KR20030012273A - 초전도 선재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

기존의 초전도선재를 가공할 때 많이 사용하는 구리나 은 등은 양호한 연성으로 인발 가공시 잘 늘어나는 성질이 있으나 분말을 충진하여 가공할 때 외부 시스재가 우선적으로 늘어나기 때문에 내부 초전도코아에 효과적으로 압력을 전달 할 수 없기 때문에, 본 발명에서는 화합물 초전체와 금속으로 구성된 복합체 가공시 보강용 소재인 고강도 금속을 이용하여 내부에 충진된 MgB₂분말 혹은 봉상의 코아에 보다 효율적으로 압력을 전달하여 조직을 치밀하게 만들고, 치밀한 가공에 의하여 입자들이 양호하게 연결됨으로서 초전도 전류 흐름이 원활하게 일어나 많은 전류를 흘릴 수 있는 MgB₂초전도선재를 제조하고, 보강용 금속은 스테인레스 강과 같은 기계적 강도가 큰 재료를 사용함으로서 초전도자석 성능에서 중요한 파라메타인 도체의 항복강도를 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 가격이 싼 구리를 선재에 연속적으로 전기 도금하여 구리 안정화층을 갖는 복합 초전도선재를 제조함으로써 결과적으로 성능이 우수한 초전도선재를 저렴하게 제조하도록 한다.

Description

초전도 선재의 제조 방법{Fabrication method of MgB2 superconducting wire}

본 발명은 초전도 선재의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉동기를 부착하여 20K∼30K 온도 범위에서 전도냉각으로 운전되는 여러 종류의 초전도자석시스템 예컨대, 자기분리장치, 단결정 성장장치, MRI, NMR, 초전도자기부상열차, 초전도에너지저장장치, 고자장 초전도자석 등에 적용이 가능한 고강도 초전도 선재를 저비용으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 초전도 선재는 임계온도 이하에서 전기저항이 제로가 되는 특성을 갖고 있어서 손실 없이 대전류를 흘릴수 있기 때문에, 이를 이용하면 초전도 코일용 도체로 사용되어 변압기, 모터, 발전기, 한류기 등 많은 초전도 전력기기의 실용화가 가능하며, 또한 초전도 전력저장장치, 초전도 송전케이블, 초전도 자기부상열차, 초전도 자기분리장치 등 전자장을 응용하는 많은 에너지, 교통, 환경 산업 분야에 활용될 것으로 보인다.

초전도 선재는 임계온도와 재료의 종류에 따라 구분할 수 있으며, 통상적으로 금속계의 저온 초전도 선재와 산화물계의 고온 초전도체로 구분하고 있다. 금속계 저온 초전도 선재에는 합금계와 화합물계가 있으며 합금계로는 Nb-Ti초전도체가 이미 상용화되어 MRI, NMR등에 초전도 코일로 사용되고 있다.

한편, 대표적인 화합물계 초전도체인 Nb₃Sn은 임계자장이 Nb-Ti에 비하여 높기 때문에 주로 높은 자장을 발생시키는 고자장용 초전도 자석이나 핵 융합용 코일 등에 이용되고 있다. 그러나, 이러한 초전도체들은 모두 임계온도가 20K 이하로 낮아서 금속계 초전도 선재로 만든 기기를 동작시키기 위해서는 대부분 액체헬륨을 사용하여 냉각하거나 일부 10K 이하의 극저온 냉동기를 사용하는 경우도 있다.

1986년 이후로 임계온도가 액체질소온도를 넘는 비스무스계(Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x: Bi-2223, Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_x: Bi-2212), 이트륨계(Y1Ba2Cu3Ox), 탈륨계(Tl₁Sr₂Ca₂Cu₃O_x)등의 산화물계 초전도체가 발견되면서 선재화 연구와 이를 응용한 초전도 기기를 개발하는 연구가 세계적으로 많이 이루어지고 있다.

이중에서 Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x는 산화물계 초전도체 중에서 가장 많이 선재화 연구가 이루어진 물질로 일반적으로 파우다(Powder)-인(In)-튜브(Tube)법에 의하여 만들며 1 km급의 은 시스(sheath) 선재가 개발되었다.

그러나, 비스무스계 선재는 결정구조에서 비롯된 자기적 이방성과 결정입계에서의 약결합(weak-link)에 의하여 선재의 임계전류밀도를 액체질소온도와 자기 자장하에서 10만 A/cm²이상으로 구현하는 것이 어렵고 동작온도가 높을수록 외부자장에 대하여 임계전류밀도가 크게 저하하는 특성을 갖고 있다. 따라서, 자장이 크게 발생하는 기기는 동작전류를 높이기 위하여 동작온도를 25 K 이하로 떨어 뜨려 사용하는 것이 제안되고 있다.

초전도 기기가 실용화되기 위해선 성능과 경제성을 동시에 만족시켜야 되는데 초전도 기기의 성능에서 가장 중요한 요소는 임계전류밀도이다. 왜냐하면 임계온도와 임계자장은 초전도물질이 발견되면 그 물질 고유의 값으로 해당 값이 크게 변하지 않으나 임계전류밀도는 제조방법에 따라 크게 달라지기 때문이다.

일반적으로 초전도 선재는 어떠한 제조방법을 선택하느냐에 따라 임계전류밀도 값은 크게 변화한다. 초전도 선재의 구성은 초전도체 필라멘트와 안정화재로 이루어졌다. 안정화재는 일반적으로 두 가지 특성을 고려해야 한다. 하나는 소성가공성으로 초전도체와 복합체를 이룬 상태로 가공하였을 때 인발, 신선 등의 가공이 용이한 것이고 합금이나 원소금속을 사용하며 우수한 기계적 강도 또한 요구된다고 할 수 있다. 다른 하나는 안정화특성으로 여기서 안정화란 초전도선재가 어떠한 내적, 외적 원인에 의하여 온도가 상승하여 초전도상태가 파괴되는 것을 막는 것으로 일반적으로 전기저항이 낮고 열전도가 높은 금속을 사용하여 초전도체가 불안정하게 되어 더 이상 많은 전류를 흘릴 수 없는 상태가 되었을 때 임계전류 이상의 전류를 통과시키고 초전도체의 열을 주위의 냉매로 전달하여 초전도체의 온도를 다시 식혀줌으로서 초전도선재를 원래의 초전도상태로 회복시켜 저항 없이 전류를 흘릴 수 있게 하는 것이다.

초전도 선재의 제조방법은 사용하는 초전도체의 종류와 상태에 따라 많이 달라지게 된다. 일반적으로 초전도체 분말을 원료로 사용하는 하는 제조방법의 경우, 안정화용 금속 튜브 안에 분말을 충진하여 빌렛(billet)을 만들고 이 빌렛을 스에징(swaging), 인발, 신선 및 압연 등의 방법으로 소성 가공하고 열처리하여 최종 선재를 만든다.

보다 구체적으로 설명하면, 기존의 대표적인 산화물계 초전도선재인 Bi-2223의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, Bi-2212 전구체 분말(1a)을 은이나 은합금 재질의 안정화용 튜브(2a)안에 충진한 후, 이것을 스에징 및 인발 가공하여(3) 직경은 줄이고 길이는 점차 늘여 나가는 축경 가공을 한다. 다심 선재의 경우, 적정한 직경에서 육각 다이를 통과시켜서 단면이 육각인 선재로 만들고 다시 직경이 큰 은(혹은 은합금) 튜브 안에 육각선재를 다발로 적층하여 만든다. 이와 같이 축경 가공하거나(3) 적층한 빌렛은 다시 소성 가공한 후 최종적으로는 초전도체의 밀도를 높이기 위하여 압연가공을 한다(4). 일반적으로 Bi-2223 선재는 압연 가공후 열처리를 실시하여(5) 열처리하는 동안에 전구체 파우더(Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_x)가 최종적으로 목적하는 초전도상(Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x)(1b)로 상변태 되며 판상 입자가 배향됨으로서 임계전류 특성이 향상된다.

그러나, 상술된 바와 같이 제조된 기존의 Bi-2223 선재는 출발 원료가 다성분계이고 복잡한 상변태 과정을 거치기 때문에 최종 초전도체의 조직이 완전한 단상을 생성시키는 것이 어렵고 불순물상이 존재하여 전류의 흐름을 제한하는 문제점이 있었다.

또한, 기존 Bi-2223 선재의 제조시 임계전류밀도에 영향을 주는 공정인자가 너무 많고 완벽하게 제어하기가 어렵기 때문에 선재 특성의 재현성이 문제가 되고 있으며, 인전화용 튜브로 반드시 은이나 은합금을 사용하여야 되기 때문에 고자장 초전도자석에서 요구되는 높은 기계적 강도를 만족시킬 수 가 없고, 고가의 원자재 가격으로 인한 선재 제조 비용이 실용화의 가장 큰 걸림돌이 되고 있다(문헌 :A.P. Malozemoff et al, IEEE Trans. on Appl. Supercond., Vol.9, (1999) p.2469 참조).

즉, 지금까지 20 ∼ 30 K 온도 범위에서 초전도 자석용 선재로 적합하게 개발된 기존의 Bi-2223 은시스 선재 및 그 제조 방법의 문제점에 대해 요약하면 다음과 같다.

기존의 Bi-2223 초전도 선재 및 그 제조 방법은, 은을 안정화 시스재(또는 피복재라 함)로 사용함으로서 비용이 많이 들고, 은 자체가 강도가 약하기 때문에 합금화하여도 선재의 항복강도를 향상시키는데 한계가 있었다. 또한, 전구체 Bi-2212 분말을 충진한 선재를 100 시간 이상 열처리를 하여야 하는 데, 열처리 온도가 Bi-2223상의 생성온도에서 조금만 벗어나도 여러 종류의 불순물상이 Bi-2223상과 함께 생성되어 임계전류 특성을 현격히 저하시킨다. 또한, 제조공정에서 원료 분말중의 탄소농도가 높거나 대기중의 이산화탄소가 파우더에 흡착하여 열처리 중에 가스로 방출되면 은 시스를 부풀게 하는 버블링 현상으로 인하여 임계전류 특성을 현저하게 저하시키는 문제점이 보고(문헌 : 하홍후 et al, 2001년 춘계전기전자재료학회 초전도자성체연구회 논문집, "Bi-2223/Ag 고온초전도선재의 bubbling 제어 열처리" 참조)된 바 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 기존과 비교하여 안정성과 기계적 강도가 우수한 초전도 선재를 저비용으로 제조하기 위한 것으로, 특히 20∼30K의 온도범위에서 냉동기를 부착한 전도냉각형 초전도자석용 도체로 최적사용가능한 초전도선재를 MgB₂분말과 고강도 금속을 이용하여 제조할 수 있도록 하는, 초전도 선재의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

2001년 1월 일본의 아키미츠에 의하여 MgB₂라는 금속간 화합물이 39K 온도 부근에서 전기저항이 제로(zero)가 되는 초전도 특성을 나타내는 것으로 확인(J. Nagamatsu et al, Nature, Vol.410(2001) p.63 참조) 되면서, 현재 이 물질에 대한 합성 연구와 물리적 성질들을 이해하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 지금까지 밝혀진 것으로 이 물질은 자기적 이방성이 없으며 파우더 자체만으로도 초전도 특성을 띄는 것으로 확인되고 있고, 고온, 고압 조건에서 특성이 우수한 벌크 덩어리가 제조되는 것으로 보고되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 최근에 발견된 새로운 초전도재로서의 MgB₂분말과 고강도 금속을 이용하여 상술된 기존의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 초전도 선재의 제조 방법을 제공하고자 함을 그 목적으로 한다.

도 1은 기존의 대표적인 산화물계 초전도선재인 Bi-2223의 제조 방법을 설명하는 공정도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MgB2 초전도 빌렛(Billet)의 횡단면도이고,

도 3은 상기 MgB2 초전도 빌렛을 가지고 본 발명의 최종물로서의 MgB2 초전도 선재를 제조하는 공정을 설명하는 도면으로서 도 2의 종단면으로 도시된 공정도이고,

도 4는 본 발명에 따른 안정화재 피복 방법을 설명하기 위한 도면이고,

도 5 및 도 6은 열처리 없이 제조한 최종 목적물로서의 상기 MgB₂초전도 선재(50)를 4단자 통전법으로 임계전류를 측정한 결과를 나타낸 도면이다

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : MgB₂초전도 빌렛 21 : MgB₂분말

22 : 스테인레스강 튜브 23 : 마개

24 : 안정화 구리 30 : 축경 가공된 선재

40 : 압연된 선재 50 : 최종 MgB₂초전도 선재

61 : 냉간 축경 가공 공정 62 : 압연 공정

63 : 전기 도금 공정 71 : 페이-오프 스풀

72 : 테이크-업 스풀 73 : 전기 도금조

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초전도 선재의 제조 방법은, 항복강도가 300 MPa 이상인 고강도 금속관 내에 MgB₂재질의 초전도재를 충진하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 결과물의 단면 형태를 유지하면서 직경을 줄여나가는 냉간 축경(縮經) 가공을 수행하는 제 2 단계; 상기 축경 가공된 선재를 압연(壓延)하는 제 3 단계; 및 상기 압연된 선재의 표면에 전기저항과 열전도도가 낮은 금속 안정화재를 도금하는 제 4 단계를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

상기 고강도 금속관은 스테인레스강, 니켈, 인코넬, 및 티타늄 재질의 금속관 중 어느 하나를 사용함이 바람직하고, 상기 제 1 단계의 상기 초전도재는 MgB₂분말, 마그네슘 분말과 보론 분말이 그 원자비가 1:2로 혼합된 분말로 이루어진 것, 그 혼합 분말에서 상기 마그네슘 분말의 양을 최초의 양에서 10% 이하로 더 추가한 것, 또는 MgB₂분말을 정수압(靜水壓)으로 압축한 봉재, 그 봉재의 단면이 육각이 되도록 인발 가공한 후 그 인발가공된 다수의 봉재를 상기 금속관내에 다심으로 충진된 것 중 어느 하나를 선택적으로 사용함이 바람직하다. 또한, 본 발명은 상기 제 4 단계에서의 도금을 수행하기 전에 상기 제 3 단계에서 상기 압연된 선재를 적정 조건에서 열처리하는 단계를 선택적으로 수행함을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명은 상품화된 초전도체 MgB₂분말이나, 마그네슘과 보론의 원료분말을 1 : 2의 비율로 혼합한 분말, 또는 이러한 분말을 정수압 기술을 이용하여 봉상으로 가공한 봉재를 고강도의 금속관에 충진하여 복합체의 초전도선재를 제조하는 방법에 관한 것으로, 분말을 충진한 금속 복합체로서 가공하기 위하여 기존과 같이 강도가 약한 은이나 구리를 사용하는 것이 아니고 고강도 금속(예컨대, 스테인레스강, 인코넬 고강도 합금강, 티탄 또는 니켈 등)으로 만든 튜브를 사용하는 것이다. MgB₂초전도 벌크를 고온에서 높은 압력으로 가압하면서 제조하였을 때특성이 향상되기 때문에, 고강도의 금속 튜브를 사용하여 스에징이나 인발 소성가공을 통하여 MgB₂코아를 치밀하게 만들고 최종적으로 압연을 통하여 충진한 MgB₂의 밀도를 더욱 향상시킨다. 또한, 고강도 금속은 금속분말과의 복합체 가공에서 외부 시스재로 사용할 수 있으나 전기저항이 높기 때문에 안정화재로서의 특성을 만족할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 최종 가공된 선재를 스풀에 권선한 후 연속적으로 안정화용 구리를 전기도금하여 MgB₂초전도코아/보강재금속/안정화재층으로 이루어진 초전도선재를 구성함으로서 기계적 강도와 안정화 특성이 우수한 MgB₂초전도선재를 제조토록 하였다.

일반적으로 구리나 은 등은 양호한 연성으로 인발 가공시 잘 늘어나는 성질이 있으나 분말을 충진하여 가공할 때 외부 시스재가 우선적으로 늘어나기 때문에 내부 코아에 효과적으로 압력을 전달 할 수 없다. 반면, 본 발명에 따르면 가공용 시스재로서 보강용 소재인 고강도 금속을 이용하여 내부에 충진된 MgB₂분말 혹은 봉재를 소성 가공할 때 초전도 코아에 보다 효율적으로 압력을 전달하여 조직을 치밀하게 만들 수 있다. 초전도체 입자가 치밀한 가공에 의하여 양호하게 연결됨으로서 초전도 전류 흐름이 원활하게 일어나 많은 전류를 흘릴 수 있다. 가공이 끝난 선재는 필요에 의하여 열처리를 함으로서 조직을 더 치밀하게 만들 수 있다. 한편, 보강용 금속은 기계적 강도는 크나 전기저항이 크고 열전도도가 작기 때문에 안정화재로선 부적합하다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 은 보다 가격이 싼 구리를 선재에 연속적으로 전기 도금하여 구리 안정화층을 갖는 복합 초전도선재를제조하는 것으로, 구리의 안정화 특성인 비저항 값을 낮추기 위하여 높은 안정성이 요구되는 초전도자석의 경우는 필요에 의해서 선재를 MgB₂의 분해온도 보다 낮은 온도에서 열처리를 하여 전기비저항 값을 낮추도록 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 선재의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MgB2 초전도 빌렛(Billet)의 횡단면도이고, 도 3은 상기 MgB2 초전도 빌렛을 가지고 본 발명의 최종물로서의 MgB2 초전도 선재를 제조하는 공정을 설명하는 도면으로서 도 2의 종단면으로 도시된 공정도이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 새로운 초전도재로서 시판되는 MgB₂분말(21)을 원통형 스테인레스강 튜브(22) 안에 채워 넣고, 그 튜브(22)와 동일한 재질의 마게(23)로 그 튜브(22)의 양 끝을 막아 MgB₂초전도 빌렛(20)을 제조한다. 이 때 상기 MgB₂분말(21)을 정수압으로 고밀도로 압축한 봉재를 상기 스테인레스강 튜브(22)내에 삽입할 수 있으며, 상기 튜브(22)로는 스테인레스강 대신 니켈, 인코넬, 또는 티타늄 등의 고강도 금속재의 튜브를 사용할 수 있다.

이어, 상기 MgB₂초전도 빌렛(20)을 스에징 및/또는 인발 가공 방법으로 냉간 축경 가공하게 되는 데, 이와 같은 가공시 특히, 스에징 가공의 경우, 진동 충격에 의하여 상기 분말(21)이 밖으로 새어 나갈 수 있기 때문에, 그루브롤러 등의방법으로 수회 압연하여 상기 마게(23)가 있는 상기 튜브(22)의 양쪽 끝을 가공한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 MgB₂초전도 빌렛(20)을 스에징가공이나 인발가공 등의 방법으로 원형 단면을 유지하면서 직경을 줄여나가는 냉간 축경 가공(61)을 실시하여 축경가공된 선재(30)를 만든다. 이 때, 가공 열에 의하여 상기 MgB₂(21)가 변질될 수 있기 때문에, 매회 가공시 마다 물로서 충분히 냉각하여 가공한다.

한편, 다심의 초전도 선재를 만드는 경우는 상기 MgB₂분말(21)을 정수압으로 고밀도로 압축한 봉재의 임의의 직경에서 육각 다이를 이용하여 단면이 육각이 되도록 인발 가공한 후, 적당한 길이로 절단한 봉재를 다시 직경이 큰 금속 튜브 즉, 상기 스테인레스강 튜브(22) 내에 다발로 적층함으로서 MgB₂초전도 빌렛을 만들고, 그 빌렛을 상기와 동일한 방법으로 냉간 축경 가공(61)을 실시한다.

이어, 상기와 같이 축경 가공이 끝난 선재(30)를 압연하여(62) 테이프 형상의 선재(40)로 만들고. 그 테이프 선재(40)를 불활성 가스인 아르곤 분위기 하에서 800℃ ∼ 900℃ 온도 범위에서 1∼10시간 열처리하여 MgB₂조직을 더 치밀하게 만들도록 하되, 그 열처리 공정은 높은 안정성이 요구되는 초전도자석을 제조하려 할 경우 필요에 따라 선택적으로 수행토록 한다. 또한, 그 열처리 도중 상기 MgB₂의 Mg가 분해되어 증발 할 수 있기 때문에, Mg 입자를 상기 아르곤 가스와 함께 열처리로에 넣어서 MgB₂조성이 유지되도록 한다. 그러나, 공정을 간략하게 하고 비용 절감을 위해서 상기된 열처리 공정은 생략할 수 있다.

마지막으로, 상기 테이프 선재(40)의 표면에 안정화 구리(24)를 입히기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 페이-오프(pay-off) 스풀(71)에 상기 테이프 선재(40)를 권선한 후, 연속적으로 테이크-업(take-up) 스풀(72)에 일정한 장력을 유지하면서 구리 이온(24)이 녹아 있는 전기 도금조(73)에 그 테이프 선재(40)를 통과시키면서 구리 층을 코팅하는 전기도금 공정(63)을 수행함으로서 최종 목적물로서의 MgB₂초전도 선재(50)를 완성한다.

도 5 및 도 6은 열처리 없이 제조한 최종 목적물로서의 상기 MgB₂초전도 선재(50)를 4단자 통전법으로 임계전류를 측정한 결과를 나타낸 도면으로서, 도 5는 4.2K 온도와 자기자장 하에서의 임계 전류 측정 결과 그래프이고, 도 6은 20K 온도와 자기자장 하에서의 임계 전류 측정 결과 그래프이고, 임계전류 Ic의 기준은 1 μV/cm의 전계가 나타난 지점의 전류값으로 정의하였다. 동 도면에나타난 바와 같이, 각각 4.2K 및 20K 온도에서 임계전류 Ic가 310A 및 100A로 비교적 큰 전류를 통전할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 MgB₂초전도 선재의 제조 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 마그네슘 분말과 보론 분말을 원자비가 1:2 에서 마그네슘 양이 0∼10% 정도 더 많게 스테인레스 용기 안에 세라믹 혹은 금속 구슬들과 함께 충진하여 볼 밀링을 한다. 상기 볼 밀링 시 상기 마그네슘 분말과 상기 보론 분말의 혼합 분말에 대한 상기 세라믹 또는 상기 금속 구슬의 상대적 양은 3∼4 대 1로 함이 바람직하고, 상기 혼합 분말과 상기 세라믹 또는 상기 금속 구슬의 전체 혼합물은 상기 용기 체적에 대하여 20% 내지 40%가 되도록 함이 바람직하다.

상기 전체 혼합물의 볼 밀링 결과로 얻어진 전구체 분말을 스테인레스강 튜브안에 충진하여 상술된 본 발명의 일 실시예에서와 동일한 방법으로 축경가공과 압연 가공을 실시하여 테이프 선재를 만든다. 그 테이프 선재를 아르곤 가스와 같은 불활성 분위기에서 800℃∼900℃ 온도 범위에서 1∼10시간 소결하여 MgB₂화합물을 생성시킨다. 그 얻어진 테이프 선재를 상술된 본 발명의 일 실시예에서와 동일한 방법으로 구리층을 전기도금하여 최종 선재를 제조한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 초전도 선재의 제조 방법에 의하면, 본 발명은 새로운 MgB₂초전도선재의 가공방법이 제공되어, 소성 가공성이 전혀 없는 잘 부서지기 쉬운 금속간화합물 MgB₂를 고강도 금속과 결합시켜 유연한 선재로 가공할 수 있는 방법이 창출된다. 즉, 본 발명에 의하면 스테인레스강과 같은 고강도 금속튜브를 보강재로 사용하여 높은 항복강도를 얻을 수 있기 때문에, 전자력이 많이 걸리는 대형 초전도자석 도체로 유용하게 사용할 수 있으며, 열처리를 하여도 고강도 금속 시스재를 사용하기 때문에, 기존의 은시스 Bi-2223 초전도선재에서 나타나는 버블링현상이 원천적으로 해소된다. 또한, 기존의 초전도선재는 임계전류밀도 특성을 향상시키기 위하여 제조공정에서 반드시 장시간 열처리를 하여야 하나 본 발명은 열처리를 하지 않아도 높은 임계전류를 통전할 수 있는 효과도 창출된다.

Claims (12)

1. 항복강도가 300 MPa 이상인 고강도 금속관 내에 MgB₂재질의 초전도재를 충진하는 제 1 단계;

   상기 제 1 단계의 결과물의 단면 형태를 유지하면서 직경을 줄여나가는 냉간 축경(縮經) 가공을 수행하는 제 2 단계;

   상기 축경 가공된 선재를 압연(壓延)하는 제 3 단계; 및

   상기 압연된 선재의 표면에 전기저항과 열전도도가 낮은 금속 안정화재를 도금하는 제 4 단계를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고강도 금속관은 스테인레스강, 니켈, 인코넬, 및 티타늄 재질의 금속관 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 단계의 상기 초전도재는 MgB₂분말인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 단계의 상기 초전도재는 마그네슘 분말과 보론 분말이 그 원자비가 1:2로 혼합된 분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 혼합 분말에서 상기 마그네슘 분말의 양을 최초의 양에서 10% 이하로 더 추가한 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 혼합 분말을 세라믹 또는 금속 구슬들과 함께 용기내에 넣고 볼 밀링하되, 상기 볼 밀링 시 상기 혼합 분말에 대한 상기 세라믹 또는 상기 금속 구슬의 상대적 양은 3∼4 대 1이고, 상기 혼합 분말과 상기 구슬의 혼합물을 상기 용기 체적에 대하여 20% 내지 40%로 넣는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 단계의 상기 초전도재는 MgB₂분말을 정수압으로 압축한 봉재인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 봉재의 단면이 육각이 되도록 인발 가공한 후, 그 인발가공된 다수의 봉재를 상기 금속관내에 다심으로 충진함을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 4 단계에서, 상기 금속 안정화재는 구리 또는 알루미늄 중 하나이고, 상기 도금은 전기도금법을 사용함을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 압연된 선재를 열처리 한 후 상기 도금을 수행 함을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 열처리는 불활성 가스 분위기에서 800∼900℃의 온도로 1∼10 시간 동안 소결(燒結) 처리함을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 불활성 가스에 Mg 입자가 포함된 분위기를 형성함을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조 방법.