KR100750963B1 - Structure of low AC loss high temperature superconducting tapes and a fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
고온 초전도 선재의 구조 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 고온 초전도 선재의 구조는, 테이프 형상의 초전도 층의 일면에 반자성체 층을 덧댐으로써 구현된다. 이로써, 고온 초전도 선재의 교류 손실은 저감되며, 초전도 층을 다층구조로 형성할수록 교류 손실의 저감 효과는 더욱 증대된다.Disclosed are a structure of a high temperature superconducting wire and a method of manufacturing the same. The structure of the high temperature superconducting wire according to the present invention is implemented by adding a diamagnetic layer on one surface of the tape-shaped superconducting layer. As a result, the AC loss of the high temperature superconducting wire is reduced, and the effect of reducing the AC loss is further increased as the superconducting layer is formed into a multilayer structure.
고온 초전도 선재, BSCCO, YBCO, PIT 방법, CC 방법, 교류 손실 High Temperature Superconducting Wire, BSCCO, YBCO, PIT Method, CC Method, AC Loss
Description
도 1은 고온 초전도 선재인 BSCCO 선재의 단면의 예를 나타낸 도면,1 is a view showing an example of a cross section of a BSCCO wire that is a high temperature superconducting wire,
도 2는 본 발명에 따른 고온 초전도 선재 구조를 설명하기 위해 도시된 도면,2 is a view illustrating a high temperature superconducting wire structure according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 고온 초전도 선재의 제조방법의 예를 나타낸 흐름도, 3 is a flow chart showing an example of a method for manufacturing a high temperature superconducting wire according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 고온 초전도 선재 구조의 다른 예를 나타낸 도면, 4 is a view showing another example of a high temperature superconducting wire structure according to the present invention,
도 5는 도 4의 제조방법을 나타낸 흐름도, 그리고5 is a flowchart illustrating a manufacturing method of FIG. 4, and
도 6은 교류 손실의 측정값을 나타낸 도면이다.6 is a diagram showing measured values of AC loss.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10, 50 : 초전도 층 20, 70 : 반자성체 층10, 50:
30 : 자성체 층 40 : 금속30: magnetic layer 40: metal
60 : 절연층 60: insulation layer
본 발명은 초전도 선재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 교류 손실을 저 감시킬 수 있는 초전도 선재에 관한 것이다. The present invention relates to a superconducting wire, and more particularly, to a superconducting wire that can reduce the AC loss.
초전도 현상이란 어떤 종류의 금속이나 합금을 절대영도(0K : -273.16℃) 가까이 냉각시켰을 때, 전기저항이 갑자기 소멸하여 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 현상을 말한다.Superconductivity refers to the phenomenon that when a certain kind of metal or alloy is cooled near absolute zero (0K: -273.16 ℃), the electrical resistance suddenly disappears and the current flows without any obstacle.
초전도가 일어나는 온도는 금속의 종류에 따라 다르다. 예를 들어, 수은은 4.2K에서 초전도 현상을 일으키는데, 주석과 니오브의 어떤 종류의 합금에서는 18K에서 초전도 현상을 일으킨다. 현재는 납, 탈륨을 비롯하여 25종의 금속원소와 수천 종의 합금, 화합물에서 초전도 현상이 일어나는 것이 밝혀졌다. 이와 같은 초전도 현상을 일으키는 초전도체는, Nb3Sn, NbTi, 및 Nb3Al 등의 저온 초전도체(LTS : Low Temperature Superconductor)와 YBCO(Y-Ba-Cu-O)계, BSCCO(Bi-Sr-Ca-Cu-O)계의 Bi-2212(Bi2Sr2CaCu2O8) 및 Bi-2223(Bi2Sr2Ca2Cu3O10), TCBCO(Tl-Ca-Ba-Cu-O)계, HBCCO(Hg-Ba-Ca-Cu-O)계 등의 고온 초전도체(HTS : High Temperature Superconductor)(임계온도가 25K 이상)로 분류된다. The temperature at which superconductivity occurs depends on the type of metal. For example, mercury causes superconductivity at 4.2K, but in some alloys of tin and niobium, it is superconducting at 18K. At present, superconductivity has been found in 25 metals, thousands of alloys, and compounds, including lead and thallium. The superconductor causing such a superconducting phenomenon is a low temperature superconductor (LTS: Low Temperature Superconductor) such as Nb 3 Sn, NbTi, and Nb 3 Al, YBCO (Y-Ba-Cu-O), BSCCO (Bi-Sr-Ca). -Cu-O) Bi-2212 (Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 ) and Bi-2223 (Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 ), TCBCO (Tl-Ca-Ba-Cu-O) , HBCCO (Hg-Ba-Ca-Cu-O), such as high temperature superconductor (HTS: High Temperature Superconductor) (critical temperature is 25K or more).
저온 초전도체는 임계온도가 25K 이하로서, 액화헬륨에서 초전도체가 되는 성질을 지니고 있다. 저온 초전도체는 선재로서의 가공이 용이하고, 전류 특성이 우수하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 헬륨을 사용하게 되면 냉각비용이 높아진다는 단점이 있다. 이에 대해, 고온 초전도체는 임계온도가 25K 이상으로서, 액화질소를 냉매로 사용하여 냉각비용을 절감시키고 응용 가능성이 크다는 장점을 가지고 있다. Low temperature superconductor has a critical temperature of 25K or less, and has a property of becoming superconductor in liquefied helium. The low temperature superconductor has the advantage of being easy to process as a wire rod and having excellent current characteristics. However, the use of helium has the disadvantage that the cooling cost increases. On the other hand, the high temperature superconductor has a critical temperature of 25K or more, and has the advantage of reducing the cooling cost by using liquefied nitrogen as a refrigerant and having high application potential.
초전도 재료는 초전도성을 나타내는 물질로서, 초전도 재료의 응용되는 형태에 따라 선재, 박막, 벌크 등으로 분류할 수 있다. 이 중, 선재는 특정한 온도에서 전기저항이 0인 초전도 재료를 각종 응용기기에 사용하기 위하여 전선과 같은 형태로 가공한 것을 말한다. 도체의 저항은 단면적에 반비례하므로, 고온 초전도체 물질로 전선을 만들면 보다 많은 전류를 전송할 수 있게 되어 전력수송의 효율이 높아질 뿐만 아니라, 전류수송 기기도 더욱 작아질 수 있게 된다.A superconducting material is a material exhibiting superconductivity, and may be classified into a wire rod, a thin film, and a bulk depending on the application form of the superconducting material. Among these, wire rod refers to a superconducting material having a zero electrical resistance at a specific temperature and processed into a wire-like shape for use in various applications. Since the resistance of the conductor is inversely proportional to the cross-sectional area, making wires from high-temperature superconductor materials allows the transfer of more current, resulting in higher power transfer efficiency and smaller current-carrying devices.
일반적으로 초전도 선재는 금속계 초전도 선재와 산화물계 초전도 선재로 구분한다. 금속계 초전도 선재는 액체 헬륨온도에서 사용하는 금속계 초전도선으로서 Nb3Ti, Nb3Sn선 등이 있으며, 산화물 초전도 선재는 Bi계 선재인 Bi-2212와 Bi-2223가 있다. Bi-2212 선재는 4K 근방에서 응용이 가능하기 때문에 NMR(Nuclear Magnetic Resonance : 핵자기공명)용 삽입코일, 냉동기 전도 냉각형 마그넷, SMES(Superconduction Magnetic Energy Storage : 초전도 자기 에너지 저장소) 시스템 등에 응용되고 있으며, Bi-2223 선재는 액체 질소 온도에서 경계전류 밀도가 높기 때문에 액체 질소 냉각을 이용한 전력케이블이나 변압기 등에 응용되고 있다.In general, superconducting wire is divided into metal-based superconducting wire and oxide-based superconducting wire. Metal-based superconducting wires include Nb 3 Ti and Nb 3 Sn wires as metal superconducting wires used at liquid helium temperature, and oxide superconducting wires include Bi-2212 and Bi-2223, which are Bi-based wires. Since Bi-2212 wire rod can be applied in the vicinity of 4K, it is applied to insert coil for NMR (Nuclear Magnetic Resonance), refrigerator conduction cooling magnet, and Superconduction Magnetic Energy Storage (SMES) system. Since Bi-2223 wire has high boundary current density at liquid nitrogen temperature, it is applied to power cable or transformer using liquid nitrogen cooling.
일반적으로, 액체 헬륨으로 냉각하는 저온 초전도체는 금속계이기 때문에 선재로 만드는데 문제가 없었다. 그러나 고온 초전도체는 부서지기 쉬운 성질을 가지고 있어서 선재로 만들기가 쉽지 않다. 고온 초전도체를 선재로 제조하는 방법은 여러 가지가 있으나, 이들 방법 중 선재의 기계적 및 화학적 안정성, 대량제조 가능성, 재현성, 우수한 임계전류밀도(Jc)값 등을 고려할 때 PIT(Powder In Tube) 방 법과 CC(Coated Conductor) 방법이 주로 사용된다. PIT 방법은 금속 튜브에 고온 초전도 분말을 넣고 인발하는 방법이며, CC 방법은 금속 테이프 위에 고온 초전도체를 코팅하는 방법이다. 고온 초전도체는 물질의 특성상 납작한 구조로 선재를 만드는 것이 선재의 효율을 좋게 하기 때문에, PIT 방법 및 CC 방법 모두 테이프 형상의 고온 초전도 선재를 제조하는 것을 기본으로 한다.In general, low-temperature superconductors cooled with liquid helium have no problem in making wire rods because they are metallic. However, high temperature superconductors are brittle, making them difficult to wire. There are many methods for manufacturing high temperature superconductors from wire rods, but among these methods, PIT (Powder In Tube) method is considered in consideration of the mechanical and chemical stability of wire rod, possibility of mass production, reproducibility, and excellent critical current density (Jc) value. The CC (Coated Conductor) method is mainly used. The PIT method is a method of putting a high temperature superconducting powder into a metal tube and drawing it, and the CC method is a method of coating a high temperature superconductor on a metal tape. Since the high temperature superconductor has a flat structure due to the properties of the material, the wire efficiency is improved, so both the PIT method and the CC method are based on manufacturing a high temperature superconducting wire in the form of a tape.
일반적으로 초전도체가 무손실이라는 것은 전류와 자장이 변하지 않을 때에 한정되는 이야기이며, 교류 자장이 인가되거나 교류 전류가 흐르면 초전도체에도 손실이 발생하는데, 이것을 교류 손실이라고 한다. 교류 손실이 있으면 냉각 장치의 크기도 그만큼 커져야 하며, 교류 손실에 의해 발생된 열 때문에 초전도체의 온도가 상승하여 초전도 상태를 유지하지 못하는 경우가 생길 수도 있다.In general, the loss of a superconductor is a limited story when the current and the magnetic field do not change. When an alternating magnetic field is applied or an alternating current flows, a loss occurs in the superconductor, which is called AC loss. If there is an alternating current loss, the size of the cooling device must be large, and the heat generated by the alternating current loss may cause the temperature of the superconductor to rise so that the superconducting state cannot be maintained.
이와 같은 교류 손실을 줄이는 한 가지 방법은 초전도 선재를 가늘게 만드는 것이다. 즉, 굵은 초전도선 하나 보다는 가는 초전도선 여러 가닥이 교류 손실이 적다는 것이다. One way to reduce this AC loss is to thin the superconducting wire. In other words, several strands of thin superconducting wire have less AC loss than one thick superconducting wire.
저온 초전도체인 NbTi의 경우, 프랑스의 Alstom이라는 회사에서 1㎛ 이하의 직경을 가지는 아주 가는 초전도선(filament) 수만 가닥을 모아서 만든"교류용 초전도선"이 개발된 적이 있다. 그러나 고온 초전도체는 물질의 특성상, 저온 초전도체의 경우와 같은 가는 초전도선을 만들기 곤란하며, 현재의 기술로는 0.1㎜ 이하의 굵기로 만드는 것도 어려운 실정이다. 최근에 한국 전기연구원에서 개발된 제 1 세대 고온 초전도 선재인 BSCCO 선재의 단면은 도 1에 도시된 바와 같다.In the case of NbTi, a low-temperature superconductor, a French company, Alstom, has developed a "superconducting wire for alternating current" by collecting tens of thousands of very thin superconducting wires with diameters of less than 1 µm. However, high temperature superconductors are difficult to make thin superconductors as in the case of low temperature superconductors due to the characteristics of the material, and it is difficult to make the thickness of 0.1 mm or less with current technology. A cross section of a BSCCO wire, which is a first generation high temperature superconducting wire recently developed by Korea Electrical Research Institute, is shown in FIG. 1.
이와 같이, 고온 초전도체의 경우는 그 굵기가 저온 초전도체의 경우보다 굵 기 때문에, 저온 초전도체에 비하여 교류 손실이 상당히 크다는 문제점이 있다.As described above, since the thickness of the high temperature superconductor is thicker than that of the low temperature superconductor, there is a problem that the AC loss is considerably larger than that of the low temperature superconductor.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 교류 손실을 저감시킬 수 있는 고온 초전도 선재의 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a structure of a high temperature superconducting wire and a method for manufacturing the same, which can reduce AC loss.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온 초전도 선재 구조의 실시 예는 테이프 형상의 초전도 층, 및 상기 초전도 층의 일면에 덧대어진 반자성체 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.Embodiment of the high-temperature superconducting wire structure according to the present invention for achieving the above object is characterized in that it comprises a superconducting layer of the tape-shaped, and a diamagnetic layer padded on one surface of the superconducting layer.
여기서, 상기 고온 초전도 선재는 PIT(Powder In Tube) 방법에 의해 제작되거나, CC(Coated Conductor) 방법에 의해 제작될 수 있다. 이때, 상기 고온 초전도 선재가 CC 방법에 의해 제작되는 경우, 상기 고온 초전도 선재는 초전도 층 및 상기 반자성체 층의 사이에 형성된 절연 층을 더 포함하는 것이 바람직하다. Here, the high temperature superconducting wire may be manufactured by a powder in tube (PIT) method, or may be manufactured by a coated conductor (CC) method. In this case, when the high temperature superconducting wire is manufactured by the CC method, the high temperature superconducting wire preferably further includes an insulating layer formed between the superconducting layer and the diamagnetic material layer.
상기 고온 초전도 선재는, 상기 초전도 층의 타면에 덧대어진 제2의 반자성체 층을 더 포함할 수도 있다. 이때, 상기 고온 초전도 선재가 CC 방법에 의해 제작되는 경우, 상기 고온 초전도 선재는 상기 초전도 층의 타면과 상기 제2의 반자성체 사이에 제2의 절연 층을 더 포함하는 것이 바람직하다.The high temperature superconducting wire may further include a second diamagnetic layer padded on the other surface of the superconducting layer. In this case, when the high temperature superconducting wire is manufactured by the CC method, it is preferable that the high temperature superconducting wire further includes a second insulating layer between the other surface of the superconducting layer and the second diamagnetic material.
여기서, 상기 초전도 층, 상기 반자성체 층, 상기 제2의 반자성체 층은 각각 LBCO(La-Ba-Cu-O)계, YBCO(Y-Ba-Cu-O)계, TBCCO(Ti-Ba-Ca-Cu-O)계, HBCO(Hg-Ba-Cu-O)계, 및 BSCCO(Bi-Sr-Ca-Cu-O)계 중의 어느 하나의 고온 초전도체로 구현될 수 있다.Here, the superconducting layer, the diamagnetic layer, and the second diamagnetic layer are LBCO (La-Ba-Cu-O), YBCO (Y-Ba-Cu-O), and TBCCO (Ti-Ba-Ca-), respectively. Cu-O), HBCO (Hg-Ba-Cu-O), and BSCCO (Bi-Sr-Ca-Cu-O) can be implemented with any one of the high temperature superconductor.
한편, 이와 같은 고온 초전도 선재 구조는, 테이프 형상의 초전도 층의 일면에 반자성체 층을 덧대어 다층구조를 형성하는 단계; 및 형성된 상기 다층구조를 인발(drawing) 및/또는 압연(rolling)하는 단계를 포함하는 고온 초전도 선재의 제조방법을 제공한다.On the other hand, such a high temperature superconducting wire structure, the step of forming a multi-layer structure by applying a diamagnetic layer on one surface of the tape-shaped superconducting layer; And drawing and / or rolling the formed multilayer structure.
또한, 상기의 고온 초전도 선재 구조는, 테이프 형상의 금속에 초전도 층을 코팅하는 단계, 상기 초전도 층을 절연 층으로 코팅하는 단계, 및 상기 절연 층을 반자성체 층으로 코팅하는 단계를 포함하는 고온 초전도 선재의 제조방법도 제공한다.In addition, the high temperature superconducting wire structure, the high temperature superconducting wire including coating a superconducting layer on a tape-shaped metal, coating the superconducting layer with an insulating layer, and coating the insulating layer with a semimagnetic layer It also provides a method of preparation.
본 발명에 따른 고온 초전도 선재 구조의 다른 실시 예는, 각각이 테이프 형상을 이루며, 층상으로 형성된 복수의 초전도 층; 및 상기 복수의 초전도 층의 바깥쪽 일면에 덧대어진 반자성체 층을 포함한다. 여기서, 상기 고온 초전도 선재 구조는 상기 복수의 초전도 층의 바깥쪽 타면에 덧대어진 제2의 반자성체 층을 더 포함할 수도 있다.Another embodiment of the high temperature superconducting wire structure according to the present invention includes a plurality of superconducting layers each having a tape shape and formed in a layer; And a diamagnetic layer padded on an outer surface of the plurality of superconducting layers. Here, the high temperature superconducting wire structure may further include a second diamagnetic layer padded on the outer surface of the plurality of superconducting layers.
이로써, 본 발명에 따른 고온 초전도 선재의 구조는 교류 손실을 저감시킬 수 있게 되며, 따라서 냉각 장치의 크기를 줄일 수 있게 될 뿐만 아니라, 보다 용이하게 초전도 상태를 유지할 수 있게 된다.As a result, the structure of the high temperature superconducting wire according to the present invention can reduce the AC loss, thereby reducing the size of the cooling device, and more easily maintaining the superconducting state.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고온 초전도 선재의 구조 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the structure of the high temperature superconducting wire according to the present invention and its manufacturing method.
도 2는 본 발명에 따른 고온 초전도 선재 구조를 설명하기 위해 도시된 도면으로서, 도 2a는 초전도 층의 일면에 반자성체를 덧댄 것을 나타내며, 도 2b는 초전도 층의 양면에 반자성체를 덧댄 것을 나타내고, 도 2c는 초전도 층의 일면에 자성체를 덧댄 것을 나타낸다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 고온 초전도 선재의 제조방법의 예를 나타낸 흐름도이다. FIG. 2 is a view illustrating a high temperature superconducting wire structure according to the present invention, and FIG. 2A shows a diamagnetic material on one surface of the superconducting layer, and FIG. 2B shows a diamagnetic material on both sides of the superconducting layer, and FIG. 2C. Indicates that the magnetic material is added to one surface of the superconducting layer. 3 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing a high temperature superconducting wire according to the present invention.
도면을 참조하면, 초전도 층(10)은 고온 초전도 재료인 LBCO(La-Ba-Cu-O)계, YBCO(Y-Ba-Cu-O)계, TBCCO(Ti-Ba-Ca-Cu-O)계, HBCO(Hg-Ba-Cu-O)계, 및 BSCCO(Bi-Sr-Ca-Cu-O)계 중의 어느 하나로 구현되는 것이 바람직하다. 저온 초전도 재료는 대부분이 임계온도(Tc)가 30K 이하로 너무 낮아 응용기기의 작동 시에 액체 헬륨과 같은 고가의 냉각 매체를 사용하여야 하기 때문에 경제성이 없다. 고온 초전도 재료는, 이와 같은 저온 초전도 재료의 응용 한계를 극복할 수 있도록 한다. 특히, 임계온도(Tc)가 액체질소 온도(상압하, 77.3K) 이상인 Y-Ba-Cu-O계의 YBa2Cu3O7-d(Y123, Tc = 90K), Bi-Sr-Ca-Cu-O계의 Bi2Sr2CaCu2O8(Bi-2212, Tc = 85K)와 Bi2Sr2Ca2Cu3O10(Bi-2223, Tc = 110K), Tl-Ca-Ba-Cu-O계(최대 Tc = 125 K), Hg-Ba-Ca-Cu-O계(최대 Tc = 134K) 등의 금속 산화물 초전도 재료는, 고가의 희박한 액체 헬륨 대신에 값싸고 풍부한 액체 질소를 냉매로 사용할 수 있도록 한다. 다만, 이들 재료 중에서 실제 응용성이 있는 고온 초전도 재료는 Y-Ba-Cu-O계(이하, 'YBCO계'라 한다)와 Bi-Sr-Ca-Cu-O계(이하, 'BSCCO계'라 한다)이고, 이 밖의 재료들은 비록 임계온도는 높을지라도 유해성과 화학적 불안정성으로 인하여 응용성이 매우 낮다.Referring to the drawings, the
반자성체 층(20)은 반자성(反磁性)(diamagnetism)을 가지는 물질로 이루어진 층을 말한다. 여기서, 반자성이라 함은, 물질에 자기장을 작용시킬 때 자화(磁化)의 방향이 자기장의 방향과 반대로 생기는 현상을 말한다. 반자성은 물질의 일반적인 현상이다. 그러나 대부분의 반자성은 아주 미약하기 때문에, 물질이 조금이라도 상자성(常磁性)(paramagnetism)을 가지면 전체적으로 상자성을 보이게 된다. 이와 같은 반자성을 보이는 물질로는 금(Au), 은(Ag), 아연(Zn), 구리(Cu) 등의 금속과, 산소를 제외한 대부분의 기체, 유기물질 등이 있다. 이에 대해, 초전도체에서는 반자성이 강하게 나타난다. 초전도체의 강한 반자성으로 인해, 초전도체는 자석에서 나오는 자기력선을 통과시키지 않고 초전도체의 외부로 밀어내는 성질을 보인다. 이와 같은 성질을 "마이스너 효과(Meissner's Effect)"라고 하며, 마이스너 효과를 나타내는 반자성을 완전반자성이라고 한다. 본 발명에 따른 고온 초전도 선재를 구성하는 반자성체(20)는 반자성이 강한 물질일수록 좋으며, 따라서 초전도 층(10)과 동일한 초전도 층으로 구현될 수도 있다.The
도면에는, 도 2a와 같이 테이프 형상의 초전도 층(10)의 일면에 반자성체 층(20)을 덧대거나, 도 2b와 같이 테이프 형상의 초전도 층(10)의 양면에 반자성체 층(20)을 덧댄 다층 구조의 고온 초전도 선재만을 도시하였으나, 이에 한정된 것은 아니며, 복수의 초전도 층의 일면 또는 양면에 덧대어진 반자성체 층의 다층 구조로 형성될 수도 있다. 즉, 테이프 형상의 각각의 초전도 층을 서로 겹쳐 층상으로 형성하고, 겹쳐진 복수의 초전도 층의 바깥쪽 일면에 반자성체 층을 덧대거나, 바 깥쪽 양면에 반자성 체 층을 덧댐으로써 삼층 구조 이상의 다층 구조를 형성할 수도 있다. 이 경우, 교류 손실의 저감 효과는 더욱 증대된다. In FIG. 2A, the
또한, 도 2c에는 도 2a 및 도 2b의 경우와 달리, 초전도 층(10)에 철(Fe), 니켈(Ni)과 같은 자성체(30)를 덧댄 경우를 도시하였다. 이것은 초전도 층(10)에 반자성체 층(20)을 덧대는 경우와 초전도 층(10)에 자성체 층(30)을 덧대는 경우의 교류 손실을 비교 설명하기 위한 것이며, 그에 대하여는 후술한다.In addition, in FIG. 2C, unlike the case of FIGS. 2A and 2B, the
본 발명에 따른 고온 초전도 선재를 PIT(Powder In Tube) 방법에 따라 제작하는 경우에는 상술한 바와 같이 초전도 층(10)과 반자성체 층(20)의 다층 구조를 형성한 후(S101), 형성된 다층 구조를 인발(drawing)(S103) 및/또는 압연(S105)하여 다층 구조의 고온 초전도 선재를 제작한다.In the case of manufacturing the high temperature superconducting wire according to the present invention according to the PIT method, after forming the multilayer structure of the
여기서, PIT 방법은 '분말충진법'이라고도 하며, 은(Ag) 튜브에 초전도 분말을 넣고 봉한 후 스웨이징(swaging), 인발, 압연 등의 가공법을 거친 후 소결하는 방법이다. 이때, YBCO계 초전도 재료는 근본적으로 변형성이 부족하기 때문에, 분말충진법으로 선재를 만들기란 사실상 불가능하다. 이는 고특성의 YBCO 선재를 만들려면 변형성의 문제 외에 YBCO가 a, b, c 축의 세 방향으로 배열되어야(3-axis alignment)하는 어려운 문제를 가지고 있기 때문이다. 따라서 고온 초전도 선재 분야에서 분말충진법에 의해 제조되는 대부분의 선재들은 BSCCO계 초전도체로 구현되는 것이 바람직하다. BSCCO계의 장점은 선재의 초전도성(임계전류 통전성)을 지배하는 텍스처링(texturing)과 입자배열이 최종 열적, 기계적 공정에 의해 쉽게 이루어질 수 있다는 것이다. 또한, 이렇게 제조된 BSCCO 선재들의 임계전류 밀도는 절 대온도 4.2K와 고자장하에서 기존의 NbTi와 Nb3Sn 같은 저온 초전도체들보다 높다.Here, the PIT method is also referred to as a 'powder filling method', and is a method of sintering after putting superconducting powder in a silver (Ag) tube and sealing it, followed by processing such as swaging, drawing and rolling. At this time, since YBCO-based superconducting materials are fundamentally deformable, it is virtually impossible to make wire rods by powder filling. This is because YBCO has a problem of 3-axis alignment in addition to the deformation problem in order to make a high-quality YBCO wire. Therefore, in the field of high temperature superconducting wires, most of the wires manufactured by the powder filling method are preferably implemented by BSCCO-based superconductors. The advantage of the BSCCO system is that texturing and grain arrangement, which govern the superconductivity (critical current conductance) of the wire rod, can be easily achieved by final thermal and mechanical processes. In addition, the critical current density of the BSCCO wires manufactured in this way is higher than that of conventional low temperature superconductors such as NbTi and Nb 3 Sn at an absolute temperature of 4.2K and high magnetic field.
YBCO 선재는 상기한 문제점으로 인해 새로운 다른 방식으로 제작되어야 한다. 이에 대하여 니켈 테이프에 YBCO계를 코팅하는 방법인 CC(Coated Conductor) 방법이 사용되고 있다. The YBCO wire rod has to be manufactured in a new and different way because of the above problems. On the other hand, a CC (Coated Conductor) method, which is a method of coating a YBCO-based coating on a nickel tape, is used.
도 4는 본 발명에 따른 고온 초전도 선재를 CC 방법에 따라 제작하는 경우의 고온 초전도 선재의 구조를 나타내며, 도 5는 도 4의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.Figure 4 shows the structure of the high temperature superconducting wire in the case of producing a high temperature superconducting wire according to the CC method, Figure 5 is a flow chart showing the manufacturing method of FIG.
도면을 참조하면, CC 방법에 따라 본 발명에 따른 고온 초전도 선재를 제작하는 경우, 니켈(Ni)과 같은 테이프 형상의 금속(40)을 초전도 층(50)으로 코팅하고(S201), 초전도 층(50)을 다시 절연 층(60)으로 코팅한다(S203). 절연 층(60)에 의해 코팅된 초전도 층(50)은 다시 반자성체 층(70)으로 코팅된다(S205). 이때의 반자성체 층(70)은 YBCO계로 구현되는 것이 바람직하다. Referring to the drawings, when manufacturing the high-temperature superconducting wire according to the present invention according to the CC method, a tape-shaped
본 발명에 따라 제작된 고온 초전도 선재의 교류 손실을 측정하면 그 값은 도 6에 도시한 바와 같다. 여기서, 각각의 고온 초전도 선재는 PIT 방법에 따라 제작하였으며, 초전도 층(10) 및 반자성체 층(20)은 동일한 BSCCO계 초전도 재료로 구현하였다. 또한, 본 발명에 따른 고온 초전도 선재의 효과를 설명하기 위하여, 도 2c에 나타낸 바와 같은 구성은 BSCCO계 초전도 층(10)과 니켈(Ni)(30)을 덧댐으로써 구현하였다.When the AC loss of the high temperature superconducting wire manufactured according to the present invention is measured, the value is as shown in FIG. Here, each of the high temperature superconducting wires were manufactured according to the PIT method, and the
도 6을 참조하면, 본 발명에 따라 초전도 층(10)에 반자성체(20)를 덧대어 구성된 고온 초전도 선재(c)는 초전도 테이프만으로 구성된 고온 초전도 선재(a)에 비하여 교류 손실의 저감 효과가 상당히 크다는 것을 알 수 있다. 이에 반하여, 도 2c에 도시한 바와 같이 초전도 층(10)에 자성체(30)를 덧대어 구성된 고온 초전도 선재(b)는 초전도 테이프만으로 구성된 고온 초전도 선재(a)에 비하여 교류 손실이 증가함을 알 수 있는데, 이것은 초전도 테이프에 의한 교류 손실의 저감은 초전도체가 반자성체라는 사실에 기인한다는 것을 나타낸다.Referring to FIG. 6, the high temperature superconducting wire (c) formed by applying the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such modifications are within the scope of the claims.
본 발명에 따르면, 초전도 층에 반자성체를 덧댐으로써 교류 손실을 저감시킬 수 있게 되며, 초전도 층을 다층구조로 구현할수록 교류 손실의 저감 효과는 더욱 증대된다.According to the present invention, the AC loss can be reduced by adding a diamagnetic material to the superconducting layer, and the effect of reducing the AC loss is further increased as the superconducting layer is implemented in a multilayer structure.
Claims (15)
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KR1020050106856A KR100750963B1 (en) | 2005-11-09 | 2005-11-09 | Structure of low AC loss high temperature superconducting tapes and a fabrication method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020050106856A KR100750963B1 (en) | 2005-11-09 | 2005-11-09 | Structure of low AC loss high temperature superconducting tapes and a fabrication method thereof |
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Citations (2)
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JPH01109611A (en) * | 1987-10-22 | 1989-04-26 | Nkk Corp | Manufacture of superconductive material in pyrolysis method |
KR20020064040A (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-07 | 한국전력공사 | Cu-Sheathed Bi2Sr2CaCu2Ox High-Tc Superconductor Thick Film and Method for Producing the same |
-
2005
- 2005-11-09 KR KR1020050106856A patent/KR100750963B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01109611A (en) * | 1987-10-22 | 1989-04-26 | Nkk Corp | Manufacture of superconductive material in pyrolysis method |
KR20020064040A (en) * | 2001-01-31 | 2002-08-07 | 한국전력공사 | Cu-Sheathed Bi2Sr2CaCu2Ox High-Tc Superconductor Thick Film and Method for Producing the same |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
공개특허 제2002-64040호(2002.08.07) 1부. |
일본공개특허공보 평01-109611호(1989.04.26) 1부. |
Also Published As
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KR20070049749A (en) | 2007-05-14 |
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