Kundenreferenzen
Excimer-Laser unterstützen die Serienfertigung von supraleitenden Drähten
Herausforderung
Die Nachfrage nach Hochtemperatur-Supraleiter-Drähten (HTS), die häufig auch als Bänder bezeichnet werden, steigt in den Bereichen Stromnetze (Kabel, Transformatoren und andere Komponenten) sowie Mess- und Regeltechnik (NMR-Spektrometer und MRT-Systeme) stetig an.Darüber hinaus wird für den Fall, dass Fusionsreaktoren in die Praxis umgesetzt werden, mit ziemlicher Sicherheit eine große Menge (Tausende von Kilometern) an HTS-Bändern benötigt, um die hohen Stromdichten zu bewältigen. Frühere HTS-Produktionsmethoden waren hinsichtlich der Massenproduktion und der Kosten eingeschränkt und konnten nur Drähte mit begrenzten Nennstromdichten herstellen. Faraday Factory Japan hat damit begonnen, ein Verfahren zur Massenproduktion von HTS für Hochfeldanwendungen zu entwickeln, das zudem kostengünstig ist.
Lösung
Sie wählten YBa₂Cu₃O₇ (YBCO) als supraleitendes Material, da es höhere Stromdichten bewältigen kann als andere HoTS-Materialien.Anschließend entwarfen sie ein mehrschichtiges Band (bestehend aus MgO- und YBCO-Schichten) auf einem dünnen, aber robusten Substrat aus Hastelloy. 2,4 μm gelten als optimale Dicke für die YBCO-Schicht. Das Team von Faraday Factory Japan entschied sich für den Einsatz des pulslasergestützten (PLD) zur Erzeugung der HTS-Schicht einzusetzen, da es sich hierbei um ein bewährtes stöchiometrisches Dünnschichtabscheidungsverfahren handelt (was auch bedeutet, dass die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials in der abgeschiedenen Schicht erhalten bleibt). Dies ist für Hochfeldanwendungen von entscheidender Bedeutung, da Faraday Factory Japan beschlossen hat, das YBCO-Target mit einem Überschuss an Y₂O₃ zu beladen, um Defekte zu minimieren und die Stromdichte zu erhöhen.Dr. Sergey Lee, CEO von Faraday Factory Japan,Coherent mehrere Gründe für die Wahl desCoherent LEAP Excimerlasers alsPLD-Quelle. „LEAP bietet eine einzigartige Kombination aus hoher Pulsenergie (1 Joule) und einer Wiederholfrequenz von 300 Hz, was uns eine hohe Produktionsleistung ermöglicht. Darüber hinausLEAP eine nachweislich hohe industrielle Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb. Diese Kombination senkt die tatsächlichen Kosten pro Watt Laserleistung erheblich und ermöglicht die kostengünstige Massenproduktion von HTS-Draht.“
Ergebnisse
Mithilfe dieses kosteneffizienten Verfahrens hat Faraday Factory Japan kürzlich über 300 Kilometer HTS-Draht für den SPARC-Fusionsreaktor-Prototypen ausgeliefert. Dies ist die bislang größte Liefermenge eines HTS-Drahtlieferanten. Darüber hinaus haben unabhängige Tests gezeigt, dass der Draht unter Hochfeldbedingungen höhere Stromdichten bewältigen kann.
„LEAP hat die tatsächlichen Kosten pro Watt Laserleistung deutlich gesenkt und damit Faraday Factory Japan dabei unterstützt, HTS-Drähte kostengünstig und in großen Stückzahlen herzustellen.“
— Dr. Sergey Lee, Geschäftsführer von Faraday Factory Japan, Sagamihara, Japan
Abb. 1:Faraday Factory Japan hat ein Verfahren zur kostengünstigen Massenproduktion von Hochtemperatur-Supraleiterdraht (HTS) für Hochfeldanwendungen entwickelt.