专利名称：一种钇钡铜氧靶材的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种钇钡铜氧靶材的制造方法，其特别用于高温超导薄膜的制造。
背景技术：
随着高温超导薄膜电子器件的迅速发展，对于超导薄膜材料的质量要求越来越高。国内外发展最好并获得成功应用的是钇系和铊系外延薄膜，铊系材料因存在多相共存且铊元素有毒性易挥发，使其应用受到限制。YBCO薄膜由于表面平整，取向排列好，结构完整，易获得较高的Jc而发展很快。在YBCO薄膜的应用中，要得到良好的性能，必须使薄膜具有正确的组分、晶体结构以及晶体取向。目前YBCO薄膜的制备方法主要有磁控溅射法、脉冲激光沉积(PLD)法、 金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法、电泳沉积法、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法和金属有机沉积法(MOD)等。目前发展较成熟，应用较多的有磁控溅射法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法和金属有机沉积法等。磁控溅射法的特点是维持放电所需靶电压低，易于控制等离子体，沉积速率高，薄膜致密性好，衬底温度低，可获得高质量外延薄膜，被世界各国广泛采用。对于磁控溅射法而言，制备正确组分、晶体结构和晶体取向，并且高纯、致密的靶材，尤为重要，只有拥有高品质的靶材才能获得预期的薄膜。目前，钇钡铜氧靶材的生产方法主要有普通烧结法、热等静压法、热压法和压力烧结四种，具体如下
I、普通烧结法一般采用冷压或冷等静压加烧结的方法制备。冷压过程中，为了增强素坯的成型性，会在其中加入O. 5% 2%的粘结剂，压制压力不能太大，因为需要留出足够的通道让粘结剂排出，但粘结剂依然会有残留，增加了靶材的杂质含量。冷等静压则可获得致密度较高的素坯，由于素坯的相对密度为50% 70%，在靶材烧结完成后，靶材的相对密度只能达到70% 90%。2、热等静压法该方法能够在压力IOOMPa以上，烧结温度为600°C 1500°C烧结靶材，得到相对密度为98% 100%的靶材。但该方法工艺过程较复杂，主要包括粉末前处理、制作包套、装炉烧结、去除包套、后续加工等，而且各个步骤的完成要求较高，如果靶材较小，后续加工的加工量较大，则原材料利用率较低，且成本较高。3、热压法该方法可使用难熔金属模具、陶瓷模具或石墨模具，在真空或其他气氛保护下进行烧结，一般烧结压力为20 80MPa，可以得到相对密度为98% 100%的靶材。 该方法生产成本较低，工艺过程较为简单，主要包括装料、烧结、脱模、后续加工等，而且各个步骤控制较为简单，产品的品质稳定，能够获得接近产品要求尺寸的半成品。4、常压气氛烧结法该方法一般用于生产陶瓷靶材，在气氛保护的条件下进行烧结，烧结方式为阶段性升压升温。该生产方法成本较低，工艺过程可控，主要步骤包括液压压制、冷等静压压制、阶段性烧结、降温控制、后续加工等，各步骤的操作简单，核心技术为烧结工艺。
中国发明专利CN101492291A公开了一种YBCO超导薄膜靶材的制备方法，其作法是:A、YBCO超导相粉末的制备；B、压片将A步制备的粉末，置于磨具中，在压机上用 2(T30MPa的压力压制片；将压制得到的片放在橡胶包套里，于15(T200MPa的压强下进行冷等静压，得到超导片材；C、片材的烧结将B步得到的超导片材在箱式烧结炉中烧结 2(T30小时，烧结温度为85(T960°C ;D、渗氧将C得到的超导片材放在管式炉里，在温度 45(T500°C下，渗氧处理2 3小时。该方法的特点在于能获得具有超导相结构的YBCO靶材， 但制备的靶材致密度较差，且工艺过程较为复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的钇钡铜氧靶材的制造方法。为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案
一种钇钡铜氧靶材的制备方法，包括依次进行的以下步骤
(1)、将丫203、Ba。、CuO按一定比例(原子比比例为Y:Ba:Cu=l:2:3)混合均匀得混合粉末，Y2O3> BaO及CuO的一次粒度为10(T300nm，纯度大于99. 9wt% ；
(2)、对混合粉末进行四柱液压机冷压压制成型，冷压压力为20(T300MPa；
(3)、将冷压后的混合体放入氧气常压烧结炉中，在80(T950°C下烧结，烧结时间为 10^20小时，烧结完毕，冷却到常温取出，破碎成-300目，即得钇钡铜氧超导相粉末；
(4)、将钇钡铜氧超导相粉末四柱液压机冷压压制成型为坯件，冷压压力为3(T50MPa；
(5)、对坯件进行冷等静压加工，压力为20(T300MPa；
(6)、将坯件置于炉中进行烧结，烧结时，炉内真空度为10_4 10_3Pa，首先以5(T300°C/ h的速率将温度升至600°C ^800°C，保温4 24小时后，充入氧气，然后再以10(T400°C /h的速率将温度升至850°C ^950°C，保温4 24小时后降至常温，即得所述钇钡铜氧靶材，降温速率为 2(Tl00°C /h。优选地，Y203、BaO及CuO的一次粒度为100 200nm。根据本发明，步骤(2)中，冷压压力优选为20(T250MPa，步骤(3)中烧结温度优选为85(T900°C，烧结时间优选为12 20小时，步骤(6)中，第一次升温速率优选为 100^2000C /h，第二次升温速率优选为15(T250°C /h,降温速率优选为20 5(TC /h。由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果
由于在阶段性烧结工艺中，充入了氧气，避免了环境烧结过程中引入杂质，也使靶材更加高致密化。按照本发明的制备方法制备出的钇钡铜氧靶材，其晶粒尺寸细小且致密度高。 在适当条件下，溅射这些靶材能获得性能优良的薄膜，从而提高钇钡铜氧薄膜的超导性能。
图I为根据本发明方法制造的钇钡铜氧靶材的扫描电镜图。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。一种钇钡铜氧靶材的制备方法，包括依次进行的以下步骤(I )、将Y203、BaO、CuO按原子比Y:Ba: Cu=I :2:3比例混合均匀得混合粉末，Y203、BaO及 CuO的一次粒度为10(T200nm，纯度大于99. 9wt% ；
(2)、对混合粉末进行四柱液压机冷压压制成型，冷压压力为250MPa；
(3)、将冷压后的混合体放入氧气常压烧结炉中，在900°C下烧结，烧结时间为12小时， 烧结完毕，冷却到常温取出，破碎成-300目，即得钇钡铜氧超导相粉末；
(4)、将钇钡铜氧超导相粉末四柱液压机冷压压制成型为坯件，冷压压力为40MPa；
(5)、对坯件进行冷等静压加工，压力为250MPa；
(6)、将坯件置于炉中进行烧结，烧结时，炉内真空度为10_，10_3Pa，首先以100°C/h的速率将温度升至800°C，保温6小时后，充入氧气，然后再以200°C /h的速率将温度升至 900°C，保温6小时后降至常温，即得所述钇钡铜氧靶材，降温速率为50°C /h。对上述制备的钇钡铜氧靶材进行扫描电镜分析，图I是扫描电镜图，从中可见，钇钡铜氧靶材的晶粒尺寸比较细小且致密度高，相对密度约为99. 6%。使用上述靶材通过磁控溅射的方式制备超导薄膜，制备的薄膜测试结果和主要工艺参数如下
溅射电流0. 4A 基片温度750°C 溅射时间20小时 Tc 90K A Tc=O. 5K Rs=2. 46m Q
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种钇钡铜氧靶材的制备方法，其特征在于包括依次进行的以下步骤(1)、将丫203、Ba。、CuO按一定比例(原子比比例为Y:Ba:Cu=l:2:3)混合均匀得混合粉末，Y2O3> BaO及CuO的一次粒度为10(T300nm，纯度大于99. 9wt% ；(2)、对混合粉末进行四柱液压机冷压压制成型，冷压压力为20(T300MPa；(3)、将冷压后的混合体放入氧气常压烧结炉中，在80(T950°C下烧结，烧结时间为 10^20小时，烧结完毕，冷却到常温取出，破碎成-300目，即得钇钡铜氧超导相粉末；(4)、将钇钡铜氧超导相粉末四柱液压机冷压压制成型为坯件，冷压压力为3(T50MPa；(5)、对坯件进行冷等静压加工，压力为20(T300MPa；(6)、将坯件置于炉中进行烧结，烧结时，炉内真空度为10_4 10_3Pa，首先以5(T300°C/ h的速率将温度升至600°C 800°C，保温4 24小时后，充入氧气，然后再以10(T40(TC /h的速率将温度升至850°C ^950°C，保温4 24小时后降至常温，即得所述钇钡铜氧靶材，降温速率为 2(Tl00°C /h。
2.根据权利要求I所述的钇钡铜氧靶材的制备方法，其特征在于Y203、BaO及CuO的一次粒度为100 200鹽。
全文摘要
本发明涉及一种钇钡铜氧靶材的制造方法，其包括(1)、将Y2O3、BaO、CuO按一定比例(原子比比例为Y:Ba:Cu=1:2:3)混合均匀得混合粉末，Y2O3、BaO及CuO的一次粒度为100~300nm，纯度大于99.9wt%；(2)、对混合粉末进行四柱液压机冷压压制成型，冷压压力为200~300MPa；(3)、将混合体放入氧气常压烧结炉中，在800~950℃下烧结，烧结完毕，冷却到常温取出，破碎成-300目的粉末；(4)、将粉末用四柱液压机冷压压制成型为坯件，冷压压力为30~50MPa；(5)、对坯件进行冷等静压加工，压力为200~300MPa；(6)、将坯件置于炉中进行烧结。本发明制造出的钇钡铜氧靶材，其晶粒尺寸细小且致密度高。
文档编号C04B35/622GK102584205SQ20121003998
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者王广欣, 王树森, 钟小亮 申请人:苏州晶纯新材料有限公司