《磁共振成像仪用超导线材制备技术》

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该项目属于金属材料领域。高场超导MRI占全球每年超导材料90%的市场份额。高场超导MRI系统充分发挥了超导材料零电阻的优势,其核心是采用超导线材绕制的超导磁体,利用零电阻闭环运行超导磁体产生的零信噪比强磁场获得人体组织图像。但是要获得高精度人体组织图像、提高成像速度,超导MRI系统对磁场在空间(直径20cm球形空间内磁场均匀度优于10-6T)和随时间变化的均匀度(磁场均匀区间内磁场变化率小于10-8T/h)提出了超高精度要求,对超导线材的载流能力、均匀性、绝缘强度、性能批量稳定性及线材单根长度提出了苛刻的要求。相关批量化制造技术长期被发达国家垄断,导致我国超导MRI用线材基本处于完全依赖进口的局面,严重制约我国MRI普及和产业化的发展。如何获得MRI用高性能超导材料制备技术并实现规模应用,成为我国超导材料领域最前沿课题。经过十余年的努力,发明了常规液氦浸泡式MRI用高性能NbTi线材和新型制冷机直冷MRI用MgB2超导线材制备整套关键技术,建成了国际先进水平的生产线,完成了工程化试制并实现批量生产。主要技术发明如下:

(1)通过面向商用的超导低成本、高性能NbTi合金熔炼和锻造技术的优化,获得了MRI用大尺寸合金锭棒材制造技术,批量制备出低成本、高组织和成分均匀的NbTi合金。

(2)开发出导体设计、大铜超比MRI用NbTi复合超导线材塑性加工和热处理技术、Wire-in-Channel镶嵌线材制备技术,批量制备出不同铜比的MRI用NbTi超导线材,单根万米级MRI用NbTi多芯线材Jc大于3842A/mm2(4.2K,4T),获得相关技术标准并实现量产,形成线材500吨/年产能。

(3)发明了分步反应制备元素掺杂MgB2超导粉末的新技术,可以有效引入掺杂元素到MgB2晶格,实现高质量MgB2粉末的批量合成。

(4)采用非铁磁性的Nb合金与Cu复合包套材料完成了不同结构的Nb增强稳定化多芯MgB2线材导体设计与优化。对多芯MgB2线材粉末装管工艺(PIT)和热处理技术进行系统优化,获得了具有自主知识产权的MgB2千米级线材制备技术。采用原位PIT法制备的线材单根长度达到1520米,临界电流密度达到2.0×104A/cm2(25K,3T)。

该项目获发明专利授权27项,发表学术论文18篇,制定国家标准1项,填补了我国高性能MRI用超导线材批量化制备技术空白。由该领域张裕恒、张生勇、魏炳波等院士参加的成果评价或鉴定认为:“磁共振成像仪用铌钛超导线材制备技术项目整体技术达到了国际领先水平”,“二硼化镁线带材制备及超导磁共振成像系统开发研究项目总体技术达到国际先进水平,其中磁场强度指标达到国际领先水平”。项目已批量向GE、SIEMENS、宁波健信等国内外主要MRI制造企业提供超导线材,取得的技术还推广应用于我国超导加速器等领域,打破了长期以来我国超导线材依赖进口的状况,全面提升了我国超导材料制备技术的能力和水平,推动了我国超导材料科学及应用技术加速发展。

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