KR101370146B1

KR101370146B1 - 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법 및 2개의 초전도체들의 연결을 위한 구조

Info

Publication number: KR101370146B1
Application number: KR1020127008169A
Authority: KR
Inventors: 마린 피터 오멘; 야콥 요한 라베르스; 빌프리트 골트악커; 존야 슐라흐터; 안트예 드렉슬러
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2014-03-04
Also published as: US8897846B2; CN102598417B; JP5518203B2; JP2013506946A; DE102009043580B4; WO2011039223A1; CN102598417A; US20120184446A1; EP2483968A1; KR20120050503A; CA2775830A1; DE102009043580A1; CA2775830C

Abstract

본 발명은 상전도 금속에 의해 둘러싸인 초전도 코어 와이어를 포함하는 2개의 초전도체들, 특히 마그네슘디보라이드 초전도체들 사이에 연결 구조를 제조하기 위한 방법으로서, 이 경우 마그네슘과 붕소로 구성된 재료 혼합물에는 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질이 혼합되고 코어 와이어의 노출된 단부들은, 상기 더 낮은 용융 온도에 상응하는 반응 온도에서 원위치에서 반응하여 마그네슘디보라이드가 되는 재료 혼합물과 접촉한다.

Description

2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법 및 2개의 초전도체들의 연결을 위한 구조{PROCESS FOR PRODUCING A CONNECTING STRUCTURE BETWEEN TWO SUPERCONDUCTORS AND STRUCTURE FOR CONNECTING TWO SUPERCONDUCTORS}

본 발명은 상전도(normal conducting) 금속에 의해 둘러싸인 초전도 코어 와이어를 포함하는 2개의 초전도체들, 특히 마그네슘디보라이드 초전도체들 사이에 연결 구조를 제조하기 위한 방법과, 상전도 금속에 의해 둘러싸인 초전도 코어 와이어를 포함하는 2개의 초전도체들, 특히 마그네슘디보라이드 초전도체들 사이를 연결하기 위한 구조에 관한 것이다.

초전도체가 사용됨으로써, 단락된 초전도 전류 리드를 구비한 자석(예를 들어, 자기 공명 자석)의 에너지 절약적이면서 특히 안정적인 작동 모드[소위, "지속 모드(persistent mode)"]가 가능해졌다. 충전된 초전도 자석은 초전도체에 의해 단락된다. 단락된 자석은 전류가 실질적으로 저항 없이 흐를 수 있는 고유 회로를 형성한다. 이러한 "지속 모드"에서는 자석으로부터 전류원이 분리될 수 있으므로 에너지 절약적인 작동 모드가 가능하다. "지속 모드" 작동의 장점은 자기장의 매우 높은 안정성이지만, 상기의 방식으로는 최상의 전류원에 의해서도 이러한 장점을 얻을 수 없다.

이러한 단락은 단락 스위치(소위, "지속 스위치")가 사용됨으로써 달성된다. 이를 위해 자석 코일의 도체 단부들은, 가열에 의해 상전도 상태가 될 수 있음으로써 비교적 높은 저항을 포함하는 초전도 와이어에 연결된다. 단락 스위치가 상전도 상태에 있으면, 전류는 전류원으로부터 초전도 코일(상기 코일은 이 상태에서 충전 또는 방전될 수 있다)을 통해 흐른다. 목표한 자기장 강도에 자석이 도달하면, 자석은 "지속 모드"로 전환될 수 있다. 이를 위해 단락 스위치가 냉각되어 초전도성을 가지므로, 자석과 초전도 와이어는 고유 회로를 다시 형성한다.

이 경우 형성되는 회로의 저항과 인덕턴스는 가급적 길고 안정적인 "지속 모드" 작동을 위해 중요하다. 이때, 주로 연결 구조를 통해 자석의 와이어 단부에 단락 스위치를 연결하는데 사용되는 접점들 또는 연결 지점들의 저항이 중요하므로, 안정적인 "지속 모드" 작동을 위한 전제 조건은 초전도체 단부들의 초전도 연결 가능성이다.

다른 적용예의 경우에도, 가급적 낮은 저항을 갖는 2개 이상의 초전도체들을 연결하는 것이 종종 요구된다. 따라서, 예컨대 복수의 권취된 개별 코일들, 특히 4개 또는 8개의 코일들을 포함하는 자석 시스템이 공지되어 있으며, 이때 상기 코일들은 상기 유형의 접점에 의해 연결될 것이다.

특히 마그네슘디보라이드 와이어들(MgB₂ 와이어들) 사이에 초전도 연결부를 제조하는 것이 가능하다는 것은 종래에 이미 제시되어 있었다. 이때 초전도 연결 구조는 마그네슘디보라이드를 기초로 제조되거나 다른 초전도체(예컨대, NbTi)를 기초로 제조될 수 있다. 초전도 연결 구조는 전류 작동을 제한하는 요소가 되지 않도록 최대한 높은 전류 용량을 가져야 한다. 특히 와이어 단부와 연결 구조 사이의 접촉면은 높은 초전도 전류가 통과하도록 높은 연결성을 가져야 한다.

예컨대 US 6, 921, 865 B2호에는 2개의 초전도체들을 연결하기 위해 마그네슘디보라이드 분말을 초전도체들 사이에 배치하는 방법이 이와 같은 연결 구조의 제조를 위해 제안되었다. 구체적으로 언급하자면, 결합 특성 개선을 위해 이미 반응된 마그네슘디보라이드를 고압으로 압축하는 것이 제안되어 있다. 추가적으로 마그네슘디보라이드 분말을 소결하는 것 역시 공지되어 있다. 그러나 바람직하지 못하게 이러한 소위, 원위치 이탈(ex-situ) 방법은 개별 입자들 사이에 점 접촉만을 야기하며, 추가적으로 소결은 초전도체 와이어를 열화(degrade)시킨다.

따라서, 최근 "X. H. Lee 외"가 작성한 논문 "마그네슘과 붕소 분말 혼합물을 용제로 사용한 MgB₂ 테이프의 고 임계 전류 접합[Supercond. Sci. Technol. 2008년, 제21호, 025017]"에는 마그네슘과 붕소 분말 혼합물이 사용되는 원위치(in situ) 방법을 적용하는 것이 제안되어 있으며, 상기 혼합물은 보호 대기 하의 가열에 의해 그 자리에서 반응하여 비로소 마그네슘디보라이드가 된다.

이 경우 좋은 결과가 달성되었지만, 예컨대 자기 공명 장치의 경우 O.5T 보다 크거나 온도가 10K보다 높은 자기장이 발생하는 실질적인 관련 영역에 대해서는 그렇지 못했다. 이에 대한 가능한 원인은 접촉 면적이 충분하지 못한 것에 있다. 또한, 와이어 단부들의 선행된 기계적 처리로 인해, 특히 원위치-반응 중의 열 처리로 인해서도 와이어의 열화가 발생한다. 접촉면에는 다소 불량한 연결부가 존재할 수도 있다. 발생 가능한 추가의 문제점은, 초전도체 와이어로부터 구리 또는 다른 원소들이 비균질 확산됨으로 인해, 그리고 다른 이유들로 인해 접촉 상태의 마그네슘디보라이드의 특성이 저하되는 것이다.

따라서 본 발명의 과제는 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 및 상기 연결 구조의 제조 방법을 제공하는 것이며, 이때 상기 연결 구조는 0.5T보다 큰 자기장과 10K보다 높은 온도에서도 충분히 높은 전류 용량을 갖고, 초전도체들과 상기 초전도체들 사이에 놓인 연결 구조 사이의 접촉은 현저히 개선된다.

상기 과제의 해결을 위해서는 서두에 언급한 유형의 방법의 경우 본 발명에 따라 마그네슘과 붕소로 구성된 재료 혼합물에 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질이 혼합되고 코어 와이어의 노출 단부들은, 상기 더 낮은 용융 온도에 상응하는 반응 온도에서 원위치에서 반응하여 마그네슘디보라이드가 되는 재료 혼합물과 접촉한다.

따라서, 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질을 사용하는 것이 제안된다. 상기 물질로서 바람직하게 금속, 특히 구리 및/또는 은이 사용될 수 있으며, 구리가 특히 바람직하다. 본 발명의 추가의 실시예에서 상기 물질은 1 내지 20중량%, 특히 10중량%로 혼합된다.

통상 650℃에 놓여 있는 마그네슘의 용융 온도[이는 노(furnace)에서 마그네슘디보라이드로의 반응이 시작되는 온도를 나타내는 수치이다]는 기본적으로 공지되어 있는 바와 같이 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질에 의해 낮아지므로, 원위치에서의 반응은 종래 기술과 비교할 때 더 낮은 온도에서 일어날 수 있다. 상기의 방식으로 반응이 일어나는 온도가 예컨대 20℃ 내지 30℃ 만큼 낮아질 수 있다. 상기의 방식으로, 초전도체 와이어, 특히 코어 와이어가 불리한 영향을 덜 받게 되며 열 처리로 인한 열화가 감소하므로 접촉이 개선될 수 있다.

형성되는 초전도체의 특성은 통상적으로 이러한 물질, 특히 구리 및/또는 은에 의해 오히려 저하되는 것으로 공지되어 있지만, 놀랍게도 본 발명을 위한 연구에서는 종래의 방법과 비교할 때 감소한 저항과 증가한 전류 용량을 갖는 현저히 개선된 접점이 특히 초전도체의 와이어 단부들의 영역에 형성되는 것으로 밝혀졌다. 특히, 종래 기술에 공지되어 있는 연결 구조들과 달리 본 발명에 따라 형성되는 연결 구조는 통상적으로 요구되는 전제 조건(즉, O.5T보다 큰 자기장과 10K보다 높은 온도)에서도 적합하게 사용되며 뛰어난 결과를 제시한다. 특히 자기 공명 장치의 경우 상당히 개선된 해결책이 제공된다. 이 모두는 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질의 첨가에 의해 달성되며, 상기 물질은 처리 온도 하강으로 인한 장점을 제시할 뿐만 아니라 연결 구조에서의 반응에 의해 마그네슘 및 붕소로부터 마그네슘디보라이드가 형성되는 것 또한 개선한다. 상기 방법은 특히, 자석 제조 공정(예를 들어, 단락 스위치 형성을 위해)에 적용되기에 적합하다.

물론 상기 재료 혼합물이 균질의 벌크를 형성함으로써 반응 온도가 전체적으로 낮아지고 이로써 특정 온도에서 최적의 특성에 도달할 수 있다는 것이 바람직하다. 이 경우 특히 바람직하게는 기계적으로 합금된 분말이 재료 혼합물로서 사용될 수 있다. 기계적 합금의 과정[영어로, "mechanical alloying(MA)"]은 기본적으로 공지되어 있으며 물론, 물질의 혼합에도 이미 사용될 수 있다. 다양한 재료들(여기서는 특히 마그네슘, 붕소 및 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질)은, 높은 속도에서 작동되고 특히 유성 기어를 구비한 볼밀(ball mill)에 의한 기계적 합금 시에 혼합된다. 이로써 더 큰 입자들이 부서지며, 특히 부분 반응이 이미 일어날 수 있는데, 이에 대해서는 하기에서 더 상세히 언급하기로 한다. 따라서 반응 온도가 전체적으로 균일하게 하강한, 최고 균질의 재료 혼합물이 획득될 수 있다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서, 재료 혼합물에는 하나 이상의 추가의 첨가제가 첨가된다. 따라서 연결 구조의 특성이 더욱 개선될 수 있다. 첨가제로서 피닝(pinning)을 개선하는 그리고/또는 전류 용량을 증가시키는 그리고/또는 임계 자기장을 증가시키는 그리고/또는 임계 온도의 하강을 느리게 하는 그리고/또는 산소를 결합하는 첨가제가 사용될 수 있다. 이 경우 첨가제로서 금속 및/또는 탄소 함유 화합물 및/또는 탄소 및/또는 보라이드가 사용될 수 있으며, 특히 실리콘카바이드(SiC) 및/또는 칼슘헥사보라이드(CaB₆)가 제공된다. 실리콘카바이드, 특히 나노 실리콘카바이드는 마그네슘디보라이드를 위한 탁월한 첨가제로서 입증되었다. 이로써 전류 용량 및 임계 온도가 상승할 수 있으며, 더 큰 자기장에서 임계 온도가 단지 천천히 하강한다는 것이 제시되었다. 그러나 본원에서는 예컨대 금속 또는 탄소와 같은 다른 첨가제도 고려할 수 있다. 산소를 결합하는 첨가제, 특히 CaB₆를 사용하는 것도 바람직하다. 이로써 접촉을 저하시키는, 예컨대 마그네슘 산화층의 형성이 방지될 수 있다. 특히 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질의 바람직하지 못한 양상이 추가의 첨가제 사용에 의해 다시 보상될 수 있지만, 상기 장점들은 추가의 첨가제 사용 없이도 우위를 차지하고 있으며 연결 구조의 개선을 가져온다는 점을 다시 강조하고자 한다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에서는 추가로 마그네슘디보라이드 입자를 포함하는 재료 혼합물이 사용될 수 있다. 이 경우, 이미 반응된 마그네슘디보라이드 성분들이 재료 혼합물 내에 존재한다. 이와 관련하여 볼 때, 상기와 같은 효과는 전술한 바와 같이 예컨대 기계적 합금 시에 이미 달성될 수 있다. 이미 반응된 마그네슘디보라이드가 존재하므로, 초전도 코어 와이어를 둘러싸는 상전도 금속이 접촉 재료 안으로 침입하는 것은 상전도 금속 안으로 침입한 마그네슘이 상실되는 것과 마찬가지로 제한될 수 있다. 마그네슘 비율 증가에 의해 마그네슘과 붕소에 대한 혼합비 1:2가 상이해짐으로써, 예를 들어 1.15:2 등의 비율이 사용됨으로써 이러한 마그네슘 상실 작용이 추가적으로 또는 대안적으로 보상될 수 있다. 그러나 각각의 경우, 이미 반응된 마그네슘 보라이드가 재료 혼합물 내에 존재하므로 추가의 상전도 금속의 침입이 감소하며, 그렇지 않은 경우 상기 상전도 금속은 연결 구조의 특성에 불리하게 영향을 미칠 수도 있다.

이러한 연결 구조를 제조할 때에는, 접촉 면적이 최대한 큰 경우 열화가 가급적 발생하지 않거나 경미하게만 발생하도록, 초전도체의 기계적 처리, 특히 코어 와이어 단부들에서의 접촉면 노출에도 특히 주목해야 한다. 이때 본 발명에 따라 코어 와이어 단부들의 노출은 연마에 의해 실행될 수 있다. 예컨대 연마 공구는 거친 공구로부터 미세한 공구로 섬세해질 수 있다. 이때 연마된 단부에 잔류물을 가급적 남기지 않는 연마 재료가 사용되어야 한다. 연마 과정이 바람직하게 천천히 실행될 수 있으므로 열 발생이 방지된다.

초전도체 자체의 처리와 관련한 추가의 개선점은, 초전도체의 코어 와이어 단부가 노출될 경우 상기 초전도체가 특히 연결 하우징의 하나 이상의 부분에 위치 고정될 때 나타나며, 상기 부분에서는 마그네슘과 붕소의 후속 반응도 이루어져 마그네슘디보라이드가 생성된다. 설명한 고정에 의해, 연결 구조 형성을 위한 과정의 대부분에 걸쳐서 이동 불가능할 뿐만 아니라 압축되는 방식으로 와이어 단부들을 유지하는 것이 특히 가능해지므로, 예컨대 균열 형성이 방지될 수 있다. 본 발명에 따른 연결 구조와 같은 연결 구조의 경우, 예컨대 금속 또는 금속 합금으로 구성될 수 있으며 상기 방법 중 특정 시점에 내부가 재료 혼합물로 채워져서 그 안에서 반응하는 연결 하우징("joint cup")이 빈번하게 제공된다. 이를 위해 상기 연결 하우징은, 상기 하우징 안에 포함된 재료 혼합물이 이미 상당히 압축됨으로써 통기공(air hole) 및 비균질성이 최대한 방지되도록, 예컨대 나사 조임 가능한 커버에 의해 폐쇄된다. 본 발명에 따라 초전도체는 코어 와이어 단부의 노출을 위해 즉, 궁극적으로는 접촉면의 노출을 위해 상기 연결 하우징 내에 이미 고정될 수 있다. 상기 단부들은 그 자리에서 준비되므로 더 이상 이동할 필요가 없으며 특히, 전반적으로 압축되어 이동 불가능하도록 유지될 수 있다. 초전도체(특히, 코어 와이어의 해당 단부)의 기계적 부하는 가급적 낮게 유지되므로, 열화가 방지될 수 있다.

접촉 면적의 확대를 위해, 코어 와이어 단부들에서의 접촉면은 코어 와이어의 횡단면에 대해 각을 형성하면서 노출될 수 있다. 이러한 유형과 방식으로 접촉 면적이 확대될 수 있으므로, 개선된 접촉, 낮아진 저항 및 증가한 전류 용량이 달성될 수 있다.

이미 언급한 바와 같이, 코어 와이어 단부들이 내부로 돌출해 있는 연결 하우징 안으로 재료 혼합물이 유입될 수 있으며, 재료 혼합물은 반응 전에 상기 연결 하우징 내에서 가압된다. 특히 바람직한 실시예에서 초전도체는, 연결 하우징의 벽에서 상기 초전도체의 코어 와이어 단부들이 노출되기 전에 벽에 대해 경사지게 상기 벽 안으로 삽입되어 고정될 수 있다. 이로써 특히 연마 시에 큰 접촉 면적이 형성되며 와이어들의 기계적 부하는 감소한다.

바람직하게, 연결될 초전도체 단부들은 상기 단부들 사이에 배치된 재료 혼합물과 함께, 특히 연결 하우징 내에, 특히 초과압 하에서 보호 가스 대기가 존재하는 노 내에 반응을 위해 삽입될 수 있다. 따라서 완전히 기밀한 폐쇄를 위해, 연결될 초전도체 단부들(이는 특히 처리되지 않은 큰 자석에 연결된다)을 노 안으로 삽입하는 것은 불필요해진다. 보호 가스가 초과압 하에 존재하면, 결국 상기 보호 가스는 초전도체 와이어 단부를 스쳐 지나서 노 밖으로 지속적으로 흐르므로, 고반응성 마그네슘의 반응 위험을 수반하는 공기가 노 안에 도달하지 못하게 된다. 따라서 이러한 반응은 진공 밀봉 방식의 노가 없어도, 보호 가스 대기 내에서 완전히 실행된다.

또한 본 발명은 본 발명에 따른 상기 방법 외에도, 상전도 금속에 의해 둘러싸인 초전도 코어 와이어를 포함하는 2개의 초전도체들, 특히 2개의 마그네슘디보라이드 초전도체들 사이를 연결하기 위한 구조에 관한 것이며, 상기 구조는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된다. 따라서 초전도체의 상응하는 단부들은 재료 혼합물의 원위치에서의 반응에 의해 연결될 수 있으며, 상기 재료 혼합물에는 마그네슘과 붕소 외에, 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질도 포함되어 있으므로 더 낮은 온도에서 반응이 일어날 수 있다. 상기의 방식으로 더 높은 전류 용량에서 접촉이 개선될 수 있는데, 그 이유는 반응성이 향상될 뿐만 아니라 열 처리로 인한 와이어의 열화도 감소하기 때문이다.

물론, 본 발명에 따른 방법과 관련해서 제시된 모든 실시예들은 본 발명에 따른 연결 구조에 유사하게 적용될 수 있으므로, 예컨대 상기 연결 구조도 연결된 초전도체 와이어 단부들이 예컨대 경사지게 내부로 돌출해 있는 연결 하우징을 포함할 수 있다. 추가의 첨가제, 특히 실리콘카바이드 및/또는 칼슘헥사보라이드가 마찬가지로 제공될 수 있다. 이 경우, 마그네슘의 용융 온도를 낮추기 위한 물질로 바람직하게는 구리가 사용되므로, 결과적으로 구리는 코어 와이어의 노출된 단부들을 연결하는 반응된 재료 혼합물 내에 포함된다.

본 발명의 추가의 장점들과 세부 사항들은 도면을 토대로 이하에서 설명되는 실시예에 제시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연결 구조의 도면이다.
도 2는 초전도 자석에서 단락 스위치를 형성하기 위한, 본 발명에 따른 연결 구조의 사용에 대한 도면이다.

도 1에는 본원에서 자석의 "지속 모드"를 위해 단락 스위치를 형성할 목적으로 2개의 초전도체들(2)을 연결하는 데 사용되는 본 발명에 따른 연결 구조(1)의 원리도가 도시되어 있다. 상기 연결 구조는 O.5T보다 큰 자기장이 우세하고 그리고/또는 10K보다 높은 온도가 존재하는 환경에서 사용되어야 한다.

초전도체는 마그네슘디보라이드로 구성된 초전도 코어 와이어(3)를 포함하며, 상기 초전도 코어 와이어는 상전도 금속(4) 외피에 의해 둘러싸여 있다. 물론 복수의 코어 와이어들(필라멘트)이 제공될 수도 있다.

이 시점에서 이미 주목할 점은, 상기 도면이 단순히 원리도를 나타내고 있으며 이는 초전도체(2) 등의 배치와 관련해서 변형될 수 있다는 것이다. 예컨대 접촉면들(6)의 거리를 가급적 작게 유지하기 위해 단부들(5)을 나란히 배치하는 것도 생각해 볼 수 있다. 분명, 단부들(5)이 연결 하우징(7) 내에 경사지게 고정되므로, 접촉면들(6)은 연결 하우징(7)의 내부 쪽으로 노출된다. 전도체(2)가 이와 같이 경사지게 위치하므로, 전도체는 코어 와이어(3)의 최초 횡단면보다 크게 형성된다.

한편, 강으로 구성되는 연결 하우징(7)은 하부 하우징부(8)와 커버(9)를 포함하며, 연결 하우징(7) 형성을 위해 상기 커버가 나사(10)와 함께 고정될 수 있으므로 연결 하우징(7) 내에 배치된 재료 혼합물(11)이 반응 전에 압축될 수 있는데, 이는 제조 방법과 관련해서 하기에서 더 상세히 언급하는 바와 같다. 연결 하우징은 강 이외에, MgB₂보다 더 높은 열 팽창 계수를 갖는 다른 금속으로도 구성될 수 있다. 따라서 적용 온도로의 냉각 시 재료 혼합물의 압축뿐만 아니라 요구된 기계적 안정성도 얻게 된다. 도시된 바와 같이 제조된 연결 구조(1)에서 재료 혼합물(11)은 반응된 재료 혼합물(11)로서 존재하는데, 이는 접촉면들(6) 사이에서 상응하게 전도성을 갖는 연결부를 마그네슘디보라이드가 형성하는 것을 의미한다.

연결 구조(1)는 특히 전류 용량 및 접촉 품질과 관련해서 이미 논의한 바 있는 특히 바람직한 특성을 갖는데, 그 이유는 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질을 포함하는 재료 혼합물(11)이 제조에 사용되었기 때문이다.

도시된 연결 구조(1)를 제조하기 위해서는 본 발명에 따라 바람직하게 보호 대기 하에서 단부들(5)이 우선 준비된다. 이를 위해 단부들(5)은 먼저 하부 하우징부(8) 내에 고정된 다음, 도시된 바와 같이 경사지게 연마되므로 확대된 접촉면(6)이 제공된다. 초전도체(2)는 이러한 전체 연마 과정 동안 이미 하부 하우징부 내에 고정되어 유지된다. 연마에 의해 단부들(5)이 준비되고(이때 열 발생은 방지된다), 거친 연마 공구로부터 미세한 연마 공구로의 전환이 이루어진다. 따라서 안전한 준비가 가능하다.

또한, 아직 반응하지 않은 재료 혼합물(11)이 준비된다. 이 경우에 상기 준비는 기계적 합금에 의해 이루어진다. 본원에서 1.15:2의 비율을 갖는 마그네슘과 붕소는 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질인 구리와 함께 혼합되며, 이때 구리는 10중량%로 제공된다. 재료 혼합물(11)의 물질은 높은 속도에서 작동하는 유성 기어를 구비한 볼밀에 의해 혼합된다. 이 경우, 마찬가지로 재료 혼합물의 일부를 형성하는 반응에 의해 이미 제1 마그네슘디보라이드 입자 역시 생성된다. 그러나 다른 유형과 방식으로 마그네슘디보라이드 입자를 첨가하는 것도 생각해 볼 수 있다.

본 경우 피닝 특성, 임계 자기장 및 이러한 추가의 특성들을 개선하는 실리콘카바이드와, 산소를 결합하는 칼슘헥사보라이드가 추가의 첨가제로서 제공된다. 마찬가지로 재료 혼합물(11)은 이러한 추가의 첨가제와 혼합된다.

접촉면들(6)이 이미 준비된 이후에는 재료 혼합물(11)이 하부 하우징부(8) 안을 채우며, 그 후 재료 혼합물은 커버(9)가 안착되어 조여짐에 의해 하부 하우징부에서 가압된다.

이와 같이 연결 하우징(7) 내에 준비된 재료 혼합물(11)은 초과압 하에서 보호 대기가 존재하는 노 내에 유입된다. 따라서, 보호 가스는 유도되어 나온 초전도체를 지속적으로 스쳐 지나서 흐르며 공기의 유입을 방지한다. 재료 혼합물(11)은 노 안에서 반응하며, 이때 마그네슘과 붕소로부터 마그네슘디보라이드가 형성된다. 이는 통상적인 경우보다 낮은 온도에서 이루어질 수 있는데, 그 이유는 구리가 공급되어 마그네슘의 용융 온도가 하강함으로써 예컨대, 재료 혼합물이 대략 620℃에서 15분간 노 내에 남아 있을 수 있기 때문이다. 이러한 가열 및 냉각 과정은 이로 인해 발생되는 열화를 방지하기 위해 천천히 실행될 수 있다.

그 후, 연결 구조(1) 제조가 완료된다.

도 2에는 초전도 자석(13)을 위한 단락 스위치(12)를 형성하기 위해 연결 구조(1)를 사용하는 가능한 예가 도시되어 있다. 단락 스위치(12) 뿐만 아니라 자석(13)도 마그네슘디보라이드 초전도체(2)를 포함한다. 이들은 본 발명에 따른 연결 구조(1)에 의해 연결된다. 우선, 상기 자석(13)은 단락 스위치(12)의 초전도체(2)가 상전도 상태인 경우에 한해[이는 가열 장치(15)에 의해 달성된다], 전류원(14)에 의해 충전될 수 있다. 단락 스위치(12)가 다시 초전도 상태가 되면, 폐쇄 회로가 형성되고 "지속 모드"에서의 작동이 가능해지며 전류원(14)이 비활성화될 수 있다.

Claims

상전도 금속에 의해 둘러싸인 초전도 코어 와이어를 포함하는 2개의 초전도체들 사이에 연결 구조를 제조하기 위한 방법이며, 마그네슘과 붕소로 구성된 재료 혼합물에는 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질이 혼합되고 코어 와이어의 노출된 단부들은, 상기 더 낮은 용융 온도에 상응하는 반응 온도에서 원위치에서 반응하여 마그네슘디보라이드가 되는 재료 혼합물과 접촉하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 2개의 초전도체들은 마그네슘디보라이드 초전도체들인 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 물질로서 금속이 사용되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 물질로서 구리와 은 중 어느 하나 또는 둘 다가 사용되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 1 내지 20중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 물질은 10중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 혼합물로서 기계적으로 합금된 분말이 사용되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 혼합물에는 하나 이상의 추가의 첨가제가 첨가되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 첨가제로서 피닝을 개선하거나, 전류 용량을 증가시키거나, 임계 자기장을 증가시키거나, 임계 온도의 하강을 느리게 하거나, 산소를 결합하거나, 이들 중 둘 이상의 임의의 조합을 구현하는 첨가제가 사용되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제8항에 있어서, 첨가제로서 금속과, 탄소 함유 화합물과, 탄소와, 보라이드 중 어느 하나 또는 둘 이상의 임의의 조합이 사용되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 첨가제로서 SiC와 CaB6 중 어느 하나 또는 둘 다가 사용되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 혼합물은 추가로 마그네슘디보라이드 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 코어 와이어 단부들의 노출은 연마에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 초전도체의 코어 와이어 단부들이 노출될 경우 상기 초전도체는 연결 하우징의 하나 이상의 부분에 위치 고정되며, 상기 부분에서는 마그네슘과 붕소의 후속 반응도 이루어져 마그네슘디보라이드가 생성되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 코어 와이어 단부들에서의 접촉면은 코어 와이어의 횡단면에 대해 각을 형성하면서 노출되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 혼합물은 코어 와이어 단부들이 내부로 돌출해 있는 연결 하우징 안으로 유입되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 혼합물은 연결 하우징 내에서 가압되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제16항에 있어서, 초전도체는, 연결 하우징의 벽에서 상기 초전도체의 코어 와이어 단부들이 노출되기 전에 벽에 대해 경사지게 상기 벽 안으로 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연결될 초전도체 단부들은 상기 단부들 사이에 배치된 재료 혼합물과 함께, 초과압 하에서, 보호 가스 대기가 존재하는 노 내에 반응을 위해 삽입되는 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들 사이의 연결 구조 제조 방법.
상전도 금속(4)에 의해 둘러싸인 초전도 코어 와이어(3)를 연결하는 연결 구조(1)이며, 상기 연결 구조(1)는 마그네슘과 붕소 이외에 마그네슘의 용융 온도를 낮추는 물질을 추가로 포함하며 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들(2) 사이를 연결하기 위한 구조(1).
제20항에 있어서, 상기 2개의 초전도체들(2)은 마그네슘디보라이드 초전도체들인 것을 특징으로 하는, 2개의 초전도체들(2) 사이를 연결하기 위한 구조(1).