打破技术壁垒：中国自主研制C276超导材料填补核聚变关键技术空白

今日快讯 2025年11月04日 21:46 3 admin

中国科学院金属研究所荣立建研究员领衔的科研团队近日成功实现了高纯度C276金属带材的工业化生产，这是中国在超导材料领域的重大突破，将直接服务于可控核聚变技术的发展。这一成果不仅打破了国外在该关键材料领域的技术垄断，更为中国在未来清洁能源竞赛中赢得了重要的技术主动权。

C276金属带材是第二代高温超导带的核心基底材料，其制备技术一直被少数发达国家垄断。该材料具有极佳的抗腐蚀性能和优异的力学性能，能够在苛刻的工作环境下保持稳定的物理化学特性。在核聚变反应堆中，这种材料需要承受极端的温度变化、强磁场和辐射环境，因此对材料纯度和加工精度的要求极其严格。

此次中科院金属所成功产出的C276金属带材在厚度控制、表面光洁度和力学性能等关键指标上均达到甚至超越了进口产品的水平。研究团队通过创新的熔炼工艺和轧制技术，实现了材料成分的精确控制和微观组织的优化，确保了产品的高一致性和可靠性。

超导技术的战略价值

中国科学院金属研究所生产的一公里级超导胶带。[图片来源：中国日报网]

高温超导技术被视为21世纪最具革命性的技术之一，其应用前景涵盖了能源、交通、医疗和信息技术等多个领域。在能源领域，超导材料是实现可控核聚变的核心技术之一，被誉为解决人类能源问题的"终极方案"。

国际热核聚变实验堆计划显示，建造一个商业化核聚变电站需要数千公里的高温超导带材。目前全球主要的核聚变项目，包括法国的ITER、中国的EAST和英国的STEP等，都对高质量超导材料有着巨大需求。随着各国核聚变项目的加速推进，对C276基底材料的需求量预计在未来十年内将增长数十倍。

除了核聚变应用，第二代高温超导带材在电力传输、磁悬浮交通、磁共振成像设备和超导储能系统等领域也有广泛应用。全球超导材料市场规模预计将从2023年的约50亿美元增长到2030年的超过150亿美元，其中中国市场占比有望达到40%以上。

中国在超导技术应用方面已经取得了显著进展。EAST托卡马克装置多次刷新世界纪录，实现了超过400秒的高温等离子体约束，为未来商业化核聚变奠定了重要基础。此外，中国在超导电力设备、超导磁体和超导电机等领域的技术水平也达到了国际先进水平。

材料科学的技术挑战

C276合金属于镍基高温合金，其成分包括镍、钼、铬、钨等多种元素，配比的微小变化都会显著影响材料性能。制备高纯度C276金属带材面临的主要技术挑战包括：成分控制的精确性、加工工艺的稳定性、表面质量的一致性和大规模生产的经济性。

传统的C276带材生产主要采用热轧和冷轧相结合的工艺路线，但要实现超导应用所需的超薄规格和高表面质量，需要在轧制参数控制、热处理工艺优化和表面处理技术等方面进行大量创新。中科院金属所研究团队在这些关键技术环节都取得了重要突破。

在熔炼环节，研究团队采用了真空感应熔炼和电渣重熔相结合的双联工艺，确保了合金成分的均匀性和纯净度。在轧制过程中，通过精确控制轧制温度、变形量和中间退火工艺，实现了带材厚度的精确控制和表面质量的显著改善。

表面处理是影响超导带材性能的关键因素之一。研究团队开发了专用的酸洗和抛光工艺，使得C276带材表面粗糙度控制在纳米级别，为后续的超导层沉积提供了理想的基底条件。

产业化前景与挑战

此次技术突破的意义不仅在于填补了国内空白，更在于为中国超导产业的发展提供了重要支撑。目前，中国已经建立了相对完整的超导产业链，从基础材料到器件制造再到系统集成，都有相应的技术基础和产业能力。

图示超导带在低温磁场下的性能。[图片来源：中国日报网]

在REBCO高温超导带材制备方面，中国企业已经实现了小批量生产，产品性能达到国际先进水平。随着C276基底材料实现自主供应，中国超导带材的成本竞争力将进一步增强，有望在国际市场上占据更大份额。

然而，要实现大规模产业化应用，仍面临一些挑战。首先是生产规模的扩大，目前的产能尚无法满足大型核聚变项目的需求。其次是成本控制，虽然实现了技术突破，但要与进口产品在价格上形成优势，还需要在工艺优化和规模效应方面下功夫。

质量稳定性也是产业化过程中需要重点关注的问题。超导应用对材料质量的要求极其严格，任何微小的缺陷都可能影响整个系统的性能。因此，建立完善的质量控制体系和检测标准是实现产业化的重要前提。

国际合作与竞争并存的格局为中国超导产业发展带来了机遇和挑战。一方面，中国可以通过参与国际大科学工程项目来验证和推广自主技术；另一方面，也面临着技术封锁和市场准入壁垒等挑战。

展望未来，随着全球对清洁能源需求的不断增长和核聚变技术的逐步成熟，超导材料市场将迎来爆发式增长。中国在C276金属带材领域的技术突破，为参与这一历史性机遇奠定了重要基础。通过持续的技术创新和产业化投入，中国有望在全球超导产业竞争中占据领先地位，为实现碳中和目标和能源安全提供重要技术支撑。

这一成果的取得，体现了中国在基础材料科学领域的实力提升，也展现了产学研结合在攻克关键核心技术方面的重要作用。随着更多类似突破的出现，中国在高技术产业领域的自主创新能力将得到进一步增强。

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