Физика композитных сверхпроводников - Гуревич А.Вл.
Скачать (прямая ссылка):
с жилками из сверхпроводящего соединения Nb3 Sn (см. рис. 2.2, б). Слой
Nb3 Sn с толщиной порядка 1СГ5 м заключен здесь между слоем бронзы и
ниобиевой сердцевиной. Такие сверхпроводящие жилки получаются при
изготовлении сверхпроводящего соединения Nb3Sn по так называемой
бронзовой технологии. При этом слой Nb3Sn возникает в результате диффузии
олова в ниобий. Одновременно из-за диффузии олова в медь образуется
резистивный ободок из бронзы (Си- Sn), которая при гелиевых температурах
имеет проводимость на 2 - 3 порядка меньше, чем медь.
На рис. 2.3 в качестве иллюстрации показана структура еще трех
промышленных образцов композитных сверхпроводников. Они, как видно, имеют
более сложное устройство, чем изображенное на рис. 2.2.
Композитные сверхпроводники обычно скручены вдоль своей продольной оси.
Поэтому каждая из сверхпроводящих жилок представляет собой винтовую
спираль с некоторым шагом Lp, который принято называть шагом скрутки или
твиста. Величина Lp по технологическим причинам всегда больше, чем
диаметр проводника. Характерные значения Lp лежат в пределах от (2^3)-
1СГ3м до (2 -г 3) • 10_2м. Скрутка композитных сверхпроводников, как
будет видно из дальнейшего изложения (см. гл. 3 и 4), приводит к
повышению устойчивости сверхпроводящего состояния и к снижению потерь
энергии в переменном магнитном поле. Иногда с той же целью применяют
транспонированные сверхпроводящие композиты. В этих материалах
сверхпроводящие жилки сплетены так, что каждая из них последовательно
занимает все допустимые положения в поперечном сечении проводника. Тем
самым в транспонированном композите сверхпро-
водящие жилки эквивалентны друг другу по своему пространственному
расположению.
Ленточные композиты (рис. 2.4) обычно изготовлены на основе сверх
проводников с кристаллической структурой, получившей название А15 [23].
Это, например, станид ниобия (Nb3Sn), V3Ga, Nb3Ge и т.д. Крита ческие
параметры (JC(B), ТС(В), Вс2) перечисленных и ряда других сверхпроводящих
соединений из группы А15 существенно превышают критические параметры
таких широко распространенных в настоящее время жестких сверхпроводников,
как сплавы Nb-Ti различного состава. Однако
Рис. 2.4. Структура ленточного композита: I - ниобий, 2 - соединение Nb,
Sn, 3 - бронза, 4 - медь, 5 - изоляция
1фИ гелиевых температурах они являются весьма хрупкими. Это затрудняет их
использование в многожильных композитах. В ленточных композитах
вероятность обрыва и растрескивания сверхпроводящих соединений из группы
А15 заметно снижается.
Концентрация сверхпроводника в ленточных композитах, как правило, порядка
5-6%, т.е. сравнительно мала. Токонесущая способность лент обладает ярко
выраженной анизотропией - в магнитном поле, перпендикулярном плоскости
проводника, плотность тока существенно ниже, чем в продольном магнитном
поле.
Волокнистые композиты - интересный и, по-видимому, перспективный тип
композитных сверхпроводников. Их изготавливают по той или иной технологии
из неупорядоченной смеси порошков нормального металла и сверхпроводника,
а затем сильно вытягивают вдоль оси провода [59-61]. Образовавшаяся в
результате структура волокнистого композита определяется составом,
размером частиц, способом и скоростью деформации исходной смеси.
Волокнистые композиты появились в начале 70-х годов, с тех пор интерес к
ним неуклонно растет, а технология их производства непрерывно
совершенствуется. Отметим, что в литературе такие сверхпроводящие
материалы иногда именуют in situ - по названию одного из самых
распространенных на сегодня способов их получения [60].
На рис. 2.5 схематически изображены продольный и характерные поперечные
срезы волокнистых композитов. Видно, что сверхпроводящие частицы, которые
мы будем называть жилками или волокнами, сильно вытянуты вдоль оси
проводника (рис. 2.5, а) и неупорядочены в плоскости его поперечного
сечения (рис. 2.5, б, в). Такая структура достигается соответствующей
деформацией исходно неупорядоченной смеси порошков нормального металла и
сверхпроводника. Форма и размер поперечного сечения сверхпроводящих
волокон отличаются большим разнообразием. Это могут быть иголочки с почта
круглым сечением (см. рис. 2.5,6), либо, например, сложным образом
изогнутые ленты с дендритными отростками (см. рис. 2.5, в) и т.д. Таким
образом, в волокнистом композите сверх-
41
Рис. 2.5. Структура волокнистого композита: а) продольный: б) и в)
возможные поперечные срезы
проводящая компонента состоит из большого числа перепутанных между собой
относительно длинных волокон. Однако длина каждой жилки существенно
меньше длины всего проводника. Характерный поперечный размер
свехпроводящих волокон лежит в пределах от 1СГ8м до 10"6м. В сечении
проводника может содержаться несколько миллионов жилок Обычно объемная
концентрация сверхпроводника в волокнистых композитах составляет 5-50%.
Отношение характерного продольного размера жилок к поперечному зависит от
