極低氟mod法快速制備rebco超導(dǎo)膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種第二代高溫超導(dǎo)帶材制備方法，特別是涉及一種REBCO超導(dǎo)膜的快速制備方法，應(yīng)用于第二代高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體REBCO制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]基于REBa2Cu3O" (REBCO)薄膜外延生長和雙軸織構(gòu)技術(shù)發(fā)展起來的第二代高溫超導(dǎo)帶材在液氮溫區(qū)具有高的不可逆場和高的臨界電流密度，其在電力、能源、醫(yī)療等領(lǐng)域中具有很廣闊的應(yīng)用前景。本著電力能源工業(yè)的革新需求和長遠(yuǎn)利益考慮，目前各國都在積極實(shí)施了旨在促進(jìn)第二代超導(dǎo)體的商業(yè)化和電力應(yīng)用的戰(zhàn)略計劃。我國也開始加大投資并將該領(lǐng)域的研宄作為重要攻關(guān)項(xiàng)目。超導(dǎo)材料的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為各國研宄的重點(diǎn)。
[0003]當(dāng)前第二代高溫超導(dǎo)帶材發(fā)展的重要方向就是進(jìn)一步提高其性價比，推動其工藝向批量化、低成本方向發(fā)展。第二代高溫超導(dǎo)帶材主要由金屬合金基帶、緩沖層、稀土鋇銅氧超導(dǎo)層、保護(hù)層等構(gòu)成。超導(dǎo)層REBCO薄膜，作為其核心，需要重點(diǎn)研宄的是以下兩個基本方面:1.提高單位寬度超導(dǎo)膜的載流能力；2.提高超導(dǎo)膜沉積生長的速率。
[0004]在制備REBCO超導(dǎo)膜的多種技術(shù)方式中，基于三氟乙酸鹽的金屬有機(jī)物沉積法(TFA-MOD)具有工藝成本低、易于控制組分、適于連續(xù)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，而成為最具有潛力和發(fā)展前景的工藝之一。采用MOD方法，國內(nèi)外很多研宄組已經(jīng)做出大量的性能優(yōu)異的REBCO超導(dǎo)膜。
[0005]但是要獲得表面平整的高質(zhì)量的REBCO超導(dǎo)膜，傳統(tǒng)的TFA-MOD方法一般需要采用較長時間的低溫?zé)岱纸膺^程，需要10-16 ho這將嚴(yán)重限制規(guī)模化制備REBCO薄膜的效率，大大制約了涂層導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。針對MOD方法中的這個問題，相關(guān)的研宄組一直在嘗試解決的方案，致力于在保證REBCO超導(dǎo)膜性能優(yōu)良的前提下，有效地提高超導(dǎo)膜的沉積生長速率。目前主要的改善方向是通過改進(jìn)前驅(qū)物的成分或添加有機(jī)物，來調(diào)節(jié)熱分解過程中的反應(yīng)情況，以期獲得了表面平整、性能優(yōu)良的REBCO超導(dǎo)膜。
[0006]目前，傳統(tǒng)TFA-MOD方法的前驅(qū)液中氟含量較高，過快的升溫速率會導(dǎo)致大量的HF氣體的團(tuán)簇放出，極易造成薄膜表面惡化以及超導(dǎo)層內(nèi)部空洞和成分偏析，最后得到性能差的超導(dǎo)膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種極低氟MOD法快速制備REBCO超導(dǎo)膜的方法，能實(shí)現(xiàn)REBCO超導(dǎo)膜的快速制備，該方法采用的極低氟前驅(qū)液，將前驅(qū)液中的氟含量降至到了目前所知的最低值，接近7wt%，克服了傳統(tǒng)全氟前驅(qū)液制備REBCO超導(dǎo)膜的低溫?zé)峤膺^程時間長的問題。本發(fā)明采用了極低氟前驅(qū)液，實(shí)現(xiàn)了 REBCO超導(dǎo)膜的快速制備，有效地提高REBCO超導(dǎo)膜低溫?zé)峤獾纳L速率。
[0008]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種極低氟MOD法快速制備REBCO超導(dǎo)膜的方法，包括如下步驟: a.按RE:Ba: Cu=1: 1.5: 3的摩爾比，分別稱量好定量的稀土醋酸鹽、醋酸銅、醋酸鋇；
b.將在步驟a中稱量的全部稀土醋酸鹽、全部醋酸銅以及2/3的醋酸鋇，混合溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤偌尤脒^量1-3倍的丙酸，再攪拌2-5小時使混合液充分反應(yīng)，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，降壓蒸餾除溶劑得到凝膠；
c.將在步驟a中稱量的另外1/3的醋酸鋇，再溶于去離子水中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤偌尤脒^量30-50%的三氟乙酸，攪拌后使混合液充分反應(yīng)，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，降壓蒸餾除溶劑得到凝膠；
d.將在步驟a和b中制備的凝膠，分別加入甲醇溶解后充分混合，再用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，降壓蒸餾除溶劑得到凝膠，再以甲醇為溶劑降壓蒸餾數(shù)次，得到凝膠；
e.將定量的甲醇溶劑加入在步驟d中制備的凝膠中，混合均勻，獲得RE、Ba、Cu總陽離子濃度為1-3 mol/L的極低氟前驅(qū)液；
f.采用浸涂法將在步驟e中制備的極低氟前驅(qū)液涂敷在雙軸織構(gòu)的基片上；的雙軸織構(gòu)的基片優(yōu)選采用鋁酸鑭、鈦酸鍶或金屬基帶緩沖層基片；
g.將涂敷好的前驅(qū)膜，放置于高溫管式石英爐里進(jìn)行熱處理，其工藝為:從室溫加熱升至130-150°C，然后在10-25°C /min的熱解溫度速率下升溫到300°C，之后快速升溫到750-800 °C保溫1-2小時，然后再降溫至400-500°C進(jìn)行滲氧處理1_2小時，隨后隨爐冷卻，即可得到所需的REBCO高溫超導(dǎo)膜；本步驟優(yōu)選在15-25°C /min的熱解溫度速率下升溫到300。。。
[0009]本發(fā)明極低氟金屬有機(jī)鹽化學(xué)溶液法(ELF-MOD)快速制備REBa2Cu307_s超導(dǎo)膜，REBCO, RE=Y, Gd, Sm，應(yīng)用于第二代高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體REBCO制備。本發(fā)明采用極低氟前驅(qū)液進(jìn)行REBCO高溫超導(dǎo)膜的制備，可以將低溫?zé)峤馓幚硭俾蕪膫鹘y(tǒng)的0.2-0.50C /min提高到了 20~25°C /min,并獲得綜合性能良好的REBCO超導(dǎo)膜，使整個熱處理過程的時間縮短了約10個小時。本發(fā)明的極低氟MOD法快速制備REBCO超導(dǎo)薄膜的方法為第二帶高溫超導(dǎo)材料的高效制備和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.在本發(fā)明極低氟MOD方法中使用的前驅(qū)液中氟含量降低至了7wt%，不但可以在不同程度上提高制備REBCO超導(dǎo)層過程中的低溫?zé)峤馑俾?，而且對環(huán)境友好；
2.本發(fā)明采用的極低氟前驅(qū)液對低溫?zé)峤膺^程中的工藝參數(shù)將不再如此敏感，這大大縮短熱處理工藝，為第二帶高溫超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造了更好的條件。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例制備的YBCO超導(dǎo)膜的XRD圖譜。
[0012]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例制備的YBCO超導(dǎo)膜的掃描電子顯微鏡SEM圖譜。
[0013]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例制備的YBCO超導(dǎo)膜的臨界電流密度測試顯示圖。
[0014]圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例制備的YBCO超導(dǎo)膜的臨界電流密度測量數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下: 在本實(shí)施例中，參見圖1?圖4，一種極低氟MOD法快速制備REBCO超導(dǎo)膜的方法，包括如下步驟:
a.按RE: Ba: Cu=1: 1.5: 3 的摩爾比，分別稱取 0.005 mol、0.0075 mol