涂层的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超导材料技术领域，具体涉及一种在不锈钢基底上制备MgB2*层的方法。
【背景技术】
[0002]临界转变温度为39K的MgB2超导体由于具有较高的转变温度、较大的相干长度、较高的上临界场、晶界不存在弱连接、结构简单和成本低廉等诸多优点，非常有潜力在不远的将来代替传统的第一类超导体。将MgB^ij成薄膜或线材，可以广泛应用于制作CT扫描仪、超级电子计算机的元器件和电力传输设备的元器件等，具有十分广阔的应用前景。
[0003]目前，很多沉积技术都被用于制备高质量的MgB2涂层，如PLD(脉冲激光沉积)、化学气相沉积(CVD)、磁控溅射等。为了得到高纯度的MgB2，在这些技术中，都要解决Mg易氧化和易挥发的问题，要解决这两个问题，制备过程一般都是在真空或者封闭的保护气体中进行。喷涂法和电泳法设备要求简单，均采用两步异位退火工艺过程制备MgB2涂层，即先沉积上B先驱厚膜/薄膜，然后在真空、高温和高Mg蒸汽压环境中退火，使B膜在镁蒸汽中原位生成MgB2。此间，由于MgB2的合成主要依赖于镁蒸汽向B膜的扩散，根据气固反应模型，最外层首先形成的MgB2会成为镁蒸汽扩散的阻碍，减缓膜内MgB 2的形成速度，致使薄膜内部可能含有未反应完全的B或中间产物1^4或MgO等其他杂质，一定程度上影响了 MgB 2的超导性能。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种在不锈钢基底上制备MgB2涂层的方法，目的是通过简化的电泳沉积方法，得到一种具有较高MgB2含量、平整、致密、导电性良好的MgB2涂层，从而提尚超导带材的电性能。
[0005]实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行:
步骤I烧结法制备MgB2粉末:
以纯硼粉和纯镁粉为原料，控制原料中Mg与B的原子比为1: 2，在玛瑙研钵中混合均匀，于8~12MPa下压成直径为2~3cm的薄片，在500~800°C温度下恒温l~3h烧结，烧结过程中通入Ar-4%H2气提供还原气氛，将烧结后的产物冷却研磨成粉，得到MgB 2粉末；
步骤2不锈钢基底的预处理:
用清洗剂将不锈钢基底超声清洗10~40min，最后用去离子水洗涤，烘干备用；
步骤3.在甲醇-碘电泳体系中沉积MgB2涂层:
3.1制备电泳悬浮液:
在50~100mL甲醇中添加0.15-0.3g MgB2粉末、0.001-0.005g碘粒制成甲醇-碘电泳悬浮液；
3.2电泳沉积制备MgBdB步涂层:
以不锈钢为阴极，纯Ni片为阳极，极间距离为2cm，控制沉积电压为100V，沉积时间为5~6min，得到MgBjII步涂层；
3.3对MgB2初步涂层进行热处理:
将电泳沉积的MgB2初步涂层取出后，在干燥箱中于50~70 °C下烘干5~10min，再置于管式电阻炉中通入Ar-4%H2气于60min内升至500~700°C，保温l~2h，然后随炉冷却至室温，制得MgB2涂层。
[0006]其中，所述的清洗剂是由25%的偏硅酸钠、10%的丙酮和无水乙醇按照体积比组成的。
[0007]与现有技术相比较，本发明的特点和有益效果是:
本发明在制备MgB2粉末的过程中通入Ar-4%H 2气提供还原气氛是为了防止Mg粉及B粉与空气中的氧气反应生成MgO、B2O3以及更复杂的杂质化合物；
本发明在电沉积前对不锈钢基底进行超声清洗，一方面利用了清洗剂对油污的溶解、渗透作用的化学作用力；另一方面利用了超声波的空化作用的物理作用力，将表面污物层剥离，最后用去离子水反复冲洗，烘干备用；
本发明区别于现有的“两步”制膜法，本发明采用先制备高纯度MgB2粉末，然后再在基底上直接电泳沉积涂层的方法。为了得到高纯度的MgB2涂层且保证涂层表面致密平整、与基底的结合强度较好、室温电阻较小、具有良好金属导电性，本发明尝试在不同电泳体系中分别沉积制备MgB2涂层，通过对大量试验结果进行对比分析，发现在包含MgB 2粉末的甲醇-碘浴中具有恒定电流的性质，其中的MgB2悬浮溶液电导率高，短时间内即可得到表面致密的涂层，因此将甲醇-碘浴做为最为合适的电泳体系。
[0008]本发明的优点是:
(I)本发明区别于先沉积B膜后扩散Mg蒸汽合成MgB2膜的两步法，采用先制备MgB 2粉末，然后选择合适的电泳溶剂利用EPD(Electrophoretic Deposit1n)技术直接沉积出MgB2涂层，并通过改进过程中的工艺条件来实现制备超导性较好的MgB 2涂层，涂层纯度较高，后期热处理温度低，具有室温金属导电性，同时方法具有简单快速、成本低的优势，是对传统两步法EH)技术的改进，对实际应用至关重要。
[0009](2)电泳沉积是一种非常简单快速的技术，能在任何形状的所需基板上生成单面或双面涂层，加工技术简单且成本低，具有重要的经济、社会意义。
[0010](3)本发明采用的甲醇-碘电泳体系中MgB2悬浮溶液电导率高，在保证甲醇溶剂浓度3g/L，沉积电压100V的条件下，电泳时间只需5min即可得到表面致密的厚膜，具有较低室温电阻和软磁性。
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施例1中合成的MgB2粉末的XRD图谱；
图2是本发明实施例1中未进行热处理的初步MgB2涂层的XRD图谱；
图3是本发明实施例1中Ar+4%H2气氛700°C下保温2h后MgB 2涂层样品的XRD图谱；图4是本发明实施例1中Ar+4%H2气氛700°C保温2h后MgB 2涂层样品的SEM图像；其中:图(a)的分辨率为X500 ;图(b)的分辨率为X5000 ；图(c)的分辨率为 X10000 ；
图5是本发明实施例1中Ar+4%H2气氛700°C保温两小后MgB2涂层样品的M-H (磁化强度-磁场强度)曲线(77K)。
【具体实施方式】
[0012]以下结合实施例对本发明作进一步描述。
[0013]本发明实施例中电泳沉积采用的电源是广东易事特电源股份有限公司生产的WYK-300V1A型恒流源；
XRD检测的仪器型号为:DX2600-1I，丹东方圆仪器有限公司；
SEM扫描仪器的型号为:SSX-550，日本岛津公司；
M-H曲线的测量仪器为型振动样品磁强计，南京南大仪器厂。
[0014]实施例1
步骤I烧结法制备MgB2粉末:
以纯硼粉和纯镁粉为原料，控制原料中Mg与B的原子比为1: 2，在玛瑙研钵中混合均勾，于8MPa下压成直径为3cm的薄片，在500°C温度下恒温烧结3h，烧结过程中通入Ar_4%H2气提供还原气氛，将烧结后的产物冷却研磨成粉，得到MgB2粉末，其XRD图谱如图1所示，从图1中可以看出粉末1882纯度较高，只含有极少量的氧化镁与未知杂相；
步骤2不锈钢基底的预处理:
用清洗剂将不锈钢基底超声清洗40min，最后用去离子水洗涤，烘干备用；
步骤3.在甲醇-碘电泳体系中沉积MgB2涂层:
3.1制备电泳悬浮液:
在10mL甲醇中添加0.3g MgB2粉末、0.005g碘粒制成甲醇-碘电泳悬浮液；
3.2电泳沉积制备MgBdB步涂层:
以不锈钢为阴极，纯Ni片为阳极，极间距离为2cm，控制沉积电压为100V，沉积时间为5~6min，得到MgBjT步涂层，其XRD图谱如图2所示，从图2中可以看出初步涂层的成分主要为MgB2，沉积过程中杂质并没有沉积在基体表面；
3.3对初步涂层进行热处理:
将电泳沉积的MgBjT步涂层取出后，在干燥箱中于70°C下烘干5min，再置于管式电阻炉中通入Ar-4%H2气于60min内升至700 °C，保温2h，然后随炉冷却至室温，制得MgB 2涂层，其XRD图谱如图3所示，从图3中可以看出涂层成分主要为MgB2，保温烧结过程中没有杂质产生；其SEM图如图4所示，从图4中可以看出涂层较均匀致密；其1!1曲线如图5所示，从图5中可以看出涂层在液氮温度35000e条件下具有软磁性，矫顽磁力较小，磁滞损失较小；采用四探针法测得热处理后得到的1882膜的室温电阻为0.055 πιΩ。<