CN102354572B - 一种银掺杂铁基超导体的制备方法 - Google Patents

一种银掺杂铁基超导体的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种银掺杂铁基超导体的制备方法，属于铁基超导材料技术领域。包括以下步骤：在氩气保护下，将稀土和As粉末封装在石英管内热处理制备LnAs粉；在氩气保护手套箱内，将LnAs和Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩尔比3∶(1+x)∶(1-x)∶(1.1～1.5)x配比(0＜x＜0.6)，加入银单质，研磨压制成片状；在高真空下退火：0到600℃升温速率1～5℃/min；600℃到900℃升温速率1～3℃/min；900℃保温5～15小时，900℃到(1100℃～1200℃)升温速率1～3℃/min；1100℃～1200℃保温20～30小时；炉冷至室温。通过加入银单质，提高铁基超导体的电磁性能和实用性。

Description

一种银掺杂铁基超导体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能铁基超导体的制备方法，尤其涉及一种银掺杂LnO1-xFxFeAs(Ln＝La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu等)铁基超导体的方法，属于铁基超导材料技术领域。
背景技术
铁基超导体自发现以来，因其优异的性能受到人们广泛的关注。同传统的低温超导体Nb3Sn和高温YBCO涂层超导材料及Bi系超导线带材相比，铁基超导体具较高的使用温度(40K～55K)；在该温度区间以及高磁场(＞3T)条件下，其超导性能已经达到甚至超过现已使用的传统低温超导材料。而且掺杂银单质可以改善铁基超导体内部晶粒间的弱链接，提高其临界电流密度。
Nb3Sn需要使用液氦实现较低的温度环境，运行费用高昂，而铁基超导体的转变温度相对较高，通过制冷机即可创造适宜的环境，运行费用相对低廉；传统的铜氧化合物高温超导体由于制备过程复杂，成本居高不下，而铁基超导体的制备过程简单，成本相对较低。因此，铁基超导体较传统NbTi、Nb3Sn超导体、Bi2212和氧化物高温超导体YBCO具有很好的性价比。
然而铁基超导体属于陶瓷结构，有很大的脆性，烧制成成品后很难锻造、拉拔成所需的形状。鉴于以上情况，需要开发出易成型又可以制备出高质量铁基超导体线带材的新方法。
发明内容
本发明的目的是通过在铁基超导体中加入高纯的银单质，提高铁基超导体的电磁性能，增强铁基超导体的实用性。
本发明所使用的初始原料：银粉、稀土元素(镧La、锶Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu等)、砷粉(As)、铁粉(Fe)、氧化铁粉末(Fe2O3)、FeF3粉。本发明所提供的短时间固相烧结技术制备银掺杂的LnO1-xFxFeAs(Ln＝La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu，0＜x＜0.6)铁基超导体的方法，主要包括以下步骤：
(1)初始粉末LnAs的制备：
在氩气保护气氛下，将需要的稀土粉末(Ln)和As粉按摩尔比1∶(1～1.1)的比例进行称量，充分混合；将混合均匀的原料封装在高真空10-4～10-6Pa的石英管内，然后进行热处理，热处理过程依次为：从室温到400℃，升温速率为1～5℃/min；从400℃到600℃升温速率为1～5℃/min；600℃保温3～10小时；从600℃到900℃升温速率为1～5℃/min；900℃保温10～25小时；最后炉冷至室温。
(2)银掺杂的铁基超导体LnO1-xFxFeAs(Ln＝La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu等)的制备：
在氩气保护的手套箱内，将第一步中制备好的初始粉末LnAs和Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩尔比3∶(1+x)∶(1-x)∶(1.1～1.5)x进行配比(0＜x＜0.6)，同时加入银单质，银的质量为初始粉末LnAs、Fe粉、Fe2O3粉和FeF3粉总质量的1％～10％的；将其充分研磨，压制成片状；然后将其在高真空10-4～10-6Pa环境下进行退火处理，其中热处理过程依次为：首先从0到600℃，升温速率为1～5℃/min；从600℃到900℃，升温速率为1～3℃/min；然后在900℃保温5～15小时；从900℃到(1100℃～1200℃)，升温速率为1～3℃/min；最后在1100℃～1200℃保温20～30小时；炉冷至室温。最终制备出LnO1-xFxFeAs超导体。
本发明利用一种短时间固相烧结技术制备出铁基超导体，本发明技术关键在于先制备出初始粉末，使得在制备铁基超导体时原料可以充分参与反应，减少杂质相的生成，提高样品的纯度，缩短二次热处理的保温时间。同时本发明在对铁基超导体进行配比时，通过加入过量的F元素，以便在热处理过程中在较短的时间内F元素可以融入样品内部，得到所需要的铁基超导体产品的超导相，从而缩短热处理过程中的保温时间。
附图说明
图1未掺杂和实施例1掺杂分别为5％与10％Ag的SmO0.7F0.3FeAs样品的
XRD图像；
图2未掺杂和实施例1掺杂分别为5％与10％Ag的SmO0.7F0.3FeAs样品的
SEM图像；
其中a为未掺杂，b为5％Ag掺杂，c为10％Ag掺杂；
图3未掺杂和实施例1掺杂分别为5％与10％Ag的SmO0.7F0.3FeAs样品的电阻同温度的关系。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：5％Ag掺杂的SmO0.7F0.3FeAs超导体的制备
步骤一：初始粉末的制备
将Sm粉与As粉按照摩尔比1∶1.03进行称量并在Ar保护气氛下混和。将混合好的Sm粉与As粉封装在石英管中进行烧结，真空度为10-6Pa，热处理过程依次为：室温～400℃，升温速率为5℃/min；400℃～600℃，升温速率为1℃/min；600℃保温5小时；600℃～900℃升温速率为1℃/min；900℃保温10小时；最后炉冷至室温。
步骤二：5％银掺杂的SmO0.7F0.3FeAs超导体的制备
在高纯氩气保护的手套箱内，将SmAs粉、Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按比例30∶13∶7∶3.6配比，加入5％的银单质；然后充分研磨；通过液压机压成片状，使用压力为15Mpa，时间为1分钟；封装在高真空石英管中，真空度为10-6Pa；进行热处理。热处理过程依次为：0-600℃，升温速率为5℃/min；600℃-900℃，升温速率为1℃/min，然后在900℃保温5小时；900℃-1150℃，升温速率为1℃/min；在1150℃下保温20小时；最后炉冷至室温。最终制备出银掺杂的SmO0.7F0.3FeAs超导体。
加入10％的银单质，其步骤完全同上，得到10％银掺杂的SmO0.7F0.3FeAs超导体。
从图1XRD图像可以看出利用本发明实施例制备的SmO0.7F0.3FeAs样品仅含有少量的SmAs、As2O3和SmFO杂质。其样品的SEM图像见图2，从图3样品的电阻同温度的关系可知其临界转变温度的起始点为53.8K，零电阻的温度为48K，此方法制备出的样品具有SmO0.7F0.3FeAs体系中较高的临界转变温度，其窄的转变宽度表明样品具有较高的纯度。
实施例2：5％Ag掺杂的CeO0.8F0.2FeAs超导体的制备
步骤一：初始粉末的制备
将Ce粉与As粉按照摩尔比1∶1进行称量并在Ar保护气氛下混和。将混合好的Ce粉与As粉封装在高真空石英管中进行烧结，石英管真空度为10-4Pa，热处理过程依次为：室温-400℃，升温速率为5℃/min；400℃-600℃，升温速率为5℃/min；600℃保温10小时；600℃-900℃升温速率为5℃/min；900℃保温20小时；最后炉冷至室温。
步骤二：5％Ag银掺杂的CeO0.8F0.2FeAs超导体的制备
在高纯氩气保护的手套箱内，将CeAs粉、Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按比例30∶12∶8∶2.4配比，并加入5％的银粉，然后充分研磨；通过液压机压成片状，使用压力为15Mpa，时间为1分钟；封装在高真空石英管中，真空度为10-4Pa；进行热处理。热处理过程依次为：0-600℃，升温速率为5℃/min；600℃-900℃，升温速率为3℃/min，然后在900℃保温5小时；900℃-1100℃，升温速率为3℃/min；在1100℃下保温20小时；最后炉冷至室温。制备出CeO0.8F0.2FeAs超导体。
实施例3：10％Ag掺杂的NdO0.7F0.3FeAs超导体的制备
步骤一：初始粉末的制备
将Nd粉与As粉按照摩尔比1∶1.1进行称量并在Ar保护气氛下混和；将混合好的Nd粉与As粉封装在高真空石英管中进行热处理，石英管真空度为10-5Pa。热处理过程依次为：室温-400℃，升温速率为5℃/min；400℃-600℃，升温速率为3℃/min；600℃保温5小时；600℃-900℃升温速率为3℃/min；900℃保温20小时；最后炉冷至室温。
步骤二：10％Ag掺杂的NdO0.7F0.3FeAs超导体的制备
在高纯氩气保护的手套箱内，将NdAs粉、Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按比例30∶13∶7∶3.9配比，并加入10％的银粉，然后充分研磨；通过液压机压成片状，使用压力为10Mpa，时间为1分钟；封装在钽管内，在真空退火炉中进行退火处理。热处理过程依次为：0-600℃，升温速率为5℃/min；600℃-900℃，升温速率为2℃/min，然后在900℃保温10小时；900℃-1200℃，升温速率为2℃/min；在1200℃下保温20小时；最后炉冷至室温。制备出NdO0.7F0.3FeAs超导体。

Claims (1)

1.一种银掺杂铁基超导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)初始粉末LnAs的制备：
在氩气保护气氛下，将需要的稀土粉末Ln和As粉按摩尔比1:(1～1.1)的比例进行称量，充分混合；将混合均匀的原料封装在高真空10-4～10-6Pa的石英管内，然后进行热处理，热处理过程依次为：从室温到400℃，升温速率为1～5℃/min；从400℃到600℃升温速率为1～5℃/min；600℃保温3～10小时；从600℃到900℃升温速率为1～5℃/min；900℃保温10～25小时；最后炉冷至室温；
(2)银掺杂的铁基超导体LnO1-xFxFeAs的制备：
在氩气保护的手套箱内，将第一步中制备好的初始粉末LnAs和Fe粉、Fe2O3粉、FeF3粉按摩尔比3:(1+x):(1-x):(1.1～1.5)x进行配比，0<x<0.6，同时加入银单质，银的质量为初始粉末LnAs、Fe粉、Fe2O3粉和FeF3粉总质量的1%～10%的；将其充分研磨，压制成片状；然后将其在高真空10-4～10-6Pa环境下进行退火处理，其中热处理过程依次为：首先从0到600℃，升温速率为1～5℃/min；从600℃到900℃，升温速率为1～3℃/min；然后在900℃保温5～15小时；从900℃到1100℃～1200℃，升温速率为1～3℃/min；最后在1100℃～1200℃保温20～30小时；炉冷至室温，最终制备出LnO1-xFxFeAs超导体。
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