强基工程

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技术先进性说明:

用于电力、电工、微波通信

主要技术参数:

成果方依托上海大学的技术力量,通过自主研发千米级动态装备和低成本制造技术路线,掌握从金属基带到缓冲层和超导层制备等超导材料产业化关键技术,形成自主知识产权成套制造装备,实现了第二代高温超导带材的规模化制备,形成了千米级缓冲层和超导层生产线。生产出以Al2O3/Y2O3/MgO/LMO作为缓冲层,YBCO为超导层、铜作为加强封装层、聚酰亚胺作为绝缘层的第二代高温超导带材。

项目主要完成的内容:(1)通过对工艺参数及装备结构的数值仿真,形成高温超导带材的连续化关键装备的自主设计和优化验证能力;(2,建成一整套具有自主知识产权的第二代高温超导带材生产线;(3)发现并解决了连续生产中的关键技术难题;   (4)实现千米级超导带材缓冲层和超导层的规模化连续化制备;(5)化学法低温热解时间的大幅度降低和薄膜制备效率的提高;(6)明确了化学超导薄膜厚化后的结构特征和织构退化机制;   (7)通过稀土和贵金属掺杂优化超导层生长工艺和超导性能:   (8)超导带材分切封装、绕包连续化装备的自主研发设计等技术难题的攻克。

项目主要技术指标:通过产业化关键技术攻关,完成了整套千米生产线的装备调试和操作规范;优化了千米级缓冲层快速生产工艺,制备出织构良好且分布均匀的千米级缓冲层,显示了工艺的稳定性,满足其后超导层工艺对缓冲层的要求;获得超导层低成本化学/法动态外延生长的关键工艺参数窗口,实现了化学溶液法动态均匀涂层和高效热处理,研制出国内首条千米级第二代高溫超导带材,   最长单根长度达到1050米。通过各功能层工艺的改进完善,高温超导带材连续化制备效率、均匀性、厚度、织构、载流能力等均获得了显著提升。缓冲层X-ray面外扫描《ω-scan)半高宽FWHM达到1.6度,面内扫描(φ-scan) FWHM达到6.3度,其上通过化学溶液法外延生长的高温超导,面内织构达到2.2度,面外织构达到1.1度;超导临界电流在液氮77K温度下达到423.5安培。在第二代高温超导带材的缓沖层和超导层的织构和超导性能指标上,达到国际先进、国内领先水平。

当前超导界都已认可超导材料是超导行业的核心,超导市场潜在规模2000亿,超导材料占比30-40%,约800亿左右;   目前国内超导应用的超导材料基本依赖进口,价格较高,占应用产品成本40%左右。当前普遍使用的铜或铝导线输电系统中,约有15%的电能损耗在输电线路上;中国每年的电力损失达1000多亿度,无电阻超导线载流能力是同尺寸铜导线的150倍,可大大增加输电能力、节约材料和空间、优化城市环境。

国产化第二代高温超导带材的研制成功,可降低超导应用对进口带材的依赖,大幅度降低超导带材的性价比。据初步估计,到2020年,超导应用的全球产值将达到2000亿美元,高温超导应用将占据主要的份额。国产化千米级高温超导带材生产系统的建设完成,,形成年产能达到350m,未来五年内,随着超导应用市场拓展,将为企业创造每年上亿元效益。

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