ФГУП Всероссийский НИИ неорганических материалов им. академика А.А. Бочвара
ФГУП ВНИИНМ

123060, г. Москва, а/я 369
Тел.: (095) 190-82-14
Факс: (095) 196-67-01
E-mail:vniinm.400@g23.relcom.ru

ВНИИНМ создан в 1945 году для решения материаловедческих и технологических проблем в области атомной техники. Институт выполняет исследования по ряду важнейших научно-технических федеральных, отраслевых и межотраслевых государственных программ, является головным разработчиком по 20 научно-техническим проблемам, а также участвует в решении 40 проблем, закрепленных за Министерством РФ по атомной энергии.

Одним из основных направлений деятельности института является разработка технологий сверхпроводящих материалов. Работы в области сверхпроводимости ведутся с 1961 года. Более 30 лет ВНИИНМ разрабатывает и изготавливает многоволоконные технические сверхпроводники на основе Nb-Ti сплавов и интерметаллического соединения Nb3Sn. С 1986 года в институте проводятся исследования и разработки длинномерных сильноточных сверхпроводников на основе высокотемпературных оксидных соединений. Институту присвоен статус головной организации по технологиям сверхпроводников в МАЭ РФ.

Исследования сверхпроводящих материалов и разработка технологий их получения проводятся в отделении технологии и материаловедения перспективных материалов атомной техники. В этом отделении работают высокопрофессиональные специалисты, из них 150 человек заняты разработкой конструкций и режимов получения технических сверхпроводников (36 инженеров, 45 научных работников, 11 кандидатов и докторов наук). Научные исследования и выпуск опытных партий сверхпроводников проводятся на мировом уровне. Достаточно мощная производственная база института с оборудова-нием промышленного масштаба позволяет в настоящее время производить широкую номенклатуру сверхпроводящих изделий в объемах ~2 тонн в год (с учетом тесной кооперации с предприятиями отрасли до 5 тонн в год и более). Собственная криогенная база института и разработанные здесь методики пооперационного контроля качества материалов обеспечивают выпуск сертифицированной продукции.

АДМИНИСТРАЦИЯ

Ватулин Александр Викторович, д.т.н., генеральный директор
Тел. (095) 190 82 97

Шиков Александр Константинович, д.т.н., заместитель генерального директора, директор отделения
Тел. (095) 190 82 14

Никулин Анатолий Дмитриевич, д.т.н., главный научный сотрудник, помощник директора
Тел. (095) 190 82 85

Панцырный Виктор Иванович, к.т.н., заместитель директора отделения
Тел. (095) 190 82 50

ВЕДУЩИЕ СПЕЦИАЛИСТЫ

Отделение технологии и материаловедения перспективных материалов атомной техники

Лаборатория технологии сверхпроводников на основе интерметаллических и оксидных соединений

Воробьева Александра Евгеньевна, к.т.н., начальник лаборатории
Тел. (095) 190-82-35

Акимов Игорь Иванович, с.н.с.
Тел. (095) 190-84-93

Дергунова Е.А., к.т.н., с.н.с.
Тел. (095) 190-80-81

Давыдов И.И., с.н.с.
Тел. (095) 190-89-79

Козленкова Н.И., к.т.н., с.н.с.
Тел. (095) 190-84-53

Лаборатория технологии ниобий-титановых сверхпроводников и тугоплавких металлов

Ведерников Геннадий Петрович, начальник лаборатории
Тел. (095) 190-83-16

Губкин Игорь Николаевич, к.т.н., с.н.с.
Тел. (095) 190-88-22

Потанина Людмила Владимировна, начальник группы, с.н.с.
Тел. (095) 190-88-22

КООПЕРАЦИИ

VNIINM.jpg (285830 bytes)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА ВНИИНМ

Включает следующие участки:

литейный участок, который укомплектован электронно-лучевыми, дуговыми и индукционными печами для выплавки слитков тугоплавких металлов и сплавов на их основе, а также цветных металлов и сплавов на их основе диаметром до 180 мм;

прессовый участок, включающий набор прессового оборудования для выдавливания заготовок тугоплавких металлов, композитных материалов и цветных металлов диаметром от 37 до 180 мм;

волочильный участок, включающий цепной волочильный стан и волочильные станы барабанного типа однократного и многократного волочения для холодной деформации прутков и проволоки в диапазоне диаметров от 40 до 0,3 мм;

участок скрутки сверхпроводящих проводов, оснащенный машинами для скрутки (твистирования) проводов от 0,5 до 1,5 мм;

термический участок, оснащенный оборудованием для отжига в вакууме или защитной среде композитных материалов в виде прутков, бухт и проволоки, намо-танной на катушку.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 5 ЛЕТ

Разработка конструкции, технологии изготовления и выпуск опытных партий NbTi сверхпроводников для полоидальных обмоток ИТЭР

Г.П. Ведерников, А.К. Шиков, Л.В. Потанина, Э.И. Плашкин, Е.В. Никуленков, И.Н. Губкин, Н.И. Салунин, В.Ю. Корпусов
- Physica C, 2001, 354, p.420-423

И.Н. Губкин
- ВАНТ, сер. Материаловедение и новые материалы, 2001, вып.1(58), с.36-45

Т.Т. Саттаров, И.Н. Губкин, Л.В. Потанина, Г.П. Ведерников, Э.И. Плашкин
- ВАНТ, сер. Материаловедение и новые материалы, 2001, вып.1(58), с.96-105

Л.В. Потанина, Г.П. Ведерников, А.К. Шиков, В.Ю. Корпусов, С.В. Щербаков, С.И. Новиков, М.С. Новиков
- Advances in Cryiogenic Engenering (Materials),Kluwer Academic/Plenum, 2000, 46B, p.939-946

Разработка конструкции, технологии и изготовление Nb3Sn сверхпроводников в количестве 1 т для обмоточного провода катушки-вставки по программе ИТЭР

А.К. Шиков, А.Г. Силаев, А.Е. Воробьева, В.И. Панцырный
1. J. Nucl. Mater. 1998, 258-263, pp. 1929-1934
2. J. Nucl. Mater. 2000, 283-287, pp. 968-972

Разработка технологии и осуществление термообработки катушки - вставки по программе ИТЭР. Исследование влияния условий термообработки на критические свойства Nb3Sn проводников для ИТЭР

А.К. Шиков, А.Г. Силаев, А.Е. Воробьева, Е.А. Дергунова.
- Materials of MT-17 Conf., 2001, p.84

Разработка конструкций и технологии изготовления Nb3Sn сверхпроводников из крупногабаритных заготовок. Исследование влияния увеличения степени деформации на критические свойства и структуру Nb3Sn

А.К. Шиков, А.Г. Силаев, А.Е. Воробьева, Е.А. Дергунова
- MT-15 Proceeding part II, Science Press, 1998, pp. 1020-1023

Разработка конструкций и технологии изготовления перспективных Nb3Sn сверхпроводников для различных применений. Исследование взаимосвязи конструктивных особенностей Nb3Sn сверхпроводников и его критических характеристик

А.Е. Воробьева, А.К. Шиков, А.Г. Силаев, Е.А. Дергунова, С.В. Судьев
- IEEE Trans. Appl. Suppercond., 1999, 9, pp. 1441--1443,
- IEEE Trans. Appl. Supercond., 2001, 11, pp. 3588-3590
- IEEE Trans. Appl. Supercond., 2001, 11, pp.3591-3594

Разработка методик, оборудования и проведение исследований зависимости электрофизических характеристик Nb3Sn сверхпроводников от температуры и напряженности магнитного поля

Н.И. Козленкова, А.К. Шиков, В.И. Панцырный, А.Е. Воробьева

- Cryogenics, 2002, 42, pp. 279-285

Разработка основ технологии изготовления композиционных длинномерных (до 1000 м) многожильных ленточных, в том числе в керамической изоляции, и многослойных листовых (300 x 1000 мм) сверхпроводников на основе соединения Bi-2223

А.К. Шиков, A.Д. Никулин, И.И. Акимов и др.
- IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1997, 7, pp. 1323-1326

А.К. Шиков, И.И. Акимов, А.Е. Воробьёва и др.
- Сверхпроводимость: исследования и разработки, 2002, № 11, с 35-40

A.Д. Никулин, И.И. Акимов, Н.И. Козленкова и др.
- Institute of Physics Conference Series, Number 158, Applied Superconductivity, 1997, 2, pp. 1327-1330

Разработаны способ изготовления длинномерных композиционных проводников и технология изготовления монодоменных массивных материалов на основе керамики Y-123

А.К. Шиков, И.И. Акимов, Д.Н. Раков, Е.В. Котова, Ю.Н. Белотелова, О.В. Докман
- "Способ получения длинномерного провода с высокотемпературным сверхпроводящим покрытием". Патент РФ № 2148866

А.К. Шиков, И.И. Акимов, А.Е. Воробьёва и др.
- Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 2001, № 4, 76-80

С использованием разработанных по технологии НИИНМ материалов в содружестве с МАИ, РНЦ "КИ", ИФВЭ, ВНИИКП изготовлены и опробованы опытные образцы электротехнических устройств работающие при температуре жидкого азота: кабели, токоограничители, серии сверхпроводящих двигателей, токовводы.

А.К. Шиков, И.И. Акимов, А.Е. Воробьёва и др.
- Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 2001, № 4, с.76-80

КОММЕРЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ И РАЗРАБОТКИ, ИМЕЮЩИЕ ПРИКЛАДНОЙ ПОТЕНЦИАЛ

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Проводники СКНТ 0.82-42-0.25 (промышленное производство)
Отношение Cu:NbTi от 3:1 до 8:1
Диаметр волокна 25-60 мкм
Критический ток 700-2000 А (2 Тл; 4.2 К)

Область применения - медицинские ЯМР томографы

Сверхпроводник МКНОСЛ-0.8-7225 (используется в экспериментальных установках)
Отношение Сu /не Сu - 1.5
Диаметр волокна 3 мкм
Критическая плотность тока 575 А/мм2 (4.2К, 12Тл)
2182736 приоритет 13.03.00

Область применения - магнитные системы для термоядерных реакторов

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ - ЭЛЕКТРОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА
опытные образцы

Ленты Bi-2223/Ag (AgMgNi)
Сечение 0.3 x 3.5 мм2
Длина до 1000 м
Критическая плотность тока 40 кА/см2 (77К)
(критический ток 50 А)
2153724 приоритет 09.12.98

Листы Bi-2223/Ag
Толщина 0.1-1.0 мм
Площадь до 0.5 м2 Критическая плотность тока 40 кА/см2 (77 К)
2158977 приоритет 30.08.99

Однодменные образцы YBaCuO
Площадь 40 x 20 мм2
40 x 40 мм2 Толщина 18 мм
Диаметр 150 мм
Критическая плотность тока 150 А/мм2 (77К)
2182894 приоритет 27.05.02

ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Технологии изготовления многокомпонентных композиционных сверхпроводящих проволок в металлической матрице с металлическими и керамическими непрерывными волокнами большого и малого сечения
заготовки - диаметр от 20 до 300 мм
готовые проволоки - диаметр 0,1-3 мм
длина до 30 км

Область применения - электротехника, медицина

3 патента

Технологии получения прутковых и листовых материалов из труднодеформируемых и тугоплавких металлов и сплавов

Область применения - электротехника

ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОПЫТНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Технологии изготовления длинномерных гибких обмоточных проводников на основе ВТСП соединений
Рабочая температура 77К и ниже
Область применения - электротехника, транспорт, авиационно-космическая техника
Поданы заявки на 15 патентов РФ

Тонколистовые композиционные ВТСП материалы
Площадь листов до 1 м2
Критическая плотность тока до 40 кА/см2 /77К

Область применения - системы магнитного экранирования, электротехника, электроэнергетическая медицина, авиационно-космическая техника

3 патента РФ, 1 РСТ

РАЗРАБОТАННЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ И АППАРАТУРА

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ - ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЬ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Методики исследований электрофизических характеристик сверхпроводников (критического тока, температуры сверхпроводящего перехода, RRR) и высокоточные измерительные стенды
Интервал температур от 4.2 до 300 К
Магнитные поля до 12,5 Тл

Методика и аппаратура для вихретокового и ультразвукового контроля качества выпускаемой продукции - определение дефектов в поверхностном слое (1мм) композиционных прутков на стадии их изготовления
Разрешает дефекты диаметром от 0,2 мм, расположенные на глубине до 0,3 мм

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРИ РАЗРАБОТКАХ И ПРОИЗВОДСТВЕ

Методики контроля микроструктуры сверхпроводящих слоев, фазового состава и инородных включений
Определение толщины слоев до 1мкм, размеров зерен менее 1мкм

Автоматизированная универсальная установка для исследования сверхпроводников (АУУСП)

Измеряемые параметры сверхпроводников:
- критические токи до 1 кА (4,2К, 13 Тл)
- критические токи до 200 А (от 4.2 К до Тс; до 13 Тл)
- критические температуры (измерения на постоянном и переменном токах)

Погрешность измерения тока 1,5%

Чувствительность по напряжению 50 нВ

Точность определения температуры 0,1%

Автоматизированная установка для измерения сопротивления сверхпроводников и нормальных металлов в интервале температур от 4,2 К до 30 К, при 77К и 293К. (АУИССП)
Погрешность измерения параметра RRR 0.5%
Погрешность определения удельного сопротивления 2%

ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ

Программы управления экспериментом на установках АУУСП и АУИССП (опытное производство)

Область применения - управление экспериментом и обработка результатов

ВНИИНМ разрабатывает и производит сверхпроводящие материалы различных назначений.

Для магнитных систем, используемых в ускорителях, токамаках, сепараторах, крио-турбогенераторах, томографах, двигателях и генераторах переменного тока.

Многоволоконные проводники на основе NbTi и NbTiTa сплавов

  • круглые провода в матрицах из меди и медных сплавов (более 50 типоразмеров с диаметром в диапазоне 0,1-2,0 мм, с число волокон от 6 до 130000, длиной до 30 км);
  • провода прямоугольного сечения (от 7 до 28 мм2) с критическим током до 8000 А в магнитном поле 5 Тл; эти изделия выпускаются серийно или опытными партиями в зависимости от назначения.

Для магнитных систем установок термоядерного синтеза, криоэлектромашин и высокопольных магнитов

Композиционные проводники на основе Nb3Sn - провода диаметрами от 0, 5мм до 1,5 мм с числом волокон от 4000 до 44000 при диаметре от 1,0 до 3,5 мкм и конструктивной критической плотностью тока на сечение без стабилизирующей меди для Nb3Sn-проводников

  • до 1500 А/мм2 (8 Тл), до 800 А/мм2 (12 Тл) и до 400 А/мм2 (16 Тл) - по "бронзовой технологии"
  • свыше 2000 А/мм2 (в поле 12 Тл) - по "технологии с внутренним источником олова".

Для изготовления криогенных двигателей мощностью до 100кВт с азотным охлаждением

Объемные ВТСП изделия из высококачественных порошковых материалов собственного производства ВНИИНМ.

Провода, ленты и листы на основе висмутовых соединений в оболочках из серебра и сплавов на его основе с числом волокон до 1369 длиной до 1000 м и более (критическая плотность тока более 40000 А/см2 при температуре 77К в собственном магнитном поле). Разработан процесс нанесения ультратонких изолирующих покрытий на ВТСП провода.

На основе ВТСП материалов, изготовленных во ВНИИНМ, впервые в России разработаны, изготовлены и успешно испытаны криогенные двигатели различного типа мощ-ностью до 100 кВт, токовводы на ток до 1000 А, образцы сверхпроводящих кабелей, ограничителей тока и других электротехнических изделий.

Технические характеристики некоторых типов проводников
Nb-Ti

Марка Отношение Cu : Nb-Ti Диаметр волокна, мкм Критический ток, А
- для магнитных систем ускорителей
CКНТ 0.85-8910-0.42 1.4:1 5.5   >550 (5 Тл; 4.2 К)
- для МГД генераторов
СПНТ 4 x 7-3500-0.5 1:1 70 18000 (5 Тл;4.2 К)
- для медицинских ЯМР-томографов
СКНТ 0.82-42-0.25 от3:1 до 8:1 25-60 700-2000 (2 Тл; 4.2 К)
- для работы на переменных токах
СКНТ 0.2-49878-0.27 0.25:2.75:1.0

Cu:CuNi:NbTi

Cu:CuMn:NbTi 

0.5 50 (1 Тл;4.2 К)

 

Nb3Sn
Бронзовая технология
Марка сверхпроводника Стабилизация % об. Магнитное поле, Тл / Критический ток, А
8 12 14 16

МКНОСЛ-1.0-14641

25 550 355 270 185

МКНОС-1.5-44521

25 1350 720 400 160
МКНОС-4 4-14641 25 950 466 224 -

МКНОСЛ-0.8-7225

60 210 120 - -
МКНОСЛ-0,7-7851 56 - 130 - -

Технология с внутренним источником олова

МКНОЦИ С-1.0-1938 25 1000 405 230 125
МКНОЦИС 0.8-1938 25 800 390 290 160
МКНОРИОС-0,6-3673 27 - 427 - -

ВТСП

Тип ВТСП материала Размеры и конструкция Критическая плотность тока
(77 К, 0 Тл)
Ленты Bi-2223/Ag (AgMgNi) 0.3 x 3.5 мм2 длиной до 1000м до 40 кА/см2 (критический ток 50 А)
Листы Bi-2223/Ag толщина 0.1-1.0 мм
площадь до 0.5 м2
до 40 кА/см2
Однодоменные образцы YBaCuО 40 x 40 x 18 мм3 до 150 А/мм2

ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ РЫНОК ПРОДУКЦИИ

Общемировой объем выпуска разного рода сверхпроводников в настоящее время составляет 1800-2000 тонн в год, причем на долю низкотемпературных сверхпроводников на основе Nb-Ti сплава приходится более 80% ( в основном для ЯМР-томографов). По оценочному прогнозу к 2010 году рынок НТСП составит около 3000 т/год (3650 млн. долл. США), а рынок ВТСП возрастет с 50 млн. долл. США до 1600 млн. долл. к 2003 г. - более, чем в 30 раз.

По оценкам всемирного банка к 2020 г. рынок электротехнических устройств, основан-ных на использовании явления сверхпроводимости, составит 244 млрд. долл. США - за 20 лет возрастет более, чем на два порядка.