[发明专利]一种提高FeSe块材中超导相含量的方法

说明书

本发明涉及一种提高FeSe块材中超导相含量的方法，将铁粉和硒粉在玛瑙研钵中混合，充分研磨得到均匀的混合粉末。混合后的粉末用不锈钢磨具，将研磨好的粉末压制成致密的圆片，然后将薄圆片装入石英管中进行真空密封。将密封良好的石英管放入管式烧结炉中，采用两步烧结工艺进行烧结，最终得到含β‑FeSe相较高的超导块材。本发明制备方法采用两步烧结方法，大大提高了烧结体中超导相的含量。不需要球磨对粉末进行处理，制备过程相对简单。得到高品质的FeSe超导材料，超导相β‑FeSe相含量达到90％以上，为后续超导材料的制备、研究和应用奠定良好的基础。

技术领域

本发明提出了一种提高FeSe块材中超导相含量的方法，属于粉末冶金工程技术领域。

背景技术

铁基超导材料是继铜氧化物高温超导材料之后科学工作者发现的另一重要的高温超导材料。当时发现的FeSe_l-x(其中X为0.12或0.18)在8K左右发生超导转变，从此开启了“11”体系铁基超导材料的研究大门。“1l”体系铁基超导材料，因其成分中不含有剧毒的As元素，所以毒性相对较低，并且具有加工制备方法简单、原料成本低等优势，已经成为新型铁基超导材料的研究热点之一，其成员主要包括FeSe、FeSeTe等。

FeSe超导材料作为铁基超导中结构最为简单、制备相对容易的一个体系，为铁基超导的特殊性质和超导机理的研究提供了实验基础。制备FeSe超导块材的主要方法是固相合成法，由于Fe-Se体系存在多种成分和不同结构的化合物，随着烧结温度和成分的变化，烧结过程中存在复杂的相变过程，而在多种Fe-Se化合物中，只有四方结构的β-FeSe才具有超导性能。大量研究表明，FeSe体系对初始反应物比例和烧结工艺极其敏感。另一方面，硒属于低熔点(221℃)物质，沸点也较低(684.9℃)，烧结温度较高时Se元素极易产生挥发，先后以气相、液相和固相存在于烧结体系中；而Fe粉末很容易被氧化，这使得反应物和烧结产物化学组成很难精确控制。烧结粉末成分的变化和非超导第二相的出现会对材料的超导性能产生较大的影响，甚至使样品失去超导电性，这对进一步研究铁基超导材料的超导性能和超导机制都是极大地阻碍。因此，通过开发新的烧结制备技术来提高烧结产物中超导相的含量，确保高品质FeSe超导材料制备工艺的可靠性和可重复性具有极其重要的意义。

在已有研究中，通过固相合成法制备FeSe超导块材的方法中，常采用一步烧结，烧结温度在700-1000℃，Fe/Se比例为1:1时，700℃烧结产物中β-FeSe含量最高达到76％左右，Fe/Se比例为1.1:1时，800℃烧结产物中β-FeSe含量最高达到84.3％左右，Fe/Se比例为1.3时，900℃烧结产物中超导相含量最高88.4％。即使在900℃高温的烧结条件下，超导相的含量仍然没有较大的提高。而通过长时间高能球磨和后续高温烧结的方法虽然可以提高烧结体中的超导相含量，但是耗能耗时，成本高。本发明中，提出了一种低温条件下能够显著提高FeSe块材中β-FeSe超导相含量的烧结方法，烧结温度不超过650℃。

发明内容

本发明通过两步烧结技术制备出高超导相含量的FeSe超导块材。该技术制备出的FeSe块材中β-FeSe超导相含量达到90％以上，且烧结温度不超过650℃，制备方法相对简单可靠，可重复性好，为后续铁基超导材料的机制研究以及工程应用提供了有力的材料支撑。

具体技术方案如下:

一种提高FeSe块材中超导相含量的方法，包括以下步骤：

(1)将铁粉和硒粉在玛瑙研钵中混合，充分研磨得到均匀的混合粉末。

(2)混合后的粉末用不锈钢磨具，将研磨好的粉末压制成致密的圆片，然后将薄圆片装入石英管中进行真空密封。

(3)将密封良好的石英管放入管式烧结炉中，采用两步烧结工艺进行烧结，最终得到含β-FeSe相较高的超导块材。