合金超导材料 （合金超导材料）

概述

有27种金属元素是超导的，它们的Hc和Jc比较低。1930年发现的铅-铋(Pb―Bi)共晶合金的hc2还不到2T。后来又发现数以千计的合金都是具有超导电性的物质，但是，具有实用价值的只有少数几种。

成分

具有实用价值的合金超导材料几乎都是铌基合金，主要有铌一锆(Nb―zr)、铌一钛(Nb―Ti)和铌一锆一钛(Nb―Z―Ti)，其成分范围(%)分别为Nb―(25～35)Zr、Nb―(45～55)Ti和Nb―42Zr―10Ti，Tc分别为11～11.5K、9～9.5K和10.3K，在4.2K温度下的Hc2分别为8～9.5T、11.5～12.5T和10.5T，在4.2K5T下的Jc分别为1000A/mm2、3800A/mm2和2800A/mm2，其中Nb―Ti在8T的高磁场下仍然具有1600A/mm2的Jc值。

发展及特性

1961年以前，用铌线、钼一钍(Mo―Th)线和铌一钛线制作的超导磁体的场强都没有超过1.5T。1957年孔茨勒发现铌锆合金具有超导电性，直到1962年哈克等人才用铌锆线制成了几个超导磁体。60年代中期，铌钛单芯线的制作工艺成熟，并且开始发展多芯线。以Nb―Ti和Nb―Zr为基础的多元合金也取得了某些进展。Nb―Ti―Ta、Nb―Ti―Ta―Zr和Nb―Ti―Ta―Hf的Hc2均高于最好的Nb―Ti二元合金，但是在4.2K温度下提高得不多，仅0.3T，只有在更低的温度下Hc2才显著提高，如Nb―43Ti―25Ta在2K时的Hc2为15.5T，比最好的Nb―Ti合金高1.3T，这种超导材料将用于制造12T核聚变的试验模型。Nb―42Zr―6Ti的Jc不算低，但是不能制成多芯线。Nb―40Zr―10Ta在4.2K和5T下的Jc为2000A/mm2。

应用

目前，应用最广泛的超导材料是铌一钛，占用量在95%以上，主要用来制作9T以下的超导磁体，已经成功地用于MRI装置、NMR谱仪、MHD发电、SSC加速器及实验室磁体。

强磁场超导材料都是第Ⅱ类超导体，在Hc1和Hc2间包含有磁通线，当电流通过导体时洛仑茨力会导致磁通线运动而出现电阻。为了提高载流能力，通常用增加位错密度、晶界及第二相粒子来钉扎磁通线。机械扰动产生的摩擦热，磁场或电流的突然变化，都会造成磁通跳跃并引起局部发热，这便是超导材料的不稳定性。为了防止因磁通跳跃而导致失超，对导体要采取稳定化措施，用冷冻稳定、绝热稳定及动态稳定的一种或几种。通常是将超导体埋入剩余电阻比高的(200～300)无氧铜中制成复合导体，铜可以将磁通跳跃产生的热量迅速地传到液氦中去，使导体回复到零电阻状态。为了防止芯丝之间的邻近耦合效应，用铜一镍合金或铜一锰合金取代部分高纯铜，铜一镍具有电阻散射的效果，锰具有自旋倒转散射的效果。