超導陶瓷是指具有超導特性的功能陶瓷，其超導特性指在一定的臨界溫度（Tc）時，超導陶瓷進入超導態，電阻率趨向于零，且在磁場中其體內的磁感應強度也為零的特性。而且當外界環境在臨界電流、臨界磁場以下，超導陶瓷的電阻率恒為零，體內的磁感應強度也恒為零。由于超導陶瓷具有上述特性，在電力系統，交通運輸等領域倍受青睞，從而逐漸被人們認識、開發和利用。

一、發展歷程

圖一 超導材料的發展歷程

起初，超導材料只有在超低的臨界溫度下才能發揮超導特性。隨著技術的進步，開發出來的超導體Tc已越來越高，能適用的環境溫度也逐漸上升。目前，科學家們通過加壓法發現同一材料在適當的加大壓力下可以獲取較高的臨界溫度。但是，還是未能制得在室溫下就能發揮其超導特性的超導陶瓷材料。所以未來，如何獲取更高Tc的超導陶瓷還是科學家們亟待突破的難題。

二、制作方法

超導陶瓷的制備與一般陶瓷制造工藝相似，其常用的制備方法有固相法、液相法、氣相法，在工藝上預燒處理、成型方法以及燒結程度對超導陶瓷性能影響很大。

超導陶瓷中大部分為含稀土的陶瓷材料，包括Y-Ba-Cu-O系列和Ba2 YCu3O7- x系列。其中Y-Ba-Cu-O系的稀土超導陶瓷的制備方法比較成熟，通常采用固態反應法，具體操作如下圖所示：

圖二 Y-Ba-Cu-O系超導陶瓷的制備

三、應用

由于超導陶瓷具有許多優良特性，其應用極為廣泛，它可以實現人們多少年來夢想的無能量損耗的遠距離輸電，建造高強度磁場，新型發電設備等。下面小編就給大家具體介紹一下它可以應用到哪些領域。

1、電力系統方面

①輸配電

根據超導陶瓷的零電阻特性，可以無損耗地遠距離的輸送極大的電流和功率。

圖三 電力輸配

②超導線圈

超導陶瓷結合線圈制成超導儲能線圈，用其制成的儲能設備可以長期無損耗地儲存能量，而且直接儲存電磁能。

圖四 高溫超導線圈

③超導發電機

由于超導陶瓷的電阻為零，因而沒有熱損耗，可以制造大容量、高效率的超導發電機及磁流體發電機等。

2、交通運輸方面

①超導磁懸浮列車

由于超導陶瓷的強抗磁性，可使磁懸浮列車靠磁力在鐵軌上“漂浮”滑行，利用超導磁體與路基導體中的感應渦流之間的磁性排斥力把列車懸浮起來，具有速度高、運行平穩、無噪聲、安全可靠等特點。

②超導電磁性推進器和空間推進系統

例如船舶電磁推進裝置，其推進原理為：在船體內部安裝一個超導磁體，于海水中產生強大磁場，同時在船體側面放一電極，在海水中產生強大電流。在船尾后的海水中，磁力線和電流發生交互作用，使海水在后面對船體產生了強大的推動力。

圖五 超導電磁推進的潛艇

3、礦冶方面

由于一切物質都具有抗磁性或順磁性，因此可以利用超導體進行選礦和探礦等。

4、醫藥衛生方面

生物體大都具有抗磁性，少數是順磁，還有極少數是強磁性，可利用超導體作廢水處理，以除去細菌、病毒和重金屬等毒物。比如醫學上可把磁分離用于將紅血球從血漿中分離出來。

5、環保方面

在環保方面可以利用超導體對造紙廠、石油化工等的廢水進行凈化處理。

圖六 超導體在廢水處理中的應用

6、高能核實驗和熱核聚變方面

①利用超導體的強磁場，使粒子加速以獲得高能粒子，以及利用超導體制造探測粒子運動徑跡的儀器。

②使用大體積高強度超導磁體，可以用于約束帶電粒子的活動范圍。比如受控核聚變研究產生的極端高溫體就是用超導磁場約束在磁籠中。

7、電子工程方面

①利用超導體的特性，可以提高電子計算機的運算速度和縮小體積。

②還可以制成超導體的器件，如超導二極管，超導量子干涉器，超導場效應晶體管等。用Y-Ba-Cu-O系超導做成的天線和發射機，其靈敏度是同樣尺寸的銅天線的十幾倍。

四、總結

總而言之，超導陶瓷是一款性能優良，應用廣泛的高新科技功能陶瓷，前景十分良好。因為超導陶瓷的使用條件比較局限，目前所發現的臨界溫度遠遠低于室溫，如此低溫環境需要大量的低溫液體，特別是昂貴的液氦來維持，所以極大增加了超導的應用成本。而且只有在臨界電流、臨界磁場以下，超導陶瓷才能發揮其超導特性，所以，尋找高臨界溫度、高臨界磁場和高臨界電流密度的新超導陶瓷材料至關重要。隨著更多超導陶瓷的發現，更多性能優良的新型高溫超導陶瓷的研發，未來超導陶瓷將會趨向于商品化、市場化，價格也將會變得平民化。

參考資料：

1、稀土超導陶瓷[J].稀土

2、曲遠方，徐廷獻，王裕斌.氧化物高溫超導陶瓷[J].電子元件與材料

粉體圈：華子