一种高性能铁基超导带材的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高性能铁基超导带材的制备方法，该方法先制备多芯前躯体线材，随后采用连续在线热轧和水冷淬火的方式对线材进行轧制处理，得到高度织构和致密性良好的多芯前躯体带材，最后对带材进行热处理退火，即获得所需的高性能铁基超导带材。该方法简单，适合于工业化千米级超导长带的制备，有利于大规模的推广应用，尤其在强磁场超导磁体领域有着巨大的商业价值。

A preparation method of high performance iron-based superconducting tape

The invention discloses a preparation method of high-performance iron-based superconductive strip. The method first prepares multi-core front body wire rod, then rolling the wire rod by continuous on-line hot rolling and water-cooling quenching to obtain multi-core front body strip with high texture and good compactness. Finally, the strip is heat treated and annealed to obtain the required high-performance iron-based superconductive strip. This method is simple and suitable for the preparation of industrial long kilometer superconducting tapes, which is conducive to large-scale application, especially in the field of high magnetic field superconducting magnets.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能铁基超导带材的制备方法
本专利技术属于面向强磁场应用的高温超导材料制备方法
，具体涉及一种高性能铁基超导带材的制备方法。
技术介绍
自2008年日本科学家发现了铁基高温超导体以来，已发现的铁基超导体家族包括：RE(O,F)FeAs（1111相，RE=稀土元素）、M1-xKxFe2As2（122相，M=Ba或Sr）、Fe(Se,Te)（11相）、KxFe2-ySe2和(Li1−xFex)OHFeSe等。其中，122相超导体临界转变温度Tc可达到38K、临界电流密度Jc在4.2K、10T下已超过1000A/mm2、上临场磁场Hc2（0K）超过100T、各向异性小（小于2），同时线带材可以采用简单的粉末装管法制备，因此它被认为在下一代在强磁场超导磁体领域有着巨大的应用价值。近年来，由于前躯体粉末、超导芯丝致密度，以及氧化物、FeAs杂质等多方面的显著优化，铁基超导带材在临界电流密度Jc性能方面得到了大幅度提高。目前，实用化的122相铁基超导线带材主要采用先位粉末装管法制备，即ex-situPIT法。具体步骤如下：在Ar气氛保护的手套箱中，将高纯金属Ba（或Sr）块、K块、Fe粉和As粉按比例混合后，密封在金属管中，随后将金属管在高纯Ar气氛保护管式炉中，加热至800~900oC，保温10~40h，生成M1-xKxFe2As2超导体（M=Ba或Sr）；然后将M1-xKxFe2As2超导体与少量Sn粉混合，在高纯Ar气氛下进行球磨，随后将球磨好的Sn掺杂的M1-xKxFe2As2粉末装入Ag金属管中，并通过拉拔加工成Ag/M1-xKxFe2As2单芯线材；然后将多根单芯线材共同装入金属包套管中，并加工成多芯线材；将多芯线材冷轧成多芯带材。最后，将多芯带材在10-100MPa压力下加热至500-800oC，保温0.5~4h；即获得实用化的铁基高温超导带材。与YBCO和Bi-2223等高温超导带材类似，铁基超导体也存在晶粒弱连接现象，因此大角度晶界（大于9度）会急剧地抑制超导材料的晶界输运临界电流密度性能。为了解决这一难题，通常要求将高温超导材料制备成具有一定织构度的超导线带材；例如：YBCO涂层导体带材通过外延生长方式，生成百米级、甚至千米级的准单晶织构外延薄膜；而Bi-2223超导体具有无限层四方相晶体结构，同时各向异性较大（大于7），因此可以通过冷轧的方式，不断地生成轧制织构，并通过后续成相热处理，生成织构度较高的Bi-2223超导带材。研究表明：采用冷轧方式加工带材时，当材料的各向异性越小时，所产生的织构度也越小。另一方面，对于常规粉末装管法制备的超导线带材，通常存在孔洞、致密度低、晶粒连接性差等缺点。为了提高超导体的晶粒连接性，Bi-2223超导带材采用高温、高压的方式，进行成相热处理，获得致密度接近100%的高性能Bi-2223超导带材。类似地，对于MgB2超导线带材，采用热压烧结的方式可以将其高场下临界电流密度达50%以上。显然，通过热压烧结方式提高铁基超导带材的致密度和晶粒连接性，是改善其临界电流密度性能的重要手段。综上所述，如何提高晶粒织构度和晶粒连接性是影响实用化铁基超导线带材临界电流密度性能的关键，而临界电流密度性能是决定实用化超导材料能否应用的最重要因素。但是对于铁基超导材料，由于它的各向异性较小，很难通过冷加工轧制的方式生成织构，因此提高它的织构度，从而进一步它的临界电流密度是目前高性能铁基超导带材制备的工艺难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于连续热轧的加工和热处理工艺，不仅可以大幅度提高铁基超导带材的织构度，还能实现热压烧结的效果，这种工艺方法既降低铁基超导带材的工艺复杂性，同时现状提高了其临界电流密度性能，是一种简单可靠、易于推广的高性能铁基超导带材的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高性能铁基超导带材的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制作多芯前躯体线材：将122相超导体粉末和掺杂剂混合后装入Ag管，并通过拉拔加工成单芯线材；将该单芯线材切断成相同长度的m段，将获得的m根单芯线捆成一束后装入金属包套管中，并通过圆模或辊模拉拔、轧制等冷加工方式，将其加工成多芯线材，即获得铁基超导多芯前躯体线材；步骤2：连续热轧和淬火：将步骤1中获得的多芯铁基超导前躯体线材，采用在线热轧冷却装置，经过多道次连续在线热轧和水冷淬火后，获得铁基超导多芯前躯体带材；步骤3：热处理退火：将步骤2中获得的多芯铁基超导前躯体带材，在Ar气氛保护下加热至500~900oC，保温10~100h，随炉冷却，即获得高性能的多芯铁基超导带材。所述在线热轧冷却装置包括依序设置的放线轮、Ar气氛保护的管式加热炉、精密带材双辊轧机、水冷淬火槽和收线轮。步骤1中所述的122相超导体为Ba0.6K0.4Fe2As2、Sr0.6K0.4Fe2As2或Ca0.6Na0.4Fe2As2；所述掺杂剂为Sn粉，掺杂量为122相超导体粉末重量的5~10wt.%。步骤1中所述的金属包套管为耐高温、抗氧化、导电导热性能良好的金属管，例如金属管为不锈钢管、铁管、Ni管或蒙乃尔管；装入金属包套管中的单芯线数量m=19、37、61或85。步骤1最终获得的铁基超导多芯前躯体线材的直径为φ1.0~3.0mm。步骤2中热轧过程中，带材的最高温度为550~950oC，每道次的加工率（即：截面缩减率）为10~50%。步骤2最终获得的多芯铁基超导前躯体带材厚度为0.2~0.5mm。本专利技术采用以上技术，具有以下有益效果：利用本专利技术所制备的铁基超导带材织构度高、晶粒连接性好，因此所制备的超导带材临界电流密度高，相比于普通热压烧结的带材载流性能提高了20-30%以上。同时，由于该方法不需要采用后续的热压烧结工艺，简单可行，显著降低了铁基超导带材的制备工艺复杂度和热处理成本，因此适合于高性能铁基超导长带的制备，有利于大规模的推广应用，有着巨大的商业价值。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明；图1为在线热轧冷却装置的示意图。具体实施方式本专利技术一种高性能铁基超导带材的制备方法，其包括以下步骤：步骤1：制作多芯前躯体线材：将122相超导体粉末和掺杂剂混合后装入Ag管，并通过拉拔加工成单芯线材；将该单芯线材切断成相同长度的m段，将获得的m根单芯线捆成一束后装入金属包套管中，并通过圆模或辊模拉拔、轧制等冷加工方式，将其加工成多芯线材，即获得铁基超导多芯前躯体线材；步骤2：连续热轧和淬火：将步骤1中获得的多芯铁基超导前躯体线材，采用在线热轧冷却装置，经过多道次连续在线热轧和水冷淬火后，获得铁基超导多芯前躯体带材；步骤3：热处理退火：将步骤2中获得的多芯铁基超导前躯体带材，在Ar气氛保护下加热至500~900oC，保温10~100h，随炉冷却，即获得高性能的多芯铁基超导带材。所述在线热轧冷却装置包括依序设置的放线轮、Ar气氛保护的管式加热炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能铁基超导带材的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：/n步骤1：制作多芯前躯体线材：将122相超导体粉末和掺杂剂混合后装入Ag管，并通过拉拔加工成单芯线材；将该单芯线材切断成相同长度的m段，将获得的m根单芯线捆成一束后装入金属包套管中，并通过圆模或辊模拉拔、轧制，将其加工成多芯线材，即获得铁基超导多芯前躯体线材；/n步骤2：连续热轧和淬火：将步骤1中获得的多芯铁基超导前躯体线材，采用在线热轧冷却装置，经过多道次连续在线热轧和水冷淬火后，获得铁基超导多芯前躯体带材；/n步骤3：热处理退火：将步骤2中获得的多芯铁基超导前躯体带材，在Ar气氛保护下加热至500 ~ 900

【技术特征摘要】
1.一种高性能铁基超导带材的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1：制作多芯前躯体线材：将122相超导体粉末和掺杂剂混合后装入Ag管，并通过拉拔加工成单芯线材；将该单芯线材切断成相同长度的m段，将获得的m根单芯线捆成一束后装入金属包套管中，并通过圆模或辊模拉拔、轧制，将其加工成多芯线材，即获得铁基超导多芯前躯体线材；
步骤2：连续热轧和淬火：将步骤1中获得的多芯铁基超导前躯体线材，采用在线热轧冷却装置，经过多道次连续在线热轧和水冷淬火后，获得铁基超导多芯前躯体带材；
步骤3：热处理退火：将步骤2中获得的多芯铁基超导前躯体带材，在Ar气氛保护下加热至500~900oC，保温10~100h，随炉冷却，即获得高性能的多芯铁基超导带材。


2.根据权利要求1所述的一种高性能铁基超导带材的制备方法，其特征在于：所述在线热轧冷却装置包括依序设置的放线轮、Ar气氛保护的管式加热炉、精密带材双辊轧机、水冷淬火槽和收线轮。


3.根据权利要求1所述的一种高性能铁基超导带材的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘熙锋，许涛，赵勇，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35