专利名称：一种制备高密度铁基化合物超导带材的方法
技术领域：
本发明涉及一种铁基化合物超导材料。
背景技术：
2008年1月初，细野秀雄小组发现在铁基氧磷族元素化合物LaOFeAs中，将部 分氧以掺杂的方式用氟取代，可使LaOl-xhi^As的临界温度达到^K，这一突破性进展 开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮[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)].在新超导体发现的浪潮中，我国科学家占据了重要位置，发现了一系列 具有代表性和高临界转变温度的铁基超导体。铁基超导体是一种新发现的高温超导体，其最高超导转变温度目前已达到55K，并 有可能继续提高。与传统超导材料相比，铁基超导体有转变温度高、上临界场大、临界电流 的强磁场依赖性小等优点，是一种在20-70K范围内具有极大应用前景的新型超导材料。与 氧化物高温超导材料相比，铁基超导体的晶体结构更为简单、相干长度大、各向异性小、制 备工艺简单，因此铁基超导材料的制备受到国际上的广泛关注。科学家们在关注其超导机 理的同时，也十分重视其潜在的应用前景。目前，将铁基超导体制备成线带材的工作也已经 开展，但采用粉末装管法制备的铁基超导线带材，经高温烧结后，存在超导芯密度较低、连 接性较差、临界电流密度小等问题，严重阻碍了铁基超导线带材的应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，将短时高温和压力联合施加于超导带材之 上，减少了热处理的时间，提高了超导芯的密度、电连接性，从而提高了铁基超导带材的临 界电流密度。本发明工艺步骤如下(1)在惰性气氛下，将铁基化合物的原始粉装入金属管。密封金属管两端后，经过 旋锻、拉拔、轧制等工艺过程加工成一定尺寸的超导带材。(2)将步骤1制得的超导带材置于两块石墨压片之间，放入热压机，在真空或惰性 气氛下升温至500-1200°C，同时在所述的超导带材上下表面施加lKPa-500MPa的对轴压 力，保持此温度和压力条件0. 1-100小时。(3)将热压机温度降至室温，卸载压力后，即得到所述的铁基化合物超导带材。所述的铁基化合物是REi^eAsCVyFy,BhKj^e2AivB!^e2_yCoyAs2，其中 RE 为稀土元素 La、Ce、Pr、Nd、Sm 或 Gd，B 为碱土金属:Ba 或 Sr 中的一种，χ = 0-0. 6, y = 0-0. 4。为减少石墨向超导带材里渗碳，可以在石墨表面涂抹一层氮化硼粉。本发明所采用的粉末装管法、带材的拉拔轧制等工艺均为公知工艺。本发明的优点在于将温度和压力同时施加于超导带材之上。该方法可以有效提高 超导化合物的密度，增强电连接性，从而提高超导带材的临界电流密度。
图1 置于石墨压片之间等待热压的铁基化合物超导带材；图2 热压后的Sra6Kc^e2Aii2超导带材扫描电镜图。
具体实施例方式实施例1在Ar保护气氛下，将LaFeAsOa9Fai的原始粉装入Nb管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽5mm，厚度为0. 8mm的超导带材。将该超导带材置于石墨压片之间，放入热压 机中。在真空条件下，将温度升至800°C，同时施加500MPa的压力，保持100个小时。即可 得到所述的LaFeAsOa9Fai超导带材。实施例2在Ar保护气氛下，将LaFeAsOa8Fa2的原始粉装入Nb管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽5mm，厚度为0. 8mm的超导带材。将该超导带材置于石墨压片之间，放入热压 机中。在真空条件下，将温度升至1000°C，同时施加50MPa的压力，保持20个小时。即可得 到所述的LaFeAsOa8Fa2超导带材。实施例3在Ar保护气氛下，将LaFeAsOa6Fa4的原始粉装入Nb管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽5mm，厚度为0. 8mm的超导带材。将该超导带材置于石墨压片之间，放入热压 机中。在真空条件下，将温度升至1200°C，同时施加IKPa的压力，保持1个小时。即可得到 所述的LaFeAsOa6Fa4超导带材。实施例4在Ar保护气氛下，将SmFeAsOa8Fa2的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽4mm，厚度为0. 6mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至900°C，同时施加IOOMPa的压力，保持5个小时。即可得 到所述的SmFeAsOa8Fa2超导带材。实施例5在Ar保护气氛下，将SmFeAsOa9Fai的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽4mm，厚度为0. 6mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至500°C，同时施加20MPa的压力，保持80个小时。即可得 到所述的SmFeAsOa9Fai超导带材。实施例6在Ar保护气氛下，将SmFeAsOa6Fa4的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽4mm，厚度为0. 6mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至1100°C，同时施加IMI^a的压力，保持1个小时。即可得到 所述的SmFeAsOa6Fa4超导带材。实施例7在Ar保护气氛下，将Cei^eAsOa7Fa3的原始粉装入Ta管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽3mm，厚度为0. 5mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机中。在氩保护气氛下，将温度升至1000°c，同时施加20MPa的压力，保持20个小时。即可得 到所述的Cei^eAsOa7Fa3超导带材。实施例8在Ar保护气氛下，将Cei^eAsOa9Fai的原始粉装入Ta管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽3mm，厚度为0. 5mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至1150°C，同时施加200ΜΙ^的压力，保持0. 1个小时。即可 得到所述的Cei^eAsOa9Fai超导带材。实施例9在Ar保护气氛下，将Cei^eAsOa6Fa4的原始粉装入Ta管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽3mm，厚度为0. 5mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至500°C，同时施加500MPa的压力，保持100个小时。即可 得到所述的Cei^eAsOa6Fa4超导带材。实施例10在Ar保护气氛下，将NdFeAsOa6Fa4的原始粉装入狗管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽2mm，厚度为0. 4mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在真空条件下，将温度升至1200°C，同时施加350MPa的压力，保持5个小时。即可得到 所述的NdFeAsOa6Fa4超导带材。实施例11在Ar保护气氛下，将NdFeAsOa9Fai的原始粉装入狗管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽2mm，厚度为0. 4mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在真空条件下，将温度升至700°C，同时施加IOOMPa的压力，保持50个小时。即可得到 所述的NdFeAsOa9Fai超导带材。实施例12在Ar保护气氛下，将NdFeAsOa7Fa3的原始粉装入狗管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽2mm，厚度为0. 4mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在真空条件下，将温度升至1200°C，同时施加5MPa的压力，保持100个小时。即可得到 所述的NdFeAsOa7Fa3超导带材。实施例13在Ar保护气氛下，将I^rfeAsOa6Fa4的原始粉装入Cu管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到到宽1mm，厚度为0. 2mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至500°C，同时施加500MPa的压力，保持100个小时。即可 得到所述的IM^AsOa6Fa4超导带材。实施例14在Ar保护气氛下，将I^rfeAsOa9Fai的原始粉装入Cu管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到到宽1mm，厚度为0. 2mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至900°C，同时施加200MPa的压力，保持2个小时。即可得 到所述的IM^AsOa9Fai超导带材。实施例15在Ar保护气氛下，将I^rfeAsOa8Fa2的原始粉装入Cu管，两端密封。经过旋锻、拉拔、轧制得到到宽1mm，厚度为0. 2mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至1100°C，同时施加80ΜΙ^的压力，保持20个小时。即可得 到所述的IM^AsOa8Fa2超导带材。实施例16在Ar保护气氛下，将GdFeAsOa6Fa4的原始粉装入Cu管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到到宽4mm，厚度为0. 4mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至1000°C，同时施加IKI^的压力，保持100个小时。即可得 到所述的GdFeAsOa4Fa6超导带材。实施例17在Ar保护气氛下，将GdFeAsOa85Fc^5的原始粉装入Cu管，两端密封。经过旋锻、 拉拔、轧制得到到宽4mm，厚度为0. 4mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压 机中。在氩保护气氛下，将温度升至850°C，同时施加IOOKPa的压力，保持40个小时。即可 得到所述的GdFeAsOa85Fa25超导带材。实施例18在Ar保护气氛下，将GdFeAsOa9Fai的原始粉装入Cu管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到到宽4mm，厚度为0. 4mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至550°C，同时施加200MPa的压力，保持8个小时。即可得 到所述的GdFeAsOa9Fai超导带材。实施例19在Ar保护气氛下，将B^l6Ka4Fe2Aii2的原始粉装入Ni管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽2mm，厚度为0. 5mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至600°C，同时施加500MPa的压力，保持80个小时。即可得 到所述的B^l6KaJe2Aii2超导带材。实施例20在Ar保护气氛下，将Biia9Ka !Fe2As2的原始粉装入Pt管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽1mm，厚度为0. 2mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至1200°C，同时施加IOOMPa的压力，保持50个小时。即可 得到所述的B^l9KaiFe2Aii2超导带材。实施例21在Ar保护气氛下，将Sra9Ka !Fe2As2的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽3mm，厚度为0. 3mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至1100°C，同时施加iiffa的压力，保持0.1个小时。即可得 到所述的B^l6KaJe2Aii2超导带材。实施例22在Ar保护气氛下，将Sra6Ka4Fe2Aii2的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽4mm，厚度为0. 8mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至900°C，同时施加IMPa的压力，保持0. 5个小时。即可得 到所述的Baa6Ka4Fe2Aii2超导带材。图1所示为将超导带材置于石墨片间的照片。图2所 示为热压之后的Sra6Ka4Fe2Aii2样品超导芯的扫描电镜图片，可以看出超导芯非常致密，孔洞率很小。实施例23在Ar保护气氛下，将Sra4Ka6Fe2Aii2的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽3mm，厚度为0. 3mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至600°C，同时施加80MPa的压力，保持20个小时。即可得 到所述的B^l4Ue2Aii2超导带材。实施例M在Ar保护气氛下，将Biia Ja6Fe2Ah的原始粉装入Pt管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽1mm，厚度为0. 2mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氮保护气氛下，将温度升至1200°C，同时施加IMI^a的压力，保持2个小时。即可得到 所述的BEta4Ka6Fe2Aii2超导带材。实施例25在Ar保护气氛下，将BaFe1. W0a4Ah的原始粉装入Au管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽3mm，厚度为0. 4mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至700°C，同时施加IOMPa的压力，保持30个小时。即可得 到所述的BaFeL6C0a4Aii2超导带材。实施例沈在Ar保护气氛下，将Srfe1. Woa2Ah的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽4mm，厚度为0. 6mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至800°C，同时施加200MPa的压力，保持60个小时。即可得 到所述的SrFeuCoa2Aii2超导带材。实施例27在Ar保护气氛下，将BaFei.9C0(1. ,As2的原始粉装入Au管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽5mm，厚度为0. 2mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至1200°C，同时施加500ΜΙ^的压力，保持0. 1个小时。即可 得到所述的BaFeuCoa4Aii2超导带材。实施例28在Ar保护气氛下，将Srfei.9C0aiAS2的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽4mm，厚度为0. 6mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至500°C，同时施加200MPa的压力，保持100个小时。即可 得到所述的SrFeuCoaiAii2超导带材。实施例四在Ar保护气氛下，将Srfe1. W0a4Ah的原始粉装入Ag管，两端密封。经过旋锻、拉 拔、轧制得到宽4mm，厚度为0. 6mm的超导带材。将该带材置于石墨压片之间，放入热压机 中。在氩保护气氛下，将温度升至1000°C，同时施加400MPa的压力，保持30个小时。即可 得到所述的SrFeuCoa4Aii2超导带材。
权利要求
1.一种制备高密度铁基化合物超导带材的方法，其特征在于其工艺步骤依次如下(1)在惰性气氛下，将铁基化合物的原始粉装入金属管，金属管两端密封后，经过旋锻、 拉拔、轧制，加工成超导带材；(2)将步骤1制得的超导带材置于两块石墨压片之间，放入热压机，在真空或惰性气氛 中，在500-1200°C的温度下，同时在所述的超导带材上下表面施加lKPa-500MPa的对轴压 力，在此温度和压力条件下保持一段时间；(3)待温度降至室温，卸载压力后，即得到所述的的铁基化合物超导带材。
2.根据权利要求1所述的获得高密度铁基化合物超导带材的制备方法，其特征在于所 述的铁基化合物是 REi^eAsCVyFy, B1^xKxFe2As2, B!^e2_xCoxAs2，其中 RE 为稀土元素La、Ce、Pr、 Nd、Sm 或 Gd，B 为碱土金属Ba 或 Sr 中的一种，χ = 0-0. 6，y = 0-0.4。
3.根据权利要求1所述的获得高密度铁基化合物超导带材的制备方法，其特征在于温 度和压力同时施加于超导带材之上，并保持温度和压力0.1至100小时。
全文摘要
一种制备高密度铁基化合物超导带材的方法。将铁基化合物的原始粉装入金属管，经拉拔、轧制成一定尺寸的带材后，在真空或惰性气氛下，将高温和压力同时施加在该带材之上，使铁基化合物的原始粉反应生成高密度的铁基化合物超导带材。本发明克服了超导芯密度低、电连接性差等缺点，适用于制备高临界电流密度的铁基化合物超导带材。
文档编号H01B13/00GK102074311SQ20101059314
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者张现平, 王栋樑, 王雷, 马衍伟, 高召顺, 齐彦鹏 申请人:中国科学院电工研究所