专利名称：一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种双轴织构择优取向的金属基带层的制备方法。
技术背景第二代高温超导体——钇钡铜氧(YBCO)超导涂层导体成为目前各国研究 开发的焦点。超导涂层导体由金属基带层、过渡层(过渡层或緩沖层)、超导 层构成。其中，金属基带层是超导涂层导体的基底，要求其晶体结构的取向主 要集中在(200 )方向上，也即具有极强取向的双轴织构，以能够在其上生长双 轴织构的过渡层，然后再在过渡层上沉积相同双轴织构的超导层。因此，制备 强取向双轴织构的基带层，是制备超导涂层导体的关键。除了具有双轴织构以外，作为高温超导材料的基带层还有以下要求一、 高温超导薄膜是在500-90(TC制备的，因此要求基带层的晶格常数能与高温超导 薄膜相匹配，能够外延生长中间导。二、在高温超导薄膜的制备及后处理的高 温过程，要求基带层与超导薄膜间没有或很少扩散。三、为了避免降温时高温 超导薄膜产生裂痕，要求基带层的热膨胀系数与高温超导体材料要接近。目前能够满足以上要求的金属基带层主要有纯镍，镍合金系列Ni-Cr、 Ni-V、 Ni-W、 Ni-Cu，哈司特镍基合金(Hastel loy );银，银合金，SrTi03、 LaA103等单晶。金属基带层的制备主要通过物理方法，如轧制辅助双轴织构基带技术 (RABiTS技术)等。其制备过程类似于传统的轧制热处理工艺，它是将真空熔炼 或者粉末冶金制备的Ni或者Ni基合金的锭子，经过预处理后，进行大变形量 轧制，然后在1000 1400。C退火处理。制备得到的基带层，其内部为立方织构， 取向为(OOl)。其主要优点是通过轧制形变和热处理来生成强取向织构，使各种 氧化物过渡层和YBCO超导膜能通过这种强取向的织构金属基带层，诱导、外延 生长。但其同时也存在明显的缺点礼制工艺繁杂、需要专用的轧制设备，设 备投入巨大，成本高；热处理温度高，能耗较高；不利于工业化大规模生产。 发明内容本发明的目的就是提供一种双轴织构择优取向的金属基带层的制备方法，该方法制作工艺简单，设备简单，成本低；操作控制容易，且极易控制镀层的 厚度和物相取向；易于大规模制备生产；环保，不产生有害环境的污染物，节 能。本发明实现其发明目的，所釆用的技术方案是一种强取向双轴织构的镍一铜金属基带层的制备方法，其具体作法是a、 退火将铜片方文入管式炉中，并通入体积比重为5°/。氢气、95%氩气组成 的氳氩混合气体，按100 - 200°C/h的升温速率升至590 - 610°C，保温2小时左 右，然后自然冷却。b、 抛光按三氧化铬18-23g/L， 85°/。磷酸940-960ml/L， 95-98%硫酸 40-60ml/L混合均勾，配制成抛光液；再在抛光液中以a步处理后的铜片为阳 极，其他活性较好的金属如铝、铜等金属为阴极，以200-400mA的电流进行电 化学抛光，抛光时间2-5分钟。c、 电镀按硫酸镍95 - 110g/L,氯化镍8-15 g/L,硼酸25 - 30 g/L的 比例，配制成去离子水溶液，形成电镀液；将b步抛光处理后的铜片作阴极， 镍片作阳极进行电镀，电镀时间5-15分钟，电流10-50mA。与现有技术相比，本发明的有益效果是采用退火、抛光、电镀的电化学方法制备金属基带层，制备中不需要昂贵 复杂的设备，成本低。制备工艺简单，电镀过程中，电镀液及电镀电流等参数 易于控制，可精确控制生成的电镀层的厚度和物相取向，使制备出的金属基带 层性能易于控制。制备过程中温度低，节约能源。制备中的抛光液和电镀液一 次配备，可多次重复使用，整个制备过程有良好的再现性和可重复性，并进一步 降低了成本；并且抛光液和电镀液重复使用，不对外排放有毒有害物质，有利 于环保。在进行上述的a步退火前，先将铜片i丈入丙酮或无水乙醇中进行0. 5 - 1小 时超声清洗。这样，可去除铜片表面的油污等杂质，使铜片的退火处理效果更 好。在进行止述的a步退火后，先将铜片放入3%-8%的稀盐酸中清洗后，再对铜 片进行b步的抛光处理。这样，可去除高温退火时，在铜片表面形成的少量氧化杂质，更易于电化 学抛光的顺利进行。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述。
图1是本发明方法使用的铜片原料的x射线衍射图谱。图2是用本发明方法退火、抛光处理后的铜片的X射线衍射图谱。 图3是用本发明方法制备的铜一镍金属基带层的X射线图镨。 图4是用本发明方法制备的铜一镍金属基带层的5000倍扫描电子显微镜 (SEM)照片。图1-3中，纵坐标为衍射强度(Intensity),任意单位(a. u.),横坐标 为衍射角2 6,单位为度(deg.)。
具体实施方式
实施例一本发明的一种具体实施方式
为先将铜片放入丙酮或无水乙醇中进行45分钟超声清洗。a、 退火将a步清洗后的铜片放入管式炉中，并通入体积比重为5%氢气、 95%氩气组成的氢氩混合气体，按190°C/h的升温速率升至600。C,保温2小时， 然后自然冷却。退火后，将抛光后的铜片放入5%的稀盐酸中清洗，以去掉表面的氧化物杂质。b、 抛光按三氧化4各20g/L， 85。/。磷酸950ml/L, 97%石危酸50ml/L混合均匀， 配制成抛光液；再在抛光液中以退火处理后的铜片为阳极，铝片为阴极，以 300mA的电流进行电化学抛光，抛光4分钟。c、 电镀按硫酸镍105g/L，氯化镍10g/L，硼酸28g/L的比例，配制成 去离子水溶液，形成电镀液；将抛光清洗后的铜片作阴极，以镍片作阳极进行 电镀，电镀10分钟，电流20mA,即可在基底铜片的表面形成约2. 7jim厚的镍 镀层。实施例二本例与实施例一基本相同，所不同的仅仅是超声清洗时间30分钟；退火时以100°C/h的速率升温至590。C,保温1.5 小时；将铜片放入3%的稀盐酸中清洗；按三氧化铬18g/L， 85。/n磷酸940ml/L， 95%硫酸40ml/L的比例配抛光液，抛光电流200mA;抛光时间2分钟；按疏酸 镍为95g/L,氯化镍为8 g/L,硼酸为25 g/L，溶入去离子水中形成溶液，配置电镀液，电镀时间5分钟，电流10mA,即可在基底铜片的表面形成约ljnm 厚的镍镀层。 实施例三本例与实施例一基本相同，所不同的仅仅是超声清洗时间60分钟；退火时以200°C/h的速率升温至610°C，保温2. 5 小时；将铜片放入8%的稀盐酸中清洗；按三氧化4各23g/L, 85%-畴酸960ml/L， 98y。硫酸60ml/L的比例配抛光液，抛光电流400mA;抛光时间5分钟；按好u酸镍 为110g/L，氯化镍为15 g/L,硼酸为30g/L,溶入去离子水中配置电镀液，电 镀时间15分钟，电流50mA，即可在基底铜片的表面形成约10. 3)jrn厚的镍镀 层。实施例四一种强取向双轴织构的镍一铜金属基带层的制备方法，其具体作法是a、 退火将铜片》文入管式炉中，并通入体积比重为5%氢气、95%氩气组成 的氩氩混合气体，按180°C/h的升温速率升至60(TC,保温2小时，然后自然冷 却。b、 抛光按三氧化铬20g/L， 85l畴酸950ml/L, 97%石充酸50ml/L混合均匀， 配制成抛光液；再在抛光液中以退火后的铜片为阳极，铝片为阴极，以300mA 的电流进4亍电化学抛光，抛光时间4分钟。c、 电镀按硫酸镍100g/L,氯化镍IO g/L,硼酸28 g/L的比例，配制成 去离子水溶液，形成电镀液；将b步抛光处理后的铜片作阴极，镍片作阳极进 行电镀，电镀时间10分钟，电流25mA，即可在基底铜片的表面形成约3.4jum 厚的镍镀层。图1示出，未处理前的铜片原料中的铜明显存在(220 )取向，而铜(200 ) 取向相对较弱，也即此时的铜片不具有强取向的双轴织构；图2示出，退火、 抛光处理后，铜片中的(220 )取向明显减弱，(200 )取向大大增强，此时的铜 片已具有强取向的双轴织构；图3示出，在铜片上镀镍形成铜一镍金属基带层， 该基带层也具有极强的(200 )取向，而其它取向很弱。可见，用本方法制成的 金属基带层，具有极强的(200 )取向，即双轴取向，(200 )取向的相对强度 得到明显的外延和提高，具有良好的外延生长特性，适合于作为第二代超导材 料的金属基带层。
权利要求
1. 一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法，其具体作法是a、退火将铜片放入管式炉中，并通入体积比重为5％氢气、95％氩气组成的氢氩混合气体，按100-200℃/h的升温速率升至590-610℃，保温2小时左右，然后自然冷却；b、抛光按三氧化铬18-23g/L，85％磷酸940-960ml/L，95-98％硫酸40-60ml/L混合均匀，配制成抛光液；再在抛光液中以a步处理后的铜片为阳极，其他活性较好的金属如铝、铜等金属为阴极，以200-400mA的电流进行电化学抛光，抛光时间2-5分钟；c、电镀按硫酸镍95-110g/L，氯化镍8-15g/L，硼酸25-30g/L的比例，配制成去离子水溶液，形成电镀液；将b步抛光处理后的铜片作阴极，镍片作阳极进行电镀，电镀时间5-15分钟，电流10-50mA。
2、 根据权利要求1所述的一种强取向双轴织构的镍一铜金属基带层的制备 方法，其特征在于在进行所述的a步退火前，先将铜片放入丙酮或无水乙醇 中进行0.5-1小时超声清洗。
3、 根据权利要求1所述的一种强取向双轴织构的镍一铜金属基带层的制备 方法，其特征在于在进行所述的a步退火后，先将铜片^:入3%-8°/ 的稀盐酸 中清洗后，再对铜片进行b步的抛光处理。
全文摘要
一种强取向双轴织构的镍—铜金属基带层的制备方法，其具体作法是a.退火将铜片放入管式炉中，通入氢氩混合气体，升温至590-610℃，保温2小时左右，自然冷却；b.抛光按三氧化铬18-23g/L，85％磷酸940-960ml/L，95-98％硫酸40-60ml/L混合成抛光液；在抛光液中以退火后的铜片为阳极，铝片为阴极，以200-400mA的电流进行2-5分钟的抛光；c.电镀按硫酸镍95-110g/L，氯化镍8-15g/L，硼酸25-30g/L配制去离子水溶液的电镀液；将抛光后的铜片作阴极，镍片作阳极电镀5-15分钟，电流10-50mA。该方法制作工艺简单，设备简单，成本低；操作控制容易，且极易控制镀层的厚度和物相取向；易于大规模制备生产；环保，不产生有害环境的污染物，节能。
文档编号C25F3/22GK101250705SQ20081004450
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月1日 优先权日2008年4月1日
发明者刘见芬, 王贺龙, 蒲明华, 勇 赵, 果 郑 申请人:西南交通大学