高温超导材料在铁路上的运用_动车论坛_

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1、高温超导材料在铁路上的运用1、引文超导技术应用在铁路上存在广泛的可能性，超导磁悬浮列车以及相应的研发使其应用于实际正在火热的进行中。电气化铁路具有例如产生，传送，收集，改变和储存电，并将其提供到动力设备的基本功能。日常运行的电力和通信系统是保证一个安全可靠运输系统的重要因素。包括无损评价的调查日夜不停的进行，以确定车辆，轨道，结构和电力设施的安全。众所周知，铁路系统具有高能效率和低环境影响的特点。不过，我们应该在减少铁路运输系统能耗和提高其效率上继续努力。1000米的老的软导线已经发展成为银纸包裹着的

2、，BiSrCaCuO系超导线缆，这种线缆当温度达到77K时表现出高临界电流密度。最新研究显示熔融过程中的RE-Ba-Cu-O（RE指稀土元素，Y，Nd，Sm等）超导体在77K时具有高临界电流密度，并且在强磁场也表现出相同的性质，这些材料，比如用液体氮冷藏的超导永磁体，做为理想材料应用于高端领域。尽管如此，将超导体应用于实际当中还需要很长的路要走，在现有的设备可被考虑替换之前，还有许多技术问题需要解决。最好的办法是找出其具有的，而传统技术不能认识和解决的功能和特性。超导技术被认为是二十一世纪关键的工业技

3、术之一。在介绍完高温超导材料之后，本文接着讨论了超导体在电气化铁路上应用的可能性，比如用于电力机车牵引变压器，SMES系统，整速轮和电缆等。2、高温超导体2．1RE-Ba-Cu-O超导体高温超导体，是一种工业陶瓷，在高温下能瞬间导热，进行氧化，从普通导体转化为超导体，这时的温度被称为临界温度。从发现LA系开始，当发现Y系（Y-Ba-Cu-O）和Bi系（Bi-Sr-Ca-Cu-O）时，超导温度迅速增加到超过90K，如图1中所示。这些由重金属或者稀土元素（例如LA，Y，BI等）和Ba,Cu和O组成。具有最

4、高超导温度的TI系和Hg系随后也被发现了。其它的许多物质，例如无铜超导体和有机超导体也被发现了。不过专家证实，室温条件下的超导体尚未被发现。高温超导体是二维的，并呈各向异性晶体形态。高温导体是坚硬性及脆性，并且是有空隙的，因此自发现以来就伴随着技术难题。对高温超导体进行机械加工是很不容易的，而这种加工正是制造超导线缆必不可少的。应当指出，在以正常烧结方式获得氧化物，Y123或者RE123系之后，由于熔融加工，高温超导体的性能被极大的提升了，这种熔融加工适用于从熔体的热处理，与金属凝固过程类似。然后，高

5、温超导体临界温度时的密度就提升了一个数量级。LRE-Ba-Cu-O（LRE代表轻稀土）超导体，例如Nd(Nd-Ba-Cu-O)和Sm系，在稍后时间内被研发了出来，临界温度时的密度又被大量的提升了。超导材料在应用于制造机械设备时，应该是呈大块的和均匀的。以下三种在规格上的进步应该能满足在应用上的需求：扩大的均匀的体积，载流量密度和相当磁场流的提升，以及机械特性的提升。量化目标就是在77K温度时，制造一个直径大于10厘米的，3吨到5吨的或者更大的磁场，如图2所示。图3所示为SM1223单域成批超导体的光学

6、外观，这种超导体就是铁路技术研究所利用Nd123/MgO薄膜播种技术熔化加工而制造的。在这个实验中，我们准备了20~30mm×5~10mm大小的圆柱前体颗粒，SmBaCu0，5-40mol%SmBaCu0(Sm211)，10wt%Ag0，以及0.5wt%Pt，以氧化钐，碳酸钡和氧化铜粉末为载体。(001)Nd123/MgO薄膜被置于圆柱体顶端，并在热循环前置于室温之中这就是所谓的冷却播种方法。然后，我们采用1060-1100℃的最高温度和一定的保温温度，例如，1020℃对应T=5℃冷却程度。在给予一个

7、5-20小时的保温时间之后，样品被淬火或者快速冷却到室温。可见，c-轴的晶体几乎是垂直于样品表面的大部分。最后，近一段时间内，在REBaCuO研发领域的热门话题一直是Y123系统的涂层导体。这种导体被称为第二代抑或是下一代电线。这种材料较之Bi电线具有更高的密度，并且现在，与更高密度的材料一起，日本、美国和欧洲国家就些继续进行研发工作。2、超导技术在铁路的应用4.1应用可能性大量的超导技术已经应用在铁路上，在近一段时间超导磁悬磁列车的研发工作将着手。显而易见，电气化具有例如产生，传送，收集，改变，并且

8、储存电以及将电能转化为动能的基本功能。日常运行的电力和通信系统是保证一个安全可靠运输系统的重要因素。包括无损评价的调查日夜不停的进行，以确定车辆，轨道，结构和电力设施的安全。在传统的铁路上，例如在电力机车牵引变压器，SMES系统，整速轮和电报都具有潜在的应用。专家们也有兴趣将超导量子干涉传感器应用于NDE设备中。而且，在磁分离，FCLS，电动机和作动器也有潜在的应用价值，就像电力设备中的相似项目一样。在磁悬浮列车系统中，超导磁体，电流引线和磁屏蔽也具有应