Hochtemperatur-Supraleiterbänder haben eine günstigere und stabilere „Stützstruktur" erhalten. Das Forschungsteam des Technischen Instituts für Physik und Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat erfolgreich eine neue „Stützstruktur" für Hochtemperatur-Supraleiterbänder entwickelt – das Eisenbasis-Legierungsband (DW01). Die entscheidenden Leistungskennwerte der mit diesem Band hergestellten Supraleiterbänder übertreffen deutlich die herkömmlicher Hastelloy-Bänder, was einen wichtigen Schritt Chinas zur eigenständigen und kontrollierbaren Bereitstellung von Kernmaterialien für Hochtemperatur-Supraleiterbänder markiert.
Hochtemperatur-Supraleiterbänder sind fortschrittliche Materialien, die bei hohen Strömen und starken Magnetfeldern nahezu widerstandsfrei Strom leiten können. Sie werden hauptsächlich in Bereichen wie kontrollierter Kernfusion, supraleitender Energietechnik und supraleitenden Beschleunigern eingesetzt. Sie sehen aus wie ein dünnes Metallband, enthalten aber im Inneren mehrere übereinanderliegende Schichten. Die tatsächlich stromleitende supraleitende Schicht ist sehr dünn und benötigt darunter eine robuste und langlebige „Basis", das sogenannte Substratband. Dieses Substratband fungiert wie das Skelett des menschlichen Körpers und muss Biegung, Dehnung und extreme Temperaturschwankungen aushalten können.
In den letzten Jahrzehnten wurde diese „Stützstruktur" fast ausschließlich aus Hastelloy (C276) gefertigt. Diese Legierung besteht zu mehr als der Hälfte aus teurem Nickel sowie aus seltenen Metallen wie Molybdän, Wolfram und Kobalt; das günstige Eisen macht nur etwa fünf Prozent aus, sodass die Rohstoffkosten stets hoch waren. Noch wichtiger: Dieses Material wird seit fast 30 Jahren verwendet und bietet kaum noch Raum für Leistungsverbesserungen.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Team um die Forscher Li Laifeng und Shi Li vom Technischen Institut für Physik und Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen mit dem Shougang-Forschungsinstitut und der Beijing Beiye New Materials Company in mehr als drei Jahren das DW01-Band auf Basis von Eisenbasis-Legierungen. Dessen Hauptbestandteil ist gewöhnliches Eisen, und die Rohstoffkosten betragen nur ein Viertel derjenigen des C276-Bandes.
Eisenbasis-Legierungsband für Supraleiterbänder der zweiten Generation
Günstig allein genügt nicht – entscheidend ist die Leistung. Im Mai dieses Jahres stellte die Shanghai Superconductor Technology Co., Ltd. erfolgreich ein produktionsreifes Supraleiterband unter Verwendung des DW01-Bandes her. Tests zeigten, dass bei einer Umgebung von minus 196 Grad Celsius und ohne äußeres Feld der kritische Strom eines 12 mm breiten, versilberten Bandes 647 Ampere erreicht. Bei einer Dehnung des Bandes um 0,6 % sank der kritische Strom des DW01-Band-Supraleiters um weniger als 10 %, während der kritische Strom des C276-Band-Supraleiters um über 50 % abfiel. „Das zeigt, dass die neue ‚Stützstruktur' langlebiger ist und die supraleitende Schicht bei Biegung oder mechanischer Belastung weniger leicht beschädigt wird", erklärte Li Laifeng.
Darüber hinaus weist das DW01-Band auch bessere magnetische und elektrische Widerstandseigenschaften auf als das C276-Band, was zur Reduzierung von Energieverlusten im Betrieb beiträgt. Das Team hat bereits sechs Patente für die Zusammensetzung und das Herstellungsverfahren des DW01-Bandes angemeldet. Derzeit haben Schlüsselkennwerte wie Dickenpräzision und Oberflächenqualität des DW01-Bandes die Lieferstandards erreicht und erfüllen die Anforderungen der industriellen Produktion.
Branchenexperten sind der Ansicht, dass das DW01-Band nicht nur einen neuen Weg für die Lokalisierung von Hochtemperatur-Supraleiterbändern eröffnet, sondern mit seinen hervorragenden Hochfeld-Eigenschaften und den deutlichen Kostenvorteilen auch eine starke Unterstützung für Chinas Bestreben bietet, sich im globalen Wettbewerb der Supraleiterindustrie eine Spitzenposition zu sichern.