[发明专利]一种碳化钙超导线材的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化钙超导线材的制备方法，该方法包括：一、将石墨烯粉末和钙粒放置于球磨罐中，在通入高纯氩气保护的条件下进行球磨，得到石墨烯和钙的混合物；二、将混合物置于手套箱中并装入铌管或铜管中，然后进行一次拉拔，得到单芯线材，将单芯线材截断后二次组装入铌包套管或铜包套管，再经二次拉拔，得到多芯线材；三、将多芯线材进行热处理，得到碳化钙超导线材。本发明将石墨烯与钙球磨混合后采用集束装管法拉拔再进行热处理反应，不仅保证了装管粉末良好的流动性，还减少了石墨烯片层与钙的反应路径，降低了钙插层进入石墨烯片层中形成碳化钙超导体的难度，改善了碳化钙超导体的超导性能。

技术领域

本发明属于超导材料技术领域，具体涉及一种碳化钙超导线材的制备方法。

背景技术

碳基超导体是超导领域研究中一类重要的超导材料，通过对碳基超导材料的研究，有利于更深入认识超导机理本质。碳基超导材料主要包含金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管等，在杂质掺杂后都表现出超导性。近期，“魔角”石墨烯结构中出现超导电性，使得石墨烯和超导材料研究成为新材料领域的研究热点之一。美国麻省理工的研究人员采用两层石墨烯以1°左右的“魔角”差异组合，通过静电门调控载流子浓度，成功实现了能带半满填充状态下的绝缘体，继而实现1.7K的超导电性，这对于高温超导机理研究有着重要的启示。相比其他碳基超导体，碳化钙的临界转变温度高，具有更重要的研究意义。传统方法采用石墨和钙金属混合反应，钙插层进入石墨中形成超导体，但是金属插层难度较大，很难获得饱和插层的样品，碳化钙的超导性能降低。同时传统方法较难获得较大尺寸的样品，不利于开展应用研究和理论研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种碳化钙超导线材的制备方法。该方法将石墨烯与钙球磨混合后采用集束装管法拉拔再进行热处理反应，不仅保证了装管粉末良好的流动性，还减少了石墨烯片层与钙的反应路径，降低了钙插层进入石墨烯片层中形成碳化钙超导体的难度，改善了碳化钙超导体的超导性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种碳化钙超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将石墨烯粉末和钙粒放置于球磨罐中，在通入高纯氩气保护的条件下进行球磨，得到石墨烯和钙的混合物；所述混合物中石墨烯和钙的原子比为1:0.2～2；

步骤二、将步骤一中得到的混合物置于手套箱中并装入铌管或铜管中，然后进行一次拉拔，得到单芯线材，将单芯线材截断后二次组装入铌包套管或铜包套管，再经二次拉拔，得到多芯线材；

步骤三、将步骤二中得到的多芯线材进行热处理，得到碳化钙超导线材。

本发明以石墨烯为碳原料与钙粒进行球磨混合均匀，促进了石墨烯片层与钙的充分紧密接触，且两者间隙缩小，形成致密的混合粉体结构，提高了混合物的润滑性；然后采用粉末装管工艺结合集束拉拔工艺，将混合物装管后加工成多芯线材再进行热处理，由于混合物中石墨烯片层和钙的间隙较小，减少了石墨烯片层与钙的反应路径，且反应空间狭小，有利于钙插层进入石墨烯片层中形成碳化钙超导体，提高了碳化钙超导体的纯度，而拉拔工艺在使线材拉长减径的同时进一步促进了混合物中石墨烯片层与钙的紧密接触，从而有利于形成碳化钙超导体，同时混合物的润滑性提高，在铌管或铜管中流动性较好，使得混合物的石墨烯片层之间实现搭接，经热处理后提高碳化钙的晶粒连接性能，得到连续的碳化钙超导体。在上述综合作用下，本发明原料中的钙插层进入石墨烯片层中形成碳化钙超导体，降低了钙插层难度，有利于获得饱和插层的碳化钙超导体，提高了碳化钙超导体的纯度，且提高碳化钙的晶粒连接性能，改善了碳化钙超导体的超导性能。