一層僅0.046毫米厚的金屬帶，卻能承受指甲蓋大小面積上19噸的重量，成為中國可控核聚變征程中的關(guān)鍵突破。

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突破“人造太陽”關(guān)鍵材料技術(shù)瓶頸

中國科學(xué)院金屬研究所于10月28日宣布，戎利建研究員團(tuán)隊成功突破可控核聚變用第二代高溫超導(dǎo)帶材（REBCO）用金屬基帶的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了“人造太陽”關(guān)鍵核心材料的國產(chǎn)化制備。這一突破標(biāo)志著中國在追逐清潔能源夢想的道路上邁出了堅實的一步。

長期以來，用于制備第二代高溫超導(dǎo)帶材的哈氏合金（C276）金屬基帶完全依賴進(jìn)口，不僅價格昂貴，而且供貨時間難以保證。這種金屬基帶作為緩沖層和超導(dǎo)層生長的襯底，其作用如同蓋房時打下的地基——超導(dǎo)材料需要一層一層地“生長”在這一基帶上。

可控核聚變裝置被譽為“人造太陽”，代表著人類探索未來清潔能源的重要方向。其中，第二代高溫超導(dǎo)帶材（REBCO）被視為可控核聚變中“超級磁體”的核心材料。沒有它，人類便難以制造出能夠約束上億度等離子體的強(qiáng)大磁場。

在可控核聚變裝置中，超導(dǎo)磁體發(fā)揮著不可替代的作用。它們產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場是約束高溫等離子體的唯一有效方式。而超導(dǎo)帶材的性能直接決定了磁場的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響整個聚變裝置的運行效率與可行性。

中國二代高溫超導(dǎo)材料的制備和應(yīng)用已走在國際前列，但用于制備該帶材的金屬基帶主要采用哈氏合金（C276）制造，仍依賴進(jìn)口。這種依賴不僅帶來經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，更構(gòu)成技術(shù)風(fēng)險，金屬基帶的國產(chǎn)化因此成為亟待攻克的技術(shù)瓶頸。

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國產(chǎn)金屬基帶的技術(shù)突破

戎利建研究員團(tuán)隊通過自主研發(fā)的純凈化制備技術(shù)，成功實現(xiàn)了高純凈噸級哈氏合金的工業(yè)化制備。團(tuán)隊煉出的超純合金中碳、錳、硫、磷、氧、氮元素含量均低于進(jìn)口同類材料，其中硫含量不到萬分之零點零五。

在材料內(nèi)部純凈度方面，2微米以上的大尺寸夾雜物數(shù)量極低，D類夾雜僅為0.5級，0.3微米以上尺寸夾雜數(shù)量僅6個每0.5平方毫米。材料純凈度各項指標(biāo)均達(dá)到進(jìn)口材料水平，個別指標(biāo)優(yōu)于進(jìn)口材料，打破了國外技術(shù)壟斷。

研究團(tuán)隊還攻克了基帶加工過程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，成功將哈氏合金軋制成厚度僅0.046毫米（約為頭發(fā)絲直徑的一半）、寬度12毫米、長度超2000米的超長超薄金屬基帶。基帶表面光潔如鏡，粗糙度小于20納米，為后續(xù)超導(dǎo)層的生長提供了理想基底。

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超導(dǎo)基帶的卓越性能特征

這種國產(chǎn)金屬基帶的機(jī)械性能令人矚目。在液氮溫度下，其抗拉強(qiáng)度大于1900兆帕，相當(dāng)于在指甲蓋大小的面積上可承受19噸的重量。這一優(yōu)異的力學(xué)性能確保了超導(dǎo)帶材在極端工況下的可靠性。

更值得關(guān)注的是，該材料經(jīng)過900攝氏度高溫持續(xù)加熱5分鐘并冷卻至室溫后，其抗拉強(qiáng)度仍保持在1200兆帕以上，表現(xiàn)出卓越的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。這一特性對超導(dǎo)材料在聚變裝置中的實際應(yīng)用至關(guān)重要。

金屬基帶作為緩沖層和超導(dǎo)層生長的襯底，不僅為超導(dǎo)帶材提供必要的機(jī)械強(qiáng)度和變形能力，更是整個超導(dǎo)結(jié)構(gòu)得以穩(wěn)定成型的基礎(chǔ)。國產(chǎn)基帶的這些優(yōu)異性能，為制備高性能第二代高溫超導(dǎo)帶材奠定了堅實基礎(chǔ)。

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國產(chǎn)化突破的戰(zhàn)略意義

這一突破的實現(xiàn)，意味著中國在可控核聚變關(guān)鍵材料領(lǐng)域打破了長期依賴進(jìn)口的局面，標(biāo)志著我國在清潔能源關(guān)鍵材料領(lǐng)域邁出重要一步。材料是高科技產(chǎn)業(yè)的基石，關(guān)鍵材料的自主可控對國家能源安全與科技發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。

戎利建研究員表示：“我們所還和東部超導(dǎo)科技（蘇州）有限公司達(dá)成了20噸C276基帶的框架合作協(xié)議，未來我們將繼續(xù)深化合作，進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝，推動國產(chǎn)化基帶的規(guī)?；瘧?yīng)用，為我國超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用提供有力支撐?！?/p>

這一突破不僅對“人造太陽”研究具有重要意義，還將帶動超導(dǎo)技術(shù)在醫(yī)療、電力、交通等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。超導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步將催生一系列新興產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展注入新動能。

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編輯｜張毅

主編｜黎坤

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