一種Bi2223氧化物薄膜及其工業(yè)化制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)材料領(lǐng)域，具體的是涉及一種Bi2223氧化物薄膜的工業(yè)化制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫超導(dǎo)材料的產(chǎn)品主要有帶材和薄膜。帶材主要為鉍(Bi)系帶材，薄膜主要有釔(Y)系薄膜、鉍(Bi)系薄膜和鉈(Tl)系薄膜。經(jīng)過二十年的發(fā)展，釔(Y)系薄膜這項(xiàng)技術(shù)在北美和歐洲一些國家已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化階段。而鉍(Bi)系薄膜和鉈(Tl)系薄膜正處于普遍研究中。但是在應(yīng)用上都有一定的局限性。鉍系高溫超導(dǎo)帶材普遍應(yīng)用于強(qiáng)電領(lǐng)域，穩(wěn)定性高，但其臨界電流密度低，磁場下性能弱。釔系薄膜具有高臨界電流密度、原材料成本低的特點(diǎn)。但是為了能夠獲得各向異性，要求平行于(001)面(S卩a-b面)的晶體結(jié)構(gòu)好，這就要求釔系薄膜的生長有良好的雙軸織構(gòu)，同時在基底和釔(Y)系薄膜之間需要多層緩沖層，為了達(dá)到這一點(diǎn)，需要較高的成膜技術(shù)，工藝復(fù)雜，成品率低，所以雖然釔(Y)系薄膜性能高，但是生產(chǎn)成本非常高，因此離廣泛應(yīng)用仍有一段距離。同時由于生產(chǎn)工藝和設(shè)備的限制，鉍系帶材和釔(Y)系薄膜的尺寸都有一定的限制，目前鉍系帶材的尺寸多為4?4.5*0.2?0.25mm，釔(Y)系薄膜的尺寸目前最寬為12mm，這就使得超導(dǎo)薄膜的應(yīng)用受到了諸多的限制，大大的影響了薄膜產(chǎn)品在工業(yè)上的應(yīng)用和推廣，而鉍系薄膜的研究有可能兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，克服兩者的缺點(diǎn)，從而使高溫超導(dǎo)材料能夠普偏應(yīng)用于生活和生產(chǎn)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明以鉍系超導(dǎo)粉為原料、以純銀箔為基底，利用絲網(wǎng)印刷法或噴墨打印法制備Bi2223氧化物薄膜，最終獲得具備超導(dǎo)性能的超導(dǎo)氧化物薄膜。本發(fā)明方法是對以往鉍系高溫超導(dǎo)材料制備的一種突破，是一種操作性強(qiáng)的Bi2223氧化物薄膜的制備方法，不僅可以擴(kuò)大Bi2223超導(dǎo)材料的應(yīng)用范圍，同時有可能是一種對于傳統(tǒng)PIT法制備Bi2223超導(dǎo)帶材的替代方法。
[0004]一種Bi2223氧化物厚膜的工業(yè)化制備方法，其主要制備過程包括如下步驟:
[0005]1.基底的選擇
[0006]選擇厚度為10-100μπι、寬100-2000mm，長度不限的純銀箔?；椎倪x擇依據(jù)為熔點(diǎn)比超導(dǎo)體Bi2223高，熱處理過程中和超導(dǎo)體沒有反應(yīng)，高氧滲透性，高熱傳導(dǎo)性，低電阻，能提高樣品的機(jī)械性能，銀箔完全符合上述要求。銀箔的厚度需要在可控的范圍，銀箔過厚影響氧氣在Bi2223氧化物薄膜與外界氣氛的滲透過程，進(jìn)而影響B(tài)i2223相的生成，而銀箔過薄則容易在反應(yīng)過程中受氣體熱脹冷縮而變形。
[0007]2.鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉的處理
[0008]選用鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉，經(jīng)過分流設(shè)備去除粒徑大于5μπι小于Ιμπι的顆粒。大顆粒的粉末容易造成局部顆粒過大，尤其是用噴墨打印時會堵塞噴嘴。而粒度過小容易團(tuán)聚聚集，均影響產(chǎn)品效果。
[0009]3.分散液的配制
[0010]配制2 % -6 %的聚乙烯醇縮丁醛(以下簡稱PVB)乙醇溶液作為分散液。在Bi 2223氧化物厚膜的制備過程中分散液的制備非常重要。首先分散劑的選擇要既要有良好的成膜性，同時后期容易去除，并且在制膜過程中、以及去除過程中不能對超導(dǎo)性能有負(fù)面影響。而分散劑的濃度決定了分散液的粘度，這一參數(shù)是影響鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉在分散液中是否均勻分布、制膜的厚度和均勻性的主要參數(shù)之一。由于分散液是由乙醇組成，因此分散液即用即配，長時間放置會影響產(chǎn)品效果。
[0011]4.懸浮液的制備
[0012]針對Bi2223氧化物薄膜制備方法的不同，制膜所用的懸浮液在絲網(wǎng)印刷法中稱之為漿料體系，噴墨打印法中稱之為墨體系。前述鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉的處理以及分散液的配置都是為了獲得均勻穩(wěn)定的懸浮液。鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉在分散液中的占比是影響懸浮液是否穩(wěn)定、預(yù)處理后Bi2223氧化物薄膜厚度的主要影響因素。
[0013]配制方法如下:稱取一定量處理過的鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉分散在分散液中形成均勻穩(wěn)定的懸浮液。鉍系超導(dǎo)粉質(zhì)量占分散液體積百分比為10-20%。
[0014]5.Bi2223氧化物薄膜制備方法
[0015]Bi2223氧化物薄膜制備方法主要有絲網(wǎng)印刷法和噴墨打印法。
[0016]絲網(wǎng)印刷法:室溫下，將配好的漿料放置于絲網(wǎng)印刷機(jī)內(nèi)，然后采用絲網(wǎng)印刷方法使懸浮液在刮板的作用下通過網(wǎng)孔，均勻沉積到基底上，形成Bi2223氧化物薄膜。形成Bi2223氧化物薄膜的過程中用150-300度烘干，印刷-烘干為一行程，反復(fù)印刷-烘干3-6次，得到不同厚度的Bi2223氧化物薄膜。
[0017]噴墨打印法:室溫下，將配好的墨放置于噴墨打印機(jī)內(nèi)，然后采用噴墨打印方法使懸浮液通過噴頭均勻沉積到基底上，形成Bi2223氧化物薄膜。形成Bi2223氧化物薄膜的過程中用150-300度烘干，噴墨-烘干為一行程。，反復(fù)噴墨-烘干3-10次，得到不同厚度的Bi2223氧化物薄膜。
[0018]6.Bi2223氧化物薄膜的前處理
[0019]Bi2223氧化物薄膜在空氣中500-800度燒結(jié)l-10h，以去除在成膜過程中使用的PVB和乙醇。
[0020]7.Bi2223氧化物薄膜的熱處理
[0021 ] 燒結(jié)工藝:在5-10 % O2氣氛下820-840度燒結(jié)5-70h。
[0022]本發(fā)明的有益效果
[0023]本發(fā)明以鉍系超導(dǎo)粉為原料，以純銀箔為基底，利用絲網(wǎng)印刷法或噴墨打印法制備Bi2223氧化物薄膜，最終獲得具備超導(dǎo)性能的超導(dǎo)氧化物薄膜。利用本發(fā)明的方法可制備出寬100-2000mm、長度不限、厚度可控的Bi2223氧化物薄膜，Bi2223含量超過70%，為Bi系高溫超導(dǎo)材料提供了更多中的應(yīng)用。采用本發(fā)明的方法制備的Bi2223氧化物薄膜突破了以往薄膜產(chǎn)品的尺寸限制，使得Bi2223氧化物薄膜制備工藝由實(shí)驗(yàn)型走向工業(yè)化，從而使鉍系氧化物薄膜的生產(chǎn)向產(chǎn)業(yè)化邁出了一大步。大尺寸的鉍系氧化物薄膜不但能夠提高鉍系材料的臨界電流密度，同時增加了鉍系材料的應(yīng)用范圍。絲網(wǎng)印刷法和噴墨打印法制備的氧化物薄膜具有膜厚均勻、成分均勻、厚度可控、沉積速率高、生產(chǎn)效率高、重復(fù)性好、附著力好、內(nèi)應(yīng)力低等特點(diǎn)，具有一定的超導(dǎo)性?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024] 實(shí)施例1:
[°°25] 選擇厚度為30μηι、寬300mm，長10000mm的銀箔，選用祕系超導(dǎo)前驅(qū)粉，經(jīng)過分流設(shè)備去除粒徑大于5μπι，小于Mi的顆粒。配制3.5 %PVB乙醇溶液。漿料體系鉍系超導(dǎo)粉質(zhì)量占分散液體積百分比為12%。采用絲網(wǎng)印刷法，形成Bi2223氧化物薄膜的過程中用200度烘干，反復(fù)印刷-烘干4次，得到4μπι厚的Bi2223氧化物薄膜。在空氣中600度燒結(jié)5h去除在成膜過程中使用的PVB和乙醇。燒結(jié)工藝:8%02氣氛下835度燒結(jié)25h。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]選擇厚度為80μηι、寬1300mm，長1000mm的銀箔，選用祕系超導(dǎo)前驅(qū)粉，經(jīng)過分流設(shè)備去除粒徑大于5μπι，小于Mi的顆粒。配制4.5 % PVB乙醇溶液。漿料體系鉍系超導(dǎo)粉質(zhì)量占分散液體積百分比為10%。采用絲網(wǎng)印刷法，形成Bi2223氧化物薄膜的過程中用180度烘干，反復(fù)印刷-烘干6次，得到5μπι厚的Bi2223氧化物薄膜。在空氣中800度燒結(jié)2h去除在成膜過程中使用的PVB和乙醇。燒結(jié)工藝:10%02氣氛下830度燒結(jié)30h。
[0028]實(shí)施例3:
[0029]選擇厚度為ΙΟμπι、寬2000mm，長100mm的銀箔，選用祕系超導(dǎo)前驅(qū)粉，經(jīng)過分流設(shè)備去除粒徑大于5μπι，小于Mi的顆粒。配制2 % PVB乙醇溶液。墨體系鉍系超導(dǎo)粉質(zhì)量占分散液體積百分比為15%。采用噴墨打印法，形成Bi2223氧化物薄膜的過程中用150度烘干，反復(fù)噴墨-烘干6次，得到7μπι厚的Bi2223氧化物薄膜。在空氣中800度燒結(jié)Ih去除在成膜過程中使用的PVB和乙醇。燒結(jié)工藝:10%02氣氛下840度燒結(jié)10h。
[0030]實(shí)施例4:
[0031 ] 選擇厚度為50μηι、寬100mm，長100mm的銀箔，選用祕系超導(dǎo)前驅(qū)粉，經(jīng)過分流設(shè)備去除粒徑大于5μπι，小于μπι的顆粒。配制5%PVB乙醇溶液。墨料體系鉍系超導(dǎo)粉質(zhì)量占分散液體積百分比為20 %。采用噴墨打印法，形成Bi2223氧化物薄膜的過程中用250度烘干，反復(fù)噴墨-烘干4次，得到5μπι厚的Bi2223氧化物薄膜。在空氣中700度燒結(jié)3h去除在成膜過程中使用的PVB和乙醇。燒結(jié)工藝:6.5%02氣氛下825度燒結(jié)50h。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，其特征為以鉍系超導(dǎo)粉為原料，以純銀箔為基底，利用絲網(wǎng)印刷法或噴墨打印法制備Bi2223氧化物薄膜，最終獲得具備超導(dǎo)性能的超導(dǎo)氧化物薄膜，其主要制備過程包括如下步驟: (1)基底的選擇； (2)鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉的處理 (3)分散液的配制； (4)懸浮液的制備； (5)Bi 2223氧化物薄膜的制備方法； (6)Bi2223氧化物薄膜的前處理； (7)Bi2223氧化物薄膜的熱處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，所述的基底材料為百分含量為99.99%的銀箔，所述的銀箔厚度為10-10(^111、寬100-2000臟，長度不限。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，所述的鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉，經(jīng)過分流設(shè)備去除粒徑大于5μπι小于Ιμπι的顆粒。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，配制2%-6%的聚乙烯醇縮丁醛乙醇溶液作為分散液。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，所述的用作漿料體系或墨體系的懸浮液是由處理過的鉍系超導(dǎo)前驅(qū)粉分散在分散液中形成的，所述的鉍系超導(dǎo)粉質(zhì)量占分散液體積百分比為10-20%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，所述的Bi2223氧化物薄膜制備方法為絲網(wǎng)印刷法或噴墨打印法。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，采用所述的絲網(wǎng)印刷法形成Bi2223氧化物薄膜的過程中用150-300度烘干，印刷-烘干為一行程，反復(fù)印刷-烘干3-6次。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，采用所述的噴墨打印法形成Bi2223氧化物薄膜的過程中用150-300度烘干，噴墨-烘干為一行程，反復(fù)噴墨-烘干3_10次。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，所述的Bi2223氧化物薄膜的前處理步驟中，將Bi2223氧化物薄膜在空氣中500-800度燒結(jié)l-10h，以去除在成膜過程中使用的PVB和乙醇。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi2223氧化物薄膜及其制備方法，所述的Bi2223氧化物薄膜的熱處理燒結(jié)工藝是在5-10%02氣氛下820-840度燒結(jié)5-70h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Bi2223氧化物薄膜及其工業(yè)化制備方法，其特征為以鉍系超導(dǎo)粉為原料，以純箔銀為基底，利用絲網(wǎng)印刷法或噴墨打印法制備Bi2223氧化物薄膜，最終獲得具備超導(dǎo)性能的超導(dǎo)氧化物薄膜。
【IPC分類】H01B12/06, H01B13/00
【公開號】CN105575545
【申請?zhí)枴緾N201510995824
【發(fā)明人】包蕊
【申請人】北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月29日