[发明专利]一种高性能铁基超导线材的热处理装置及方法

说明书

本发明公开一种高性能铁基超导线材的热处理装置及方法，该方法是在真空条件下，采用“卷对卷”的连续在线加热、拉拔和液Ga淬火冷却的方式，将线材超导芯丝加热到熔融温度附近，当线材运动速率为10‑100 mm/s时，经过2‑3道次、线材截面收缩率20‑50%的热拉拔后，可以达到提高铁基超导线材织构度和芯丝致密性的效果，从而获得高性能铁基高温超导线材。该方法新颖简单，易于推广，非常适合于工业化千米级铁基高温超导长线制备，该材料在强磁场超导磁体领域有着巨大的商业价值。

技术领域

本发明属于面向强磁场应用的高温超导材料制备方法技术领域，具体涉及一种高性能铁基超导线材的热处理装置及方法。

背景技术

自2008年日本科学家发现了新型铁基高温超导体家族以来，已发现的铁基超导体包括：R_E(O,F)FeAs（1111相，R_E=稀土元素）、M_1-xR_xFe₂As₂（122相，M=Ba、Sr或Ca，R=K或Na）、Fe(Se,Te)（11相）、Li_1-xFeSe（111相）、K_xFe_2-ySe₂和 (Li_1−xFe_x)OHFeSe等。其中122相超导体临界转变温度T_c可以达到38 K、临界电流密度在高场下衰减很慢，J_c在4.2 K、10 T下已超过1000 A/mm²、上临场磁场H_c2（0 K）超过100 T、各向异性小（小于2），同时实用化超导线带材可以采用简单的粉末装管法制备，因此它被认为在下一代强磁场超导磁体领域有着巨大的应用价值。

近年来，由于前躯体粉末、超导芯丝致密度，以及氧化物、FeAs杂质等多方面的显著优化，铁基超导带材在临界电流密度J_c性能方面得到了大幅度提高。目前，实用化的122相铁基超导线带材主要采用先位粉末装管法制备，即ex-situ PIT法。具体步骤如下：在Ar气氛保护的手套箱中，将高纯金属Ba（或Sr）块、K块、Fe粉和As粉按比例混合后，密封在金属管中，随后将金属管在高纯Ar气氛保护管式炉中，加热至800 ^oC ~900 ^oC，保温10 h~40 h，生成M_1-xK_xFe₂As₂超导体（M=Ba或Sr）；然后将M_1-xK_xFe₂As₂超导体与少量Sn粉混合，在高纯Ar气氛下进行球磨，随后将球磨好的Sn掺杂的M_1-xK_xFe₂As₂粉末装入Ag金属管中，并通过拉拔加工成Ag/M_1-xK_xFe₂As₂单芯线材；然后将多根单芯线材共同装入金属包套管中，并加工成多芯线材。为了进一步提高超导芯丝的致密性，目前的工艺还会将多芯线材，利用热等静压方法，在10 MPa ~100 MPa压力下加热至800 ^oC ~950 ^oC，保温0.5 h~4 h，即获得实用化的铁基高温超导线材。

值得指出的是，对于超导磁体领域的应用，相比于超导带材（磁场垂直和平行于带材表面时，超导性能存在差异），利用超导线材制作磁体时，设计和绕制工艺通常会更加简单；因此，超导线材比超导带材更具有的实用价值。