течет в магнитном поле легко. При этом линии магнитной индукции притягиваются под действием силы Лоренца и в таком сверхпроводнике легко создается вязкое течение потока. Следовательно, для поддержания тока нагрузки конечной величины пиннинг необходим. Аморфные сплавы, однако, не содержат таких дефектов, как дислокации, границы зерен и микроскопические неоднородности, препятствующие перемещению линий магнитной индукции в

8 Т,К

Рнс. 7.5. Температурные зависимости верхнего критического магнитного поляЯ в аморфных сплавах молибдена [42]: 7 -Mogo Рю Bib; 2 - (Mo8bRu2b)8o Pw Bio; 5-(Mo8oRu2o)8o Pm;

4 - (MoeoRu4o)8o P20;

5 - (Mo4oRueo)8o P20;

6- (M02oRU8o)80 P20

0 10 20 30 W 50 SO H,80-10A/n

Рнс. 7.6. Связь между критической плотностью тока h и критическим магнитным полем Не аморфного сплава M048RU32P10B10 (7 с= = 6,1 К) [40]

кристаллических сплавах, и на протяжении длины когерентности (3-10 нм) аморфные сплавы представляются как совершенно гомогенный материал. По этой причине пиннинг магнитного потока у них крайне слабый. Это приводит к тому, что в поле Я=Яс, критическая плотность тока /с быстро падает. Экспериментально измеренные к настоящему времени значения /с полностью согласуются с этим предположением. Так, критическая плотность тока /с в аморфном сплаве M048RU32P10B10, как показано на рис. 7.6, в отсутствии поля (Я=0) довольно велика и составляет ~10 А/см, но в поле Нсг понижается до 10-100 AJcu.

7.5. УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ АМОРФНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ СМЕШАННОЙ АМОРФНО-КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ

Как уже говорилось, аморфные сплавы не имеют точек пиннин-га магнитного потока и поэтому их существенным недостатком яв-

ляются низкие характеристики /с(Я), у/г Недавно, однако, устаношено, что мож- да* но существенно шовысить /с(Я), если добиться равномерного выделения в ис- 10* ходной аморфной фазе мелкодисперсной кристаллической фазы [45, 46]. Налри-мер, сплавы Tiyo-aNbso (Si-В) с такой смешанной структурой имеют Тс ж 5ч-8 К я за счет выделения сверхпроводящих о.ц.к. кристаллов, Но, (4,2 К)>6,4Х 106 дум и /с ж 7 -10 А/см2 i(4,2 К, Я=0). i Это значение /с, как видно из рис. 7.7, значительно лучше по сравнению с /с однофазного аморфного сплава примерно такого же химического состава. TissNbsoSiizBa. Данный результат крайней важен, так как он показывает, что в аморфных сплавах, имеющих вкрапления кристаллической фазы, можно улучшить параметры сверхпроводимости, не испортив при 3T0iM пластичности материала.

Рис. 7.7. Зависимость /с (Я) двухфазных сплавов

Ti70-xNb3o(Si-B)x [аморфная фаза-Ькристаллическая фаза §-Ti(Nb)] от напряженности магнитного поля

прн 4,2 К [45]: /-Ti Nb3oSi8B5, Г,= =59 К; 2-Ti6,NbsoSiioB3, Гс = 7,ЗК; 3 -

TijsNbaoSW.Bg, Г = 6,8К;

4-Ti55Nb3oSi4Bu, Г, =

= 7,ЗК

7.6. УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ АМОРФНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ ПУТЕМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Все, что говорилось до сих пор, касалось сверхпроводимости сплавов содержащих аморфную фазу. Однако известно, что аморфные сплавы кристаллизуются, при этом в них могут возникать неравновесные (наряду с равновесными) фазы, которые не получаются при обычной плавке, механической или термической обработке. Изменения в структуре могут привести к тому, что изменятся и характеристики Гс, Яс и /с, причем они могут оказаться выше, чем для исходной аморфной фазы. Действительно, обнаружено, что в результате кристаллизации с выпадением неравновесных фаз свойства таких аморфных сверхпроводников, как Ti (V, Nb, Та) - Si [47-49], Hf - (V, Nb) - Si [50] и Qu - Nb - (Ti, Zr, Hf) i[51, 52], повышаются. Так, из рис. 7.8 видно, что аморфный сплав Cu4oNb3oTi3o после отжига при 800-1000 К имеет критическую температуру Гс выше 4,2 К, хотя равновесная фаза в этом сплаве при 4,2 К уже не обладает свойством сверхпроводимости. В данном случае сверхпроводимость обусловлена выделением неравновесной фазы, имеющей упорядоченную о.ц.к. структуру.

В сплавах типа Tiss-xNbaSiis при содержании даобия выше равновесной концентрации при кристаллизации выделяется мелкодисперсная фаза p-Ti(Nb), а получаемые при этом характеристики близки к характеристикам промышленных сверхпроводящих спла-

bob Ti - Nb : Гс 10 К, /с>2-10 А/см2 (4,2 К, нулевое магкчтное поле) и Яс2>8,2- А/м. Аморфный сплав HfgoVssSiis после отжига содержит химические соединения HfVj и VsSi, являющиеся хрро-шими сверхпроводниками, и имеет довольно высокие значения Hc,>8-W А/м и /сж150 А/см2 при Я=8-10б А/м. К сожалению

кристаллизация этого сплава сопровождается охрупчиванием. В сверхпроводящем состоянии этот аморфный оплав, благодаря неплохим механическим характеристикам, можно использовать прежде всего для производства проволоки. Предполагают, что введением стабилизирующих добавок типа меди можно и после кристаллизационного отжига получить достаточ-Ш1Г k пластичность при сохранении

удовлетворительных характеристик сверхпроводимости.

Рис. 7.8. Зависимость критической температуры Тс аморфных сплавов

CU4oNb3o(Ti, Hf)8o от температуры одночасового отжига Та [52]: / -.Сщ Nbso Tiso; 2 - Cu4 Nbso Hfso

7.7. СТОЙКОСТЬ К ОБЛУЧЕНИЮ

Сверхпроводящие материалы часто применяется в агрегатах ядерного синтеза. В ходе эксплуатации они подвергаются довольно сильному облучению. Следовательно, важной характеристикой таких материалов является их устойчивость по отношению к облучению. Однако в кристаллических сверхпроводниках, и в особенности в сверхпроводящих химических соединениях, при, облучении резко снижаются как характеристики сверхпроводимости, так и механические свойства. Так, критическая температура Тс соединений NbsSn, NbsAl, NbsGe после дозы облучения 5-10 нейтронов на 1 см снижается от 180 К до 3-4 К [53]. Сверхпроводящие же аморфные сплавы, вероятно, более устойчивы к облучению. Об этом можно судить хотя бы на том основании, что их электросопротивление после облучения практически не меняется [54].

Предположение о том, что аморфные сверхпроводники обладают хорошей стойкостью к облучению, высказано недавно Крамером [55]. Как показано в табл. 7.3, Тс аморфного сплава Мо49,2 Ru32,8Bi8 составляет 6,05 К, а после облучения она повышается До 6,19 К. При этом ширина сверхпроводящего перехода (т. е. перехода из сверхпроводящего в нормальное состояние) уменьшается

Следует отметить, что степень измельчения структуры, достигаемая при кристаллизации аморфных сплавов, в том числе и сверхпроводннковых, во многих случаях не может быть получена другими методами. Именно этим обстоятельством ряд авторов объясняет повышение критической плотности тока в сильных магнитных полях в случае, когда после кристаллизации наблюдается равновесное фазовое состояние (см. также [15*]). Прим. ред.

более чем на 70%. Кроме того, если перед облучением сплав был хрупким, то после облучения он приобретает значительную пластичность и может быть деформирован изгибом. Таким образом, сверхпроводимость и пластичность аморфных сплавов устойчивы к облучению и даже могут повышаться после него. Поэтому в будущем сверхпроводящие аморфные сплавы, вероятно, будут широко использоваться для работы в условиях, связанных с облучением.

Таблица 7.3. Влиииие облучения (10*> иейтроиов иа 1 см) иа свойства аморфного сплава Моы,2 Ячгг. Big [55]

* Определяется как разность температур, соответствующих 25 и 75% от электросопротивления сплава в состоянии обычной проводимости.

7.8. АМОРФНЫЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ С ПОКРЫТИЯМИ

До сих пор аморфные сверхпроводники рассматривались как простые вещества. Уже говорилось о том, что при кристаллизации аморфных сплавов могут возникать неравновесные и равновесные фазы, которые нельзя получить обычной плавкой, механической или термической обработкой. Предполагают, что при этом Тс, Не и 7с значительно повышаются по сравнению с аморфным состоянием. Однако недостатком аморфных сплавов является то, что они довольно легко кристаллизуются и при этом охрупчиваются. В настоящее время серьезное внимание обращается на равработку аморфных сверхпроводников, покрытых стабильными материалами, которые обладают хорошей электропроводностью, такими, как медь, алюминий и др.

Попытка получения такого материала недавно предпринята Цуэй [56]. Аморфные сплавы, близкие по составу к NbsGe и VaSi, полученные напылением в виде пленки толщиной 1-2 мкм на охлаждаемой жидким азотом подложке толщиной 0,025 мм из меди и тантала, вместе с подложками подвергались термической обработке с кристаллизацией аморфной фазы. В результате были получены сверхпроводники, имевшие начальную Гс 18 К, /с = 10 А/см2 и Яс2 20-10 А/м при 4,2 К. При этом в материале сохра-

нялась определенная пластичность. Иноуэ [57] получил пробные образцы пластичной аморфной ленты из сплава Ti-Nb-Si, которые можно подвергать холодной прокатке с обжатиями свыше 50%. После покрытия этого аморфного сплава тонким слоем меди его прокатывали вхолодную и затем отжигали. В результате получен сверхпроводник со следующими свойствами: ТсЮ К, /е>2х X 105 А/см2 (4,2 К, нулевое магнитное поле), Яс2>8-10 А/м (4,2 К) Кроме того, критическая плотность тока /с не снижалась в полученных образцах вплоть до магнитного поля 6,8-10 А/м, а после обычно применяемой в массовом производстве обработки образцы проявляли сравнительно сильный пиининг-эффект.

Таким образом, можно сказать, что получение аморфных сверхпроводящих материалов, покрытых стабильными материалами (медью и т. п.), имеющих превосходные характеристики /с(Я) и сохраняющих удовлетворительную пластичность после кристаллизации аморфной фазы, является весьма перспективным. Поэтому, наряду с изучением простых аморфных сверхпроводников можно ожидать в дальнейшем значительного роста объема исследований комбинированных сверхпроводящих материалов.

7.9. СРАВНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И АМОРФНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ

В таблице 7,4 дается сравнение характеристик сверхпроводимости и механических свойств сверхпроводников из аморфных сплавов на основе переходных металлов и сплавов со смешанной аморфно-кристаллической структурой. Приведены также данные

Таблица 7.4. Свойства некоторых аморфных н кристаллических сверхпроводников

о некоторых промышленных сверхпроводящих материалах. Из таблицы видно, что двухфазные аморфно-кристаллические сплавы имеют практически те же характеристики сверхпроводимости, что и промышленные сплавы Ti-Nb при этом они обладают превосходной прочностью (2000-2500 МПа), высокой твердостью (HVeOO) и могут обрабатываться прокаткой. Кроме того, аморфные сплавы гораздо более устойчивы к облучению, чем кристаллические. Это особое достоинство аморфных сверхпроводников заслуживает специального упоминания. Анализ всего комплекса свойств позволяет сказать, что в будущем аморфные сверхпроводники получат самое широкое распространение.

Г Л а в а 8. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

8.1. УПРУГОСТЬ

Обычно считают, что аморфные металлы вследствие их структурных особенностей являются упругоизотропными телами. Поэтому, если для кристаллических тел, например для кубических кристаллов, вводятся три независимых упругих постоянных*, то для описания аморфных металлов можно обойтись лишь одной упругой постоянной.

На рис. 8.1, приведено схематичное изображение структуры вещества в кристаллическом и аморфном состояниях. Поскольку в кристаллах (рис. 8.1,а) атомы располагаются закономерно, т. е. строго периодически, потенциал межатомного взаимодействия (на рисунке показана его проекция на ось.Х - X) также изменяется периодически. Если то же количество атомов расположить хаотично, например, так, как показано на рис. 8.1,6, то площадь, которую занимают атомы в такой двухмерной модели, возрастает и промежутки между атомами (свободный объем) станут больше. В этом случае потенциальное поле, например вдоль оси X - X, также перестанет быть периодическим и высота каждого пика потенциала станет., различной. Поскольку в аморфных структурах координационное число и межатомные расстояния, по

Рис. 8.1. Схема, поясняющая различия в структуре и виде потенциала кристаллов (а) н аморфных твердых тел (б)

Модули упругости Ciu Сц и Си. Прим ред.