1.1.2 超导材料分类

按照临界温度分类，超导材料可分为低温超导材料和高温超导材料。由于早期发现的超导材料临界温度都非常低，一般需要用液氦（4.2K）进行冷却，因此以液氖温度（约25K）作为高低温超导材料的分界线，目前学术上一般仍沿用该标准。随着更高临界温度超导材料的发现，尤其是以YBCO和BSCCO为代表的临界温度高于液氮（77K，约-196℃）的超导材料的发现，工程应用领域越来越多地采用77K作为高低温超导材料的分界线，本书也将以77K作为高温超导体与低温超导体的分界线。目前低温超导体主要应用于大型超导磁体，如可控核聚变磁体、核磁共振磁体等，产业较为成熟。高温超导体由于超导接头技术的限制，在大型磁体应用方面存在一定技术难度，目前主要应用于超导电缆、超导电机、超导变压器等领域，不过由于更高不可逆场等突出优势，高温超导材料在更高场强的超导磁体和紧凑型可控核聚变等领域拥有很好的应用前景。

按照磁场穿透深度分类，超导材料可分为Ⅰ类超导材料和Ⅱ类超导材料。Ⅰ类超导材料在失超之前，不允许磁力线穿过，内部处处为零。Ⅱ类超导材料在外磁场较小时不允许磁力线穿过，但随着磁场强度增加，逐步允许部分磁力线穿过。穿过的区域转为正常态，未穿过的区域仍保持超导态，整体上为正常态和超导态相间的混合状态。

图1-4和图1-5分别展示了Ⅰ类超导材料和Ⅱ超导材料的磁化曲线及其相图。

由于Ⅰ类超导材料内部磁通必须为零，所以内部无法通过电流，仅在表面约10-6cm范围内可以承载电流，所以Ⅰ类超导材料在超导输电和超导磁体领域基本没有应用价值。

Ⅱ类超导材料可以进一步分为理想Ⅱ类超导材料和非理想Ⅱ类超导材料。理想Ⅱ类超导体的磁化曲线是可逆的，不存在磁通钉扎中心，超导体内没有电流通过，这与Ⅰ类超导材料相似。因此理想Ⅱ类超导材料也不具备实用价值。非理想Ⅱ类超导材料由于体内缺陷、杂相等，其内部存在磁通钉扎中心，磁场可以保留在超导体内部，材料整体具有传输电流的能力。目前所有实用的超导材料都是非理想Ⅱ类超导材料。

按照化学成分分类，超导材料可以分为金属超导材料、陶瓷超导材料、有机超导材料等。其中金属超导材料又可进一步分为元素超导材料、合金超导材料和化合物超导材料。在常压下，有28种元素具有超导电性，如铌（Nb）和铅（Pb）。其中，铌的临界温度（Tc）较高，为9.26K，因此在实际应用中，如制造超导交流电力电缆和高Q值谐振腔等方面，铌和铅得到了广泛应用。合金超导材料是指超导元素与其他元素结合形成具有超导电性的合金。合金超导体的临界温度和临界磁场等特性通常优于单一元素超导体。目前在超导磁体中广泛使用的NbTi是合金超导材料的典型代表。化合物超导材料是指由多种元素化合而成的具有超导电性的材料。这类超导体在超导材料领域中占据了重要的地位。并因其独特的性能和广泛的应用前景而备受关注。典型的化合物超导体包括Nb3Sn、V3Ga和Nb3Al等。

陶瓷超导材料是指具有陶瓷性质的超导材料，其主要代表有YBCO（钇钡铜氧）、LBCO（镧钡铜氧）和BSCCO（铋锶钙铜氧）等。陶瓷超导材料由于其优异的超导性能，具有很好的产业化应用前景，比如BSCCO与YBCO均已在超导电缆、超导限流器和超导磁体中取得了很好的应用。为克服其脆性，人们一般将其细丝化或采用薄膜外延生长技术将其制成实用化的超导带材。

有机超导材料是指一类含有碳或碳氢元素的化合物超导材料，其主要代表有Cs3C60、KxC22H14等。