论文部分内容阅读
铁基超导体各个体系物理现象丰富,应用前景广阔,所以自其被发现以来就激起了空前的研究热潮。铁基超导体的广阔应用前景源自其较高的超导转变温度（Tc）,较高的上临界场(Hc2)和较小的Hc2各向异性等优点。与其它具有应用前景的超导体系类似,铁基超导材料走向应用最重要的前提是获得成百上千米长的线、带材。并且,在铁基超导诸多体系中,122型和11型被公认为:结构简单、制备容易、大块超导电性和最具有应用前景,同时鉴于122型和11型涂层超导体的突出研究进展,因此本论文以122型和11型为研究对象,并且选取的具体材料为这两个体系中应用前景最佳的:Ba1-xKxFe2As2（122型）和FeSe1-xTex（11型）,开展了相关线、带材的制备及系统研究。本论文第一章为绪论,重点介绍了超导电性的相关知识,并且详细介绍了高温超导体的发现、研究史,最后系统地阐述了铁基超导的发现历程以及其线、带材的研究现状。由于铁基超导体普遍硬度高、具有脆性,难以在保护其超导电性的基础上对其进行塑性变形加工获得线、带材,因此传统的粉末套管法（PIT）成为了首选工艺方案。第二章介绍了线、带材的PIT制备及分析方法。先位PIT法可以有效地减少线、带材超导芯内部的孔洞,所以目前多元超导线、带材的制备基本采用的是先位PIT法。先位PIT法制备线、带材的关键在于前驱粉末,在第三章中我们详细介绍了熔化法快速制备超高质量FeSe0.5Te0.5前驱粉末和高能球磨法、高能球磨结合PIT法制备Ba0.6K0.4Fe2As2前驱粉末的工艺技术,为先位PIT法制备线、带材提供了前驱粉末基础。在第四章中,为了填补11型铁基超导先位PIT带材的研究空白,并促进11型超导体实用化的研究进程,我们成功地将第三章中介绍的熔化法快速制备的超高质量FeSe0.5Te0.5前驱粉末应用到带材的制备上,首次获得了FeSe0.5Te0.5先位PIT带材。并且XRD分析和微观结构表征结果显示我们FeSe0.5Te0.5带材中的晶粒具有沿c轴方向的织构。物性测量结果表明该带材Tc可达15.7 K,磁化临界电流密度Jc（5 K、自场下可达1×104 A/cm2）已明显高于同一时期线材的结果,且Hc2较大,Hc2各项异性较小,预示着其具有高场应用的前景。类似地,为了提高目前11型超导线材的Jc和推进其研究进度,在第五章中,我们首次将第三章中介绍的熔化法快速制备的超高质量FeSe0.5Te0.5前驱粉末通过先位PIT法制成了Cu/Nb包套的标准圆线。我们的研究结果表明,Nb包套会在高温、长时间的热处理时污染FeSe0.5Te0.5超导芯,不适宜作为11型包套材料。尽管如此,我们仍然在我们Nb包套的FeSe0.5Te0.5超导线材中测得到了目前为止11型单芯线材的最高传输Jc,1.6×104 A/cm2（4.2 K、0.5 T）。此外,在0.75 T下,样品的最高传输Jc（4.2 K）仍高达1.5×103 A/cm2。另一方面,在第六章中,我们选择了已经证实适宜122体系的Ag包套,将第三章中介绍的高能球磨法制备的Ba0.6K0.4Fe2As2前驱粉末制备成了线、带材,并进行了详细的研究。对比已经报道的相关结果,我们基于高能球磨（SPEX高能球磨）机械合金化前驱粉末的Ba0.6K0.4Fe2As2线、带材的传输Jc有了显著提高。目前,Jc表现较好的122型超导线材基本是通过热等静压（HIP）制作的,但是HIP技术设备昂贵,使用成本高、效率有限,并且只能应用到实验类型的短线制作上。因此,在第七章中,我们首先以第三章中介绍的高能球磨结合PIT法制备的Ba0.6K0.4Fe2As2前驱粉末为基础制备了先位PIT圆线,并研究了资源较易获得、操作简单、成本便宜且能大规模应用到长线制作上的双向冷高压技术对Ba0.6K0.4Fe2As2圆线的影响。结果表明,双向冷高压在不恶化样品超导转变的前提下提高了芯的致密度,更重要的是提高了样品的Jc。我们在1.0 GPa高压后的样品中测得了2 T下1.14×105 A/cm2的传输Jc（4.2 K）,并且这一传输Jc是目前为止122体系线材中最高的数值,已经超过了目前热等静压线材最好的结果,说明了双向冷高压在提升铁基超导线材超导性能方面的巨大潜力。最后,在第八章中,我们拓展性地针对另一具有应用前景的高温超导体系,Ba1-x-x KxBiO3,采用先位PIT方法制备了全世界首批线材,并系统地研究了其前驱粉末和热处理条件对其超导性质的影响。第九章对本论文主要研究内容进行了总结。