СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛЕНКИ ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ Российский патент 1994 года по МПК H01B12/00 

Изобретение относится к сверхпроводящей электронике и может быть использовано при изготовлении приборов на основе высокотемпературной сверхпроводящей ВТСП-керамики.

Известен способ изготовления лент (толстых пленок) из ВТСП, заключающийся во введение в сверхпроводящий порошок органических связок и нанесение смеси на подложку с последующим отжигом в атмосфере кислорода [1] .

Недостатком известного способа является повышенная чувствительность к влаге: во время помола порошка, при хранении в атмосферных условиях, при введении связки. Для получения пластичных лент требуется большое количество органических связок (0,15-0,25 мас. доли), а это приводит в процессе спекания к образованию Н₂О и СО₂. Общее эффективное время контакта с влагой является важнейшим фактором в определении качества ВТСП. Следующей причиной ослабления сверхпроводящих свойств является разориентация анизотропных кристаллитов. Это приводит к образованию неуплотненной керамики и как следствие к ухудшению транспортных свойств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ изготовления толстых пленок из ВТСП, заключающийся во введении сверхпроводящего порошка в жидкую среду (в качестве такой среды применяется CCl₄), погружении подложки монокристаллического Al₂O₃ в суспензию, выдержке до осаждения кристаллитов ВТСП и последующем высокотемпературном отжиге (до 980^оС) [2] .

Способ седиментации из раствора исключает применение органических наполнителей, однако, использование подложки Al₂O₃препятствует уплотнению поликристаллических гранул, а следовательно, ухудшает качество получаемых пленок.

Цель изобретения - повышение качества путем уменьшения времени контакта с влагой, повышения однородности распределения зерен керамики и обеспечения ориентации ее кристаллитов.

Ожидаемый от использования изобретения положительный эффект обусловлен повышением качества изготовляемой пленки при более простом осуществлении.

Это достигается тем, что в способе изготовления пленки, включающем образование системы мелкодисперсный порошок высокотемпературной сверхпроводящей керамики на основе оксидов металлов и связки, где указанный порошок перемешивают со связкой, с помощью подложки формируют заготовку пленки, после чего нагревают последнюю и охлаждают. В качестве связки используют порошок полупроводника с температурой плавления, меньшей критической температуры керамики, применяют вторую подложку, размещают между подложками смесь порошков, производят нагрев подложек до расплавления полупроводника, образуя указанную систему. Формирование заготовки пленки производят между подложками, располагая их в магнитном поле с величиной магнитной индукции В = 1 Тл, вектор которой направлен вдоль поверхности подложек. Нагревание ведут при температуре, меньшей критической температуры керамики, до получения соотношения полупроводника и керамики (2: 1) N (6: 1).

В качестве полупроводника могут быть использованы селен и сера. Формирование пленки может быть осуществлено между двумя подложками, расположенными под углом одна к другой, а также с использованием подложек сложного профиля, например в виде полусферической канавки, причем в центре полусферы может быть расположен капилляр.

На фиг. 1 показан вариант пленки с плоскопараллельными подложками; на фиг. 2 - вариант с расположенными под углом одна к другой подложками, на фиг. 3 - вариант с полусферической канавкой.

На чертежах приняты следующие обозначения: подложка 1, расплав 2 полупроводника, кристаллы 3 керамики, капилляр 4, , , - векторы магнитной индукции, силы и нормали к поверхности.

Способ осуществляется следующим образом.

Известными приемами измельчают и подготавливают порошок ВТСП - керамики на основе оксидов металлов, например Ba₂Cu₃O₇ или Bi₂Sr₂CaCv₂O₈(Bi-2212), со средним размером зерен 2-3 мкм.

Перемешивают полученный порошок с порошком полупроводника, например селена или серы, с соотношением по весу 1: 6. В качестве подложек используют молибденовое стекло толщиной 300 мкм, титанат стронция толщиной 1 мм, очищенные химическим способом: обработка в бензоле, промывка дистиллированной водой, отжиг при 600 К. Помещают 10 мГ смеси между подложами, распределяя по поверхности за счет веса подложки. Подложки нагревают до 220-400^оС. Расплавляют полупроводник и выдерживают всю систему в течение 5 с в постоянном магнитном поле B = 1 Тл с _┴ . После этого прекращают нагрев и выключают магнитное поле. Все операции проводят на воздухе при естественном теплообмене. (56) Сб. "Высокотемпературные сверхпроводники". /Под ред. Д. Нелсона, М. Уиттинхема, Т. Джорджа, М. : Мир. 1988, с. 318.

2. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, т. 3, N 4, с. 693-697.

Использование: для изготовления пленки из высокотемпературных сверхпроводников. Сущность изобретения: способ включает введение порошка ВТСП-керамики на основе окислов металлов в жидкую среду, формование заготовки пленки с помощью формообразователя, нагревание заготовки пленки с последующим охлаждением. В качестве жидкой среды используют расплав полупроводника с температурой плавления, меньшей критической температуры ВТСП-керамики, формование заготовки пленки осуществляют между двумя подложками, помещенными в магнитное поле с величиной магнитной индукции B≥1 Tл, вектор которой направлен вдоль поверхности подложек, нагревание ведут при температуре, большей температуры плавления полупроводника и меньшей критической температуры ВТСП-керамики, до получения соотношения полупроводника и ВТСП-керамики (2 : 1) (6 : 1). В качестве жидкой среды может быть использован расплав селена. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛЕНКИ ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ, основанный на образовании системы мелкодисперсного порошка высокотемпературной сверхпроводящей керамики на основе оксидов металлов и связки, при котором порошок перемешивают с наполнителем, формируют с помощью подложки заготовку пленки, после чего нагревают последнюю и охлаждают, отличающийся тем, что, с целью повышения качества путем уменьшения времени контакта с влагой, повышения однородности распределения зерен керамики и обеспечения ориентации ее кристаллитов, в качестве наполнителя используют порошок полупроводника с температурой плавления, меньшей критической температуры керамики, применяют вторую подложку, размещают между подложками смесь порошков, нагревают подложку до расплавления полупроводника, образуя указанную систему, формирование заготовки пленки производят между подложками, располагая их в магнитном поле с величиной магнитной индукции B≥ 1 Тл, вектор которой направлен вдоль поверхности подложек, а нагревание ведут при температуре, меньшей критической температуры керамики, до получения соотношения полупроводника и керамики 2 - 6 : 1. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полупроводника используют селен.