中科院金屬所：實現(xiàn)“人造太陽”關鍵核心材料國產(chǎn)化制備！

可控核聚變裝置被譽為“人造太陽”，代表著人類探索未來清潔能源的重要方向，其關鍵核心材料制備備受關注。

近日，從中國科學院金屬研究所戎利建研究員團隊最近突破可控核聚變用第二代高溫超導帶材(REBCO)用金屬基帶技術瓶頸，實現(xiàn)了“人造太陽”關鍵核心材料國產(chǎn)化制備。

中國科學院金屬研究所本項研究制備的千米級基帶。中國科學院金屬研究所供圖

研究團隊介紹說，第二代高溫超導帶材被視為可控核聚變中“超級磁體”的核心材料，缺乏它便難以制造出能夠約束上億度等離子體的強大磁場。中國二代高溫超導材料的制備和應用居國際的前列，但用于制備該帶材的金屬基帶主要采用哈氏合金(C276)制造，目前仍依賴進口，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——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。

在本項針對性研究中，研究團隊利用自主研發(fā)的純凈化制備技術，成功實現(xiàn)高純凈噸級哈氏合金的工業(yè)化制備。該團隊煉出的超純合金中碳、錳、硫、磷、氧、氮元素含量均低于進口同類材料，其中，硫含量不到萬分之零點零五；在材料內(nèi)部純凈度方面，2微米以上的大尺寸夾雜物數(shù)量極低(A、B、C類評級均為0)，D類夾雜僅為0.5級，0.3微米以上尺寸夾雜數(shù)量僅6個每0.5平方毫米；材料純凈度各項指標均達到進口材料水平，個別指標優(yōu)于進口材料。

戎利建研究員透露，研究團隊還攻克了基帶加工過程中的關鍵技術難題，成功將哈氏合金軋制成厚度僅0.046毫米(約為頭發(fā)絲直徑的一半)、寬度12毫米、長度超2000米的超長超薄金屬基帶，基帶表面光潔如鏡，粗糙度小于20納米。該材料在液氮溫度下的抗拉強度大于1900兆帕，相當于在指甲蓋大小的面積上可承受19噸的重量。即便經(jīng)過900攝氏度高溫持續(xù)加熱5分鐘并冷卻至室溫，其抗拉強度仍保持在1200兆帕以上，表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和力學性能。

本項研究的相關示意圖。中國科學院金屬研究所供圖

近日，由中國科學院金屬研究所批量化制備的哈氏合金基帶已在上海兩家超導科技企業(yè)開展驗證工作，并在東部超導科技(蘇州)有限公司(東部超導)成功完成近千米MF系列高溫超導帶材的規(guī)模化制備。這次所制備的超導帶材性能優(yōu)良，已達到采用進口基帶制備的第二代高溫超導帶材水平；制備的第二代高溫超導帶材已應用于超導企業(yè)相關項目中。

據(jù)悉，中國科學院金屬研究所與東部超導已達成20噸哈氏合金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(chǎn)化基帶的規(guī)模化應用，為中國超導技術的創(chuàng)新發(fā)展與廣泛應用提供堅實支撐。

本文來自：中國新聞網(wǎng)