 |
 |
 |
 |
Opracowanie unikatowej w skali światowej technologii produkcji drutów nadprzewodzących na bazie MgB2 o zwielokrotnionej wielkości prądu krytycznego do zastosowań w obszarze elektroenergetyki
Akronim: Prosuprex
Konsorcjanci:
Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk "UNIPRESS" (Lider)
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Metali Nieżelaznych
Frako-Term Sp. z o.o.
Kierownik projektu (AGH): dr hab. inż. Artur Kawecki, prof. AGH
Termin realizacji projektu: 01.09.2019 - 30.06.2023
Całkowity koszt realizacji projektu: 7 944 968,66 zł
Wartość dofinansowanie: 7 018 328,66 zł
Dofinansowanie:
Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, Program Operacyjny Inteligentny Rozwój 2014-2020 Priorytet IV: ZWIĘKSZENIE POTENCJAŁU NAUKOWO-BADAWCZEGO Działanie 4.1: Badania naukowe i prace rozwojowe Poddziałanie 4.1.2 „Regionalne agendy naukowo-badawcze”
Celem projektu jest opracowanie nowej oryginalnej metody wytwarzania wielowarstwowych drutów z nadprzewodzącym rdzeniem wykonanym z kompozytu MgB2. Opracowana w ramach projektu technologia umożliwi wytwarzanie drutów o parametrach preferowanych dla pewnej grupy urządzeń elektroenergetycznych takich jak magazyny energii w polu magnetycznym (SMES - Superconducting Magnetic Energy Storage) oraz ograniczniki prądu zmiennego i stałego (SFLC - Superconducting Fault Current Limiter). Dotychczas stosuje się w takich aplikacjach druty nadprzewodzące wykonane głównie z NbTi i Nb3Sn (nadprzewodniki wysokotemperaturowe posiadają niewystarczającą zdolność do odkształceń plastycznych wymaganych podczas kształtowania elementów w/w urządzeń).
Wytworzone w efekcie projektu druty z nadprzewodzącą fazą MgB2 wykażą cały szereg walorów w porównaniu do alternatywnych rozwiązań, a mianowicie: podwyższona temperatura krytyczna wymagana do zainicjowania zjawiska nadprzewodnictwa (ok. 39K), bardzo wysoka gęstość prądu krytycznego powyżej 400 A/mm2 w polu magnetycznym 8 T w temperaturze 4,2 K, wysoki współczynnik krotności (tzw. n-factor) decydujący o kinetyce wyjścia ze stanu nadprzewodzącego, niska masa właściwa, kontrolowane własności mechaniczne, fizyczne i technologiczne (w szczególności odkształcalność) oraz, co równie ważne, niska cena materiałów wsadowych. W warunkach laboratoryjnych Wnioskodawcy osiągnęli zwielokrotnienie gęstości prądu krytycznego (dla 9 T zwielokrotnienie 10-krotne, osiągnięto jc ponad 600 A/mm2 w temperaturze 4 K) przy zastosowaniu metody ciśnieniowej syntezy. Planowane prace badawcze zmierzają do osiągnięcia podobnych parametrów w warunkach przemysłowych.
Opracowana w ramach projektu nowa technologia wytwarzania nadprzewodzących drutów wykonanych z wielomateriałowych drutów płaszczowych, wykorzystujących kompozyt MgB2 obejmuje następujące operacje: kontrola, preselekcja i przygotowanie materiałów wsadowych, mieszanie proszków metali, zintegrowany ciągły proces formowania drutu jednordzeniowego (kontrolowane dawkowanie mieszaniny proszków i zwijanie rury z taśmy metalicznej), przeróbka plastyczna na zimno wykorzystująca proces ciągnienia i/lub walcowania drutu jednordzeniowego, opcjonalne zabiegi międzyoperacyjnej obróbki cieplnej, proces wyżarzania wsadu wielordzeniowego, przeróbka plastyczna na zimno materiału wielordzeniowego, kontrolowana finalna obróbka cieplna drutu w warunkach wysokiego ciśnienia, izolowanie drutu wielordzeniowego, konfekcjonowanie wyrobu.
Integralną częścią nowej technologii wytwarzania wielowarstwowych drutów z nadprzewodzącym rdzeniem wykonanym z kompozytu MgB2 jest wypracowanie odpowiednich procedur i węzłów nadzorowania procesu i kontroli jakości na różnych etapach przetwarzania oraz związanych z tym oprzyrządowaniem i systemami pomiarowymi.
Wiele z wymienionych wyżej operacji technologicznych w odniesieniu do rozpatrywanej grupy materiałów to elementy oryginalne i innowacyjne. Ich synergia pozwala na otrzymanie drutów o parametrach technicznych nieosiągalnych dla dostępnych aktualnie na rynku komercyjnych rozwiązań technicznych. Szczególną rolę w tej kwestii odgrywa zastosowanie ciągłej i stacjonarnej metody syntezy drutu jednożyłowego gwarantującej ponadstandardową powtarzalność tolerancji wymiarowych i zespołu własności na długości, zastosowanie innowacyjnego podejścia w postaci pasywnej chemicznie warstwy separującej ex-situ, redukującej niekorzystne oddziaływania między proszkami rdzenia (in-situ) a powłoką oraz wykorzystanie energii sprężystej (ciśnienie) skojarzonej z podwyższoną temperaturą w końcowej obróbce cieplnej drutu.
Opracowana w ramach projektu technologia bazuje na koncepcji zapewniającej jak największą uniwersalność. Poprzez dobór odpowiednich proszków, rodzaju, kształtu i własności płaszcza, a także odpowiednich parametrów procesowych możliwe jest wytwarzanie drutów o różnych proporcjach udziału rdzenia nadprzewodzącego w przekroju całkowitym, drutów o różnych elektrycznych i mechanicznych własnościach finalnych, drutów o różnych przekrojach finalnych, drutów o różnej ilości rdzeni nadprzewodzących i inne.
Osiągnięcie założonych celów projektu wymaga realizacji interdyscyplinarnych i szeroko zakrojonych prac badawczych. Zapewnia to odpowiednia koncepcja realizacji projektu, na który składają się etapy realizowane przez poszczególnych konsorcjantów odpowiadające ich kompetencjom.