13. Высокотемпературная сверхпроводимость.

Сверхпроводниковые материалы в зависимости от величины Т_с делятся на две группы: низкотемпературные («холодные») сверхпроводники; высокотемпературные («теплые») сверхпроводники. Высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) имеют Т_с много большую, чем Т_с «холодных» сверхпроводников, но в то же время она меньше 20 °С (состояние на 2013 год). Все ВТСП, в том числе и иттриевые, — это керамика, то есть материалы, полученные по керамической технологии. (Кроме керамических ВТСП существуют монокристаллы ВТСП, имеющих ограниченные размеры и не представляющих по этой причине перспективности для широкого применения). На настоящий момент существует более десяти вариантов реализации керамических технологий изготовления ВТСП. ВТСП имеют высокую критическую температуру Т_с, большую, чем температура испарения жидкого азота. Для электротехники, чаще всего, требуются длинномерные сверхпроводниковые изделия (например, провода, кабели и др.). С момента открытия ВТСП (1987 г.) были опробованы различные варианты изготовления подобных длинномерных изделий из ВТСП − керамики. Некоторые из этих вариантов технологии приведены ниже. Первый способ — окисление металлического сплава Y – Ba – Cu (рис. 6.18). Второй способ — ВТСП в металлической трубке (рис. 6.19).

Применение ВТСП: слаботочное применение в электронике и микроэлектронике (антенны, резонаторы, СКВИД и т. д.); сильноточное применение в электротехнике. Но в этой области существует проблема, связанная с тем, что необходимо повышать критическую плотность тока ВТСП. Наиболее перспективным при этом считается использование высокотемпературных сверхпроводников второго поколения (2G HTSC). Сейчас уже имеются успешные результаты применения таких ВТСП для силовых кабелей, проводов, накопителей энергии, устройств, использующих магнитную левитацию, трансформаторов и электродвигателей со сверхпроводниковой обмоткой и др.

13. Сплавы на основе меди. Бронза. Латунь.

Цель создания сплавов из меди, в первую очередь, повышение механической прочности. Наиболее распространенными сплавами меди являются: бронза; латунь; медно-никелевый сплав. Современная литейная бронза имеет следующий состав:

Cu + ≤ 5 % Sn + ≤ 10 % Zn + 2 % Pb. Механические свойства бронзы: предел механической прочности при разрыве σ_р = 800 – 1100 МПа; относительное удлинение (∆^l/_l ) бронзы меньше, чем меди. Электрические свойства: удельное электрическое сопротивление при 20 °С равно (10 – 26)·10^{- 8} Ом·м, т. е. больше, чем у меди. Бронза бывает по химическому составу разных типов. Некоторые из бронз перечислены ниже: оловянная бронза (Cu + Sn); бериллиевая бронза (Cu + Be) применяется для изготовления электрических контактов, так как хорошо пружинит и не искрит; кадмиевая бронза (Cu + Cd). Эта бронза так же, как и бериллиевая, используется в электрических контактах. Применение бронзы: изготовление конструкционных изделий с высокой механической прочностью, в том числе коллекторных пластин для электрических машин и пружинящих электрических контактов; изготовление скульптур, колоколов и различных предметов интерьера. Латунь — сплав, состоящий из Cu и (10 - 40) % Zn (обычно меди в латуни содержится порядка 65 %). В латунь вводят следующие добавки: порядка 1 – 2 % алюминия (алюминиевая или морская латунь), олово, свинец и др. Механические свойства латуни: предел механической прочности на разрыв σ_р = 800 – 900 МПа. Электрические свойства: удельное электрическое сопротивление при 20 °С равно (4 – 33)·10^{- 8} Ом·м. Латунь, несмотря на высокую прочность, обладает относительно высокой пластичностью, поэтому из нее делают фасонные изделия (изделия сложной конфигурации), например, СВЧ волноводы, предназначенные для передачи электромагнитной энергии сверхвысокой частоты. СВЧ волноводы могут быть прямоугольной, круглой и Н-образной формы. Медно-никелевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью. В то же время их удельное электрическое сопротивление много больше, чем у меди, бронзы и латуни. Медно-никелевые сплавы применяются для изготовления: резисторов, термопар, сплавов с нулевым коэффициентом термического расширения, медицинских инструментов и посуды. Медь и никель входят в состав таких широко известных соединений, как: Cu + Zn + (10 – 20) % Ni — «нейзильбер» (от немецких слов «новое серебро»); Cu + (18 – 20) % Ni — «мельхиор» (производное от имени двух французских изобретателей, создавших этот сплав). К другим сплавам меди относятся: Медно-вольфрамовый сплав (27 % Сu + 70 % W + 3 % Ni). Этот сплав применяется в высоковольтных и сильноточных коммутирующих устройствах, при разрыве таких цепей возникает электрическая дуга. Здесь медь обеспечивает высокую электропроводность и совместно с никелем стойкость к воздействию кислорода, а вольфрам высокую стойкость к электрической дуге. Сплав, состоящий из меди и серебра, а также из меди, серебра и золота. Эти сплавы применяются для слаботочных контактов. В этих сплавах медь обеспечивает высокую механическую прочность, а серебро и золото — высокую электропроводность и стойкость к воздействию кислорода. Сплавы для пайки при повышенных температурах («твердые припои»), например, сплав марки ПСр70, содержащий 70 % Ag, 16 %

Cu и 4 % Zn.