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中国攻克核聚变级磁体核心技术：实现人造太阳关键核心材料国产化

景点排名 2025年11月02日 00:42 1 admin
中国攻克核聚变级磁体核心技术：实现人造太阳关键核心材料国产化

中国科学院金属研究所的一项技术突破正在改写全球可控核聚变材料供应格局。该所戎利建研究员团队成功实现第二代高温超导带材关键基础材料——哈氏合金基带的国产化制备，不仅在技术指标上达到甚至超越进口同类产品水平，更重要的是彻底摆脱了中国在这一战略性材料领域的进口依赖。

这项突破的意义远超技术层面。作为可控核聚变装置中"超级磁体"的核心组成部分，第二代高温超导带材的金属基带一直是制约中国核聚变技术发展的关键瓶颈。尽管中国在二代高温超导材料的整体制备和应用方面位居国际前列，但用于制造超导带材的哈氏合金基带长期依赖进口，不仅价格昂贵，供货时间也难以保障，严重影响了国内相关产业的发展。

材料纯净度的革命性提升

戎利建团队的技术突破核心在于自主研发的纯净化制备技术。通过这一创新工艺，研究团队成功实现了高纯净吨级哈氏合金的工业化制备，其材料纯净度指标全面达到甚至超越进口标准。

在化学成分控制方面，团队制备的超纯合金中碳、锰、硫、磷、氧、氮等关键杂质元素含量均低于进口同类材料。特别值得注意的是硫含量控制，仅为万分之0.05，这一指标的精确控制对于保证材料的高温性能和机械强度至关重要。

中国攻克核聚变级磁体核心技术：实现人造太阳关键核心材料国产化

中国科学院金属研究所本项研究制备的千米级基带。中国科学院金属研究所供图

材料内部纯净度的控制更是达到了极致水平。在夹杂物控制方面，2微米以上的大尺寸夹杂物数量极低，A、B、C类评级均为0，D类夹杂仅为0.5级。这种超高纯净度意味着0.3微米以上尺寸的夹杂数量仅为6个每0.5平方毫米，远低于行业标准要求。

这种材料纯净度的提升不仅是数字上的改善，更直接关系到最终超导带材的性能表现。杂质元素和夹杂物的存在会严重影响超导层的生长质量，进而影响整个超导带材的临界电流密度和稳定性。

极端加工工艺的技术挑战

将高纯度合金转化为可用的金属基带需要克服极其复杂的加工技术难题。研究团队成功攻克了基带加工过程中的关键技术瓶颈，实现了从原材料到最终产品的完整工艺链条。

加工精度的要求近乎苛刻：厚度仅0.046毫米，约为人类头发丝直径的一半；宽度精确控制在12毫米；长度超过2000米。这种超长超薄的规格要求对轧制工艺提出了极高挑战，任何微小的工艺参数偏差都可能导致产品报废。

中国攻克核聚变级磁体核心技术：实现人造太阳关键核心材料国产化

本项研究的相关示意图。中国科学院金属研究所供图

更令人印象深刻的是表面质量控制。制备出的基带表面光洁如镜，粗糙度小于20纳米。这种表面质量对于后续超导层的外延生长至关重要，表面的微小缺陷都可能成为超导性能的致命伤。

在力学性能方面，材料在液氮温度下的抗拉强度达到1900兆帕以上，相当于在指甲盖大小的面积上可承受19吨重量。这种超高强度确保了超导带材在实际应用中的可靠性和耐久性。

热稳定性能的关键突破

核聚变应用环境的苛刻性对材料的热稳定性提出了极高要求。研究团队制备的哈氏合金基带在热稳定性方面表现卓越，即便经过900摄氏度高温持续加热5分钟并冷却至室温，其抗拉强度仍保持在1200兆帕以上。

这种优异的热稳定性对于超导带材的制备工艺具有决定性意义。在第二代高温超导带材的制备过程中，需要经历多次高温处理步骤，包括缓冲层沉积、超导层生长等工艺环节。基带材料必须在这些高温环境下保持稳定的机械性能和微观结构，才能确保最终产品的质量。

热循环稳定性的实现不仅依赖于合金成分的优化设计，更需要在制备工艺中精确控制晶粒结构、相变行为和应力分布。研究团队在这些方面的技术积累为国产化基带的成功开发奠定了坚实基础。

产业化验证与市场前景

技术突破的最终价值在于产业化应用的成功验证。中国科学院金属研究所批量制备的哈氏合金基带已在上海两家超导科技企业开展验证工作，并在东部超导科技有限公司成功完成近千米MF系列高温超导带材的规模化制备。

验证结果令人鼓舞：采用国产基带制备的第二代高温超导带材性能优良，完全达到了使用进口基带制备产品的技术水平。这一验证不仅证明了技术路线的正确性，更重要的是为大规模产业化应用奠定了基础。

目前，中国科学院金属研究所与东部超导已达成20吨哈氏合金基带供货的框架合作协议。这一合作规模表明国产化基带已具备规模化生产能力，能够满足行业发展的实际需求。

从市场前景看，随着全球可控核聚变技术的快速发展，高温超导带材的需求将呈现爆发式增长。国产化基带技术的成熟不仅能够降低相关产业的成本，更重要的是保障了供应链的安全可控。

这项技术突破对中国超导产业的发展具有里程碑意义。它不仅解决了关键材料的"卡脖子"问题，更为中国在全球核聚变技术竞争中占据优势地位提供了重要支撑。随着技术的进一步优化和产业化规模的扩大，中国有望在这一关键技术领域实现从跟跑到领跑的转变。

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