超导陶瓷的介绍(特性,工艺,应用,发展趋势)

SuperconductingCeramics超导陶瓷一、超导陶瓷的定义及特性二、超导陶瓷的工艺流程三、超导陶瓷的应用四、超导陶瓷的发展趋势一、超导陶瓷的定义及特性•定义超导陶瓷是指具有超导特性的陶瓷材料，与其他超导体的性质一样，超导陶瓷在完全导电性下电阻为零，处于外界磁场中完全抗磁。超导陶瓷在诸如磁悬浮列车、无电阻损耗的输电线路、超导电机、超导探测器、超导天线、悬浮轴承、超导陀螺以及超导计算机等强电和弱电方面有广泛应用前景。•特性超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能：①零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。②完全抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。青衣青衣二、超导陶瓷的制备方法①固相法：含直接加工粉末法、护套法、粘接剂法（固相反应，扩散析出）；②液相法：熔融体急冷法、溶媒法、有机酸盐法、溶胶法（即将粉末溶入媒中）；③气相法：含溅射法（需薄膜优异，蒸镀缓慢）和化学蒸镀法（速度快）。Y-Ba-Cu-O系超导陶瓷的制备如下：将材料物质（Y2O3，BaCO3和CuO）称量、烘干、混合、粉碎在900~950摄氏度下的氧气氛围中煅烧12h球磨粉碎，加压成型再在900~1000摄氏度下的氧气氛围中烧结氧气氛围中急剧冷却至750摄氏度持续在氧气氛围中冷却至室温这个过程中原料的纯度、粒度、状态、活性、合成的温度、烧成制度、气氛、合成是否充分配料及合成后磨细的情况、成型条件、热处理条件等都对烧结体的超导性有极大的影响。原料一般选用氧化物或碳酸盐，各种原料要求纯、细，配料时称量一定要严格按YBa2Cu3O7（简称123相）配比，球磨时用去离子水或蒸馏水及无水乙醇等分散剂，进行磨细及充分均匀混合。第一次合成后，再混合磨细是的介质不能用去离子水，必须用无水乙醇。制备过程中的要求制备过程中的要求由于组成YBa2Cu3O7的有两种不同的晶体结构，其中正交（123相）为超导相，另一种四方相为非超导相。而123相在750摄氏度下才能稳定存在，因此需要快速冷却至室温。通常气氛为氧气流，流速需控制在0.3L/min左右。为得到单一均匀的（123相）合成料，一般应严格控制合成制度，以保证合成充分完成。在YBa2Cu3O7超导陶瓷工艺中，最大的问题是确定烧结制度。实际上，YBa2Cu3O7较难烧结，且高温下不一致熔融，呈现分解熔融，往往加入少量烧结助剂，但这样会使超导材料的特性变差，所以有必要改善粉体的特性和想选择适当的烧结制度。三、超导陶瓷的应用1、在电力系统方面（1）输配电。根据超导陶瓷的零电阻的特性，可以无损耗地远距离的输送极大的电流和功率。（2）超导线圈。能制成超导储能线圈，用其制成的储能设备可以长期无损耗地储存能量，而且直接储存电磁能。（3）超导发电机。由于超导陶瓷的电阻为零，因而没有热损耗，可以制造大容量、高效率的超导发电机及磁流体发电机等。2、在交通运输方面（1）制造超导磁悬浮列车由于超导陶瓷的强抗磁性，磁悬浮列车没有车轮，靠磁力在铁轨上“漂浮”滑行，它是利用超导磁体和路基导体中感应涡流之间的磁性排斥力把列车悬浮起来，具有速度高，运行平稳，无噪声，安全可靠等特点。（2）超导电磁性推进器和空间推进系统。例如船舶电磁推进装置。其推进原理是：在船体内部，安装一个超导磁体，在海水中产生强大的磁场。同时，在船体侧面放一电极，在海水中产生了强大的电流。在船尾后的海水中，磁力线和电流发生交互作用，海水在后面对船体产生了强大的推动力。3、在选矿和探矿等方面在矿冶方面由于一切物质都具有抗磁性或顺磁性，可以利用超导体来进行选矿和探矿等。4、在环保和医药方面（1）在环保方面可以利用超导体对造纸厂、石油化工厂等的废水进行净化处理。（2）在医药卫生方面，生物体大都具有抗磁性，可以利用超导体作废水处理，以去除细菌、病毒、重金属等毒物。医学上可把磁分离用于将红血球从血浆中分离出。5、在高能核实验和热核聚变方面（1）利用超导体的强磁场，使粒子加速以获得高能粒子，以及利（2）使用大体积高强度超导磁体，可以用于约束带电粒子的活动范围。比如受控核聚变研究产生的极端高温的体就是用超导磁场约束在磁笼中。6、在电子工程方面（1）利用超导体的性质（如约瑟夫逊效应）提高电子计算机的运算速度和缩小体积。（2）制成超导体的器件，如超导，超导量子干涉器，超导场效应晶管，超导磁通量子器件等。此外，用Y-Ba-Cu-O系超导做成的天线和发射机，其灵敏度是同样尺寸铜天线的十几倍。实验表明，高温超导应用于超高频可作毫米波通信，具有很宽的频带和很高的灵敏度，卫星系统可能只需几英寸直径的超导天线，电视画面也将更清晰。231医学上的超导陶瓷材料上海磁悬浮列车超导陶瓷加热棒青衣四、超导陶瓷材料的发展趋势2012-2016年我国陶瓷超导体行业市场需求预测由于超导陶瓷材料在使用条件下有一定的局限性，所以现在主要的任务就要在一般环境下也可以使用，使材料在接近室温的条件下就可以体现出超导性质。在价格方面，超导陶瓷材料比一般的陶瓷材料要高一些，所以未来的发展道路上应尽量减少原料的成本，使成品价格比较低廉。随着更多超导陶瓷的发现，超导陶瓷已经在日常生活和科研中扮演着不可替代的角色，它们被有效用作电子和工程材料，供人们创造新产品和新工艺。对于许多基本的和高技术的器件和设备来说，高性能的材料只占不到10%的成本，然而它们却是决定因素，往往会限制整个技术的发展速度。于是，如美国、日本等经济强国、科技大国争相研发新型超导陶瓷，使之趋于商品化、市场化。而中国等发展中国家也积极从国外引进技术，将超导陶瓷的研发纳入科技发展的项目。相信这一技术的发展会极大的促进人类的进步，无论是经济，还是科技，都将会迎来巨大的变革。结论：正因为超导陶瓷具有如此优越的性能和应用前景，人类才投入大量的人力和物力对其进行更深层次的探索。相信伴随人类智慧的升级，这一领域的研究途径必将趋于平坦。Thankyou!江苏省环境功能材料重点实验室