磁悬浮列车

在日本的宫崎县日向市，有一条新奇的铁道线，铁道上运行的列车也是前所未有的，这种车厢安装的是橡胶轮，但不靠车轮驱动，运行时车厢浮在铁轨上方 10 厘米高处，因而没有车轮和铁轨撞击的轰隆声，它的速度极快，

在 1979 年试运行时，时速超过 500 公里，据推算，理论上的速度可以达到

1000 公里。

除日本国铁进行的试验外，德国也进行了磁悬浮高速列车试验，时速 500

公里，悬浮 10 毫米。很多国家都看好磁悬浮列车，认为它可能是未来的交通工具。

实验磁悬浮列车是为了对现在的火车进行改革。由于现在运行的火车是靠车轮和铁轨间的摩擦力前进的，现在已经有了时速 300 公里的高速列车，但速度不容易再提高，否则列车车轮打滑空转，高速列车已临近极限。要突破极限就必须寻求新的运行方式。磁悬浮因为列车和轨道没有接触，就没有以上的问题，而且运行时稳定、安全、不受台风等任何风力的影响。

其实磁悬浮的设想早在 1911 年就由俄国人提出来了，但真正实施是在六、七十年代，主要是由于超导材料的实用化研究取得了进展。

磁悬浮列车的关键设备是安装在车上的超导磁体，超导磁体的主体是两个装在不锈钢罐（低温恒温器）的超导线圈。列车下面的轨道呈 U 字形，轨道下面装有电磁线圈，这些线圈都是独立、闭合的，不用通电，由于受到列

车下面的超导磁体感应而产生电流，电流使线圈产生与超导磁体相反的磁场而使列车浮起。U 字形轨道两侧装有线圈，由普通导线绕成，通交流电。由交流电引起的磁力和超导磁体互相作用产生推力驱动列车前进，前进速度与交流电频率成正比。侧壁线圈还对车厢起稳定作用：当列车车厢靠近时它产生斥力，在车厢离得太远时又产生吸引力，它把车厢拉在 U 型轨道内，非常安全。

这个超导磁体的磁场强度约一万高斯，就是一特斯拉，超导线圈所用线材是铌钛合金线。

铌钛合金并不算好的超导材料，它的临界温度仅 9K 左右，上临界磁场约11 特斯拉，这些指标在超导材料中实在排不上名次，但却是应用较广的超导线材。

这是因为超导线材至少会碰到三个问题。一个是前面谈到的磁通涡线运动，会破坏超导态；第二个就是所谓的磁不稳定性，一般情况下，钉扎能钉住磁通线，当外界磁场变化时，磁通线与钉扎力间的平衡被打破，为了建立新的平衡，磁通线要发生一次运动，运动产生的热又会减弱钉扎力，结果又导致磁通进一步运动，形成恶性循环，直到超导态被完全破坏。这种连锁反应又叫磁通跳跃。

所以实际使用的超导线材结构非常复杂。是由铜镍合金包埋着上万根锯钛合金细丝，细丝粗细只有头发的十分之一，用肉眼根本就看不见，细丝内部还造成许多钉扎点。造成钉扎是为了制止磁通涡线运动，做成极细超导线芯是为了防止磁通跳跃，实践证明芯越细越稳定；使用铜合金包覆是为了保护超导线芯，因为铜镍合金导电性好而且导热性较差，这样可以防止热量入侵超导线而且一旦超导态破坏可以顺利地传导电流。

铌钛合金线材的制作过程也是为着上述目的而进行的。先要把铌钛合金铸成锭，再加工成棒，把许多根合金棒埋到铜镍合金里，再压延，冷拉，长度拉伸到原先的上百万倍，才能把里面的铌钛合金拉成比头发还细的丝。用冷拔工艺是为了在铌钛合金丝的晶格里产生位错和缺陷，增加钉扎点。

冷拔成线材后，还要在 300～500 摄氏度进行时效热处理。所谓时效，就是要经历一定时间才能显出效果。目的是使以钛为主的细小的粒子沿着位错脱落出来，这种现象称为析出。析出的粒子就成为钉扎点。

此外，还要用钨或铜增强，再把这种增强的超细多芯线制成扁带、电缆或编织带。

铌钛合金延展性好，适于冷拔加工；和铜或铜合金容易复合，制成的线材稳定性好，加之工艺成熟，原料也不算昂贵稀缺，因此使用较多。这就是为什么在磁悬浮列车上使用铌钛线圈的原因。

现在，许多高温超导体问世，使用温度已进入液氮范围，液氮的价格只有液氦的十分之一，经济效益十分可观，关键的问题是要解决线材和带材生产中的问题，生产出稳定化的线材、带材来。