精密磁测用SQUID元件等方面。由于超导材料临界温度Tc低,使用价高且用资源稀少的液氦(沸点412K=-269e)来冷却因此普及使用受到限制,为此开发研制了高温超导铜氧化物材料,用液氮冷却(沸点77K=-196e),至今年高温超导已有20余年的历史。按日本标准高温超导的Tc定在25K以上,即不用液氦就可得到超导。目前开发的铜氧化物超导有数百种,最高Tc达138K(高压下可164K),而从实用上最重要的临界电流特性出发开发的有YBa2Cu3Oy(Y123)为代表的稀土类123系、铋(Bi)系超导体1(Bi,Pb)。
第一代铋系超导线材特点是易获得C轴取向结构,线材制作采用Powder-In-Tube法。Bi(Pb)2223的Tc高,已开发实用材料,目前世界年产可达数千km。Bi(Pb)2223的临电流Ic在液氮温度下大于150A,是传统铜电缆的200倍,这样即使交流送电也可大大减小电力损失,因此各国都在积极开发。第二代稀土类123超导线材,这类超导研究近2、3年飞速发展。从成本、生产速度考虑采用了溶液法制造,Ic也很高。溶液法的研究课题是提高膜厚和Jc,日美联合开发出长度大于100m,77K的Ic>100A的超导(幅宽1cm)体。最近日本还生产出200m级、Ic250A的线材。可见第二代超导正迅猛发展。最近又研制出MgB2超导体,较铜氧化物超导晶粒间的超导结合更强,既使在无取向多晶体中也显示出高的Jc,这就容易构成永久的电流回路。可望应用于工作在20K的MRI中,目前已可有115km级的长尺线材销售。日本神户制钢公司新近制造成功强磁场磁体用的长尺寸超导线材,该线材是利用粉末冶金法制造的,在制造过程中运用了粉末控制技术并改进了粉末制造工艺,从而制造成功在强磁场下能保持高临界电流密度的长达千米级的实用线材。在19T磁场下的临界电流密度,传统超导线材约为150A/mm2而新开发的线材则>250A/m2。
当前正在进一步开发尺寸更长的超导线材,并组装在核磁共振磁体中制成当前世界上能形成最强磁场的核磁共振装置。神户钢铁公司将钽粉与锡粉合金化后的粉末状化合物装入铌合金管中经过挤压之类压力加工后进行退火处理,从而制得Nb3Sn。在蛋白质的功能分析等方面发挥重要作用的核磁共振装置上,如果所产生的磁场强度越高其分辨本领则越高,但是必须开发能够即使在强大磁场下也能通过大电流的超导线材。此项研究开发工作是日本东海大学工学院接受日本JST的委托在太刀川恭治教授研究成果的基础上进行的。
二硼化镁高温超导线材MgB2不仅居里温度Tc高而且没有晶界结合弱的高温氧化物超导体所存在的问题,这大大有利于它的实际应用。并且MgB2制造原料价格低可以运用比较低廉的线材制作技术,所以有望生产出价格低廉的MgB2线材,近年来开发成功的金属管内充填粉末原料的制造方法(Powder-In-Tube)即PIT法受到重视。PIT法又分为两种工艺,一是将镁与硼混合粉末充填入金属管内经过加工和热处理生成MgB2,此法称做in-situ法;另一方法则是直接把MgB2化合物粉末充填入金属管内进行加工生产超导线材的工艺,称做ex-situ法。因为in-situ法能够制得实用性很高的高临界电流密度Jc,所以受到广泛重视。PIT法所充填的混合粉末密度越高越有利于提高Jc,因此最好使用硬度高的金属管,当前主要采用铁管或Fe-C管。如果采用加工性良好的铜管,在高的热处理温度下就会发生Cu与MgB2的反应又会给制作带来困难,有人尝试通过在铜管内壁表面镀铌,也有人将温度控制在6001000e经数小时的热处理等措施来防止Cu与Mg发生反应。最近有人发现in-situ法在镁+硼混合粉末中添加微细杂质可有效的提高Jc特性,添加10%(质量)纳米SiC粉末能大大提高Jc。使长尺寸MgB2超导线材制作的线圈,在液态氦中能够输送255A的超导电流Ic,成功地发生213T的磁场。可望制造成功用冷冻机冷却或用液态氢冷却MgB2线材的超导磁体。