专利名称：一种Bi-2212高温超导厚膜的制备方法
技术领域：
本发明属于高温超导材料技术领域，具体涉及一种Bi-2212高温超导厚膜的制备方法。
背景技术：
由于Bi-2212基高温超导材料在4. 2K 20K温区内具有优异的高磁场载流性能， 且是目前唯一可制备成各向同性圆线的高温超导材料，这些特点使Bi-2212线材成为制备高场磁体系统内插线圈的首选材料。同时，基于Bi-2212高温超导材料优异的高场抗磁性能，Bi-2212超导厚膜在磁屏蔽等领域具有广泛的应用；而通过刻蚀等方法还可以在厚膜表面制成电路，对超导器件的开发和研制以及超导技术的进步具有重要的意义。与薄膜(厚度为纳米级)和线带材相比，Bi-2212厚膜具有较高的银超比，可以在保证相同性能的条件下，大大降低材料成本。另一方面，在厚膜的热处理过程中，银层对氧交换的阻挡作用较小，可以缩短热处理时间，对降低加工成本也有一定的意义。但是，对于Bi-2212基高温超导材料而言，织构化生长过程对其最终传输性能具有极其重要的作用。在部分熔化热处理过程中，基带对织构的诱导作用是Bi-2212基超导材料织构形成的主要机制之一。而在传统浸涂法制备的厚膜中，由于粉末间结合比较疏松， 在部分熔化热处理的织构形成过程中，比较容易形成孔隙，基带诱导织构的有效距离较小， 最终导致超导层织构度较低，这严重制约了 Bi-2212基超导厚膜性能的提高。因此，如何提高厚膜密度，以增加基带诱导作用的有效距离，从而增加超导层的有效载流厚度，是提高 Bi-2212厚膜的载流性能所需要解决的最重要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种方法简便， 工艺重复性好，适合于批量化生产的Bi-2212高温超导厚膜的制备方法。该方法采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，在避免超导层破损的前提下，增加Bi-2212超导层密度，从而增加超导层的有效载流面积，提高Bi-2212厚膜的工程电流密度。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种Bi-2212高温超导厚膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、将粘结剂溶解于有机溶剂中，然后向溶解有粘结剂的有机溶剂中加入粒度为400 500目的Bi-2212粉末得到悬浊液，持续搅拌以保持悬浊液成分均勻；所述有机溶剂、粘结剂和Bi-2212粉末的质量比为0.4 1 0.001 0.002 1，所述有机溶剂为无水甲醇或无水乙醇，所述粘结剂为聚乙二醇或聚乙烯缩丁醛；步骤二、采用浸涂法将步骤一中所述悬浊液涂敷于擦净的金属基带上，然后将涂敷有悬浊液的金属基带在温度为100°c 700°C的条件下烘干；步骤三、采用冷压机将步骤二中烘干后的金属基带在压力为15MPa 20MPa的条件下冷压IOmin 20min ；
步骤四、将步骤三中经冷压后的金属基带于纯氧气氛中进行烧结，得到基于金属基带的临界温度超过80K，厚度为10 μ m 80 μ m的Bi_2212高温超导厚膜；所述烧结的过程为在温度为880°C 900°C的条件下保温IOmin 30min，然后以2V /h 5°C /h的降温速率降温至810°C 850°C，保温IOh 24h后随炉冷却至室温。上述步骤二中所述金属基带为银基带、镍基带、银合金基带或镍合金基带。上述步骤二中所述浸涂法为将擦净的金属基带浸入步骤一中所述悬浊液中，然后以0. 5m/s 2m/s的提拉速度提拉金属基带，使得金属基带表面涂敷悬浊液。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明的制备方法简便，工艺重复性好，适合于批量化生产。2、本发明采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，在避免超导层破损的前提下，增加Bi-2212超导层密度，从而增加超导层的有效载流面积，提高Bi-2212厚膜的工程电流密度(Je)。3、采用本发明的方法制备的Bi-2212高温超导厚膜的临界温度超过80K，临界电流密度比常规方法(未采用冷压)制备的基于相同基底的Bi-2212高温超导厚膜的临界电流密度提高了 20%以上。下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施例方式实施例1步骤一、将粘结剂聚乙二醇溶解于无水乙醇中，然后加入粒度为400 500目的 Bi-2212粉末得到悬浊液，持续搅拌以保持悬浊液成分均勻；所述无水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的质量比为0.4 0. 001 1 ；步骤二、将擦净的银基带浸入步骤一中所述悬浊液中，再以0. 5m/s的提拉速度提拉银基带，使得银基带表面涂敷悬浊液，最后将表面涂敷有悬浊液的银基带在温度为700°C 的条件下烘干；步骤三、采用冷压机将步骤二中烘干后的银基带在压力为15MPa的条件下冷压 IOmin ；步骤四、将步骤三中经冷压后的银基带于纯氧气氛中进行烧结，得到基于银基带的临界温度超过80K，厚度为80 μ m的Bi-2212高温超导厚膜；烧结的过程为在温度为 8890C的条件下保温20min，然后以5°C /h的降温速率降温至810°C，保温24h后随炉冷却至室温。本实施例采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，将超导层的相对密度从冷压前的20%提高到冷压后的35%，再通过烧结将Bi-2212高温超导厚膜的(001)织构度从90%提高到97%左右，制备的基于银基带的Bi-2212高温超导厚膜的临界电流密度比常规方法(未采用冷压)制备的基于银基带的Bi-2212高温超导厚膜提高了约36%。实施例2步骤一、将粘结剂聚乙二醇溶解于无水甲醇中，然后加入粒度为400 500目的 Bi-2212粉末得到悬浊液，持续搅拌以保持悬浊液成分均勻；所述无水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的质量比为1 0. 002 1 ；
步骤二、将擦净的银基带浸入步骤一中所述悬浊液中，再以2m/s的提拉速度提拉银基带，使得银基带表面涂敷悬浊液，最后将表面涂敷有悬浊液的银基带在温度为500°C的条件下烘干；步骤三、采用冷压机将步骤二中烘干后的银基带在压力为20MPa的条件下冷压 IOmin ；步骤四、将步骤三中经冷压后的银基带于纯氧气氛中进行烧结，得到基于银基带的临界温度超过80K，厚度为60 μ m的Bi-2212高温超导厚膜；烧结的过程为在温度为 892°C的条件下保温15min，然后以5°C /h的降温速率降温至840°C，保温IOh后随炉冷却至室温。本实施例采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，将超导层的相对密度从冷压前的18%提高到冷压后的33%，再通过烧结将Bi-2212高温超导厚膜的(001)织构度从89%提高到97%左右，制备的基于银基带的Bi-2212高温超导厚膜的临界电流密度比常规方法(未采用冷压)制备的基于银基带的Bi-2212高温超导厚膜提高了约30%。实施例3步骤一、将粘结剂聚乙烯缩丁醛溶解于无水甲醇中，然后加入粒度为400 500目的Bi-2212粉末得到悬浊液，持续搅拌以保持悬浊液成分均勻；所述无水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的质量比为0. 6 0. 002 1 ；步骤二、将擦净的银锰合金基带浸入步骤一中所述悬浊液中，再以lm/s的提拉速度提拉银锰合金基带，使得银锰合金基带表面涂敷悬浊液，最后将表面涂敷有悬浊液的银锰合金基带在温度为100°c的条件下烘干；步骤三、采用冷压机将步骤二中烘干后的银锰合金基带在压力为ISMPa的条件下冷压20min ；步骤四、将步骤三中经冷压后的银锰合金基带于纯氧气氛中进行烧结，得到基于银锰合金基带的临界温度超过80K，厚度为10 μ m的Bi-2212高温超导厚膜；烧结的过程为在温度为900°C的条件下保温lOmin，然后以2V /h的降温速率降温至850°C，保温1 后随炉冷却至室温。本实施例采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，将超导层的相对密度从冷压前的18%提高到冷压后的30%，再通过烧结将Bi-2212高温超导厚膜的(001)织构度从89%提高到96%左右，制备的基于银锰合金基带的Bi-2212高温超导厚膜的临界电流密度比常规方法(未采用冷压)制备的基于银锰合金基带的Bi-2212高温超导厚膜提高了约 30%。实施例4步骤一、将粘结剂聚乙烯缩丁醛溶解于无水乙醇中，然后加入粒度为400 500目的Bi-2212粉末得到悬浊液，持续搅拌以保持悬浊液成分均勻；所述无水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的质量比为1 0.001 1;步骤二、将擦净的银锰合金基带浸入步骤一中所述悬浊液中，再以2m/s的提拉速度提拉银锰合金基带，使得银锰合金基带表面涂敷悬浊液，最后将表面涂敷有悬浊液的银锰合金基带在温度为700°C的条件下烘干；步骤三、采用冷压机将步骤二中烘干后的银锰合金基带在压力为20MPa的条件下
5冷压15min ；步骤四、将步骤三中经冷压后的银锰合金基带于纯氧气氛中进行烧结，得到基于银锰合金基带的临界温度超过80K，厚度为50 μ m的Bi-2212高温超导厚膜；烧结的过程为在温度为895°C的条件下保温20min，然后以5°C /h的降温速率降温至840°C，保温24h 后随炉冷却至室温。本实施例采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，将超导层的相对密度从冷压前的18%提高到冷压后的40%，再通过烧结将Bi-2212高温超导厚膜的(001)织构度从89%提高到98%左右，制备的基于银锰合金基带的Bi-2212高温超导厚膜的临界电流密度比常规方法(未采用冷压)制备的基于银锰合金基带的Bi-2212高温超导厚膜提高了约 40%。实施例5步骤一、将粘结剂聚乙烯缩丁醛溶解于无水甲醇中，然后加入粒度为400 500目的Bi-2212粉末得到悬浊液，持续搅拌以保持悬浊液成分均勻；所述无水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的质量比为0. 8 0.0015 1;步骤二、将擦净的镍钨合金基带浸入步骤一中所述悬浊液中，再以0. 5m/s的提拉速度提拉镍钨合金基带，使得镍钨合金基带表面涂敷悬浊液，最后将表面涂敷有悬浊液的镍钨合金基带在温度为200°C的条件下烘干；步骤三、采用冷压机将步骤二中烘干后的镍钨合金基带在压力为15MPa的条件下冷压20min ；步骤四、将步骤三中经冷压后的镍钨合金基带于纯氧气氛中进行烧结，得到基于镍钨合金基带的临界温度超过80K，厚度为40 μ m的Bi-2212高温超导厚膜；烧结的过程为在温度为880°C的条件下保温20min，然后以3°C /h的降温速率降温至810°C，保温20h 后随炉冷却至室温。本实施例采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，将超导层的相对密度从冷压前的18%提高到冷压后的37%，再通过烧结将Bi-2212高温超导厚膜的(001)织构度从88%提高到95%左右，制备的基于镍钨合金基带的Bi-2212高温超导厚膜的临界电流密度比常规方法(未采用冷压)制备的基于镍钨合金基带的Bi-2212高温超导厚膜提高了约 20%。实施例6步骤一、将粘结剂聚乙二醇溶解于无水甲醇中，然后加入粒度为400 500目的 Bi-2212粉末得到悬浊液，持续搅拌以保持悬浊液成分均勻；所述无水乙醇、聚乙二醇和 Bi-2212粉末的质量比为1 0.001 1;步骤二、将擦净的镍基带浸入步骤一中所述悬浊液中，再以2m/s的提拉速度提拉镍基带，使得镍基带表面涂敷悬浊液，最后将表面涂敷有悬浊液的镍基带在温度为100°c的条件下烘干；步骤三、采用冷压机将步骤二中烘干后的镍基带在压力为20MPa的条件下冷压 20min ；步骤四、将步骤三中经冷压后的镍基带于纯氧气氛中进行烧结，得到基于镍基带的临界温度超过80K，厚度为20 μ m的Bi-2212高温超导厚膜；烧结的过程为在温度为892°C的条件下保温30min，然后以2°C /h的降温速率降温至810°C，保温IOh后随炉冷却至室温。本实施例采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，将超导层的相对密度从冷压前的18%提高到冷压后的38%，再通过烧结将Bi-2212高温超导厚膜的(001)织构度从88%提高到94%左右，制备的基于镍基带的Bi-2212高温超导厚膜的临界电流密度比常规方法(未采用冷压)制备的基于镍基带的Bi-2212高温超导厚膜提高了约22%。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种Bi-2212高温超导厚膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤一、将粘结剂溶解于有机溶剂中，然后向溶解有粘结剂的有机溶剂中加入粒度为400 500目的Bi-2212粉末得到悬浊液，持续搅拌以保持悬浊液成分均勻；所述有机溶剂、粘结剂和Bi-2212粉末的质量比为0.4 1 0.001 0.002 1，所述有机溶剂为无水甲醇或无水乙醇，所述粘结剂为聚乙二醇或聚乙烯缩丁醛；步骤二、采用浸涂法将步骤一中所述悬浊液涂敷于擦净的金属基带上，然后将涂敷有悬浊液的金属基带在温度为100°C 700°C的条件下烘干；步骤三、采用冷压机将步骤二中烘干后的金属基带在压力为15MPa 20MPa的条件下冷压 IOmin 20min ；步骤四、将步骤三中经冷压后的金属基带于纯氧气氛中进行烧结，得到基于金属基带的临界温度超过80K，厚度为10 μ m 80 μ m的Bi-2212高温超导厚膜；所述烧结的过程为 在温度为880°C 900°C的条件下保温IOmin 30min，然后以2°C /h 5°C /h的降温速率降温至810°C 850°C，保温IOh 24h后随炉冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种Bi-2212高温超导厚膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述金属基带为银基带、镍基带、银合金基带或镍合金基带。
3.根据权利要求1所述的一种Bi-2212高温超导厚膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述浸涂法为将擦净的金属基带浸入步骤一中所述悬浊液中，然后以0. 5m/s 2m/s 的提拉速度提拉金属基带，使得金属基带表面涂敷悬浊液。
全文摘要
本发明公开了一种Bi-2212高温超导厚膜的制备方法，该方法为一、将粘结剂溶解于有机溶剂中，然后加入Bi-2212粉末得到悬浊液；二、采用浸涂法将悬浊液涂敷于擦净的金属基带上，然后烘干；三、采用冷压机将烘干后的金属基带在压力为15MPa～20MPa的条件下冷压10min～20min；四、将冷压后的金属基带于纯氧气氛中进行烧结，得到厚度为10μm～80μm的Bi-2212高温超导厚膜。本发明采用冷压机对浸涂法制备的Bi-2212厚膜进行冷压，在避免超导层破损的前提下，增加Bi-2212超导层密度，从而增加超导层的有效载流面积，提高Bi-2212厚膜的工程电流密度。
文档编号H01L39/24GK102509762SQ20111032615
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者宋露露, 张胜楠, 李成山, 白利峰, 郝清滨 申请人:西北有色金属研究院