專利名稱：一種鐵基超導(dǎo)線帶材的簡單制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵基超導(dǎo)線帶材的簡單制備方法，尤其涉及一種銅包套鐵基超導(dǎo)線帶材的方法，屬于超導(dǎo)線帶材技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鐵基超導(dǎo)體具有良好的電磁性能。同傳統(tǒng)的低溫金屬及合金超導(dǎo)體比，鐵基超導(dǎo)體具較高的使用溫區(qū)，40 60K，可以使用制冷機達到其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，運行費用相對低廉；和氧化物高溫YBCO涂層超導(dǎo)材料及Bi系超導(dǎo)線帶材相比具有較高的上臨界場和不可逆場，OK時其上臨界場可以超過150T，且鐵基超導(dǎo)體具有簡單的制備工藝，因此鐵基超導(dǎo)材料的出現(xiàn)使得超導(dǎo)材料的規(guī)?；瘧?yīng)用向前邁出了巨大的一步。但是，由于鐵基超導(dǎo)體含有較多的元素種類，制備高性能的樣品較為困難，另外鐵基超導(dǎo)體又屬于陶瓷結(jié)構(gòu)，有很大的脆性，燒制成型后很難鍛造、拉拔成所需的形狀。鑒于鐵基超導(dǎo)體存在的上述缺點，需要開發(fā)出易成型又可以制備出高質(zhì)量鐵基超導(dǎo)體線帶材的新方法，降低鐵基超導(dǎo)線帶材的制備成本和提高鐵基超導(dǎo)體線帶材的生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述問題，利用銅包套作為鐵基超導(dǎo)線帶材的包套材料，利用銅的易成型且熱處理過程中不易與鐵基超導(dǎo)體中的各種元素發(fā)生相互反應(yīng)的特點，制備出鐵基超導(dǎo)體線帶材，來提高鐵基超導(dǎo)體的實用性能。本發(fā)明所使用的套管材料銅管；本發(fā)明所使用的初始原料稀土 Ln粉末(鑭La、鍶Ce、鐠ft·、釹Nd、釤Sm、銪Eu、 等)、砷粉(As)、鐵粉(Fe)、氧化鐵粉末(Fe2O3)、氟化鐵粉末(FeF3)。本發(fā)明所提供的一種鐵基超導(dǎo)線帶材LnOhF/eAs (Ln = La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu，O < χ < 0. 6)的制備方法，主要包括以下步驟(1)初始粉末LnAs的制備在高純Ar(不低于99. 9%)保護氣氛下，將需要的稀土粉末(Ln)和As粉按摩爾比1 (1 1. 1)的比例進行稱量，充分混合；將混合均勻的原料封裝在高真空10_4 IO-6Pa的石英管內(nèi)，然后進行熱處理，熱處理過程依次為室溫 400°C，升溫速率為1 50C /min ；400°C 600°C升溫速率為 1 5°C /min ；600°C保溫 3 10 小時；600°C 900°C 升溫速率為1 5°C /min ；900°C保溫10 25小時；最后爐冷至室溫。(2) LnO1^xFxFeAs (Ln = La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu 等)鐵基超導(dǎo)線帶材的制備在高真空(10_4 I(T6Pa)或者高純氬氣(不低于99. 9% )保護下，將第一步制備好的初始粉末LnAs和Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩爾比3 (1+x) (l-χ) (1. 1 1. 5) χ進行配比(0<χ<0.6)；將其充分研磨，然后封裝到銅管中，通過鍛造，拉拔等工藝制作成線帶材；然后將其在高真空10_4 環(huán)境下進行退火處理，其中熱處理過程依次為 首先O 600°C，升溫速率為1 5°C /min ；600°C 900°C，升溫速率為1 3°C /min ；然后在900°C保溫5 15小時；900°C (1100°C 1200°C )，升溫速率為1 3°C /min ；最后在 1100°C 1200°C保溫20 30小時；爐冷至室溫，最終制備出LnOhF/eAs超導(dǎo)線帶材。為了使鐵基超導(dǎo)線帶材在制備過程中更好的拉拔，上述銅管優(yōu)選內(nèi)外徑之比為 (6 8) 10。本發(fā)明利用銅包套制備鐵基超導(dǎo)線帶材。本發(fā)明技術(shù)關(guān)鍵在于銅包套的選擇和使用。利用銅管作為包套材料，將制備好的初始粉末同其它各種原料按比例配比混合后填充進銅套管中，利用銅的易成型且熱處理過程中不與其它原料反應(yīng)這一特點，通過成型及熱處理過程制備出鐵基超導(dǎo)線帶材。本發(fā)明方法制備的產(chǎn)品具有較高的臨界轉(zhuǎn)變溫度和較高的純度。本發(fā)明是易成型又可以制備出高質(zhì)量鐵基超導(dǎo)體線帶材的新方法，降低鐵基超導(dǎo)線帶材的制備成本和提高鐵基超導(dǎo)體線帶材的生產(chǎn)效率。


圖1實施例1制備的銅包套SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體的X射線衍射圖像(XRD)；圖2實施例1制備的銅包套SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體的臨界電流密度(J。)隨溫度⑴ 變化曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。實施例1 銅套管SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)線材的制備步驟一初始粉末的制備將Sm粉與As粉按照摩爾比1 1. 03進行稱量并在Ar保護氣氛下混和。將混合好的Sm粉與As粉封裝在石英管中進行燒結(jié)，真空度為10_6Pa，熱處理過程依次為室溫 400°C，升溫速率為5°C /min ；400°C 600°C，升溫速率為l°C/min ；600°C保溫5小時； 600°C 900°C升溫速率為1°C /min ；900°C保溫10小時；最后爐冷至室溫。步驟二 銅套管SmOa8FaPeAs超導(dǎo)線材的制備在高純氬氣保護的手套箱內(nèi)，將SmAs粉、狗粉、狗203粉、!^eF3粉按比例 30 12 8 2. 4配比；然后充分研磨；將研磨好的原料封裝在外徑5mm內(nèi)徑3mm的銅套管中，然后進行利用拉拔機進行拉拔，將其減徑至0. 5mm ；然后將減徑后的線材在高真空環(huán)境下進行熱處理。熱處理過程依次為0-600°C，升溫速率為5°C /min ；600°C -900°C，升溫速率為I0C /min，然后在900°C保溫5小時；900°C 150°C，升溫速率為1°C /min ；在1150°C 下保溫20小時；最后爐冷至室溫。最終制備出SmOa8FaJeAs超導(dǎo)線材。圖1是從線材芯部剝離出的SmOa8Fa2FeAs粉末的X射線衍射圖像，從圖中可以看出利用本發(fā)明的方法制備的SmOa8FaJeAs樣品僅含有少量的SmAs、As2O3和SmFO雜質(zhì)。圖2為此實施例制備的 Sm00.8F0.2FeAs超導(dǎo)體的電阻隨溫度T的變化曲線，由SmOa8Fa2FeAs的電阻隨溫度T的變化曲線中可以看出，其臨界轉(zhuǎn)變溫度的起始點為52K，零電阻的溫度為47K，此方法制備出的樣品具有SmOa8Fa2FeAs體系中較高的臨界轉(zhuǎn)變溫度，其窄的轉(zhuǎn)變寬度表明樣品中具有較高的純度。實施例2 銅套管^Oa8Fa2FeAs超導(dǎo)線材的制備步驟一初始粉末的制備
將ft·粉與As粉按照摩爾比1 1進行稱量并在Ar保護氣氛下混和。將混合好的ft"粉與As粉封裝在高真空石英管中進行燒結(jié)，石英管真空度為10_4Pa，熱處理過程依次為室溫_400°C，升溫速率為5°C /min ；400°C _600°C，升溫速率為5°C /min ；600°C保溫10 小時；600°C _900°C升溫速率為5°C /min ；900°C保溫20小時；最后爐冷至室溫。步驟二 銅套管^Oa8Fa2FeAs超導(dǎo)線材的制備在高純氬氣保護的手套箱內(nèi)，將PrAs粉、狗粉、狗203粉、!^eF3粉按 30 12 8 2. 4的比例配比；然后充分研磨；將研磨后的樣品的封裝到外徑IOmm內(nèi)徑 8mm的銅管中，然后拉拔減徑至0. 6mm ；然后將減徑后的線材在高真空環(huán)境下進行熱處理。 熱處理過程依次為0-600°C，升溫速率為5°C /min ；600°C _900°C，升溫速率為3°C /min，然后在900°C保溫5小時；900°C -1100°C，升溫速率為3°C /min ；在1100°C下保溫20小時；最后爐冷至室溫。制備出銅套管^Oa8FaJeAs超導(dǎo)線材。實施例3 銅套管CeOa8Fa2FeAs超導(dǎo)線材的制備步驟一初始粉末的制備將Ce粉與As粉按照摩爾比1 1進行稱量并在Ar保護氣氛下混和。將混合好的Ce粉與As粉封裝在高真空石英管中進行燒結(jié)，石英管真空度為10_4Pa，熱處理過程依次為室溫_400°C，升溫速率為5°C /min ；400°C _600°C，升溫速率為5°C /min ；600°C保溫10 小時；600°C _900°C升溫速率為5°C /min ；900°C保溫20小時；最后爐冷至室溫。步驟二 銅套管CeOa8Fa2FeAs超導(dǎo)線材的制備在高純氬氣保護的手套箱內(nèi)，將CeAs粉、Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按 30 12 8 2. 4的比例配比；然后充分研磨；將研磨后的樣品的封裝到外徑IOmm內(nèi)徑 8mm的銅管中，然后拉拔減徑至0. 6mm ；然后將減徑后的線材在高真空環(huán)境下進行熱處理。 熱處理過程依次為0-600°C，升溫速率為5°C /min ；600°C _900°C，升溫速率為3°C /min，然后在900°C保溫5小時；900°C -1100°C，升溫速率為3°C /min ；在1100°C下保溫20小時；最后爐冷至室溫。制備出銅套管CeOa8FaJeAs超導(dǎo)線材。
權(quán)利要求
1. 一種鐵基超導(dǎo)線帶材LnOhFxFeAs的制備方法，其中0 < χ < 0. 6，其特征在于，主要包括以下步驟(1)初始粉末LnAs的制備在高純Ar保護氣氛下，將需要的稀土粉末(Ln)和As粉按摩爾比1 (1 1. 1)的比例進行稱量，充分混合；將混合均勻的原料封裝在高真空10_4 10_6Pa的石英管內(nèi)，然后進行熱處理，熱處理過程依次為室溫 400°C，升溫速率為1 5°C /min ；400°C 600°C升溫速率為1 5°C /min ；600°C保溫3 10小時；600°C 900°C升溫速率為1 5°C /min ； 900°C保溫10 25小時；最后爐冷至室溫；(2)LnO1^xFxFeAs (Ln = La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu 等)鐵基超導(dǎo)線帶材的制備在高真空或者高純氬氣保護下，將第一步制備好的初始粉末LnAs和!^e粉、Fe2O3粉、 I^eF3粉按摩爾比3 (1+x) (1-x) (1. 1 1. 5)χ進行配比；將其充分研磨，然后封裝到銅管中，通過鍛造、拉拔工藝制作成線帶材；然后將其在高真空10_4 環(huán)境下進行退火處理，其中熱處理過程依次為首先0 600°C，升溫速率為1 5°C /min ；600°C 900 °C，升溫速率為1 3°C /min ；然后在900°C保溫5 15小時；900°C (1100°C 12000C )，升溫速率為1 3°C /min ；最后在1100°C 1200°C保溫20 30小時；爐冷至室溫，最終制備出LnOhF/eAs超導(dǎo)線帶材。2、按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，上述步驟 (2)銅管內(nèi)外徑之比為(6 8) 10。
全文摘要
一種鐵基超導(dǎo)線帶材的簡單制備方法，屬于超導(dǎo)線帶材技術(shù)領(lǐng)域。在高純Ar下，將稀土粉末和As粉混合均勻裝在石英管內(nèi)進行熱處理制備LnAs；在高真空或者高純氬氣保護下，將LnAs和Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩爾比3∶(1+x)∶(1-x)∶(1.1～1.5)x進行配比、研磨，然后封裝到銅管中，制作成線帶材；然后將其在高真空10-4～10-6Pa環(huán)境下進行退火處理，最終制備出LnO1-xFxFeAs超導(dǎo)線帶材。本發(fā)明易成型又可以制備出高質(zhì)量鐵基超導(dǎo)體線帶材，降低鐵基超導(dǎo)線帶材的制備成本和提高鐵基超導(dǎo)體線帶材的生產(chǎn)效率。
文檔編號H01B12/04GK102543308SQ20121001796
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者劉志勇, 劉敏, 徐燕, 王毅, 索紅莉, 郭志超, 閆鑌杰, 馬麟 申請人:北京工業(yè)大學(xué)