KR0151833B1 - 고온 초전도 선재 피복용 은합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말 장입법(Power-in-Tube)에 의해 제조된 고온 초전도체 선재의 기계적 성질 및 전기적 특성을 향상시킨 고온 초전도 선재 피복용 은 합금에 관한 것으로 보다 상세하게는 Ag-Mg-Au, Ag-Mg-Pd, Ag-Mg계 은 합금 피복 재료에 관한 것 이다.

본 발명의 목적은 고온초전도 선재 피복용 은합금은 원자%로 Au : 0.1∼20%, Mg : 0.001∼20%, 잔부 Ag로 조성되는 것과, Pb : 0.1∼20%, Mg : 0.001∼20%, 잔부 Ag로 조성되는 것과 Mg : 0.001∼10%, 잔부 Ag로 조성되는 것을 특징으로 한다.

Description

고온 초전도 선재 피복용 은합금

제1도는 본 발명의 은합급 피복재(Ag-Au-Mg, Ag-Pb-Mg계)의 압출후 성형된 은합금 튜브(Tube)의 외관 사진도,

제2도는 본 발명의 은합금 피복재료로 제조된 고온초전도 BSCCO-2223장선재의 외관사진도,

제3도는 본 발명의 은합금 피복재료(Ag-Au-Mg, Ag-Pb-Mg, Ag-Mg계)와 기존의 은 피복재료의 온도에 따른 비저항도(Resistivity) 측정결과를 나타낸 그래프도,

제4도는 기존의 은 피복재료(B)와 본 발명의 은합금 피복재료(A)를 사용하여 만든 고온 초전도 Bi_1.8Pb_0.4Sr₂Ca_2.2Cu₃O_Z선재의 피복재료와 세라믹 초전도코어(Core)의 계면(Interface) 비교미세조직 사진이다

본 발명은 분말 장입법(Powder-in-Tube)에 의해 제조된 고온 초전도체 선재의 기계적 성질 및 전기적 특성을 향상시킨 고온 초전도 선재 피복용 은합금에 관한 것이다.

1987년 처음으로 Y-Ba-Cu-O 계에서 임게온도가 95K인 구리산화물계 고온 초전도체가 발견되었는데 이의 중요한 의미는 임계온도가 액체헬륨의 온도영역에서 액체질소의 온도영역인 77K 이상에 도달하여 초전도체의 실용화에 커다란 전기를 마련하게 되었다는데 있다.

그후 임계온도가 각각 120K, 125K 정도인 Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)계, TI-Ba-Ca-Cu-O(TBCCO)계 등이 발견되어 고온 초전도체 연구가 전세계적으로 활발하게 진행되었으며, 이와 병행하여 실용화의 측면에서 고온 초전도 선재 개발을 위한 연구에 박차를 가하고 있다.

현재 대규모 응용에 활용되어질 수 있는 고온 초전도 장선재로서BSCCO계 및 TBCCO계가 조직(Texture)형성 용이, 가공성 및 높은 임계전류값 등의 측면에서 유력시되고 있다.

이와 같은 고온 초전도 BSCCO-2223 및 TBCCO-1223 장선재 제조시 초전도상과 반응하지 않는 순수 은(Ag) 금속을 선재의 피복재료로 사용해 왔다.

그러나 순수 은금속의 특성상 많은 문제점이 제기되었는데, 고온 초전도선재를 기계적 가공시 특히 압연시 발생되는 세마릭 초전도 코어와 피복재 금속인 은의 불균일한 계면(Interface)의 분포가 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다.

이런 불균일한 계면의 분포가 가속화되어 심한 경우에는 선재안의 초전도코어가 단락되는 현상이 나타나기도 한다.

이러한 문제는 피복재 금속인 은의 연화로부터 기인한 것으로 생각되어지고, 특히 연화되어진 은피복 초전도선재를 200㎛ 이하로 재압연시 연화된 은과 층진밀도가와 경도가 높은 초전도 코어의 소성변형성의 차이에 의해서 가속화 된다.

또한, 고온 초전도 선재로 자석을 개발하여 사용할 경우 로렌츠의 힘(Lorentz Force)에 의해 선재가 큰 손상을 입을 수 있는데 예를 들면 23T 하에서 마그네트에 발생되는 로렌츠의 힘은 2300㎏/㎤ 정도가 되어 기존의 피복재인 은으로는 견딜수가 없어 강도가 큰 피복재가 요구되고 있다.

이외에 한류계나 동력 공급 송전선 등에 사용될 선재의 피복재는 응답시간 및 와류손실을 줄이기 위하여 비저항도가 높아야하고 커렌트 리드(Current Lead)용에 사용될 선재의 피복재는 액체헬륨의 증발을 최소화 하기 위해서 열전도도가 낮아야만 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 경도 및 비저항도를 5배 이상 높여서 선재의 불균일한 계면의 분포, 와류손실 및 한류계등에서의 응답시간 등의 문제를 최소화시키기 위한 은합금 피복재료를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 Au, Pd, Mg 등을 소량 첨가하여 기계적 및 전기적 특성을 향상시킨 새로운 은합금 피복재료를 제공한다.

상기 은합금은 원자% Au : 0.1∼20%, Mg : 0.001∼20%, 잔부 Ag로 조성된Au-Mg-Ag계와, 원자%로 Pd : 0.1∼20%, Mg : 0.001∼20%, 잔부 Ag로 조성된 Pd-Mg-Ag계와 원자%로 Mg : 0.001∼10%, 잔부 Ag로 조성된 Mg-Ag계로 이루어 진다.

이하 본 발명의 수치한정의 이유에 대하여 설명한다.

먼저 Au-Mg-Ag계 은합금에서 원자%로 Au를 0.1∼20%로 한정하는 이유는 합금제조시 Au와 Ag는 전율고용체를 형성하여 Au를 20%를 초과하여 첨가시 합금의 용융점을 상승시키고 비저항도를 크게 증가시킬 우려가 있고, 경제적인 측면에서 Au값이 상당히 비싸기 때문이다.

그리고, 원자%로 Mg를 0.001∼20%로 한정하는 이유는 합금제조시 Mg을 첨가하면 Ag와 분산강화형 합금을 형성해서 Mg를 20원자% 초과하여 첨가시 합금의 경도 및 강도를 너무 증가시켜 가공성을 나쁘게 할 수 있고, Au-Mg-Ag 합금을 공기중에서 열처리시 Mg이 MgO로 내부산화되어 Mg의 과다첨가시 합금체의 취성이 강해지기 때문이다.

한편, Pd-Mg-Ag계 합금에서 Pd을 0.1∼20%원자%로 한정하는 이유는 합금제조시 Pd과 Ag는 전율고용체를 형성하여 Pd을 20원자% 초과하여 첨가시 합금의 용융점을 상승시키고 비저항도를 크게 증가시킬 우려가 있고, 경제적인 측면에서 Pd의 값이 상당히 비싸기 때문이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

표 1의 성분조성을 갖도록 원소를 칭량한 후 고주파 전기유도로를 사용하여 1200℃에서 용융후 서냉하여 만들어진 합금을 마쯔자와 세이키(Matsuzawa Seiki) DMH-1 경도 측정기를 사용하여 경도를 측정하였으며, 측정조건은 무게 50g으로 20초 동안을 유지하였고, 비저항도의 측정은 4단자법을 사용하여 500mA 전류를 흘렸을 때 액체질소 온도인 77K와 상온인 298K에서의 전압을 측정하여 값을 얻었으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에서 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 은합금이 종래 예보다 경도 및 비저항도가 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 제1도에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 은합금 피복재료 (Ag-Au-Mg, Ag-Pd-Mg계)를 압출후 성형한 튜브의 외관사진에서 보여지듯이 성형성에 아무런 문제가 없음을 알 수 있고, 제2도와 같이 본 발명에 의한 은합금 피복재료로 피복된 고온 초전도 BSCCO-2223 장선재의 외관사진에서 보여지듯이 기계 가공성 등에도 문제가 없음을 알 수 있다.

그리고, 제3도에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 은합금 피복재료와 종래 피복재료의온도에 따른 비저항도(Resistivity) 측정시, 본 발명에 의해 첨가되는 Au나 Pd가 Ag와 전율고용체를 형성하여 비저항도가 급격히 상승함을 알 수 있고, Mg만 첨가시 은 내부에 미세 MgO로 존재하여 비저항도 증가에는 영향을 미치지 못하지만 분산강화를 유발하여 표 1에서 볼 수 있듯이 경도를 증가시키는 것으로 나타났다.

상기와 같은 피복재의 비저항도의 급격한 증가는 초전도 선재의 와류손실 및 한류계 등에서의 응답시간 등의 문제를 최소화시킬 것으로 기대된다.

한편, 제4도에 나타난 바와 같이 종래 피복재료(b)와 본 발명에 의한 은합금 피복재료(a)를 사용하여 만든 고온 초전도 BiPbSrCaCuO선재의 피복재와 세라믹 초전도코어사이의 계면 미세조직 사진을 비교해 보면, 피복재료의 경도 증가에 의해 뚜렷히 계면분포가 향상되었음을 알 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 은합금은 고온 초전도 피복용으로 사용할 때 경도 및 비저항도가 기존의 순 은금속보다 우수할 뿐 아니라 성형가공성도 아무런 문제가 없는 유용한 합금이다.

Claims (3)

1. 원자%로 Au : 0.1∼20%, Mg : 0.001∼20%, 잔부 Ag로 조성되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 피복용 은합금.
2. 원자%로 Pb : 0.1∼20%, Mg : 0.001∼20%, 잔부 Ag로 조성되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 피복용 은합금.
3. 원자 %로 Mg : 0.001∼10%, 잔부 Ag로 조성되는 것을 특징으로 하는 고온 초전도 선재 피복용 은합금.