准分子激光器助力超导线材批量生产

客户反馈

“LEAP 准分子激光器显著降低了每瓦激光的实际成本,助力 S-Innovations 实现了 HTS 线材的低成本、大批量生产。”

— Alexander Molodyk 博士, 俄罗斯莫斯科 S-Innovations 公司首席执行官

 

挑战

高温超导 (HTS) 线材通常也称为带材,在电网(电缆、变压器和其他组件)和仪器仪表(核磁共振光谱仪和 MRI 系统)领域的需求量不断增长。 而且,如果聚变反应堆得到实际运用,几乎肯定会需要大量(数千千米)的 HTS 带材来处理较高的电流密度。 早期的 HTS 生产方法在批量生产和成本方面受到限制,并且只能生产具有有限电流密度额定值的线材。 S-Innovations(俄罗斯莫斯科)着手开发了一种大批量且经济实惠的方法来生产用于高场应用的 HTS。

解决方案

他们选择 YBa2Cu3O7 (YBCO) 作为超导材料,因为它可以处理比其他 HTS 材料更高的电流密度。 然后,他们设计了一种多层(包括 MgO 和 YBCO 层)带材,采用薄而坚固的哈氏合金基材。 2.4 μm 是公认的 YBCO 层的优异厚度。 S-Innovations 团队决定使用由 308nm 准分子激光器驱动的脉冲激光沉积 (PLD) 工艺来创建 HTS 层,因为这是一种经过充分验证的化学计量薄膜沉积方法(也意味着原始目标材料的成分会保留在沉积薄膜中)。 这对于高场应用来说至关重要,因为 S-Innovations 决定在 YBCO 靶材上加载过量的 Y2O3,以尽量减少缺陷并提高电流密度。 S-Innovations 首席执行官 Alexander Molodyk 博士称,选择相干公司 LEAP 300C 准分子激光器作为 PLD 源 有多个原因: “LEAP 300C 具备高(1 焦耳)脉冲能量和 300 Hz 重复频率的独特组合,为我们提供了高产量。 此外,LEAP 激光器拥有良好的全天候工业可靠性记录。 这种组合显著降低了每瓦激光的实际成本,并能够以低成本大批量生产 HTS 线材。”

结果

通过使用这种具有成本效益的方法,S-Innovations 最近交付了超过 300 千米的 HTS 线材,用于 SPARC 聚变反应堆原型。 这是迄今为止最大的 HTS 线材供应商交付量。 而且,独立试验表明,该线材在高场条件下可处理更大的电流密度。

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