Способ получения высокотемпературных сверхпроводящих пленок

(51) 01 39/12 (2006.01) 01 39/24 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ оксидных высокотемпературных сверхпроводящих пленок (ВТСП пленок), и может быть использовано для создания приборов на основе эффекта сверхпроводимости. Способ получения ВТСП пленок включает смешивание купрата иттрия - бария (1,0-1,5) мас. с органическим растворителем (90,0-91,5) мас. либо с ацетоном, либо с одним из спиртов изоприловым или бутиловым, либо их смесью, его электрофоретическое осаждение с последующей сушкой и термообработкой осадка при температуре 910-930 С в течение 1-3 часов, в органический растворитель дополнительно вводят 1 раствор полиэтиленгликоля (остальное). Получаемая ВТСП пленка имеет следующие характеристики толщина 20-25 мкм, плотность критического тока 1600-2500 А/с 2.(72) Коробова Наталья Егоровна Кетегенов Тлек Айтмуханович Тюменцева Олеся Александровна(73) Республиканское общественное объединение Национальная инженерная академия Республики Казахстан. Материалы 2-го Беремжановского съезда по Химии и хим. технологии, Вестник КазГу, сер. Хим.5 (17), 1999, с.31-35(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ПЛЕНОК(57) Изобретение относится к способу получения толстых и тонких пленок, в частности к получению 20707 Изобретение относится к способу получения толстых и тонких пленок, в частности к получению оксидных высокотемпературных сверхпроводящих пленок (ВТСП пленок), и может быть использовано для создания приборов на основе эффекта сверхпроводимости. Известен способ получения высокотемпературных керамических покрытий состава Ва 2 С 3 О 7 методом толстопленочной технологии, в котором готовят исходную керамическую шихту из раствора нитратов иттрия, бария и меди с добавлением полимера,прокаливают при температуре 900 С в течение 2-х часов, смешивают с органическим связующим, наносят на подложку методом центрифугирования и ступенчато термообрабатывают при температуре 550-950 С в атмосфере кислорода. (Патент РФ 20330817, кл. 01 39/24. опубл. 10.03.95. бюл.7). Недостатками известного способа являются высокая энергоемкость процесса, необходимость сложной дорогостоящей аппаратуры и невозможность получения пленок на подложках сложной конфигурации. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения пленок Ва 2 С 3 О 7, включающий смешивание порошка Ва 2 С 3 О 7 с размером частиц от 1 до 5 мкм, 2 и Ва 2 с ацетоном, электрофоретическое нанесение пленки на подложку при напряженности поля не выше 200-300 В/см, ее сушку и отжиг при температуре 910 С в течение 12-24 часов с последующим понижением температуры до 450 С и выдержке в атмосфере кислорода в течение 48 часов. При этом получают пленку толщиной 35 мкм с плотностью критического тока 1460 /2.( , . , . ,. ,е, Материалы 2 -го Беремжановского съезда по Химии и хим. Технологии, Вестник КазГу, сер. Хим.5 (17), 1999. с.31-35). Недостатками известного способа являются длительность процесса, а также получение пленок с низкой плотностью критического тока и большой толщины. Задачей изобретения является разработка способа получения высокотемпературных сверхпроводящих пленок с улучшенными показателями критического тока. Техническим результатом поставленной задачи является снижение временных затрат, повышение плотности критического тока и снижение толщины пленки. Задача решается тем, что способ получения ВТСП пленок включает смешивание купрата иттрия - бария(1,0-1,5) мас. с одним из спиртов - изоприловым или бутиловым,либо их смесью,его электрофоретическое осаждение с последующей сушкой и термообработкой осадка при температуре 910-930 С в течение 1-3 часов, в органический растворитель дополнительно вводят 1 раствор полиэтиленгликоля (остальное). Существенным отличием предлагаемого способа от прототипа является смешение купрата иттрия 2 бария с одним из спиртов - изоприловым или бутиловым, либо их смесью, введение в органический растворитель дополнительно 1 раствора полиэтиленгликоля с последующей термообработкой осадка в течение 1-3 часов. Заявляемый способ позволяет решить поставленную задачу с достижением требуемого технического результата. Использование спиртов в качестве органического растворителя определено тем, что он является хорошим стабилизатором, обеспечивающим равномерное электрофоретическое нанесение пленки по всей поверхности подложки, являющейся электродом. Оптимальную вязкость дисперсионной среды обеспечивают спирты выше этилового и ниже бутилового, кроме того, в этих спиртах не происходит нежелательного растворения купрата иттрия - бария. (., ,,,, . 19, (1993), . 6570). Полиэтиленгликоль является стабилизатором суспензии и упрочняющей полимерной связкой между частицами купрата иттрия - бария,препятствующей трещинообразованию получаемой пленки, что приводит к повышению ее качества. Уменьшение трещинообразования в получаемых пленках заявляемым способом происходит за счет снижения напряжений в покрытии, сформированном полимерными группами, в процессе его сушки. При последующем отжиге при температуре 250-270 С полиэтиленгликоль выгорает. Остатки легкоплавкой фазы, которые всегда присутствуют в таком материале, заполняют пространство между частицами купрата иттрия - бария, образуя плотные пленки с высокими характеристиками. (С.Р. Ли, Н.Н. Олейников, Е.А. Гудилин, Неорганические материалы,том 29, 1, 1993, с.3). Известно, что с увеличением толщины покрытия,оно получается более дефектным, что резко снижает его характеристики. Кроме того, увеличение толщины покрытия приводит к дополнительному расходу сверхпроводящего порошка Ва 2 С 3 О 7.) Использование полиэтиленгликоля в заявляемом способе позволяет исключить из суспензии йод,являющийся ее зарядчиком, что обеспечивает меньшую толщину осаждающегося покрытия пленки на катоде, являющегося подложкой. Плотность покрытия и высокая адгезия к подложке достигается экспериментально подобранным интервалом температур обжига и его длительностью. При температуре обжига выше 930 С подложка плавится, происходит диффузия материала подложки в пленку. При температуре обжига ниже 910 С - не достигается требуемая адгезия ВТСП пленки к подложке. Увеличение температуры отжига и длительности термообработки приводит не только к размягчению и оплавлению материала подложки, но и к росту кристаллических зерен. (Г.М. Калева, 20707 Ю.А. Мищенко и др., ЖФХ, том 66,11, 1992, с. 3052). Увеличение кристаллических зерен приводит к дефектности пленок и, следовательно, к снижению характеристик. Заявляемый способ получения ВТСП пленок заключается в следующем. Обезжиренные образцы - подложки из металла погружают в электрофоретическую ванну,содержащую купрат иттрия - бария (1,0-1,5) мас.,органический растворитель (90-91,5) мас., 1-ый раствор полиэтиленгликоля остальное. Полиэтиленгликоль адсорбируется на поверхности частиц купрата иттрия - бария и под действием электрического поля осаждается на катоде,являющемся подложкой. Электрофоретическое осаждение осуществляют на катоде при напряженности поля 100-400 В/см в течение 30-60 секунд. Сформированный на подложке осадок подсушивают. В процессе сушки сформированной пленки дисперсионная среда (ацетон, спирт) испаряется, и на ее поверхность выносится сглаживающий ее полимер, вследствие чего,трещинообразование сводится к минимуму. Затем проводят термообработку в токе кислорода при температуре 910-930 С в течение 1-3 часов. При температуре 250-270 С полиэтиленгликоль выгорает. Таким образом получают ВТСП пленку со следующими характеристиками толщина 20-25 мкм, плотность критического тока 1600-2500 /2. Пример. Для нанесения покрытия используют суспензию следующего состава, мас. Ва 2 С 3 О 7 - 1,0 ацетон 90,0 полиэтиленгликоль (1) - 9,0. На обезжиренную проволоку, являющуюся катодом,при напряженности электрического поля между электродами 200 В/см в течение 30 секунд осаждают покрытие. Сформированный на подложке осадок подсушивают в микроволновой печи в течение 10 минут, затем проводят термообработку в токе кислорода при температуре 930 С в течение 2-х часов. При этом получают пленку со следующими характеристиками толщина 20 микрон, плотность критического тока 1800 /2. Примеры получения ВТСП пленок заявляемым способом 2, 3, 4, 5 из таблицы выполняют аналогично примеру 1. Таблица 1 Плотность критического тока, /2 1800 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения высокотемпературных сверхпроводящих пленок, включающий смешивание купрата иттрия - бария с органическим растворителем - ацетоном, его электрофоретическое осаждение с последующей сушкой и термообработкой осадка, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют либо ацетон, либо один из спиртов - изоприловый или бутиловый, либо их смесь, а в органический растворитель дополнительно вводят 1 раствор полиэтиленгликоля при следующем соотношении компонентов, мас. Купрат иттрия - бария 1,0-1,5 Органический растворитель 90-91,5 Полиэтиленгликоль 1 остальное.