具有高下临界磁场的合金超导材料及其制备方法

1.本发明涉及一种新型超导材料，特别涉及一种具有高下临界磁场的合金超导材料及其制备方法。


背景技术：

2.超导谐振腔作为一种被广泛应用于大型粒子加速器领域的重要装置，具有非常重要的应用前景和市场价值。超导谐振腔可以用来加速各种带电粒子，比如电子、质子、重离子等。衡量一个超导谐振腔的重要指标主要包括两个：最大加速电场(e
acc
)和品质因子(q)。其中，最大加速电场e
acc
正比于带电粒子在穿过谐振腔时所获得的能量，即：u＝qle
acc
，其中u为能量，q为带电粒子的电荷，l为单个谐振腔的腔体长度。如果最大加速电场越高，则带电粒子每次穿过一个谐振腔所获得的加速能量就越高，因此拥有更高的速度，这对加速装置来说至关重要。超导谐振腔是通过产生谐振的磁场来生成谐振的电场，谐振频率f即对应着超导谐振腔的使用频率，比如射频谐振腔的频率在吉赫兹量级。在谐振腔的工作过程中，谐振电场(即最大加速电场e
acc
)与谐振磁场的幅值b的关系为：e
acc
＝b/g，其中g是一个与谐振腔的特定形状有关的常量。因此更高的磁场b即意味着更高的最大加速电场e
acc
。此外，超导谐振腔运行时必须处于迈斯纳超导态，其环境温度必须低于超导材料的超导转变温度。而超导材料保持迈斯纳超导态的最高磁场称为下临界场b
c1
(考虑界面效应则为过热磁场b
sp
)，所以对于某种超导材料来说，其下临界场b
c1
(或b
sp
)即决定着超导谐振腔的最大加速电场e
acc
的大小。谐振腔的另一个重要指标品质因子q则反比于谐振腔的表面阻抗rs，即：q＝k/rs，其中k是一个与谐振腔的特定形状有关的常量。当处于迈斯纳态时，超导体中不存在直流电阻，但是通以交变电流则会有一个很小的耗散，该耗散对应一个很小的表面阻抗rs。由于谐振腔中的磁场是以谐振场的形式存在的，所以使用时必须考虑交流情况下的耗散。根据焦耳定律，热量与电阻的平方成正比，因此超导谐振腔运行时会产生热量耗散，热量积累过多就会导致谐振腔失超，而要维持迈斯纳超导态就必须使用冷却媒介比如液氦给谐振腔持续降温。因此越高的品质因子q，就意味着越小的表面阻抗rs，以及越少的热量耗散，这对超导谐振腔的安全运行以及降低经济成本都至关重要。综上所述，寻找具有高下临界磁场b
c1
或过热磁场b
sp
、高品质因子q的超导材料，是超导谐振腔研究领域的首要目标。
3.目前超导谐振腔主要使用纯铌作为制造材料，纯铌拥有所有单质元素中最高的下临界磁场，并且作为一种金属，铌还具备非常优良的加工特性，在工业上可以非常方便地被加工成特定的形状，这对谐振腔的制造来说非常重要。铌材料为稀有金属，价格昂贵。如何寻找到比铌更好的谐振腔材料是一直以来的研究重点。目前的主要方法包括：使用铜基底上面镀制铌薄层，通过在铌单质中掺杂间隙氮，使用sis多层结构(s为超导薄层，i为绝缘薄层)，使用其他超导材料比如nb3sn、mgb2和铁基超导体的薄层等。在上述方法中，超导或者绝缘薄层一般拥有纳米量级的厚度，而一个谐振腔的内加工表面又非常大(谐振腔内腔体长度可达1米)，所以使用薄层的加工难度非常高，尤其是sis多层结构，每一个薄层的厚度都有特定的要求，层数越多加工难度就越大。在铌单质中掺杂间隙氮的方法主要有两种：高温
氮掺杂(n-doping)和低温氮掺杂(n-infusion)。高温氮掺杂可以提高铌的下临界磁场，但是其品质因子却有所下降。低温氮掺杂可以有效提高铌的品质因子，但是其下临界磁场却没有获得提高，甚至在部分实验中还有所下降。并且实验中还发现间隙氮必须控制在铌表面一定厚度内才会发挥作用，这对于实验加工来说是一个巨大挑战。同时随着时间的延长，谐振腔中的氮含量也会发生变化，这就给加速器的应用带来困难。由此可知在铌单质中掺杂间隙氮的办法依然面临各种问题。比如高温超导材料(主要包括铜氧化物超导体和铁基超导体)，虽然其超导转变温度远高于铌(这旧意味着谐振腔的工作温度可以高于铌腔的工作温度2k)，但是由于高温超导材料多为陶瓷材料，很难像金属一样加工成特定的形状，并且一般具有较高的各向异性度，其交流耗散也远高于常规超导材料，所以使用条件还远未成熟。其他诸如nb3sn、mgb2、nbn等超导材料，虽然其超导转变温度均高于铌，但是其下临界磁场都远低于铌，因此是不好作为谐振腔材料的。因此目前使用其他技术来改善nb谐振腔的实验都处于尝试阶段，都不能做到像nb金属一样：高b
c1
,小的表面阻抗，使用过程中皮实耐用。可以说没有一个能够取代nb获得真正应用的材料。怎样利用体材料性质调控而获得新的谐振腔材料至关重要。
4.综上所述，目前已知的新技术方法要么加工难度过大，不具备加工成特定形状的谐振腔的条件，要么其超导材料在下临界磁场和品质因子这两项重要指标上都比铌差，加上薄膜和镀膜覆层的不稳定性，因此需要探索在性能指标上可以代替纯铌，并且易加工和经久耐用的其他体超导材料。
5.参考文献：
6.【1】a.valente-feliciano.superconducting rf materials other than bulk niobium:a review.supercond.sci.technol.29 113002(2016).
7.【2】a.grassellino,et al.nitrogen and argon doping of niobium for superconducting radio frequency cavities:a pathway to highly efficient accelerating structures.supercond.sci.technol.26 102001(2013).
8.【3】a.grassellino,et al.unprecedented quality factors at accelerating gradients up to 45mvm-1in niobium superconducting resonators via low temperature nitrogen infusion.supercond.sci.technol.30 094004(2017).
9.【4】a.gurevich.enhancement of rf breakdown field of superconductors by multilayer coating.appl.phys.lett.88 012511(2006).
10.【5】t kubo,et al,radio-frequency electromagnetic field and vortex penetration in multilayered superconductors.appl.phys.lett.104 032603(2014).
11.【6】s posen and d l hall.nb3sn superconducting radiofrequency cavities:fabrication,results,properties,and prospects.supercond.sci.technol.30 033004(2017).
12.【7】t tan,et al.magnesium diboride coated bulk niobium:a new approach to higher acceleration gradient.sci.rep.6 35879(2016).
13.【8】l zefeng,et al.enhancement of the lower critical field in fese-coated nb structures for superconducting radio-frequency applications.supercond.sci.technol.34015001(2021).


技术实现要素：

14.发明目的：针对在超导谐振腔中实现更高的最大加速电场和品质因子的目的，本发明提供了一种具有高下临界磁场的合金超导材料及其制备方法。本发明在铌中掺杂特定比例的金属元素，在保持铌的金属加工特性和超导转变温度不降低的同时，大大提高其下临界磁场或过热临界磁场，降低其表面阻抗的方法，为超导谐振腔的性能提高提供新一代的材料。
15.技术方案：本发明所述的一种具有高下临界磁场的合金超导材料，同时具有高过热临界磁场、低表面阻抗等物理特性，该超导材料的结构式为a
1-xbx
，其中，a是元素铌(nb)，b是选自下组的至少一种元素：钇(y)、钪(sc)、铪(hf)、锆(zr)、钛(ti)、锡(sn)、锗(ge)、镓(ga)，x为元素掺杂的摩尔比例，取值范围为0.02≤x≤0.3。
16.作为本发明的一种优选实施方式，掺杂比例x的取值范围为0.05≤x≤0.15。
17.作为本发明的一种优选实施方式，掺杂比例x的取值0.05、0.1或0.15。
18.作为本发明的一种优选的实施方式，所述的超导材料为铌-钇和铌-钪合金超导材料。
19.作为本发明的一种优选的实施方式，铌-钇合金超导材料的结构式包括nb
0.95y0.05
，nb
0.9y0.1
，nb
0.85y0.15
。
20.作为本发明的一种优选的实施方式，铌-钪合金超导材料的结构式包括nb
0.95
sc
0.05
，nb
0.9
sc
0.1
，nb
0.85
sc
0.15
。
21.上述的合金超导材料是由前驱物a
1-xbx
通过电弧炉熔炼制备而成。
22.作为本发明的一种优选实施方式，上述的前驱物a
1-xbx
通过以下方法制备：将a元素以及b元素的超纯粉末在手套箱内进行充分研磨后压成小圆柱体形状，手套箱内充以氩气作为保护气氛围，得到前驱物a
1-xbx
。
23.作为本发明的一种优选实施方式，将上述步骤得到的前驱物a
1-xbx
放入电弧炉装置中，接通电流至前驱物熔融(熔融温度高于合金熔点，前驱物成一团小球状)，每次熔炼1～2min，每次熔炼完毕后将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3～5次，得到超导材料。
24.该方法的要点在于通过在铌单质中掺杂特定比例的金属元素比如铌、钪、锆、铪等，从而获得具有高下临界磁场或过热临界磁场、低表面阻抗等物理特性的新型铌合金超导材料。使用这种新型的合金超导材料可以大幅提高超导谐振腔的最大加速电场或品质因子，从而在超导谐振腔领域获得巨大的应用。
25.作为一种具体地实施方式，首先在能带理论计算结果的帮助下，本着提高超导电子密度的思想，从而确定各掺杂元素的最佳掺杂比例。在前驱物a
1-xbx
中，a是元素铌(nb)，当b是选自下组的至少一种元素：钇(y)、钪(sc)、铪(hf)、锆(zr)、钛(ti)、锡(sn)、锗(ge)、镓(ga)时，掺杂摩尔比例x取值范围为0.02≤x≤0.30。前驱物a
1-xbx
通过使用相应元素的高纯粉末按照前述摩尔配比制备而成，并在手套箱内进行充分研磨后压成小圆柱体形状，手套箱内充以氩气作为保护气氛围，避免引入o、h、n等杂质元素。
26.其次，将制备所得的前驱物a
1-xbx
放入电弧炉装置中，使用电弧炉对前驱物进行高温熔炼，每次所加电流不宜过大，恰好到前驱物熔融成一团小球状即可，每次熔炼1～2min，每次熔炼完毕后需要将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3～5次，所得即为熔炼均匀的铌合金。
27.再次，将制备所得的铌合金使用金刚石线切割机切割成3毫米*3毫米*0.5毫米的长方体块材，然后使用砂纸对样品表面进行精细打磨，使样品表面呈现光亮平整的形貌，并使用超声仪进行杂质清理，确保块材表面无杂质、缺陷等干扰因素。
28.最后，将制备所得的铌合金超导块材进行基本的物理特性测量，标定其各种性质。
29.本发明所述的具有高下临界磁场的合金超导材料的制备方法，包括以下步骤：
30.(1)前驱物的制备：通过使用相应元素的高纯粉末按照特定摩尔配比制备前驱物，在手套箱内充分研磨后压成小圆柱体形状，整个过程在保护气氛围中进行，制备前驱物a
1-xbx
；
31.(2)铌合金的制备：将步骤(1)中制备所得的前驱物a
1-xbx
放入电弧炉中进行熔炼，所加电流恰好到前驱物熔融成一团小球状，每次熔炼1～2min，每次熔炼完毕后将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3～5次以使样品熔炼均匀，获得铌合金超导材料。
32.作为本发明的一种优选实施方式，步骤(2)中，制备的铌合金超导材料使用金刚石线切割机切割成长方体块材，并使用砂纸、超声仪对块材表面进行打磨和清理，使块材表面呈现光亮平整的形貌。
33.作为本发明的一种优选实施方式，步骤(1)中，所述保护氛围为氩气。
34.作为本发明的一种具体制备方式，本发明所述的具有高下临界磁场或过热临界磁场、低表面阻抗等物理特性的新型合金超导材料通过以下方法制备：
35.(1)前驱物的制备：前驱物a
1-xbx
(a是元素铌(nb)，b是选自下组的至少一种元素：钇(y)、钪(sc)、铪(hf)、锆(zr)、钛(ti)、锡(sn)、锗(ge)、镓(ga))通过使用相应元素的高纯粉末按照特定摩尔配比制备成前驱物，在手套箱内充分研磨后压成小圆柱体形状，该过程必须在保护气氛围比如氩气中进行，避免引入o、h、n等杂质元素；
36.(2)铌合金的制备：将步骤(1)中制备所得的前驱物a
1-xbx
放入电弧炉中进行熔炼，该过程中需要注意所加电流不宜过大，恰好到前驱物刚好熔融成一团小球状即可，每次熔炼1～2分钟，每次熔炼完毕后需要将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3～5次以使样品熔炼均匀，由此即可获得铌合金超导材料；
37.(3)铌合金超导块材的制备：将步骤(2)中制备所得的铌合金，使用金刚石线切割机切割成3毫米*3毫米*0.5毫米的长方体块材，并使用砂纸、超声仪等仪器对块材表面进行打磨和清理，使块材表面呈现光亮平整的形貌，去除杂质、缺陷等因素对块材超导性质的影响。
38.有益效果：(1)本发明制备的合金超导材料，可以用来提高超导谐振腔的使用性能，尤其是最大加速电场和品质因子的提高，可以给被加速的带电粒子提供更高的能量和速度，降低加速器使用过程中的运营成本，对超导谐振腔的应用来说具有重要意义；(2)本发明的铌合金超导材料可替换超导谐振腔的产业中的部分材料，具有非常可观的产业规模；(3)本发明所涉及的铌合金超导材料，可以提供比纯铌更高的最大加速电场和品质因子，同时还保持了纯铌的金属加工特性，可以用来制造特定形状的谐振腔，在大规模工业生产上具有非常重要的意义；(4)本发明提供了一种新型谐振腔材料的制备方法，使用这种方法可以对其他铌合金材料进行研究和探索，寻找性能更加优异的谐振腔材料。
附图说明
39.图1为本发明的电弧炉原理图；
40.图2为nb
0.9y0.1
和nb
0.95
sc
0.05
合金超导块材以及纯铌块材的磁化数据；
41.图3为nb
0.9y0.1
和nb
0.95
sc
0.05
合金超导块材以及纯铌块材在t＝4k下的磁滞回线数据；
42.图4为nb
0.9y0.1
和nb
0.95
sc
0.05
合金超导材料的电阻测量数据。
具体实施方式
43.实施例1：nb
0.9y0.1
合金的合成
44.(1)制备前驱物nb
0.9y0.1
：将纯nb粉末、纯y粉末按照nb:y＝0.9:0.1的摩尔比配成前驱物，在手套箱内充分研磨后压成小圆柱体状，该过程必须在氩气保护氛围中进行，以排除o、h、n等杂质元素的干扰。
45.(2)熔炼铌-钇合金：将步骤(1)中制备的前驱物nb
0.9y0.1
放入电弧炉中进行充分熔炼，逐步加大电流至前驱物刚好熔融成一团小球状即可，每次熔炼1到2分钟，每次熔炼完毕后需要将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3到5次，使得合金中不同元素混合均匀。
46.(3)制备超导块材和物性测量：将步骤(2)中熔炼所得的铌-钇合金用金刚石线切割机切割为3毫米*3毫米*0.5毫米的长方体块材，并使用砂纸、超声仪等对块材进行表面打磨和清理，使块材表面呈现光亮平整的形貌，去除杂质、缺陷等因素可能对块材性质造成的影响，最后对制备所得的合金超导块材进行物理性质测量。
47.实施例2：nb
0.95
sc
0.05
合金的合成
48.(1)制备前驱物nb
0.95
sc
0.05
：将纯nb粉末、纯sc粉末按照nb:sc＝0.95:0.05的摩尔比配成前驱物，在手套箱内充分研磨后压成小圆柱体状，该过程必须在氩气保护氛围中进行，以排除o、h、n等杂质元素的干扰。
49.(2)熔炼铌-钪合金：将步骤(1)中制备的前驱物nb
0.95
sc
0.05
放入电弧炉中进行充分熔炼，逐步加大电流至前驱物刚好熔融成一团小球状即可，每次熔炼1到2分钟，每次熔炼完毕后需要将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3到5次，使得合金中不同元素混合均匀。
50.(3)制备超导块材和物性测量：将步骤(2)中熔炼所得的铌-钪合金用金刚石线切割机切割为3毫米*3毫米*0.5毫米的长方体块材，并使用砂纸、超声仪等对块材进行表面打磨和清理，使块材表面呈现光亮平整的形貌，去除杂质、缺陷等因素可能对块材性质造成的影响，最后对制备所得的合金超导块材进行物理性质测量。
51.图1是本发明涉及的电弧炉原理图，电弧炉主要由密封腔、抽气充气阀门组件、高压电流源等部件组成。在使用时，首先将样品放入密封腔中的样品托上，将密封腔关闭；然后使用抽气充气阀门组件对密封腔进行多次洗气操作，使用的气体为高纯氩气，洗气1到2次；洗气结束以后将密封腔中充入0.5个标准大气压的高纯氩气，操纵操作杆并打开高压电流源，使引弧针尖接触样品托产生高温电弧，将高温电弧缓慢移动到样品上端3到5毫米处，逐步加大电流使样品至刚好熔融成一团小球状。每次熔炼结束后，使用铲子将样品进行翻面，该操作过程中必须保证密封腔的密闭状态。此电弧熔炼技术是工业界非常成熟的技术，因此利用我们探索到具体技术方案和元素配比，可以容易扩大到工业级的大规模和大尺寸
的熔炼。
52.实施例1和实施例2制备所得的铌-钇和铌-钪合金超导材料都具有非常高的下临界磁场或过热临界磁场、低的表面阻抗。图2所示为nb
0.9y0.1
和nb
0.95
sc
0.05
合金超导块材以及纯铌的磁化测量数据。从图2中可以看出所得合金的超导转变温度tc跟纯铌非常接近，均在9k以上，这样可以确保谐振腔的运行温度相较于纯铌腔来说不会下降。并且近乎垂直的转变曲线，说明制备所得合金具有非常高的质量。
53.图3所示为nb
0.9y0.1
和nb
0.95
sc
0.05
合金超导块材以及纯铌块材在t＝4k时的磁滞回线数据。通过测量磁滞回线，可以获得超导材料的下临界磁场h
c1
、过热磁场h
sp
、全穿透磁场h
fp
等物理量。其中nb
0.9y0.1
的下临界磁场h
c1
＝1514oe(4k)，nb
0.95
sc
0.05
的下临界磁场h
c1
＝1071oe(4k)，均大幅高于nb的下临界磁场h
c1
＝1015oe(4k)，由此表明铌-钇和铌-钪合金超导材料在谐振腔领域具有非常大的应用潜力。此外两种超导材料的全穿透磁场分别为：nb
0.9y0.1
的全穿透磁场h
fp
＝2514oe(4k)，nb
0.95
sc
0.05
的全穿透磁场h
fp
＝2830oe(4k)，均大幅高于nb的全穿透磁场h
fp
＝1298oe(4k)。
54.图4所示为nb
0.9y0.1
和nb
0.95
sc
0.05
合金超导材料在零场下的电阻测量数据。通过测量零场和有外加磁场时的电阻曲线，可以获得超导材料的剩余电阻率比rrr、超导转变温度tc和上临界磁场h
c2
等物理量。两种合金超导材料的上临界磁场分别为：nb
0.9y0.1
的上临界磁场为h
c2
～1.75t(4k)，nb
0.95
sc
0.05
的上临界磁场为h
c2
～1.81t(4k)，均大幅高于nb的上临界磁场h
c2
～0.45t(4k)。
55.实施例3：nb
0.95y0.05
合金的合成
56.(1)制备前驱物nb
0.95y0.05
：将纯nb粉末、纯y粉末按照nb:y＝0.95:0.05的摩尔比配成前驱物，在手套箱内充分研磨后压成小圆柱体状，该过程必须在氩气保护氛围中进行，以排除o、h、n等杂质元素的干扰。
57.(2)熔炼铌-钇合金：将步骤(1)中制备的前驱物nb
0.95y0.05
放入电弧炉中进行充分熔炼，逐步加大电流至前驱物刚好熔融成一团小球状即可，每次熔炼1到2分钟，每次熔炼完毕后需要将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3到5次，使得合金中不同元素混合均匀。
58.(3)制备超导块材和物性测量：将步骤(2)中熔炼所得的铌-钇合金用金刚石线切割机切割为3毫米*3毫米*0.5毫米的长方体块材，并使用砂纸、超声仪等对块材进行表面打磨和清理，使块材表面呈现光亮平整的形貌，去除杂质、缺陷等因素可能对块材性质造成的影响，最后对制备所得的合金超导块材进行物理性质测量。
59.实施例4：nb
0.85y0.15
合金的合成
60.(1)制备前驱物nb
0.85y0.15
：将纯nb粉末、纯y粉末按照nb:y＝0.85:0.15的摩尔比配成前驱物，在手套箱内充分研磨后压成小圆柱体状，该过程必须在氩气保护氛围中进行，以排除o、h、n等杂质元素的干扰。
61.(2)熔炼铌-钇合金：将步骤(1)中制备的前驱物nb
0.85y0.15
放入电弧炉中进行充分熔炼，逐步加大电流至前驱物刚好熔融成一团小球状即可，每次熔炼1到2分钟，每次熔炼完毕后需要将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3到5次，使得合金中不同元素混合均匀。
62.(3)制备超导块材和物性测量：将步骤(2)中熔炼所得的铌-钇合金用金刚石线切
割机切割为3毫米*3毫米*0.5毫米的长方体块材，并使用砂纸、超声仪等对块材进行表面打磨和清理，使块材表面呈现光亮平整的形貌，去除杂质、缺陷等因素可能对块材性质造成的影响，最后对制备所得的合金超导块材进行物理性质测量。
63.实施例5：nb
0.9
sc
0.1
合金的合成
64.(1)制备前驱物nb
0.9
sc
0.1
：将纯nb粉末、纯sc粉末按照nb:sc＝0.9:0.1的摩尔比配成前驱物，在手套箱内充分研磨后压成小圆柱体状，该过程必须在氩气保护氛围中进行，以排除o、h、n等杂质元素的干扰。
65.(2)熔炼铌-钪合金：将步骤(1)中制备的前驱物nb
0.9
sc
0.1
放入电弧炉中进行充分熔炼，逐步加大电流至前驱物刚好熔融成一团小球状即可，每次熔炼1到2分钟，每次熔炼完毕后需要将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3到5次，使得合金中不同元素混合均匀。
66.(3)制备超导块材和物性测量：将步骤(2)中熔炼所得的铌-钪合金用金刚石线切割机切割为3毫米*3毫米*0.5毫米的长方体块材，并使用砂纸、超声仪等对块材进行表面打磨和清理，使块材表面呈现光亮平整的形貌，去除杂质、缺陷等因素可能对块材性质造成的影响，最后对制备所得的合金超导块材进行物理性质测量。
67.实施例6：nb
0.85
sc
0.15
合金的合成
68.(1)制备前驱物nb
0.85
sc
0.15
：将纯nb粉末、纯sc粉末按照nb:sc＝0.85:0.15的摩尔比配成前驱物，在手套箱内充分研磨后压成小圆柱体状，该过程必须在氩气保护氛围中进行，以排除o、h、n等杂质元素的干扰。
69.(2)熔炼铌-钪合金：将步骤(1)中制备的前驱物nb
0.85
sc
0.15
放入电弧炉中进行充分熔炼，逐步加大电流至前驱物刚好熔融成一团小球状即可，每次熔炼1到2分钟，每次熔炼完毕后需要将样品翻面进行第2次熔炼，每个样品熔炼3到5次，使得合金中不同元素混合均匀。
70.(3)制备超导块材和物性测量：将步骤(2)中熔炼所得的铌-钪合金用金刚石线切割机切割为3毫米*3毫米*0.5毫米的长方体块材，并使用砂纸、超声仪等对块材进行表面打磨和清理，使块材表面呈现光亮平整的形貌，去除杂质、缺陷等因素可能对块材性质造成的影响，最后对制备所得的合金超导块材进行物理性质测量。
71.以上结果表明，在铌元素中掺杂特定比例的钇或钪元素形成新型合金，拥有比纯铌更高的下临界磁场或过热临界磁场，以及低的表面阻抗，同时既保持铌合金的超导转变温度不会降低(不低于纯铌的超导转变温度9.3k)，其合金的加工特性也不会减弱，可能在谐振腔领域具有非常大的应用前景。