浙江正導(dǎo)電纜有限公司投入600萬(wàn)元淘汰高能耗的絞對(duì)機(jī)和變壓器，以及對(duì)電磁調(diào)速注塑機(jī)進(jìn)行變頻改造后， 不僅實(shí)現(xiàn)了年節(jié)電77萬(wàn)度、產(chǎn)品廢品率下降30%等預(yù)期目標(biāo)，而且新增銷售收入2850萬(wàn)元，新增利潤(rùn)216萬(wàn)元，迎來(lái)了降耗和效益雙豐收。

 

　　浙江正導(dǎo)電纜有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)通信電纜、數(shù)據(jù)電纜和同軸電纜的高新技術(shù)企業(yè)，該企業(yè)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于中國(guó)電信、聯(lián)通、鐵通、廣電等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，上世紀(jì)末起批量出口海外市場(chǎng)，與北美、歐洲、中東、非洲的40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)保持著貿(mào)易往來(lái)，還是世界500強(qiáng)英國(guó)電信集團(tuán)的亞洲通信電纜供應(yīng)商。企業(yè)規(guī)模越做越大，生產(chǎn)過(guò)程中的高能耗也越來(lái)越突出，企業(yè)決策層越來(lái)越感到：節(jié)能增效是企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

 

 

       據(jù)"正導(dǎo)電纜"的一位負(fù)責(zé)人介紹：不技改，高能耗、低效益的設(shè)備使企業(yè)生產(chǎn)成本越來(lái)越高，而且工藝上也無(wú)法更新，將使企業(yè)失去市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。企業(yè)決定從去年開始籌建節(jié)能增效項(xiàng)目、進(jìn)行設(shè)備改造。技改后，新型絞對(duì)機(jī)和變頻注塑機(jī)的單機(jī)能耗由原來(lái)的6.6度和23.0度降為現(xiàn)如今的4.7度和16.3度，再加上企業(yè)將生產(chǎn)車間內(nèi)起保護(hù)裝置的變壓器全部由S7型改用了S9節(jié)能型變壓器，每年能為企業(yè)節(jié)約用電77萬(wàn)度。

 

 

　　由于電纜生產(chǎn)是典型的料重、工輕的行業(yè)，原材料的價(jià)格幾乎占到了總成本的70％至80％左右。新引進(jìn)的節(jié)能絞對(duì)機(jī)以及改造后的變頻調(diào)速注塑機(jī)采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的生產(chǎn)工序，不僅原材料成品率高，而且成品速度也大大提升。據(jù)介紹，該企業(yè)現(xiàn)在的廢品率比設(shè)備改造前下降了30%，制造成本明顯降低，為公司帶來(lái)了不小的收益

 

 

超導(dǎo)材料基礎(chǔ)知識(shí)介紹

 

 

超導(dǎo)材料具有在一定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻等于零以及排斥磁力線的性質(zhì)的材料。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有28種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導(dǎo)體。

　　特性 　超導(dǎo)材料和常規(guī)導(dǎo)電材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。①零電阻性：超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)電阻為零，能夠無(wú)損耗地傳輸電能。如果用磁場(chǎng)在超導(dǎo)環(huán)中引發(fā)感生電流，這一電流可以毫不衰減地維持下去。這種“持續(xù)電流”已多次在實(shí)驗(yàn)中觀察到。②完全抗磁性：超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，只要外加磁場(chǎng)不超過(guò)一定值，磁力線不能透入，超導(dǎo)材料內(nèi)的磁場(chǎng)恒為零。③約瑟夫森效應(yīng)：兩超導(dǎo)材料之間有一薄絕緣層（厚度約1nm）而形成低電阻連接時(shí)，會(huì)有電子對(duì)穿過(guò)絕緣層形成電流，而絕緣層兩側(cè)沒(méi)有電壓，即絕緣層也成了超導(dǎo)體。當(dāng)電流超過(guò)一定值后，絕緣層兩側(cè)出現(xiàn)電壓U（也可加一電壓U），同時(shí)，直流電流變成高頻交流電，并向外輻射電磁波，其頻率為，其中h為普朗克常數(shù)，e為電子電荷。這些特性構(gòu)成了超導(dǎo)材料在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域越來(lái)越引人注目的各類應(yīng)用的依據(jù)。

　　基本臨界參量 　有以下 3個(gè)基本臨界參量。①臨界溫度:外磁場(chǎng)為零時(shí)超導(dǎo)材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)(或相反)的溫度，以Tc表示。Tc值因材料不同而異。已測(cè)得超導(dǎo)材料的最低Tc是鎢，為0.012K。到1987年，臨界溫度最高值已提高到100K左右。②臨界磁場(chǎng)：使超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)破壞而轉(zhuǎn)變到正常態(tài)所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度，以Hc表示。Hc與溫度T 的關(guān)系為Hc=H0［1-(T/Tc)2］，式中H0為0K時(shí)的臨界磁場(chǎng)。③臨界電流和臨界電流密度：通過(guò)超導(dǎo)材料的電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)也會(huì)使超導(dǎo)態(tài)破態(tài)而轉(zhuǎn)變?yōu)檎�常態(tài)，以Ic表示。Ic一般隨溫度和外磁場(chǎng)的增加而減少。單位截面積所承載的Ic稱為臨界電流密度，以Jc表示。

　　超導(dǎo)材料的這些參量限定了應(yīng)用材料的條件，因而尋找高參量的新型超導(dǎo)材料成了人們研究的重要課題。以Tc為例，從1911年荷蘭物理學(xué)家H.開默林－昂內(nèi)斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人們發(fā)現(xiàn)的最高的 Tc才達(dá)到23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理學(xué)家K.A.米勒和聯(lián)邦德國(guó)物理學(xué)家J.G.貝德諾爾茨發(fā)現(xiàn)了氧化物陶瓷材料的超導(dǎo)電性，從而將Tc提高到35K。之后僅一年時(shí)間，新材料的Tc已提高到100K左右。這種突破為超導(dǎo)材料的應(yīng)用開辟了廣闊的前景，米勒和貝德諾爾茨也因此榮獲1987年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。

　　分類 　超導(dǎo)材料按其化學(xué)成分可分為元素材料、合金材料、化合物材料和超導(dǎo)陶瓷。①超導(dǎo)元素：在常壓下有28種元素具超導(dǎo)電性，其中鈮（Nb）的Tc最高，為9.26K。電工中實(shí)際應(yīng)用的主要是鈮和鉛(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超導(dǎo)交流電力電纜、高Q值諧振腔等。② 合金材料： 超導(dǎo)元素加入某些其他元素作合金成分， 可以使超導(dǎo)材料的全部性能提高。如最先應(yīng)用的鈮鋯合金(Nb-75Zr)，其Tc為10.8K，Hc為8.7特。繼后發(fā)展了鈮鈦合金，雖然Tc稍低了些，但Hc高得多，在給定磁場(chǎng)能承載更大電流。其性能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。目前鈮鈦合金是用于7～8特磁場(chǎng)下的主要超導(dǎo)磁體材料。鈮鈦合金再加入鉭的三元合金，性能進(jìn)一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc＝9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。③超導(dǎo)化合物:超導(dǎo)元素與其他元素化合常有很好的超導(dǎo)性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超導(dǎo)化合物還有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。④超導(dǎo)陶瓷：20世紀(jì)80年代初，米勒和貝德諾爾茨開始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超導(dǎo)電性，他們的小組對(duì)一些材料進(jìn)行了試驗(yàn)，于1986年在鑭－鋇－銅－氧化物中發(fā)現(xiàn)了Tc=35K的超導(dǎo)電性。1987年，中國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)科學(xué)家在鋇－釔－銅氧化物中發(fā)現(xiàn)Tc處于液氮溫區(qū)有超導(dǎo)電性，使超導(dǎo)陶瓷成為極有發(fā)展前景的超導(dǎo)材料。

　　應(yīng)用 　超導(dǎo)材料具有的優(yōu)異特性使它從被發(fā)現(xiàn)之日起，就向人類展示了誘人的應(yīng)用前景。但要實(shí)際應(yīng)用超導(dǎo)材料又受到一系列因素的制約，這首先是它的臨界參量，其次還有材料制作的工藝等問(wèn)題（例如脆性的超導(dǎo)陶瓷如何制成柔細(xì)的線材就有一系列工藝問(wèn)題）。到80年代，超導(dǎo)材料的應(yīng)用主要有：①利用材料的超導(dǎo)電性可制作磁體，應(yīng)用于電機(jī)、高能粒子加速器、磁懸浮運(yùn)輸、受控?zé)岷朔磻?yīng)、儲(chǔ)能等；可制作電力電纜，用于大容量輸電（功率可達(dá)10000MVA）；可制作通信電纜和天線，其性能優(yōu)于常規(guī)材料。②利用材料的完全抗磁性可制作無(wú)摩擦陀螺儀和軸承。③利用約瑟夫森效應(yīng)可制作一系列精密測(cè)量?jī)x表以及輻射探測(cè)器、微波發(fā)生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結(jié)作計(jì)算機(jī)的邏輯和存儲(chǔ)元件，其運(yùn)算速度比高性能集成電路的快10～20倍，功耗只有四分之一。

 

    1911年，荷蘭物理學(xué)家昂尼斯(1853～1926)發(fā)現(xiàn)，水銀的電阻率并不象預(yù)料的那樣隨溫度降低逐漸減小，而是當(dāng)溫度降到4.15K附近時(shí)，水銀的電阻突然降到零。某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對(duì)零度附近某一特定溫度時(shí)，它們的電阻率突然減小到無(wú)法測(cè)量的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體。超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度稱為這種物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度(或臨界溫度)TC�，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬元素以及數(shù)以千計(jì)的合金、化合物都在不同條件下顯示出超導(dǎo)性。如鎢的轉(zhuǎn)變溫度為0.012K，鋅為0.75K，鋁為1.196K，鉛為7.193K。

 

    超導(dǎo)體得天獨(dú)厚的特性，使它可能在各種領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但由于早期的超導(dǎo)體存在于液氦極低溫度條件下，極大地限制了超導(dǎo)材料的應(yīng)用。人們一直在探索高溫超導(dǎo)體，從1911年到1986年，75年間從水銀的4．2K提高到鈮三鍺的23．22K，才提高了19K。

 

    1986年，高溫超導(dǎo)體的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金屬氧化物陶瓷材料為對(duì)象，以尋找高臨界溫度超導(dǎo)體為目標(biāo)的“超導(dǎo)熱”。全世界有260多個(gè)實(shí)驗(yàn)小組參加了這場(chǎng)競(jìng)賽。

 

    1986年1月，美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司設(shè)在瑞士蘇黎世實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家柏諾茲和繆勒首先發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物是高溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)溫度提高到30K；緊接著，日本東京大學(xué)工學(xué)部又將超導(dǎo)溫度提高到37K；12月30日，美國(guó)休斯敦大學(xué)宣布，美籍華裔科學(xué)家朱經(jīng)武又將超導(dǎo)溫度提高到40．2K。