Физика композитных сверхпроводников - Гуревич А.Вл.
Скачать (прямая ссылка):
технологии изготовления образца. Оно может меняться в пределах от 10 до
106.
Одно из основных достоинств волокнистых композитов - хорошие механические
характеристики. Это позволяет использовать в них в качестве
сверхпроводника хрупкие сверхпроводящие соединения из группы А15. В
результате удается создавать достаточно пластичные и прочные композитные
сверхпроводники, сохраняющие сверхпроводимость в весьма сильных магнитных
полях и обладающие сравнительно высокими значениями тепло- и
электропроводности в нормальном состоянии. Уже сейчас имеются волокнистые
композиты, не уступающие по своей токонесущей способности эквивалентным
многожильным композитам, изготовленным на основе таких соединений, как
Nb3Sn, V3Ga.
В настоящее время рекордными значениями верхнего критического магнитного
поля Вс2 обладают жесткие сверхпроводники из нового класса
сверхпроводящих соединений - тройные халькогениды молибдена (PbMo6S8,
SnMo6S8 и другие) [62, 63]. Так, например, у PbMo6S8 величина Вс2 ~ 60 Тл
при Тс яг 13-14К [62, 63]. Для соединения PbMo6 S8 уже получены высокие
значения плотности критического тока (вплоть до jc = 108 А/м2 во внешнем
магнитном поле с индукцией Ва = 14 Тл) [64, 65].
Однако тройные халькогениды молибдена имеют весьма неудовлетворительные
механические характеристики. Возможно, что в перспективе на основе этих
соединений удастся изготовить достаточно пластичные и прочные волокнистые
композиты с очень большими значениями Вс2.
Композитные сверхпроводники, как правило, покрывают слоем изоляции. При
гелиевых температурах в качестве такой электроизоляции используют
различные органические материалы - лак, эпоксидную смолу, лавсан, тефлон
и т.д. Такие покрытия существенно ухудшают теплоотдачу от композитного
сверхпроводника в охладитель.
42
§ 2.2. Физические свойства элементов композйтных сверхпроводников
В этом параграфе кратко описаны электрические, тепловые и механические
свойства материалов, из которых изготовлены наиболее распространенные
композитные сверхпроводники.
1) Критические параметры (7^, ВС2, jc). В качестве сверхпроводящей
компоненты в современных композитах, обычно, используют различные сплавы
и соединения Nb (Nb-Ti, Nb3Sn и др.). Критическая температура чистого
ниобия при Ва = 0 относительно велика: Тс(0) ^ 9,5 К [1]. Однако верхнее
критическое магнитное поле для монокристаллического Nb мало: Вс2 ~ 0,26
Тл (если Т = 4,2 К) и Вс2 " 0,41 Тл (если температуру экстраполировать к
нулю) [23]. В сильно деформированном ниобии Тс ~ * 10 К, а величина Вс2,
хотя и возрастает вплоть до 2 - 2,5 Тл [23], остается сравнительно
небольшой.
Сплавы Nb-Ti, образующие непрерывный ряд твердых растворов, являются
наиболее распространенными в настоящее время жесткими сверхпроводниками.
Они отличаются относительно большими значениями как критической
температуры, так и верхнего критического магнитного поля. Обычно в
композитах используются сплавы Nb-Ti с концентрацией титана xTi от 40 до
60 ат.%. Зависимость 7^(0) и Вс2 от xTj показана на рис. 2.6. Видно, что
вплоть до хтj ~ 70 ат.% критическая температура мало меняется при
изменении xTi. Дальнейшее увеличение концентрации титана приводит
Рис. 2.6. Зависимости OT*Tj: а) Тс(0); б) ВС2 Гпри Тв = 4,2 К) для
сплавов Nb-Ti [66]
Рис. 2f.7. Зависимости ТС(В) для: а) сплава Nb - 56%Ti;6) соединения
Nb3Sn [54]
4?
к резкому падению Тс. Величина Вс2 имеет ярко выраженный максимум в
окрестности xTi = 60 ат.%, положение которого слабо зависит от
температуры.
По мере увеличения магнитного поля критическая температура
сверхпроводников падает. На рис. 2.7, а в качестве примера показана
зависимость отношения Тс(В)/Тс(0) от В/Вс2{0) для сплава Nb - 56% Ti.
Здесь Вс2(0) - значение верхнего критического магнитного поля,
экстраполированного к нулевой температуре. При других значениях xTi
функция ТС(В) качественно имеет тот же вид.
Плотность критического тока / * во многом определяется технологией
изготовления жесткого сверхпроводника. Для сплавов Nb-Ti характерными
являются следующие значения: jc ~ 10'0 А/м2 (при Т- 4,2 КиВа =0) и jc ~
(2 - 3) • 109 А/м2 (при Т = 4,2 К и Ва =5 Тл). Если образец был
подвергнут соответствующей металлургической обработке, то значение /с
может быть и существенно (на порядки) меньше. Зависимости /с от Т и В для
различных образцов, изготовленных из сплавов Nb-Ti, изображены на рис.
1.4.
Сверхпроводящие соединения из группы А15 (Nb3Sn, Nb3G.e, Nb3Al, V3Ga и
другие) обладают большими значениями Тс и Вс2, чем сплавы Nb-Ti. В этом
параграфе приведены основные физические характеристики станида ниобия.
Однако качественно большая часть того, что говорится о Nb3Sn, в равной
мере относится и к другому сверхпроводящему соединению из группы А15 - к
соединению V3Ga.
Зависимость критической температуры для станида ниобия от индукции
магнитного поля показана на рис. 2.1,6 [54]. Видно, что Тс(0) "=. 18 К, а
Вс2(0) - 25 Тл v. Вс2 ~ 23,5 Тл при Т = 4,2 К. Характерные значения
