專利名稱：一種提高鐵基超導(dǎo)體上臨界場和臨界電流密度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵基超導(dǎo)體上臨界場和臨界電流密度的方法。
背景技術(shù)：
2008年1月初，細(xì)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La01-xFxFeAs的臨界溫度達(dá)到26K，這一突破性進(jìn)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 s卯erconductorLaO卜xFxFeAs(x = 0. 05-0. 12) with Te = 26K. 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。目前，根據(jù)母體化合物的組成比和晶體結(jié)構(gòu)， 新型鐵基超導(dǎo)材料大致可以分為以下四大體系(l) "llll"體系，成員包括LnOFePn(Ln = La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Y ;Pn = P，As)以及DvFeAsF(Dv = Ca， Sr)等；(2) "122" 體系，成員包括AFe2As2(A = Ba， Sr， K， Cs， Ca， Eu)等;(3) " 111"體系，成員包括AfeAs (A =Li，Na)等；(4) "ll"體系，成員包括FeSe(Te)等. 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(dá)到到55K， 并有可能繼續(xù)提高。與傳統(tǒng)超導(dǎo)材料向比，鐵基超導(dǎo)體有轉(zhuǎn)變溫度高、上臨界場大、臨界電 流的強(qiáng)磁場依賴性小等優(yōu)點(diǎn)，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?？茖W(xué)家們?cè)陉P(guān)注其超導(dǎo) 機(jī)理的同時(shí)，也十分重視其潛在的應(yīng)用前景。目前，將鐵基超導(dǎo)體制備成塊材和線帶材的工 作也已經(jīng)展開，對(duì)如何提高鐵基超導(dǎo)體的臨界電流密度和不可逆場的研究也在逐漸深入。 這對(duì)于發(fā)展新型鐵基超導(dǎo)體具有重要的意義。
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(diǎn)，通過在A卜xKxFe2As2 (A = Ba或Sr ， 0《x《0. 5)先驅(qū)粉中添加適量的銀粉或鉛粉的方法，有效提高鐵基超導(dǎo)體的不可逆場以 及臨界電流密度。 本發(fā)明的特征在于，將純度^ 99. 9%的Sr(或Ba) 、 K、 Fe、 As，或所述元素的化合 物，如SrAs(BaAs)、FeAs、KAs等，按摩爾比A : K : Fe : As = l-x : x : 2 : 2 (A = Ba或 Sr，O《x《0. 5)稱量，放入球磨罐或研缽，在氬保護(hù)氣氛下，將各種原料磨碎并混合均勻。 可將上一步驟混合均勻，未經(jīng)燒結(jié)的混合物(生粉)直接作為先驅(qū)粉，也可將500-100(TC燒 結(jié)后的熟粉作為先驅(qū)粉。 再將適量的Ag粉或Pb粉(質(zhì)量比，Ag或Pb : A卜xKxFe2As2 = y : l，0《y《0. 5， A = Ba或Sr， 0《x《0. 5)添加到所述的先驅(qū)粉中，再次混合均勻。然后將摻有Ag或Pb 的先驅(qū)粉壓制成塊，或填入金屬管、復(fù)合金屬管或合金管中，按照一定的道次加工率進(jìn)行旋 鍛、拉拔、軋制、加工得到線材或帶材。如果以生粉作為先驅(qū)粉，壓制成塊或填入金屬管的過
3程須在氬保護(hù)氣氛下進(jìn)行。 將加工成型的塊材或線帶材置于氬保護(hù)氣氛或真空環(huán)境中，經(jīng)500-110(TC燒結(jié)
0. 5-100小時(shí)，最后得到AhxKxFe2As2(A = Ba或Sr)超導(dǎo)塊材或線帶材。 本發(fā)明所采用的球磨混合、化學(xué)添加、粉末裝管、線帶材的拉拔軋制、一步或多步
固態(tài)反應(yīng)法均為公知工藝。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是銀和鉛的添加不改變超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度，有效提高超導(dǎo)體 的不可逆場和臨界電流密度，在30K下，可以將不可逆場從3T提高13T以上，在5K，0T下， 可以將臨界電流從10000A/cm2提高到20000A/cm2以上。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1添加5%和20%的銀后SrO. 6K。.4Fe2As2臨界轉(zhuǎn)變溫度對(duì)比 圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)例1 在氬氣氛手套箱中，將Ba屑，K塊，F(xiàn)e粉，As粉末按照化學(xué)式Ba。. 5K。. 5Fe2As2所示的 摩爾比，稱量Ba 1.963克、K 0. 559克，F(xiàn)e 3. 193克，As 4. 284克，充分均勻混合，制得先驅(qū) 粉。再在先驅(qū)粉中添加質(zhì)量比為Ag : Ba。.5K。.5Fe2As2 = 0.01 : l的銀粉，經(jīng)再次研磨混合 均勻后，將添加了銀的先驅(qū)粉裝入磨具壓制成塊，裝入石英管，將石英管抽真空后密封。將 密封好的石英管置于退火爐中，在50(TC保溫0. 5小時(shí)，再升溫至IIO(TC保溫0. 5小時(shí)。爐 冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁 性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度大于15000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于 10T (30K)的Ba。. 5K。. 5Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例2 在氬氣氛手套箱中，將固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)好的Ba。.6K。.4Fe2As2稱量10克，研磨均勻， 再添加質(zhì)量比為Ag : Ba。.6K。.4Fe2AS2 = 0.05 : 1的銀粉，經(jīng)再次研磨混合均勻，將混合均勻 后的粉末裝入10cm長的鐵管中，管內(nèi)徑5mm，外徑7mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后 封閉鐵管兩端。將密封好的鐵管置于退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，升溫至100(TC保溫 5小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國Qunatum Design公司制造) 對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度大于15000A/cm2(4. 2K，0T)，不 可逆場大于10T(30K)的Ba。.6K。.4Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例3 在氬氣氛手套箱中，將Ba屑，K塊，F(xiàn)eAs粉末按照化學(xué)式Ba。.7K。.3Fe2As2所示的摩 爾比，稱量Ba 2. 602克、K 0. 318克，F(xiàn)eAs 7. 080克，充分均勻混合，制得先驅(qū)粉。再在先 驅(qū)粉中添加質(zhì)量比為Ag : Ba。.7K。.3Fe2As2 = 0. 1 : 1的銀粉，經(jīng)再次研磨混合均勻后，將 混合均勻后的粉末裝入8cm長的鈮管中，管內(nèi)徑8mm，外徑10mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、 緊密，然后封閉鈮管兩端。將密封好的鈮管置于退火爐中，抽真空后，在50(TC保溫10小 時(shí)，再升溫至90(TC保溫20小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國 Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度大于15000A/cm2(4. 2K， 0T)，不可逆場大于10T(30K)的Ba。. 7K。. 3Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例4 在氬氣氛手套箱中，將固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)好的8&。.81(。.2 6^82稱量IO克，研磨均勻， 再添加質(zhì)量比為Ag : Ba。.8K。.2Fe2As2 = 0.2 : 1的銀粉，經(jīng)再次研磨混合均勻，將混合均勻 后的粉末裝入8cm長的鉭管中，管內(nèi)徑8mm，外徑10mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后 封閉鉭管兩端。將密封好的鉭管置于退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，在50(TC保溫15 小時(shí)，再升溫至80(TC保溫50小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國 Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度大 于12000A/cm2 (4. 2K， OT)，不可逆場大于8T (30K)的Ba。. 8K。. 2Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例5 在氬氣氛手套箱中，將BaAs， KAs， Fe粉，As粉末按照化學(xué)式Ba。.9K。. fe^^所示的 摩爾比，稱量BaAs 4. 478克、KAs 0. 601克，F(xiàn)e 2. 945克，As 1. 976克，充分均勻混合，制得 先驅(qū)粉。再在先驅(qū)粉中添加質(zhì)量比為Ag : Ba。.9K?！笷^As2 = 0.5 : l的銀粉，經(jīng)再次研磨 混合均勻后，將混合均勻后的粉末裝入8cm長的銀管中，管內(nèi)徑5mm，外徑8mm，使粉末在管 中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉銀管兩端。將密封好的銀管置于退火爐中，抽真空后充入高純 氬氣，在50(TC保溫20小時(shí)，再升溫至70(TC保溫100小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性 測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以 得到磁化臨界電流密度大于10000A/cm2 (4. 2K， OT)，不可逆場大于5T (30K)的Ba。. 9K。. ^62八82 超導(dǎo)塊材。
實(shí)例6 在氬氣氛手套箱中，將固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)好的Sr。. 55K。.45Fe2As2稱量10克，研磨均勻， 再添加質(zhì)量比為Ag : Sr。.55K。.45Fe2As2 = 0.4 : 1的銀粉，經(jīng)再次研磨混合均勻，將添加了 銀的先驅(qū)粉裝入磨具壓制成塊，裝入石英管，將石英管抽真空后密封。將密封好的石英管置 于退火爐中，升溫至85(TC保溫80小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9， 美國Q皿atum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密 度大于15000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于10T(30K)的Sr。. 55K。.45Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例7 在氬氣氛手套箱中，將Sr屑，K塊，F(xiàn)e粉，As粉末按照化學(xué)式Sr。.65K。.35Fe2As2所示 的摩爾比，稱量Sr 1.715克、K 0. 412克，F(xiàn)e 3. 362克，As 4. 511克，充分均勻混合，制得先 驅(qū)粉。再在先驅(qū)粉中添加質(zhì)量比為Ag : Sr。.65K。.35Fe2As2 = 0.25 : l的銀粉，經(jīng)再次研磨混 合均勻后，將混合均勻后的粉末裝入8cm長的鋯管中，管內(nèi)徑6mm，外徑8mm，使粉末在管中 達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉鋯管兩端。將密封好的鋯管置于退火爐中，抽真空后，在50(TC保 溫10小時(shí)，再升溫至950。C保溫35小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9， 美國Q皿atum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密 度大于15000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于10T(30K)的Sr。. 65K。. 35Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例8 在氬氣氛手套箱中，將Sr屑，K塊，F(xiàn)eAs粉末按照化學(xué)式Sr。. 75K。.25Fe2As2所示的摩 爾比，稱量Sr 1.950克、K 0. 920克，F(xiàn)eAs 7. 760克，充分均勻混合，制得先驅(qū)粉。再在先驅(qū) 粉中添加質(zhì)量比為Ag : Sr。.75K。.25Fe2As2 = 0. 15 : 1的銀粉，經(jīng)再次研磨混合均勻后，將混合均勻后的粉末裝入8cm長的銅管中，管內(nèi)徑7mm，外徑9mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密， 然后封閉銅管兩端。將密封好的銅管置于退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，在50(TC保溫 20小時(shí)，再升溫至850。C保溫20小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美 國QunatumDesign公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度 大于10000A/cm2 (4. 2K， OT)，不可逆場大于5T(30K)的Sr。. 75K。.25Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例9 在氬氣氛手套箱中，將Ba屑，K塊，F(xiàn)e粉，As粉末按照化學(xué)式Ba。. 5K。.5Fe2As2所示的 摩爾比，稱量Ba 1.963克、K 0. 559克，F(xiàn)e 3. 193克，As 4. 284克，充分均勻混合，制得先驅(qū) 粉。再在先驅(qū)粉中添加質(zhì)量比為Pb : Ba。.5K。.5Fe2As2 = 0.01 : l的鉛粉，經(jīng)再次研磨混合 均勻后，將添加了鉛的先驅(qū)粉裝入磨具壓制成塊，裝入石英管，將石英管抽真空后密封。將 密封好的石英管置于退火爐中，在50(TC保溫0. 5小時(shí)，再升溫至IIO(TC保溫0. 5小時(shí)。爐 冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁 性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度大于15000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于 10T (30K)的Ba。. 5K。. 5Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例10 在氬氣氛手套箱中，將固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)好的Ba。.6K。.4Fe2As2稱量10克，研磨均勻， 再添加質(zhì)量比為Pb : Ba。.6K。.4Fe2AS2 = 0.05 : 1的鉛粉，經(jīng)再次研磨混合均勻，將混合均勻 后的粉末裝入10cm長的鐵管中，管內(nèi)徑5mm，外徑7mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后 封閉鐵管兩端。將密封好的鐵管置于退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，升溫至100(TC保溫 5小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國Qunatum Design公司制造) 對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度大于15000A/cm2(4. 2K，0T)，不 可逆場大于10T(30K)的Ba。.6K。.4Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例11 在氬氣氛手套箱中，將Ba屑，K塊，F(xiàn)eAs粉末按照化學(xué)式Ba。.7K。.3Fe2As2所示的摩 爾比，稱量Ba 2. 602克、K 0. 318克，F(xiàn)eAs 7. 080克，充分均勻混合，制得先驅(qū)粉。再在先 驅(qū)粉中添加質(zhì)量比為Pb : Ba。.7K。.3Fe2As2 = 0. 1 : 1的鉛粉，經(jīng)再次研磨混合均勻后，將 混合均勻后的粉末裝入8cm長的鈮管中，管內(nèi)徑8mm，外徑10mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、 緊密，然后封閉鈮管兩端。將密封好的鈮管置于退火爐中，抽真空后，在50(TC保溫10小 時(shí)，再升溫至90(TC保溫20小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國 Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度大 于15000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于10T(30K)的Ba。. 7K。. 3Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例12 在氬氣氛手套箱中，將固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)好的Ba。.8K。.2Fe2As2稱量10克，研磨均勻， 再添加質(zhì)量比為Pb : Ba。.8K。.2Fe2As2 = 0.2 : 1的鉛粉，經(jīng)再次研磨混合均勻，將混合均勻 后的粉末裝入8cm長的鉭管中，管內(nèi)徑8mm，外徑10mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后 封閉鉭管兩端。將密封好的鉭管置于退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，在50(TC保溫15 小時(shí)，再升溫至80(TC保溫50小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國 Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度大 于12000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于8T(30K)的Ba。. 8K。. 2Fe2As2超導(dǎo)塊材。
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實(shí)例13 在氬氣氛手套箱中，將BaAs， KAs， Fe粉，As粉末按照化學(xué)式Ba。.9K。. fe^^所示的 摩爾比，稱量BaAs 4. 478克、KAs 0. 601克，F(xiàn)e 2. 945克，As 1. 976克，充分均勻混合，制得 先驅(qū)粉。再在先驅(qū)粉中添加質(zhì)量比為Pb : Ba^K^F^A^ = 0.5 : l的鉛粉，經(jīng)再次研磨 混合均勻后，將混合均勻后的粉末裝入8cm長的銀管中，管內(nèi)徑5mm，外徑8mm，使粉末在管 中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉銀管兩端。將密封好的銀管置于退火爐中，抽真空后充入高純 氬氣，在50(TC保溫20小時(shí)，再升溫至70(TC保溫100小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性 測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以 得到磁化臨界電流密度大于10000A/cm2 (4. 2K， OT)，不可逆場大于5T (30K)的Ba。. 9K。. ^62八82
超導(dǎo)塊材。
實(shí)例14 在氬氣氛手套箱中，將固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)好的Sr。. 55K。.45Fe2As2稱量10克，研磨均勻， 再添加質(zhì)量比為Pb : Sr。.55K。.45Fe2As2 = 0.4 : 1的鉛粉，經(jīng)再次研磨混合均勻，將添加了 銀的先驅(qū)粉裝入磨具壓制成塊，裝入石英管，將石英管抽真空后密封。將密封好的石英管置 于退火爐中，升溫至85(TC保溫80小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9， 美國Q皿atum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密 度大于15000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于10T(30K)的Sr。. 55K。.45Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例15 在氬氣氛手套箱中，將Sr屑，K塊，F(xiàn)e粉，As粉末按照化學(xué)式Sr。.65K。.35Fe2As2所示 的摩爾比，稱量Sr 1.715克、K 0. 412克，F(xiàn)e 3. 362克，As 4. 511克，充分均勻混合，制得先 驅(qū)粉。再在先驅(qū)粉中添加質(zhì)量比為Pb : Sr。.65K。.35Fe2As2 = 0.25 : l的鉛粉，經(jīng)再次研磨混 合均勻后，將混合均勻后的粉末裝入8cm長的鋯管中，管內(nèi)徑6mm，外徑8mm，使粉末在管中 達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉鋯管兩端。將密封好的鋯管置于退火爐中，抽真空后，在50(TC保 溫10小時(shí)，再升溫至950。C保溫35小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9， 美國Q皿atum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密 度大于15000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于10T(30K)的Sr。. 65K。. 35Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例16 在氬氣氛手套箱中，將Sr屑，K塊，F(xiàn)eAs粉末按照化學(xué)式Sr。. 75K。.25Fe2As2所示的摩 爾比，稱量Sr 1.950克、K 0. 920克，F(xiàn)eAs 7. 760克，充分均勻混合，制得先驅(qū)粉。再在先驅(qū) 粉中添加質(zhì)量比為Pb : Sr。.75K。.25Fe2As2 = 0. 15 : 1的鉛粉，經(jīng)再次研磨混合均勻后，將混 合均勻后的粉末裝入8cm長的鎳管中，管內(nèi)徑7mm，外徑9mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密， 然后封閉鎳管兩端。將密封好的鎳管置于退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，在50(TC保溫 20小時(shí)，再升溫至850。C保溫20小時(shí)。爐冷至室溫后，通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美 國QunatumDesign公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，可以得到磁化臨界電流密度 大于10000A/cm2 (4. 2K， OT)，不可逆場大于5T(30K)的Sr。. 75K。.25Fe2As2超導(dǎo)塊材。
實(shí)例17 將Sr屑、Klfe、Fe粉和As粉，按摩爾比Sr : K : Fe : As = 0. 5 : 0. 5 : 2 : 2，稱 量Sr 1.348克、K 0. 602克，F(xiàn)e 3. 438克，As 4. 612克，放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下球磨5 小時(shí)，將各種原料磨碎并混合均勻。在氬氣保護(hù)的手套箱中，將質(zhì)量比為Ag : Sr。.5K。.5Fe2As2=0.01 : l銀粉添加到先驅(qū)粉中，再次混合均勻。將混合均勻后的粉末裝入10cm長的鐵 管中，管內(nèi)徑5mm，外徑7mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉鐵管兩端。繼而對(duì)這 一裝有混合粉末的鐵管進(jìn)行旋鍛至4mm，然后拉拔至2mm，加工成線材。將加工后的線材置 于真空退火爐中，于室溫下抽真空，然后升溫至50(TC保溫10小時(shí)，再升溫至IIO(TC保溫 5小時(shí)。最后隨爐子冷卻至室溫，通過超導(dǎo)線帶材臨界電流測試系統(tǒng)(日本東北大學(xué)強(qiáng)磁 場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品的臨界電流進(jìn)行測量，可以得到傳輸臨界電流密度大于1000A/ cm2 (4. 2K，0T)，不可逆場大于15T(30K)的Sr。. 5K。. 5Fe2As2超導(dǎo)線材。
實(shí)例18 將Sr屑、K塊、Fe粉和As塊，按摩爾比0. 6 : 0. 4 : 2 : 2，稱量Sr 1. 594克、 K 0. 474克，F(xiàn)e 3. 387克，As 4. 544克，放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下球磨10小時(shí)，使各種 原料磨碎混合均勻，制得先驅(qū)粉。在氬氣保護(hù)的手套箱中，將質(zhì)量比為Ag : Sr。.6K。.4Fe2As2 =0.1: 1的銀粉添加到先驅(qū)粉中，再次混合均勻。將混合均勻后的粉末裝入10cm長的 銅管中，管內(nèi)徑8mm，外徑10mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉鈮管兩端。繼而對(duì) 這一裝有混合粉末的銅管進(jìn)行旋鍛至8mm，然后拉拔至1. 2mm，再經(jīng)冷軋機(jī)按一定道次軋制 成厚度為0. 5mm的帶材。將加工后的帶材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，然后升溫 至50(TC保溫20小時(shí)，再升溫至IOO(TC保溫20小時(shí)。最后隨爐子冷卻至室溫，通過超導(dǎo) 線帶材臨界電流測試系統(tǒng)(日本東北大學(xué)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品的臨界電流進(jìn) 行測量，可以得到傳輸臨界電流密度大于2000A/cm2(4. 2K， 0T)，不可逆場大于10T(30K)的 Sr。.6K。.4Fe2As2超導(dǎo)帶材。
實(shí)例19 將固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)好的Sr。.7K。.3Fe2As2粉放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下球磨2小 時(shí)，將原料研磨均勻，制成先驅(qū)粉。在氬氣保護(hù)的手套箱中，將質(zhì)量比為Ag : Sr。.7K。.3Fe2As2 =0.2 : l銀粉添加到先驅(qū)粉中，再次混合均勻。將混合均勻后的粉末裝入10cm長的銀管 中，管內(nèi)徑6. 5mm，外徑8mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉銀管兩端。將裝入超導(dǎo) 先驅(qū)粉的銀管裝入內(nèi)徑8. 2mm，外徑10mm的鐵管中，兩端壓緊。繼而對(duì)這一鐵銀符合管進(jìn)行 旋鍛至3mm，然后拉拔至lmm，加工成線材。將加工后的線材置于真空退火爐中，抽真空后充 入高純氬氣，升溫至90(TC保溫50小時(shí)。最后隨爐子冷卻至室溫，通過超導(dǎo)線帶材臨界電流 測試系統(tǒng)(日本東北大學(xué)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品的臨界電流進(jìn)行測量，可以得到 傳輸臨界電流密度大于1500A/cm2(4. 2K， 0T)，不可逆場大于15T(30K)的Sr。. 7K。. 3Fe2As2超 導(dǎo)線材。 實(shí)例20 將Sr屑、K塊、Fe粉和As塊，按摩爾比0.6 : 0.4 : 2 : 2，稱量Sr 1.594克、K 0. 474克，F(xiàn)e 3. 387克，As 4. 544克，放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下球磨48小時(shí)，將原料研 磨均勻，制成先驅(qū)粉。在氬氣保護(hù)的手套箱中，將質(zhì)量比為Ag : Sr。.6K。.4Fe2As2 = 0.5 : 1 銀粉添加到先驅(qū)粉中，再次混合均勻。將混合均勻后的粉末裝入10cm長的銀管中，管內(nèi)徑 6.5mm，外徑8mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉銀管兩端。將裝入超導(dǎo)先驅(qū)粉的 銀管裝入內(nèi)徑8. 2mm，外徑10mm的銅管中，兩端壓緊。繼而對(duì)這一銅銀符合管進(jìn)行旋鍛至 3mm，然后拉拔至lmm，再經(jīng)冷軋機(jī)按一定道次軋制成厚度為0. 6mm的帶材。將加工后的帶 材置于真空退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，升溫至50(TC保溫20小時(shí)，再升溫至800°C保溫100小時(shí)。最后隨爐子冷卻至室溫，通過超導(dǎo)線帶材臨界電流測試系統(tǒng)(日本東北大 學(xué)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品的臨界電流進(jìn)行測量，可以得到傳輸臨界電流密度大于 1500A/cm2(4. 2K， 0T)，不可逆場大于15T(30K)的Sr。.6K。. 4Fe2As2超導(dǎo)帶材。
實(shí)例21 將Ba屑、K塊、Fe粉和As粉，按摩爾比Ba : K : Fe : As = 0. 55 : 0. 45 : 2 : 2， 稱量Ba 2. 130克、K 0. 496克，F(xiàn)e 3. 149克，As 4. 225克，放入球磨罐，在氬保護(hù)氣 氛下球磨IO小時(shí)，將各種原料磨碎并混合均勻。在氬氣保護(hù)的手套箱中，將質(zhì)量比為 Pb : Ba。.55K。.45Fe2As2 = 0.01 : 1的鉛粉添加到先驅(qū)粉中，再次混合均勻。將混合均勻后的 粉末裝入10cm長的鈮管中，管內(nèi)徑5mm，外徑7mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉 鈮管兩端。繼而對(duì)這一裝有混合粉末的鈮管進(jìn)行旋鍛至4mm，然后拉拔至2mm，加工成線材。 將加工后的線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，然后升溫至50(TC保溫10小時(shí)，再升 溫至IIO(TC保溫10小時(shí)。最后隨爐子冷卻至室溫，通過超導(dǎo)線帶材臨界電流測試系統(tǒng)(日 本東北大學(xué)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品的臨界電流進(jìn)行測量，可以得到傳輸臨界電流 密度大于1000A/cm2(4. 2K，0T)，不可逆場大于15T(30K)的Ba。. 55K。.45Fe2As2超導(dǎo)線材。
實(shí)例22 將Ba屑、Klfe、Fe粉和Asi央，按摩爾比0. 65 : 0. 35 : 2 : 2，稱量Ba 2. 449克、 K 0. 375克，F(xiàn)e 3. 064克，As 4. Ill克，放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下球磨20小時(shí)，使各種 原料磨碎混合均勻，制得先驅(qū)粉。在氬氣保護(hù)的手套箱中，將質(zhì)量比為Pb : Ba。.65K。.35Fe2As2 =0.05 : 1的鉛粉添加到先驅(qū)粉中，再次混合均勻。將混合均勻后的粉末裝入10cm長的 鉭管中，管內(nèi)徑8mm，外徑10mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉鈮管兩端。繼而對(duì) 這一裝有混合粉末的鉭管進(jìn)行旋鍛至8mm，然后拉拔至1. 2mm，再經(jīng)冷軋機(jī)按一定道次軋制 成厚度為0. 8mm的帶材。將加工后的帶材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，然后升溫 至50(TC保溫20小時(shí)，再升溫至100(TC保溫40小時(shí)。最后隨爐子冷卻至室溫，通過超導(dǎo) 線帶材臨界電流測試系統(tǒng)(日本東北大學(xué)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品的臨界電流進(jìn) 行測量，可以得到傳輸臨界電流密度大于2000A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于10T(30K)的 Ba。.65K。.3sFe2As2超導(dǎo)帶材。
實(shí)例23 將固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)好的Ba。. 75K。. 25Fe2As2粉放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下 球磨5小時(shí)，將原料研磨均勻，制成先驅(qū)粉。在氬氣保護(hù)的手套箱中，將質(zhì)量比為 Pb : Ba。.75K。.25Fe2As2 = 0.2 : 1的鉛粉添加到先驅(qū)粉中，再次混合均勻。將混合均勻后的 粉末裝入10cm長的銀管中，管內(nèi)徑6. 5mm，外徑8mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封 閉銀管兩端。將裝入超導(dǎo)先驅(qū)粉的銀管裝入內(nèi)徑8. 2mm，外徑10mm的銅管中，兩端壓緊。繼 而對(duì)這一銅銀符合管進(jìn)行旋鍛至3mm，然后拉拔至1. 7mm，加工成線材。將加工后的線材置 于真空退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，升溫至90(TC保溫80小時(shí)。最后隨爐子冷卻至室 溫，通過超導(dǎo)線帶材臨界電流測試系統(tǒng)(日本東北大學(xué)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品的 臨界電流進(jìn)行測量，可以得到傳輸臨界電流密度大于1500A/cm2 (4. 2K， OT)，不可逆場大于 15T(30K)的Ba。.75K。.25Fe2As2超導(dǎo)線材。
實(shí)例24 將Ba屑、K塊、Fe粉和As塊，按摩爾比0. 9 : 0. 1 : 2 : 2，稱量Ba 3. 177克、K0. 101克，F(xiàn)e2. 871克，As 3. 852克，放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下球磨72小時(shí)，將原料研磨 均勻，制成先驅(qū)粉。在氬氣保護(hù)的手套箱中，將質(zhì)量比為Pb : Ba。.9K?！笷e2As2二0.5 : l的 鉛粉添加到先驅(qū)粉中，再次混合均勻。將混合均勻后的粉末裝入10cm長的銀管中，管內(nèi)徑 6.5mm，外徑8mm，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉銀管兩端。將裝入超導(dǎo)先驅(qū)粉的 銀管裝入內(nèi)徑8.2mm，外徑10mm的鐵管中，兩端壓緊。繼而對(duì)這一鐵銀符合管進(jìn)行旋鍛至 3mm，然后拉拔至1. 5mm，再經(jīng)冷軋機(jī)按一定道次軋制成厚度為0. 6mm的帶材。將加工后的帶 材置于真空退火爐中，抽真空后充入高純氬氣，升溫至50(TC保溫20小時(shí)，再升溫至800°C 保溫100小時(shí)。最后隨爐子冷卻至室溫，通過超導(dǎo)線帶材臨界電流測試系統(tǒng)(日本東北大 學(xué)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品的臨界電流進(jìn)行測量，可以得到傳輸臨界電流密度大于 1500A/cm2(4. 2K， OT)，不可逆場大于15T(30K)的Ba09K0. 超導(dǎo)帶材。
比較例1 將Sr屑、Klfe、Fe粉和As 土央，按摩爾比0. 6 : 0. 4 : 2 : 2，稱量Sr 1. 5943克、K 0. 4743克，F(xiàn)e 3. 3872克，As 4. 5442克，放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下球磨10小時(shí)，使各種 原料磨碎混合均勻，制得先驅(qū)粉。將質(zhì)量比為Ag : Sr。.6K。.4Fe2As2 = 0.05 : 1的銀粉添加 到先驅(qū)粉中，混合均勻，分別裝入5cm長的內(nèi)徑5mm，外徑8mm的Nd管中。用這種的方法制 備成三根棒材(銀的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為0、5%、20% )。將棒材置于退火爐中，通入流動(dòng)高 純氬氣，然后升溫至50(TC，保溫15小時(shí)，再升溫至85(TC，保溫35小時(shí)。最后隨爐子冷卻 至室溫。分別測量三個(gè)樣品的臨界轉(zhuǎn)變溫度、不可逆場和臨界電流密度。通過綜合物性測 量系統(tǒng)(PPMS-9，美國Qunatum Design公司制造)對(duì)樣品的磁性和電阻進(jìn)行測量，如附圖1 所示，添加Ag的樣品的臨界轉(zhuǎn)變溫度都在35K，轉(zhuǎn)變寬度約為2K。 30K下的不可逆場從3T 提高到15T以上，4. 2K零場下的磁化臨界電流密度從 10000A/ci^提高到20000A/cm2以上。
比較例2 將Sr屑、K塊、Fe粉和As塊，按摩爾比O. 6 : 0. 4 : 2 : 2，稱量Sr 1. 5943克、 K 0. 4743克，F(xiàn)e 3. 3872克，As 4. 5442克，放入球磨罐，在氬保護(hù)氣氛下球磨20小時(shí)，使各 種原料磨碎混合均勻。將質(zhì)量比為Pb : Sr。.6K。.4Fe2As2 = 0.05 : 1的鉛粉添加到先驅(qū)粉 中，混合均勻，然后分別裝入5cm長的內(nèi)徑5mm，外徑8mm的鐵管中。用這種方法制備四根 棒材(鉛的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0、5%、10%、20% )，繼而對(duì)這些裝有混合粉末的鐵管進(jìn)行旋鍛至 8mm，然后拉拔至2mm，加工成線材。將加工后的線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空， 然后升溫至500°C ，保溫15小時(shí)，再升溫至900°C ，保溫40小時(shí)。。最后隨爐子冷卻至室溫， 便制成Sr。.eK。.4Fe2As2超導(dǎo)線材。通過綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS-9，美國Qunatum Design公 司制造)和超導(dǎo)線帶材臨界電流測試系統(tǒng)(日本東北大學(xué)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室自制設(shè)備)對(duì)樣品 的電阻和臨界電流進(jìn)行測量，添加鉛的樣品的臨界轉(zhuǎn)變溫度沒有變化，30K下的不可逆場從 3T提高到12T以上，4. 2K零場下的輸運(yùn)臨界電流密度從500A/cm2提高到3000A/cm2以上。
權(quán)利要求
一種提高鐵基超導(dǎo)體上臨界場和臨界電流密度的方法，其特征是首先將Sr或Ba、K、Fe、As，SrAs或BaAs、FeAs、KAs，按摩爾比A∶K∶Fe∶As＝1-x∶x∶2∶2(A＝Ba或Sr，0≤x≤0.5)稱量，放入球磨罐或研缽，在氬保護(hù)氣氛下，將所述原料磨碎并混合均勻，制成先驅(qū)粉，或?qū)⒒旌暇鶆虻脑衔锝?jīng)500-1000℃燒結(jié)后的熟粉作為先驅(qū)粉；再將適量的Ag粉或Pb粉(質(zhì)量比，Ag或Pb∶A1-xKxFe2As2＝y(tǒng)∶1，0≤y≤0.5，A＝Ba或Sr，0≤x≤0.5)添加到所述的先驅(qū)粉中，再次混合均勻；然后將摻有Ag或Pb的先驅(qū)粉壓制成塊，或填入金屬管、復(fù)合金屬管或合金管中，按照一定的道次加工率進(jìn)行旋鍛、拉拔、軋制、加工得到線材或帶材；最后，將加工成型的塊材或線材或帶材置于真空或氬保護(hù)氣氛中，在500-1100℃的溫度下燒結(jié)0.5-100小時(shí)，得到A1-xKxFe2As2(A＝Ba或Sr，0≤x≤0.5)的塊材或線材或帶材。
2. 如權(quán)利要求所述的提高鐵基超導(dǎo)體上臨界場和臨界電流密度的方法，其特征是如 果以混合均勻的原料物作為先驅(qū)粉，壓制成塊或填入金屬管的過程須在氬保護(hù)氣氛下進(jìn) 行。
3. 如權(quán)利要求所述的提高鐵基超導(dǎo)體上臨界場和臨界電流密度的方法，其特征是所述的Sr或者用SrAs替代，所述的Ba或者用BaAs替代，所述的K或者用KAs替代，所述的 Fe或者用FeAs替代。
全文摘要
一種提高A1-xKxFe2As2(A＝Ba或Sr)超導(dǎo)體上臨界場和臨界電流密度的方法，其特征是，在A1-xKxFe2As2(A＝Ba或Sr)塊材或線帶材的先驅(qū)粉中添加銀粉或鉛粉，混合均勻后，將先驅(qū)粉壓制成塊，或填入金屬管拉拔軋制成線帶材。再將塊材或線帶材在保護(hù)氣氛下，經(jīng)500-1100℃焙燒0.5-100小時(shí)，可以得到A1-xKxFe2As2(A＝Ba或Sr)塊材或線帶材。本發(fā)明有效提高了鐵基超導(dǎo)體的上臨界場和臨界電流密度。
文檔編號(hào)H01B12/02GK101707089SQ200910241919
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者張志宇, 張現(xiàn)平, 王棟樑, 王雷, 馬衍偉, 高召順, 齊彥鵬 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所