CN113860872A - 一种122型铁基超导体及其制备方法 - Google Patents

一种122型铁基超导体及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113860872A
CN113860872A CN202111113384.4A CN202111113384A CN113860872A CN 113860872 A CN113860872 A CN 113860872A CN 202111113384 A CN202111113384 A CN 202111113384A CN 113860872 A CN113860872 A CN 113860872A
Authority
CN
China
Prior art keywords
iron
ball milling
elementary
sintering
arsenic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111113384.4A
Other languages
English (en)
Inventor
涂畅
董持衡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electrical Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electrical Engineering of CAS filed Critical Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority to CN202111113384.4A priority Critical patent/CN113860872A/zh
Publication of CN113860872A publication Critical patent/CN113860872A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62675—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering characterised by the treatment temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0036—Details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/405—Iron group metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment

Abstract

本发明属于超导体技术领域，提供了一种122型铁基超导体及其制备方法。本发明提供的制备方法，所述122型铁基超导体为Ba0.6K0.4Fe2As2，包括以下步骤：将铁单质和第一砷单质混合，依次进行第一球磨和第一烧结，得到Fe2As胚体；将所述Fe2As胚体、钡单质、钾单质和第二砷单质混合，依次进行第二球磨、压制和第二烧结，得到Ba0.6K0.4Fe2As2。本发明在形成Ba0.6K0.4Fe2As2主相前将熔点高、化学活性不高的铁元素与一组分元素砷成化学键，形成预反应的Fe2As中间产物，从而细化铁颗粒，纯化铁组分，并使其在最终的超导体中的分布均匀性大幅提高，进一步提高铁基超导线带材的实用性能。

Description

一种122型铁基超导体及其制备方法
技术领域
本发明涉及超导体技术领域，尤其涉及一种122型铁基超导体及其制备方法。
背景技术
BaK122型铁基超导体Ba0.6K0.4Fe2As2是一种新型的具有较高实用化潜力的超导体，具有转变温度高、上临界场高和各向异性小的优点。近年来超导线带材迅速发展，对其大规模实用化的需求日益增长。但是，目前BaK122型铁基超导体的制备方法仅通过对原料进行球磨混合后便开始烧结，这种方式制备出的BaK122型铁基超导体中会存在铁元素反应不充分、分布不均匀的现象，不参与成相的铁元素会导致主相不完整、超导相比例降低的问题，进而导致BaK122超导体的超导电流传输性能、电流分布均匀性变差，这对实际应用要求的均一性、高效性相悖，产生了潜在的危害性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种122型铁基超导体及其制备方法，利用本发明提供的制备方法得到122型铁基超导体铁元素反应充分、分布均匀。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种122型铁基超导体的制备方法，所述122型铁基超导体的化学式为Ba0.6K0.4Fe2As2，包括以下步骤：
将铁单质和第一砷单质混合，依次进行第一球磨和第一烧结，得到Fe2As胚体；
将所述Fe2As胚体、钡单质、钾单质和第二砷单质混合，依次进行第二球磨、压制和第二烧结，得到所述Ba0.6K0.4Fe2As2。
优选地，所述铁单质以铁粉的形式使用，所述铁粉的粒径为8～20μm；所述第一砷单质和第二砷单质以砷粉的形式使用，所述砷粉的粒径独立地为80～120μm。
优选地，所述铁单质和第一砷单质的物质的量的比为2：(1.02～1.08)。
优选地，所述第一球磨的次数为2～4次，每次球磨的转速为300～600rpm，时间为1～3h。
优选地，所述第一烧结的温度为600～800℃，升温至所述第一烧结的温度的速率为5～7.5K/min，时间为20～26h；所述第一烧结在保护气氛下进行。
优选地，所述钡单质以钡棒的形式使用，所述钾单质以钾块的形式使用。
优选地，所述第二球磨的次数为4～6次，每次球磨的转速为300～600rpm，时间为1～3h。
优选地，所述压制的压力为40～100MPa，保压时间为0.5～2.5min。
优选地，所述第二烧结的温度为800～1000℃，升温至所述第二烧结的温度的速率为5～6K/min，时间为35h。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的122型铁基超导体。
本发明提供了一种122型铁基超导体的制备方法，所述122型铁基超导体的化学式为Ba0.6K0.4Fe2As2，包括以下步骤：将铁单质和第一砷单质混合，依次进行第一球磨和第一烧结，得到Fe2As胚体；将所述Fe2As胚体、钡单质、钾单质和第二砷单质混合，依次进行第二球磨、压制和第二烧结，得到所述Ba0.6K0.4Fe2As2。本发明在形成Ba0.6K0.4Fe2As2主相前将熔点高、化学活性不高的铁元素与一组分元素As成键，形成预反应的Fe2As中间产物，从而细化铁颗粒，纯化铁组分，并使其在最终的超导体中的分布均匀性大幅提高，进一步提高铁基超导线带材的实用性能。
附图说明
图1为实施例1所得Fe2As坯体的XRD谱图；
图2为实施例1所得Ba0.6K0.4Fe2As2的XRD谱图；
图3为实施例1所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图；
图4为对比例1所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图；
图5为对比例2所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图；
图6为对比例3所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图；
图7为实施例1与对比例1～3所得Ba0.6K0.4Fe2As2的超导带材电流曲线图；
图8为实施例2所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图；
图9为实施例3所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图。
具体实施方式
本发明提供了一种122型铁基超导体的制备方法，所述122型铁基超导体的化学式为Ba0.6K0.4Fe2As2，包括以下步骤：
将铁单质和第一砷单质混合，依次进行第一球磨和第一烧结，得到Fe2As胚体；
将所述Fe2As胚体、钡单质、钾单质和第二砷单质混合，依次进行第二球磨、压制和第二烧结，得到所述Ba0.6K0.4Fe2As2。
在本发明中，如无特殊说明，本发明所用原料均优选为市售产品。
本发明将铁单质和砷单质混合，依次进行第一球磨和第一烧结，得到Fe2As胚体。
在本发明中，所述铁单质优选以铁粉的形式使用；所述铁粉的纯度优选为99.5％；所述铁粉的粒径优选为8～20μm，进一步优选为10μm。在本发明中，所述第一砷单质优选以砷粉的形式使用，所述砷粉的纯度优选为99.5％；所述砷粉的粒径优选为80～120μm，进一步优选为100μm。
在本发明中，所述铁单质和第一砷单质的物质的量的比优选为2：(1.02～1.08)，进一步优选为2：(1.04～1.06)。本发明将砷单质的物质的量相比铁单质的量稍微偏高，保证了产物为Fe2As或FeAs，减少杂相α-Fe生成，有利于铁基超导体中铁元素分布均匀性的稳定。
在本发明中，所述第一球磨的次数优选为2～4次，进一步优选为3次；每次球磨的转速优选为300～600rpm，进一步优选为400～500rpm；时间优选为1～3h，进一步优选为2h。在本发明中，所述第一球磨优选在球磨罐中进行。在本发明中，每次球磨完，优选在保护气氛下打开球磨罐。在本发明中，每次球磨的间隙打开球磨罐，能够使铁单质和砷单质的混合均匀。
在本发明中，所述第一烧结的温度优选为600～800℃，进一步优选为650～750℃，更优选为680～720℃；升温至所述第一烧结的温度的速率优选为5～7.5K/min，进一步优选为5.5～7.0K/min，具体优选为7.0K/min；所述第一烧结的时间优选为20～26h，进一步优选为24h。在本发明中，所述第一烧结优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为氩气。
所述第一烧结后，本发明优选还包括将所得第一烧结产物炉冷至室温。
本发明中，第一烧结能够制备出成相完整，相纯度高的中间产物Fe2As。
得到Fe2As胚体后，本发明将所述Fe2As胚体、钡单质、钾单质和第二砷单质混合，依次进行第二球磨、压制和第二烧结，得到所述Ba0.6K0.4Fe2As2。
在本发明中，所述钡单质优选以钡棒的形式使用，所述钡棒的纯度优选为99.8％。在本发明中，所述钾单质优选以钾块的形式使用，所述钾块的纯度优选为99％；所述钾块优选为分散在煤油中的钾块。在本发明中，所述第二砷单质优选以砷粉的形式使用，所述砷粉的纯度优选为99.5％；所述砷粉的粒径优选为80～120μm，进一步优选为100μm。
在本发明中，所述铁单质和第二砷单质的物质的量比优选为2：1。在本发明中，所述钡单质、钾单质和铁单质的物质的量比优选根据实际要制备的铁基超导体进行设置即可。
在本发明中，所述第二球磨的次数优选为4～6次，进一步优选为5次；每次球磨的转速优选为300～600rpm，进一步优选为400～500rpm；时间优选为1～3h，进一步优选为2h。在本发明中，所述第二球磨优选在球磨罐中进行。在本发明中，每次球磨完，优选在保护气氛下打开球磨罐。在本发明中，每次球磨的间隙打开球磨罐，能够使物质充分混合。
在本发明中，所述压制的压力优选为40～100MPa，进一步优选为50～90MPa，更优选为60～80MPa；所述压制的保压时间优选为0.5～2.5min，进一步优选为1～2min。在本发明中，所述压制得到的坯料的密度优选为5～5.8g/cm3，进一步优选为5.6g/cm3。
在本发明中，所述第二烧结的温度优选为800～1000℃，进一步优选为850～950℃，更优选为900℃；升温至所述第二烧结的温度的速率优选为5～9K/min，具体优选为6K/min；所述第二烧结的时间优选为35h。在本发明中，所述第二烧结优选为保护气氛下进行，所述保护气氛优选为氩气。
所述第二烧结后，本发明优选还包括将所得第二烧结产物炉冷至室温。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的122型铁基超导体；所述122型铁基超导体铁元素反应充分、分布均匀。
下面结合实施例对本发明提供的122型铁基超导体及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1、惰性气氛保护下，Fe粉末(纯度为99.5％，粒径为～10μm)与破碎后的As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)以摩尔比2：1.08均匀混合，密封入250mL球磨罐中以500r/min的转速球磨2h，共三次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
2、将球磨完成后Fe+As混合物置于一个Al2O3坩埚中，外部套上不锈钢管保护，在氩气环境中焊封不锈钢管两端。
3、将封好的不锈钢管放入马弗炉中进行烧结，以6K/min的速率升温至700℃保温24h后炉冷，即可得到成相均匀，杂质较少，密度较高的Fe2As胚体。
4、将制备所得Fe2As胚体、K块(纯度99％，分散在煤油中的块体)、Ba棒(纯度为99.8％)、As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)按总摩尔比Ba：K：Fe：As＝0.6：0.5：2：2混合后在100mL的球磨罐中以500r/min的转速球磨2h，共五次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均，K过量是为了补充烧结时损失的K。
5、球磨完成后将粉体原料使用压片机在40MPa压力下压片，保压1min，所得坯料的密度为5.6g/cm3，将坯料置于Al2O3坩埚中，外部密封不锈钢管，在管式炉中的氩气气氛保护下，以6K/min的速度升温至900℃后保温35h，炉冷至室温即可得到元素分布均匀、成相标准的Ba0.6K0.4Fe2As2。
图1为实施例1所得Fe2As坯体的XRD谱图，从图1可以看出：与标准Fe2As峰位相比，实施例1所得Fe2As坯体的成相较好、杂质较少。
图2为实施例1所得Ba0.6K0.4Fe2As2的XRD谱图，从图2可以看出：与标准Ba0.6K0.4Fe2As2峰位相比，实施例1所得BaxK1-xFe2As化合物成相较好，杂质较少。
图3为实施例1所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图，从图3可以看出：本发明提供的制备方法所得的Ba0.6K0.4Fe2As2块体的Fe元素分布较为均匀，在较大尺度范围内基本没有出现Fe颗粒的聚集。
对比例1
1、惰性气氛保护下，Fe粉末(纯度为99.5％，粒径为～10μm)与破碎后的As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)以摩尔比2：0.99均匀混合，密封入250mL球磨罐中以500r/min的转速球磨2h，共三次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
2、将球磨完成后Fe+As混合物置于一个Al2O3坩埚中，外部套上不锈钢管保护，焊封不锈钢管两端。
3、将封好的不锈钢管放入马弗炉中进行烧结，以6K/min的速率升温到700℃，于700℃保温24h后炉冷，此时，得到Fe2As胚体。
4、将制备所得Fe2As胚体、K块(纯度为99％，分散在煤油中的块体)、Ba棒(纯度为99.8％)、As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)按总摩尔比Ba：K：Fe：As＝0.6：0.5：2：2混合后球磨在100mL的球磨罐中以500r/min的转速球磨2h，共五次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
5、球磨完成后将粉体原料使用压片机在40MPa压力下压片，保压1min，所得坯料的密度为5.6g/cm3，将坯料置于Al2O3坩埚中，外部密封不锈钢管，在管式炉中的氩气气氛保护下，以5K/min的速度升温至900℃后保温35h，炉冷至室温，得到Ba0.6K0.4Fe2As2。
图4为对比例1所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图，从图4可以看出：该Ba0.6K0.4Fe2As2块体的Fe元素分布均匀性没有达到实施例1的效果，说明As元素配比减少导致存在未反应的Fe元素，最终使元素分布均匀性下降。
经分析对比例1所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA元素分布中出现与传统工艺相似的Fe元素颗粒，说明原料中过量的α-Fe杂相对纯度产生了影响，部分铁元素未成键导致铁颗粒仍然存在。故在配料时一定要确保配比范围的准确，即As：Fe≥1.02：2，确保所有的Fe元素都能反应并成键。
对比例2
1、惰性气氛保护下，Fe粉末(纯度为99.5％，粒径为～10μm)与破碎后的As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)以摩尔比2：1.05均匀混合，密封入250mL球磨罐中以500r/min转速球磨2h，共三次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
2、将球磨完成后Fe+As混合物置于一个Al2O3坩埚中，外部套上不锈钢管保护，焊封不锈钢管两端。
3、将封好的不锈钢管放入马弗炉中进行烧结，以6K/min的速率升温至400℃，于400℃保温24h后炉冷，得到Fe2As坯体。
4、将制备所得Fe2As坯体、K块(纯度为99％，分散在煤油中的块体)、Ba棒(纯度为99.8％)、As粉(粒径为99.5％，粒径为～100μm)按总摩尔比Ba：K：Fe：As＝0.6：0.5：2：2混合后以500r/min的转速球磨2h，共五次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
5、球磨完成后将粉体原料使用压片机在40MPa压力下压片，保压1min，所得坯料的密度约为5.6g/cm3，将坯料置于Al2O3坩埚中，外部密封不锈钢管，在管式炉中的氩气气氛保护下，以6K/min的速度升温至900℃后保温35h，炉冷至室温，得到Ba0.6K0.4Fe2As2。
图5为对比例2所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图，从图5可以看出：该Ba0.6K0.4Fe2As2块体的Fe元素分布均匀性不高，说明第一烧结的温度偏低导致了Fe2As生成速度减小，使最终Ba0.6K0.4Fe2As2中存在未反应完全的Fe颗粒。
经EPMA分析，最终Ba0.6K0.4Fe2As2的铁元素分布均匀性改善程度不高，说明Fe2As中仍有大量未反应完全的铁颗粒。故必须控制Fe2As的烧结的温度，使之完全形成化合物。
对比例3
传统方法制备Ba0.6K0.4Fe2As2，即在惰性气氛保护下，将Ba片(纯度为99.8％)，K块(纯度为99％，分散在煤油中的块体)Fe粉末(纯度为99.5％，粒径为～10μm)与破碎后的As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)直接按化学计量数比Ba：K：Fe：As＝0.6：0.5：2：2混合后在250mL的球磨罐中以500r/min的转速球磨2h，共5次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。球磨完毕后将粉体装入铌管中，外部密封不锈钢管，在管式炉中的氩气气氛保护下，以6K/min的速度升温至900℃后保温35h，炉冷至室温，得到Ba0.6K0.4Fe2As2；但此时Fe元素的分布极为不均，同时有较大的铁颗粒存在。
图6为对比例3所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图，对比图3和图6可以看出：经传统工艺制备的Ba0.6K0.4Fe2As2化合物(对比例3)铁元素分布不均的情况很严重，而本发明提供的制备方法制备得到的Ba0.6K0.4Fe2As2化合物(实施例1)铁元素分布均匀性大幅提高。
将实施例1及对比例1～3所得122型铁基超导体制成厚度为0.3mm、宽8mm，长度为1m的带材，截取为10cm的短样后测量所得122型铁基超导带材的超导电流(4.2K，10T)，结果如图7所示。从图7可以看出：实施例1及对比例1～3所得122型铁基超导体带材的超导电流(4.2K，10T)分别为：212A，193A，190A，178A；说明铁元素分布均匀性的改善确实对超导带材电流传输性能的提高有帮助。
实施例2
1、惰性气氛保护下，Fe粉末(纯度为99.5％，粒径为～10μm)与破碎后的As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)以摩尔比2：1.08均匀混合，密封入250mL球磨罐中以400r/min的转速球磨2h，共3次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
2、将球磨完成后Fe2As混合物置于一个Al2O3坩埚中，外部套上不锈钢管保护，在氩气环境中焊封不锈钢管两端。
3、将封好的不锈钢管放入马弗炉中进行烧结，以6K/min的速率升温至720℃保温12h后炉冷，即可得到成相均匀，杂质较少，密度较高的Fe2As胚体。
4、将制备所得Fe2As胚体、K块(纯度99％，分散在煤油中的块体)、Ba棒(纯度为99.8％)、As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)按摩尔比0.6：0.5：2：2混合后在100mL的球磨罐中以450r/min的转速球磨2h，共5次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
5、球磨完成后将粉体原料使用压片机在80MPa压力下压片，保压1.5min，所得坯料的密度约为5.5g/cm3，将坯料置于Al2O3坩埚中，外部密封不锈钢管，在管式炉中的氩气气氛保护下，以6K/min的速度升温至900℃后保温35h，炉冷至室温即可得到元素分布均匀、成相标准的Ba0.6K0.4Fe2As2。
图8为实施例2所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图，从图8可以看出：虽然仍有少量铁元素聚集，但该方法所得Ba0.6K0.4Fe2As2元素分布均匀性已经较好。
实施例3
1、惰性气氛保护下，Fe粉末(纯度为99.5％，粒径为～10μm)与破碎后的As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)以摩尔比2：1.04均匀混合，密封入250mL球磨罐中以400r/min的转速球磨2h，共3次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
2、将球磨完成后的Fe2As混合物置于一个Al2O3坩埚中，外部套上不锈钢管保护，在氩气环境中焊封不锈钢管两端。
3、将封好的不锈钢管放入马弗炉中进行烧结，以5K/min的速率升温至700℃保温12h后炉冷，即可得到成相均匀，杂质较少，密度较高的Fe2As胚体。
4、将制备所得Fe2As胚体、K块(纯度99％，分散在煤油中的块体)、Ba棒(纯度为99.8％)、As粉(纯度为99.5％，粒径为～100μm)按摩尔比0.6：0.5：2：2混合后在100mL的球磨罐中以500r/min的转速球磨2h，共5次，中间需要在惰性气氛保护下开罐，防止球磨不均。
5、球磨完成后将粉体原料使用压片机在120MPa压力下压片，保压2min，所得坯料的密度约为5.7g/cm3，将坯料置于Al2O3坩埚中，外部密封不锈钢管，在管式炉中的氩气气氛保护下，以6K/min的速度升温至900℃后保温35h，炉冷至室温即可得到元素分布均匀、成相标准的Ba0.6K0.4Fe2As2。
图9为实施例3所得Ba0.6K0.4Fe2As2块体的EPMA面扫Fe元素分布图，从图9可以看出：当As过量较少时，仍有少量Fe颗粒未完全反应，但Fe颗粒粒径减小。相比于传统方法，Fe元素分布均匀性仍然有较大改善。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种122型铁基超导体的制备方法，所述122型铁基超导体的化学式为Ba0.6K0.4Fe2As2，其特征在于，包括以下步骤：
将铁单质和第一砷单质混合，依次进行第一球磨和第一烧结，得到Fe2As胚体；
将所述Fe2As胚体、钡单质、钾单质和第二砷单质混合，依次进行第二球磨、压制和第二烧结，得到所述Ba0.6K0.4Fe2As2。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁单质以铁粉的形式使用，所述铁粉的粒径为8～20μm；所述第一砷单质和第二砷单质以砷粉的形式使用，所述砷粉的粒径独立地为80～120μm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述铁单质和第一砷单质的物质的量的比为2：(1.02～1.08)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一球磨的次数为2～4次，每次球磨的转速为300～600rpm，时间为1～3h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的温度为600～800℃，升温至所述第一烧结的温度的速率为5～7.5K/min，时间为20～26h；所述第一烧结在保护气氛下进行。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钡单质以钡棒的形式使用，所述钾单质以钾块的形式使用。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二球磨的次数为4～6次，每次球磨的转速为300～600rpm，时间为1～3h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压制的压力为40～100MPa，保压时间为0.5～2.5min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二烧结的温度为800～1000℃，升温至所述第二烧结的温度的速率为5～6K/min，时间为35h。
10.权利要求1～9任一项所述的制备方法得到的122型铁基超导体。
CN202111113384.4A 2021-09-23 2021-09-23 一种122型铁基超导体及其制备方法 Pending CN113860872A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111113384.4A CN113860872A (zh) 2021-09-23 2021-09-23 一种122型铁基超导体及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111113384.4A CN113860872A (zh) 2021-09-23 2021-09-23 一种122型铁基超导体及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113860872A true CN113860872A (zh) 2021-12-31

Family

ID=78993401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111113384.4A Pending CN113860872A (zh) 2021-09-23 2021-09-23 一种122型铁基超导体及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113860872A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114822976A (zh) * 2022-04-28 2022-07-29 中南大学 一种铁砷化合物和铁基超导体的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522154A (zh) * 2011-11-23 2012-06-27 北京工业大学 一种铁基超导体的制备方法
CN102938270A (zh) * 2012-11-13 2013-02-20 东南大学 制备Cu包套Ba0.6K0.4Fe2As2超导线材及冷高压致密化方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522154A (zh) * 2011-11-23 2012-06-27 北京工业大学 一种铁基超导体的制备方法
CN102938270A (zh) * 2012-11-13 2013-02-20 东南大学 制备Cu包套Ba0.6K0.4Fe2As2超导线材及冷高压致密化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林鹤等: "新型铁基超导线带材的研究进展", 《中国材料进展》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114822976A (zh) * 2022-04-28 2022-07-29 中南大学 一种铁砷化合物和铁基超导体的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6962094B2 (ja) ガーネット型イオン伝導性酸化物、及び、酸化物電解質焼結体の製造方法
CN103130506B (zh) 一种制备超细碳氮化钛的方法
CN104671245B (zh) 一种碳化铪纳米粉体的制备方法
CN103305739B (zh) 一种高氮钒氮合金vn18及其生产方法
CN109796209B (zh) 一种(Ti, Zr, Hf, Ta, Nb)B2高熵陶瓷粉体及其制备方法
US20100221170A1 (en) Iron Silicide Powder and Method for Production Thereof
CN111285339B (zh) 一种Sn3P4诱导二维黑磷晶体的制备方法
CN110204341B (zh) 一种(Hf,Ta,Nb,Ti)B2高熵陶瓷粉体及其制备方法
CN110407213B (zh) 一种(Ta, Nb, Ti, V)C高熵碳化物纳米粉体及其制备方法
CN108080647B (zh) 纳米/超细WC-Co复合粉末及其制备方法
CN109079151B (zh) 一种高温液相还原氧化钨制备超粗钨粉的方法
CN101863663B (zh) 燃烧法制备亚微米级碳化钛多晶粉末
CN113860872A (zh) 一种122型铁基超导体及其制备方法
CN113800480A (zh) 一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法与应用
CN107602154B (zh) 一种珠串状SiC/SiO2异质结构及其合成方法
CN109706525B (zh) 一种铋基拓扑绝缘体材料及其制备方法
CN1699168A (zh) 二硼化锆微粉的燃烧合成方法
CN109930019B (zh) 一种微波快速加热熔融-液氮淬火制备高性能SnTe合金的方法
CN1210203C (zh) 一种制备碳化钨粉体的方法
CN111968788A (zh) 一种高性能铁基超导前驱粉、超导带材的制备方法
CN1560301A (zh) 放电等离子原位合成wc硬质合金方法
CN114890422B (zh) 一种片状高熵max相材料及其制备方法
CN102268581B (zh) 一种超细碳化钽铌固溶体粉末的制备方法
CN112593288A (zh) 一种准一维超导材料Li0.9Mo6O17的单晶制备方法
CN107686352B (zh) 一种高纯度Ti2SnC陶瓷材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Ma Yanwei

Inventor after: Tu Chang

Inventor after: Dong Chiheng

Inventor before: Tu Chang

Inventor before: Dong Chiheng

CB03 Change of inventor or designer information