隨著全球可控核聚變技術(shù)的快速突破，商業(yè)化進(jìn)程逐漸加速，可控核聚變已經(jīng)被國家列為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。第二代高溫超導(dǎo)帶材（REBCO）被視為可控核聚變中“超級磁體”的核心材料，其技術(shù)突破直接決定了能否制造出約束上億度等離子體的超強(qiáng)磁場。我國二代高溫超導(dǎo)材料的制備和應(yīng)用居國際前列，但高溫超導(dǎo)帶材用金屬基帶長期依賴進(jìn)口，近年來國內(nèi)雖有生產(chǎn)，所采用的是進(jìn)口的冷軋卷材進(jìn)行后續(xù)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(dǎo)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(dǎo)材料需要一層一層地“生長”在這一基帶上，它不僅為超導(dǎo)帶材提供了必要的機(jī)械強(qiáng)度和變形能力，更是整個超導(dǎo)結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定成型的基礎(chǔ)。
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(biāo)準(zhǔn)50×50um)要求Ra<50nm，同時要求抗拉強(qiáng)度＞1300MPa。近日，在中國科學(xué)院超導(dǎo)專項(xiàng)的支持下，中國科學(xué)院金屬研究所戎利建研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)利用發(fā)明的材料純凈化制備技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了高純凈噸級C276合金的制備。合金中雜質(zhì)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(xì)、B細(xì)、C細(xì)為0，D細(xì)為0.5；0.3μm以上尺寸夾雜數(shù)量＜6個/0.5mm2，材料的純凈度各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了進(jìn)口材料水平，個別指標(biāo)優(yōu)于進(jìn)口材料。高純凈材料確保了合金具有優(yōu)異的冷熱加工性能和基帶的表面質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，突破了合金的鍛造、軋制、熱處理、相析出調(diào)控、光亮表面質(zhì)量控制等關(guān)鍵技術(shù)，攻克了長期以來制約國產(chǎn)化基帶應(yīng)用的技術(shù)難題，成功實(shí)現(xiàn)了長度達(dá)2000m、厚度0.046mm、寬度12mm的REBCO高溫超導(dǎo)用C276基帶的批量化制備?；鶐П砻娲植诙刃∮?0nm(AFM標(biāo)準(zhǔn)50×50um)，液氮溫度下抗拉強(qiáng)度大于1900MPa，經(jīng)900℃加熱5min后室溫抗拉強(qiáng)度大于1200MPa，表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。
日前，由金屬所批量化制備的C276基帶已在上海超導(dǎo)科技股份有限公司和上海上創(chuàng)超導(dǎo)科技有限公司開展了驗(yàn)證工作，并在東部超導(dǎo)科技(蘇州)有限公司成功完成近千米高溫超導(dǎo)帶材的規(guī)模化制備。東部超導(dǎo)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(dǎo)帶材，77K自場下平均Ic為594A，STDEV＜9.8A。在4.2K、10T垂直場下，Ic達(dá)到1058.78A-4mm，N值75.6，與采用進(jìn)口基帶批量化制備的REBCO超導(dǎo)材料的臨界電流水平相近。制備的REBCO超導(dǎo)材料已應(yīng)用于江西聯(lián)創(chuàng)超導(dǎo)科技有限公司的相關(guān)項(xiàng)目中。這標(biāo)志著我國在高溫超導(dǎo)帶材用關(guān)鍵材料國產(chǎn)化制備方面實(shí)現(xiàn)重要突破，將為二代高溫超導(dǎo)材料的全國產(chǎn)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供重要保障。
金屬所與東部超導(dǎo)科技(蘇州)有限公司已達(dá)成20噸C276基帶供貨的框架合作協(xié)議，雙方將繼續(xù)深化合作，進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝，推動國產(chǎn)化基帶的規(guī)?；瘧?yīng)用，為我國超導(dǎo)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與廣泛應(yīng)用提供堅實(shí)支撐。
金屬所制備的千米級基帶
