一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，該方法為：一、配制電鍍液，調(diào)節(jié)電鍍液的pH值為6～8；二、將鎳鎢合金基片置于電鍍液中作為陰極，石墨片作為陽極，對(duì)鎳鎢合金基片進(jìn)行電鍍處理在其表面生成氧化鈰電鍍層；三、將電鍍處理后的鎳鎢合金基片置于管式爐中進(jìn)行退火處理，在其表面得到一層具有c軸取向的氧化鈰緩沖層。本發(fā)明的方法通過電化學(xué)沉積工藝誘導(dǎo)控制氧化鈰在鎳鎢合金基片上的形核和生長過程，采用較低的溫度進(jìn)行退火處理，能夠獲得具有c軸取向、表面無裂紋的高質(zhì)量氧化鈰緩沖層，而且該方法能夠在不需要還原性氣氛的情況下完全避免金屬襯底被氧化，具有成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鈰材料因在超導(dǎo)材料、催化劑、燃料電池、光學(xué)器件和氧傳感器等諸多方面的應(yīng)用而受到人們的廣泛關(guān)注。一方面，氧化鈰具有熱穩(wěn)定性好、化學(xué)兼容性好等特性，所以氧化鈰易于生長在金屬襯底上；另一方面，由于CeO2與YBCO晶格失配小，在涂層導(dǎo)體(金屬基帶/緩沖層/超導(dǎo)層)中，氧化鈰緩沖層能夠作為承上啟下的功能層，具有非常重要的傳遞織構(gòu)的作用。
[0003]目前制備氧化鈰緩沖層的方法有很多，其中比較典型的是物理氣相沉積和化學(xué)溶液沉積。物理氣相沉積(例如脈沖激光沉積等)一般采用離子束濺射和真空系統(tǒng)相結(jié)合，獲得具有立方取向的氧化鈰緩沖層。雖然采用以真空技術(shù)為基礎(chǔ)的制備方法容易獲得高質(zhì)量的氧化鈰緩沖層，但是其設(shè)備復(fù)雜、制備速度慢以及成本較高等缺點(diǎn)使其較難應(yīng)用于大規(guī)模批量化生產(chǎn)氧化鈰緩沖層上。另外，化學(xué)溶液沉積可以通過改變前驅(qū)體成分的比例控制緩沖層薄膜的組成，它是一種相對(duì)低成本的技術(shù)?；瘜W(xué)溶液沉積制備氧化鈰緩沖層一般需要在較高的溫度下(KKKTC~1200°C )進(jìn)行成相反應(yīng)，為了避免金屬襯底被氧化，需要控制成相反應(yīng)的氣氛為還原性氣氛(Ar+4% H2混合氣)，才能形成具有織構(gòu)和表面光滑的緩沖層，確保無界面氧化發(fā)生。現(xiàn)有技術(shù)中利用沉積的方法制備氧化鈰緩沖層時(shí)，要求高溫制備工藝和昂貴苛刻的還原性氣氛，這些均不利于在金屬襯底上大規(guī)模制備氧化鈰緩沖層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法。該方法通過電化學(xué)沉積工藝誘導(dǎo)控制氧化鈰在鎳鎢合金基片上的形核和生長過程，采用較低的溫度進(jìn)行退火處理，能夠獲得具有c軸取向、表面無裂紋的高質(zhì)量氧化鈰緩沖層，而且該方法能夠在不需要還原性氣氛的情況下完全避免金屬襯底被氧化，具有成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0006]步驟一、將無機(jī)鈰鹽溶解于去離子水中配制成鈰離子濃度為0.005mol/L~
0.05mol/L的電鍍液，然后加入硝酸銨溶液調(diào)節(jié)所述電鍍液的pH值為6~8 ;
[0007]步驟二、將鎳鎢合金基片置于步驟一中調(diào)節(jié)pH值后的電鍍液中作為陰極，將石墨片作為陽極，調(diào)節(jié)直流電源的電流密度為ImA/cm2~IOmA/cm2,在室溫條件下對(duì)鎳鶴合金基片進(jìn)行電鍍處理，在鎳鎢合金基片表面生成氧化鈰電鍍層；所述電鍍處理的時(shí)間為Imin~IOmin ；
[0008] 步驟三、將步驟二中經(jīng)電鍍處理后的鎳鎢合金基片置于管式爐中進(jìn)行退火處理，隨爐冷卻，在鎳鎢合金基片表面得到一層具有C軸取向的氧化鈰緩沖層；所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障?，?0°c /min~100°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至400°C~600°C后保溫 0.5h ~lh。
[0009]上述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟一中所述無機(jī)鋪鹽為硝酸鋪。
[0010]上述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟一中調(diào)節(jié)pH值前電鍍液中的鋪離子濃度為0.005mol/L~0 .03mol/L。
[0011]上述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟一中調(diào)節(jié)pH值前的電鍍液中的鈰離子濃度為0.01mol/L。
[0012]上述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟一中調(diào)節(jié)所述電鍍液的PH值為6。
[0013]上述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟二中所述電流密度為3mA/cm2~8mA/cm2,所述電鍛處理的時(shí)間為5min~lOmin。
[0014]上述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，所述電流密度為5mA/cm2,所述電鍍處理的時(shí)間為lOmin。
[0015]上述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟三中所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障拢?0°C /min~60°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至400°C~500°C后保溫Ih。
[0016]上述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟三中所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障?，?0°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至500°C后保溫Ih。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、本發(fā)明通過電化學(xué)沉積工藝誘導(dǎo)控制氧化鈰在鎳鎢合金基片上的形核和生長過程，通過電鍍處理過程在鎳鎢合金基片表面生長一層基本沿一致方向取向的氧化鈰電鍍層，隨后采用較低的溫度對(duì)負(fù)載有氧化鈰電鍍層的鎳鎢合金基片進(jìn)行退火處理，能夠在鎳鎢合金基片表面獲得一層具有銳利c軸取向、微觀表面無裂紋的高質(zhì)量氧化鈰緩沖層，而且該方法能夠在不需要還原性氣氛的情況下完全避免金屬襯底被氧化，具有成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
[0019]2、本發(fā)明首先利用電化學(xué)沉積工藝在鎳鶴合金基片表面生長一層具有基本沿一致方向取向特征的氧化鈰電鍍層，再在較低的溫度下對(duì)該氧化鈰電鍍層進(jìn)行退火處理，能夠使電鍍形成的氧化鈰電鍍層的晶相取向趨于明顯且穩(wěn)定，形成氧化鈰緩沖層，且進(jìn)一步增加氧化鈰緩沖層在鎳鎢合金基片上的附著能力。本發(fā)明中采用較低溫的退火處理工藝避免了傳統(tǒng)的高溫退火處理可能造成的基片合金中晶粒增大，晶界加深的缺陷。
[0020]3、本發(fā)明在鎳鎢合金基片上制備的具有c軸取向的氧化鈰緩沖層表面平整無裂紋，具有良好的外延織構(gòu)，有利于外延生長其他功能層。此外，本發(fā)明的制備方法所需裝置簡單、工藝易于操作，降低了設(shè)備的要求和工藝的難度。
[0021]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鈰緩沖層的XRD譜圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鈰緩沖層的SEM照片；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的氧化鈰緩沖層的XRD譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟:
[0027]步驟一、將0.868g六水合硝酸鈰溶解于200mL去離子水中配制成鈰離子濃度為
0.01mol/L的電鍍液，然后加入硝酸銨溶液調(diào)節(jié)所述電鍍液的pH值為6 ;
[0028]步驟二、將鎳鎢合金基片置于步驟一中調(diào)節(jié)pH值后的電鍍液中作為陰極，將石墨片作為陽極，調(diào)節(jié)直流電源的電流密度為5mA/cm2，在25°C條件下對(duì)鎳鎢合金基片進(jìn)行電鍍處理，在鎳鎢合金基片表面生成氧化鈰電鍍層；所述電鍍處理的時(shí)間為IOmin ；
[0029]步驟三、將步驟二中經(jīng)電鍍處理后的鎳鎢合金基片置于管式爐中進(jìn)行退火處理，隨爐冷卻，在鎳鎢合金基片表面得到一層具有c軸取向的氧化鈰緩沖層；所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障?，?0°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至500°C后保溫lh。
[0030]圖1為本實(shí)施例 制備的氧化鈰緩沖層的XRD譜圖，從圖1中可以看出，本實(shí)施例制備的氧化鈰緩沖層具有(002)取向峰，說明該氧化鈰緩沖層具有銳利的c軸取向。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鈰緩沖層的SEM照片，從圖2中可以看出，本實(shí)施例制備的氧化鈰緩沖層的微觀表面平整且無裂紋和孔洞，說明氧化鈰緩沖層具有良好表面質(zhì)量。本實(shí)施例在鎳鎢合金基片上制備的具有c軸取向的氧化鈰緩沖層表面平整無裂紋，具有良好的外延織構(gòu)，有利于外延生長其他功能層。
[0031]實(shí)施例2
[0032]本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟:
[0033]步驟一、將0.434g六水合硝酸鈰溶解于200mL去離子水中配制成鈰離子濃度為
0.005mol/L的電鍍液，然后加入硝酸銨溶液調(diào)節(jié)所述電鍍液的pH值為7 ;
[0034]步驟二、將鎳鎢合金基片置于步驟一中調(diào)節(jié)pH值后的電鍍液中作為陰極，將石墨片作為陽極，調(diào)節(jié)直流電源的電流密度為3mA/cm2，在20°C條件下對(duì)鎳鎢合金基片進(jìn)行電鍍處理，在鎳鎢合金基片表面生成氧化鈰電鍍層；所述電鍍處理的時(shí)間為IOmin ；
[0035]步驟三、將步驟二中經(jīng)電鍍處理后的鎳鎢合金基片置于管式爐中進(jìn)行退火處理，隨爐冷卻，在鎳鎢合金基片表面得到一層具有c軸取向的氧化鈰緩沖層；所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障拢?0°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至600°C后保溫45min。
[0036]圖3為本實(shí)施例制備的氧化鈰緩沖層的XRD譜圖，從圖3中可以看出，本實(shí)施例制備的氧化鈰緩沖層具有(002)取向峰，說明該氧化鈰緩沖層具有銳利的c軸取向。本實(shí)施例在鎳鎢合金基片上制備的具有c軸取向的氧化鈰緩沖層表面平整無裂紋，具有良好的外延織構(gòu)，有利于外延生長其他功能層。
[0037]實(shí)施例3
[0038]本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟:
[0039]步驟一、將4.34g六水合硝酸鈰溶解于200mL去離子水中配制成鈰離子濃度為0.05mol/L的電鍍液，然后加入硝酸銨溶液調(diào)節(jié)所述電鍍液的pH值為8 ;
[0040]步驟二、將鎳鎢合金基片置于步驟一中調(diào)節(jié)pH值后的電鍍液中作為陰極，將石墨片作為陽極，調(diào)節(jié)直流電源的電流密度為lOmA/cm2，在25°C條件下對(duì)鎳鎢合金基片進(jìn)行電鍍處理，在鎳鎢合金基片表面生成氧化鈰電鍍層；所述電鍍處理的時(shí)間為Imin ；
[0041]步驟三、將步驟二中經(jīng)電鍍處理后的鎳鎢合金基片置于管式爐中進(jìn)行退火處理，隨爐冷卻，在鎳鎢合金基片表面得到一層具有c軸取向的氧化鈰緩沖層；所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障?，?0°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至400°C后保溫50mino
[0042]本實(shí)施例在鎳鎢合金基片上制備的具有c軸取向的氧化鈰緩沖層表面平整無裂紋，具有良好的外延織構(gòu)，有利于外延生長其他功能層。
[0043]實(shí)施例4[0044]本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟:
[0045]步驟一、將2.6g六水合硝酸鈰溶解于200mL去離子水中配制成鈰離子濃度為
0.03mol/L的電鍍液，然后加入硝酸銨溶液調(diào)節(jié)所述電鍍液的pH值為6 ;
[0046]步驟二、將鎳鎢合金基片置于步驟一中調(diào)節(jié)pH值后的電鍍液中作為陰極，將石墨片作為陽極，調(diào)節(jié)直流電源的電流密度為8mA/cm2，在20°C條件下對(duì)鎳鎢合金基片進(jìn)行電鍍處理，在鎳鎢合金基片表面生成氧化鈰電鍍層；所述電鍍處理的時(shí)間為5min ；
[0047]步驟三、將步驟二中經(jīng)電鍍處理后的鎳鎢合金基片置于管式爐中進(jìn)行退火處理，隨爐冷卻，在鎳鎢合金基片表面得到一層具有c軸取向的氧化鈰緩沖層；所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障?，?00°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至500°C后保溫lh。
[0048]本實(shí)施例在鎳鎢合金基片上制備的具有c軸取向的氧化鈰緩沖層表面平整無裂紋，具有良好的外延織構(gòu)，有利于外延生長其他功能層。
[0049]實(shí)施例5
[0050]本實(shí)施例的制備方法包括以下步驟:
[0051]步驟一、將1.3g六水合硝酸鈰溶解于200mL去離子水中配制成鈰離子濃度為
0.015mol/L的電鍍液，然后加入硝酸銨溶液調(diào)節(jié)所述電鍍液的pH值為8 ;
[0052]步驟二、將鎳鎢合金基片置于步驟一中調(diào)節(jié)pH值后的電鍍液中作為陰極，將石墨片作為陽極，調(diào)節(jié)直流電源的電流密度為ImA/cm2，在20°C條件下對(duì)鎳鎢合金基片進(jìn)行電鍍處理，在鎳鎢合金基片表面生成氧化鈰電鍍層；所述電鍍處理的時(shí)間為Smin ；
[0053]步驟三、將步驟二中經(jīng)電鍍處理后的鎳鎢合金基片置于管式爐中進(jìn)行退火處理，隨爐冷卻，在鎳鎢合金基片表面得到一層具有c軸取向的氧化鈰緩沖層；所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障?，?0°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至450°C后保溫lh。
[0054]本實(shí)施例在鎳鎢合金基片上制備的具有c軸取向的氧化鈰緩沖層表面平整無裂紋，具有良好的外延織構(gòu)，有利于外延生長其他功能層。
[0055]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、將無機(jī)鋪鹽溶解于去離子水中配制成鋪離子濃度為0.005mol/L~0.05mol/L的電鍍液，然后加入硝酸銨溶液調(diào)節(jié)所述電鍍液的PH值為6~8 ; 步驟二、將鎳鎢合金基片置于步驟一中調(diào)節(jié)PH值后的電鍍液中作為陰極，將石墨片作為陽極，調(diào)節(jié)直流電源的電流密度為ImA/cm2~10mA/cm2,在室溫條件下對(duì)鎳鶴合金基片進(jìn)行電鍍處理，在鎳鎢合金基片表面生成氧化鈰電鍍層；所述電鍍處理的時(shí)間為Imin~IOmin ； 步驟三、將步驟二中經(jīng)電鍍處理后的鎳鎢合金基片置于管式爐中進(jìn)行退火處理，隨爐冷卻，在鎳鎢合金基片表面得到一層具有c軸取向的氧化鈰緩沖層；所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障拢?0°C /min~100°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至400°C~600°C后保溫0.5h~lh。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟一中所述無機(jī)鈰鹽為硝酸鈰。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟一中調(diào)節(jié)pH值前電鍍液中的鈰離子濃度為0.005mol/L~0.03mol/L。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟一中調(diào)節(jié)pH值前電鍍液中的鈰離子濃度為0.01mol/Lo
5.按照權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟一中調(diào)節(jié)所述電鍍液的PH值為6。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟二中所述電流密度為3mA/cm2~8mA/cm2,所述電鍍處理的時(shí)間為5min~lOmin。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，所述電流密度為5mA/cm2，所述電鍍處理的時(shí)間為lOmin。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟三中所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障?，?0°C /min~60°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至400°C~500°C后保溫Ih。
9.按照權(quán)利要求8所述的一種電化學(xué)沉積制備氧化鈰緩沖層的方法，其特征在于，步驟三中所述退火處理的過程為:在氮?dú)鈿夥障?，?0°C /min的升溫速率將管式爐內(nèi)的溫度升至500°C后保溫Ih。
【文檔編號(hào)】C25D9/08GK103952740SQ201410212456
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】金利華, 于澤銘, 馮建情, 王耀, 李成山, 張平祥 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院