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凤凰网 创智汇|超导材料异军突起 “潘多拉星球”科幻或变为现实

发布时间:2018-10-29

凤凰网 创智汇|超导材料异军突起 “潘多拉星球”科幻或变为现实

来源:凤凰网陕西综合

 

作为电影《阿凡达》中勾画出一个梦幻奇特的“潘多拉星球”,人类不惜一切代价来到这个梦幻王国想要获得蕴藏在这里的一种神奇的室温超导矿石,它产生的强大磁场,让影片中的“哈利路亚山”悬浮起来,这便是超导的神奇力量!

究竟什么是超导材料?它真的有科幻电影里描绘的那么神奇吗?本期《创智汇》对话西部超导材料科技股份有限公司(以下简称:西部超导)副总经理李建峰博士、超导线材厂厂长刘建伟博士,为我们讲述我国超导材料如何走出一条前所未有的自主创新之路。

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超导材料为人类生活带来更多可能

2018年中美贸易战中,中国列出500亿美元征税清单作为反击,在清单中唯一一个工业制成品便是医疗用核磁共振成套系统,这正是我国超导产业水准的体现。李建峰介绍:“超导材料最大的特点是零电阻,通电后会产生很大的电流,用超导线材绕制而成的磁体磁场强,体积小,目前广泛应用于医疗用核磁共振成像仪,也是超导线材最成熟的应用领域。” 

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除此之外,超导材料独有的完全抗磁性特征应用于磁悬浮列车;量子隧道效应应用于量子干涉、电力传输等领域。超导材料是新材料产业的代表之一,在科学研究、能源、国防、交通等众多领域作用举足轻重,对我国战略发展具有重要意义。

谈及超导材料的优势,刘建伟说:“一百多年前,人类首次发现一些材料具有“超导现象”,电阻无限趋近于0。传统的输电系统有电阻、会发热,损耗非常大,电能有很大一部分都是在传输过程中损耗掉的,将超导材料用于电力传输,可以有效减少损耗。”但低温超导必须在液氦环境下才能产生超导特性,成本高、工艺复杂,就电力传输中如何解决这一问题,李建峰解答:“在实际应用中,采用‘芯材+制冷设备’的方式,即在电力传输系统外围加装液氮管线浸泡超导材料,外加一台制冷机循环运转,只需添加一次液氮循环使用即可。”这样既降低了成本,也减少了传输过程中的损耗。

十年磨剑填补国内空白 奋起直追做到国外先进 

十余年潜心磨剑,西部超导成为目前国内唯一实现超导线材商业化生产的企业、国际上唯一的铌钛铸锭、棒材、超导线材生产及超导磁体制造全流程企业,也是我国航空用钛合金棒丝材的主要研发生产基地。此前,我国超导材料原料几乎只能依靠进口,在材料进口中十分被动,甚至面临着关键材料的禁运与技术封锁,这样的局面让我国超导材料发展举步维艰。李建峰介绍:“正是在这样严峻的背景下,西部超导以自主创新为根本战略,以大型科学工程与市场需求为技术研发导向,长驱直入,一举打破了西方国家的垄断。”

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超导线生产的主要流程实质上是对有色金属的深加工,在组织和结构上的要求比一般有色金属高很多。生产过程中,需要将铜、铌钛、铌、锡合金、钽等原料从几十厘米加工到几微米,挑战每种原材料的加工极限;超导材料制备的工程化要求和质量控制要求都非常高,要保证在加工过程中所有组元均匀同步变形,才能获得合格的超导线材。“西部超导突破了上述多项技术瓶颈,取得了完全自主知识产权的关键技术,在结构设计、加工工艺和热处理工艺各方面,全面达到了国际先进水平。”刘建伟介绍道。

在谈及产业化过程中如何解决工艺难题时,李建峰回忆:“起初在超导线材的研发中,只知流程而不知具体参数,将数千根直径3毫米,长1米的六方芯棒排列整齐装入铜管中,技术难度非常高,技术人员集思广益,经历一个半月的时间终于获得成功。”

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在科技成果转化中,李建峰表示:“西部超导将实验室搬到了生产车间,传统实验室设备小易于控制,易突破性能的极限,但是成果不一定适应生产线上的实际应用;在生产线上研发费用高、不易控制,对工艺要求更高,但研发过程直接面对大型设备,研发成果重复性稳定性更好,更能满足市场的需求。”

“产学研”合一 加大研发投入壮大人才队伍

新技术的探索、新产品的研发是一家企业始终处于市场前端的基础和保障。据李建峰介绍,西部超导科研投入占销售收入年均比重高达10%,每年开设100多项课题,用高额的研发投入预先占领未来市场,无论是超导线材还是钛合金,西部超导都实行生产与研发并行的模式,即生产一代、研发一代、储备一代,不断淘汰旧产品、研发新产品。企业所销售的产品几乎都是3-5年前的课题成果,而且不断在更新换代。投入不单单是技术上的投入,还要注重生产管理投入和开拓市场,产品性价比不断提升,为客户带来优质服务的同时,不断用新材料、新技术引领客户需求。

谈及企业人才储备情况,李建峰介绍:“公司注重高层次人才队伍引进,拥有博士40余人,硕士160余人,本科及大专500余人。” 他还强调,企业的人才培养发展理念是:“优秀的博士善用笔,同时会用工具;优秀的技术工人善用工具,也会用笔。”几乎所有人员工作岗位都在一线车间,为产业化生产提供实时的技术服务,这一方面反映出企业在人才储备上的厚度,另一方面也体现出超导材料生产的基础水平和工艺难度。

另外,设立博士后科研工作站,与众多高校及科研院所合作培养人才,对博士后和企业都会双向选择,在人员培养上,使博士后完成从学生到工作岗位的缓冲,是适应期也是选择期。公司每年开设博士后研究课题,博士后帮助企业解决尖端技术问题,真正做到了“产学研”相结合,逐步实现了新材料创新人才的“优势聚集”。

军民融合服务国防 势如破竹引领未来

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高端钛合金材料广泛应用于航空航天、国防装备等领域;超导线材应用医疗、能源等领域;高温合金产品应用航空发动机、核电等领域。军民融合不断创新发展,正如企业宗旨而言:服务国家,造福人类。

谈及超导材料有无颠覆性的变化和未来新领域的应用时,李建峰表示:“目前的研发是根据市场需要和牵引,不断进行改进和创新;我个人认为,未来超导材料将被应用于磁悬浮列车、空间站、兵器、部分汽车行业、用于污水处理与探矿等众多领域,将全面融入未来人类生活。”

正如李建峰谈到的那样:“新材料是国家优先发展的战略性新兴产业。我很庆幸选择了新材料行业,有机会为此贡献自己的力量”自主创新还需再接再厉,攻坚克难任重而道远。