一種鐵基化合物超導接頭及其制備方法技術

一種鐵基化合物超導接頭，所述超導接頭包括被連接的鐵基超導體、鐵基超導粉末和金屬包套。被連接的超導體末端間填充有鐵基超導粉末，并被單層或多層金屬包套包裹。該超導接頭的制備步驟為：(1)將需要連接的鐵基超導體末端剝離其表面非超導層，使超導芯露出；(2)將步驟(1)處理過的鐵基超導體末端之間填充鐵基超導粉末，同時用金屬包套包裹鐵基超導體末端和鐵基超導粉末；(3)焊接步驟(2)處理過的金屬包套起來，或者不必焊接；(4)施加壓力，縮小上述步驟(3)制備的金屬包套的截面；(5)施加壓力過程中或施加壓力之后，對經上述步驟(4)制備的金屬包套進行熱處理，或者不必熱處理。本發明專利技術非常適合在工程現場制作超導接頭。

【技術實現步驟摘要】
一種鐵基化合物超導接頭及其制備方法
本專利技術涉及一種鐵基化合物超導接頭及其制備方法。
技術介紹
鐵基化合物超導材料是一種新近發現的化合物超導體[Iron-basedlayeredsuperconductorLaO1-xFxFeAs(x＝0.05-0.12)withTc＝26K.J.Am.Chem.Sco.130,3296-3297(2008)]。目前其最高超導轉變溫度已達55K，并很有可能繼續提高。與傳統低溫超導材料相比，鐵基超導體有轉變溫度高、上臨界場大、臨界電流的強磁場依賴性小等優點，是一種在20-50K范圍內具有極大應用前景的新型超導材料。與氧化物高溫超導材料相比，鐵基超導體的晶體結構更為簡單、相干長度大、各向異性小、制備工藝簡單，因此鐵基超導材料的制備受到國際上的廣泛關注。當前這類鐵基超導體在國際上的臨界傳輸電流密度已經超過了105A/cm2[HotpressingtoenhancethetransportJcofSr0.6K0.4Fe2As2superconductingtapes,ScientificReports,4,6944(2014)]，標志著鐵基超導體性能已經達到了實用化水平。鐵基化合物超導材料有望在醫療、能源、交通及國防等領域得到廣泛應用，尤其是用來制備核磁共振成像系統用的超導磁體線圈；與其它超導體相比，鐵基超導體的綜合性價比最高。成熟的超導連接技術是新型鐵基超導線帶材能廣泛應用的重要前提之一。然而，由于超導接頭的存在，系統的臨界電流則往往只能達到母材的一半左右，即：接頭連接效率＝接頭部位電流/母材電流＝50％，持續電流和持續磁場的衰減速度也無法滿足穩定閉環運行的要求。盡管如此，目前鮮有鐵基化合物超導接頭及其制備方法的報道；此外與其它超導體相比，鐵基超導材料屬于高溫相且比較脆，化學活性低、連接性較差，所以超導接頭制作難度比較大。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服鐵基超導接頭制作難度大的問題，提出一種高連接效率鐵基超導接頭的制備方法，并制備接頭連接效率較高的鐵基超導接頭。本專利技術的技術方案如下：一種鐵基化合物超導接頭，所述超導接頭包括鐵基超導粉末、金屬包套和至少兩個鐵基超導體；被連接的超導體的末端之間填充有鐵基超導粉末，并被單層或多層金屬包套包裹。其特征在于：被連接的超導體為鐵基化合物超導材料，包括鐵基超導體塊材、線材、帶材、薄膜，其中超導線材或帶材的超導芯至少為1芯。所述的鐵基超導體或鐵基超導粉末的化學式包含ReMPnO1-xFx、Ae1-xAxM2Pn2或FeSe1-xTex：Re為選自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中的一種或兩種以上元素；M為選自Fe、Co、Ni、Ru、Mn、Zn中的一種或兩種以上元素；Pn為As、P、Sb中的一種或兩種以上元素；Ae為Ca、Sr、Ba、Eu中的一種或兩種以上元素；A為Li、Na、K、Rb、Cs中的一種或兩種以上元素；x可選范圍為0-1，優選范圍為0.1-0.6。所述的被連接的至少兩個鐵基超導體的化學式相同或者不同，所述的鐵基超導粉末的化學式可以與被連接的鐵基超導體相同或者不同。所述的鐵基超導粉末和被連接的鐵基超導體中不含或含有至少一種摻雜物，所述摻雜物為La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、H、Li、B、C、N、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi中的一種或多種元素。每種摻雜物與鐵基超導體的質量比不超過1，優選范圍為0.1％-50％。所述的金屬包套可以是金屬箔、金屬片或者金屬管，所述的金屬包套為金、銀、銅、鐵、鈮、鎳、鉻、錫、釩、錳、鈦、鋯、鉬、鎢、鉿、鉭、鉛、鉍、銦、鋁、鎂、鎵、鈷、鋅中的至少一種元素或者蒙乃爾合金、低碳鋼、不銹鋼。該鐵基超導接頭主要用于鐵基超導體的連接、超導磁體的串聯或者使超導磁體線圈形成閉環運行。一種鐵基超導體超導接頭的制備方法，步驟為：(1)將需要連接的鐵基超導體的末端剝離其表面非超導層，使超導芯露出；(2)將步驟(1)處理過的鐵基超導體末端之間填充鐵基超導粉末，同時用金屬包套包裹鐵基超導體末端和鐵基超導粉末；其中，被連接的兩個鐵基超導體末端對齊直線連接，或者，被連接的兩個鐵基超導體末端并列平行連接。(3)焊接步驟(2)處理過的金屬包套，或者不必焊接；(4)施加壓力，縮小上述步驟(3)制備的金屬包套的截面；(5)施加壓力過程中或施加壓力之后，對經上述步驟(4)制備的金屬包套進行熱處理，或者不必熱處理。其中，被連接的鐵基超導體與金屬包套的焊接方式包括：釬焊、或氣焊、或電阻焊、或電弧焊、或感應焊接、或激光焊接、或等離子弧焊接、或鍛焊、或摩擦焊、或接觸焊、或氣壓焊、或冷壓焊、或超聲波焊、或爆炸焊。其中，施加在上述金屬包套上的壓強小于1000GPa，保壓時間不超過1000小時；優選范圍為1MPa-200GPa，保壓時間10秒-100小時。其中，所述的熱處理溫度低于2200℃，保溫時間低于1000小時；優選范圍為：熱處理溫度200-1100℃，保溫時間1分鐘-100小時。其中，所述制備鐵基超導體超導接頭的整個過程的氣氛條件為空氣氣氛或者惰性氣氛，優選惰性氣氛。本專利技術所述鐵基超導接頭制備方法直接利用鐵基超導粉末將被連接的超導體導通，這樣超導電流通過路徑為“超導體-超導粉末-超導體”，避免了非超導相夾雜引起的阻隔而導致阻礙超導電流通過，可以有效消減電阻及焦耳熱的產生，避免了電流的衰減。本專利技術所述鐵基超導接頭制備方法將金屬包套與被連接的超導體焊接后，被連接的超導體末端與鐵基超導粉末處在一個密閉的金屬包套環境中，因此該超導接頭可以在普通空氣環境下進行后續加工及熱處理，這樣也就大大簡化了實驗條件，非常適合在工程現場制作超導接頭。本專利技術所述鐵基超導接頭制備方法通過施加壓力縮小金屬包套的截面，在該過程中壓力的施加可以使疏松、各向同性的鐵基超導粉末變得更加致密和織構化，進而使鐵基超導粉末性能達到或者接近與被連接超導體相同的性能，避免超導電流在通過鐵基超導粉末時衰減過多。本專利技術所述的鐵基超導接頭采用直線連接方式可以用來進行鐵基超導體的連接和超導磁體的串聯；所述的鐵基超導接頭采用平行連接方式可以用作需要閉環運行的超導磁體線圈繞制中。本專利技術所述的鐵基超導接頭制備工藝簡單，接頭電阻小，接頭連接效率高，且非常適合在工程現場制作超導接頭。附圖說明圖1是本專利技術采用直線連接方式的超導接頭結構示意圖；圖2是本專利技術采用平行連接方式的超導接頭結構示意圖。具體實施方式：下面結合附圖和具體實施方式進一步說明本專利技術。實施例1將需要連接的兩個化學式同為ReMPnO1-xFx鐵基超導塊材末端剝離表面非超導層，使超導芯露出來，其中Re為La；M為Fe；Pn為As；x為0.2。鐵基超導中含有一種摻雜物Sn，Sn與鐵基超導體的質量比為10％。將上述處理過的鐵基超導塊材末端以及鐵基超導粉末用單層金屬包套按照圖2所示本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鐵基化合物超導接頭，其特征在于：被連接的超導體為鐵基化合物超導材料，包括鐵基超導體塊材、線材、帶材或薄膜，所述的超導線材或帶材的超導芯至少為1芯；所述的鐵基化合物超導接頭包括鐵基超導粉末、金屬包套和至少兩個鐵基超導體；被連接的鐵基超導體的末端之間填充有鐵基超導粉末，鐵基超導粉末用金屬包套包裹。

【技術特征摘要】
1.一種鐵基化合物超導接頭，其特征在于：被連接的超導體為鐵基化合物超導材料，包括鐵基超導體塊材、線材、帶材或薄膜，鐵基超導體線材或帶材的超導芯至少為1芯；所述的鐵基化合物超導接頭包括鐵基超導粉末、金屬包套和至少兩個鐵基超導體；被連接的鐵基超導體的末端之間填充有鐵基超導粉末，鐵基超導粉末用金屬包套包裹。2.根據權利要求1所述的鐵基化合物超導接頭，其特征在于：所述的鐵基超導體或鐵基超導粉末的化學式包含ReMPnO1-xFx、Ae1-xAxM2Pn2或FeSe1-xTex：Re為選自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y中的一種或兩種以上元素；M為選自Fe、Co、Ni、Ru、Mn、Zn中的一種或兩種以上元素；Pn為As、P、Sb中的一種或兩種以上元素；Ae為Ca、Sr、Ba、Eu中的一種或兩種以上元素；A為Li、Na、K、Rb、Cs中的一種或兩種以上元素；x可選范圍為0-1。3.根據權利要求1-2的任一項所述的鐵基化合物超導接頭，其特征在于：所述的鐵基超導粉末和被連接的鐵基超導體中不含或含有至少一種摻雜物，所述摻雜物為La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、H、Li、B、C、N、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi中的一種或多種元素；每種摻雜物與鐵基超導體的質量比不大于1。4.根據權利要求1所述的鐵基化合物超導接頭，其特征在于：所述的金屬包套是金屬箔、金屬片或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王棟樑，馬衍偉，張現平，姚超，董持衡，徐中堂，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11