一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可控制等離子噴涂制備一體化大尺寸高純度氧含量豐富的超導(dǎo)釔鋇 銅氧旋轉(zhuǎn)靶材。
【背景技術(shù)】
[0002] 靶材是金屬、半導(dǎo)體和超導(dǎo)體等鍍膜的重要原材料。釔鋇銅氧靶材更是釔鋇銅氧 薄膜的核心材料。釔鋇銅氧是一種高溫超導(dǎo)體材料，其在電子封裝、電力傳輸、磁屏蔽、紅外 探測器、量子干涉器等領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)體在磁懸浮列車中的應(yīng)用就是利 用了超導(dǎo)材料的抗磁性，當(dāng)超導(dǎo)材料處于一塊永磁體的上方時(shí)，由于磁體的磁力線不能穿 過超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方，利用這種磁懸浮效 應(yīng)可以制作高速超導(dǎo)磁懸浮列車。
[0003] 作為超導(dǎo)釔鋇銅氧薄膜制備的關(guān)鍵原材料釔鋇銅氧靶材，對(duì)高質(zhì)量超導(dǎo)薄膜的制 備有著極其重要的作用。一般的方法是用熱壓燒結(jié)制備平面釔鋇銅氧靶材，平面靶材的利 用率只有20-30% ;而旋轉(zhuǎn)靶材的利用率高達(dá)90% ;由于受形狀的限制，熱壓燒結(jié)方法難以 制備園柱形旋轉(zhuǎn)靶材。作為航天航空上使用的等離子噴涂技術(shù)具有不受形狀和尺寸的限 制，能夠生產(chǎn)大尺寸一體化的旋轉(zhuǎn)靶材，用該方法制備的靶材在使用時(shí)沉積速度快，電弧放 電少，成膜質(zhì)量高。
[0004] 盡管如此，申請(qǐng)人經(jīng)研宄后發(fā)現(xiàn)：用等離子噴涂制備釔鋇銅氧靶材時(shí)會(huì)因?yàn)閲娡?過程中材料的氧缺失，涂層結(jié)構(gòu)中的孔隙，裂紋和成分的不均勻及雜質(zhì)，使制備的釔鋇銅氧 靶材不具有超導(dǎo)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是用可控氧氣氛的等離子噴涂方法制備具有超導(dǎo)特性的大尺寸 一體化高純度的氧含量豐富的釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材。
[0006] 技術(shù)方案：一種釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材，所述釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的厚度為3~16mm，密 度為5. 15~5. 30g/cm3,孔隙率低于6%。
[0007] 其制備方法包括如下步驟：
[0008] 1.選擇純度不低于99. 95%粒徑D50為50-100微米的釔鋇銅氧粉末；
[0009] 2.對(duì)基體背管表面進(jìn)行預(yù)處理；
[0010] 3.在預(yù)處理后的基體表面上噴涂合金打底層；
[0011] 4.在密封等離子系統(tǒng)中加裝氧氣控制部分，利用等離子噴涂工藝噴涂釔鋇銅氧粉 末制備釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材；
[0012] 在所述步驟4中，工藝參數(shù)為：控制基體背管的轉(zhuǎn)速為50~200r/min，等離子噴 槍以500~1200mm/min的速度往復(fù)勻速移動(dòng)，并且噴槍在移動(dòng)過程中始終與基體背管保持 80~200mm的距離，電流400~500A，電壓40~65V，送粉氣流量150~450L/h，送粉量 10~60g/min，主氣流量1300~2400L/h，主氣壓力0· 4~0· 8Mpa，噴涂距離100~300mm。
[0013] 優(yōu)選的實(shí)施例如下：
[0014] 步驟1中，釔鋇銅氧粉末的粒度為D50 50~100 μ m，純度不小于99. 95%。
[0015] 步驟2中，對(duì)基體背管表面進(jìn)行預(yù)處理，其工藝包括：除銹、超聲波除污、對(duì)基體表 面進(jìn)行噴砂粗化處理。所述噴砂處理使用的噴砂顆粒為鋼砂，鋼砂粒度為16~30目。
[0016] 步驟3中，噴涂打底層是指在基體表面使用電弧噴涂或等離子噴涂制備厚度為 0. 1~0. 3_的合金涂層。所述的合金涂層是使用電弧噴涂制備的鎳包鋁涂層或使用等離 子噴'涂制備的鎮(zhèn)錯(cuò)、鎮(zhèn)絡(luò)、鎮(zhèn)絡(luò)錯(cuò)、鎮(zhèn)錯(cuò)紀(jì)、鎮(zhèn)絡(luò)錯(cuò)紀(jì)、鎮(zhèn)鉆絡(luò)錯(cuò)紀(jì)涂層。所述鎮(zhèn)包錯(cuò)涂層的 噴涂參數(shù)為：電壓25~32V，電流150~250A，送絲速度130~200mm，壓縮空氣壓力0. 4~ 0.7。
[0017] 在步驟4中，噴涂角度為70~90°。主氣類型為Ar。
[0018] 有益效果：釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材組織致密，孔隙率低、成分均勻，靶材的尺寸不受限 制，厚度可達(dá)到3~16mm，密度為5. 15~5. 30g/cm3,孔隙率低于6%。本發(fā)明方法工藝簡 單、產(chǎn)率高、成本低廉。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 在長度為300mm，外徑為90mm的不銹鋼背管上噴涂厚度為5mm厚的紀(jì)鋇銅氧旋轉(zhuǎn) 靶材。
[0021] (1)選擇純度不低于99. 95 %，粒度為D50 50~100 μ m的釔鋇銅氧粉末。
[0022] (2)用機(jī)械打磨法去除基體表面的氧化層，用超聲清洗的方法去除基體表面的污 垢，然后對(duì)基體表面進(jìn)行噴砂處理，使基體表面到達(dá)合適的粗糙度，以利于涂層與基體的結(jié) 合，噴砂處理使用的是鋼砂，粒度為18目。
[0023] (3)用電弧噴涂鎳包鋁合金絲，打底層厚度為0. 3_，參數(shù)見表1. 1所示。
[0024] 表1. 1鎳包鋁打底層電弧噴涂參數(shù)
[0025]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材，其特征在于，所述釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材 的厚度為3~16mm，密度為5. 15~5. 30g/cm3,孔隙率低于6% ;氧含量豐富，具有超導(dǎo)性。
2. 制備權(quán)利要求1所述的一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其特征 在于，包括如下步驟： 步驟1.選擇純度不低于99. 95%粒徑D50為50-100微米的釔鋇銅氧粉末； 步驟2.對(duì)基體背管表面進(jìn)行預(yù)處理； 步驟3.在預(yù)處理后的基體表面上噴涂合金打底層； 步驟4.在密封等離子系統(tǒng)中加裝氧氣控制部分，利用可控的等離子噴涂工藝進(jìn)行氧 氣補(bǔ)充噴涂釔鋇銅氧粉末，制備氧含量豐富的具有超導(dǎo)特性的釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材。
3. 如權(quán)利要求2所述的制備一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其特 征在于，在所述步驟4中，工藝參數(shù)為：控制基體背管的轉(zhuǎn)速為50~150 r/min，等離子噴 槍以500~1200mm/min的速度往復(fù)勻速移動(dòng)，并且噴槍在移動(dòng)過程中始終與基體背管保持 100~200mm的距離；電流400~500A，電壓45~55V，送粉氣流量200~300 L/h，送粉量 10~40g/min，主氣流量1300~2400L/h，主氣壓力0? 4~0? 7Mpa，噴涂距離100~200mm。
4. 如權(quán)利要求2所述的制備一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其特 征在于，步驟2中，對(duì)基體背管表面進(jìn)行預(yù)處理，其工藝包括：除銹、超聲波除污、對(duì)基體表 面進(jìn)行噴砂粗化處理。
5. 如權(quán)利要求4所述的制備一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其特 征在于，所述噴砂處理使用的噴砂顆粒為鋼砂，鋼砂粒度為16~30目。
6. 如權(quán)利要求2所述的制備一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其 特征在于，步驟3中，噴涂打底層是指在基體表面使用電弧噴涂或等離子噴涂制備厚度為 0? 1~0? 3mm的合金涂層。
7. 如權(quán)利要求6所述的制備一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其 特征在于，所述的合金涂層是使用電弧噴涂制備的鎳包鋁涂層或使用等離子噴涂制備的鎳 錯(cuò)、鎮(zhèn)絡(luò)、鎮(zhèn)絡(luò)錯(cuò)、鎮(zhèn)錯(cuò)紀(jì)、鎮(zhèn)絡(luò)錯(cuò)紀(jì)、鎮(zhèn)鉆絡(luò)錯(cuò)紀(jì)涂層。
8. 如權(quán)利要求7所述的制備一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其特 征在于，所述鎳包鋁涂層的噴涂參數(shù)為：電壓25~32V，電流150~250A，送絲速度130~200mm， 壓縮空氣壓力〇? 4~0. 7。
9. 如權(quán)利要求2所述的制備一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其特 征在于，在步驟4中，噴涂角度為70~90° 。
10. 如權(quán)利要求2所述的制備一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其 特征在于，在步驟4中，主氣類型為Ar。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一體化大尺寸高純度超導(dǎo)釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材及其制備方法。其中,該制備方法包括以下幾步：選擇純度不低于99.95%的釔鋇銅氧粒徑D50為50-100微米的粉末；對(duì)基體背管表面進(jìn)行預(yù)處理；在預(yù)處理后的基體表面上噴涂合金打底層；用可控的等離子噴涂工藝噴涂釔鋇銅氧粉末，制備高純度的具有超導(dǎo)特性的釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材。利用本發(fā)明制備的釔鋇銅氧旋轉(zhuǎn)靶材組織致密，孔隙率低、成分均勻，純度高、氧含量大，具有超導(dǎo)性而且靶材的尺寸不受限制，厚度可達(dá)到3～16mm，密度為5.15~5.30g/cm3，孔隙率低于6%。使用本發(fā)明制備的釔鋇銅氧靶材可用于釔鋇銅氧薄膜的生產(chǎn)，具有重大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值和良好的前景。
【IPC分類】C23C4-06, C23C14-34, C23C4-12
【公開號(hào)】CN104862654
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510164285
【發(fā)明人】徐從康
【申請(qǐng)人】無錫舒瑪天科新能源技術(shù)有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日