KR100726186B1 - 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재 - Google Patents

내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 주석 및 동 스페이서들을 혼합하여 삽입한 리스택킹 빌렛을 사용하여 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재에 관한 것이다.
본 발명의 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재는, 내주면에 탄탈 튜브(33)가 밀착된 안정화 동 튜브(31)와; 동 봉 또는 동합금 봉의 중심부에 위치한 Sn 봉 또는 Sn 합금봉을 중심으로 하여 그 주위에 다수의 Nb 필라멘트(12)들이 배열되며, 상기 안정화 동 튜브(31)의 중심부에 배치된 한 본을 중심으로 하여 그 외주면에 순차적으로 층을 이루어 밀집한 상태로 적층 배열된 다수의 서브 엘레멘트(2)들과; 서브 엘레멘트(2)들 사이 및 서브 엘레멘트(2)들과 탄탈 튜브(33) 사이에 형성되는 공간(R)들에 삽입된 주석 스페이서(SS)들과 동 스페이서(SC)들로 구성된 리스택킹 빌렛(3)을 인발 가공과 열처리하여 제조된다.
본 발명의 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재는, 리스택킹 빌렛의 인발시 단선이 방지되어 인발 가공성이 향상되며, 초전도 선재의 초전도 특성이 향상되는 이점이 있다.
초전도체, 안정화 동 튜브, 서브 엘레멘트

Description

내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재{The niobium-tin superconducting wire manufactured by internal tin process}
도 1은 동 봉(또는 동합금 봉)에 Nb 필라멘트들이 삽입된 압출빌렛의 단면도.
도 2는 Sn 봉(또는 Sn 합금 봉)이 중심부에 결합된 서브 엘레멘트의 단면도.
도 3은 안정화 동 튜브에 다수의 서브 엘레멘트들과 스페이서들이 결합된 종래 리스택킹 빌렛의 단면도.
도 4는 스페이서들이 결합하기 전의 상태를 보인 본 발명 니오비움-주석계 초전도 선재 제조용 리스택킹 빌렛을 보인 것으로,
(가)는 19본의 서브 엘레멘트가 삽입된 리스택킹 빌렛의 단면도이고,
(나)는 37본의 서브 엘레멘트가 삽입된 리스택킹 빌렛의 단면도이다.
도 5는 주석 및 동 스페이서들이 함께 결합된 본 발명 니오비움-주석계 초전도 선재 제조용 리스택킹 빌렛을 보인 것으로,
(가)는 19본의 서브 엘레멘트가 삽입된 리스택킹 빌렛의 단면도이고,
(나)는 37본의 서브 엘레멘트가 삽입된 리스택킹 빌렛의 단면도이다.
도 6은 본 발명 니오비움-주석계 초전도 선재 제조용 리스택킹 빌렛을 인발 한 직경 0.778mm 선재의 단면 사진.
도 7은 본 발명 니오비움-주석계 초전도 선재 제조용 리스택킹 빌렛을 인발한 직경 0.778mm 선재의 부분 확대 단면 사진.
도 8은 니오비움-주석계 초전도 선재 제조용 종래의 리스택킹 빌렛을 인발한 직경 0.778mm 선재의 단면 사진.
도 9는 니오비움-주석계 초전도 선재 제조용 종래의 리스택킹 빌렛을 인발한 직경 0.778mm 선재의 부분 확대 단면 사진.
((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))
1. 압출빌렛 2. 서브 엘레멘트 3,4. 리스택킹 빌렛
11. 동(또는 동합금)봉 12. Nb 필라멘트 13. Sn(또는 Sn 합금)봉
31. 안정화 동 튜브 32. 스페이서 33. 탄탈 튜브
42C. 동 스페이서 42S. 주석 스페이서
R. 공간 R2. 외곽공간 R3. 삼각공간
R4. 사각공간
본 발명은, 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재에 관한 것으로, 더 자세하게는 동 기지의 중심부에 삽입된 주석 합금을 중심으로 그 주위에 다수의 Nb 필라멘트들이 배열된 상태에서 인발된 원기둥 형상의 서브 엘레멘트를 적당한 길이로 절단 세척한 후 절단 세척된 서브 엘레멘트 다수를 확산 방지층 즉, 배리어(barrior)의 역할을 하며 내주면에 탄탈 튜브의 외주면이 밀착 결합된 안정화 동 튜브의 내부에 밀집 배열하여 리스택킹(restacking) 빌렛을 구성시, 중앙 서브 엘레멘트의 외주면으로부터 시작하여 각 층 사이에 형성된 공간에 삽입되는 봉형 스페이서들 중 4본의 서브 엘레멘트들 사이에 형성되는 각 공간에는 Sn 또는 Sn 합금으로 이루어진 주석 스페이서를 삽입하고, 그 외의 각 공간에는 동 스페이서를 삽입함으로써, 최종 제조되는 초전도 선재의 초전도 특성이 향상되도록 한, 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재와 그 제조 방법에 관한 것이다.
초전도 현상이란 전류에 대한 저항이 없어져 저항으로 인한 열손실이 사라지는 현상으로써, 많은 금속들의 경우 -265∼245℃ 정도의 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.
그리고, 상기의 분자 자석들이 없기 때문에 물질 내부의 전자가 외부 자기장의 영향으로 전자기 유도에 의한 유도 전류를 발생시켜 외부 자기장을 차단시킴으로써 자석에서 밀리는 방향으로 힘을 받는 물질을 반자성체라 한다.
초전도체는 전기 저항이 '0'일 뿐만 아니라, 상기의 반자성 특성이 매우 강하여 외부 자기장을 완전히 상쇄시킴으로써 물체 내부의 자기장도 '0'이 되는 물질로서, 초전도체를 코일로 사용하는 경우에는 열손실이 없기 때문에 작은 전류로도 매우 강한 자기장을 형성시킬 수 있는 전자석을 만들 수 있을 뿐 아니라, 초전도체는 반자성체이기 때문에 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 발견되었으며, 금속계 초전도 물질인 Nb-Ti 합금, 화합물계 초전도 물질인 Nb3Sn, Nb3Al 등 5∼6종 정도가 현재 실용화되어 사용되고 있는 바, 자기부상열차, 핵융합로, 입자가속기, 의료용 MRI, 발전기 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
상기와 같이 다양한 분야에서 사용되고 있는 초전도체를 사용하여 매우 큰 자기장을 형성시킬 수 있는 자석을 만들기 위하여서는 강자장 영역에서 임계전류(IC)가 우수한 동시에 임계전류밀도(JC) 특성이 높은 초전도 선재가 필요하며, 대표적인 초전도 선재로는 상기의 Nb-Sn을 이용하여 제조하는 금속화합물형 Nb3Sn 선재를 들 수 있다.
그리고, 상기의 임계전류밀도 외에 초전도 특성의 측정이 이루어지는 특정 조건하에서 전압과 전류에 대한 기울기로써 얻어지는 n 값으로 초전도 선재에 형성된 Nb3Sn화합물 필라멘트의 단선 척도를 판가름할 수도 있다.
상기의 Nb3Sn 선재의 제조 방법으로는, 내부확산법, 외부확산법, 브론즈법, 튜브법, 젤리롤법, 분말법 등이 있는 바, 대표적인 방법인 내부확산법을 살펴보면 다음과 같다.
내부확산법은, 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 동(銅)봉 또는 동을 기지로 한 동합금 봉 중 어느 하나(11)의 내부에 축 방향을 따라 Nb 필라멘트(12)들을 적절한 위치에 배치 삽입하여 압출빌렛(1)을 제조한 후 이를 압출한 압출봉재의 중앙부에 구멍을 뚫은 후 그 구멍에 Sn 봉 또는 Sn 합금봉 중의 어느 하나(13)를 삽입한 후 수 회에 걸쳐 인발 가공을 반복 실시한 서브 엘레멘트(2)를 열처리하여 확산에 의해 초전도 물질인 Nb3Sn이 형성되도록 한다.
또는, 상기 서브 엘레멘트(2)를 적당한 길이로 절단 세척한 후 이 한 본을 안정화 통 튜브(31)의 중심부에 위치시킨 상태에서 그 외주면에 다수의 절단 세척된 서브 엘레멘트(2)들을 다층으로 밀집하여 적층 배열하면서 서브 엘레멘트(2)들 사이의 공간에 스페이서(32)들을 삽입하여 리스택킹 빌렛(3, restacking billet)을 만들고, 이를 수 회에 걸쳐 인발 가공한 상태에서 열처리를 실시함으로써, Sn 봉 또는 Sn 합금봉 중의 어느 하나와 Nb 필라멘트 사이의 상호 확산 반응에 의하여 초전도체인 Nb3Sn 화합물을 형성시킨다.
이때, 상기 안정화 동 튜브의 내주면에는 탄탈 튜브(33)의 외주면이 밀착 결합된 상태이며, 상기 리스택킹 빌렛(3)의 내부에 삽입된 스페이서(32)들은 서브 엘레멘트(2)들 사이에 필수적으로 형성되는 공간을 최소화하기 위하여 사용되는 것으로, 종래에는 Sn 또는 Sn 합금 스페이서가 사용되었으며, 원형 단면을 갖는 다수의 서브 엘레멘트(2)들을 안정화 동 튜브(31)에 삽입 후 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 공간들 중 가장 큰 공간에만 스페이서(32)를 삽입하였다.
따라서, 스페이서가 삽입된 리스택킹 빌렛을 수 회에 걸쳐 인발하게 되면, 서브 엘레멘트들 사이의 공간이 압착되어 사라지면서 각 서브 엘레멘트의 단면 형상이 원형에서 육각형으로 변화하게 되는 바, 이러한 일련의 인발 과정을 통하여 각 서브 엘레멘트의 내부 응력이 불균일하게 되는 동시에 인발 과정에서 단선이 발생되면서 길이가 긴 선재를 제조하는데 문제가 발생함은 물론, 제조 비용이 상승하게 된다.
상기의 예로서, 내부확산법으로 A15형 Nb3Sn 초전도 선재를 제조하기 위한 제조 방법이 일본특허 평4-129106에 개시되어 있는 바, 이 방법에서는 7본의 서브 엘레멘트들이 적층된 최외층에 6본의 Sn 합금 스페이서들이 삽입되고, 3본의 서브 엘레멘트들 사이에 형성된 대략 삼각형 형상의 단면을 갖는 공간에 선경이 작은 Sn 합금 스페이서가 삽입된 구조이다.
상기와 같은 구조의 경우, Sn 합금이 동 소재보다 강도가 약하기 때문에 서브 엘레멘트들과 스페이서들 사이의 응력 균형을 잡아 주기가 어렵고, 인발 과정에서 서브 엘레멘트들과 Sn 합금 스페이서들의 형상이 변형됨으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 3본의 서브 엘레멘트들에 의해 형성되는 삼각지역(A)에 인접한 서브 엘레멘트 외주연부에 각을 갖는 모서리가 형성되면서 Nb 필라멘트는 원형이 아닌 평탄한 형상으로 변화되어 최종 초전도 선재의 임계전류와 n 값 등이 감소하게 되는 초전도 특성 열화를 초래하게 된다.
그리고, Nb 필라멘트의 형상이 원형으로부터 평탄형화하는 동시에 불균일하게 되면 외주자장에 의해 임계전류밀도가 큰 폭으로 감소하게 되고, 인가자장에 대한 자화손실이 발생함으로써, 강한 교류자장이 발생하는 초전도선재의 응용에 제한을 받게 된다.
또한, 과도한 Sn 성분에 의해 인발과 열처리 공정을 거쳐 생성되는 초전도 물질로서 Nb3Sn이 아닌 Nb3Sn5 혹은 NbSn2 등과 같은 비정상적인 초전도 물질이 생성됨으로써 임계전류가 저하하게 되는 문제도 있다.
본 발명은, 내부확산법에 의해 Nb3Sn 초전도 선재를 제조시, 다수의 서브 엘레멘트들을 안정화 동 튜브 내에 Sn 또는 Sn 합금 스페이서들과 함께 밀집 배열한 리스택킹 빌렛을 사용하는 종래의 초전도 선재와 그 제조 방법이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 스페이서들의 종류와 삽입 방법을 달리하는 리스택킹 빌렛을 사용함으로써, 수 회의 인발에 의해 서브 엘레멘트의 단면 형상이 최초의 원형으로부터 육각형화하는 것을 최소화하는 동시에, Sn 성분의 과다로 인한 비정상적인 초전도 물질의 생성을 방지 할 수 있는, 내부확산법으로 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재를 제공함에 본 발명의 목적 있다.
본 발명의 상기 목적은 Sn 또는 Sn 합금 중의 어느 하나로 이루어진 주석 스페이서와, 동 스페이서에 의하여 달성된다.
본 발명 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재는, 내주면에 탄탈 튜브의 외주면이 밀착 결합된 안정화 동 튜브의 중심부에 서브 엘레멘트 1 본을 위치시킨 상태에서 그 주위에 다수의 서브 엘레멘트들을 다층으로 적층시켜 밀집 배열하되, 서브 엘레멘트들 사이에 형성되는 공간들 중 4본의 서브 엘레멘트들 사이에 형성되는 공간들에는 주석 스페이서를 삽입하고, 그 외의 공간들에는 무산소 동으로 제조된 동 스페이서를 삽입한 리스택킹 빌렛을 사용함에 기술적 특징이 있다.
즉, 상기 서브 엘레멘트는, 동 봉 또는 동합금 봉의 중심부에 Sn 봉 또는 Sn 합금봉이 위치하고 그 주위의 동 기지에 세경의 Nb 필라멘트들이 일정 간격으로 삽입 배열된 구조로서, 서브 엘레멘트를 절단 세척하여 만들어진 후 안정화 동 튜브 내에 삽입된 서브 엘레멘트들 사이에 형성되는 공간들 중 4본의 서브 엘레멘트들 사이에 의해 형성되는 공간에는, 인발 과정을 통하여, 각 서브 엘레멘트의 동 기지가 합쳐지게 되기 때문에 이 부위에 위치한 Nb 필라멘트들에 대한 Sn 확산이 부족하게 되는 바, 이를 보완하기 위하여 주석 스페이서를 사용하는 것이다.
그리고, 안정화 동 튜브, 정확하게는, 탄탈 튜브와 2본의 서브 엘레멘트들 또는 3본의 서브 엘레멘트들에 의해 형성되는 각 공간에는, 상기 주석 스페이서가 아닌 동 스페이서를 삽입하게 되는 바, 주석 스페이서보다 강성이 큰 동 스페이서는, 인발 과정에서 서브 엘레멘트의 단면이 육각형화되어 각을 갖게 되는 서브 엘레멘트의 모서리부를 라운화함으로써, 최종 초전도 선재의 임계전류를 향상시키는 역할을 하게 된다.
상기와 같이 주석 스페이서와 동 스페이서가 혼용되는 즉, 본 발명 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재에 사용되는 리스택킹 빌렛의 구조 를 도 4와 5에 기초하여 살펴보면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 내부확산법에 의해 제조되는 초전도 선재용 리스택킹 빌렛(4)은, 일반적으로, 내주면에 탄탈 튜브(33)의 외주면이 밀착 결합된 안정화 동 튜브(31)의 내경부에 19본, 37본, 64본 등 다수의 서브 엘레멘트(2)들이 삽입되며, 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 공간(R)들에는 스페이서들이 각각 삽입되는 구조이다.
이때, 상기 서브 엘레멘트(2)들에 의해 형성되는 공간(R)들은, 3본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 삼각공간(R3), 4본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 사각공간(R4) 및 탄탈 튜브(33)와 2본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 외곽공간(R2)으로 구분될 수 있는 바, 삼각공간(R3)과 외곽공간(R2)에는 동 스페이서(42C)가, 사각공간(R4)에는 주석 스페이서(42S)가 각각 삽입된다.
이때, 각 서브 엘레멘트(2)의 중심부에 위치한 Sn 봉 또는 Sn 합금봉 중 어느 하나(13)의 단면적이, 서브 엘레멘트(2)의 전체 단면적에서 차지하는 단면적비를 10∼35% 범위로 조절하는 것이 바람직한 바, 이 단면적비가 10%에 미치지 못하면 Sn의 확산이 충분치 못하게 되며, 35%를 초과하게 되면 과다한 확산에 의해 초전도 특성을 해치게 된다.
상기와 같은 구조에서, 예를 들어, 19본의 서브 엘레멘트(2)들이 사용되는 경우, 주석 스페이서(42S)는 6본, 동 스페이서(42C)는 24본이 사용되며, 37본의 서 브 엘레멘트(2)들이 사용되는 경우에는 주석 스페이서(42S) 12본과 동 스페이서(42C) 48본이 사용되고, 상기와 같은 방법으로 각각 조립된 리스택킹 빌렛(4)을 수 회의 인발가공 후 열처리 하여 초전도 물질인 Nb3Sn이 형성되도록 하게 되는 바, 동 기지를 5∼15wt% Sn 함유 청동으로 변화시키기 위하여서는 다음과 같은 조건으로 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
즉, 열처리 로 내부의 분위기를 높은 진공 상태로 유지한 상태에서 200℃까지 7℃/h 속도로 승온하여 5시간 유지한 후 570℃까지 6℃/h속도로 승온하여 200시간 항온 유지하며, 항온처리 완료 후 660℃까지 6℃/h속도로 승온하여 240시간 유지한 다음 6℃/h 속도로 냉각하는 것이 바람직한 바, 이러한 조건으로 열처리를 실시하지 않으면 초전도 특성이 우수한 Nb3Sn 형성이 어려우며, 초전도 특성이 떨어지게 된다.
그러나, 상기와 같이 모든 공간에 스페이서를 삽입하는 경우 생산성이 떨어질 수 있는 바, 동 스페이서가 삽입되는 공간(R)들 즉, 삼각공간(R3)과 외곽공간(R2) 중 삼각공간(R3)에는 동 스페이서(42C)를 삽입하지 않고 외곽공간(R2)에만 동 스페이서(42C)를 삽입할 수도 있다.
이와 같이, 외곽공간(R2)에만 동 스페이서(42C)를 삽입하는 경우, 내부 서브 엘레멘트(2)들의 육각형화가 초래됨으로써, 초전도 특성이 다소 떨어질 수도 있으나, 이는 생산성 향상의 측면과 병행하여 고려될 수도 있다.
즉, 생산 제품에 따라 생산성과 품질의 두 측면 중 어느 일측이 더욱 강조될 수도 있다.
실시예
압출된 동 봉에 축방향으로 따라 구멍들을 뚫은 후 동 봉과 Nb 필라멘트들을 세척한 상태에서 170본의 Nb 필라멘트들을 동 봉의 각 구멍에 삽입하여 직경 180mm의 압출빌렛을 조립하였으며, 이를 열간 압출하여 직경 30mm의 압출봉재를 제조하였다.
상기 압출봉재의 중심부에 K홀(Deep Hole) 가공을 실시하고 이를 세척한 후 압출봉재의 중앙부에 Sn 합금봉을 삽입 조립한 상태에서 15%의 감면율로 인발가공하여 서브 엘레멘트를 제조하였으며, 이 서브 엘레멘트를 적당한 길이로 절단 세척한 후 19본의 서브 엘레멘트들과 6본의 주석 스페이서들 및 24본의 동 스페이서들을 사용하여 직경 70mm의 리스택킹 빌렛을 조립하였다.
상기 리스텍킹 빌렛을 수 회에 걸쳐 인발 가공하여 직경 0.788mm의 최종 선재를 얻었으며, 그 단면 사진을 도 6 내지 9에 나타내었다.
상기의 단면 사진들로부터 본 발명의 초전도 선재용 리스택킹 빌렛을 인발한 경우가 종래의 리스택킹 빌렛을 인발한 경우보다 서브 엘레멘트들의 단면이 더욱 원형에 가까움을 알 수 있다. 즉, 종래의 리스택킹 빌렛을 인발한 경우 서브 엘레멘트들은 그 단면이 육각형화함으로써 인발시 단선 발생 빈도가 증가하게 됨은 물 론, 열처리 후 최종 초전도 선재의 특성도 떨어지게 된다.
그리고, 리스텍킹 빌렛을 인발한 선재를 열처리한 초전도 선재의 임계전류밀도를 측정하였는 바, 전압이 0.1μV/cm일 때의 전류를 임계전류로 결정하였으며, 볼테지탭(Voltage Tap) 사이의 거리를 50cm로 하여 5μV가 되는 지점의 전류밀도를 임계전류밀도로 결정하였다.
또한, 19본의 서브 엘레멘트와 6본의 주석 스페이서를 사용하여 종래의 리스택킹 빌렛을 조립하였으며, 그 외의 조건은 상기 본 발명의 초전도 선재용 리스택킹 빌렛과 동일하다.
상기의 임계전류와 임계전류밀도 외에 초전도 선재의 불균질 정도를 나타내는 값으로써 n값이 사용되는 바, 초전도 필라멘트의 직경이 균일하지 않은 경우나 초전도 선재의 불균질성을 나타내는 지표로써, 초전도체가 얼마나 잘 만들어졌는가 하는 척도로 이용되는 지수함수인 n값도 측정 비교하였다.
또한, 초전도 선재의 교류손실은 열량법, 자화법, 통전법 등을 주로 사용하는 바, 본 발명의 초전도 선재가 가진 교류손실 특성은, 피피엠에스(Physical Property Measurement System)를 이용하여 외부에서 초전도 물질에 ±3테슬라(tesla)의 교류자장을 인가한 상태에서 그 자화량을 측정하는 방법으로 파악하였다.
초전도체의 전기저항이 "0"이라는 것은, 초전도체를 따라 흐르는 전류가 변화하디 않을 때에만 해당하는 것으로, 전류가 변화하는 경우 저항이 발생하게 되고, 그 결과, 손실이 발생하게 된다.
상기와 같은 손실을 교류손실(AC loss)이라 하며, 교류손실에는 커플링손실(coulping loss), 와류손실(eddy current loss), 이력손실(hysterisis loss) 등이 있는 바, 교류손실의 원인은 자장의 변화에 있다. 즉, 전류가 변화하면 자장이 변화하게 되고, 이 변화하는 자장에 의해 손실이 생기게 된다.
상기와 같은 측정 결과, 종래의 리스택킹 빌렛을 사용한 초전도 선재의 임계전류는 620∼670A/mm2, n 값은 20∼22 이었고, 교류손실은 440∼470mJ/m3이었으며, 본 발명의 실시예로 제조된 초전도 선재의 임계전류는 750∼780A/mm2, n 값은 24∼26, 교류손실은 150∼180mJ/m3 이었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재는, 안정화 동 튜브 내경부에 삽입되는 서브 엘레멘트들 사이의 모든 공간들에 스페이서가 삽입됨은 물론, 이 스페이서들을 주석 스페이서들과 동 스페이서들로 조합 구성함으로써, 리스택킹 빌렛의 인발시 서브 엘레멘트들과 스페이서들 사이에서 발생하게 되는 응력 불균일 문제가 해결되어 단선이 방지되어 인발 가공성 향상에 의해 생산성이 제고되며, 최종 Nb3Sn 초전도 선재의 초전도 특성을 임계전류밀도 특성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 안정화 동 튜브의 내경부에 다수의 서브 엘레멘트들이 삽입되고 서브 엘레멘트들 사이에 다수의 스페이서가 결합된 리스택킹 빌렛을 인발 가공 및 열처리하는 내부확산법에 의해 제조되는 Nb3Sn 초전도 선재에 있어서,
    상기 리스택킹 빌렛(4)은,
    내주면에 탄탈 튜브(33)의 외주면이 밀착된 안정화 동 튜브(31)와;
    동 봉 또는 동합금 봉 중 어느 하나(11)의 중심부에 위치한 Sn 봉 또는 Sn 합금봉 중 어느 하나(13)를 중심으로 하여 그 주위에 다수의 Nb 필라멘트(12)들이 배열되며, 상기 안정화 동 튜브(31)의 중심부에 배치된 한 본을 중심으로 하여 그 외주면에 순차적으로 층을 이루어 밀집한 상태로 적층 배열된 다수의 서브 엘레멘트(2)들과;
    상기 서브 엘레멘트(2)들 사이 및 서브 엘레멘트(2)들과 탄탈 튜브(33) 사이에 형성되는 공간(R)들 중 일부 공간들 각각에 삽입된 주석 스페이서(SS)들과;
    상기 주석 스페이서(SS)가 삽입되지 않은 공간(R)들 각각에 삽입되는 동 스페이서(SC)들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내부확산법에 의해 제조된 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 서브 엘레멘트(2)의 중심부에 위치한 Sn 봉 또는 Sn 합금봉 중의 어느 하나(13)가 갖는 단면적은, 서브 엘레멘트(2) 전체 단면적의 10 ∼35% 인 것을 특징으로 하는 내부확산법에 의해 제조된 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 공간(R)은, 3본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 삼각공간(R3)과 4본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 사각공간(R4) 및 탄탈 튜브(33)와 2본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 외곽공간(R2)으로 구분되며, 삼각공간(R3)과 외곽공간(R2)에는 동 스페이서(SC)가, 사각공간(R4)에는 주석 스페이서(SS)가 각각 삽입된 것을 특징으로 하는 내부확산법에 의해 제조된 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재.
  4. 안정화 동 튜브의 내경부에 다수의 서브 엘레멘트들이 삽입되고 서브 엘레멘트들 사이에 다수의 스페이서가 결합된 리스택킹 빌렛을 인발 가공 및 열처리하는 내부확산법에 의해 제조되는 Nb3Sn 초전도 선재에 있어서,
    상기 리스택킹 빌렛(4)은,
    내주면에 탄탈 튜브(33)의 외주면이 밀착된 안정화 동 튜브(31)와;
    동 봉 또는 동합금 봉 중 어느 하나(11)의 중심부에 위치한 Sn 봉 또는 Sn 합금봉 중 어느 하나(13)를 중심으로 하여 그 주위에 다수의 Nb 필라멘트(12)들이 배열되며, 상기 안정화 동 튜브(31)의 중심부에 배치된 한 본을 중심으로 하여 그 외주면에 순차적으로 층을 이루어 밀집한 상태로 적층 배열된 다수의 서브 엘레멘트(2)들과;
    상기 서브 엘레멘트(2)들 사이 및 서브 엘레멘트(2)들과 탄탈 튜브(33) 사이에 형성되는 공간(R)들 중 일부 공간들 각각에 삽입된 주석 스페이서(SS)들과;
    상기 주석 스페이서(SS)가 삽입되지 않은 공간(R)들 각각에 삽입되는 동 스페이서(SC)들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 내부확산법에 의해 제조된 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 서브 엘레멘트(2)의 중심부에 위치한 Sn 봉 또는 Sn 합금봉 중의 어느 하나(13)가 갖는 단면적은, 서브 엘레멘트(2) 전체 단면적의 10∼35% 인 것을 특징으로 하는 내부확산법에 의해 제조된 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 공간(R)은, 3본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 삼각공간(R3)과 4본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 사각공간(R4) 및 탄탈 튜브(33)와 2본의 서브 엘레멘트(2)들 사이에 형성되는 외곽공간(R2)으로 구분되 며, 삼각공간(R3)에는 스페이서가 삽입되지 않고, 외곽공간(R2)에는 동 스페이서(SC)가, 사각공간(R4)에는 주석 스페이서(SS)가 각각 삽입된 것을 특징으로 하는 내부확산법에 의해 제조된 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재.
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