KR20070063472A - 산화물 초전도체 원료의 제조방법, 산화물 초전도선재의제조방법 및 초전도기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 재료를 용액 중에서 이온화하는 공정, 소정의 분위기에 용액을 분사하여 용매를 제거함으로써 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 분말을 제조하는 공정 및 냉각용 기체를 도입한 분위기에서 분말을 냉각하는 공정으로 이루어지며, 이때 상기 분위기의 이산화탄소 농도는 제거된 용매 성분을 포함하는 분위기의 이산화탄소 농도보다 낮고, 질소산화물 농도는 제거된 용매의 성분을 포함하는 분위기의 질소산화물 농도보다 낮으며, 또한 수증기 농도는 제거된 용매 성분을 포함하는 분위기의 수증기 농도보다 낮아, 산화물 초전도체의 밀도 및 순도를 향상시킬 수 있는, 산화물 초전도체 원료의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 산화물 초전도체(superconductor) 원료의 제조방법, 산화물 초전도선재(wire rod)의 제조방법 및 초전도기기(superconducting apparatus)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산화물 초전도체의 밀도 및 순도를 향상시킬 수 있는 산화물 초전도체 원료의 제조방법, 산화물 초전도선재의 제조방법 및 초전도기기에 관한 것이다.
산화물 초전도선재는, 산화물 초전도체의 원료(원료분말)를 금속관에 충진하고 금속관을 선으로 연신하는 가공(drawing) 또는 압연가공(rolling)함으로써 원하는 형태의 선재를 얻고, 얻어진 선재를 열처리하여 산화물 초전도체 원료를 소결하고, 산화물 초전도체를 생성하는 것에 의해 제조될 수 있다.
산화물 초전도체 원료는 예를 들면 하기의 방법으로 제조되어 왔다: 먼저, 산화물 초전도체를 구성하는 원소의 산화물 또는 탄산화물의 원료 분말을 특정한 비율로 혼합한다. 그 다음, 이 혼합 분말에 대해 700~860 ℃ 정도에서의 열처리 및 분쇄를 여러번 수행하여 초전도상과 비초전도상으로 구성되는 산화물 초전도체의 원료를 얻는다. 또한, 이와 같은 산화물 초전도체 원료의 제조방법은 예를 들면 일본특허공개 제2004-119248호 공보(특허문헌 1)에 개시되어 있다.
그러나, 상기 제조방법은 원료분말을 균일하게 하기 위해서 열처리 및 분쇄를 여러번 반복해야 할 필요가 있다는 문제가 있었다. 또한, 열처리 및 분쇄를 여러번 반복하더라도 원료분말의 균일한 정도에 한계가 있었다.
이에, 산화물 초전도체를 구성하는 원소가 균일하게 존재하는 산화물 초전도체 원료를 용이하게 제조하는 것이 가능한 제조방법이 예를 들면 하기 비특허문헌 1 및 2에서 제시되었다. 비특허문헌 1 및 2에 개시된 제조방법에서는 산화물 초전도체를 구성하는 원소를 질산 수용액에 용해하고, 이들 원소를 이온화한다. 그 다음, 상기 질산염 수용액을 고온 분위기에서 분무함으로써 용매를 제거하여 분말을 얻는다. 그런 다음, 온도를 낮추어 분말을 냉각하고, 산화물 초전도체를 구성하는 원료를 포함하는 원료분말을 제조한다.
특허문헌 1: 일본특허공개 제2004-119248호 공보
비특허문헌 1: 논문 [M.Awano, et al., "Enhancement for Synthesis of Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O Superconductor by the Spray Drying and Subsequent Calcination with Rapid Heating", Japanese Journal of Applied Physics, Vol.30, No.5A, (1991), pp.L806-L808]
비특허문헌 2: 논문 [N.Tohge, et al., "Preparation Conditions and Morphology of Superconducting Fine Particlesin the Bi-Ca-Sr-Cu--O System Prepared by Spray Pyrolysis", J.Am. Ceram.Soc., 74(9), (1991), pp.2117-2122]
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 종래의 산화물 초전도선재에는 산화물 초전도체의 밀도 및 순도가 낮다는 문제가 있었다. 산화물 초전도체의 밀도 및 순도가 낮으면, 임계전류치(critical current value)와 같은 초전도 특성이 저하되는 등의 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 산화물 초전도체의 밀도 및 순도를 향상시킬 수 있는 산화물 초전도체 원료의 제조방법 및 산화물 초전도선재의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자는 산화물 초전도선재에 있어서 산화물 초전도체의 밀도 및 순도가 낮은 문제는 산화물 초전도체의 원료에 탄소, 질소 및 물 등의 잔류물이 많이 포함되어 있는데 기인한다는 것을 발견하였다. 산화물 초전도체의 원료에 이들 잔류물이 많이 포함되어 있으면 산화물 초전도체의 순도가 낮아지게 된다. 그리고, 산화물 초전도선재의 제조공정에 있어서, 산화물 초전도체를 생성하기 위한 열처리 동안에 탄소는 이산화탄소로 방출되고, 질소 및 물은 기체가 되어 방출된다. 그 결과, 산화물 초전도체에 공극이 형성되어 산화물 초전도체의 밀도를 저하시킨다.
또한, 본 발명자는 산화물 초전도체 원료에 포함되는 잔류물은 산화물 초전도체의 원료 제조시에 잔류한 것으로서, 특히, 용매를 제거한 후에 분말을 냉각하는 동안, 냉각 분위기에 존재하는 이산화탄소, 질소산화물 및 수증기가 분말에 흡착함으로써 잔류된다는 것을 발견하였다. 종래의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에서는 제거된 용매 성분을 포함하는 분위기를 그대로 냉각 분위로 사용하여 분말을 냉각하였다. 제거된 용매 성분은 이산화탄소, 질소산화물 및 수증기 등으로서 분위기 중에 존재하고 이들 기체가 냉각 시에 분말에 부착되어 잔류물이 된다.
따라서, 본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법은 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 재료를 용액 중에서 이온화하는 공정; 제1분위기에서 용액을 분사하여 용매를 제거함으로써 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 분말을 제조하는 공정; 및 냉각용 기체를 도입한 제2분위기에서 분말을 냉각하는 공정을 포함하고 있다. 제2분위기의 이산화탄소 농도는 제거된 용매 성분을 포함하는 제1분위기의 이산화탄소 농도보다 낮고, 제2분위기의 질소산화물 농도는 제거된 용매의 성분을 포함하는 제1분위기의 질소산화물 농도보다 낮으며, 또한 제2분위기의 수증기 농도는 제거된 용매 성분을 포함하는 제1분위기의 수증기 농도보다 낮다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 의하면, 제2분위기는 용매 성분을 포함하는 제1분위기의 이산화탄소 농도, 질소산화물 농도 및 수증기 농도가 냉각용 기체에 의해 희석된 분위기이며, 이 제2분위기에서 분말의 냉각을 수행한다. 이 때문에, 종래의 방법에 비해, 이산화탄소, 질소산화물 및 수증기가 냉각시에 분말에 부착되기 어렵다. 따라서, 산화물 초전도체에 포함될 수 있는 탄소, 질소 및 물 잔류물을 줄일 수 있고, 산화물 초전도체의 밀도 및 순도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 「제1분위기」는 용액을 분사해서 제거된 용매를 포함하는 분위기를 의미한다. 상기 「제2분위기」는 냉각용 기체가 제1분위기와 혼합되어 구성되는 분위기를 의미한다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 있어서 분말을 제조하는 공정은 바람직하게는, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 이때 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체를 합친 전체 기체의 부피유량이 상기 용액 유량의 10000배 이상이다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 있어서 분말을 제조하는 공정은 바람직하게는, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하고, 분말을 제조하는 공정은 바람직하게는, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 이때 제2분위기의 수증기 농도는 10 부피% 이하이다.
분무용 기체를 사용함으로써 용액을 용이하게 분사할 수 있고, 이송용 기체를 사용함으로써 분말을 용이하게 제2분위기로 이송할 수 있다. 전체 기체의 부피유량 또는 제2분위기의 수증기 농도를 상기와 같이 규정함으로써 임계전류치를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 있어서 분말을 제조하는 공정은 바람직하게는, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 이때 분무용 기체와 이송용 기체를 합친 제1분위기 기체의 부피유량을 q1(ℓ/초), 용액으로부터 발생하는 가스의 부피유량을 q2(ℓ/초), 제1분위기의 부피를 V(ℓ)로 하는 경우에, 바람직하게는 0.1초≤ V/(q1+q2)≤ 20초의 관계를 만족한다.
V/(q1+q2)는 용액이 제1분위기 중에서 체류하는 시간을 나타낸다. 이 체류시간을 0.1초보다 길게 함으로써 분무용 기체와 이송용 기체를 합친 부피유량(q1+q2)을 증가시킬 수 있고, 제1분위기의 수증기 농도를 충분히 낮출 수 있다. 한편, 체류시간을 20초보다 짧게 함으로써 분무용 기체와 이송용 기체를 합친 부피유량이 과도하게 증가되지 않도록 할 수 있기 때문에 원료(용액)가 가열영역에서 체류하는 시간이 과도하게 짧아지지 않아 열분해반응이 충분하게 된다. 그러므로, 상기 범위 내에서의 제조에 의해 임계전류치를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 있어서 분말을 제조하는 공정은 바람직하게는, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 이때 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체가 모두 수증기 농도가 1부피% 이하이다.
분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체의 수증기 농도가 모두 1부피% 이하로 되면 임계전류치를 향상시킬 수 있다. 또한, 수증기 농도는, 분말에 포함되는 수분의 감소라는 측면에서 적을수록 바람직하다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 있어서 분말을 제조하는 공정은 바람직하게는, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 이때 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체가 모두 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하이다.
분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체의 이산화탄소 농도가 모두 30 부피ppm 이하로 되면, 임계전류치를 향상시킬 수 있다. 용매를 제거하는 동안에는 일반적으로 용매로부터 이산화탄소가 발생하고, 분위기 중에도 이산화탄소가 일반적으로 포함되어 있기 때문에, 이산화탄소 농도를 0으로 하는 것은 어렵다. 이 때문에, 상기 이산화탄소 농도는 0보다 크다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법은, 분말을 냉각하는 공정 후에 바람직하게는 분말을 열처리하는 공정을 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 산화물 초전도체 원료에 포함되는 탄소, 질소 및 물 등의 잔류물이 기체로 되어 제거될 수 있기 때문에 산화물 초전도체 원료에 포함될 수 있는 잔류물을 더 줄일 수 있다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 있어서 분말을 열처리하는 공정 및 분말을 열처리한 직후의 냉각은 바람직하게는, 모두 열처리장치 내에서 수행되고, 이때 열처리장치 내로 분말을 도입하는 동안의 열처리장치 내의 분위기, 분말을 열처리하는 동안의 열처리장치 내의 분위기, 분말을 냉각하는 동안의 열처리장치 내의 분위기 및 열처리장치로부터 분말을 꺼내는 동안의 열처리장치 내의 분위기가 모두 수증기 농도가 1 부피% 이하이다.
본 발명자는 분말을 열처리하는 공정에 있어서, 열처리장치 내에 분말을 도입하는 동안, 분말을 열처리하는 동안, 분말을 냉각하는 동안, 및 열처리장치로부터 분말을 꺼내는 동안에도 냉각 분위기에 존재하는 이산화탄소, 질소, 및 수증기가 분말에 흡착됨으로써 분말에 잔류물이 잔류하는 것을 발견하였다. 따라서, 수증기 농도가 1 부피% 이하인 분위기에서 이러한 작업을 수행하는 것에 의해 냉각 시에 분말에 수증기가 흡착되는 것을 억제할 수 있고, 산화물 초전도체 원료에 포함되는 잔류물을 더욱 줄일 수 있다. 또한, 수증기 농도는 적을수록 바람직하다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 있어서 분말을 열처리하는 공정 및 분말을 열처리한 직후의 냉각은 바람직하게는, 모두 열처리장치 내에서 수행되고, 이때 열처리장치 내로 분말을 도입하는 동안의 열처리장치 내의 분위기, 분말을 열처리하는 동안의 열처리장치 내의 분위기, 분말을 냉각하는 동안의 열처리장치 내의 분위기 및 열처리장치 내로부터 분말을 꺼내는 동안의 열처리장치 내의 분위기가 모두 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하이다.
본 발명자는 분말을 열처리하는 공정에 있어서, 열처리장치 내에 분말을 도입하는 동안, 분말을 열처리하는 동안, 분말을 냉각하는 동안, 및 열처리장치로부터 분말을 꺼내는 동안에도 냉각 분위기에 존재하는 이산화탄소, 질소, 및 수증기가 분말에 흡착됨으로써 분말에 잔류물이 잔류하는 것을 발견하였다. 따라서, 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하인 분위기에서 이러한 작업을 수행하는 것에 의해 냉각 시에 분말에 이산화탄소가 흡착되는 것을 억제할 수 있고, 산화물 초전도체 원료에 포함되는 잔류물을 더욱 줄일 수 있다. 또한, 분말을 열처리하는 동안에는 일반적으로 분말로부터 이산화탄소가 발생하고, 분위기 중에도 이산화탄소가 일반적으로 포함되어 있기 때문에 이산화탄소 농도를 0으로 하는 것은 어렵다.
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 있어서 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 재료를 이온화하기 위한 용액은, 바람직하게는 질산 수용액이다. 질산을 이용함으로써 재료를 충분히 용해할 수 있다.
본 발명의 초전도기기는 상기 산화물 초전도선재의 제조방법을 사용하여 제조된 산화물 초전도선재를 포함한다.
이에 따라, 밀도 및 순도를 향상시킬 수 있는 산화물 초전도기기를 제조할 수 있다.
발명의 효과
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법 및 산화물 초전도선재의 제조방법에 의하면, 산화물 초전도체의 밀도 및 순도를 향상시킬 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 산화물 초전도체 원료 제조방법의 공정도이고,
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 산화물 초전도체 원료 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 따른 열처리장치의 구성을 모식화하여 나타낸 도면이고,
도 4는 산화물 초전도선재의 구성을 모식화하여 나타낸 부분단면 투시도(cross-scetional perspective view)이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 2에 따른 산화물 초전도선재의 제조공정을 나타내는 도면이고,
도 6은 실시형태 4의 산화물 초전도선재의 임계전류치를 나타내는 도면이다.
부호의 설명
1, 1a: 원료분말, 2: 산화물 초전도체, 3: 외피(sheath) 부, 4: 산화물 초전도선재, 11: 용액, 12: 분무, 13: 전기로, 14~16: 분위기(atmosphere), 17a: 용기, 18: 필터, 21: 분사구, 22: 냉각용 기체 도입구, 23: 배출구, 30: 열처리 장치, 31: 열처리실, 32: 냉각실, 33: 히터, 34a: 도입용 통로, 34b: 연결통로, 34c: 회수용 통로
발명을 실시하기 위한 최적의 형태
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면에 근거하여 설명한다. 그러나, 도면의 치수비율은 설명하는 것과 반드시 일치하지는 않는다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 비스무스(bismuth) 계 산화물 초전도체 원료의 제조방법에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 산화물 초전도체 원료 제조방법의 공정도이다. 도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 산화물 초전도체 원료의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 우선 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 재료를 용액 중에서 이온화시킨다. 구체적으로는, 예를 들어 질소 수용액에 산화비스무스(Bi2O3), 산화납(PbO), 탄산스트론튬(SrCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 및 산화구리(CuO)의 분말을 용해시킨다(단계 S1). 이에 따라, 비스무스(Bi), 납(Pb), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 구리(Cu) 각각이 질산 수용액 중에서 이온화된다. 또한, 이들 재료 분말의 용해 시에 이산화탄소가 발생하기 때문에, 재료 분말로부터 탄소 성분을 제거하는 것이 가능하게 된다. 각 재료 분말에 포함되는 탄소 성분은 적으면 적을수록 더욱 바람직하다. 각 재료 분말이 용해된 질산염 수용액이 용액 11(도 2)이다.
그러나, 비스무스 등의 성분을 용해하는 용액은 질산에 한정되지 않고 황산(sulfuric acid), 염산(hydrochloric acid) 등의 다른 무기산을 사용할 수 있다. 또한, 옥살산, 아세트산 등의 유기산을 이용할 수도 있다. 또한, 산(acid)뿐만 아니라 원료를 용해시키는 것이 가능한 성분이라면 알칼리 용액을 사용할 수 있다.
또한, 용액의 온도는 특별히 제한되지 않고, 비스무스 등을 충분히 용해시킬 수 있는 온도면 된다. 충분한 용해도를 얻기 위해서는 교반기 등으로 교반을 할 수도 있다.
그 다음, 분위기 14에 용액 11을 분사하여 용매를 제거함으로써 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 원료 분말 1a를 제조한다(단계 S2). 구체적으로는, 하기의 방법으로 수행한다.
용액 11을 분무용 기체와 함께 분사구 21로부터 분사한다. 용액 11 및 분무용 기체의 분사를 화살표 A로 표시한다. 이에 따라, 분무 12가 형성된다. 한편, 분사구 21로부터 화살표 B로 표시하는 방향으로 이송용 기체를 도입한다. 이 이송용 기체에 의해 분무 12는 전기로 13에 이송된다. 그리고, 전기로 13 내에서, 분무 12에 포함되는 용액 11의 용매는 가열하여 증발시킨다. 이렇게 하여, 분무용 기체와 이송용 기체로 구성되는 고온 분위기 14(제1분위기)에 용액을 분사하고, 용매를 제거한다. 그 결과, 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 원료 분말 1a가 얻어진다. 전기로 13의 출구에서의 분위기 15는 제거된 용매의 성분을 포함한다.
그러나, 분사 방법으로서 직접 전기로 13에 용액 11을 분사하는 방법뿐만 아니라 전기로 13 내에서 와류(vortex flow)를 발생시킴으로써 용액 11을 분사할 수도 있다. 즉, 전기로 13 내에서 횡와(horizontal vortex) 또는 종와(vertical vortex)를 발생시킴으로써 분무 12를 형성할 수 있다. 또한, 전기로 13의 내벽에 나선형의 홈을 만들고, 이 홈을 따라 분무 12를 흘림으로써 소용돌이를 형성할 수도 있다.
전기로 13의 온도는 특별히 한정되는 것은 아니나, 전기로 13 내에서 질산염의 열분해를 일어나게 하는 경우에는 전기로 13의 온도를 예를 들어 700 ℃ 이상 850 ℃ 이하로 할 수 있다. 또한, 전기로 13이 사용되는 동안 온도가 700 ℃ 이상 850 ℃ 이하인 영역의 길이는, 예를 들어 300 ㎜로 할 수 있다.
전기로 13 내의 온도에 따라, 전기로 13 내에서의 반응은 분무 열분해와 분무 건조로 나뉜다. 분무 열분해의 경우, 전기로 13의 온도는 약 700 ℃ 이상 850 ℃ 이하이다. 분무 열분해에서는, 용액을 구성하는 비스무스(Bi), 납(Pb), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca) 및 구리(Cu)의 복합금속 질산염 수용액의 입자(분무 12)에서 수분이 증발하고, 증발 후 질산염의 열분해반응, 열분해 후의 금속 산화물끼리의 반응이 순간적으로 일어난다. 분무 열분해의 경우, 반응이 순간적으로 일어나기 때문에 화학반응의 정확한 제어가 어렵게 된다.
또한, 전기로 13의 온도를 200 ℃ 이상 300 ℃ 이하로 하면, 분무 건조가 된다. 분무 건조에서는, 용매성분인 수분은 증발되지만, 질산 성분이 전부 남는다. 이 질산 성분은 이 후에 열처리를 수행함으로써 제거될 수 있다.
이어서, 냉각용 기체를 도입한 분위기 16에서는, 분말을 냉각한다(단계 S3). 구체적으로는, 냉각용 기체 도입구 22로부터 화살표 C로 표시하는 방향으로 냉각용 기체를 도입한다. 이 냉각용 기체가 분위기 15와 혼합되어서 분위기 16(제2분위기)를 구성한다. 분위기 16에서 원료 분말 1a는 냉각되면서 이송용 기체에 의해 분말회수기 17로 이송된다.
본 실시형태에서, 분위기 16의 이산화탄소 농도는 분위기 15의 이산화탄소 농도보다 낮고, 분위기 16의 질소산화물 농도는 분위기 15의 질소산화물 농도 보다 낮으며, 또한 분위기 16의 수증기 농도는 분위기 15의 수증기 농도보다 낮다. 이 때문에, 분위기 16에 있어서 원료 분말 1a가 냉각되는 동안, 이산화탄소, 질소 및 수증기는 부착되기 어렵게 된다.
최종적으로, 원료 분말 1a는 냉각되어 분말회수기 17의 바닥에 배치된 용기 17a에 수납된다. 이에 따라, 원료분말 1이 얻어진다. 또한, 분말회수기 17의 배출구 23은 도시하지 않은 진공 펌프에 연결되어 있어 원료분말 1이 용기 17a에 수납된 후에, 분무용 기체, 이송용 기체, 냉각용 기체 및 제거된 용매 성분은 필터 18을 통과해서 배출구 23으로부터 배출된다.
본 실시형태에 있어서 분무용 기체로는 건조시킨 공기나 질소 등을 이용할 수 있다. 또한, 이송용 기체로는 건조시킨 공기 등을 이용할 수 있다. 분무용 기체 및 이송용 기체는 서로 다른 기체이거나 동종의 기체일 수 있다. 또한, 분무용 기체 및 이송용 기체의 유량(flow rate)비는 적절히 변경할 수 있다. 또한, 냉각용기체로는 이산화탄소, 질소 및 수증기의 농도를 분위기 15보다 낮출 수 있는 기체로서, 분위기 15보다 저온의 기체가 사용될 수 있다.
또한, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체를 합친 전체 기체의 부피 유량이 용액 11의 유량의 10000배 이상인 것이 바람직하다. 또한, 분위기 16의 수증기의 농도가 10 부피% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 분무용 기체와 이송용 기체를 합친 분위기 14의 기체의 부피유량을 q1(ℓ/초), 용액 11로부터 발생하는 가스의 부피 유량을 q2(ℓ/초), 분위기 14의 부피를 V(ℓ)로 한 경우, 용액 11이 분위기 14 중에 체류하는 시간(초)이, 0.1초≤ V/q1+q2)≤ 20초의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체는 모두 수증기의 농도가 1부피% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체는 모두 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하인 것이 바람직하다. 이들 다수의 바람직한 조건들을 조합하면, 임계전류치를 향상시키는 등의 효과를 더욱 높일 수 있기 때문에 더욱 바람직하다.
이어서, 원료분말 1을 냉각한 후에 열처리장치 내에서 원료분말 1을 열처리한다(단계 S4). 이 열처리에 의해서, 원료분말 1에 포함되는 잔류물을 더욱 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 열처리는 하기의 방법으로 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 있어서의 열처리장치의 구성을 모식화한 도이다. 도 3에 표시된 바와 같이, 열처리장치 30은 열처리실 31과 냉각실 32를 갖고 있다. 열처리실 31은 도입용 통로 34a에 연결되어 있고, 열처리실 31과 냉각실 32는 연결통로 34b에 의해서 연결되어 있으며, 냉각실 32는 회수용 통로 34c에 연결되어 있다. 열처리실 31에는 히터 33이 배치되어 있다. 원료분말 1의 열처리와 열처리 직후의 냉각은 모두 열처리장치 30 내에서 수행된다.
도 3에서, 열처리장치 30 내로 원료분말 1을 도입할 때의 열처리장치 30 내의 분위기는 도입용 통로 34a의 분위기이다. 또한, 원료분말 1을 열처리할 때의 열처리장치 30 내의 분위기는 열처리실 31의 분위기이다. 또한, 원료분말 1을 냉각할 때의 열처리장치 30 내의 분위기는 냉각실 32의 분위기이다. 또한, 열처리장치 30 내에서 원료분말 1을 꺼낼 때의 열처리장치 30 내의 분위기는 회수용통로 34c이다.
본 실시형태에서는, 도입용 통로 34a, 열처리실 31, 연결통로 34b, 냉각실 32 및 회수용 통로 34c는 모두 수증기의 농도가 1부피% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하인 것이 바람직하다. 이들의 바람직한 조건을 모두 갖추면 산화물 초전도체의 원료분말 1에 포함되는 잔류물을 더 줄일 수 있는 등의 효과를 높일 수 있어 더욱 바람직하다.
원료분말 1은 도입용 통로 34a를 통하여 열처리실 31로 이송된다. 이어서, 열처리실 31에서 히터 33을 이용하여 원료분말 1을 열처리한다. 열처리는, 예를 들어 750 내지 850 ℃의 온도 및 0.05 MPa 내지 0.l MPa의 산소분압 분위기에서 5 내지 10 시간 동안 수행한다. 그 다음, 연결통로 34b를 통하여 냉각실 32로 원료분말 1을 이송하여, 냉각실 32에서 원료분말 1을 실온까지 냉각시킨다. 그 후, 회수용 통로 34c를 통하여 원료분말 1을 외부로 꺼낸다.
이상의 공정에 의해 산화물 초전도체 원료로서의 원료분말 1이 얻어진다. 본 실시형태에서는, 원료분말 1을 열처리하는(단계 S4) 경우에 대해 나타내었지만, 용기 17a에 수납된 원료분말 1이 원하는 조성을 가지면, 이 열처리를 생략할 수도 있다.
본 실시형태의, 산화물 초전도체 원료분말 1의 제조방법에 따르면, 분위기 16은 분위기 15의 이산화탄소 농도, 질소산화물 농도 및 수증기의 농도가 냉각용 기체에 의해서 희석된 분위기이며, 이 분위기 16으로 원료분말 1a의 냉각을 수행한다. 이 때문에, 종래와 비교하여 이산화탄소, 질소산화물 및 수증기가 냉각 시에 원료분말 1a에 부착하기 어렵다. 따라서, 산화물 초전도체에 포함되는 탄소, 질소 및 물의 잔류물을 줄일 수 있어 산화물 초전도체의 밀도 및 순도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 단지 이송용 기체의 유량을 늘리더라도, 이산화탄소, 질소산화물 및 수증기의 농도를 줄일 수는 있지만, 이송용 기체의 유량이 많으면 용액 11이 전기로 13를 통과하는 시간이 짧아져 용매의 제거가 불충분하게 되는 문제가 발생한다. 이러한 의미에서도 본 발명은 유리한 효과를 갖고 있다.
상기 제조방법에 있어서 원료분말 1a를 제조하는 공정은, 바람직하게는 분무용 기체와 동시에 용액 11을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 분위기 15로부터 분위기 16으로 용액 11을 이송하는 공정을 포함한다. 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체를 합친 전체 기체의 부피유량이 이 용액 유량의 10000 배 이상이다. 또한, 바람직하게는 분위기 16의 수증기의 농도가 10 부피% 이하이다.
분무용 기체를 사용하여 용액 11을 쉽게 분사할 수 있고, 이송용 기체를 사용하여 원료분말 1a를 쉽게 분위기 16으로 이송할 수 있다. 전체 기체의 부피유량 또는 분위기 16의 수증기 농도를 상기한 바와 같이 규정함으로써 임계전류치를 향상시킬 수 있다.
또한, 바람직하게는 분무용 기체와 이송용 기체를 합친 분위기 14의 기체의 부피유량을 q1(ℓ/초), 용액 11로부터 발생하는 가스의 부피유량을 q2(ℓ/초), 분위기 14의 부피를 V(ℓ)로 한 경우에 0.1초≤ V/(q1+q2)≤ 20초의 관계를 만족한다.
용액 11이 분위기 14 중에 체류하는 시간을 0.1초 보다 길게 함으로써 분위기 14의 수증기 농도를 충분히 낮출 수 있다. 용액 11이 분위기 14중에 체류하는 시간을 20초보다 짧게 함으로써 용액 11이 가열 영역에 체류하는 시간이 짧아지지 않아, 열분해반응이 충분하게 된다. 따라서, 상기의 범위 내로 수행함으로써 임계전류치를 향상시킬 수 있다.
또한, 바람직하게는 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체는 모두 수증기의 농도가 1 부피% 이하이다. 또한, 바람직하게는 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체는 모두 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하이다.
분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체 모두에 있어서, 수증기의 농도가 1부피% 이하이거나 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하인 것에 의해 임계전류치를 향상시킬 수 있다.
상기 제조방법에서는 원료분말 1을 냉각하는 공정 후에 원료분말 1을 열처리하는 공정을 더 포함한다.
이에 따라, 산화물초 전도체의 원료분말 1에 포함되는 탄소, 질소 및 물 등의 잔류물이 기체가 되어 제거되기 때문에 산화물 초전도체의 원료분말 1에 포함되는 잔류물을 더 줄일 수 있다.
상기 제조방법에 있어서 원료분말 1을 열처리하는 공정 및 원료분말 1을 열처리한 직후의 냉각은 바람직하게는 모두 열처리장치 30 내에서 수행되며, 원료분말 1을 열처리할 때, 도입용 통로 34a의 분위기, 열처리실 31의 분위기, 연결통로34b의 분위기, 냉각실 32의 분위기 및 회수용 통로 34c의 분위기는 모두 수증기의 농도가 1부피% 이하이다. 또한, 바람직하게는 이산화탄소농도가 30 부피ppm 이하이다.
이에 따라, 냉각 시에 원료분말 1에 수증기 및 이산화탄소가 흡착되는 것을 억제할 수 있고, 산화물 초전도체의 원료분말 1에 포함되는 잔류물을 더욱 줄일 수 있다.
상기 제조방법에 있어서 재료분말을 용해하는 용액은 바람직하게는 질산 수용액이다. 질산을 이용함으로써 부동태(passive state)를 형성하지 않고 재료분말을 완전히 용해할 수 있다. 또한, 이론상 탄소 농도를 O으로 할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 제조한 산화물 초전도체의 원료를 이용한 산화물 초전도선재의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 4는 산화물 초전도선재의 구성을 모식화하여 나타낸 부분 측면투시도이다. 도 4를 참조하여, 예를 들어 다중 필라멘트(multifilament)의 산화물 초전도선재에 대하여 설명한다. 산화물 초전도선재 4는 길이방향으로 연신된 다수개의 산화물 초전도체 2(필라멘트)와 이들을 피복하는 외피(sheath) 부 3을 갖고 있다. 다수의 산화물 초전도체 2의 각각의 재질은, 예를 들어 Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O 계의 조성이 바람직하고, 특히 (비스무스와 납): 스트론튬: 칼슘: 구리의 원자비가 약 2:2:2:3의 비율로 표현되는 Bi2223 상을 포함하는 재질이 가장 바람직하다. 외피 부 3의 재질은, 예를 들어 은이나 은 합금 등의 금속으로 구성된다.
또한, 상기에서는 다중 필라멘트에 대해 설명했지만, 1 개의 산화물 초전도체 2가 외피 부 3에 의해 피복되는 단일 필라멘트 구조의 산화물 초전도선재가 사용될 수도 있다.
다음으로 상기 산화물 초전도선재의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시형태 2에서의 산화물 초전도선재의 제조공정을 나타내는 도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 먼저 실시형태 1의 방법을 이용하여 산화물 초전도체의 원료분말 1을 제조한다(단계 S10). 이어서, 이 원료분말 1(전구체)을 금속관에 충전한다(단계 S11). 이때, 금속관으로는 열 전도율이 높은 은이나 은합금 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 초전도체가 부분적으로 켄칭(quenching) 현상을 일으키는 경우에 발생된 열을 금속관으로부터 빠르게 제거할 수 있다.
다음으로 원하는 직경까지 상기 선재를 연신가공하고 전구체를 필라멘트 재료로 하여 은 등의 금속으로 피복된 단일 필라멘트 선을 제조한다(단계 S12). 다음으로 여러 개의 단일 필라멘트 선들을 묶어, 예를 들어 은 등의 금속으로 된 금속관 내에 취합한다(다중 필라멘트 취합: 단계 S13). 이에 따라, 원재료 분말을 필라멘트 재료로서 다수 갖는 다중 필라멘트 구조재가 얻어진다.
다음으로, 원하는 직경까지 다중 필라멘트 구조재를 연신가공하여, 원료분말 1이 예를 들어 은 등으로 구성된 외피 부 3으로 피복된 다중 필라멘트 선을 제조한다(단계 S14). 이에 따라, 산화물 초전도선재의 원료분말을 금속으로 피복한 형태를 갖는 다중 필라멘트 선의 선재가 얻어진다.
다음으로, 이 선재를 압연하여 테이프 선재를 얻는다(단계 S15). 상기 압연에 의해서 원료분말 1의 밀도가 높아진다. 그 다음, 이 테이프 선재를 열처리한다(단계 S16). 이 열처리는 예를 들어 약 830 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 열처리에 의해 원료분말 1로부터 산화물 초전도상이 생성되고 산화물 초전도체 2(도 1)가 된다. 이 때, 테이프 선재에 열처리 및 압연을 여러 번 수행할 수 있다.
여기서, 실시형태 1의 제조방법으로 수득된 원료분말 1은 탄소 등의 잔류물이 적기 때문에, 선재의 열처리시 잔류물이 기체가 되어 대기 중에 방출되는 양이 적다. 그 결과, 산화물 초전도체 2의 결정 중에 공극이 형성되기 어려워 산화물 초전도체 2의 밀도 및 순도를 향상시킬 수 있다.
상기 제조공정에 의해 도 4에 나타낸 산화물 초전도선재가 얻어진다.
본 실시형태의 산화물 초전도선재 4의 제조방법은 실시형태 1의 원료분말의 제조방법을 이용하여 산화물 초전도체 2의 원료분말 1을 제조하는 공정(단계 S10) 및 원료분말 1을 이용하여 산화물 초전도선재 4를 제작하는 공정(단계 S11 내지 단계 S16)을 포함한다.
이에 따라, 산화물 초전도체 2의 밀도를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 산화물 초전도선재는, 예를 들어 초전도 케이블(cable), 초전도 변압기(transformer), 초전도 한류기(fault-current limiter) 및 전력 저장장치 등의 초전도기기에 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1
본 실시예에서는 냉각용 기체를 도입하는 효과에 대하여 조사하였다. 구체적으로는, Bi, Pb, Sr, Ca 및 Cu의 재료분말을 질산 수용액에 용해하고 이 질산염수용액을 여과하여 불순물을 제거하였다. 이들 재료분말을 Bi:Pb:Sr:Ca:Cu가 1.7:0.4:1.9:2.0:3.0이 되도록 용해하였다. 그 다음, 질산염 수용액과 분무용 기체를 혼합하고 용액 분무기를 이용하여 수십 마이크로미터의 미세한 방울로 되는 분무를 형성했다. 질산염 수용액의 유량 q는 20 ㎕/분으로 하였다. 그 다음, 이송용 기체를 이용하여 이 분무액을 최고 온도 800 ℃로 가열된 전기로 내로 도입했다. 분사용 기체 및 이송용 기체의 유량의 합 Q1은 50 NL/분(NL= 0 ℃, 1 atm에서의 부피)이었다. 이에 따라, 분무용 기체 및 이송용 기체로 구성되는 분위기(제 1분위기)로 분무 건조 및 열분해를 수행하여 고온의 원료분말을 얻었다.
다음으로 이송용 기체를 이용하여 고온의 원료분말을 전기로 밖으로 이송하고 냉각용 기체를 도입한 분위기(제 2분위기)에서 원료분말의 냉각을 수행하였다. 냉각용 기체로는 이산화탄소 농도, 질소산화물 농도 및 수증기의 농도를 제어한 공기를 사용하였다. 분사용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체로는 수증기 농도가 O.01 부피%인 기체를 이용하였고, 냉각용 기체에 포함되는 이산화탄소 농도를 1O ppm으로 하였다. 본 실시예에서는, 냉각용 기체의 유량(도입량) Q2를 0 내지 300 NL/분의 사이에서 변화시켜 원료분말의 냉각을 수행하였다. 비교예 1에서는, 냉각용 기체를 도입하지 않고 제거된 용매의 성분을 포함하는 분위기 그대로 원료분말의 냉각을 실시했다.
그 다음, 이송용 기체로 원료분말을 분말회수기로 이송하고 분말회수기에서 기체와 분말을 분리하여 금속복합 산화물로 된 원료분말을 회수하였다. 이어서, 이 원료분말을 열처리장치로 이송하고 온도 800 ℃ 및 산소분압 0.02 MPa의 분위기로 10시간의 열처리를 수행하여 산화물 초전도체 원료를 제조하였다. 열처리장치로의 도입, 가열, 냉각 및 열처리장치로부터의 회수는 모두 수분 1 부피% 이하, 이산화탄소 함유량 30부피 ppm 이하의 분위기로 수행하였다.
다음으로 원료분말을 은 파이프에 충전하고 진공 중에서 600 ℃의 온도로 1O 시간의 열처리를 수행하여 가스를 제거하였다. 이어서, 은 파이프의 단말을 납땜함으로써 원료분말을 진공 봉입하여 단일 필라멘트 선을 제조하였다. 그 다음, 이 단일 필라멘트 선의 양 말단을 봉입한 채로 연신가공하여, 55개로 절단한 것을 묶어 은 파이프에 삽입한 후, 진공에서 600 ℃의 온도로 10 시간 동안 열처리를 수행하여 가스를 제거하였다. 그 다음, 은 파이프의 단말을 납땜함으로써 원료분말을 진공 봉입하여 다중 필라멘트 선을 제조하였다. 이어서, 이 다중 필라멘트 선의 양끝을 납땜한 채로 연신가공 및 압연가공을 수행하여 폭 4 ㎜, 두께 0.2 ㎜의 테이프 선을 제조하였다. 그 다음, 이 테이프 선에 온도 820 내지 830 ℃ 및 산소분압 0.008 MPa의 분위기로 30 시간의 열처리를 수행하여, Bi2223 상을 생성시켰다. 다음으로 중간압연을 실시한 후, 다시 온도 810 내지 820 ℃ 및 산소분압 0.008 MPa의 분위기로 50 시간의 열처리를 수행하여 산화물 초전도선재를 제조하였다. 수득된 산화물 초전도선재의 임계전류치를 77 K에서의 자기자장 중에서 측정했다. 냉각용 기체 유량 Q2 등의 원료분말의 제조 조건과 수득된 산화물 초전도선재의 임계전류치를 하기 표 1에 나타낸다.
표 1에서, 전체 기체(Q1+ Q2)는 냉각용 기체를 도입한 후의 분위기(도 2에 있어서의 분위기 16(제 2분위기))를 의미한다. 냉각용 기체를 도입하지 않은 비교예 1에서는, 전체 기체에 포함되는 NO2 농도가 3.7 부피%, H2O 농도가 32 부피%, 이슬점이 71 ℃로 모두 높은 수치를 나타내었다. 또한, 비교예 1의 산화물 초전도선재의 임계전류치는 18 kA/㎠이었다. 한편, 냉각용 기체를 50 NL/분의 유량으로 도입한 본발명예 1에서는, 전체 기체에 포함되는 NO2 농도가 2.3 부피%, H2O 농도가 20 부피%, 이슬점이 60 ℃로 비교예 1보다 낮은 수치를 나타내었다. 또한, 냉각용 기체에 포함되는 이산화탄소 농도가 1O ppm으로 낮기 때문에, 전체 기체에 포함되는 이산화탄소 농도 역시 비교예 1의 경우보다 낮았을 것으로 추측된다. 또한, 본발명예 1의 산화물 초전도선재의 임계전류치는 20 kA/㎠이었다. 이상의 결과에 의해, 냉각용 기체의 유량을 늘려 전체 기체에 포함되는 이산화탄소 농도, 질소 산화물 및 수증기의 농도를 낮춤으로써 산화물 초전도선재의 임계전류치를 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 본발명예 1 내지 4를 비교해 보면, 전체 기체 유량(Q1+Q2)이 질산염 수용액 유량(q)의 10000배 이상인 본발명예 1-3과, 전체 기체유량(Q1+Q2)이 질산염 수용액유량(q)의 10000배 이상이고, 전체 기체(Q1+Q2)에 포함되는 H2O 농도가 10 부피% 이하인 본발명예 4는 40 kA/㎠ 이상의 높은 임계전류치를 나타낸다. 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체를 합친 전체 기체의 부피유량을 질산염 수용액의 유량의 10000배 이상으로 하거나 또는 제2분위기의 수증기의 농도를 10% 이하로 함으로써 임계전류치를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2
본 실시예에서는 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체 각각에 포함되는 이산화탄소 농도와 임계전류치와의 관계에 대하여 조사하였다. 구체적으로는, 실시예 1과 거의 같은 방법으로 산화물 초전도체의 원료를 제조하고 이것을 이용하여 산화물 초전도선재를 제조하였다. 단, 분무용 기체, 이송용 기체, 및 냉각용 기체의 각각의 이산화탄소 농도를 1 내지 300 ppm의 범위로 변화시켜 도입하였다. 수득된 산화물 초전도선재의 임계전류치를 하기 표 2에 나타낸다.
표 2에서, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체 각각에 포함되는 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하인 본발명예 6 내지 8의 경우에, 40 kA/㎠ 이상의 높은 임계전류치를 나타냈다. 이로부터 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체 각각에 포함되는 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하인 것에 의해 임계전류치를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3
본 실시예에서는 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체 각각에 포함되는 수증기의 농도 및 열처리장치 내의 분위기와 임계전류치와의 관계에 대하여 조사하였다. 구체적으로는, 실시예 1와 거의 같은 방법으로 산화물 초전도체의 원료를 제조하고 이것을 이용하여 산화물 초전도선재를 제조하였다. 단, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체 각각의 수증기의 농도를 0.0004 내지 2 부피%의 범위로 변화시켜 도입하였다. 또한, 열처리장치 내의 수증기 농도를 1 내지 4 부피%의 범위로, 이산화탄소 농도는 30 내지 300ppm의 범위 내에서 변화시켜 원료분말을 열처리하였다. 수득된 산화물 초전도선재의 임계전류치를 하기 표 3에 나타낸다.
표 3에서, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체 각각에 포함되는 수증기의 농도가 1부피% 이하이고, 열처리장치 내의 수증기의 농도가 1부피% 이하이며, 열처리장치 내의 이산화탄소 농도가 30 부피% 이하인 본발명예 10 내지 13의 경우, 39 kA/㎠ 이상의 높은 임계전류치를 나타냈다. 이로부터 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체 각각에 포함되는 수증기의 농도가 1부피% 이하인 것에 의해 임계전류치를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
실시예 4
본 실시예에서는, 제1분위기의 부피와 임계전류치와의 관계에 대하여 조사하였다. 구체적으로는, 실시예 1과 거의 같은 방법으로 산화물 초전도체의 원료를 제조하고 이것을 이용하여 산화물 초전도선재를 제조하였다. 단, 제1분위기의 부피를 100 ℓ로 하고, 제1분위기의 기체의 부피유량과 용액으로부터 발생하는 가스의 부피유량의 합계 부피유량을 33 내지 1199 ℓ/초의 범위 내에서 변화시켰다. 수득된 산화물 초전도선재의 임계전류치를 하기 표 4 및 도 6에 나타낸다.
표 4 및 도 6에서, V/(q1+q2)가 0.1초 이상 20초 이하를 만족하는 본발명예 17 내지 21의 경우, 35 kA/㎠ 이상의 높은 임계전류치를 나타냈다. 이로부터, 제1분위기의 부피가 0.1초≤V/(q1+q2)≤ 20초의 관계를 만족하는 것에 의해 임계전류치를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
상기 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기 실시형태 및 실시예뿐 아니라 특허청구의 범위에 의해서 표시되고 특허청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 수정이나 변형을 포함할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명의 산화물 초전도체 원료의 제조방법 및 산화물 초전도선재의 제조방법은 비스무스계의 산화물 초전도체 원료의 제조방법 및 산화물 초전도선재의 제조방법에 적용되는 것이 바람직하며, 특히 비스무스, 납, 스트론튬, 칼슘 및 구리를 포함하고, (비스무스와 납): 스트론튬: 칼슘: 구리의 원자비가 약 2:2:2:3으로 표시되는 Bi2223 상을 포함하는 Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O 계의 산화물 초전도체 원료의 제조방법 및 산화물 초전도선재의 제조방법에 적용되는 것이 바람직하다.
Claims (12)
- 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 재료를 용액 중에서 이온화하는 공정; 제1분위기에서 상기 용액을 분사하여 용매를 제거함으로써 산화물 초전도체를 구성하는 원자를 포함하는 분말을 제조하는 공정; 및 냉각용 기체를 도입한 제2분위기에서 상기 분말을 냉각하는 공정을 포함하고,상기 제2분위기의 이산화탄소 농도가, 제거된 용매 성분을 포함하는 제1분위기의 이산화탄소 농도보다 낮고, 제2분위기의 질소산화물 농도가, 제거된 용매의 성분을 포함하는 제1분위기의 질소산화물 농도보다 낮으며, 또한 제2분위기의 수증기 농도가 제거된 용매 성분을 포함하는 제1분위기의 수증기 농도보다 낮은, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,분말을 제조하는 공정이, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체를 합친 전체 기체의 부피유량이 상기 용액 유량의 10000배 이상인, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,분말을 제조하는 공정이, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기 체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 제2분위기의 수증기 농도가 10 부피% 이하인, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,분말을 제조하는 공정이, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 분무용 기체와 이송용 기체를 합친 제1분위기 기체의 부피유량을 q1(ℓ/초), 용액으로부터 발생하는 가스의 부피유량을 q2(ℓ/초), 제1분위기의 부피를 V(ℓ)로 하는 경우에, 0.1초≤V/(q1+q2)≤20초의 관계를 만족하는, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,분말을 제조하는 공정이, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체의 수증기 농도가 모두 1부피% 이하인, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,분말을 제조하는 공정이, 분무용 기체와 함께 용액을 분사하는 공정 및 이송용 기체에 의해 제1분위기로부터 제2분위기로 용액을 이송하는 공정을 포함하며, 분무용 기체, 이송용 기체 및 냉각용 기체의 이산화탄소 농도가 모두 30 부피ppm 이하인, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,분말을 냉각하는 공정 후에 분말을 열처리하는 공정을 더 포함하는, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,분말을 열처리하는 공정 및 분말을 열처리한 직후의 냉각이 모두 열처리장치 내에서 수행되고, 열처리장치 내로 분말을 도입하는 동안의 열처리장치 내의 분위기, 분말을 열처리하는 동안의 열처리장치 내의 분위기, 분말을 냉각하는 동안의 열처리장치 내의 분위기 및 열처리장치로부터 분말을 꺼내는 동안의 열처리장치 내의 분위기가 모두 수증기 농도가 1 부피% 이하인, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,분말을 열처리하는 공정 및 분말을 열처리한 직후의 냉각이 모두 열처리장치 내에서 수행되고, 열처리장치 내로 분말을 도입하는 동안의 열처리장치 내의 분위기, 분말을 열처리하는 동안의 열처리장치 내의 분위기, 분말을 냉각하는 동안의 열처리장치 내의 분위기 및 열처리장치로부터 분말을 꺼내는 동안의 열처리장치 내의 분위기가 모두 이산화탄소 농도가 30 부피ppm 이하인, 산화물 초전도체 원료의 제 조방법.
- 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,용액이 질산 수용액인, 산화물 초전도체 원료의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 산화물 초전도체 원료의 제조방법을 이용하여 산화물 초전도체 원료를 제조하는 공정 및 상기 산화물 초전도체 원료를 이용하여 산화물 초전도선재를 제조하는 공정을 포함하는, 산화물 초전도선재의 제조방법.
- 제 11항의 산화물 초전도선재의 제조방법에 의해서 제조된 산화물 초전도선재를 이용한 초전도기기.
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