常见的超导合金材料有哪些及其特性
超导现象刚一被发现,人们就预见到它会有广阔的应用前景。但是,由于长时期内没有找到可供实用的超导材料,所以种种设想都没有成为现实。1957年,马赛厄斯和孔茨勒等发现金属化合物铌三锡和铌锆合金具有超导性,并且可以用来绕制几万到20万高斯的超导磁体后,超导技术才开始进入实际应用的阶段。现在已经发现有二十多种超导元素,上千种超导合金和化合物,具有实用价值的超导材料多数属于第二类超导材料,包括铌、钒、锝、铌钛合金、铌锆合金以及铌氮、铌三锡、钒三镓、铌三锗、铌三铝等化合物,用得最普遍的是铌钛合金超导体。在铌钛合金基,钛的原子量比占50%到70%。先用电弧、电子束把铌、钛熔化.做成铌钛合金铸坯;再在1100℃以上的温度中锻造、轧制,在常温下加工成棒材;棒材外面套上口径正合适的铜管,使它们成为复合体;然后对这个复合体加工,把它拉拔成几微米到几十微米粗的细丝。加工出来的铌钛合金丝,还要经过一番热处理,进一步调整它的内部组织,提高它的超导能力,使临界电流密度大幅度上升。
且不说获得超低温有多大困难,单是制造铌钛超导合金丝就相当费事,有人也许会问:拉丝之前为什么要套上铜管呢?有了铜,会不会影响铌钛的超导性呀?加上这个铜管以后,拉出来的丝会包敷一层薄薄的铜膜。如果通过电流过多,铌钛合金一部分变成了常导体,有些电流就会从表层的铜中流过,结果减轻了芯部铌钛合金的负荷,起到了保护的作用。为了保证超导性能稳定,一般得把超导丝做得极细。在直径0.50毫米的断面上,可以装入上千根铌钛合金芯。有时根据需要,还可以把它们象电缆一样编织起来。
铌钛合金虽然加工方便,使用广泛,但是它的临界值比较低,往往满足不了现代技术的要求,在这一点上,铌三锡和钒三镓等可以弥补铌钛合金的不足。不过,有利也有弊,它们的致命弱点是加工性能差,比较脆硬,一折就断,很难把它们绕制成线圈。科学家们为此而花费了很多的精力,想出了好多种办法。比方说,用25微米厚的铌带做基底,让它连续通过熔融的锡液,再在950℃左右加热处理,结果在铌带的表面上生成一层铌三锡。这样做成的超导带具有一定的柔韧性,就可以派实际用场了。制造钒三镓也可以照此办理:把以钒为基底的金属带在700℃的温度下通过镓的熔体,钒带的表面形成一层富镓的中间化合物,经过热处理,就得钒三镓。这种方法叫做扩散法。镓中添加少量的铜,热处理时可以加速钒三镓的生成。
近几年来,复合加工法得到了发展,用这种加工法已成功地制成了钒三镓和铌三锡细丝。你知道复合加工法是怎么一回事吗?这里拿钒三镓做例子:在含镓19%(原子量比)的铜镓合金基体里,插进一些钒棒,通过挤压、模锻、拉丝等工序,把复合体做成细丝,再在600~650℃的温度下进行热处理,就得到了我们所需要的钒三镓丝,我国科学工作者研究出了一种“较低温成型扩散法”,受到国际上同行们的重视www.lshstg.com
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