一种铁基超导材料制备方法技术

本发明专利技术公开一种铁基超导材料制备方法，包括：按照化学式Ae1‑

【技术实现步骤摘要】
一种铁基超导材料制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铁基超导材料制备方法，所述方法为制备高纯度、高均匀性铁基超导材料的方法，属于材料制备


技术介绍

[0002]铁基超导材料具有优异高场性能。然而，由于铁基超导材料中含有易挥发的碱金属元素及砷元素，导致高温烧结过程中易于发生元素缺失。目前国际上广泛采用的名义组分中的元素含量匹配较差，导致最终产物中存在元素偏析、严重偏离目标化学组分、杂相含量高等问题，制约铁基超导材料性能提高。因此，需要开发一种新型铁基超导材料制备工艺，抑制元素偏析及杂相生成，提高铁基超导材料纯度和均匀性。
[0003]传统铁基超导材料制备工艺一般采用K过量而As不过量的名义组分，且并未对铁的含量进行调节(例如：参考文献iScience 25,103992,2022)。按照该名义组分制备的最终产物易出现元素偏析，且含有大量铁砷杂相、铁颗粒、砷化钡、砷化钾等残余第二相，严重制约性能提高。此外，传统工艺一般仅采用一次烧结方法(例如：参考文献Supercond.Sci.Technol.33,065001,2020)，杂相仍存留于样品之中。部分采用热等静压工艺进行二次烧结，压强高达190MPa，最终产品为块材(例如：参考文献Scientific Reports 11,3143,2021)，在如此高的压力环境下，不利于杂相去除，且该工艺严重依赖昂贵高压设备，制备成本居高不下，不利于规模化生产。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术中所存在的问题，本专利技术提供一种铁基超导材料制备方法。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种铁基超导材料制备方法，所述制备方法包括以下工艺步骤：
[0007](1)在惰性气氛中将原材料按照化学式Ae1‑
x
A
x+a
Fe2‑
b
As
2+c
进行配比并混合均匀，获得未反应的生粉，其中Ae为碱土金属元素，A为碱金属，0.15≤x≤0.8，0<c<a≤0.4x，0≤b≤0.1；
[0008](2)在惰性气氛中将步骤(1)中的生粉压制成型；
[0009](3)在压强为10
‑3Pa
‑
0.1MPa的惰性气氛或真空环境中对步骤(2)中压制后的生粉进行高温烧结，制备成块材；
[0010](4)在惰性气氛环境中，将烧结后的块材再次加工成粉末，将粉末置于容器中，粉末装填密度为0.1g/cm3‑
3 g/cm3；
[0011](5)在压强为10
‑3Pa
‑
0.1MPa的惰性气氛或真空环境下，或者在流动的惰性气氛中，对步骤(4)中的粉末进行退火处理。
[0012]进一步地，步骤(1)中，0.15≤x≤0.8，例如x为0.15、0.17、0.19、0.21、0.23、0.25、0.27、0.29、0.3、0.32、0.34、0.36、0.38、0.40、0.42、0.44、0.46、0.48、0.5、0.52、0.54、0.56、0.58、0.6、0.62、0.64、0.66、0.68、0.7、0.72、0.74、0.76、0.78或0.8。0≤b≤0.1，例如
b为0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09或0.1。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中Ae为Ca、Sr或Ba，A为Na、K、Rb或Cs。
[0014]进一步地，所述步骤(1)中提到的原材料分别为：碱土金属单质或化合物，碱金属单质或化合物，铁单质或化合物，砷单质。
[0015]进一步地，所述步骤(1)中0.001≤b≤0.1。
[0016]进一步地，所述步骤(2)中压制所用到的压强为0.1MPa
‑
1 GPa，例如，压制所用到的压强为0.1MPa、10MPa、30MPa、500MPa或1GPa，成型后的样品形状包括圆柱形、长方体或球形。
[0017]进一步地，所述步骤(3)中烧结程序为：以100
‑
1000℃/h的速率(例如，以100℃/h、200℃/h、300℃/h、400℃/h、500℃/h、600℃/h、700℃/h、800℃/h、900℃/h或1000℃/h的速率)升温到400
‑
700℃(例如400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃或700℃)并保温1
‑
12小时，再以100
‑
600℃/h(例如，以100℃/h、150℃/h、200℃/h、250℃/h、300℃/h、350℃/h、400℃/h、450℃/h、500℃/h、550℃/h或600℃/h的速率)的速率升温到800
‑
1200℃(例如800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃)并保温1
‑
100小时。
[0018]进一步地，步骤(4)中，粉末装填密度为0.1g/cm3、0.5g/cm3、1g/cm3、1.5g/cm3、2g/cm3、2.5g/cm3或3g/cm3。
[0019]进一步地，所述步骤(5)中退火温度为40℃
‑
400℃，退火时间为0.01小时
‑
24小时。例如，退火温度为40℃、90℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃或400℃，退火时间为0.01小时、0.5小时、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、20小时或24小时。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021](1)采用优化的化学组分：Ae1‑
x
A
x+a
Fe2‑
b
As
2+c
，限定其中碱金属过量值为a、As元素过量值为c，规定二者符合关系：0<c<a≤0.4x。该名义组分能够补充高温烧结过程中碱金属元素及As元素的损失。限定过量碱金属的含量上限a≤0.4x，防止过多的碱金属杂相或碱金属砷化物杂相残留。由于碱金属A在高温烧结过程中更易挥发损失，因此设定过量As元素的含量c<a，使得过量的碱金属A元素与过量As元素反应，减少对主相中As元素的消耗，从而防止Fe元素偏析，同时抑制砷化钡等杂相生成。适度减少铁元素的含量，减少值为0.001≤b≤0.1，达到消除过量铁的目的。
[0022](2)第一次烧结之后，超导块材中含有超导主相和杂相，其中杂相存在于主相晶粒之间。将第一次烧结后的块材破碎为粉末，暴露超导晶粒间的碱金属、碱土金属或者砷化物杂相；第二次退火采用流动惰性气氛或低压惰性气氛，有利于部分杂相挥发，从而进一步减少砷化物杂相。
[0023](3)本专利技术方法仅在真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基超导材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下工艺步骤：(1)在惰性气氛中将原材料按照化学式Ae1‑
x
A
x+a
Fe2‑
b
As
2+c
进行配比并混合均匀，获得未反应的生粉，其中Ae为碱土金属元素，A为碱金属元素，0.15≤x≤0.8，0<c<a≤0.4x，0≤b≤0.1；(2)在惰性气氛中将步骤(1)中的生粉压制成型；(3)在压强为10
‑3Pa
‑
0.1MPa的惰性气氛或真空环境中对步骤(2)中压制后的生粉进行高温烧结，制备成块材；(4)在惰性气氛环境中，将烧结后的块材再次加工成粉末，将粉末置于容器中，粉末装填密度为0.1g/cm3‑
3g/cm3；(5)在压强为10
‑
3Pa
‑
0.1MPa的惰性气氛或真空环境下，或者在流动的惰性气氛中，对步骤(4)中的粉末进行退火处理。2.根据权利要求1所述的一种铁基超导材料制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中Ae为Ca、Sr或Ba，A为Na、K、Rb或Cs。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：董持衡，马衍伟，涂畅，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：