“人造太阳”关键核心材料实现国产工业化制备

中国科学院金属研究所网站10月28日消息，近日，中国科学院金属研究所戎利建研究员团队利用自主研发的纯净化制备技术，成功攻克可控核聚变用第二代高温超导带材金属基带的关键技术瓶颈，实现了高纯净吨级哈氏合金（C276）金属基带的工业化制备，标志着我国在该领域核心材料自主可控方面取得重要进展。而这一成果意味着“人造太阳”关键核心材料实现了国产化和工业化制备，相关研究成果全文如下。

中国科学院金属研究所制备的千米级基带

随着全球可控核聚变技术的快速突破，商业化进程逐渐加速，可控核聚变已经被国家列为重点发展领域。第二代高温超导带材（REBCO）被视为可控核聚变中“超级磁体”的核心材料，其技术突破直接决定了能否制造出约束上亿度等离子体的超强磁场。我国二代高温超导材料的制备和应用居国际前列，但高温超导带材用金属基带长期依赖进口，近年来国内虽有生产，所采用的是进口的冷轧卷材进行后续加工，不仅价格昂贵，而且供货时间难以保证。金属基带作为缓冲层和超导层生长的衬底，其作用如同盖房时打下的地基——缓冲层和超导材料需要一层一层地“生长”在这一基带上，它不仅为超导带材提供了必要的机械强度和变形能力，更是整个超导结构得以稳定成型的基础。

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REBCO用金属基带目前主要采用哈氏合金(C276)，厚度<0.050mm，宽度12±0.05mm，长度要求1000m以上，表面粗糙度(AFM标准50×50um)要求Ra<50nm，同时要求抗拉强度＞1300MPa。近日，在中国科学院超导专项的支持下，中国科学院金属研究所戎利建研究员带领的团队利用发明的材料纯净化制备技术，成功实现了高纯净吨级C276合金的制备。合金中杂质元素含量控制满足：C≤0.002%；Mn≤0.5%；S≤0.0005%；P≤0.002%；O≤0.0006%；N≤0.003%；2μm以上夹杂等级：A细、B细、C细为0，D细为0.5；0.3μm以上尺寸夹杂数量＜6个/0.5mm2，材料的纯净度各项指标均达到了进口材料水平，个别指标优于进口材料。高纯净材料确保了合金具有优异的冷热加工性能和基带的表面质量。在此基础上，突破了合金的锻造、轧制、热处理、相析出调控、光亮表面质量控制等关键技术，攻克了长期以来制约国产化基带应用的技术难题，成功实现了长度达2000m、厚度0.046mm、宽度12mm的REBCO高温超导用C276基带的批量化制备。基带表面粗糙度小于20nm(AFM标准50×50um)，液氮温度下抗拉强度大于1900MPa，经900℃加热5min后室温抗拉强度大于1200MPa，表现出优异的热稳定性和力学性能。

“人造太阳”关键核心材料实现国产工业化制备

基带的表面粗糙度(AFM标准50×50um)Ra=19nm

日前，由中国科学院金属研究所批量化制备的C276基带已在上海超导科技股份有限公司和上海上创超导科技有限公司开展了验证工作，并在东部超导科技(苏州)有限公司成功完成近千米高温超导带材的规模化制备。东部超导科技(苏州)有限公司采用千米级的基带已制备出845m的MF系列超导带材，77K自场下平均Ic为594A，STDEV＜9.8A。在4.2K、10T垂直场下，Ic达到1058.78A-4mm，N值75.6，与采用进口基带批量化制备的REBCO超导材料的临界电流水平相近。制备的REBCO超导材料已应用于江西联创超导科技有限公司的相关项目中。这标志着我国在高温超导带材用关键材料国产化制备方面实现重要突破，将为二代高温超导材料的全国产化生产和应用提供重要保障。