高温超导带材金属基带新突破 成本大幅降低性能提升

高温超导带材迎来重大突破

近些年, 我国于超导材料范畴不断投入力量。中科院理化技术研究所历经三年多钻研攻克难题, 成功研发出第二代高温超导带材所使用的铁基合金基带。此项成果表明我国在高温超导关键材料这儿达成了重要自主进展, 为可控核聚变、超导电力等战略领域给予了更为经济可靠的支持。

什么是第二代高温超导带材

第二代高温超导带材属于超导线材领域的前沿产品, 其多层结构当中, 处于最底部位置的金属基带层是整个带材的“骨架”, 承担着力学承载的核心功能 , 在过去几十年时间里, 此“骨架”几乎完全依赖进口, 选用哈氏合金（C276）当作基带材料。

哈氏合金属于镍基合金, 镍含量超50%, 含约16%的钼, 含3%的钨, 含2.5%的钴等有色金属, 铁含量仅占5%。该材料性能稳定, 不过存在两个突出问题, 其一, 成本一直居高不下, 其二, 历经近30年的开发应用, 其力学性能近乎极限, 难以契合未来更强磁场、更高电流密度应用场景的需求。

铁基合金基带的核心优势

来自中科院理化技术研究所的李来风、师莉研究团队, 联合相关企业, 取得了把新型铁基合金基带成功研发出来这样的成果。从成分方面来看, 新型基带是以铁元素作为主要成分, 该基带的原材料成本仅为哈氏合金的四分之一, 这使得超导带材的整体制造成本得到了大幅度的降低。

于性能验证这一方面, 下游企业运用该铁基合金基带, 于12毫米宽的基带上成功制作出镀银超导带材, 得到了在77K温度之时、零场条件下647安培的临界电流验证结果。此一数据显示出, 新型铁基合金基带于超导带材制备里表现出色。

相对于传统哈氏合金基带而言, 更为关键之处在于, 由铁基合金基带制备的超导带材, 其屈服强度显著提升。这一情况表明, 此种带材能够承受更大程度的机械应力, 于实际应用里具备更强的可靠性。与此同时, 新型基带於形变状况下的表现更为显著, 能够适应复杂的加工以及服役 environment 。

对电磁性能而言, 新型铁基合金基带的相对磁导率低于哈氏合金，其电阻率也低于哈氏合金, 这能够帮助减少涡流损耗, 进而提升超导带材在高频率环境下的综合性能, 还能提升超导带材在强磁场环境下的综合性能。

应用场景广阔

第二代高温超导带材, 在多个战略领域, 有着广阔的应用前景，就此而言, 在可控核聚变方面, 超导磁体乃实现等离子体约束的关键部件, 高性能带材能承受更强磁场, 这直接关联着聚变装置的功率输出以及运行稳定性, 于超导电力领域, 超导电缆、超导变压器、超导储能等着设备有望极大降低输电损耗, 进而提升电网效率, 于加速器领域, 高场超导磁体是粒子能量提升方面的核心技术之一。

产业意义与未来展望

这一回, 铁基合金基带研制达成成功, 可不单单是让关键材料达成了自主可控, 更为要紧的是, 借由成分的优化以及成本的控制, 给高温超导行业的迅速扩张给予了有力可靠的支撑。在超导产业处于从实验室迈向规模化应用的这个阶段之时, 降低材料成本乃是推动技术普及的关键要素。

该项研究的团队宣称, 以新型铁基合金基带为依托的超导带材, 呈现出极为出色的高场应用潜力, 在更低的基带成本状况下, 使其于高温超导行业进行迅速扩张的大背景下, 拥有了极为显著的竞争优势。在此基础上, 这样的一项突破, 极有可能加快我国在高温超导领域, 推进产业化进程的速度, 进而能够为核聚变能源、智能电网等重大工程, 给予坚实可靠的材料基础。

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