[发明专利]一种制备类镧氧铁磷结构超导材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备超导材料的方法，特别涉及一种制备类镧氧铁磷结构超导材料的方法

背景技术

高温超导材料将是21世纪最重要的高技术器材之一，它的工业用途将广泛地涉及能量的生产、节省和输送，电讯，重工业器械，医疗和地震探测仪器等。镧氧铁磷是一种新的超导材料。由于镧、铁元素活波，因此，镧氧铁磷类的超导材料的制备技术很难。目前仅有一篇日本人的报道采用纯金属镧、铁，在高真空的手套箱中制备镧氧铁磷超导材料，需要戴着手套在真空手套箱中将块状的金属镧挫成粉末，操作难度较大。而且高真空的手套箱的成本约二十万人民币。本发明采用真空电弧炉先将纯金属镧、铁预合金化，而真空电弧炉的成本约八万人民币。在大气下将块状的镧铁合金挫成粉末，操作相对简单易行。

发明内容

为了解决现有技术中制备镧氧铁磷类超导材料困难的问题，本申请提出一种简单可行的方法制备该类超导材料，其制备步骤为：

(一)采用电弧熔炼的办法将稀土金属元素和过渡金属元素预合金化形成稀土-过渡金属合金。

(二)按化学计量比将稀土-过渡金属合金和第五族元素(如氮，磷，砷)密封在真空石英管中，加热到650-800℃，保温12小时，形成稀土-过渡-第五族元素三元合金。

(三)再取工业用稀土金属氧化物，将其加热到550℃，保温12小时，目的是使稀土金属氧化物脱水。

(四)将稀土-过渡-第五族元素三元合金和脱水后的稀土金属氧化物密封在真空石英管中烧结，烧结加热到900℃-1600℃之间，保温48小时，然后以1℃/分钟的冷却速度冷却到室温。

进一步，可将步骤(四)中的原料粉末在压力为10Mpa下压制成片，并保压1-30分钟，然后再进行烧结的处理。

本发明制备方法中的稀土金属元素可选择镧、镤、钐、铈、钕、钇、钆、铒中任意一种，过渡金属元素可选择铁、钴、镍、锰四种元素中任意一种。稀土金属氧化物可相应地选择三氧化二镧、氧化镤、氧化钐、氧化铈、氧化钕、氧化钇、氧化钆和氧化铒中任意一种。

附图说明

图1为制备的镧氧铁磷多晶样品的高倍扫描电镜照片；

图2镧氧铁磷多晶样品的磁化率-温度关系；

图3镧氧铁磷多晶样品的电阻随温度变化关系。

具体实施方式

实施例一：

(一)采用电弧熔炼的办法将金属镧和金属铁预合金化形成镧-铁合金。

(二)按化学计量比，将镧-铁合金和红磷密封在真空石英管中，加热到650-800℃，保温12小时，形成镧-铁-磷三元合金。

(三)将工业用的三氧化二镧加热到550℃，保温12小时，目的是使三氧化二镧脱水。

(四)将镧-铁-磷三元合金和干燥后的三氧化二镧密封在厚度为6毫米的真空石英管中烧结，烧结加热到1240℃，保温48小时，然后以1℃/分钟的冷却速度冷却到室温。

实施例二：

(一)将实施例一中的原料镧替换为镤、钐、铈、钕、钇、钆、铒中任意一种。

(二)将实施例一中的原料铁替换为钴、镍、锰等过渡金属元素中任意一种。

(三)将实施例一中的原料磷替换为氮或砷等第五族元素中的任意一种。

(四)将实施例一中的原料三氧化二镧替换为氧化镤，氧化钐，氧化铈，氧化钕，氧化钇，氧化钆，氧化铒中任意一种。

(五)其他步骤与实施例一相同

实施例三：

(一)将实施例一步骤(四)中的烧结加热温度改为900℃，1000℃，1500℃，1600℃；烧结后氧气退火，退火温度为800℃-1200℃，退火后再进行冷却。

(二)其他步骤与实施例一相同

实施例四：

(一)可将步骤(四)中的原料粉末(镧-铁-磷三元合金粉末和三氧化二镧粉末的均匀混合物)在压力为10Mpa下压制成片，并保压1-30分钟，然后再进行烧结的处理。

(二)其他步骤与实施例一相同。

根据上述实施例一制备的镧氧铁磷多晶样品在高倍扫描电镜下的照片如图1所示，镧氧铁磷由导电层(Fe²⁺P^3-)和载流子库层(La³⁺O^2-)交替堆垛形成的层状结构；图2镧氧铁磷多晶样品的磁化率-温度关系，在超导转变温度4.1K以下具有完全抗磁性；图3镧氧铁磷多晶样品的电阻随温度变化关系，在超导转变温度4.1K出现零电阻。从上述特性图中可以看出，根据本发明方法制备出的镧氧铁磷多晶样品，是完全符合超导材料性能要求的超导材料。