KR20190083036A - CONTINUOUS MANUFACTURING METHOD OF MgB₂ SUPERCONDUCTING WIRE - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a continuous manufacturing method of MgB_2-superconducting wire, more specifically to a method which can continuously manufacture MgB_2-superconducting wire without reducing superconducting properties by joining with spot welding to minimize heat generation at welding site when molding metal strip filled with MgB_2-powder in a circular shape. The continuous manufacturing method of superconducting wire comprises the steps of: molding a metal sheet into a ′U′ shape through a molding roller while continuously supplying the metal sheet; filling MgB_2-powder in the ′U′-shaped metal sheet; overlapping the end of the metal plate formed in a ′U′ shape and passing the roller to be formed in an ′O′ shape; welding overlapped portion; calibrating the metal sheet filled with MgB_2-powder with the forming roller to be close to the circular shape; and winding and manufacturing the rolled metal plate after groove-rolling to reduce the cross section of the ′O′-shaped plate.

Description

MgB₂ 초전도 선재의 연속제조방법{CONTINUOUS MANUFACTURING METHOD OF MgB₂ SUPERCONDUCTING WIRE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for continuously producing MgB2 superconducting wires,

본 발명은 초전도 선재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부에 MgB₂의 분말이 충진된 금속 판재를 원형으로 성형할 때 압접용접(Spot Welding)으로 접합하여 용접 부위의 열 발생을 최소화시켜 초전도 특성을 감소시키지 않으면서도 연속적으로 MgB₂ 초전도 선재를 제조하는 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a superconducting wire, and more particularly, to a method of manufacturing a superconducting wire using a superconducting wire, To a method for continuously producing MgB2 superconducting wires without reducing the characteristics.

마그네슘(Mg)과 붕소(B)로 구성되는 금속간 화합물 MgB₂ 초전도체는 2001.07.24. PCT/JP2001/006383호로 국제출원되어 2002.07.18.일자로 WO2002/55435호로 국제공개 되어 알려진 것으로, 초전도 전이온도가 높고 제조가 용이하여 고성능의 소자 등 초전도 전자공학에 유용하게 적용할 수 있고, 전성 및 연성 또한 우수하여 대규모의 초전도 송전, 초전도 전력저장 등에도 유용하게 적용할 수 있는 것으로 알려졌다.An intermetallic compound MgB2 superconductor composed of magnesium (Mg) and boron (B) PCT / JP2001 / 006383 filed on July 18, 2002, WO2002 / 55435, which can be applied to superconducting electronics such as high-performance devices with high superconducting transition temperature and easy fabrication, And ductility are excellent, it is known that it can be effectively applied to a large scale superconducting power transmission, superconducting power storage, and the like.

상기와 같은 초전도체는 Mg을 포함하는 원료분말과 B를 포함하는 원료분말을 화학조성비 Mg:B=1:2로 되게 혼합하고 펠렛상으로 성형하여 불활성 가스, 진공 또는 가압 불활성 가스 속에서 가열 형성하거나, 펠렛 상으로 성형한 후 가압 가열 성형하여 형성하였다.The superconductor may be formed by mixing a raw material powder containing Mg and a raw material powder containing B at a chemical composition ratio of Mg: B = 1: 2, shaping the mixture into pellets, heating the mixture in an inert gas, a vacuum or a pressurized inert gas , Molded into pellets, and then press-formed by heating.

위와 같은 MgB₂ 금속간 화합물 초전도체를 전기, 전자, 기계, 원자력, 의료, 조선분야 등 산업 전반에 응용하기 위해서는 상기의 MgB₂ 화합물을 선재(Wire)로 만들어 활용하는 것이 바람직하고, 이러한 초전도 선재를 만들기 위해 다양한 방법이 개발되어 왔다.In order to apply the MgB 2 intermetallic compound superconductor as described above to all industries such as electric, electronic, mechanical, nuclear, medical, shipbuilding, etc., it is preferable to use the MgB 2 compound as a wire. In order to make such a superconducting wire, Various methods have been developed.

금속간 화합물의 초전도 선재를 만들기 위해서는 Mg와 B를 분말로 하여 초전도체를 이루는 분말을 금속 튜브 안에 충진하여 심선재로 제조하는데, 이러한 제조 방법에는 PIT(Powder-In-Tube)법과 CTFF(Continuous Tube Forming and Filling)법이 있다.In order to make superconducting wire of intermetallic compound, powders forming Mg and B powders are filled into a metal tube and made into core wire. Powder-in-tube (PIT) method and Continuous Tube Forming and Filling method.

상기에서 PIT법은 안정화제 기능을 포함하는 구리, 은 및 그 합금 등의 금속을 피복재로 하는 튜브 내에 심선재 원료분말을 충진하여 빌렛(Billet)으로 만든 후, 스웨이징(Swaging), 인발, 신선 및 압연 등의 소성가공 공정과, 상기 과정 중의 가공경화를 완화시켜 주기 위한 열처리 과정을 반복 수행하여 행하는 방법인데, 이 방법은 상기한 바와 같이 스웨이징, 인발, 신선, 압연 및 열처리 공정이 반복되므로 공정 제어가 일정하지 않을 수 있으며, 피복재로 사용되는 구리 등의 높은 연성과 MgB₂ 분말의 높은 경도값으로 내부의 분말이 균일하게 가압되지 못할 수 있어서 임계전류밀도가 불균일할 수 있고, 피복재의 가격이 비싼 이유로 경제성이 떨어질 수 있다는 단점이 있으며, 또한 장선재를 제조할 수 없다는 문제점이 있다.In the above PIT method, the core wire material powder is filled in a tube made of a metal such as copper, silver and its alloy containing a stabilizer function as a covering material and made into a billet, and then swaging, A rolling process such as rolling, and a heat treatment process for reducing work hardening during the process are repeatedly performed. As described above, the above-described processes of swaging, drawing, drawing, rolling, and heat treatment are repeated Process control may not be constant, and the high hardness of copper and the like used as a covering material and the high hardness value of MgB2 powder may prevent uniform powder pressures inside the powder, so that the critical current density may be uneven, There is a disadvantage that economical efficiency may be deteriorated for an expensive reason, and there is also a problem that it is impossible to manufacture a tinned wire.

한편 CIFF법은 피복재로 철, 니오븀 및 그 합금 등으로 이루어지는 피복재를 띠 형태로 연속 제공하면서 초전도체 원료 분말이 충진될 수 있도록 피복재를 'U'형으로 성형하고, 피복재에 원료 분말이 충진되면 피복재를 'O' 형에 가깝게 성형하면서 상부를 용접하여 밀봉하고 인발이나 압연공정 후 열처리 과정을 통해 초전도 선재를 제조하는 방법으로 PIT법보다 경제적이고 특히 장선재 제조에 유리하여 CIFF법에 대하여 보다 많은 연구와 개발이 있어 왔다.On the other hand, the CIFF method is a method in which a coating material composed of iron, niobium, and an alloy thereof is continuously provided in a band form as a covering material while the covering material is formed into a U shape so that the superconductor material powder can be filled, It is more economical than PIT method to manufacture superconducting wire by heat-sealing process after drawing and sealing by top welding while forming near 'O' type. Has come.

예를 들어, 미국특허 제 6,687,975호에서는 금속스트립을 연속 공급하면서 성형다이나 성형롤을 통과시켜서 'U'자 형으로 구부린 다음 분말공급장치에서 상기 'U'자 형태내로 초전도체 분말을 충진하고, 스트립을 여러 가지 접합다이를 통과시켜 'O'형이 되게 만드는데, 단부가 서로 맞닿게 하여 기계적 접합(Mechanically Bond)을 하고 튜브의 단면적을 감소시킨 후 열처리하는 구성으로 되어 있다.For example, in U.S. Patent No. 6,687,975, a metal strip is continuously fed through a forming die or a forming roll to be bent into a U-shape, then the superconductor powder is filled into the U-shape in a powder feeder, In order to pass through various bonding dies to make 'O' type, the end portions are brought into contact with each other to mechanically bond, and the sectional area of the tube is reduced and then heat treatment is performed.

또한, 대한민국 등록특허 제 0860960 호에서는 상기 미국특허와 유사한 방법을 사용하나, MgB₂ 초전도 심선재를 제조한 다음 또 다른 금속판재인 보강재를 이용하여 상기 심선재 제조에서의 MgB₂ 초전도 분말 대신 상기 심선재를 상기 보강재에 삽입한 후 'O'자 형으로 성형 후 이음부를 용접한 다음 관재를 압연 또는 인발하여서 이루어지는 MgB₂ 초전도 선재의 제조방법을 개시하고 있다.In addition, Korean Patent No. 0860960 uses a method similar to the above-mentioned United States patent, but MgB2 superconducting core wire is manufactured, and then the core wire is replaced with MgB2 superconducting powder in the manufacturing of the core wire using another reinforcement material, Discloses a method of manufacturing an MgB2 superconducting wire comprising a step of welding a joint after forming into an 'O' shape after being inserted into a stiffener, and then rolling or drawing the pipe.

또 다른 대한민국 등록특허 제 1658100 호에서는 상기 등록특허 제 0860960 호를 선행기술로 언급하면서, 일정 길이를 갖는 피복재가 균일한 형상으로 안정적으로 성형될 수 있어서 불량률을 낮출 수 있고, 정해진 비율과 정해진 양만큼의 MgB₂ 분말을 전체 길이의 피복재에 균일하게 투입할 수 있는 초전도 장선재 제조장치를 개시하고 있다.In another Korean Patent No. 1658100, the coating material having a predetermined length can be stably formed in a uniform shape, while referring to the above-mentioned Japanese Patent No. 0860960, as a prior art, so that a defective rate can be lowered, and a predetermined ratio and a predetermined amount Of the MgB2 powder can be uniformly applied to the entire length of the covering material.

그러나 상기의 선행기술들에서는, 초전도를 부여하는 MgB₂ 분말이 충진된 피복재나 보강재를 'O'형에 가깝게 성형한 후 기계적 접합이나 용접하여 마무리하는 것으로 되어 있어서 용접부위의 물성이 그 외 부분과 다르게 변할 수 있어서 후공정인 인발 등의 과정이 어려워질 수 있고, 초전도 성능을 저하시키는 요인이 될 수가 있다.However, in the above-mentioned prior arts, the coating material or the reinforcing material filled with the MgB 2 powder that gives superconductivity is formed into a shape close to 'O' shape, and then it is finished by mechanical bonding or welding, So that the process of drawing or the like, which is a post-process, may become difficult, which may be a factor for lowering the superconducting performance.

본 발명은 상기한 종래 기술들의 문제점을 해결하여, MgB₂ 분말이 충진된 판재를 맞대기 'O'형으로의 성형이 아닌 겹치기 성형하여 겹친 부분을 일정 간격으로 압접 용접(Spot Welding)하여 용접 부위의 열 발생을 최소화시켜 물성 변화를 아주 작게 함으로서, 후속공정인 인발 작업이 용이하게 하면서도 km 단위의 MgB₂ 장선재를 제조할 수 있는, MgB₂ 초전도 선재의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention solves the problems of the prior art described above, and provides a method of forming a plate by filling an MgB2 powder into a plate by a lapping process, The present invention provides a method of manufacturing an MgB2 superconducting wire capable of manufacturing a MgB₂welding material in a unit of km while facilitating a drawing process, which is a subsequent process, by minimizing occurrence of material changes.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 과제인 목적을 달성하기 위하여;In order to accomplish the object of the present invention as described above,

초장대형 MgB₂ 초전도 선재의 연속제조 방법으로서,As a continuous process for producing super large MgB2 superconducting wires,

Nb, Fe, Cu, Ni, Ta 및 이들의 합금 또는 SUS 중에서 선택되는 재질의 금속판재를 연속공급하면서 성형롤러를 통해 'U'자형으로 성형하고, 상기 'U'자형 금속판재 내에 MgB₂ 분말을 충진한 다음, 상기 'U'자형으로 성형된 금속판재의 단부를 겹쳐서 'O자형으로 성형되게 롤러를 통과시킨 후, 상기 겹쳐진 부분을 압접 용접하고, 내부에 MgB₂ 분말이 충진된 상기 금속판재가 원형에 가깝게 성형롤러로 교정 성형한 다음, 상기 'O'형 판재의 단면을 감소시키기 위하여 공형 압연한 후 압연된 금속판재를 권취함으로 구성되는 MgB₂ 초전도 장선재의 연속제조방법을 제공한다.Shaped metal plate through a forming roller while continuously supplying a metal plate material of a material selected from the group consisting of Nb, Fe, Cu, Ni, Ta and alloys thereof or SUS, and filling the U-shaped metal plate with MgB2 powder Then, the end portion of the 'U' -shaped metal plate is rolled so as to be formed into an O-shape, and then the overlapped portion is pressure-welded. The metal plate material filled with MgB 2 powder therein is circular Shaped steel plate, and then rolling the metal sheet to form an O-shaped plate, thereby reducing the cross-section of the 'O' -shaped plate, and then continuously winding the rolled metal plate.

상기에서 MgB₂ 분말의 충진은 분말의 Mg:B의 몰비가 0.8~1.2:2의 비율로 미세분말공급장비인 호퍼에 장입하여 호퍼 내의 스크류로 혼합하면서 공급함이 바람직하다.In the above, it is preferable that the MgB 2 powder is charged into the hopper, which is a fine powder feeder, at a molar ratio of Mg: B of 0.8 to 1.2: 2 in the powder, and mixed with the screw in the hopper.

또한 상기에서의 겹치기 성형의 겹쳐지는 부분은 5~6 mm가 되는 직경의 선재를 기준으로 0.5~2.5 mm가 되게 함이 바람직하며, 상기 압접 용접은 상기 겹쳐진 부분을 기준으로 100 mm 이하의 간격으로 행함이 바람직하다.It is preferable that the overlapped portion of the above-mentioned lapping is 0.5 to 2.5 mm on the basis of the wire having a diameter of 5 to 6 mm, and the above-mentioned pressure welding is performed at an interval of not more than 100 mm Is preferable.

또한 상기에서의 'O'형 판재의 단면감소는 단면의 크기가 10~99% 감소함이 바람직하다.Also, it is preferable that the reduction of the cross-section of the 'O' -shaped plate in the above-described case is reduced by 10 to 99% in the size of the cross section.

본 발명에서는 또한, 상기의 방법으로 제조된 초전도 선재를 다른 금속튜브에 장입하여 인발 및 열처리공정을 통하여 단심선재를 제공하거나, 상기 단심선재 여러 가닥을 또 다른 금속튜브에 장입 조립하고 인발 및 열처리공정을 거쳐 제조되는 다심선재를 제조하는 데 사용함이 바람직하다.According to the present invention, the superconducting wire fabricated by the above method is charged into another metal tube to provide a single core wire through a drawing process and a heat treatment process, or multiple strands of the single wire wire are loaded into another metal tube, It is preferable to use it for producing a multi-core wire which is manufactured through the above method.

본 발명의 제조방법에 의하면, 미세분말 혼합장비인 호퍼에서 분말의 Mg와 B가 정해진 몰비로 균일하게 혼합되어 충진될 수 있어서 임계전류밀도가 높은 초전도 장선재를 연속 제조할 수 있음은 물론, MgB₂의 분말을 충진한 금속판재의 마무리를 마감부가 겹쳐지도록 성형한 후 압접 용접함으로서 용접부위의 물성 변화를 획기적으로 줄여서 이후의 인발이나 압연 등의 공정을 용이하게 하여 km 단위의 MgB₂ 초전도 장선재를 경제적이면서도 용이하게 제조할 수 있게 된다.According to the manufacturing method of the present invention, Mg and B of powders can be uniformly mixed and filled in a predetermined molar ratio in a hopper which is a fine powder mixing equipment, so that a superconducting wire having a high critical current density can be continuously produced, The finishing of the metal plate material filled with powder is formed so that the finishing portion overlaps and then the pressure welding is performed to greatly reduce the change in physical properties of the welded portion, thereby facilitating the subsequent drawing and rolling processes. Thus, the MgB2 superconducting wire- .

도 1은 본 발명의 선재 제조공정 개략도.1 is a schematic view of a wire rod manufacturing process of the present invention.

이하에서는 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 이해와 실시를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자들은 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형이나 수정이 있을 수 있음을 이해할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The following description is provided to assist the understanding and implementation of the present invention, but the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit of the invention as set forth in the following claims.

도 1은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 공정도이다.1 is a process diagram for carrying out the method of the present invention.

도 1에서, 본 발명에서 외형재로 사용되는 금속판재(100)는 스풀(111)에 감겨져 연속적으로 공급되는데, 상기 금속판재(100)는 얇은 띠 형태로서 Nb, Fe, Cu, Ni, Ta 및 이들의 합금이나 SUS 중에서 선택되는 재질의 금속을 사용한다.1, a metal plate 100 used as an outer contour material in the present invention is wound around a spool 111 and continuously supplied. The metal plate 100 has a thin band shape, and includes Nb, Fe, Cu, Ni, Ta, A metal of a material selected from among these alloys and SUS is used.

상기의 금속판재(100)는 본 발명에서의 외형재 역할을 하는 것으로, 이하 설명의 'U'형 관으로 성형된 후 그 내부로 충진되는 초전도분말이 보호받을 수 있는 수준의 강도와 충격인성 값을 갖고 있는 것을 사용할 수 있다.The metal plate 100 serves as an outer member in the present invention. The metal plate 100 has a strength and impact toughness value that can be protected by the superconducting powder that is filled into the U- Can be used.

상기와 같이 스풀(111)로부터 연속공급되는 금속판재(100)는 다수의 성형롤러(211)를 통하여 'U'자형으로 성형된다(200).As described above, the metal sheet 100 continuously fed from the spool 111 is formed into a U shape through a plurality of forming rollers 211 (200).

'U'자형으로 성형된 금속판재(100)의 내부로는 Mg와 B의 분말이 충진(300)되는데, 상기 분말의 충진은 Mg와 B의 분말이 들어있는 미세분말공급장치인 호퍼(210)로부터 충진되는 것이다.The inside of the U-shaped metal plate 100 is filled with Mg and B powder 300. The powder is filled in a hopper 210 which is a fine powder feeder containing powder of Mg and B, .

상기에서의 호퍼(210)에는 다수개의 스크류(212)가 내부에 내장되어 있어서 호퍼(210)내의 Mg와 B분말을 사용하기에 좋은 상태로 혼합하여 준다.In the hopper 210, a plurality of screws 212 are embedded in the hopper 210 to mix the Mg and B powders in a good state.

여기서 상기 호퍼(210) 내의 Mg와 B분말은 몰비로 0.8~1.2:2의 비율로 호퍼(210)내에 충진되어 있어서, 상기 Mg와 B의 분말이 MgB₂가 되어 초전도성이 강한 물질이 되도록 스크류(212)가 Mg와 B분말을 골고루 혼합되는 것인데, B분말의 몰비를 일정하게 하고 Mg의 몰비를 0.8~1.2로 하는 것은 Mg와 B의 화학적 성질 상 상기의 비율이 MgB₂를 만들기 용이한 상태이기 때문이다.Here, the Mg and B powders in the hopper 210 are filled in the hopper 210 at a molar ratio of 0.8 to 1.2: 2 so that the powders of Mg and B become MgB 2, ) Is mixed evenly with Mg and B powders. The reason why the molar ratio of B powder is kept constant and the molar ratio of Mg is 0.8 to 1.2 is that the above ratio is easy to make MgB2 due to the chemical nature of Mg and B .

상기와 같이 'U'자형으로 성형된 금속판재(100) 내로 호퍼(210)로부터 MgB₂ 분말이 충진(300)된 다음에는 'U'자형의 양단부가 겹쳐져서 'O'자형으로 되게 'O'형 형상을 만들기 위한 O형 성형롤러(311)를 통과시켜 'O'형으로 만든다(400).After the MgB2 powder is filled (300) from the hopper 210 into the U-shaped metal plate 100, the U-shaped ends are overlapped with each other to form an O- And passed through an O-type forming roller 311 for making a shape to make an O-shape (400).

그 다음 본 발명에서는 통상적으로 U자형관에 MgB₂ 분말을 충전한 후, 상기 U자형관의 양 단부를 맞대어 원형으로 하고 단부 간의 틈을 용접하는 것이 아니라, 상기의 내부에 MgB₂ 분말이 충전한 후 단부를 겹쳐서 원통 형상으로 성형하고 겹쳐진 부분에 압접용접기(312)를 이용하여 압접용접을 하여 용접부위의 열 발생을 최소화시킨다.Next, in the present invention, after filling the U-shaped tube with MgB2 powder, the U-shaped tube is shaped so that both ends of the U-shaped tube are in contact with each other to form a circular shape and the gap between the end portions is not welded. And the welded portion is subjected to pressure welding using a pressure welder 312 to minimize heat generation at the welded portion.

즉, 초전도선재를 만들기 위하여 사용하는 Mg와 B는 600~650℃에서 반응하며, Tig나 레이저 용접 등의 심(Seam)용접은 용접부위가 순간적으로 수천℃까지 상승하여 초전도 특성을 감소시킬 수 있고, 또한 내부에 분말이 충진되어 있어서 수냉이나 공냉이 어려워진다. 따라서 이러한 용접을 통하여 내부에 MgB₂ 분말이 충진되 U형 판재를 접합하는 것은 용접부위의 열 발생으로 초전도 선재의 물성을 약화시킬 수가 있다.That is, Mg and B used for making superconducting wire react at 600 to 650 ° C. Seam welding such as TIG or laser welding can instantaneously raise the temperature to several thousand ° C. to reduce superconducting properties , And powder is filled inside, which makes water cooling and air cooling difficult. Therefore, bonding of U-shaped plate filled with MgB2 powder through this welding can weaken the physical properties of superconducting wire due to heat generation at the welded part.

따라서 본 발명에서는 내부에 MgB₂가 충진된 U형 판재(300)를 맞대기가 아닌 겹치기형의 'O'형(400)으로 접합되게 하여 압접용접기(312)로 겹친부분(도 2의 A. 확대도:412)을 압접용접(413)한다.Accordingly, in the present invention, the U-shaped plate 300 filled with MgB 2 therein is joined to the 'O' shaped 400 of the lapping type instead of the butt, and the portion overlapped by the pressure welder 312 : 412) is welded (413) by pressure welding.

상기에서의 겹친부분(412)은 판재(100)를 'O'형으로 할 때, 직경 5~6 mm를 기준으로 0.5~2.5 mm가 되게 함이 바람직한데, 0.5 mm 미만으로 하면 공정 상 겹쳐지지 않는 부분이 발생할 우려가 있을 수 있고, 2.5 mm를 초과하면 겹쳐지는 부분이 너무 많게 되어 압접용접의 효과가 줄어들 수도 있기 때문에 상기와 같이 한다.When the plate member 100 is formed into an 'O' shape, the overlapped portion 412 is preferably 0.5 to 2.5 mm in diameter based on 5 to 6 mm. When the plate member 100 is less than 0.5 mm in diameter, There is a fear that a portion where the welding is not performed may occur. If it exceeds 2.5 mm, the overlapping portion becomes too large, so that the effect of the pressure welding can be reduced.

또한 금속판재로 사용되는 Nb 등의 소재가 비싼 이유도 있어서 최대한 경제적으로 사용하여야 하기 때문에도 겹치는 부분이 2.5 mm를 초과하면 이러한 경제적 이유와 겹쳐진 부분 내료 분말이 들어갈 수도 있어서 바람직하지 않고, 겹쳐지는 부분이 0.5 mm 미만으로 작게 되면 후술하는 판재의 단면 감소공정에서 분말이 터져나올 수도 있기 때문에 상기와 같이 함이 바람직하다.Also, since Nb or the like used as a metal plate is expensive, it is required to be used economically as much as possible. Therefore, if the overlapping portion exceeds 2.5 mm, it is not preferable because the powder of the partial powder overlaps with the economic reason. Is less than 0.5 mm, the powder may be blown out in the step of reducing the section of the plate, which will be described later.

여기서 압접용접부(413)간의 간격은 상기 판재를 기준으로 100 mm 이하의 간격으로 하여 압접용접 효과를 극대화시킨다.Here, the interval between the pressure-welded portions 413 is set at an interval of 100 mm or less on the basis of the plate material, thereby maximizing the pressure welding effect.

상기에서의 압점용접 간격은 30~60 mm가 바람직한데. 이 압점용접은 판재의 직경보다는 판재 소재의 강도에 따라 상기 범위 내에서 적용하고, 여기서의 압점용접은 이후의 단면감소 공정에서 겹쳐진 부위가 안으로 말리지 않고 판재가 길이 방향으로 늘어나게 하기 위함인데 너무 간격이 크면 용접 효과가 없으므로 연한 소재인 경우보다 간격을 짧게 하고 보다 강한 소재는 좀더 길게 함이 바람직하다.The above-mentioned spot welding interval is preferably 30 to 60 mm. This pressure point welding is applied within the above range according to the strength of the material of the plate material rather than the diameter of the plate material. The pressure point welding here is for the purpose of extending the plate material in the longitudinal direction without overlapping the overlapping portions in the following cross- It is preferable to shorten the gap and to make the stronger material longer than that of the soft material because there is no welding effect.

상기와 같이 내부에 MgB₂ 분말이 충진되어 원형으로 성형한 후, 겹친 부분을 압접용접한 후에는 최대한 원형에 가깝도록 교정하는 성형롤러(411)를 통하여 원형으로 판재(100)를 성형한다(500).After the MgB 2 powder is filled in the inside as described above and then formed into a circular shape, the overlapped portions are pressure-welded, and then the plate 100 is circularly formed (500) through the shaping roller 411, .

위와 같이 내부에 MgB₂ 분말을 충진하고 'O'형에 가깝게 성형된 금속판재(400)는 그 단면을 감소시키기 위한 공형압연을 위해 다수의 롤러(500)를 통과시켜 그 단면을 10~99% 감소시킨다(600).As described above, the metal plate material 400, which is filled with MgB 2 powder in the inside and has a shape close to 'O' shape, is passed through a plurality of rollers 500 to reduce the cross section thereof by 10 to 99% (600).

상기에서 공형압연을 통해 단면을 감소시키는 것은 충진된 MgB₂ 분말이 압축되어 선재 내에 고르게 분포시키기 위한 것 외에 선재의 굵기를 가늘게 하여 필요 시 다심선재의 제조에 용이하게 하기 위함이다.In order to reduce the cross-section through the rolling, the MgB 2 powder is compressed and distributed uniformly in the wire, and the thickness of the wire is reduced to facilitate the manufacture of the wire.

상기와 같이 압연된 선재(600)는 권취스풀(111)을 통해 권취된다(1000).The rolled wire rod 600 is wound through the winding spool 111 (1000).

이후에는 필요한 길이만큼 절단하여 Cu 등의 피복재에 넣고 인발, 열처리 등의 후속공정을 통해 단심선재나 다심선재를 제조할 수 있다.Thereafter, it is cut to a necessary length and put into a covering material such as Cu, and single core wire or multi core wire can be manufactured through a subsequent process such as drawing and heat treatment.

나이오븀(Niobium, Nb) 금속판재를 연속적으로 공급하면서 U자형 관을 형성하고, 미세분말공급장치에서 혼합된 1:2몰비의 Mg와 B 분말을 연속적으로 충진한 후, 다시 성형롤러를 통해서 이음매가 겹쳐진 형태의 O자형 관으로 성형하였다.A U-shaped tube was formed by continuously feeding a Niobium (Nb) metal plate, and a mixed powder of Mg and B at a molar ratio of 1: 2 was successively filled in a fine powder feeder. Then, Shaped O-shaped tube.

겹쳐진 이음매 부분을 50 mm 간격으로 압접용접(Spot Welding)을 실시하였다. 그런 다음 연속적인 공형압연을 통해 단면적을 50% 감소시키고 선재를 권취하였다.The overlapped joints were spot welded at intervals of 50 mm. The cross section was then reduced by 50% and the wire rods were wound through continuous coining.

단심선재를 제조하기 위하여 외부시스인 Monel 튜브에 연속적으로 제조된 선재를 삽입하여 신선하였다.In order to fabricate the single core wire, a continuous wire made of Monel tube of external sheath was inserted and fresh.

불활성 가스인 아르곤(Ar)분위기에서 600℃, 650℃, 700℃에서 30분 동안 열처리를 한 뒤 MgB₂ 초전도 단심선재를 제조하였다.MgB2 superconducting single wire was fabricated by heat treatment at 600 ℃, 650 ℃ and 700 ℃ for 30 minutes in argon (Ar) atmosphere.

이것을 4단자 통전법으로 임계전류밀도(J _c)를 측정한 결과 표 1에서와 같은 결과를 얻을 수 있었다.As a result of measuring the critical current density ( J _c ) by the four-terminal energization method, the results as shown in Table 1 were obtained.

실험예Experimental Example 열처리 조건Heat treatment condition MgB₂Filling Factor(%)MgB2Filling Factor (%) I _c(@4.2 K, 5 T)
[A] I _c (@ 4.2 K, 5 T)
[A] J _c(@4.2 K, 5 T)
[A/㎠] J _c (@ 4.2 K, 5 T)
[A / cm 2] 1One 600℃/30분600 ° C / 30 min 2020 8282 5.2ㅧ10^45.2 ㅧ 10 ^ 4 22 650℃/30분650 ° C / 30 minutes 2020 205205 1.3ㅧ10^51.3 ㅧ 10 ^ 5 33 700℃/30분700 ° C / 30 minutes 2020 182182 1.1ㅧ10^51.1 ㅧ 10 ^ 5

표 1과 같이 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 MgB₂ 초전도 단심선재의 경우, 초전도 Filling Factor가 20%로 균일하게 나타났으며, 임계전류밀도는 650℃에서 30분 열처리한 경우가 4.2 K, 5 T에서 130,000 A/㎠로 가장 높은 특성을 보였다. As shown in Table 1, the superconducting single-core wire produced according to the present invention exhibited a uniform superconducting foaming factor of 20%. The critical current density was 4.2 K for the heat treatment at 650 ° C. for 30 minutes, T at 130,000 A / ㎠.

100 : 금속판재 111 : 스풀
211, 311, 411, 511 : 롤러 210 : 호퍼
212 : 스크류 412 : 겹친부분
413 : 압접용접부100: metal plate 111: spool
211, 311, 411, 511: rollers 210: hopper
212: screw 412: overlapped portion
413:

Claims (6)

MgB₂ 초전도 선재의 연속제조 방법으로서,
Nb, Fe, Cu, Ni, Ta 및 이들의 합금 또는 SUS 중에서 선택되는 재질의 금속판재를 연속공급하면서 성형롤러를 통해 'U'자형으로 성형하고, 상기 'U'자형 금속판재 내에 MgB₂ 분말을 충진한 다음, 상기 'U'자형으로 성형된 금속판재의 단부를 겹쳐서 'O'자형으로 성형되게 롤러를 통과시킨 후, 상기 겹쳐진 부분을 압접용접하고, 내부에 MgB₂ 분말이 충진된 상기 금속판재가 원형에 가깝게 성형롤러로 교정 성형한 다음, 상기 'O'형 판재의 단면을 감소시키기 위하여 공형 압연한 후 압연된 금속판재를 권취함을 특징으로 하는, MgB₂ 초전도 선재의 연속제조방법.
As a continuous process for producing MgB2 superconducting wires,
Shaped metal plate through a forming roller while continuously supplying a metal plate material of a material selected from the group consisting of Nb, Fe, Cu, Ni, Ta and alloys thereof or SUS, and filling the U-shaped metal plate with MgB2 powder Then, the end portion of the 'U' shaped metal plate is rolled so as to be formed into an 'O' shape, and then the overlapped portion is welded by pressure welding. The metal plate material filled with MgB 2 powder therein is circular Characterized in that the metal plate is calibrated by a shaping roller and then rolled to reduce the cross-section of the 'O' -shaped plate and then rolled.
제 1항에 있어서, 상기 MgB₂ 분말의 충진은 분말의 Mg:B 의 몰비가 0.8~1.2:2 의 비율로 미세분말공급장비인 호퍼에 장입하여 호퍼 내의 스크류로 혼합하면서 공급하는 것을 특징으로 하는, MgB₂ 초전도 선재의 연속제조방법.
[2] The method according to claim 1, wherein the MgB2 powder is charged into a hopper which is a fine powder feeder at a molar ratio of Mg: B of 0.8 to 1.2: 2, Continuous manufacturing method of MgB2 superconducting wire.
제 1항에 있어서, 상기 겹치기 성형의 겹쳐지는 부분은 5~6 mm가 되는 직경의 선재를 기준으로 0.5~2.5 mm가 되게 함을 특징으로 하는, MgB₂ 초전도 선재의 연속제조방법.
The method for continuously manufacturing an MgB2 superconducting wire according to claim 1, wherein the overlapping portion of the overlap forming is 0.5 to 2.5 mm based on a wire having a diameter of 5 to 6 mm.
제 1항에 있어서, 상기 압접용접은 상기 겹쳐진 부분을 기준으로 100 mm이하의 간격으로 행함을 특징으로 하는, MgB₂ 초전도 선재의 연속제조방법.
The method for continuously manufacturing an MgB2 superconducting wire according to claim 1, wherein the pressure welding is performed at an interval of 100 mm or less based on the overlapping portion.
제 1항에 있어서, 상기 'O'형 판재의 단면감소는 단면의 크기가 10~99% 감소함을 특징으로 하는, MgB₂ 초전도 선재의 연속제조방법.
2. The method of claim 1, wherein the reduction of the cross-section of the 'O' -type plate is reduced by 10 to 99% in size.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 방법으로서 제조된 선재는 다른 금속튜브에 장입하여 인발 및 열처리공정을 통하여 단심선재의 제공, 또는 상기 단심선재 여러 가닥을 또 다른 금속튜브에 장입 조립하고 인발 및 열처리공정을 거쳐 제조되는 다심선재의 제공에 사용됨을 특징으로 하는, MgB₂ 초전도 선재의 연속제조방법.A method of manufacturing a wire rod according to any one of claims 1 to 5, wherein the wire rod is loaded in another metal tube and provided with a single core wire through a drawing process and a heat treatment process, or multiple strands of the single wire rod are loaded into another metal tube, And a method of continuously manufacturing an MgB2 superconducting wire, which is used for providing a multi-core wire manufactured through a heat treatment process.

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