[发明专利]提高FeSe超导材料烧结效率的方法

说明书

技术领域

本技术是为了提高FeSe超导材料的烧结效率，具体的说就是一种用来缩短FeSe超导材料烧结制备时间的技术。属于低成本超导材料实用化技术领域。

背景技术

自从超导电性发现以来，因为其具有独特的物理性质，使得超导材料具有潜在的经济价值和广阔的应用领域，铜氧化物高温超导体的出现，使超导临界温度进入了液氮温区。然而时至今日，人类对高温超导机制的研究仍没能给出公认的理论解释，严重制约了超导技术的发展。2008年2月新发现的铁基高温超导体LaOFeAs为人类研究高温超导机制开辟了全新的思路。

铁基超导自2008年发现以来，引起超导界越来越多的注意，铁基超导材料研究正在持续升温，新的发现也层出不穷。由于其具有其他材料不具备的物理性质，如有相当大的上临界磁场强度，所以在工业应用中有很大的潜力。在中国，越来越多的科学家致力于铁基超导的研究，也取得了瞩目的成绩，特别是中国科学院物理研究所，走在了世界前列。

“11”体系的铁基超导材料以FeSe超导材料为代表(铁基超导分为四大体系“1111”体系，“122”体系，“111”体系，“11”体系，其中最简单的是“11”体系，是研究人员发现的第四个铁基超导体系，此外，由于所含硫族元素毒性相对较低，因此也是四大体系中毒性最低的一个体系)，由于其结构简单，制作方便，对其深入研究有助于对铁基超导机制的理解，有助于高温超导机制的研究，更有助于发现具有更高超导转变温度的新型超导体。

由于FeSe超导其有许多其他铁基超导材料所没有的特殊的优点，因此许多科学小组都在致力于它的研究。目前为止，大多数是通过粉末烧结得到，研究的焦点也都集中于如何提高其临界转变温度，尤其是通过新材料的发现和外界烧结及测试环境的改变来提高临界转变温度。但是FeSe超导材料至今烧结的效率比较低，往往需要高温状态下保温烧结几天几夜，这样就增加了材料被氧化的危险，同时也提高了其制备成本；另外，由于烧结温度基本都在Se的熔化点以上，所以也增加了Se的挥发，降低了材料的纯度。所以寻找一种能够在短时间内高效烧结的方法就显得很有必要。

发明内容

本发明的目的就是解决FeSe超导材料烧结相对缓慢的问题，提供一种可以用来提高FeSe超导材料烧结效率的方法。

本发明通过对粉末进行球磨之后烧结，从而获得相对较高烧结效率的方法，制备分为两个个过程，具体方法如下：

1)制粉：将Fe粉和Se粉按原子比1∶0.95～1∶1.05混合，放入聚氨酯球磨罐中，并在球磨罐中放入直径为6mm的不锈钢钢球，小球和粉粉末质量比为10∶1～20∶1，之后套上不锈钢套，抽真空后充入0.05～0.15MPa氩气将其放入球磨机，在惰性气体保护气氛下进行球磨20～50h；

2)压片：球磨之后的粉末放入直接为5mm的模具中，接着向模具施加2～8MPa的压力，保压2～10分钟，最后取出模具中的薄片；

3)烧结：将薄片放入管式烧结炉，抽真空并在炉中充入在氩气，此过程重复5～10次，之后在氩气保护气氛下，压力范围为-0.02～0.02MPa下进行烧结，升温速率为5～10℃/min，升至550～650℃后，在此温度保温烧结12-24个小时，然后以10～20℃/min的冷却速度降至室温。

通过该方法所所制作出的粉末在未烧结之前Se已经进入到Fe的晶格，使其接触面积更大，反应温度也大幅度提前，烧结好的试样具有更加细密的组织，晶间连接性也更好；有利于低温短时间烧结FeSe超导材料，提高效率，降低能量消耗。

图1给出了混合粉末在球磨50h之后的XRD图谱。从XRD图谱中可以看出，球磨之后的粉末相对于未球磨粉末，粉末晶态的Se的衍射峰已经消失，Fe的衍射峰向右发生了偏移，相对于球磨大于50h的，偏移量并没有增加，说明经过本方法球磨之后，Se一部分进入了Fe的晶格之中形成了固溶体，Fe和Se的接触面积增大。这样在后面的烧结反应中，会很有效的减少扩散时间，提高烧结的效率。

图2给出了混合粉末在不同球磨时间的差热分析曲线。相对于未球磨的粉末，从DSC曲线可以看出，在加热到600℃过程中有两个反应峰，两个反应峰的反应区间都在减少，峰的高度也随着球磨时间的增长而增高，之后继续球磨反应峰也不会在往前移，这说明通过本方法使得Fe-Se反应的程度更加的激烈，所需的温度和时间都减少，有助于提高烧结效率。