專利名稱：一種Bi-2212高溫超導厚膜的制備方法
技術領域：
本發明屬于高溫超導材料技術領域，具體涉及一種Bi-2212高溫超導厚膜的制備方法。
背景技術：
由于Bi-2212基高溫超導材料在4. 2K 20K溫區內具有優異的高磁場載流性能， 且是目前唯一可制備成各向同性圓線的高溫超導材料，這些特點使Bi-2212線材成為制備高場磁體系統內插線圈的首選材料。同時，基于Bi-2212高溫超導材料優異的高場抗磁性能，Bi-2212超導厚膜在磁屏蔽等領域具有廣泛的應用；而通過刻蝕等方法還可以在厚膜表面制成電路，對超導器件的開發和研制以及超導技術的進步具有重要的意義。與薄膜(厚度為納米級)和線帶材相比，Bi-2212厚膜具有較高的銀超比，可以在保證相同性能的條件下，大大降低材料成本。另一方面，在厚膜的熱處理過程中，銀層對氧交換的阻擋作用較小，可以縮短熱處理時間，對降低加工成本也有一定的意義。但是，對于Bi-2212基高溫超導材料而言，織構化生長過程對其最終傳輸性能具有極其重要的作用。在部分熔化熱處理過程中，基帶對織構的誘導作用是Bi-2212基超導材料織構形成的主要機制之一。而在傳統浸涂法制備的厚膜中，由于粉末間結合比較疏松， 在部分熔化熱處理的織構形成過程中，比較容易形成孔隙，基帶誘導織構的有效距離較小， 最終導致超導層織構度較低，這嚴重制約了 Bi-2212基超導厚膜性能的提高。因此，如何提高厚膜密度，以增加基帶誘導作用的有效距離，從而增加超導層的有效載流厚度，是提高 Bi-2212厚膜的載流性能所需要解決的最重要問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種方法簡便， 工藝重復性好，適合于批量化生產的Bi-2212高溫超導厚膜的制備方法。該方法采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，在避免超導層破損的前提下，增加Bi-2212超導層密度，從而增加超導層的有效載流面積，提高Bi-2212厚膜的工程電流密度。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種Bi-2212高溫超導厚膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將粘結劑溶解于有機溶劑中，然后向溶解有粘結劑的有機溶劑中加入粒度為400 500目的Bi-2212粉末得到懸濁液，持續攪拌以保持懸濁液成分均勻；所述有機溶劑、粘結劑和Bi-2212粉末的質量比為0.4 1 0.001 0.002 1，所述有機溶劑為無水甲醇或無水乙醇，所述粘結劑為聚乙二醇或聚乙烯縮丁醛；步驟二、采用浸涂法將步驟一中所述懸濁液涂敷于擦凈的金屬基帶上，然后將涂敷有懸濁液的金屬基帶在溫度為100°c 700°C的條件下烘干；步驟三、采用冷壓機將步驟二中烘干后的金屬基帶在壓力為15MPa 20MPa的條件下冷壓IOmin 20min ；
步驟四、將步驟三中經冷壓后的金屬基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到基于金屬基帶的臨界溫度超過80K，厚度為10 μ m 80 μ m的Bi_2212高溫超導厚膜；所述燒結的過程為在溫度為880°C 900°C的條件下保溫IOmin 30min，然后以2V /h 5°C /h的降溫速率降溫至810°C 850°C，保溫IOh 24h后隨爐冷卻至室溫。上述步驟二中所述金屬基帶為銀基帶、鎳基帶、銀合金基帶或鎳合金基帶。上述步驟二中所述浸涂法為將擦凈的金屬基帶浸入步驟一中所述懸濁液中，然后以0. 5m/s 2m/s的提拉速度提拉金屬基帶，使得金屬基帶表面涂敷懸濁液。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明的制備方法簡便，工藝重復性好，適合于批量化生產。2、本發明采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，在避免超導層破損的前提下，增加Bi-2212超導層密度，從而增加超導層的有效載流面積，提高Bi-2212厚膜的工程電流密度(Je)。3、采用本發明的方法制備的Bi-2212高溫超導厚膜的臨界溫度超過80K，臨界電流密度比常規方法(未采用冷壓)制備的基于相同基底的Bi-2212高溫超導厚膜的臨界電流密度提高了 20%以上。下面通過實施例對本發明的技術方案作進一步的詳細描述。
具體實施例方式實施例1步驟一、將粘結劑聚乙二醇溶解于無水乙醇中，然后加入粒度為400 500目的 Bi-2212粉末得到懸濁液，持續攪拌以保持懸濁液成分均勻；所述無水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的質量比為0.4 0. 001 1 ；步驟二、將擦凈的銀基帶浸入步驟一中所述懸濁液中，再以0. 5m/s的提拉速度提拉銀基帶，使得銀基帶表面涂敷懸濁液，最后將表面涂敷有懸濁液的銀基帶在溫度為700°C 的條件下烘干；步驟三、采用冷壓機將步驟二中烘干后的銀基帶在壓力為15MPa的條件下冷壓 IOmin ；步驟四、將步驟三中經冷壓后的銀基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到基于銀基帶的臨界溫度超過80K，厚度為80 μ m的Bi-2212高溫超導厚膜；燒結的過程為在溫度為 8890C的條件下保溫20min，然后以5°C /h的降溫速率降溫至810°C，保溫24h后隨爐冷卻至室溫。本實施例采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，將超導層的相對密度從冷壓前的20%提高到冷壓后的35%，再通過燒結將Bi-2212高溫超導厚膜的(001)織構度從90%提高到97%左右，制備的基于銀基帶的Bi-2212高溫超導厚膜的臨界電流密度比常規方法(未采用冷壓)制備的基于銀基帶的Bi-2212高溫超導厚膜提高了約36%。實施例2步驟一、將粘結劑聚乙二醇溶解于無水甲醇中，然后加入粒度為400 500目的 Bi-2212粉末得到懸濁液，持續攪拌以保持懸濁液成分均勻；所述無水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的質量比為1 0. 002 1 ；
步驟二、將擦凈的銀基帶浸入步驟一中所述懸濁液中，再以2m/s的提拉速度提拉銀基帶，使得銀基帶表面涂敷懸濁液，最后將表面涂敷有懸濁液的銀基帶在溫度為500°C的條件下烘干；步驟三、采用冷壓機將步驟二中烘干后的銀基帶在壓力為20MPa的條件下冷壓 IOmin ；步驟四、將步驟三中經冷壓后的銀基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到基于銀基帶的臨界溫度超過80K，厚度為60 μ m的Bi-2212高溫超導厚膜；燒結的過程為在溫度為 892°C的條件下保溫15min，然后以5°C /h的降溫速率降溫至840°C，保溫IOh后隨爐冷卻至室溫。本實施例采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，將超導層的相對密度從冷壓前的18%提高到冷壓后的33%，再通過燒結將Bi-2212高溫超導厚膜的(001)織構度從89%提高到97%左右，制備的基于銀基帶的Bi-2212高溫超導厚膜的臨界電流密度比常規方法(未采用冷壓)制備的基于銀基帶的Bi-2212高溫超導厚膜提高了約30%。實施例3步驟一、將粘結劑聚乙烯縮丁醛溶解于無水甲醇中，然后加入粒度為400 500目的Bi-2212粉末得到懸濁液，持續攪拌以保持懸濁液成分均勻；所述無水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的質量比為0. 6 0. 002 1 ；步驟二、將擦凈的銀錳合金基帶浸入步驟一中所述懸濁液中，再以lm/s的提拉速度提拉銀錳合金基帶，使得銀錳合金基帶表面涂敷懸濁液，最后將表面涂敷有懸濁液的銀錳合金基帶在溫度為100°c的條件下烘干；步驟三、采用冷壓機將步驟二中烘干后的銀錳合金基帶在壓力為ISMPa的條件下冷壓20min ；步驟四、將步驟三中經冷壓后的銀錳合金基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到基于銀錳合金基帶的臨界溫度超過80K，厚度為10 μ m的Bi-2212高溫超導厚膜；燒結的過程為在溫度為900°C的條件下保溫lOmin，然后以2V /h的降溫速率降溫至850°C，保溫1 后隨爐冷卻至室溫。本實施例采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，將超導層的相對密度從冷壓前的18%提高到冷壓后的30%，再通過燒結將Bi-2212高溫超導厚膜的(001)織構度從89%提高到96%左右，制備的基于銀錳合金基帶的Bi-2212高溫超導厚膜的臨界電流密度比常規方法(未采用冷壓)制備的基于銀錳合金基帶的Bi-2212高溫超導厚膜提高了約 30%。實施例4步驟一、將粘結劑聚乙烯縮丁醛溶解于無水乙醇中，然后加入粒度為400 500目的Bi-2212粉末得到懸濁液，持續攪拌以保持懸濁液成分均勻；所述無水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的質量比為1 0.001 1;步驟二、將擦凈的銀錳合金基帶浸入步驟一中所述懸濁液中，再以2m/s的提拉速度提拉銀錳合金基帶，使得銀錳合金基帶表面涂敷懸濁液，最后將表面涂敷有懸濁液的銀錳合金基帶在溫度為700°C的條件下烘干；步驟三、采用冷壓機將步驟二中烘干后的銀錳合金基帶在壓力為20MPa的條件下
5冷壓15min ；步驟四、將步驟三中經冷壓后的銀錳合金基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到基于銀錳合金基帶的臨界溫度超過80K，厚度為50 μ m的Bi-2212高溫超導厚膜；燒結的過程為在溫度為895°C的條件下保溫20min，然后以5°C /h的降溫速率降溫至840°C，保溫24h 后隨爐冷卻至室溫。本實施例采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，將超導層的相對密度從冷壓前的18%提高到冷壓后的40%，再通過燒結將Bi-2212高溫超導厚膜的(001)織構度從89%提高到98%左右，制備的基于銀錳合金基帶的Bi-2212高溫超導厚膜的臨界電流密度比常規方法(未采用冷壓)制備的基于銀錳合金基帶的Bi-2212高溫超導厚膜提高了約 40%。實施例5步驟一、將粘結劑聚乙烯縮丁醛溶解于無水甲醇中，然后加入粒度為400 500目的Bi-2212粉末得到懸濁液，持續攪拌以保持懸濁液成分均勻；所述無水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的質量比為0. 8 0.0015 1;步驟二、將擦凈的鎳鎢合金基帶浸入步驟一中所述懸濁液中，再以0. 5m/s的提拉速度提拉鎳鎢合金基帶，使得鎳鎢合金基帶表面涂敷懸濁液，最后將表面涂敷有懸濁液的鎳鎢合金基帶在溫度為200°C的條件下烘干；步驟三、采用冷壓機將步驟二中烘干后的鎳鎢合金基帶在壓力為15MPa的條件下冷壓20min ；步驟四、將步驟三中經冷壓后的鎳鎢合金基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到基于鎳鎢合金基帶的臨界溫度超過80K，厚度為40 μ m的Bi-2212高溫超導厚膜；燒結的過程為在溫度為880°C的條件下保溫20min，然后以3°C /h的降溫速率降溫至810°C，保溫20h 后隨爐冷卻至室溫。本實施例采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，將超導層的相對密度從冷壓前的18%提高到冷壓后的37%，再通過燒結將Bi-2212高溫超導厚膜的(001)織構度從88%提高到95%左右，制備的基于鎳鎢合金基帶的Bi-2212高溫超導厚膜的臨界電流密度比常規方法(未采用冷壓)制備的基于鎳鎢合金基帶的Bi-2212高溫超導厚膜提高了約 20%。實施例6步驟一、將粘結劑聚乙二醇溶解于無水甲醇中，然后加入粒度為400 500目的 Bi-2212粉末得到懸濁液，持續攪拌以保持懸濁液成分均勻；所述無水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的質量比為1 0.001 1;步驟二、將擦凈的鎳基帶浸入步驟一中所述懸濁液中，再以2m/s的提拉速度提拉鎳基帶，使得鎳基帶表面涂敷懸濁液，最后將表面涂敷有懸濁液的鎳基帶在溫度為100°c的條件下烘干；步驟三、采用冷壓機將步驟二中烘干后的鎳基帶在壓力為20MPa的條件下冷壓 20min ；步驟四、將步驟三中經冷壓后的鎳基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到基于鎳基帶的臨界溫度超過80K，厚度為20 μ m的Bi-2212高溫超導厚膜；燒結的過程為在溫度為892°C的條件下保溫30min，然后以2°C /h的降溫速率降溫至810°C，保溫IOh后隨爐冷卻至室溫。本實施例采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，將超導層的相對密度從冷壓前的18%提高到冷壓后的38%，再通過燒結將Bi-2212高溫超導厚膜的(001)織構度從88%提高到94%左右，制備的基于鎳基帶的Bi-2212高溫超導厚膜的臨界電流密度比常規方法(未采用冷壓)制備的基于鎳基帶的Bi-2212高溫超導厚膜提高了約22%。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種Bi-2212高溫超導厚膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟一、將粘結劑溶解于有機溶劑中，然后向溶解有粘結劑的有機溶劑中加入粒度為400 500目的Bi-2212粉末得到懸濁液，持續攪拌以保持懸濁液成分均勻；所述有機溶劑、粘結劑和Bi-2212粉末的質量比為0.4 1 0.001 0.002 1，所述有機溶劑為無水甲醇或無水乙醇，所述粘結劑為聚乙二醇或聚乙烯縮丁醛；步驟二、采用浸涂法將步驟一中所述懸濁液涂敷于擦凈的金屬基帶上，然后將涂敷有懸濁液的金屬基帶在溫度為100°C 700°C的條件下烘干；步驟三、采用冷壓機將步驟二中烘干后的金屬基帶在壓力為15MPa 20MPa的條件下冷壓 IOmin 20min ；步驟四、將步驟三中經冷壓后的金屬基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到基于金屬基帶的臨界溫度超過80K，厚度為10 μ m 80 μ m的Bi-2212高溫超導厚膜；所述燒結的過程為 在溫度為880°C 900°C的條件下保溫IOmin 30min，然后以2°C /h 5°C /h的降溫速率降溫至810°C 850°C，保溫IOh 24h后隨爐冷卻至室溫。
2.根據權利要求1所述的一種Bi-2212高溫超導厚膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述金屬基帶為銀基帶、鎳基帶、銀合金基帶或鎳合金基帶。
3.根據權利要求1所述的一種Bi-2212高溫超導厚膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述浸涂法為將擦凈的金屬基帶浸入步驟一中所述懸濁液中，然后以0. 5m/s 2m/s 的提拉速度提拉金屬基帶，使得金屬基帶表面涂敷懸濁液。
全文摘要
本發明公開了一種Bi-2212高溫超導厚膜的制備方法，該方法為一、將粘結劑溶解于有機溶劑中，然后加入Bi-2212粉末得到懸濁液；二、采用浸涂法將懸濁液涂敷于擦凈的金屬基帶上，然后烘干；三、采用冷壓機將烘干后的金屬基帶在壓力為15MPa～20MPa的條件下冷壓10min～20min；四、將冷壓后的金屬基帶于純氧氣氛中進行燒結，得到厚度為10μm～80μm的Bi-2212高溫超導厚膜。本發明采用冷壓機對浸涂法制備的Bi-2212厚膜進行冷壓，在避免超導層破損的前提下，增加Bi-2212超導層密度，從而增加超導層的有效載流面積，提高Bi-2212厚膜的工程電流密度。
文檔編號H01L39/24GK102509762SQ20111032615
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月24日 優先權日2011年10月24日
發明者宋露露, 張勝楠, 李成山, 白利峰, 郝清濱 申請人:西北有色金屬研究院