KR100641714B1 - 임계전류 저하가 최소화된 고온 초전도성분 연결방법 및제조품 - Google Patents

임계전류 저하가 최소화된 고온 초전도성분 연결방법 및제조품 Download PDF

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Abstract

임계 전류 저하를 최소화하면서 고온 초전도 성분을 연결하는 방법이 제공된다. 형성된 제품은 고온 초전도 성분 임계 전류의 80% 이상인 임계전류를 가진다. 본 발명은 또한 최소한의 임계전류 저하로 연결된 성분의 비틀림 또는 휨 없이 맨드렐 주위에 연결된 성분을 용이하게 감게 하는 스플라이싱 기하를 제공한다.

Description

임계전류 저하가 최소화된 고온 초전도성분 연결방법 및 제조품{METHOD FOR JOINING HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTING COMPONENTS WITH NEGLIGIBLE CRITICAL CURRENT DEGRADATION AND ARTICLES OF MANUFACTURE IN ACCORDANCE THEREWITH}
본 발명은 고온 초전도 성분 연결방법에 관계한다. 특히, 본 발명은 임계 전류 저하가 무시할만하거나 최소화되도록 예정된 스플라이스(splice)모양을 갖는 고온 초전도 성분 연결에 관계한다.
초전도체는 전이온도(즉, 임계온도 Tc)이하에서 전기저항이 없는 물질이다. Tc 가 20K 이상인 물질을 고온 초전도체(HTS)라 부른다. 초전도 물질은 외부 자기장 부재하에서, 특정온도 이상에서는 보통물질이고 특정온도 이하에서는 초전도성 물질이 되는 특정온도에서의 전류인 임계 전류(Ic)를 보인다.
더욱 양호한 기계적 성질을 획득하기 위해서 초전도 물질을 단독으로 사용하기보다는 HTS 물질 복합체를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 복합체는 (ⅰ) 초전도체 선구물질 분말을 형성하고(선구물질 분말 형성단계); (ⅱ) 튜브, 빌렛 또는 홈이 난 쉬이트와 같은 금속 용기에 선구물질 분말을 채우고 충진된 용기를 변형 가공하여 주변 희귀성 금속 매트릭스에 초전도체 선구물질 코어를 포함하며 단면이 감소된 복합체를 제공하고 (복합체 선구체 제조단계); (ⅲ) 복합체를 연속으로 물리적 변형 및 어닐링시키고 열가공하여서 필요한 초전도성을 갖는 코어물질을 형성 및 소결(열기계적 가공)하는 단계를 포함하는 공정에 의해서 와이어 및 테이프와 같은 기다란 형태로 제조될 수 있다. 변형 공정에 의해 야기된 코어내 선구물질 그레인 정렬("조직화된" 그레인)은 후속 열처리단계동안 초전도물질의 잘-정렬되고 소결된 그레인 성장을 촉진시킨다.
"튜브 내 분말" 또는 "PIT"라 통상적으로 알려진 일반 공정은 "금속 선구물질" 또는 "MPIT"공정에서 필요한 초전도 코어물질과 동일한 금속함량을 갖는 금속합금이거나, "산화물 분말" 또는 "OPIT"공정에서 필요한 초전도 산화물 코어물질의 공칭 조성을 갖는 분말이나 필요한 초전도 산화물 코어물질의 산화물 성분 분말의 혼합물일 수 있는 출발 분말에 따라 여러 변수에서 실시된다. PIT 방법과 산화물 초전도체 처리에 대한 일반정보는 공지된다(Sandhage et al., in JOM, Vol. 43, No. 3 (1991) pages 21-25페이지).
PIT 방법의 예로서 (Bi, Pb) SCCO 선구물질 분말이 은 외강에 패킹되어서 빌렛을 형성한다. 최초 직경의 1/3 직경으로 빌렛이 압출되고 여러번 다이를 통과하여 가늘어진다. 모노 필라멘트 테이프가 빌렛의 압출에 의해 제조되고 와이어로 인발되고 와이어를 0.006′×0.100″ 테이프로 압연한다. 혹은, 다양한 크기의 육각형 다이를 통해 여러번 통과시켜서 다중 필라멘트 테이프가 제조되고 은 외장이 있는 (Bi, Pb) SCCO 육각형 와이어가 형성된다. 여러 개의 육각형 와이어를 다발로 묶고 둥근 다이를 통해 당기면 다중 필라멘트 둥근 와이어가 형성된다. 이후에 둥 근 와이어를 압연시켜 0.080″ 내지 0.200″의 폭과 0.004″ 내지 0.010″의 두께를 갖는 다중 필라멘트 은 및 (Bi, Pb) SCCO 복합체 선구 테이프가 형성된다. 하나 이상의 조직화 변형 단계를 사용하여 복합체가 조직화될 수 있다.
와이어 형태로 긴 길이(예 1000 m)의 복합체가 종종 필요하다. 예컨대 전력 전송선에서 긴 길이의 HTS 와이어를 감는 것이 필요하다. 결과적으로 충분한 길이의 연결된 와이어를 형성하기 위해서 복합체 와이어를 꼬아서 잇는 것이 자주 필요하다.
미국특허 5,116,810 및 5,321,003(Joshi)는 산화물 초전도체로 전환시키기 전 금속 선구물질 원소를 연결시킴으로써 초전도 소자간에 전기적 연결을 시키는 방법과 제품에 관계한다. 산화공정 이전에 조인트가 형성되므로 조인트는 성질에 있어서 비-저항성이다. 그러나 초전도상태에 있는 성분상에서 보다 HTS 선구체 상에서 이러한 연결 작업을 수행하기가 자주 불편하다.
본 발명자들은 초전도 성분을 연결할 때 나타나는 문제점, 즉 조인트와 와인딩 공정의 두께 그레디언트 때문에 나타나는 와이어의 국지적 응력변형 농축을 포함하는 문제점에 직면하였다. 공지기술에서는 연결된 와이어가 상당한 임계전류 저하가 있다는 점에서 문제가 된다. 공지기술에 의해 형성된 와이어는 와인딩 공정동안 국지적 응력변형 농축의 결과로서 추가적인 임계 전류 저하를 겪는다.
그러므로 임계전류 저하가 최소화되거나 무시할 수 있을 정도로 HTS 성분을 연결시키고 공지 기술의 결점을 극복하는 방법을 제공한다면 바람직한 것이다.
발명의 요약
본 발명은 임계전류 저하를 최소화시킨 고온 초전도 성분 연결방법을 제공한다. 이것은 고온 초전도 성분의 임계전류에 가까운 임계 전류를 갖는 제품을 만들게 하는 두 개 이상의 고온 초전도 성분을 연결시킴으로써 달성된다. 고온 초전도 성분은 (Bi, Pb) SCCO, YBCO 또는 기타 고온 초전도 조성물을 포함한다.
한 측면에서 본 발명은 두 개의 고온 초전도성분을 포함하는 고온 초전도 제품을 포함한다. 고온 초전도 성분은 땜납층을 수단으로 연결되며 추가 보호층이 성분에 부착된다. 성분의 연결된 부위는 중첩 세그멘트를 형성한다. 중첩 세그멘트 길이의 100배 이상인 제품 길이에 걸쳐서 임계전류가 측정될 때 임계전류는 각 성분의 임계전류의 80% 이상이다. 특히 임계전류는 각 성분 임계 전류의 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상 또는 99% 이상이다. 임계전류는 1㎶/㎝ 기준을 사용하여 결정된다. 초전도 성분은 동일 재료로 형성될 수 있으며 (Bi, Pb) SCCO 또는 YBCO 초전도체를 포함할 수 있다. 보호층은 스테인레스강, 구리, 구리-베릴늄 합금, 니켈-기초 초합금, 니켈-철 기초 초합금에서 선택된 물질을 포함할 수 있으며 제 2 땜납 재료를 수단으로 성분에 부착될 수 있다. 제 2 땜납재료는 제 1 재료보다 낮은 용융온도를 가질 수 있다. 초전도 성분의 단부는 삼각형, 대각선 또는 역삼각형일 수 있다.
또다른 측면에서 본 발명은 고온 초전도 성분을 연결하는 방법을 제공한다. 두 개의 고온 초전도 성분이 땜납에 의해 연결되고 보호층이 성분에 적용된다. 성분의 연결된 부위는 중첩 세그멘트를 형성한다. 중첩 세그멘트 길이의 100배 이상의 제품 길이에 걸쳐서 임계전류가 측정될 때 임계전류는 각 성분의 임계전류의 80% 이상이다. 특히 임계전류는 각 성분 임계 전류의 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상 또는 99% 이상이다. 임계전류는 1㎶/㎝ 기준을 사용하여 결정된다.
도 1 은 본 발명의 구체예에 다른 고온 초전도체를 보여준다.
도 2a-2e 는 본 발명에 따른 고온 초전도체 조인트의 평면도를 보여준다.
도 3a-3c 는 맨드릴이 조합된 도 2b, 2c, 2e 스플라이스 모양을 보여준다.
도 4 는 기계적 성능 평가동안 전류에 대한 전압 그래프를 보여준다.
본 발명에 따라 형성된 고온 초전도체 와이어 또는 테이프는 다양한 분야에서 사용하기 적합하다. 사용된 스플라이싱 기술 때문에 이들 와이어나 테이프는 기다란 길이(예, 1000 m)의 와이어가 필요한 상황에서 특히 유용하다. 예컨대 본 발명에 따라 형성된 연결된 와이어는 전력 전송라인으로 사용하기 위해서 맨드렐, 튜브 등에 감길 수 있다. 보호층 적용과 조합으로 본 발명에 의해 제공되는 교대의 스플라이싱 모양은 맨드릴 주변에 와이어나 테이프를 수월하게 감을 수 있게 하며 임계 전류 저하를 최소화한다. 이들 성분은 와인딩 포맷이 피치로 발생하는 전력 전송라인, DC 케이블 및 전류 도선으로서 사용하기 적합하다.
임계 전류는 다음 방법으로 측정될 수 있다 : Elkin, Appl. Phys. Lett. 56(9):905-907; Goodrich, et al., Cryogenics 30:667-677; or Schwenterly, et al., IEEE Trans. on Applied Supercond. 3(1):949-952. Elkin 방법이 1㎶/㎝ 기준을 사용한 임계 전류 결정에 사용되었다.
도 1에서 라미네이트 조인트(10)는 고온 초전도(HTS)성분(12, 14)을 포함한다. HTS 성분(12, 14)은 희귀 금속 매트릭스에 포함된 하나 이상의 산화물 초전도 필라멘트(HTS 필라멘트)를 포함한다. 필요한 초전도 세라믹에 관하여 사용된 반응 조건하에서 반응 생성물이 열역학적으로 불안정하거나 복합체 제조조건 하에서 초전도 세라믹 또는 이의 선구물질과 반응하지 않으면 금속은 "희귀한" 것으로 간주된다. 이러한 HTS 성분은 "튜브내 분말" 방법으로 제조될 수 있다. 적당한 희귀금속은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 이의 합금을 포함한다. HTS 필라멘트는 모노 필라멘트 또는 멀티-필라멘트이다. 예컨대 HTS 필라멘트 개수는 19-121 개다. 한 구체예에서 HTS 성분(12, 14)은 은 매트릭스에 삽입된 85(Bi, Pb) SSCO 와 같은 재료로 형성된다. HTS 성분(12, 14)은 조인트가 형성되는 시기에 초전도 상태에(선구체 상태가 아닌)있다. 이것은 현장가공을 촉진시키는데, 그 이유를 초전도 산화물 형성을 위해서 연결된 성분이 열처리되거나 별도로 가공될 필요가 없기 때문이다.
성분(12,14)은 땜납재료(18)에 의해서 연결된다. 다양한 재료가 성분(12,14)을 땜납시키는데 사용될 수 있지만 중첩 영역을 가로질러 임계 전류 저하가 무시할만하거나 최소화되도록 땜납재료(16)가 선택되는 것이 중요하다. 예시적인 땜납 재료(16)는 표준 은-납-주석 및 납-주석을 포함한다. 한 구체예에서 땜납 재료(16)의 용융점은 약 285℃이고 땜납재료(18)의 용융점은 185℃이다. 보호 재료가 적용될 때 땜납 재료(16)가 다시 흐르지 않도록 땜납 재료(16)의 용융점은 땜납재료(18)의 용융점보다 높다.
HTS 가 연결되면(즉, HTS 성분(12,14)을 땜납 연결시킴으로써) 연결된 와이어는 보호재료에 의해 라미네이션(lamination)된다. 한 구체예에서 보호재료(20)는 스테인레스강(예컨대 3/6 스테인레스강)이지만 구리, 베릴륨-구리합금과 같은 다른 보호재료가 사용될 수도 있다. 보호재료(20)는 희귀금속 매트릭스를 보호하는데 사용될 수도 있다. 은이 와이어 재료로 사용될 때 보호재료(20)는 은을 보호하여 라미네이트를 더욱 견고하게 만든다.
보호재료(20)는 땜납재료(18)를 사용하여 연결된 와이어에 연결된다. 예시적인 땜납재료(18)는 3% Ag/97% Pb, 10% Sn/88% Pb/2% Ag, 5% Sn/95% Pb, 5% Sn/94% Pb/2% Ag, 3% Sn/97% Pb, 63% Sn/37% Pb, 62% Sn/36% Pb/2% Ag 및 60% Sn/40% Pb를 포함한다. 이들 땜납조성물 중 처음 5 가지 조성물은 비교적 높은 용융점을 가지므로 재료(16)로 선호되고 나중 3 가지 조성물은 용융점이 낮아서 재료(18)로 선호된다. 땜납(16)의 용융점은 땜납(18)보다 높아서 땜납(18)이 적용될 때 땜납 조인트가 다시 흐르지 않는다. 필요하다면, 두 개의 보호재료 롤, 즉, 연결된 HTS 와이어롤 위에 있는 하나와 와이어 아래에 있는 하나를 사용하여 연결된 와이어에 보호재료(20)를 라미네이션 시킬 수 있다. 이후에 3 개의 롤이 땜납조에 통과되어서 적층된 와이어를 형성한다. 초전도 와이어 라미네이션 방법은 미국특허 5,801,124(1998, 9%) 및 미국특허출원 08/701,375, 08/705,811 (1996, 8, 30)에 발표된다.
코일 분야에서처럼 보호재료가 항상 필요한 것은 아니다. 그러나 보호재료는 와인딩 측면에서 불량한 기계적 성능과 관련된 문제를 감소시키기 위해서 사용된다.
본 발명에 따라 형성된 결과의 라미네이트(10)는 임계전류 저하가 연결된 중첩 길이를 가로질러 최소화된다는 점에서 유리하다(도 1에서 y로 도시된). 이렇게 형성된 조인트는 탁월한 강도를 보이며 조인트에서 국지적 응력변형 농축(킨킹(kinking), 굴곡 및 비틀림에 의한)을 최소화하며 저항이 적고 연결된 와이어의 임계 전류 저하가 최소화된다.
또한 라미네이트가 구부려지거나 감길 경우에도 임계전류 저하를 최소화하는 방식으로 라미네이트가 형성될 수 있다. 예컨대 전력 전송라인으로 사용하기 위해서 라미네이트 조인트(10)가 맨드렐 또는 튜브 주위에 감길 수 있다. 라미네이트 조인트를 형성하는 다양한 연결 모양 또는 구성이 도 2a-2e에 도시된다. 이들 연결 구성은 라미네이트가 최소한의 임계 전류 저하로 맨드릴 주위에 감길 수 있도록 HTS 성분을 연결하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 굽힘 또는 감기 공정을 감안한 라미네이트 조인트를 제공하기 때문에 공지의 HTS 성분 연결기술에 비해서 상당한 개선점을 제공한다.
예컨대 조인트 재료의 증가된 표면적 때문에 저항을 최소화하기 위해서 연결된 와이어의 더욱 긴 중첩이 대체로 바람직하다(도 1 및 2에서 y로 도시된). 그러나 맨드릴 주위에 라미네이트가 감길 수 있는 상황에서 더욱 짧은 중첩이 일반적으로 바람직하다. 본 발명에 따라 형성된 라미네이트 조인트는 이러한 변수를 감안하고 임계 전류 저하를 최소화하도록 디자인된다. 한 구체예에서 본 발명에 따른 중첩은 길이가 5-15㎝ 이다. 그러나 이러한 중첩 길이는 적용분야에 따라 변할 수 있다.
도 2a-2e에서 본 발명에 따른 고온 초전도체 조인트의 여러 가지 연결 모양을 나타내는 평면도가 도시된다. 도 2a-2e 는 보호재료(20)가 없이 도시된다. 도 2a-2e 의 조인트는 라미네이션 될 수 있다.
도 2a 는 수직 구성을 보여준다. 즉, HTS 성분(12, 14)의 각 단부(12a, 14a)가 중첩부(y)에 대해서 수직이다. 성분(12,14)은 땜납(16)을 사용하여 연결된다. 도 2a 의 조인트는 전기모터, 발전기 및 변압기에 사용되는 코일 모양 용도에 바람직하다.
한 구체예에서 비-수직 단부를 갖는 HTS 성분을 활용하는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 이러한 경우에 HTS 성분은 90° 이상의 예정된 각도를 갖는 연결 구성또는 스플라이스 구조를 하는 단부를 갖는다. 맨드렐 주위에 연결된 와이어를 감을 때 연결된 성분의 단부를 이러한 감기를 촉진하는 각도 및 구성을 가지도록 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 구성의 예는 도 2b-2e에 도시된다.
도 2b에서 HTS 성분(12)의 단부(12a)는 삼각형 단부 형태로 구성된다. θ1 과 θ2 는 4-60°이다. θ1 과 θ2 가 동일할 필요는 없지만 동일한 각도가 선호된다. 도 2b에서 HTS 성분(14)의 단부(14a)는 유사하게 삼각형 단부 형태로 구성되며 θ3 및 θ4 4-60° 이고 θ3 및 θ4 의 각도를 동일할 필요는 없지만 동일한 각도가 선호된다.
활용분야에 따라서 거리(x)는 변화될 수 있다. 한 구체예에서 연결된 재료가 비교적 적은 직경의 튜브 또는 맨드렐 주위에 감길 때 휨을 방지하기 위해서 비교 적 긴 길이(x)(중첩 거리(y)에 비해서)를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에 각도 θ1, θ2, θ3 및 θ4 역시 변화된다. 또다른 상황에서 연결된 재료가 비교적 큰 직경의 튜브 또는 맨드렐 주위에 감길 때 휨을 방지하기 위해서 비교적 짧은 길이(y)가 바람직하다. 이러한 방식으로 연결된 와이어의 모양이 큰 임계 전류 저하없이 맨드렐과 함께 사용하도록 변경될 수 있다.
스플라이싱 기하의 또다른 구체예가 도 2c에 도시된다. 도 2c에서 HTS 성분(12)의 단부(12a)는 대각선 단부(즉 경사진)를 가진다. θ5 는 4-60°이다. 유사하게 단부(14a) 역시 대각선 단부이고 θ6 는 4-60°이다. 도 2d 의 구체예는 단부(12a, 14a)가 대각선 단부를 가진다는 점에서 도 2c 와 유사하다. 도 2d에서 θ8 은 90°이상이지만 도 2c 의 θ6 는 90° 미만이다. θ7 은 4-60°이다.
도 2e 는 본 발명의 또다른 구체예를 보여준다. 이 구체예에서 HTS 성분(12)의 단부(12a)는 역삼각형 형태로 구성된다. θ9 및 θ10 은 삼각형 구성을 형성한다. 유사하게 단부(14a)도 역삼각형 구성을 가지며 θ11 및 θ12 역시 삼각형 구성을 형성한다.
도 2a-2e 에 도시된 구체예는 임계전류 저하없이 맨드렐 주위에, 적층된 연결된 와이어가 감길 수 있게 한다. 도 2b-2e 의 구성은 비틀림없이 라미네이트를 구부리거나 감을 수 있게 한다. 도 3a-3c 는 맨드렐과 조합된 도 2b, 2c 및 2e 의 조인트를 보여준다. 적용분야에 따라서 맨드렐 구성 재료는 변화될 수 있다. 전력 전송라인의 경우에 맨드렐(22)은 스테인레스강, 구리 또는 알루미늄으로 형성된다.
본 발명은 기계적 비틀기 공정동안 연결된 HTS 와이어의 기계적 성능을 향상시키는 방법을 제공한다. 특히 본 발명은 최소한의 임계 전류 저하와 국지적 응력변형 농축으로 연결된 HTS 성분을 제공한다.
맨드렐과 스플라이스를 따라 감긴 테이프 사이에 갭형성을 최소화시키는 스플라이스 기하가 선택된다. 조인트에서 중첩 길이는 맨드렐 또는 튜브의 직경, 저항, 피치와 같은 변수를 고려하여 길어지거나 단축될 수 있다. 비-수직 기하가 사용될 때 스플라이스 구성은 더 긴 절단을 허용하므로 더욱 점차적인 두께 변화를 가능케한다. 이것은 맨드렐 주위에 감기 공정을 할 때 유리하다. 본 발명에 의해 제공되는 스플라이스 기하의 장점은 저항을 최소화할 수 있다는 것이다. 두 개 이상의 HTS 테이프가 본 발명에 따라서 연결될 때 스플라이스 기하와 결과의 전류 분포에 의해서 조인트의 저항이 최소화된다.
이들 연결기술은 코어 주위에 다중 초전도 필라멘트를 포함하는 초전도 케이블 형성에 적용될 수 있다. 본 발명과 함께 사용하기 적합한 케이블 구성은 유럽특허 0 786 783에 발표된다.
실시예 1
도 2a 에 도시된 스플라이스 기하를 가지며 스테인레스강으로 라미네이션된 은 와이어를 연결후 임계전류 저하 테스트한다. 이 실시예에서 와이어 라미네이트는 굽혀지지 않으며 와이어 라미네이트를 구부리지 않고 연결하기 전 및 후 임계 전류가 측정된다.
스테인레스강으로 라미네이션 된 은 와이어는 0.162 인치의 폭과 0.0125 인치의 두께를 가진다. 랩-조인트용 라미네이트를 절단하기 전 다양한 지대에서 임계 전류가 표 1 에 제시된다.
랩-조인트용 절단전
샘플 ID 길이(㎝) 임계전류(A) (제로 비저항의 경우 1㎶/㎝ 기준을 사용)
와이어길이 18620 28.1
제 1 지대 1960 27.7
제 2 지대 1960 30.5
제 3 지대 1960 29.5
제 4 지대 1960 29.3
제 5 지대 1960 28.5
제 6 지대 1960 27.7
제 7 지대 1960 27.1
제 8 지대 1960 27.3
제 9 지대 1960 29.1
제 10 지대 980 28.1

도 2a 에 도시된 대로 배열되고 지대 5에서 51/2인치 랩-조인트 용으로 라미네이트를 절단한 후 다양한 지대에서의 임계 전류가 표 2 에 제시된다.
섹션 5에서 51/2 인치 랩-조인트용으로 절단된 후
샘플 ID 길이(㎝) 임계전류(A) (제로 비저항의 경우 1㎶/㎝ 기준을 사용)
와이어길이 18606 27.9
제 1 지대 1960 27.3
제 2 지대 1960 30.1
제 3 지대 1960 29.1
제 4 지대 1960 28.9
제 5 지대 1960 28.1
제 6 지대 1960 27.3
제 7 지대 1960 26.9
제 8 지대 1960 26.7
제 9 지대 1960 28.7
제 10 지대 980 27.7

랩-조인트를 포함한 섹션 5에서 임계 전류는 다른 지대보다 스플라이싱 공정에 의해 더 많이 저하되지 않는다.
실시예 2
이 실시예에서 304 스테인레스강으로 라미네이션된 은 BSCCO (비스무트, 스트론튬, 칼슘, 구리 및 산소) 멀티-필라멘트 와이어 샘플에 대한 임계 전류 저하 테스트가 수행된다. 일부 와이어는 샘플에 스플라이스 없이 테스트되고 일부는 샘플에 스플라이스를 포함시켜 테스트된다. 모든 와이어는 50㎝ 길이를 가진다. 스플라이스를 포함한 샘플은 도 2b 에 도시된 스플라이스 기하를 가진다. x 값은 1㎝이고 y 값은 5㎝이다. 트위스트 테스트 전후에 샘플의 임계 전류가 측정된다. 결과는 표 3 에 제시된다.
트위스트 전후 임계 전류
트위스트전 트위스트 후
스플라이스 길이 IC(A) (제로 비저항에 대해 1㎶/㎝ 기준을 사용) IC(A) (제로 비저항에 대해 1㎶/㎝ 기준을 사용) 보존율%
없음 60.38 54.7 91
없음 60.998 57.2 94
없음 66.98 58.4 96
없음 58.77 56.6 96
5 ㎝ 58.7 53.7 91
5 ㎝ 60.58 57.8 95
5 ㎝ 37.8 36 95
5 ㎝ 43.8 42.6 97

트위스트 테스트는 31㎜ 직경 맨드렐 주위에 30° 피치로 10번 와이어를 나선형으로 감는 과정을 포함한다. 이후에 맨드렐을 16° 트위스트하여 와이어에 인장 응력 변형을 일으킨다. 표 3에서 알 수 있듯이 스플라이스 없는 샘플에서 트위스트후 임계 전류 보존 비율은 91-96% 이다. 5 ㎝ 스플라이스를 포함한 샘플에서 트위스트후 임계 전류 보존 비율은 91-97% 이다. 따라서 스플라이스가 있든 없든 상관없이 와이어의 임계 전류 저하는 측정할 수 없다.
실시예 3
이 실시예에서 도 2a 의 스플라이스 기하를 가지며 스테인레스강 라미네이션 된 BSCCO 은 와이어가 사용되어 다양한 각도에서 임계 전류 보존 테스트가 수행된다. 31 ㎜ 맨드렐 주위에 30° 피치로 와이어를 갖는 맨드렐은 12-24° 비틀어서 와이어상에 응력변형을 증가시킨다. x 값은 1.5 ㎝이고 y 값은 5 ㎝ 이다. 테스트 결과는 표 4 에 제시된다.
임계 전류 보존
트위스트 각도 최소 IC(A) (제로 비저항의 경우에 1㎶/㎝ 기준 사용) 평균 IC 보존
12° 25-52 96
16° 21-49 96
20° 34-58 93
24° 30-53 92

평균 임계 전류 보존은 트위스트 각도 증가시 감소하였지만 모든 경우에 90% 이상으로 유지된다.
실시예 4
이 실시예에서 도 2b 에 도시된 스플라이스 기하를 가지는 4 개의 스플라이스가 사용되어서 기계적(트위스트)테스트동안 스플라이스/테이프의 기계적 성능을 평가한다. 31㎜ 직경 맨드렐 주위에 30° 피치로 4 개의 스플라이스가 감기고 은 BSCCO(비스무트, 스트론튬, 칼슘, 구리 및 산소) 멀티-필라멘트 와이어를 사용하여 10회 16°에서 트위스트 테스트가 수행된다. 스플라이스 포함여부에 관계없이 임계 전류 보존은 95% 이상이다.
77K에서 스플라이스의 측정된 저항은 스플라이스 한면에서 6 ㎝ 전압 탭을 써서 측정된다. 전류대 전압 그래프가 도 4 에 도시된다. 전류-전압 곡선의 기울기로부터 측정된 저항은 50 나노-오옴으로 측정되었다.
본 출원은 참고 문헌으로 "Methods for Joining High Temperature Superconducting Components in Manufacture in Accordance Therewith,"(대리인 0019696-0144)을 포함한다.

Claims (32)

  1. 제 1 및 제 2 단부를 갖는 제 1 고온 초전도 성분; 일부가 제 1 고온 초전도 성분의 적어도 일부에 부착된 제 1 땜납재료층;
    땜납층 부위에 적어도 일부가 부착되며 제 1 및 제 2 단부를 갖는 제 2 고온 초전도 성분;
    제 1 및 제 2 고온 초전도 성분에 연결된 보호층을 포함한 고온 초전도 제품에 있어서,
    땜납 재료에 부착된 제 1 고온 초전도 성분의 일부와 땜납 재료에 부착된 제 2 고온 초전도 성분의 일부가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분의 임계 전류의 80% 이상인 임계 전류를 갖는 중첩 세그멘트를 형성하고, 중첩 세그멘트 길이의 100배 이상인 제품 길이에 걸쳐서 중첩 세그멘트 임계 전류는 1㎶/㎝ 기준을 사용하여 측정됨을 특징으로하는 고온 초전도 제품.
  2. 제 1 항에 있어서, 중첩 세그멘트가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분 임계 전류의 85% 이상인 임계 전류를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  3. 제 1 항에 있어서, 중첩 세그멘트가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분 임계 전류의 90% 이상인 임계 전류를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  4. 제 1 항에 있어서, 중첩 세그멘트가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분 임계 전류의 95% 이상인 임계 전류를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  5. 제 1 항에 있어서, 중첩 세그멘트가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분 임계 전류의 99% 이상인 임계 전류를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분이 동일 재료로 구성됨을 특징으로 하는 제품.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 1 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 삼각형 단부를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  8. 제 7 항에 있어서, 제 2 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 삼각형 단부를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  9. 제 8 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 중첩 세그멘트 길이를 형성함을 특징으로 하는 제품.
  10. 제 1 항에 있어서, 제 1 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 대각선 단부를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 2 초전도 성분의 제 1 단부가 대각선 단부를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 중첩 세그멘트 길이를 형성함을 특징으로 하는 제품.
  13. 제 1 항에 있어서, 제 1 초전도 성분의 제 1 단부가 역삼각형 단부를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 2 초전도 성분의 제 1 단부가 역삼각형 단부를 가짐을 특징으로 하는 제품.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 중첩 세그멘트 길이를 형성함을 특징으로 하는 제품.
  16. 제 1 항에 있어서, 스테인레스강, 구리, 구리-베릴륨 합금, 니켈 기초 초합금, 니켈-철 기초 초합금에서 선택된 보호층을 포함함을 특징으로 하는 제품.
  17. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 고온 초전도체가(Bi, Pb) SSCO 또는 YBCO 임을 특징으로 하는 제품.
  18. 제 1 항에 있어서, 보호층이 제2 땜납 재료에 의해 부착됨을 특징으로 하는 제품.
  19. 제 18 항에 있어서, 제 2 땜납 재료가 제 1 땜납 재료보다 낮은 용융점을 가짐을 특징으로 하는 제품.
  20. 제 1 및 제 2 단부를 갖는 제 1 고온 초전도 성분을 제공하고;
    제 1 및 제 2 단부를 갖는 제 2 고온 초전도 성분을 제공하고;
    제 1 및 제 2 고온 초전도 성분에 땜납층을 처리하여 조인트를 형성하고;
    제 1 및 제 2 고온 초전도 성분에 보호층을 처리하는 단계를 포함하는 고온 초전도 성분 연결 방법에 있어서;
    땜납 재료에 부착된 제 1 고온 초전도 성분의 일부와 땜납 재료에 부착된 제 2 고온 초전도 성분의 일부가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분의 임계 전류의 80% 이상인 임계 전류를 갖는 중첩 세그멘트를 형성하고, 중첩 세그멘트 길이의 100배 이상인 제품 길이에 걸쳐서 중첩 세그멘트 임계 전류는 1㎶/㎝ 기준을 사용하여 측정됨을 특징으로 하는 연결방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 중첩 세그멘트가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분 임계 전류의 85% 이상인 임계 전류를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 중첩 세그멘트가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분 임계 전류의 90% 이상인 임계 전류를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 중첩 세그멘트가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분 임계 전류의 95% 이상인 임계 전류를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 20 항에 있어서, 중첩 세그멘트가 제 1 및 제 2 고온 초전도 성분 임계 전류의 99% 이상인 임계 전류를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 20 항에 있어서, 제 1 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 삼각형 단부를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 제 2 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 삼각형 단부를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 20 항에 있어서, 제 1 고온 초전도 성분의 제 1 단부가 대각선 단부를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 제 2 초전도 성분의 제 1 단부가 대각선 단부를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 20 항에 있어서, 제 1 초전도 성분의 제 1 단부가 역삼각형 단부를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 제 2 초전도 성분의 제 1 단부가 역삼각형 단부를 가짐을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 20 항에 있어서, 보호층이 제2 땜납 재료에 의해 부착됨을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 제 2 땜납 재료가 제 1 땜납 재료보다 낮은 용융점을 가짐을 특징으로 하는 방법.
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