应用案例 | 低温超导材料NbTi的金相制备

每年的3月初,美国物理学会将聚在美国的某个小城举办会议APS MARCH MEETING，全世界从事凝聚态物理和理论物理等科研学者都会聚集在此互相交流。

去年美国物理学会在美国赌城拉斯维加斯召开的3月会议，迪亚斯在会议上作了关于镥氢氮的室温超导的报告。自然杂志也在同一天将迪亚斯团队的论文在线发表，在全世界范围内引起轩然大波。不过后面被南大闻海虎团队《Nature》发文否定了。

今年本年度美国物理学会的3月会议将在明尼苏达州的明尼阿波利斯召开。美国威廉玛丽学院的金玄卓教授将在会议上作，关于LK99室温超导的报告。

据APS网站上给出的报告题目和摘要，金玄卓教授将在报告中给出LK99最新的配方以及室温超导的证据。报告摘要的内容是：他们合成出了材料PCPOSOS，它在室温和常压下表现出超导行为，与最初的LK99对比掺杂了硫，这些材料表现出超导体的特性，包括零电阻、迈斯纳效应和放置在磁铁上时的半悬浮现象。

然而，会议结束后，参会者大多感到失望。一些科学界人士评价称，这次研究结果没有经过具有公信力的验证，因此仍然无法确定“PCPOSOS”是否为超导体。

依此看来，目前室温超导距离我们还是有很大的未知性。虽然室温超导距离我们还有未知的路要走，但是低温超导已经在日常生活中得到广泛应用。

根据国际电工委员会(IEC)的规定，低温超导材料的临界温度低于 25 K，常见的有 NbTi、Nb3Sn、Nb3Al 等。核磁共振仪器里面使用的超导磁体就是由 NbTi超导线绕制而成。

金相分析可以检测材料的组织结构、晶粒大小、晶界、夹杂物等，从而判断材料的性能和质量。下面以 NbTi 超导线为例介绍， NbTi 超导线的金相制备过程。


01 镶嵌   

NbTi超导线需要检测内部结构和芯丝直径，最好采用低放热的冷镶环氧树脂，如EpoxiCure 2。EpoxiCure 2耐化学性，能够很好地粘附在试样边缘，收缩率低，具有很好的保边性。

在镶嵌之前，需确保样品表面干净以及干燥，使样品与树脂能更好地结合，避免镶嵌后样品和树脂间产生缝隙。缝隙在磨抛过程中会嵌入污染物引入划痕。

02  研磨  

表面的切割损伤层需使用碳化硅(SiC) 砂纸搭配合适的压力进行粗磨。碳化硅非常坚硬，含有尖锐的磨料颗粒，可以在研磨过程中随着磨盘转动产生新的切屑刃，可极大提高材料的去除率。每张砂纸只能使用1-2分钟，用损耗的SiC砂纸可能会造成表面损伤。如果切割质量良好，可以使用P400的SiC砂纸进行初始研磨。由于研磨过程会产生大量的热，所以在研磨过程中需保证充分的水冷却。


03 抛光   

初步研磨结束后，使用9 µm的多晶金刚石悬浮液搭配硬编织抛光布来去除试样划痕。如TexMet C抛光布，具有更高的材料去除率，并有助于提高试样的平整度。MetaDi多晶金刚石悬浮液中的多晶金刚石具有更多的切割面，可更快地去除损伤变形及划痕，获得更好的表面质量。对于铜线，需增加3µm和1µm的抛光步骤，再进行终抛。

终抛推荐使用0.02µm MasterMet2氧化硅抛光液，在ChemoMet柔软多孔的耐化学腐蚀合成布上进行抛光。

04 结论  

NbTi芯丝的变形比较均匀 ，经过测量芯丝直径在3～5 µm之间 ，圆线的尺寸为 0.5mm。

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