KR20040052539A - 니오비움·티탄계 초전도체를 튜우브로 이용한이붕소마그네슘 극세다심선 - Google Patents

니오비움·티탄계 초전도체를 튜우브로 이용한이붕소마그네슘 극세다심선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초전도선에 관한 것으로서, 자세하게는 본 발명은 초전도선에 있어서, 초전도체 Nb-Ti 계를 튜우브로 하고 장입되는 극세다심선 필라멘트를 초전도체 MgB2로; 구성하는 것을 특징으로 하는 초전도선에 관한 것이다.
본 발명에 의하여 이미 상용화된 Nb-Ti 계 초전도 극세다심선 기술을 사용하여 저온에서는 (9K이하) 보다 높은 초전도 임계전류 밀도를 얻을 수 있으며, 고온(9K이상에서 39K까지)에서는 MgB2필라멘트 고유의 초전도 임계전류를 얻을 수 있는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선이 제공되는 이점이 있다.

Description

니오비움·티탄계 초전도체를 튜우브로 이용한 이붕소마그네슘 극세다심선{MgB2 Multifilamentary Superconductor Wire Having Nb-Ti Superconductor Tube}
본 발명은 초전도선에 관한 것으로서, 자세하게는 본 발명은 초전도선에 있어서, Nb-Ti계 초전도체를 튜우브( Powder in Tube 방법에 있어서 Tube의 역할)로 하고 필라멘트를 MgB2로; 구성하는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선에 관한 것이다.
초전도체는 그 발견이후 이를 응용하기 위하여 초전도선의 개발에 관심이 집중되었다.
잘 알려진 Nb-Ti계 초전도 재료는 1960년대에 발견되었으며, 1970년대에 들어오면서, 이 재료의 필라멘트(극세심(極細芯))를 다수 Cu 매트릭스안에 채워넣은 소위 극세다심선(極細多芯線)이 개발되었고, 이 극세다심선(이하 필라멘트로 표기함)은 전기적으로 안정하기 때문에 실용초전도선재의 주류가 되었었다.
상기 실용 Nb-Ti계 초전도 필라멘트선은 강도있는 냉간인발(cold-drawn)을 한후, 300∼400 의 온도로 열처리를 하여 Nb-Ti 합금중에서 미세한 -Ti상을 석출시켜서 임계전류밀도(Jc)를 높이며, 시효열처리 한 후에 다시 인발가공을 하므로서, 다시 임계전류밀도(Jc)의 향상을 도모하는 등 그 제작 방법이 크게 발전되어 있다.
그러나, 상기 Nb-Ti계의 경우에는 초전도 임계온도가 너무 낮은 9K 부근이어서, 오직 값이 비싼 액체 헬륨상태에서만 사용할 수가 있기 때문에 폭 넓은 상용화가 어려웠다.
도 4는 상기 Nb-Ti계 초전도체 극세다심선의 단면구조도이며 도4에 도시된 바와 같이 초전도선은 일반적으로 극세다심선으로 형성되는 초전도 필라멘트(10)와 상기 초전도 필라멘트(10)를 피복시키는 튜우브(20)과 도선의 외형을 피복시키는 실딩(shielding)메탈(30)로 구성된다.
한편 MgB2는 2001년 akimuzu 교수에 의해 초전도현상 발견이후 많은 연구가 되어 왔으나 아직 실용화 단계에 접어 들었다고 보기에는 다소 무리가 있다.
film의 경우는 아직 PLD 등의 진공 기법(vacumm process)를 벗어나지 못하고 있으며, tape 나 선재(wire)를 만드는 경우는 여러 가지가 소개 되고 있으나, film의 경우보다 10배에서 100배 정도 낮은 임계전류밀도(critical current density)가 나타나고 있어 MgB2의 실용화 단계까지는 많은 과제가 남아 있다고 할 수 있다.
MgB2는 단순히 Magnesium과 Boron 이루어진 2원자 금속간 화합물 임에도 불구하고 대단히 잘 부수어 (brittle) 지므로, 직접적인 방법, 즉 압연(rolling) 이나 인발(drawing) 으로, 선재(wire) 나 tape등을 만드는 것은 불가능하다.
따라서, MgB2를 이용하여 초전도선을 만드는 데는 분말충진법(Powder in Tube, 약칭 PIT) 기법이 많이 이용이 되고 있다.
이중 중요한 요건(factor) 중의 하나가 Tube(튜우브)로 이용될 금속의 선택이다.
즉, Mg의 높은 산소와의 친화력과 여타 물질과의 반응성, B의 고융점 등으로 인하여, Tube 재질 선택에 대단한 어려움이 있으며, Fe, Nb, Cu, stainless steel 등 여러 형태의 연구가 진행되어 왔으나 아직도 만족할만한 수준에 왔다고는 보기 어렵다.
본 발명은 MgB2를 분말충진법(Powder in Tube, 약칭 PIT) 기법으로 초전도선이 생산되게 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명은 초전도 임계온도인 39K 이하인 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2 극세다심선의 단면구조도
도 4는 종래의 Nb-Ti계 초전도체 극세다심선의 단면구조도.
*도면의 주요부분에 관한 부호의 설명*
100 : MgB2필라멘트 200 : Nb-Ti계 튜우브
300 : 동계합금 실링메탈 400 : 배리어층
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 초전도선에 있어서, 초전도 Nb-Ti 계를 튜우브로 하여 장입되는 초전도 MgB2를 필라멘트로; 구성되는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선을 기술적 요지로 한다.
여기서 상기 초전도선은 동계합금 실딩(shielding)메탈을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선으로 되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 초전도선은 상기 실링메탈과 튜우브 사이에 또한 튜우브과 MgB2사이에 Nb 등의 배리어(barrier) 층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선으로 되는 것이 바람직하다.
이하 도면과 함께 본 발명에 관하여 살펴보기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선의 단면구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 초전도 Nb-Ti계 튜우브(200)와 MgB2필라멘트(100)와 동계합금 실딩(shielding)메탈(300)로 구성되며, 또한 상기 실딩(shielding)메탈(300)과 튜우브(200) 사이에 또는 튜우브(200)와 MgB2필라멘트(100) 사이에 Nb 등의 배리어층(400)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 초전도선은 일반적으로 초전도 필라멘트(100)와 초전도 필라멘트(100)를 피복시키는 튜우브(200)와 도선의 외형을 피복시키는 실딩(shielding)메탈(300)로 구성된다.
본 발명에 있어서는 상기 초전도 필라멘트(100)는 MgB2로 구성되며, 상기 튜우브(200)는 Nb-Ti 계 초전도체로 구성되며, 이의 실딩(shielding)메탈(300)은 동계합금으로 구성된다.
상기 MgB2는 비산화물 초전도체 중에서 초전도 임계온도가 가장 큰 39K 인 것으로 알려지고 있다.
또한 Nb-Ti 계 역시 임계온도가 약 9K 인 잘 알려진 초전도 금속으로서, Nb-Ti계 초전도선을 만들기 위한 드로잉(drawing) 공정은 종래에 널리 알려지고 발전되어짐에 따라, 일반적으로 Nb-Ti계 초전도선이 널리 사용되고 있다.
본 발명은 종래의 초전도 필라멘트로 사용되던 Nb-Ti 계 초전도체를 튜우브(200)로 사용하고, 이에 장입되는 필라멘트(100)를 MgB2로 한다.
이때 장입되는 MgB2는 MgB2분말(powder), Mg+B 분말(powder), MgB2+X 분말(powder), Mg+B+X 분말(powder) 등으로 구성 된다,
여기서 X는 자속고정(flux pinning) 효과를 높이거나, MgB2의 기공(porosity)을 줄여주기 위한 원소들을 의미한다.
이에 따라, 초전도선을 만들기 위한 드로잉(drawing) 공정을 종래에 널리 알려지고 발전되어진 Nb-Ti계 초전도 극세다심선 방식을 그대로 이용할 수 있으며, 생산된 초전도선의 임계온도는 39K 로 상승시킬 수 있게 된다.
한편 본 발명의 상기 초전도선은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 동계합금 실딩(shielding)메탈(300)과 튜우브(200) 사이 또는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 필라멘트(100)와 튜우브(200) 사이에 Nb 등 배리어 (barrier)층(400-a, 400-b)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 설명한 본 발명에 의하여 이미 상용화된 Nb-Ti 계 극세다심선 기술을 사용하여, 고온(39K) 에서 초전도 특성을 나타내는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선이 제공되는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 초전도선에 있어서,
    Nb-Ti계 초전도체의 튜우브와;
    상기 튜우브에 장입되는 MgB2극세다심선 필라멘트로;
    구성되는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선.
  2. 제1항에 있어서 상기 MgB2는
    MgB2분말(powder), Mg+B 분말(powder), MgB2+X 분말(powder), Mg+B+X 분말(powder) 등 인 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선.
    상기 X는 Fe, Ti, Nb, V, W 등의 자속고정(flux pinning) 효과를 높이거나, MgB2의 기공(porosity)을 줄여주기 위한 원소임
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서 상기 초전도선은
    동계합금 실딩(shielding)메탈을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선.
  4. 제 3항에 있어서 상기 초전도선은
    상기 동계합금 실딩(shielding)메탈과 튜우브 사이에 Nb 등 배리어 (barrier) 층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선.
  5. 제 4항에 있어서 상기 초전도선은
    상기 필라멘트와 튜우브 사이에 Nb 등 배리어 (barrier) 층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선.
  6. 제 3항에 있어서 상기 초전도선은
    상기 필라멘트와 튜우브 사이에 Nb 등 배리어 (barrier) 층을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 Nb-Ti계 초전도체를 튜우브로 이용한 MgB2극세다심선.
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