KR20100107184A - ＭｇＢ2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 초전도 선재 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 기존의 PIT법이나 CTFF법에 내부 core로 사용되는 초전도 분말 대신에 초전도 막을 도입함으로써 피복재내에 있는 MgB2 초전도 물질의 고밀도화를 실현할 수 있고 이를 통하여 초전도 임계전류 및 전류밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있다. 또한 이를 통하여 전자기적 특성을 향상시킬 수 있어 실질적인 초전도 전력기기 및 응용기기에 사용될 수 있는 경쟁력을 가진 MgB2 초전도 선재를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법은 테이프형태의 금속 피복재(1) 위에 초전도막(2)을 형성하는 제 1단계(S100); 상기 제 1단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 금속 피복재(1)를 O자형으로 성형하는 제 2단계(S200); 상기 제 2단계(S200)에서 O자형으로 성형된 후 이음부가 용접된 O자형의 상기 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 금속 피복재(1)를 압연 또는 인발하는 제 3단계(S300)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법를 개시한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법의 상기 초전도막(2)의 재료는 MgB2, Bi계열의 고온초전도 물질, Y-계열의 고온초전도 물질, 및 Fe-계열의 초전도물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전선재의 제조방법을 개시한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법은 을 상기 금속 피복재(1)를 O자형태로 성형하는 제 2단계 또는 상기 압연 또는 인발하는 제 3단계(S300)는 상기 금속 피복재(1) 내부의 초전도막(2)을 소결하거나 상기 금속 피복재(1)의 가공 경화 정도를 완화하기 위해 열처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법을 개시한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법의 상기 제 1단계(S100)의 초전도막(2)의 형성방법은 물리적 증착방법인 pulsed laser deposition, sputtering, evaporation, 및 powder spray 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법을 개시한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법의 상기 제 1단계(S100)의 초전도막(2)의 형성방법은 화학적 증착방법인 metal organic chemical vapor deposition 과 metal organic deposition 중 어느 하나의 인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법을 개시한다.
MgB2, 박막, 후막, PIT, CTFF
Description
본 발명은 초전도 선재를 제조하는 방법에 관한 것으로서 최근에 39K 온도부근에서 전기저항이 없어져 초전도 특성을 나타내는 것으로 확인된 MgB2를 이용하여 초전도선재를 제작하는 방법에 관한 것이다.
초전도현상은 에너지 손실과 열을 발생시키는 전기저항 없이 큰 전류를 흘릴 수 있는 현상으로 에너지 소모가 없는 전력장치뿐만 아니라 작은 부피로 훨씬 큰 전력을 운용하는 전기기계를 만들 수 있어 전기, 전자, 기계, 원자력, 의료, 조선분야에 혁명적인 변화를 가져올 수 있다.
초전도 선재는 임계온도와 재료의 종류에 따라 구분할 수 있으며, 통상적으로 금속계의 저온 초전도체와 산화물계의 고온 초전도체로 구분하고 있다.
금속계 저온 초전도 선재에는 합금계와 화합물계가 있으며 합금계로는 Nb-Ti 초전도체가 이미 상용화되어 의료기기인 MRI, NMR등에 초전도 코일로 사용되고 있다. 대표적인 화합물계 초전도체인 Nb3Sn은 임계자장이 Nb-Ti에 비하여 높기 때문에 주로 높은 자장을 발생시키는 고자장용 초전도 자석이나 핵융합용 코일 등에 이용되고 있다. 그러나 이러한 초전도체들은 모두 임계온도가 20K 이하로 낮아서 금속계 초전도 선재로 만든 기기를 동작시키기 위해서는 대부분 액체 헬륨을 사용하여 냉각하거나 일부 10K 이하의 극저온 냉동기를 사용하는 경우도 있다.
산화물계 초전도체는 임계온도가 액체질소온도(77K)를 넘는 비스무스계, 이트륨계, 탈륨계 등의 산화물계 초전도체가 발견되면서 선재화 연구와 이를 응용한 초전도 기기를 개발하는 연구가 세계적으로 많이 이루어지고 있다. 이 중에서 비스무스계인 Bi2Sr2Ca2Cu3Ox는 산화물계 초전도체 중에서 가장 많이 선재화 연구가 이루어진 물질이다. 그러나 비스무스계 선재는 결정구조 문제로 인해 선재의 임계전류밀도를 액체질소온도(77K)와 자기 자장하에서 10만A/cm2이상으로 구현하는 것이 어렵고 동작온도가 높을수록 외부자장에 대하여 임계전류밀도가 크게 저하하는 특성이 있다.
최근에 MgB2라는 금속간 화합물이 39K(약 -234℃) 온도 부근에서 전기저항이 없어져 초전도 특성을 나타내는 것으로 확인되었고 특히 자기적 이방성이 적으며 분말 자체만으로도 우수한 초전도 특성을 띄는 것으로 확인되었다. 특히 고온, 고압 조건에서 특성이 우수한 것으로 보고되고 있다.
MgB2 초전도 선재는 크게 초전도 MgB2 물질과 피복재로 구성된다. 피복재 내에 초전도 물질을 넣어 장선의 MgB2 초전도 선재를 만들기 위해서 사용되고 있는 공 정으로 현재 널리 사용되고 있는 방법은 PIT법과 CTFF법이다.
PIT법은 Powder-In-Tube법의 약자로서 튜브 형태의 피복재 내부에 MgB2 초전도 원료분말을 충진하여 이후 Swaging공정, 인발 및 신선공정, 압연공정, 열처리 공정의 반복을 통하여 단심 형태의 초전도 선재를 만들게 된다. 필요에 따라 여러 가닥의 단심을 묶어서 다시 피복재내에 넣어 다심 형태의 초전도 선재를 제조한다. 한편 CTFF법은 Continuous Tube Forming & Filling법의 약자로서 테이프 형태의 피복재를 U자 형태로 성형한 후 내부에 MgB2 초전도 원료분말을 충진한다. 이후 O자 형태로 성형을 시키게 된다. 나머지 과정은 PIT법과 유사하게 진행이 되며 단심 또는 다심 형태의 초전도 선재를 제조하게 된다. 두 공정 모두 사용하는 초전도 분말은 이미 합성된 MgB2 초전도 분말을 사용하거나 또는 Mg과 B분말을 각각 조성비를 맞추어 넣은 후 피복재 내부에서 자체 합성하는 방법을 사용하게 된다.
이때 PIT나 CTFF 두 공정 모두 MgB2 초전도 물질은 임의의 방향으로 자란 MgB2 grain 형태로 피복재 내부에 존재하게 되며 분말을 사용하는 공정 특성상 피복재 내부에는 비어 있는 공간이 있게 된다. 이로 인하여 grain과 grain의 연결성이 나빠지며 실제로 초전도 전류가 흐를 수 있는 초전도 유효 면적이 매우 작아지게 된다. 한편 이웃하고 있는 MgB2 grain과 grain의 경계인 grain boundary는 외부에서 가해준 자기장하에서 초전도체로 들어오는 자속을 움직이지 않게 효과적으로 고정시킬 수 있는 자속고정점 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그런데 두 공정으로 제 조된 MgB2 grain들은 임의의 방향으로 성장해 있으므로 자속고정점 역할을 하는 grain boundary도 같이 임의의 방향으로 기울어져 있어 제대로 된 자속고정점 역할을 할 수가 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존의 PIT법이나 CTFF법에 내부 core로 사용되는 초전도 분말 대신에 초전도 막을 도입함으로써 피복재내에 있는 MgB2 초전도 물질의 고밀도화를 실현할 수 있고 이를 통하여 초전도 임계전류 및 전류밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있다. 또한 이를 통하여 전자기적 특성을 향상시킬 수 있어 실질적인 초전도 전력기기 및 응용기기에 사용될 수 있는 경쟁력을 가진 MgB2 초전도 선재를 제조하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법은 테이프형태의 금속 피복재(1) 위에 초전도막(2)을 형성하는 제 1단계(S100); 상기 제 1단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 금속 피복재(1)를 O자형 관재로 성형하는 제 2단계(S200); 상기 제 2단계(S200)에서 O자형으로 성형된 후 이음부가 용접된 O자형의 관재를 압연 또는 인발하는 제 3단계(S300)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전 도선재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법의 상기 초전도막(2)의 재료는 MgB2, Bi계열의 고온초전도 물질, Y-계열의 고온초전도물질, 및 Fe-계열의 초전도물질 중 어느 하나의 재료인 것을 특징으로 하는 초전도선재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법은 상기 금속 피복재(1)를 O자형태로 성형하는 제 2단계 또는 상기 압연 또는 인발하는 제 3단계(S300)는 상기 금속 피복재(1) 내부의 초전도막(2)을 소결하거나 상기 금속 피복재(1)의 가공 경화 정도를 완화하기 위해 열처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법 중 상기 제 1단계(S100)의 초전도막(2)의 형성방법은 물리적 증착방법인 pulsed laser deposition, sputtering, evaporation, 및 powder spray 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도선재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법중 상기 제 1단계(S100)의 초전도막(2)의 형성방법은 화학적 증착방법인 metal organic chemical vapor deposition, 및 metal organic deposition 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도선재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법중 상기 제 1단계(S100)의 초전도막(2)의 형성방법은 물리적 증착방법인 pulsed laser deposition, sputtering, evaporation, 및 powder spray 중 어느 하나의 방법과 화학적 증착방법인 metal organic chemical vapor deposition, 및 metal organic deposition 중 어느 하나의 방법을 결합하는 혼합형 방법인 것을 특징으로 하는 초전도선재의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 MgB2초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법중 상기 제 1 단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)은 박막 또는 후막형태인 것을 특징으로 하는 초전도선재의 제조방법을 제공한다.
더불어, 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법중 상기 제 1 단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)의 상태는 비정질, 다결정질, 및 정렬된 다결정질 상태인 것을 특징으로 하는 초전도선재의 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 MgB2초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법에 의하면 기존의 초전도 선재 공정인 PIT나 CTFF공정에 내부 core로 사용되는 초전도 분말 대신에 초전도 막을 도입함으로써 피복재내에 있는 MgB2 초전도 물질의 고밀도화를 이룩할 수 있다. 이를 통해 초전도 임계전류 및 전자기적 특성 을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 따라서 초전도 선재를 이용한 초전도 전력기기 및 응용기기의 실질적인 상용화에 이바지 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법에 의해서 피복재에 초전도재료가 막형태로 증착된 경우의 MgB2막의 결정 정렬 방향을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법에 의해서 피복재에 초전도재료가 막형태로 증착된 후 원형의 선재로 가공된 경우의 MgB2막의 결정 정렬 방향을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법을 나타낸 블럭도이다.
본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법은 전도 막을 도입함으로써 피복재내에 있는 MgB2 초전도 물질의 고밀도화를 실현할 수 있고 이를 통하여 초전도 임계전류 및 전류밀도를 획기적으로 향상시킬 수 있으며 이를 통하여 전자기적 특성을 향상시킬 수 있어 실질적인 초전도 전력기기 및 응용기기에 사용될 수 있는 경쟁력을 가진 MgB2 초전도 선재를 제조할 수 있음을 특징으로 한다.
도 1과 도 5에서 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 초전도 선재 제조 방법은 다음과 같다.
도 5에서 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법은 테이프형태의 금속 피복재(1) 위에 초전도막(2)을 형성하는 제 1단계(S100); 상기 제 1단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 금속 피복재(1)를 O자형 관재로 성형하는 제 2단계(S200); 상기 제 2단계(S200)에서 O자형으로 성형된 O자형의 관재를 압연 또는 인발하는 제 3단계(S300)를 포함하여 이루어진다.
또한, 도 5에서 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법은 상기의 제 2단계(S200) 중 O자형 관재로 성형된 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 금속피복재(1)의 이음부를 용접하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의한 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방 법은 도 5에 도시한 바와 같이 다음과 같다.
테이프형태의 금속 피복재(1) 위에 초전도막(2)을 형성하는 제 1단계(S100); 상기 제 1단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 금속 피복재(1)를 O자형 관재로 성형한 후 상기 O자형 관재의 이음부를 용접하는 제 2단계(S200); 상기 제 2단계(S200)에서 O자형으로 성형된 후 이음부가 용접된 O자형의 관재를 압연 또는 인발하는 제 3단계(S300)를 포함하여 이루어진다.
제 1단계(S100)는 금속피복재(1)에 초전도재료를 증착시켜 막을 형성하는 공정이다.
제 1단계(S100)에서 금속피복재(1)에 초전도재료를 증착시키는 방법으로는 물리적 증착방법인 pulsed laser deposition, sputtering, evaporation, 및 Powder spray 중 어느 하나의 방법을 선택하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하지는 않는다.
제 1단계(S100)에서의 금속피복재(1)에 초전도재료를 증착시키는 방법으로는 화학적 증착방법인 metal organic chemical vapor deposition, 및 metal organic deposition 중 어느 하나를 선택하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제 1단계(S100)에서의 금속피복재(1)에 초전도재료를 증착시키는 방법으로 상기의 물리적 증착방법중 어느 하나와 상기의 화학적 증착방법 중 어느 하나를 결합하여 초전도 재료를 금속 피복재(1)에 증착 할 수도 있다.
본 발명의 본 발명은 제 1단계(S100)에서 상기의 물리적 증착방법, 화학적 증착방법, 및 혼합형 증착방법을 통해서 박막 또는 후막형태의 초전도막(2)을 형성시킬 수 있음을 특징으로 한다. 이에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다.
물리적 방법중 Pulsed laser deposition은 MgB2로 성형된 타겟에다 레이저를 조사하여 타겟의 표면으로부터 MgB2 알갱이를 떼어내어 반대편의 기판에다 증착한다. 이와 같은 공정 중 증착시간 또는 레이져 파워 등의 공정변수를 조절하므로서 박막 또는 후막의 초전도막(2)을 형성시킬 수 있다.
또한, 물리적 방법 중 B 타겟은 스퍼터링으로 증착하고 Mg는 thermal evaporation으로 증발시켜 반대편에 놓인 기판에 동시에 증착하여 MgB2 막을 형성한다. 이와 같은 공정 중 스퍼터링시간 또는 Mg의 증발시간 등을 조절하므로서 박막 또는 후막의 초전도막(2)을 형성시킬 수 있다.
또한, 물리적 방법중 MgB2 분말을 carrier gas로 이송하고 반대편에 놓인 기판에 코팅막을 형성한다. 이때 이송되는 분말을 진공펌프로 감압을 통해 좀 더 빠른 속도로 기판으로 향하게 하여 코팅한다. 이와 같은 공정 중 코팅막의 생성시간 또는 이송되는 분말의 이송속도 등을 조절하므로서 박막 또는 후막의 초전도막(2)을 형성시킬 수 있다.
또한, 화학적 방법으로는 MgB2 분말을 용매에 분산시켜 만든 용액을 dip coating, slot-die coating, roll-to-roll coating, gravier coating, 등 화학적 코팅 공정으로 막을 형성한다. 이와 같은 공정 중 상기의 화학적 코팅 공정의 선 택 또는 코팅시간 등을 조절하므로서 박막 또는 후막의 초전도막(2)을 형성시킬 수 있다.
더불어, 화학적 방법중 Mg-유기물과 B-유기물을 각각 조성비에 맞추어 혼합하여 화학적 코팅법으로 막을 형성한다. 화학적 방법중 이송 가스를 사용하여 증발된 Mg-유기물과 B-유기물을 각각 반대편의 기판으로 이송시켜 기판 위에 막을 형성한다. 이와 같은 공정중 공정의 선택 또는 코팅시간 등을 조절하므로서 박막 또는 후막의 초전도막(2)을 형성시킬 수 있다.
따라서, 제 1단계(S100)에서 상기의 물리적 증착방법, 화학적 증착방법, 및 혼합형 증착방법 중 증착방법 ,증착공정, 및 증착시간의 조절을 통해서 박막 또는 후막형태의 초전도막(2)을 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 제 1단계(S100)에서 상기의 물리적 증착방법, 화학적 증착방법, 및 혼합형 증착방법을 통해서 비정질, 다결정질, 및 정렬된 다결정질 상태의 초전도막(2)를 형성시킬 수 있음을 특징으로 한다. 이에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다.
코팅된 막의 상태는 기본적으로 기판의 온도가 낮을 경우 비정질의 형태로 존재한다. 그리고 온도를 올리게 됨으로써 결정성을 띄게 되며 결정립으로 성장된다. 한편 기판 자체가 정렬되어 있는 단결정 기판의 경우 기판의 정렬성을 위에 증착되는 MgB2 물질이 어느 정도 닮게 된다. 즉 결정성장 (epitaxy, epitaxial growth)하게 된다. 물론 정렬된 단결정 기판을 사용하더라도 온도가 낮을 경우에는 비정질로 증착될 수 있다.
이와 같은 기작을 통해서 제 1단계(S100)에서 상기의 물리적 증착방법, 화학적 증착방법, 및 혼합형 증착방법 중 증착온도, 증착방법, 증착기판의 선택에 따라서 비정질, 다결정질, 및 정렬된 다결정질 상태의 초전도막(2)를 형성시킬 수 있다.
제 2단계(S200)는 초전도재료가 증착되어 막형태로 코팅된 테이프 형태의 금속피복재(1)를 O자형 관재로 금속 피복재(1)로 성형한 후 상기 O자형 금속 피복재(1)의 이음부를 용접하는 공정이다.
초전도재료가 증착된 금속피복재(1)를 O자형태의 금속 피복재(1)로 성형하는 방법으로는 롤러(미도시)를 이용함이 바람직하나 반드시 이에 한정하지는 않는다.
상기 성형된 O자형 관에는 미세한 틈이 있는 이음부가 형성되며 이러한 이음부에 전기저항 열원, 고주파유도 열원, 각종 화염, 아크 열원 및 고밀도 에너지 열원(플라즈마, 레이저 빔, 전자빔 등) 등을 이용한 용접기(미도시)로 용접하여 성형된 관을 밀봉시킴이 바람직하나 반드시 이에 한정하지는 않는다.
제 3단계(S300)는 제 2단계(S200)에서 O자형으로 성형된 후 이음부가 용접된 O자형의 금속 피복재(1)를 압연 또는 인발하여 긴 선재를 만드는 공정이다.
제 3단계(S300)의 압연은 CRD(Cassette Roller Dies, 카셋트 롤러다이스)(미도시)를 이용하여 냉간압연 함이 바람직하며 인발은 Drawing Die(Polycrystalline Diamond Die, 다결정질 다이아몬드 다이 또는 초경 다이)(미도시)를 통해 인발함이 바람직하나 반드시 이에 한정하지는 않는다.
제 3단계(S300)의 인발 또는 압연공정을 통해서 상기 O자형 금속피복재(1)의 단면적은 감소된다.
상기의 제 1단계, 제 2단계, 제 3단계를 거쳐 제조된 초전도 선재의 결정의 방향은 도 2과 도 3에서 도시한 바와 같다. 이에 대해서 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이 원형의 선재의 길이 방향으로 ab-plane이 평행하므로 같은 방향으로 가해준 자기장에 대한 우수한 자속고정 특성을 그대로 유지하게 되며, 원형의 선재의 수직으로 가해준 자기장에 대해서는 초선도 선재의 c-축과 평행하게 되므로 grain boundary에 의한 자속고정특성을 그대로 보여줄 수 있다. 이와 같은 형태는 단심 뿐 아니라 다심의 선재에도 그대로 적용 가능한 바 기존의 선재에 비교하여 획기적 초전도 특성을 갖게 된다.
도 6은 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법 중 열처리 단계를 더 포함한 초전도 선재 제조방법의 블럭도이다.
도 6에서 도시한 바와 같이 상기의 제 2단계(S200)와 제 3단계(S300)는 금속 피복재(1)에 증착된 초전도재료의 조직을 더욱 치밀하게 하고 금속피복재(1)의 가공 경화도를 완화하기 위해서 불활성 가스인 아르곤 분위기 하에서 600 ~ 1000℃에서 낮게는 10분에서 높게는 10시간 동안 열처리하는 공정을 더 포함하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하지는 않는다.
초전도막(2)의 재료로서는 MgB2, Bi계열의 고온초전도 물질, Y-계열의 고온초 전도물질, 및 Fe-계열의 초전도물질 중 어느 하나의 재료를 선택함이 바람직하나 반드시 이에 한정하지는 않는다.
본 발명은 상기의 제조된 단심형태의 초전도 선재를 이용하여 다심형태의 초전도 선재의 제공방법을 제공함을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법에 의해서 다심형태의 초전도 선재를 제조한 경우를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 초전도 선재 제조 방법 중 다심형태의 초전도 선재를 제조하는 방법에 대한 블럭도이다.
도 4에서 도시한 바와 같이 다심형태의 초전도선재는 상기 제 3단계(S300)의 공정에 의해서 성형된 단심형태의 초전도선재(3)를 외부피복재(5)에 다수개 수용(S400)시키고 상기 외부피복재(5)를 O자형으로 성형한 후 O자형으로 성형된 상기 외부피복재(5)의 이음부를 용접(S500)하여 다심형태의 초전도선재(4)를 제조할 수 있다.
외부피복재(5)는 다수의 단심형태의 초전도선재(3)를 수용하는 기능을 한다.
다수의 단심형태의 초전도선재(3)를 수용한 외부피복재(5)를 O자형으로 성형하는 방법과 이음부를 용접하는 방법은 상기에 설명한 단심형태의 초전도선재(3)을 제조하는 방법과 동일한바 생략한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도 면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법에 의해서 피복재에 초전도재료가 막형태로 증착된 경우의 MgB2막의 결정 정렬 방향을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법에 의해서 피복재에 초전도재료가 막형태로 증착된 후 원형의 선재로 가공된 경우의 MgB2막의 결정 정렬 방향을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법에 의해서 다심형태의 초전도선재를 제조한 경우를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법 중 열처리하는 공정을 더 포함한 초전도 선재 제조방법의 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 MgB2 초전도 막 형성 및 이를 이용한 선재 제조 방법 중 다심형태의 초전도 선재를 제조하는 방법에 대한 블럭도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1: 피복재 2: 초전도막
3: 초전도선재 4: 다심의 초전도선재
5: 외부피복재
S100: 피복재에 초전도막을 증착하는 제 1 단계
S200: 초전도막이 증착된 피복재를 O자형태로 성형하면서 열처리 및 용접하는 제 2 단계
S300: O자형 초전도선재를 압연 또는 인발하면서 열처리하는 제 3 단계
S400: 단심형태의 초전도선재를 외부피복재에 수용시키는 제 4 단계
S500: 외부피복재를 O자형으로 성형 및 용접하는 제 5 단계
Claims (10)
- 테이프형태의 금속 피복재(1) 위에 초전도막(2)을 형성하는 제 1단계(S100);상기 제 1단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 금속 피복재(1)를 O자형태로 성형하는 제 2단계(S200);상기 제 2단계(S200)에서 O자형으로 성형된 상기 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 금속 피복재(1)를 압연 또는 인발하는 제 3단계(S300)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2단계(S300)는 O자형으로 성형된 상기 초전도막(2)이 코팅된 테이프 형태의 상기 금속피복재(1)의 이음부를 용접하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 초전도막(2)의 재료는 MgB2, Bi계열의 고온초전도 물질, Y-계열의 고온초전도물질, 및 Fe-계열의 초전도물질 중 어느 하나의 재료인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속 피복재(1)를 O자형태로 성형하는 제 2단계 또는 상기 압연 또는 인발하는 제 3단계(S300)는 상기 금속 피복재(1) 내부의 초전도막(2)을 소결하거나 상기 금속 피복재(1)의 가공 경화 정도를 완화하기 위해 열처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1단계(S100)의 초전도막(2) 형성방법은 물리적 증착방법인 펄스레이저증착법(pulsed laser deposition), 스퍼터링(sputtering), 열 증발법(evaporation), 및 분말 분사법(powder spray) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1단계(S100)의 초전도막(2) 형성방법은 화학적 증착방법인 유기금속 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition), 및 유기금속증착법(metal organic deposition) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)은 박막 또는 후막형태인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 1 단계(S100)에서 제조된 상기 초전도막(2)의 상태는 비정질, 다결정질, 및 정렬된 다결정질 상태인 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제 3단계(S300)의 공정에 의해서 성형된 단심형태의 초전도선재(3)를 외부피복재(5)에 다수개 수용시키는 제 4단계(S400);상기 단심형태의 초전도선재(3)가 수용된 상기 외부피복재(5)를 O자형으로 성형하는 제 5단계(S500)를 통해 다심형태의 초전도선재(4)를 제조하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 제 5단계(S500)는 O자형으로 성형된 초전도선재(3)가 수용된 상기 외부피복재(5)의 이음부를 용접하는 공정을 더 포함하여 다심형태의 초전도선재(4)를 제조하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 제조방법.
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