一種高密度Fe(Se,Te)超導(dǎo)材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2008年，日本Hosono課題組發(fā)現(xiàn)了具有26K臨界溫度的LaCVxFxFeAs鐵基高溫超導(dǎo)材料，隨后Fe基高溫超導(dǎo)材料(FHTS)發(fā)展迅速。目前，按阻隔層不同可分為四個(gè)主要體系，分別是“1111”體系(如 LaFeAsOF)，“ 122”體系(如 BaFe2As2)，“ 111”體系(如 LiFeAs)和“11”體系(如FeSe)。與高溫銅氧化物超導(dǎo)體(CHTS)類似，F(xiàn)HTS的晶體結(jié)構(gòu)都為層狀結(jié)構(gòu)，由-FeAs-層(或-FeSe-層)作為超導(dǎo)層。
[0003]FHTS迅速發(fā)展的主要原因有，首先，一般認(rèn)為Fe的磁性對(duì)常規(guī)超導(dǎo)體中的電子配對(duì)有破壞作用，故在FHTS中，磁性和超導(dǎo)性的共存為探索高溫超導(dǎo)機(jī)制提供了新途徑；其次，F(xiàn)HTS具有較高的超導(dǎo)性能，并且各向異性弱，適合實(shí)際應(yīng)用的需要，而且FHTS的上臨界磁場(chǎng)(Hc2)遠(yuǎn)高于金屬基低溫超導(dǎo)材料，如Nb3SruNbTi和MgB2等，一般FHTS在4.2K左右時(shí)Hc2可達(dá)到50T以上，是Nb 3Sn(Hc2^ 30T)的兩倍左右，而Sr 0.6K0.4Fe2As2^ He 2更是達(dá)到了140T左右，同時(shí)FHTS的載流性能在磁場(chǎng)下的衰減較慢，即使是在20T的磁場(chǎng)條件下，許多FHTS的臨界電流密度(Jc)也能達(dá)到105A/cm_2以上；此外，F(xiàn)HTS的Jc較高，如SmFeAsOF單晶在 5K 的 Jc 為 2X 16AZcnT^Baa6Kci 4Fe2A2單晶在 4.2K 時(shí) Jc 為 4X 10 VcnT2，F(xiàn)eTea61Sea39的Jc在低于其臨界溫度14K時(shí)即可達(dá)到I X 105A/cm_2，這些性能保證了 FHTS實(shí)際應(yīng)用的可能性。在眾多FHTS中，盡管FeSe基超導(dǎo)材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度較低，但是在液氦溫度下，其臨界電流密度可以達(dá)到應(yīng)用的要求，并且，其原料無(wú)貴金屬，無(wú)毒性，儲(chǔ)備豐富，使其在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中具有更大的優(yōu)勢(shì)。因此，制備出具有實(shí)際應(yīng)用潛力的FeSe基帶材是目前該體系鐵基超導(dǎo)材料的研宄重點(diǎn)。在FeSe基超導(dǎo)材料中性能更好的Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料是我們關(guān)注的重點(diǎn)，相對(duì)于FeSe超導(dǎo)材料來(lái)說(shuō)，F(xiàn)e (Se，Te)超導(dǎo)材料的臨界溫度更高(15K)，臨界電流密度更大，因此制備出性能良好的Fe (Se，Te)超導(dǎo)材料帶材對(duì)鐵基超導(dǎo)的實(shí)用化至關(guān)重要。
[0004]而現(xiàn)有技術(shù)在Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料制備過(guò)程中存在的最主要冋題是:由于Fe (Se，Te)具有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一種是六方相，其中，F(xiàn)e: (Se, Te)比例略低于1:1，由于結(jié)構(gòu)的限制六方相Fe (Se，Te)不具備超導(dǎo)性能；另一種是四方相，這種結(jié)構(gòu)中-Fe(Se，Te)-呈片層狀分布，即成為了與-FeAs-和-CuO-相似的超導(dǎo)層結(jié)構(gòu)，因此，在14K左右發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。在材料的燒結(jié)過(guò)程中，這兩種結(jié)構(gòu)之間具有相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。目前，采用傳統(tǒng)燒結(jié)方法，或通過(guò)對(duì)前驅(qū)體粉末進(jìn)行普通球磨后再燒結(jié)的方法僅能通過(guò)提高燒結(jié)溫度和延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間的手段獲得超導(dǎo)相含量的提高，燒結(jié)效率差，這一方法不僅消耗大量的能源，而且最佳四方相含量也僅能達(dá)到80%以下，并且所獲得樣品的密度極低，低的芯絲密度對(duì)超導(dǎo)線材的制備帶來(lái)很大負(fù)面影響，這種情況下，超導(dǎo)相很難達(dá)到聯(lián)通，材料的載流性能較低，因此現(xiàn)有技術(shù)中亟需開(kāi)發(fā)新型的Fe (Se，Te)超導(dǎo)材料制備方法，對(duì)后續(xù)高性能Fe (Se，Te)超導(dǎo)線材以及Fe基超導(dǎo)材料超導(dǎo)機(jī)理的探索都具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，該方法消除了燒結(jié)處理時(shí)擴(kuò)散過(guò)程對(duì)反應(yīng)速率的限制，避免了砸粉熔化后導(dǎo)致的孔洞，得到具有高超導(dǎo)相含量和高密度的Fe (Se，Te)超導(dǎo)材料，具有能耗小，工藝流程短，可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高密度Fe (Se，Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟一、在充滿惰性氣體的手套箱中，將混合粉體置于真空球磨罐中，然后將真空球磨罐密封后取出；所述混合粉體由摩爾比為(0.9?1.4):X: (1-X)的鐵粉、砸粉和碲粉混合而成，所述X = 0.2?0.8 ;
[0008]步驟二、將步驟一中裝有混合粉體的真空球磨罐置于高能球磨機(jī)中進(jìn)行高能球磨處理，具體過(guò)程為:
[0009]步驟201、在高能球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速不低于1500r/min的條件下將混合粉體高能球磨處理5min?30min，然后將真空球磨罐取出后浸泡于液氮中冷卻；所述高能球磨處理的過(guò)程中混合粉體的溫度不高于60°C，所述高能球磨處理的球料比為1: (I?20);
[0010]步驟202、重復(fù)步驟201，直至將混合粉體累計(jì)高能球磨處理0.5h?12h ；
[0011]步驟三、在充滿惰性氣體的手套箱中，將步驟二中經(jīng)高能球磨處理后的混合粉體從真空球磨罐中取出放入不銹鋼模具中，將不銹鋼模具密封后從手套箱中取出，然后將不銹鋼模具置于壓片機(jī)上，在壓片機(jī)的壓力為5MPa?1MPa的條件下將經(jīng)高能球磨處理后的混合粉體壓制處理2min?30min，得到Fe (Se, Te)還體；
[0012]步驟四、在充滿惰性氣體的手套箱中，將步驟三中所述Fe (Se，Te)坯體從不銹鋼模具中取出置于石英管中，將石英管密封后從手套箱中取出，然后將石英管置于燒結(jié)爐中，在燒結(jié)爐的溫度為500°C?700°C條件下對(duì)Fe (Se, Te)還體燒結(jié)處理8h?25h，再以不高于300C /h的降溫速率降至室溫，得到Fe (Se，Te)超導(dǎo)材料；所述Fe (Se，Te)超導(dǎo)材料的密度不低于5.02g/cm3，所述燒結(jié)處理在真空或氬氣氣氛中進(jìn)行。
[0013]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述鐵粉為還原鐵粉，所述鐵粉的質(zhì)量純度不低于99%，所述砸粉的質(zhì)量純度不低于99%，所述碲粉的質(zhì)量純度不低于99%。
[0014]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述鐵粉、砸粉和碲粉的摩爾比為(1.0?1.2):x: (1-χ)，所述X = 0.4?0.6。
[0015]上述的一種高密度Fe (Se，Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，所述鐵粉、砸粉和碲粉的摩爾比為1.1:0.5:0.5。
[0016]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，步驟201中所述高能球磨處理的球料比為1: (3?6)，步驟202中累計(jì)高能球磨處理的時(shí)間為2h?6h。
[0017]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，所述高能球磨處理的球料比為1: 6，累計(jì)高能球磨處理的時(shí)間為4h。
[0018]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，步驟三中所述壓制處理的壓力為8MPa?lOMPa，壓制處理的時(shí)間為5min?20min。
[0019]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，所述壓制處理的壓力為lOMPa，壓制處理的時(shí)間為lOmin。
[0020]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，步驟四中所述燒結(jié)處理的溫度為600°C?700°C，燒結(jié)處理的時(shí)間為1h?24h。
[0021]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)處理的溫度為650°C，燒結(jié)處理的時(shí)間為15h。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1、本發(fā)明采用高能球磨輔助燒結(jié)的工藝過(guò)程制備得到高密度的Fe (Se，Te)超導(dǎo)材料，其中，通過(guò)調(diào)控混合粉體中鐵粉、