【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著全球可控核聚變技術的快速突破，商業(yè)化進程逐漸加速，可控核聚變已經(jīng)被國家列為重點發(fā)展領域。第二代高溫超導帶材(REBCO)被視為可控核聚變中“超級磁體”的核心材料，其技術突破直接決定了能否制造出約束上億度等離子體的超強磁場。我國二代高溫超導材料的制備和應用居國際前列，但高溫超導帶材用金屬基帶長期依賴進口，近年來國內雖有生產，所采用的是進口的冷軋卷材進行后續(xù)加工，不僅價格昂貴，而且供貨時間難以保證。金屬基帶作為緩沖層和超導層生長的襯底，其作用如同蓋房時打下的地基——緩沖層和超導材料需要一層一層地“生長”在這一基帶上，它不僅為超導帶材提供了必要的機械強度和變形能力，更是整個超導結構得以穩(wěn)定成型的基礎。
REBCO用金屬基帶目前主要采用哈氏合金(C276)，厚度<0.050mm，寬度12±0.05mm，長度要求1000m以上，表面粗糙度(AFM標準50×50um)要求Ra<50nm，同時要求抗拉強度>1300MPa。近日，在中國科學院超導專項的支持下，中國科學院金屬研究所戎利建研究員帶領的團隊利用發(fā)明的材料純凈化制備技術，成功實現(xiàn)了高純凈噸級C276合金的制備。合金中雜質元素含量控制滿足：C≤0.002%；Mn≤0.5%；S≤0.0005%；P≤0.002%；O≤0.0006%；N≤0.003%；2μm以上夾雜等級：A細、B細、C細為0，D細為0.5；0.3μm以上尺寸夾雜數(shù)量<6個/0.5mm2，材料的純凈度各項指標均達到了進口材料水平，個別指標優(yōu)于進口材料。高純凈材料確保了合金具有優(yōu)異的冷熱加工性能和基帶的表面質量。在此基礎上，突破了合金的鍛造、軋制、熱處理、相析出調控、光亮表面質量控制等關鍵技術，攻克了長期以來制約國產化基帶應用的技術難題，成功實現(xiàn)了長度達2000m、厚度0.046mm、寬度12mm的REBCO高溫超導用C276基帶的批量化制備。基帶表面粗糙度小于20nm(AFM標準50×50um)，液氮溫度下抗拉強度大于1900MPa，經(jīng)900℃加熱5min后室溫抗拉強度大于1200MPa，表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和力學性能。
日前，由中國科學院金屬研究所批量化制備的C276基帶已在上海超導科技股份有限公司和上海上創(chuàng)超導科技有限公司開展了驗證工作，并在東部超導科技(蘇州)有限公司成功完成近千米高溫超導帶材的規(guī)模化制備。東部超導科技(蘇州)有限公司采用千米級的基帶已制備出845m的MF系列超導帶材，77K自場下平均Ic為594A，STDEV<9.8A。在4.2K、10T垂直場下，Ic達到1058.78A-4mm，N值75.6，與采用進口基帶批量化制備的REBCO超導材料的臨界電流水平相近。制備的REBCO超導材料已應用于江西聯(lián)創(chuàng)超導科技有限公司的相關項目中。這標志著我國在高溫超導帶材用關鍵材料國產化制備方面實現(xiàn)重要突破，將為二代高溫超導材料的全國產化生產和應用提供重要保障。
中國科學院金屬研究所與東部超導科技(蘇州)有限公司已達成20噸C276基帶供貨的框架合作協(xié)議，雙方將繼續(xù)深化合作，進一步優(yōu)化制備工藝，推動國產化基帶的規(guī)模化應用，為我國超導技術的創(chuàng)新發(fā)展與廣泛應用提供堅實支撐。
圖1.中國科學院金屬研究所制備的千米級基帶
圖2.中國科學院金屬研究所制備基帶的表面粗糙度(AFM標準50×50um)Ra=19nm
圖3.東部超導制備的千米級高性能REBCO帶材長度方向Ic均勻性及低溫磁場下性能
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