新型铁基超导线带材的热压制备、性能与机理研究

The discovery of new iron-based superconductors is of great significance to both the applications and understanding of the mechanism for the high-temperature superconductivity, which has aroused extensive attention from scientists around the world. So far, the new iron-based superconducting wires and tapes are widely prepared by powder-in-tube (PIT) process; however, its inherent problems are impurites, cracks, more holes, low density and poor texture. These problems result in poor grain connectivity and hence low critical current density, which becomes the main factors to limit the application of the new iron-based superconductors. The project intends to apply the external pressure during the synthesis of the new iron-based superconducting wire and tape, in order to reduce the defects in the superconducting core and improve its density, and finally to enhance the grain connectivity and obtain high-performance sample. The hot pressing process parameters will be optimized for different type of new iron-based superconductors; besides, the relationship between the micro-structure and superconducting properties will be systematically studied for both non-hot-pressed and hot-pressed samples. The aim of the project is to clarify the physical mechanism of hot pressing method to improve the superconducting properties of the new iron-based superconductors, and finally to promote the upcoming applications for high performance iron-based superconducting wires and tapes.

新型铁基超导体的发现，无论对高温超导的应用还是对高温超导机制的理解方面均有重大的意义，从而引起了全世界科学家的广泛关注。目前由于粉末套管法制备的铁基超导线带材存在杂相、裂纹、孔洞多、密度低、织构度较差等问题，使样品晶粒连接性较差进而导致其临界电流密度比较低，成为限制铁基超导体应用的主要因素。本项目拟采用热压法在新型铁基超导线带材的热处理过程中施压，以减少超导芯中的缺陷，提高其密度和晶粒连接性，力求获得高性能的样品。针对不同类型铁基超导体来系统优化热压工艺参数，系统研究未热压和热压样品的微观结构与超导性能之间的关系，阐明热压提高样品超导性能的物理机制，为高性能铁基超导线带材的应用奠定基础。

新型铁基超导体的发现，无论对高温超导的应用还是对高温超导机制的理解方面均有重大的意义，从而引起了全世界科学家的广泛关注。由于粉末套管法制备的铁基超导线带材存在杂相、裂纹、孔洞多、密度低、织构度较差等问题，使样品晶粒连接性较差进而导致其临界电流密度比较低，成为限制铁基超导体应用的主要因素。.本项目采用热压法在新型铁基超导线带材的热处理过程中施压，研究发现热压后超导芯的致密度得到大幅度提高，超导晶粒发生扭曲，有害缺陷如孔洞和裂纹等基本消失，因此带材能够承载很高的临界电流。通过改进压力工艺，我们在提高带材织构度和致密度的同时进一步消除超导芯表面的结构缺陷。随后系统研究了热压温度与带材织构度、晶粒连接性、致密度以及微观形貌的关系。热压后，Sr1-xKxFe2As2超导带材的传输Jc在10 T和14 T下分别高达1.2 ×10^5 A/cm2和10^5 A/cm2，达到实用化水平，这是目前国际上铁基超导线带材报道的最高值。而且带材的传输Jc对磁场依赖性非常小，表明铁基超导材料在高场领域具有良好的应用前景。.我们采用低温短时热压法来制备Cu包套Sr1-xKxFe2As2带材。热压后，超导材料的成相质量高，超导转变没有受到明显抑制。而且这种快速合成法不会产生非超导反应层，成分分析表明只有少量的Cu元素进入超导芯，这对Cu包套线带材的电热稳定性非常有利。目前Cu包套Sr1-xKxFe2As2带材的传输Jc可达3.1×10^4 A/cm2 (4.2 K和10 T)，工程Je也高达 1.0×10^4 A/cm2 (4.2 K和10 T)。这是目前Cu包套高温线带材中报道的最高值，也为将来Cu包套导线的实用化打下良好基础。.本项目初步阐明了热压提高样品超导性能的物理机制，通过电子背散射衍射花样（EBSD）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）研究了高性能Sr1-xKxFe2As2超导带材的晶粒特性和晶界结构，从相纯度、晶粒取向、晶界角、微观缺陷以及元素分布等多方面分析了高载流能力的原因,为高性能铁基超导线带材的应用奠定基础。