CN101250705B - 一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法 - Google Patents

一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法，其具体作法是：a、退火：将铜片放入管式炉中，通入氢氩混合气体，升温至590-610℃，保温2小时左右，自然冷却；b、抛光：按三氧化铬18-23g/L，85％磷酸940-960ml/L，95-98％硫酸40-60ml/L混合成抛光液；在抛光液中以退火后的铜片为阳极，铝片为阴极，以200-400mA的电流进行2-5分钟的抛光；c、电镀：按硫酸镍95-110g/L，氯化镍8-15g/L，硼酸25-30g/L配制去离子水溶液的电镀液；将抛光后的铜片作阴极，镍片作阳极电镀5-15分钟，电流10-50mA。该方法制作工艺简单，设备简单，成本低；操作控制容易，且极易控制镀层的厚度和物相取向；易于大规模制备生产；环保，不产生有害环境的污染物，节能。

Description

一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种双轴织构择优取向的金属基带层的制备方法。
背景技术
第二代高温超导体——钇钡铜氧(YBCO)超导涂层导体成为目前各国研究开发的焦点。超导涂层导体由金属基带层、过渡层(过渡层或缓冲层)、超导层构成。其中，金属基带层是超导涂层导体的基底，要求其晶体结构的取向主要集中在(200)方向上，也即具有极强取向的双轴织构，以能够在其上生长双轴织构的过渡层，然后再在过渡层上沉积相同双轴织构的超导层。因此，制备强取向双轴织构的基带层，是制备超导涂层导体的关键。
除了具有双轴织构以外，作为高温超导材料的基带层还有以下要求：一、高温超导薄膜是在500-900℃制备的，因此要求基带层的晶格常数能与高温超导薄膜相匹配，能够外延生长中间导。二、在高温超导薄膜的制备及后处理的高温过程，要求基带层与超导薄膜间没有或很少扩散。三、为了避免降温时高温超导薄膜产生裂痕，要求基带层的热膨胀系数与高温超导体材料要接近。
目前能够满足以上要求的金属基带层主要有：纯镍，镍合金系列：Ni-Cr、Ni-V、Ni-W、Ni-Cu，哈司特镍基合金(Hastelloy)；银，银合金，SrTiO3、LaAlO3等单晶。
金属基带层的制备主要通过物理方法，如轧制辅助双轴织构基带技术(RABiTS技术)等。其制备过程类似于传统的轧制热处理工艺，它是将真空熔炼或者粉末冶金制备的Ni或者Ni基合金的锭子，经过预处理后，进行大变形量轧制，然后在1000～1400℃退火处理。制备得到的基带层，其内部为立方织构，取向为(001)。其主要优点是通过轧制形变和热处理来生成强取向织构，使各种氧化物过渡层和YBCO超导膜能通过这种强取向的织构金属基带层，诱导、外延生长。但其同时也存在明显的缺点：轧制工艺繁杂、需要专用的轧制设备，设备投入巨大，成本高；热处理温度高，能耗较高；不利于工业化大规模生产。
发明内容
本发明的目的就是提供一种双轴织构择优取向的金属基带层的制备方法，该方法制作工艺简单，设备简单，成本低；操作控制容易，且极易控制镀层的厚度和物相取向；易于大规模制备生产；环保，不产生有害环境的污染物，节能。
本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：
一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法，其具体作法是：
a、退火：将铜片放入管式炉中，并通入体积比重为5％氢气、95％氩气组成的氢氩混合气体，按100-200℃/h的升温速率升至590-610℃，保温2小时左右，然后自然冷却。
b、抛光：按三氧化铬18-23g/L，85％磷酸940-960ml/L，95-98％硫酸40-60ml/L混合均匀，配制成抛光液；再在抛光液中以a步处理后的铜片为阳极，其他活性较好的金属如铝、铜等金属为阴极，以200-400mA的电流进行电化学抛光，抛光时间2-5分钟。
c、电镀：按硫酸镍95-110g/L，氯化镍8-15g/L，硼酸25-30g/L的比例，配制成去离子水溶液，形成电镀液；将b步抛光处理后的铜片作阴极，镍片作阳极进行电镀，电镀时间5-15分钟，电流10-50mA。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用退火、抛光、电镀的电化学方法制备金属基带层，制备中不需要昂贵复杂的设备，成本低。制备工艺简单，电镀过程中，电镀液及电镀电流等参数易于控制，可精确控制生成的电镀层的厚度和物相取向，使制备出的金属基带层性能易于控制。制备过程中温度低，节约能源。制备中的抛光液和电镀液一次配备，可多次重复使用，整个制备过程有良好的再现性和可重复性，并进一步降低了成本；并且抛光液和电镀液重复使用，不对外排放有毒有害物质，有利于环保。
在进行上述的a步退火前，先将铜片放入丙酮或无水乙醇中进行0.5-1小时超声清洗。这样，可去除铜片表面的油污等杂质，使铜片的退火处理效果更好。
在进行止述的a步退火后，先将铜片放入3％-8％的稀盐酸中清洗后，再对铜片进行b步的抛光处理。
这样，可去除高温退火时，在铜片表面形成的少量氧化杂质，更易于电化学抛光的顺利进行。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
附图说明
图1是本发明方法使用的铜片原料的X射线衍射图谱。
图2是用本发明方法退火、抛光处理后的铜片的X射线衍射图谱。
图3是用本发明方法制备的铜-镍金属基带层的X射线图谱。
图4是用本发明方法制备的铜-镍金属基带层的5000倍扫描电子显微镜(SEM)照片。
图1-3中，纵坐标为衍射强度(Intensity)，任意单位(a.u.)，横坐标为衍射角2θ，单位为度(deg.)。
具体实施方式
实施例一
本发明的一种具体实施方式为：
先将铜片放入丙酮或无水乙醇中进行45分钟超声清洗。
a、退火：将a步清洗后的铜片放入管式炉中，并通入体积比重为5％氢气、95％氩气组成的氢氩混合气体，按190℃/h的升温速率升至600℃，保温2小时，然后自然冷却。
退火后，将抛光后的铜片放入5％的稀盐酸中清洗，以去掉表面的氧化物杂质。
b、抛光：按三氧化铬20g/L，85％磷酸950ml/L，97％硫酸50ml/L混合均匀，配制成抛光液；再在抛光液中以退火处理后的铜片为阳极，铝片为阴极，以300mA的电流进行电化学抛光，抛光4分钟。
c、电镀：按硫酸镍105g/L，氯化镍10g/L，硼酸28g/L的比例，配制成去离子水溶液，形成电镀液；将抛光清洗后的铜片作阴极，以镍片作阳极进行电镀，电镀10分钟，电流20mA，即可在基底铜片的表面形成约2.7μm厚的镍镀层。
实施例二
本例与实施例一基本相同，所不同的仅仅是：
超声清洗时间30分钟；退火时以100℃/h的速率升温至590℃，保温1.5小时；将铜片放入3％的稀盐酸中清洗；按三氧化铬18g/L，85％磷酸940ml/L，95％硫酸40ml/L的比例配抛光液，抛光电流200mA；抛光时间2分钟；按硫酸镍为95g/L，氯化镍为8g/L，硼酸为25g/L，溶入去离子水中形成溶液，配置电镀液，电镀时间5分钟，电流10mA，即可在基底铜片的表面形成约1μm厚的镍镀层。
实施例三
本例与实施例一基本相同，所不同的仅仅是：
超声清洗时间60分钟；退火时以200℃/h的速率升温至610℃，保温2.5小时；将铜片放入8％的稀盐酸中清洗；按三氧化铬23g/L，85％磷酸960ml/L，98％硫酸60ml/L的比例配抛光液，抛光电流400mA；抛光时间5分钟；按硫酸镍为110g/L，氯化镍为15g/L，硼酸为30g/L，溶入去离子水中配置电镀液，电镀时间15分钟，电流50mA，即可在基底铜片的表面形成约10.3μm厚的镍镀层。
实施例四
一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法，其具体作法是：
a、退火：将铜片放入管式炉中，并通入体积比重为5％氢气、95％氩气组成的氢氩混合气体，按180℃/h的升温速率升至600℃，保温2小时，然后自然冷却。
b、抛光：按三氧化铬20g/L，85％磷酸950ml/L，97％硫酸50ml/L混合均匀，配制成抛光液；再在抛光液中以退火后的铜片为阳极，铝片为阴极，以300mA的电流进行电化学抛光，抛光时间4分钟。
c、电镀：按硫酸镍100g/L，氯化镍10g/L，硼酸28g/L的比例，配制成去离子水溶液，形成电镀液；将b步抛光处理后的铜片作阴极，镍片作阳极进行电镀，电镀时间10分钟，电流25mA，即可在基底铜片的表面形成约3.4μm厚的镍镀层。
图1示出，未处理前的铜片原料中的铜明显存在(220)取向，而铜(200)取向相对较弱，也即此时的铜片不具有强取向的双轴织构；图2示出，退火、抛光处理后，铜片中的(220)取向明显减弱，(200)取向大大增强，此时的铜片已具有强取向的双轴织构；图3示出，在铜片上镀镍形成铜-镍金属基带层，该基带层也具有极强的(200)取向，而其它取向很弱。可见，用本方法制成的金属基带层，具有极强的(200)取向，即双轴取向，(200)取向的相对强度得到明显的外延和提高，具有良好的外延生长特性，适合于作为第二代超导材料的金属基带层。

Claims (3)

1.一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法，其具体作法是：
a、退火：将铜片放入管式炉中，并通入体积比重为5％氢气、95％氩气组成的氢氩混合气体，按100-200℃/h的升温速率升至590-610℃，保温2小时左右，然后自然冷却；
b、抛光：按三氧化铬18-23g/L，85％磷酸940-960ml/L，95-98％硫酸40-60ml/L混合均匀，配制成抛光液；再在抛光液中以a步处理后的铜片为阳极，铝为阴极，以200-400mA的电流进行电化学抛光，抛光时间2-5分钟；
c、电镀：按硫酸镍95-110g/L，氯化镍8-15g/L，硼酸25-30g/L的比例，配制成去离子水溶液，形成电镀液；将b步抛光处理后的铜片作阴极，镍片作阳极进行电镀，电镀时间5-15分钟，电流10-50mA。
2.根据权利要求1所述的一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法，其特征在于：在进行所述的a步退火前，先将铜片放入丙酮或无水乙醇中进行0.5-1小时超声清洗。
3.根据权利要求1所述的一种强取向双轴织构的镍-铜金属基带层的制备方法，其特征在于：在进行所述的a步退火后，先将铜片放入3％-8％的稀盐酸中清洗后，再对铜片进行b步的抛光处理。
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