Способ получения высокотемпературных керамических покрытий состава yba2cu3o7-

 

Изобретение относится к созданию гетероструктур, содержащих ВТСП покрытие. Сущность изобретения состоит в приготовлении суспензии путем смешения порошка YBa₂Cu₃O_7-δ с органическим связующим, нанесение суспензии на подложку методом толстопленочной технологии, высушивание, прокаливание на воздухе и термообработку в атмосфере кислорода при 945 - 950°С, в качестве органического связующего используется триэтаноламин, а кислородная термообработка ведется в следующем режиме: подъем температуры до максимальной температуры термообработки в течение 10 - 15 мин, а выдержка в течение 2 - 5 мин и охлаждение до комнатной температуры в течение 1 ч + 15 мин. 4 табл.

Изобретение относится к созданию гетероструктур, содержащих высокотемпературое сверхпроводящее (ВТСП) покрытие.

Сверхпроводящие покрытия с высоким значением температуры перехода в сверхпроводящее состояние (Т_с) 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 YBa₂Cu₃O_7-б в органическом связующем, нанесение ее на подложку, сушку и термообработку в кислороде при 900-950^оС [1] . В качестве органического связующего здесь применяют ацетон, спирты. Могут быть использованы также диметилфталат, дибутилфталат [2] и поливинилбутираль [3].

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 (Т_с = 6К) [4]. Однако методом магнетронного распыления можно получить только тонкие пленки.

Целью изобретения является повышение качества высокотемпературных сверхпроводящих покрытий и повышение критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние.

В качестве прототипа взят способ получения сверхпроводящих покрытий на немагитных подложках [1]. Сущность способа заключается в следующем. Из исходной керамики состава YBa₂Cu₃O_7-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 945-950^оС 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 Т_с более 77 К и шириной перехода 2-5К.

П р и м е р ы 1-4 (табл. 1).

Исходную керамическую шихту получают из раствора нитратов иттрия, бария и меди, взятых в соотношении, рассчитанном на получение состава YBa₂Cu₂O_7-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 ± 10^оС 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 300^оС в течение 30 мин. Полное удаление триэтаноламина проводится в электропечи при t = = 550^оС 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 (Т_с - Т_R=0) 85-80^оК.

П р и м е р ы 5-12 (табл. 2).

Получение исходной керамики состава YBa₂Cu₃O_7-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 YBa₂Cu₃O_7-б в этиловом спирте наносят на ферромагнитную подложку ЖИГ [110]. В результате получают покрытия YBa₂Cu₃O_7-б толщиной 50-70 мкм с низкими значениями Т_с < 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).

П р и м е р ы 13-22 (табл. 3, 4).

Получение исходной керамики YBa₂Cu₃O_7-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 950^оС от 8 до 30 мин, выдержка при 950^оС - 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 YBa₂Cu₃O_7-б (5-10 мкм) при толщине покрытия 60 мкм наблюдается при подъеме температуры от комнатной до 950^оС 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.

П р и м е р ы 23-26 (табл. 4).

Получение покрытий YBa₂Cu₃O_7-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 YBa₂Cu₃O_7-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.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ СОСТАВА YBa₂Cu₃O_7-δ, включающий приготовление суспензии путем смешения порошка YBa₂Cu₃O_7-δ с органическим связующим, нанесение суспензии на подложку методом толстопленочной технологии, высушивание, прокаливание на воздухе и термообработку в атмосфере кислорода при 945 - 950^oС, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытий и повышения критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние, используют магнитные подложки, а в качестве органического связующего используют триэтаноламин, при этом термообработку ведут путем подъема температуры от комнатной до максимальной в течение 10 - 15 мин с выдержкой 2 - 5 мин и последующим охлаждением до комнатной температуры в течение 1 ч ± 15 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4