功能材料合成与制备第一章超导材料
1.1超导材料概述1.2超导材料的应用1.3低温超导材料的合成与制备1.4高温超导材料的合成与制备1.5其他超导材料的合成与制备1.6课后思考题
1.1超导材料概述
1.1超导材料概述什么是超导材料？所谓超导材料，一般是指同时具有零电阻效应和迈斯纳效应的一类特殊功能材料。零电阻效应ZeroResistance完全抗磁性效应MeissnerEffect
1.1超导材料概述超导材料的发展历程坎默林－昂内斯(1853～1926)低温下汞的电阻-温度关系临界温度超导材料探索研究发展历程从荷兰物理学家卡莫林-昂内斯（KamerlinghOnnes）发现第一个元素超导体——“汞(Hg)”到目前为止，人们对超导材料的探索研究主要经历了两个阶段，即低温超导材料发展阶段（1911年~1986年）和高温超导材料发展阶段（1986年~现在）。
超导材料的应用1.2
1.2超导材料的应用超导材料的典型应用场景高温超导磁悬浮样车试运行人造太阳中国全超导托克马克核聚变实验堆(EAST)利用超导的零电阻特性制作超导输电缆，可极大地降低电能损耗、避免资源浪费；利用超导的迈斯纳效应可以制造超导磁悬浮列车，大大提高列车运行速度、降低车轮机械摩擦噪声；利用超导强磁场约束高温等离子体进行核聚变实验，即建造所谓的“人造太阳”，有望彻底解决人类社会可持续发展所面临的能源危机。
1.2超导材料的应用超导材料的应用技术领域超导材料技术应用领域超导弱电应用技术，可实现常规技术无法实现的超导数字电路、超导弱磁探测、超导单光子探测、超导微波器件等超导材料特有的应用场景。超导强电应用技术，可实现常规技术无法实现的超强磁场、超大容量输电、超导储能等诸多颠覆性应用场景。一般地，根据超导材料在应用过程中承载电流强度的差异，将超导材料的应用分为强电应用和弱电应用两大类。
低温超导材料的合成与制备1.3
1.3低温超导材料的合成与制备NbTi超导线材的制备NbTi多芯超导线材的制备工艺流程铌钛(NbTi)合金是一种典型的由过渡族元素组成的二元合金固溶体。其具有几种常见相：β-Nb相、α-Ti相、α′和α″马氏体相以及ω相，其中富Nb的β-Nb相为体心立方晶体结构。NbTi超导合金线材的制备一般包括：合金铸锭制备、合金棒材加工、多芯线材组合与加工、多芯超导线材热处理等基本工艺过程，典型的NbTi多芯超导线材的制备工艺流程如右图所示。NbTi合金具较为有优异的冷热塑性加工性能，一般采用冷加工和热处理交替的加工方式即可获得性能优良的NbTi超导材料。
1.3低温超导材料的合成与制备Nb3Sn超导线材的制备内锡法制备NbTi超导线材的工艺流程内锡法(Internal-SnProcess)：该法是先将Sn棒插入经热挤压后的Cu/Nb多芯复合管中，通过拉拔工艺获得一次线材；然后将一次线材剪短和阻隔层一起集束装入稳定体铜管中形成复合坯料；最后对复合胚料进行多道次拉拔及热处理后即获得Nb?Sn多芯成品线材。铌三锡(Nb3Sn)是一种典型的A15类金属间化合物；该材料本身脆性大、塑性差，很难通过类似NbTi超导线材的加工技术来制备。
1.3低温超导材料的合成与制备Nb3Sn超导线材的制备内锡法制备NbTi超导线材的工艺流程内锡法(Internal-SnProcess)：该法是先将Sn棒插入经热挤压后的Cu/Nb多芯复合管中，通过拉拔工艺获得一次线材；然后将一次线材剪短和阻隔层一起集束装入稳定体铜管中形成复合坯料；最后对复合胚料进行多道次拉拔及热处理后即获得Nb?Sn多芯成品线材。铌三锡(Nb3Sn)是一种典型的A15类金属间化合物；该材料本身脆性大、塑性差，很难通过类似NbTi超导线材的加工技术来制备。
1.3低温超导材料的合成与制备Nb3Al超导线材的制备PIT法制备Nb3Al超导线材的工艺流程铌三铝（Nb3Al）也是一种A15类金属间化合物超导材料，与Nb3Sn相比具有更高的临界转变温度、更高的上临界磁场和更优异的应力-应变容许特性。PIT法的一般工艺流程是先将氢化脱氢后的Nb粉（粒径小于40μm）和铝粉（粒径小于9μm）混合均匀，然后装入Cu管或Nb管中进行拉拔或轧制得到六方截面的单芯线材，再将多根单芯线材进行组装并装入Cu包套中经过热挤压、拉拔或轧制获得所需直径的Nb3Al前驱体线材，随后在适当温度下进行热处理即可得到高品质的A15型Nb3Al超导线材。PI