超导技术被誉为21世纪具有重大经济和战略意义的高新技术，在国民经济诸多领域具有广阔的应用前景。超导材料是超导应用发展的基础。本书将全面、系统地论述超导材料的物理基础、发展现状、结构特性和制备过程中一系列关键技术及其应用。全书共10章，首先介绍超导体的基本现象、磁通钉扎及其特性和由磁通钉扎所引起的电磁现象，以及性能测试与表征技术等与超导应用相关的基础知识，其次重点阐述低温超导线材、Bi系高温超导线带材、YBCO涂层导体、MgB2超导线带材以及铁基超导线带材的制备及加工、组织调控、磁通钉扎与传输性能和最新应用进展。本书从理论与实践上体现了当前超导材料及相关科技的国际水平。
样章试读
目录
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序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 超导电性的发现 1
1.2 超导材料的发展历程 2
参考文献 6
第2章 超导体的基本特性和相关理论 7
2.1 零电阻效应 7
2.2 临界磁场和临界电流 8
2.3 完全抗磁性 10
2.4 超导材料的种类 12
2.5 伦敦理论 15
2.5.1 二流体模型 15
2.5.2 伦敦理论与磁场穿透深度 16
2.6 金兹堡–朗道(G-L)理论 18
2.6.1 G-L理论的两个特征参数：穿透深度和相干长度 20
2.6.2 磁通量子效应 23
2.7 超导体的微观机理——BCS理论 24
2.7.1 实验基础 25
2.7.2 库珀对 26
2.7.3 BCS理论概述 28
参考文献 29
第3章 超导材料的应用物理基础——磁通钉扎与电磁特性 30
3.1 引言 30
3.2 第II类超导体的磁化曲线和相图 31
3.3 磁通线及其结构 32
3.4 磁通钉扎中心和钉扎力 36
3.5 临界态比恩模型 39
3.6 磁滞回线与不可逆场 41
3.6.1 磁滞回线 41
3.6.2 不可逆场 42
3.7 磁通运动的种类 43
3.7.1 磁通流动 43
3.7.2 磁通蠕动 44
3.7.3 磁通跳跃 45
3.7.4 增强稳定性的措施 47
3.8 交流损耗 48
3.8.1 磁滞损耗 49
3.8.2 耦合损耗 50
3.8.3 自场损耗 52
3.9 实用超导材料及其应用要求 54
3.9.1 高临界参数 54
3.9.2 强电应用对超导导线的要求 58
参考文献 60
第4章 超导材料的物性测量与微观结构表征技术 62
4.1 引言 62
4.2 超导材料物性的测量 62
4.2.1 临界转变温度的测量 63
4.2.2 临界磁场的测量 67
4.2.3 临界电流密度的测量 70
4.2.4 实用化性能的测量 75
4.3 微观结构表征技术 78
4.3.1 热重和差热分析 78
4.3.2 光学显微镜 79
4.3.3 X射线衍射 80
4.3.4 扫描电子显微镜及能谱分析 82
4.3.5 透射电子显微镜 83
4.3.6 电子背散射衍射 84
参考文献 85
第5章 低温超导材料 87
5.1 引言 87
5.2 NbTi合金 88
5.2.1 NbTi合金相图 88
5.2.2 成分对NbTi合金性能的影响 90
5.2.3 NbTi超导体的制备技术 91
5.2.4 人工钉扎NbTi超导体的制备技术 105
5.2.5 实用NbTi线材小结 109
5.3 Nb3Sn超导材料 111
5.3.1 A15化合物简介 111
5.3.2 Nb3Sn超导体 113
5.3.3 Nb3Sn线材的制备方法 118
5.3.4 Nb3Sn线材的临界电流密度 128
5.3.5 Nb3Sn线材的机械性能 143
5.4 Nb3Al超导材料 149
5.4.1 Nb3Al超导体的物理特性 150
5.4.2 Nb3Al超导线材的制备技术 155
5.4.3 小结 162
参考文献 162
第6章 氧化物高温超导材料的结构、物性和磁通钉扎 168
6.1 引言 168
6.2 氧化物高温超导体的晶体结构 169
6.2.1 钙钛矿型结构简介 169
6.2.2 氧化物高温超导体的层状结构特征 170
6.2.3 氧化物超导体的晶格常数 176
6.3 影响临界转变温度的几个关键因素 177
6.3.1 氧含量和载流子浓度对Tc的影响 178
6.3.2 CuO2层数对Tc的影响 181
6.3.3 掺杂对Tc的影响 182
6.3.4 压力对Tc的影响 184
6.4 氧化物超导体的超导特性 185
6.4.1 相干长度和各向异性 186
6.4.2 超导能隙 188
6.4.3 临界磁场及其各向异性 189
6.4.4 氧化物超导体的临界电流密度 193
6.4.5 晶界弱连接 198
6.5 氧化物高温超导体的磁通钉扎特性 204
6.5.1 磁通物质和磁通相图 206
6.5.2 高温超导体中的本征钉扎 208
6.5.3 磁通钉扎机制及分类 209
6.5.4 热激活磁通蠕动 214
6.5.5 磁通涡旋玻璃–液态转变与E-J曲线 220
6.5.6 不可逆线 223
6.5.7 尖峰效应 226
参考文献 229
第7章 Bi系高温超导线带材 233
7.1 引言 233
7.2 Bi系超导体的结构特征及相关物理性质 233
7.3 Bi系超导体的相图 238
7.3.1 Bi-2212相 240
7.3.2 Bi-2223相 242
7.4 Bi系超导体的织构化 245
7.5 Bi-2223高温超导带材的制备技术 247
7.5.1 前驱粉的合成 248
7.5.2 冷加工工艺 253
7.5.3 热处理工艺 260
7.5.4 高压热处理 265
7.6 微观结构对临界电流密度的影响 267
7.6.1 超导芯致密度 267
7.6.2 织构化 268
7.6.3 第二相和缺陷 272
7.6.4 银/超导芯的界面结构 275
7.7 Bi-2223/Ag带材的临界电流密度 278
7.7.1 不同温度下的Jc(B)特性 278
7.7.2 Bi-2223带材Jc的弱连接特性 281
7.7.3 提高Jc的途径 283
7.8 临界电流传输模型 283
7.9 Bi-2223带材实用化性能研究进展 287
7.9.1 力学性能 288
7.9.2 交流损耗 291
7.9.3 性价比和市场竞争力 293
7.10 Bi-2212高温超导线材 293
7.10.1 Bi-2212线材发展简况 294
7.10.2 Bi-2212线材制备技术 295
7.10.3 Bi-2212线材的熔融热处理工艺 299
7.10.4 Bi-2212线材的微观组织 308
7.10.5 前驱粉末的影响 313
7.10.6 渗漏问题 315
7.10.7 临界电流密度 316
7.10.8 小结 318
参考文献 318
第8章 第二代YBCO高温超导带材 324
8.1 YBCO超导体的晶体结构及晶界特征 324
8.2 YBCO高温超导带材的制备技术 329
8.2.1 YBCO高温超导带材的结构 329
8.2.2 金属基带及其制备技术 331
8.2.3 缓冲层 344
8.2.4 超导层 358
8.3 超导层的厚度效应 375
8.4 人工磁通钉扎技术 380
8.4.1 人工钉扎中心 381
8.4.2 提高超导磁通钉扎的途径 387
8.5 临界电流密度的各向异性 399
8.6 基于REBCO带材的高温超导磁体研究进展 403
8.7 涂层导体总结和展望 405
8.8 高温超导块材 406
8.8.1 YBCO体系的相图 406
8.8.2 YBCO块材的制备方法 408
8.8.3 高温超导块材的性能与发展 413
参考文献 417
第9章 MgB2超导线带材 427
9.1 引言 427
9.2 MgB2的晶体结构及相关物理性质 428
9.2.1 MgB2的晶体结构 428
9.2.2 MgB2的电子结构 428
9.2.3 MgB2的超导机理 429
9.2.4 MgB2的物理化学性质 430
9.3 Mg-B体系相图及成相热力学研究 433
9.3.1 Mg-B体系相图 433
9.3.2 MgB2成相热力学与动力学研究 436
9.4 MgB2超导体的多孔性 441
9.5 MgB2超导体的制备方法 443
9.5.1 MgB2多晶块材 444
9.5.2 MgB2单晶样品 445
9.5.3 MgB2超导薄膜 446
9.6 MgB2超导线带材的制备方法 448
9.6.1 扩散法 448
9.6.2 连续装管成型工艺 449
9.6.3 粉末装管法 450
9.6.4 中心镁扩散法 451
9.7 MgB2线带材的PIT制备技术 452
9.7.1 粉末原料 452
9.7.2 包套材料的选择 454
9.7.3 机械加工工艺 457
9.7.4 热处理工艺 461
9.8 提高MgB2线带材临界电流密度的主要方法 464
9.8.1 化学掺杂 466
9.8.2 提高晶粒连接性 487
9.8.3 提高晶界钉扎的方法 492
9.8.4 PIT法线带材小结 498
9.9 中心镁扩散法制备MgB2线材 501
9.9.1 IMD工艺特点 502
9.9.2 影响IMD线材超导性能的主要因素 502
9.9.3 IMD线材的实用化研究 507
9.10 MgB2线材的应用研究 514
9.11 展望 516
参考文献 517
第10章 铁基超导线带材 525
10.1 前言 525
10.2 铁基超导体的晶体结构和基本特征 526
10.2.1 1111体系 526
10.2.2 122体系 527
10.2.3 111体系 528
10.2.4 11体系 528
10.2.5 新型结构体系 529
10.2.6 晶体结构与超导电性的关系 529
10.3 铁基超导体的相图 530
10.3.1 1111体系的相图 531
10.3.2 122体系的相图 532
10.3.3 11体系的相图 533
10.4 铁基超导体的超导特性 534
10.4.1 临界转变温度 535
10.4.2 上临界场 536
10.4.3 临界电流密度 538
10.4.4 晶界载流能力 540
10.5 铁基超导线带材的制备技术 542
10.5.1 粉末装管法 543
10.5.2 铁基超导线带材的早期研究 545
10.5.3 包套材料的选择 546
10.5.4 铁基超导前驱粉末 549
10.5.5 冷加工工艺 552
10.5.6 热处理工艺 556
10.6 铁基超导线带材载流性能的提高研究 560
10.6.1 元素掺杂 560
10.6.2 先位PIT法 566
10.6.3 晶界弱连接效应与轧制织构法 569
10.6.4 超导芯致密化工艺 572
10.6.5 高性能122超导带材的微结构与载流性能影响机制研究 588
10.6.6 高性能122铁基超导带材磁通钉扎研究 593
10.7 其他体系铁基超导线带材的制备研究 599
10.7.1 11体系 599
10.7.2 1111体系 602
10.7.3 其他新型体系铁基超导线材 604
10.8 铁基超导涂层导体研究 605
10.9 铁基超导线带材实用化研究及应用探索 606
10.9.1 高强度铁基超导线带材 606
10.9.2 多芯铁基超导线带材 608
10.9.3 各向异性 609
10.9.4 力学性能 610
10.9.5 热导特性 611
10.9.6 交流损耗 613
10.9.7 铁基超导长线 614
10.9.8 超导接头 614
10.9.9 超导线圈 615
10.10 小结与展望 617
参考文献 617
京公网安备 11010102004214号