张胜楠-超导磁储能用MgB2线材研究进展.pdf

1、西北有色金属研究院西北有色金属研究院20242024-1010超导超导磁储能用磁储能用MgB2线材研究线材研究进展进展研究背景PIT工艺MgB2线材制备及性能分析IMD工艺MgB2线材制备及性能分析基于MgB2超导线材的电缆制备小结汇汇 报报 提提 纲纲超导超导 自自19111911年发现以来年发现以来，已经获得过已经获得过5 5次次诺贝诺贝尔物理学奖；尔物理学奖；超导材料的三大特性使其能够在超导材料的三大特性使其能够在能源能源、医疗医疗、交通交通、通信通信、以及大科学装置以及大科学装置等等领域具有独特的应用优势领域具有独特的应用优势 随着超导技术的发展随着超导技术的发展，超导材料被认为超导材

2、料被认为是后摩尔时代的关键材料；是后摩尔时代的关键材料；超导作为一种宏观量子凝聚现象，是凝聚态物理基础研究中的重要前沿领域；超导作为一种宏观量子凝聚现象，是凝聚态物理基础研究中的重要前沿领域；约约瑟瑟夫夫森森效效应应完完全全抗抗磁磁性性零零电电阻阻效效应应超导超导超导材料在能源、交通、医疗等许多领域都有重要应用；超导材料在能源、交通、医疗等许多领域都有重要应用；MgB2超导超导的基本特点的基本特点尽管已经发现了许多超导材料，但是能够进行实际应用的种类却很少；尽管已经发现了许多超导材料，但是能够进行实际应用的种类却很少；MgB2密度较小密度较小-2.6 g/cm2.6 g/cm3 3原材料费用较

3、低原材料费用较低晶体结构相对简单相对较高的临界温度Nagamatsu et al.Nature 410,63(2001)C.Buzea,T.Yamashita.Supercond.Sci.Technol.14(2001)R115临界磁场较高临界电流密度较高晶界无弱连接现象双超导能隙MgB2超导超导的基本特点的基本特点粉末装管法技术(PIT)MgB2Mg B粉末中心镁扩散工艺(IMD)ex-situ PIT、in-situ PIT、IMD工艺的微观组织结构MgB2IMD线材与PIT线材的性能比较IMDIMD工艺工艺性能性能优势优势ex-situ PITin-situ PITIMDMgB2线材的制

4、备工艺线材的制备工艺主要实用超导材料的性能及应用范围主要实用超导材料的性能及应用范围MgB2超导材超导材料在料在20 K温温区，中低磁场区，中低磁场条件下能够实条件下能够实现应用。现应用。Shimoyama J,SuST,27(2014)044002在国家重点研发计划的支持下在国家重点研发计划的支持下，国内国内正在开展正在开展液氢温区的液氢温区的高温超导储能样机研制高温超导储能样机研制，其中其中MgB2线材的用量接近线材的用量接近200km实用化实用化MgB2高温超导线材的应用高温超导线材的应用超导超导MRI超导磁储超导磁储能系统能系统风力发电机风力发电机SFCL氢氢-电传输缆线电传输缆线卢瑟

5、福卢瑟福电缆电缆国内外主要实用国内外主要实用MgB2超导线材生产厂家超导线材生产厂家生产单位制备方法单根长度(km)超导芯结构Jc(A/mm2)Je(A/mm2)美国Hyper TechCTFF610761芯1300（4.2 K、5 T）940（20 K、3 T）200（20 K、2 T）意大利ASG先位PIT20714芯1000（20 K、1.2 T）190（20 K、1 T）日本Hitachi原位PIT8单芯2000（4.2 K、4 T）韩国 SamDong原位PIT17芯1600（4.2 K、4 T）中国NIN/WST原位PIT1630芯1000（4.2 K、4 T）1000（20 K、

6、2 T）200（20 K、2 T）研究背景PIT工艺MgB2线材制备及性能分析IMD工艺MgB2线材制备及性能分析基于MgB2超导线材的电缆制备小结汇汇 报报 提提 纲纲12采用采用Monel合金作为外包套材料，提高合金作为外包套材料，提高in-situ PIT多芯线材的机械强度；多芯线材的机械强度；采用小颗粒采用小颗粒Mg粉改善多芯线材加工性能，避免断芯、断线现象；粉改善多芯线材加工性能，避免断芯、断线现象；采用采用CCB前驱粉提高磁场下前驱粉提高磁场下MgB2线材的传输性能。线材的传输性能。导体结构设计导体结构设计MgB2线材的线材的In-situ PIT 加加工工艺工工艺流程流程PIT工