一种铜包套铁基超导带材的制备方法与流程

本发明涉及超导材料，尤其涉及一种铜包套铁基超导带材的制备方法。

背景技术：

1、铁基超导材料自2008年被发现以来，凭借其较高的上临界场、较高的临界转变温度以及较低的各向异性，在高场强电应用领域展现出广阔的应用前景，有望广泛应用于高场磁共振成像（mri）、核磁共振（nmr）等领域。粉末装管法（pit）是目前制备铁基超导线带材的主流工艺技术。2008年，中国科学院电工研究所采用pit法制备出国际上第一根铁基超导线材，推动了铁基超导材料实用化研究的发展。

2、目前，银及银合金是制备铁基超导线带材最广泛采用的包套材料，主要原因在于银与铁基超导芯之间具有良好的化学相容性，在高温热处理过程中几乎不发生反应，有利于获得良好的电流运输性能。然而，银作为贵金属价格昂贵，采用银包套导致铁基超导线带材的材料成本极高，严重制约了其规模化应用。同时，银质地较软、机械强度低，难以有效保护超导芯丝。

3、为了降低成本，研究者们尝试采用其他金属材料代替金属银作为包套材料，但其技术方案仅关注带材的加工工艺（分段装管、端面焊封等）改进，并未意识到铜包套体系面临的特殊技术问题-即前驱粉与金属包套之间的界面化学反应问题，进而影响了铁基超导材料的性能。

4、此外，针对铁基超导前驱粉相纯度的提升，现有技术已提出了多种方法，如公开号为cn120376236a的专利在烧结过程中引入吸附材料吸附k元素以及公开号为cn121839294a的专利通过多次烧结提高相纯度等。然而，上述方法所制备的前驱粉主要适应于银及银合金包套体系；实验表明，将上述方法制备的前驱粉直接应用于铜包套时，在后续带材烧结过程中，超导芯晶界处残留的k-as相在高温下会释放游离as，游离as随k蒸气迁移至超导芯与铜包套界面，与铜发生反应生成cu-as化合物，严重阻碍电流传输，导致界面电阻升高，严重时甚至使带材失去超导电性。

5、因此，现有技术尚未认识到：银包套体系下的高纯度前驱粉并不能用于铜包套体系，不能保证铜包套体系下带材的性能。这是因为，铜包套体系对前驱粉有着特殊要求，不仅要求前驱体粉末的纯度，更需要不含能与铜反应的特定杂相。鉴于此，为了降低铁基超导带材的成本采用铜包套的前提下，现有方法制备的前驱粉并不直接适用于铜包套体系，铜包套体系需要采用专门的前驱粉。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于提供一种铜包套铁基超导带材的制备方法，其提供的制备方法适用于铜包套，且可实现铜包套铁基超导带材的超导性能。

2、有鉴于此，本技术提供了一种铜包套铁基超导带材的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、按照baxk1-xfe2as2的化学计量比配料，再将配料后的原料混合，得到混合原料；其中，0＜x＜1；

4、s2、将所述混合原料进行第一压制，将得到的第一坯料密封后进行第一烧结，将得到的一次烧结材料进行破碎、过筛，得到一次破碎粉末；

5、将所述一次破碎粉末进行第二压制，将得到的第二坯料密封后进行第二烧结，将得到的二次烧结材料进行破碎，过筛，得到二次破碎粉末；

6、将所述二次破碎粉末进行第三压制，将得到的第三坯料密封后进行第三烧结，以将三次烧结后的材料的晶粒表面和晶界处的k-as杂相消除，得到三次烧结材料，将所述三次烧结材料进行研磨，得到前驱粉；

7、s3、将所述前驱粉装入铜管中再进行封口，将得到的铜管进行塑性加工，得到单芯带材；

8、或，将所述前驱粉装入第一铜管中再进行封口，将得到的第一铜管进行第一塑性加工，得到单芯线材，将所述单芯线材进行裁切，得到若干根单芯短材；将所述若干根单芯短材密集排列后装入第二铜管中再次进行第二塑性加工，得到多芯带材；

9、s4、将步骤s3得到的带材进行烧结，得到铜包套铁基超导带材。

10、在一些具体实施例中，步骤s2中，所述第一压制的压力为50~500mpa，所述第一坯料为第一圆坯，所述第一圆坯的直径为10~100mm；和/或，所述第二压制的压力为50~500mpa，所述第二坯料为第二圆坯，所述第二圆坯的直径为10~100mm；和/或，所述第三压制的压力为50~500mpa，所述第三坯料为第三圆坯，所述第三圆坯的直径为10~100mm。

11、在一些具体实施例中，步骤s2中，所述第一烧结具体为：以1~20℃/min的升温速率升温至300~800℃，保温1~20h，再以1~20℃/min的升温速率升温至800~1500℃，保温20~100h；和/或，步骤s2中，所述第二烧结具体为：以1~20℃/min的升温速率升温至300~800℃，保温1~20h，再以1~20℃/min的升温速率升温至800~1500℃，保温20~100h；和/或，步骤s2中，所述第三烧结具体为：以1~20℃/min的升温速率升温至300~800℃，保温1~20h，再以1~20℃/min的升温速率升温至800~1500℃，保温20~100h。

12、在一些具体实施例中，步骤s3中，在得到单芯带材的步骤中，所述铜管的外径为5~50mm，壁厚为1~10mm。

13、在一些具体实施例中，步骤s3中，在得到单芯带材的步骤中，所述塑性加工包括依次进行的旋锻、拉拔和轧制，所述旋锻后的铜管的直径为1~10mm，所述拉拔后的铜管的直径为0.1~5mm，所述轧制的道次为2~10道次，每道次的压下量为10~90%。

14、在一些具体实施例中，步骤s3中，在得到多芯带材的步骤中，所述第一铜管的外径为5~50mm，壁厚为1~10mm，所述第二铜管的外径为5~100mm，壁厚为1~20mm。

15、在一些具体实施例中，步骤s3中，在得到多芯带材的步骤中，所述第一塑性加工包括依次进行的旋锻和拉拔，所述旋锻后的铜管的直径为1~10mm，所述拉拔后的铜管的直径为1~10mm；所述第二塑性加工包括依次进行的拉拔和轧制，所述拉拔后的铜管的直径为0.1~50mm，所述轧制的道次为2~10道次，每道次压下量为10~90%。

16、在一些具体实施例中，步骤s4中，所述烧结的升温速率为1~20℃/min，所述烧结的温度为400~800℃，保温时间为1~30h。

17、在一些具体实施例中，x的范围为0.4~0.8。

18、在一些具体实施例中，步骤s2中，所述密封在惰性气氛下进行，所述密封具体为：将得到的第一坯料置于不锈钢管中。

19、本技术提供了一种铜包套铁基超导带材的制备方法，其首先将原料配料、混合，得到混合原料，再将混合原料依次进行三次烧结，得到前驱粉，然后将前驱粉制备成单芯带材或多芯带材，最后进行烧结，即得到铜包套铁基超导带材；在铜包套铁基超导带材的制备方法中，通过三次烧结以去除晶界处的k-as杂相，使得到的前驱粉与铜包套之间不再产生cu-as反应层，保证了铁基超导心与铜包套之间界面清晰、平直，未观察到明显的界面反应层或扩散层，在降低成本的同时保证了铜包套铁基超导带材的超导性能；并且，铜包套比银包套的机械强度高，使得铜包套铁基超导带材的机械强度也得以提高。