在人类追求清洁能源的征途中,可控核聚变被誉为“人造太阳”,被视为解决能源问题的终极方案。而要实现这一梦想,关键在于制造出能够约束上亿度等离子体的超强磁场。这一任务的核心材料,便是第二代高温超导带材,而它的“地基”——高温超导基带,则是决定成败的起点。
超导材料具有零电阻的特性,但传统超导体需要在极低的液氦温度(-269℃)下工作,成本极高。高温超导材料(如REBCO)的出现改变了这一局面,其临界温度高于液氮温度(-196℃),制冷成本大幅降低,同时在高磁场下仍能保持优异的电流承载能力。
然而,高温超导材料是陶瓷性质的氧化物,本身脆性大、难以加工。如何让“脆”的超导陶瓷变成可以绕制磁体的“柔”性带材?答案就是高温超导基带。这种基带通常由哈氏合金制成,它如同盖房子时浇筑的钢筋混凝土“地基”。在其表面,研究人员会逐层沉积缓冲层和超导层,最终形成一种多层复合结构。
高温超导基带不仅是结构支撑,更是性能保障。它的表面粗糙度直接影响上层超导层的晶体排列。如果基带表面凹凸不平,超导层就无法形成整齐的晶格,载流能力会大打折扣。理想的基带表面需要像镜子一样平整,粗糙度通常要求低于20纳米。
此外,基带还承担着巨大的电磁力。在核聚变装置中,超导磁体要承受极高的磁场,产生的电磁力足以撕裂普通金属。因此,基带必须具备极高的屈服强度和抗疲劳性。以哈氏合金为例,其在液氮温度下的抗拉强度要求超过1900MPa,这相当于在指甲盖大小的面积上承受190吨的重量。
正是由于基带的重要性,它长期被视为高端制造业的核心技术壁垒。过去,我国虽在二代高温超导材料的应用上位居国际前列,但核心基带材料长期依赖进口,价格昂贵且供货不稳定。这一局面随着国内科研机构与企业的协同攻关正在被打破。
宁波市甬程金属材料科技有限公司在这一领域积极布局,通过自主研发,致力于攻克极薄规格哈氏合金的制备难题。通过掌握哈氏合金极薄带的轧制工艺,公司为高温超导基带的国产化提供了关键的原材料支撑,助力“人造太阳”早日点亮万家灯火。
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