国内外参与超导带材技术开发的公司简况

国内外参与超导带材技术开发的公司简况作者：王醒东
来源：《新材料产业》 2013年第1期
■ 文/ 王醒东
富通集团有限公司
超导材料具有零电阻性、抗磁性和宏观量子效应等基本特性。

将超导材料的零电阻性应用
于电力传输，可大大降低电能的损耗；将其抗磁性应用于交通，可开发出安全、舒适、安静的
交通工具。

正因为超导材料是超导产品的核心部件，而超导带材的量产化是任何超导产品得以
实用化的前提，所以国内外企业都在积极开发相关技术。

本文在国内外报道的基础上，对国内
外部分掌握超导带材制备技术的企业进行了介绍，并对其主要产品和我国在超导领域重点研究
方向进行了简要对比。

一、国外公司
1. 美国超导公司
美国超导公司（A m e r i c a nS u p e r c o n d u c t o r C o r p o r a t i o n，A M S C）成立于1987年，是目前世界上最主要的超导带材制造商之一，其超导带材在全球的
市场份额超过了70%。

作为在全球处于领先地位的能源公司，A M S C曾率先开发了第1代铋
（B i）系超导带材，并在多个国家的示范项目中得以应用（我国在2011年4月运行的白银超
导变电站中采用的超导带材也均由A M S C提供）。

随后，AMSC独具战略性和前瞻性地将开发
重点从第1代B i系超导带材转向了第2代钇（Y）系超导带材。

如今，A M S C的Y系超导带
材已开发成功，并以AmperiumTM作为其专属商标。

2009年，美国超导公司接到来自LS电缆公司（LS Cable）订购80万m长A m p e r i u m T M带材的首个商业订单；2010年，L S电缆公司又向A M S C订购了300万m长的A m p e r i u m TM带材，LS电缆公司拟用这2批Amperium带材开展国内及全球的超导电缆项目。

AmperiumTM带材还用于美国长岛电力局2期的超导电缆和Tres AmigasTM超级变电站。

2. 住友电气工业株式会社住友电气工业株式会社
（Sumitomo Electric Industries，S E I）早在1963年就开始了超导领域的研究。

随着
高温超导材料的发现，S E I将研究重点由低温金属超导材料向高温氧化物超导材料转变，现
在也在进行Y系超导带材的研发，但B i系超导带材是目前SEI的主打产品。

S E I的B i系超导带材主要制备工艺为：将含B i的氧化物前驱体按一定比例填充于银
金属管内，然后经过拉伸、轧制及热处理等工序，得到B i系超导带材。

随后，在此工艺基础上，S E I又提出了“过压热处理法”[1]，即在加热过程中使用气体进行加压。

实践证明，通过气体加压得到的 B i系超导带材，结构更加致密，内部气孔数量大大降低，临界电流提高了30%以上，机械强度也大幅提高，实现了B i系超导带材的长尺化。

利用自己
的B i超导带材，S E I先后参与了日本100m -66k V -1000A交流超导电缆项目、韩国100m -22.9k V -1250A交流超导电缆项目和美国奥尔巴尼350m -34.5k V -800A交流超导电缆项目[2]。

在优化B i系超导带材性能的同时，S E I加大了第2代Y系超导带材的开发力度，并采
用此种带材制造了15m -66k V -5k A超导电缆在日本横滨进行了试验。

S E I先瞻性地看到了超导市场的前景，并积极向超导领域的其他展品进行拓展，如超导
感应加热装置和超导电机制造的电动汽车等。

3. 日本藤仓电缆公司
日本藤仓公司电缆公司（Fujikura）从20世纪70年代开始超导带材的研究，和SEI一样，起初Fujikura研究领域主要集中在金属带材，后逐渐开始研究高温氧化物超导材料。

2008年，F u j i k u r a开发出长500m、载流能力在350A的第2代Y系超导带材；2009年开始销售
研究用Y系超导带材；2011年2月开发出800m高性能的Y系超导带材。

该超导线材和B i系
带材相比，性能高、成本低，促进了超导产品的实用化。

F u j i k u r a Y系超导长带的开
发成功，使其超越美国的Superpower公司，成为该领域的第1。

目前，Fujikura实际可实现570A电流、820m Y系超导带材的制造[3]。

F u j i k u r a
采用离子束辅助沉积法（I B A D），通过对中间缓冲层的晶体取向进行控制，从而改变超导层的晶格取向，得到性能优异的超导带材。

Fujikura在2012年启动了5年经营计划，把超导事
业化作为今后事业发展战略的重要部分，在提高成品率、扩大产量、降低成本、扩大外销的同时，还积极参与到超导电缆和超导变压器的研发。

4. 古河电气工业株式会社
从1963年开始，古河电气工业株式会社（以下简称“古河电工”）就在低温金属超导材料和氧化物超导材料2方面同时着手进行研究。

1968年，铌钛合金（N b T i）和铌三锡（N b3S n）超导线材实现了产业化，并向医疗部门、工业部门（单晶拉制设备用）、科研院所（加速器用）和能源部门（如核聚变用）提供了金属超导线材[4]。

在金属超导带材方面，古河电工一直处于领先地位，在世界也可排至前5名。

20世纪80年代，高温氧化物超导材料被发现，古河电工迅速着手该领域的研究（最初主
要集中在B i系超导材料），并同时启动了超导电力电缆的应用研究。

现在，古河电工不仅实
现了超导储能装置用的Y系超导带材的销售，还积极参与智能电网和可再生能源等关键设备的
研究和发展工作，如超导电缆和超导电流限制器。

2011年10月，古河电气与飞利浦集团签订协议，收购其旗下SuperPower公司。

SuperPower公司总部设在美国纽约州，是第2代（2G）高温超导带材的制造商和供应商，在美国、欧洲和世界其他地区约有130多个客户。

目前，SuperPower是有能力量产、并为客户提供
2G高温超导带材2大制造公司之一。

古河电工自身在超导电缆和其他超导应用装置方面具有技
术优势，S u p e r P owe r在超导带材生产上具有技术优势。

此次收购，可将二者的优势紧
密结合，扩大了产品的范围。

预计到2016年，古河电气可实现销售收入1亿美元。

目前，古河电气已成为世界上唯一既能生产金属超导带材又能生产高温超导带材的生产商。

5. 日立电线株式会社
日立电线株式会社（以下简称“日立电线”）于1965年开始生产超导材料，是日本最早进行超导研究开发的企业之一。

日立电线在20世纪60年代为磁悬浮工程供应过超导带材，在20
世纪70年代参加了国际原子能机构组织的超导线圈的研究开发项目，在国内外都进行了高水平的研发工作。

日立电线主要产品为N b T i和N b3S n超导带材，主要应用于MR（I 磁共振医
疗检测设备）以及NMR（核磁共振）设备，此外该公司超导带材还应用于科学研究等，如国际
热核聚变实验堆计划（International ThermonuclearExperimental Reactor，ITER）和大型加速器研究等项目（2004年日立电线向中国科学院高能物理研究所供应用于加速器的超导电线）。

日立电线超导带材的制作方法为：将铌坯插入铜质多孔管中，拉伸以后热处理，然后将半成品集合在一起再次装管、挤压和拉拔，反复多次，最后经热处理得到多芯复合结构的超导线材。

该公司采用静水压原理对带材进行挤压，静水压的特点是用油作为媒介，能够将压力全方位地进行传递。

由于与放入坯棒的容器以及挤出部没有直接的接触，所以能做到非常均匀的加工，有助于提高超导线材的临界电流值。

日立电线现正加大下一代金属超导线材的开发力度，争取获得法国大型强子对撞机（La r g e Ha d r o nCollider，简称LHC）的订单。

6. 昭和电线电缆系统株式会社昭和电线电缆系统株式会社（SWC C）于1970年开始对金属系超导带材进行研究，1988年设立了高温氧化物超导材料研究部门，对B i系和Y系超导带材展开开发。

1999年，SWCC参加了日本新能源产业的技术综合开发机构的《超导应用基础技术研究开发》项目。

以此为契机，SWC C成立了专攻Y系超导材料的研发体制，并随后放弃了对金属系超导材料的研究。

SWC C以三氟乙酸盐为前驱体，采用浸涂法，经多次热处理在金属基板上形成超导层，该法的特点是成本低、适合大批量制备。

2010年，SW C C与Fu j i k u ra共同组建了开发项目组，引进了大型的带材制造设备，拟确立千米级超导带材的生产技术和体制。

在应用开发方面，SWC C先后为MRI和磁悬浮列车等设备上的超导磁体供应超导带材。

目前，SWCC正进行100m超导电缆的研究[5]。

二、国内公司
1. 北京英纳超导技术有限公司
2 0 0 4 年7 月，中国第1 组“
3 相33.5m -35k V -2k A实用型超导电缆系统”在云南普吉变电站成功并网运行[6]，使得北京英纳超导技术有限公司（以下简称“北京英纳”）成为世界瞩目的企业。

北京英纳主要专注于B i系超导带材的开发，2001年12月就建成了年产200k m的B i系超导带材生产线，产品性能达到国际领先水平。

北京英纳采用粉末套管法制备Bi系超导带材，工艺和S E I的工艺类似：经配比的前驱体粉末，装入金属管内拉拔、截断后，再次拉拔、轧制，最后经热处理得到成品带材。

北京英纳除了开展Bi系带材的生产外，也积极参与超导技术实用化项目：在磁体技术方面对外承接了多项高温超导磁体项目；在高温超导电流引线方面，正在进行15kA高温超导电流引线的研制工作，并已能提供部分高温超导电流引线产品；同时，开发了适用于物理教学和实验教学用的高温超导教学仪器、演示仪器等。

2. 西部超导材料科技有限公司
西部超导材料科技有限公司（以下简称“西部超导”）成立于2003年，以西北有色研究院西部超导公司为支撑，从事N b T i、N b3S n低超导材料和Y系与B i系高温超导及二硼化镁（M g B2）新型超导材料等研究。

目前，公司已实现NbTi、Nb3Sn低温超导线材的量产，年产量约400t。

2010年，西部超导开始向I T E R组织供应极向场线圈导体、馈线与校正场线圈导体用超导带材[7]，成为I T E R组织在中国唯一的超导带材供应商。

3. 国内其他公司
国内也很多公司正将超导技术作为未来发展的战略，详见表1所示。

三、结语
超导现象的发现已有百余年。

从实验室研发到示范线运行，从低温超导材料到高温超导材料，从带材短样到长尺化，从单一的材料开发到多样化材料的开发，超导技术以其独特的性能
和广阔的应用前景，吸引了无数的科研工作者。

经过多年的努力，我国在超导领域发展迅速，先后建立了云南普吉超导电缆示范线和甘肃
白银超导变电站。

但是，和国外发达国家的超导技术相比，我国仍有较大的差距，主要有2点：①美国和日本均已经实现了Y系超导长带的批量化生产，有的国家已经在进行“第3代”超导
材料的开发，而我国刚实现百米级Y系超导带材的研发和量产尚需时日；②和发达国家相比，
我国的企业的参与度较低。

日本的很多企业都参与了超导技术的研究，有了深厚的技术积累；
而我国的超导研究主要集中在高校或科研院所，高校或科研院所取得了一定的成果后，企业才
会参与后续的开发，参与热情不够。

总之，推进我国超导技术的实用化，还需政府的大力支持，企业的高度参与和科研工作者
的不断努力。

10.3969/j.issn.1008-892X.2013.01.008
参考文献
[1] Naoki A,Masashi K,Kouhei Y,et al.Achievement of High-Temperature Superconducting Wire with Critical CurrentExceeding 200 A[J].SEI Technical
Review,2006,12(63):58-64.
[2] Yuichi Y,Masaharu M, Ken-ichi S.Examples and Future Prospects of High-Temperature Superconductor Products[J].SEI Technical Review,2007,65:51-59.
[3] Yuh S,Masateru Y,Yuji T.Future prospects of high Tc supercon-ductors-coated conductors and their applications[J].Physica C:Superconductivity,2012,In Press.
[4] Arata N,Takao T,Shigehiro N,et al.Study on neutron irradiation effect of superconductors and installation of 15.5 Tmagnet in hot laboratory at IMR in Tohoku University[J].Journal of Nuclear Materials,2011,417(1-3):842-845.
[5] YagiM,Mukoyama S,Amemiya N,et al.Progress of 275kV-3kA YBCO HTS
cable[J].Physica C:Superconductivit y ,2011,471(21-22):1274-1278.
[6] 信赢，龚伟志，王洋，等.多层导体超导电缆的交流输电特性[J].低温物理学报，2005，27(5)：1121-1128.
[7] 李建峰，张平祥，刘向宏，等.ITER用NbTi超导线材微观组织及性能[J].2009，
38(2)：263-265.。