以无机盐为前驱物制备隔离层的方法 【技术领域】
本发明涉及一种以无机盐为前驱物制备隔离层的方法。本发明属于高温超导涂层导体制备和溶胶-凝胶法技术领域。
背景技术
目前，高温超导涂层导体主要指YBCO涂层导体，该类材料的制备特点主要是：(1)以柔性金属带材为基底材料，主要是用轧制及再结晶热处理方法获得的具有高立方织构度的镍及镍合金带材；(2)在金属基带上沉积一层或多层氧化物隔离层，该隔离层一方面阻止金属向YBCO中扩散，另一方面要求具有立方织构，能够诱导其上的YBCO形成织构，隔离层材料的选择要求晶格常数、热膨胀系数与金属基底和YBCO相近，并且热稳定性好；(3)在隔离层上沉积具有立方织构的YBCO涂层。
在以上三个步骤中，第二步最关键也最复杂。目前制备隔离层的手段主要分为真空法和非真空法。真空法主要有PLD、溅射、电子束蒸发等；非真空法主要有溶胶-凝胶、电镀、电泳沉积等。国内外研究者大多采用真空法来制备隔离层，该方法沉积得到的隔离层致密、表面平整、织构度高，但是由于所用设备昂贵、沉积速度慢、工艺较为复杂，限制了该类方法的发展。非真空法制备隔离层的技术较容易实现但质量相对较差一些，所以报道较少，而其中主要是溶胶-凝胶法。
氧化铈，化学符号CeO2，其密度为7.13g/cm3(20℃)，熔点为2600℃，晶胞参数为0.5411nm，这种AB2型萤石结构化合物属于立方晶系，面心立方点阵。高温下很稳定，是很好的绝缘材料，用它作为高温超导涂层导体的隔离层不仅可以减缓金属的高温氧化及扩散，也可与高温超导材料YBCO晶格相匹配，所以CeO2是YBCO涂层导体较为理想的隔离层材料。
国外研究者曾以各种价格昂贵，国内较少有售的金属醇盐为起始原料，采用醇盐水解的溶胶-凝胶法制备多种YBCO涂层导体隔离层，其中包括CeO2(美国专利号：6,077,344)。国内尚无溶胶-凝胶法制备YBCO涂层导体的隔离层的报道。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种以廉价易得的无机盐为前驱物制备隔离层的方法，所制成的隔离层的膜层均匀、致密、平整，且具有一定织构。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种高温超导涂层导体用CeO2隔离层的制备方法，该方法包括下述步骤：
(1)将可溶性无机盐Ce(NO3)3·6H2O配成前驱物水溶液，加入(NH2)2CO作为沉淀缓释剂，形成均匀稳定的透明溶液；
(2)将上述溶液进行60-90℃水浴加热，上述溶液逐渐发生水解反应，2-10小时之后溶液转变成溶胶；
(3)将形成的溶胶涂覆在金属基片上形成溶胶膜，在100-150℃温度条件下干燥一段时间至重量基本不变，形成凝胶膜；
(4)在通有惰性或还原性气体地管式炉中热处理，1000-1200℃温度条件下保温10-60分钟，然后随炉冷却，即制成高温超导涂层导体用CeO2隔离层，即获得了YBCO涂层导体的CeO2隔离层。
在上述的高温超导涂层导体用CeO2隔离层的制备方法中，步骤(1)中，Ce(NO3)3·6H2O浓度为0.02-0.05mol/l，(NH2)2CO浓度为0.1-0.5mol/l；
在上述的高温超导涂层导体用CeO2隔离层的制备方法中，步骤(3)中，溶胶膜一般在干燥箱中经过在100-150℃温度条件下的干燥后变成凝胶膜时才可进行下一步骤(4)中的热处理，否则极易出现膜层脱落或开裂的情况
在上述的高温超导涂层导体用CeO2隔离层的制备方法中，在所述的步骤(3)中，是采用匀胶机中旋转涂覆的方法将溶胶涂覆在金属基底上。具体过程是把金属基带剪裁成小样，经过除油、抛光、超声清洗等工序后作基底使用。金属基底经过上述的适当的前处理，使得溶胶易于浸润金属基底。把制得的溶胶滴加在金属基底上，利用匀胶机进行旋转涂覆，旋转速度3000-5000rpm，时间20-50秒左右。在匀胶机旋转产生的离心力作用下，溶胶迅速铺展在金属基底表面形成溶胶膜。
在上述的高温超导涂层导体用CeO2隔离层的制备方法中，在所述的步骤(4)中，所通有惰性或还原性气体是Ar或H2、或者是二者的混合气体。
在上述的高温超导涂层导体用CeO2隔离层的制备方法中，在所述的步骤(2)中，优选是：水浴加热温度为70-90℃，时间为2-8小时。
在上述的高温超导涂层导体用CeO2隔离层的制备方法中，在所述的步骤(4)中，优选是：热处理的温度为1050-1200℃，保温时间为20-40分钟。
本发明提供了一种用于制备高温超导涂层导体用隔离层的简单的非真空技术。是利用廉价易得的Ce(NO3)3·6H2O无机盐作为起始原料，采用溶胶-凝胶法，并经过旋转涂覆及热处理等工艺，在金属基带上制备YBCO涂层导体CeO2隔离层的方法。用本发明方法可以在织构金属基带上获得致密平整和具有一定织构的CeO2隔离层。由于本发明采用国内易得，价格较为便宜的Ce(NO3)3·6H2O为起始原料，大大降低了制备YBCO涂层导体隔离层的成本。
【附图说明】
图1为本发明使用的Ni基片的Ni(111)极图
图2为采用本发明的方法所制成的CeO2隔离层的表面扫描电镜照片
图3为采用本发明的方法所制成的CeO2隔离层的XRD图
【具体实施方式】
下面是本发明的一个实施例：
称取Ce(NO3)3·6H2O和(NH2)2CO各400mg，加入40ml左右蒸馏水溶解，配制成透明溶液。
把上述溶液至于水浴加热器中，在70℃左右温度下进行水浴加热，加热过程中伴随适当搅拌。大约5-6小时之后，随着水分的逸出和水解反应地进行，透明溶液转变成溶胶。将此制备好的溶胶密封存放待用。
取织构Ni金属带材，裁剪成小样，进行预处理。具体过程是先在丙酮中超声清洗5分钟以达到除油的目的；然后放入化学抛光液中浸沾10-15秒(化学抛光液由醋酸、硝酸和盐酸组成)，以除去氧化物和抛光平整化；最后在去离子水中超声清洗。完毕后放入无水酒精中备用。该Ni基片由于经过轧制与再结晶热处理工艺，具有较强的立方织构。该Ni基片的Ni(111)极图如图1所示。
把制好的溶胶滴加在Ni基片上，放在匀胶机中，以5000rpm的转速进行旋转涂覆30秒，得到均匀的溶胶膜。
把涂有溶胶膜的样品放入干燥箱中，在120℃的温度下进行干燥脱水，直至重量不变为止取出，溶胶膜变成凝胶膜。
把样品放入管式炉中，从室温开始加热，经过4小时加热至1150℃，恒温20分钟，然后随炉冷，期间持续通Ar气。冷却后取出，即得到CeO2隔离层。CeO2隔离层表面的扫描电镜照片如图2所示，由照片可见膜层较致密平整，未见开裂现象。CeO2隔离层的XRD图如图3所示，图3表明从Ni基片到NiO到CeO2隔离层，都呈现了一定的织构取向。