[发明专利]中温表面氧化外延制备双轴织构NiO(200)涂层导体缓冲层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导材料制备技术领域，尤其是涂层导体缓冲层制备技术。

背景技术

目前高温超导技术在世界范围内通过国际之间的合作和竞争，得到突飞猛进的发展。超导技术在社会广阔领域具有极大的应用潜能，例如：环境/能源、生命科学、制造工业、信息、通讯。高性能的涂层导体将是超导技术实现大规模应用的关键技术。对涂层导体应用发展方面来看，以下几个因素需要同时满足：长带的制备，高的超导性能，高的机械强度，高的生产率等。对于纯Ni基底具有较低的强度，在生产过程中很容易被损坏，导致操作困难等问题，人们通过制备NiCr、NiV、NiAg、NiW等合金在硬度方面有显著的改善，并能保持较强的立方织构性能。对于涂层导体技术面临的两个主要问题：一是易碎的陶瓷涂层，二是需要织构的外延生长模版。缓冲层的质量将直接影响REBCO超导层的外延生长。所以缓冲层的制备问题成为涂层导体技术的关键问题。缓冲层晶格参数需要与基底和超导层相匹配，其次，缓冲层的热膨胀系数要与基底和超导层相匹配，避免在生长过程中裂纹和分层剥离的问题，最后，缓冲层要有效起到阻止O扩散到基底，并且Ni扩散到超导层，影响超导性能。为了得到高质量双轴织构的涂层导体，许多缓冲层材料被开发出来，比如SrTiO₃，La₂Zr₂O₇，CeO₂，RE₂O₃和REBiO₃。

在NiW基带上沉积氧化物缓冲层的过程中，容易导致取向杂乱的NiO的生成，多是NiO(111)，从而影响了缓冲层的织构，进一步导致YBCO超导层的取向杂乱，降低了超导性能，为了解决这个问题，缓冲层沉积过程一般在还原气氛中进行，经常在高温还原气氛下去除杂乱的NiO(111)钝化层，为了降低成本，表面氧化外延方法(SOE)，可以被用来在NiW合金基带生长织构的NiO(200)缓冲层。这种织构的NiO(200)缓冲层阻止了取向杂乱的NiO(111)在后续缓冲层沉积过程中的生成。表面氧化外延方法是一种采用低成本制备涂层导体缓冲层，是对应用于大规模工业生产来说很有前途的技术。

目前国际上高温1000℃-1200℃之间制备的NiO(200)缓冲层工艺已经比较成熟。我们也在空气中1200℃获得附着性好的织构NiO(200)缓冲层，但需要把热处理时间控制在1分钟左右，这个较短的时间不利于长带生产的应用。而1000℃以上较高的热处理温度对于连续性超导带材的生长是不利的。工业成本高、高温下金属带材的形变性高、向800℃左右YBCO超导层的制备温区过渡控制难度大，这些不利因素限制了高温下制备NiO(200)缓冲层的应用发展。研究中温制备NiO(200)缓冲层是一种更有前途的解决途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中温表面氧化外延制备双轴织构NiO(200)涂层导体缓冲层的方法。该方法可以实现涂层导体缓冲层的中温制备、制备工艺简单、制备成本低、制备效率高，适用于大规模工业化生产；同时制备出的NiO(200)缓冲层薄膜织构取向度高、表面平整度高、薄膜致密度高、缓冲层的厚度容易控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种中温表面氧化外延制备双轴织构NiO(200)涂层导体缓冲层的方法，依次由以下步骤构成：

a、基带的表面腐蚀修饰：

用浓度为99％的冰乙酸和浓度为53％的硝酸按摩尔比1∶1配制成表面腐蚀溶液；将退火处理后的双轴织构NiW(200)合金基带，经过丙酮、乙醇等清洗干净后，在表面腐蚀液中浸渍10-90秒，取出、洗净、晾干；再将基带在95-99份重的氨水和1-5份重的双氧水配制的混合修饰液中，浸渍10-120秒，取出、洗净、晾干；

b、氧化热处理：将a步表面腐蚀修饰后的NiW(200)合金基带在氩气气氛或空气气氛中、在600℃-850℃温度条件下，氧化热处理5-30分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、较1000℃及其以上高温工艺，600℃-850℃的中温制备NiO(200)缓冲层，温度低、成本低；热处理时间在5-30分钟、更便于控制，同时也有利于向后续的YBCO超导层的制备温区800℃左右过渡，使得有利于长带的连续性生产。