فيلامنت هاي ابررساناي بر پايه ي نيوبيوم
 

فيلامنت هاي ابررساناي بر پايه ي نيوبيوم مانند Nb-Ti, S_n ?Nb?_(3 ) هستند هر دوي اين ابررسانها دريک زمينه ي مسي قرار داده مي شوند. وبراي توليد آهنرباهاي ابر رسانا استفاده مي شوند سيستم آلياژي Nb-Ti ( 50% وزني) يک آلياژ فلزي نرم ويژه است که مي تواند اکسترود وکشيده شوند اين آلياژها با ساختار bcc وقتي در يک زمينه ي مسي قرار گيرد مي تواند براي توليد فيلامنت هاي بسيار نازک استفاده شود. يکي از استفاده هاي عمده ي اين مواد در سيستم هاي تصوير برداري رزونانس مغناطيسي (MRI) است.
يک سوال مناسب دراين جا اين است که : چرا نياز داريم يک ابر رسانا را به شکل فيلامنت در آوريم؟ جواب اين سوال در پديده اي به نام فرار گرمايي (Thermal runaway) نهفته است . اتلاف انرژي به حرکت سيلاني مربوط مي شود که اين حرکت سيلاني درابر رسانا موجب فرار گرمايي مي شود فرار گرمايي به هر گونه بالا رفتن سريع گرما در ابر رسانا نسبت داده مي شود. اين مسئله باعث تبديل شدن انرژي ذخيره شده در سيم به گرما مي شود .براي جلوگيري از چنين مصيبتي ، سيم بگونه اي ساخته مي شود که جريان حرارت به اطراف همواره بزرگ تر از نرخ اتلاف گرمايي باشد .اين نياز بدين معناست که سيم بايد قطر بسيار کوچکي داشته باشد وبايد اين جريان الکتريسته در ماده اي با رسانايي گرمايي بالا مانند مس با خلوص بالا برقرار گردد. اين مسئله همچنين نيازمند يک ويژگي کليدي ديگر براي اين ابر رساناهاست. اين نيازمندي پينيگ جريان مغناطيسي (magneticflux Pinning) ناميده مي شود.
اين ويژگي بوسيله ي عمليات هاي متالوژي مناسب بدست مي آيد. (اين عمليات هاي متالوژي عبارت اند از : کارهاي سردي همچون اکستروژن وکشش سيم) که پس از عمليات آنيلينگ انجام مي شوند. اين عمليات ها موجب پديد آمدن ساختار سلولي مناسب وته نشين شدن : ∝-Ti مي شود . که هر دوي اين موارد موجب بهبود خاصيت پنينگ جريان مغناطيسي مي گردد .يک آلياژ Nb-50%Ti داراي ريز ساختار β به همراه رسوب فاز ∝ است که اين ساختار يک ابر رسانا نيست . انجام يک عمليات آنيلينگ به مدت 48 ساعت ودر دماي c°375 باعث بوجود آمدن ذرات ∝ (11%) مي شود بوجود آمدن ذرات ∝ بيشتر ، انعطاف پذيري آلياژ را کاهش مي دهد. همچنين دماي آنيلينگ بيشتر از c°375 باعث نرم شدن آلياژ به دليل کم شدن نابجايي ها مي شود. کار سرد بعد از فرايند آنيلينگ باعث ريز شدن ساختار مي گردد. توجه مهمي که بايد در طي فرآيند کشش بدان توجه کرد اين است که بايد از تشکيل خش بر روي آلياژ جلوگيري گردد. هر خش بوجود آمده بر روي سطح سيم NbTi مي تواند باعث پديد آمدن يک گلوله ي سخت اکسيد Nb-Ti به قطر يک ميکرون شود. در طي فرايند اکستروژن يک اثر شبيه به گلوله ي برفي باعث تشکيل مخلوطي از مس وTiNb مي شود عمليات آنيلينگ مي تواند باعث پديد آمدن ترکيبات اينتر متاليک مانند C_U (?NbTi)?_2 ، ?CU?_2 (?NbTi)?_ گردد.
يکي ديگر از ابر رسانه هاي بر پايه هاي نيوبيوم ? S?_( 3) Nb_3 است اين ماده يک ترکيب اينتر متاليک بسيار ترد است و داراي کرنش شکست 0.2% است .از اين رو به آساني نمي توان آن را شکل دهي کرد. اين ماده تغيير فرمي درحد صفر دارد . راه کاري که براي حل اين مشکل اتخاذ گشته است اين است که ابتدا سيم نيوبيوم در داخل زمينه اي از برونز (آلياژ مس و قلع) کشيده مي شود. دراين روش، فيلامنت هاي نيوبيوم در داخل زمينه اي از برنز ( C_U-13%wtS_n قرار داده مي شوند. سپس از ميان يک سري قالب خاص کشيده مي شوند هنگامي که ضخامت مطلوب از سيم بدست آمده يک عمليات حرارتي در دمايي بين 700 تا 650 درجه سانتيگراد انجام مي شود تا قلع از زمينه نفوذ کرده وبا Nb واکنش دهد و Nb_(3 ) S_n پديد آيد دراين مرحلهS_n Nb_3 در زمينه ي مسي بوجود آمده است.

کاربردها
 

فيلامنت هاي فلزي داري گستره ي کار بردي زيادي در زندگي روزانه ي ما هستند اگر چه اين مساله محسوس نمي باشد. در ادامه خلاصه اي از مهمترين استفاده ها از الياف فلزي را بيان مي کنيم.

مس
 

پس از طلا ونقره مس بهترين رسانهاي الکتريسيته است. سيم هاي مسي معمولاً در رساناهاي الکتريسته کاربرد دارند. اين سيم ها دربخش مغناطيسي موتورهاي الکتريکي ، ترانسفورماتورها ، ژنراتورها ، آهنرباهاي الکتريکي و.... کار برد دارند.
مس وآلومينيوم عموماً به دليل رسانايي الکتريکي خوبشان در سيم هاي آهنربا کاربرد دارند. سيم هاي آهنربا خيلي اوقات بوسيله ي انواع متنوعي از پليمرها مانند نايلون ، آراميد ، پلي استر ، پلي تترافلئورو اتيلين و... پوشش داده مي شوند.

آلومينيوم
 

سيم هاي آلومينيومي در رساناهاي الکتريکي کار برد دارند. اگر چه رسانايي الکتريکي آلومينيوم به خوبي مس نيست ولي از مس سبک تر است. و بنابراين به عنوان رساناي الکتريکي مصرف مي شود. اين مسئله بايد ذکر شود که رساناي الکتريکي آلومينيوم 60% مس است .واين بدان معناست که جايگزيني سيم هاي مسي با آلومينيومي نيازمند افزايش سطح مقطع سيم ودر نتيجه بزرگتر شدن وسيله اي ساخته شده مي شود برخي اوقاف سيم هاي دو فلزي متشکل از آلومينيوم و مس هستند ، بوسيله ي فرآيند کواکستروژن (Coextrusion) ساخته مي شوند و به عنوان رسانا مصرف مي شوند.

فولاد
 

فولاد در حالت سيم وفيلامنت به عنوان تقويت کننده ي لاستيک اتومبيل وشلنگ هاي فشار استفاده مي شوند. همچنين از سيم هاي فولادي جهت تقويت بتن نيز استفاده مي شود. (البته معمولاً براي تقويت بتن از ميله هاي فولادي با قطر بيش از يک سانتيمتر به جاي سيم استفاده مي شود) سيم فولادي با%o.9-o.8 وزني کربن (فولاد يوتکتيک درساخت پيانو و طناب هاي فولادي به عنوان کابل در پل هاي معلق استفاده مي شود. همچنين با تأکيد کرد که از سيم هاي فولادي نازک براي ساخت سازه هاي مهندسي بزرگ مانند پل هاي معلق تک دهانه استفاده مي شود. دراين کاربرد ها نياز به کابل هاي فولادي است که استحکام نهايي آنها به استحکام تک تک فيلامنت هاي تشکيل دهنده ي کابل بستگي دارد. اين چنين کابل هايي مي توانند يک متر يا بيشتر قطر داشته وشامل 37000 تار باشند.
يک کاربرد جالب از فيلامنت هاي فولادي استفاده ي آنها در روکش هاي الکترومغناطيسي ( Shield electromagnetic) است. فيلامنت هاي فولادي مورد استفاده دراين وسايل داراي ضخامت بسيار نازک ( 15μm ) هستند. که آنها را دررزين ترموپلاست قرار مي دهند. (فيلامنت هاي فولادي نقش پرکننده ي رسانا را بر عهده دارند)

تنگستن
 

فيلامنت هاي تنگستن در لامپ هاي الکتريکي کار برد دارند. بيش از 90 درصد از تنگستن غير شمش براي لامپ هاي روشنايي کاربرد دارند. درصد کمي از تنگستن توليدي درگرم کن شيشه ي اتومبيل استفاده مي شوند. کاربرد ديگر تنگستن ، استفاده از آن در المنت هاي گرمکننده ي بخار آلومينوم درکاربرد هاي پوششي است.الياف تنگستن همچنين براي تقويت مس و برخي سوپر آلياژهاي پايه نيکل وکبالت کاربرد دارند.

سرب
 

فلزات سنگين اما نرم مانند سرب امواج صدا را به خوبي منعکس مي کنند. به خاطر دانسيته ي بالا ومدول پايين، سرب يک عايق اکوستيک عالي است. صفحات سربي به طور فراوان براي اين منظور کاربرد دارند. اما نه تنها. زيرا قلع به آساني وتحت وزنش ، خزش پيدا مي کند يک صفحه ي سربي معمولاً ما بين تخته ي سرلايي يا ساير مواد قرار مي گيرد.
کمپاني توري ( Toray co) نوعي صفحه ي توليد شده از الياف سرب را به بازار عرضه کرده است اين الياف سربي که در داخل زمينه اي پلي وينيل کلرايدي قرار مي گيرد، خاصيت عايق صداي خوبي دارد. الياف سربي يافته نشده را مي توان به عنوان پوسته ي محافظ اشعه درعايق کاري هسته اي استفاده کرد. آميزه اي که از الياف کوتاه سرب به همراه زمينه اي رزيني ساخته شده است مي تواند به عنوان عايقي خوب در برابر اشعه ي X استفاده شود.

فيلامنت هاي توليدي از ابر رسانه هاي نيوبيومي
 

آهنررباهاي ابر رسانا مهمترين وگران ترين بخش يک دستگاه عکس برداري MRI است پيچه ي يک MRI شامل الياف NbT_i که در زمينه اي مسي قرار داده شده اند.
ابررسانه هاي فيبري داراي Nb_(3 ) S_n درکاربردهايي مانند شتاب دهنده ها (accelerators) کاربرد دارند. در واقع در شتابدهنده ها ما نياز به يک ميدان مغناطيسي بزرگ داريم که تنها با ابررسانها قابل دستيابي هستند.
منبع انگليسي مقاله : fibrous material s/k.k. chawla
/ن