磁浮列車是一種高速高新技術(shù)交通工具,一些國(guó)家如中國(guó)、德國(guó)、日本等都在發(fā)展,作為大城市內(nèi)和區(qū)域內(nèi)城市之間的快捷運(yùn)輸與交通工具。世界首條商業(yè)運(yùn)營(yíng)磁浮列車是上海的西起龍陽路站東至浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的磁浮線路,全長(zhǎng)33km,設(shè)計(jì)速度431km/h,行走全程僅需7min,采用的技術(shù)是德國(guó)提供的。已安全運(yùn)行近20年,證明技術(shù)過硬。爾后中國(guó)又計(jì)劃建設(shè)滬杭磁浮線,計(jì)劃于2010年上海世博會(huì)召開之前投入運(yùn)營(yíng),但由于種種原因,擱淺了。滬杭線全長(zhǎng)約175km,其中,浙江段正線長(zhǎng)約105km,全線高架,設(shè)上海站、嘉興站、杭州東站。滬杭磁浮線為市郊區(qū)間線路,正常運(yùn)行速度450km/h,中心城區(qū)內(nèi)正常最高運(yùn)行速度≤200km/h,最初工程概算總投資為350億元,現(xiàn)在的概算投資可能會(huì)>400億元。
磁浮列車是一種利用磁極排斥力和吸引力運(yùn)行高技術(shù)交通工具,即排斥力使列車浮起來、吸引力開動(dòng)列車。磁浮列車上裝有超導(dǎo)磁鐵,鐵路底部裝有線圈。通電后,地面線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)極性與列車上的電磁體極性總保持相同,兩者同性相斥,使列車浮起來。鐵軌兩側(cè)也裝有線圈,交流電使線圈變?yōu)殡姶朋w,它與列車上的磁鐵相互作用,使列車前進(jìn)。制造超導(dǎo)磁鐵的主要材料為鈦-鈮(Ti-Nb)合金。
1801年,英國(guó)化學(xué)家哈奇特(C.Hatchett)在分析礦石時(shí)發(fā)現(xiàn)一種元素,命名為鈳(Columbium)。1844年,德國(guó)化學(xué)家羅瑟(H.Rose)發(fā)現(xiàn)一種類似鉭的金屬元素,就用鉭的女兒(Niobe)命名為Niobium。1866年查明鈳與鈮系一種元素,1951年,國(guó)際純粹化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)將名字統(tǒng)一為鈮。鈮的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變臨界溫度9.25K,原子的熱中子吸收截面1.1靶恩,標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)Nb/Nb5+0.96V。鈮與鉭的化學(xué)性質(zhì)很相似,都是非常穩(wěn)定的化學(xué)元素。鈮對(duì)于很多腐蝕介質(zhì)在冷態(tài)或稍熱的條件下不起反應(yīng),致密的鈮在空氣中只在溫度>200℃時(shí)才明顯氧化。鈮的主要物理性能(見表):
鈮與鉭的物理化學(xué)性質(zhì)相似,在自然界礦物中多為共生,世界上多數(shù)鈮礦石品位為0.2%~0.6%,選礦后得到的標(biāo)準(zhǔn)鈮精礦品位為50%~65%(Nb,Ta)2O5。世界鈮礦儲(chǔ)量已探明為690萬噸。提取鈮主要包括分解精礦、分離鉭鈮、制取化合物和金屬、精煉等過程。鈮的工業(yè)生產(chǎn)方法有碳熱還原法、鈉熱還原法和鋁熱還原法。
鈮以鈮鐵形式用于鋼鐵工業(yè),消費(fèi)量占世界總量的85%以上,多用于碳素鋼和高強(qiáng)度低合金鋼。鈮在鋼中的主要作用是通過控制脫溶碳化鈮的大小和分布,而達(dá)到提高鋼的抗磨損性、抗腐蝕性、細(xì)化晶粒及脫溶強(qiáng)化,從而改善鋼的性能。鈮同鈦、錫、鋯、鋁、鍺的合金或金屬化合物所形成的超導(dǎo)體具有重要意義,鈮-鈦合金和鈮錫化合物(Nb3Sn)是目前已經(jīng)應(yīng)用的超導(dǎo)材料,特別是前者是制造磁浮列車超導(dǎo)磁鐵不可或缺的材料,沒有鈮-鈦合金超導(dǎo)材料,高速列車就浮不起來,也不能向前飛跑。
高速磁浮列車最大的優(yōu)點(diǎn)是速度快,全自動(dòng)化運(yùn)行,速度≥550km/h因而平平穩(wěn)穩(wěn)、無噪聲;線路占地面積少、磁場(chǎng)強(qiáng)度低、能耗低,由于是抱軌浮著行駛,且按飛機(jī)的防火標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)施,因此乘坐平穩(wěn)舒適,極為安全。軌道里安裝了大功率直線同步電機(jī),所以高速磁浮列車動(dòng)力來源于軌道,具有高度的加速和制動(dòng)能力;轉(zhuǎn)彎半徑小,爬坡能力強(qiáng)。
Ti-Nb二元相圖如下所示,Nb在β-Ti中無限固溶,形成連續(xù)固溶體。Nb在α-Ti中固溶度隨溫度下降而升高,存在固溶體α-Ti和β-(Ti,Nb)。