У высокотемпературных сверхпроводящих лент появился более дешёвый и прочный «каркас». Научная группа Института физики и химии Китайской академии наук успешно разработала новый тип «каркаса» для высокотемпературных сверхпроводящих лент — ленту на основе железосодержащего сплава (DW01). Ключевые показатели характеристик сверхпроводящих лент, изготовленных с использованием этой ленты-основы, значительно превосходят традиционные изделия на основе ленты из сплава Хастеллой, что знаменует важный шаг Китая на пути к обеспечению самостоятельного контроля над ключевыми материалами для высокотемпературных сверхпроводящих лент.
Высокотемпературная сверхпроводящая лента — это передовой материал, способный проводить электричество практически без сопротивления при больших токах и сильных магнитных полях. Он в основном используется в таких областях, как управляемый термоядерный синтез, сверхпроводящая энергетика и сверхпроводящие ускорители. Внешне она похожа на тонкую металлическую полосу, но внутри неё послойно уложено несколько компонентов. Собственно сверхпроводящий слой, проводящий ток, очень тонкий, и под ним должно находиться прочное и долговечное «основание» — лента-основа. Эта лента-основа подобна скелету человеческого тела: она должна выдерживать изгибы, растяжение и резкие перепады температур.
В течение последних десятилетий этот «каркас» почти всегда изготавливался из сплава Хастеллой (C276). Более половины этого сплава составляет дорогостоящий никель, а также такие редкие металлы, как молибден, вольфрам и кобальт. Доля дешёвого железа составляет лишь пять процентов, поэтому стоимость сырья всегда была высокой. Более того, этот материал используется уже почти 30 лет, и возможности для улучшения его характеристик практически исчерпаны.
Для решения этой проблемы команда исследователей под руководством научного сотрудника Ли Лайфэна и научного сотрудника Ши Ли из Института физики и химии Китайской академии наук совместно с Научно-исследовательским институтом технологий Shougang и Пекинской компанией новых материалов Beiye, начав с железосодержащих сплавов, за более чем три года разработала ленту-основу DW01. Её основным компонентом является распространённое железо, а стоимость сырья составляет лишь четверть стоимости ленты-основы C276.
Лента-основа из железосодержащего сплава для высокотемпературной сверхпроводящей ленты второго поколения
Дешевизна — это ещё не всё, главное — характеристики. В мае этого года Шанхайская компания сверхпроводящих технологий успешно изготовила сверхпроводящую ленту промышленного уровня с использованием ленты-основы DW01. Испытания показали, что в среде с температурой минус 196 градусов по Цельсию и в нулевом поле критический ток посеребрённой ленты шириной 12 мм достигает 647 ампер. При удлинении ленты на 0,6% критический ток ленты на основе DW01 снижается менее чем на 10%, тогда как критический ток ленты на основе C276 снижается более чем на 50%. «Это говорит о том, что новый "каркас" более долговечен и не позволяет легко повредить сверхпроводящий слой при изгибе или нагрузке», — отметил Ли Лайфэн.
Кроме того, магнитные и электрические свойства ленты-основы DW01 превосходят свойства ленты C276, что способствует снижению потерь энергии при использовании. Команда уже подала заявки на 6 патентов на изобретение, касающихся состава и метода изготовления ленты-основы DW01. В настоящее время такие ключевые показатели ленты-основы DW01, как точность толщины и качество поверхности, уже достигли стандартов поставки и могут удовлетворять требованиям промышленного производства.
Отраслевые эксперты считают, что лента-основа DW01 не только открывает новый путь к локализации производства высокотемпературных сверхпроводящих лент, но и благодаря своим превосходным характеристикам в сильных полях и значительному ценовому преимуществу обеспечивает надёжную поддержку для завоевания Китаем ведущих позиций в мировой конкуренции в области сверхпроводящей промышленности.