초록 ▼

본 연구의 목표는 고전류 밀도를 갖는 초전도 선재를 개발하는 것이다. 초전도 임계 온도가 39 K로 다른 저온 초전도체에 비해 월등히 높고 탄소 도핑된 선재의 전류밀도도 선재로 사용하기에 충분하다. 이 정도의 온도에서는 고가인 액체 헬륨을 사용하지 않고 냉동기를 사용하여 선재를 냉각할 수 있다. 따라서 MgB₂ 초전도 선재가 개발되면 현재 사용 중인 Nb-Ti과 Nb₃Sn 초전도를 대체할 것으로 예상하고 있으며 재료의 가격도 충분한 경제성이 있는 것으로 인식되고 있다. 1 단계 3년의 연구개발

본 연구의 목표는 고전류 밀도를 갖는 초전도 선재를 개발하는 것이다. 초전도 임계 온도가 39 K로 다른 저온 초전도체에 비해 월등히 높고 탄소 도핑된 선재의 전류밀도도 선재로 사용하기에 충분하다. 이 정도의 온도에서는 고가인 액체 헬륨을 사용하지 않고 냉동기를 사용하여 선재를 냉각할 수 있다. 따라서 MgB₂ 초전도 선재가 개발되면 현재 사용 중인 Nb-Ti과 Nb₃Sn 초전도를 대체할 것으로 예상하고 있으며 재료의 가격도 충분한 경제성이 있는 것으로 인식되고 있다. 1 단계 3년의 연구개발 목표는 초전도 선재의 제조기술 확립이다. 초전도 선재 기술을 확립하려면 몇 가지 중요한 핵심기술을 개발하여야 한다. 고자장에서 초전도 특성을 높일 수 있는 플럭스 피닝 기술과 초전도 선재 가공 기술이 그것이다. 고자장 flux pinning용 물질 개발에서는 나노 분말 제조와 불순물로서 초전도 특성을 향상시킬 수 있는 나노 물질을 찾는 연구가 필요하다. 보론 나노분말은 mechanical ball milling 또는 attrition milling 으로 제조하였다. 탄소 도핑에 의한 플럭스 피닝 향상으로 임계전류밀도가 높아지며 이에 여러가지 탄소 재료를 도핑하는 연구를 수행하였다.
임계전류 밀도를 향상시키고 최적화하는 열처리 공정 변수 연구 및 밀링된 보론 분말과 탄소 도핑이 되지 않은 순수 MgB₂ 선재를 사용하여 650℃ 이하의 저온 공정에 따른 임계특성 평가를 수행하였다. 초전도 선재를 고자장에서 사용하려면 자장하에서의 초전도 선재 특성을 평가해야 한다. 이에 자기장 변화와 온도에 따른 임계전류밀도를 측정하였다. 또한 통전 임계특성을 위한 프로브 제작, 통전 전류 측정 및 다심 선재의 기초 연구를 수행하였다. 초전도 선재는 DC 응용인 초전도 자석에 우선적으로 사용되겠지만 AC 전력 기기에도 응용이 가능하므로 AC 손실을 평가하는 기초 기술을 연구하였다. 또한 솔레노이드 형태의 초전도 코일을 제작하는 기초 연구를 수행하였다.

Abstract ▼

The MgB₂ superconductor with smaller grain size could improve its critical properties by providing flux pinning centers with high grain boundary density. The effects of C doping such as charcoal, paper ash and glycerin on the superconducting properties was investigated for in situ process

The MgB₂ superconductor with smaller grain size could improve its critical properties by providing flux pinning centers with high grain boundary density. The effects of C doping such as charcoal, paper ash and glycerin on the superconducting properties was investigated for in situ processed MgB₂ samples using low purity semi-crystalline B powder. The results show a decrease in Tc and an enhancement of Jc at high fields for the C-doped samples as compared to the un-doped samples. A combined process of a mechanical ball milling and liquid glycerin (C₃H₈O₃) treatment of B powder has been conducted to enhance the superconducting properties of MgB₂.
Tthe mechanical ball milling was effective for grain refinement, and a lattice disorder was easily achieved by glycerin addition. With the combined process, the critical properties was further increased due to a higher grain boundary density and a greater C substitution. To get fine grain structure of MgB₂ with high critical current properties, mechanical milling for as-received B powder and low temperature solid-state reaction of 550 or 600℃ were attempted to in situ powder-in-tube processed MgB₂/Fe wires. The critical current properties of the MgB₂ wires using the milled B powder were enhanced due to a smaller grain size and an increased volume of the superconducting phase. The solid-state reaction of a low temperature process for the samples using the milled B powder resulted in a poorer crystallinity with a smaller grain size, which improved superconducting properties. We established the system to measure the transport current properties of the MgB₂ wires. The field dependence of the transport Jc was evaluated for the MgB₂ wires heat-treated at different heat treatment conditions using ball-milled and glycerin-treated B powder.
The MgB₂ magnet was developed and the AC loss of MgB₂ wire was also investigated. A conduction cooling device to cool the MgB₂ coil down to 4 K has been fabricated and the coil was tested up to 100 A.

목차 Contents

• 표지 ... 1정부주도 연구개발사업 단계보고서(세부과제) ... 3제출문 ... 5요약문 ... 7SUMMARY ... 11CONTENTS ... 17목차 ... 19제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 21제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 24 제 1 절 국외 기술개발 현황 ... 24 제 2 절 국내 기술개발 현황 ... 25제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 27 제 1 절 원료 분말의 영향과 열처리 온도에 따른 밀도 변화 ... 27 제 2 절 탄소 재료 도핑에 따른 MgB2 초전도 특성 ... 48 제 3 절 B 분말의 기계적 볼 밀링 공정에 따른 초전도 특성 ... 83 제 4 절 저온 열처리 공정에 의한 MgB2 선재 제조 및 특성 ... 100 제 5 절 MgB2 초전도 선재 통전 임계전류 특성 평가 ... 118 제 6 절 MgB2 다심선재 제조를 위한 기초공정 연구 ... 129 제 7 절 연구개발성과 ... 133제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 142제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 144제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 145제 7 장 참고문헌 ... 147참여기업 보고서 ... 149위탁과제 보고서 ... 222서지정보양식 ... 336BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 337끝페이지 ... 337