[发明专利]一种机械合金化不烧结制备Ba0.6K0.4Fe2As2超导线材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超导线材的制备方法，特别涉及一种机械合金化不烧结制备Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂超导线材的方法。

背景技术

2008年1月，日本东京工业大学的细野秀熊小组发现了超导转变温度26K的新型铁基超导体LaFeAs(O,F)[1]，这一突破性进展开启了科学界新一轮的高温超导研究热潮，此后又陆续发现多个铁基超导体的新型体系[2-5]。新型铁基超导体既有超导机理研究的价值[6]，同时也具有潜在的广阔应用前景[7]。在铁基超导体多个体系中，Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂由于其各向异性小、上临界场高且钉扎势很高，成为可能实现实际应用的最佳候选[8]。

不过目前制备Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂线材和带材的工艺较为复杂，成本十分昂贵。（1）在使用管装粉末法（PIT）制备线材和带材时，为了避免烧结过程中Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂相在高温下（800-900℃）和包套材料发生反应，目前一般使用贵金属银进行包套[9]。（2）由于银包套的质地柔软，且在高温烧结过程中释放应力，不利于形成致密的超导线芯。使用热等静压方法（HIP）能够获得十分致密的线材[10]，但其工艺非常复杂且只适用于短样。（3）Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂体系中含有极易氧化的元素Ba、K和As元素，已有工艺将线材置于密封石英管或高熔点金属管，在高真空或惰性气体保护下进行烧结，工艺复杂费时。此外，由于K的化学性质非常活泼，As是剧毒元素，在高温烧结时存在安全隐患，对制备实验室或生产间提出较高的要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种机械合金化不烧结制备Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂超导线材的方法，该方法工艺安全简单、快速经济，并能获得较高的临界电流密度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种机械合金化不烧结制备Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂超导线材的方法，该方法包括如下步骤：

步骤a.以重量计，将纯度为99.5%至99.9%的Ba片、纯度为95%至99%的K片、Fe粉和纯度为99.9%至99.99%的As粉，以原子比为0.6:0.4:2:2的比例在手套箱中配好并放入球磨罐中，Ba片、K片、Fe粉和As粉一起作为原料，其中K片过量5%至10%，球磨媒介为不锈钢球，不锈钢球和原料的质量比为10:1至20:1；

步骤b.将步骤a中配好的原料在球磨罐中磨1至2小时，转速为1425至1725转每分钟，得到粉体；

步骤c.将步骤b中的获得的粉体和质量比为5%至10%的In或者Sn粉用研钵充分混合，然后将混合粉体装入蒙耐合金管，并将合金管两头压紧封闭；

步骤d.将上述装有原料粉体的蒙耐合金管直接压轧拉制成Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂超导线材。

优选的，步骤a中，球磨罐中的气氛为高纯Ar气，以螺纹盖和O形圈密封；球磨媒介为不锈钢材料。

优选的，使用压线机等常规制备线材的设备，将装有原料粉体的蒙耐合金管直接压轧拉制成Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂超导线材。

有益效果：采用本发明制备方法与现有技术相比较具有以下特点：

（1）本发明制备方法将单质原料使用高能球磨机械合金化的方法直接制成超导粉体，和原有工艺先烧结合成中间产物、再使用中间产物合成多晶粉末相比，大大简化了工艺流程，显著降低生产成本。同时，由于合成Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂体系需要使用K和As两种危险元素，使用密封容器、Ar气氛中球磨的方法比使用易爆炸的石英管烧结方法更加安全可靠。