变压器铁心材料的发展综述

1、变压器铁心材料的发展第一节铁心用软磁材料铁心是电机、变压器的重要部件。电机、变压器铁心对材料的基本要求是，在一定频率及磁通密度下具有低的铁心损耗，和在一定磁场强度下具有高的磁通密度。在电机、变压器的发展过程中，曾经采用和目前应用的铁心材料有：1.纯铁、软钢和无硅钢；2.硅钢片；3.铁镍合金（坡莫合金）；4.铁铝合金；5.非晶态合金；6.微晶合金。下面分别介绍这些材料的发展情况。纯铁、软钢及无硅钢最早的电机铁心是直棒形或马碲形的纯铁棒。1837年，斯特金（W.Sturgeon，17831850）首先用纯铁丝制作电机铁心。1870年，A.佩勒斯等人首先用软铁片制作铁心。1879年，爱迪生发明软钢片

2、叠成的铁心。最早的变压器铁心（感应线圈铁心）是用铁棒做成的，后来又改用铁丝制作铁心。1885年，匈牙利岗茨工厂开始采用薄铁带作变压器铁心；1887年，岗茨工厂出现用软铁片叠成的变压器铁心。19世纪90年代及以后，用软铁片叠成的变压器铁心逐渐推广。同时一些工厂用软钢片取代软铁片，制成变压器铁心。但是，在19世纪末及20世纪初，用软铁或软钢制造的铁心存在三大问题。一是当时薄铁片（薄钢片）的价格昂贵，制约了它的推广；二是铁心损耗大，发热严重；三是“铁心老化”问题曾使许多人伤透脑筋，人们发现，电机、变压器运行一段时间后，铁心损耗迅速增加，发热更为严重，迫使人们有时不得不更换铁心或整台电机、变压器，这一

3、问题给当时迅速发展的交流系统投下了巨大的阴影。针对“铁心老化”问题，许多人进行了大量的研究、试验工作，直到1895年才基本搞清了它的机理，知道影响铁心老化的主要因素是运行温度。总之，由于软铁或软钢具有导磁性高，矫顽力低、价格低廉、工艺性好等优点，因此在1900年硅钢片发明前及20世纪初一段时间里，电机、变压器铁心多是采用热轧低碳软钢片或电磁纯铁片冲制而成的。但是，软铁及软钢存在电阻率低、涡流损耗大，特别是“铁心老化”严重等先天不足，因此在硅钢片实现工业化生产后，逐渐退出了大部分电机及变压器铁心领域。尽管如此，人类仍孜孜不倦地对软铁、软钢进行改进。特别是希奥弗（Cioffi）和因森（Yensen

4、）研究发现，纯铁在高温氢中进行除杂质处理后可以显著改善磁性能，使纯铁的u0达到20000，um达到340000。1940年后许多国家又推广真空冶炼法，改进轧制和热处理工艺、使软铁、软钢的性能有所改善，使它们在硅钢片风行全球的时候仍在某些小型电机变压器铁心中有所应用。特别是从50年代末期开始，情况开始发生变化。美、日、苏、英等从经济性和实际用途考虑，采用新的冶炼、轧制退火工艺，又开始大力发展冷轧无硅低碳电工钢片和电磁纯铁电工片。美国从50年代末期开始用无硅电工钢片取代一般的低硅钢片，用于生产日用电器、分马力电机和一部分小电机，1972年，美国无硅钢片的用量已占电工钢片总量的50%。苏联60年代后

5、开发出O00O300牌号的无硅钢片，推广用于小型电机、电器中；英国无硅钢片发展很快，80年代初的产量与硅钢片持平；日本无硅钢片使用较少，一些不太重要的产品则多采用低级硅钢片。无硅电工钢片具有价格低、冲制性能好、磁感高等优点，其最明显的缺点是损耗太高，从而大大限制了它的应用场合，所在在70年代能源危机后，无硅钢片的生产又逐渐回落。2硅钢片1822年，著名瑞典化学家伯尔瑟利乌斯（J.J.Berzelius，17781848）首先制取出了硅（Si）。1889年，英国人巴莱特（W.F.Barett）、布朗（W.Brown）和哈德菲尔德（R.A.Hadfield）开始研究各种二元系和三元系合金的磁性能和

6、电气性能。他们在研究中发现，在软钢中加入硅（Si），可以提高钢的电阻系数，降低钢的涡流及磁滞损耗，而且钢片的衰老现象也有改善。1900年，他们在Sci.Trans.Roy.DublinSoc.上发表文章，介绍了研究成果，引起人们注意。1903年，美国开始生产这种加有硅的钢片，并称它为“Stalloy”（硅钢片）。同年，德国也开始生产硅钢片。不久，法国、英国、意大利等也开始生产硅钢片，苏联在1915年、日本在1924年开始生产硅钢片。2.1热轧硅钢片早期硅钢片是热轧硅钢片，含硅量较低，一般Si含量为12%（B级），多用于电动机中。以后硅含量增加，1929年日本开始生产变压器用T级硅钢片（Si含量

7、44.5%）。由于早期生产工艺不成熟，硅钢片的损耗较高。图1为1932年热轧硅钢片的损耗-磁通密度（W-B）曲线。1954年，开始制造采用焊接工艺将硅钢板焊成卷状的硅钢片，从而使连续加工成为可能。图1 1932年热轧硅钢片的损耗（W）-磁通密度（B）曲线（B级含Si12%；T级含Si44.5%）1954年后，随着冷轧硅钢片的出现，热轧硅钢片产量逐渐降低。美国60年代停止热轧硅钢片生产，1967年日本停止生产热轧硅钢片，英国、法国也于70年代淘汰了热轧硅钢片。美国、英国、日本30、40年代热轧硅钢片的性能比较见表1。 20 / 20美国Alieg-henyArma-tureElect-rical

8、DynamoSuper Dynamo Dynamo SpecialTransfTransfTransfTransfTransfTransf"D""C""B""A""A-1""AA"ArmcoArma-tureElectricSpecialInterm-ediateTrancorTrancorTrancorTrancorElectricTransf2346AISIM-43M 36M-27M-22M-19M-17M-15M-14铁损W10/502.252.041.781

9、.681.441.361.271.151.030.930.93(0.35mm)W15/5043.182.842.582.492.41磁化特性B2515,40015,30015,12015,05014,75014,45014,45014,000B5016,30014,30016,20015,85015,65015,15015,15014,780B10017,33016,60016,60015,600固有电阻率cm2228455354656868含硅量%0.73.7555.25.2日本BCDT145T135T120铁损W10/502.32

10、.11.81.451.351.2(0.35mm)W15/503.853.63.2磁化特性B2514,80014,70014,40013,90013,90013,900(0.35mm)B5015,80015,70015,40014,90014,90014,900B10016,90016,70016,40015,90015,90015,900B30019,20019,00018,70018,20018,20018,200英国CBA铁损W10/505(0.35mm)W15/502.452.22.05磁化特性B2514,30014,30014,300B5015,2

11、0015,20015,200B10016,10016,10016,100B30018,70018,70018,7002.2冷轧无取向硅钢片美国AlleghenyLudlum公司20世纪40年代开始生产冷轧无取向硅钢片。1954年日本开始生产冷轧无取向硅钢片。由于冷轧硅钢片具有损耗低、质量可靠、厚度均匀、表面平整等优点，所以它一出现就得到了广泛的应用，在许多场合取代了热轧硅钢片。冷轧无取向硅钢片自诞生之日起，就沿两条技术路线发展：一是沿低价格、低Si含量方向发展，以取代热轧硅钢片；二是沿低损耗、高Si含量方向发展。70年代石油危机后，由于节能电机、高效率发电机的需要，使低损耗冷轧无取向硅钢片得到

12、很大发展。日本1983年开发出当时世界最高水平的H6硅钢片。表2为几个国家冷轧无取向硅钢片的性能。表2冷轧无取向硅钢片性能比较厚度美国日本英国西德苏联mm牌号P15/50瓦/公斤牌号P15/50瓦/公斤牌号P15/50瓦/公斤牌号P15/50瓦/公斤牌号P15/50瓦/公斤0.35M-142.27M-152.5H92.4G2502.5M-192.86H102.65G2652.65V110-35A2.7M-223.08H123.1G3153.15M-363.74H143.6G3353.35V130-35A3.3M-434.7H184.4H205H235.50.5H92.9H103.1V135-5

13、0A3.332003.4H123.6G3553.55V150-50A3.531003.7H144G4004V170-50A4H184.7G4504.5V200-50A4.7H205.4V230-50A5.3H236.2V260-50A63取向硅钢片20年代初，威廉（Williams）对硅铁中单晶进行了研究，得到了在易磁化轴100方向um=1400000，认为在多晶粒板中在100轴向也应有极好的性能。1926年，日本人本多·茅发现，铁的结晶方向最容易磁化，或者说晶粒立方体棱边方向是最易磁化的方向。1934年，美国人戈斯（N.P.Goss）在试验室里研制成功取向硅钢片，他采用冷轧与高温热

14、处理相结合的方法（表3），使硅钢片中晶粒沿轧制方向有序排列，具有优良的磁性。1935年，戈斯在TransAmer.Soc.Metals上发表文章，介绍研究成果，并申请获得了英国专利（No.442211）。同年，美国Armco公司开始工业化生产冷轧取向硅钢片。40年代，美国Armco公司和Allegheny公司都生产出了高质量的变压器用取向硅钢片。Armco公司的牌号为Tran-cor（西屋公司称为Hipersil）；Allegeny公司的牌号为Silectron（GE公司称为Corosil）。1953年，日本试制成冷轧取向硅钢片。1958年，日本引进Armco公司的专利技术，开始冷轧取向硅钢片

15、的工业化生产，并在此基础上不断改进，使日本冷轧硅钢片的性能达到世界最高水平。图2是Z11取向硅钢片的磁性能与轧制方向的关系。表333.5%Si的硅钢片工艺温度（）板厚（mm）热轧650800         2中间退火900         0.75第一次冷轧90200         0.3中间退火926第二次冷轧90200涂绝缘层-最后退火1093120

16、0时效处理100单取向硅钢片在与轧制方向垂直方向的导磁性能较低，为克服这一缺点，德国真空熔炼公司在40年代发明了双取向硅钢片。1957年，美国GE公司和西屋公司也几乎同时制成双取向硅钢片，60年代日本川崎和八幡工厂也研制成功双取向硅钢片。它在轧制方向和垂直方向上的磁性能都与单取向硅钢片轧制方向的磁性能相近。这种硅钢片的晶粒呈立方体组织（图3）。单取向和双取向性硅钢片的性能比较见表4。表4单取向和双取向硅钢片性能比较压延方向直角方向单取向双取向单取向双取向最大导磁率m55,000116,0008,00065,000矫顽力HC（Oe）0.080.070.270.08剩余磁感应Br（G）9,5001

17、2,2001,75011,500磁感应B（G）16,30016,60011,00016,000（H=2Oe）0.60.561.60.65铁损耗15/60（W/磅）*（板厚0.3mm）图3取向硅钢片的组织（a）单取向（b）双取向1968年，日本新日铁工厂开始工业化生产高导磁密度取向硅钢片，它的商用名是“OrientcoreHi-B”，简称“Hi-B”；1972年，开发出大晶格高导磁取向硅钢片；1981年又进而开发出小晶格高导磁取向硅钢片；1982年，日本开始生产表面激光照射处理（ZDKH）的高导磁取向硅钢片，进一步降低了铁损。1988年，日本又开发出采用机械方法形成微小应力法（ADMH）的高导磁

18、取向硅钢片。日本新日铁公司取向硅钢片的发展见图4。50年代，几个国家单取向硅钢片的性能见表5。19551975年间，日本取向硅钢片及无取向硅钢片的质量变迁见图5。18801970年间，铁心钢片铁损的下降曲线见图6。图4日本新日铁公司取向硅钢片的发展·Z：Orientcore硅钢片（取向硅钢片）?ZH：OrientcoreHi-B硅钢片*ZDKH：激光照射处理取向硅钢片图5日本硅钢片质量的变迁图618801970年间硅钢片铁损下降曲线表5各国单取向硅钢片磁特性国别苏联美国英国西德国家标准或厂名OCT802-58钢铁公司Armco公司列查特公司克鲁普公司厚度0.35mm0.355mm0.

19、355mm0.305mm0.33mm0.35mm等级310320330330A807366M-7XM-6XM-7WM-6W44403733HyPerm5铁损1.71.371.311.3P15/50（W/kg）1.6磁化特性B0.3-11,15012,70013,80011,10011,80011,65012,40010,40011,40012,30013,5006,900B0.5-13,25014,25015,10013,80014,30013,60014,20012,70014,00014,70015

20、,20011,330B1-14,90015,50016,10015,15015,70015,00015,55014,00015,00016,00017,00014,000B5-16,80017,25017,50016,60017,05016,45017,00016,50017,00018,50019,000-B1016,00016,50017,00017,00017,40017,80018,00017,10017,60017,00017,50017,00017,50018,50019,000-B2517,50018,00018,50018,50018,25018,60018,80017,900

21、18,40017,95018,300-B5018,30018,70019,00019,00018,90019,20019,30018,60019,10018,70019,000-最大导磁率42,50053,70070,50050,00054,00045,00050,00037,00043,50053,00061,00031,000m3铁镍合金（坡莫合金）铁镍合金又称坡莫合金（Permalloy）。它是一种在弱磁场具有高磁导率和低矫顽力的低频软磁材料。早期铁镍合金是应电话通信需要而研制的。铁镍合金的含镍量从36%到80%，变化幅度很宽，因此它的磁性和应用领域也不大相同。1917年，纽曼（G.Ne

22、umaun）提出含镍量78.5%的铁镍合金的专利（加拿大专利No.180539），1921年，阿诺德（Arnold）和埃尔门（G.W.Elmen）发明含镍量78.5%的铁镍合金。这种铁镍合金的导磁率特别好，比一般硅钢片高1020倍，但其电阻率较低。纽曼的发明促进铁镍合金在20年代得到了较广泛的工业应用。后来，人们在铁镍合金中加入钼、铬、铜提高磁性能、电阻率和改善热处理性能。加入铜的铁镍合金在英国称为铜坡莫合金（Mumetal）。1934年，纽曼发明钼坡莫合金（Ni72%，Cu14%，Mo3%），不仅使导磁率大大提高（u0=6000090000），而且提高了电阻率，使涡流损耗大大降低。除钼坡莫合

23、金外，30年代还应用了铬坡莫合金，（Ni78.5%，Cr3.8%，其余Fe）。1947年，美国贝尔实验室的布思（Boothy）和博左思（Bozorth）发明超级坡莫合金（Supermalloy），它是一种四元合金（Ni79%，Mo5%，Mn0.5%，其余Fe），其导磁性更好，u0达到100，000，um达到1，000，000。50年代初，阿什穆斯（Assmus）和费弗（Pfeifer）发现Fe-Ni-Mo-Cu四元合金的性能与超级坡莫合金相当，继后，里查德（Richards）和沃克（Walker）又对该四元合金进行了改进，得到一种高性能的Fe-Ni-Mo-Cu四元合金（Ni77%，Mo14%，

24、Cu4%，其余Fe）并取名为“Super-mumetal”，um达到200，000。1956年，霍依（G.H.Howe）发明一种晶粒取向和磁畴取向的铁镍合金（Ni65%，Mo2%，Fe33%），并取名为“Dynamax“，其um最高达到1，780，000。铁镍合金具有导磁率很大、矫顽率很低、电阻率不高的特点，加之价格昂贵、工艺性能较差等特点。因此，在电机变压器领域，仅用作小型变压器、控制用微电机、控制用变压器、高灵敏度变压器和高精度变压器等的铁心中。50年代末期铁镍合金与纯铁、硅钢片的磁化曲线的比较见图7。50年代末期，铁镍合金的性能见表6。1.取向性硅钢片；2.纯铁；3.45%N：坡莫合金；

25、4.50%取向性坡莫合金；5.超级坡莫合金 图7铁镍合金与其它材料的磁化曲线表6各国铁镍合金的性能国别材料牌号厚度化学成分初导磁率o最大导磁率m矫顽力Hc（Oe）磁感应Bs（G）电阻系数×10-5（·cm）生产厂（mm）苏联50H0.3550镍3,00035,0000.1215,0004.579HMA0.15钼79镍50,000200,0000.0157,5005.60.00515,00068,0000.0780HXC0.12.8铬1.3硅80镍40,000140,0000.027,0006.30.0118,00065,0000.05美国45Permalloy45镍2,50

26、025,0000.316,0004.5西方电气公司3.8-78.5Cr3.8铬12,00062,0000.058,0006.5Permalloy78.5镍4-79Mo4钼79镍20,000100,0000.058,7005.5PermalloySupermalloy5钼79镍100,0001,000,0000.0027,9006电报工程公司英国Mumetal77镍20,00030,00090,0000.038,0006.2Supermumetal50,000200,0000.0078,0006Radio50镍2,00025,0000.1616,0004.5MetalSpecial4,50045

27、,0000.05516,0004真空冶炼工厂Radil-metal西德Permenorm50镍5,50060,0000.15000H2Permenorm3,00035,0000.116,0005000H3Permenorm3,00035,0000.085000G3Vacoperm7080镍加铬、钼、铜等35,00090,0000.0158,000PermalloyC25,000150,0000.0089,000M104030,00090,0000.0156,200M58320,00090,0000.0155,000Ultrapem120,000300,0000.0068,000500,000日

28、本TMC0.1镍7820,00050,00060,000东北金属工业120,000TMC-V0.050.230,00070,00080,000200,000TMB0.35镍452,0004,00020,00040,000超坡莫0.025钼5镍7950,000150,000250,0000.05,0.1600,0004铁铝合金本世纪初叶，人们发现在纯铁中加入1%的铝可以提高纯铁的磁性能，但并未在电工领域获得应用。1948年，日本人增本·斋藤着眼于Fe2Al的规则晶粒，进行了含铝16%的铁铝合金的研究，获得成功，他将这种铁铝合金命名为“Alperm”，其u0=3100，u-m-=5470

29、0。同年5月，他在日本金属学会志上发表了他的研究成果，引起较大反响，并使这种合金在40年代末期后进入工业应用领域。但是，当时这种合金既硬又脆，机械加工性能较差。1954年，美国人纳奇曼（F.Nachman）将含铝16%的铁铝合金经真空冶炼、氢中脱碳、脱氧，经铸-热轧-冷轧，制成了0.1mm厚的薄板，并取名为“Alfenol”，这种铁铝合金的导磁性有所提高，u0=15004000，um=1500070000（以后又提高到115，000130，000）。在铁铝合金中，人们还添加某些其它元素，如Mo、Mn等，以改善其性能。如美国的“Thermanol”合金（Al16%，Mo3%，Fe81%），前苏联

30、的“143”合金（Al14.4%，Mn3.26%，其余Fe）。铁铝合金具有较高的导磁率和较高的电阻率，加之价格较铁镍合金便宜，并具有良好的耐热、耐蚀性能，所以在小型变压器、控制变压器、互感器和微特电机中得到了应用。50年代末期的铁铝合金性能见表7表7各国铁铝合金性能国别苏联日本美国材料名称1614314M2AlpermNew11.715.5ThermanolAlpermAlfenolAlfenol化学成分铝16铝14.4铝14.83铝11.7铝15.5铝16钼3锰3.26钼1.97初导磁率O3,7503,7003,0006,0003,4004,6006,300最大导磁率m67,00060,00

31、0124,50055,000100,00030,00096,000100,000最大磁感应Bs（G）B8=5,6508,5508,9508,0008,00014,3007,9005,400残余磁感应Br（G）3,5003,7004,2503,5004,5003,7002,500矫顽力Hc（Oe）0.0220.0380.0220.030.0250.0770.0790.018电阻系数（·cm×10-514.514.314155非晶态合金非晶态电工钢片是把一些液态合金（如Fe-Si-B合金）以每秒百万度摄氏的冷却速度直接冷却到固态，获得合金中的非晶结构的一种软磁材料，其主要优点是

32、磁感应高、铁耗低（约为取向硅钢片的1/21/3）。1960年，美国人杜韦兹（P.Duwez）发明快淬金属工艺，制造出非晶合金。1968年，GE公司的留博斯基（Luborsky）发现非晶合金具有损耗很低（10.44/W/kg）的特点。为此，1970年美国联信（Allied）公司开始生产非晶合金带材，从而引发了70年代研究非晶合金的高潮。1979年出现单辊非晶制带法，推动了非晶合金工业化生产。1979年，Allied公司研制出2605SC非晶态合金（Fe81%,Bl1%,Si3%,C5%）,后又研制出不含C的2605S2的非晶态合金（Fe78%，Bl3%，Si9%）。80年代，美国、日本、德国相继

33、建成年产万吨级的连续制带设备，苏联、德国、捷克、匈牙利等也建成了非晶合金工业生产装置。中国从1976年开始研究非晶合金，80年代开始生产非晶合金。非晶合金钢片已用于冲制变压器铁心、三相电机定子铁心等，其铁心损耗比无取向硅钢片铁心低得多。非晶态合金钢片与热轧硅钢片、冷轧硅钢片的损耗比较见表8，非晶合金与高导磁硅钢片性能比较见表9。表8几种电工钢片的相对损耗（B=1.5T）年份材料相对损耗1960年前热轧非取向硅钢片1001958冷轧非取向硅钢片301972高导磁大晶格取向硅钢片271981高导磁小晶格取向硅钢片251983高导磁激光照射硅钢片201985非晶态合金8表9非晶合金与高导磁硅钢片性能

34、的对比特性项目非晶合金非晶合金高导磁电工钢片电力铁心片2605SC2605S2Z6H2605S2磁100，1.4T/60Hz  0.27  0.21  0.9特时单位损耗0.25性（W/kg）  0.72  0.370.94100，1.4T/60Hz时励磁特性1.611.552.03（VA/kg）  1.5825饱和磁通密度（T）  1.51  1.49  2.03100饱和磁通密度（T）矫顽力（A

35、/m）1.47剩磁（T）  30（较大）  27（较大）  4（较小）3.2磁致伸缩1.2（×102mm）1251304.5电阻率（·cm）物厚度（m）3030300130理密度（gcm2）7.327.187.657.18机叠片系数（%）75759790械居里温度（）375414746415特结晶温度（）475550535性抗张力（N/mm2）7001500320硬度（Hr）10509002106微晶合金微晶合金材料是随近20年来金属快速凝固技术进步而发展起来的新型导磁材料。1988年，日本日

36、立金属所发现（Fe，Co）-Si-B系铁基合金中加入适量的Cu和Nb等元素，其非晶薄带在经低温加热后即在非晶相内析出约20mm大小的bcc亚稳相的均匀分布的超微晶粒，即制备出了纳米级Fe-Si微晶窄带。90年代，许多国家纳米级Fe-Si微晶合金进行了研究，形成了不同的工艺路线，如对晶粒取向硅钢片室温局部加压，然后高温退火，使形成纳米级微晶；或采用激光照射使其微晶化；或采用特殊工艺使Fe-Si-B非晶合金微晶化。除Fe-Si系列外，人们对Fe-M-B及Fe-M-C等系列微晶材料也进行了研究。微晶合金钢片的饱和磁感应强度和磁导率很高，铁耗非常低，可用于要求较高的电机、电器中。7电工钢片绝缘层为了增

37、大电机铁心叠片间的绝缘，减小叠片中的涡流损耗，同时改善电工钢片的焊接、冲剪性能，电工钢片表面都要求有一层绝缘层。对绝缘层的基本要求是：绝缘电阻高、化学稳定性好、机械强度高、不粘结、耐腐蚀，同时要求绝缘层薄而平整，以提高叠片的叠片系数。早期电工钢片是没有绝缘层的，后来随着人们对铁心涡流损耗的认识才开始注意电工钢片绝缘层问题。在电机发展史上，电工钢片绝缘伴随冶金、化工等的发展，也出现了许多变化，其主要绝缘方法有：（1）氧化膜绝缘。利用钢片在退火过程中形成的氧化膜作为绝缘。这种方式简单、价廉，但绝缘效果欠佳，早期电机、变压器中应用较多，目前仅用于部分小型电机、变压器中。（2）涂水玻璃绝缘。水玻璃绝缘

38、便宜，但工艺性差、绝缘膜湿度大。（3）纸绝缘。在整张电工钢片的一面粘一层绝缘纸。这种绝缘出现在19世纪末期，曾在欧洲等地得到广泛应用。（4）无机盐涂层。将电工钢片放在铬酸盐或磷酸盐热溶液中，使之在钢片表面产生一层绝缘膜。（5）无机漆绝缘。早期曾采用无机漆（如桐油漆）涂电工钢片两面。（6）有机漆绝缘。用合成漆、酚醛树脂、合成树脂等在电工钢片两面涂漆，这是应用最广的绝缘方式。（7）半有机漆绝缘。用水溶性或水分散系树脂与无机盐配合后得到的半有机漆，涂刷电工钢片表面。图8为50年代前日本电工钢片绝缘层的层间电阻的比较。图8 50年代前电工钢片绝缘层层间电阻的比较第二节超导材料19世纪后半期，人类对物体

39、的电阻与温度的关系已经有了清楚的认识。温度升高使电阻增大；温度降低会使电阻减小。但是，如温度接近绝对零度（Ok）时会发生什么情况呢？许多科学家为此争执不休，例如英国科学家开尔文（L.Kelvin，18241967）认为当温度接近绝对零度时，物体中的电子会“冻结”，物体会变成绝缘体。1908年，荷兰物理学家翁纳斯（H.K.Onnes，18531926）在荷兰莱顿大学实现了氢气（He）的液化，得到了4.2K（-269）的低温，同时他用液氦测量研究金属电阻下降的现象时，发现金、银、铜等金属的电阻有一个不能再减少的极限值。1911年，他发现水银在4.2K时的电阻会突然消失，后来他又发现铅、锡等金属在其

40、临界温界Tc下也有这种现象，翁纳斯称这种现象为超导电性，具有超导电性的材料称为超导材料或超导体。后来人们陆续发现有28种元素可以在常压下制成超导体，其中Tc最高的是铌（9.15K），Tc最低的是钨（0.01K），还发现有几千种合金和化合物可以是超导体。20世纪20年代后，人们对超导体材料的性能和机理进行了大量的研究工作。1933年，荷兰人迈斯纳（W.Missner，18921959）和奥森菲尔德（R.Ochsenfeld）发现超导体内磁通为零的所谓“迈斯纳-奥森菲尔德效应”；1954年，美籍德国人马蒂阿斯（B.T.Mathias，18181980）提出超导性经验法则，发现数百种超导材料。1957年，巴丁（Bardeen）、库伯（L.N.Cooper，1924）和施瑞弗（J.R.Schrieffer，1931）三人提出了一种微观的超导机理-BCS理论，把超导理论研究提到新水平，由此他们三人同获1972年诺贝尔物理奖金