KR100834115B1 - 2축 배향성을 갖는 금속 선재를 제조하기 위한아이비에이디 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초전도 선재의 모재로서 이용될 수 있는 2축 배향성을 갖는 금속 선재를 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템은 초전도 선재의 모재인 금속선재에 연속적으로 2축 배향박막을 증착하도록 상기 금속선재를 증착영역에서 멀티턴시키기 위한 제1릴부재와 제2릴부재를 갖는 릴투릴 장치; 상기 릴투릴 장치에 의해 멀티턴되는 금속선재를 가열하기 위한 가열부재; 상기 증착영역을 통과하는 금속선재에 물질을 증착하기 위한 증착부재; 및 금속선재에 증착되는 박막에 이온빔을 조사하는 이온주입부재를 포함한다.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2축 배향성을 갖는 금속 선재를 제조하기 위한 IBAD(Ion Beam Assisted Deposition) 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 2는 릴투릴 장치에 의해 멀티턴하는 금속선재를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 표시된 a-a 선 단면도를 보여주는 도면이다.
도 4는 지지플레이트를 보여주는 도면이다.
도 5는 상부 챔버의 요부를 보여주는 도면이다.
도 6는 조절부재를 보여주는 도면이다.
도 7은 증착영역을 조절하기 위한 조절부재가 설치된 상부챔버를 보여주는 도면이다.
도 8a는 대향되는 로드간의 간격이 가깝게 조절한 조절부재를 보여주는 도면이다.
도 8b는 대향되는 로드간의 간격이 넓게 조절한 조절부재를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
20 : 상부 챔버 30 : 하부 챔버
100 : 증착부재 200 : 이온주입부재
400 : 이송부 500 : 가열부재
600 : 지지플레이트 700 : 조절부재
본 발명은 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초전도 선재의 모재로서 이용될 수 있는 2축 배향성을 갖는 금속 선재를 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다.
잘 알려진 것처럼, 초전도체(superconductor)는 직류 전류에 대한 전기적 저항이 없는 완전 도체(perfectly conducting body)이다. 상기 초전도체는 임계 온도의 크기에 따라 저온 초전도체 및 고온 초전도체로 구분될 수 있으며, 초전도 물질의 종류에 따라서는 금속 초전도체, 산화물 초전도체 및 유기물 초전도체 등으로 구분될 수 있다. 상기 산화물 초전도체는 상기 금속 초전도체 및 유기물 초전도체에 비해 월등히 높은 임계 온도를 갖기 때문에, 통상적으로 '고온 초전도체'라고 불린다.
상기 산화물 초전도체는 1986년 스위스의 IBM 연구소의 베드노르츠(A. Bednortz)와 뮐러(Karl A. Muller)에 의해 La-Ba-Cu-O가 35K에서 초전도 성질을 갖는다는 사실을 발견한 이래, 액체질소의 비등점보다 높은 임계온도(Tc)들을 갖는 초전도체들(예를 들면, Y1Ba2Cu3O7 (Tc=92K), 비스무스 화합물 Bi2Sr2Ca1Cu2O8 (Tc=110K), 탈륨화합물 Tl2Ba2Ca2Cu3O10 (Tc=125K) 및 수은화합물 HgBa2Ca2Cu3O8 (Tc=133K) 등)이 차례로 합성되었다. 이때, 상기 액체 질소는 저렴한 냉매라는 점에서, 상기 고온 초전도체를 다양한 산업 분야에서 이용할 수 있게 되었으며, 이에 대한 연구가 현재 활발하게 수행되고 있다.
이러한 산업적 이용에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 초전도체는 손실이 없는 송전선, 강한 자기장 또는 안정된 자기장을 발생시키는 초전도 자석, 에너지 저장 장치, 모터, 발전기, 변압기 등과 같은 큰 전류를 발생시키거나 수송하는 전력 분야 및 초전도 자기부상열차 및 초전도 추진 선박 등과 같은 교통 분야에서 이용될 수 있다. 이러한 분야에서는 통상적으로 선재 형태의 초전도체(이하, 초전도 선재)가 사용된다. 또한, 상기 초전도체는 박막의 낮은 전류 손실 특성을 이용하는 수동 소자 및 초전도 접합을 이용하는 조셉슨 접합(Josephson junction) 등과 같은 능동 소자에 이용될 수 있으며, 이러한 분야에서는 박막 형태의 초전도체가 사용된다.
특히, 상기 고온 초전도체를 전성이나 연성이 우수한 Ni 등의 금속 테이프 위에 증착한 박막형 초전도 선재는 일반적인 금속선보다 월등히 우수한 단위 면적당 전류 수송 능력을 갖기 때문에, 최근 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 상기 고온 초전도체는 다수의 결정립들(grains)이 무질서하게 결합된 다결정 상태이기 때문에, 그 초전도 특성(특히, 임계 전류 밀도)을 향상시키기 어려운 문제를 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 고온 초전도체의 각 결정립들은 일 방향(예를 들면, 기판 표면에 수직한 방향)(즉, c축)으로 배향되지만 다른 두 방향 들(즉, a 및 b 축)에서는 무질서하게 배향되기 때문에, 인접하는 두 결정립들 사이의 결정각(이하, 경계각)은 다양한 값들을 가질 수 있다. 그 결과, 초전도 특성을 결정하는 초전도 결맞음(superconducting coherence) 또는 양자적 결합성(quantum coupling)이 상실되는 문제를 나타난다.
특히, 단위 면적당 흐를 수 있는 최대 전류 밀도를 나타내는 초전도체의 임계 전류 밀도는 상기 경계각이 작아질수록 증가한다는 점에서, 상기 결정립의 경계각을 줄이는 것이 요구된다. 예를 들면, 상기 경계각이 10도 이상일 경우, 초전도체의 임계 전류 밀도가 급속히 감소한다. 종래 기술에 따르면, 이러한 무질서한 경계각에 의한 임계 전류 밀도의 감소를 해결하기 위한 방법으로, RABiTS(rolling assisted biaxially textured substrate) 기술 및 IBAD(ion beam assisted deposition) 기술 등이 제시되었다. 이 기술들은 YBCO 등의 희토류계 산화물 고온 초전도체가 박막의 평면 방향으로 2축 배향(biaxial alignment)을 갖도록 만드는 방법에 관한 것들이다.
이중에서 상기 IBAD 기술은 긴 금속기판을 가열하여 박막 증착과 동시에 기판을 향해 이온빔을 주입하여 2축 배향성을 갖는 박막을 증착하는 것이다. 이때, 긴 금속기판은 연속적으로 공급되며 흔들림과 변형 그리고 쳐짐 없이 연속적으로 일정한 장력을 유지하며 이송되어야 한다. 특히, 초전도 박막선재 제조에 사용되는 금속기판 이송의 경우 가로세로비(aspect ratio)가 40 이상으로 매우 커서 횡방향 변형이 일어나기 쉽다. 또한 고온으로 가열된 금속 기판이 복수의 턴으로 감겨 이송되는 경우 각 턴의 마찰 차이로 인하여 불균일 장력 분포가 일어나 금속 기판이 파손 및 변형될 수 있다.
본 발명은 IBAD 방법을 이용하여 긴 금속기판에 연속 증착시 복수의 턴으로 감겨 이송되는 금속기판의 장력 불균일에 따른 기판의 변형 및 파손을 방지할 수 있는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 100m 이상 길이의 금속 기판을 변형 없이 안정적으로 이송하면서 IBAD 방법을 이용하여 금속기판에 연속 증착할 수 있는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고속 이동하는 금속기판의 진동을 방지할 수 있는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 IBAD 방법을 이용하여 긴 금속기판에 연속 증착시 고속 이동하는 금속기판의 증착 영역을 조절할 수 있는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 IBAD 방법을 이용하여 긴 금속기판에 물질을 연속 증착시 금속기판을 가열하는 히터로 물질이 증착되는 것을 방지할 수 있는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템은 초전도 선재의 모재인 금속선재에 연속적으로 2축 배향박막을 증착하도록 상기 금속선재를 증착영역에서 멀티턴시키기 위한 제1릴부재와 제2릴부 재를 갖는 릴투릴 장치; 상기 릴투릴 장치에 의해 멀티턴되는 금속선재를 가열하기 위한 가열부재; 상기 증착영역을 통과하는 금속선재에 물질을 증착하기 위한 증착부재; 및 금속선재에 증착되는 박막에 이온빔을 조사하는 이온주입부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1릴부재와 상기 제2릴부재 각각은 샤프트와, 제1베어링에 의해 상기 샤프트에 회전가능하게 설치되며 상기 증착영역에서 금속선재를 멀티 턴시키기 위한 복수의 릴을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 각각의 릴은 이웃하는 릴과는 서로 간섭받지 않고 금속선재와의 마찰에 의해서만 독립적으로 회전된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제1릴부재와 상기 제2릴부재 각각은 상기 릴과 릴 사이에 제2베어링이 설치된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 각각의 릴은 횡방향 변형을 방지하기 위해 금속선재와 접촉하는 릴의 접촉면 양쪽으로 턱이 형성된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 릴은 금속선재와 접촉하는 접촉면이 금속선재와의 마찰을 최소화하기 위해 거울면으로 가공 또는 도금처리된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 릴의 표면은 금속선재와 강도 및 경도가 같거나 또는 큰 재질로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 시스템은 상기 증착영역을 조절하기 위한 조절부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 조절부재는 브라켓과; 상기 브라켓에 설치 되는 다수의 로드들을 포함하며, 상기 로드들은 상기 증착영역을 통과하는 금속선재의 노출길이를 조절하기 위해 금속선재의 길이방향으로 이동 가능하게 상기 브라켓에 설치된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 시스템은 상기 증착영역을 통과하는 금속선재의 진동 및 뒤틀어짐을 방지하기 위해 금속선재의 배면을 지지하는 지지플레이트를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 지지플레이트는 금속선재를 지지하는 평평한 지지면과, 상기 지지면의 양단으로부터 일정 경사각을 갖고 연장 형성되는 경사면을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 지지플레이트는 상기 가열부재의 빛이 금속선재로 제공되도록 투명한 석영소재로 이루어진다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 8b를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2축 배향성을 갖는 금속 선재를 제조하기 위한 IBAD(ion beam assisted deposition) 시스템을 보여주는 구성도이다.
여기서, 금속선재는 고온초전도(HTS : High Temperature Superconductor) 선재(wire)의 모재로서 이용된다. 본 발명의 IBAD 시스템은 금속선재의 표면에 YSZ, GZO, MgO 등의 물질을 2축 배향시킨 후에 CeO2, LMO, STO, SRO등의 산화물막을 증착하는 IBAD 템플릿 공정을 진행하게 된다.
도 1을 참조하면, 2축 배향성을 갖는 금속 선재를 제조하기 위한 IBAD 시스템(10)은 크게 상부 챔버(20)와 하부 챔버(30)로 이루어진다. 상부 챔버(20)와 하부 챔버(30)는 격벽(40)에 의해 구획되며, 격벽(40)에는 오프닝(42)이 형성되어 있어 상부 챔버(20)와 하부 챔버(30)를 연결한다. 여기서 격벽(40)에 형성된 오프닝(42)은 증착영역에 해당된다.
하부챔버(30)에는 증착영역을 통과하는 금속선재(1)에 물질을 증착하기 위한 증착부재(100)와, 금속선재(1)에 증착되는 박막에 이온빔을 조사하는 이온주입부재(200)가 설치된다. 물질을 금속선재에 증착시키는 장치(100)로는 스퍼터(sputter), 펄스레이저증착(pulsed laser deposition;PLD), 증착(evaporation), 씨브이디(chemical vapor deposition), 이온빔 스퍼터링(ion beam sputtering), 전자빔 증착(e-beam evaporation) 등이 있으며, 본 실시예에서는 전자빔 증착 장치가 사용된다. 그리고 이온주입부재(200)의 금속선재(1)에 대한 입사각도는 45도로 이루어진다.
참고로, 하부챔버(30) 외부에는 박막 증착시 박막의 결정학적 방위를 인시츄(in-situ)로 관찰하기 위해 필요한 표면구조 분석장치의 하나인 고속 전자선 회절(RHEED;Reflection High Energy Electron Diffraction) 장비가 설치된다. 고속 전자선 회절장비(300)는 금속선재(1)의 표면에 1-3도 정도의 작은 각으로 빔을 입사시키는 건(gun)(310)과, 반사/회절된 빔이 건의 반대편에 있는 스크린(screen)(320)에 맞으면 이를 촬영하는 씨씨디(CCD) 카메라(330)를 포함한다.
한편, 상부 챔버(20)에는 이송부(400), 가열부재(500), 지지플레이트(600) 그리고 조절부재(700)가 설치된다. 이송부(400)는 테이프 타입의 긴 금속선재(1)에 연속적으로 2축 배향박막을 증착하도록 금속선재(1)를 증착영역인 오프닝(42) 선상에서 멀티턴(multi turn)시키기 위한 것이고, 가열부재(500)는 이송부(400)에 의해 멀티턴되는 금속선재(1)를 가열하기 위한 것이며, 지지플레이트(600)는 멀티턴되는 금속선재(1)의 진동 및 뒤틀어짐을 방지하기 위한 것이며, 조절부재(700)는 증착영역인 오프닝(42)의 크기를 조절하기 위한 것이다.
먼저, 이송부(400)는 금속선재(1)가 감겨져 있는 공급릴(410), 공급릴(410)로부터 제공된 금속선재(1)를 증착영역인 오프닝(42)선상에서 멀티턴시키기 위한 릴투릴(reel to reel) 장치(420) 그리고 릴투릴 장치(420)에 의해 오프닝(42)선상에서 멀티턴되면서 연속적으로 2축 배향박막이 증착된 금속선재(1)가 감겨지는 회수릴(440)을 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 릴투릴 장치(420)는 오프닝(42)을 사이에 두고 서로 이격되어 설치되는 제1릴부재(422a)와 제2릴부재(422b)로 이루어진다. 제1릴부재(422a)와 제2릴부재(422b)는 증착영역에서 금속선재(1)를 14번 턴시키기 위한 14개의 릴(424)을 포함한다. 각각의 릴(424)들은 독립적으로 구동되며, 이웃 하는 릴(424)과는 서로 간섭되지 않고 오직 금속선재(1)와의 마찰에 의해서는 회전된다. 제1릴부재(422a)와 제2릴부재(422b)는 금속선재(1)가 1턴 천이할 때 횡으로 이동하는 1피치의 절반(1/2) 위치만큼 어긋나게 배치된다.
도 3은 제1릴부재의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제1릴부재(422a)는 샤프트(426)와, 14개의 릴(424)을 갖는다. 각각의 릴(424)은 이웃하는 릴과 0.5mm의 간격을 두고 제1베이링(427a)에 의해 샤프트(426)에 회전가능하게 설치된다. 즉, 각각의 릴(424)은 독립적으로 회전되며, 이웃하는 릴(424)과는 서로 간섭받지 않도록 릴과 릴 사이에 제2베어링(427b)이 설치된다. 이처럼, 릴(424)들은 오직 금속선재(1)와의 마찰에 의해서만 회전된다.
각각의 릴(424)은 횡방향 변형을 방지하기 위해 금속선재(1)와 접촉하는 릴(424)의 접촉면(429) 양쪽은 3mm 이상의 턱(425)을 형성하는 것이 바람직하며, 금속선재(1)의 입사각(0~10도) 이내의 각도를 이루도록 한다. 릴(424)의 접촉면(429) 폭은 금속선재(1)의 폭과 같거나 또는 10% 이내로 크게 이루어진다. 금속선재(1)가 1턴 이동시 접촉하는 릴(424)의 수는 2개 이상이며, 이때 금속선재(1)와의 마찰을 최소화하기 위해 릴(424)의 접촉면(429)은 거울면으로 가공 또는 도금처리된다. 금속선재(1)와 접촉하는 릴(424)의 표면 재료는 금속선재(1)와 강도 및 경도가 같거나 또는 큰 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 릴투릴 장치(420)를 이용하여 긴 금속선재(1)를 증착영역인 오프닝(42)선상에서 멀티턴시키는 경우 금속선재(1)의 장력 불균일에 따른 금속선재의 변형 및 파손이 일어나지 않는다. 또한, 릴투릴 장치(420)를 이용하면 금속 선재(1)를 일정장력 및 일정속도를 유지시키면서 멀티턴 시킬 수 있다. 따라서, 릴투릴 장치(420)를 갖는 IBAD 시스템(10)은 100m 이상 길이의 금속선재를 변형없이 안정적으로 2축 배향성을 갖는 박막을 증착할 수 있다.
가열부재(500)는 할로겐 램프로 이루어지며, 릴투릴 장치(420)에 감겨져 멀티턴되는 금속선재(1)를 400-500℃의 고온으로 가열하기 위해 제1릴부재(422a)와 제2릴부재(422b) 사이에 배치된다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 지지플레이트(600)는 멀티턴되는 금속선재(1)의 진동 및 뒤틀어짐을 방지함과 동시에 금속선재(1)에 증착되는 물질이 가열부재(500)에 증착되지 않도록 실드(shield) 역할을 겸하게 된다. 지지플레이트(600)는 가열부재(500)와 증착영역인 오프닝(42)을 지나가는 금속선재(1) 사이에 배치되며, 금속선재(1)의 배면(2축 배향박막이 증착되는 면의 반대면)을 지지한다. 지지플레이트(600)는 중심선(c)을 기준으로 금속선재(1)를 가로지르는 Y축 방향으로 일정한 폭을 갖는 평평한 지지면(610)과, 지지면(610)의 양단으로부터 일정 경사각을 갖고 연장 형성되는 경사면(620) 그리고 경사면(620)의 끝단부에 형성되고 가열부재(500)에 끼워져 고정되는 고정부분(630)을 포함한다. 경사면(620)은 지지면(610)과 1도 미만의 각을 이루는 것이 바람직하며, 지지플레이트(600)는 지지면(610)이 증착영역인 오프닝(42)의 중앙을 Y축 방향으로 배치된다.
한편, 지지플레이트(600)는 가열부재(500)의 빛이 금속선재(1)로 제공되도록 투명한 석영(quartz)소재로 이루어진다. 이러한 지지플레이트(600)는 자체의 특성이 내열성 우수, 매우 적은 열팽창을 가지고 있어서 고온 열처리하는 공정에 적합 하며, 그 밖에 화학적으로 안정, 전기절연성 우수, 빛 투과성이 우수한 장점을 가지고 있어서, IBAD 제조 공정 중 400도 이상의 고온 공정에 사용하기 적합하다.
상술한 바와 같이, 지지플레이트(600)는 고속으로 이동하는 금속선재(1)에 진동 및 뒤틀어짐을 방지하여 증착 물질이 e-beam에 의해서 증발(evaporation)되어 금속선재(1) 표면에 증착시 균일하게 증착되면서 이동할 수 있도록 도와준다. 또한, 지지플레이트(600)는 가열부재(500)의 빛을 투과시켜 금속선재(1)에 제공하되, 증착 물질이 가열부재(500)에 증착되는 것을 차단하여 가열부재(500)의 수명 연장 및 기능 유지에 도움을 준다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 조절부재(700)는 증착영역인 오프닝(42)의 크기를 조절한다고 볼 수 있다. 조절부재(700)는 2개의 고정 브라켓(710a,710b)과 28개의 로드(720)들로 이루어진다. 도 6에 표시된 X축은 금속선재(1)가 이송되는 방향을 나타낸다. 여기서 로드(720)들은 석영재질로 이루어지며, 열처리하지 않은 불투명색을 갖는다.
2개의 고정 브라켓(710a,710b)은 오프닝(42)의 중심선(c)을 중심으로 양쪽에 대칭되게 배치된다. 각각의 고정 브라켓(710a,710b)에는 14개의 로드(720)들이 X축 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 즉, 양쪽 고정브라켓(710a,710b)에 서로 마주보도록 설치된 2개의 로드(720) 간의 간격은 1턴 하는 금속선재(1)가 증착영역으로 노출되는 간격에 해당되며, 대향되는 로드(720)간의 간격 조절을 통해 금속선재(1)가 증착영역으로 노출되는 간격을 조절할 수 있게 된다.
로드(720) 각각은 2개의 볼트(740)에 의해 고정 브라켓(710a,710b)에 고정된 다. 볼트 체결을 위해 고정 브라켓(710a,710b)에는 X축 방향으로 길게 형성된 장공의 제1체결홀(712)들이 형성되고, 로드(720)에는 원형의 제2체결홀(722)들이 형성된다. 로드(720)들은 고정 브라켓(710a,710b)에 설치되는 위치에 따라 그 길이를 달리 제작된다. 즉, 고정 브라켓(710a,710b)의 가장 자리에 설치되는 로드(720)들의 길이가 가장 길고, 중앙으로 갈수록 길이가 짧아지는 것이 특징이다. 2개의 고정 브라켓(710a,710b)에 28개의 로드(720)들이 설치되면 28개의 로드(720)들에 의해 원형에 가까운 개구가 제공되는 것을 알 수 있다. 즉, 로드(720)들이 고정 브라켓(710a,710b)에 설치되는 위치를 조절하거나 또는 로드(720)들의 길이를 달리하여 배치한다면 증착영역인 오프닝(42)의 크기를 조절할 수 있는 것이다.
예컨대, 금속선재(1)가 14번 턴 이동하면서 증착하는 IBAD 시스템(10)에서는 증착시 고려해야 할 사항 중 중요한 것은 이온 주입부재(200)의 특성인 사이즈 및 주입이온의 입사각에 따른 직진도이다. 본 실시예에 따른 IBAD 시스템(10)에 장착된 이온 주입부재(200)는 그리드(grid) 크기가 30cm, 빔 확산각(beam divergence angle)이 약 9도 정도되며, 증착영역에 대해서 45도의 입사각을 유지하고 있다. 본 발명에서는 이온 주입부재(200)의 특성에 따라 조절부재(700)의 로드(720)들의 위치를 X방향으로 좌우 이동하거나 다른 길이를 갖는 로드(720)들로 교체하는 것으로 증착 영역을 조절할 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 대향되는 로드(720)간의 간격이 가까워지도록 조절하면 금속선재(1)가 증착영역으로 노출되는 공간이 줄어들게 된다. 도 8b에서와 같이, 대향되는 로드(720)간의 간격이 멀어지도록 배치하면 금속선재(1)가 증착 영역으로 노출되는 공간이 넓어지게 된다.
상술한 바와 같이, IBAD 시스템(10)에 적용한 증착영역 조절을 위한 로드(720)들은 거의 단결정과 유사한 100m 이상의 장선화된 금속선재 제조를 위한 증착 공정의 균일성(uniformity), 재현성(reproducibility), 공정속도(throughput)의 최적화에 필수적이라고 할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이와 같은 본 발명은 긴 금속기판에 연속 증착시 복수의 턴으로 감겨 이송되는 금속기판의 장력 불균일에 따른 기판의 변형 및 파손을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 100m 이상 길이의 금속 기판을 변형 없이 안정적으로 이송할 수 있다.
또한, 본 발명은 긴 금속기판에 연속 증착시 고속 이동하는 금속기판의 진동을 방지할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 IBAD 방법을 이용하여 긴 금속기판에 연속 증착시 고속 이동하는 금속기판의 증착 영역을 조절할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 IBAD 방법을 이용하여 긴 금속기판에 물질을 연속 증착시 금속기판을 가열하는 히터로 물질이 증착되는 것을 방지할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
Claims (12)
- 삭제
- 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템에 있어서:초전도 선재의 모재인 금속선재에 연속적으로 2축 배향박막을 증착하도록 상기 금속선재를 증착영역에서 멀티턴시키기 위한 제1릴부재와 제2릴부재를 갖는 릴투릴 장치;상기 릴투릴 장치에 의해 멀티턴되는 금속선재를 가열하기 위한 가열부재;상기 증착영역을 통과하는 금속선재에 물질을 증착하기 위한 증착부재; 및금속선재에 증착되는 박막에 이온빔을 조사하는 이온주입부재를 포함하되;상기 제1릴부재와 상기 제2릴부재 각각은샤프트와, 제1베어링에 의해 상기 샤프트에 회전가능하게 설치되며 상기 증착영역에서 금속선재를 멀티 턴시키기 위한 복수의 릴; 및 상기 릴과 릴 사이에 설치되는 제2베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 각각의 릴은 이웃하는 릴과는 서로 간섭받지 않고 금속선재와의 마찰에 의해서만 독립적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 삭제
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 각각의 릴은 횡방향 변형을 방지하기 위해 금속선재와 접촉하는 릴의 접촉면 양쪽으로 턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 릴은 금속선재와 접촉하는 접촉면이 금속선재와의 마찰을 최소화하기 위해 거울면으로 가공 또는 도금처리되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 릴의 표면은 금속선재와 강도 및 경도가 같거나 또는 큰 것 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 시스템은상기 증착영역을 조절하기 위한 조절부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 제8항에 있어서,상기 조절부재는브라켓과;상기 브라켓에 설치되는 다수의 로드들을 포함하며,상기 로드들은 상기 증착영역을 통과하는 금속선재의 노출길이를 조절하기 위해 금속선재의 길이방향으로 이동 가능하게 상기 브라켓에 설치되는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 제2항에 있어서,상기 시스템은상기 증착영역을 통과하는 금속선재의 진동 및 뒤틀어짐을 방지하기 위해 금속선재의 배면을 지지하는 지지플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 지지플레이트는 금속선재를 지지하는 평평한 지지면과, 상기 지지면의 양단으로부터 일정 경사각을 갖고 연장 형성되는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
- 제10항에 있어서,상기 지지플레이트는 상기 가열부재의 빛이 금속선재로 제공되도록 투명한 석영소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 선재를 제조하기 위한 시스템.
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