RU2030817C1 - Method for producing high-temperature ceramic coatings - Google Patents
Method for producing high-temperature ceramic coatings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2030817C1 RU2030817C1 SU914919169A SU4919169A RU2030817C1 RU 2030817 C1 RU2030817 C1 RU 2030817C1 SU 914919169 A SU914919169 A SU 914919169A SU 4919169 A SU4919169 A SU 4919169A RU 2030817 C1 RU2030817 C1 RU 2030817C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat treatment
- temperature
- organic binder
- yba
- suspension
- Prior art date
Links
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 title claims abstract 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 9
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 7
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 229910003097 YBa2Cu3O7−δ Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 4
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- NIQCNGHVCWTJSM-UHFFFAOYSA-N Dimethyl phthalate Chemical compound COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OC NIQCNGHVCWTJSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MDPBAVVOGPXYKN-UHFFFAOYSA-N [Y].[Gd] Chemical compound [Y].[Gd] MDPBAVVOGPXYKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical class [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FBSAITBEAPNWJG-UHFFFAOYSA-N dimethyl phthalate Natural products CC(=O)OC1=CC=CC=C1OC(C)=O FBSAITBEAPNWJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001826 dimethylphthalate Drugs 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 1
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к созданию гетероструктур, содержащих высокотемпературое сверхпроводящее (ВТСП) покрытие. The invention relates to the creation of heterostructures containing a high temperature superconducting (HTSC) coating.
Сверхпроводящие покрытия с высоким значением температуры перехода в сверхпроводящее состояние (Тс) до сих пор получены только на немагнитных подложках, в частности на MgO, Al2O3, а также на металлических (Pt, Au). Один из возможных способов получения таких покрытий включает приготовление суспензии исходной керамики состава YBa2Cu3O7-б в органическом связующем, нанесение ее на подложку, сушку и термообработку в кислороде при 900-950оС [1] . В качестве органического связующего здесь применяют ацетон, спирты. Могут быть использованы также диметилфталат, дибутилфталат [2] и поливинилбутираль [3].Superconducting coatings with a high value of the transition temperature to the superconducting state (T c ) have so far been obtained only on non-magnetic substrates, in particular on MgO, Al 2 O 3 , as well as on metal (Pt, Au). One possible method for preparing such coatings involves the preparation of the original ceramic slurry composition YBa 2 Cu 3 O 7-b in the organic binder, applying it to the substrate, drying and heat treatment in oxygen at 900-950 ° C [1]. As an organic binder, acetone and alcohols are used here. Dimethyl phthalate, dibutyl phthalate [2] and polyvinyl butyral [3] can also be used.
Для создания новых типов приборов ферритовой СВЧ-техники представляется перспективным получение сверхпроводящих покрытий на магнитных подложках. Ранее были предприняты попытки получения пленок с подслоем серебра на гранатовой эпитаксиальной структуре ГГГ-ЖИГ магнетронным распылением на постоянном токе (Тс = 6К) [4]. Однако методом магнетронного распыления можно получить только тонкие пленки.To create new types of devices of ferrite microwave technology, it seems promising to obtain superconducting coatings on magnetic substrates. Earlier, attempts were made to obtain films with a silver sublayer on the garnet epitaxial structure of the GGG-YIG magnetron sputtering at constant current (T c = 6K) [4]. However, only thin films can be obtained by magnetron sputtering.
Целью изобретения является повышение качества высокотемпературных сверхпроводящих покрытий и повышение критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние. The aim of the invention is to improve the quality of high-temperature superconducting coatings and increase the critical temperature of the transition to the superconducting state.
В качестве прототипа взят способ получения сверхпроводящих покрытий на немагитных подложках [1]. Сущность способа заключается в следующем. Из исходной керамики состава YBa2Cu3O7-б смешением с органическим связующим готовят суспензию, которую наносят на поверхность подложки и высушивают. Затем проводят термообработку в атмосфере кислорода. Отличие предлагаемого способа от известного состоит в том, что в качестве органического связующего используется триэтаноламин, суспензия наносится на магнитную подложку, а термообработка в кислороде проводится в следующем режимe: быстрый подъем температуры до 945-950оС в течение 10-15 мин, выдержка в течение 2-5 мин и охлаждение до комнатной температуры в течение 60 ± 15 мин. Способ обеспечивает получение ВТСП покрытий толщиной от 40 до 80 мкм на ферромагнитных подложках, в частности из железо-иттриевого граната (ЖИГ) Y3Fe5O12 и иттрий-гадолиниевого феррограната YGd2Fe5O12 с критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние Тс более 77 К и шириной перехода 2-5К.As a prototype taken the method of obtaining superconducting coatings on non-magnetic substrates [1]. The essence of the method is as follows. From the initial ceramic composition YBa 2 Cu 3 O 7-b , a suspension is prepared by mixing with an organic binder, which is applied to the surface of the substrate and dried. Then heat treatment is carried out in an oxygen atmosphere. Unlike the present method is remarkable in that the organic binder is used triethanolamine, slurry is applied to the magnetic substrate, and heat treatment is performed in oxygen in the following rezhime: rapid rise in temperature to 945-950 ° C for 10-15 min, holding in for 2-5 minutes and cooling to room temperature for 60 ± 15 minutes. The method provides HTSC coatings with a thickness of 40 to 80 μm on ferromagnetic substrates, in particular from yttrium iron garnet (YIG) Y 3 Fe 5 O 12 and yttrium-gadolinium ferrogarnet YGd 2 Fe 5 O 12 with a critical temperature of transition to the superconducting state T with more than 77 K and a transition width of 2-5K.
П р и м е р ы 1-4 (табл. 1). PRI me R s 1-4 (table. 1).
Исходную керамическую шихту получают из раствора нитратов иттрия, бария и меди, взятых в соотношении, рассчитанном на получение состава YBa2Cu2O7-б. Полученный раствор смешивают с отдельно приготовленным 5%-ным раствором поливинилового спирта в соотношении 1:1. Добавление полимера проводят с целью получения мелкодисперсного, гомогенного по составу порошка. Раствор упаривается досуха и прокаливается на воздухе при температуре 900 ± 10оС в течение (120 ± 15) мин. 1 г керамической шихты смешивается в агатовой ступке с 2 см3 этилового спирта. Полученная суспензия наносится на подложку MgO [100] методом центрифугирования, при скорости вращения 2000 об/мин, высушивается на воздухе на электрической плитке при подъеме температуры до 300оС в течение 30 мин. Полное удаление триэтаноламина проводится в электропечи при t = = 550оС в течение 1-2 мин на воздухе. Далее подложка с нанесенным покрытием помещается в трубчатую печь, в которую подается осушенный кислород со скоростью 100 см3/мин. Были опробованы четыре режима термообработки в кислороде (таблица 1). Во всех четырех примерах получены сверхпроводящие покрытия толщиной 60-80 мкм с интервалом температур перехода в сверхпроводящее состояние (Тс - ТR=0) 85-80оК.The initial ceramic mixture is obtained from a solution of yttrium, barium and copper nitrates, taken in a ratio calculated to obtain the composition YBa 2 Cu 2 O 7-b . The resulting solution is mixed with separately prepared 5% solution of polyvinyl alcohol in a ratio of 1: 1. The addition of the polymer is carried out in order to obtain a finely divided powder homogeneous in composition. The solution is evaporated to dryness and calcined in air at a temperature of 900 ± 10 о С for (120 ± 15) min. 1 g of the ceramic mixture is mixed in an agate mortar with 2 cm 3 of ethyl alcohol. The resulting slurry is applied to the substrate MgO [100] by spin coating, the rotation speed at 2000 rev / min, air-dried on a hotplate at a temperature rise to 300 ° C for 30 min. Complete removal of triethanolamine is carried out in an electric furnace at t = = 550 ° C for 1-2 minutes in air. Next, the coated substrate is placed in a tubular furnace into which dried oxygen is supplied at a speed of 100 cm 3 / min. Four modes of heat treatment in oxygen were tested (table 1). In all four examples, superconducting coatings with a thickness of 60-80 μm were obtained with an interval of temperatures of the transition to the superconducting state (T c - T R = 0 ) 85-80 o K.
П р и м е р ы 5-12 (табл. 2). PRI me R s 5-12 (table. 2).
Получение исходной керамики состава YBa2Cu3O7-б, приготовление суспензии, нанесение ее на подложку, сушку и термообработку покрытий в кислороде проводят так же, как указано в примерах 1-4, с той лишь разницей, что суспензию керамики YBa2Cu3O7-б в этиловом спирте наносят на ферромагнитную подложку ЖИГ [110]. В результате получают покрытия YBa2Cu3O7-б толщиной 50-70 мкм с низкими значениями Тс < 77K и широким интервалом температур перехода в сверхпроводящее состояние 67-31 К (примеры 5-8). Аналогичные результаты получают при использовании в качестве органического связующего ацетона (примеры 9-12).Obtaining the original ceramic composition YBa 2 Cu 3 O 7-b , preparing a suspension, applying it to a substrate, drying and heat treatment of coatings in oxygen is carried out as described in examples 1-4, with the only difference being that the suspension of ceramics YBa 2 Cu 3 O 7-b in ethanol is applied onto the ferromagnetic substrate of YIG [110]. The result is a coating YBa 2 Cu 3 O 7-b with a thickness of 50-70 microns with low values of T <77K and a wide transition temperature range superconducting 67-31 K (Examples 5-8). Similar results are obtained when acetone is used as the organic binder (Examples 9-12).
П р и м е р ы 13-22 (табл. 3, 4). PRI me R s 13-22 (tab. 3, 4).
Получение исходной керамики YBa2Cu3O7-б, приготовление суспензии, нанесение ее на подложку, сушку и термообработку в кислороде проводят как указано в примерах 1-4, с той разницей, что в качестве органического связующего применяют ТЭА и полученную суспензию наносят на ферромагнитную подложку ЖИГ [110]. При этом варьируют режимы термообработки: подъем температуры от комнатной до 950оС от 8 до 30 мин, выдержка при 950оС - от 0,5 до 10 мин и охлаждение до комнатной температуры от 30 до 90 мин. Из данных таблицы видно, что наибольшая глубина проникновения ионов железа из материала подложки в покрытие YBa2Cu3O7-б (5-10 мкм) при толщине покрытия 60 мкм наблюдается при подъеме температуры от комнатной до 950оС в течение 10-15 мин, выдержке при этой температуре в течение 2-5 мин и последующем охлаждении до комнатной температуры в течение 1 ч ± 15 мин.Obtaining the original YBa 2 Cu 3 O 7-b ceramics , preparing a suspension, applying it to a substrate, drying and heat treatment in oxygen is carried out as described in examples 1-4, with the difference that TEA is used as an organic binder and the resulting suspension is applied to ferromagnetic substrate YIG [110]. Thus vary the curing conditions: temperature rise from room temperature to 950 ° C of 8 to 30 min, holding at 950 ° C - from 0.5 to 10 min and cooling to room temperature from 30 to 90 minutes. From the table it is seen that the greatest depth of penetration of iron ions from the substrate into the coating material YBa 2 Cu 3 O 7-B (5-10 microns) at a coating thickness of 60 .mu.m is observed at a temperature rise from room temperature to 950 ° C for 10-15 min, holding at this temperature for 2-5 minutes and then cooling to room temperature for 1 h ± 15 minutes
П р и м е р ы 23-26 (табл. 4). PRI me R s 23-26 (table. 4).
Получение покрытий YBa2Cu3O7-б проводят, как описано в примерах 13-22, с той разницей, что в качестве ферромагнитной подложки используют поликристаллический иттрий-гадолиниевый феррогранат. Термообработку покрытий в кислороде проводят в режиме согласно изобретению. В результате получены сверхпроводящие покрытия состава YBa2Cu3O7-б на магнитной подложке Y-Gd феррограната, интервал температур в сверхпроводящее состояние составляет 84-79К при толщине покрытия 40 мкм, 84-81,2К - при толщине покрытия 55 мкм, 83-81К - при толщине покрытия 70 мкм и 84-79,5 К - при толщине покрытия 80 мкм.Obtaining coatings YBa 2 Cu 3 O 7-b is carried out as described in examples 13-22, with the difference that polycrystalline yttrium-gadolinium ferrogranate is used as a ferromagnetic substrate. Heat treatment of coatings in oxygen is carried out in the mode according to the invention. As a result, superconducting coatings of the composition YBa 2 Cu 3 O 7-b were obtained on the magnetic substrate of a Y-Gd ferrogarnet, the temperature range to the superconducting state is 84-79K with a coating thickness of 40 microns, 84-81.2K with a coating thickness of 55 microns, 83 -81K - with a coating thickness of 70 microns and 84-79.5 K - with a coating thickness of 80 microns.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU914919169A RU2030817C1 (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Method for producing high-temperature ceramic coatings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU914919169A RU2030817C1 (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Method for producing high-temperature ceramic coatings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2030817C1 true RU2030817C1 (en) | 1995-03-10 |
Family
ID=21565038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU914919169A RU2030817C1 (en) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | Method for producing high-temperature ceramic coatings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2030817C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486161C2 (en) * | 2010-12-13 | 2013-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дагестанский государственный университет | METHOD OF PRODUCING Y(ВахВе1-x)2Cu3O7-δ BASED MATERIALS |
-
1991
- 1991-03-14 RU SU914919169A patent/RU2030817C1/en active
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1529652, кл. C 04B 35/00, 1989. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 1508892, кл. H 01L 39/24, 1988. * |
| 3. Богин В.Н. и др. Исследование процесса удаления связующего из ленточных образцов YBa 2 Cu 3 O (7-delta), полученных методом шликерного литья. Сб. Высокотемпературная сверхпроводимость, 1989, вып.2 с.79 инв. N 12517. * |
| 4. Оборонко А.Е. и др. Межотраслевой научно-технический сборник "Высокотемпературная сверхпроводимость", 1989, N 1, -М.: с.17-29. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486161C2 (en) * | 2010-12-13 | 2013-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дагестанский государственный университет | METHOD OF PRODUCING Y(ВахВе1-x)2Cu3O7-δ BASED MATERIALS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rice et al. | Preparation of superconducting thin films of Ba2YCu3O7 by a novel spin‐on pyrolysis technique | |
| Miura et al. | Epitaxial Y‐Ba‐Cu‐O films on Si with intermediate layer by rf magnetron sputtering | |
| JP3089294B2 (en) | Manufacturing method of superconducting tape material | |
| EP0407458B1 (en) | Superconducting thin film fabrication | |
| RU2030817C1 (en) | Method for producing high-temperature ceramic coatings | |
| Bailey et al. | High critical density thick films of YBCO on YSZ | |
| US5270292A (en) | Method for the formation of high temperature semiconductors | |
| US5308800A (en) | Apparatus and method for forming textured bulk high temperature superconducting materials | |
| Yoshisato et al. | Magnetic and electric properties of YBCO ceramics prepared by coprecipitation method | |
| JP2817048B2 (en) | Method for producing Bi-Sr-Ca-Cu-O-based superconducting film by screen printing | |
| Cho et al. | Nanoscale coating of silicon and manganese on ferrimagnetic yttrium iron garnets | |
| Jung et al. | Improved microstructure of superconducting Y-Ba-Cu-O films deposited on LaAlO3 substrates | |
| RU2083032C1 (en) | Method for producing thick high-temperature superconducting films | |
| Paulose et al. | High temperature superconductivity in air quenched YBa2Cu3O7− δ doped with Sb2O3 | |
| JPH0443843B2 (en) | ||
| Hosseini et al. | MOD growth of epitaxial cerium oxide buffer layer on LAO substrates for fabrication of c-axis oriented YBCO | |
| Mutlu et al. | YBCO coated conductor development by continuous sol-gel process | |
| KR930002579B1 (en) | Manufacturing method of thick film super conductor | |
| Tkaczyk et al. | Anisotropic transport properties of Tl (1223) magnetically aligned ceramics and spray pyrolyzed films | |
| Koshy et al. | The structural and superconducting properties of the YBa2Cu3O7− δ‐HfO2 system | |
| JPH0556283B2 (en) | ||
| Lay et al. | Critical current density of bulk, aligned Tl-1223 superconductor | |
| Dos Santos et al. | Superconducting films made by spin-coating with acetate solutions | |
| Bullock et al. | Production of superconducting Y1Ba2Cu3Ox thin films by dc diode sputtering and annealing | |
| Kúš et al. | Ion beam modification and analysis of GdBaCuO thin film on Si substrates at 300 and 77 K without any buffer layer |