中国人造太阳核心材料不再受制于人，金属打造吨级高纯净C276合金

“人造太阳”关键核心材料实现了国产化制备，而且这种材料强大到可以在指甲盖大小的面积上承受 19 吨的重量。这一材料便是由中国科学院金属研究所（下称“金属所”）研究员戎利建和团队制备的高纯净吨级 C276 合金。

图 | 光洁如镜的高纯净吨级 C276 合金（来源：资料图）

金属所方面公开表示：“这标志着我国在高温超导带材关键材料国产化制备上实现了重要突破，将为第二代高温超导材料的全国产业化生产和应用提供重要保障。”

据了解，戎利建自上世纪末便开始在金属所工作，自那时起一直研究各种合金。在此次高纯净吨级 C276 合金的制备中，他和团队突破了合金的锻造、轧制、热处理、相析出调控、光亮表面质量控制等关键技术，攻克了长期以来制约国产化基带应用的技术难题，实现了长度达到 2000m、厚度在 0.046mm（约为头发丝直径一半）、宽度达到 12mm 的第二代高温超导带材（REBCO，Rare-Earth Barium Copper Oxide）的 C276 合金基带的批量化制备，基带表面的粗糙度小于 20nm，在液氮温度下抗拉强度大于 1900MPa，在 900℃下加热 5 分钟后室温抗拉强度大于 1200MPa，展现出优异的热稳定性和力学性能。

与此同时，C276 合金中的杂质元素含量能够满足较高应用要求，在纯净度上的各项指标均已达到进口材料水平，个别指标优于进口材料。这种高纯净的材料，能够确保合金拥有优异的冷热加工性能和基带的表面质量，故能用于被誉为“人造太阳”的可控核聚变装置，让这一成果突破了可控核聚变的第二代高温超导带材技术瓶颈，为制备第二代高温超导带材提供了关键基础材料的自主保障。

（来源：资料图）

已在上海超导和上创超导开展验证，并在东部超导完成规模化制备

据金属所官方消息，此次由戎利建团队批量化制备的 C276 基带已在上海超导和上创超导开展验证工作，并在东部超导完成了将近千米高温超导带材的规模化制备。

通过采用千米级的基带，东部超导已经制备出 845m 长的多股化系列超导带材。在液氮温度（77K/-196°C）之下，以及没有施加任何外部磁场的前提下，假如仅考虑通电时自身产生的磁场，这根超导带材能够稳定承载的平均最大电流为 594A，在多次测量超导带材的临界电流之后，所有单个测量值相对于 594A 的平均值的波动大小和离散程度，其标准差被控制在 9.8A 以内。

在 4.2K 液氦温度和垂直于其表面的、强度为 10 万高斯的极端恶劣磁场环境下，这一超导带材表现出世界顶尖的性能：不仅拥有极强的载流能力——每 4 毫米宽度可以承载高达 1058.78A 的大电流；也拥有极高的品质——其超导-正常态的转变非常锐利（N 值=75.6），这表明这一超导带材有着极佳的均匀性，在运行上非常稳定和可靠，性能甚至能够媲美采用进口基带批量化制备的第二代高温超导带材超导材料的临界电流水平。

目前，戎利建团队所制备的第二代高温超导带材超导材料也已被用于联创超导的相关项目中。与此同时，该团队所在的金属所已经和东部超导达成20 吨 C276 基带供货的框架合作协议，通过进一步地优化制备工艺，将能推动国产化基带的规模化应用。

（来源：资料图）

逐步摆脱合金进口依赖，或于 2030 年首次演示聚变能发电

可控核聚变，是探索未来清洁能源的重要方向，也是中国的国家重点发展领域之一。第二代高温超导带材，是可控核聚变中超级磁体中的核心材料，如果没有它就很难造出能够约束上亿摄氏度等离子体的强大磁场。

对于金属基带来说，它是缓冲层和超导层生长的衬底，缓冲层和超导层需要一层一层地生长在这一基带上，也就是说金属基带能为超导带材提供必要的机械强度和变形能力，因此是整个超导结构得以稳定成型的基础。

第二代高温超导带材所使用的金属基带，目前主要采取哈氏合金（C276）。C276，是美国哈氏合金公司为生产这种特定镍基合金所注册的商业牌号。哈氏合金公司将其耐腐蚀合金分为几个系列，其中“C”系列是专门为抵抗强氧化性和中等还原性腐蚀而设计的镍-铬-钼合金。这个系列的合金以其出色的抗点蚀、抗缝隙腐蚀和抗应力腐蚀开裂能力而著称。“276”则是一个序列号，用于区分哈氏合金公司“C”系列中拥有不同化学成分和性能的具体合金。

C276 是上述家族中一个极其著名和已得到广泛应用的具体型号，它特指一种含有大约 57% 镍、16% 铬、16% 钼、4% 钨和少量铁等元素的合金，它的主要特点包括具有出色的耐腐蚀性、良好的热稳定性和优异的抗应力腐蚀开裂能力，这让其能够抵抗多种化学介质，包括湿氯气、次氯酸盐、二氧化碳、硫酸、盐酸和磷酸等。

资料显示，中国在过去相当长的一段时间内，在哈氏合金的使用上存在进口依赖的现状，特别是在一些高性能的牌号和高端应用领域。尽管近年来国内已有厂家生产这种金属基带，然而基于进口冷轧卷材进行后续加工，不仅价格昂贵，而且供货时间难以得到保证。由于之前依赖进口，也让哈氏合金的采购价格受到国外供应商的主导。此前在国际贸易政策的影响下，曾导致中国从美国进口的哈氏合金的成本进一步上升，而这部分成本最终会转嫁到国内下游企业上。

前面提到，戎利建团队此次制备的高纯净吨级 C276 合金能被用于“人造太阳”。“人造太阳”是一个广义概念。在中国合肥，由中国科学院等离子体物理研究所打造的“人造太阳”家族中包含多个大科学装置。全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST，Experimental Advanced Superconducting Tokamak）是一位“老大哥”，它已经运行多年并曾多次创造世界纪录。而紧凑型聚变能实验装置（BEST，Burning Experimental Superconducting Tokamak）则是“人造太阳”家族的最新成员，也是当前最受瞩目的新一代装置，其使命是在 2027 年建设工程，并计划于 2030 年首次在世界上演示聚变能发现。而此次金属所团队的成果，在一定程度上缓解了“人造太阳”在材料使用上的进口依赖局面，将为“人造太阳”的发展带来助力。

参考资料：

戎利建个人主页http://www.imr.cas.cn/sourcedb/zw/rck/yjy_imr/201804/t20180402_4988725.html

https://www.xinhuanet.com/20251028/338a64f23148484fb1f84023c495e97b/c.html

https://mp.weixin.qq.com/s/U72K_Qr2heRJ9wjnGmND8g

https://mp.weixin.qq.com/s/DlgYWdTljIOOFK0mSt5qEA