CN106128631A - 一种硅化铁超导线材及其制备方法 - Google Patents

一种硅化铁超导线材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅化铁超导线材及其制备方法，该超导线由线芯为硅化铁及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成。其制备方法为将硅化铁粉末装入金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体后进行旋锻、孔型轧制、加工成方线到线材；经真空退火，得到本发明的硅化铁超导线材。本发明方法加工性能优良，原料方法简单易得，制备成本低，制备得到的线材具有极优的超导性能，市场前景广泛。

Description

一种硅化铁超导线材及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种硅化铁超导线材及其制备方法，属于超导线材制备及应用领域。
背景技术
超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
根据材料对于磁场的响应：第一类超导体和第二类超导体。从宏观物理性能上看，第一类超导体只存在单一的临界磁场强度；第二类超导体有两个临界磁场强度值，在两个临界值之间，材料允许部分磁场穿透材料。从理论上看，如上文“理论解释”中的GL理论所言，参数κ是划分两类超导体的标准。
在已发现的元素超导体中，第一类超导体占大多数，只有钒、铌、锝属于属于第二类超导体；但很多合金超导体和化合物超导体都属于第二类超导体。
根据临界温度：高温超导体和低温超导体。高温超导体通常指临界温度高于液氮温度的超导体，低温超导体通常指临界温度低于液氮温度的超导体。
根据材料类型：元素超导体（如铅和水银）、合金超导体（如铌钛合金）、氧化物超导体（如钇钡铜氧化物）、有机超导体（如碳纳米管）。
发明内容
本发明所解决的技术问题：
本发明提供一种新型超导材料，该超导线由线芯为硅化铁及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成。本发明方法加工性能优良，原料方法简单易得，制备成本低，制备得到的线材具有极优的超导性能，市场前景广泛。
本发明提供如下技术方案：
一种硅化铁超导线材，由线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，其线芯为硅化铁。
一种硅化铁超导线材的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后的粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.1mm-0.5mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次0.5mm-1mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.01mm-0.05mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以20℃/分钟-30℃/分钟的升温速率将线材加热，在1000℃-1050℃的温度下保温0.5-1个小时；
最后以10℃/分钟-15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
优选的，所述第一步中硅化铁研磨后的粉末过200目筛去除大颗粒固体。
优选的， 所述第二步中将组装的复合体按照每次0.2mm-0.4mm的道次加工率进行旋锻。
优选的，所述第三步中以25℃/分钟-30℃/分钟的升温速率将线材加热，在1010℃-1030℃的温度下保温0.5个小时。
优选的，所述第三步中以15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
硅化铁用作氢的催化氧化、甲烷化催化剂，具体用作焊接助熔剂的脱氧剂、湿度传感器、FeSi2热电偶、热电太阳能电池。硅化铁的熔点为1410℃，熔化时不分解，仍以硅化铁的形式存在于液态合金中，本发明采用硅化铁作为新型超导材料，具有较高的市场推广价值和经济价值。
本发明的有益效果：
1.本发明提供一种新型超导材料，该超导线由线芯为硅化铁及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成。其制备方法为将硅化铁粉末装入金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体后进行旋锻、孔型轧制、加工成方线到线材；经真空退火，得到本发明的硅化铁超导线材。
2.硅化铁的熔点为1410℃，熔化时不分解，仍以硅化铁的形式存在于液态合金中，本发明采用硅化铁作为新型超导材料，具有较高的市场推广价值和经济价值。
具体实施方式：
下面对本发明的实施例做详细的说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例中未注明具体条件的实验方案，通常按照常规条件或者制造商所建议的条件实施。
实施例一
一种硅化铁超导线材的制备方法，该超导线材包括线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后过200目筛，将粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.1mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次0.5mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.01mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以20℃/分钟的升温速率将线材加热，在1000℃的温度下保温0.5个小时；
最后以10℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
实施例二
一种硅化铁超导线材的制备方法，该超导线材包括线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后过200目筛，将粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.5mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次1mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.05mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以30℃/分钟的升温速率将线材加热，在1050℃的温度下保温1个小时；
最后以15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
实施例三
一种硅化铁超导线材的制备方法，该超导线材包括线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后过200目筛，将粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.2mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次0.6mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.02mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以20℃/分钟的升温速率将线材加热，在1000℃的温度下保温1个小时；
最后以15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
实施例四
一种硅化铁超导线材的制备方法，该超导线材包括线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后过200目筛，将粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.4mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次1mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.02mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以30℃/分钟的升温速率将线材加热，在1000℃的温度下保温0.5个小时；
最后以15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
实施例五
一种硅化铁超导线材的制备方法，该超导线材包括线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后过200目筛，将粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.3mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次0.5mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.01mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以25℃/分钟的升温速率将线材加热，在1050℃的温度下保温0.5个小时；
最后以15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
实施例六
一种硅化铁超导线材的制备方法，该超导线材包括线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后过200目筛，将粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.3mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次0.9mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.04mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以25℃/分钟的升温速率将线材加热，在1020℃的温度下保温0.5个小时；
最后15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
实施例七
一种硅化铁超导线材的制备方法，该超导线材包括线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后过200目筛，将粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.3mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次0.7mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.04mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以25℃/分钟升温速率将线材加热，在1040℃的温度下保温0.5个小时；
最后以15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
实施例八
一种硅化铁超导线材的制备方法，该超导线材包括线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后过200目筛，将粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.2mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次0.8mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.05mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以30℃/分钟的升温速率将线材加热，在1010℃的温度下保温0.5个小时；
最后以13℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
上述实施例制备得到的超导线材的超导转变温度不低于39K，其传输临界电流密度达到5.1×104A/cm2(25K，2T)以上。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种硅化铁超导线材，由线芯及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成，其特征在于：
其线芯为硅化铁。
2.一种硅化铁超导线材的制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
第一步：将硅化铁研磨后的粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
第二步：将组装的复合体按照每次0.1mm-0.5mm的道次加工率进行旋锻；
然后进行孔型轧制，按照每次0.5mm-1mm的道次加工率加工成方线；
再将方线按照每次0.01mm-0.05mm的道次加工率加工线材；
第三步：将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-4pa的真空度后充入氩气；
然后以20℃/分钟-30℃/分钟的升温速率将线材加热，在1000℃-1050℃的温度下保温0.5-1个小时；
最后以10℃/分钟-15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
3.根据权利要求2所述的一种硅化铁超导线材的制备方法，其特征在于：
所述第一步中硅化铁研磨后的粉末过200目筛去除大颗粒固体。
4.根据权利要求2所述的一种硅化铁超导线材的制备方法，其特征在于：
所述第二步中将组装的复合体按照每次0.2mm-0.4mm的道次加工率进行旋锻。
5.根据权利要求2所述的一种硅化铁超导线材的制备方法，其特征在于：
所述第三步中以25℃/分钟-30℃/分钟的升温速率将线材加热，在1010℃-1030℃的温度下保温0.5个小时。
6.根据权利要求2所述的一种硅化铁超导线材的制备方法，其特征在于：
所述第三步中以15℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硅化铁超导线材。
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