CN1970849A - a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜的氧气氛控制制备方法 - Google Patents
a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜的氧气氛控制制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1970849A CN1970849A CNA200610117890XA CN200610117890A CN1970849A CN 1970849 A CN1970849 A CN 1970849A CN A200610117890X A CNA200610117890X A CN A200610117890XA CN 200610117890 A CN200610117890 A CN 200610117890A CN 1970849 A CN1970849 A CN 1970849A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ybco
- growth
- powder
- film
- orientation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种a轴取向的钇钡铜氧YBCO超导厚膜的氧气氛控制制备方法，利用液相外延生长装置，在纯氧气氛中得到高结晶品质的a轴取向的YBCO厚膜。按照3∶5的钡铜原子比例配置Ba－Cu－O粉末，经研磨煅烧后，放在Y2O3坩埚内加热熔化，得到Y－Ba－Cu－O熔体。将密闭熔炉里的气氛环境改变为100％的纯氧气氛，并且把坩埚内熔体温度调整到低于YBCO包晶熔化温度5－20K，在取向为(110)的单晶镓酸钕基片上液相外延得到高质量的a轴YBCO厚膜。本发明仅仅通过气氛环境中氧含量的改变，使得在原本处于大气环境下不适合a轴取向厚膜生长的3∶5熔体环境中能在一个较宽的温度范围内得到a轴YBCO厚膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜的氧气氛控制制备方法，通过生长气氛的改变来控制厚膜的生长取向，在特定的熔体以及较宽的温度范围内得到a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜。属于高温超导材料制备技术领域。
背景技术
在高温超导材料(High Temperature Superconductor，简称HTS)的实际应用中，合理控制超导层的生长取向具有重要的意义，比如在制备涂层材料和电子器件中的超导层时，都需要人为地控制其取向。一般来说，这些应用中主要涉及到YBa2Cu3Oz(简称YBCO、钇钡铜氧)膜的两种取向，既a轴取向和c轴取向。因为YBCO晶体在ab面方向的相干长度和在c轴方向的相干长度存在着较大的差异，所以使得这两种取向的YBCO具有不同用途。比如，沉积在具有缓冲层的金属基底上c轴取向的YBCO载流层用于电流传输，而a轴取向的YBCO膜适合制造约瑟夫瑟(Josephson)结器件。液相外延生长(Liquid PhaseEpitaxy，简称LPE)是在现有的衬底材料(或种膜材料)上通过外延生长具有单结晶性能的厚膜材料，是一种非常有前途的材料制备技术。因此通过控制液相外延的生长条件来有效的改变YBCO厚膜的生长取向也是非常有意义的。在大气环境下，T.Kitamura使用液相外延方法，在富铜的熔剂中(Ba/Cu原子比为3∶6.5)通过改变生长温度从而在(110)取向的NdGaO3(NGO)单晶基片上得到完全不同取向的YBCO厚膜，在接近YBCO的包晶反应温度(Tp)的区间中是纯a轴取向厚膜的生长，而在相对较低的生长温度区间得到纯c轴取向的厚膜。但是，在Ba/Cu原子比为3∶5的熔剂中，改变生长温度始终只能得到纯c轴厚膜[T.Kitamura，M.Yoshida，Y.Yamada，Y.Shiohara，I.Hirabayashi，and S.Tanaka，Crystalline orientation of YBa2Cu3Oy film prepared by liquid-phase epitaxial growthon NdGaO3 substrate，Applied Physics Letters 66(1995)1421-1423.]。
在YBCO的晶体生长中，Ba/Cu原子比为3∶5的熔剂因为其能够稳定保持内部钡铜比例的优点而被广泛使用，而且此种熔剂所合适的温度范围也便于实现接近热力学平衡的生长。在前人所掌握的技术当中，无法在Ba/Cu原子比为3∶5的熔剂中生长纯a轴的厚膜，而通过改变熔剂组分的手段来改变生长取向在操作上较为复杂。因而寻找其他简便的途径来控制YBCO厚膜生长取向在实际应用中具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜的氧气氛控制制备方法，利用简便而成本低廉的办法，得到按照设计取向生长的高质量准单晶超导厚膜。
为了实现这样的目的，本发明利用液相外延生长装置，在纯氧气氛中得到高结晶品质的a轴取向的YBCO厚膜。按照3∶5的钡铜原子比例配置Ba-Cu-O粉末，经研磨煅烧后，放在Y2O3坩埚内加热熔化，得到Y-Ba-Cu-O熔体。将密闭熔炉里的气氛环境改变为100％的纯氧气氛，并且把坩锅内熔体温度调整到低于YBCO包晶熔化温度5-20K，在取向为(110)的单晶镓酸钕基片上液相外延得到高质量的a轴YBCO厚膜。本发明仅仅通过气氛环境中氧含量的改变，使得在原本处于大气环境下不适合a轴取向厚膜生长的3∶5熔体环境中能在一个较宽的温度范围内得到a轴YBCO厚膜。
本发明采用100％的纯氧生长气氛来实现对材料结构的控制，实现a轴取向的YBCO厚膜的生长。不仅可以在YBCO厚膜的液相外延中提高生长速率，而且能够有效控制厚膜的织构取向。
本发明的方法具体步骤如下：
1)用BaCO3+CuO的粉末进行配料，控制Ba/Cu原子比为0.6；
2)对BaCO3+CuO粉末进行研磨，然后在850-950℃保温45-50小时进行煅烧，烧结成均匀的Ba-Cu-O粉末；
3)将Ba-Cu-O粉末加到放置在熔炉中的Y2O3坩埚内，将熔炉加热至YBCO的包晶熔化温度以上40-50K，并保温20-30小时使Ba-Cu-O粉末均匀熔化，得到Y-Ba-Cu-O熔体；
4)将熔炉里的气氛环境改变为100％的纯氧气氛，并且保持熔炉的密闭以及气流的稳定性；
5)将Y-Ba-Cu-O熔体冷却至YBCO的包晶熔化温度以下5-20K，作为外延生长温度；
6)用单面抛光的(110)取向的镓酸钕单晶基片作为生长衬底，采取液相外延法生长YBCO厚膜，生长时间3-5分钟，得到厚度为10-20微米a轴取向的钇钡铜氧YBCO超导厚膜。
本发明中利用了Y2O3坩埚的部分Y元素溶解在Ba-Cu-O熔体中，从而提供生长YBCO厚膜过程中所需的Y元素。生长过程中由提拉装置控制生长衬底的上下移动和旋转，具体是由提拉杆连接着一片(110)取向的单晶镓酸钕基片，可旋转和提拉。本发明方法工艺简单，实现纯氧气氛的程序易操作，氧气氛控制方法能在钡铜比例为3∶5的熔剂环境中，在5-20K的温度范围内得到a轴取向的YBCO厚膜，并且具有良好的外延取向以及结晶品质。在原本处于大气环境中无法生长出a轴取向厚膜的Ba∶Cu＝3∶5的Ba-Cu-O熔体中，本方法通过增加气氛环境中的氧含量从而也增加熔体中的氧含量，从根源上促进a轴取向晶粒的形核与生长，从而得到纯a轴取向的YBCO厚膜。另外，本发明所采用的纯氧气氛中的液相外延过程具有高沉积速率(μm/min量级)和低成本(气体成本和低纯度要求)的竞争优势。同时，本发明也适用于制备其他类型的a轴取向的稀土钡铜氧REBCO高温超导厚膜，如钕钡铜氧NdBCO、钐钡铜氧SmBCO以及混晶REBCO厚膜。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1：使用(110)取向的NGO基片液相外延生长a轴取向的YBCO超导厚膜
1)用BaCO3+CuO的粉末进行配料，控制Ba/Cu原子比为O.6；
2)对BaCO3+CuO粉末进行研磨，然后在850℃保温50小时进行煅烧，烧结成均匀的Ba-Cu-O粉末；
3)将Ba-Cu-O粉末加到放置在熔炉中的Y2O3坩埚内，将熔炉加热至YBCO的包晶熔化温度以上50K，并保温20小时使Ba-Cu-O粉末均匀熔化，得到Y-Ba-Cu-O熔体；
4)将熔炉里的气氛环境改变为100％的纯氧气氛，并且保持熔炉的密闭以及气流的稳定性；
5)将Y-Ba-Cu-O熔体冷却至YBCO的包晶熔化温度以下5K，作为外延生长温度；
6)用单面抛光的(110)取向的镓酸钕单晶基片作为生长衬底，采取液相外延法生长YBCO厚膜，生长时间3分钟，得到厚度为10微米a轴取向的钇钡铜氧YBCO超导厚膜。
实施例2：使用(110)取向的NGO基片液相外延生长a轴取向的YBCO超导厚膜
1)用BaCO3+CuO的粉末进行配料，控制Ba/Cu原子比为0.6；
2)对BaCO3+CuO粉末进行研磨，然后在900℃保温45小时进行煅烧，烧结成均匀的Ba-Cu-O粉末；
3)将Ba-Cu-O粉末加到放置在熔炉中的Y2O3坩埚内，将熔炉加热至YBCO的包晶熔化温度以上45K，并保温24小时使Ba-Cu-O粉末均匀熔化，得到Y-Ba-Cu-O熔体；
4)将熔炉里的气氛环境改变为100％的纯氧气氛，并且保持熔炉的密闭以及气流的稳定性；
5)将Y-Ba-Cu-O熔体冷却至YBCO的包晶熔化温度以下10K，作为外延生长温度；
6)用单面抛光的(110)取向的镓酸钕单晶基片作为生长衬底，采取液相外延法生长YBCO厚膜，生长时间4分钟，得到厚度为13微米a轴取向的钇钡铜氧YBCO超导厚膜。
实施例3：使用(110)取向的NGO基片液相外延生长a轴取向的YBCO超导厚膜
1)用BaCO3+CuO的粉末进行配料，控制Ba/Cu原子比为0.6；
2)对BaCO3+CuO粉末进行研磨，然后在950℃保温40小时进行煅烧，烧结成均匀的Ba-Cu-O粉末；
3)将Ba-Cu-O粉末加到放置在熔炉中的Y2O3坩埚内，将熔炉加热至YBCO的包晶熔化温度以上40K，并保温30小时使Ba-Cu-O粉末均匀熔化，得到Y-Ba-Cu-O熔体；
4)将熔炉里的气氛环境改变为100％的纯氧气氛，并且保持熔炉的密闭以及气流的稳定性；
5)将Y-Ba-Cu-O熔体冷却至YBCO的包晶熔化温度以下15K，作为外延生长温度；
6)用单面抛光的(110)取向的镓酸钕单晶基片作为生长衬底，采取液相外延法生长YBCO厚膜，生长时间5分钟，得到厚度为17微米a轴取向的钇钡铜氧YBCO超导厚膜。
Claims (1)
1、一种a轴取向的钇钡铜氧YBCO超导厚膜的氧气氛控制制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)用BaCO3+CuO的粉末进行配料，控制Ba/Cu原子比为0.6；
2)对BaCO3+CuO粉末进行研磨，然后在850-950℃保温45-50小时进行煅烧，烧结成均匀的Ba-Cu-O粉末；
3)将Ba-Cu-O粉末加到放置在熔炉中的Y2O3坩埚内，将熔炉加热至YBCO的包晶熔化温度以上40-50K，并保温20-30小时使Ba-Cu-O粉末均匀熔化，得到Y-Ba-Cu-O熔体；
4)将熔炉里的气氛环境改变为100％的纯氧气氛，并且保持熔炉的密闭以及气流的稳定性；
5)将Y-Ba-Cu-O熔体冷却至YBCO的包晶熔化温度以下5-20K，作为外延生长温度；
6)用单面抛光的(110)取向的镓酸钕单晶基片作为生长衬底，采取液相外延法生长YBCO厚膜，生长时间3-5分钟，得到厚度为10-20微米a轴取向的钇钡铜氧YBCO超导厚膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA200610117890XA CN1970849A (zh) | 2006-11-02 | 2006-11-02 | a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜的氧气氛控制制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA200610117890XA CN1970849A (zh) | 2006-11-02 | 2006-11-02 | a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜的氧气氛控制制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1970849A true CN1970849A (zh) | 2007-05-30 |
Family
ID=38111868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA200610117890XA Pending CN1970849A (zh) | 2006-11-02 | 2006-11-02 | a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜的氧气氛控制制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1970849A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102925976A (zh) * | 2012-11-06 | 2013-02-13 | 上海交通大学 | 使用NGO单晶基板制备a轴REBCO高温超导厚膜的方法 |
| CN103276447A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-09-04 | 上海交通大学 | 一种制备特定混合取向ybco高温超导厚膜的方法 |
| CN103526283A (zh) * | 2013-10-31 | 2014-01-22 | 上海交通大学 | 一种制备纯a轴取向的YBCO液相外延膜的方法 |
| CN103696009A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-02 | 上海交通大学 | 一种在空气中制备a轴取向高温超导膜的方法 |
| CN104120490A (zh) * | 2014-07-31 | 2014-10-29 | 上海交通大学 | 一种用于制备a轴取向高温超导膜的方法 |
| CN104178808A (zh) * | 2014-08-06 | 2014-12-03 | 上海交通大学 | 一种制备高温超导人工晶界的液相外延方法 |
-
2006
- 2006-11-02 CN CNA200610117890XA patent/CN1970849A/zh active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102925976A (zh) * | 2012-11-06 | 2013-02-13 | 上海交通大学 | 使用NGO单晶基板制备a轴REBCO高温超导厚膜的方法 |
| CN102925976B (zh) * | 2012-11-06 | 2015-07-15 | 上海交通大学 | 使用NGO单晶基板制备a轴REBCO高温超导厚膜的方法 |
| CN103276447A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-09-04 | 上海交通大学 | 一种制备特定混合取向ybco高温超导厚膜的方法 |
| CN103276447B (zh) * | 2013-06-18 | 2016-06-01 | 上海交通大学 | 一种制备特定混合取向ybco高温超导厚膜的方法 |
| CN103526283A (zh) * | 2013-10-31 | 2014-01-22 | 上海交通大学 | 一种制备纯a轴取向的YBCO液相外延膜的方法 |
| CN103526283B (zh) * | 2013-10-31 | 2016-07-06 | 上海交通大学 | 一种制备纯a轴取向的YBCO液相外延膜的方法 |
| CN103696009A (zh) * | 2013-12-17 | 2014-04-02 | 上海交通大学 | 一种在空气中制备a轴取向高温超导膜的方法 |
| CN103696009B (zh) * | 2013-12-17 | 2016-06-01 | 上海交通大学 | 一种在空气中制备a轴取向高温超导膜的方法 |
| CN104120490A (zh) * | 2014-07-31 | 2014-10-29 | 上海交通大学 | 一种用于制备a轴取向高温超导膜的方法 |
| CN104178808A (zh) * | 2014-08-06 | 2014-12-03 | 上海交通大学 | 一种制备高温超导人工晶界的液相外延方法 |
| CN104178808B (zh) * | 2014-08-06 | 2017-01-25 | 上海交通大学 | 一种制备高温超导人工晶界的液相外延方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102925976B (zh) | 使用NGO单晶基板制备a轴REBCO高温超导厚膜的方法 | |
| CN103276447B (zh) | 一种制备特定混合取向ybco高温超导厚膜的方法 | |
| CN1970849A (zh) | a轴取向的钇钡铜氧超导厚膜的氧气氛控制制备方法 | |
| CN102877124B (zh) | 使用ybco/lao种膜制备宽裂纹间距的rebco高温超导厚膜的方法 | |
| CN105839056A (zh) | 一种铁基化合物超导薄膜的制备方法 | |
| CN101279847A (zh) | 微量稀土元素掺杂钇钡铜氧超导块体材料的制备方法 | |
| CN110373717B (zh) | 一种利用组分分层控制法生长rebco高温超导块材的方法 | |
| JPH06122588A (ja) | 酸化物結晶の作製方法 | |
| EP0341788B1 (en) | High-current-density superconductor thin films and methods for their production | |
| CN113430646B (zh) | 利用单籽晶桥式结构诱导生长rebco超导块材的方法 | |
| CN1236111C (zh) | 厚膜作籽晶熔融织构超导块体材料的制备方法 | |
| CN1190526C (zh) | 具有过热性质种膜作籽晶液相外延生长超导厚膜材料 | |
| CN100494516C (zh) | 氧气氛控制钇钡铜氧超导厚膜面内取向生长的制备方法 | |
| CN103603034A (zh) | 一种制备大尺寸高温超导单晶体的方法 | |
| CN109112483B (zh) | 一种高速率生长高性能稀土钡铜氧高温超导膜的热处理方法 | |
| Xu et al. | A new seeding approach to the melt texture growth of a large YBCO single domain with diameter above 53 mm | |
| Wang et al. | Superconducting properties and microstructures of CeO2 doped YBa2Cu3O7− δ films fabricated by pulsed laser deposition | |
| WO1991005087A1 (en) | Single crystal oxide substrate, superconductor device produced therefrom, and producing thereof | |
| Yamada et al. | Top-seeded solution growth of YBa2Cu3O6+ d superconductive crystals | |
| EP1316973A1 (en) | Oxide superconducting electroconductive article and method for its preparation | |
| Shimoyama | Melt Processing Techniques: Melt Processing for BSCCO | |
| JPH02172893A (ja) | 酸化物超伝導薄膜の作製方法及びそれに用いる基板 | |
| CN104178808B (zh) | 一种制备高温超导人工晶界的液相外延方法 | |
| CN108179464A (zh) | 一种制备高温超导膜的方法 | |
| Qi et al. | Solubility and LPE growth of mixed REBa/sub 2/Cu/sub 3/O/sub 7-/spl delta |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |