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admin

2016-12-28 05:57:31

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극저온재료[cryogenic materials]

극저온에서 사용되는 재료. 극저온으로 1기압(1013hPa)에서 액체질소의 끓는점인 -196℃로부터 1기압에서 액체헬륨의 끓는점인 -269℃까지 사이의 온도를 가리키는 경우도 있으나 극저온의 명확한 정의는 없다. 통상 -196℃ 이하의 온도를 극저온으로 불러도 좋다.

저온공학의 분야에서는 -269℃ 이하를 초저온으로 구별하는 경우도 있다. 액체질소, 로켓의 연료로 쓰이는 액체수소, 액체헬륨의 용기나 탱크, 그러한 냉매를 제조하는 액화기나 냉동기, 액체헬륨 부근의 온도로 작용하는 초전도마그넷 및 그 주변기기 등에 사용된다. 초전도마그넷을 이용한 기술에는 입자선가속기, 자기부상열차, 핵자기공명병 소진단장치(MRI), 초전도발전 등이 있고 핵융합, 전력저장 등의 기술개발도 진행되고 있다.

극저온재료 중에서 금속재료로서는 304 L강이나 316L강 등 종래부터 있는 오스테나이트계스테인리스강이나 A5083 또는 A2219 등의 Al합금이 많이 사용되고 있으나 Ti 또는 Ti합금, 초합금도 쓰이고 있다.

이들 금속재료에는 저온에서 인성이 양호한 것이 요구되고 있는데, 강자기장이 작용하는 초전도마그넷을 이용한 기술에서 사용되는 금속재료는 액체헬륨온도 부근에서도 취화하기 어려운 것 외에 비자성인 것이 요구되는 경우도 있다.

304L강, 316L강 등의 오스테나이트계스테인리스강은 극저온․강자기장 하에서 유지 또는 변형에 따라 강자성의 마르텐사이트를 생성하므로 주의가 필요하다. 또 이들의 강이나 초합금과 같이 Ni를 많이 포함하는 재료는 강자성의 마르텐사이트가 생기지 않아도 극저온에서 투자율이 높고 가속기 등에서 문제가 되는 경우가 있다. 초전도기술에서는 극저온에서 고인성, 비자성과 더불어 큰 자기력에 견딜 수 있는 고강도를 가진 재료도 필요로 하고, 그러한 요구를 만족하는 고강도 극저온용강이 개발되고 있다.

비금속재료에서는 단열재료로서 스티렌계나 우레탄계의 발포수지, 절연재료로서 유리섬유-에폭시계GFRP(glass fiber reinforced plastics) 등의 복합재료가 쓰이고 있다.

Nb-Ti합금, Nb3Sn 등의 금속계초전도재료 또는 소위 세라믹초전도재료도 액체질소온도 이하에서 사용되면 극저온재료라고 할 수 있겠다. ☞저온용강, 초전도