Якщо ваше враження відтитанобмежується тим, що він є «легким, твердим, стійким до іржі металом космічної ери» або, можливо, «біосумісним металом», який використовується для зубних імплантатів, то перспектива, яку я сьогодні викладаю, може стати несподіванкою: титан насправді також є надпровідником.
Строго кажучи, чистий титан справді переходить у надпровідний стан при надзвичайно низьких температурах. Однак було б великою помилкою припускати, що це означає, що титан можна використовувати для створення надпровідних систем магнітного підйому або апаратів МРТ. Історія титану як надпровідника — це скоріше наукова дрібниця — теоретично дійсна, але практично марна. Насправді роль титану як легуючого елемента справді лежить в основі надпровідної промисловості.
Поріг надпровідності чистого титану: 0,4 K - навіть більш вимогливий, ніж космічне фонове випромінювання. Для початку зробіть висновок: чистий титан справді є надпровідним, але його критична температура жалюгідно низька, тобто поріг переходу в надпровідний стан надзвичайно високий. Його необхідно охолодити нижче 0,5 К, щоб досягти надпровідності; ця температура наближається до абсолютної межі, якої можна досягти, зменшивши тиск рідкого гелію, що робить його надзвичайно дорогим і дуже неефективним з інженерної точки зору. Зокрема, критична температура надпровідності чистого титану становить приблизно 0,42 К, а критичне магнітне поле становить лише 58 гаус.
Тому, якби ви стверджували, що «титан є чудовим надпровідним матеріалом», суворий фізик, швидше за все, нахмурився б. Надпровідність чистого титану краще розуміти як предмет дослідження фізики конденсованого середовища, а не як життєздатний вибір для інженерних застосувань.
Справжній герой — «ніобій, легований титаном», або, точніше, ніобій-титановий (Nb-Ti) сплав. У царстві надпровідності справжня цінність титану полягає не в тому, що він діє окремо, а в тому, що він виконує роль «допоміжного гравця» для ніобію. Ніобій-титанові сплави в даний час є одними з найбільш широко використовуваних практичних надпровідних матеріалів. Вони володіють відмінною механічною оброблюваністю, що дозволяє їх переробляти на тонкі дроти за допомогою звичайних методів екструзії та волочіння. Це робить їх ідеальними для побудови надпровідних магнітів, які працюють у діапазоні магнітного поля від 2 до 10 тесла — здатність, яка значною мірою покладається на надпровідні котушки, які використовуються в системах магнітно-резонансної томографії (МРТ). У цих сплавах вміст титану може бути досить високим у діапазоні від 45% до 59% у різних дослідженнях з метою оптимізації критичної щільності струму при зниженні витрат.
Це гостра реальність матеріалознавства: найвражаюча властивість металу не обов’язково є його найбільш практичною. Чистий титан має надпровідну критичну температуру лише 0,42 К, що поміщає його в самий низ спектра надпровідних матеріалів. Тим не менш, хоча титан не отримує свого значення від надпровідності, область надпровідності стала більш доступною та працездатною саме завдяки участі титану. Ніобій-титанові сплави лежать в основі магнітів у тисячах апаратів МРТ по всьому світу та дозволяють прискорювачам частинок працювати на вищих рівнях енергії. Іноді бути «функціональним» важливіше, ніж бути «чистим».
