KR101386587B1 - 초전도층-안정화층 직접 접촉을 이용한 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법 - Google Patents

초전도층-안정화층 직접 접촉을 이용한 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법 Download PDF

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Abstract

초전도층과 안정화층 직접 접촉을 이용한 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 초전도체의 접합 방법은 제1초전도체 및 제2초전도체를 접합하는 초전도체 접합 방법에 있어서,
(a) 기판과, 상기 기판 상에 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 형성된 초전도층과, 상기 초전도층을 덮는 안정화층을 각각 포함하는 제1초전도체 및 제2초전도체를 마련하는 단계; (b) 제1초전도체의 안정화층의 일부를 제거하여, 제1초전도체의 초전도층을 노출시키는 단계; (c) 제1초전도체의 노출된 초전도층에 제2초전도체의 안정화층을 접촉시키는 단계; (d) 가압을 통하여 상기 제1초전도체의 초전도층과 제2초전도체의 안정화층을 고상 상태에서 가압 원자확산을 통하여 접합하는 단계; 및 (e) 접합이 완료된 제1초전도체 및 제2초전도체를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초전도층-안정화층 직접 접촉을 이용한 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법 {METHOD OF SUPERCONDUCTOR SPLICING BY PRESSURIZED SOLID STATE ATOMS DIFFUSION USING DIRECT CONTACT OF SUPERCONDUCTING LAYER AND STABILIZING LAYER}
본 발명은 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)와 같은 초전도체(superconductor)를 포함하는 2세대 초전도체의 접합 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초전도층-안정화층 직접 접촉을 이용한 초전도체 접합 방법에 관한 것이다.
2세대 ReBCO 초전도체는 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)와 같은 초전도 물질을 포함하며, 적층 구조로 테이프 형상으로 만들어진 선재에 해당한다.
2세대 ReBCO 초전도체는 기판, ReBCO 초전도층, 안정화층을 포함하며, 기판과 ReBCO 초전도층 사이에 버퍼층이 포함되기도 한다.
2세대 ReBCO 초전도체의 접합은 다음과 같은 경우에 필요하다.
첫번째로, 코일 권선시 초전도체의 길이가 짧아서 장선재로 사용하기 위하여 초전도체들을 상호 접합해야 하는 경우이다. 두번째로, 초전도체를 권선한 코일을 서로 연결하기 위하여 초전도 마그네트(magnet) 코일간의 접합이 필요한 경우이다. 세번째로, 영구전류모드 운전을 위한 초전도 영구 전류 스위치를 병렬로 연결해야 할 때, 초전도 마그네트 코일과 초전도 영구전류 스위치간의 접합을 해야 하는 경우이다.
2세대 ReBCO 초전도체의 접합 방법의 종래기술로서, 안정화층과 안정화층을 솔더로 접합하고 있고, 최근 안정화층과 안정화층을 직접 접촉하는 기법이 연구되고 있다. 2가지 모두 상전도 접합으로 접합부 저항이 높아 영구전류모드를 기대하기는 어렸다. 이를 해결하기 위하여 2가닥의 초전도체 각각의 안정화층을 제거하여 초전도층을 노출시킨 후, 서로 마주보도록 배열한 후 접합하는 기술이 알려져 있다
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2003-0054150호(2003.07.02. 공개)에 개시된 초전도체 분말을 매개로 한 초전도 접합방법이 있다.
본 발명의 목적은 2가닥의 2세대 ReBCO 초전도체를 접합하는 방법에 있어서, 초전도체의 두께 방향 저항을 낮출 수 있는 초전도체 접합 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 접합과정 중 산소 손실에 의해 ReBCO 초전도층이 초전도 성질을 잃는 것을 방지할 수 있는 초전도체 접합 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 초전도체 접합 방법은 제1초전도체 및 제2초전도체를 접합하는 초전도체 접합 방법에 있어서, (a) 기판과, 상기 기판 상에 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 형성된 초전도층과, 상기 초전도층을 덮는 안정화층을 각각 포함하는 제1초전도체 및 제2초전도체를 마련하는 단계; (b) 제1초전도체의 안정화층의 일부를 제거하여, 제1초전도체의 초전도층을 노출시키는 단계; (c) 제1초전도체의 노출된 초전도층에 제2초전도체의 안정화층을 접촉시키는 단계; (d) 가압을 통하여 상기 제1초전도체의 초전도층과 제2초전도체의 안정화층을 가압 고상 원자확산 접합하는 단계; 및 (e) 접합이 완료된 제1초전도체 및 제2초전도체를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 (d) 단계 이전에, 상기 제1초전도체 및 제2초전도체 중 하나 이상에 홀을 가공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도체 접합 방법은 제1초전도체 및 제2초전도체를 접합하는 초전도체 접합 방법에 있어서, (a) 기판과, 상기 기판 상에 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 형성된 초전도층과, 상기 초전도층을 덮는 안정화층을 각각 포함하는 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체를 마련하는 단계; (b) 제1초전도체 및 제2초전도체 각각의 안정화층의 일부를 제거하여, 제1초전도체 및 제2초전도체 각각의 초전도층을 노출시키는 단계; (c) 제1초전도체 및 제2초전도체 각각의 노출된 초전도층에 제3초전도체의 안정화층을 접촉시키는 단계; (d) 가압을 통하여 제1초전도체 및 제2초전도체의 초전도층과, 제3초전도체의 안정화층을 가압 고상 원자확산 접합하는 단계; 및 (e) 접합이 완료된 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 (d) 단계 이전에, 상기 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체 중 하나 이상에 홀을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도체 접합 방법은 제1초전도체 및 제2초전도체를 접합하는 초전도체 접합 방법에 있어서, (a) 기판과, 상기 기판 상에 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 형성된 초전도층과, 상기 초전도층을 덮는 안정화층을 각각 포함하는 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체를 마련하는 단계; (b) 제3초전체의 안정화층의 일부를 제거하여 제3초전도체의 초전도층을 노출시키는 단계; (c) 제3초전도체의 노출된 초전도층에 제1초전도체 및 제2초전도체 각각의 안정화층을 접촉시키는 단계; (d) 가압을 통하여 제3초전도체의 초전도층과, 제1초전도체 및 제2초전도체의 안정화층을 가압 고상 원자확산 접합하는 단계; 및 (e) 접합이 완료된 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 초전도체 접합 방법은 상기 (d) 단계 이전에, 상기 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체 중 하나 이상에 홀을 가공할 수 있다.
상기 예들에서, 상기 (d) 단계는, 산소 분위기 하에서 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 (d) 단계는, 상기 산소가 0.1~10L/min 유량으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계는, 1~50MPa의 가압 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계는, 200 ~700℃의 온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (e) 단계는, 400~700℃의 온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (e) 단계에는, 1~20atm의 산소 가압력 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초전도층-안정화층 직접 접촉을 이용한 초전도체 접합 방법에 의하면, 1가닥의 초전도체의 안정화층을 제거하여 노출된 초전도층과 다른 1가닥의 초전도체의 안정화층을 직접 가압 접촉시켜 고상 원자확산 접합한다.
2가닥의 초전도체의 안정화층끼리 접합하는 경우, 접합 부분에서 두께 방향의 저항이 높은 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따른 초전도층-안정화층 직접 접촉을 이용한 가압 고상 원자확산 초전도체 접합 방법으로 접합을 수행한 결과, 상기와 같은 종래의 방법에 따른 접합에 비하여 접합 저항을 크게 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초전도층-안정화층 직접 접촉을 이용한 가압 고상 원자확산 초전도체 접합 방법에 의하면, 초전도체의 접합 부분에 홀을 가공함으로써 초전도체 접합 후 ReBCO 초전도층의 산소 보충을 위한 열처리시 초전도층으로의 산소 확산 경로를 제공할 수 있다. 따라서, 산소 보충을 위한 열처리 시간을 단축할 수 있으며, 또한 ReBCO 초전도체의 접합 후 초전도 유지 특성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 제1초전도체 및 제2초전도체를 나타낸 것이다.
도 3은 제1초전도체의 안정화층 일부가 제거된 것을 나타낸 것이다.
도 4는 제1초전도체의 초전도층과 제2초전도체의 안정화층의 직접 접촉에 의해 초전도체들이 접합된 것을 나타낸 것이다.
도 5는 접합시 요구되는 가압을 위하여 홀더가 이용된 예를 나타낸 것이다.
도 6은 제2초전도체에 홀이 형성된 예를 나타낸 것이다.
도 7은 제1초전도체 및 제2초전도체의 초전도층과 제3초전도체의 안정화층의 직접 접촉에 의해 초전도체들이 가압 고상 원자확산 접합된 것을 나타낸 것이다.
도 8은 제1초전도체 및 제2초전도체의 안정화층과 제3초전도체의 초전도층의 직접 접촉에 의해 초전도체들이 가압 고상 원자확산 접합된 것을 나타낸 것이다.
도 9 내지 도 11은 홀이 형성된 패턴의 예들을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 방법으로 GdBCO 초전도체의 접합이 완료된 후 V-I 측정 결과를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초전도층-안정화층 직접 접촉을 이용한 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 초전도체 접합 방법은 접합하고자 하는 제1초전도체 및 제2초전도체를 서로 맞대고 직접 접합하는 방법으로, 초전도체 마련 단계(S110), 제1초전도체 안정화층 제거 단계(S120), 초전도층-안정화층 접촉 단계(S130), 가압을 통한 가압 고상 원자확산 접합 단계(S140) 및 산소 회복을 위한 열처리 단계(S150)를 포함한다.
초전도체 마련 단계(S110)에서는, 도 2에 도시된 예와 같이 접합하고자 하는 제1초전도체(200a) 및 제2초전도체(200b)를 마련한다.
제1초전도체(200a) 및 제2초전도체(200b)는 기판(201)과, 기판 상에 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 형성된 초전도층(202)과, 초전도층을 덮는 안정화층(203)을 각각 포함한다. 도면에는 도시하지 않았으나, 기판(201)과 초전도층(202) 사이에는 버퍼층과 같은 층이 더 포함될 수 있다.
기판(201)은 Ni 또는 Ni 합금, Cu 또는 Cu 합금, 등 금속계 물질로 이루어질 수 있으며, 압연 및 열처리를 통하여 큐브 집합조직(Cube texture)으로 형성될 수 있다.
버퍼층(미도시)은 ZrO2, CeO2, YSZ(Yttria-stabilized zirconia), Y2O3, HfO2 , Al2O3, MgO, LMO (LaMnO3), 등을 1종 이상 포함하는 재질로 형성될 수 있으며, 단일층 또는 다수의 층으로 도전성 기판(410) 위에 에피택셜(Epitaxial)하게 적층될 수 있다.
초전도층(202)은 초전도체인 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 이루어진다. 즉, Re:Ba:Cu의 몰 비율은 1:2:3이고, 이에 대한 산소(O)의 몰비율(7-x)은 6.4 이상인 것이 바람직하다. REBCO에서 희토류 원소 1몰에 대한 산소(O)의 몰비율이 6.4 미만일 경우 ReBCO의 초전도성을 상실하여 상전도체로 변화될 수 있기 때문이다.
ReBCO를 구성하는 물질 중에서 희토류 원소(Re)는 대표적으로 이트륨(Y)을 제시할 수 있으며, 이외에도 Nd, Gd, Eu, Sm, Er, Yb, Tb, Dy, Ho, Tm 등이 이용될 수 있다.
안정화층(203)은 과전류시 ReBCO 초전도층(202)을 보호하는 등 ReBCO 초전도층(202)을 전기적으로 안정화시킨다.안정화층(203)을 형성하는 물질로, 은(Ag)이나 구리(Cu)와 같은 전기저항이 낮은 금속물질이나 스테인리스 강 등이 이용될 수 있다.
다음으로, 1초전도체 안정화층 제거 단계(S120)에서는 도 3에 도시된 예와 같이, 제1초전도체(200a)의 안정화층(203)의 일부를 제거하여, 초전도층(202)을 노출시킨다.
안정화층(203)은 에칭에 의해 제거될 수 있으며, 안정화층의 에칭을 위하여, 안정화층에 대한 선택적 식각성을 갖는 레지스트(resist) 혹은 그 반대의 특성을 갖는 레지스트를 이용할 수 있다.
다음으로, 초전도층-안정화층 접촉 단계(S130)에서는 도 4에 도시된 예와 같이, 제1초전도체(200a)의 노출된 초전도층(202)에 제2초전도체(200b)의 안정화층(203)을 접촉시킨다.
다음으로, 가압을 통한 접합 단계(S140)에서는 제1초전도체(200a)의 초전도층(202)과 제2초전도체(200b)의 안정화층(203)이 직접 접촉된 상태에서, 가압 고상 원자확산을 통하여 제1초전도체(200a)의 초전도층(202)과 제2초전도체(200b)의 안정화층(203)을 접합한다.
접합은 산소 분위기 하에서 수행되는 것이 바람직하다. 이 때, 산소는 0.1~10L/min 유량으로 공급될 수 있다.
또한, 접합은 1~50MPa 가압력 하에서 수행되는 것이 바람직하다. 가압을 통하여, 초전도체층 표면과 안정화층 표면의 접촉과 함께 고상 상태에서 상호 간의 원자확산을 향상시킬 수 있다. 한편, 가압력이 1MPa 미만일 경우, 가압 효과가 불충분하다. 반대로, 가압력이 50MPa를 초과할 경우, ReBCO 초전도체의 안정성이 저하될 수 있다.
접합시 요구되는 가압을 위하여, 도 5에 도시된 예와 같이 홀더(610) 가 이용될 수 있다.
또한, 접합은 200~700℃의 온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다. 접합 온도가 200℃ 미만일 경우, 접합이 충분히 이루어지지 않을 수 있다. 반대로, 열처리로 내부 온도가 700℃를 초과하는 경우, 안정화층을 구성하는 은이 역시 용융될 수 있다.
다음으로, 산소 회복을 위한 열처리 단계(S150)에서는 접합이 완료된 제1초전도체(200a) 및 제2초전도체(200b)를 열처리한다.
접합 단계(S140)에서 고상 상태에서 산소 원자의 이동 확산이 발생하게 되는데, 이로 인하여 초전도층의 산소의 비율이 감소하여 초전도성을 잃게 된다. 열처리 단계(S150)에서는 열처리로 내에 산소를 공급하고, 공급된 산소를 초전도층 내부로 확산시키는 과정을 통하여 초전도층의 산소 비율을 다시 회복시킨다.
산소 회복을 위한 열처리는 400~700℃의 온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 400℃ 미만에서는 그 효과가 불충분하거나 열처리 시간이 현저히 길어질 수 있다. 반대로 열처리 온도가 700℃를 초과하는 경우, 초전도 상태인 사방정계(orthorhombic) 구조로부터 상전도 상태인 원자구조가 다른 정방정계 (tetragonal) 구조로 변화가 발생할 수 있다.
또한, 산소 회복을 위한 열처리는 1~20atm의 산소 가압력 조건으로 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 시 가압력이 1atm보다 낮으면 산소 공급에 문제가 있으며, 20atm을 초과하면 필요 이상의 압력으로 초전도체의 내구성에 영향을 미칠 수 있다.
한편, 산소 회복을 위한 열처리 효과를 높이기 위하여, 도 6에 도시된 예와 같이, 제1초전도체 및 제2초전도체 중 하나 이상에 마이크로 홀을 형성할 수 있다. 홀(510)은, 열처리 단계(S150)에서 ReBCO 초전도층(202)으로의 산소 확산 경로(Oxygen Diffusion Path)를 제공하여, 열처리 효율을 상승시켜 접합 후 초전도 유지 특성을 유지할 수 있도록 하며, 아울러 열처리 시간을 단축할 수 있도록 하는 역할을 한다.
홀은 접합 단계(S140) 이전이라면 어느 단계에서도 형성될 수 있다. 즉, 초전도체 마련 단계에서 홀을 형성할 수도 있고, 초전도층과 안정화층을 접촉시킨 후에도 홀을 형성할 수 있다. 바람직하게는 초전도체 마련 단계에서 홀을 형성하는 것이 좋다.
도 6에서는 제2초전도체(200b)에 홀이 형성된 예를 나타내었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 홀(510)은 제1초전도체 및 제2초전도 중 어느 하나에 형성될 수 있고, 또한 제1초전도체 및 제2초전도체 모두에 형성될 수도 있다.
마이크로 홀은 레이저 혹은 기타 정밀 가공 등의 방식으로 형성될 수 있다. 또한, 홀은, 도 9 내지 도 11에 도시된 예와 같이, 기판(101)으로부터 다양한 패턴(510a, 510b, 510c)으로 형성될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 예와 같이 홀더(610)가 이용될 경우, 산소가 초전도층에 원할히 공급될 수 있도록, 홀더(610)에도 산소 확산을 위한 마이크로 홀(미도시)이 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다.
도 4의 경우 제1초전도체와 제2초전도체가 직접 가압 고상 원자확산 접합된 예를 나타내었으나, 도 7 혹은 도 8에 도시된 예와 같이 매개가 되는 제3초전도체를 이용할 수 있다.
우선, 도 7은 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b)의 초전도층(702)과 제3초전도체(700c)의 안정화층(713)의 직접 접촉에 의해 초전도체들이 가압 고상 원자확산 접합된 것을 나타낸다.
도 7에 도시된 예의 경우, 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b) 각각의 안정화층(703) 일부가 제거되어 초전도층(702)이 노출되며, 노출된 초전도층(702) 각각은 제3초전도체(700c)의 안정화층(713)과 직접 접촉한다.
도 7에 도시된 접합 예는 다음과 같은 방법으로 실시될 수 있다.
우선, 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b) 각각의 안정화층(703)의 일부를 제거하여, 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b) 각각의 초전도층(702)을 노출시킨다. 다음으로, 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b) 각각의 노출된 초전도층(702)에 제3초전도체(700c)의 안정화층(713)을 접촉시킨다. 다음으로, 가압 고상 원자확산을 통하여 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b)의 초전도층(702)과, 제3초전도체(700c)의 안정화층(713)을 접합한다. 다음으로, 접합이 완료된 제1초전도체(700a), 제2초전도체(700b) 및 제3초전도체(700c)를 열처리한다.
도 8은 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b)의 안정화층과 제3초전도체(700c)의 초전도층의 직접 접촉에 의해 초전도체들이 가압 고상 원자확산 접합된 것을 나타낸다.
도 8에 도시된 예의 경우, 제3초전도체(700c)의 안정화층(713) 일부가 제거되어 초전도층(712)이 노출되며, 노출된 초전도층(712)은 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b) 각각의 안정화층(703)과 직접 접촉한다.
도 8에 도시된 접합 예는 다음과 같은 방법으로 실시될 수 있다.
우선, 제3초전체(700c)의 안정화층(713)의 일부를 제거하여 제3초전도체(700c)의 초전도층(712)을 노출시킨다. 다음으로, 제3초전도체(700c)의 노출된 초전도층(712)에 제1초전도체(700a) 및 제2초전도(700b)체 각각의 안정화층(703)을 접촉시킨다. 다음으로, 가압을 통하여 제3초전도체(700c)의 초전도층(712)과, 제1초전도체(700a) 및 제2초전도체(700b)의 안정화층(703)을 가압하여 고상상태에서 원자확산을 통하여 접합한다. 이후, 접합이 완료된 제1초전도체(700a), 제2초전도체(700b) 및 제3초전도체(700c)를 열처리한다.
도 7 및 도 8에 도시된 예의 경우에도, 산소 회복을 위한 열처리 효과를 높이기 위하여, 제1초전도체(700a), 제2초전도체(700b) 및 제3초전도체(700c) 중 하나 이상에 홀을 가공할 수 있다. 바람직한 예로, 제1초전도체(200a) 및 제2초전도체(200b)에 홀을 가공하는 것, 제3초전도체(200c)에 홀을 가공하는 것, 제1초전도체(200a), 제2초전도체(200b) 및 제3초전도체(200c) 모두에 홀을 가공하는 것을 제시할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 방법으로 GdBCO 초전도체의 접합이 완료된 후 V-I 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, 일반 상전도 특성에선 볼 수 없는 임계전류 (Ic) 의 초전도 V-I 곡선을 나타내고 있다. 초전도 임계전류를 측정할 때 사용하는 1 uV/cm 기준을 사용할 경우 임계전류(Ic) 는 103 A (Virgin 126A) 를 보였다. 즉 접합부에 103 A 의 초전도 임계전류가 흐른다는 것으로 접합부는 상전도 접합이 아닌 초전도 접합이 되었다. Ic 103 A 에 해당하는 접합부 임계 저항 (Rc)은 7.36 x 10-9 Ω으로 상전도 접합에선 결코 이룰 수 없는 매우 낮은 저항이었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
200a, 200b, 700a, 700b, 700c : 초전도체
201, 701, 711 : 기판
202, 702, 712 : 초전도층
203, 703, 713 : 안정화층
510 : 홀
610 : 홀더

Claims (12)

  1. 제1초전도체 및 제2초전도체를 가압하고 고상에서 원자확산을 통하여 접합하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법에 있어서,
    (a) 기판과, 상기 기판 상에 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 형성된 초전도층과, 상기 초전도층을 덮는 안정화층을 각각 포함하는 제1초전도체 및 제2초전도체를 마련하는 단계;
    (b) 제1초전도체의 안정화층의 일부를 제거하여, 제1초전도체의 초전도층을 노출시키는 단계;
    (c) 제1초전도체의 노출된 초전도층에 제2초전도체의 안정화층을 접촉시키는 단계;
    (d) 가압을 통하여 상기 제1초전도체의 초전도층과 제2초전도체의 안정화층을 가압 고상 원자확산 접합하는 단계; 및
    (e) 접합이 완료된 제1초전도체 및 제2초전도체를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법은
    상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이, 상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이 또는 상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에, 상기 제1초전도체 및 제2초전도체 중 하나 이상에 홀을 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  3. 제1초전도체 및 제2초전도체를 가압하고 고상에서 원자확산을 통하여 접합하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법에 있어서,
    (a) 기판과, 상기 기판 상에 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 형성된 초전도층과, 상기 초전도층을 덮는 안정화층을 각각 포함하는 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체를 마련하는 단계;
    (b) 제1초전도체 및 제2초전도체 각각의 안정화층의 일부를 제거하여, 제1초전도체 및 제2초전도체 각각의 초전도층을 노출시키는 단계;
    (c) 제1초전도체 및 제2초전도체 각각의 노출된 초전도층에 제3초전도체의 안정화층을 접촉시키는 단계;
    (d) 가압을 통하여 제1초전도체 및 제2초전도체의 초전도층과, 제3초전도체의 안정화층을 고상 상태에서 가압 원자확산 접합하는 단계; 및
    (e) 접합이 완료된 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법은
    상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이, 상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이 또는 상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에, 상기 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체 중 하나 이상에 홀을 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  5. 제1초전도체 및 제2초전도체를 가압하고 고상에서 원자확산을 통하여 접합하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법에 있어서,
    (a) 기판과, 상기 기판 상에 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)로 형성된 초전도층과, 상기 초전도층을 덮는 안정화층을 각각 포함하는 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체를 마련하는 단계;
    (b) 제3초전체의 안정화층의 일부를 제거하여 제3초전도체의 초전도층을 노출시키는 단계;
    (c) 제3초전도체의 노출된 초전도층에 제1초전도체 및 제2초전도체 각각의 안정화층을 접촉시키는 단계;
    (d) 가압을 통하여 제3초전도체의 초전도층과, 제1초전도체 및 제2초전도체의 안정화층을 고상상태에서 가압 원자확산을 통하여 접합하는 단계; 및
    (e) 접합이 완료된 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초전도체 접합 방법은
    상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이, 상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이 또는 상기 (c) 단계와 상기 (d) 단계 사이에, 상기 제1초전도체, 제2초전도체 및 제3초전도체 중 하나 이상에 홀을 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 산소 분위기 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 산소는 0.1~10L/min 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 1~50MPa의 가압 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 200~700℃의 온도 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는, 400~700℃의 온도 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에는, 1~20atm의 산소 가압력 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 초전도체 가압 고상 원자확산 접합 방법.
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