KR950014349B1 - 파우더-인-튜브 방법에서 초기 분말 충진압력을 이용한 고온 초전도 선재의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

파우더-인-튜브 방법에서 초기 분말 충진압력을 이용한 고온 초전도 선재의 제조방법

제1도는 기존 파우더-인-튜브방법 제조 공정도.

제2도는 초기의 분말 충진압력을 이용한 본 발명의 파우더-인-튜브 방법 제조 공정도.

제3도는 본 발명중 분말충진시 압력을 가하기 위해 제조된 맨드릴(mandrel)의 구조도.

제4도는 본 발명으로 제조된 초전도 선재의 77K에서의 전류-전압 곡선.

본 발명은 고온초전도 선재가공 방법 중 가장 많이 사용되고 있는 파우더-인-튜브(powder-in-tube)방법에서 초기에 산화물인 고온 초전도제 분말을 은 튜브에 충진시키는 경우, 지금까지 단순히 분말을 은튜브에 넣는다는 개념으로 사용되고 있던것을 벗어나 충진압력이상의 높은 최적압력을 균일하게 가하여 충진시킴으로써 가공 및 열처리후 가압충진 하지 않는 선재에 비해 높은 임계전류밀도를 갖는 선재를 재현성있게 얻을 수 있도록 하는 최적충진압력에 의한 고온초전도 선재의 제조방법에 관한 것이다.

고온 초전도체는 저온초전도체에 비해 높은 임계온도(액체질소 비등온도 이상)와 높은 임계 자기장을 가지고 있는 것으로 알리져 있으며, 그 응용범위는 점차 넓어질 것으로 기대되고 있다. 그러나 고온 초진도체는 산화물이므로 저온초전도체에 비해 선재의 가공이 어려워, 이를 해결하기 위한 많은 연구가 수행되고 있다. 최근 그 한 방법으로 가장 많이 사용되고 있는 선재 제조방법은 제1도의 흐름도와 같이 파우더-인-튜브 방법으로서 비교적 가공방법이 쉽고 비교적 높은 전류밀도를 얻을 수 있으므로, 이 방법에 대한 특성연구가 많이 수행되고 있다. 이 방법은 은(silver)과 같이 가공성과 열 및 전기전도도가 좋은 재료를 튜브의 형태로 만든후 그 튜브안에 초전도체 분말을 충진시키고, 인발작업을 통해 원하는 직경으로 가공한 후 압연 혹은 프레스 작업을 하여 테이프 형태로 만들고, 열처리를 통해 초전도체 선제를 만드는 것이다.

이와같은 방법에서 높은 임계전류밀도를 얻기 위해서는 이방성 전류흐름을 갖는 초전도체를 전류의 흐름방향으로 배열시키며, 임계의 약한 결합을 제거시켜야 한다는 것이 알려져 있다.

이와같은 배경하에 본 발명을 그 실시예와 제2도에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

파우더-인-튜브 방법에서 튜브내의 초전도체 분말을 충진할 때, 분말을 단순히 튜브내에 넣기 위한 압력이상의 높은 압력을 기계장비를 이용하여 균일한 압력으로 가압 충진시킴으로써 초기에 충분한 양의 초전도체 분말이 튜브내에 균일하게 분포되며, 초기의 인발 가공단계에서 충분한 내압을 갖게 함으로써 안정된 분말흐름이 이루어지도록 하며, 기공과 같은 전류의 흐름을 방해하는 요인을 감소시켜 결과적으로 높은 임계 전류밀도를 얻고자 하였다.

[실시예]

Bi₂O₃, PbO, SrCO₃, CaCo, CuO 분말을 균일하게 혼합하여 알루미나 도가니에 넣어 공기중 810℃에서 24시간 소결한다. 하소(sintering)한 덩어리를 곱게 갈아서 200메쉬 시브(mesh sieve)를 통과시켜 균일한 입자를 얻는다.

이 분발을 외경 6㎜, 내경 4㎜, 길이 100㎜ 크기의 은 튜브에 충진한다.

이경우 충진압력의 효과를 보기 위해 각기 다른 충진압력 즉 0kg/㎠, 500kg/㎠, 2000kg/㎠, 2500kg/㎠의 압력별로 분말을 충진하였다. 이때 제3도와 같은 맨드릴을 사용하여 압력충진시 은 튜브의 좌굴및 변형을 막았다.

충진방법은 원하는 압력을 유압프레스와 로드를 사용하여 가압충진하였으며, 압력을 튜브내에 균일하에 분포시키기 위해 초전도체 분말을 5회 정도 나누어 동일한 압력으로 충진하였다.

그후 냉간 인발작업을 수행하여 최종 직경 1.0㎜의 선재를 제조하였으며, 이 선재를 가압하여 200μm정도 두께의 테이프로 제조하였다. 이렇게 제조된 테이프를 공기중 835℃에서 350시간 동안 열처리하여 초전도상을 성장시켰다.

이와같은 실험결과 보통 열처리 시간 200시간 후에 나타나는 것으로 알려진 임계전류밀도 값이 100시간의 짧은 열처리 후 500kg/㎠, 2500kg/㎠, 시편의 경우 약 500A/㎠의 임계전류밀도를 얻을 수 있었다.

350시간 열처리 후 각각 초기 충진압력별에 따른 임계전류를 비교해 보면 표 1과 같이 초기 충진압력을 가하지 않은 시편에 비해 가압 총진한 시편들의 경우 비교적 재현성 있게 임계전류의 값이 높게 측정되고 있음을 알 수 있었다. 측정방법은 일반적으로 사용하는 4단자법으로 시편 1.0cm에서 1μV의 전압강하가 생길때의 전류를 그때의 임계전류로 하였다. 1000kg/㎠의 초기충진 압력에서 350시간 열처리한 시편의 경우약 1700A㎠의 임계전류밀도를 얻을 수 있었는데, 그때의 전류-전압 선도는 제4도와 같았다.

또한 시편을 300시간 열처리하고 가압하여 테이프의 두께를 줄이고 다시 50시간 열처리후 가압하여 테이프의 두께를 약 200μm로 줄인 후 다시 50시간 열처리한 반복 열처리 시편의 경우 표 2에서 보듯이 반복열처리를 수행하지 않은 시편보다 큰 임계전류밀도를 얻을 수 있었으며, 특히 1000kg/㎠의 압력으로 총진한 시편의 경우 최고 약 5700A/㎠의 임계전류밀도를 얻을 수 있었다.

그러므로 본 발명은 고온 초전도 선재 가공방법인 파우더-인-튜브법을 보다 경제성 있게 산업화시킬 수 있는 것이다.

[표 1]

350시간 열처리 후 초기 충진 압력에 따른 임계 전류 밀도의 비교

[표 2]

3회 반복 가압 및 열처리 작업 후 초기 충진압력에 따른 임계전류 밀도의 비교

Claims (1)

1. 고온 초전도선재 가공을 위한 통상의 파우더-인-튜브 방법에 있어서, 초전도제 분말을 알루미나 도가니에 넣어 소결하고 분쇄한 입자를 은 튜브에 넣고 맨들릴과 유압프레스의 압축 로드로 이루어진 기계적 충진장치를 이용하여 분말 충진압력 500kg/㎠-1500kg/㎠ 사이의 압력으로 수회 가압 충진시키는 단계와 이후 통상의 공정인 냉간 인발시키는 단계와 이 인발된 선재를 가압하여 테이프로 제조한후 반복 열처리하는 단계로 된 것을 특징으로 하는 파우더-인-튜브 방법에서 초기 분말 충진압력을 이용한 고온 초전도선재의 제조방법.