一種化學溶液動態(tài)制備Re_xCe_1-xO_y緩沖層長帶的方法

專利名稱：一種化學溶液動態(tài)制備Re_xCe_1-xO_y緩沖層長帶的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高溫超導帶材制備領域，具體涉及一種化學法動態(tài)制備涂層導體緩沖層長帶RexCepxOy薄膜的方法。
背景技術：
第二代高溫超導帶材，由于其優(yōu)良的本征電磁特性，尤其是其在高磁場下優(yōu)良的載流能力，在電力、交通、軍事和醫(yī)學等領域擁有廣闊的應用前景。高溫超導涂層導體由三部分組成基底、緩沖層、超導層，緩沖層材料既作為生長模板，又充當阻隔層，作用重大。目前，CeO2由于其具有與超導層極佳的匹配度和良好的化學穩(wěn)定性，成為首選的緩沖層材料之一。目前國際上高性能的超導帶材，其緩沖層和超導層普遍采用真空沉積法制備。而真空沉積法需要設備價格高昂，薄膜的生產效率低，不利于帶 材的工業(yè)化發(fā)展，故需要加以改進，因此高昂的制造成本是制約高溫超導帶材規(guī)模化應用的主要因素。本專利在此采用一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，成本低廉，操作簡單易行，為超導帶材工業(yè)化生產奠定了基礎。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種價格低廉，有利于大規(guī)模工業(yè)化生產的動態(tài)制備RexCei_x0y涂層導體緩沖層長帶的方法。該方法制備工藝與物理法相比簡單易行、成本低、不污染環(huán)境，可獲得臨界厚度達到150-200nm的RexCei_x0y單層緩沖層。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案為，一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征依次由以下步驟構成
a、濕膜的制備
按稀土與鈰的離子比X :1 — x，0. 01 < X < O. 5配制硝酸鹽混合物，并將其溶解在高分子有機溶劑中合成膠體，將膠體裝入儲液筒內，將基帶安置在牽引帶上，由步進電機在O. Im/h-10 m/h速度內帶動前進,膠體也由上置步進電機在O. 5 mL/h-2 mL/h轉速下帶動下壓通過狹縫涂覆口涂覆于基帶上，形成濕膜；
b、干膜制備
將涂覆好的濕膜以O. I m/h - O. 5 m/h速率通過恒溫紅外干燥區(qū)域，形成干膜；
C、分解成相
將干膜以O. I m/h - 10 m/h速度通過長帶氣氛多區(qū)控溫爐，在各溫區(qū)H2/Ar還原氣氛充足的保護下，以O. 2°C / min - O. 5°C / min速度通過350°C — 520°C分解區(qū)，然后以O. 25 m/h — I m/h速度通過1000°C — 1200°C結晶區(qū),最后以lm/h — 10 m/h速度通過降
溫區(qū)，隨爐冷卻。根據本發(fā)明所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征在于所述a步中，稀土為釔(Y)、鑭(La)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)中的一種。
根據本發(fā)明所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征在于所述a步中，高分子有機溶劑為聚甲基丙烯酸或丙烯酸與N-N 二甲基甲酰胺的聚合物。根據本發(fā)明所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征在于所述a步中，基帶可以是NiW合金基帶、NiCr合金基帶、NiAg合金基帶以及其他織構基帶中的一種。根據本發(fā)明所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征是所述a步中，狹縫涂覆出口大小、狹縫高度可調節(jié)，由電腦可精確控制步進電機下壓速度、引帶速度，這些參數共同決定濕膜的厚度與均勻連續(xù)性。根據本發(fā)明所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCehOy緩沖層長帶的方法，其特征是所述b步中，恒溫紅外干燥區(qū)域溫度在50°C - ISO0C范圍內，由電腦控溫設定，并由帶移動速度大小來控制經過干燥區(qū)域的時間。根據本發(fā)明所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCehOy緩沖層長帶的方法，其特征在 于所述c步中，氣氛多區(qū)控溫爐長16米，分30個精確控溫區(qū)，可由電腦精確監(jiān)控，高溫下溫度誤差在1°C之內；同時通過電腦控制兩端牽弓I步進電機轉速來控制弓I帶速度，確定基帶在各溫區(qū)通過的時間。本發(fā)明所述技術方案有益效果在于，與現有技術相比其一，狹縫涂覆技術與化學法相結合生產成本低廉，易擴大化生產?；鶐в梢龓恳?，通過電腦控制收卷裝置和放卷裝置連續(xù)化動態(tài)制備。其二，高分子有機物提高了膠體的性能，使其在涂敷過程中緩解了薄膜制備過程中釋放的應力，減緩了微裂紋的產生，提高了緩沖層的臨界厚度。通過稀土離子摻雜，在晶體結構層面也增大了晶胞體積，可有效提高氧化鈰的化學法制備臨界厚度。該制備方法與物理法相比簡單易行、成本低、不污染環(huán)境，可獲得任意長度臨界厚度達到150-200nm的RexCe^xOy單層緩沖層長帶。


圖I是本發(fā)明實施案例中動態(tài)制備獲得的Sma2Cea8Ou緩沖層長帶圖片
圖2是本發(fā)明實施案例中Sma2Cea8Ou緩沖層長帶的XRD圖譜；
圖3是本發(fā)明實施案例中Sma2Cea8Oh9緩沖層長帶的織構度曲線分布 圖4a、圖4b是Sma2Cea8Ou緩沖層長帶中心取樣測得ω掃描和φ掃描圖譜；
圖5a、圖5b是Sma2Cea8Ou緩沖層長帶中心取樣測得的SEM圖譜。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明
本發(fā)明提供一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其具體作法是 a濕膜的制備
按Sm離子與Ce離子以O. 2 :0. 8配制硝酸鹽混合物，并將其溶解在15 wt. %的聚丙烯酸與N-N 二甲基甲酰胺聚合物中，獲得膠體。將膠體裝入儲液筒內，將110 cm長Ni-5%W基帶安置在牽引帶上，由步進電機在O. 20 m/h轉速下帶動前進，膠體也由上置步進電機在O. 5mL/h轉速下帶動下壓通過狹縫涂覆口涂覆于基帶上，形成濕膜。
b干膜的制備
將涂覆好的濕膜以O. 20 m/h速率通過120°C恒溫紅外干燥區(qū)域，形成干膜。c分解成相
將干膜以設定速度通過長帶氣氛多區(qū)控溫爐，在各溫區(qū)以氣流量10 L/min通入H2/Ar保護氣體，基帶以O. °C / min速度通過350°C — 520°C分解區(qū)，然后以O. 5 m/h通過1100°C結晶區(qū)，最后以I m/h通過降溫區(qū)，隨爐冷卻。即制得110 cm長涂層導體Sma2Cea8Oh9緩沖層長帶。圖I分別展示了 110 cm Sma2Cea8O1^緩沖層長帶干膜和成相后的圖片。a為110cm長熱處理前的Sma2Cea8Oh9緩沖層長帶；b為24 cm長成相后的Sma2Cea8Oh9緩沖層長帶。圖2對Sma2CeaA9緩沖層長帶取其中24 cm 一段分成10區(qū)采集了 XRD數據，可見長帶在33.0°出現了(200)織構峰值，表明樣品具有很好的雙軸織構性能。
圖3是Sma2Cea8Oh9緩沖層長帶的整體織構強度圖，可見樣品整體織構度達90%以上。說明本化學溶液動態(tài)制備方法可以獲得高性能的緩沖層長帶。圖4a、b分別為長帶中心區(qū)(200)方向ω掃描和(111)方向φ掃描圖譜，ω掃描半高寬為5. 08°，證明在c軸方向上獲得了良好的織構性能；Φ掃描可見四個方向擺動較對稱，且半高寬只有4. 64° ,說明薄膜在a-b面內織構性能良好,既而證明Sm0.2Cea8(\9緩沖層長帶具有良好的雙軸織構性能，這為后續(xù)的YBCO超導層的制備打好了基礎。圖5 a、b分別為Sma2Cea8Ou緩沖層長帶中心區(qū)表面和斷面SEM圖譜，在10000倍下觀察，樣品仍然平整致密、無微裂紋，薄膜厚度150 nm，薄膜的表面形貌和厚度同時具備高性能緩沖層的指標。由于本發(fā)明使用的稀土元素釔(Y)、鑭(La)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，它們具有極其相近的化學性質，如離子價態(tài)，離子半徑，所以相互之間互溶性很好，極易取代，形成的氧化物是立方晶系，晶格參數均與Ni合金相或REBCO匹配。另外，元素鋯(Zr)和鈰(Ce)的氧化物可以具有較大的互溶固溶度。因此，不局限于以上實施例中的元素，而采用鋯元素和稀土元素中的任意一元素或以上的元素混合，均可以制備出性能優(yōu)良的稀土摻雜或鋯的氧化鈰單層緩沖層。
權利要求
1.一種化學溶液動態(tài)制備Rexcei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征依次由以下步驟構成 a、濕膜的制備 按稀土與鈰的離子比X :1 — x，0. Ol < X < O. 5配制硝酸鹽混合物，并將其溶解在高分子有機溶劑中合成膠體，將膠體裝入儲液筒內，將基帶安置在牽引帶上，由步進電機在O. Im/h — 10 m/h速度內帶動前進,膠體也由上置步進電機在O. 5 mL/h 一 2 mL/h轉速下帶動下壓通過狹縫涂覆口涂覆于基帶上，形成濕膜； b、干膜的制備 將涂覆好的濕膜以O. I m/h - O. 5 m/h速率通過恒溫紅外干燥區(qū)域，形成干膜； C、分解成相 將干膜以O. I m/h - 10 m/h速度通過長帶氣氛多區(qū)控溫爐，在各溫區(qū)H2/Ar還原氣氛充足的保護下，以O. 2°C / min - O. 5°C / min速度通過350°C — 520°C分解區(qū)，然后以O. 25 m/h — I m/h速度通過1000°C — 1200°C結晶區(qū),最后以lm/h — 10 m/h速度通過降溫區(qū)，隨爐冷卻。
2.根據權利要求I所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_xOy緩沖層長帶的方法，其特征在于所述a步中，稀土為釔(Y)、鑭(La)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、欽(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)中的一種。
3.根據權利要求I所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征在于所述a步中，高分子有機溶劑為聚甲基丙烯酸或丙烯酸與N-N二甲基甲酰胺的聚合物。
4.根據權利要求I所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征在于所述a步中，基帶是NiW合金基帶、NiCr合金基帶、NiAg合金基帶以及其他織構基帶中的一種。
5.根據權利要求I所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征是所述a步中，狹縫涂覆出口大小、狹縫高度可調節(jié)，由電腦可精確控制步進電機下壓速度、引帶速度，這些參數共同決定濕膜的厚度與均勻連續(xù)性。
6.根據權利要求I所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征是所述b步中，恒溫紅外干燥區(qū)域溫度在50°C - ISO0C范圍內，由電腦控溫設定，并由帶移動速度大小來控制經過干燥區(qū)域的時間。
7.根據權利要求I所述的一種化學溶液動態(tài)制備RexCei_x0y緩沖層長帶的方法，其特征在于所述c步中，氣氛多區(qū)控溫爐長16米，分30個精確控溫區(qū)，可由電腦精確監(jiān)控，高溫下溫度誤差在1°C之內；同時通過電腦控制兩端牽弓I步進電機轉速來控制弓I帶速度，確定基帶在各溫區(qū)通過的時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學溶液動態(tài)制備RexCe1-xOy緩沖層長帶的方法，其具體作法是a、濕膜的制備按稀土與鈰的離子比配制硝酸鹽混合物，并將其溶解在高分子有機溶劑中合成膠體。將膠體裝入儲液筒內，將基帶安置在牽引帶上，由步進電機帶動前進，膠體由上置步進電機帶動下壓通過狹縫涂覆口涂覆于基帶上，形成濕膜；b、干膜的制備將涂覆好的濕膜通過恒溫紅外干燥區(qū)域，形成干膜；c、分解成相將干膜通過長帶氣氛多區(qū)控溫爐,在各溫區(qū)H2/Ar還原氣氛充足的保護下，通過350oC－520oC分解區(qū)，然后通過1000oC－1200oC結晶區(qū)，最后通過降溫區(qū)，隨爐冷卻，即可制得涂層導體RexCe1-xOy緩沖層長帶。該方法制備工藝與物理法相比簡單易行、成本低、不污染環(huán)境，可獲得任意長度臨界厚度達到150-200nm的RexCe1-xOy緩沖層長帶。
文檔編號C04B35/505GK102863216SQ20121031896
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權日2012年9月3日
發(fā)明者雷鳴, 潘熙鋒, 趙勇, 王文濤, 張勇 申請人:西南交通大學