KR100676958B1 - Nb3Sn계 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금과 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주형의 중심부에 순수한 동봉을 배치한 후 Cu 또는 Ti가 첨가된 Sn 용탕을 주입하여 SnTi 입자의 조대화가 방지되도록 한, Nb3Sn계 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금과 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 Sn계 합금은, 중앙부의 동봉 외주면에, Ti 0.1∼6wt% 또는 Cu 0.1∼6wt% 중의 적어도 어느 하나를 함유하며 잔부의 Sn 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 Sn계 합금이 주조에 의해 결합되며, Sn을 용해하는 단계와; Cu 또는 Ti 중의 하나를 0.1∼6wt% 투입 혼합하는 단계와; 금속 주형의 바닥 중앙부에 동봉을 직립 설치하는 단계와; Sn 용탕을 주입하는 단계를 통하여 제조되고, 상기 동봉의 직경을 주형 내경의 2∼15%로 함에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

초전도체, 반자성, 전구체, 임계전류, 임계전류밀도

Description

Nb3Sn계 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금과 그 제조 방법{Sn based alloy for the precursor of Nb3Sn superconducting wire, and the manufacturing method of the same}

도 1은 초전도 선재용 서브엘레멘트의 단면도.

도 2는 초전도 선재용 전구체 다수가 밀집된 결합된 복합로드를 보인 것으로,

(가)는 서브엘레먼트를 원봉형으로 인발한 전구체가 결합된 복합로드의 단면도이고,

(나)는 서브엘레먼트를 육각로드형으로 인발한 전구체가 결합된 복합로드의 단면도이다.

도 3은 본 발명 방법에 사용된 일실시예 주형의 사시도.

도 4는 심금이 없는 종래의 통상적 주조 방법에 의해 제조된 Sn계 합금 조직 사진.

도 5는 본 발명 방법에 의한 Sn계 합금 조직 사진.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

10. 서브엘레멘트 11. 동 기지금속

12. Nb 필라멘트 13. Sn(또는 Sn계 합금)

21. 동 튜브 22. 전구체

23. 스페이서 31. 주형

32. 동봉

본 발명은 Nb₃Sn계 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금과 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 내부확산법으로 제조되는 Nb₃Sn계 초전도 선재의 전구체로 사용되는 Sn계 합금을 주조할 때 Sn 용탕에 Ti를 소량 첨가하여 연질의 Sn이 가지고 있는 가공성의 문제가 해결되도록 하되, 주형의 중심부에 순수한 동봉(銅棒, 心金, 코어)을 배치한 후 Ti가 첨가된 Sn 용탕을 주입함으로써, 주조된 Sn계 합금조직 내에 생성되는 금속간화합물인 SnTi 입자의 조대화가 방지되도록 하는, Nb₃Sn계 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금과 그 제조 방법에 관한 것이다.

초전도 현상이란 전류에 대한 저항이 없어져 물질 재료 내부에서 전자들의 충돌에 의해 발생되는 저항으로 인한 열손실이 사라지는 현상으로써, 많은 금속들의 경우 액체헬륨온도와 액체질소온도범위인 -265℃에서 -196℃ 부근의 낮은 온도에서 갑자기 저항이 '0'이 되는 바, 이때의 물질을 초전도체라 하며, 초전도 현상이 일어나는 온도를 '임계온도'라 한다.

상기와 같은 초전도 현상이 나타나게 되는 초전도체의 가장 중요한 특징은, 전류의 흐름을 방해하는 전기 저항이 없는 무저항체라는 점과, 자기장을 통과시키지 않는 반자성체라는 점이다.

일반적으로 모든 물질은, 외부 자기장의 방향으로 배열되면서 전체적으로 자석에 끌리게 되는 분자 자석들로 이루어지며, 이러한 분자 자석들이 자기장 방향으로 배열되는 효과가 매우 약하여 일상 생활 속에서는 자석에 끌리게 되는 현상이 거의 관찰되지 않는 일반적인 물질들을 상자성체라 하고, 상기와 같은 특성이 강하여 자석에 잘 끌리는 물질 즉, 철과 같은 물질을 강자성체라 한다.

그러나, 반자성체는 상기의 분자 자석들이 없기 때문에 그 내부의 전자가, 외부 자기장에 대하여 전자기 유도에 의한 유도 전류를 발생시키게 되고, 이 유도 전류가 외부 자기장을 차단함으로써 자석에게 밀리는 방향으로 힘을 받게 된다.

즉, 초전도체는 전기 저항이 '0'일 뿐만 아니라, 상기의 반자성 특성이 매우 강하여 외부 자기장을 완전히 차단함으로써 물체 내부의 자기장도 '0'이 되는 물질로서, 초전도체를 코일로 사용하는 경우에는 저항열손실이 없기 때문에 작은 전류로도 매우 강한 자기장을 형성시킬 수 있는 전자석을 만들 수 있을 뿐 아니라, 반자성체인 초전도체 위에 자석을 위치시키게 되면 자석의 자기장이 초전도체를 통과하지 못하고 배척됨으로써 자석을 부상시킬 수 있는 효과를 얻을 수도 있다.

상기와 같이 전기저항이 없는 동시에 반자성 특성을 갖는 초전도 물질은, 고온초전도체와 저온초전도체로 구분될 수 있는 바, 전자는 액체질소 온도(77K) 부근에서, 후자는 액체헬륨 온도(4K) 부근에서 초전도 현상이 일어나는 물질로서, 이와 같은 초전도 물질은 금속, 유기물, 세라믹, 화합물 등에서 1천종 이상이 발견되었 으며, 금속계 초전도 물질인 Nb-Ti 합금, 화합물계 초전도 물질인 Nb₃Sn, Nb₃Al 등 5∼6종 정도가 현재 실용화되어 사용되고 있다.

그리고, 상기의 초전도 선재를 코일 형태로 권취하여 대전류를 흘림으로써 강력한 자기장을 발생시키는 초전도 자석이 현재 이용되고 있으며, 향후 활발한 응용이 기대되고 있는 장치로는, 자기부상열차, 핵융합로, 입자가속기, 의료용 자기영상진단장치(MRI), 각종 물성분석장치로 사용되는 핵자기공명장치(NMR), 단백질물질분석장치(FT-ICR), 입자가속기, 자기부상열차 및 핵융합로의 토카막장치 등을 들수 있으며, 이러한 분야에 이용되는 초전도 마그넷의 대표적인 초전도 재료로는, Nb₃Sn 화합물계와 NbTi의 금속계 재료가 대표적인 바, 이하에서는 Nb₃Sn 화합물계에 대하여 살펴 보기로 한다.

상기 Nb₃Sn계 초전도 선재는 동 기지 내에 극세경의 Nb₃Sn 필라멘트 다수가 배열된 구조로서, 이를 제조하는 방법으로는 내부확산법, 브론즈법, 젤리롤법, 분말법, 외부확산법 등이 알려져 있다.

Nb3Sn계 초전도 선재는, 도 1에 도시된 바와 같이, 동(銅)을 기지로 한 금속(11) 내부에 Nb 필라멘트(12)를 적절한 위치에 배치 삽입하여 압출한 압출재의 중앙부에 구멍을 뚫은 후 그 구멍에 Sn 또는 Sn계 합금(13)을 삽입한 상태에서 인발가공을 반복 실시한 전구체를 열처리함으로써, 전구체 내부에 삽입된 상기 Nb 필라멘트(12)와 Sn 또는 Sn계 합금(13)의 상호 확산 반응에 의하여 Nb 필라멘트(12)를 중심으로 그 외주면 부위에 초전도 물질인 Nb₃Sn 화합물이 형성되도록 하는 내부확 산법에 의해 주로 제조되어 왔다.

설명의 편의를 위하여, 상기와 같이, 동기지 금속에 다수의 구멍을 뚫어 Nb 필라멘트를 삽입한 상태에서 여러 공정의 압출에 의해 소정 직경의 분재(棒材)로 만들고, 이 봉재의 중심부에 구멍을 뚫은 후 그 구멍에 Sn 또는 Sn계 합금을 코어로 삽입함으로써, 동 기지 금속 내에서 중앙부의 Sn 또는 Sn계 합금을 중심으로 그 주위에 다수의 Nb 필라멘트가 삽입 배열된 것을 '서브엘레멘트(10, sub-element)'라 하기로 한다.

즉, Nb₃Sn 초전도 선재는, Cu 와 Nb 필라멘트 및 Sn 선재를 조합하여 만들어진 서브엘레멘트(10) 한 본을 반복 인발 가공하여 한 본의 전구체로 만든 후 열처리하여 만들어질 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 동 튜브(21) 내부에 상기 서브엘레멘트(10)를 인발 가공한 전구체(22) 다수를 밀집 삽입한 상태에서 이를 반복 인발한 후 열처리함으로써, 다수의 동선이 밀집 삽입되어 있는 전선과 같이, 한 본의 동 튜브(21) 내부에 다수 본의 극세경 초전도 선재들이 밀집 배열된 초전도 선재 한 본으로 제조할 수도 있다.

이때, 상기 서브엘레멘트(10)는, 동 튜브(21) 내부에 다수가 삽입될 수 있도록 다양한 단면 형상의 전구체(22)로 인발되며, 동 튜브(21) 내부에 삽입된 다수 전구체 사이의 틈새를 없애기 위하여 전구체(22)와 전구체(22) 사이에는 Sn 또는 Sn계 합금이 스페이서(23)로서 삽입될 수도 있다.

상기와 같은 내부확산법으로 Nb₃Sn 초전도 선재를 제조하기 위한 서브엘레멘 트에 사용되는 Sn계 합금이 미국 특허 6,548,187호에 개시되어 있는 바, 이 Sn계 합금은, Ti가 5wt% 이하로 첨가되며 1300∼1500℃의 온도로 가열된 Sn 용탕을 주조하여 제조하되, Sn-Ti 화합물의 입자 크기 즉, 길이를 평균 5∼20㎛, 최대 30㎛ 이하로 조절하여 만들어진 것으로서, 상기의 Sn계 합금을 사용하여 제조된 Nb₃Sn 초전도 선재의 경우 임계전류밀도가 650A/㎟에서 750A/㎟까지 향상되었다는 보고가 있다.

그러나, 상기 Sn계 합금의 경우 SnTi 크기를 30㎛ 이하로 조절하기 위하여 용탕의 주입 온도를 과다하게 상승시키고 있는 바, 용탕의 온도가 높아짐에 따라 Ti의 산화가 촉진될 가능성이 상당히 높고, 그에 따라 Sn과 Ti의 용해 과정에서 불순물이 혼입되기 쉬울 뿐 아니라 제조 원가가 상승되는 등의 문제점들이 있다.

또한, 임계전류밀도를 향상시키기 위하여 Nb₃Sn 초전도 선재의 서브엘레멘트를 이루는 Cu기지 중에 삽입되는 Sn 봉재 및 Nb 봉재에 Ti를 각각 30at% 이하 및 0.1∼5at%씩 첨가하는 방법이 일본 공개특허공보 소62-174354호에 개시되어 있다.

그러나, 상기 방법의 경우, Ti가 Sn에 지나치게 많이 함유되면 Sn 봉재의 가공이 어려워 신선 가공 중 단선되기 쉽고, 초전도특성 향상에 그 만큼의 효과가 없을 뿐 아니라, 고가의 Ti 소모가 크기 때문에 경제적이지 못하며, Nb에 Ti가 첨가된 경우에는, 인발을 함에 따라 급격히 가공경화되어 단선이 초래됨으로써 생산성이 저하되는 동시에 제조 원가가 높아지는 문제가 있다.

임계전류밀도(Jc)를 향상시키기 위하여, 일본 특허공보 평6-76625호에는 Sn 을 600∼1750℃의 불활성 가스 분위기에서 가열 용융한 후 Ti를 0.1∼6wt% 첨가시킨 용탕을 500∼1750℃의 온도 범위에서 주조하는 방법이 개시되어 있는 바, 이 방법은 용탕 중의 Ti가 불균일하게 분포하게 되어 Ti 첨가 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 그에 따라, 초전도 특성인 임계전류밀도 특성의 향상이 이루어지기 힘든 단점을 가지고 있다.

그리고, 상기와 같이, Nb₃Sn 초전도 선재를 제조하기 위하여 필수적으로 사용되는 Sn계 합금을 종래의 통상적인 금속 금형을 사용하여 주조하는 경우, 제조된 Sn계 합금 빌레트의 내부에 생성되는 SnTi 입자는, 도 1에 도시된 바와 같이, 직경 수십 ㎛정도 되는 구형 과립 형상과, 최대 길이가 100∼200㎛정도 되는 가늘고 긴 형상의 침상 또는 주상정의 형상이 혼합된 형태를 하게 된다.

상기와 같은 형태의 SnTi 입자가 분포된 Sn계 합금을, Nb₃Sn 초전도 선재용 서브엘레멘트에 사용하여 열처리를 실시할 경우, 상기 SnTi 입자와, Sn계 합금 주위를 둘러싸고 있는 Nb 필라멘트 사이의 확산이 충분치 못하여 초전도 선재의 품질이 떨어지게 되거나 확산 시간이 길어져 생산성이 떨어지게 되고, 열처리 후 생성된 Nb₃Sn 초전도 선재의 외부 변형저항도 낮아 변형저항에 대한 초전도 특성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은, Nb₃Sn 초전도 선재의 제조에 사용되고 있는 종래의 Sn 또는 Sn계 합금이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, SnTi 합금을 주조할 때 냉각속도를 효과적으로 조절하여 인발시 가공성이 부족하여 발생되는 단선에 의한 생산성 저하를 초래하지 않으며, 균일한 표면 상태를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 초전도 선재의 열처리 과정에서 일어나는 Sn과 Nb 사이의 확산반응 결합시 수반되는 금속 원자의 이동으로 서브엘레멘트 및 스페이서에 발생되는 미세한 보이드(void)에 의해 초전도 선재의 임계전류밀도 특성을 효율적으로 향상시킬 수 있도록 한 Sn계 합금과 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 심금(心金, 코어)으로 사용되는 순수한 동봉(銅棒)에 의해 달성된다.

본 발명의 Nb₃Sn계 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금은, 상기 동봉을 심금으로 하여 그 외주면에 Sn계 합금을 주조에 의해 결합시킨 구조인 바, 주조시 상기 동봉에 의해 Sn계 합금 용탕의 냉각이 신속히 이루어지도록 함으로써, Sn계 합금 내부에 생성되는 SnTi 합금 입자를 미세화시킴에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

즉, Sn계 합금을 제조하기 위한 종래의 주조 방법에서는, 주형 중앙부 용탕 즉, 주조 빌레트 중앙부의 냉각속도가 느리기 때문에 빌레트 중앙부에 생성되는 SnTi 입자가 조대화되는데, 이러한 현상을 방지하기 위하여 본 발명에서는 금형 중앙부에 동봉을 결합시킨 후 주조함으로써, 빌레트 중앙부의 냉각속도를 증가시킬 수 있게 되며, 그에 따라, 빌레트 중앙부에 생성되는 SnTi 금속간화합물 입자의 조대화가 방지되어 평균 30㎛ 이하의 SnTi 금속간화합물 입자들이 균일하게 분산된 조직을 얻을 수 있게 된다.

이때, 상기 주형의 외면에도 수냉식 냉각장치를 구비할 수도 있다.

그리고, 상기와 같은 SnTi 금속간화합물의 미세화 및 심금에 의하여 Sn계 합금 빌레트의 압출과 인발 및 압연공정에서 발생되는 단선과 표면 결함이 억제된다.

상기와 같이 동봉의 외주면에 Sn계 합금을 주조에 의해 결합시키는 본 발명의 방법은, 크게, Sn계 합금 용탕을 준비하는 단계와, 주조하는 단계로 구분될 수 있는 바, 이를 자세히 살펴 보면 다음과 같다.

Sn계 합금 용탕을 준비하는 단계는, Sn 용탕에 Ti를 혼합하는 단계로서, 진공 또는 불활성 분위기 하에서 용융시킨 Sn 용탕에 Cu를 첨가하여 균일하게 혼합 용융시킨 후 1100∼1200℃의 온도 범위에서 99.99%이상의 고순도 아르곤 가스를 공급하면서 Cu가 첨가된 Sn 용탕에 Ti를 투입 혼합하는 단계이다.

이때, 상기 Cu와 Ti는 각각 0.1∼6wt%씩 Sn 용탕에 첨가되는 바, Cu의 첨가량이 0.1wt%에 미치지 못하면 Sn에 대한 Ti의 고용을 촉진시키지 못할 뿐 아니라 기지금속의 강도가 가공에 적합하도록 증가하지 않음으로써, 즉 가공성이 향상되지 못하여 종래의 Sn이나 SnTi 합금과 같이 가공 후 표면 상태가 불균일하게 된다.

그리고, 그 함량이 6wt%를 초과하게 되면 Ti₂Cu화합물이 형성되기 쉬울 뿐 아니라, Sn계 합금에서 Nb₃Sn을 형성할수 있는 Sn의 체적 분율(volume fraction)이 너무 낮아 충분한 양의 Nb₃Sn 화합물을 형성할 수가 없게 되고, 이와 같이, Nb₃Sn 화합물이 충분히 형성되지 못하게 되면, 가공시 스트레인에 대한 저항성은 증가하 게 되나 강자장 하에서 초전도 특성인 임계전류밀도 특성의 향상이 어렵다.

또한, Ti의 경우, 그 첨가량이 0.1wt%에 미치지 못하면 서브엘레멘트나 스페이서에 삽입되기 전에 실시되는 인발 등에 대한 가공성이 좋지 않을 뿐 아니라, Nb₃Sn(Ti)가 형성되지 않아 강자장 변화에 대한 임계 전류밀도 특성이 저하하게 되고, 6wt%를 초과하게 되면 미고용 Ti나 탄화물이 증가하게 되거나, Cu-Sn 합금의 가공성이 저하될 수 있을 뿐 아니라, Sn과 Ti의 융점이 각각 232℃ 및 1675℃로서 그 융점 차이가 1400℃을 초과할 정도로 크기 때문에 Sn 용탕에 Ti을 고용시키는데 어려움이 따르게 된다.

따라서, Sn 용탕에 Ti을 효율적으로 고용시키기 위하여서는 Ti를 투입하기전 Cu를 먼저 첨가하여야만 두 성분 사이의 과도한 융점 차이에 의해 초래되는 어려움을 완화시킬 수 있을 뿐 아니라, 전구체를 열처리하는 경우, Cu가 첨가되지 않았을 때의 SnTi 합금에서 Sn 원자와 Ti 원자가 상호 확산에 의해 Sn 합금에 존재했던 곳에 생성되는 보이드를, Sn계 합금에 첨가된 Cu가 채우게 되고, 이 Cu와 Sn이 반응하여 브론즈가 형성되어 Sn계 합금 내부의 보이드 분율(void fraction)이 감소됨으로써, Nb₃Sn의 형성을 도와줌과 동시에 초전도 특성의 특정 조건 하에서 전압과 전류에 대한 기울기로써의 n 값이 증가하게 된다.

주조하는 단계는, 수냉식 냉각 장치가 설치된 주형의 중심부 바닥에 동봉을 직립 결합시킨 후 준비된 Sn계 합금 용탕을 주형에 부어 빌레트를 만드는 단계로서, 주형 외주면의 냉각 장치와 동봉에 의해 빌레트 내·외부의 냉각속도가 빨라짐 으로써, 빌레트의 내부에 생성되는 SnTi 입자가 미세화된다.

이때, 상기 동봉의 직경이 SnTi 입자의 미세화에 영향을 끼치는 중요한 변수로서, 동봉의 직경은 주형 직경 즉, 빌레트 직경의 2∼15% 범위 내에서 용탕의 온도와 빌레트의 체적 등을 고려하여 조절로 하는 것이 바람직한 바, 동봉의 직경이 2%에 미치지 못하면 용탕에 의해 동봉이 용해됨으로써 충분한 냉각효과를 얻을 수 없을 뿐 아니라, SnTi 합금과 혼합되어 SnTiCu의 금속간 화합물이 형성되어 가공성이 떨어지게 된다.

그리고, 동봉의 직경이 15%를 초과하게 되면 Sn과의 합금화 양이 필요 이상 증가함으로써, 초전도 물질인 Nb₃Sn을 형성할 수 있는 Sn의 체적 분율(volume fraction)이 낮아져 충분한 양의 Nb₃Sn 화합물을 형성시킬 수 없게 될 뿐 아니라 조직의 불균일성이 증가하게 되고 초전도특성을 저하시키게 된다.

상기와 같이 주조된 본 발명의 Sn계 합금 내부에 생성된 SnTi 입자의 길이는 평균 30㎛ 이하로서, 이 입자들은 주조 후의 압출, 압연 및 인발 공정 등을 통하여 파쇄 및 분쇄되어 최대 10㎛ 이하의 길이로 작아지게 되며, 또한, 이들이 파쇄되면서 균일하게 분산 분포되어 최종 가공을 완료한 선재의 열처리 과정에서 형성되는 Nb₃Sn 초전도 물질 형성을 촉진시킴으로써, 임계전류 특성을 향상시키게 되는 바, 다음의 실시예를 통하여 자세히 살펴 보기로 된다.

실시예

주형은, 도 3에 도시된 바와 같이, 길이 방향으로 2등분된 원통형 금속 주형(31)을 사용하였으며, 주형 바닥면 중앙부에 동봉(32)을 직립하여 고정시켰으며, 동봉의 직경은 주형 내경의 10％로 하였다.

그리고, 불활성 분위기에서 순도 99.99% 이상의 Sn을, 고순도 알루미나 도가니를 사용하여 설치된 진공도 10^-3torr의 진공유도 용해로에서 먼저 용해한 후, 1200℃로 온도를 올린 상태에서 99.99%이상의 고순도 아르곤 가스를 흘리면서 순도 99.95% 이상의 Ti를 Sn 용탕에 투입 용해한 다음 약 10분 이상 유지하여 Ti가 완전히 Sn 용탕에 용해되도록 하였다.

상기와 같이 준비된 Sn계 합금 용탕을 1200℃에서 고순도 아르곤 가스를 흘리면서 약 10분간 유지한 후 주형에 주입하여 Sn계 합금 빌레트를 제조한 후 빌레트 내부에 생성된 SnTi 입자의 크기 측정을 다음과 같은 방법으로 하였다.

ASTM 규격에는 미세하게 분산된 입자의 크기를 계산하는 방법이 명시되어 있지 않기 때문에, 본 발명에서는 이미지분석 프로그램과 엑셀 프로그램을 사용하여 광학 현미경으로 측정한 100배 단면 사진에서 전체 SnTi 입자의 면적을 구한 후 이를 입자의 전체 개수로 나누어 SnTi 입자의 평균 크기로 계산하였는 바, 최대 크기는 60㎛ 이하, 평균 크기는 30㎛ 이하로 나타났다.

도 4는 동봉이 없는 종래 주조 방법에 의해 얻어진 SnTi 합금(Sn-1.9wt%Ti)의 조직 사진이며, 도 5는 본 발명 방법에 의한 SnTi 합금(Sn-1.9wt%Ti)의 조직 사 진으로서, 본 발명 방법에 의해 얻어진 SnTi 합금이 종래 방법에 의한 SnTi 합금 보다 그 입자의 크기가 현저히 작음을 알 수 있다.

상기와 같이 얻어진 본 발명의 SnTi계 합금과 심금을 사용하지 않은 종래 방법으로 주조된 SnTi계 합금에 대한 입자 크기 및 각각을 사용하여 내부확산법에 의해 제조된 초전도 선재의 특성을 비교한 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에서, n값은 다음 식의 지수로서, 초전도 선재의 특성 즉, 초전도 선재의 불균질성을 나타내는 척도로써 사용되며, 그 값이 클수록 초전도 특성이 우수함을 의미한다.

[수학식 1]

여기서, V는 발생전압, V₀는 정수, I는 통전전류, Ic는 임계전류.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 방법에 의해 제조된 Sn계 합금은 심금으로 사용된 동봉에 의해 인발 가공성이 향상되어 제조 생산성이 제고되며, Nb₃Sn 초전도 선재의 임계전류밀도 특성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. Nb₃Sn 초전도 선재용 전구체에 사용되며 SnTi 입자가 분산된 Sn계 합금에 있어서,

   중앙부의 동봉 외주면에, Ti 0.1∼6wt% 또는 Cu 0.1∼6wt% 중의 적어도 어느 하나를 함유하며 잔부의 Sn 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 Sn계 합금이 주조에 의해 결합되며,

   이때, 상기 동봉의 직경은 빌레트 직경의 2∼15%인 것을 특징으로 하는 Nb₃Sn 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금.
3. Nb₃Sn 초전도 선재용 전구체에 사용되며 SnTi 입자가 분산된 Sn계 합금에 있어서,

   중앙부의 동봉 외주면에, Ti 0.1∼6wt% 또는 Cu 0.1∼6wt% 중의 적어도 어느 하나를 함유하며 잔부의 Sn 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 Sn계 합금이 주조에 의해 결합되며,

   이때, 상기 동봉 외주면에 결합된 Sn계 합금 조직 내에 생성된 SnTi 입자의 평균 길이는 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 Nb₃Sn 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금.
4. 진공 또는 불활성 분위기 중의 어느 한 분위기에서 Sn을 용해하는 단계와;

   Sn 용탕의 온도를 1100∼1200℃로 가온한 상태에서 99.99%이상의 고순도 아르곤 가스를 공급하면서 Ti를 0.1∼6wt% 투입 혼합하는 단계와;

   금속 주형의 바닥 중앙부에 주형 내경의 2∼15%에 해당하는 직경을 가진 동봉을 직립 설치하는 단계와;

   주형에 Ti가 고용된 Sn 용탕을 주입하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 Nb₃Sn계 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금의 제조 방법.
5. 진공 또는 불활성 분위기 중의 어느 한 분위기에서 Sn을 용해하는 단계와;

   Sn 용탕의 온도를 1000∼1100℃로 가온한 상태에서 Cu를 0.1∼6wt% 첨가하여 용해시키는 단계와;

   Cu가 혼합된 Sn 용탕의 온도를 1100∼1200℃로 가온한 상태에서 99.99%이상의 고순도 아르곤 가스를 공급하면서 Ti를 0.1∼6wt% 투입 혼합하는 단계와;

   금속 주형의 바닥 중앙부에 주형 내경의 2∼15%에 해당하는 직경을 가진 동봉을 직립 설치하는 단계와;

   주형에 Ti와 Cu가 혼합된 Sn 용탕을 주입하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 Nb₃Sn계 초전도 선재의 전구체용 Sn계 합금의 제조 방법.

Images