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为高温超导应用护航


http://www.sina.com.cn 2006年07月12日 17:23 科技日报

  本报记者贾婧

  “在课题承担单位的通力合作下,本项目已经在超导粉国产化研究、前驱粉体预处理、线材机加工以及精确控制热处理方面形成了一整套可行高效的专有技术,在自动控制、品质管理等方面也具备了成熟的经验。”韩征和一上来就迫不及待地向记者介绍起他所负责的“863”超导材料与技术专项取得的成效。

  韩征和说道,2005年6月,国内第一条年产200公里高温超导线材生产线已完全建成并已将该生产线产能提高到了300公里。高温超导长线产品的工程临界电流密度达到11800安培每平方厘米,综合性能全面达到或超过竞争考核指标,现已完成向我国云南电网公司的高温超导电缆、韩国LG电缆公司的高温超导电缆等应用项目的供货任务。此外,针对各高温超导应用项目的特殊要求,通过对超导细线、低交流损耗线、超导表面绝缘的超导线、电流引线用超导线等等产品的研究,使我国高温超导线材产品多样化上取得了巨大进步。

  线材实用性能提高产品规格多样化

  “我们深入研究了线材表面精整技术,设计开发了一套线材精整处理设备。通过线材表面精整技术提高了线材的尺寸均匀性,改善了线材的表面质量,为线材后续涂覆工作打下了良好的基础。”韩征和说。

  研究完善了线材表面涂绝缘方法和表面镀锡技术,并对相关设备进行了技术改造,从而提高了产品质量、丰富了产品种类。其中,在涂绝缘型线材研发上,通过对比多种表面涂覆材料,着重考察了涂覆材料绝缘性能、与超导线材的粘接性能和其本身的凝固能力。

  “我们通过大量试验,最终确定了适合于生产高质量绝缘型超导线材的表面涂覆材料。由于超导线材绝缘层和镀锡层能够有效保护超导线材本身不受外来介质的渗入,因此,绝缘层和镀锡层还能够有效地提高线材冷热循环性能和时效性能。”韩征和指着手里的一小块金属材料说。

  “目前,表面绝缘线材的击穿电压已超过500V(10μm),也已经开始批量供应用户。多样化的产品系列增强了我国高温超导线材的国际市场竞争能力。”说到市场化的问题,韩征和说对自己的产品很有信心。

  “通过多年的高温超导线材生产,已经总结了数套适合于生产不同线材产品和规格的高温超导线材生产工艺。同时还针对不同的生产工艺制度配套有不同的线材检测规范和检查规范,目前世界上只有少数几个国家能够实现铋系高温超导线材的产业化制备,因此,我们生产的标准型、均匀型等线材在线材规格、线材综合性能等方面均代表了世界先进水平,制定的线材规格标准可以成为目前高温超导线材的规范,相应的线材检测、检查规范也代表了当今世界高温超导线材产业化制备过程中的先进水平。”韩征和笑着说。

  目前,Bi系线材是唯一的一种能够工业化大规模生产的高温超导线材,现在世界上已经完成的或正在进行的高温超导电力、

能源、交通、国防等应用项目大多数采用的是Bi系超导线材。例如,美国能源部的数个百米级高温超导电缆项目、36MW舰船推动用超导电机、日本的全高温超导电机和新一代高速磁悬浮列车实验项目等。如果没有大量的高质量的Bi系线材,就无法开展高温超导应用技术和产品的研发工作。从另一方面讲、一旦这些超导研发项目成功并转化成产品,将会产生对高温超导线材的巨大需求,例如一台5MW的发电机要用50公里以上的高温超导线材,而日本新一代的高温超导磁悬浮列车系统便需要10万公里以上的高温超导线材。

  “所以,我们相信在未来的5—10年内,随着高温超导应用研究项目不断取得突破性进展,市场对铋系高温超导线材的需求也会不断增大。”韩征和兴奋地说。

  成果带动相关学科迅猛发展

  “通过本课题的运行,生产的Bi系高温超导线材成品在电性能、机械性能等综合性能指标上均达到了国际同类产品先进水平。在超导相形成理论研究、研究成果转化、规模化产品制备等多个领域均取得了重大突破。”韩征和介绍说。

  “这样不仅有力的带动了我国高温超导原材料制备领域技术的发展和深化,更为重要的是,上述发展都是以我国自己培养的热处理、材料加工等领域专家为基础研究成功的。因此,课题的运行也为我国培养了一大批高素质的高温超导原材料制备领域专门人才。同时,由于课题的运行,使我国更加具备了在高温超导原材料制备领域的能力,因此为众多高温超导应用领域产品的研究工作的进行和发展提供了重要的原材料保障。”谈到人才和团队的培养,韩征和神采飞扬起来。

  他说,在高温超导电缆方面,已经于2004年7月实现了我国第一根高温超导电缆的并网运行,该电缆是世界上第三根并网运行的超导电缆也是到目前为止各项技术指标最高的超导电缆。同时,掌握了制备高温超导电缆技术中多项关键知识产权,为我国高温超导电缆实用化准备必要的技术储备。另外,由北京云电英纳超导技术有限公司试制高温超导限流器已经进入到样机试验阶段。而北京英纳超导技术有限公司自行开发的高温超导磁体、高温超导电流引线等产品也实现了产品化。

  “本课题成果极大的推动了我国高温超导领域的发展,也保障了我国国防相关项目的发展,使我国高温超导事业的发展可以摆脱西方发达国家的制约而坚持走自我发展的道路。”韩征和对于项目成果自信满满。

  成为世界高温超导领域最重要的组成部分之一

  据韩征和介绍,2003年12月,由国内著名材料专家组成的专家组对课题成果进行了鉴定,鉴定专家组一致评价:与美国、日本、德国等国外厂商相比,本课题成果在Bi系高温超导线材制备过程中的粉体预处理、机械成形加工、形变热处理和产品多样化方面形成了自己独特的核心技术,超导线材的临界电流超过85A,工程临界电流密度超过9000A/cm2,允许拉伸应力达到100MPa。今年,超导长线材的临界电流已超过了110A,同时,北京英纳超导公司年产200公里Bi系高温超导线材生产线建设完备、工艺成熟,成品线材具有良好的电性能、机械性能配合,其主要性能及技术指标与国际同类先进产品相当。

  “2004年,‘Bi系高温超导线材研制及产业化攻关’项目被评为北京市科学进步一等奖;同年7月,由英纳公司生产的高质量Bi系高温超导线材获得国家重点新产品证书;2004年9月,英纳公司被评为中关村

留学人员优秀企业。本课题成果为我国高温超导应用领域提供了关键的原材料保障。”韩征和指着手旁的一份得奖资料自豪地说。

  韩征和说,尤其近年来,高温超导电缆、高温超导电机、高温超导限流器、高温超导电流引线等应用产品的研发及制备水平均保持在国际先进水平,使我国在高温超导原材料制备和高温超导应用领域形成了强大的集体优势,并成为世界高温超导领域最重要的组成部分之一。

  -数字863

  2001年7月,英纳超导和云南滇能(集团)控股公司,强强联合,共同投资成立了北京云电英纳超导电缆有限公司。云电英纳超导电缆公司的成立,标志着我国高温超导产业化进程揭开了新的一页。

  2003年6月,一套完整的4米长、2000A载流能力的超导电缆系统在云电英纳完成安装调试。

  2004年4月,由北京云电英纳超导电缆有限公司牵头研发制造的三项交流33.5m、35kV/2kA超导电缆系统开始在昆明普吉变电站挂网试运行。经过密切观察和严格测试,确认该系统各项运行指标均处正常,运行状态良好。

  2005年11月,英纳超导公司成功研制出具有较高击穿电压的绝缘型超导线,该绝缘型超导线的室温击穿电压达到了800V。该绝缘型超导线采用全新的涂覆工艺,解决了以往绝缘型超导线侧面绝缘性能低的问题。涂覆的线材具有表面光滑、涂层均匀性好等特点。

  2005年11月,北京英纳超导技术有限公司开始向客户提供临界电流达到110A、单线长度达到200米以上的高性能Bi系高温超导线材。

  2006年3月,北京云电英纳超导电缆有限公司正式向北京市科学技术委员会递交了北京科技研究开发机构认定申请报告。2006年3月23日,北京云电英纳超导电缆有限公司正式获得北京市科学技术委员会“北京科技研究开发机构证书”。

  英纳超导公司今年还被列为国家知识产权试点单位(北京市只有4家,其他3家为北大方正集团有限公司、汉王科技有限公司和京东方科技有限公司)。

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