專利名稱：一種制備高密度鐵基化合物超導(dǎo)帶材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵基化合物超導(dǎo)材料。
背景技術(shù)：
2008年1月初，細野秀雄小組發(fā)現(xiàn)在鐵基氧磷族元素化合物L(fēng)aOFeAs中，將部 分氧以摻雜的方式用氟取代，可使LaOl-xhi^As的臨界溫度達到^K，這一突破性進展 開啟了科學(xué)界新一輪的高溫超導(dǎo)研究熱潮[Kamihara Y. et al. , Iron-based layered superconductor LaO1^FxFeAs (χ = 0. 05-0. 12)with Tc = 26Κ. J. Am. Chem. Sco. 130, 3296-3297(2008)].在新超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)的浪潮中，我國科學(xué)家占據(jù)了重要位置，發(fā)現(xiàn)了一系列 具有代表性和高臨界轉(zhuǎn)變溫度的鐵基超導(dǎo)體。鐵基超導(dǎo)體是一種新發(fā)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)體，其最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度目前已達到55K，并 有可能繼續(xù)提高。與傳統(tǒng)超導(dǎo)材料相比，鐵基超導(dǎo)體有轉(zhuǎn)變溫度高、上臨界場大、臨界電流 的強磁場依賴性小等優(yōu)點，是一種在20-70K范圍內(nèi)具有極大應(yīng)用前景的新型超導(dǎo)材料。與 氧化物高溫超導(dǎo)材料相比，鐵基超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)更為簡單、相干長度大、各向異性小、制 備工藝簡單，因此鐵基超導(dǎo)材料的制備受到國際上的廣泛關(guān)注。科學(xué)家們在關(guān)注其超導(dǎo)機 理的同時，也十分重視其潛在的應(yīng)用前景。目前，將鐵基超導(dǎo)體制備成線帶材的工作也已經(jīng) 開展，但采用粉末裝管法制備的鐵基超導(dǎo)線帶材，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后，存在超導(dǎo)芯密度較低、連 接性較差、臨界電流密度小等問題，嚴重阻礙了鐵基超導(dǎo)線帶材的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，將短時高溫和壓力聯(lián)合施加于超導(dǎo)帶材之 上，減少了熱處理的時間，提高了超導(dǎo)芯的密度、電連接性，從而提高了鐵基超導(dǎo)帶材的臨 界電流密度。本發(fā)明工藝步驟如下(1)在惰性氣氛下，將鐵基化合物的原始粉裝入金屬管。密封金屬管兩端后，經(jīng)過 旋鍛、拉拔、軋制等工藝過程加工成一定尺寸的超導(dǎo)帶材。(2)將步驟1制得的超導(dǎo)帶材置于兩塊石墨壓片之間，放入熱壓機，在真空或惰性 氣氛下升溫至500-1200°C，同時在所述的超導(dǎo)帶材上下表面施加lKPa-500MPa的對軸壓 力，保持此溫度和壓力條件0. 1-100小時。(3)將熱壓機溫度降至室溫，卸載壓力后，即得到所述的鐵基化合物超導(dǎo)帶材。所述的鐵基化合物是REi^eAsCVyFy,BhKj^e2AivB!^e2_yCoyAs2，其中 RE 為稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Sm 或 Gd，B 為堿土金屬:Ba 或 Sr 中的一種，χ = 0-0. 6, y = 0-0. 4。為減少石墨向超導(dǎo)帶材里滲碳，可以在石墨表面涂抹一層氮化硼粉。本發(fā)明所采用的粉末裝管法、帶材的拉拔軋制等工藝均為公知工藝。本發(fā)明的優(yōu)點在于將溫度和壓力同時施加于超導(dǎo)帶材之上。該方法可以有效提高 超導(dǎo)化合物的密度，增強電連接性，從而提高超導(dǎo)帶材的臨界電流密度。


圖1 置于石墨壓片之間等待熱壓的鐵基化合物超導(dǎo)帶材；圖2 熱壓后的Sra6Kc^e2Aii2超導(dǎo)帶材掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例1在Ar保護氣氛下，將LaFeAsOa9Fai的原始粉裝入Nb管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬5mm，厚度為0. 8mm的超導(dǎo)帶材。將該超導(dǎo)帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓 機中。在真空條件下，將溫度升至800°C，同時施加500MPa的壓力，保持100個小時。即可 得到所述的LaFeAsOa9Fai超導(dǎo)帶材。實施例2在Ar保護氣氛下，將LaFeAsOa8Fa2的原始粉裝入Nb管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬5mm，厚度為0. 8mm的超導(dǎo)帶材。將該超導(dǎo)帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓 機中。在真空條件下，將溫度升至1000°C，同時施加50MPa的壓力，保持20個小時。即可得 到所述的LaFeAsOa8Fa2超導(dǎo)帶材。實施例3在Ar保護氣氛下，將LaFeAsOa6Fa4的原始粉裝入Nb管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬5mm，厚度為0. 8mm的超導(dǎo)帶材。將該超導(dǎo)帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓 機中。在真空條件下，將溫度升至1200°C，同時施加IKPa的壓力，保持1個小時。即可得到 所述的LaFeAsOa6Fa4超導(dǎo)帶材。實施例4在Ar保護氣氛下，將SmFeAsOa8Fa2的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬4mm，厚度為0. 6mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至900°C，同時施加IOOMPa的壓力，保持5個小時。即可得 到所述的SmFeAsOa8Fa2超導(dǎo)帶材。實施例5在Ar保護氣氛下，將SmFeAsOa9Fai的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬4mm，厚度為0. 6mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至500°C，同時施加20MPa的壓力，保持80個小時。即可得 到所述的SmFeAsOa9Fai超導(dǎo)帶材。實施例6在Ar保護氣氛下，將SmFeAsOa6Fa4的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬4mm，厚度為0. 6mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至1100°C，同時施加IMI^a的壓力，保持1個小時。即可得到 所述的SmFeAsOa6Fa4超導(dǎo)帶材。實施例7在Ar保護氣氛下，將Cei^eAsOa7Fa3的原始粉裝入Ta管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬3mm，厚度為0. 5mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機中。在氬保護氣氛下，將溫度升至1000°c，同時施加20MPa的壓力，保持20個小時。即可得 到所述的Cei^eAsOa7Fa3超導(dǎo)帶材。實施例8在Ar保護氣氛下，將Cei^eAsOa9Fai的原始粉裝入Ta管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬3mm，厚度為0. 5mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至1150°C，同時施加200ΜΙ^的壓力，保持0. 1個小時。即可 得到所述的Cei^eAsOa9Fai超導(dǎo)帶材。實施例9在Ar保護氣氛下，將Cei^eAsOa6Fa4的原始粉裝入Ta管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬3mm，厚度為0. 5mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至500°C，同時施加500MPa的壓力，保持100個小時。即可 得到所述的Cei^eAsOa6Fa4超導(dǎo)帶材。實施例10在Ar保護氣氛下，將NdFeAsOa6Fa4的原始粉裝入狗管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬2mm，厚度為0. 4mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在真空條件下，將溫度升至1200°C，同時施加350MPa的壓力，保持5個小時。即可得到 所述的NdFeAsOa6Fa4超導(dǎo)帶材。實施例11在Ar保護氣氛下，將NdFeAsOa9Fai的原始粉裝入狗管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬2mm，厚度為0. 4mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在真空條件下，將溫度升至700°C，同時施加IOOMPa的壓力，保持50個小時。即可得到 所述的NdFeAsOa9Fai超導(dǎo)帶材。實施例12在Ar保護氣氛下，將NdFeAsOa7Fa3的原始粉裝入狗管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬2mm，厚度為0. 4mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在真空條件下，將溫度升至1200°C，同時施加5MPa的壓力，保持100個小時。即可得到 所述的NdFeAsOa7Fa3超導(dǎo)帶材。實施例13在Ar保護氣氛下，將I^rfeAsOa6Fa4的原始粉裝入Cu管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到到寬1mm，厚度為0. 2mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至500°C，同時施加500MPa的壓力，保持100個小時。即可 得到所述的IM^AsOa6Fa4超導(dǎo)帶材。實施例14在Ar保護氣氛下，將I^rfeAsOa9Fai的原始粉裝入Cu管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到到寬1mm，厚度為0. 2mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至900°C，同時施加200MPa的壓力，保持2個小時。即可得 到所述的IM^AsOa9Fai超導(dǎo)帶材。實施例15在Ar保護氣氛下，將I^rfeAsOa8Fa2的原始粉裝入Cu管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉拔、軋制得到到寬1mm，厚度為0. 2mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至1100°C，同時施加80ΜΙ^的壓力，保持20個小時。即可得 到所述的IM^AsOa8Fa2超導(dǎo)帶材。實施例16在Ar保護氣氛下，將GdFeAsOa6Fa4的原始粉裝入Cu管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到到寬4mm，厚度為0. 4mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至1000°C，同時施加IKI^的壓力，保持100個小時。即可得 到所述的GdFeAsOa4Fa6超導(dǎo)帶材。實施例17在Ar保護氣氛下，將GdFeAsOa85Fc^5的原始粉裝入Cu管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、 拉拔、軋制得到到寬4mm，厚度為0. 4mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓 機中。在氬保護氣氛下，將溫度升至850°C，同時施加IOOKPa的壓力，保持40個小時。即可 得到所述的GdFeAsOa85Fa25超導(dǎo)帶材。實施例18在Ar保護氣氛下，將GdFeAsOa9Fai的原始粉裝入Cu管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到到寬4mm，厚度為0. 4mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至550°C，同時施加200MPa的壓力，保持8個小時。即可得 到所述的GdFeAsOa9Fai超導(dǎo)帶材。實施例19在Ar保護氣氛下，將B^l6Ka4Fe2Aii2的原始粉裝入Ni管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬2mm，厚度為0. 5mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至600°C，同時施加500MPa的壓力，保持80個小時。即可得 到所述的B^l6KaJe2Aii2超導(dǎo)帶材。實施例20在Ar保護氣氛下，將Biia9Ka !Fe2As2的原始粉裝入Pt管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬1mm，厚度為0. 2mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至1200°C，同時施加IOOMPa的壓力，保持50個小時。即可 得到所述的B^l9KaiFe2Aii2超導(dǎo)帶材。實施例21在Ar保護氣氛下，將Sra9Ka !Fe2As2的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬3mm，厚度為0. 3mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至1100°C，同時施加iiffa的壓力，保持0.1個小時。即可得 到所述的B^l6KaJe2Aii2超導(dǎo)帶材。實施例22在Ar保護氣氛下，將Sra6Ka4Fe2Aii2的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬4mm，厚度為0. 8mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至900°C，同時施加IMPa的壓力，保持0. 5個小時。即可得 到所述的Baa6Ka4Fe2Aii2超導(dǎo)帶材。圖1所示為將超導(dǎo)帶材置于石墨片間的照片。圖2所 示為熱壓之后的Sra6Ka4Fe2Aii2樣品超導(dǎo)芯的掃描電鏡圖片，可以看出超導(dǎo)芯非常致密，孔洞率很小。實施例23在Ar保護氣氛下，將Sra4Ka6Fe2Aii2的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬3mm，厚度為0. 3mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至600°C，同時施加80MPa的壓力，保持20個小時。即可得 到所述的B^l4Ue2Aii2超導(dǎo)帶材。實施例M在Ar保護氣氛下，將Biia Ja6Fe2Ah的原始粉裝入Pt管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬1mm，厚度為0. 2mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氮保護氣氛下，將溫度升至1200°C，同時施加IMI^a的壓力，保持2個小時。即可得到 所述的BEta4Ka6Fe2Aii2超導(dǎo)帶材。實施例25在Ar保護氣氛下，將BaFe1. W0a4Ah的原始粉裝入Au管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬3mm，厚度為0. 4mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至700°C，同時施加IOMPa的壓力，保持30個小時。即可得 到所述的BaFeL6C0a4Aii2超導(dǎo)帶材。實施例沈在Ar保護氣氛下，將Srfe1. Woa2Ah的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬4mm，厚度為0. 6mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至800°C，同時施加200MPa的壓力，保持60個小時。即可得 到所述的SrFeuCoa2Aii2超導(dǎo)帶材。實施例27在Ar保護氣氛下，將BaFei.9C0(1. ,As2的原始粉裝入Au管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬5mm，厚度為0. 2mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至1200°C，同時施加500ΜΙ^的壓力，保持0. 1個小時。即可 得到所述的BaFeuCoa4Aii2超導(dǎo)帶材。實施例28在Ar保護氣氛下，將Srfei.9C0aiAS2的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬4mm，厚度為0. 6mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至500°C，同時施加200MPa的壓力，保持100個小時。即可 得到所述的SrFeuCoaiAii2超導(dǎo)帶材。實施例四在Ar保護氣氛下，將Srfe1. W0a4Ah的原始粉裝入Ag管，兩端密封。經(jīng)過旋鍛、拉 拔、軋制得到寬4mm，厚度為0. 6mm的超導(dǎo)帶材。將該帶材置于石墨壓片之間，放入熱壓機 中。在氬保護氣氛下，將溫度升至1000°C，同時施加400MPa的壓力，保持30個小時。即可 得到所述的SrFeuCoa4Aii2超導(dǎo)帶材。
權(quán)利要求
1.一種制備高密度鐵基化合物超導(dǎo)帶材的方法，其特征在于其工藝步驟依次如下(1)在惰性氣氛下，將鐵基化合物的原始粉裝入金屬管，金屬管兩端密封后，經(jīng)過旋鍛、 拉拔、軋制，加工成超導(dǎo)帶材；(2)將步驟1制得的超導(dǎo)帶材置于兩塊石墨壓片之間，放入熱壓機，在真空或惰性氣氛 中，在500-1200°C的溫度下，同時在所述的超導(dǎo)帶材上下表面施加lKPa-500MPa的對軸壓 力，在此溫度和壓力條件下保持一段時間；(3)待溫度降至室溫，卸載壓力后，即得到所述的的鐵基化合物超導(dǎo)帶材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲得高密度鐵基化合物超導(dǎo)帶材的制備方法，其特征在于所 述的鐵基化合物是 REi^eAsCVyFy, B1^xKxFe2As2, B!^e2_xCoxAs2，其中 RE 為稀土元素La、Ce、Pr、 Nd、Sm 或 Gd，B 為堿土金屬Ba 或 Sr 中的一種，χ = 0-0. 6，y = 0-0.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲得高密度鐵基化合物超導(dǎo)帶材的制備方法，其特征在于溫 度和壓力同時施加于超導(dǎo)帶材之上，并保持溫度和壓力0.1至100小時。
全文摘要
一種制備高密度鐵基化合物超導(dǎo)帶材的方法。將鐵基化合物的原始粉裝入金屬管，經(jīng)拉拔、軋制成一定尺寸的帶材后，在真空或惰性氣氛下，將高溫和壓力同時施加在該帶材之上，使鐵基化合物的原始粉反應(yīng)生成高密度的鐵基化合物超導(dǎo)帶材。本發(fā)明克服了超導(dǎo)芯密度低、電連接性差等缺點，適用于制備高臨界電流密度的鐵基化合物超導(dǎo)帶材。
文檔編號H01B13/00GK102074311SQ20101059314
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者張現(xiàn)平, 王棟樑, 王雷, 馬衍偉, 高召順, 齊彥鵬 申請人:中國科學(xué)院電工研究所