帶在爐 中的時(shí)間達(dá)到10分鐘后，將氧化后的NiW(200)合金基帶從爐中推出、冷卻到室溫，即可。實(shí)施例三本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
為一種在NiW合金基帶上采用中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)NiO (200)涂層導(dǎo)體 緩沖層的方法，依次由以下步驟構(gòu)成a、基帶的表面腐蝕修飾用濃度為99%的冰乙酸和濃度為53%的硝酸按摩爾比1 1配制成表面腐蝕溶 液；將退火處理后的雙軸織構(gòu)NiW(200)合金基帶，經(jīng)過(guò)丙酮、乙醇等清洗干凈后，在表面腐蝕液中浸漬10秒，取出、洗凈晾干；再將基帶在97份重的氨水和3份重的雙氧水的混合修 飾液中，浸漬10秒，取出、洗凈晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW (200)合金基帶在含0. 01%氧氣的 氬氣氣氛中、在850°C溫度條件下、氧化熱處理5分鐘。本例中氧化熱處理的具體作法為將管式氣氛燒結(jié)爐快速升溫到850°C，當(dāng)溫度 和通入氬氣氣流量穩(wěn)定后，再將表面修飾后的Ni (200)合金基帶推入爐中；合金基帶在爐 中的時(shí)間達(dá)到5分鐘后，將氧化后的NiW(200)合金基帶從爐中推出、冷卻到室溫，即可。圖1、3、5分別為實(shí)施例一、二、三制得的緩沖層的X射線(xiàn)衍射圖譜，由圖可見(jiàn)，所有 制得的緩沖層均為立方結(jié)構(gòu)，具有很好的(200)織構(gòu)；圖2、4、6為實(shí)施例一、二、三制得的緩 沖層的掃描電鏡照片，由圖可見(jiàn)，所有緩沖層表面均平整致密，沒(méi)有明顯的裂紋和孔洞。圖7、8為實(shí)施例二制得的Ni0(200)緩沖層的(lll)phi掃描曲線(xiàn)和(200)omega 掃描曲線(xiàn)。由圖7可見(jiàn)，NiO在NiW基帶上獲得較好的C軸外表面外延織構(gòu)。由圖8可見(jiàn)， 得到的半高寬等于8. 599° <9°，內(nèi)表面織構(gòu)一致性較好。兩者說(shuō)明制得物獲得了良好的 表面雙軸織構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)Ni0(200)涂層導(dǎo)體緩沖層的方法，依次由以 下步驟構(gòu)成a、基帶的表面腐蝕修飾用濃度為99%的冰乙酸和濃度為53%的硝酸按摩爾比1 1配制成表面腐蝕溶液；將 退火處理后的雙軸織構(gòu)NiW(200)合金基帶，經(jīng)過(guò)丙酮、乙醇等清洗干凈后，在表面腐蝕液 中浸漬10-90秒，取出、洗凈、晾干；再將基帶在95-99份重的氨水和1-5份重的雙氧水配制 的混合修飾液中，浸漬10-120秒，取出、洗凈、晾干；b、氧化熱處理將a步表面腐蝕修飾后的NiW(200)合金基帶在氬氣氣氛或空氣氣氛 中、在600°C -850°C溫度條件下，氧化熱處理5-30分鐘。
2.如權(quán)利要求1所述的中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)附0(200)涂層導(dǎo)體緩沖層的 方法，其特征是所述b步氧化熱處理的具體作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，再將表面修飾后的NiW(200)合金基帶推入爐中；合 金基帶在爐中的時(shí)間達(dá)到所述的氧化熱處理時(shí)間后，將氧化后的NiW(200)合金基帶從爐 中推出、冷卻到室溫，即可。
全文摘要
一種中溫表面氧化外延制備雙軸織構(gòu)NiO(200)涂層導(dǎo)體緩沖層的方法，其步驟是，將退火處理后的雙軸織構(gòu)NiW(200)合金基帶，經(jīng)過(guò)丙酮、乙醇等清洗干凈后，再在用冰乙酸和硝酸按摩爾比1∶1配制成的表面腐蝕溶液中浸漬10-90秒，然后在95-99份重的氨水和1-5份重的雙氧水配制的混合修飾液中，浸漬10-120秒；再將合金基帶在氬氣氣氛或空氣氣氛中、在600℃-850℃溫度條件下，氧化熱處理5-30分鐘。該方法可以實(shí)現(xiàn)涂層導(dǎo)體緩沖層的低成本制備、中溫下連續(xù)制備、制備效率高，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；同時(shí)制備出的NiO(200)緩沖層薄膜織構(gòu)性能好、薄膜致密度高、厚度容易控制、能有效起到阻擋作用。
文檔編號(hào)C23C8/12GK102061439SQ20111003639
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月11日
發(fā)明者蒲明華, 趙勇, 雷鳴 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)