KR20070027906A - 초전도 선재용 기판 및 그 제조방법과 초전도 선재 - Google Patents

초전도 선재용 기판 및 그 제조방법과 초전도 선재 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 재질이 Ni 또는 Ni합금이고, 큐브 집합조직 비율은 95% 이상이며 기판몸체의 폭방향에서 일정하고, 15°이하의 저각결정립계의 비율이 99% 이상이며 그 분포가 기판몸체의 폭방향에서 일정하고, 기판두께는 40 ~ 150㎛이며, 평균입도는 100㎛ 이하이며, 표면조도는 RMS 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 초전도 선재용 기판과 이를 이용한 초전도 선재가 개시된다.
또한, 본 발명에 의하면, 단면이 사각형인 Ni 또는 Ni합금의 막대를 압연하는 공정; 및 상기 압연된 Ni 또는 Ni합금의 막대를 열처리하는 공정;을 포함하고, 상기 압연 공정에서 회당 압하율은 5 ~ 15%이며, 압연롤러 사이에서 막대의 선속도는 100m/min 이하이며, 상기 열처리 공정은 수소가스를 포함하는 불활성 기체를 흘려주면서 재결정 온도 이상으로 가열되어 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재용 기판의 제조방법이 제공된다.
초전도 선재, 저각결정립계, 반가폭, 압하율, 표면조도

Description

초전도 선재용 기판 및 그 제조방법과 초전도 선재{SUBSTRATE FOR SUPERCONDUCTING WIRE AND FABRICATION METHOD THEREOF AND SUPERCONDUCTING WIRE}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 초전도 선재의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명에 따라 제공되는 초전도 선재용 기판의 표면상태를 관찰한 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진.
도 3은 EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)를 이용해 도 2의 기판을 보다 가시화한 사진.
도 4는 EBSD를 이용해 도 2의 기판의 집합조직을 관찰한 사진.
도 5는 본 발명에 따라 제공되는 기판의 가공형태에 대응하는 큐브 집합조직 비율을 보여주는 그래프.
도 6은 EBSD를 이용한 결정립계각의 측정결과를 보여주는 사진 및 그래프.
도 7은 Ni기판에 대한 입도 측정결과를 보여주는 사진 및 그래프.
도 8은 텅스텐(W)이 첨가된 Ni기판에 대한 입도 측정결과의 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 초전도 선재용 기판을 가공하기 위한 압연 공정도.
도 10은 종래기술에 따른 초전도 선재용 기판을 가공하기 위한 압연 공정도.
도 11은 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용한 기판의 표면조도 분석결과를 보여주는 3차원 그래프.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 초전도 선재의 구성을 도시하는 단면도.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 초전도 선재의 구성을 도시하는 단면도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100...모재 막대 101...기판
102,102'...완충층 103...초전도층
104...보호층
본 발명은 초전도 선재와 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 크랙이나 이방성 결정의 발생을 방지할 수 있도록 정량화된 기판 특성을 갖는 초전도 선재용 기판 및 그 제조방법과 초전도 선재에 관한 것이다.
초전도 선재는 1세대 BSCCO(Bi-Sr-Ca-Cu-O) 선재와 2세대 YBCO(Y-Ba-Cu-O) 박막선재로 구분될 수 있는데, 특히 2세대 초전도 박막선재는 상대적으로 가격이 저렴하고 고자장에 대한 내성이 강하여 향후 SuperVAR(TM), 모터, 발전기, 전력 케이블, 자기추진선, MRI, 전력케이블 등에 널리 응용될 것으로 기대되고 있다.
일반적으로 2세대 초전도 박막선재(이하, '초전도 선재'로 표기)는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(11), 완충층(12), 초전도층(13) 및 보호층(14)을 구비한다. 기판(11)은 금속계 물질을 압연 및 열처리하여 큐브 집합조직(Cube texture)을 형성하는 방식으로 가공되고, 그 위의 완충층(12)과 초전도층(13)은 다양한 방법으로 에피택셜(Epitaxial)하게 적층된다. 또한, 보호층(14)은 과전류가 흐를때 선재를 보호하기 위하여 전기저항이 상대적으로 낮은 금속물질로 구성된다.
여기서, 특히 기판(11)은 그 특성에 따라 초전도 선재의 성능과 품질을 크게 좌우하므로 양질의 초전도 선재를 제조하기 위해서는 기판(11)의 구조적 특성을 최적치로 정량화하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어, 기판(11)의 집합조직 비율(Ratio of cube texture)이 낮을 경우에는 그 위에 성장하는 완충층(12)의 집합도가 떨어지거나 방향성이 상이하게 성장하게 되며, 결정립계각(Grain boundary angle)이 고각인 경우에는 그 부위에서 크랙이 발생할 수 있다. 또한, 기판(11)의 집합조직 비율과 결정립계각이 불균일할 경우에는 초전도층의 성능과 품질을 저하시키게 된다.
초전도 선재용 기판의 특성을 규정함에 있어, 종래에는 집합조직을 X-ray 스캔하여 반가폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)만을 정량화 하여 그 값이 기판의 모든 특성을 대변하도록 하였다. 그러나, 집합조직 비율이 현저히 낮고, 결정립계각이 고각을 이루는 경우에도 반가폭은 좋은 값을 가질 수 있고, 이 경우 양질의 초전도 선재를 얻기가 어려우므로 기판의 특성에 대한 보다 다각적인 정량화 연구가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 크랙이나 이방성 결정질의 발생을 방지하도록 결정립계각이나 집합조직 비율, 표면조도, 입도 등에 대한 기판 특성이 정량화된 초전도 선재용 기판 및 그 제조방법과 초전도 선재를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초전도 선재용 기판은, 재질이 Ni 또는 Ni합금이고, 큐브 집합조직 비율은 95% 이상이며 기판몸체의 폭방향에서 일정하고, 15°이하의 저각결정립계의 비율이 99% 이상이며 그 분포가 기판몸체의 폭방향에서 일정하고, 기판두께는 40 ~ 150㎛이며, 평균입도는 100㎛ 이하이며, 표면조도는 RMS 50㎚ 이하인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 Ni합금에는 Co, Cr, V, Mo, W 또는 B가 함유될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 단면이 사각형인 Ni 또는 Ni합금의 막대를 압연(Rolling)하는 공정; 및 상기 압연된 Ni 또는 Ni합금의 막대를 열처리(Annealing)하는 공정;을 포함하고, 상기 압연 공정에서 회당 압하율은 5 ~ 15%이며, 압연롤러 사이에서 막대의 선속도는 100m/min 이하이며, 상기 열처리 공정은 수소가스를 포함하는 불활성 기체를 흘려주면서 재결정 온도 이상으로 가열하여 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재용 기판의 제조방법이 제공된다.
상기 불활성 기체는 수소가스를 3 ~ 5% 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 재질이 Ni 또는 Ni합금이고, 큐브 집합조직 비율은 95% 이상이며 폭방향에서 일정하고, 15°이하의 저각결정립계의 비율이 99% 이상이며 그 분포가 폭방향에서 일정하고, 기판두께는 40 ~ 150㎛이며, 평균입도는 100㎛ 이하이며, 표면조도는 RMS 50㎚ 이하인 기판; 상기 기판 위에 에피택셜하게 적층되는 적어도 한 층 이상의 버퍼층; 및 상기 버퍼층 위에 에피택셜하게 적층되는 초전도층;을 포함하는 초전도 선재가 제공된다.
상기 버퍼층은 ZrO2, CeO2, YSZ, Y2O3 또는 HfO2로 이루어질 수 있다.
대안으로, 상기 버퍼층은 기판표면으로부터 CeO2, YSZ 및 CeO2의 순서로 적층된 3층으로 이루어질 수 있다.
다른 대안으로, 상기 버퍼층은 기판표면으로부터 Y2O3, YSZ 및 CeO2의 순서로 적층된 3층으로 이루어질 수도 있다.
또 다른 대안으로, 상기 버퍼층은 기판표면으로부터 CeO2, YSZ 및 Y2O3의 순서로 적층된 3층으로 이루어질 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 초전도 선재용 기판은, Ni 또는 Ni합금을 재질로 하는 한편, 큐브 집합조직 비율은 95% 이상이며, 15°이하의 저각결정립계의 비율이 99% 이상이고, 큐브 집합조직 비율과 저각결정립계 분포가 기판몸체의 폭방향에서 일정한 구조를 갖는다. 또한, 기판두께는 40 ~ 150㎛, 평균입도는 100㎛ 이하, 표면조도는 실효치(RMS)로 50㎚이하의 값을 갖는다.
도 2에는 SEM을 이용해 관찰한, 완충층이 증착될 기판 표면의 상태가 나타나 있으며, 도 3에는 EBSD에 의해 보다 가시화된 도 1의 기판상태가 나타나 있다. 또한, 도 4에는 EBSD를 이용해 기판의 법선방향(Normal direction)에서 관찰한 집합조직이 나타나 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 선재용 기판은 큐브 집합조직이 기판의 법선방향으로 잘 발달되어 있으며, 집합도가 매우 높음을 알 수 있다. 보다 정량적으로, 도 5에는 길이와 반가폭을 달리하는 기판의 가공형태에 대응하는 큐브 집합조직 비율이 수치화되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 큐브 집합조직 비율은 가공형태에 따라 크게 달라지지 않고 95% 이상의 범위 내에서 일정한 분포를 보임을 알 수 있다.
도 6에는 EBSD를 이용하여 결정립계각을 측정한 결과가 도시되어 있다. 도면 에 나타난 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 선재용 기판은 결정립계(Grain boundary)의 Misorientaion 각의 99% 이상이 15o 이하의 저각 결정립계임을 확인할 수 있다.
도 7에는 Ni기판에 대한 입도(Grain size) 측정결과가 나타나 있으며, 도 8에는 텅스텐(W)이 첨가된 Ni기판에 대한 입도 측정 데이터의 분포가 도시되어 있다. 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 선재용 기판은 평균입도가 70㎛로 측정됨으로써 150㎛를 넘지 않으며, 도 8과 같이 합금원소가 함유된 경우에도 평균입도가 35 ~ 75㎛로 측정됨으로써 150㎛를 넘지 않는다.
도 9에는 본 발명에 따른 초전도 선재용 기판을 가공하기 위한 압연 공정이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 초전도 선재용 기판은 그 단면이 사각형인 Ni 또는 Ni합금의 모재 막대(100)를 압연롤러(20) 사이에 통과시키는 압연 공정을 거쳐서 얻어진다. 이와 같이 압연 공정시 압하된 기판의 최종 두께는 40 ~ 150㎛의 값을 갖는다. 특히, 본 발명의 초전도 선재용 기판은 단면이 사각형인 모재 막대(100)로부터 가공되므로, 단면이 원형인 모재 막대(도 10의 10 참조)를 사용하는 경우와는 달리 압연 공정중 균열(15)이 발생하지 않는다.
도 11에는 AFM을 이용한 기판의 표면조도 분석결과가 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초전도 선재용 기판은 표면조도가 RMS 50㎚ 이하를 유지한다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 초전도 선재용 기판은, 단면이 사각형인 Ni 또는 Ni합금의 막대를 압연하는 공정과, 압연된 Ni 또는 Ni합금의 막대를 열처리하는 공정을 거쳐 제조된다.
특히, 상기 압연 공정은 회당 압하율이 5 ~ 15%이 되도록 수행되며, 압연롤러 사이에서 막대의 선속도는 100m/min 이하로 설정된다.
바람직하게, 상기 열처리 공정은 수소가스를 포함하는 불활성 기체를 흘려주면서 재결정 온도 이상으로 가열되어 수행되며, 이때 불활성 기체에는 기판의 산화 방지 및 환원 효율을 높이도록 수소가스가 3 ~ 5% 비율로 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 도 12에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공되는 초전도 선재의 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 초전도 선재는 Ni 또는 Ni합금을 재질로 하는 기판(101)과, 상기 기판(101) 위에 에피택셜하게 적층되는 적어도 한 층 이상의 버퍼층(102)과, 상기 버퍼층(102) 위에 에피텍셜하게 적층되는 초전도층(103)을 구비한다. 여기서, 초전도층(103)으로는 통상의 초전도 선재에 사용되는 초전도층이 동일하게 채용될 수 있으며, 부가적으로 초전도층(103) 위에는 과전류시 선재를 보호하기 위한 보호층(104)이 더 구비될 수 있다.
상술한 바와 동일하게, Ni 또는 Ni합금의 기판(101)은 큐브 집합조직 비율이 95% 이상이며, 15°이하의 저각결정립계의 비율이 99% 이상이고, 큐브 집합조직 비율과 저각결정립계 분포가 기판몸체의 폭방향에서 일정한 구조를 갖는 한편, 그 두께는 40 ~ 150㎛, 평균입도는 100㎛ 이하, 표면조도는 RMS 50㎚ 이하의 값을 갖는다.
버퍼층(102)은 ZrO2, CeO2, YSZ, Y2O3 또는 HfO2의 단일층으로 이루어질 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 버퍼층(102')은 CeO2로 이루어진 제1버퍼층(102'a), YSZ로 이루어진 제2버퍼층(102'b) 및 CeO2로 이루어진 제3버퍼층(102'c)을 구비할 수 있다. 여기서, 제1버퍼층(102'a), 제2버퍼층(102'b) 및 제3버퍼층(102'c)은 기판(101) 위에 순차적으로 적층된다.
대안으로, 상기 제1버퍼층(102'a), 제2버퍼층 (102'b) 및 제3버퍼층(102'c)은 각각 Y2O3, YSZ 및 CeO2로 이루어질 수도 있다.
또 다른 대안으로, 상기 상기 제1버퍼층(102'a), 제2버퍼층 (102'b) 및 제3버퍼층(102'c)은 기판표면으로부터 CeO2, YSZ 및 Y2O3의 순서로 적층된 3층으로 이루어질 수도 있다.
<제조예>
Ni의 집합조직 형성에 미치는 불순물의 영향을 최소화하기 위해 고순도 Ni 분말(99.99%, 100mesh, Aldrich co.)을 사용하였다. Ni 분말은 전체적으로 둥근형상이고, 분말 표면에는 주조조직과 유사한 돌기들이 관찰되었다. 사용한 분말 입자들의 평균 크기는 약 5㎛였으며, 비교적 균일한 형태와 크기를 갖고 있었다. Ni 기판 제조용 성형체를 만들기 위해 Ni 분말 40g을 정량한 다음, 고무몰드(직경=10㎜)에 충진하였다. Ni 분말을 충진한 고무몰드를 방수용 비닐로 진공 포장한 후, 수압 용기에 넣어 200㎫의 정수압을 가하여 로드 형태(직경=8.7㎜, 길이=132㎜)의 성형체로 제작하였고 고무몰드로부터 분리한 Ni 로드를 치밀화 하기 위해 1100℃, Ar-4% H2 분위기에서 6시간 동안 소결하였다. 이때의 가열, 냉각비율은 300℃/hr로 하였다.
소결된 시편들은 2단 압연기를 통하여 회당 압하율 10%, 압연롤러 사이에서의 시편의 선속도 10m/mim로 하여 얇은 테이프 형태로 냉간 압연되었고 균일변형을 유도하기 위해 단일축 인장응력을 시편에 가하였다. 압연 중 기판에 크랙이 생기는 것을 방지하기 위하여 중간소결을 Ni의 재결정 온도 이상에서 행하였다.
기판의 최종 두께와 폭은 각각 100㎛와 10㎜였다. 재결정을 위한 열처리는 1000℃에서 30분 동안 행하였으며, 분위기와 가열, 냉각비율은 소결단계에서 사용된 것과 동일했다.
< 실험예 1>
금속 테이프의 두께에 따른 증착 중 수평도와 상층박막에 발생하는 크랙 관찰
상기의 제조방법을 이용하여 두께가 40㎛, 70㎛, 100㎛, 120㎛, 150㎛인 실시예 1, 2, 3, 4, 5와 상기의 제조방법을 이용하여 두께가 30㎛, 180㎛인 비교예 1, 2를 제조하였다.
각 실시예와 비교예의 제조 중 금속 테이프의 수평도를 측정하였다. 그리고, 각 실시예와 비교예의 제조가 완료된 이후에는 상측 박막에 크랙이 존재하는지 여 부를 확인하였다. 여기서, 상기 수평도는 가이드 롤러 사이의 가상의 직선과 금속 테이프가 이루는 각도를 측정하여 얻었으며, 상층박막에 존재하는 크랙은 광학현미경을 이용하여 관찰하였다. 측정된 수평도와 크랙 존재 여부의 관찰 결과는 아래 표1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2
증착 중 수평도(각도) 0도 0도 0도 0도 0도 0도 3도
상층박막 1회 0 0 0 0 0 3 0
1㎝2 당 3회 0 0 0 0 0 3 0
크랙 수 5회 0 0 0 0 0 2 0
상기 표1을 참조하면, 금속 테이프의 두께가 40~150㎛일 때 비교예 2의 3도와 달리 증착 중 수평도가 좋고, 비교예 1과 달리 크랙이 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.
< 실험예 2>
금속 테이프의 집합조직 비율과 상층 박막 형성 비교
상기의 제조방법을 이용하여 큐브 집합조직 비율이 95%, 97%, 99%인 실시예 6, 7, 8과 상기의 제조방법을 이용하여 큐브 집합조직 비율이 83%, 87%, 91%인 비교예 3, 4, 5를 제조하였다. 그런 다음, 각 실시예와 비교예에 대해 크랙의 존재 여부와 이방성 결정의 존재 여부를 관찰하였다. 크랙의 관찰은 상기 실험예 1과 같은 방법으로 행하였고, 이방성 결정의 관찰은 X-선 회절패턴을 이용하여 행하였다.크랙과 이방성 결정의 관찰 결과는 아래 표2에 나타내었다.
실시예 6 실시예 7 실시예 8 비교예 3 비교예 4 비교예 5
상층박막에 크랙발생 X X X O O X
상층박막에 이방성 결정 형성 X X X O O O
상기 표2를 참조하면, 큐브 집합조직 비율이 95% 이상에서 비교예 3, 4와 달리 크랙이 발생하지 않고, 비교예 3, 4, 5와 달리 이방성 결정이 형성되지 않음을 확인할 수 있다.
< 실험예 3>
금속 테이프의 저각 결정립계 비율과 상층 박막에 형성되는 크랙의 관계
상기의 제조방법을 이용하여 15도 이하의 저각 결정립계의 비율이 99%, 99.8%인 실시예 9, 10과 상기의 제조방법을 이용하여 15도 이하의 저각 결정립계의 비율이 97%, 98%인 비교예 6, 7을 제조하였다. 그런 다음, 각 실시예와 비교예에 대해 크랙의 존재 여부를 관찰하였다. 크랙 관찰 방법은 상기 실험예 1과 같다. 크랙 관찰 결과는 아래 표3에 나타내었다.
실시예 9 실시예 10 비교예 6 비교예 7
상층박막 1㎝2 당 크랙 수 0 0 3 2
상기 표3을 참조하면, 15도 이하의 저각 결정립계의 비율이 99% 이상에서 비교예 6, 7과 달리 크랙이 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.
< 실험예 4>
금속 테이프를 형성하는 결정립의 크기와 저각 결정립계 비율 관계 및 상층박막에 형성되는 이방성 결정 관찰
상기의 제조방법을 이용하여 결정립의 평균 크기가 40㎛, 60㎛, 80㎛, 100㎛인 실시예 11, 12, 13, 14와 상기의 제조방법을 이용하여 결정립의 평균 크기가 20㎛, 120㎛, 140㎛인 비교예 8, 9, 10을 제조하였다. 그런 다음, 각 실시예와 비교예에 대하여 저각 결정립계 비율을 측정하고 상층 박막에 이방성 결정이 존재하는지 관찰하였다. 저각 결정립계 비율은 EBSD 이용하여 측정하였고, 이방성 결정의 관찰은 상기 실험예 2와 동일한 방법을 이용하여 행하였다. 측정된 저각 결정립계 비율과 이방성 결정 관찰 결과는 아래 표4에 나타내었다.
실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 비교예 8 비교예 9 비교예 10
저각 결정립계 비율(%) 99.5 99.7 99.4 99.1 99.2 95.8 94.7
상층박막에 이방성 결정 형성 X X X X O X X
상기 표4를 참조하면, 결정립의 평균 크기가 40~100㎛의 범위에서 비교예 9, 10과 달리 상층 박막의 저각 결정립계 비율이 높고, 비교예 8과 달리 이방성 결정이 형성되지 않았음을 확인할 수 있다.
< 실험예 5>
금속 테이프의 표 면조도와 상층 박막의 집합도 관계
상기의 제조방법을 이용하여 금속 테이프의 100*100㎛2 내 표면조도(RMS로 나타냄)가 10㎚, 30㎚, 50㎚인 실시예 15, 16, 17과 상기의 제조방법을 이용하여 금속 테이프의 100*100㎛2 내 표면조도(RMS로 나타냄)가 70㎚, 90㎚, 110㎚인 비교예 11, 12, 13을 제조하였다. 그런 다음, 상층 박막의 집합도를 X-선 회절패턴을 이용하여 관찰하고, 그 결과를 아래 표5에 나타내었다.
실시예 15 실시예 16 실시예 17 비교예 11 비교예 12 비교예 13
상층박막의 집합도(FWHM(각도)로 나타냄) 5도 5.5도 6도 11도 13도 16도
상기 표5를 참조하면, 금속 테이프의 100*100㎛2 내 표면조도가 50㎚ 이하일 경우 상층박막의 집합도에 있어서 비교예 11, 12, 13에서 FWHM이 10도 이상을 나타냄에 비하여 실시예 15, 16, 17에서는 6도 이하의 현저한 우수성을 나타냄을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면, 기판을 이루는 결정립 등의 특성이 다각적으로 정량화 되므로 완충층이나 초전도층이 크랙의 발생이나 이방성 결정의 형성없이 안정적으로 성장될 수 있어 고품질의 초전도 선재를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 초전도 선재용 기판에 있어서,
    기판재질은 Ni 또는 Ni합금이고,
    큐브 집합조직 비율은 95% 이상이며 기판몸체의 폭방향에서 일정하고,
    15°이하의 저각결정립계의 비율이 99% 이상이며 그 분포가 기판몸체의 폭방향에서 일정하고,
    기판두께는 40 ~ 150㎛이며,
    평균입도는 100㎛ 이하이며,
    표면조도는 RMS 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 초전도 선재용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ni합금에는 Co, Cr, V, Mo, W 또는 B가 함유되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재용 기판.
  3. 초전도 선재용 기판의 제조방법에 있어서,
    단면이 사각형인 Ni 또는 Ni합금의 막대를 압연하는 공정; 및
    상기 압연된 Ni 또는 Ni합금의 막대를 열처리하는 공정;을 포함하고,
    상기 압연 공정에서 회당 압하율은 5 ~ 15%이며,
    압연롤러 사이에서 막대의 선속도는 100m/min 이하이며,
    상기 열처리 공정은 수소가스를 포함하는 불활성 기체를 흘려주면서 재결정 온도 이상으로 가열되어 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재용 기판의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 수소가스를 3 ~ 5% 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재용 기판의 제조방법.
  5. 재질이 Ni 또는 Ni합금이고, 큐브 집합조직 비율은 95% 이상이며 폭방향에서 일정하고, 15°이하의 저각결정립계의 비율이 99% 이상이며 그 분포가 폭방향에서 일정하고, 기판두께는 40 ~ 150㎛이며, 평균입도는 100㎛ 이하이며, 표면조도는 RMS 50㎚ 이하인 기판;
    상기 기판 위에 에피택셜하게 적층되는 적어도 한 층 이상의 버퍼층; 및
    상기 버퍼층 위에 에피택셜하게 적층되는 초전도층;을 포함하는 초전도 선재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 버퍼층은 ZrO2, CeO2, YSZ, Y2O3 또는 HfO2 로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 버퍼층은 기판표면으로부터 CeO2, YSZ 및 CeO2의 순서로 적층된 3층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 버퍼층은 기판표면으로부터 Y2O3, YSZ 및 CeO2의 순서로 적층된 3층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 버퍼층은 기판표면으로부터 CeO2, YSZ 및 Y2O3의 순서로 적층된 3층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 선재.
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