铌钛系超导合金(niobium-titanium superconelucting alloys)

现有超导电技术中，铌钛超导合金是用得最多的一种超导电材料。质量比近乎l：1的Nb-Ti合金具有良好的超导电性能，其超导临界转变温度T_c=9．5K，可在液氦温度下运行，它在5T(5万Gs)磁场下，传输电流密度J_c≥10⁵A／cm²(4．2K)；最高应用场可达10T(10万Gs)(4．2K)。合金还具有优良的加工工艺性能，可通过传统的熔炼、加工和热处理工艺得到超导线材和带材制品。因此从60年代开始研究后，很快进入了工业化规模生产。美国在70年代末年产量就达到了百吨；中国在80年代前后也建成了试制生产线。实用Nb-Ti超导材料大多是简单二元合金，含35％～55％Nb；可添加部分钽和锆来改善超导性能。由于超导稳定性原因，Nb-Ti超导材料常用纯铜、纯铝或铜镍合金作为基体材料，嵌镶入多股Nb-Ti细芯组合成复合多芯超导材料。一根超导线可包含有数十股至上万股的Nb-Ti芯，芯径最小达到1μm。另外，根据使用场合不同，还常常要把多芯线进行扭转和换位，达到降低损耗和增加电磁稳定性效果。Nb-Ti超导材料的基本加工工艺是：用自耗电弧炉或等离子炉将纯钛和纯铌熔炼成合金锭，后经热挤压开坯，通过热轧和冷拉成棒材；再将Nb-Ti合金棒插入作为基体材料的无氧铜管，复合成单芯棒；并经多次复合组装，加工成多芯Nb-Ti超导线材和带材。需将材料经受多次大的冷加工(加工率90％以上)和低温(400℃以下)时效热处理，使超导体获得足够的有效钉扎中心，提高超导材料的超导电性能。由于超导体零电阻效应带来无焦耳热损耗的特点，以及Nb-Ti超导体在强磁场下能承载很高输运电流的能力，使Nb-Ti超导材料特别适合在大电流、强磁场的电工领域应用。例如：高场磁体、发电机、电动机、磁流体发电、受控热核反应、储能装置、高速磁浮列车、船舶电磁推进和输电电缆等。迄今，Nb-Ti合金超导材料最成功的应用是：直径超过1km的大型回旋高能加速器和医疗部门广为使用的磁核共振成像诊断仪。尽管80年代中期科学家发现了能在液氮温度(77K)下运行的铜氧化合物高温超导体；但铌钛合金超导材料凭借自身独有的优良加工成材性能，良好低温超导电性能，相对低廉的成本和几十年研究生产及应用开发经验，铌钛合金仍然是当今世界最重要的实用超导电材料。