ВТСП 2-го поколения в России
2006, Tом 3, выпуск 2
Тематика: Российские разработки
На ежегодной научной конференции ИСФТТ РНЦ «Курчатовский институт» 13 апреля 2006 г. были заслушаны доклады в рамках секции «Техническая сверхпроводимость». Заседание открыл Н.А. Черноплеков и его вступительную фразу «Эра коммерческого применения ВТСП проводников началась!» можно поставить эпиграфом к ряду представленных на секции докладов, относящихся к применению сверхпроводников в электроэнергетике. Ниже мы представим тезисно содержание этих докладов.
ВТСП 2-го поколения в России
О ходе работ над созданием ВТСП лент 2-го поколе-ния в России доложил профессор Химического факультета МГУ, д.х.н. А.Р.Кауль. В настоящее время работы финансируются в рамках Госконтракта ФАНИ 02.435.11.2001, ставящего следующие задачи:
1) разработать технологию биаксиально-текстурированных лент на основе Ni-сплавов;
2) создать лабораторную установку для нанесения буферных слоев и ВТСП-покрытий;
3) разработать MOCVD-процесс непрерывного осаждения буферных слоев и ВТСП-покрытий на лентах длиной до 10 м;
4) получить образцы ВТСП-материалов 2-го поколения с jc>106А/см2;
5) создать образец сверхпроводящего кабеля 2-го поколения длиной 10 м.Исполнители и распределение работ:
1) ИСФТТ РНЦ «Курчатовский институт», Москва - координация проекта; измерение сверхпроводящих характеристик; конструирование токонесущего элемента;
2) МГУ им.Ломоносова, Химический факультет - разработка MOCVD технологии сверхпроводников на длинномерных металлических лентах;
3) Институт физики металлов РАН, Екатеринбург - разработка составов и технологии получения текстурированных сплавов;
4) ОИВТ РАН, Москва - тестирование сверхпроводящих лент;
5) ГНЦ ВНИИНМ им. Бочвара, Москва - разработка технологии длинномерных метал-лических лент-подложек.
Кроме того, в разработке участвует традиционный партнер университетской группы - Институт технологии поверхности, Брауншвейг, Германия.
Над разработкой технологии сверхпроводящих лент с YBCO покрытиями группа Кауля трудится с 1997 года. В результате этой активности создана лабораторная технология получения текстурированных лент высокого качества из никелевых сплавов (в ИФМ УрО РАН). На основе недорогого и высоко-производительного метода химического осаждения из газовой фазы (MOCVD) в МГУ разработаны оригинальные подходы к получению текстурированных покрытий на движущиеся ленты. В результате многолетнего сотрудничества с Институтом поверхности в Брауншвейге (Германия) с использованием метода MOCVD получены 2G-проводники на лентах из Ni-W.
Преимущества МОСVD перед физическими мето-дами осаждения:
o высокая скорость осаждения (до ~10 мкм/час);
o низковакуумная аппаратура (10-1-10 Торр);
o осаждение на сложные поверхности.
Рис. Схема MOCVD процесса
Надо отметить, что технология MOCVD успешно используется одним из лидеров области IGC SuperPower для получения слоя YBCO. Однако буферные слои высокого качества на металлических лентах с использованием метода MOCVD в мире не умеет получать практически никто, кроме москвичей выполняемая в настоящий момент химфа-ком в сотрудничестве с ИСФТТ РНЦ «Курчатовский институт» и ВНИИ им. Бочвара работа по госконтракту является единственной деятельностью по созданию 2G-проводников в нашей стране. В конце этого года должны быть продемонстрированы первые покрытые ВТСП ленты с длиной до 10 м.
На сегодняшний день проведены следующие научные исследования:
- изучено образование кубической текстуры в различных сплавах Ni;
- найдены легирующие компоненты, одновременно повышающие устойчивость текстуры, упрочняющие прокатанные ленты и снижающие температуры Кюри ниже 77 К;
- найденные технологические подходы при реализации деформации литых сплавов и последующего отжига позволили получить образцы лент-субстратов с кубической текстурой и рассеянием в направлении прокатки порядка 5¸7°;
- разработаны режимы электрополировки, подготавливающие поверхность лент для последующей эпитаксии буферного слоя и слоя сверхпроводника. разработан процесс MOCVD буферных слоев MgO в низкотемпературных условиях, исключающих окисление RABiTS Ni(5%W);
- установлены PO2-Т условия процесса MOCVD, позволяющие получить проводящие буферные слои допированного манганита лантана, без осложнений, вызванных окислением RABiTS Ni(5%W); необходимые PO2-Т условия создаются в специальных восстановительных атмосферах, фор-мируемых потоками инертного газа, водо-рода (или аммиака) и паров воды;
- изучен сложный механизм поверхностного окисления сплава Ni(5%W), нашедшего наиболее широкое применение в технологии RABiTS; разработана лабораторная установка для непрерывного нанесения буферных слоев и слоев ВТСП на металлические ленты (длиной до 10 м) методом MOCVD из паров бета-дикетонатов металлов;
- созданы методики и приспособления для осуществления измерений транспортного тока (в том числе в магнитном поле) в сверхпроводниках 2-го поколения.
В перспективе на основе результатов работы по Госконтракту ФАНИ планируется создать в 3-х летний срок опытное производство 100 м ВТСП-кабелей 2-го поколения, реализующего концепцию «RABiTS –MOCVD».