應用分享 | 三維X射線顯微鏡在第二代高溫超導體失效分析研究中的應用

超導材料具有在一定低溫下具有電阻為零、抗磁性和量子隧穿效應的特性，其種類包括低溫超導材料和高溫超導材料。低溫超導材料發現較早并已開始廣泛應用，不過其需要在液氦中工作，而高溫超導材料則可以在液氮中工作，因為液氦資源稀缺且價格昂貴，而相比之下，液氮價格更低，因此，高溫超導材料可以很大的降低使用成本，更有市場潛力。

圖 1

從圖1的圖像結果中，我們很清楚地看到超導導線整個組件的內部結構，超導體線固定在G10支架上并整體彎曲成15mm直徑。整個組件在4.2K和高達30T的NHMFL下進行了測試，樣品經受了2500A的電流直到失效。故障點在圖1的整體視圖中清晰可見。

而從以上切片圖結果中我們也可以看到中間部分銅芯明顯的塑性形變，超導帶材的開裂、變平以及其中焊料的分布變化。而引起這一系列變化的原因就是由于組件超導性能的局部損失導致超過2500A的電流分流到銅芯和金屬部分，從而導致其在過度受熱后的軟化。而在這樣的高溫下，產生的洛倫茲力則高到足以使結構發生塑性形變。

而在圖2的三維圖像中，清楚地向我們展示了導線失效區域和其更前端的形貌，其中，前端雖然在銅芯處并未發生明顯形變，但是在外層帶材由于洛倫茲力的影響而出現了明顯的解繞和更大程度的彎曲，從而對組件整體造成了持續的損壞。顯然，從失效區域傳遞來的熱量軟化了這一區域的焊料，從而使超導體線材出現了移動和形變。