【儀表網 研發快訊】隨著全球可控核聚變技術的快速突破，商業化進程逐漸加速，可控核聚變已經被國家列為重點發展領域。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明的材料純凈化制備技術，成功實現了高純凈噸級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，個別指標優于進口材料。高純凈材料確保了合金具有優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900℃加熱5min后室溫抗拉強度大于1200MPa，表現出優異的熱穩定性和力學性能。
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創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議，雙方將繼續深化合作，進一步優化制備工藝，推動國產化基帶的規模化應用，為我國超導技術的創新發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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