CN110867283B - 一种FeSe基超导线材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FeSe基超导线材的制备方法，该方法包括：一、将铁管、铁棒和铁质堵头组装得到装管复合体；二、对装管复合体的两端密封，再依次经旋锻和拉拔得到单芯FeSe基线材；三、将单芯FeSe基线材进行烧结得到FeSe基线材；四、将FeSe基线材进行退火处理得到FeSe基超导线材。本发明采用振动装管法装粉并冷加工成单芯FeSe基线材，后续烧结过程中铁棒扩散到熔融的Se粉中生成致密的FeSe层并形成中心孔洞，提高了晶间连接性，并通过中心孔洞通入氧化性气氛与FeSe基超导相充分接触进行退火，促进了间隙铁的析出，提高了FeSe基超导线材的超导电性，进一步提高了FeSe基超导线材的载流性能。

Description

一种FeSe基超导线材的制备方法
技术领域
本发明属于超导材料技术领域，具体涉及一种FeSe基超导线材的制备方法。
背景技术
自2008年日本Hosono课题组报道了临界温度达到26K的LaO1-xFxFeAs后，Fe基超导材料(IBS)发展迅速。在我国科学家的主导下，越来越多的Fe基超导材料被报道，其临界温度也逐渐提高，目前最高可达到65K，被科学家们公认为能够实现超导机理突破的最具潜力体系。到目前为止，铁基超导材料已经发展出多个体系，按照超导层的不同主要有铁砷基和铁硒基。其中，铁砷基又根据阻隔层的不同可以分为“1111”体系(如LaFeAsOF)，“122”体系(如BaFe2As2)和“111”体系(如LiFeAs)；而铁硒基主要包括“11”体系(如FeSe和Fe(Se,Te))，A22体系(如KxFe2Se2)以及(Li,Fe)OHFeSe等。与铁砷基材料相比，铁硒基材料的优点在于原料无毒性，并且不涉及或较少使用碱金属或碱土金属，原料成本更低。因此，制备出具有实际应用潜力的FeSe基线材是目前该体系铁基超导材料的研究重点。
尽管FeSe基超导材料的本征超导电性优异，即FeSe的Hc2在4.2K的温度条件下可达到50T以上，远高于其它金属基低温超导材料，如Nb3Sn、NbTi和MgB2等。同时，铁基超导材料的临界电流密度Jc较高，如FeTe0.61Se0.39的Jc在低于其临界温度14K时即可达到1×105A/cm2，同时，FeSe基超导材料的载流性能在磁场下的衰减较慢，即使是在20T的磁场条件下，FeSe0.5Te0.5薄膜的Jc也能达到105A/cm2以上，并且其各向异性小，适合于圆线的制备，这些性能保证了FeSe基超导材料实际应用的可能性。但是，由于目前FeSe多晶线带材制备过程中，还无法避免六方相等非超导相在超导相晶界处的形成，导致体系晶间连接性降低；同时，超导相晶格内部的间隙铁的存在也一定程度上的抑制了FeSe的超导电性，因此，需要从这两个角度出发，在提高芯丝内部FeSe超导相含量的同时，引入低氧退火工艺，促进间隙铁的析出，提高体系整体超导电性。
然而，前期研究表明，为了提高超导相含量，避免六方相的生成，需要提高体系的Fe含量，使原料中的Fe与Se的含量比超过1.05。而提高的Fe含量又会导致间隙铁的形成。因此，需要研究一种能够解决上述问题从而提高FeSe基超导线材超导电性的制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种FeSe基超导线材的制备方法。该方法采用振动装管法在铁棒与铁管形成的空隙中装入Se粉并冷加工成单芯FeSe基线材，后续烧结过程中铁棒扩散到熔融的Se粉中生成致密的FeSe层并形成中心孔洞，提高了晶间连接性，并通过中心孔洞通入氧化性气氛与FeSe基线材内部FeSe基超导相充分接触进行退火，促进了间隙铁的析出，提高了FeSe基超导线材的超导电性，进一步提高了FeSe基超导线材的载流性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将铁管、铁棒和铁质堵头依次进行清洗和干燥后放置于氩气保护的手套箱中，然后采用热装配方法进行组装，得到装管复合体；所述组装的具体过程为：采用热装配方法将铁棒的一端与一个铁质堵头实现紧密组装，然后采用热装配方法与铁管组装，使铁管与紧密组装在铁棒一端的铁质堵头实现紧密组装，并保证铁棒与铁管的中心线重合，再采用振动装管法向铁管与铁棒形成的空隙内填装Se粉，并用铁质堵头封堵铁管的上端；所述铁质堵头的内表面开设有与铁棒配合的中心凹槽；所述铁棒与Se粉的摩尔比为0.90～1.10：1；
步骤二、采用氩弧焊对步骤一中得到的装管复合体的两端铁质堵头与铁管之间进行密封，再依次经旋锻和拉拔进行冷加工变形，得到单芯FeSe基线材；
步骤三、将步骤二中得到的单芯FeSe基线材的两端密封后绕制在高纯氧化铝管上，然后放置在真空条件或氩气条件下进行烧结，得到FeSe基线材；所述烧结的温度为600℃～900℃；所述FeSe基线材的内部中心具有中心孔洞；
步骤四、将步骤三中得到的FeSe基线材通过热处理设备的炉管两端的橡胶堵头上开设的第一线孔和第二线孔穿设固定在炉管中，并采用真空硅脂对FeSe基线材与两端的橡胶堵头间的空隙进行密封，然后使FeSe基线材的外部处于氩气气氛中同时FeSe基线材的内部中心处于氧化性气氛中，在温度为300℃～600℃的条件下进行退火处理，得到FeSe基超导线材。
本发明通过设有中心凹槽的都头将铁棒固定在铁管的中心，然后采用振动装管法在铁棒与铁管形成的空隙中装入Se粉并冷加工成单芯FeSe基线材，在后续烧结过程中，单芯FeSe基线材内的中心铁棒扩散进入周围的Se粉中反应生成致密的FeSe基超导相，由于FeSe基超导相在富Fe环境下烧结生成，促进了四方相FeSe的生成，并在原中心铁棒位置处形成中心孔洞，再通过该中心孔洞向FeSe基线材的内部通入氧化性气氛，并同时使FeSe基线材的外部处于氩气气氛条件下进行退火处理，通过氧化性气氛与FeSe基线材内部FeSe基超导相的充分接触，促进了间隙铁的氧化析出，保证了退火效果，进一步提高了FeSe基超导线材的超导电性，保证高FeSe基超导相的同时，获得具有高载流性能的FeSe基超导线材。本发明保证了FeSe基超导线材的高铁含量，有效避免了六方相等非超导相在超导相晶界处的形成，提高了超导相含量，同时有效促进了超导相晶格内部的间隙铁的析出，两者协同，共同作用，大大提高了FeSe基超导线材的超导电性。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铁管、铁棒和铁质堵头的质量纯度均不低于99％，所述Se粉的质量纯度不低于99.5％。上述优选的原料从源头上避免了杂质的引入对FeSe基超导线材的超导电性的不良影响。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铁管的内径与铁棒的直径之比不小于2.38，且所述铁管的壁厚不小于1mm。上述优选的铁管的内径与铁棒的直径之比保证了原料中Fe与Se粉的质量比大于1，提高了Fe含量，从而进一步避免了六方相的生成，提高了FeSe基超导线材中的超导相含量；而优选的铁管的壁厚保证了装管复合体的加工性能。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铁质堵头的内表面的中心凹槽的直径r的负公差不超过-0.1mm，深度d不小于1mm。上述优选的铁质堵头有利于通过热装配的方法进行组装，具体将铁质度堵头加热至200℃以上，使中心凹槽沿直径膨胀，从而实现了铁棒和铁质堵头之间的紧密配合，保证了组装效果。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述采用振动装管法填装Se粉过程中，振动台的振动频率不低于50Hz，所述装管复合体中Se粉的装填密度不小于Se粉理论密度的30％。该优选的振动频率可以保证Se粉的充分振实，并且不出现分层；该优选装填密度可以保证一定的芯丝密度，并避免后续加工过程中竹节状缺陷的出现。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述单芯FeSe基线材的直径为0.8mm～2.0mm。该优选的单芯FeSe基线材有利于后续烧结及退火的顺利进行。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述拉拔的道次加工率为5％～20％。采用冷加工工艺在保证单芯FeSe基线材不出现破损的前提下，进一步提高了芯丝密度；该优选的拉拔道次加工率避免了断线的产生，同时有利于提高芯丝密度，进而提高制备效率。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述烧结的具体过程为：待烧结设备中升温至600℃～900℃后，将单芯FeSe线材放入烧结设备的恒温区中保温10h～48h，然后以5℃/h～30℃/h的速率降温冷却；所述真空条件的真空度不低于10- 3Pa，所述氩气条件采用的氩气质量纯度不低于99％。该优选烧结过程有效保证了超导相四方相FeSe的生成，尽可能的避免非超导相六方相的出现，进一步提高了FeSe基超导线材的超导电性。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述退火处理的具体过程为：首先通过FeSe线材的进气口向FeSe线材内部中心的中心孔洞中持续通入氧化性气氛并从出气口排出，然后通过炉管的进气管向炉管中持续通入氩气并从炉管的出气管排出并持续10min以上，再通过加热体加热进行退火处理；所述氧化性气氛的通入流量为0.1mL/min～1mL/min，氧化性气氛中的氧分压为0.1％～20％；所述氩气的通入流量为20mL/min～2000mL/min，氩气的质量纯度不低于99％；所述退火处理的温度为300℃～600℃，时间为10h～200h。该优选退火处理过程确保了间隙铁的充分析出，同时避免了FeSe超导相由于过分氧化而分解。
上述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述管式炉的炉管的直径不超过100mm，炉管的两端均超出加热体，且超过的长度均不少于30cm。该优选管式炉的炉管的直径保证了炉管中气体流动方向的可控性；而炉管的两端均超出加热体不少于30cm，避免了炉管的进气管处的密封橡胶塞因温度过高产生烧焦、老化等问题，从而提高了炉管的密封性。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用振动装管法在铁棒与铁管形成的空隙中装入Se粉并冷加工成单芯FeSe基线材，利用后续烧结过程中铁棒扩散后形成的孔洞进行氧化性气氛条件下的退火处理，促进了氧化性气氛与FeSe基线材内部FeSe基超导相的充分接触，从而促进了间隙铁的析出，保证了退火效果，进一步提高了FeSe基超导线材的超导电性。
2、本发明保证了FeSe基超导线材的富铁含量，有效避免了六方相等非超导相在超导相晶界处的形成，提高了超导相含量，提高了FeSe基超导线材的超导电性。
3、本发明的工艺简单，工艺流程短且可控性强，重复性好，适于工业化大规模生产。
4、与现有技术中常用的粉末装管法制备FeSe超导线材相比，本发明避免了前驱体粉末的制备，从而简化了工艺步骤，缩短了制备时间，同时避免了价格昂贵且安全性较差的铁粉的使用，有利于本方法的工程化应用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采用的铁质堵头的结构示意图。
图2为本发明采用的热处理设备的结构示意图
图3为本发明实施例1制备的单芯FeSe基线材的横截面图。
图4为本发明实施例1制备的FeSe基线材的横截面图。
附图标记说明
1—炉管； 2—第一橡胶炉堵； 3—第二橡胶炉堵；
4—进气管； 5—出气管； 6-1—第一线孔；
6-2—第二线孔； 7—出气口； 8—进气口；
9—加热体； 10—中心凹槽。
具体实施方式
图1为本发明采用的铁质堵头的结构示意图，从图1可以看出，铁质堵头的表面中心开设有中心凹槽10，所述中心凹槽10的直径为r，深度为d。
图2为本发明采用的热处理设备的结构示意图，从图2可以看出，热处理设备包括炉管1和设置在炉管1管体周围的加热体9，所述炉管1的两端超过均超出加热体9，所述炉管1的两端开口上分别安装有第一橡胶炉堵2和第二橡胶炉堵3，所述第一橡胶炉堵2上设置有进气管4，第二橡胶炉堵3上设置有出气管5，所述第一橡胶炉堵2和第二橡胶炉堵3上分别开设有供FeSe基线材穿设在炉管1中的第一线孔6-1和第二线孔6-2，所述FeSe基线材靠近第二橡胶炉堵3的一端为进气口8，FeSe基线材靠近第一橡胶炉堵2的一端为出气口7。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将外径为12mm、内径为10mm且壁厚为1mm的铁管、直径为4.20mm的铁棒和铁质堵头依次进行清洗和干燥后放置于氩气保护的手套箱中，然后采用热装配方法进行组装，得到装管复合体；所述组装的具体过程为：采用热装配方法将铁棒的一端与一个铁质堵头实现紧密组装，然后采用热装配方法与铁管组装，使铁管与紧密组装在铁棒一端的铁质堵头实现紧密组装，并保证铁棒与铁管的中心线重合，再采用振动装管法向铁管与铁棒形成的空隙内填装Se粉，并用铁质堵头封堵铁管的上端，振动装管的过程中振动台的振动频率为50Hz，装管复合体中Se粉的装填密度为1.60g/cm3，为Se粉理论密度的30％；所述铁管、铁棒和铁质堵头的质量纯度均为99.9％，所述Se粉的质量纯度为99.99％；所述铁质堵头的内表面开设有与铁棒配合的中心凹槽，中心凹槽的直径r为4.15mm，r负公差-0.05mm，深度d为1.5mm；所述铁棒与Se粉的摩尔比为1.00:1；
步骤二、采用氩弧焊对步骤一中得到的装管复合体的两端铁质堵头与铁管之间进行密封，再依次经旋锻和拉拔进行冷加工变形，拉拔的道次加工率为10％，得到直径为1.0mm的单芯FeSe基线材，如图3所示；
步骤三、将步骤二中得到的单芯FeSe基线材的两端密封后绕制在高纯氧化铝管上，然后放置在真空条件下进行烧结，得到内部中心具有中心孔洞的FeSe基线材；所述烧结的具体过程为：待烧结设备中升温至700℃后，将单芯FeSe线材放入烧结设备的恒温区中保温24h，然后以20℃/h的速率降温冷却；所述真空条件的真空度为10-3Pa；
步骤四、将步骤三中得到的FeSe基线材通过热处理设备的炉管1两端的橡胶堵头上开设的第一线孔6-1和第二线孔6-2穿设固定在炉管1中，并采用真空硅脂对FeSe基线材与两端的橡胶堵头间的空隙进行密封，然后通过FeSe线材的进气口8以1mL/min的流量向FeSe线材中通入氧分压为1.0％的氩氧混合气体并从出气口7排出，然后通过炉管的进气管4以200mL/min的流量向炉管1中通入质量纯度为99％的氩气并从炉管的出气管5排出并持续20min，再通过加热体8加热至500℃进行退火处理100h，得到FeSe基超导线材，得到FeSe基超导线材；所述管式炉的炉管1的直径为100mm，炉管1的两端均超出加热体9且超过的长度均为30cm。
图4为本实施例制备的FeSe基线材的横截面图，从图4可以看出，烧结过程中，单芯FeSe基线材内的中心铁棒扩散进入周围的Se粉中反应生成FeSe基超导相(即图4中的FeSe反应层)，从而在原中心铁棒位置处形成中心孔洞。
经检测，本实施例制备的FeSe基超导线材在4.2K自场条件下的临界电流密度为2400A/cm2，是现有技术中粉末装管法制备FeSe超导线材在4.2K自场条件下的临界电流密度的7倍。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将外径为15mm、内径为12mm且壁厚为1.5mm的铁管、直径为4.20mm的铁棒和铁质堵头依次进行清洗和干燥后放置于氩气保护的手套箱中，然后采用热装配方法进行组装，得到装管复合体；所述组装的具体过程为：采用热装配方法将铁棒的一端与一个铁质堵头实现紧密组装，然后采用热装配方法与铁管组装，使铁管与紧密组装在铁棒一端的铁质堵头实现紧密组装，并保证铁棒与铁管的中心线重合，再采用振动装管法向铁管与铁棒形成的空隙内填装Se粉，并用铁质堵头封堵铁管的上端，振动装管的过程中振动台的振动频率为100Hz，装管复合体中Se粉的装填密度为1.70g/cm3，为Se粉理论密度的35.4％；所述铁管、铁棒和铁质堵头的质量纯度均为99％，所述Se粉的质量纯度为99.5％；所述铁质堵头的内表面开设有与铁棒配合的中心凹槽，中心凹槽的直径r为4.10mm，r负公差-0.02mm，深度d为1.,0mm；所述铁棒与Se粉的摩尔比为0.95:1；
步骤二、采用氩弧焊对步骤一中得到的装管复合体的两端铁质堵头与铁管之间进行密封，再依次经旋锻和拉拔进行冷加工变形，拉拔的道次加工率为5％，得到直径为1.5mm的单芯FeSe基线材；
步骤三、将步骤二中得到的单芯FeSe基线材的两端密封后绕制在高纯氧化铝管上，然后放置在氩气条件下进行烧结，得到内部中心具有中心孔洞的FeSe基线材；所述烧结的具体过程为：待烧结设备中升温至900℃后，将单芯FeSe线材放入烧结设备的恒温区中保温10h，然后以30℃/h的速率降温冷却；所述氩气条件采用的氩气质量纯度为99％；
步骤四、将步骤三中得到的FeSe基线材通过热处理设备的炉管1两端的橡胶堵头上开设的第一线孔6-1和第二线孔6-2穿设固定在炉管1中，并采用真空硅脂对FeSe基线材与两端的橡胶堵头间的空隙进行密封，然后通过FeSe线材的进气口8以0.1mL/min的流量向FeSe线材中通入氧分压为10％的氩氧混合气体并从出气口7排出，然后通过炉管的进气管4以20mL/min的流量向炉管1中通入质量纯度为99.9％的氩气并从炉管的出气管5排出并持续10min，再通过加热体8加热至400℃进行退火处理200h，得到FeSe基超导线材，得到FeSe基超导线材；所述管式炉的炉管1的直径为150mm，炉管1的两端均超出加热体9且超过的长度均为45cm。
经检测，本实施例制备的FeSe基超导线材在4.2K自场条件下的临界电流密度为2150A/cm2，是现有技术中粉末装管法制备FeSe超导线材在4.2K自场条件下的临界电流密度的6.3倍。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将外径为8mm、内径为5mm且壁厚为1.5mm的铁管、直径为2.20mm的铁棒和铁质堵头依次进行清洗和干燥后放置于氩气保护的手套箱中，然后采用热装配方法进行组装，得到装管复合体；所述组装的具体过程为：采用热装配方法将铁棒的一端与一个铁质堵头实现紧密组装，然后采用热装配方法与铁管组装，使铁管与紧密组装在铁棒一端的铁质堵头实现紧密组装，并保证铁棒与铁管的中心线重合，再采用振动装管法向铁管与铁棒形成的空隙内填装Se粉，并用铁质堵头封堵铁管的上端，振动装管的过程中振动台的振动频率为50Hz，装管复合体中Se粉的装填密度为1.58g/cm3，为Se粉理论密度的32.9％；所述铁管、铁棒和铁质堵头的质量纯度均为99.9％，所述Se粉的质量纯度为99.99％；所述铁质堵头的内表面开设有与铁棒配合的中心凹槽，中心凹槽的直径r为2.18mm,r负公差-0.02mm，深度d为2.0mm；所述铁棒与Se粉的摩尔比为0.90:1；
步骤二、采用氩弧焊对步骤一中得到的装管复合体的两端铁质堵头与铁管之间进行密封，再依次经旋锻和拉拔进行冷加工变形，拉拔的道次加工率为10％，得到直径为0.8mm的单芯FeSe基线材；
步骤三、将步骤二中得到的单芯FeSe基线材的两端密封后绕制在高纯氧化铝管上，然后放置在真空条件下进行烧结，得到内部中心具有中心孔洞的FeSe基线材；所述烧结的具体过程为：待烧结设备中升温至600℃后，将单芯FeSe线材放入烧结设备的恒温区中保温48h，然后以10℃/h的速率降温冷却；所述真空条件的真空度为2×10-4Pa；
步骤四、将步骤三中得到的FeSe基线材通过热处理设备的炉管1两端的橡胶堵头上开设的第一线孔6-1和第二线孔6-2穿设固定在炉管1中，并采用真空硅脂对FeSe基线材与两端的橡胶堵头间的空隙进行密封，然后通过FeSe线材的进气口8以0.2mL/min的流量向FeSe线材中通入氧分压为20％的氩氧混合气体并从出气口7排出，然后通过炉管的进气管4以2000mL/min的流量向炉管1中通入质量纯度为99.9％的氩气并从炉管的出气管5排出并持续30min，再通过加热体8加热至300℃进行退火处理150h，得到FeSe基超导线材，得到FeSe基超导线材；所述管式炉的炉管1的直径为120mm，炉管1的两端均超出加热体9且超过的长度均为36cm。
经检测，本实施例制备的FeSe基超导线材在4.2K自场条件下的临界电流密度为2020A/cm2，是现有技术中粉末装管法制备FeSe超导线材在4.2K自场条件下的临界电流密度的6倍。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将外径为31mm、内径为26mm且壁厚为2.5mm的铁管、直径为12.0mm的铁棒和铁质堵头依次进行清洗和干燥后放置于氩气保护的手套箱中，然后采用热装配方法进行组装，得到装管复合体；所述组装的具体过程为：采用热装配方法将铁棒的一端与一个铁质堵头实现紧密组装，然后采用热装配方法与铁管组装，使铁管与紧密组装在铁棒一端的铁质堵头实现紧密组装，并保证铁棒与铁管的中心线重合，再采用振动装管法向铁管与铁棒形成的空隙内填装Se粉，并用铁质堵头封堵铁管的上端，振动装管的过程中振动台的振动频率为100Hz，装管复合体中Se粉的装填密度为1.95g/cm3，为Se粉理论密度的40.6％；所述铁管、铁棒和铁质堵头的质量纯度均为99.99％，所述Se粉的质量纯度为99.95％；所述铁质堵头的内表面开设有与铁棒配合的中心凹槽，中心凹槽的直径r为11.92mm，r负公差-0.08mm，深度d为2.5mm；所述铁棒与Se粉的摩尔比为1.10:1；
步骤二、采用氩弧焊对步骤一中得到的装管复合体的两端铁质堵头与铁管之间进行密封，再依次经旋锻和拉拔进行冷加工变形，拉拔的道次加工率为20％，得到直径为2.0mm的单芯FeSe基线材；
步骤三、将步骤二中得到的单芯FeSe基线材的两端密封后绕制在高纯氧化铝管上，然后放置在氩气条件下进行烧结，得到内部中心具有中心孔洞的FeSe基线材；所述烧结的具体过程为：待烧结设备中升温至800℃后，将单芯FeSe线材放入烧结设备的恒温区中保温20h，然后以5℃/h的速率降温冷却；所述氩气条件采用的氩气质量纯度为99.9％；
步骤四、将步骤三中得到的FeSe基线材通过热处理设备的炉管1两端的橡胶堵头上开设的第一线孔6-1和第二线孔6-2穿设固定在炉管1中，并采用真空硅脂对FeSe基线材与两端的橡胶堵头间的空隙进行密封，然后通过FeSe线材的进气口8以0.5mL/min的流量向FeSe线材中通入氧分压为0.1％的氩氧混合气体并从出气口7排出，然后通过炉管的进气管4以600mL/min的流量向炉管1中通入质量纯度为99.9％的氩气并从炉管的出气管5排出并持续20min，再通过加热体8加热至600℃进行退火处理10h，得到FeSe基超导线材，得到FeSe基超导线材；所述管式炉的炉管1的直径为240mm，炉管1的两端均超出加热体9且超过的长度均为40cm。
经检测，本实施例制备的FeSe基超导线材在4.2K自场条件下的临界电流密度为2350A/cm2，是现有技术中粉末装管法制备FeSe超导线材在4.2K自场条件下的临界电流密度的6.9倍。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将铁管、铁棒和铁质堵头依次进行清洗和干燥后放置于氩气保护的手套箱中，然后采用热装配方法进行组装，得到装管复合体；所述组装的具体过程为：采用热装配方法将铁棒的一端与一个铁质堵头实现紧密组装，然后采用热装配方法与铁管组装，使铁管与紧密组装在铁棒一端的铁质堵头实现紧密组装，并保证铁棒与铁管的中心线重合，再采用振动装管法向铁管与铁棒形成的空隙内填装Se粉，并用铁质堵头封堵铁管的上端；所述铁质堵头的内表面开设有与铁棒配合的中心凹槽；所述铁棒与Se粉的摩尔比为0.90~1.10：1；
步骤二、采用氩弧焊对步骤一中得到的装管复合体的两端铁质堵头与铁管之间进行密封，再依次经旋锻和拉拔进行冷加工变形，得到单芯FeSe基线材；
步骤三、将步骤二中得到的单芯FeSe基线材的两端密封后绕制在高纯氧化铝管上，然后放置在真空条件或氩气条件下进行烧结，得到FeSe基线材；所述烧结的温度为600℃~900℃；所述FeSe基线材的内部中心具有中心孔洞；
步骤四、将步骤三中得到的FeSe基线材通过热处理设备的炉管（1）两端的橡胶堵头上开设的第一线孔（6-1）和第二线孔（6-2）穿设固定在炉管（1）中，并采用真空硅脂对FeSe基线材与两端的橡胶堵头间的空隙进行密封，然后使FeSe基线材的外部处于氩气气氛中同时FeSe基线材的内部中心处于氧化性气氛中，在温度为300℃~600℃的条件下进行退火处理，得到FeSe基超导线材。
2.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铁管、铁棒和铁质堵头的质量纯度均不低于99%，所述Se粉的质量纯度不低于99.5%。
3.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铁管的内径与铁棒的直径之比不小于2.38，且所述铁管的壁厚不小于1mm。
4.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铁质堵头的内表面的中心凹槽的直径r的负公差不超过-0.1mm，深度d不小于1mm。
5.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述采用振动装管法填装Se粉过程中，振动台的振动频率不低于50Hz，所述装管复合体中Se粉的装填密度不小于Se粉理论密度的30%。
6.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述单芯FeSe基线材的直径为0.8mm~2.0mm。
7.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述拉拔的道次加工率为5%~20%。
8.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述烧结的具体过程为：待烧结设备升温至600℃~900℃后，将单芯FeSe线材放入烧结设备的恒温区中保温10h~48h，然后以5℃/h~30℃/h的速率降温冷却；所述真空条件的真空度不低于10-3Pa，所述氩气条件采用的氩气质量纯度不低于99%。
9.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述退火处理的具体过程为：首先通过FeSe线材的进气口（8）向FeSe线材内部中心的中心孔洞中持续通入氧化性气氛并从出气口（7）排出，然后通过炉管的进气管（4）向炉管（1）中持续通入氩气并从炉管的出气管（5）排出并持续10min以上，再通过加热体（9）加热进行退火处理；所述氧化性气氛的通入流量为0.1mL/min~1mL/min，氧化性气氛中的氧分压为0.1%~20%；所述氩气的通入流量为20mL/min~2000mL/min，氩气的质量纯度不低于99%；所述退火处理的温度为300℃~600℃，时间为10h~200h。
10.根据权利要求1所述的一种FeSe基超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热处理设备的炉管（1）的直径不超过100mm，炉管（1）的两端均超出加热体（9），且超过的长度均不少于30cm。
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