一種銀摻雜鐵基超導體的製備方法

2023-10-04 04:11:09

專利名稱：一種銀摻雜鐵基超導體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種高性能鐵基超導體的製備方法，尤其涉及一種銀摻雜 LnCVxFxFeAs (Ln = La、Ce、ft·、Nd、Sm、Eu等)鐵基超導體的方法，屬於鐵基超導材料技術領域。
背景技術：
鐵基超導體自發現以來，因其優異的性能受到人們廣泛的關注。同傳統的低溫超導體Nb3Sn和高溫TOCO塗層超導材料及Bi系超導線帶材相比，鐵基超導體具較高的使用溫度GOK 55K)；在該溫度區間以及高磁場(>3T)條件下，其超導性能已經達到甚至超過現已使用的傳統低溫超導材料。而且摻雜銀單質可以改善鐵基超導體內部晶粒間的弱連結，提高其臨界電流密度。Nb3Sn需要使用液氦實現較低的溫度環境，運行費用高昂，而鐵基超導體的轉變溫度相對較高，通過制冷機即可創造適宜的環境，運行費用相對低廉；傳統的銅氧化合物高溫超導體由於製備過程複雜，成本居高不下，而鐵基超導體的製備過程簡單，成本相對較低。 因此，鐵基超導體較傳統NbTi、Nb3Sn超導體、Β 2212和氧化物高溫超導體YBCO具有很好的性價比。然而鐵基超導體屬於陶瓷結構，有很大的脆性，燒製成成品後很難鍛造、拉拔成所需的形狀。鑑於以上情況，需要開發出易成型又可以製備出高質量鐵基超導體線帶材的新方法。

發明內容
本發明的目的是通過在鐵基超導體中加入高純的銀單質，提高鐵基超導體的電磁性能，增強鐵基超導體的實用性。本發明所使用的初始原料銀粉、稀土元素(鑭La、鍶Ce、鐠ft·、釹Nd、釤Sm、銪Eu 等)、砷粉(As)、鐵粉0 )、氧化鐵粉末(Fe2O3) JeF3粉。本發明所提供的短時間固相燒結技術製備銀摻雜的LnCVxFxFeAs (Ln = La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu，0 < χ < 0. 6)鐵基超導體的方法，主要包括以下步驟(1)初始粉末LnAs的製備在氬氣保護氣氛下，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，然後進行熱處理，熱處理過程依次為從室溫到400°C，升溫速率為1 5°C /min ；從400°C到600°C 升溫速率為1 5°C /min ；600°C保溫3 10小時；從600°C到900°C升溫速率為1 5°C / min ；900°C保溫10 25小時；最後爐冷至室溫。(2)銀摻雜的鐵基超導體 LnCVxFxFeAs (Ln = La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu 等)的製備在氬氣保護的手套箱內，將第一步中製備好的初始粉末LnAs和Fe粉、狗203粉、 I^eF3粉按摩爾比3 (1+x) (1-x) (1. 1 1. 5)χ進行配比(0 < χ < 0. 6)，同時加入銀單質，銀的質量為初始粉末LnAs、Fe粉、Fe2O3粉和!^eF3粉總質量的 10%的；將其充分研磨，壓製成片狀；然後將其在高真空10_4 環境下進行退火處理，其中熱處理過程依次為首先從0到600°C，升溫速率為1 5°C /min ；從600°C到900°C，升溫速率為1 3°C /min ；然後在900°C保溫5 15小時；從900°C到(1100°C 1200°C )，升溫速率為1 3°C /min ；最後在1100°C 1200°C保溫20 30小時；爐冷至室溫。最終製備出 LnCVxFxFeAs 超導體。本發明利用一種短時間固相燒結技術製備出鐵基超導體，本發明技術關鍵在於先製備出初始粉末，使得在製備鐵基超導體時原料可以充分參與反應，減少雜質相的生成，提高樣品的純度，縮短二次熱處理的保溫時間。同時本發明在對鐵基超導體進行配比時，通過加入過量的F元素，以便在熱處理過程中在較短的時間內F元素可以融入樣品內部，得到所需要的鐵基超導體產品的超導相，從而縮短熱處理過程中的保溫時間。


圖1未摻雜和實施例1摻雜分別為5%與10% Ag的SmOO. 7F0. 3FeAs樣品的XRD 圖像；圖2未摻雜和實施例1摻雜分別為5%與10% Ag的SmOO. 7F0. 3FeAs樣品的SEM 圖像；其中a為未摻雜，b為5% Ag摻雜，c為10% Ag摻雜；圖3未摻雜和實施例1摻雜分別為5%與10% Ag的SmOO. 7F0. 3FeAs樣品的電阻同溫度的關係。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例1 :5% Ag摻雜的SmOa7Fa3FeAs超導體的製備步驟一初始粉末的製備將Sm粉與As粉按照摩爾比1 1. 03進行稱量並在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，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；最後爐冷至室溫。步驟二 5%銀摻雜的SmOa7Fa3FeAs超導體的製備在高純氬氣保護的手套箱內，將SmAs粉、!^e粉、狗203粉、!^eF3粉按比例 30 13 7 3. 6配比，加入5%的銀單質；然後充分研磨；通過液壓機壓成片狀，使用壓力為15Mpa，時間為1分鐘；封裝在高真空石英管中，真空度為10_6Pa ；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1°C /min，然後在 900°C保溫5小時；900°C _1150°C，升溫速率為1°C /min ；在1150°C下保溫20小時；最後爐冷至室溫。最終製備出銀摻雜的SmOa7Fa3FeAs超導體。加入10%的銀單質，其步驟完全同上，得到10%銀摻雜的SmOa7Fa3FeAs超導體。從圖IXRD圖像可以看出利用本發明實施例製備的SmOa7Fa3FeAs樣品僅含有少量的SmAs、As2O3和SmFO雜質。其樣品的SEM圖像見圖2，從圖3樣品的電阻同溫度的關係可知其臨界轉變溫度的起始點為53. 8K，零電阻的溫度為48K，此方法製備出的樣品具有 SmOa7Fa3FeAs體系中較高的臨界轉變溫度，其窄的轉變寬度表明樣品具有較高的純度。實施例2 :5% Ag摻雜的CeOa8Fa2FeAs超導體的製備步驟一初始粉末的製備將Ce粉與As粉按照摩爾比1 1進行稱量並在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，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；最後爐冷至室溫。步驟二 5% Ag銀摻雜的CeOa8Fa2FeAs超導體的製備在高純氬氣保護的手套箱內，將CeAs粉、Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按比例 30 12 8 2. 4配比，並加入5%的銀粉，然後充分研磨；通過液壓機壓成片狀，使用壓力為15Mpa，時間為1分鐘；封裝在高真空石英管中，真空度為10_4Pa ；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，然後在 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；最後爐冷至室溫。製備出CeOa8Fa2FeAs超導體。實施例3 10% Ag摻雜的NdOa7Fa3FeAs超導體的製備步驟一初始粉末的製備將Nd粉與As粉按照摩爾比1 1. 1進行稱量並在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』a。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；最後爐冷至室溫。步驟二 10 % Ag摻雜的NdOa 7F0.3FeAs超導體的製備在高純氬氣保護的手套箱內，將NdAs粉、!^e粉、狗203粉、!^eF3粉按比例 30 13 7 3.9配比，並加入10%的銀粉，然後充分研磨；通過液壓機壓成片狀，使用壓力為lOMpa，時間為1分鐘；封裝在鉭管內，在真空退火爐中進行退火處理。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2V /min，然後在900°C保溫10小時；900°C -1200°C，升溫速率為2V /min ；在1200°C下保溫20小時；最後爐冷至室溫。製備出NdOa7FaJeAs超導體。
權利要求
1. 一種銀摻雜鐵基超導體的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)初始粉末LnAs的製備在氬氣保護氣氛下，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，然後進行熱處理，熱處理過程依次為從室溫到400°C，升溫速率為1 5°C /min ；從400°C到600°C 升溫速率為1 5°C /min ；600°C保溫3 10小時；從600°C到900°C升溫速率為1 5°C / min ；900°C保溫10 25小時；最後爐冷至室溫；(2)銀摻雜的鐵基超導體LnOhF/eAs的製備在氬氣保護的手套箱內，將第一步中製備好的初始粉末LnAs和!^e粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩爾比3 (1+x) (1-x) (1.1 1.5)1進行配比，0<1<0.6，同時加入銀單質， 銀的質量為初始粉末LnAs Je粉、Fe2O3粉和!^eF3粉總質量的 10%的；將其充分研磨， 壓製成片狀；然後將其在高真空10_4 環境下進行退火處理，其中熱處理過程依次為首先從O到600°C，升溫速率為1 5°C /min ；從600°C到900°C，升溫速率為1 3°C / min ；然後在900°C保溫5 15小時；從900°C到(1100°C 1200°C )，升溫速率為1 3°C / min ；最後在1100°C 1200°C保溫20 30小時；爐冷至室溫，最終製備出LnCVxFJeAs超導體。
全文摘要
一種銀摻雜鐵基超導體的製備方法，屬於鐵基超導材料技術領域。包括以下步驟在氬氣保護下，將稀土和As粉末封裝在石英管內熱處理製備LnAs粉；在氬氣保護手套箱內，將LnAs和Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩爾比3∶(1+x)∶(1-x)∶(1.1～1.5)x配比(0＜x＜0.6)，加入銀單質，研磨壓製成片狀；在高真空下退火0到600℃升溫速率1～5℃/min；600℃到900℃升溫速率1～3℃/min；900℃保溫5～15小時，900℃到(1100℃～1200℃)升溫速率1～3℃/min；1100℃～1200℃保溫20～30小時；爐冷至室溫。通過加入銀單質，提高鐵基超導體的電磁性能和實用性。
文檔編號H01B13/00GK102354572SQ201110197189
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者劉志勇, 索紅莉, 閆鑌傑 申請人:北京工業大學