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高性能铌三锡(Nb3Sn)超导线材制备技术开发及应用

获奖分类: 陕西省科学技术进步奖

获奖名称: 高性能铌三锡(Nb3Sn)超导线材制备技术开发及应用

获奖年份: 2014

获奖级别: 一等奖

主要完成单位: 西部超导材料科技股份有限公司、西北有色金属研究院

主要完成人: 张平祥、刘向宏、李春广、刘建伟、李建峰、张科、孙霞光、闫果、张丰收、杜社军、冯勇

成果简介:

本项目研究任务来源于科技部863计划(项目批准号:2007AA03Z205;2009AA035401)、科技部973计划(国际热核聚变反应堆-ITER专项,项目批准号:2008CB717903),属于超导材料研究领域。

Nb3Sn超导材料在高场条件下具有高的临界电流密度,成为目前10T以上高场磁体制造关键的材料。“十一五”期间,随着国内外高频NMR等高端精密仪器市场需求的扩大、强磁场装置的升级改造和ITER计划的启动,引发了高性能Nb3Sn超导线材工程化制备技术研发的新一轮国际竞争并成为国际超导材料领域发展前沿。

2006年中国政府正式加入国际热核聚变实验堆(ITER)计划,以实物形式向ITER计划提供30吨、价值3亿元人民币的Nb3Sn股线用于纵向场线圈(TF)制造,相关线材生产任务全部由西部超导科技有限公司承担。西部超导材料科技股份有限公司和西北有色金属研究院通过优化导体结构设计、高均匀SnTi合金熔炼、大尺寸包套焊接挤压技术、单根千米级股线集束拉拔加工,获得了高均匀Sn2%wtTi合金熔炼技术、万芯级难变形青铜法Nb3Sn线材和高临界电流密度、低损耗内锡法Nb3Sn线材设计与加工技术,获得近十余项专利授权。建成了国际先进、国内唯一的年产100吨高性能Nb3Sn超导线材生产线,在国际上成为唯一同时成功批量制备出ITER用内锡法和青铜法Nb3Sn超导线材的单位。批量制备的内锡法Nb3Sn股线的临界电流密度在4.2K、12T下达到1250A/mm2,4.22K、±3T下磁滞损耗小于500mJ/cm3,剩余电阻率大于150;青铜法Nb3Sn股线的临界电流密度在4.2K、12T下达到1000A/mm2,4.22K、±3T下磁滞损耗小于500mJ/cm3,剩余电阻率大于150。西部超导材料科技股份有限公司批量制备的Nb3Sn股线的综合性能达到国际领先水平并于2010年通过了ITER项目国际组织的测试认证,也成为国际上唯一同时生产的内锡法和青铜法Nb3Sn超导线材一次性通过ITER项目国际组织的测试认证的单位,已为ITER计划提供成品Nb3Sn超导线材20余吨,为我国顺利完成ITER用Nb3Sn股线的交付任务奠定了坚实基础。本项目的创新性研究成果受到了国际超导界的广泛关注,成为我国超导材料研究的亮点,项目成果作为超导领域代表性成果参加了国家“十一五”重大科技成就展。

西部超导材料科技股份有限公司和西北有色金属研究院取得的以上成果填补了Nb3Sn超导线材批量化制备技术的空白,使我国具备了生产ITER用Nb3Sn超导线材的能力,对我国超导线材产业化和低温超导线材的产业化发展起到了显著的推动作用,打破了长期以来制约我国高性能Nb3Sn超导线材完全依赖进口的局面,有力推进了我国高场超导磁体技术的发展,也为我国发展自主知识产权10T以上超导磁体制备技术及产业化打下了坚实的材料基础,将有力促进我国稳态高场磁体装置、核磁共振谱仪(NMR)等相关高端仪器装备制造产业的发展。


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