技术贴：超导磁储能用MgB2线材研究【SMM金属年会】lg...

10月18日，在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM），西部矿业主办，中国金属材料流通协会、铝业加工技术中心特邀指导的2024 SMM第十三届金属产业年会——2024 SMM储能年会上，西北有色金属研究院超导所所长张胜楠对超导磁储能用MgB2线材研究进展进行了阐述。

研究背景

超导

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。

Ø自1911年发现以来，已经获得过5次诺贝尔物理学奖；

Ø超导材料的三大特性使其能够在能源、医疗、交通、通信、以及大科学装置等领域具有独特的应用优势

Ø随着超导技术的发展，超导材料被认为是后摩尔时代的关键材料。

MgB2超导的基本特点

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。

其介绍：MgB2超导密度较小——2.6 g/cm3原材料费用较低，其介绍MgB2超导的基本特点：临界电流密度较高、晶体结构相对简单，相对较高的临界温度、晶界无弱连接现象、临界磁场较高，双超导能隙。

其还对MgB2线材的制备工艺、主要实用超导材料的性能及应用范围（MgB2超导材料在～20 K温区，中低磁场条件下能够实现应用）等内容进行了介绍。

实用化MgB2高温超导线材的应用

在国家重点研发计划的支持下，国内正在开展液氢温区的高温超导储能样机研制，其中MgB2线材的用量接近200km。

其还对国内外主要实用MgB2超导线材生产厂家进行俄介绍。

PIT工艺MgB2线材制备及性能分析

PIT工艺多芯MgB2长线研制

Ø采用Monel合金作为外包套材料，提高in-situ PIT多芯线材的机械强度；

Ø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；

Ø采用CCB前驱粉提高磁场下MgB2线材的传输性能。

其从千米级多芯MgB2线材的制备工艺过程、多芯MgB2线材加工过程中的微观结构、多芯MgB2线材的力学性能等角度进行了阐述。

多芯MgB2线材的超导传输性能

Ø不同热处理制度后样品的Jc性能没有太大差异，说明该线材样品的热处理温度窗口较宽。

Ø多芯MgB2线材的n值20-30之间，基超比约为14.5%，与文献报道相当。

MgB2线材热处理工艺优化

Ø所有热处理工艺下超导芯丝中均存在孔洞。

Ø随着保温时间的延长，线材的超导传输性能逐渐降低，4h以后基本保持不变。

MgB2线材批量制备过程工艺改进

Ø轧制后复合线超导芯丝的Nb阻隔层表面产生鱼鳞状痕迹。

Ø轧制后复合线芯丝粉末的硬度偏差大于冷拉拔线材。

复合线冷拉拔加工均匀性分析

ØNb基体的硬度随线材尺寸的减小呈现出非线性的变化规律；

Ø拉拔过程芯丝分布较均匀，但在接近目标尺寸时均匀性变差。

批量制备MgB2线材的性能指标

Ø累计制备超过200 km线径为F1.00 mm的MgB2线材，单根长度均大于1200 米；

Ø线材在4.2 K、4 T条件下的Ic值均大于200 A。

IMD工艺MgB2线材制备及性能分析

IMD工艺多芯MgB2线材研制

IMD工艺能够获得高致密度MgB2超导相。

Ø瞄准实用化，进行千米级IMD工艺多芯MgB2线材的制备技术展开研究。

IMD工艺多芯MgB2长线研制

Ø进行可重复性实验验证，考虑到成本、加工条件等因素，设计目标长度500米。

MgB2线材加工过程中的微观结构

Ø加工过程芯丝分布均匀

ØMg棒未出现断裂现象

IMD工艺多芯MgB2线材的传输性能

在4.2 K，4 T磁场下，37芯结构MgB2线材的工程临界电流密度Je达到5×104 A/cm2。

基于MgB2超导线材的电缆制备

基于PIT工艺MgB2超导线材的电缆研制

Ø考虑到PIT工艺MgB2线材的特点及先绞缆后热处理的工艺方案，设计MgB2电缆为3*4*4的48股线三级缆材结构。

MgB2超导电缆绞缆实验

Ø开展了批量化MgB2超导电缆制备，已绞制5100米的48股线MgB2电缆，单缆长度大于300米。

MgB2超导电缆传输性能分析

在对从电缆中取出的部分MgB2线材进行金相和传输性能测试分析后，可以看出：绞制加工过程前后，MgB2线材的载流性能几乎无衰减。

MgB2超导电缆的成相热处理

Ø流通Ar气保护下，600℃进行成相热处理。

此外，其还介绍了MgB2超导电缆的传输性能测试。

小结

ØIn-situ PIT工艺MgB2长线的批量化制备技术已进行了产业化转移，在WST已生产200多千米的商品化MgB2线材，单线长度大于1200米，4.2K、4T的性能Jc达到2000A/mm2;

Ø采用IMD工艺能够制备五百米级多芯MgB2线材，其Jc在4.2 K、4 T达到6000 A/mm2;

Ø进行了电缆的初步研究，采用PIT线材所研制电缆4.2 K，4 T和20 K，2 T的传输性能分别达到6.56 kA和7.04 kA。

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》2024 SMM第十三届金属产业年会专题报道