專利名稱：一種涂層導體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種涂層導體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法，具體涉及
一種涂層導體用La2CuMn06， Ca2NiW06和Ca2CoW06三種雙鈣鈦礦型緩沖層的 制備方法。
背景技術(shù)：
第二代高溫超導帶材即涂層導體，以其77 K下優(yōu)越的高場性能引起 了材料科學界廣泛的興趣。涂層導體是由基帶/緩沖層/超導層/保護層組 成的多層結(jié)構(gòu)。緩沖層是涂層導體的關(guān)鍵功能層，人們正在發(fā)展多種制備 技術(shù)以獲得高質(zhì)量的緩沖層。
緩沖層的首要任務就是阻止基帶中金屬原子擴散進入超導層，同時防 止由于氧的擴散導致金屬基帶被氧化。除化學阻隔作用外，緩沖層還應具 備織構(gòu)傳遞和減少金屬基帶與超導層之間的晶格不匹配的功能。目前已經(jīng) 成功使用的緩沖層材料主要包括Y203， YSZ， Ce02, La2Zr207, Gd2Zr;07， SrTi03 和LaMn03等，由于它們結(jié)構(gòu)簡單、功能單一，大多數(shù)被應用在多層結(jié)構(gòu)的 緩沖層中?，F(xiàn)有的緩沖層材料和制備技術(shù)仍然不能滿足涂層導體性能和成 本方面的要求，探索新型緩沖層及其制備技術(shù)成為目前涂層導體領(lǐng)域研究 的熱點。雙鉤鈥礦氧化物的通式可以表示為A2B' B〃 06,典型的AJ B〃 0 6型氧化物可以看作是由兩種不同的B 0 6八面體規(guī)則地相間排列所構(gòu)成。 雙鈣鈦礦氧化物在結(jié)構(gòu)上與超導層具有很多相似性，因此雙鈣鈦礦型緩沖 層可以有效地控制超導層的取向生長，并且可以為簡化緩沖層、最終實現(xiàn) 單層緩沖層技術(shù)提供新的途徑
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備工藝簡單、成本
低且制備工藝重復性好的涂層導體用La2CuMn06, Ca2NiW06和Ca2CoW06三種 雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法。該方法制備的雙鉤鈦礦型緩沖層與涂層導 體的超導層之間晶格匹配良好。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種涂層導體用雙 鈣鈦礦型緩沖層的制備方法，其特征在于制備過程為
(1 )將金屬氧化物按照La2CuMn06 、 Ca2Ni W06或Ca2CoW06中陽離 子的摩爾比為2:1: l稱量，混合研磨后在IIO(TC溫度下恒溫處理24-72 小時后取出；
(2) 再仔細研磨，混合充分，在壓片機上用硬質(zhì)鋼模具，釆用l固Pa 的壓力壓制成圓片狀樣品；
(3) 將步驟(2)中的圓片狀樣品放在剛玉坩堝里，在硅碳管發(fā)熱體 管式高溫爐內(nèi)燒結(jié)，在空氣氣氛中于l 000-1100 °C溫度下燒結(jié)24-72小時， 然后隨爐冷卻至室溫，得到相應的雙鈣鈦礦樣品；
(4) 對步驟(3)中的雙鈣鈦礦樣品表面進行打磨制備成靶材；
(5) 將沉積室預抽真空，以清洗后的釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ、 LaA103 和SrTi03單晶基片作為襯底，在氧氣壓力為5-10Pa的沉積氣壓和 780-800。C襯底溫度下，用能量為550mJ、頻率為5-10Hz的脈沖激光剝蝕 步驟(4)中所述靶材15-30分鐘以獲得薄膜，并在一個大氣壓氧氣中將所 述薄膜冷卻至室溫，即制得雙鈣鈦礦型緩沖層。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明制備的雙鈣鈦礦型緩沖 層薄膜具有良好c軸織構(gòu)和平整表面，有效拓展了緩沖層材料的選擇范圍 及其制備工藝，同時也使最終緩沖層的晶粒尺寸明顯減小，從而降低了表 面粗糙度；本發(fā)明可實現(xiàn)雙鈣鈦礦型緩沖層的低成本、大規(guī)模制備。
下面通過實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
具體實施方式
實施例1
以La203 、 Cu0和Mn02為原料，按摩爾比2:1:1稱量、混合、研磨2h, 于1000°C/24h處理后取出，再仔細研磨2h,混合充分，稱量5 g—份， 在壓片機上用硬質(zhì)鋼模具，釆用l函Pa的壓力壓制成直徑為20 mm、厚為 2 mm的圓片狀樣品。樣品放在剛玉坩堝后置于硅碳管發(fā)熱體管式高溫爐 內(nèi)，在空氣環(huán)境下，燒結(jié)110(TC/72h后隨爐冷卻至室溫，即制得了 La2CuMn06塊材，將塊材打磨后制得靶材。然后利用脈沖激光沉積技術(shù)制備 緩沖層，實驗中使用的激光器是德國Lambda Phys ik公司生產(chǎn)的COMPex205 型KrF準分子激光器，激光波長為248 nm,脈沖寬度25ns,脈沖激光能 量是55 0 mJ,脈沖頻率為5-10Hz，耙-襯距離為60-65mm，激光經(jīng)聚焦后 以45度角入射到靶材表面。選擇單面拋光單晶釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ、鋁酸 鑭LaA103和鈦酸鍶SrTi(V為襯底，清洗后放入沉積室中。沉積室的背底真 空是2 x 10-"Pa,工作氧壓是5-10Pa,襯底溫度780-80(TC。沉積15-30min 后樣品在1大氣壓氧氣氣氛中慢冷至室溫，即制得了具有良好c軸織構(gòu)和 較小表面粗糙度(rms小于5腦)的La2CuMn(U爰沖層。
實施例2
以CaO、 NiO和W03為原料，按摩爾比2:1:1稱量、混合、研磨2h， 于110(TC/24h處理后取出，再仔細研磨2h,混合充分，稱量5 g —份， 在壓片機上用硬質(zhì)鋼模具，用l幅Pa的壓力壓制成20 mm、厚為2 mm的圓 片狀樣品。樣品放在剛玉坩堝后置于硅碳管發(fā)熱體管式高溫爐內(nèi)燒結(jié)，在 空氣環(huán)境下燒結(jié)110(TC/72h后隨爐自然冷卻至室溫，即制得了 Ca2NiW06 樣品。將塊材打磨后制得靶材。然后利用脈沖激光沉積技術(shù)制備緩沖層， 實驗中使用的激光器是德國Lambda Physik公司生產(chǎn)的COMPex205型KrF 準分子激光器，激光波長為248 nm,脈沖寬度25ns,脈沖激光能量是550 mj,脈沖頻率為5-10Hz,靶-襯距離為60-65mm,激光經(jīng)聚焦后以45度角 入射到靶材表面。選擇單面拋光單晶釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ、鋁酸鑭LaA103 和鈦酸鍶SrTiO;為襯底，清洗后放入沉積室中。沉積室的背底真空是2x10-4Pa,工作氧壓是5-10Pa,襯底溫度780-800°C 。沉積15-30min后樣品 在1大氣壓氧氣氣氛中慢冷至室溫，即制得了具有良好c軸織構(gòu)和較小表 面粗糙度(rms小于5nm)的Ca2NiW06緩沖層。 實施例3
以CaO、 CoO和W03為原料，按摩爾比2:1:1稱量、混合、研磨2h, 于110(TC/24h處理后取出，再仔細研磨2h,混合充分，稱量5 g —份， 在壓片機上用硬質(zhì)鋼模具，用l畫Pa的壓力壓制成20 mm、厚為2 mm的圓 片狀樣品。樣品放在剛玉坩堝后置于硅碳管發(fā)熱體管式高溫爐內(nèi)燒結(jié)。在 空氣環(huán)境下燒結(jié)1100°C/72h后隨爐自然冷卻至室溫，即制得了 Ca2CoW06 樣品。將塊材打磨后制得靶材。然后利用脈沖激光沉積技術(shù)制備緩沖層， 實驗中使用的激光器是德國Lambda Physik公司生產(chǎn)的COMPex205型KrF 準分子激光器，激光波長為248 nm,脈沖寬度25ns，脈沖激光能量是550 mJ,脈沖頻率為5-10Hz,靶-襯距離為60-65mm，激光經(jīng)聚焦后以45度角 入射到靶材表面。選擇單面拋光單晶釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ、鋁酸鑭LaA103 和鈦酸鍶SrTi03為襯底，清洗后放入沉積室中。沉積室的背底真空是2x 10—'Pa,工作氧壓是5-10Pa,襯底溫度780-800°C 。沉積15-30min后樣品 在1大氣壓氧氣氣氛中慢冷至室溫，即制得了具有良好c軸織構(gòu)和較小表 面粗糙度(rms小于5nm)的Ca2CoW06緩沖層。
以上實例制得的涂層導體中雙鉤鈥礦型La2CuMn06， Ca2NiW06和 Ca2CoW06緩沖層經(jīng)X射線衍射分析表明，這些緩沖層均具有很好的c軸織 構(gòu)，原子力顯微鏡(AFM)觀察結(jié)果表明，這些緩沖層表面粗糙度小，且 無微裂紋和孔洞。
權(quán)利要求
1. 一種涂層導體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法，其特征在于制備過程為(1)將金屬氧化物按照La2CuMnO6、Ca2NiWO6或Ca2CoWO6中陽離子的摩爾比為2∶1∶1稱量，混合研磨后在1100℃溫度下恒溫處理24-72小時后取出；(2)再仔細研磨，混合充分，在壓片機上用硬質(zhì)鋼模具，采用10MPa的壓力壓制成圓片狀樣品；(3)將步驟(2)中的圓片狀樣品放在剛玉坩堝里，在硅碳管發(fā)熱體管式高溫爐內(nèi)燒結(jié)，在空氣氣氛中于1000-1100℃溫度下燒結(jié)24-72小時，然后隨爐冷卻至室溫，得到相應的雙鈣鈦礦樣品；(4)對步驟(3)中的雙鈣鈦礦樣品表面進行打磨制備成靶材；(5)將沉積室預抽真空，以清洗后的釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ、LaAlO3和SrTiO3單晶基片作為襯底，在氧氣壓力為5-10Pa的沉積氣壓和780-800℃襯底溫度下，用能量為550mJ、頻率為5-10Hz的脈沖激光剝蝕步驟(4)中所述靶材15-30分鐘以獲得薄膜，并在一個大氣壓氧氣中將所述薄膜冷卻至室溫，即制得雙鈣鈦礦型緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種涂層導體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法，制備過程為以相應的氧化物為原料，按La₂CuMnO₆、Ca₂NiWO₆或Ca₂CoWO₆中陽離子的摩爾比稱量、混合、研磨、燒結(jié)；再次研磨、壓片后重復燒結(jié)，并將燒結(jié)樣品打磨后得到靶材，在一定的襯底溫度、氧分壓、靶-襯距離下，入射到靶材表面的脈沖激光剝蝕靶體，形成余輝后將雙鈣鈦礦沉積到襯底上，制得雙鈣鈦礦型緩沖層。本發(fā)明方法工藝簡單、成本低，所制備的雙鈣鈦礦型緩沖層具有很好的c軸織構(gòu)、表面粗糙度小且無微裂紋和孔洞，雙鈣鈦礦型緩沖層與涂層導體的超導層之間晶格匹配良好。
文檔編號C23C14/22GK101413100SQ20081023258
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者劉國慶, 盧亞鋒, 張國防, 李成山, 耀 王, 白利鋒, 果 閆, 馬高峰 申請人:西北有色金屬研究院