一種高密度Fe(Se,Te)超導材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于超導材料制備技術領域，具體涉及一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]2008年，日本Hosono課題組發現了具有26K臨界溫度的LaCVxFxFeAs鐵基高溫超導材料，隨后Fe基高溫超導材料(FHTS)發展迅速。目前，按阻隔層不同可分為四個主要體系，分別是“1111”體系(如 LaFeAsOF)，“ 122”體系(如 BaFe2As2)，“ 111”體系(如 LiFeAs)和“11”體系(如FeSe)。與高溫銅氧化物超導體(CHTS)類似，FHTS的晶體結構都為層狀結構，由-FeAs-層(或-FeSe-層)作為超導層。
[0003]FHTS迅速發展的主要原因有，首先，一般認為Fe的磁性對常規超導體中的電子配對有破壞作用，故在FHTS中，磁性和超導性的共存為探索高溫超導機制提供了新途徑；其次，FHTS具有較高的超導性能，并且各向異性弱，適合實際應用的需要，而且FHTS的上臨界磁場(Hc2)遠高于金屬基低溫超導材料，如Nb3SruNbTi和MgB2等，一般FHTS在4.2K左右時Hc2可達到50T以上，是Nb 3Sn(Hc2^ 30T)的兩倍左右，而Sr 0.6K0.4Fe2As2^ He 2更是達到了140T左右，同時FHTS的載流性能在磁場下的衰減較慢，即使是在20T的磁場條件下，許多FHTS的臨界電流密度(Jc)也能達到105A/cm_2以上；此外，FHTS的Jc較高，如SmFeAsOF單晶在 5K 的 Jc 為 2X 16AZcnT^Baa6Kci 4Fe2A2單晶在 4.2K 時 Jc 為 4X 10 VcnT2，FeTea61Sea39的Jc在低于其臨界溫度14K時即可達到I X 105A/cm_2，這些性能保證了 FHTS實際應用的可能性。在眾多FHTS中，盡管FeSe基超導材料的臨界轉變溫度較低，但是在液氦溫度下，其臨界電流密度可以達到應用的要求，并且，其原料無貴金屬，無毒性，儲備豐富，使其在工業化生產過程中具有更大的優勢。因此，制備出具有實際應用潛力的FeSe基帶材是目前該體系鐵基超導材料的研宄重點。在FeSe基超導材料中性能更好的Fe (Se, Te)超導材料是我們關注的重點，相對于FeSe超導材料來說，Fe (Se，Te)超導材料的臨界溫度更高(15K)，臨界電流密度更大，因此制備出性能良好的Fe (Se，Te)超導材料帶材對鐵基超導的實用化至關重要。
[0004]而現有技術在Fe (Se, Te)超導材料制備過程中存在的最主要冋題是:由于Fe (Se，Te)具有兩種晶體結構，一種是六方相，其中，Fe: (Se, Te)比例略低于1:1，由于結構的限制六方相Fe (Se，Te)不具備超導性能；另一種是四方相，這種結構中-Fe(Se，Te)-呈片層狀分布，即成為了與-FeAs-和-CuO-相似的超導層結構，因此，在14K左右發生超導轉變。在材料的燒結過程中，這兩種結構之間具有相互轉化的關系。目前，采用傳統燒結方法，或通過對前驅體粉末進行普通球磨后再燒結的方法僅能通過提高燒結溫度和延長燒結時間的手段獲得超導相含量的提高，燒結效率差，這一方法不僅消耗大量的能源，而且最佳四方相含量也僅能達到80%以下，并且所獲得樣品的密度極低，低的芯絲密度對超導線材的制備帶來很大負面影響，這種情況下，超導相很難達到聯通，材料的載流性能較低，因此現有技術中亟需開發新型的Fe (Se，Te)超導材料制備方法，對后續高性能Fe (Se，Te)超導線材以及Fe基超導材料超導機理的探索都具有重要的意義。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，該方法消除了燒結處理時擴散過程對反應速率的限制，避免了砸粉熔化后導致的孔洞，得到具有高超導相含量和高密度的Fe (Se，Te)超導材料，具有能耗小，工藝流程短，可重復性強等優點。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種高密度Fe (Se，Te)超導材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟一、在充滿惰性氣體的手套箱中，將混合粉體置于真空球磨罐中，然后將真空球磨罐密封后取出；所述混合粉體由摩爾比為(0.9?1.4):X: (1-X)的鐵粉、砸粉和碲粉混合而成，所述X = 0.2?0.8 ;
[0008]步驟二、將步驟一中裝有混合粉體的真空球磨罐置于高能球磨機中進行高能球磨處理，具體過程為:
[0009]步驟201、在高能球磨機的轉速不低于1500r/min的條件下將混合粉體高能球磨處理5min?30min，然后將真空球磨罐取出后浸泡于液氮中冷卻；所述高能球磨處理的過程中混合粉體的溫度不高于60°C，所述高能球磨處理的球料比為1: (I?20);
[0010]步驟202、重復步驟201，直至將混合粉體累計高能球磨處理0.5h?12h ；
[0011]步驟三、在充滿惰性氣體的手套箱中，將步驟二中經高能球磨處理后的混合粉體從真空球磨罐中取出放入不銹鋼模具中，將不銹鋼模具密封后從手套箱中取出，然后將不銹鋼模具置于壓片機上，在壓片機的壓力為5MPa?1MPa的條件下將經高能球磨處理后的混合粉體壓制處理2min?30min，得到Fe (Se, Te)還體；
[0012]步驟四、在充滿惰性氣體的手套箱中，將步驟三中所述Fe (Se，Te)坯體從不銹鋼模具中取出置于石英管中，將石英管密封后從手套箱中取出，然后將石英管置于燒結爐中，在燒結爐的溫度為500°C?700°C條件下對Fe (Se, Te)還體燒結處理8h?25h，再以不高于300C /h的降溫速率降至室溫，得到Fe (Se，Te)超導材料；所述Fe (Se，Te)超導材料的密度不低于5.02g/cm3，所述燒結處理在真空或氬氣氣氛中進行。
[0013]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述鐵粉為還原鐵粉，所述鐵粉的質量純度不低于99%，所述砸粉的質量純度不低于99%，所述碲粉的質量純度不低于99%。
[0014]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，其特征在于，步驟一中所述鐵粉、砸粉和碲粉的摩爾比為(1.0?1.2):x: (1-χ)，所述X = 0.4?0.6。
[0015]上述的一種高密度Fe (Se，Te)超導材料的制備方法，其特征在于，所述鐵粉、砸粉和碲粉的摩爾比為1.1:0.5:0.5。
[0016]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，其特征在于，步驟201中所述高能球磨處理的球料比為1: (3?6)，步驟202中累計高能球磨處理的時間為2h?6h。
[0017]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，其特征在于，所述高能球磨處理的球料比為1: 6，累計高能球磨處理的時間為4h。
[0018]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，其特征在于，步驟三中所述壓制處理的壓力為8MPa?lOMPa，壓制處理的時間為5min?20min。
[0019]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，其特征在于，所述壓制處理的壓力為lOMPa，壓制處理的時間為lOmin。
[0020]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，其特征在于，步驟四中所述燒結處理的溫度為600°C?700°C，燒結處理的時間為1h?24h。
[0021]上述的一種高密度Fe (Se, Te)超導材料的制備方法，其特征在于，所述燒結處理的溫度為650°C，燒結處理的時間為15h。
[0022]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0023]1、本發明采用高能球磨輔助燒結的工藝過程制備得到高密度的Fe (Se，Te)超導材料，其中，通過調控混合粉體中鐵粉、