MgB2 코어 재료의 미세 균열 방지는 와이어 빌렛을 가공하기 위해 기계적 힘을 고압 액체 매체로 대체하여 달성됩니다. 수압 압출 시스템은 램으로 재료를 밀어내는 대신 빌렛을 유체로 감싸 균일하고 거의 전방향적인 정적 압력을 가합니다. 이 압축 환경은 취성 마그네슘 디보라이드(MgB2) 코어가 파손되기보다는 소성 변형되도록 강제하여 상당한 응력 하에서도 와이어의 내부 구조를 보존합니다.
핵심 요점 고압 액체 인터페이스를 활용함으로써 수압 압출은 취성 초전도 재료가 실패 없이 심각한 소성 변형(SPD)을 겪을 수 있도록 합니다. 이 공정은 일정한 균일한 압축을 유지하여 균열 전파를 억제하고, 그렇지 않으면 와이어의 내부 구조를 파괴할 수 있는 높은 변형률을 가능하게 합니다.
균일 압력의 물리학
고압 액체 매체의 역할
표준 압출에서는 힘이 종종 방향성으로 가해져 취성 재료를 쉽게 파손시킬 수 있는 전단 응력을 생성합니다. 수압 시스템은 힘을 전달하기 위해 액체 매체를 사용합니다.
이는 빌렛 전체 표면에 동시에 균일하게 압력이 가해지도록 보장합니다.
거의 전방향적인 정적 압력 달성
액체 매체는 "거의 전방향적인" 압력 상태를 생성합니다. 이는 빌렛이 모든 면에서 동일한 강도로 압착된다는 것을 의미합니다.
이 특정 응력 상태는 MgB2 가공에 매우 중요합니다. 이는 암석이 부러지기보다는 구부러지는 지질학적 조건을 모방하여 취성 초전도 코어가 부러지기보다는 흐르도록 합니다.
재료 취성 관리
심각한 소성 변형(SPD) 가능
MgB2의 주요 과제는 취성입니다. 일반적인 인장 또는 전단 하에서 초전도성을 파괴하는 미세 균열이 발생합니다.
수압 환경은 심각한 소성 변형(SPD)을 가능하게 합니다. 재료가 매우 큰 압축력 하에 있기 때문에 원자 구조는 공극 대신 슬립면을 생성하여 재료가 응집력을 잃지 않고 상당히 늘어날 수 있습니다.
균열 확장 억제
미세 결함이 존재하더라도 균일한 압력은 봉쇄 메커니즘 역할을 합니다. 안쪽으로 가해지는 힘은 효과적으로 균열의 열림을 "치유"하거나 억제합니다.
이러한 균열 확장 억제는 코어의 손상 없이 와이어를 더 작은 직경으로 뽑아낼 수 있도록 합니다.
내부 구조 보존
다중 필라멘트 구조 보호
초전도 와이어는 종종 복잡한 다층 복합 재료입니다. 이러한 층의 기하학적 구조를 보존하는 것은 재료 자체를 보존하는 것만큼 중요합니다.
수압 압출은 내부 다층 구조의 구조적 무결성을 유지합니다. 변형이 균일하기 때문에 층이 비례적으로 크기가 줄어들어 코어가 왜곡되거나 클래딩에서 분리되는 것을 방지합니다.
높은 변형률 달성
액체 매체가 제공하는 안정성은 공격적인 가공을 가능하게 합니다. 제조업체는 단일 단계에서 "높은 변형률"을 달성할 수 있습니다.
이러한 효율성은 주변 압력으로 인해 내부 MgB2 필라멘트가 파손될 위험이 완화되기 때문에만 가능합니다.
중요 공정 요구 사항
균일성의 필요성
이 방법의 성공은 전적으로 압력의 균일성에 달려 있습니다.
액체 매체가 전체 표면에 걸쳐 압력을 고르게 가하지 못하면 미세 균열에 대한 보호가 손실됩니다. 결함을 억제하는 시스템의 능력은 변형 공정 전반에 걸쳐 이 전방향적인 정적 압력을 유지하는 것과 직접적으로 관련이 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
초전도 와이어에 대한 수압 압출의 이점을 극대화하려면 주요 제조 목표를 고려하십시오.
- 주요 초점이 재료 무결성인 경우: 거의 전방향적인 정적 압력을 활용하여 미세 균열을 일으키지 않고 취성 MgB2 코어를 가공하십시오.
- 주요 초점이 공정 효율성인 경우: 시스템의 심각한 소성 변형 처리 능력을 활용하여 단일 패스로 높은 변형률을 달성하십시오.
수압 압출은 유체 역학을 사용하여 잠재적인 균열을 제어된 소성 흐름으로 전환함으로써 취성 초전도체의 가공을 변화시킵니다.
요약 표:
| 특징 | 수압 압출 | 표준 압출 |
|---|---|---|
| 힘 적용 | 균일하고 거의 전방향적인 액체 압력 | 방향성 기계식 램 힘 |
| 응력 상태 | 높은 압축, 낮은 전단 | 높은 전단 및 인장 응력 |
| 재료 거동 | 심각한 소성 변형(SPD) | 취성 파괴 및 균열 |
| 코어 무결성 | 다중 필라멘트 구조 보존 | 내부 층 왜곡 위험 |
| 변형률 | 더 적은 단계에서 높은 효율성 | 재료 취성으로 제한됨 |
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참고문헌
- Krzysztof Filar, G. Gajda. Preparation Process of In Situ MgB2 Material with Ex Situ MgB2 Barrier to Obtain Long Sections of Superconducting Multicore Wires. DOI: 10.3390/ma18010126
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