KR101734373B1 - Circular cross-section superconducting wire and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 원형 단면 초전도선재 및 그 제조방법에 있어서, 원형 단면의 코어 와이어 외주면에 금속결정을 적층하여 금속층을 형성하는 단계와; 상기 금속층을 압착하여 두께를 감소시키는 단계와; 상기 금속층을 열처리하여 상기 금속결정을 결정배향시키는 단계와; 상기 금속결정의 결정배향을 따라 상기 금속층의 외주면에 완충층 및 초전도층을 에피텍시(Epitaxy) 증착하는 단계와; 상기 초전도층의 외주면에 보호층을 적층하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 원형 단면의 초전도선재는 판상 단면의 초전도선재에 비해 권선이 용이하기 때문에 산업상 이용가능성이 증가하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 금속층, 완충층 및 초전도층이 결정배향되어 전류가 흐를 때 그레인 바운더리에서 전류의 감소를 줄일 수 있기 때문에 같은 시간 내에 많은 전류가 흐를 수 있어 초전도선재의 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a circular cross-section superconducting wire and a method of manufacturing the same, comprising the steps of: forming a metal layer by laminating a metal crystal on the outer circumferential surface of a core wire having a circular cross section; Compressing the metal layer to reduce the thickness; Annealing the metal layer to crystallize the metal crystal; Epitaxially depositing a buffer layer and a superconducting layer on an outer peripheral surface of the metal layer along a crystal orientation of the metal crystal; And stacking a protective layer on the outer circumferential surface of the superconducting layer. As a result, the superconducting wire of the circular cross-section can be more easily wound on the superconducting wire than the superconducting wire of the plate-shaped cross-section, so that the possibility of industrial application is increased. In addition, when the current flows through the metal layer, the buffer layer, and the superconducting layer in the crystal orientation, a decrease in the current at the grain boundary can be reduced, so that a large amount of current can flow in the same time, thereby improving the performance of the superconducting wire.

Description

원형 단면 초전도선재 및 그 제조방법 {Circular cross-section superconducting wire and manufacturing method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting superconducting wire,

본 발명은 원형 단면 초전도선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 초전도선재의 성능 및 산업상 이용가능성이 증가하는 원형 단면 초전도선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a circular cross-section superconducting wire and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a circular cross-section superconducting wire having improved performance and industrial applicability.

일반적으로 박막형 초전도선재는 금속기판과 초전도 층이 존재하며, 금속기판과 초전도층 간의 물성 차이를 최소화하기 위한 완충층(Buffer layer)이 형성되어 있다. 이러한 초전도선재는 금속기판-완충층-초전도층이 적층되어 있기 때문에 초전도선재는 보통 판상 형태의 단면을 가진다. 이러한 판상 형태의 단면을 가지는 초전도선재는 권선 방법에 대해 다양한 제약이 따르게 된다. 특히, 교류 응용에 있어서는 초전도선재의 고유한 특성인 교류손실이 발생하여 응용기기의 특성을 저하시킨다.Generally, a thin film superconducting wire has a metal substrate and a superconducting layer, and a buffer layer is formed to minimize the difference in physical properties between the metal substrate and the superconducting layer. The superconducting wire has a generally plate-shaped cross-section because the metal substrate-buffer layer-superconducting layer is laminated. The superconducting wire having such a plate-shaped cross section has various restrictions on the winding method. Particularly, in AC application, AC loss, which is inherent characteristic of superconducting wire, is generated, thereby deteriorating characteristics of an applied device.

이러한 문제점을 해결하기 위해 초전도선재를 꼬거나 미세화하는 방법이 있는데, 최근에 대두되고 있는 이를 적용한 로벨 바(Roebel bar) 도체의 경우 선재의 많은 부분을 잘라낸 후 꼬는 것이기 때문에 선재의 손실이 많다. 이와 마찬가지로 판상의 초전도선재를 꼬는 것은 박막선재의 성능을 극도로 저하시키기 때문에 이러한 방법은 거의 사용이 불가능하다. 또한 다양한 초전도 응용기기에 응용되기 위해서는 초전도선재는 원형 단면을 가지는 것이 바람직하다.In order to solve such a problem, there is a method of twisting or miniaturizing a superconducting wire. In the case of a roebel bar conductor applied recently, the loss of the wire rod is large because a lot of wire rod is cut and twisted. Likewise, twisting superfine superconducting wires extremely reduces the performance of the thin film wires, and this method is almost impossible to use. Also, in order to be applied to various superconducting appliances, the superconducting wire preferably has a circular cross section.

최근에는 이러한 판상 형태의 선재의 문제점을 극복하기 위해 초전도선재의 단면을 원형화를 시도하는 기술들이 많이 개발되고 있다. 그 중에서도 주사기 바늘 제조방법을 응용한 금속기판의 원형화 기술 개발(프랑스 CNRS), 사파이어 와이어에 초전도층을 증착하는 SSIFFS법(Structural single-crystal faceted fibers, 미국 ORNL) 등이 대두되고 있다. 하지만 이러한 방법들은 제조 공정이 복잡하고 제조단가가 고가이다. 또한 긴 길이를 요구하는 초전도선재를 제조하기 위한 방법으로는 적합하지 않다는 문제점이 있다.In recent years, in order to overcome the problems of such a plate type wire rod, many techniques for attempting circularization of the cross section of the superconducting wire rod have been developed. Among them, SSRSFS (Structural single-crystal faceted fibers (ORNL) in the USA) is emerging as a prototype of a metal substrate using CNRS (French CNRS) and a superconducting layer deposited on a sapphire wire. However, these methods are complicated in manufacturing process and expensive to manufacture. There is a problem in that it is not suitable as a method for manufacturing a superconducting wire requiring a long length.

대한민국특허청 공개특허 제10-2014-0055201호Korean Patent Application Publication No. 10-2014-0055201 대한민국특허청 공개특허 제10-2010-0063328호Korean Patent Application Publication No. 10-2010-0063328

따라서 본 발명의 목적은, 기존의 판상의 초전도선재에 비해 권선이 용이하여 산업상 이용가능성이 증가하는 원형 단면 초전도선재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a circular cross-section superconducting wire and a method of manufacturing the same, in which winding is easier than in the conventional plate superconducting wire, thereby increasing industrial applicability.

또한, 금속층, 완충층 및 초전도층의 결정축이 배향되어 전류가 흐를 때 그레인 바운더리(Grain boundary)에서 전류가 효과적으로 통과하여 초전도선재의 성능이 향상된 원형 단면 초전도선재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a circular cross-section superconducting wire having a metal layer, a buffer layer, and a superconducting layer oriented so that the current passes through a grain boundary when an electric current flows, thereby improving the performance of the superconducting wire.

상기한 목적은, 원형 단면의 코어 와이어 외주면에 금속결정을 적층하여 금속층을 형성하는 단계와; 상기 금속층을 압착하여 두께를 감소시키는 단계와; 상기 금속층을 열처리하여 상기 금속결정을 결정배향시키는 단계와; 상기 금속결정의 결정배향을 따라 상기 금속층의 외주면에 완충층 및 초전도층을 에피텍시(Epitaxy) 증착하는 단계와; 상기 초전도층의 외주면에 보호층을 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법에 의해 달성된다.The above object is achieved by a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a metal layer by laminating a metal crystal on an outer circumferential surface of a core wire having a circular cross section; Compressing the metal layer to reduce the thickness; Annealing the metal layer to crystallize the metal crystal; Epitaxially depositing a buffer layer and a superconducting layer on an outer peripheral surface of the metal layer along a crystal orientation of the metal crystal; And superposing a protective layer on the outer circumferential surface of the superconducting layer.

상기 금속층을 압착하여 두께를 감소시키는 단계는, 인발 또는 롤러 성형을 통해 이루어지며, 상기 금속층을 압착하여 두께를 감소시키는 단계는, 상기 금속층의 두께가 0.1mm 이하가 되도록 반복적으로 수행되는 것이 바람직하다.The step of compressing the metal layer to decrease the thickness is performed by drawing or roller molding. It is preferable that the step of compressing the metal layer to reduce the thickness is repeatedly performed so that the thickness of the metal layer becomes 0.1 mm or less .

상기 금속층을 열처리하여 상기 금속결정을 결정배향시키는 단계는, 500 내지 2000℃에서 이루어지며, 상기 금속의 결정배향은 상기 코어 와이어의 길이방향 또는 상기 코어 와이어의 축선으로부터 외부방향으로 정렬되는 것이 바람직하다.Preferably, the step of heat-treating the metal layer to crystallize the metal crystal is performed at 500 to 2000 ° C, and the crystal orientation of the metal is aligned in the longitudinal direction of the core wire or in the outward direction from the axial direction of the core wire .

상기 완충층 및 초전도층을 에피텍시(Epitaxy) 증착하는 단계는, 전자빔증착(E-beam evaporation), 열증착(Thermal evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 펄스레이저증착(Pulsed laser deposition, PLD), 금속유기증착(Metal organic deposition, MOD), 금속유기화학기상증착(Metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 증기액상증착(Hybride vapor phase epitaxy, HVPE) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법을 사용하며, 상기 보호층을 적층하는 단계는, 전기도금법(Electroplating)을 사용하는 것이 바람직하다.The epitaxial deposition of the buffer layer and the superconducting layer may be performed by E-beam evaporation, thermal evaporation, sputtering, pulsed laser deposition (PLD), metal deposition A method selected from the group consisting of metal organic deposition (MOD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), vapor phase epitaxy (HVPE) As the step of laminating the protective layer, it is preferable to use an electroplating method.

여기서, 상기 코어 와이어는 상기 금속층보다 경질의 합금 소재를 사용하며, 상기 합금 소재는 스테인레스 스틸(Stainless steel), 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(Inconel), 스텔라이트(Stellite) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하며, 상기 금속층은, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.Here, the core wire may be made of an alloy material harder than the metal layer, and the alloy material may be made of stainless steel, Hastelloy, Inconel, Stellite, And the metal layer is preferably selected from the group consisting of copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), tungsten (W), and mixtures thereof.

또한, 상기 완충층은, 산화세륨(CeO2), 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3), 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-stabilized zirconia, YSZ) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 초전도 층은, 희토류 원소-바륨-구리-산소(RE-Ba-Cu-O)계를 사용하며, 상기 희토류 원소(Rare earth elements, RE)는 이트륨(Y), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 네오디뮴(Nd) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하며, 상기 보호층은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.The buffer layer may be formed from a group consisting of cerium oxide (CeO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), yttria-stabilized zirconia (YSZ) And the superconducting layer is made of a rare earth element-barium-copper-oxygen (RE-Ba-Cu-O) system, and the rare earth elements RE include yttrium (Y), samarium (Sm) (Ga), holmium (Ho), neodymium (Nd), and a mixture thereof, and the protective layer is made of silver (Ag), copper (Cu), aluminum Group is preferable.

상기한 목적은 또한, 원형 단면의 코어 와이어와; 상기 코어 와이어의 외주면에 적층되며, 결정배향성을 갖는 금속결정으로 이루어진 금속층과; 상기 금속층의 외주면에 적층되며, 상기 금속결정의 결정배향을 따라 에피텍시(Epitaxy) 결정배향된 완충층 및 초전도층과; 상기 초전도층의 외주면에 적층되는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재에 의해서도 달성된다.The above object is also achieved by a core wire having a circular cross section; A metal layer stacked on the outer circumferential surface of the core wire and made of a metal crystal having crystal orientation; A buffer layer and a superconducting layer stacked on an outer circumferential surface of the metal layer and having an epitaxy crystal orientation along a crystal orientation of the metal crystal; And a protective layer laminated on the outer circumferential surface of the superconducting layer.

상술한 본 발명의 구성에 따르면 원형 단면의 초전도선재는 판상 단면의 초전도선재에 비해 권선이 용이하기 때문에 산업상 이용가능성이 증가하는 효과를 얻을 수 있다.According to the above-described constitution of the present invention, since the superconducting wire of a circular cross section has a winding easier than a superconducting wire of a plate-shaped cross section, the possibility of industrial applicability is increased.

또한, 금속층, 완충층 및 초전도층이 결정배향되어 전류가 흐를 때 그레인 바운더리(Grain boundary)에서 전류 감소를 줄일 수 있기 때문에 같은 시간 내에 많은 전류가 흐를 수 있어 초전도선재의 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.In addition, since current reduction in the grain boundary can be reduced when the current flows through the metal layer, the buffer layer, and the superconducting layer, the current can flow in the same time, thereby improving the performance of the superconducting wire have.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원형 단면 초전도선재 제조방법의 순서도이고,
도 2는 코어 와이어에 금속층을 적층한 단면도이고,
도 3은 금속층의 두께를 감소시킨 단면도이고,
도 4는 금속층을 열처리하여 결정배향시킨 단면도이고,
도 5는 금속층에 완충층, 초전도층 및 보호층이 순차적으로 적층된 단면도이다.1 is a flowchart of a method of manufacturing a circular cross-section superconducting wire according to an embodiment of the present invention,
2 is a cross-sectional view of a metal wire laminated on a core wire,
3 is a sectional view in which the thickness of the metal layer is reduced,
4 is a cross-sectional view showing a crystal orientation by heat treatment of a metal layer,
5 is a cross-sectional view in which a buffer layer, a superconducting layer, and a protective layer are sequentially stacked on a metal layer.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 원형 단면 초전도선재(100) 및 그 제조방법을 상세히 설명한다,BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a circular cross-section superconducting wire 100 according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에 도시된 바와 같이 먼저 원형 단면의 코어 와이어(110)를 준비한다(S1).As shown in FIG. 1, a core wire 110 having a circular cross section is first prepared (S1).

코어 와이어(110)는 원형 단면의 초전도선재(100)를 제조하기 위해 원형 단면으로 이루어진 것을 준비하며, 초전도선재(100)의 중앙영역에 배치된다. 또한 코어 와이어(110)는 이후에 금속층(130)의 두께를 감소시키더라도 원형 형상이 변하지 않으며, 초전도선재(100)가 와이어 형상을 유지하도록 금속층(130)에 비해 경질의 합금소재를 사용한다. The core wire 110 is arranged in a central region of the superconducting wire 100 to prepare a circular cross section for manufacturing the superconducting wire 100 having a circular cross section. Further, the core wire 110 does not change its round shape even if the thickness of the metal layer 130 is reduced thereafter, and the hard alloy material is used as compared with the metal layer 130 so that the superconducting wire 100 maintains the wire shape.

여기서 코어 와이어(110)는 상기 합금 소재는 스테인레스 스틸(Stainless steel), 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(Inconel), 스텔라이트(Stellite) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하며, 코어 와이어(110)의 두께는 1 내지 20mm인 것이 바람직하다.
The core wire 110 is preferably made of a material selected from the group consisting of stainless steel, Hastelloy, Inconel, Stellite, and a mixture thereof. The core wire 110 ) Is preferably 1 to 20 mm.

코어 와이어(110)의 외주면에 금속층(130)을 형성한다(S2).A metal layer 130 is formed on the outer circumferential surface of the core wire 110 (S2).

도 2에 도시된 바와 같이 코어 와이어(110)를 중심으로 하여 코어 와이어(110)의 외주면이 랩핑되도록 금속층(130)을 적층 형성한다. 적층되는 금속층(130)의 경우 1 내지 10mm인 것이 바람직하다. 만약 금속층(130)이 1mm 미만일 경우 두께 감소율의 한계가 있어 금속결정의 결정배향이 용이하지 않을 수 있으며, 10mm 초과할 경우 금속층(130)의 두께가 너무 두꺼워 초전도선재(100)에 적합하지 않다. 여기서 금속층(130)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.
As shown in FIG. 2, the metal layer 130 is laminated so that the outer circumferential surface of the core wire 110 is wrapped around the core wire 110. In the case of the metal layer 130 to be laminated, it is preferably 1 to 10 mm. If the metal layer 130 is less than 1 mm, the thickness reduction rate may be limited and the crystal orientation of the metal crystal may not be easy. If the metal layer 130 is more than 10 mm thick, the metal layer 130 is too thick to be suitable for the superconducting wire 100. Here, the metal layer 130 is preferably selected from the group consisting of copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), tungsten (W)

금속층(130)을 압착하여 두께를 감소시킨다(S3).The metal layer 130 is pressed to reduce the thickness (S3).

도 3에 도시된 바와 같이 금속결정으로 이루어진 금속층(130)을 축선방향으로 압착하여 금속층(130)의 두께를 감소시킨다. 금속층(130)의 두께를 감소시키게 되면 구성 입자들의 결정 배향성은 롤링 텍스쳐(Rolling texture)를 형성하게 된다. 이러한 금속층(130)의 압착은 금속층(130)의 단면보다 작은 단면을 가지는 다이스를 통과시키는 인발 성형 또는 복수의 롤러 사이를 지나가는 롤러 성형을 이용할 수 있으며, 금속층(130)이 원하는 두께가 될 때까지 이를 반복 수행할 수 있다. 여기서 금속층(130)의 두께는 0.1mm 이하가 바람직하다.
As shown in FIG. 3, the metal layer 130 made of a metal crystal is axially pressed to reduce the thickness of the metal layer 130. When the thickness of the metal layer 130 is reduced, the crystal orientation of the constituent particles forms a rolling texture. The metal layer 130 may be pressed by passing through a die having a cross section smaller than the cross section of the metal layer 130 or by passing through a plurality of rollers. When the metal layer 130 has a desired thickness This can be repeated. The thickness of the metal layer 130 is preferably 0.1 mm or less.

금속층(130)을 열처리하여 금속결정(Metal grain)들을 결정배향시킨다(S4).The metal layer 130 is subjected to heat treatment to crystallize the metal grains (S4).

S3 단계에서 금속층(130)의 롤링 텍스쳐를 가진 금속결정들은 열처리 공정을 통하여 결정배향된다. 금속층(130)의 인발 또는 롤러 성형 등을 동하여 두께를 감소시키면 금속 내부 결정들의 결정 집합조직은 롤링 텍스쳐를 형성하게 되고, 이후에 열을 가하게 되면 결정들이 코어 와이어(110)의 길이방향 또는 도 4에 도시된 바와 같이 코어 와이어(110)의 축선으로부터 방사상과 같이 외부방향을 향하도록 정렬된다. 이와 같이 결정들이 특정 방향으로 결정배향되면 결정들이 방향성을 띄지 않을 때보다 그레인 바운더리(Grain boundary)에서 초전도 전류의 감소가 줄어들어 많은 양의 전류를 흘릴 수 있다. 이는 결국 초전도선재(100)의 성능이 증가된다는 것을 의미한다. 여기서 열처리 온도는 500 내지 2000℃가 바람직한데, 500℃ 미만일 경우 결정배향이 일부 이루어지지 않을 수 있으며, 2000℃를 초과할 경우 금속층(130)이 녹거나 손상이 발생할 수 있다.
In step S3, the metal crystals having the rolling texture of the metal layer 130 are crystallographically oriented through a heat treatment process. When the thickness of the metal layer 130 is reduced by the drawing or roller molding, the crystal texture of the metal inner crystals forms a rolling texture. When heat is applied thereto, As shown in Fig. 4, radially outward from the axis of the core wire 110. As shown in Fig. Thus, if the crystals are crystal oriented in a specific direction, the decrease in the superconducting current at the grain boundary can be reduced and a large amount of current can be flowed when the crystals are not directional. This means that the performance of the superconducting wire 100 is increased. If the temperature is less than 500 ° C, the crystal orientation may not be completely formed. If the temperature exceeds 2000 ° C, the metal layer 130 may melt or be damaged.

금속층(130)의 외주면에 완충층(150), 초전도층(170) 및 보호층(190)을 적층한다(S5).A buffer layer 150, a superconducting layer 170, and a protective layer 190 are stacked on the outer circumferential surface of the metal layer 130 (S5).

도 5에 도시된 바와 같이 결정배향된 금속층(130)의 외주면에 완충층(150), 초전도층(170) 및 보호층(190)을 순차적으로 적층한다. 금속층(130)이 결정배향되어 있기 때문에 금속층(130)의 외주면에 적층되는 완충층(150)도 에피텍시(Epitaxy) 결정배향에 의해 금속층(130)과 동일한 방향으로 결정배향이 된다. 또한 결정배향된 완충층(150)의 외주면에 적층되는 초전도층(170)도 역시 에피텍시 결정배향이 된다. 즉, 금속층(130)을 결정배향시키게 되면 이 이후에 적층되는 층들은 두께감소 및 열처리를 통하지 않더라도 자연적으로 결정배향이 된다.The buffer layer 150, the superconducting layer 170, and the protective layer 190 are sequentially stacked on the outer circumferential surface of the crystal orientation-oriented metal layer 130 as shown in FIG. The buffer layer 150 stacked on the outer circumferential surface of the metal layer 130 is also oriented in the same direction as the metal layer 130 by the epitaxy crystal orientation since the metal layer 130 is crystal oriented. The superconducting layer 170 laminated on the outer circumferential surface of the crystalline buffer layer 150 also has an epitaxial crystal orientation. That is, when the metal layer 130 is crystallographically oriented, the layers stacked thereafter are naturally crystal oriented even though the thickness is reduced and the heat treatment is not performed.

이와 같이 완충층(150), 초전도층(170) 및 보호층(190)을 적층하는 방법으로는 증착법 또는 전기도금법이 이용되지만, 에피텍시 결정배향이 나타나기 위해서는 증착법이 더 바람직하다. 에픽텍시 결정배향이 필요하지 않은 보호층의 경우에는 전기도금법이 바람직하다.The buffer layer 150, the superconducting layer 170, and the protective layer 190 may be formed by a vapor deposition method or an electroplating method. However, the evaporation method is more preferred in order to obtain an epitaxial crystal orientation. For protective layers that do not require epitaxial crystal orientation, electroplating is preferred.

증착법(Vapor deposition)은 전자빔증착(E-beam evaporation), 열증착(Thermal evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 펄스레이저증착(Pulsed laser deposition, PLD), 금속유기증착(Metal organic deposition, MOD), 금속유기화학기상증착(Metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 증기액상증착(Hybride vapor phase epitaxy, HVPE) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법을 사용하는 것이 바람직하다.Vapor deposition may be performed by E-beam evaporation, thermal evaporation, sputtering, pulsed laser deposition (PLD), metal organic deposition (MOD), metal It is preferable to use a method selected from the group consisting of metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), hybrid vapor phase epitaxy (HVPE), and mixtures thereof.

완충층(150)은 산화세륨(CeO2), 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3), 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-stabilized zirconia, YSZ) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.The buffer layer 150 is cerium oxide (CeO 2), yttrium oxide (Y 2 O 3), aluminum oxide (Al 2 O 3), yttria-stabilized zirconia (Yttria-stabilized zirconia, YSZ) and selected from the group consisting of thereof, mixed .

초전도층(170)의 경우 희토류 원소-바륨-구리-산소(RE-Ba-Cu-O)계를 사용하며, 상기 희토류 원소(Rare earth elements, RE)는 이트륨(Y), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 네오디뮴(Nd) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.The superconducting layer 170 uses a rare earth element-barium-copper-oxygen-RE-Ba-Cu-O system and the rare earth elements RE include yttrium (Y), samarium (Sm) Gadolinium (Gd), holmium (Ho), neodymium (Nd), and mixtures thereof.

또한 보호층(190)은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하며, 그 중 은(Ag)을 사용하는 것이 가장 바람직하다.The protective layer 190 is preferably selected from the group consisting of silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), and a mixture thereof, and silver (Ag) is most preferably used.

이와 같은 방법을 통해 제조되는 원형 단면 초전도선재(100)는, 원형 단면이 이루어지도록 중앙 영역에 원형 단면의 코어 와이어(110)가 배치되며, 코어 와이어(110)의 외주면에 결정배향성을 갖는 금속결정으로 이루어진 금속층(130)이 적층된다. 금속층(130)의 외주면에는 금속결정의 결정배향을 따라 에피텍시된 완충층(150), 초전도층(170) 및 보호층(190)이 순차적으로 적층된다.The circular cross-section superconducting wire 100 manufactured through such a method is characterized in that a core wire 110 having a circular cross section is disposed in a central region so as to have a circular cross section and a metal wire 110 having a crystalline orientation is formed on the outer circumferential face of the core wire 110 The metal layer 130 is stacked. A buffer layer 150, a superconducting layer 170, and a protective layer 190, which are epitaxized along the crystal orientation of the metal crystal, are sequentially stacked on the outer surface of the metal layer 130.

이러한 원형 단면 초전도선재(100)는 판상 단면의 초전도선재에 비해 권선이 용이하기 때문에 산업상 이용가능성이 증가할 것으로 기대되며, 금속층(130), 완충층(150) 및 초전도층(170)이 결정배향되어 전류가 흐를 때 그레인 바운더리에서 전류의 감소를 줄일 수 있기 때문에 같은 시간 내에 많은 전류가 흐를 수 있어 초전도선재(100)의 성능이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.This circular cross section superconducting wire 100 is expected to be more industrially applicable because it is easier to wind than a superconducting wire having a plate-shaped cross section. The metal layer 130, the buffer layer 150, and the superconducting layer 170, Since the reduction of the current at the grain boundary can be reduced when the current flows, a large amount of current can flow in the same time, thereby improving the performance of the superconducting wire 100.

10: 초전도선재
110: 코어 와이어
130: 금속층
150: 완충층
170: 초전도층
190: 보호층10: superconducting wire
110: core wire
130: metal layer
150: buffer layer
170: superconducting layer
190: Protective layer

Claims (12)

원형 단면 초전도선재 제조방법에 있어서,
원형 단면의 코어 와이어 외주면에 금속결정을 적층하여 금속층을 형성하는 단계와;
롤링 텍스쳐(rolling texture)를 형성하도록 상기 금속층을 압착하여 두께를 감소시키는 단계와;
상기 금속층을 열처리하여 상기 금속결정을 결정배향시키는 단계와;
상기 금속결정의 결정배향을 따라 상기 금속층의 외주면에 완충층 및 초전도층을 상기 금속층과 동일한 방향으로 결정배향되도록 에피텍시(Epitaxy) 증착하는 단계와;
상기 초전도층의 외주면에 보호층을 적층하는 단계를 포함하며,
상기 코어 와이어는 상기 금속층보다 경질의 합금 소재를 사용하며,
상기 금속층을 열처리하여 상기 금속결정을 결정배향시키는 단계는,
500 내지 2000℃에서 이루어지며, 상기 금속결정의 결정배향은 상기 코어 와이어의 길이방향 또는 상기 코어 와이어의 축선으로부터 외부방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.A method of manufacturing a circular cross section superconducting wire,
Forming a metal layer by laminating metal crystals on the outer circumferential surface of the core wire having a circular cross section;
Compressing the metal layer to form a rolling texture to reduce the thickness;
Annealing the metal layer to crystallize the metal crystal;
Epitaxially depositing a buffer layer and a superconducting layer on the outer circumferential surface of the metal layer in a crystal orientation in the same direction as the metal layer along a crystal orientation of the metal crystal;
And laminating a protective layer on the outer circumferential surface of the superconducting layer,
The core wire uses an alloy material harder than the metal layer,
The step of heat-treating the metal layer to crystal-
Wherein the crystal orientation of the metal crystal is aligned in a longitudinal direction of the core wire or in an outward direction from an axis of the core wire. 제 1항에 있어서,
상기 금속층을 압착하여 두께를 감소시키는 단계는,
인발 또는 롤러 성형을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of compressing the metal layer to reduce the thickness comprises:
Wherein the superconducting wire is formed by drawing or roller molding. 제 1항에 있어서,
상기 금속층을 압착하여 두께를 감소시키는 단계는,
상기 금속층의 두께가 0.1mm 이하가 되도록 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of compressing the metal layer to reduce the thickness comprises:
Wherein the metal layer is repeatedly performed so that the thickness of the metal layer becomes 0.1 mm or less. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 완충층 및 초전도층을 에피텍시(Epitaxy) 증착하는 단계는,
전자빔증착(E-beam evaporation), 열증착(Thermal evaporation), 스퍼터링(Sputtering), 펄스레이저증착(Pulsed laser deposition, PLD), 금속유기증착(Metal organic deposition, MOD), 금속유기화학기상증착(Metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 증기액상증착(Hybride vapor phase epitaxy, HVPE) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
The step of epitaxy depositing the buffer layer and the superconducting layer includes:
(E-beam evaporation, thermal evaporation, sputtering, pulsed laser deposition (PLD), metal organic deposition (MOD), metal organic chemical vapor deposition wherein the method is selected from the group consisting of an organic chemical vapor deposition (MOCVD), a hybrid vapor phase epitaxy (HVPE), and a mixture thereof. 제 1항에 있어서,
상기 보호층을 적층하는 단계는,
전기도금법(Electroplating)을 사용하는 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of laminating the protective layer comprises:
Wherein the superconducting wire is manufactured by using an electroplating method. 제 1항에 있어서,
상기 코어 와이어는 상기 금속층보다 경질의 합금 소재를 사용하며,
상기 합금 소재는 스테인레스 스틸(Stainless steel), 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(Inconel), 스텔라이트(Stellite) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
The core wire uses an alloy material harder than the metal layer,
Wherein the alloy material is selected from the group consisting of stainless steel, Hastelloy, Inconel, Stellite, and mixtures thereof. 제 1항에 있어서,
상기 금속층은,
구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
The metal layer may include,
Wherein the superconducting wire is selected from the group consisting of copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), tungsten (W) and mixtures thereof. 제 1항에 있어서,
상기 완충층은,
산화세륨(CeO2), 산화이트륨(Y2O3), 산화알루미늄(Al2O3), 이트리아 안정화 지르코니아(Yttria-stabilized zirconia, YSZ) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
The buffer layer,
Characterized in that it is selected from the group consisting of cerium oxide (CeO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), yttria-stabilized zirconia (YSZ) Method of manufacturing single - sided superconducting wire. 제 1항에 있어서,
상기 초전도 층은,
희토류 원소-바륨-구리-산소(RE-Ba-Cu-O)계를 사용하며,
상기 희토류 원소(Rare earth elements, RE)는 이트륨(Y), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 네오디뮴(Nd) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the superconducting layer comprises:
A rare-earth element-barium-copper-oxygen (RE-Ba-Cu-O)
Wherein the rare earth elements RE are selected from the group consisting of yttrium (Y), samarium (Sm), gadolinium (Gd), holmium (Ho), neodymium (Nd) Method of manufacturing wire rod. 제 1항에 있어서,
상기 보호층은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the protective layer is selected from the group consisting of silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), and mixtures thereof. 원형 단면 초전도선재에 있어서,
원형 단면의 코어 와이어와;
상기 코어 와이어의 외주면에 적층되며, 결정배향성을 갖는 금속결정으로 이루어진 금속층과;
롤링 텍스쳐(rolling texture)를 형성하도록 상기 금속층의 외주면에 적층되며, 상기 금속결정의 결정배향을 따라 상기 금속층과 동일한 방향으로 결정배향되도록 에피텍시(Epitaxy) 결정배향된 완충층 및 초전도층과;
상기 초전도층의 외주면에 적층되는 보호층을 포함하며,
상기 코어 와이어는 상기 금속층보다 경질의 합금 소재를 사용하며,
상기 금속층은 500 내지 2000℃에서 열처리하여 상기 금속결정을 결정배향시키며, 상기 금속결정의 결정배향은 상기 코어 와이어의 길이방향 또는 상기 코어 와이어의 축선으로부터 외부방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 원형 단면 초전도선재.In the circular cross section superconducting wire,
A core wire having a circular cross section;
A metal layer stacked on the outer circumferential surface of the core wire and made of a metal crystal having crystal orientation;
A buffer layer and a superconducting layer stacked on an outer circumferential surface of the metal layer to form a rolling texture, the buffer layer and the Epitaxy crystal orientation being oriented in the same direction as the metal layer along the crystal orientation of the metal crystal;
And a protective layer laminated on an outer circumferential surface of the superconducting layer,
The core wire uses an alloy material harder than the metal layer,
Wherein the metal layer is subjected to a heat treatment at 500 to 2000 ° C to crystallize the metal crystal and the crystal orientation of the metal crystal is aligned in the longitudinal direction of the core wire or outwardly from the axis of the core wire. Pre-existing.
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