超導合金

在非晶態研究的歷史上, 對非晶態超導體的研究是比較早的。1954年,在液氦冷卻底板上用真空蒸發法獲得簡單金屬的非晶態薄膜, 並且發現不尋常的性質。在液氮冷卻底板上用真空蒸發法制備了一系列、過渡族金屬薄膜, 並在原位測試了它們的超導轉變温度。發現和每種元素的原子平均價電子數的關係與對應的晶態薄膜很不相同。

目前發現的超導體, 大多數的超導電性均起源於電子、聲子相互作用。非晶態超導體也不例外, 當然電子能帶結構發生了變化, 聲子譜發生了更大的變化, 因此材料由晶態變為非晶態, 超導電性發生變化是自然的。測量臨界電流密度是檢測非晶超導材料無序程度最靈敏的一種方法。如果製備出的非晶超導材料是原子尺度結構無序的, 應該在相干長度範圍內是非常均勻的, 此時量子磁通線釘扎作用很弱 ^[1]  。

非晶合金的製備方法雖然很多, 但有一個共同點, 即無論從氣態或液態冷卻到固體,為抑制結晶的發生, 冷卻速度要足夠快。因此, 在室温下純金屬難以獲得穩定的非晶組織。

製備金屬玻璃比較容易, 它們的共晶點低於1000℃ , 並且熔化時不易與空氣或柑鍋起反應。常用的方法是, 將料放入石英噴嘴內, 在感應線圈中熔化, 用氣將熔融合金從石英嘴的小孔吹出, 噴射到高速旋轉的輥上, 形成金屬玻璃薄帶。這種方法稱為熔融旋轉法, 但它不適於以難熔金屬為基的合金。

金熔鍊成均勻的小球,熔化後迅速打開閥門, 藉助氣壓力差, 使熔體快速地通過石英噴嘴, 噴射到高速轉旋的單輥表面, 甩成一寬,加厚的金屬玻璃薄帶。這個設備的特點是避免了高熔點的活潑金屬熔體與柑禍起反應, 缺點是當改變金屬元素成分時, 由於密度不同, 母合金球的大小要進行相應調整才能懸浮起來, 這是一個繁瑣的過程, 經常要試驗多次方能成功 ^[2]  。

超導合金的熔鑄製造方法，包括將高熔點金屬錠用電子束法提純、將較低熔點的海綿活性金屬壓型成棒，在惰性氣體保護下將兩者焊接成自耗電極；其特徵在於：在真空自耗爐中將自耗電極進行一次大功率熔化，熔化功率為250kW－460kW，各組元熔體滴入深闊的熔池並劇烈攪拌熔體，熔鑄成一次超導合金錠；將一次合金鑄錠再進行至少一次的大功率熔鑄過程 ^[1]  。

對金屬玻璃進行熱處理, 可以獲得部分或全部晶化的材料。如果合金成分選擇合理,熱處理工藝恰當, 有可能獲得超導性能良好且仍保持良好力學性能的超導材料。但到目前為止, 所研究的材料都距實用價值較遠。用於核聚變的強磁場材料, 必須能耐中子輻照, 金屬玻璃材料最有希望。應加強研究在非晶態時最高的。合金, 用恰當的熱處理脱溶超導或不超導顆粒, 以提高它的臨界電流密度。因此研究以為基的多元合金, 也可望得到核聚變所需角的超導材料。對於、過渡金屬的非晶形成規律, 晶化過程結構與性能的關係, 有許多理論問題尚待進一步研究 ^[3]  。