KR101051139B1 - Ｒｅｂｃｏ-코팅된 도체 소자를 구비한 초전도성 케이블도체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 2 이상의 초전도성 도체 소자를 포함하는 적어도 하나의 층이 감겨있는 반송 소자를 포함하는 초전도성 케이블 도체에 관한 것으로서, 상기 각 층의 개별 도체 소자는 상호 이웃하게 배열되고 상기 초전도성 도체 소자는 희토류 구리산바륨에 기초한 초전도 물질, 바람직하게는 구리산이트륨바륨(yttrium barium cupurates)으로 코팅된 테이프형 기판으로부터 형성된다.
초전도 도체 소자, 구리산 바륨, 바륨 쿠프레이트, 이트륨, REBCO, 코팅 도체 소자

Description

ＲＥＢＣＯ-코팅된 도체 소자를 구비한 초전도성 케이블 도체 {Superconducting cable conductor with REBCO-coated conductor elements}
본 발명은, 희토류 구리산바륨(rare earth barium cuprates)에 기초한 초전도성 물질을 갖는 초전도성 케이블 도체에 관한 것으로, 상기 초전도성 물질은 테이프형 기판 상에 층 형태로 적용된다. 특히, 본 발명은 AC 제품을 위한 상기 형태의 초전도성 케이블 도체에 관한 것이다.
초전도성 케이블 도체는, 일반적으로 초전도성 도체 소자로서의 초전도성 와이어가 나선형으로 감긴 실린더형 반송 소자로부터 구성된다.
반송 소자는 전도성 혹은 비전도성 물질을 포함할 수 있고 보통 유연한 방식으로 구성된다.
초전도성 도체 소자는 상기 반송 소자 상에 1 이상의 층으로 나선형으로 감겨 있다. 각 개별 층은 반송 소자 상으로 또는 이미 반송 소자 상으로 감긴 층 상으로 상호 이웃하게 감기는, 예컨대, 복수의 테이프형 초전도성 도체 소자에 의해 얻어진다.
따라서, EP 0 650 205 B2는 AC 제품을 위한 다층 초전도성 케이블 도체에 관 해 기재하고 있는데, 여기서 다중 필라멘트 와이어가 도체 소자로 사용된다.
다중 필라멘트 와이어는 특히 은과 같은 상시 전도 금속을 포함하는 매트릭스에 내장되는 초전도성 물질을 포함하는 다수의 필라멘트형 코어를 포함한다. 와전류(eddy currents)와 커플링 전류(coupling currents)로 인한 AC 손실을 방지하기 위해, 절연층은 초전도 와이어를 포함하는 개별 층 사이에 제공된 절연 물질을 포함한다.
초전도성 와이어는 적합한 열처리에 의해 원하는 초전도성 물질로 변환될 수 있는, 예컨대 분말성 출발 물질을 상시 전도 금속, 바람직하게는 은을 포함하는 케이싱에 충진시킴으로써 얻어진다. 분말성 출발 물질로 충진된 케이싱은 연신 및 롤링으로 가소성 변형을 받아 작은 직경을 갖는 긴 필라멘트를 형성한 후 소결된다. 얻어진 개별 필라멘트는 결합되어 다수의 개별 필라멘트를 포함하는 다발을 형성하고 다른 케이싱으로 함께 통과하며, 그 후 가소성 변형을 받고 소결된다. 그 결과, 금속 매트릭스 내에 원하는 수의 필라멘트를 갖는 초전도성 다중 필라멘트 와이어가 얻어진다. 완성된 다중 필라멘트 와이어는 바람직하게는 테이프 형이다.
전술한 처리 결과, 초전도성 물질은 원하는 높은 배향을 가져, 결정구조상의 C 축은 전류 방향에 본질적으로 수직으로 연장되고 a-b 면은 전류 방향에 평행하게 연장된다. 이 배향은 바람직하게는 초전도 물질 전체에 걸쳐 가능한 균일해야 된다.
다중 필라멘트가 감겨있는 반송 소자 직경 및 개별 회전의 층 길이에 따라, 감는 과정 중의 와이어와 안감긴 상태의 와이어에, 구부림 신장 및 인장 강도 결과로 인한 힘이 발휘된다. 이는 초전도성 상 배향의 손상을 가져와 초전도성의 감소를 가져올 수 있다.
반송 소자 직경 및 감는 층 길이와 관련하여 가능한 최대한의 자유도를 얻어 케이블 구조와 관련하여 가능한 최대한의 자유도를 얻을 수 있기 위해서는, 설사 비교적 높은 정도의 구부림이 있는 경우에서 조차, 예컨대 작은 직경의 반송 소자 및/또는 작은 층 길이로 인해 비교적 높은 장력을 갖는 경우에서 조차 초전도성 와이어의 손상이 없는 초전도성 케이블이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은, 2 이상의 초전도성 전도 소자를 함유한 적어도 하나의 층으로 감긴 반송 소자를 갖는 초전도성 케이블 도체에 의해 달성되는데, 이때 상기 각 층의 개별 초전도성 도체 소자는 다른 것과 이웃하여 배열되고 상기 초전도성 도체 소자는 희토류 구리산바륨에 기초한 반도체 물질로 코팅된 테이프형 기판을 포함한다.
이하에서는, 희토류 구리산바륨에 기초한 반도체 물질로 코팅된 테이프형 기판을 함유하고 본 발명에 따라 사용된 상기 초전도성 도체 소자를 "REBCO-코팅된 도체 소자" 또는 "코팅된 도체 소자"라고도 명명하는데, 여기서 RE는 란타늄 및 이트륨을 포함하는 하나 이상의 희토류 원소(소자)를 말한다.
도입부에서 설명한 초전도성 다중 필라멘트 와이어의 경우처럼, 여기서도 상기 초전도성은 층내 초전도성 결정들의 배향 정도에 좌우된다. 높은 임계 전류, 높은 전류 밀도 및 높은 전류-반송력을 얻기 위해서는, 코팅된 도체 소자내의 초전도성 물질이 가능한 최대한의 이축성 배향(텍스쳐링)을 가져서, 개별 초전도성 결정의 결정구조상의 C 축이 테이프형 기판에 수직 또는 본질적으로 수직으로 배열되고 a-b 면이 테이프형 기판에 평행 또는 본질적으로 평행으로 배열되어 상기 a-b 면이 전류 방향으로 연장되는 것이 유리하다.
본 발명에 따라 사용되는 코팅된 도체, 이를 제조하는 방법, 초전도성 물질 및 적합한 기판을 형성하기 위한 적절한 전구체 물질들은, 일반적으로 당업자에게 공지되어 있고 다수의 문헌에 기재되어 있다. 예를 들어, Annu. Rev. Mater, Sci. volumn 28 (1998) pp.421-462에 실린 N. McN Alford 등의 논문 "Topical view: High-temperature superconducting thick films"과 및 WO 98/58415을 참조 문헌으로 들 수 있다.
이 경우, 초전도층의 텍스쳐링은 특정 기판을 이용하여 달성할 수 있는데, 이 기판의 성질, 특히 그 텍스쳐는 초전도층에서 자라는 결정의 배향이 일어나도록 한다.
기판상에 적층되는 초전도성 물질을 포함하는 층을 갖고 본 발명에 따라 사용될 수 있는 코팅된 도체 소자를 제조하는데 적합한 방법과 물질은, 이온 빔 어시스트 적층법(IBAD) 또는 어시스트 이축성 텍스터 기판법(RABiTS)로서, 상기 IBAD법은 예컨대 Appl. Phys. Lett. 960 (1992) p. 769에 실린 Y. Jijjima 등의 논문 "In-plane aligned YBCO thin films deposited on polycrystalline metal substrates"에 기재되어 있고 상기 RABiTS법은 Appl. Phys. Lett. 69 (196) p.1795에 실린 A. Goyal 등의 논문 "Fabrication of long range, biaxially textured, high Tc superconducting tapes"에 기재되어 있다.
다른 적합한 적층 방법으로는 예컨대 EUCAS99, p.447에 실린 A. Usoskin 등의 논문 및 IEEE Trans. on Applied Supercond., 9, (1999) p.1519에 실린 S. R. Foltyn 등의 논문에 기재된 플러스 레이저 적층법(PLD)과, 예컨대 Appln. Phys. Lett. volumn 80, No. 15 (202) pp.2710-2712에 실린 M. P. Siegel 등의 논문에 기재된 용액-어시스트 (졸-겔) 방법이 있다. 또 다른 적합한 방법으로는, 소위 BaF2 방법으로 불리는 방법으로 예컨대 Supercond. Sci. Technol., 14 (2002) pp.218-223에 실린 S. W. Lu 등의 논문에 기재되어 있는데 여기서는 BaF2 형태의 불소가 출발 물질에 첨가되어 초전도 물질을 형성한다.
본 발명에 따라 사용될 코팅된 도체 소자에 사용되는 기판은, 층에 있는 초전도성 물질에 불리한 영향을 미치기 않으면서 동시에 초전도층 형성 공정에 의해 손상되지 않는 조건을 만족하는 한 모두 바람직한 기판이 될 수 있다. 기판의 예로는 모노크리스탈 세라믹, 폴리크리스탈 세라믹 또는 금속이 있다.
테이프형 기판의 단면 형태는 원칙적으로 원하는대로 선택할 수 있다. 이 단편은 예컨대 직사각형, 정사각형, 타원형, 원형, 다각형, 사다리꼴 등의 형태일 수 있다. 그러나, 본질적으로 직사각형 형태가 일반적으로 바람직하다.
바람직한 케이블 응용을 위해 충분한 유연성을 갖는 기판을 본 발명에 따른 초전도성 도체 소자로 사용해야 하는 것은 말할 필요도 없이 당연하다.
초전도 층과 기판 사이에 완충층으로 하나 이상의 중간 박막을 제공할 수 있다.
상기 완충층은 기판 물질이 초전도성 물질과 바람직하지 못한 방식으로 상호작용하는 것을 방지한다.
따라서, 예컨대 기판으로 금속을 사용하는 경우에는 세라믹을 포함하는 적절한 완충층이 제공되어야 한다.
완충층으로 적합한 물질의 예로는 산화지르코늄, 예컨대 산화이트륨(YSZ), CeO2 및 MgO 뿐 아니라 SrTiO3, LaAlO3로 안정화된 안정성 산화지르코늄이 있다.
희토류 구리산바륨에 기초한 초전도성 산화 물질이 본 발명의 초전도성 물질로 사용된다. 상기 희토류 구리산바륨은 Y, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택된 적어도 하나의 희토류 원소(RE)를 포함하고, 바람직하게는 이트륨 또는 적어도 하나의 다른 희토류 원소와 복합된 이트륨을 포함한다.
특히 바람직한 화합물은 일반식 SEBa2Cu3O7-X 을 갖는 화합물로 여기서 X는 0.5 이하이다.
또한, 상기 희토류 구리산바륨은 Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ti, S 및 F 중에서 선택된 적어도 하나의 다른 원소를 포함할 수 있다.
특히 바람직한 화합물은 일반식 YBa2Cu3O7-x 을 갖는 화합물(여기서 X는 0.5 이하; Y1, 2, 3으로도 명명)로, 이 화합물은 적어도 하나의 다른 희토류 원소 및/또는 전술한 원소 그룹에서 선택된 적어도 하나의 다른 원소를 더 포함할 수 있다.
제조 공정을 위해, 초전도 물질용 출발 물질이 예컨대 전술한 방법중의 한 방법에 따라 기판위에 적층되는데, 이때 경우에 따라 완충층이 제공되고, 용융 제어로 열처리되고 냉각되어 원하는 초전도 123 상을 형성한다.
상기 123 물질은 소위 211 물질로 불리는 Se2BaCUO 조성물을 용융 제어 및 냉각시켜 얻을 수 있는 것으로 공지되어 있다.
바람직한 방법에 따르면, 텍스쳐링은 상이한 희토류 원소를 갖는 상기 123 물질의 상이한 포정 응고 온도를 이용하여 달성할 수 있다.
이러한 목적으로, RE 성분이 상이한 적어도 두개의 211 물질을 테이프형 기판위에서 종방향을 따라 길쭉한 스트립형으로 배열하는데 이때 211 물질의 서로 이웃하는 종방향의 스트립면이 접촉한다.
형성된 123 물질의 화학량론을 맞추기 위해, 구리산바륨 및/또는 산화구리를 포함하는 상응하는 층을 상기 두개의 상이한 211 물질을 포함하는 스트립에 적용시키는데, 이 층은 적어도 부분적으로 상기 스트립을 커버한다. 구리산바륨 및/또는 산화구리는 211 물질보다 용융점이 낮으므로, 후속되는 열 처리 동안 먼저 용융된다. 형성된 용융물은 밑에 있는 출발 물질에 침투하고, 이 출발 물질은 적어도 부분적으로 용융물에 용해된다. 원하는 123 물질은, 구리산바륨/산화구리를 포 함하는 부분 용융물을 냉각하는 동안에, 용해된 고형 211 물질을 갖는 액상으로 형성된다.
동시에, 희토류 원소는 확산과 용융 공정으로 인해 이동하고, 출발 물질의 각 희토류 원소의 농도 구배가 반대 방향에 스트립에 대해 횡으로 형성된다.
서서히 등온 냉각하는 동안, 응고 전면이 최고 응고 온도를 갖는 123 물질을 갖는 쪽으로부터 최저의 응고 온도를 갖는 123 물질을 갖는 쪽으로 나아가, 형성된 결정의 이축성 배향이 달성된다.
바람직하게는, 123 물질을 포함하는 스트립은, 최고 응고 온도를 갖는 123 물질이 형성된 쪽에 개시자로서 배열하는데, 이때 상기 123 물질을 위한 희토류 원소는, 상기 123 물질의 응고 온도가, 형성되는 123 물질의 응고 온도 보다 더 높도록 선택된다.
이 경우, 이 희토류 원소는 반대쪽에 배열된 211 출발 물질 방향으로도 농도 구배를 형성한다.
적합한 물질의 복합은 Nd123, Y211 및 Yb211가 이 순서대로 배열한 것을 포함하고, 포정 응고 온도 TP는 하기 순서이다; Tp Nd123 > Tp Y123 > Tp Yb123.
이 방법에 따르면, 두께 1 ㎛, 특히 5 ㎛ 이상의 이축성 텍스처 층을 얻을 수 있는데, 설사 기판의 상응하는 선배향(preorientation) 없이도 우수한 이축성 배향이 가능하다. 따라서, 형성되는 이축성 텍스처에 매치되는 격자를 포함한 기판을 사용할 필요가 없다.
텍스처 형성이 기판과 독립적으로 이루어지는 특히 이축성 텍스처 초전도 층을 제조하기 위한 전술한 방법의 다른 양태가 DE 101 28 320 C1에 기재되어 있고 그 내용 그대로 모두 본원에 참조된다. 여기서 또 농도 구배, 즉, 온도 구배는 추가의 희토류 원소를 첨가함으로써 이루어진다.
온도 구배를 이용한 전술한 방법에 따라 큰 이축성 배향 결정을 갖는 폴리크리스탈린 층에서부터 모노크리스탈린 층까지 얻을 수 있다. 층내 결정의 배향오류는 바람직하게는 7°이하이다.
초전도 공학 응용에 있어서는 이런 형태의 층이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 초전도 케이블 도체의 핵(core)은 반송 소자에 의해 형성된다. 원칙적으로, 초전도 케이블 도체 제조를 위해 그 자체가 공지된 반송 소자를 본 발명에 사용할 수 있다. 통상적으로, 본 발명에 사용된 반송 소자는 본질적으로 실린더형이다.
반송 소자는 튜브 또는 솔리드 코어 소자로 형성될 수 있다.
만일 튜브로 형성되면, 튜브내 공간은 냉각 매질용 채널로 사용될 수 있다. 이 냉각 매질은 공간을 통해 흘러 공정에서 초전도 케이블 사용중에 일어난 열 손실을 다른 곳으로 운반해준다.
반송 소자는 일반적으로 금속 또는 플라스틱으로부터 형성될 수 있고 통상적으로 낮은 전기 전도성을 갖는다.
요구되는 유연성이 주어지는 경우에는 다른 바람직한 적절한 물질을 사용할 수 도 있다.
그러나 특정 양태에 따르면, 반송 소자는 전기 도체를 포함하는 솔리드 코 어 소자로 형성될 수 있다. 이때, 단락 회로인 경우, 초전도 층이 상시 도체 상태로 변화해 간다면, 상기 전기 전도성 코어 소자는 전류를 반송할 수 있고 초전도 층의 손상은 따라서 회피될 수 있다.
반송 소자는 반드시 유연할 필요가 있다. 이는 환형 또는 나사형 골을 갖는 반송 소자에 의해 달성될 수 있다. 이 경우, 개별 웨이브는, 반송 소자의 단면과 관련하여, 환형 골의 경우 반송 소자의 종길이를 따라 평행하게 배열하고 나사형 골이 경우에는 비스듬히 배열한다. 하지만 이 반송 소자는 나선형으로 형성될 수도 있다.
반송 소자는 필요한 경우 금속 또는 플라스틱 끈을 포함하는, 예컨대 고도의 강철 끈을 포함하는 외장을 가질 수 있다.
반송 소자는 추가로 금속 또는 플라스틱 테이프를 포함하는, 예컨대 고도의 강철 테이프를 포함하는 테이핑을 가질 수 있고, 이는 반송 소자에 서로 이웃하여 나선형으로 감긴다. 이로 인해 반송 소자는 기계적으로 강화될 수 있다. 동시에 상기 외장 또는 테이핑은 코팅된 도체 소자를 지지하는 평평한 면을 형성한다.
상기 외장이 전도성 금속 물질을 포함하는 경우 이는 단락회로 전류를 흡수한다.
필요에 따라 패딩을 제공할 수 있다. 이 목적을 위해, 하나 이상의 반도성 또는 절연성 테이프 층을 반송 소자에 적용할 수 있는데 이 층은 반송 소자 상에 중복 또는 중복됨 없이 나선상으로 감긴다.
상기 개별 층을 형성하기 위해, 반송 소자 또는 코팅된 도체 소자를 포함하 고 이에 상응하는 하부 층 상에 복수의 코팅된 도체 소자를 서로 이웃하게 나선형으로 감는다.
상기 개별 층은 반송 소자 상에 동일한 방향으로 또는 반대 방향으로 감길 수 있다.
또한, 상기 모든 층 또는 개별 층은 감는데 있어서 상이한 층 길이 또는 층 각도를 가질 수 있다. 감는 방향 및/또는 감는 각도를 선택함으로써 개별 층 전체에 걸쳐 균일한 전류 분포를 얻을 수 있다. 이는 교류 응용물에 있어서 중요한데, 왜냐면 상응하는 수단이 존재하지 않는 조건에서는 개별 층에 서로 다른 양의 전류가 흘러 개별 층에 비균일 전류 분포가 생길 수 있기 때문이다.
예를 들어, 상당한 고 전류가 한 층에 흐르는 경우 임계 한계값이 초과하는 위험이 있다.
본 발명 사용된 희토류 구리산바륨에 기초한 초전도층을 갖는 코팅된 도체 소자는 파괴 및 이로 인한 초전도 물질의 배향 손상 없이 비교적 높은 구부림 신장 및 비교적 큰 장력을 견딜 수 있기 때문에, 작은 직경의 반송 소자를 가질 수 있는 초전도 케이블을 본 발명에 따라 얻을 수 있다.
상기 반송 소자가 가질 수 있는 작은 직경으로 인해, 상당한 초전도성이 주어지는 경우 더 가는 케이블을 얻을 수 있고, 또는, 다중 필라멘트 와이어에 기초한 종래의 케이블에 필적할만한 두께가 주어지는 경우 본 발명에 따른 케이블은 더 높은 초전도 절단면을 가진다.
상기 층 길이는 변동가능성이 더 크도록 선택될 수 있다.
그 결과로 인해 케이블이 그 공간배열(configuration)에 있어서 더 큰 자유도를 가질 수 있는데 이는 이 케이블이 필요한 경우 각 응용에 있어서 가능한 정확하게 공간배열될 수 있다는 것을 의미한다. 특히 더 유리한 점은, 전체적으로 더 가는 그러면서도 충분한 초전도성을 갖는 케이블을 얻을 수 있다는 것이다.
또한, 감는 각도에 있어서도 더 큰 변동 범위가 가능한데, 이로써 층 전체에 걸쳐 균일한 전류 분포를 갖도록 개별층에 대한 최적의 각도 조정이 가능하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 초전도성 케이블 도체의 공간배열 및 이를 위해 사용될 수 있는 초전도성 도체 소자에 대해 통상적으로 사용될 수 있는 것들로 구체적인 실시예를 설명한다. 필요에 따라 그리고 응용에 따라 여기 단지 예로서 기재된 발명의 상세한 설명을 변형시키는 것이 가능하고 이 변형은 부수적으로 본 발명에 포함된다는 것은 말할 나위 없이 당연하다.
초전도성 도체 소자의 구성
기판 두께: 대략 0.025 mm 내지 대략 2 mm
기판 폭: 대략 10 mm
초전도 층 두께: 대략 1 ㎛ 내지 5 ㎛
완충층: 대략 1㎛
기판이 니켈 또는 니켈합금을 포함하는 경우에는 예컨대 ZSY을 완충층으로 사용하는 것이 바람직하다.
층 당 초전도성 도체 소자의 수는 반송 소자의 외부 직경 및 테이프 폭에 따라 달라진다. 따라서, 예를 들자면 직경 25 mm를 갖는 반송 소자의 경우 전술한 바와 같이 층 당 7개의 도체 소자를 사용할 수 있고, 직경이 30 mm를 갖는 경우에는 층 당 9개의 테이프를 사용할 수 있다. 통상적인 층 수는 4 내지 6이다.
4 층을 갖는 케이블 도체에 있어서 균일한 전류 분포를 만들기 위해서는 1 및 2 층이 동일 방향으로 그러나 상이한 각도로 감겨질 수 있고 3 및 4 층이 이와 반대 방향으로 그러나 마찬가지로 상이한 각도로 감겨질 수 있다.
예컨대 전술한 공간배열을 갖는 본 발명에 따른 케이블 도체를 이용해 1,000,000 내지 300,000 A/㎠의 전류 밀도를 얻을 수 있다.
코팅된 도체 소자를 포함하는 개별 층간의 상호작용을 회피하기 위해, 각 층 사이 또는 특정 수의 층 간격 뒤에 전기 절연층을 제공할 수 있다.
상기 전기 절연층은 절연 물질을 포함하는 필름 또는 테이프로부터 형성될 수 있다. 코팅된 도체 소자를 포함하는 상응하는 층에, 공지된 방식 그대로 테이프를 마찬가지로 나선형으로 감을 수 있다.
필요에 따라 전기 절연층을 초전도성 도체 소자를 포함하는 첫째 층과 반송 소자 사이에 제공할 수 있다. 상기 전기 절연층에 적합한 물질은 앞서 초전도성 도체 소자를 포함하는 개별 층 사이에 배열되는 절연 층에 대해 언급한 것과 동일하다.
한 층내 개별 도체 소자들, 한 층내 다수 도체 소자들 그룹 또는 한 층내 모든 도체 소자들이 서로서로에 대해 전기 절연체일 수 있다.
이를 위해, 절연 물질을 상응하는 도체 소자 사이에 제공할 수 있다.
예를 들자면, 절연 물질을 포함하는 테이프를 한 층내 도체 소자에 평행하게 감아서 이 테이프가 개별 도체 소자 가닥들 사이를 지나가면서 하나를 다른 하나에 대해 절연시킬 수 있다.
적합한 전기 절연 물질은 모두 그 자체가 개별 층 사이, 반송 소자와 초전도성 감김 사이 및 한 층내 도체 소자들 사이의 전기 절연 물질로 사용될 수 있다.
예로는 플라스틱, 종이 또는 프라스틱-박판 종이 및 기타 이를 위한 공지 물질이 있다. 전술한 절연, 즉, 초전도 층간, 층과 반송 소자간 및 한 층내 도체 소자간의 절연을 서로 복합하여 사용할 수도 있다.
바람직한 코팅된 도체 소자의 제조 실시예를 이하 기재한다. 이 경우, 길이가 대략 5 cm이고 두께가 대략 100 ㎛이고 폭이 대략 2 cm이며 AgPd12.5(중량%의 팔라듐)을 포함하는 테이프 한 조각을 기판으로 사용하는 실시예를 통해 그 제조를 설명한다. 그러나, 이 방법이 실시예로 하기하는 방법과 다른 치수를 갖는 기판에 대해서도 응용될 수 있다는 것은 말할 필요없이 당연하다.
출발 물질은 분말형으로 그 평균 입자 직경이 1 내지 50 ㎛이다.
브러쉬 또는 에어브러쉬를 사용하여 서로 이웃한 반송 물질 상에, (1) Nd123을 포함하는 폭 1 mm 라인(길이 5 cm, 전체 약 40 mg의 Nd123), (2) Y211을 포함하는 폭 5 mm 라인(길이 5 cm, 전체 약 200 mg의 Y211) 및 (3) Yb211을 포함하는 폭 2 mm 라인(길이 5 cm, 전체 약 90 mg의 Yb211)을 서로 이웃하게 배열하여 이웃한 종방향 가장자리가 서로 접촉하도록 하였다. 그 결과 생성된 스트립을 전체 400 mg의 Ba2Cu3O5를 포함하는 층으로 덮었다.
이렇게 코팅된 반송 물질을 Al2O3 블록을 포함하는 상업적으로 구입가능한 화덕(chamber furnace)에 넣어 공기중에 두고 하기 열처리를 받게 하였다.
출발 온도 열처리 속도 목적 온도 중지 시간
실온 500℃/시간 500℃ 2시간
500℃ 500℃/시간 975℃ 1시간
975℃ 0.5 - 1℃/시간 950℃ 0분
950℃ 100℃/h 실온
열처리 첫번째 단계에서, 사용한 초기 용매와 2중량%의 폴리비닐 알콜(PVA)을 갖는 물을 증발시켰다.
열처리 두번째 단계에서, 은, 구리산바륨 및 산화구리를 포함하는 혼합물 - 액상 - 을 용융시켜 도핑된 구리산바륨 용융물을 형성하였고 이 용융물은 밑에 있는 서로 인접하여 배열된 출발 물질에 침투되었다. 출발 물질 (1), (2) 및 (3)은 상기 액상에 의해 적어도 부분적으로 용해되었다. 네오디뮴(Nd) 농도 구배가 형성되었고 이는 출발 물질 (1)로부터 시작하여 출발 물질 (3) 방향으로 연장되었다. 반대로, 추가로 형성된 이테르븀(Yb) 농도 구배는 출발 물질 (3)에서부터 시작하여 출발 물질 (1) 방향으로 연장되었다.
상이한 초전도체 (RE)Ba2Cu3O7-X 에 대한 상이한 포정 응고 온도 Tp (Tp (Nd123) > Tp (Y123) > Tp (Yb123))로 인해, 전술한 농도 구배로 인한 전체 시스템에 응고 온도 구배가 생겼다. 공간적으로 등온인 동안, 단계 3에서 서서히 냉각함으로써, 상기 응고 온도 구배에 평행한 방향으로 초전도 결정이 성장하도록 촉진하였다.
초전도성을 얻기 위해, 얻어진 샘플을 산소 부분압 1 bar를 갖는 분위기에서 50 내지 100 시간 동안 500 ℃로 가열하였다. 이 방법 단계에서, 샘플의 산소 함량이 YBa2Cu3O7-X의 X가 최소이되 항상 0.5 미만이 되도록 최적화 하였다. 산소 처리의 가열 및 냉각 속도는 약 100 ℃/시간 이었다.
얻은 두터운 층의 두께는 전형적으로 10 내지 15 ㎛ 범위내였다.
상기 구성에 따르면, 반송 소자 직경 및 감는 층 길이와 관련하여 가능한 최대한의 자유도를 얻어 케이블 구조와 관련하여 가능한 최대한의 자유도를 얻을 수 있기 위해, 설사 비교적 높은 정도의 구부림이 있는 경우에서 조차, 예컨대 작은 직경의 반송 소자 및/또는 작은 층 길이로 인해 비교적 높은 장력을 갖는 경우에서 조차 초전도성 와이어의 손상이 없는 초전도성 케이블을 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. 두개 이상의 초전도성 도체 소자를 포함하는 적어도 하나의 층이 감겨있는 반송 소자를 포함하되 상기 각 층의 개별 초전도성 도체 소자는 서로 인접하게 배열되고 상기 초전도성 도체 소자는 희토류 구리산바륨을 포함하는 초전도성 물질로 코팅된 테이프-형 기판을 함유하는 것을 특징으로 하는, 초전도성 케이블 도체.
  2. 제1항에 있어서, 희토류 구리산바륨의 희토 성분이 이트륨이거나 이트륨을 함유하는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 희토류 구리산바륨이 Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ti, S 및 F 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 희토류 구리산바륨을 포함하는 층이 이축성 배향을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  5. 제4항에 있어서, 도체 소자를 위해 사용되는 상기 기판이 초전도성 물질을 포함하는 층의 직조(texturing)에 매치되는 격자를 갖지 않는 기판인 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 케이블 도체가 초전도성 도체 소자를 포함하는 4개 내지 6개의 층을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  7. 제6항에 있어서, 전기 절연층이 초전도성 도체 소자를 포함하는 두 층 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전기 절연층이 반송 소자와 초전도성 도체 소자를 포함하는 최내(innermost) 층 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반송 소자가 중공형(hollow)인 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반송 소자가 솔리드형(solid)인 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반송 소자가 전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  12. 제9항에 있어서, 상기 반송 소자가 환형 골 또는 나사형 골을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
  13. 제10항에 있어서, 상기 반송 소자가 환형 골 또는 나사형 골을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도성 케이블 도체.
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