[摘要]通過加工和熱處理,在鋁或銀合金中成功地制備了鉍基長絲(帶)。1994年,美國超導公司率先制備出長度為1000m,Jc為1×104A/cm2(77K,0T)的BSCCO/Ag。1996年,美國超導公司(ASC)和日本住友商事株式會社制備的1200m帶材Jc值均超過1.2×104A/cm2 (77K,0T),可以穩定生產。根據目前的研究結果,可以認為通過進壹步改善工藝參數、提高帶材密度和晶粒結構、改善晶粒間的連通性以及引入有效的磁通釘紮中心,Bi系材料的Jc值將會得到大幅度提高。此外,通過基體材料的多芯化和合金化,在提高Bi系線(帶)材料的機械強度方面也取得了重大進展。
2.柔性金屬基YBCO帶材的研究進展
YBCO超導體在液氮溫區具有很強的本征釘紮特性,但用常規加工技術很難實現其晶粒的取向。因此,雖然用PIT法和在普通金屬基底上塗覆及後熱處理的方法可以制備長的絲(帶),但它們的Jc值都小於103A/cm2(77K,0T),並且隨著磁場的增加而迅速下降。受單晶襯底上外延生長制備高Jc YBCO薄膜的啟發,最近開發了“IBAD (LANL,美國)和“RABiTS (ORNL,美國)”兩種柔性基帶,並在這些基帶上成功生長了YBCO薄膜,獲得了高Jc帶。兩種基帶都在柔性金屬條(如銀、鎳等)上沈積了壹層釔穩定的氧化鋯(YSZ)。).由於YSZ和YBCO的晶格非常接近,具有良好的化學穩定性,壹方面可以誘導YBCO晶體的定向生長,另壹方面可以作為阻擋YBCO與金屬基帶反應的屏障。目前,脈沖激光沈積(PLD)和MOCVD在IBAD和RABiTS帶上制備的YBCO超導體在65K強磁場下的Jc值均已超過NbTi和Nb3Sn在4.2K的Jc值,如美國LANL制備的IBAD樣品最大Jc為106A/cm2(75K,0T),ORNL RABiTS帶的Jc也達到了7×105A/cm2(77K,0T)雖然從目前的研究情況來看長帶的制備還存在壹定的技術難度,但是這種方法帶來的高Jc性能為高溫超導體在77 K溫度範圍內的高電壓應用展示了光明的前景,人們將其稱為PIT法繼BSCCO帶之後的第二代高溫超導帶,並投入了大量的人力物力進行開發研究。
(4)電影
為了獲得高性能的高溫超導器件,需要有高質量的薄膜。但是,由於高溫超導體是由多種元素(至少四種)組成的化合物,而且高溫超導體往往有幾種不同的相,另外,高溫超導體具有高度的各向異性,這使得制備高質量的高Tc超導薄膜相當困難。盡管如此,經過全世界科學家十年的不懈努力,還是取得了巨大的進步。高質量外延YBCO薄膜的Tc在90K以上,零磁場下77K的臨界電流密度Jc超過1×106A/cm2。技術已經基本成熟,壹批高溫超導薄膜電子器件已經問世。
三、高溫超導材料的應用
超導材料具有高載流能力、低能耗的特點,使其廣泛應用於能源、交通、醫療、重大科技工程和現代國防等領域。目前已經在兩個方面形成了規模化應用。壹是重大科技項目,主要是高能物理研究所需的大型粒子加速器,如歐洲正在建造的周長27公裏的大型質子對撞機LHC,以及熱核聚變反應裝置,如ITER和LHD二是核磁共振成像系統MRI,廣泛應用於醫學診斷,核磁共振波譜儀NMR,具有較高的科學和應用價值。
根據目前HTS導線的發展,已經開始商業化的鉍系導線(帶)稱為第壹代導線,而未來可能商業化的Y-Ba-Cu-O塗層導線稱為第二代導線。提高高溫超導材料的性能和降低成本將是未來的重要課題。從應用的角度來看,超導導線的成本是按每千安米的價格計算的。因此,除了降低原材料和加工成本,提高線材的載流量也會大大降低成本。大部分高溫超導應用需要線材的性能——價格10美元/卡?m左右,因為這個價格相當於銅導線在實際應用中的性能價格。1999中,鉍-2223條價格已從1998下調至1000美元/卡?m降到300美元,預計五年後成本降到50美元。
令人振奮的是,5438年6月+2000年2月新的高溫超導體二硼化鎂(壹種金屬間化合物,TC ~ 40K)的發現,掀起了新壹輪的高溫超導熱潮。現在全世界很多超導研究小組都在夜以繼日的研究開發。國內幾大超導材料研究機構已經開發出單相二硼化鎂超導體,正在深入研究其特性,導線的研發也在同步進行。與氧化物高溫超導體相比,二硼化鎂具有結構簡單、穩定性好、易於生產的特點,更重要的是具有較高的臨界電流密度(JC > 105A/cm2),性價比被認為優於鈮鈦超導體,因此可以應用在20k的制冷機中。
不需要液氮。據預測,二硼化鎂超導體將很快達到實用水平,這預示著另壹個全新的超導材料時代可能到來。