Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

Разработки 2G ВТСП в Японии, 2008 год

2008, Tом 5, выпуск 6
Тематика: ВТСП материалы 2-го поколения, Зарубежные фирмы и их разработки

О достижениях японцев в области создания ВТСП-лент 2-го поколения наш бюллетень уже писал в 2006-м году (том 3, выпуски 2 и 5). Год назад подошла к концу 5-летняя национальная программа по созданию технологии ВТСП-лент 2-го поколения. Японцы подводят её итоги.

Заявлено, что все поставленные в программе цели выполнены (табл. 1). Так, в феврале этого года компания Fujikura сообщила о получении ВТСП-ленты длиной 503,5 м с критическим током 349,6 А/см. Одновременно это достижение было мировым рекордом по произведению Ic*L. Для получения столь высоких результатов использовались дорогостоящие высоковакуумные методы: с помощью IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) на подложку из хастеллоя осаждали Gd2Zr2O7, а затем, методом PLD (Pulsed Laser Deposition) – CeO2, слой ВТСП осаждали также при помощи PLD (рис. 1). Для ускорения процесса лазерного осаждения использовались несколько лазерных пучков и многократное прохождение ленты через зону осаждения, из-за чего японцы называют его MPMT-PLD (multi-plume multi-turn). Надо заметить, что заявленная оценка себестоимости менее 12 йен/А*м, скорее всего, является заниженной (сегодня это соответствует 122 долл/кА*м, что дешевле даже американской ленты). Впрочем, ВТСП-ленты 2-го поколения в Японии пока никто не продаёт.

Рис. 1. Японское оборудование для осаждения буферных слоев и слоев ВТСП, рассчитанное на изготовление до 500 м провода.

Для снижения стоимости производимых ВТСП-лент в Японии параллельно исследуются несколько путей:

1) применение химических методов осаждения (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) и Metal-Organic Decomposition (MOD));

2) применение текстурированной металлической подложки (технология Rolling-Assisted Biaxially Textured Substrates (RABiTS));

3) использование быстрого процесса IBAD MgO, аналогичного используемому американской компанией SuperPower.

Таблица 1. Цели японского национального проекта по созданию технологии ВТСП проводов

2-го поколения в 2003-2007 гг.

SRL – Superconductivity Research Laboratory, SWCC = Showa Electric Cables.

Японцы активно разрабатывают подходы к созданию эффективных центров пиннинга (рис. 2, см. также “Сверхпроводники для Электроэнергетики” т. 3 № 3 и т. 4 № 1). Одним из наиболее перспективных подходов сегодня является получение композитов ВТСП с внедрёнными “наноколонками” фазы цирконата бария (BaZrO3 = BZO); такую структуру японцы метко назвали "бамбуковой". Получение методом PLD толстых плёнок (до 5 мкм) с включениями BZO позволило достичь высоких значений тока 135 А/см при 3 Тл (В//с).

Очень важно, что внедрение наноколонок BZO позволяет существенно повысить критток при В//ab, что делает критический ток менее чувствительным к направлению поля. Сообщается также, что улучшения токонесущих характеристик удалось добиться благодаря применению обеднённых по барию составов мишени для PLD (например, GdBa1.8Cu3Ox) и соответствующих растворов для MOD. К сожалению, никаких материаловедческих объяснений такого влияния не приводится.

Рис. 2. Токонесущие характеристики плёнок RBCO (метод получения – PLD) во внешнем магнитном поле. Добавка ZrO2 приводит к образованию в матрице сверхпроводника наноразмерных колонок BaZrO3.

Интересные результаты сообщаются компанией Sumitomo. Напомним, что там разрабатывается структура HoBCO/CeO2/YSZ/CeO2/NiW, в которой ВТСП получают посредством PLD, а буферные слои – распылением. Заменив HoBCO на GdBCO, компания повысила плотность критического тока в проводах с 1 до 2,5 МА/см2. Применение вместо сплава NiW биметаллических текстурированных лент с подавленным за счёт легирования магнетизмом (т.н. clad-type tapes) позволило снизить транспортные потери на переменном токе в 3 раза, сделав их в этом отношении сопоставимыми с лентами из хастеллоя.

Исследователи в SRL успешно освоили IBAD в применении к MgO (рис. 3). Этот процесс, разработанный в Лос Аламосе и применяемый сегодня компанией SuperPower, выгодно отличается от IBAD YSZ (EHTS) и IBAD GZO (Fujikura) по производительности. Дело в том, что оксид магния хорошо текстурируется уже при очень малой толщине слоя (10 нм), в то время как производные оксида циркония получаются с требуемой текстурой только при толщинах 1 мкм и более. В SRL скорость получения первого буферного слоя удалось увеличить с 1 до 24 м/ч! Получаемый слой оксида магния обладает превосходной текстурой с углом разориентации всего 2-4о. Японцы разработали также более простой и экономичный подход с реактивным распылением MgO. В этом случае для осуществления процесса нужна только одна ионная пушка. С использованием такого подхода получены образцы с криттоком более 200 А/см.

Рис. 3. Процесс IBAD MgO. Осаждение оксида ведётся при ионной бомбардировке под определённым углом. Размер ионной пушки в SRL 22*6 см2. Справа: альтернативный, более экономичный, подход с одной ионной пушкой.

Летом этого года в Японии стартовал новый национальный ВТСП-проект MPACC, Materials and Power Application of Coated Conductor. Проект рассчитан на 5 лет. Он предполагает разработку производства ВТСП-провода 2-го поколения в количестве 10-20 км в год. Наличие собственного ВТСП-провода должно позволить японцам к 2012-2013 гг. реализо-вать запланированные пилотные проекты: СПИНЭ на 2 МДж, трансформатор мощностью 2 МВА и кабели 66 кВ-5кА и 275кВ-3кА.

С.В. Самойленков

  1. Y. Yamada, “Global Prgress in HTS, Japan Update”, Department of Energy’s High Temperature Superconductivity Program Peer Review 2008.
  2. Y. Shiohara et al., Physica C, 468, 1498 (2008).
  3. Y. Shiohara et al., Supercond. Sci. Technol., 21, 034002 (2008).
Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.