專利名稱：以無機(jī)鹽為前驅(qū)物制備隔離層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以無機(jī)鹽為前驅(qū)物制備隔離層的方法。本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體制備和溶膠-凝膠法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體主要指YBCO涂層導(dǎo)體，該類材料的制備特點(diǎn)主要是(1)以柔性金屬帶材為基底材料，主要是用軋制及再結(jié)晶熱處理方法獲得的具有高立方織構(gòu)度的鎳及鎳合金帶材；(2)在金屬基帶上沉積一層或多層氧化物隔離層，該隔離層一方面阻止金屬向YBCO中擴(kuò)散，另一方面要求具有立方織構(gòu)，能夠誘導(dǎo)其上的YBCO形成織構(gòu)，隔離層材料的選擇要求晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)與金屬基底和YBCO相近，并且熱穩(wěn)定性好；(3)在隔離層上沉積具有立方織構(gòu)的YBCO涂層。
在以上三個(gè)步驟中，第二步最關(guān)鍵也最復(fù)雜。目前制備隔離層的手段主要分為真空法和非真空法。真空法主要有PLD、濺射、電子束蒸發(fā)等；非真空法主要有溶膠-凝膠、電鍍、電泳沉積等。國內(nèi)外研究者大多采用真空法來制備隔離層，該方法沉積得到的隔離層致密、表面平整、織構(gòu)度高，但是由于所用設(shè)備昂貴、沉積速度慢、工藝較為復(fù)雜，限制了該類方法的發(fā)展。非真空法制備隔離層的技術(shù)較容易實(shí)現(xiàn)但質(zhì)量相對較差一些，所以報(bào)道較少，而其中主要是溶膠-凝膠法。
氧化鈰，化學(xué)符號CeO2，其密度為7.13g/cm3(20℃)，熔點(diǎn)為2600℃，晶胞參數(shù)為0.5411nm，這種AB2型螢石結(jié)構(gòu)化合物屬于立方晶系，面心立方點(diǎn)陣。高溫下很穩(wěn)定，是很好的絕緣材料，用它作為高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的隔離層不僅可以減緩金屬的高溫氧化及擴(kuò)散，也可與高溫超導(dǎo)材料YBCO晶格相匹配，所以CeO2是YBCO涂層導(dǎo)體較為理想的隔離層材料。
國外研究者曾以各種價(jià)格昂貴，國內(nèi)較少有售的金屬醇鹽為起始原料，采用醇鹽水解的溶膠-凝膠法制備多種YBCO涂層導(dǎo)體隔離層，其中包括CeO2(美國專利號6,077,344)。國內(nèi)尚無溶膠-凝膠法制備YBCO涂層導(dǎo)體的隔離層的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以廉價(jià)易得的無機(jī)鹽為前驅(qū)物制備隔離層的方法，所制成的隔離層的膜層均勻、致密、平整，且具有一定織構(gòu)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案
一種高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法，該方法包括下述步驟(1)將可溶性無機(jī)鹽Ce(NO3)3·6H2O配成前驅(qū)物水溶液，加入(NH2)2CO作為沉淀緩釋劑，形成均勻穩(wěn)定的透明溶液；(2)將上述溶液進(jìn)行60-90℃水浴加熱，上述溶液逐漸發(fā)生水解反應(yīng)，2-10小時(shí)之后溶液轉(zhuǎn)變成溶膠；(3)將形成的溶膠涂覆在金屬基片上形成溶膠膜，在100-150℃溫度條件下干燥一段時(shí)間至重量基本不變，形成凝膠膜；(4)在通有惰性或還原性氣體的管式爐中熱處理，1000-1200℃溫度條件下保溫10-60分鐘，然后隨爐冷卻，即制成高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層，即獲得了YBCO涂層導(dǎo)體的CeO2隔離層。
在上述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法中，步驟(1)中，Ce(NO3)3·6H2O濃度為0.02-0.05mol/l，(NH2)2CO濃度為0.1-0.5mol/l；在上述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法中，步驟(3)中，溶膠膜一般在干燥箱中經(jīng)過在100-150℃溫度條件下的干燥后變成凝膠膜時(shí)才可進(jìn)行下一步驟(4)中的熱處理，否則極易出現(xiàn)膜層脫落或開裂的情況在上述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法中，在所述的步驟(3)中，是采用勻膠機(jī)中旋轉(zhuǎn)涂覆的方法將溶膠涂覆在金屬基底上。具體過程是把金屬基帶剪裁成小樣，經(jīng)過除油、拋光、超聲清洗等工序后作基底使用。金屬基底經(jīng)過上述的適當(dāng)?shù)那疤幚?，使得溶膠易于浸潤金屬基底。把制得的溶膠滴加在金屬基底上，利用勻膠機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂覆，旋轉(zhuǎn)速度3000-5000rpm，時(shí)間20-50秒左右。在勻膠機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，溶膠迅速鋪展在金屬基底表面形成溶膠膜。
在上述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法中，在所述的步驟(4)中，所通有惰性或還原性氣體是Ar或H2、或者是二者的混合氣體。
在上述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法中，在所述的步驟(2)中，優(yōu)選是水浴加熱溫度為70-90℃，時(shí)間為2-8小時(shí)。
在上述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法中，在所述的步驟(4)中，優(yōu)選是熱處理的溫度為1050-1200℃，保溫時(shí)間為20-40分鐘。
本發(fā)明提供了一種用于制備高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用隔離層的簡單的非真空技術(shù)。是利用廉價(jià)易得的Ce(NO3)3·6H2O無機(jī)鹽作為起始原料，采用溶膠-凝膠法，并經(jīng)過旋轉(zhuǎn)涂覆及熱處理等工藝，在金屬基帶上制備YBCO涂層導(dǎo)體CeO2隔離層的方法。用本發(fā)明方法可以在織構(gòu)金屬基帶上獲得致密平整和具有一定織構(gòu)的CeO2隔離層。由于本發(fā)明采用國內(nèi)易得，價(jià)格較為便宜的Ce(NO3)3·6H2O為起始原料，大大降低了制備YBCO涂層導(dǎo)體隔離層的成本。


圖1為本發(fā)明使用的Ni基片的Ni(111)極2為采用本發(fā)明的方法所制成的CeO2隔離層的表面掃描電鏡照片圖3為采用本發(fā)明的方法所制成的CeO2隔離層的XRD圖具體實(shí)施方式
下面是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例稱取Ce(NO3)3·6H2O和(NH2)2CO各400mg，加入40ml左右蒸餾水溶解，配制成透明溶液。
把上述溶液至于水浴加熱器中，在70℃左右溫度下進(jìn)行水浴加熱，加熱過程中伴隨適當(dāng)攪拌。大約5-6小時(shí)之后，隨著水分的逸出和水解反應(yīng)地進(jìn)行，透明溶液轉(zhuǎn)變成溶膠。將此制備好的溶膠密封存放待用。
取織構(gòu)Ni金屬帶材，裁剪成小樣，進(jìn)行預(yù)處理。具體過程是先在丙酮中超聲清洗5分鐘以達(dá)到除油的目的；然后放入化學(xué)拋光液中浸沾10-15秒(化學(xué)拋光液由醋酸、硝酸和鹽酸組成)，以除去氧化物和拋光平整化；最后在去離子水中超聲清洗。完畢后放入無水酒精中備用。該Ni基片由于經(jīng)過軋制與再結(jié)晶熱處理工藝，具有較強(qiáng)的立方織構(gòu)。該Ni基片的Ni(111)極圖如圖1所示。
把制好的溶膠滴加在Ni基片上，放在勻膠機(jī)中，以5000rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂覆30秒，得到均勻的溶膠膜。
把涂有溶膠膜的樣品放入干燥箱中，在120℃的溫度下進(jìn)行干燥脫水，直至重量不變?yōu)橹谷〕?，溶膠膜變成凝膠膜。
把樣品放入管式爐中，從室溫開始加熱，經(jīng)過4小時(shí)加熱至1150℃，恒溫20分鐘，然后隨爐冷，期間持續(xù)通Ar氣。冷卻后取出，即得到CeO2隔離層。CeO2隔離層表面的掃描電鏡照片如圖2所示，由照片可見膜層較致密平整，未見開裂現(xiàn)象。CeO2隔離層的XRD圖如圖3所示，圖3表明從Ni基片到NiO到CeO2隔離層，都呈現(xiàn)了一定的織構(gòu)取向。
權(quán)利要求
1.一種高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1)將可溶性無機(jī)鹽Ce(NO3)3·6H2O配成前驅(qū)物水溶液，加入(NH2)2CO作為沉淀緩釋劑，形成均勻穩(wěn)定的透明溶液；(2)將上述溶液進(jìn)行60-90℃水浴加熱，2-10小時(shí)之后溶液轉(zhuǎn)變成溶膠；(3)將形成的溶膠涂覆在金屬基片上形成溶膠膜，在100-150℃溫度條件下干燥一段時(shí)間至重量基本不變，形成凝膠膜；(4)在通有惰性或還原性氣體的管式爐中熱處理，1000-1200℃溫度條件下保溫10-60分鐘，然后隨爐冷卻，即制成高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法，其特征在于在所述的步驟(1)中，Ce(NO3)3·6H2O濃度為0.02-0.05mol/l，(NH2)2CO濃度為0.1-0.5mol/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法，其特征在于在所述的步驟(3)中，是采用勻膠機(jī)中旋轉(zhuǎn)涂覆的方法將溶膠涂覆在金屬基底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法，其特征在于在所述的步驟(4)中，所通有惰性或還原性氣體是Ar或H2、或者是二者的混合氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法，其特征在于在所述的步驟(2)中，水浴加熱溫度為70-90℃，時(shí)間為2-8小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用CeO2隔離層的制備方法，其特征在于在所述的步驟(4)中，熱處理的溫度為1050-1200℃，保溫時(shí)間為20-40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種本發(fā)明采用以無機(jī)鹽為前驅(qū)物的溶膠。凝膠法制備YBCO涂層導(dǎo)體用CeO
文檔編號H01L39/24GK1494168SQ0214597
公開日2004年5月5日 申請日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
發(fā)明者劉慧舟, 楊堅(jiān) 申請人:北京有色金屬研究總院