專利名稱：一種sps技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵基超導(dǎo)體的制備方法，屬于高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鐵基超導(dǎo)體具有較高的臨界轉(zhuǎn)變溫度，相當(dāng)高的上臨界場和不可逆場，因而有望在超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電機、超導(dǎo)限流器等有磁場的強電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)其應(yīng)用。目前，鐵基超導(dǎo)體常用的制備方法為傳統(tǒng)的固相反應(yīng)，這一方法在制備鐵基超導(dǎo)體時需要相當(dāng)長的熱處理時間，長時間的熱處理導(dǎo)致其中部分的元素有大量的損耗(如As和F)，降低了制備材料的質(zhì)量，進而影響其性能；另外傳統(tǒng)的熱處理方法制備的鐵基超導(dǎo)體致密性不高含有較多的孔洞，導(dǎo)致其輸運性能較差。因此需要一種方法在制備鐵基超導(dǎo)體時，能夠短時間的燒結(jié)減小成份元素的損耗，并能提高材料的致密性，從而獲得高性能的鐵基超導(dǎo)體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種易成型、高密度、高性能鐵基超導(dǎo)體制備方法。一種鐵基超導(dǎo)體的制備方法，其特征在于，采用放電等離子燒結(jié)的方法，包括以下步驟(I)初始粉末的制備在高純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I : (I I. I)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_5 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3 50C /min ;400°C 600°C升溫速率為 I 3°C /min ;600°C保溫 3 10 小時；600°C 900°C升溫速率為I 3°C /min ;900°C保溫10 20小時；最后爐冷至室溫。(2)鐵基超導(dǎo)體 LnOl-xFxFeAs (La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu 等)的制備在高純氬氣(不低于99. 9% )保護的手套箱內(nèi)，將第一步中制備好的初始粉末LnAs 和 Fe 粉、Fe2O3 粉、FeF3 粉按摩爾比 3 (1+χ) (1-χ) χ 進行配比(O < χ < O. 6);然后采用球磨機進行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為150 300轉(zhuǎn)/分鐘，球磨總時間為O. 5-2小時，待充分混合均勻后，將混好的粉末裝入模具中；然后采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體，將已填充了粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備中，在真空條件下加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓為30 50Mpa，燒結(jié)溫度為900 1100°C，時間為5 60min，得到一種鐵基超導(dǎo)體。通過本發(fā)明的方法制得的鐵基超導(dǎo)體具有以下幾個特點I、由于本發(fā)明采用短時間的熱處理，因此在反應(yīng)過程中付元素損耗較少，有利于提聞鐵基超導(dǎo)體的性能；2、相比于現(xiàn)在常用的傳統(tǒng)的固相燒結(jié)技術(shù)，放電等離子燒結(jié)技術(shù)在制備鐵基超導(dǎo)體的熱處理過程中，其原料處于熔融的狀態(tài)，且在熱處理過程中施加較大的壓力，有利于各種元素的充分反應(yīng)，且提高其密度。

圖1為實施例I中制備的SmOa8Fa2FeAs的圖像；圖2為實施例I中制備的SmOa8Fa2FeAs的段截面的SEM圖像；圖3為實施例I中制備的SmOa8Fa2FeAs的電阻溫度轉(zhuǎn)變曲線；圖4為實施例I中制備的SmOa8Fa2FeAs的J。隨外場變化曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。實施例I :SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體的制備步驟一初始粉末的制備將Sm粉與As粉按照摩爾比I : I. 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1°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 JmOtl 8Fci 2FeAs超導(dǎo)體的制備在高純氬氣保護的手套箱內(nèi)，將第一步中制備好的初始粉末SmAs粉、Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按比例30 12 8 2配比；然后采用球磨機進行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分鐘，球磨總時間為O. 5小時，待充分混合均勻后，將混好的粉末裝入模具中；然后采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體，將已填充了粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備中，在真空條件下加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓力為30Mpa，燒結(jié)溫度為1000°C，時間為lOmin，得到一種鐵基超導(dǎo)體。圖I為此實施例制備的SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體的外觀圖像。圖2為此實施例制備的SmOci 8Ftl 2FeAs超導(dǎo)體的段截面的SEM圖像，圖中可以觀察到SPS方法制備的樣品中的孔洞數(shù)量極少，樣品中的單個晶粒具有相當(dāng)大的尺寸，密度的提高和單個晶粒尺寸的增大將會導(dǎo)致其性能的提高。圖3為此實施例制備的SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體的電阻隨溫度T的變化曲線，由SmOa8Fa2FeAs的電阻隨溫度的變化曲線中可以看出，其臨界轉(zhuǎn)變溫度的起始點為54K，零電阻的溫度為52K，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。圖4為此實施例制備的SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體在IOK和30K溫度下臨界電流密度(J。)隨溫度變化的曲線。由圖可以看出，在IOK的溫度下，外磁場OT時SmOa7Fa3FeAs樣品的臨界電流密度為2. 6X 105A/cm2，這一結(jié)果接近銅氧化合物超導(dǎo)體?？梢钥闯銎渚哂蓄愃贫瑢?dǎo)體的良好電學(xué)應(yīng)用前景。尤為重要的是，在溫度為IOK時，外磁場3T-9T范圍內(nèi)，SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體的臨界電流密度幾乎不受外場升高的影響，這表明低溫下樣品具有良好的高場性能，這一點優(yōu)于銅氧超導(dǎo)體。溫度為30K時，低場下，SmOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體的臨界電流密度隨外場的升高劇烈下降，在3T-9T范圍內(nèi)，樣品的臨界電流密度幾乎不受外場變化的影響。這表明樣品的超導(dǎo)性能在高溫下對外場十分敏感。實施例2 =CeOa8Fa2FeAs超導(dǎo)體的制備步驟一初始粉末的制備
將Ce粉與As粉按照摩爾比I : I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3°C /min ;600°C保溫10小時；600°C 900°C升溫速率為3°C /min ;900°C保溫20小時；最后爐冷至室溫。步驟二 -CeOci 8Fci 2FeAs超導(dǎo)體的制備在高純氬氣保護的手套箱內(nèi)，將第一步中制備好的初始粉末CeAs粉、Fe粉、Fe2O3 粉、FeF3粉按比例30 12 8 2配比；然后采用球磨機進行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分鐘，球磨總時間為O. 5小時，待充分混合均勻后，將混好的粉末裝入模具中；然后采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體，將已填充了粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備中，在真空條件下邊加壓邊燒結(jié)，燒結(jié)壓力為30Mpa，燒結(jié)溫度約為1000°C，時間約為lOmin，制備出CeO0 8F0 2FeAs 超導(dǎo)體。實施例3 =NdO0.8F0.2FeAs超導(dǎo)體的制備步驟一初始粉末的制備將Nd粉與As粉按照摩爾比I : I. I進行稱量并在Ar保護氣氛下混和；將混合好的Nd粉與As粉封裝在高真空石英管中進行熱處理，石英管真空度為10_5Pa。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3°C /min ；600°C保溫5小時；600°C 900°C升溫速率為3°C /min ;900°C保溫20小時；最后爐冷至室溫。步驟二 JdOci 8Ftl 2FeAs超導(dǎo)體的制備在高純氬氣保護的手套箱內(nèi)，將第一步中制備好的初始粉末NdAs粉、Fe粉、Fe2O3粉、？亦3粉按比例30 12 8 2配比；然后采用球磨機進行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分鐘，球磨總時間為O. 5小時，待充分混合均勻后，將混好的粉末裝入模具中；然后采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體，將已填充了粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備中，在真空條件下邊加壓邊燒結(jié)，燒結(jié)壓力為30Mpa，燒結(jié)溫度約為1000°C，時間約lOmin，制備出NdOa8Fa2FeAs 超導(dǎo)體。
權(quán)利要求
1.一種SPS技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體的方法，其特征在于，采用放電等離子燒結(jié)的方法，包括以下步驟 (1)初始粉末的制備 在高純Ar保護氣氛下，將稀土粉末Ln和As粉按摩爾比I : (I I. I)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_5 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3 5°C /min ;400°C 600°C升溫速率為I 3°C /min ;600°C保溫3 10小時；600°C 900°C升溫速率為I 3°C /min ；900°C保溫10 20小時；最后爐冷至室溫； (2)鐵基超導(dǎo)體LnOl-xFxFeAs的制備 在高純氬氣保護的手套箱內(nèi)，將第一步中制備好的初始粉末LnAs和Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩爾比3 (1+x) (1-x) x進行配比，其中O < x < O. 6 ;然后采用球磨機進行球磨，球磨機轉(zhuǎn)速為150 300轉(zhuǎn)/分鐘，球磨總時間為O. 5-2小時，待充分混合均勻后，將混好的粉末裝入模具中；然后采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體，將已填充了粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備中，在真空條件下加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓為30 50Mpa，燒結(jié)溫度為900 1100°C，時間為5 60min，得到一種鐵基超導(dǎo)體。
全文摘要
一種SPS技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體的方法，屬于高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。將稀土粉末Ln和As粉按摩爾比1∶(1～1.1)的比例，在高真空石英管內(nèi)進行熱處理，制備初始粉末LnAs；將LnAs和Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩爾比3∶(1+x)∶(1-x)∶x配比、球磨，將已填充了粉末的模具放入燒結(jié)設(shè)備中，采用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備鐵基超導(dǎo)體，在真空條件下加壓燒結(jié)，燒結(jié)壓為30～50Mpa，燒結(jié)溫度為900～1100℃，時間為5～60min。本發(fā)明短時間的燒結(jié)減小成份元素的損耗，并能提高材料的致密性，從而獲得高性能的鐵基超導(dǎo)體。
文檔編號B22F1/00GK102615280SQ201210082388
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者劉志勇, 劉敏, 王毅, 索紅莉, 郭志超, 馬麟 申請人:北京工業(yè)大學(xué)