KR102172104B1 - Sn-Ti alloy powder, manufacturing method of it and manufacturing method of superconducting wire using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말, 그 제조방법 및 이를 이용한 초전도 선재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, Sn계 합금 내에 분산된 Sn-Ti 입자의 크기를 최소화시켜 초전도 특성이 우수한 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말, 그 제조방법 및 이를 이용한 초전도 선재의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a superconducting wire using the same, and more particularly, the size of the Sn-Ti particles dispersed in the Sn-based alloy is minimized to provide superconducting properties. It relates to excellent Sn-Ti alloy powder for superconducting wire, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a superconducting wire using the same.
초전도 현상이란 전류에 대한 저항이 없어져 물질 재료 내부에서 전자들의 충돌에 의해 발생되는 저항으로 인한 열손실이 사라지는 현상으로써, 많은 금속들의 경우 액체헬륨온도와 액체질소온도범위인 -265℃에서 -196℃ 부근의 낮은 온도에서 갑자기 저항이 '0'이 되는 바, 이때의 물질을 초전도체라 하며, 초전도 현상이 일어나는 온도를 '임계온도'라 한다.Superconductivity is a phenomenon in which resistance to current disappears and heat loss due to resistance caused by collisions of electrons in the material disappears. In the case of many metals, liquid helium temperature and liquid nitrogen temperature range from -265℃ to -196℃ The resistance suddenly becomes '0' at a low temperature nearby, and the material at this time is called a superconductor, and the temperature at which the superconductivity occurs is called the'critical temperature'.
상기와 같은 초전도 현상이 나타나게 되는 초전도체의 가장 중요한 특징은, 전류의 흐름을 방해하는 전기 저항이 없는 무저항체라는 점과, 자기장을 통과시키지 않는 반자성체라는 점이다.The most important characteristics of a superconductor in which the superconducting phenomenon occurs are that it is a non-resistance material without electrical resistance that interferes with the flow of current, and that it is a diamagnetic material that does not pass a magnetic field.
일반적으로 모든 물질은, 외부 자기장의 방향으로 배열되면서 전체적으로 자석에 끌리게 되는 분자 자석들로 이루어지며, 이러한 분자 자석들이 자기장 방향으로 배열되는 효과가 매우 약하여 일상 생활 속에서는 자석에 끌리게 되는 현상이 거의 관찰되지 않는 일반적인 물질들을 상자성체라 하고, 상기와 같은 특성이 강하여 자석에 잘 끌리는 물질 즉, 철과 같은 물질 을 강자성체라 한다.In general, all materials are composed of molecular magnets that are arranged in the direction of an external magnetic field and are attracted to the magnet as a whole, and the effect that these molecular magnets are arranged in the direction of the magnetic field is very weak, so in everyday life, it is hardly observed Common materials that do not are called paramagnetic materials, and materials that are attracted to magnets because of their strong above-described properties, that is, materials such as iron, are called ferromagnetic materials.
그러나, 반자성체는 상기의 분자 자석들이 없기 때문에 그 내부의 전자가, 외부 자기장에 대하여 전자기 유도에 의한 유도전류를 발생시키게 되고, 이 유도 전류가 외부 자기장을 차단함으로써 자석에게 밀리는 방향으로 힘을 받게 된다.However, since the diamagnetic material does not have the above molecular magnets, the electrons inside it generate an induced current by electromagnetic induction against the external magnetic field, and this induced current is forced to be pushed by the magnet by blocking the external magnetic field. .
즉, 초전도체는 전기 저항이 '0'일 뿐만 아니라, 상기의 반자성 특성이 매우 강하여 외부 자기장을 완전히 차단함으로써 물체 내부의 자기장도 '0'이 되는 물질로서, 초전도체를 코일로 사용하는 경우에는 저항열손실이 없기 때문에 작은 전류로도 매우 강한 자기장을 형성시킬 수 있는 전자석을 만들 수 있을 뿐 아니라, 반자성체인 초전도체 위에 자석을 위치시키게 되면 자석의 자기장이 초전도체를 통과하지 못하고 배척됨으로써 자석을 부상시킬 수 있는 효과를 얻을 수도 있다.That is, a superconductor is a material that not only has an electrical resistance of '0', but also has a very strong diamagnetic property, which completely blocks the external magnetic field, so that the magnetic field inside the object becomes '0'. When using a superconductor as a coil, resistance heat Since there is no loss, it is possible to make an electromagnet that can form a very strong magnetic field with a small current. If a magnet is placed on a superconductor, which is a diamagnetic, the magnetic field of the magnet cannot pass through the superconductor and is rejected, which can cause the magnet to float. You can also get the effect.
상기와 같이 전기저항이 없는 동시에 반자성 특성을 갖는 초전도 물질은, 고온초전도체와 저온초전도체로 구분될 수 있는 바, 전자는 액체질소 온도(77K) 부근에서, 후자는 액체헬륨 온도(4K) 부근에서 초전도 현상이 일어나는 물질로서, 이와 같은 초전도 물질은 금속, 유기물, 세라믹, 화합물 등에서 1천종 이상이 발견되었으며, 금속계 초전도 물질인 Nb-Ti 합금, 화합물계 초전도 물질인 Nb3Sn, Nb3Al 등 5∼6종 정도가 현재 실용화되어 사용되고 있다.As described above, superconducting materials that do not have electrical resistance and have diamagnetic properties can be classified into high-temperature superconductors and low-temperature superconductors.The former superconducting superconducting materials near the liquid nitrogen temperature (77K) and the latter superconducting the liquid helium temperature (4K). As a material for which the phenomenon occurs, more than 1,000 kinds of such superconducting materials have been found in metals, organic materials, ceramics, and compounds, and Nb-Ti alloys, which are metal superconducting materials, and Nb 3 Sn and Nb 3 Al, which are compound superconducting materials. About 6 types are currently being put into practical use.
그리고, 상기의 초전도 선재를 코일 형태로 권취하여 대전류를 흘림으로써 강력한 자기장을 발생시키는 초전도 자석이 현재 이용되고 있으며, 향후 활발한 응용이 기대되고 있는 장치로는, 자기부상열차, 핵융합로, 입자가속기, 의료용 자기영상진단장치(MRI), 각종 물성분석장치로 사용되는 핵자기공명장치(NMR), 단백질물질분석장치(FT-ICR), 입자가속기, 자기 부상열차 및 핵융합로의 토카막장치 등을 들수 있으며, 이러한 분야에 이용되는 초전도 마그넷의 대표적인 초전도 선재로는 Nb3Sn계 초전도 선재가 있다.And, a superconducting magnet that generates a strong magnetic field by winding the superconducting wire in the form of a coil and passing a high current is currently being used, and devices that are expected to be actively applied in the future include magnetic levitation trains, nuclear fusion furnaces, particle accelerators, Medical magnetic imaging system (MRI), nuclear magnetic resonance device (NMR) used as various physical property analysis devices, protein material analysis device (FT-ICR), particle accelerator, magnetic levitation train and tokamak device of nuclear fusion reactors, etc. , As a representative superconducting wire of a superconducting magnet used in this field, there is an Nb 3 Sn-based superconducting wire.
상기 Nb3Sn계 초전도 선재는 동 기지 내에 극세경의 Nb3Sn 필라멘트 다수가 배열된 구조로서, 이를 제조하는 방법으로는 내부확산법, 브론즈법, 젤리롤법, 분말법, 외부확산법 등이 알려져 있다.The Nb 3 Sn-based superconducting wire has a structure in which a large number of ultra-fine Nb 3 Sn filaments are arranged in the same matrix, and methods of manufacturing the same are known as internal diffusion method, bronze method, jelly roll method, powder method, and external diffusion method.
Nb3Sn계 초전도 선재는 동(銅)을 기지로 한 금속 내부에 Nb 필라멘트를 적절한 위치에 배치 삽입하여 압출한 압출재의 중앙부에 구멍을 뚫은 후 그 구멍에 Sn 또는 Sn계 합금을 삽입한 상태에서 인발가공을 반복 실시한 전구체를 열처리함으로써, 전구체 내부에 삽입된 상기 Nb 필라멘트와 Sn 또는 Sn계 합금의 상호 확산 반응에 의하여 Nb 필라멘트를 중심으로 그 외주면 부위에 초전도 물질인 Nb3Sn 화합물이 형성되도록 하는 내부확산법에 의해 주로 제조되어 왔다.Nb 3 Sn-based superconducting wire is made by placing and inserting Nb filaments into the copper-based metal in an appropriate position, making a hole in the center of the extruded extruded material, and inserting Sn or Sn-based alloy into the hole. An internal diffusion method in which a superconducting material Nb3Sn compound is formed on the outer circumferential portion of the Nb filament centered on the Nb filament by heat treatment of the precursor repeatedly subjected to the drawing process by the interdiffusion reaction between the Nb filament inserted inside the precursor and Sn or Sn alloy It has been mainly manufactured by
이와 같이, 동기지 금속에 다수의 구멍을 뚫어 Nb 필라멘트를 삽입한 상태에서 여러 공정의 압출에 의해 소정 직경의 봉재(棒材)로 만들고, 이 봉재의 중심부에 구멍을 뚫은 후 그 구멍에 Sn 또는 Sn계 합금을 코어로 삽입함으로써, 동 기지 금속 내에서 중앙부의 Sn 또는 Sn계 합금을 중심으로 그 주위에 다수의 Nb 필라멘트가 삽입 배열된 것을 '서브엘리먼트(sub-element)'라 한다.In this way, a number of holes are drilled in the copper sheet metal and Nb filaments are inserted into a bar of a predetermined diameter by extrusion in several processes, and a hole is made in the center of the bar, and then Sn or By inserting the Sn-based alloy into the core, a plurality of Nb filaments are inserted and arranged around the Sn or Sn-based alloy at the center in the base metal, which is referred to as a'sub-element'.
즉, Nb3Sn 초전도 선재는, Cu 와 Nb 필라멘트 및 Sn 선재를 조합하여 만들어진 서브엘리먼트 한 본을 반복 인발 가공하여 한 본의 전구체로 만든 후 열처리하여 만들어질 수 있으며, 동 튜브 내부에 상기 서브엘리먼트를 인발 가공한 전구체 다수를 밀집 삽입한 상태에서 이를 반복 인발한 후 열처리함으로써, 다수의 동선이 밀집 삽입되어 있는 전선과 같이, 한 본의 동 튜브 내부에 다수 본의 극세경 초전도 선재들이 밀집 배열된 초전도 선재 한 본으로 제조할 수도 있다.That is, the Nb 3 Sn superconducting wire may be made by repeatedly drawing a subelement made by combining Cu, Nb filament and Sn wire to make a precursor of one and then heat treatment. The subelement inside the copper tube In a state in which a number of precursors obtained by drawing and processing are densely inserted, it is repeatedly drawn and then heat-treated, whereby a number of ultrafine superconducting wires are densely arranged inside a copper tube, like a wire in which a number of copper wires are densely inserted. It can also be manufactured from one superconducting wire.
이때, 상기 서브엘리먼트는, 동 튜브 내부에 다수가 삽입될 수 있도록 다양한 단면 형상의 전구체로 인발되며, 동 튜브 내부에 삽입된 다수 전구체 사이의 틈새를 없애기 위하여 전구체와 전구체 사이에는 Sn 또는 Sn계 합금이 스페이서로서 삽입될 수도 있다.At this time, the sub-elements are drawn as precursors of various cross-sectional shapes so that a plurality of them can be inserted into the copper tube, and Sn or Sn-based alloys between the precursors and the precursors to eliminate the gap between the plurality of precursors inserted into the copper tube. It can also be inserted as a spacer.
상기와 같은 내부확산법으로 Nb3Sn 초전도 선재를 제조하기 위한 서브엘리먼트에 사용되는 Sn계 합금이 미국 특허6,548,187호에 개시되어 있는 바, 이 Sn계 합금은, Ti가 5wt% 이하로 첨가되며 1300∼1500℃의 온도로 가열된 Sn 용탕을 주조하여 제조하되, Sn-Ti 화합물의 입자 크기 즉, 길이를 평균 5∼20㎛, 최대 30㎛ 이하로 조절하여 만들어진 것으로서, 상기의 Sn계 합금을 사용하여 제조된 Nb3Sn 초전도 선재의 경우 임계전류밀도가 12T에서 650A/㎟에서 750A/㎟까지 향상되었다는 보고가 있다.Sn-based alloys used in sub-elements for manufacturing Nb 3 Sn superconducting wires by the internal diffusion method as described above are disclosed in U.S. Patent No. 6,548,187, and this Sn-based alloy contains less than 5wt% of Ti and 1300~ It is manufactured by casting a molten Sn heated to a temperature of 1500°C, but the particle size of the Sn-Ti compound, that is, the length is adjusted to an average of 5 to 20 μm and a maximum of 30 μm or less, and the Sn-based alloy is used. In the case of the manufactured Nb 3 Sn superconducting wire, there is a report that the critical current density is improved from 650A/mm2 to 750A/mm2 at 12T.
그러나, 상기와 같은 형태의 SnTi 입자가 분포된 Sn계 합금을, Nb3Sn 초전도 선재용 서브엘리먼트에 사용하여 열처리를 실시할 경우, 상기 SnTi 입자와, Sn계 합금 주위를 둘러싸고 있는 Nb 필라멘트 사이의 확산이 충분치 못하여 초전도 특성이 저하되는 문제점이 있다.However, when heat treatment is performed using the Sn-based alloy in which SnTi particles of the above-described form are distributed in the subelement for Nb 3 Sn superconducting wire, between the SnTi particles and the Nb filaments surrounding the Sn-based alloy. Due to insufficient diffusion, there is a problem in that superconducting properties are deteriorated.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명은 Sn계 합금 내에 분산된 Sn-Ti 입자의 크기를 최소화하고 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 등을 합금에 추가함으로써 초전도 특성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말, 그 제조방법 및 이를 이용한 초전도 선재의 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.As invented to solve the above problems, the present invention minimizes the size of the Sn-Ti particles dispersed in the Sn-based alloy and incorporates Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In, etc. to the alloy. An object thereof is to provide an Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a superconducting wire using the same, thereby improving superconducting properties and mechanical properties.
또한, 본 발명은 가공성 및 생산성을 높일 수 있도록 하는 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말, 그 제조방법 및 이를 이용한 초전도 선재의 제조방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다. In addition, an object of the present invention is to provide an Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a superconducting wire using the same to increase workability and productivity.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법은,As a means for solving the problems as described above, the method of manufacturing the Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire according to the present invention,
Sn-Ti 합금을 용융하여 Sn-Ti 금속간 화합물의 평균 입경이 3㎛ 이하로 제조되며,By melting the Sn-Ti alloy, the average particle diameter of the Sn-Ti intermetallic compound is 3㎛ or less,
전체 합금에서 상기 Ti의 함유율이 0.5~3 중량%인 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법에 있어서,In the method for producing a Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire having a Ti content of 0.5 to 3% by weight in the entire alloy,
Sn과 Ti을 기반으로 하여 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 추가하여 용융시키는 Sn-Ti 합금 용융 단계 및Sn-Ti alloy melting step of adding and melting one or more materials selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In based on Sn and Ti, and
Sn-Ti 합금 용탕을 불활성가스 분위기 내에서 노즐을 통해 분사 및 응고시키는 Sn-Ti 합금 분말 형성 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a Sn-Ti alloy powder formation step of spraying and solidifying the molten Sn-Ti alloy through a nozzle in an inert gas atmosphere.
또한, 전체 합금에서 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료는 0.1~2 중량%인 것을 특징으로 한다.In addition, at least one material selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In in the entire alloy is characterized in that 0.1 to 2% by weight.
또한, 본 발명은 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말을 이용하여 초전도 선재의 제조방법에 관한 것으로서,In addition, the present invention relates to a method of manufacturing a superconducting wire using Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire,
Sn-Ti 합금 분말을 프레스 가공, 분말압출가공 또는 Cu 튜브 내 장입 후 인발 가공을 통해 서브엘리먼트 또는 스페이서를 제작하는 서브엘리먼트 또는 스페이서 형성 단계,Sub-element or spacer formation step of producing a sub-element or spacer through press processing, powder extrusion processing, or pull-out processing of Sn-Ti alloy powder,
제작된 서브엘리먼트를 Cu 튜브 내에 설치하는 조립 단계 및Assembly step of installing the manufactured subelement in the Cu tube, and
인발과 같은 선재 가공 처리를 수행하여 초전도 선재를 완성하는 선재 제조 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a wire rod manufacturing step of completing a superconducting wire rod by performing a wire rod processing treatment such as drawing.
또한, 본 발명은 Sn-Ti 합금을 용융하여 Sn-Ti 금속간 화합물의 평균 입경이 3㎛ 이하로 제조되며,In addition, in the present invention, the Sn-Ti alloy is melted so that the average particle diameter of the Sn-Ti intermetallic compound is 3 μm or less,
전체 합금에서 상기 Ti의 함유율이 0.5~3 중량%인 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법에 있어서,In the method for producing a Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire having a Ti content of 0.5 to 3% by weight in the entire alloy,
Sn-Ti 합금을 용융시키는 Sn-Ti 합금 용융 단계,Sn-Ti alloy melting step of melting the Sn-Ti alloy,
Sn-Ti 합금 용탕을 불활성가스 분위기 내에서 노즐을 통해 분사 및 응고시키는 Sn-Ti 합금 분말 형성 단계,Sn-Ti alloy powder formation step of spraying and solidifying the molten Sn-Ti alloy through a nozzle in an inert gas atmosphere,
Sn-Ti 합금 분말과 더불어 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 추가하여 프레스 가공, 분말압출가공 또는 Cu 튜브 내 장입 후 인발 가공을 통해 서브엘리먼트 또는 스페이서를 제작하는 서브엘리먼트 또는 스페이서 형성 단계,Subelements or spacers by adding one or more materials selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In to Sn-Ti alloy powder and performing press processing, powder extrusion processing, or drawing after charging in Cu tube Forming a subelement or spacer to fabricate,
제작된 서브엘리먼트를 Cu 튜브 내에 설치하는 조립 단계 및Assembly step of installing the manufactured subelement in the Cu tube, and
인발과 같은 선재 가공 처리를 수행하여 초전도 선재를 완성하는 선재 제조 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a wire rod manufacturing step of completing a superconducting wire rod by performing a wire rod processing treatment such as drawing.
또한, 전체 합금에서 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료는 0.1~2 중량%인 것을 특징으로 한다.In addition, at least one material selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In in the entire alloy is characterized in that 0.1 to 2% by weight.
상기한 바와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 Sn계 합금 내에 분산된 Sn-Ti 금속간화합물 입자의 크기를 평균 입경이 3㎛ 이하로 최소화하고 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 등을 합금에 추가함으로써 초전도 특성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있으며, 가공성 및 생산성을 높일 수 있는 등의 이점이 있다.Through the above-described problem solving means, the size of the Sn-Ti intermetallic compound particles dispersed in the Sn-based alloy of the present invention is minimized to an average particle diameter of 3㎛ or less, and Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn By adding, In, etc. to the alloy, superconducting properties and mechanical properties can be improved, and workability and productivity can be improved.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법 및 이를 이용한 초전도 선재의 제조방법을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a method of manufacturing a Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire according to the present invention and a method of manufacturing a superconducting wire using the same.
본 발명에 따른 초전도 선재의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.A preferred embodiment of a method for manufacturing a superconducting wire according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 초전도 선재의 제조방법을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a method of manufacturing a superconducting wire according to the present invention.
일반적으로 Nb3Sn 초전도 선재는 단조된 Cu 빌렛(Billet)을 건 드릴링을 통해 홀을 형성하고 이 홀에 Nb 로드(Rod)를 삽입한 후 Nb 로드 주위의 Cu 기지에 Nb 필라멘트들이 삽입 배열된 서브엘리먼트(Subelement)와 스페이서(Spacer)를 절단 세척한 모듈 다수를 확산방지튜브 내부에 밀집 배열하여 리스택킹 빌렛(Restacking billet)을 만든 후 이를 인발, 신선, 열처리 등의 작업을 통해 제조된다. 본 발명에 따른 초전도 선재는 이러한 제조과정 중에 서브엘리먼트와 스페이서의 형성 과정에 특징이 있다.In general, Nb 3 Sn superconducting wire forms a hole through drilling through a forged Cu billet, inserts a Nb rod into this hole, and then inserts Nb filaments into the Cu base around the Nb rod. A number of modules from which the subelement and spacer are cut and washed are densely arranged inside the diffusion-preventing tube to make a restacking billet, and then it is manufactured through operations such as drawing, drawing, and heat treatment. The superconducting wire according to the present invention is characterized in the process of forming subelements and spacers during such a manufacturing process.
본 발명에서는 서브엘리먼트 또는 스페이서를 제조함에 있어서, Sn-Ti 합금을 용융하여 Sn-Ti 금속간 화합물의 평균 입경이 3㎛ 이하로 제조하고, 이를 직접 서브엘리먼트(Subelement) 또는 스페이서(Spacer)에 사용한다.In the present invention, in manufacturing a subelement or spacer, the Sn-Ti alloy is melted to make the average particle diameter of the Sn-Ti intermetallic compound to be 3㎛ or less, and it is directly used for the subelement or spacer. do.
여기서, 상기 Ti의 함유율은 전체 Sn-Ti 합금에서 0.5~3 중량%로 한다.Here, the content of Ti is 0.5 to 3% by weight in the entire Sn-Ti alloy.
이하, 상기 Sn-Ti 합금 분말의 본 발명에 따른 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the Sn-Ti alloy powder according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 Sn-Ti 합금 분말 제조방법의 제1 실시예로는, 도 1에 도시된 바와 같이, Sn과 Ti을 기반으로 하여 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 추가하여 용융시키는 Sn-Ti 합금 용융 단계와, Sn-Ti 합금 용탕을 불활성가스 분위기 내에서 노즐을 통해 분사 및 응고시키는 Sn-Ti 합금 분말 형성 단계를 포함하여 이루어지게 된다.As a first embodiment of the method for manufacturing Sn-Ti alloy powder according to the present invention, as shown in FIG. 1, among Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In based on Sn and Ti, The Sn-Ti alloy melting step of melting by adding at least one selected material, and the Sn-Ti alloy powder forming step of spraying and solidifying the molten Sn-Ti alloy through a nozzle in an inert gas atmosphere.
여기서, 전체 합금에서 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료는 0.1~2 중량%이다.Here, in the total alloy, at least one material selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In is 0.1 to 2% by weight.
구체적으로, 상기 Sn-Ti 합금 분말 형성 단계에서는 Sn과 Ti과 더불어 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 전체 합금에 대하여 0.1~2 중량%로 노 내에 장입하고, 분사 챔버의 내부를 2.5×10-5 Torr 이하로 낮추도록 진공 펌핑 한 후, 분사 챔버 내부를 Ar 가스와 같은 불활성가스로 1 bar까지 치환하는 불활성가스 분위기 형성하고 노 내의 Sn-Ti 합금을 1100~1300℃로 가열 용융하여 불활성가스를 100bar로 분사하면서 노의 오리피스를 개방하여 Sn-Ti 합금 용융물을 분사하는 방법이 적용될 수 있으며, 반드시 이와 같은 조건에 한정하는 것은 아니다.Specifically, in the step of forming the Sn-Ti alloy powder, in addition to Sn and Ti, at least one material selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In is added in the furnace at 0.1 to 2% by weight based on the total alloy. After charging, vacuum pumping to lower the interior of the spray chamber to 2.5×10 -5 Torr or less, then forming an inert gas atmosphere that replaces the interior of the spray chamber with an inert gas such as Ar gas up to 1 bar, and Sn-Ti alloy in the furnace The method of spraying the Sn-Ti alloy melt by opening the orifice of the furnace while heating and melting at 1100 to 1300°C and spraying an inert gas at 100 bar may be applied, but is not limited to such conditions.
이와 같이 상기 제1 실시예에 따른 Sn-Ti 합금 분말 제조방법을 통해 제조된 Sn-Ti 합금 분말을 이용하여 초전도 선재를 제조하는 방법은 Sn-Ti 합금 분말을 프레스 가공, 분말압출가공 또는 Cu 튜브 내 장입 후 인발 가공을 통해 서브엘리먼트 또는 스페이서를 제작하는 서브엘리먼트 또는 스페이서 형성 단계와, 제작된 서브엘리먼트를 Cu 튜브 내에 설치하는 조립 단계와, 인발과 같은 선재 가공 처리를 수행하여 초전도 선재를 완성하는 선재 제조 단계를 포함하여 구성된다.As described above, the method of manufacturing a superconducting wire by using the Sn-Ti alloy powder manufactured through the Sn-Ti alloy powder manufacturing method according to the first embodiment is a method of pressing the Sn-Ti alloy powder, powder extrusion processing, or a Cu tube. The superconducting wire is completed by performing a sub-element or spacer forming step of manufacturing a sub-element or spacer through drawing processing after internal charging, an assembly step of installing the manufactured sub-element into a Cu tube, and wire processing such as drawing. It consists of a wire rod manufacturing step.
본 발명에 따른 Sn-Ti 합금 분말 제조방법의 제2 실시예는, Sn-Ti 합금을 용융시키는 Sn-Ti 합금 용융 단계와, Sn-Ti 합금 용탕을 불활성가스 분위기 내에서 노즐을 통해 분사 및 응고시키는 Sn-Ti 합금 분말 형성 단계를 포함하여 이루어지게 된다.In the second embodiment of the method for producing Sn-Ti alloy powder according to the present invention, the Sn-Ti alloy melting step of melting the Sn-Ti alloy, and the molten Sn-Ti alloy are sprayed and solidified through a nozzle in an inert gas atmosphere. It is made including the step of forming the Sn-Ti alloy powder.
구체적으로, 상기 Sn-Ti 합금 분말 형성 단계에서는 Sn과 Ti을 노 내에 장입하고, 분사 챔버의 내부를 2.5×10-5 Torr 이하로 낮추도록 진공 펌핑 한 후, 분사 챔버 내부를 Ar 가스와 같은 불활성가스로 1 bar까지 치환하는 불활성가스 분위기 형성하고 노 내의 Sn-Ti 합금을 1100~1300℃로 가열 용융하여 불활성가스를 100bar로 분사하면서 노의 오리피스를 개방하여 Sn-Ti 합금 용융물을 분사하는 방법이 적?層? 수 있으며, 반드시 이와 같은 조건에 한정하는 것은 아니다.Specifically, in the Sn-Ti alloy powder formation step, Sn and Ti are charged into the furnace, vacuum pumped to lower the inside of the spray chamber to 2.5×10 -5 Torr or less, and then the inside of the spray chamber is inert such as Ar gas. A method of forming an inert gas atmosphere that replaces up to 1 bar with gas, heating and melting the Sn-Ti alloy in the furnace at 1100 to 1300°C, and spraying the inert gas at 100 bar, opening the furnace orifice and spraying the Sn-Ti alloy melt. Enemy?層? It can be, and is not necessarily limited to such conditions.
이와 같이 상기 제2 실시예에 따른 Sn-Ti 합금 분말 제조방법을 통해 제조된 Sn-Ti 합금 분말을 이용하여 초전도 선재를 제조하는 방법은 Sn-Ti 합금 분말과 더불어 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 추가하여 프레스 가공, 분말압출가공 또는 Cu 튜브 내 장입 후 인발 가공을 통해 서브엘리먼트 또는 스페이서를 제작하는 서브엘리먼트 또는 스페이서 형성 단계와, 제작된 서브엘리먼트를 Cu 튜브 내에 설치하는 조립 단계와, 인발과 같은 선재 가공 처리를 수행하여 초전도 선재를 완성하는 선재 제조 단계를 포함하여 구성된다.As described above, the method of manufacturing a superconducting wire using the Sn-Ti alloy powder manufactured through the Sn-Ti alloy powder manufacturing method according to the second embodiment is, in addition to the Sn-Ti alloy powder, Nb, Ta, Cu, Zr, A sub-element or spacer forming step of producing a sub-element or spacer through press processing, powder extrusion processing, or pull-out processing after adding one or more materials selected from Hf, V, Zn, and In, and the manufactured sub-element And an assembly step of installing in the Cu tube, and a wire rod manufacturing step of completing a superconducting wire by performing a wire rod processing treatment such as drawing.
여기서, 전체 합금에서 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료는 0.1~2 중량%이다.Here, in the total alloy, at least one material selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In is 0.1 to 2% by weight.
이를 통해, 종래의 Sn 합금 주조물을 기계적 분쇄를 통해 강제 분쇄함으로 인해 표면의 잔류응력에 의한 경계면의 경화와, 이로 인한 초전도 특성의 저하와 제조과정상의 열처리 시간의 증가와 같은 가공의 비용이성을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 가공 중 분말간의 결합이 우수하며, 무엇보다도 최종 초전도 선재 내에 형성되는 Sn-Ti 금속간화합물 입자의 형상을 최적화할 수 있으며 그 크기를 종래의 방법으로는 달성하기 어려운 상태로 최소화가 가능하다. 또한, Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In을 첨가함으로써, 기계적 특성을 향상시켜 초전도 선재로 가공시 가공성을 향상시킬 수 있게 된다.Through this, the conventional Sn alloy castings are forcibly pulverized through mechanical pulverization, thereby solving the cost-effectiveness of processing such as hardening of the interface due to residual stress on the surface, resulting in a decrease in superconducting properties and an increase in heat treatment time in the manufacturing process. Not only can it be possible, but also the bonding between powders is excellent during processing, and above all, the shape of the Sn-Ti intermetallic compound particles formed in the final superconducting wire can be optimized, and the size can be minimized to a state that is difficult to achieve by conventional methods. It is possible. In addition, by adding Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, and In, it is possible to improve the mechanical properties and improve workability when processing into a superconducting wire.
또한, 압연, 인발, 파쇄, 분쇄 등으로 이루어지는 복잡한 분말 제작과정을 단순화 하여 가공성 및 생산성을 증대시킬 수 있다.In addition, it is possible to increase the workability and productivity by simplifying the complex powder manufacturing process consisting of rolling, drawing, crushing, grinding, etc.
상기한 바와 같은 구성을 통해, 본 발명인 Sn계 합금 내에 분산된 Sn-Ti 금속간화합물 입자의 크기를 평균 입경이 3㎛ 이하로 최소화하면서도 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 등을 합금에 추가함으로써 초전도 특성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있으며, 가공성 및 생산성을 높일 수 있는 등의 이점이 있다.Through the configuration as described above, while minimizing the size of the Sn-Ti intermetallic compound particles dispersed in the Sn-based alloy of the present invention to an average particle diameter of 3㎛ or less, Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In By adding the like to the alloy, superconducting properties and mechanical properties can be improved, and workability and productivity can be improved.
Claims (5)
전체 합금에서 상기 Ti의 함유율이 0.5~3 중량%인 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법에 있어서,
Sn과 Ti을 기반으로 하여 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 추가하여 용융시키는 Sn-Ti 합금 용융 단계 및
Sn-Ti 합금 용탕을 불활성가스 분위기 내에서 노즐을 통해 분사 및 응고시키는 Sn-Ti 합금 분말 형성 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는
초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법
By melting the Sn-Ti alloy, the average particle diameter of the Sn-Ti intermetallic compound is 3㎛ or less,
In the method for producing a Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire in which the content of Ti in the entire alloy is 0.5 to 3% by weight,
Sn-Ti alloy melting step of adding and melting one or more materials selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In based on Sn and Ti, and
It characterized in that it comprises a Sn-Ti alloy powder formation step of spraying and solidifying the molten Sn-Ti alloy through a nozzle in an inert gas atmosphere.
Method for producing Sn-Ti alloy powder for superconducting wire
전체 합금에서 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료는 0.1~2 중량%인 것을 특징으로 하는
초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법
The method according to claim 1,
In the entire alloy, at least one material selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In is characterized in that 0.1 to 2% by weight
Method for producing Sn-Ti alloy powder for superconducting wire
Sn-Ti 합금 분말을 프레스 가공, 분말압출가공 또는 Cu 튜브 내 장입 후 인발 가공을 통해 서브엘리먼트 또는 스페이서를 제작하는 서브엘리먼트 또는 스페이서 형성 단계,
제작된 서브엘리먼트를 Cu 튜브 내에 설치하는 조립 단계 및
인발과 같은 선재 가공 처리를 수행하여 초전도 선재를 완성하는 선재 제조 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말을 이용한 초전도 선재의 제조방법
In the method of manufacturing a superconducting wire material using the Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire according to claim 1 or 2,
Sub-element or spacer formation step of producing a sub-element or spacer through press processing, powder extrusion processing, or pull-out processing of Sn-Ti alloy powder,
Assembly step of installing the manufactured subelement in the Cu tube, and
Characterized in that it comprises a wire rod manufacturing step of completing a superconducting wire by performing a wire rod processing treatment such as drawing
Superconducting wire manufacturing method using Sn-Ti alloy powder for superconducting wire
전체 합금에서 상기 Ti의 함유율이 0.5~3 중량%인 초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법에 있어서,
Sn-Ti 합금을 용융시키는 Sn-Ti 합금 용융 단계,
Sn-Ti 합금 용탕을 불활성가스 분위기 내에서 노즐을 통해 분사 및 응고시키는 Sn-Ti 합금 분말 형성 단계,
Sn-Ti 합금 분말과 더불어 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 추가하여 프레스 가공, 분말압출가공 또는 Cu 튜브 내 장입 후 인발 가공을 통해 서브엘리먼트 또는 스페이서를 제작하는 서브엘리먼트 또는 스페이서 형성 단계,
제작된 서브엘리먼트를 Cu 튜브 내에 설치하는 조립 단계 및
인발과 같은 선재 가공 처리를 수행하여 초전도 선재를 완성하는 선재 제조 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말을 이용한 초전도 선재의 제조방법
By melting the Sn-Ti alloy, the average particle diameter of the Sn-Ti intermetallic compound is 3㎛ or less,
In the method for producing a Sn-Ti alloy powder for a superconducting wire in which the content of Ti in the entire alloy is 0.5 to 3% by weight,
Sn-Ti alloy melting step of melting the Sn-Ti alloy,
Sn-Ti alloy powder formation step of spraying and solidifying the molten Sn-Ti alloy through a nozzle in an inert gas atmosphere,
Subelements or spacers by adding one or more materials selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In to Sn-Ti alloy powder and performing press processing, powder extrusion processing, or drawing after charging in Cu tube The step of forming a subelement or spacer to fabricate,
Assembly step of installing the manufactured subelement in the Cu tube, and
Characterized in that it comprises a wire rod manufacturing step of completing a superconducting wire by performing a wire rod processing treatment such as drawing
Superconducting wire manufacturing method using Sn-Ti alloy powder for superconducting wire
전체 합금에서 Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In 중에서 선택된 하나 이상의 재료는 0.1~2 중량%인 것을 특징으로 하는
초전도 선재용 Sn-Ti 합금 분말의 제조방법
The method of claim 4,
In the entire alloy, at least one material selected from Nb, Ta, Cu, Zr, Hf, V, Zn, In is characterized in that 0.1 to 2% by weight
Method for producing Sn-Ti alloy powder for superconducting wire
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