Новые материалы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые материалы

решением традиционных головок. Бит информации в принципе может быть считан при размере порядка 10 нм. Поэтому для высокоплотной записи материалы должны быть нанокристаллическими. Но уже при размере частиц порядка нескольких десятков нанометров наблюдается суперпарамагнитный эффект - из-за тепловых колебаний вектор намагниченности мелкой частицы не способен сохранять свою ориентацию достаточно долгое время. Другими словами, термические флуктуации разрушают хранимую информацию. Казалось, что существует суперпарамагнитный барьер плотности записи, проводящий границу физически достижимого значения плотности записи (« 6 Гбит/см2). В современных материалах для рабочего слоя жестких дисков ЭВМ такой барьер удалось преодолеть.
...
Ключ к созданию нанокристаллических материалов с повышенной температурной стабильностью хранения информации - многослойные антиферромагнитно-связанные структуры. Обычная запоминающая среда для рабочего слоя жестких дисков - это сплав CoPtCrB. Стабильность сплава повышается при использовании многослойной структуры с антиферромагнитной связью, обусловленной введением промежуточного слоя рутения толщиной в три атомных слоя. Последовательность расположения слоев в такой структуре имеет вид: CoPtCrB/Ru/CoPtCrB. Для получения высокой плотности записи должно быть мало произведение остаточной намагниченности на толщину рабочего слоя (Р~
...
В апреле 2000 г. исследователи из японской фирмы «Fujitsu» добились плотности записи на магнитный диск в 8,7 Гбит/см2. Тем самым они обогнали, на тот момент, своего основного конкурента IBM. Новый способ, предложенный «Fujitsu», предполагает использование дополни-
...
тельного кобальт-рутений-кобальтового подслоя, который является сложным ферромагнетиком и оказывает влияние на основной магнитный слой. Суть этого влияния состоит в повышении стабильности магнитных полей записываемого слоя и предотвращении спонтанного размагничивания и, следовательно, потери информации. Предложенная технология позволяет применить перпендикулярную запись и повысить плотность записи теоретически до 50Гбит/см2.
...
Ферритами называют магнитные материалы со структурой ионных кристаллов, которые относятся к большому классу нескомпен-сированных антиферромагнетиков, или ферримагнетиков. Ферриты представляют собой оксидные соединения, получаемые путем спекания оксидов железа (Fe203) с оксидами других металлов. В отличие от металлических магнитных материалов ферриты обладают огромным электросопротивлением (до Ю120м"см) и большой скоростью перемагничивания, поэтому они широко применяются в качестве магнитных материалов, работающих при повышенных частотах, включая СВЧ-диа-пазон [6]. Простейшим ферритом является природный магнетит (Fe304), или феррит железа. Его структурную формулу можно записать как FeO • Fe203. Природный магнетит практически не используется как магнитный материал ввиду его невысоких магнитных свойств и низкого электросопротивления (1СГ2 Ом • см) из-за присутствия двухвалентных катионов Fe+2.
...
1) ферриты с кубической кристаллической решеткой типа минерала шпинели (MgAJ204), которую можно представить в виде АВ2Х4 (здесь А — двухвалентный катион А+2, В — трехвалентный катион В 3, X — двухвалентный анион Х~2);
...
2.1) ферроксдюры со структурной формулой МО • 6Fe203 (где М — один из двухвалентных металлов — Ва, Са, Sr или РЬ), которые обладают одним направлением легкого намагничивания, совпадающим с гексагональной осью, и являются магнитотвердыми ферритами;
...
2.2) феррокспланы со структурной формулой ВаО—МО—Fe203, которые обладают плоскостью легкого намагничивания, перпендикулярной
...
Ферриты с кубической решеткой шпинели являются наиболее многочисленной и широко применяемой в различных устройствах электронной техники группой ферритов. Их можно разделить на подгруппы, различающиеся между собой:
...
1.1) моноферриты (простые ферриты) со структурной формулой МО • Fe203, где М — двухвалентные катионы Mn, Mg, Ni, Си, Zn и другие;
...
1.2) биферриты (смешанные ферриты), содержащие двухвалентные катионы двух металлов, со структурной формулой M^Mf.. xFe204;
...
2.1) ферриты с нормальной решеткой шпинели и структурной формулой M+2[Fe+32]04, означающей, что катионы М+2 располагаются в тет-раэдрических порах кубической решетки, окруженные четырьмя анионами О-2, а катионы Fe+3 — в октаэдрических порах, окруженные шестью анионами О-2;
...
В большинстве своем ферриты со структурой шпинели являются смешанными ферритами на основе марганцевого MnFe204, никелевого NiFe204, литиевого Li2Fe204 или магниевого MgFe204 ферритов. В качестве второго катиона могут быть катионы Mg, Zn, Ni, Си, Со, Mn и другие. В настоящем издании не представляется возможным рассмотреть все многообразие ферритов-шпинелей. Поэтому остановимся лишь на некоторых их особенностях на примере (Ni-Zn)-, (Mn-Zn)- и (Li—Zn)-ферритов.
...
2) частотные характеристики, которые позволяют оценить электромагнитные свойства ферритов при перемагничивании в переменных магнитных полях;
...
Статические характеристики некоторых смешанных ферритов со структурой шпинели определяют по основной кривой намагничивания. Они включают начальную (ц0) и максимальную (umax) магнитную проницаемость, коэрцитивную силу jHc, остаточную (Вг) и максимальную индукцию Вт, которая достигается в поле Нт = 30 Э (табл. 8.15).
...
Частотные характеристики представляют собой зависимости комплексной магнитной проницаемости (ц = ц' - /ц") и тангенса угла потерь (tgo = от частоты перемагничивания /, которые называют магнитными спектрами. На рис. 8.12 в качестве примера показаны магнитные спектры Ni—Zn-ферритов. С увеличением частоты перемагничивания до некоторого значения (граничная частота f ) проницаемость и тангенс угла потерь практически не изменяются, однако при некоторой частоте (различной для разных ферритов) начинается резкое снижение ц' и увеличение ц" и tg 5. Причины этих изменений связывают с резонансными явлениями при высокочастотном перемагничивании (ферромагнитный резонанс). Граничная частота определяет верхний частотный предел работы различных ферритов. Для Ni-Zn-ферритов - это до 10 МГц, для Мп—Zn-ферритов - до 1 МГц, для Li-Zn-ферритов — до 100 МГц.
...
Температурные характеристики представляют собой зависимость магнитной проницаемости от температуры (рис. 8.13). По этой характеристике определяют максимальную рабочую температуру Траб, при которой магнитная проницаемость оказывается не менее 0,8 от магнитной проницаемости при комнатной температуре. Для Ni-Zn-ферритов Граб достигает 350 °С в зависимости от технологии синтеза ферритов, для Мп-Zn-ферритов - 180°С.
...
Среди ферритов со структурой шпинели есть особая группа ферритов с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), которые широко используются в импульсной технике. Для этих ферритов важными характеристиками являются параметр, определяющий прямоугольность петли гистерезиса, и время их перемагничивания. Прямоугольность петли гистерезиса можно оценивать с помощью двух параметров (рис. 8.14): по относительной остаточной индукции Вг/Вт или по ко
...
Mg—Мп—Zn и других смешанных ферритах наблюдается «спонтанная» прямоугольность петли гистерезиса в изотропном (не текстурованном) состоянии. Ферриты с ППГ широко используются в запоминающих, логических и переключающих устройствах электронной техники.
...
Кристаллическая структура гексаферритов представляет собой плотноупакованную гексагональную решетку из анионов кислорода О , в октаэдрических порах которой располагаются трехвалентные катионы Fe+3. Наиболее известной из этих структур является структура минерала маг-нетоплюмбита РЬО • 6Fe203 (или PbFe12019). Основные гексаферриты со структурой магнетоплюмбита, представляющие интерес как магнитные материалы, по своим химическим составам можно расположить в тройной диаграмме BaO-MO—Fe203 (рис. 8.15), где в качестве двухвалентного металла М могут быть Mn, Fe, Со, Ni, Zn, Mg и др.
...
Феррит М (ВаО • 6Fe203) (здесь и далее использованы обозначения фаз, принятые на диаграмме рис. 8.15) является магнитотвердым материалом с высокой константой одноосной анизотропии. При изготовлении анизотропных постоянных магнитов из феррита бария по порошковой технологии и прессовании порошков в магнитном поле получают достаточно
...
высокие магаитные свойства: намагниченность насыщения до 0,47 Тл, остаточная индукция до 0,35 Тл, коэрцитивная сила ВНС до 280 кА/м (при теоретическом значении ГН около 1360 кА/м) и магнитная энергия до 36 кДж/м3. Замена катиона Ва на Sr позволяет получать постоянные магниты на основе SrO • 6Fe203 с магнитной энергией до 40 кДж/м3. Использование смешанных ферритов (Ва, Sr)0 • 6Fe203 при частичной замене катионов железа катионами скандия или хрома позволяет повысить термостабильность их свойств. Поэтому перспективным направлением улучшения свойств магнитотвердых ферритов является поиск оптимального легирования и использования модифицирующих комплексных добавок в сочетании с оптимизацией процессов ферритизации с учетом качества сырьевых материалов и видов ферритообразования, обеспечивающих заданную дисперсность готового к прессованию порошка.
...
Рис. 8.15. Наиболее важные составы ферритов в тройной диаграмме ВаО—МО—Fe
...
звать фарадеевский вентиль. Другим направлением в создании новых ферритовых СВЧ-устройств является применение гексаферритов с большой магнитной кристаллографической анизотропией для создания устройств миллиметрового диапазона. К новым направлениям относится также использование в СВЧ-устройствах структур, состоящих из ферритовых и высокотемпературных сверхпроводящих пленок [7]. Расширенный интерес проявляется также к исследованию магнитных свойств пленок на основе Ni—Zn-, Mn—Zn- и других ферритов с нанокристал-лической структурой [6].
...
Явление сверхпроводимости было открыто Камерлинг—Онне-сом в 1911г., как полное исчезновение электрического сопротивления ртути при температуре около 4 К (—269 °С) выше абсолютного нуля (Нобелевская премия 1913 г.). Поскольку сразу стал ясен огромный прикладной потенциал сверхпроводимости, с этого времени в течение более чем 90 лет предпринимаются попытки увеличить критическую температуру сверхпроводящего перехода. Оказалось, что среди чистых металлов наибольшую критическую температуру имеет ниобий (9,26 К), а самую низкую — вольфрам (0,015 К). Более высокие значения наблюдались в сплавах. Самой высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние, достигнутой к 1986 г., обладал сплав Nb3Ge: 23 К (-250 °С). Долгое время, вплоть до середины 50-х годов, сверхпроводимость была совершенно непонятным явлением. Ее безуспешно пытались объяснить Альберт Эйнштейн и Нильс Бор. Лишь спустя двадцать лет после создания квантовой теории, в 1950 г. В.Л.Гинзбургом и Л.Д.Ландау была создана феноменологическая теория перехода в сверхпроводящее состояние. Ее созданию помогло открытие П.Л. Капицей сверхтекучести гелия, которое подсказало трактовку сверхпроводимости как сверхтекучести электронной жидкости. Однако, поскольку свойство сверхтекучести присуще только бозе-системам, состоящим из частиц с целым спином, долгое время оставалось неясным, как возможна сверхтекучесть в электронной (фермионной) системе.
...
Еще семь лет спустя, в 1957 г., Бардиным, Купером и Шриффером была создана общепринятая сейчас микроскопическая теория сверхпро-
...
водимости — «теория БКШ» (Нобелевская премия 1972 г.). Согласно этой теории, часть обычно отталкивающихся друг от друга свободных электронов благодаря взаимодействию с фононами (квантами колебаний кристаллической решетки) образуют связанное состояние (так называемые «куперовские пары»). Эти пары имеют целый спин и при охлаждении «конденсируются», образуя сверхтекучую электронную жидкость. Сверхтекучесть позволяет конденсированным куперовским парам переносить электрический заряд без неупругих столкновений с кристаллической решеткой и оставшимися электронами, а значит и без диссипации энергии. В том же 1957 г. А.А.Абрикосовым был открыт новый класс сверхпроводников — так называемые сверхпроводники II рода, характеризующиеся отрицательным значением энергии границы нормальной и сверхпроводящих фаз. В отличие от ранее известных материалов (в основном чистых металлов, которые стали называться сверхпроводниками I рода), сверхпроводимость II рода допускает возможность проникновения магнитного поля в объем материала в виде квантов магнитного потока, так называемых вихрей Абрикосова, при сохранении нулевого электросопротивления. Из-за существенно более высоких критических значений магнитного поля все практически используемые сегодня сверхпроводящие материалы являются именно сверхпроводниками II рода.
...
В 1986 г. Беднорцем и Мюллером в исследовательском центре корпорации IBM у сложных соединений оксида меди \л
...
Одновременно явление сверхпроводимости при относительно высоких температурах было обнаружено у органических веществ, в частности, фуллеренов. Сверхпроводимость в органических соединениях была открыта в 80-х годах в тетраметилтетраселенафульвалене Бекгаардовой соли
...
(TMTSF)2PF6. После открытия фуллеренов сверхпроводимость была обнаружена в легированных щелочными металлами молекулах С60.
...
2001 г. ознаменовался рядом крупных достижений. Прежде всего надо отметить рекорд критической температуры сверхпроводящего перехода в фуллеритах, установленный учеными из Bell Laboratories (исследовательский центр компании AT&T): расширяя решетку монокристаллов С60 интеркаляцией молекул СНВг3, удалось получить Тс = 117 К. В другом кристалле - СНС13/С60 достигнута Тс - 80 К. В 2001 г. сверхпроводимость при нескольких градусах К была найдена в углеродных нанотрубках. В этом же году был обнаружен новый сверхпроводник, имеющий серьезные технологические преимущества перед ВТСП, - диборид магния MgB2 с критической температурой 39 К.
...
Динамика роста достигнутой критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние за период с 1911 по 2002 гг. показана на рис. 8.16.
...
Основные физические свойства сверхпроводников, лежащие в основе их практических применений, можно сформулировать следующим образом.
...
• Сверхпроводники в интервале значений ниже критических величин температуры, индукции магнитного поля и плотности электрического тока имеют нулевое сопротивление, т. е. способны нести бездиссипативный постоянный ток без потерь на нагрев проводника. Уровень потерь определяется фактором ру2,
...
• При значениях магнитного поля ниже определенного критического значения сверхпроводники обладают идеальным диамагнетизмом — магнитное поле не проникает в объем материала (эффект Мейсснера).
...
• Магнитный момент сверхпроводящего кольца или полого цилиндра может изменяться только дискретно на величину кванта магнитного потока, равную 2x10-7 Гс • см2.
...
• Поверхностное сопротивление (импеданс) сверхпроводника при частотах ниже критических в 10—100 раз меньше поверхностного сопротивления хорошо проводящих материалов (медь, алюминий) при тех же температурах.
...
• В сверхпроводниках возможно протекание тока без падения напряжения через туннельный контакт, образованный двумя сверхпроводниками, которые разделены тонким слоем (масштаба нанометров) диэлектрика (стационарный эффект Джозефсона), либо протекание тока, сопровождаемое при превышении некоторой критической его величины генерацией электромагнитного излучения с частотой, которая определяется разностью потенциалов на контакте (нестационарный эффект Джозефсона).
...
Первые два из указанных свойств лежат в основе сильноточных сверхпроводниковых технологий, предназначенных для устройств больших мощностей и запасенных энергий. Эти технологии находят непосредственное применение в электроэнергетике, а с некоторыми вариациями — во всех направлениях промышленного производства и транспорта. Остальные свойства используются в слаботочных сверхпроводниковых технологиях, применяемых в телекоммуникационной технике, прецизионном приборостроении, научном и медицинском оборудовании. Основные сверхпроводники, используемые сегодня в технике, и их физические параметры представлены в табл. 8
...
Промышленное производство технических сверхпроводящих материалов было освоено в мире к середине 70-х годов XX в. Активно разрабатывались различные устройства, использующие явление сверхпроводимости, — от лабораторных магнитов для камерных научных исследований в физике, химии, биологии до крупных, индустриального масштаба установок по магнитному удержанию горячей термоядерной плазмы или импульсные источники энергии большой мощности на базе индуктивных накопителей.
...
Основу технических сверхпроводящих материалов составляли в то время два НТСП-материала. Первый из них — деформируемый сплав Nb—Ti со следующими параметрами: критическая температура 9,6 К при нулевых магнитном поле и токе, критическое магнитное поле 12Тл при 4,2 К (температура кипения жидкого гелия при нормальном давлении), нулевом токе и критической плотности тока, равной 3x109 А • м~2 при 4,2 К и в магнитном поле 5 Тл. Стоимость такого материала не превышает нескольких долларов за 1 кА-м.
...
Вторым сверхпроводником, освоенным промышленностью несколько позже, было интерметаллическое соединение Nb3Sn, которое расширило диапазон рабочих температур и магнитных полей для сверхпроводниковых устройств. Материал на основе Nb3Sn имеет критическую температуру 18,3 К при нулевых магнитном поле и токе, критическое магнитное поле около 22 Тл при 4,2 К и нулевом токе, критическую плотность тока более высокую, чем в материалах на основе сплава Nb—Ti, в частности, при 4,2 К в поле 10 Тл плотность тока в нем превышала 109А-м~2. Его стоимость составляет примерно 10 долл. за I кА • м.
...
Сами технические сверхпроводящие провода представляли собой сложные композитные конструкции из разнородных материалов с ультратонкими (до долей микрона) нитями собственно сверхпроводника. Наукоемкая технология их изготовления (рис. 8.17) была освоена СССР, CILIA, Японией, ФРГ и другими индустриально развитыми странами.
...
Значения рабочих магнитных полей и плотностей тока, которых удавалось достичь в сверхпроводниковых устройствах, использующих материалы Nb-Ti и Nb3Sn при температурах вблизи 4,2 К, практически перекрывали прогнозируемые потребности всего электротехнического и электроэнергетического оборудования. К тому же значительно уменьша-
...
Коммерческие материалы и приборы на основе сверхпроводимости
...
Рис. 8.17. Технологическая схема изготовления композиционных сверхпроводников
...
лись его омические потери и массогабаригные показатели. Естественно, ожидали, что применение сверхпроводниковых технологий гелиевого уровня температур позволит не только расширить спектр исследовательских установок и устройств специальной техники, но прежде всего окажет преобразующее воздействие на электроэнергетику, транспорт и другие электропотребляющие отрасли экономики.
...
С середины 60-х годов, когда начались исследования по прикладной сверхпроводимости, в развитых странах разрабатываются сверхпроводниковые варианты практически всех основных электротехнических устройств, которые генерируют, передают, преобразуют и потребляют электроэнергию в промышленном масштабе. В России в течение последних 20 лет созданы и испытаны представительные модели и опытно-промышленные образцы сверхпроводниковых турбогенераторов мощностью от 1 до 20 MB • А, изготовлены турбогенератор мощностью 300 MB • А, коллекторные и униполярные двигатели мощностью до 10 МВт, системы движения для морского и железнодорожного транспорта, трансформаторы, токоограничители, гибкие и жесткие линии электропередач, индуктивные накопители энергии.
...
Это оборудование действительно продемонстрировало выигрыш в КПД и массогабаритных показателях по сравнению с традиционным. И хотя были очевидны пути повышения его надежности до уровня требований энергетических стандартов, промышленного распространения оно не получило. Причин тому несколько. Из-за слишком большого значения фактора ру'2, или фактора омических потерь, конкурентоспособным сверхпроводниковое оборудование признавалось при больших единичных мощностях, например, генераторы при мощностях более 800...1000 MB • А, линии электропередач при мощностях более 5 ГВ • А и дальностях в несколько тысяч километров. Большое сопротивление (и не только психологическое) по отношению к новому встречала перспектива использования сложного и на первых порах недостаточно надежного криогенного оборудования гелиевого уровня температур и самого хладагента — дорогого жидкого гелия.
...
Выйти на коммерческих основаниях за пределы экономических и психологических барьеров смогли три типа сверхлроводниковых устройств гелиевого уровня температур: магниторезонансные томографы со сверхпроводящими магнитами, сверхпроводниковые сепараторы и малые индуктивные накопители энергии. Производство сверхпроводниковых томографов началось в 80-е годы. Благодаря хорошему качеству диагностической информации, связанному с высокой индукцией магнитного
...
поля, стабильностью во времени и пространственной однородностью так называемого замороженного магнитного поля сверхпроводящего соленоида, к 1990-м годам они сильно потеснили на рынке более дешевые томографы с резистивными или постоянными магнитами. Теперь ежегодно выпускается около 1000 сверхпроводниковых магниторезонансных томографов, и ежегодный объем их продаж превышает 2 млрд долл.
...
Что касается сверхпроводниковых сепараторов и индуктивных накопителей, то они делают первые шаги на рынке. В СССР в свое время был создан объемно-градиентный магнитный сепаратор для обогащения бедных железистых кварцитов, в США — высокоградиентные сепараторы для прецизионной очистки каолина и сверхпроводниковые индуктивные накопители с запасенной энергией масштаба нескольких киловатт-часов, недавно установленные в системах бесперебойного обеспечения электропитания ответственных потребителей энергии. И все это стало возможным после заметного усовершенствования криогенной техники гелиевого уровня температур, произошедшего в последние годы.
...
Таким образом, итогом 40-летнего (1962—2002 гг.) развития сверхпроводниковой технологии гелиевого уровня температур стали выдающиеся результаты, полученные при создании уникальных электрофизических установок, и первые коммерческие успехи, однако эта технология не смогла существенно повлиять на облик промышленной электроэнергетики.
...
Положение радикально изменилось в 1986 г., когда были открыты высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) с критическими температурами перехода в сверхпроводящее состояние, быстро достигшими величин, заметно превышающих 77,3 К, т. е. температуру кипения жидкого азота при нормальном давлении. Появилась возможность вместо невозобновляемого и дорогого хладагента — жидкого гелия — использовать жидкий азот. Однако она могла быть реализована, если бы удалось разработать технологию технических ВТСП-материалов с необходимыми эксплуатационными качествами и приемлемой стоимостью. Между тем из-за очень плохих механических свойств ВТСП, являющихся по сути керамикой, создание технологии токонесущих элементов из ВТСП-материалов оказалось неизмеримо более сложной задачей, чем технологии сверхпроводящих обмоточных материалов гелиевого уровня температур. При создании устройств на основе ВТСП существует еще одно важное ограничение, связанное с сильными термодинамическими флуктуация-ми параметра порядка, обусловленными высокой степенью простран-
...
ственной анизотропии и низкими значениями корреляционной длины в этих веществах. Эти флуктуации не только разрушают сверхпроводимость, но и приводят к существенной модификации свойств материала в нормальном состоянии. Исследованию этих явлений посвящен проект, выполняемый в рамках раздела «Магнитные и сверхпроводящие материалы» (руководитель — проф., д. ф.-м. н. Д.В.Ливанов, Московский государственный институт стали и сплавов).
...
В настоящее время разрабатываются две конструкции ВТСП-кабелей, принципиально отличающиеся друг от друга, - с теплым и с холодным (т. е. находящимся при криогенных температурах) диэлектриком. В конструкции с холодным диэлектриком токонесущий элемент кабеля окружен коаксиальным сверхпроводящим слоем, предназначенным для экранирования магнитного поля. Диэлектрик, «пропитанный» жидким азотом, располагается между токонесущим элементом и внешним экранирующим слоем. Целью такой конструкции является устранение потерь на переменном токе, вызванных воздействием магнитного поля, создаваемого токами в соседних фазах, а также вихревыми токами, наведенными в металлических частях соседнего оборудования.
...
Кабели с теплым диэлектриком не содержат такого сверхпроводящего экранирующего слоя, поэтому их стоимость существенно ниже. Результатом использования этой конструкции является меньший расход сверхпроводящего материала и использование обычных изоляционных материалов в противоположность новым диэлектрикам, которые многим исследовательским группам приходится разрабатывать «с нуля». Кроме того, поскольку кабель с теплым диэлектриком конструктивно сходен с обычным кабелем, то при его изготовлении, монтаже и соединении можно использовать многократно проверенные и надежные прежние технологии. Меньший диаметр ВТСП-кабеля с теплым диэлектриком позволяет использовать его в существующих линиях электропередач. Во многих случаях проводники соседних фаз могут быть без труда удалены на значительное расстояние друг от друга. За счет этого устраняется необходимость магнитного экранирования.
...
В настоящий момент технология керамических сверхпроводников все еще находится в стадии становления из-за частичной нестабильности оксидных ВТСП-магериалов, их высокой хрупкости и анизотропии. Ленточные провода (рис. 8.18) изготавливаются сейчас в основном на основе соединения Bi2Sr2CaCu20;c в серебряной оболочке (Bi-2212/Ag). Несмотря на относительно низкую критическую температуру этого соединения (около 90 К), его технологические свойства и достижимость
...
высоких плотностей критического тока в сильных магнитных полях при температурах 20...30 К превышают возможности всех освоенных НТСП-материалов при 4,2 К. Этот материал имеет реальную перспективу для применения в сверхпроводниковых устройствах с сильными магнитными полями при рабочих температурах вблизи температуры жидких водорода или неона.
...
Производятся также ленточные провода на основе соединения Bi2Sr2Ca2Cu3Ox в серебряной оболочке (Bi-2223/Ag). В настоящее время этот материал активно используется в разработках электротехнического оборудования. Он имеет критическую температуру 107 К, критическую плотность тока порядка 108А-м-2 при температуре 77,3 К и полях 1 Тл и менее, а с понижением рабочей температуры его характеристики существенно улучшаются. Стоимость этого материала около 100 долл. за 1 кА • м. Рост масштабов его производства, совершенствование технологии и раскрытие потенциальных возможностей дают основание ожидать, что в ближайшие годы его цена снизится до 10... 15 долл. за 1кА-м. Тогда высокотемпературные сверхпроводниковые устройства станут конкурентоспособными.
...
Рис. 8.18. Поперечные сечения ленточных проводов из ВТСП-материалов. Поперечные сечения лент 0,2...0,25x3,0...3,5 м2; диаметры круглых проводников 0,8...1,0 мм; критическая плотность тока до ЗхЮ4 А-см-2; критическая температура до 100 К
...
По-прежнему остро стоит задача совершенствования технологии материала Bi-2223/Ag в целях улучшения его механических свойств. Решению этой важнейшей задачи методами MPSC (Melt Process with Slow Cooling) и IMP (Isothermal Melt Processing^ посвящен проект в рамках раздела «Магнитные и сверхпроводящие материалы» (руководитель — ст. н. с, к. т. н. А. О. Комаров, Московский государственный институт стали и сплавов).
...
Начат выпуск массивных материалов на основе соединения УВа2Сиз07_;с (или NdBa2Cu307_;i.), которые в режиме замороженного поля конкурируют с такими постоянными магнитами, как Nd—Fe—В. Эти соединения очень перспективны для создания длинномерных токонесущих элементов с высокой плотностью тока (~109 А-м-2) при 77,3 К в полях до 5 Тл.
...
В рамках раздела «Магнитные и сверхпроводящие материалы» (руководитель — проф., д. т. н. О. А. Кайбышев, Уфимский государственный авиационный технический университет и Институт проблем сверхпластичности металлов РАН) изучалось формирование кристаллографической структуры ВТСП-керамики YBa2Cu307_x при горячей деформации (кручение под давлением). Актуальность этой работы обусловлена острой практической потребностью в ВТС-керамиках с высокой плотностью критического тока.
...
В промышленности переход от низкотемпературных сверхпроводников к высокотемпературным несет в себе возможность повышения рабочих температур сверхпроводящих устройств вплоть до азотных, замены жидкого гелия на жидкий азот, очевидное упрощение системы криостатиро-вания и сокращение в сотни раз связанных с этим эксплуатационных расходов. Кроме того, ВТСП-устройство более устойчиво к внешним возмущениям, а криогенная система азотного уровня более надежна в эксплуатации.
...
Важным положительным фактором, позволяющим существенно упростить конструкцию высоковольтной изоляции, является высокая диэлектрическая прочность жидкого азота, сравнимая с диэлектрической прочностью трансформаторного масла.
...
Сильноточные сверхпроводниковые технологии ныне вышли на уровень, на котором при их использовании возможно создание нового поколения электроэнергетического оборудования, существенно превосходящего оборудование традиционного (резистивного) исполнения. Это достигается за счет более высокой эффективности, уменьшения в два—три раза массогабаритных показателей и соответственно материалоемкости и
...
энергозатрат на изготовление, повышения надежности и срока службы до требований электроэнергетики XXI столетия, качественных характеристик энергосистем, экологической безупречности сверхпроводникового электрооборудования, меньшей капитальной стоимости при массовом производстве и цене сверхпроводника, не превышающей 10...15 долл. за 1 кА • м.
...
К настоящему времени прошли успешное испытание представительные образцы электротехнического оборудования в сверхпроводниковом исполнении, в первую очередь, на базе ВТСП-технологии: электромашины мощностью порядка мегавольт-ампер, трансформаторы мощностью до 1,5 MB* А, участки кабельных линий электропередачи, рассчитанные на мощность до 440 MB • А, и сверхпроводниковые токоограни-чители мегавольт-амперного диапазона. Учитывая накопленные ранее знания и опыт по созданию промышленных образцов электротехнического оборудования на основе НТСП-технологии, можно утверждать, что в течение первого десятилетия XXI в. начнется промышленное производство и освоение нового поколения сверхпроводникового электротехнического оборудования.
...
Объемная текстурированная ВТСП YBCO-керамика со структурой квазимонокристалла является перспективным материалом для использования в магнитных подвесах ряда электромеханических устройств — магнитных подшипниках, маховиковых накопителях энергии, электродвигателях.
...
На поиск оптимальных термических параметров направленной кристаллизации, обеспечивающих непрерывное разращивание кристалла по всему объему материала и получение массивных образцов для использования в магнитных подвесах, направлен проект в рамках раздела «Магнитные и сверхпроводящие материалы» (руководитель — доц., к. т. н. О. Л. Полушенко, Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана).
...
Принято считать, что при широкомасштабном промышленном использовании ВТСП сильнотоковые устройства с рабочей температурой Т = 77 К могут составить серьезную конкуренцию обычным «гелиевым» сверхпроводникам лишь в том случае, если стоимость изготовления ВТСП-проводов удастся понизить хотя бы до 10 долл. в расчете на килоампер • метр (кА-м). Для сравнения: стоимость проводов из NbTi и Nb3Sn примерно равна 1 и 8 долл/кА • м соответственно.
...
вые устройства. Часть из них, например сверхпроводниковые болометры и стробоскопические приставки к осциллографам, выпускалась малыми партиями преимущественно небольшими фирмами. При этом использовался в основном сверхпроводник Nb/AJOyNb.
...
Широко ведутся сегодня работы, направленные на создание и исследование тонких пленок высокотемпературных и низкотемпературных сверхпроводниковых материалов, необходимых для малошумящих смесительных приемных устройств субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов волн, а также однофотонных детекторов пикосекундного временного разрешения ИК- и дальней ИК-областей, предназначенных соответственно для радиоастрономии, спутникового и наземного дистанционного контроля состояния озонового слоя и загрязнения верхних слоев атмосферы, а также для применения в волоконной оптике, электронике, спектроскопии быстропротекающих процессов и исследований свойств вещества. В рамках раздела «Магнитные и сверхпроводящие материалы» (руководитель — проф., д. ф.-м. н. Г. Н. Гольцман, Московский педагогический государственный университет) на основе пленок сверхпроводника NbN созданы смесители терагерцового диапазона частот с шумовой температурой 1000 К на частоте гетеродина 1 ТГц и 2000 К на частоте 2,5 ТГц. Полоса преобразования смесителя составила 4,5 ГГц.
...
Необходимость криостатирования НТСП-электроники на гелиевом уровне температур являлась не единственным препятствием практическому освоению сверхпроводниковых электронных устройств. Была и еще причина — отсутствие соответствующей технологии, особенно для числовой сверхпроводниковой электроники, надежного, с контролируемыми параметрами производства разнообразных элементов, имеющих высокую плотность компоновки в многослойных системах. Тем не менее открытие ВТСП-материалов и совершенствование техники криостатирования на гелиевом, а тем более на азотном уровне температур, стали мощным стимулом как самих разработок по сверхпроводниковой электронике, так и их практического использования в телекоммуникационной, приборной, компьютерной и медицинской технике.
...
Сверхпроводниковую электронику принято подразделять на три подобласти: пассивные сверхпроводящие элементы, СКВИД-электроника (сверхпроводящие квантовые интерферометрические устройства) и цифровая техника с большим количеством, как правило, джозефсоновских переходов.
...
Смена низкотемпературных сверхпроводников высокотемпературными важна с точки зрения не только рабочих температур пассивных
...
СВЧ-устройств, но и расширения рабочего диапазона частот до сотен гигагерц. При этом использование сверхпроводимости приводит к малым потерям, практическому отсутствию дисперсии сигнала, возможности управлять параметрами устройств за счет изменения реактивных или резистивных свойств под внешним воздействием. Это распространяется на широкий спектр пассивных СВЧ-устройств: линии передач, линии задержек, полосовые фильтры, амплитудные и фазовые модуляторы, переключатели и ограничители СВЧ-мощности, малогабаритные антенны, как приемные, так и передающие, резонаторы и др. Разработаны, успешно испытаны и начали эксплуатироваться сверхпроводниковые спутниковые системы связи, миниатюризированные и с повышенной пропускной способностью; системы связи с подвижными объектами (сотовой связи) третьего поколения, в которых применяются ВТСП-фильтры СВЧ-диапазона с уникальными характеристиками: шириной полосы пропускания 20 МГц, потерями на проход менее 0,5 дБ, затуханием вне полосы 85 дБ, крутизной склонов частотной характеристики 100 дБ/МГц и рабочей температурой 60 К. Кроме того, созданы системы перестраиваемых ВТСП-фильтров для локационной техники.
...
Здесь уместно отметить, что криостатирование подобных устройств обеспечивается микроохладителями, масса которых — единицы или десятки килограмм, а срок непрерывной работы до 40...50 тыс. ч. Отметим также, что основным рабочим ВТСП-веществом современной сверхпроводниковой электроники является соединение ¥Ва2Си307_л..
...
В СКВИД-электронике используется непревзойденная чувствительность СКВИДов (Ю-14 Тл/ГГц) к изменению магнитного потока. Благодаря этому СКВИДы находят применение в прецизионных приборах, измеряющих предельно малые токи, напряжение и изменение магнитного потока. По этим параметрам можно оценивать многообразные свойства и явления — от перемещения в пространстве до химического превращения. Технология ВТСП-СКВИДов быстро совершенствуется. Из-за проблемы температурных шумов НТСП-СКВИДы, работающие при 4,2 К, будут всегда иметь определенное преимущество перед СКВИДами, функционирующими при азотных температурах, но область использования ВТСП-СКВИДов значительно расширяется за счет упрощения эксплуатационных проблем. В этой связи весьма интересными представляются разработки нового поколения магнитометрических систем неразрушаю-щего контроля, необходимых, в первую очередь, атомной, авиационной и космической промышленности. Весьма перспективно развиваемое в
...

Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста
Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые материалы