KR20070023709A - 초전도 선재의 제조 방법 - Google Patents

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준 후지카미
다케시 가토
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

초전도 선재의 제조 방법은, 초전도체의 원료 분말을 금속으로 피복한 형태의 선재를 신선하는 공정(S6)과, 신선 공정(S6) 후에 다심선을 압연하는 1차 압연 공정(S8)과, 1차 압연 공정(S8) 후에 다심선(1)을 소결하는 1차 소결 공정(S10)을 구비하고 있다. 신선 공정(S6)과 1차 압연 공정(S8) 사이 및 1차 압연 공정(S8)과 1차 소결 공정(S10) 사이 중 적어도 어느 한쪽이 7일 미만이다. 이에 의해, 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.

Description

초전도 선재의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING SUPERCONDUCTING WIRE}
본 발명은 초전도 선재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 특정적으로는 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있는 초전도 선재의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 Bi2223 상(相) 등을 갖는 산화물 초전도체를 금속 피복한 다심선으로 이루어진 초전도 선재는 액체 질소 온도에서의 사용이 가능하고, 비교적 높은 경계 전류 밀도를 얻을 수 있다는 것, 길게 하는 것이 비교적 용이하다는 것으부터 초전도 케이블이나 마그네트에의 응용이 기대되고 있다.
이러한 초전도 선재는 아래와 같이 제조되고 있다. 우선, 예를 들어 Bi2223 상 등을 포함하는 초전도체의 원료 분말을 금속으로 피복한 형태를 갖는 선재가 제작된다. 다음으로, 열 처리와 압연을 되풀이함으로써, 초전도 상이 선재의 초전도 필라멘트 부분으로 배향하여 생성되고, 테이프 형상의 초전도 선재를 얻을 수 있다. 이러한 초전도 선재의 제조 방법은 예를 들면, 일본 특허 제 2636049 호 공보(일본 특허 공개 제 1991-138820 호 공보)(특허문헌 1), 특허 제 2855869 호 공 보(일본 특허 공개 제 1992-292812 호 공보)(특허문헌 2)에 개시되어 있다.
특허문헌 1: 특허 제 2636049 호 공보(일본 특허 공개 제 1991-138820 호 공보)
특허문헌 2: 특허 제2855869 호 공보(일본 특허 공개 제 1992-292812 호 공보)
발명의 요약
종래로부터, 초전도 선재의 성능(예를 들어, 경계 전류치 등)을 향상시키기 위해서, 각 제조 공정에 있어서 알맞은 제조 조건이 모색되어 왔다. 그러나 최적화된 동일한 제조 조건에서 초전도 선재를 제조했을 경우라도, 얻어진 초전도 선재의 각각의 성능에 격차가 생기는 문제가 있었다. 또한, 얻어진 초전도 선재 중에는 성능이 뒤떨어지는 것도 존재하고 있어, 고성능의 초전도 선재를 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있는 초전도 선재의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 국면에 있어서의 초전도 선재의 제조 방법은, 초전도체의 원료 분말을 금속으로 피복한 형태의 선재를 신선하는 신선 공정과, 신선 공정 후에 선재를 압연하는 압연 공정과, 압연 공정 후에 선재를 소결하는 소결 공정을 구비하고 있다. 신선 공정과 압연 공정 사이 및 압연 공정과 소결 공정 사이 중 적어도 어느 한쪽이 7일 미만이다.
본 발명자들은 주의 깊게 검토한 결과, 얻어진 초전도 선재의 각각의 성능에 격차가 발생하는 것은, 이하의 원인에 의한 것임을 알아냈다. 신선 공정, 압연 공정 및 소결 공정의 각 공정의 사이에 있어서, 선재의 양단부 혹은 초전도체를 피복하는 금속을 거쳐서, 대기중의 CO2(이산화탄소), H2O(물) 및 O2(산소) 등이 선재 내부로 침입한다. 이로써, 소결시에 초전도 상 이외의 이상이 생성되거나, 선재의 두께가 불균일해지거나 한다. 소결시에 이상이 생성되면, 초전도 상의 생성을 방해할 수 있어, 경계 전류치 등의 초전도 특성의 저하를 초래한다. 또한, 선재의 두께가 불균일해지면, 그 후 압연을 실행할 경우에 선재에 균일하게 압력이 가해지지 않게 되고, 얻어지는 초전도 선재의 두께가 불균일해진다. 그 결과, 초전도 선재의 성능에 격차가 생긴다.
신선 공정, 압연 공정 및 소결 공정의 각 공정의 사이 중 적어도 어느 하나는 7일 미만으로 함으로써, 대기중의 CO2, H2O 및 O2가 원료 분말 내부로 침입하기 전에 다음 공정을 실행할 수 있다. 그 결과, 소결시에 이상이 생성되기 어려워져, 선재의 두께가 균일해지므로 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.
종래, 신선 공정과 압연 공정 사이 및 압연 공정과 소결 공정 사이의 선재의 유지 방법에는 착안되어 있지 않고, 그 보관 시간은 특별히 규정되어 있지 않았다. 본원 발명자들은, 이들 공정 사이의 유지 시간의 차이에 의해, 얻어지는 초전도 선재의 각각의 성능에 격차가 있다는 것을 알아냈다.
본 발명의 다른 국면에 있어서의 초전도 선재의 제조 방법은, 초전도체의 원 료 분말을 금속으로 피복한 형태의 선재를 신선하는 신선 공정과, 선재를 압연하는 n(n은 2 이상의 정수)회의 압연 공정과, 선재를 소결하는 n회의 소결 공정을 구비하고 있다. n회의 압연 공정 중 1차 압연 공정은 신선 공정 후에 행하여진다. n회의 소결 공정 중 1차 소결 공정은 1차 압연 공정 후에 행하여진다. n회의 압연 공정 중 k(k는 n≥k≥2를 만족하는 정수)차 압연 공정은, n회의 소결 공정 중 (k-1)차 소결 공정 후에 행하여진다. n회의 압연 공정 중 k차 소결 공정은, n회의 압연 공정 중 k차 압연 공정 후에 행하여진다. 신선 공정과 1차 압연 공정 사이, 1차 압연 공정과 1차 소결 공정 사이, (k-1)차 소결 공정과 k차 압연 공정 사이, k차 압연 공정과 k차 소결 공정 사이 중 적어도 어느 하나 사이가 7일 미만이다.
본 발명자들은 주의 깊게 검토한 결과, 얻어진 초전도 선재의 각각의 성능에 격차가 생기는 것은, 이하의 원인에 의한 것임을 알아냈다. 초전도 선재의 제조에 있어서, n회의 압연 공정과 n회의 소결 공정이 행하여질 경우에, 신선 공정과 1차 압연 공정 사이, 1차 압연 공정과 1차 소결 공정 사이, (k-1)차 소결 공정과 k차 압연 공정 사이, k차 압연 공정과 k차 소결 공정 사이에 있어서, 선재의 양단부 혹은 초전도체를 피복하는 금속을 거쳐서, 대기 중의 CO2(이산화탄소), H2O(물) 및 O2(산소) 등이 원료 분말 내부로 침입한다. 그 결과, 상술한 이유에 의해, 초전도 선재의 성능이 저하하고, 초전도 선재의 성능에 격차가 생긴다.
신선 공정과 1차 압연 공정 사이, 1차 압연 공정과 1차 소결 공정 사이, (k-1)차 소결 공정과 k차 압연 공정 사이 및 k차 압연 공정과 k차 소결 공정 사이 중 적어도 어느 하나 사이를 7일 미만으로 함으로써, 대기중의 CO2, H2O 및 O2가 원료 분말 내부로 침입하기 전에 다음의 공정을 실행할 수 있다. 그 결과, 소결시에 이상이 생성되기 어려워져, 선재의 두께가 균일해지므로 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.
종래, n회의 압연 공정과 n회의 소결 공정이 행하여질 경우에, 신선 공정과 1차 압연 공정 사이, 1차 압연 공정과 1차 소결 공정 사이, (k-1)차 소결 공정과 k차 압연 공정 사이 및 k차 압연 공정과 k차 소결 공정 사이의 선재의 유지 방법에는 착안되어 있지 않고, 그 보관 시간은 특별히 규정되지 않고 있었다. 본원 발명자들은, 이들 공정 사이의 유지 시간의 차에 의해 얻어진 초전도 선재 각각의 성능에 격차가 있다는 것을 알아냈다.
본 발명의 초전도 선재의 제조 방법에 있어서 바람직하게는, 7일 미만인 공정 사이에 있어서, 선재를 감압 분위기하에서 유지하는 유지 공정을 더 구비하고 있다.
선재를 감압 분위기하에서 유지함으로써, 선재 내부에 포함되어 있었던 CO2, H2O 및 O2 등의 잔류물이 선재의 양단부 혹은 초전도체를 피복하는 금속을 거쳐서 외부로 방출된다. 그 결과, 소결시에 이상이 생성되기 어려워져, 선재의 두께가 균일해지므로 한층 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.
본 발명의 초전도 선재의 제조 방법에 있어서 바람직하게는, 유지 공정은 질소 가스 분위기, 아르곤 가스 분위기 혹은 건조 공기 분위기 중 어느 하나의 분위 기에서 행하여진다. 이로써, CO2, H2O 및 O2 등의 불순물이 유지 공정 중에 원료 분말 내부로 침입하는 것을 억지할 수 있다.
본 발명의 초전도 선재의 제조 방법에 있어서 바람직하게는, 7일 미만인 공정 사이에 있어서, 선재는 80℃ 이상의 온도로 유지된다. 이로써, 선재 내부에 포함되어 있던 잔류물이 증발하기 쉬워지므로, 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 압연 및 소결은, 각각 1회씩만 행하여질 경우도 있지만, 각각 복수회(n회) 행하여질 경우도 있다. 또한, 본 명세서중에 있어서「1차 압연」이라는 것은 선재에 대하여 최초로 실행하는 압연 공정을 의미하며, 「1차 소결」이라는 것은 선재에 대하여 최초로 실행하는 소결 공정을 뜻하고 있다. 또한, 선재에 대하여 신선을 복수회 실행할 경우에는,「신선 공정」이라는 것은 1차 압연 전에 선재에 대하여 실행하는 최후의 신선을 뜻하고 있다. 또한, 「건조 공기」라는 것은 대기압 중에서의 이슬점이 -20℃ 이하인 공기를 뜻하고 있다.
본 발명의 초전도 선재의 제조 방법에 의하면, 신선 공정, 압연 공정 및 소결 공정의 각 공정의 사이 중 적어도 어느 하나를 7일 미만으로 함으로써, 대기중의 CO2, H2O 및 O2가 원료 분말 내부로 침입하기 전에 다음 공정을 실행할 수 있다. 그 결과, 소결시에 이상이 생성되기 어려워져, 선재의 두께가 균일해지므로 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.
도 1은 초전도 선재의 구성을 개념적으로 도시하는 부분 단면 사시도,
도 2는 본 발명의 하나의 실시형태에 있어서의 초전도 선재의 제조 방법을 도시하는 흐름도,
도 3은 도 2의 공정을 도시하는 제 1 도,
도 4는 도 2의 공정을 도시하는 제 2 도,
도 5는 도 2의 공정을 도시하는 제 3 도,
도 6은 도 2의 공정을 도시하는 제 4 도,
도 7은 도 2의 공정을 도시하는 제 5 도,
도 8은 도 2의 공정을 도시하는 제 6 도,
도 9는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 대기중 보관 일수와 경계 전류치와의 관계를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 대기중 보관 일수와 경계 전류치와의 관계를 도시한 도면.
※부호의 설명※
1 : 초전도 선재(다심선) 1a : 선재
1b : 클래드 선 1c : 다심선
2 : 초전도체 필라멘트 2a : 원료 분말
3 : 시스부 3a, 3b : 파이프
20 : 케이싱 21 : 배기관
22 : 유지대 23 : 히터
이하, 본 발명의 하나의 실시형태에 대해서 도면에 근거하여 설명한다.
도 1은 초전도 선재의 구성을 개념적으로 도시하는 부분 단면 사시도이다. 도 1을 참조하여, 예를 들어 다심선의 초전도 선재에 대해서 설명한다. 초전도 선재(1)는 길이 방향으로 연기되는 복수 라인의 초전도체 필라멘트(2)와, 그들을 피복하는 시스부(sheath; 3)를 갖고 있다. 복수 라인의 초전도체 필라멘트(2)의 각각의 재질은, 예를 들어 Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O계의 조성으로 되어 있고, 특히, [비스무스(Bismuth)와 납]: 스트론튬(strontium): 칼슘(calcium): 동의 원자비가 거의 2: 2: 2: 3의 비율로 근사하게 나타나는 Bi2223 상을 포함하는 재질이 최적이다. 시스부(3)의 재질은 예를 들면, 은으로 되어 있다.
또한, 상기에 있어서는 다심선에 대해서 설명했지만, 하나의 초전도체 필라멘트(2)가 시스부(3)에 의해 피복되는 단심선 구조의 산화물 초전도 선재가 사용되어도 좋다.
다음으로, 상기의 산화물 초전도 선재의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시형태에 있어서의 초전도 선재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다. 또한, 도 3 내지 도 8은 도 2의 각 공정을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하여, 예를 들면 Bi2223 상의 초전도 선재를 제조할 경우, 파우더 인 튜브법(powder in tube)을 사용할 수 있다. 우선, 예를 들어 5종류의 원료 분말(Bi2O3, PbO, SrCO3, CaCO3, CuO)이 혼합되어, 열처리에 의한 반응으로 최종 목적의 초전도체인 Bi2223 상으로 변화되는 중간 상태의 원료 분말(전구체 분말)이 제작된다(단계 S1).
다음으로, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 이 원료 분말(2a)이 파이프(3a) 내에 충전된다(단계 S2). 이 파이프(3a)는 예를 들어, 은 등의 금속으로 이루어지고, 외경이 φ10-50mm로, 벽 두께가 외경의 2-20% 정도의 것이다. 이로써, 초전도체의 원료 분말(2a)을 파이프(3a)로 피복한 형태의 선재(1a)를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 상기 선재(1a)를 신선 가공함으로써, 전구체를 코어 재료로서 은 등의 금속으로 피복된 클래드 선(1b)이 형성된다(단계 S3). 이 클래드 선(1b)은 지름이 예를 들면, 2-10mm의 환형상으로 된다.
다음으로, 도 2 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 케이싱(20) 내의 유지대(22) 위로, 클래드 선(1b)이 7일 미만 동안 유지된다(단계 S4). 케이싱(20)은 배기관(21)을 갖고, 배기관(21)은 예를 들면, 도시하지 않은 진공 펌프(기압 양수기)에 접속되어 있다. 케이싱(20) 내의 공기는 배기관(21)을 통해서 진공 펌프(기압 양수기)로 배기되며, 이로써 케이싱(20) 내는 예를 들면, 0.01MPa 이하의 감압 분위기로 된다. 또한, 케이싱(20) 내는, 예를 들면 질소 가스 분위기나, 아르곤 가스 분위기, 또는 건조 공기 분위기로 되어 있다. 또한, 유지대(22)의 내부에는 히터(23)가 설치되어 있고, 히터(23)에 의해 유지대(22) 위로 유지된 클래드 선(1b)이 예를 들면, 80℃ 이상으로 가열된다. 클래드 선(1b)이 감압 분위기하에서 유지되는 것에 의해, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 원료 분말(2a) 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 클래드 선(1b)내의 CO2, H2O 및 O2 등을 외부로 제거할 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 이 클래드 선(1b)이 다수 묶일 수 있어서, 예를 들어 은 등의 금속으로 이루어진 파이프(3b) 내에 감합된다(다심의 감합: 단계 S5). 이 파이프(3b)는 예를 들어, 은 또는 그 합금 등의 금속으로 되고, 외경이 φ10-50mm으로, 벽 두께가 외경의 2-20% 정도인 것이다. 이로써, 원료 분말(2a)을 코어 재료로서 다수 갖는 다심 구조의 선재를 얻을 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 다수의 원료 분말(2a)이 시스부(3)에 의해 피복된 다심 구조의 선재를 신선 가공함으로써, 원료 분말(2a)이 예를 들면, 은 등의 시스부(3)에 매설된 다심선(1c)이 형성된다(단계 S6).
다음으로, 도 2 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 감압 분위기하의 케이싱(20)내의 유지대(22) 위로, 다심선(1c)이 7일 미만 동안 유지된다(단계 S7). 케이싱(20)내는 예를 들어, 질소 가스 분위기나, 아르곤 가스 분위기, 또는 건조 공기 분위기로 되어 있다. 다심선(1c)이 감압 분위기하에서 유지되는 것에 의해, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 원료분말(2a) 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 다심선(1c)내의 CO2, H2O 및 O2 등을 외부로 제거할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 다심선(1c)의 형성(단계 S6)과, 다음에 설명하는 1차 압연(단계 S8) 사이가 7일 미만이 되도록 각 공정이 행하여진다. 이로써, 다심선(1c)의 형성(단계 S6)과 1차 압연(단계 S8) 사이에 있어서, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 원료 분말(2a) 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 다심선(1c)에 1차 압연 가공이 실시되고, 그에 의해 테이프 형상의 다심선(1)을 얻을 수 있다(단계 S8). 이 1차 압연 가공은 예를 들면, 압하율 70-90%의 조건에서 행하여진다.
다음으로, 도 2 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 감압 분위기하의 케이싱(20)내의 유지대(22) 위로, 다심선(1)이 7일 미만 동안 유지된다(단계 S9). 케이싱(20)내는, 예를 들면 질소 가스 분위기나, 아르곤 가스 분위기, 또는 건조 공기 분위기로 되어 있다. 다심선(1)이 감압 분위기하에서 유지되는 것에 의해, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 원료 분말 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 다심선(1)내의 CO2, H2O 및 O2 등을 외부로 제거할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 1차 압연(단계 S8)과, 다음에 설명하는 1차 소결(단계 S10) 사이를 7일 미만으로 한다. 이로써, 1차 압연(단계 S8)과 1차 소결(단계 S10) 사이에 있어서, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 원료 분말(2a) 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 테이프 형상의 다심선(1)을 예로 들어, 800-850℃의 온도까지 가열하고, 그 온도에서 10-150시간 유지함으로써, 다심선(1)에 1차 소결이 실시된다(단계 S10). 이로써, 원료 분말(2a)이 화학반응을 일으키고, 초전도체 필라멘트(2)가 된다.
다음으로, 도 2 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 감압 분위기하의 케이싱(20)내의 유지대(22) 위로, 다심선(1)이 7일 미만 동안 유지된다(단계 S11). 케이싱(20)내는, 예를 들면 질소 가스 분위기나, 아르곤 가스 분위기, 또는 건조 공기 분위기로 되어 있다. 다심선(1)이 감압 분위기하에서 유지되는 것에 의해, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 초전도체 필라멘트(2) 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 다심선(1)내의 CO2, H2O 및 O2 등을 외부로 제거할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 1차 소결(단계 S10)과, 다음에 설명하는 2차 압연(단계 S12) 사이가 7일 미만으로 한다. 이로써, 1차 소결(단계 S10)과 2차 압연(단계 S12) 사이에 있어서, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 필라멘트(2) 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 8에 도시하는 바와 같이 다심선(1)에 2차 압연 가공이 실시된다(단계 S12). 이 2차 압연 가공은 예를 들어, 압하율 0-20%의 조건에서 행하여진다.
다음으로, 도 2 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 감압 분위기하의 케이싱(20)내의 유지대(22) 위로, 다심선(1)이 7일 미만 동안 유지된다(단계 S13). 케이싱(20) 내는, 예를 들어, 질소 가스 분위기나, 아르곤 가스 분위기, 또는 건조 공기 분위기로 되어 있다. 다심선(1)이 감압 분위기하에서 유지되는 것에 의해, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 초전도체 필라멘트(2) 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 다심선(1)내의 CO2, H2O 및 O2 등을 외부로 제거할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 2차 압연(단계 S12)과, 다음에 설명하는 2차 소결(단계 S14) 사이가 7일 미만으로 된다. 이로써, 2차 압연(단계 S12)과 2차 소결(단계 S14) 사이에 있어서, 대기중의 CO2, H2O 및 O2 등이 필라멘트(2) 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있다.
다음으로, 다심선(1)을 가압 분위기하에서 800-850℃의 온도까지 가열하고, 그 온도에서 10-150시간 유지함으로써, 다심선(1)에 2차 소결이 실시된다(단계 S14). 이로써, 본 실시형태의 초전도 선재를 얻을 수 있지만, 2차 소결 후에 압연 및 소결이 추가로 행하여져도 좋고, 상기의 2차 압연 및 2차 소결이 생략되어도 좋다.
본 실시형태의 초전도 선재의 제조 방법은, 초전도체의 원료 분말(2a)을 금속으로 피복한 형태의 선재(1a)를 신선하는 신선 공정(단계 S6)과, 신선 공정(단계 S6) 후에 다심선(1c)을 압연하는 1차 압연 공정(단계 S8)과, 1차 압연 공정(단계 S8) 후에 다심선(1)을 소결하는 1차 소결 공정(단계 S10)을 구비하고 있다. 신선 공정(단계 S6)과 1차 압연 공정(단계 S8) 사이 및 1차 압연 공정(단계 S8)과 1차 소결 공정(단계 S10) 사이 중 적어도 어느 하나는 7일 미만이다.
본 실시형태의 초전도 선재의 제조 방법은, 초전도체의 원료 분말(2a)을 금속으로 피복한 형태의 선재를 신선하는 신선 공정(단계 S6)과, 신선 공정(단계 S6) 후에 다심선(1c)을 압연하는 1차 압연 공정(단계 S8)과, 1차 압연 공정(단계 S8) 후에 다심선(1)을 소결하는 1차 소결 공정(단계 S10)과, 1차 소결 공정(단계 S10) 후에 다심선(1)을 다시 압연하는 2차 압연 공정(단계 S12)과, 2차 압연 공정(단계 S12) 후에 다심선(1)을 다시 소결하는 2차 소결 공정(단계 S14)을 구비하고 있다. 신선 공정(단계 S6)과 1차 압연 공정(단계 S8) 사이, 1차 압연 공정(단계 S8)과 1차 소결 공정(단계 S10) 사이, 1차 소결 공정(단계 S10)과 2차 압연 공정(단계 S12) 사이 및 2차 압연 공정(단계 S12)과 2차 소결 공정(단계 S14) 사이 중 적어도 어느 하나 사이가 7일 미만이다.
본 실시형태의 제조 방법에 의하면, 대기중의 CO2, H2O 및 O2가 원료 분말 내부 또는 필라멘트(2) 내부로 침입하기 전에 다음 공정을 실행할 수 있다. 그 결과, 소결시에 이상이 생성되기 어려워져, 선재의 두께가 균일해지므로 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 초전도 선재의 제조 방법에 있어서는, 7일 미만인 공정 사이에 있어서, 클래드 선(1b), 다심선(1c), 또는 다심선(1)을 감압 분위기하에서 유지하는 유지 공정(단계 S4, 단계 S7, 단계 S9, 단계 S11, 단계 S13)을 추가로 구비하고 있다.
클래드 선(1b), 다심선(1c), 또는 다심선(1)을 감압 분위기하에서 유지함으로써, 클래드 선(1b) 내부, 다심선(1c) 내부, 또는 다심선(1) 내부에 포함되어 있었던 CO2, H2O 및 O2 등의 잔류물이 클래드 선(1b), 다심선(1c), 또는 다심선(1)의 양단부 혹은 초전도체를 피복하는 시스부(3)를 거쳐서 외부로 방출된다. 그 결과, 소결시에 이상이 생성되기 어려워져, 선재의 두께가 균일해지므로, 한층 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 초전도 선재의 제조 방법에 있어서는, 유지 공정(단계 S4, 단계 S7, 단계 S9, 단계 S11, 단계 S13)은 질소 가스 분위기, 아르곤 가스 분위기 혹은 건조 공기 분위기 중 어느 하나의 분위기에서 행하여진다. 이로써, CO2, H2O 및 O2 등의 불순물이 유지 공정중에 원료 분말 내부로 침입하는 것을 억지할 수 있다.
본 실시형태의 초전도 선재의 제조 방법에 있어서는, 유지 공정(단계 S4, 단계 S7, 단계 S9, 단계 S11, 단계 S13)에 있어서, 클래드 선(1b), 다심선(1c), 또는 다심선(1)은 80℃ 이상의 온도로 유지된다. 이로써, 클래드 선(1b) 내부, 다심선(1c) 내부, 또는 다심선(1)의 내부에 포함되어 있던 잔류물이 증발하기 쉬워지므로, 고성능으로 균일한 성능의 초전도 선재를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 각 공정 사이에 있어서 7일 미만의 유지 공정(단계 S4, 7, 9, 11, 13)이 행하여질 경우에 대해서 도시했지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것은 아니고, 유지 공정(단계 S4, 7, 9, 11, 13)은 생략되어도 좋다. 요컨대, 신선 공정과 1차 압연 공정 사이, 1차 압연 공정과 1차 소결 공정 사이, (k-1)차 소결 공정과 k차 압연 공정 사이, k차 압연 공정과 k차 소결 공정 사이 중 적어도 어느 하나 사이가 7일 미만이면 좋다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 1차 소결(단계 S10) 후에 진공 유지(단계 S11), 2차 압연(단계 S12), 진공 유지(단계 S13) 및 2차 소결(단계 S14)이 행하여질 경우에 대해서 도시했지만, 이들의 공정은 생략되어도 좋으며, 1차 소결(단계 S10) 후에 초전도 선재가 완성돼도 좋다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, Bi2223 상을 갖는 다심선의 비스무스계의 산화물 초전도 선재의 제조 방법에 대해서 설명을 실행하고 있지만, 본 발명은 비스무스계 이외의 이트륨(Yttrium)계 등의 다른 조성을 갖는 산화물 초전도 선재의 제조 방법에 관해서도 적응할 수 있다. 또한, 단심선의 초전도 선재의 제조 방법에도 적용할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 1차 압연(단계 S8)과 1차 소결(단계 S10) 사이를 7일 미만으로 하는 것의 효과를 조사했다. 구체적으로는, Bi2223 상의 원료 분말(2a)을 제작하고(단계 S1), 원료 분말(2a)을 파이프(3a) 내에 충전하여(단계 S2), 선재(1a)를 제작했다. 다음으로, 선재(1a)를 신선 가공해서 클래드 선(1b)을 제작하고(단계 S3), 진공 유지 없이 클래드 선(1b)을 다수 묶어서 파이프(3b) 내에 감합(단계 S5)하여 다심선(1c)을 제작했다. 다음으로, 다심선(1c)을 신선 가공했다(단계 S6). 다음으로, 다심선(1c)에 1차 압연 가공을 실시하고(단계 S8), 테이프 형상의 다심선(1)을 얻었다. 다음으로, 진공 유지 없이, 대기중에서 0일 내지 14일의 범위에서 다심선(1)을 보관한 후, 다심선(1)에 1차 소결을 실시했다(단계 S10). 다음으로, 진공 유지 없이 2차 압연 가공을 실시했다(단계 S12). 다음으로, 진공 유지 없이 다심선(1)에 2차 소결을 실시하고(단계 S14), 길이 400m의 초전도 선재(1)를 얻었다. 다음으로, 얻어진 초전도 선재(1)를 5분할하고, 각각의 초전도 선재(1)에 관한 경계 전류치(A)를 측정했다.
도 9는, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 대기중 보관 일수와 경계 전류치와의 관계를 도시한 도면이다. 또한, 도 9에 있어서의 세로축은 측정한 시료 중에서 가장 높은 경계 전류치에 관한 비로 표시되어 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 대기중 보관 일수가 7일 이상의 경우에는, 경계 전류치의 격차가 약 13% 이상도 있는 것에 대해, 대기중 보관 일수가 7일 미만의 경우에는, 경계 전류치의 격차는 약 5%밖에 없다. 또한, 대기중 보관 일수를 바람직하게는 5일 이내, 더욱 바람직하게는 3일 이내로 함으로써, 경계 전류치의 격차가 더욱 작아지는 것을 알게 된다. 이로부터, 1차 압연과 1차 소결과의 사이를 7일 미만, 바람직하게는 5일 이내, 더욱 바람직하게는 3일 이내로 함으로써, 고성능으로 균일한 초전도 선재를 얻을 수 있다는 것을 알게 된다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 신선 공정(단계 S6)과 1차 압연 공정(단계 S8) 사이를 7일 미만으로 하는 것의 효과를 조사했다. 구체적으로는, Bi2223 상의 원료 분말(2a)을 제작하고(단계 S1), 원료 분말(2a)을 파이프(3a) 내에 충전하여(단계 S2), 선재(1a)를 제작했다. 다음으로, 선재(1a)를 신선 가공해서 클래드 선(1b)을 제작하여(단계 S3), 진공 유지 없이 클래드 선(1b)을 다수 묶어서 파이프(3b) 내에 감합하여(단계 S5) 다심선(1c)을 제작했다.
다음으로, 다심선(1c)을 신선 가공 했다(단계 S6). 다음으로, 진공 유지 없이, 대기중에서 0일 내지 19일의 범위에서 다심선(1c)을 보관한 후, 다심선(1c)에 1차 압연 가공을 실시하여(단계 S8), 테이프 형상의 다심선(1)을 얻었다. 다음으로, 다심선(1)에 1차 소결을 실시하여(단계 S10), 진공 유지 없이 2차 압연 가공을 실시했다(단계 S12). 다음으로, 진공 유지 없이 다심선(1)에 2차 소결을 실시하여(단계 S14), 길이 400m의 초전도 선재(1)를 얻었다. 다음으로, 얻어진 초전도 선재(1)를 5분할하고, 각각의 초전도 선재(1)에 관한 경계 전류치(A)를 측정했다.
도 10은, 본 발명의 실시예 2에 있어서의 대기중 보관 일수와 경계 전류치와의 관계를 도시한 도면이다. 또, 도 10에 있어서의 세로축은, 측정한 시료 중에서 가장 높은 경계 전류치에 관한 비로 표시되어 있다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 대기중 보관 일수가 7일 이상의 경우에는, 경계 전류치의 격차가 약 10% 이상도 있는 것에 대해, 대기중 보관 일수가 7일 미만의 경우에는, 경계 전류치의 격차는 최대에서도 약 2%밖에 없다. 또한, 대기중 보관 일수를 바람직하게는 5일 이내, 더욱 바람직하게는 3일 이내로 함으로써, 경계 전류치의 격차가 더욱 작아진다는 것을 알게된다. 이로부터, 신선과 1차 압연 사이를 7일 미만, 바람직하게는 5일 이내, 더욱 바람직하게는 3일 이내로 함으로써, 고성능으로 균일한 초전도 선재를 얻어진 것을 안다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 1차 압연(단계 S8)과 1차 소결(단계 S10) 사이에서 선재를 80℃ 이상의 온도에서 유지하는 것의 효과를 조사했다. 구체적으로는, 다심선(1c)에 1차 압연 가공을 실시하고(단계 S8), 테이프 형상의 다심선(1)을 얻은 후, 시료(4)에 대해서는 실온, 시료(5)에 대해서는 50℃, 시료(6)에 대해서는 80℃, 시료(7)에 대해서는 300℃로, 3일간(72시간) 다심선(1)을 각각 보관하고, 그로부터 1차 소결을 실시했다(단계 S10). 또한, 이외의 제조공정은 실시예 1과 거의 동일한 제조 공정을 거쳤으므로 그 설명을 생략한다. 이렇게 해서, 길이 400m의 초전도 선재(1)를 2개씩 제조했다. 다음으로, 얻어진 초전도 선재(1)를 5분할하고, 각각의 초전도 선재(1)에 관한 경계 전류치(A)를 측정했다. 이 결과를 표1에 도시한다.
<표 1>
시료번호 경계 전류치(A)
4 로트 A 80~90
로트 B 80~90
5 로트 A 80~90
로트 B 80~90
6 로트 A 85~90
로트 B 85~90
7 로트 A 85~90
로트 B 85~90
표 1에 도시하는 바와 같이, 시료(4, 5)에 대해서는, 로트 A, 로트 B의 어느 쪽의 경계 전류치도 80 ~ 90(A)이었다. 한편, 시료(6, 7)에 대해서는, 로트 A, 로트 B의 어느 쪽의 경계 전류치도 85 ~ 90(A)이었다.
이상의 결과로부터, 시료(4, 5)의 경계 전류치에 비교해서 시료(6, 7)의 경계 전류치가 커져 있으며, 격차도 작아져 있으므로, 1차 압연과 1차 소결 사이에서 선재를 80℃ 이상으로 유지하는 것으로, 고성능한 초전도 선재를 얻을 수 있다는 것을 알게 된다.
이번 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아닌 것으로 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구의 범위에 의해 나타나고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (4)

  1. 초전도체의 원료 분말(2a)을 금속(3a)으로 피복한 형태의 선재(1a)를 신선하는 신선 공정(S6)과,
    상기 신선 공정(S6) 후에 상기 선재(1a)를 압연하는 압연 공정(S8)과,
    상기 압연 공정(S8) 후에 상기 선재(1a)를 소결하는 소결 공정(S10)을 구비하며,
    상기 신선 공정(S6)과 상기 압연 공정(S8) 사이의 기간 및 상기 압연 공정(S8)과 상기 소결 공정(S10) 사이의 기간 중 적어도 어느 한쪽의 기간이 7일 미만인
    초전도 선재의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    7일 미만인 상기 기간에 있어서, 상기 선재(1a)는 80℃ 이상의 온도로 유지되는
    초전도 선재의 제조 방법.
  3. 초전도체의 원료 분말(2a)을 금속(3a)으로 피복한 형태의 선재(1a)를 신선하는 신선 공정(S6)과,
    상기 선재(1a)를 압연하는 n(n은 2 이상의 정수)회의 압연 공정(S8, S12)과,
    상기 선재(1a)를 소결하는 n회의 소결 공정(S10, S14)을 구비하며,
    상기 n회의 압연 공정(S8, S12) 중 1차 압연 공정(S8)은 상기 신선 공정(S6) 후에 실행되고,
    상기 n회의 소결 공정(S10, S14) 중 1차 소결 공정(S10)은 상기 1차 압연 공정(S8) 후에 실행되며,
    상기 n회의 압연 공정(S8, S12) 중 k(k는 n≥k≥2을 만족하는 정수)차 압연 공정은, 상기 n회의 소결 공정(S10, S14) 중 (k-1)차 소결 공정 후에 실행되고,
    상기 n회의 소결 공정(S10, S14) 중 k차 소결 공정은, 상기 n회의 압연 공정(S8, S12) 중 k차 압연 공정 후에 실행되며,
    상기 신선 공정(S6)과 상기 1차 압연 공정(S8) 사이의 기간, 상기 1차 압연 공정(S8)과 상기 1차 소결 공정(S10) 사이의 기간, 상기 (k-1)차 소결 공정과 상기 k차 압연 공정 사이의 기간, 상기 k차 압연 공정과 상기 k차 소결 공정 사이의 기간 중 적어도 어느 한쪽의 기간이 7일 미만인
    초전도 선제의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    7일 미만인 상기 기간에 있어서, 상기 선재(1a)는 80℃ 이상의 온도로 유지되는
    초전도 선재의 제조 방법.
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