KR102002372B1 - Manufacturing method for superconducting wires using taping type and superconducting wire MgB2 and apparatus for making them - Google Patents

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장세훈
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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing an MgB_2 superconducting multi-core wire rod, comprising: a step of coupling a plurality of multi-core wire rods through taping; a step of inserting the coupled plurality of multi-core wire rods into a tube; and a step of drawing and processing the inserted tube. Therefore, the method for manufacturing an MgB_2 superconducting multi-core wire rod can manufacture a wire rod having a uniform cross section shape and no distortion by applying taping to a drawn and processed single-core wire rod and, accordingly, can manufacture a superconducting wire rod with excellent physical characteristics such as critical current density.

Description

테이핑 방식에 의한 MgB2 초전도 선재 제조방법, 이에 의하여 제조된 MgB2 초전도 선재 및 초전도 다심선재 제조장치{Manufacturing method for superconducting wires using taping type and superconducting wire MgB2 and apparatus for making them}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a MgB2 superconducting wire manufactured by a taping method, and a MgB2 superconducting wire and a superconducting multi-

본 발명은 테이핑 방식에 의한 MgB2 초전도 선재 제조방법, 이에 의하여 제조된 MgB2 초전도 선재 및 이를 제조하는 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인발 방식으로의 선재 제조시 불균일 변형에 의한 모듈의 형상 왜곡 및 확산방지층 손상을 방지하고 임계전계밀도 등이 우수한, MgB2 초전도 선재를 제조할 수 있는 테이핑 방식에 의한 MgB2 초전도 선재 제조방법, 이에 의하여 제조된 MgB2 초전도 선재 및 이를 제조하는 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing MgB 2 superconducting wire by taping, a MgB 2 superconducting wire manufactured by the method, and a manufacturing apparatus for manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing a MgB 2 superconducting wire, in the manufacturing apparatus for preventing the distortion, and the diffusion barrier layer damage, and the threshold field density, etc. the manufacturing superior, MgB 2 superconducting wire production method MgB 2 superconducting wire according to the taping method can be produced, whereby the MgB 2 superconducting wire and prepared by this .

MgB2의 초전도현상 발견이후 많은 연구가 되어 왔으나 이를 실용화하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 실용화 가능성이 있는 초전도 선재는 열적 안정성의 향상이나 교류 손실 감소의 관점에서, 단심 보다는 다심의 초전도 선재를 사용하는 것이 일반적이다. 다심의 초전도 선재의 경우, 모듈의 건전성이 확보되지 못하면 임계전류 특성이 낮고 단선이 많이 발생하여 장선재로 제조가 어렵다.Since the discovery of the superconducting phenomenon of MgB 2 , many studies have been made, but studies for practical use thereof have been actively conducted. Generally, a superconducting wire having a possibility of practical use generally uses a superconducting wire of a multi-core type rather than a single core in view of improvement of thermal stability and reduction of AC loss. In the case of multi-core superconducting wire, if the integrity of the module can not be secured, the critical current characteristic is low, and a large number of disconnection occurs.

다심선재 조립공정에서 균일한 모듈 조립 위치를 확보하고 선재 가공시 비틀림을 방지하기 위하여 테이핑 공정을 적용하며, 이로서 MgB2 다심 선재 제조시 임계전류 특성이 우수하고 6km 이상의 장선재 제조가 가능하다.In order to secure uniform module assembly position in multi-core wire assembly process and taping process to prevent twisting during wire rod processing, MgB 2 multi-core wire material is excellent in critical current characteristics and can manufacture more than 6km of wire rods.

하지만, MgB2 장선재를 제조하기 위해서는 다심 선재의 초기 조립선경을 크게 하거나 조립 길이를 길게 하여야 하는데, 조립선경을 크게 할 경우, 총 가공량이 증가하여 가공한계로 인해 낮은 선경에서 단선 발생 빈도가 높아지게 된다. However, in order to fabricate MgB double- layered wire, it is necessary to increase the initial assembly diameter of the multi-core wire or to increase the length of the assembly. If the assembly wire diameter is increased, the total processing amount increases, .

도 1 및 2는 종래의 조립 공정에 따라 제조된 MgB2 다심 선재의 조립 공정과 사진이다.1 and 2 is an assembly process and the photo of the MgB 2 multi-core wire material made according to the conventional assembly process.

도 1을 참조하면, 단심 선재를 인발 가공 한 후, 단심 선재를 진직화하고, 이를 Cu 튜브 내에 장입한 후, 다시 인발 가공하게 된다.Referring to FIG. 1, after the single core wire is drawn, the single core wire is wound into a Cu tube, and then drawn again.

문제는 Cu 튜브 내에 장입되는 단심 선재는 고정되지 않은 형태로서, 인발 가공의 스웨이징 시 모듈의 회전이 발생하여 선재의 건전성을 손상시키게 되고 단선 발생을 유발 시키게 된다는 것이다(도 2 참조).The problem is that the single core wire to be loaded in the Cu tube is not fixed and rotation of the swaging module in the drawing process is caused to deteriorate the integrity of the wire and cause the breakage to occur (see FIG. 2).

즉, 일정한 선경에서 조립길이를 증가시켜야 하는 필요성에 의하여 조립 길이를 2m 이상 증가시킬 경우, 단심 선재의 진직도가 나쁘게 되며, 모듈 위치의 불균일성에 의해 인발 가공시 선재의 건전성에 문제가 발생하게 된다. 따라서, 장선재 제조를 위해 2m 이상의 조립길이에서, 다심선재의 조립 건전성을 확보하는 것이 필요하다.That is, when the assembly length is increased by 2 m or more due to the necessity of increasing the assembly length in a certain wire diameter, the straightness of the single wire becomes worse, and there is a problem in the soundness of the wire in the drawing process due to the unevenness of the module position . Therefore, it is necessary to secure the assembly integrity of the multi-core wire at a length of 2 m or more for manufacturing of the wire.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 인발 가공에 따른 선재 제조시 불균일 변형 발생으로 인한 모듈의 손상(모듈 형상 왜곡, 확산방지층의 손상, 소세징(Sausaging) 현상)을 방지할 수 있으면서도 임계전류밀도 등의 특성이 우수한 MgB2 초전도 선재를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a wire rod, which is capable of preventing module damage (module shape distortion, damage to the diffusion preventing layer, and sausaging phenomenon) the properties such as density to provide a superconducting wire excellent MgB 2.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 MgB2 초전도 다심 선재 제조방법은 복수 개의 다심 선재를 테이핑하여 결속하는 단계; 결속된 복수 개의 다심 선재를 튜브 내에 장입하는 단계; 장입된 튜브를 인발 가공하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an MgB 2 superconducting multi-core wire, comprising: taping and binding a plurality of multi-core wires; Charging a plurality of bundled multi-core wires into a tube; And drawing the loaded tube.

여기서, 튜브와 상기 테이핑 하는 테이프는 구리(Cu) 또는 구리합금(Cu alloy)으로 형성될 수 있다.Here, the tube and the taping tape may be formed of copper (Cu) or a copper alloy (Cu alloy).

여기서, 테이핑은 다심선재의 길이 수직 방향에 대하여 10 내지 30도의 각도로 진행될 수 있다.Here, the taping may be performed at an angle of 10 to 30 degrees with respect to the longitudinal direction of the multi-core wire.

여기서, 복수 개의 다심 선재를 테이핑하여 결속하는 단계는, 튜브 내로 장입되는 다심 선재의 복수 개를 동일 갯수로 나누어 진행될 수 있다.Here, the step of taping and binding the plurality of multi-core wire materials can be performed by dividing a plurality of multi-core wire materials charged into the tube into the same number.

여기서, 튜브 내의 중심에는 모듈을 고정할 수 있는 원형로드가 구비될 수 있다.Here, the center of the tube may be provided with a circular rod capable of fixing the module.

본 발명의 실시예에 따른 MgB2 초전도 다심 선재 제조방법에 의해서 제조된 MgB2 초전도 선재이다.The MgB 2 is a superconducting wire produced by the MgB 2 superconducting multi-core wire rod manufacturing method according to an embodiment of the invention.

본 발명의 실시예에 따른 MgB2 초전도 다심 선재를 제조하는 제조장치는 내부에 홀이 형성되어 홀을 따라 복수의 다심 선재를 안착시켜 일방향으로 다심 선재의 이동을 안내하는 다심선재 안내부; 및 다심선재 안내부를 따라 이동하는 다심 선재에 소정각도 틀어져 복수의 다심 선재를 구리 테이프로 테이핑하는 테이핑부;를 포함한다.An apparatus for manufacturing an MgB 2 superconducting multi-core wire according to an exemplary embodiment of the present invention includes a multi-core wire guide unit having a hole formed therein to seat a plurality of multi-core wire materials along a hole to guide movement of the multi-core wire material in one direction; And a taping portion for taping a plurality of multi-core wires with a copper tape by turning the multi-core wire moving along the multi-core wire guide portion at a predetermined angle.

여기서, 테이핑부는 다심선재 안내부에 대해서 소정각도 틀어져 테이핑 각도를 조정하는 테이핑 각도조절부; 테이핑 각도조절부의 상면에서 상측으로 연장되는 지지판; 지지판에 회전가능하게 결합되며, 구리 테이프를 공급하는 구리 테이프 공급부; 및 구리 테이프 공급부에 결합되어 공급되는 구리 테이프의 장력을 조절하는 장력 조절부;를 구비할 수 있다.Here, the taping portion may include a taping angle adjusting portion for adjusting the tapping angle by turning the multi-core wire guide portion by a predetermined angle, A support plate extending upward from an upper surface of the tapping angle adjusting portion; A copper tape supply portion rotatably coupled to the support plate and supplying a copper tape; And a tension adjusting unit for adjusting the tension of the copper tape supplied to the copper tape supply unit and supplied to the copper tape supply unit.

본 발명에 의한 테이핑 방식에 의한 MgB2 초전도 선재 제조방법, 이에 의하여 제조된 MgB2 초전도 선재 및 초전도 다심선재 제조장치는 테이핑을 인발 가공던 단심선재에 적용하여 단면 형상이 균일하고 비틀림이 발생하지 않는 선재의 제조가 가능하며, 그 결과 임계전류밀도 등의 물리적 특성이 우수한 초전도 선재 제조가 가능하다.The method for manufacturing MgB 2 superconducting wire according to the present invention, the MgB 2 superconducting wire and the superconducting multi-core wire manufacturing apparatus manufactured by the taping method according to the present invention can be applied to a single wire drawing process for taping, As a result, it is possible to manufacture a superconducting wire having excellent physical properties such as critical current density and the like.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1 내지 도 2는 종래의 조립 공정에 따라 제조된 MgB2 다심 선재의 조립 공정과 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 테이핑 방식에 의한 MgB2 초전도 선재 제조방법 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 테이핑 방식에 의한 MgB2 초전도 선재를 테이핑하는 방법의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 테이핑 방식을 통해 가공된 상태와 인발 가공된 상태의 사진이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 테이핑 방식을 통해 가공된 상태와 인발 가공된 상태의 사진이다.
도 7은 본 발명과 비교예에 따른 임계전류밀도를 비교하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 테이핑 각도에 따른 비교 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 초전도 다심 선재를 제조하는 제조장치의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 MgB2 선재의 길이에 따른 임계전류밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 확산 방지층의 종류에 따른 MgB2 선재의 임계전류밀도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 확산방지층의 종류에 따른 MgB2의 단면형상을 나타낸 사진으로 (a)는 확산 방지층으로 Nb, (b)는 Ti 합금을 각각 사용한 사진이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 Ti 합금을 확산 방지층으로 사용한 MgB2 선재의 인발가공에 따른 단면형상을 각기 도시한 사진이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 확산 방지층의 종류에 따른 인발 가공이후 MgB2의 단면형상을 나타낸 사진으로 (a)는 확산 방지층으로 Nb, (b)는 Ti 합금을 각각 사용한 사진이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 EDX분석결과를 나타낸 것으로 (a)는 확산 방지층으로 Nb, (b)는 Ti합금을 각각 사용한 것이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 확산 방지층의 표면조도 실험결과로 (a)는 확산방지층으로 Nb, (b)는 Ti합금을 각각 사용한 것이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 의한 인발가공에 따른 확산 방지층의 경도변화를 나타낸 그래프이다.
1 and 2 are photographs and a process of assembling the MgB 2 multi-core wire manufactured according to the conventional assembling process.
3 is a flowchart of a method for manufacturing an MgB 2 superconducting wire by taping according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram of a method of taping MgB 2 superconducting wire by taping according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of a state of being processed through a taping method according to the first embodiment of the present invention and a state of being drawn and processed.
6 is a photograph of a state of being processed through a taping method according to a second embodiment of the present invention and a state of being drawn and processed.
7 is a graph comparing threshold current densities according to the present invention and a comparative example.
8 is a comparative photograph according to the taping angle according to the embodiment of the present invention.
9 is a perspective view of a manufacturing apparatus for manufacturing a superconducting multi-core wire according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a change in critical current density according to the length of a MgB 2 wire according to another embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a change in critical current density of an MgB 2 wire according to another embodiment of a diffusion preventing layer according to another embodiment of the present invention.
12 is a photograph showing the cross-sectional shape of MgB 2 according to the type of the diffusion preventing layer according to another embodiment of the present invention, wherein (a) is Nb as the diffusion preventing layer and (b) is the Ti alloy.
FIG. 13 is a photograph showing the cross-sectional shape of the MgB 2 wire using the Ti alloy as the diffusion preventing layer according to another embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 14 is a photograph showing the cross-sectional shape of MgB 2 after drawing according to another embodiment of the diffusion preventing layer according to another embodiment of the present invention. FIG. 14 (a) is a photograph showing Nb as a diffusion preventing layer and FIG.
15 shows the results of EDX analysis according to another embodiment of the present invention, wherein (a) shows Nb as the diffusion preventing layer and (b) shows the Ti alloy.
FIG. 16 is a result of surface roughness test of the diffusion preventing layer according to another embodiment of the present invention, wherein (a) shows Nb as a diffusion preventing layer and (b) shows a Ti alloy.
17 is a graph showing changes in hardness of the diffusion preventing layer according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Also, throughout the specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. Also, throughout the specification, the term " on " means located above or below a target portion, and does not necessarily mean that the target portion is located on the upper side with respect to the gravitational direction.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 MgB2 초전도 다심 선재 제조방법은 다음과 같은 순차적인 순서로 진행될 수 있으며, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한다.Referring to FIG. 3, the MgB 2 superconducting multi-core wire manufacturing method according to an embodiment of the present invention can be performed in the following sequential order and will be described with reference to FIGS. 4 to 8.

먼저, 다수 개의 다심 선재(110)를 구리 테이프(120)로 테이핑하여 결속한다(S100).First, a plurality of multi-core wires 110 are tied with a copper tape 120 and bound (S100).

이때, 다수 개의 다심 선재(110)를 결속하는 방법은 2가지 방법으로 결속될 수 있다. 그 방법으로, 도 4 (a)와 같이, 복수개의 다수 개의 다심 선재(110)를 구리 테이프(120)로 한번에 테이핑하여 튜브(T) 내로 장입하는 방법(이하, 제1 실시예라함), 도 4 (b)와 같이 튜브(T) 내로 장입되는 다심 선재(110)의 복수 개를 동일 갯수로 나누어 진행하는 방법(이하, 제2 실시예라함)이다. 본 실시예에서, 도 4 (b)에서는 다심 선재(110) 3개를 한 묶음으로 하여 구리 테이프(120a)로 테이핑하고, 이를 다시 구리 테이프(120b)로 테이핑하였으나, 다심 선재(110)를 구리 테이프(120a)로 테이핑할 때에, 다심 선재(110)의 갯수가 3개로 제한되는 것은 아니다.At this time, the method of bundling a plurality of multi-core wires 110 can be combined in two ways. 4 (a), a method of taping a plurality of multi-core wire materials 110 with a copper tape 120 at one time and charging them into the tube T (hereinafter referred to as first embodiment) 4 (b), a plurality of multi-core wire materials 110 charged into the tube T are divided into the same number (hereinafter, referred to as a second embodiment). 4 (b), three multi-core wires 110 are bundled and taped to the copper tape 120a and taped to the copper tape 120b. However, when the multi core wire 110 is wound around the copper wire 120a, When taping with the tape 120a, the number of the multi-core wires 110 is not limited to three.

본 발명에서 테이프라 함은 호일, 스트립, 시트 형태로서 선재를 물리적으로 결속시키는 임의 형태의 부재를 의미하며, 최종 가공을 튜브를 제조되는 경우 융착될 수 있으며, 이것 또한 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 테이프가 융착되어 구분이 안되는 경우도 적어도 제조공정에서 이를 사용한 경우는 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 구리 테이프는 구리를 포함하는 테이프로서 이종의 물질이 포함될 수 있다.In the present invention, a tape refers to any type of member that physically binds a wire as a foil, a strip, or a sheet, and can be fused when a tube is manufactured, and this is also within the scope of the present invention. Also, even if the tape is fused and can not be distinguished, it is at least within the scope of the present invention to use it at least during the manufacturing process. Further, the copper tape may include a different material as a tape including copper.

이때, 구리 테이프(120)로 다심 선재(110)를 테이핑 할 때에는, 도 8에 나타난 바와 같이, 소정각도 틀어진 상태로 테이핑하게 된다. 이때 틀어지는 각도는 다심선재의 길이 수직 방향에 대하여 10 내지 30도의 각도로 테이핑 할 수 있다.At this time, when taping the multi-core wire 110 with the copper tape 120, taping is performed with a predetermined angle as shown in Fig. At this time, the turned angle may be taped at an angle of 10 to 30 degrees with respect to the longitudinal direction of the multi-core wire.

만약, 테이핑 각도가 10도로 형성되면, 구리 테이프 공급시 우측 플렌지 간섭을 받게 되어 테이프가 일그러진 상태로 공급되어 테이핑 후에도 일그러진 일부가 남게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로 테이핑 각도가 50도와 같이 크게 형성되면, 좌측 플렌지에 간섭을 받게 되고 구리 테이프가 이송하면서 들뜸 형상이 발생되게 된다. If the taping angle is set to 10 degrees, the tape may be fed in a distorted state due to the right flange interference at the time of supplying the copper tape, so that a distorted portion may remain after taping. On the other hand, if the taping angle is set to be as large as 50 degrees, the left flange is interfered with, and the lifting shape is generated while the copper tape is transported.

가장 바람직하게는 테이핑 각도로 20도를 유지한 상태로 구리 테이프를 공급하게 되면, 플렌지간의 간섭이 발생하지 않게 되며, 테이핑되는 중첩폭을 일정하게 유지할 수 있다.Most preferably, when the copper tape is supplied while maintaining the taping angle at 20 degrees, interference between the flanges does not occur, and the taping overlap width can be kept constant.

상기의 같은 고정을 통해서 결속된 복수 개의 다심 선재를 튜브(T) 내에 장입한다(S200). 이때, 튜브 내의 중심에는 모듈을 고정할 수 있는 원형로드(130)가 구비될 수 있다. 튜브(T)는 구리 테이프와 동일한 구리 재질로 형성될 수 있다.A plurality of multi-core wire bundled through the above-mentioned fixation is charged into the tube T (S200). At this time, a circular rod 130 for fixing the module may be provided at the center of the tube. The tube T may be formed of the same copper material as the copper tape.

마지막으로 장입된 튜브를 인발 가공한다(300). 인발 가공은 여러번 반복할 수도 있다.Finally, the loaded tube is drawn (300). The drawing process may be repeated several times.

비교검토Comparison Review

테이핑 없이 형성되는 비교예, 제1 실시예 및 제2 실시예에 대해서 조립형상 및 진직성, 광학 현미경을 이용한 단면 형상 관찰 및 임계전류 밀도를 비교 평가하였다.For the comparative example, the first embodiment and the second embodiment formed without taping, the assembly shape and straightness, cross-sectional shape observation using an optical microscope, and critical current density were compared and evaluated.

(1) 실험조건(1) Experimental conditions

제1 실시예와 제2 실시예를 비교하기 위해서, 다음과 같은 실험절차가 선행되었다. 먼저, 제1 실시예는 18 + 1(다심선재 + 구리재질의 원형로드) 형태로 모듈을 조립한 후 최외곽에 1회 테이핑을 실시하였다. 제2 실시예는 3개의 단심선재를 테이핑한 후 테이핑된 6개의 다발을 중심 구리 스페이서와 함께 조립 후 최외곽에 추가 테이핑을 실시하였다. 이때, 사용된 MgB2는 습식 혼합공정을 이용하여 Mg(75μm), B 분말(<400nm)을 중간재(media)와 함께 4시간 이상 혼합 후 건조 및 sieving 공정을 통해 얻어진 혼합체를 산세 및 세척된 확산방지층(OD21 x ID 16 x L2,000mm) 튜브 내에 상대밀도 0.3 이상으로 장입하여 형성되었다.In order to compare the first embodiment with the second embodiment, the following experimental procedure was preceded. First, in the first embodiment, a module is assembled in the form of 18 + 1 (a round rod of a multi core wire + copper material), and taping is performed once at the outermost portion. In the second embodiment, three tapes of single core wire are taped, and six taped tapes are assembled together with a center copper spacer, and additional taping is performed at the outermost periphery. MgB 2 was mixed with Mg (75 μm) and B powder (<400 nm) together with media for 4 hours or more using a wet mixing process, dried and sieved, (OD21 x ID 16 x L2,000 mm) tube with a relative density of 0.3 or higher.

테이핑에 사용된 구리 합금 테이프는 터프피치동을 적용하였다. 테이핑 시, 장력은 구리 합금 테이프와 모듈 간 결속에 적합한 텐션을 부여하였다. 구리 합금 테이프의 두께는 테이핑 장력에 따라 달라질 수 있으나, 적합한 0.1 ~ 0.25mm를 적용하였다. 테이핑된 다발을 구리 튜브(Cu sheath)에 조립 후 금속 튜브관을 단위감면율 15%로 인발공정을 이용하여 최종 선경 1.03mm 이하의 MgB2 다심선재를 제조하였다. 제조된 MgB2 다심선재는 Ar 분위기 내에서 700ㅀC 온도에서 1시간 열처리를 통해 최종 MgB2 상을 형성 시켰다.Tough pitch copper was used for the copper alloy tape used for taping. During taping, the tension was given a tension suitable for binding between the copper alloy tape and the module. The thickness of the copper alloy tape may vary depending on the taping tension, but a suitable 0.1 to 0.25 mm is applied. After assembling the taped bundle into a Cu sheath, MgB 2 multi-core wire with a final wire diameter of 1.03 mm or less was manufactured using a drawing process with a metal tube tube with a unit reduction rate of 15%. The MgB 2 multi core wire was heat treated at 700 ㅀ C temperature for 1 hour in Ar atmosphere to form final MgB 2 phase.

(2) 조립형상 및 진직성(2) Assembly shape and straightness

테이핑 없이 일정 간격을 주고 조립한 다심선재(비교예)와, 제1 실시예(1회 테이핑) 및 제2 실시예(2회 테이핑)를 실시한 다심선재의 조립형상과 3,000mm 길이의 모듈 간 진직성을 확인하였다.(Comparative Example) assembled at regular intervals without taping, the assembled shape of the multi-core wire subjected to the first embodiment (taping once) and the second embodiment (twice taping) .

비교예에서는 구리 튜브에 삽입하는 과정에서 모듈의 이탈이 발생하였고, 모듈의 진직도 차이 및 튜브와 모듈 간의 공차에 의해 모듈 형상이 일정하지 않았다. 또한, 조립된 다심선재를 인발 가공시 스웨이징 공정에서 모듈의 회전에 의한 모듈 불균일 현상이 발생하였다. In the comparative example, module detachment occurred in the process of inserting into the copper tube, and the module shape was not constant due to the straightness difference of the module and the tolerance between the tube and the module. Also, module unevenness occurred due to the rotation of the module in the swaging process when drawing the assembled multi-core wire.

반면, 제1 실시예의 조립 결과는 선·후방의 조립 형상이 육각과 원형 형태로 달랐으며 모듈의 비틀림이 확인 되었다(도 5 (a) 참조). 이는 구리 원형로드를 중심으로 배치되는 6개의 단심선재의 진직성이 결여된 상태에서 그 둘레 방향을 따라 12개의 단심선재 모듈이 추가 배치되어 테이핑을 실시하였기 때문인 것으로 판단된다. 이에 따라 내부모듈 또한 테이핑에 의한 추가적인 모듈고정이 더욱 바람직함을 알 수 있었다.On the other hand, in the assembly result of the first embodiment, the assembled shape of the line and the rear was different from the hexagonal shape and the circular shape, and twist of the module was confirmed (see Fig. 5 (a)). It is considered that this is because 12 single core wire modules are additionally arranged and taped along the circumferential direction in the state that the straightness of six single core wires arranged around the copper circular rod is lacked. Accordingly, it was found that further fixing of the inner module by taping is further preferable.

제2 실시예의 조립 결과는 조립된 다심 선재의 선방에서 후방까지 조립 형상이 동일하게 유지되었고 3,000mm 길이에서도 모듈 위치가 동일하였다(도 6 (a) 참조). 모듈 형상 및 위치가 동일하게 조립된 다심선재는 인발 가공시에도 모듈 형상이 균일하게 유지되었다.As a result of the assembly of the second embodiment, the assembled shape of the multi-core wire was kept from the front to the back of the assembled multi-core wire, and the module position was the same even when the length was 3,000 mm (see FIG. The multi-core wire with the same module shape and position was uniformly maintained in the drawing process.

(3) 단면 형상 관찰(3) Observing the cross-sectional shape

인발가공을 통해 제조된 MgB2 다심선재(1.03mm)를 광학현미경을 통해 제1, 제2 실시예 각각에 대한 선재의 단면을 관찰하였다.The cross section of the wire rod for each of the first and second embodiments was observed through an optical microscope on the MgB 2 multi-core wire (1.03 mm) produced through the drawing process.

제1 실시예는 0.1mm 두께의 구리 합금 테이프로 테이핑하여 최종선경을 1.03mm으로 인발가공된 단면을 관찰 결과, 최외곽 모듈에 테이핑이 된 구간이 존재하는 것이 확인 되었으며, 두께는 13~17㎛로 나타났다.The first embodiment was taped with a copper alloy tape having a thickness of 0.1 mm, and a cross section of a final wire diameter of 1.03 mm was observed. As a result, it was confirmed that a taped section was present in the outermost module, Respectively.

제2 실시예의 테이핑 두께는 내부는 0.1 mm 와 외부는 0.2 mm 구리 합금 테이프를 사용하여 테이핑을 실시 한 후 최종 선경을 1.03mm로 인발 가공된 단면을 관찰한 결과, 각 모듈 사이에 테이핑이 존재하는 것이 확인되었으며, 최종 선경에서 내부 테이프 두께는 6.9 ~ 7.4 ㎛, 외부 테이프 두께는 14.8 ~ 16.1㎛로 나타났다. 외부 테이프는 0.2mm 두께를 사용하였고 내부 테이프 두께는 0.1mm를 사용하여 외부 테이프 두께가 두껍게 나타났다. 만약, 내부 테이프의 두께를 외부 테이프와 동일한 두께를 사용하게 되면, 테이핑이 어려워질 뿐만 아니라 조립선경이 커지게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 상기와 같이 내부 테이프를 외부 테이프에 비해서 상대적으로 얇은 두께를 사용하는 것이 바람직하다.The taping thickness of the second embodiment was 0.1 mm for the inside and 0.2 mm for the outside. The copper alloy tape was used for taping, and the section of the final wire diameter was drawn to 1.03 mm. As a result, The internal tape thickness was 6.9 ~ 7.4 ㎛ and the external tape thickness was 14.8 ~ 16.1 ㎛ in the final wire diameter. The outer tape was 0.2 mm thick and the inner tape thickness was 0.1 mm, resulting in thicker outer tape. If the thickness of the inner tape is the same as that of the outer tape, the taping becomes difficult and the assembly line diameter becomes large. Therefore, as described above, it is preferable to use a relatively thinner inner tape than the outer tape.

(4) 임계전류 밀도(4) Critical current density

임계전류밀도는 통전법으로 측정하였다. 임계전류 측정 준비는 구리링(Cu ring)과 Ti 합금으로 이루어진 배럴(Barrel)에 약 1m 이상의 MgB2 선재를 감은 후 솔더링을 통해 MgB2 선재와 구리 링, 구리 링과 측정용 프로브 전류 도입선(current lead)을 전기적으로 연결시키고 50cm 길이로 전압탭 간격을 주었다.The critical current density was measured by the energization method. To prepare the critical current measurement, MgB 2 wire of about 1 m or more is wound around a barrel made of a Cu ring and a Ti alloy, and then soldered to a MgB 2 wire and a copper ring, a copper ring and a measuring probe current- lead) were electrically connected and a voltage tap interval of 50 cm was given.

이와 같이, 테이핑이 적용되지 않은 비교예와, 제1 실시예 및 제2 실시예의 MgB2의 선재에 대해 표 1에 비교하였다.The comparison example in which taping is not applied and the wire material of MgB 2 of the first embodiment and the second embodiment are compared in Table 1 as described above.

[표 1][Table 1]

Figure 112019011653842-pat00001
Figure 112019011653842-pat00001

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 제2 실시예는 비교예에 비해서 임계전류밀도(Jc)를 55% 이상을 증대시킬 수 있는 것으로 나타났으며, 제1 실시예에 비해서도 임계전류밀도(Jc)가 증가하는 것으로 나타났다. 이를 도 15의 그래프로 표시 하였다. 이와 같이, 제2 실시예의 임계전류밀도가 비교예 및 제1 실시예에 비해서 증가하는 것은 다심 선재(120)를 복수 개로 동일 갯수로 나누어 진행함으로써 테이핑에 의한 모듈 형상의 균일성 및 선재 전체의 건전성이 향상되어 선경을 보다 콤팩트하게 형성시킬 수 있기 때문인 것으로 판단된다.As shown in Table 1, the second embodiment shows that the critical current density Jc can be increased by 55% or more as compared with the comparative example. Compared with the first embodiment, the critical current density Jc Respectively. This is shown in the graph of FIG. As described above, the critical current density of the second embodiment is increased as compared with the comparative example and the first embodiment because the multi-core wire 120 is divided into a plurality of the same number, and uniformity of the module shape by taping, Is improved and the wire diameter can be formed more compactly.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 초전도 다심 선재를 제조하는 제조장치의 사시도이다.9 is a perspective view of a manufacturing apparatus for manufacturing a superconducting multi-core wire according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 MgB2 초전도 다심 선재를 제조하는 제조장치는 다심선재 안내부(210), 테이핑부(220)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 9, an apparatus for manufacturing an MgB 2 superconducting multi-core wire according to an embodiment of the present invention includes a multi-core wire guide unit 210 and a taping unit 220.

다심선재 안내부(210)는 내부에 홀이 형성되어 홀을 따라 복수의 다심 선재를 안착시켜 일방향으로 다심 선재의 이동을 안내하는 역할을 한다.The multi-core wire guiding part 210 has a hole formed therein to seat a plurality of multi-core wire materials along the hole, thereby guiding the movement of the multi-core wire material in one direction.

테이핑부(220)는 다심선재 안내부를 따라 이동하는 다심 선재에 소정각도 틀어져 복수의 다심 선재를 구리 테이프로 테이핑하는 것으로서, 테이핑 각도조절부(221), 지지판(222), 구리 테이프 공급부(223) 및 장력 조절부(224)를 구비할 수 있다.The taping portion 220 is provided with a taping angle adjusting portion 221, a support plate 222, a copper tape supply portion 223, and a copper tape supply portion 223, which tapes a plurality of multi- And a tension adjusting unit 224.

테이핑 각도조절부(221)는 다심선재 안내부에 대해서 소정각도 틀어져 테이핑 각도를 조정한다. 테이핑 각도조절부(221)는 하부에 각도를 조정할 수 있는 구동모터가 구비될 수 있으며, 사용자의 입력조건에 따라 해당하는 각도로 조정될 수 있다.The tapping angle adjusting unit 221 adjusts the taping angle by turning the multi-core wire guide unit at a predetermined angle. The tapping angle adjusting unit 221 may be provided with a driving motor for adjusting the angle of the lower portion and may be adjusted to a corresponding angle according to a user's input condition.

지지판(222)은 테이핑 각도조절부(221)의 상면에서 상측으로 연장되어 구리 테이프 공급부(221)와 결합되며, 구리 테이프 공급부(223)와 결합되는 홀이 형성된다. 홀에는 구리 테이프 공급부(223)의 원활한 회전을 위해서 베어링이 결합될 수 있다.The support plate 222 extends upward from the upper surface of the tapping angle adjusting part 221 and is coupled to the copper tape supply part 221 and formed with a hole to be coupled with the copper tape supply part 223. The bearings can be coupled to the holes for smooth rotation of the copper tape supply part 223.

구리 테이프 공급부(223)는 지지판(222)에 회전가능하게 결합되어 구리 테이프를 공급한다. 이때, 구리 테이프 공급부(223)는 구리 테이프를 탈착 가능하도록 결합될 수 있다.The copper tape supply unit 223 is rotatably coupled to the support plate 222 to supply the copper tape. At this time, the copper tape supply unit 223 can be detachably coupled to the copper tape.

장력 조절부(224)는 구리 테이프 공급부(223)에 결합되어 공급되는 구리 테이프의 장력을 조절한다. 장력 조절부(224)는 구리 테이프 공급부(223)의 축방향을 따라 삽입되는 스프링의 강도를 통해 구리 테이프 공급부(223)에 전달되는 압력을 조정하여 공급되는 구리 테이프의 압력을 조정하게 된다.The tension adjusting portion 224 is coupled to the copper tape supply portion 223 to adjust the tension of the supplied copper tape. The tension adjusting unit 224 adjusts the pressure transmitted to the copper tape supply unit 223 through the strength of the spring inserted along the axial direction of the copper tape supply unit 223 to adjust the pressure of the supplied copper tape.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선재는 아래와 같은 방법을 통해서 제조될 수 있다.Meanwhile, the wire rod according to another embodiment of the present invention can be manufactured by the following method.

이하에서는 전술한 구리로 형성되는 초전도 선재 MgB2를 아래 같이 성형하고, 성형된 초전도 선재를 전술한 제1 실시예 및 제2 실시예에 의한 테이핑 방법을 적용하여 MgB2 초전도 다심 선재를 성형할 수 있는 것으로서, MgB2 초전도 선재에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the MgB 2 superconducting multi-core wire can be formed by molding the superconducting wire material MgB 2 formed of copper as described above and applying the taping method according to the first and second embodiments described above to the molded superconducting wire material The MgB 2 superconducting wire will be described more specifically.

본 발명의 다른 실시예에 따른 MgB2 초전도 선재는 튜브; 상기 튜브 내로 장입되는 적어도 하나 이상의 MgB2 필라멘트 선재; 및 상기 MgB2 필라멘트 선재를 감싸며 상기 튜브 금속과 Mg간의 반응을 방지하는 확산 방지층을 포함하며, 상기 확산 방지층은 스트레인(ε)에 대한 경도 증가 지수가 0.3 이하이며, 초기 경도 값은 Hv 140 이하인 것을 특징으로 한다.The MgB 2 superconducting wire according to another embodiment of the present invention includes a tube; At least one MgB 2 filament wire loaded into the tube; And a diffusion preventing layer surrounding the MgB 2 filament wire and preventing reaction between the tube metal and Mg. The diffusion preventing layer has a hardness increasing index of not more than 0.3 with respect to strain (?) And an initial hardness value of not more than Hv 140 .

상기 튜브는 초전도가 외부와 접촉되어 변질되는 것을 방지하며, 인발 가공시 내부에 충전되는 Mg, B 분말을 고정하기 위하여 사용되는 것으로, 상기 초전도 선재의 최외곽을 구성한다. 상기 튜브는 상기 초전도의 외부접촉을 차단할 수 있으며, 인발가공이 용이한 재질의 것이라면 재한 없이 사용가능하지만 바람직하게는 스테인레스 스틸, 구리, 니켈, 철 또는 황동을 사용할 수 있다. 아울러 상기 초전도를 2중구조 또는 다중구조로 하는 경우 각 층간의 분리를 위하여 다수개의 동축튜브 또는 다수개의 튜브가 결합된 튜브 집합체를 사용할 수 있으며, 이때 각 튜브는 동일한 재질로 구성되거나 서로 다른 재질의 튜브로 구성될 수 있다.The tube prevents the superconductivity from deteriorating due to contact with the outside, and is used for fixing Mg and B powder to be filled in the drawing process, and forms the outermost of the superconducting wire. The tube can block external contact of the superconducting wire and can be used without any limitation as long as it is made of a material which can be easily drawn and drawn. Preferably, stainless steel, copper, nickel, iron or brass can be used. When the superconducting superconducting structure has a double structure or a multiple structure, it is possible to use a plurality of coaxial tubes or a plurality of tube assemblies each having a plurality of tubes for separating the layers. In this case, each tube may be made of the same material, Tube.

상기 MgB2는 비교적 고온인 39K에서 초전도성을 가지는 것으로 알려진 물질로서 상기 튜브내에 필라멘트 선재의 형태로 장입되어 인발가공에 의하여 선재로서 제조된다. 이러한 MgB2의 초전도성은 비산화물계 초전도 중 가장 높은 온도의 임계온도를 가지는 것으로 기존에는 Nb를 베리어 금속(확산방지층)으로 하여 초전도를 제조하는 방법이 많이 알려져 있다. 하지만 본 발명에서는 Nb를 대신하여 Ti를 사용하고 있으며, 다만 초전도성을 가지는 심선부를 기존과 동일한 MgB2를 사용하고 있으므로 기존의 기재를 그대로 활용하여 초전도 선재의 제조가 가능하다.The MgB 2 is a material known to have superconductivity at 39 K, which is a relatively high temperature, and is charged into the tube in the form of a filament wire to be produced as a wire by drawing. The superconductivity of MgB 2 has a critical temperature of the highest temperature among the non-oxide superconductors, and conventionally, a method of manufacturing superconductors by using Nb as a barrier metal (diffusion barrier) is well known. However, in the present invention, Ti is used in place of Nb, and since superconducting core wire is made of MgB 2 , it is possible to manufacture superconducting wire using the existing substrate as it is.

또한 상기 MgB2는 단독으로 사용될 수 있지만, MgB2 분말(powder), Mg+B 분말(powder), MgB2+X 분말(powder), Mg+B+X 분말(powder)등을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 이때 상기 X는 자속고정(flux pinning) 효과를 높이거나, MgB2의 기공(porosity)을 줄여주기 위한 원소들을 의미한다.The MgB 2 may be used alone, but may be used by mixing MgB 2 powder, Mg + B powder, MgB 2 + X powder, Mg + B + X powder, It is also possible. Here, X means elements for increasing the flux pinning effect or reducing the porosity of MgB 2 .

상기 확산 방지층은 상기 인발 가공시 Mg 분말이 상기 튜브 금속사이로 확산되는 것을 방지하기 위하여 사용되는 것으로 기존에는 Nb를 사용하는 것이 일반적이었지만 본 발명에서는 Ti 또는 Ti를 포함하는 합금을 사용하는 것이 바람직하다. The diffusion preventing layer is used to prevent Mg powder from diffusing into the tube metal during the drawing process. It has been common to use Nb in the past, but in the present invention, it is preferable to use an alloy containing Ti or Ti.

이때 사용되는 Ti 합금은 Ti와 적절한 금속을 합금하여 사용하는 것도 가능하지만 바람직하게는 Nb를 추가로 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 20 내지 60 wt.% Nb 및 잔량의 Ti를 포함하는 합금을 사용할 수 있다.The Ti alloy to be used at this time may be an alloy of Ti and a suitable metal, but may preferably further include Nb. More preferably, an alloy containing 20 to 60 wt.% Nb and the balance Ti can be used.

상기 확산 방지층은 스트레인(ε)에 대한 경도 증가 지수가 0.3 이하, 바람직하게는 0.2이상 0.3 이하이며, 초기 경도 값은 Hv 140 이하일 수 있다.The diffusion prevention layer may have a hardness increase index of not more than 0.3, preferably not less than 0.2 and not more than 0.3, and an initial hardness value of Hv 140 or less.

기존에 사용되었던 Nb의 경우 가격이 매우 고가이며, Nb와 분말계면의 요철이 많이 발생하여 임계전류밀도특성을 저하시키는 것으로 알려져 있다. 특히 상기 확산 방지층의 경우 스트레인(ε)에 대한 경도 증가 지수가 높을수록 인발가공에 의한 손상이 발생하기 쉽다. 기존의 Nb를 사용하는 확산방지층의 경우 스트레인(ε)에 대한 경도 증가 지수가 0.49로 높게 나타나고 있으므로 낮은 선경으로 인발 가공하는 경우, 모듈의 형상이 불균일해질 뿐만 아니라 분말과의 마찰에 의한 Nb튜브 내면의 계면 요철 현상이 심해 MgB2 선재의 입계전류밀도 특성이 낮아지게 되며, 단선의 발생빈도가 높아져 장선재의 제조가 어렵다. It is known that Nb, which has been used in the past, is very expensive, and the irregularities of Nb and powder interface are generated to lower the critical current density characteristic. Particularly, in the case of the diffusion preventive layer, the higher the hardness increase index with respect to the strain (?), The more likely damage is caused by the drawing process. In the case of the diffusion preventive layer using Nb, the hardness increase index with respect to the strain (ε) is as high as 0.49. Therefore, in the case of drawing with a low wire diameter, not only the shape of the module becomes uneven, but also the inner surface of the Nb tube , The intergranular current density characteristics of the deep MgB 2 wire are lowered and the occurrence frequency of the disconnection is increased and it is difficult to manufacture the wire rods.

상기 확산 방지층은 열처리에 의하여 초기 경도 값이 감소된 것일 수 있다. Ti 또는 Ti를 포함하는 합금을 사용하는 경우 초기 경도가 높아짐에 따라 단선이 발생할 가능성이 있으므로 추가적인 열처리를 필요로 할 수 있다. 이 경우 Mg가 산화되어 MgO가 형성되는 것을 방지하고 Mg와 B 가 반응하여 MgB2가 형성되지 않는 것을 방지하기 위하여 500℃ 이내의 온도 및 저진공(진공도: 10-3 이내) 및 불활성기체 분위기에서 열처리를 하는 것이 바람직하다.The diffusion preventing layer may have a reduced initial hardness value by heat treatment. If an alloy containing Ti or Ti is used, additional heat treatment may be required since disconnection may occur as the initial hardness increases. If Mg is oxidized and preventing Mg and B by a reaction temperature and a low vacuum of less than 500 ℃ to prevent the MgB 2 is not formed that the MgO is formed: in (degree of vacuum less than 10-3), and an inert gas atmosphere It is preferable to perform heat treatment.

이러한 Ti 또는 Ti를 포함하는 합금의 사용에 따라, 상기 MgB2 초전도 선재는 Nb를 확산 방지층으로 사용한 초전도 선재에 대비하여 적어도 2.0X105A/㎠(4.2K, 4T)이상으로 높은 임계전류밀도를 가질 수 있다.According to the use of the alloy containing Ti or Ti, the MgB 2 superconducting wire has a high critical current density of at least 2.0 × 10 5 A / cm 2 (4.2 K, 4 T) or more compared to the superconducting wire using Nb as the diffusion preventing layer Lt; / RTI &gt;

상기 초전도 선재는 인발 가공 방식으로 제조되며, 상기 초전도 선재의 원주방향으로의 표면조도(Ra)는 5㎛ 이하 바람직하게는 4.5㎛ 이하일 수 있다.The superconducting wire may be manufactured by a drawing process, and the surface roughness Ra of the superconducting wire in the circumferential direction may be 5 탆 or less, preferably 4.5 탆 or less.

기존의 Nb 확산 방지층의 경우 경도가 낮아 가공이 진행됨에 따라 분말과의 마찰로 인하여 내부 계면의 요철현상이 심화되며 전재의 임계전류밀도를 감소시킨다. 이러한 요철현상은 표면조도 관측에 의하여 측정될 수 있으며 기존의 Nb 확산 방지층의 경우 원주방향으로의 표면조도가 약 14㎛로 측정된다. 하지만 본원 발명에서 제시하는 Ti 또는 Ti를 포함하는 합금을 사용한 경우 초기경도가 높아짐에 따라 인발가공시 계면요철 현상이 줄어들게 되어 원주방향으로의 표면조도(Ra)는 5㎛ 이하 바람직하게는 4.5㎛ 이하를 나타낼 수 있다.In the case of conventional Nb diffusion preventive layer, the hardness is low, and as the processing progresses, the irregularity of the internal interface deepens due to the friction with the powder, and the critical current density of the material decreases. This irregularity can be measured by observing the surface roughness and the surface roughness in the circumferential direction of the conventional Nb diffusion preventing layer is measured to be about 14 탆. However, when the alloy containing Ti or Ti as described in the present invention is used, the surface roughness (Ra) in the circumferential direction is reduced to 5 μm or less, preferably 4.5 μm or less Lt; / RTI &gt;

실시예Example

Mg 및 B를 1:2~2.1 몰비로 칭량한 다음, ZrO2 ball과 media와 함께 4시간 이상 혼합하고 건조하여 혼합체를 제조하였다.Mg and B were weighed in a molar ratio of 1: 2 to 2.1, and then mixed with ZrO 2 ball and media for 4 hours or longer and dried to prepare a mixture.

45wt.% Nb 및 잔량의 Ti 중량부가 혼합된 합금을 열처리하여 재결정이 일어난 미세조직을 나타내며, 비커스 경도값이 Hv 130을 갖는 확산 방지층 소재(OD21 x ID 16 x L2,000mm)와 Cu로 제작되는 matrix 소재(OD25 x ID 22 x L2,000mm)로 각기 튜브관을 사용하였다.(OD 21 x ID 16 x L 2 000 mm) having a Vickers hardness value of Hv 130 and Cu, which is a microstructure in which recrystallization occurs by heat treatment of an alloy containing 45 wt.% Of Nb and a balance of Ti The matrix tube (OD25 x ID 22 x L2,000 mm) was used for each tube.

상기 Ti 합금 튜브관의 내부에 상기 Mg 및 B의 혼합체를 0.3이상의 상대밀도로 장입한 다음, 상기 Ti 합금 튜브관은 상기 Cu 튜브관 내에 삽입하여 준비하였다. Ti 합금/Cu 튜브관을 단위 감면율 15%로 인발공정을 이용하여 MgB2 단심선재를 제조하였다.The mixture of Mg and B was charged into the Ti alloy tube at a relative density of 0.3 or more, and the Ti alloy tube was inserted into the tube. Ti alloy / Cu tube was cut at a reduction ratio of 15% to prepare MgB 2 single core wire.

확산 방지층의 종류에 따른 효과를 확인하기 위하여 상기 Ti 합금 대신 Nb, Fe 및 Ti를 이용한 단심선재를 제조하여 임계전류 밀도변화를 측정하였으며, 그 결과를 아래의 표2에 나타내었다.In order to confirm the effect depending on the type of the diffusion preventing layer, a single core wire using Nb, Fe and Ti was prepared in place of the Ti alloy, and the change in critical current density was measured. The results are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112019011653842-pat00002
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임계전류밀도는 통전법으로 측정하였다. 임계전류 측정 준비는 구리링(Cu ring)과 Ti 합금으로 이루어진 배럴(Barrel)에 약 1m 이상의 MgB2 선재를 감은 후 솔더링을 통해 MgB2 선재와 구리 링, 구리 링과 측정용 프로브 전류 도입선(current lead)을 전기적으로 연결시키고 50cm 길이로 전압탭 간격을 주어 측정하였다.The critical current density was measured by the energization method. To prepare the critical current measurement, MgB 2 wire of about 1 m or more is wound around a barrel made of a Cu ring and a Ti alloy, and then soldered to a MgB 2 wire and a copper ring, a copper ring and a measuring probe current- lead) were electrically connected and measured at 50 cm length with voltage taps.

상기 표2에 나타난 바와 같이, Ti 합금 및 pure-Ti를 확산 방지층으로 사용하였을 경우 높은 임계전류밀도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 2, when the Ti alloy and pure-Ti were used as the diffusion preventing layer, it was confirmed that they had a high critical current density.

확산 방지층의 종류 및 굵기에 따른 MgB2 선재의 임계전류 특성을 확인하기 위하여 Ti 합금 및 Nb를 확산 방지층으로 하여 제조된 단심선재의 각 직경에 따른 임계전류 밀도를 측정한 다음, 하기의 표 3에 나타내었다.In order to confirm the critical current characteristics of the MgB 2 wire according to the type and thickness of the diffusion preventing layer, the critical current density according to each diameter of the single core wire made of the Ti alloy and Nb as the diffusion preventing layer was measured, Respectively.

[표 3][Table 3]

Figure 112019011653842-pat00003
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표 3에 나타난 바와 같이, Ti 합금을 사용한 경우 모든 선경에서 Nb를 사용한 단심선재에 비하여 높은 임계밀도전류를 가지는 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 3, it was confirmed that all the wire diameters using the Ti alloy have a higher critical density current than the single core wire using Nb.

확산 방지층의 종류에 따른 MgB2선재의 인발가공이후 단면형상을 확인하기 위하여 Ti 합금 및 Nb를 확산 방지층으로 하여 제조된 단심선재를 이용하여 단면형상을 확인하였다. The cross - sectional shape of the MgB 2 wire was examined by using a single core wire made of Ti alloy and Nb as a diffusion barrier.

[표 4][Table 4]

Figure 112019011653842-pat00004
Figure 112019011653842-pat00004

도 14에 나타난 바와 같이, 확산 방지층을 Nb로 한 경우 분말과의 마찰로 인하여 선재의 일부에 터짐 구간이 발생하여 소세징 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 Ti 합금을 사용한 경우에는 선재가 균일하게 제작되었으며 이에 따라 n-value역시 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(표 4).As shown in FIG. 14, when the diffusion preventive layer was Nb, it was confirmed that a breakage occurred in a part of the wire due to the friction with the powder, resulting in the phenomenon of small sagging. However, in the case of using Ti alloy, it was confirmed that the wire material was uniformly produced and the n-value was also high (Table 4).

다심선재 제조 조립 길이에 맞게 진직화 및 컷팅된 18개의 상기 Ti 합금을 확산 방지층으로 사용한 MgB2 단심선재와 1개의 중심 Cu 스페이서를 산세 및 세척 처리 후 1+18다발 형태로 조립하였다.Preparation of Multi-core Wire The MgB 2 single-core wire and the single center Cu spacer, which were prepared by cutting and cutting 18 pieces of the above-mentioned Ti alloy as a diffusion barrier layer, were assembled into a 1 + 18 bundle shape after pickling and washing.

상기 다발을 stabilizer 소재인 Cu 튜브관에 삽입 한 다음, 상기 금속 튜브관을 단위 감면율 15%로 인발공정을 이용하여 총 누적 변형량이 9.1 이상으로 최종 선경 1.03mm 이하의 MgB2 다심선재를 제조하였다. 제조된 MgB2 다심선재는 Ar 분위기 내에서 700ㅀC 온도에서 1시간 열처리를 통해 최종 MgB2 상을 형성하였다(도 13).The bundle was inserted into a Cu tube tube as a stabilizer material. Then, the MgB 2 multiwall wire having a final cumulative strain of 9.1 or more and a final diameter of 1.03 mm or less was manufactured using the drawing process at a unit reduction rate of 15%. The prepared MgB 2 multi-core wire was heat-treated at 700 ° C for 1 hour in an Ar atmosphere to form a final MgB 2 phase (FIG. 13).

비교예로서 상기 Ti 합금 대신 Nb를 사용한 튜브관을 이용하여 동일하게 단선 없이 1.03mm 이하의 MgB2 다심선재를 제조하였다As a comparative example, an MgB 2 multi-core wire of 1.03 mm or less was manufactured without using a single tube by using a tube tube using Nb instead of the Ti alloy

선경에 따른 임계전류를 변화를 확인하기 위하여 1.03, 0.90, 0.84mm 선경의 MgB2 선재 임계전류 측정 결과 도 11에 나타난 바와 같이, 각 선경에서 Ti 합금을 확산 방지층으로 사용한 MgB2 선재가 Nb를 확산방지층으로 사용한 MgB2 선재에 비하여 최소 2.0X105A/㎠(4.2K, 4T)이상으로 높은 임계전류밀도를 보였다. MgB of 1.03, 0.90, 0.84mm wire diameter to determine the critical current of the wire diameter variation second wire critical current measurement results as shown in Figure 11, MgB 2 wires is spread Nb with Ti alloy as diffusion barrier layer at each wire diameter compared with the MgB 2 wire with a layer it showed a high critical current density in at least 2.0X10 5 a / ㎠ (4.2K, 4T).

또한 선재의 건전성 측면에서 상기 임계전류밀도의 향상 원인을 확인하기 위해 동일 길이를 가지는 필라멘트 barrier 표면 관찰하였다.Filament barrier surfaces having the same length were observed to confirm the cause of the improvement of the critical current density in terms of the soundness of the wire.

확산 방지층의 모듈의 건전성을 평가하기 위하여, 인발가공을 이용하여 다심선재 제조 후, 질산 용액에 Cu 튜브를 제거한 후, 모듈의 형상을 광학현미경 및 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 또한 선재 단면을 EDX 라인분석을 이용하여 확산 방지층의 성분을 분석하였다.In order to evaluate the integrity of the module of the diffusion barrier layer, the Cu tube was removed from the nitric acid solution after manufacturing the multi core wire using the drawing process, and the shape of the module was observed using an optical microscope and a scanning electron microscope. The composition of the diffusion barrier layer was analyzed by EDX line analysis.

그 결과 Ti 합금을 확산방지층을 사용한 선재가 상대적으로 결함이 적었고 MgB2 core와의 계면 균일성 또한 양호하였다(도 12). As a result, the wire using the Ti alloy diffusion barrier layer was relatively less defective and the interface uniformity with the MgB 2 core was also good (FIG. 12).

Mg, B 분말이 제거된 barrier 내부 표면 조도 측정을 통해 Ti 합금을 확산방지층으로 사용한 선재(실시예)와 Nb 확산방지층을 사용한 선재(비교예)의 MgB2 core와의 계면 상태를 확인한 결과 실시예의 것이 인발 과정에서 분말과의 마찰에 의해 발생한 종, 횡방향에서 거칠기가 낮았고 확산 방지층의 손상이 적음을 확인할 수 있었다(도 12 및 표5).The interfacial state between the wire rod (Example) in which the Ti alloy was used as the diffusion preventing layer (Example) and the MgB 2 core in the wire rod (Comparative Example) using the barrier inner surface from which the Mg and B powders were removed was measured, It was confirmed that the roughness in the transverse direction and the damage of the diffusion preventing layer were low in the species generated by the friction with the powder during the drawing process (Fig. 12 and Table 5).

이때 가공방향에 따른 선재의 단면을 주사전자 현미경으로 관찰하였고 레이져를 이용한 비접촉식 표면조도 측정 장비(OLYMPUS, OLS4100)를 이용하여 표면조도 Ra를 측정하였다.At this time, the cross section of the wire according to the machining direction was observed with a scanning electron microscope, and the surface roughness Ra was measured using a non-contact surface roughness measuring device (OLYMPUS, OLS4100) using a laser.

[표 5][Table 5]

Figure 112019011653842-pat00005
Figure 112019011653842-pat00005

열처리에 의한 물성의 변화를 확인하기 위하여 실시예의 선재, 열처리 이전의 선재 및 기존의 Nb를 확산 방지층으로 사용하는 선재(비교예)를 이용하여 실험을 실시하였다. In order to confirm the change of physical properties by the heat treatment, the wire rod of the example, the wire rod before the heat treatment and the wire rod using the existing Nb as the diffusion barrier layer (comparative example) were tested.

상기 실시예 및 비교예 선재의 총 변형량이 증가함에 따라 확산방지층의 경도 변화를 관찰하기 위하여, 선재 단면 부위에서 확산 방지층에 대해 마이크로 비커스 경도기(적용하중: 300g)를 이용하여 경도를 측정하였다.In order to observe the change in the hardness of the diffusion preventing layer as the total deformation amount of the wire rod was increased, the hardness of the diffusion preventing layer was measured using a micro Vickers hardness tester (applied load: 300 g) at the wire rod section.

도 17에 나타난 바와 같이, Nb를 확산 방지층으로 사용하여 MgB2 선재를 제조하는 경우 선재를 인발 가공함에 따라 경도 증가 지수가 0.49로 높게 나타났다. 이에 따라 낮은 선경으로 인발가공 할 때 모듈 형상이 불균일하고 분말과에 마찰에 의한 Nb 튜브 내면의 계면 요철 현상이 심해 MgB2 선재의 임계전류밀도 특성이 낮아지게 되고 단선 발생 빈도수가 높아져 장선재 제조가 어려운 것을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 17, when the MgB 2 wire was manufactured using Nb as the diffusion preventing layer, the hardness increase index was as high as 0.49 as the wire rod was drawn. As a result, when the wire is drawn with a low wire diameter, the module shape is uneven and the interfacial irregularity of the inner surface of the Nb tube due to the friction with the powder is severe, so that the critical current density characteristic of the MgB 2 wire becomes low and the frequency of disconnection becomes high, .

열처리를 실시하지 않은 Ti 합금을 사용하여 선재를 제조 할 경우 초기경도가 Hv 170에 달하며 인발가공에 따른 경도 증가지수는 0.21로 나타났다. 이 경우 인발가공에 따른 경도 증가 지수가 낮게 나타나기는 했지만 초기경도가 높고 총 누적변형량이 9.0이상으로 증가하여 경도값이 Hv 260 이상 나타나서 가공한계에 의한 단선 발생률이 높은 것으로 나타났다.The initial hardness reached Hv 170 when the wire was manufactured using Ti alloy without heat treatment and the hardness increase index according to the drawing process was 0.21. In this case, although the hardness increase index due to the drawing process was low, the initial hardness was high and the total cumulative deformation increased to 9.0 or more, resulting in hardness value of Hv 260 or more.

열처리를 실시한 Ti 합금을 사용하여 선재를 제조 할 경우 초기경도를 Hv 130으로 나타났으며 인발가공에 따른 경도 증가지수는 0.26으로 나타났다. 이는 열처리를 실시하지 않은 Ti 합금에 비하여 인발가공에 따른 경도 증가지수의 증가가 높게 나타나기는 했지만 초기경도 및 초기의 낮은 경도 및 총 변형량에 따른 경도값이 260을 초과하지 않았으며, 모듈의 건전성 향상으로 인하여 MgB2선재의 임계전류밀도의 향상과 더불어 단선의 발생률이 낮아지는 것으로 확인되었다.The initial hardness was Hv 130 when the heat treated Ti alloys were used and the hardness increase index according to the drawing process was 0.26. This indicates that the increase in the hardness increase index due to the drawing process is higher than that of the Ti alloy without heat treatment, but the hardness value according to the initial hardness and initial low hardness and total deformation amount did not exceed 260, , It was confirmed that the critical current density of MgB 2 wire was improved and the incidence of disconnection was lowered.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of the present invention in order to facilitate description of the present invention and to facilitate understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

110 : 다심선재
120 : 구리 테이프
130 : 원형로드
210 : 다심선재 안내부
220 : 테이핑부
110: Multi-core wire
120: Copper tape
130: round rod
210: Multi-core wire guide
220:

Claims (8)

MgB2 초전도 다심 선재 제조방법으로,
복수의 다심 선재를 스트립 형상의 내부 테이프로 테이핑하여 복수의 묶음을 형성하는 단계;
상기 복수의 묶음을 스트립 형상의 외부 테이프로 테이핑하여 상기 복수의 묶음을 결속하여 하나의 묶음을 형성하는 단계;
상기 결속된 하나의 묶음으로 형성된 다심 선재를 튜브 내에 장입하는 단계; 및
상기 장입된 튜브를 인발 가공하는 단계;를 포함하며,
상기 테이핑은,
상기 테이프가 상기 복수 개의 다심 선재를 중첩되도록 테이핑하여 상기 다심 선재의 길이 수직 방향에 대하여 10 내지 30도의 각도로 진행하여,
상기 내부 테이프는,
상기 외부 테이프에 비해서 상대적으로 두께가 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 MgB2 초전도 다심 선재 제조방법.
As a method for manufacturing an MgB 2 superconducting multi-core wire,
Forming a plurality of bundles by taping a plurality of multi-core wire materials into strip-shaped inner tapes;
Taping the plurality of bundles with a strip-shaped outer tape to bind the plurality of bundles to form a bundle;
Charging the multi-core wire formed of the bundled bundle into a tube; And
And drawing the loaded tube,
Preferably,
The tape is taped so as to overlap the plurality of the multi-core wires, and advances at an angle of 10 to 30 degrees with respect to the longitudinal direction of the multi-
The inner tape
MgB 2 superconducting multi-core wire rod production method characterized in that the relatively thin layer is formed thick relative to the external tape.
제 1항에 있어서,
상기 튜브와 상기 테이핑 하는 테이프는 구리(Cu) 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 MgB2 초전도 다심 선재 제조방법.
The method according to claim 1,
MgB 2 superconducting multi-core wire material producing method for a tape is characterized in that the copper (Cu) or a copper alloy to the taping and the tube.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 복수 개의 다심 선재를 테이핑하여 결속하는 단계는, 상기 튜브 내로 장입되는 다심 선재의 복수 개를 동일 갯수로 나누어 진행되는 것을 특징으로 하는 MgB2 초전도 다심 선재 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of taping and binding the plurality of multi-core wire is, MgB 2 superconducting multi-core wire rod production method of a plurality of multiple-strand wire that is charged into the tube characterized in that the progress divided by the same number.
제 1항에 있어서
상기 튜브 내의 중심에는 상기 하나의 묶음으로 형성된 다심 선재를 고정할 수 있는 원형로드가 구비되는 것을 특징으로 하는 MgB2 초전도 다심 선재 제조방법.
The method of claim 1, wherein
Center of MgB 2 superconducting multi-core wire rod manufacturing method being provided with a round rod to secure the multi-core wire is formed with one of said bundles in said tube.
제1항 내지 제2항 및 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의해 제조된 MgB2 초전도 선재.An MgB2 superconducting wire produced by any one of claims 1 to 2 and 4 to 5. 제1항 내지 제2항 및 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 초전도 다심 선재를 제조하는 제조장치에 있어서,
내부에 홀이 형성되어 상기 홀을 따라 복수의 다심 선재를 안착시켜 일방향으로 상기 다심 선재의 이동을 안내하는 다심선재 안내부; 및
상기 다심선재 안내부를 따라 이동하는 상기 다심 선재에 10 내지 30도 소정각도 틀어져 상기 복수의 다심 선재를 구리 테이프로 테이핑하는 테이핑부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MgB2 초전도 다심 선재를 제조하는 제조장치.
A manufacturing apparatus for manufacturing a superconducting multi-core wire according to any one of claims 1 to 4,
A multi-core wire guide portion having a hole formed therein and seating a plurality of multi-core wire materials along the hole to guide movement of the multi-core wire material in one direction; And
And a taping portion for tapping the plurality of multi-core wire materials with a copper tape by turning the multi-core wire material moving along the multi-core wire guide portion by a predetermined angle of 10 to 30 degrees. 2. The manufacturing method of a MgB 2 superconducting multi- .
제 7항에 있어서,
상기 테이핑부는,
상기 다심선재 안내부에 대해서 10 내지 30도 틀어져 테이핑 각도를 조정하는 테이핑 각도조절부;
상기 테이핑 각도조절부의 상면에서 상측으로 연장되는 지지판;
상기 지지판에 회전가능하게 결합되며, 상기 구리 테이프를 공급하는 구리 테이프 공급부; 및
상기 구리 테이프 공급부에 결합되어 공급되는 상기 구리 테이프의 장력을 조절하는 장력 조절부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 MgB2 초전도 다심 선재를 제조하는 제조장치.
8. The method of claim 7,
The taping portion,
A taping angle adjusting unit for adjusting the tapping angle by turning the multi-core wire guide unit by 10 to 30 degrees;
A supporting plate extending upward from an upper surface of the tapping angle adjusting portion;
A copper tape supply unit rotatably coupled to the support plate and supplying the copper tape; And
MgB 2 production apparatus for producing a multi-core superconducting wire comprising the; tension adjusting unit for adjusting the tension of the copper tape to be supplied is coupled to the copper tape supply.
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