一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法
技术领域
1.本发明属于高温超导材料制备技术领域，具体涉及一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法。
背景技术：
2.bi2sr2cacu2o
x
(简称bi2212)高温超导体是高温超导材料中最重要的分支之一，由于bi
‑
2212超导材料在高场磁体系统中具有不可替代的优势，美、日等发达国家对该材料的研究非常难重视。
3.各向同性的bi2212圆线主要在应用在强电方面，比如制备超高磁场磁体、电缆和储能等领域。目前粉装管法(pit)是制备bi系线带材的主流技术，采用该技术制备的线材已经达到了实用化的水平。
4.各向异性的bi2212超导薄膜可以应用于超导领域，比如超导微波器、超导天线和超导计算机等，其制备方法主要包括物理的磁控溅射、脉冲激光沉积技术等，其优点是制备的薄膜致密度高，缺陷少，具有较强的载流能力，缺点是需要高真空环境，设备成本以及维护费用高，而且需要高质量的靶材；化学法主要包括溶胶凝胶技术、化学气相沉积技术和金属有机盐化学气相沉积技术等，化学法制备工艺相对简单，对设备要求低，厚度可控，缺点是制备薄膜质量较差，稳定性较差。
5.因此需要一种工艺简单易于实现的高质量bi
‑
2212超导薄膜的制备方法。
技术实现要素：
6.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法。该方法通过将bi2212粉末与冰醋酸混合，并加入丙酸作为稳定剂形成制膜前驱液，然后将制膜前驱液涂覆在纯银基片后进行成相和部分熔化热处理，即可得到bi2212超导薄膜，薄膜致密度高，晶粒连接性好，更有利于薄膜的实用化，通过控制前驱液的浓度以及涂覆次数就可以对薄膜的厚度进行调控，预处理、成相热处理以及部分熔化热处理过程中释放物仅仅为二氧化碳和水，环境适应性好。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
8.步骤一、将bi2212粉末与冰醋酸混合，然后在磁力搅拌条件下加热回流，得到醋酸盐溶液；
9.步骤二、向步骤一中得到的醋酸盐溶液中加入丙酸后进行搅拌，得到制膜前驱液；
10.步骤三、将步骤二中得到的制膜前驱液采用浸涂法涂覆在纯银基片上，然后依次进行烘干和预分解，在纯银基片上得到预分解bi2212薄膜；
11.步骤四、将步骤三中得到的预分解bi2212薄膜进行成相以及部分熔化热处理，得到bi2212超导薄膜。
12.本发明通过采用将bi2212粉末与冰醋酸混合并在搅拌条件下加热回流，采用冰醋
酸溶解bi2212粉末可以直接配置成均匀的涂膜前驱液，加热回流的目的促进溶解，使bi2212粉末能够在冰醋酸中完全溶解形成溶液，但是形成的醋酸盐溶液稳定性较差，需要加入丙酸作为稳定剂，提高溶液的稳定性，避免醋酸盐的析出以及水解；本发明通过将制膜前驱液采用浸涂法涂覆在纯银基片上，在纯银基片上形成涂层，然后通过烘干，尽量去除薄膜中的溶剂，防止残留溶剂过多对预分解造成影响，通过预分解将醋酸盐分解成碳酸盐或者氧化物，通过成相处理，先使薄膜体积减小，同时控制薄膜中的组分，使后续融化热处理更顺利，然后进行部分熔化热处理，部分熔化热处理是该材料通用的一种热处理工艺，利用部分组分分解后重新结晶的途径，提高晶粒度尺寸，改善晶粒连接性，得到bi2212超导薄膜。
13.上述的一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的bi2212粉末和冰醋酸的质量比为1：6～9，所述加热回流的温度为100℃～120℃，时间为3h～6h，所述磁力搅拌的速率为200r/min～300r/min。本发明通过控制bi2212粉末和冰醋酸的质量比，保证了bi2212粉末在冰醋酸中快速溶解，形成恰当浓度的醋酸盐溶液，有利于后续涂覆的进行，防止了冰醋酸过少导致的溶解速率过慢和冰醋酸过多导致的最终溶液浓度过低，不利于高质量薄膜制备的不足，通过控制回流的温度和时间，保证了bi2212粉末在冰醋酸中充分溶解，防止了回流温度过低粉末溶解速度降低和回流温度过高容易造成的爆沸、爆炸等危险，也防止了回流时间过短粉末溶解不完全，回流时间过长造成能源浪费的不足，通过控制磁力搅拌的速率使bi2212粉末和冰醋酸充分接触，保证了bi2212粉末和冰醋酸均匀混合，便于bi2212粉末溶解在冰醋酸中。
14.上述的一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法，其特征在于，步骤二所述丙酸与醋酸盐溶液的体积比为1：1～2。本发明通过控制丙酸和醋酸盐溶液的体积比，控制了稳定剂的含量，在维持溶液稳定性的同时不会造成溶液浓度过低，溶液浓度过低会增加涂膜时的涂覆次数，增加工艺流程。
15.上述的一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法，其特征在于，步骤三中所述涂覆、烘干和预分解的过程进行1～3次。本发明通过控制涂覆、烘干和预分解过程的次数，起到了对薄膜增厚的作用，控制了bi2212超导薄膜的厚度，膜厚度增加可以增加其工作时的导电能力，以保证薄膜的连续性以及高载流能力。
16.上述的一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法，其特征在于，步骤三所述预分解的温度为400℃～500℃，升温速率为40℃/h～60℃/h，保温时间为3h～5h。本发明通过控制预分解的参数，将醋酸盐分解成为碳酸盐或者氧化物，在再次涂覆时不会造成薄膜溶解，从而保证薄膜稳定增厚，升温速率为40℃/h～60℃/h的作用是保证醋酸盐缓慢分解，分解过快容易造成薄膜崩裂，造成薄膜的不连续。
17.上述的一种bi
‑
2212超导薄膜的制备方法，其特征在于，步骤四中所述成相以及部分熔化热处理的过程为：在氧气气氛下，将预分解bi2212薄膜加热至840℃～860℃进行成相处理，然后继续加热进行部分熔化热处理。本发明通过控制成相温度先使薄膜体积减小，同时控制薄膜中的组分，使后续融化热处理更顺利，晶粒连接性好。
18.本发明与现有技术相比具有以下优点：
19.1、本发明通过将bi2212粉末与冰醋酸混合，并加入丙酸作为稳定剂形成制膜前驱液，然后将制膜前驱液涂覆在纯银基片后进行成相和部分熔化热处理，即可得到具有超导
载流性能的bi2212超导薄膜，薄膜致密度高，晶粒连接性好，更有利于薄膜的实用化。
20.2、本发明通过控制涂覆、烘干和预分解的次数，控制制备的bi2212薄膜的厚度，增加可以增加其工作时的导电能力，以保证薄膜的连续性以及高载流能力。
21.3、本发明通过控制原料在预处理、成相热处理以及部分熔化热处理过程中释放物仅仅为二氧化碳和水，环境适应性好。
22.4、本发明通过采用纯银基片作为薄膜的基底，不怕氧化，且与薄膜的结合程度高，提高薄膜的性能；通过采用丙酸作为稳定剂，稳定bi2212粉末和冰醋酸形成的溶液，防止bi2212粉末析出。
23.5、本发明仅通过化学溶液法制备bi2212超导薄膜，与其他制备方法相比，薄膜制备工艺简单、成本低、制备效率高、热处理周期短、成相速度快，能够满足实用化要求。
24.下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
25.实施例1
26.本实施例包括以下步骤：
27.步骤一、将bi2212粉末与冰醋酸混合，然后在磁力搅拌条件下加热回流，得到醋酸盐溶液；所述的bi2212粉末和冰醋酸的质量比为1：6，所述回流的温度为100℃，时间为6h，所述磁力搅拌的速率为300r/min；
28.步骤二、向步骤一中得到的醋酸盐溶液中加入丙酸后进行搅拌，得到制膜前驱液；所述丙酸与醋酸盐溶液的体积为1:1；
29.步骤三、将步骤二中得到的制膜前驱液采用浸涂法涂覆在纯银基片上，然后依次进行烘干和预分解，在纯银基片上得到预分解bi2212薄膜；所述预分解的温度为400℃，升温速率为40℃/h，保温时间为5h；所述烘干的温度为85℃；
30.步骤四、将步骤三中得到的预分解bi2212薄膜进行成相以及部分熔化热处理，得到bi2212超导薄膜；所述成相以及部分熔化热处理的过程为：在氧气气氛下，将预分解bi2212薄膜加热至840℃保温5h进行成相处理，然后继续加热至890℃进行部分熔化热处理，其中氧气的流量为500ml/min。
31.经检测，本实施例制备的bi2212超导薄膜织构取向良好，致密度高。
32.实施例2
33.本实施例包括以下步骤：
34.步骤一、将bi2212粉末与冰醋酸混合，然后在磁力搅拌条件下加热回流，得到醋酸盐溶液；所述的bi2212粉末和冰醋酸的质量比为1：9，所述回流的温度为120℃，时间为3h，所述磁力搅拌的速率为200r/min；
35.步骤二、向步骤一中得到的醋酸盐溶液中加入丙酸后进行搅拌，得到制膜前驱液；所述丙酸与醋酸盐溶液的体积为1:2；
36.步骤三、将步骤二中得到的制膜前驱液采用浸涂法涂覆在纯银基片上，然后依次进行烘干和预分解，在纯银基片上得到预分解bi2212薄膜；所述预分解的温度为500℃，升温速率为60℃/h，保温时间为3h；所述烘干的温度为95℃；所述涂覆、烘干和预分解的过程进行3次。
37.步骤四、将步骤三中得到的预分解bi2212薄膜进行成相以及部分熔化热处理，得到bi2212超导薄膜；所述成相以及部分熔化热处理的过程为：在氧气气氛下，将预分解bi2212薄膜加热至850℃保温5h进行成相处理，然后继续加热至896℃进行部分熔化热处理，其中氧气的流量为500ml/min。
38.经检测，本实施例制备的bi2212超导薄膜织构取向良好，致密度高。
39.实施例3
40.本实施例包括以下步骤：
41.步骤一、将bi2212粉末与冰醋酸混合，然后在磁力搅拌条件下加热回流，得到醋酸盐溶液；所述的bi2212粉末和冰醋酸的质量比为1：7.5，所述回流的温度为110℃，时间为4h，所述磁力搅拌的速率为250r/min；
42.步骤二、向步骤一中得到的醋酸盐溶液中加入丙酸后进行搅拌，得到制膜前驱液；所述丙酸与醋酸盐溶液的体积为1:1.5；
43.步骤三、将步骤二中得到的制膜前驱液采用浸涂法涂覆在纯银基片上，然后依次进行烘干和预分解，在纯银基片上得到预分解bi2212薄膜；所述预分解的温度为450℃，升温速率为50℃/h，保温时间为4h；所述烘干的温度为95℃；所述涂覆、烘干和预分解的过程进行2次。
44.步骤四、将步骤三中得到的预分解bi2212薄膜进行成相以及部分熔化热处理，得到bi2212超导薄膜；所述成相以及部分熔化热处理的过程为：在氧气气氛下，将预分解bi2212薄膜加热至860℃保温5h进行成相处理，然后继续加热至893℃进行部分熔化热处理，其中氧气的流量为500ml/min。
45.经检测，本实施例制备的bi2212超导薄膜织构取向良好，致密度高。
46.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。