KR101535844B1 - 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법 - Google Patents

2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법 Download PDF

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Abstract

접합 후 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합부 강도 보강 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합부 강도 보강 방법은 고온 초전도층끼리의 직접 접합과 함께, 솔더링 또는 에폭시를 이용한 접합부 강화, 은 혹은 구리 안정화층끼리의 접합을 통한 접합부 강화 또는 초전도 선재 패치를 이용한 접합부 강화 후 솔더링 또는 에폭시를 이용한 접합부 강화 방법을 제공한다.

Description

2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법 {METHOD OF SPLICING AND REINFORCING OF SPLICING PART FOR PERSISTENT CURRENT MODE OF 2G ReBCO HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTORS}
본 발명은 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)와 같은 초전도체(superconductor)를 포함하는 2세대 고온 초전도체 접합 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2세대 ReBCO 고온 초전도체 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선재 형태의 초전도체의 접합은 다음과 같은 경우에 필요하다.
첫째로, 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.
특히, 영구전류모드 운전이 필수적으로 요구되는 초전도 응용기기에서 초전도체를 연결하여 사용하기 위해서는, 상호 연결된 초전도체가 마치 하나의 초전도체를 이용하는 것과 같이 연결되어야 한다. 그래서 모든 권선이 이루어졌을 때 손실이 없는 운전이 이루어져야 한다.
예를 들면, NMR(Nuclear Magnetic Resonance), MRI(Magnetic Resonance Imaging), SMES(Superconducting Magnet Energy Storage) 및 MAGLEV(MAGnetic LEVitation) 시스템 등과 같은 초전도 마그네트 및 초전도 응용기기에서 그러하다.
하지만 초전도체 간의 접합부위는 일반적으로 접합되지 않은 부분보다 특성이 낮으므로 영구전류모드 운전시 임계전류는 초전도체 간의 접합부위에 크게 의존한다.
따라서 초전도체 간의 접합부위의 임계전류 특성을 향상시키는 것은 영구전류모드형 초전도 응용기기 제작에 매우 중요하다. 그러나 저온 초전도체와는 달리 고온 초전도체의 경우, 그 자체가 세라믹으로 형성되므로 초전도 상태를 유지하는 접합이 매우 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 초전도층끼리 접합이 이루어지도록 하는 연구가 많이 이루어지고 있다.
그러나, 이 경우, 문제가 되는 것은 접합부 강도에 관한 것으로, 초전도체 간의 접합 후, 강도를 유지하지 못할 경우, 경우에 따라서는 접합부에서 단선 등의 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 초전도성을 유지할 수 있으면서도 접합부의 강도를 보강하여, 초전도체 수명 특성을 향상시킬 수 있는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은 (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 각각 포함하는 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체를 마련하는 단계; (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계; (c) 각각의 접합부의 노출된 ReBcO 초전도층이 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계; (d) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 ReBcO 초전도층의 산소를 회복시키는 단계; 및 (e) 접합부 주위를 솔더링 또는 에폭시로 강화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은 (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 1층 또는 2층 이상의 안정화층을 각각 포함하는, 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 및 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 마련하는 단계; (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계; (c) 각각의 접합부의 노출된 초전도층이 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각의 ReBCO 초전도층과 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계; (d) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 산소를 회복시키는 단계; 및 (e) 접합부 주위를 솔더링 또는 에폭시로 강화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 실시예 또는 제2 실시예에서, (b) 단계 이전에 또는 상기 (c) 단계 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층을 관통하여, 상기 기판으로부터 홀을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예에서, 상기 (b) 단계에서는 상기 접합부의 안정화층 일부를 제거하고, 상기 (c) 단계 이전 또는 상기 (c) 단계 이후에 상기 접합부에서 제거되지 않은 안정화층끼리도 접합이 수행되는 것이 보다 바람직하다. 이때, 상기 안정화층은 하부층 및 상부층을 포함하며, 상기 접합부에서 제거되지 않은 안정화층끼리의 접합은 1) 상부층 - 상부층의 접합, 2) 상부층 - 하부층의 접합, 또는 3) 하부층 - 하부층의 접합 중 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예에서, 상기 (c) 단계는 400℃ 이상 내지 ReBCO 편정반응 온도 이하의 접합 온도에서 수행되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예에서, 상기 (e) 단계 이전에, 과전류 바이패싱을 위하여, 접합부 표면에 전도성 안정화제를 코팅할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은 (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 각각 포함하는 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체를 마련하는 단계; (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계; (c) 각각의 접합부의 노출된 ReBcO 초전도층이 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계; (d) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 ReBcO 초전도층의 산소를 회복시키는 단계; 및 (e) 상기 (b) 단계에서 제거되지 않은 안정화층을 솔더 또는 에폭시로 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은 (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 1층 또는 2층 이상의 안정화층을 각각 포함하는, 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 및 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 마련하는 단계; (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계; (c) 각각의 접합부의 노출된 초전도층이 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각의 ReBCO 초전도층과 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계; (d) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 산소를 회복시키는 단계; 및 (e) 상기 (b) 단계에서 제거되지 않은 안정화층을 솔더 또는 에폭시로 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 실시예 또는 제4 실시예에서, 상기 (b) 단계 이전에 또는 상기 (c) 단계 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층을 관통하여 상기 기판으로부터 홀을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3 실시예 또는 제4 실시예에서, 상기 안정화층은 하부층 및 상부층을 포함하며, 상기 (e) 단계에서, 제거되지 않은 안정화층을 솔더 또는 에폭시로 접합하는 방법은 1) 상부층 - 솔더 또는 에폭시 - 상부층의 접합, 2) 상부층 - 솔더 또는 에폭시 - 하부층의 접합, 또는 3) 하부층 - 솔더 또는 에폭시 - 하부층의 접합 중 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 제3 실시예 또는 제4 실시예에서, 상기 (c) 단계는 400℃ 이상 내지 ReBCO 편정반응 온도 이하의 접합 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (e) 단계 이후에, 과전류 바이패싱을 위하여, 접합부 표면에 전도성 안정화제를 코팅할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제5 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은 (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 각각 포함하는 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체를 마련하는 단계; (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계; (c) 각각의 접합부의 노출된 ReBcO 초전도층이 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계; (d) 별도의 초전도체를 이용하여 접합부 양끝단에 패치 접합을 수행하여 접합부를 강화하는 단계; 및 (e) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 ReBcO 초전도층의 산소를 회복시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제6 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은 (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 1층 또는 2층 이상의 안정화층을 각각 포함하는, 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 및 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 마련하는 단계; (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계; (c) 각각의 접합부의 노출된 초전도층이 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각의 ReBCO 초전도층과 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계; (d) 별도의 초전도체를 이용하여 접합부 양끝단에 패치 접합을 수행하여 접합부를 강화하는 단계; 및 (e) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 산소를 회복시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법에 의하면, 초전도층끼리의 직접 접합을 수행하고 산소 회복을 위한 열처리를 수행함으로써, 접합 후 초전도 특성을 그대로 유지하는 것이 가능하다.
이와 더불어, 접합부의 안정화층끼리의 접합과 더불어 접합부 주위를 솔더링 혹은 에폭시로 강화하거나, 접합부의 안정화층을 솔더링 혹은 에폭시를 이용하여 접합함으로써 접합부의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법으로 접합이 수행된 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 경우, 우수한 초전도 특성 발휘와 더불어, 외부 충격 등에 의해 쉽게 접합부가 단선되는 현상이 발생하지 않음으로써 초전도체 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 구조를 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예 또는 제4 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 4의 (a)는 기판으로부터 초전도층 전까지 홀이 관통하는 예를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 기판으로부터 안정화층까지 홀이 관통하는 예를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예 또는 제3 실시예에 적용될 수 있는 ReBCO 고온 초전도체의 초전도층간 접합 예를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예 또는 제3 실시예에 적용될 수 있는 ReBCO 고온 초전도체의 초전도층간 접합 및 안정화층간 접합 예를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예 또는 제4 실시예에 적용될 수 있는 ReBCO 고온 초전도체의 초전도층간 접합 예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예 또는 제4 실시예에 적용될 수 있는 ReBCO 고온 초전도체의 초전도층간 접합 및 안정화층간 접합 예를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예 또는 제6 실시예에 적용될 수 있는 ReBCO 고온 초전도체의 초전도층간 접합 예를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 이용될 수 있는 다양한 접합 형태를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예 1에 따른 방법으로 접합이 완료된 ReBCO 초전도체의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시 예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 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.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 적용되는 2세대 ReBCO 고온 초전도체(100)는 ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)와 같은 고온 초전도 물질을 포함하며, 적층 구조로 테이프 형상으로 만들어진 선재에 해당한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 2세대 ReBCO 고온 초전도체(100)는 아래로부터, 기판(110), 고온 ReBCO 초전도층(130) 및 안정화층(140)을 포함한다. 고온 ReBCO 초전도층(130) 형성 이전에 버퍼층(120)이 더 형성될 수 있다.
기판(110)는 Ni 또는 Ni 합금 등 금속계 물질로 형성될 수 있다. 기판(110)은 압연 및 열처리를 통하여 큐브 집합조직(Cube texture)으로 형성될 수 있다.
버퍼층(120)은 ZrO2, CeO2, YSZ(Yttria-stabilized zirconia), Y2O3, HfO2, MgO, LMO(LaMnO3) 등의 재질로 형성될 수 있다. 버퍼층(120)은 단일층 또는 다수의 층으로 기판(110) 상에 에피택셜(Epitaxial)하게 적층될 수 있다.
ReBCO 초전도층(130)은 고온 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)이나 가돌리늄(Gd)을 제시할 수 있으며, 이외에도 Nd, Eu, Sm, Er, Yb, Tb, Dy, Ho, Tm 등이 이용될 수 있다.
안정화층(140)은 과전류시 ReBCO 초전도층(130)을 보호하는 등 ReBCO 초전도층(130)을 전기적으로 안정화시키기 위하여 형성된다.
안정화층(140)은 과전류가 흐를 때 ReBCO 초전도층(130)을 보호하기 위하여 전기저항이 상대적으로 낮은 금속물질로 구성된다. 예를 들면, 은(Ag)이나 구리(Cu)와 같은 전기저항이 낮은 금속물질로 구성될 수 있으며, 스테인리스 스틸도 이용될 수 있다.
이러한 안정화층(140)은 단일층으로 형성될 수 있으며, 하부층과 상부층을 포함하는 복수층으로 형성될 수 있다. 단일층 형태의 안정화층의 예로, 은(Ag) 안정화층, 구리(Cu) 안정화층을 제시할 수 있다. 복수층 형태의 안정화층의 예로, 은(Ag) 하부층 - 은(Ag) 상부층, 은(Ag) 하부층 - 구리(Cu) 상부층, 구리(Cu) 하부층 - 구리(Cu) 상부층을 제시할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
제1 실시예는 도 5 및 도 10의 (a)에 도시된 예와 같이, 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체들을 서로 마주보도록 배열하여 직접 접합하는 예를 나타낸다(랩 조인트(Lap joint) 접합 방식). 반면, 제2 실시예는 도 7 및 도 10의 (b), (c), (d)에 도시된 예와 같이, 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 매개로 하여 접합하는 예를 나타낸다. 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 매개로 하여 접합하는 예는 직선으로 배열된 ReBCO 고온 초전도체들 위에 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 접합하는 방식(도 10의 (b) (브리지(Bridge) 접합방식), 평행하게 배열된 2개의 ReBCO 고온 초전도체들 위에 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 접합하는 방식(도 10의 (c))(패러럴 브리지(Parallel bridge 접합방식), 2개의 ReBCO 고온 초전도체를 지그-재그 (Zig-Zag) 모양으로 엇갈리게 계단(stair) 식으로 배열한 후 그 위에 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 접합하는 방식(도 10의 (d) (스테어 브리지 (Stair bridge) 등이 있다.
도 2a를 참조하면, 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 마련 단계(S210), 접합부 안정화층 제거 단계(S220), ReBCO 초전도층 직접 접합 단계(S230), 산소 회복 열처리 단계(S240) 및 접합부 강도 보강 단계(S250)를 포함한다.
우선, 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 마련 단계(S210)에서는 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체를 마련하거나(제1 실시예), 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체와 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각(제2 실시예)를 마련한다.
2가닥의 ReBCO 고온 초전도체(제2 실시예의 경우에는 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각도 포함) 각각은 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 각각 포함한다.
다음으로, 접합부 안정화층 제거 단계(S220)에서는 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 한다.
ReBCO 고온 초전도체의 경우, ReBCO 초전도층이 내부에 위치하고 있으므로, ReBCO 고온 초전도체 층 간 직접 접촉에 의한 접합을 위하여는 안정화층을 에칭에 의해 제거하고 ReBCO 초전도층의 노출을 해야 한다.
안정화층 에칭을 위하여, 안정화층에 대한 선택적 식각성을 갖는 레지스트(resist) 혹은 그 반대의 특성을 갖는 레지스트를 이용할 수 있다.
다음으로, ReBCO 초전도층 직접 접합 단계(S230)에서는 각각의 접합부의 노출된 ReBcO 초전도층이 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행한다. (도 10의 (a) 내지 (d))
ReBCO 초전도층 접합을 위하여, 접합 대상이 되는 ReBCO 고온 초전도체들을 열처리로에 투입한 후, 열처리로 내에서 정해진 형태로 배열한다. 물론, ReBCO 고온 초전도체들을 먼저 배열한 후, 배열된 상태로 열처리로 내에 투입할 수도 있다.
이때, ReBCO 초전도층의 직접 접합은 진공에서, 그리고 400℃ 이상 내지 ReBCO 편정반응 온도 이하의 접합 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.
진공압은 PO2 ≤10-5mTorr가 될 수 있다. 열처리로 내부를 진공으로 유지하는 이유는 ReBCO 고온 초전도체의 ReBCO 초전도층만을 고상 원자확산하여 접합시키고자 함이다. 산소 분압이 매우 낮을 경우, 안정화층을 구성하는 은(Ag)이 초전도층을 구성하는 ReBCO의 용융점보다 상대적으로 높으며, 은(Ag)의 용융없이 ReBCO를 고상 원자확산시킬 수 있기 때문이다.
한편, ReBCO 편정반응은 아래와 같다.
ReBa2Cu3O7-x (Re123) → Re123 + (BaCuO2 + CuO) + L (Re, Ba, Cu, O) → Re2Ba1Cu1O7-x (Re211) + L (Re, Ba, Cu, O)
ReBCO 편정반응이 발생할 경우, BaCuO2 및 CuO가 생성되는데, 이 화합물들은 초전도체 특성을 저해하는 화합물들이다. 따라서, 본 발명의 경우, 이러한 BaCuO2 및 CuO가 생성되는 온도 이하에서 고상 원자확산 접합을 실시한다.
이때, ReBCO 초전도층 직접 접합시, 추가의 압력을 가하는데, 이는 초전도층 표면들의 접촉과 원자확산을 가속시키기 위함이며, 또한 접합 시 접합부위에 발생할 수 있는 여러 결함(공공, 등)들을 제거하고 접촉면적을 크게 하기 위함이다.
한편, 열처리로 내부 온도는 400℃ 이상 내지 ReBCO 편정반응 온도 이하인 것이 바람직하다. 열처리로 내부 온도가 400℃ 미만일 경우, 접합이 충분히 이루어지지 않을 수 있다. 반대로, 열처리로 내부 온도가 ReBCO 편정반응 온도를 초과할 경우에는 액상의 ReBCO가 발생하며 BaCuO2 및 CuO 화합물들이 생성된다.
한편, 가압은 하중(weight)이나 공기 실린더를 이용하여 실시할 수 있다. 가압력은 0.1~30 MPa가 될 수 있다. 가압력이 0.1 MPa 미만일 경우, 가압 효과가 불충분하다. 반대로, 가압력이 30 MPa를 초과할 경우, ReBCO 고온 초전도체의 안정성이 저하될 수 있다.
상기와 같은 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 ReBCO 고온 초전도체 층들을 직접 접촉시켜 고상 원자확산 압접을 하기 때문에 ReBCO 고온 초전도체 사이에 솔더(solder) 혹은 용가재(filler) 와 같은 상전도 층이 존재하지 않게 되므로, 접합부에서 접합 저항의 발생으로 인한 줄열(Joule heat) 및 퀀칭(quenching) 발생을 방지해준다.
다음으로, 산소 회복 열처리 단계(S240)에서는 산소(O2) 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 ReBcO 초전도층의 산소를 회복시킨다.
ReBCO 초전도층이 직접 접합은 진공 및 400℃ 이상의 고온에서 수행된다. 그런데, 이와 같은 진공 및 고온에서는 ReBCO로부터 산소(O2)가 빠져 나오는 현상이 발생한다. ReBCO로부터 산소가 빠져 나오면, 희토류 원소 1몰에 대한 산소의 몰 비율이 6.4 미만으로 떨어질 수 있으며, 이 경우 ReBCO 고온 초전도체 층 (430)은 초전도 상태인 사방정계(orthorhombic) 구조에서 상전도 상태인 정방정계(tetragonal) 구조로 원자구조 변화가 일어나 초전도성을 상실할 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 본 열처리 단계(S370)에서는 200~700℃ 근처에서 가압하면서 산소 분위기로 열처리를 통하여 ReBCO의 산소 손실을 보상하여 초전도성을 회복시킨다.
산소 분위기는 열처리로 (furnace) 내부에 가압 하에서 산소를 지속적으로 흘려 넣어주는 것으로 만들어질 수 있다. 이를 산소공급 어닐링(oxygenation annealing) 처리라고 하며, 특히, 200~700℃ 범위에서 열처리하여 산소공급을 하는데, 이유는, 이 온도범위에서 사방정계(orthorhombic phase)가 가장 안정적이며, 따라서 초전도성을 회복하기 때문이다.
열처리 시 가압력이 낮으면 산소 공급에 문제가 있으며, 높으면 필요 이상의 압력으로 초전도체의 내구성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 열처리시 가압력은 대략 1~30atm 정도가 바람직하다.
열처리는 고상 원자확산 압접에 의하여 손실된 산소를 보상하기 위한 것이므로, ReBCO의 Re(희토류 원소) 1몰에 대하여, O2(산소)가 6.4 ~ 7몰이 될 때까지 실시할 수 있다.
다음으로, 접합부 강도 보강 단계(S250)에서는 접합부 주위를 솔더링 또는 에폭시로 강화한다.
이때, 접합부 강도 보강 단계(S250) 이전에, 과전류 바이패싱을 위하여, 접합부 표면에 은(Ag)이나 구리(Cu) 등으로 전도성 안정화제를 코팅할 수 있다.
한편, 접합부 안정화층 제거 단계(S220) 이전에 또는 ReBCO 초전도층 직접 접합 단계(S230) 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층을 관통하여 기판으로부터 홀을 형성할 수 있다.
홀 가공은 초정밀 가공이나 레이저 가공 방식 등이 이용될 수 있다.
형성된 홀(150)은, 후술하는 ReBCO의 산소 보상을 위한 열처리 단계(S240)에서 ReBCO 초전도층으로의 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.
도 4의 (a)는 기판(110)으로부터 초전도층(130) 전까지 홀(150)이 형성되는 예를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 기판(110)으로부터 안정화층(140)까지 홀(150)이 형성되는 예를 나타낸 것이다.
홀(150)의 직경은 대략 1~50 ㎛ 정도가 될 수 있고, 홀 간의 간격은 대략 200~1000 ㎛ 정도가 될 수 있다.
또한, 도 6 및 도 8에 도시된 예와 같이, 제1 실시예 및 제2 실시예에서, 접합부 안정화층 제거 단계(S220)에서 접합부의 안정화층 일부를 제거하고, ReBCO 초전도층 직접 접합 단계(S230)에서 ReBCO 초전도층 간의 직접 접합과 함께, 접합부에서 제거되지 않은 안정화층끼리도 접합이 수행되는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 접합부 강도가 보다 향상될 수 있다.
안정화층끼리의 접합은 도 2b에 도시된 예(S225)와 같이, ReBCO 초전도층 접합 이전에 수행되는 것이 바람직하고, 이 경우, 안정화층끼리의 접합은 진공 또는 대기압 상태에서 약 300~500℃에서 고상 압접에 의해 직접 접합될 수 있다. 물론, 안정화층끼리의 접합은 도 2c에 도시된 예(S235(와 같이, ReBCO 초전도층 접합 이후에 약 300~500℃에서 수행될 수 있다.
안정화층끼리의 직접 접합 길이는 대략 2~10mm 정도가 될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고 사용 목적에 따라 변경가능하다.
한편, 경우에 따라서는 안정화층이 하부층 및 상부층을 포함하는 복수층으로 형성될 수 있다. 이 경우, 접합부에서 제거되지 않은 안정화층끼리의 접합은 1) 상부층 - 상부층의 접합, 2) 상부층 - 하부층의 접합, 또는 3) 하부층 - 하부층의 접합 중 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예 또는 제4 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
제3 실시예는 도 6에 도시된 예와 같이, 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체들을 서로 마주보도록 배열하여 직접 접합하는 예를 나타낸다. 반면, 제4 실시예는 도 8에 도시된 예와 같이, 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 매개로 하여 접합하는 예를 나타낸다. 도 6 및 도 8에서는 안정화층(140)끼리의 직접 접합된 예가 나타나 있으나, 제3 실시예 및 제4 실시예에서는 안정화층(140)끼리의 직접 접합이 아닌, 사이에 에폭시 혹은 솔더가 매개된다.
도 3을 참조하면, 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 마련 단계(S310), 접합부 안정화층 일부 제거 단계(S320), ReBCO 초전도층 직접 접합 단계(S330), 산소 회복 열처리 단계(S340) 및 접합부 강도 보강 단계(S350)를 포함한다.
우선, 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 마련 단계(S310)에서는 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체를 마련하거나(제3 실시예), 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체와 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각(제4 실시예)를 마련한다.
2가닥의 ReBCO 고온 초전도체(제4 실시예의 경우에는 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각도 포함) 각각은, 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 각각 포함한다.
다음으로, 접합부 안정화층 제거 단계(S320)에서는 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 한다.
다음으로, ReBCO 초전도층 직접 접합 단계(S330)에서는 각각의 접합부의 노출된 ReBcO 초전도층이 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행한다. ReBCO 초전도층 직접 접합은 전술한 바와 같이, 400℃ 이상 내지 ReBCO 편정반응 온도 이하의 접합 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
한편, 접합 이전, 즉 접합부 안정화층 제거 단계(S320) 이전에 또는 ReBCO 초전도층 직접 접합 단계(S330) 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층이 노출되도록 기판으로부터 홀을 형성할 수 있다.
다음으로, 산소 회복 열처리 단계(S340)에서는 산소(O2) 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 ReBcO 초전도층의 산소를 회복시킨다.
다음으로, 접합부 강도 보강 단계(S350)에서는 접합부 안정화층 제거 단계(S320)에서 제거되지 않은 안정화층을 솔더 또는 에폭시로 접합한다.
제3 실시예 또는 제4 실시예에서, 안정화층이 하부층 및 상부층을 포함하는 복수층으로 형성될 경우, 접합부 안정화층을 솔더 또는 에폭시로 접합은 1) 상부층 - 솔더 또는 에폭시 - 상부층의 접합, 2) 상부층 - 솔더 또는 에폭시 - 하부층의 접합, 또는 3) 하부층 - 솔더 또는 에폭시 - 하부층의 접합 중 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
한편, 접합부 강도 보강 단계(S350) 이후에는 과전류 바이패싱을 위하여, 접합부 표면에 안정화제를 코팅하는 과정을 더 수행할 수 있다.
제1 실시예 또는 제2 실시예의 경우, 접합부의 안정화층을 완전히 제거하여 ReBCO 초전도층끼리 직접 접합을 수행한 후, 접합부 주변을 솔더 또는 에폭시로 강화하는 것을 특징으로 하거나, 접합부의 안정화층을 일부 제거하여 ReBCO 초전도층끼리, 제거되지 않은 안정화층끼리 직접 접합을 수행한 후, 접합부 주변을 솔더 또는 에폭시로 강화하는 것을 특징으로 한다.
반면, 제3 실시예 또는 제4 실시예의경우, 접합부의 안정화층을 일부 제거하여 ReBCO 초전도층끼리 직접 접합을 수행한 후, 제거되지 않은 안정화층을 직접 접합이 아닌 솔더링 또는 에폭시로 접합하는 것을 특징으로 한다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예 또는 제6 실시예에 적용될 수 있는 ReBCO 고온 초전도체의 초전도층간 접합 예를 나타낸 것이다.
도 9에 도시된 예는 제1 실시예 또는 제2 실시예와 유사한 형태로 접합부가 보강되나, 에폭시 혹은 솔더를 이용하는 것이 아니라, 가공하지 않은 상태의 초전도 선재(초전도 선재 패치)(810)를 이용하여 접합부의 양끝단에 덧붙이는 형태로 보강한다. 도 9에서는 초전도 선재 패치(810)가 꺾여있는 형태로 도시되어 있으나, ReBCO 고온 초전도체의 두께가 0.1mm도 되지 않는 점을 고려하면, 실제초전도 선재 패치(810)는 평평한 상태로 접합된다.
물론, 도 9에 도시된 초전도 선재 패치를 이용한 접합부 보강 방법은 제3 실시예 또는 제4 실시예와 같이 에폭시 또는 솔더를 매개로 안정화층간의 접합이 있는 경우에도 적용 가능하다.
이 경우, 초전도 선재 패치의 접합면은 안정화층인 것이 바람직하다.
초전도 선재 패치를 이용한 접합부 보강은 초전도층 간의 접합 완료 후, 산소 회복을 위한 어닐링 이전에 수행될 수 있으며, 어닐링 이후에 수행될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법은, 초전도층끼리의 직접 접합을 수행하고 산소 회복을 위한 열처리를 수행함으로써, 접합 후 초전도 특성을 그대로 유지하는 것이 가능하며, 특히, 접합부의 안정화층끼리의 접합과 더불어 접합부 주위를 솔더링 혹은 에폭시로 강화하거나, 접합부의 안정화층을 솔더링 혹은 에폭시를 이용하여 접합함으로써, 접합부의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 ReBCO 초전도층의 직접 접촉에 의한 고상 원자확산 압접을 이용하고, 아울러 ReBCO 고온 초전도체 접합 부위 홀 가공을 통하여, 접합 효율 향상 및 접합 후 초전도성의 유지 효과가 우수한 장점이 있다.
도 11은 본 발명의 실시예 1에 따른 방법으로 접합이 완료된 ReBCO 초전도체의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
또한, 표 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 방법으로 접합이 완료된 ReBCO 초전도체의 인장시험 결과를 나타낸 것이다.
도 11 및 표 1에서, ReBCO 초전도층에서 희토류 원소(Re)로는 가돌리늄(Gd)을 이용하였다. 또한, 초전도층간의 접합은 고상 원자확산 압접 방법을 이용하였으며, 접합부 강화는 Sn-Pb와 같은 저온용 솔더링을 이용하였다.
[표 1]
Figure 112013112683302-pat00001
도 11을 참조하면, 실시예 1에 따른 방법으로 접합이 완료된 후, 초전도 임계전류 특성이 100% 회복된 것을 볼 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, 실시예 1에 따른 방법으로 접합이 완료된 경우, 초전도층끼리만 접합된 경우(비교예)에 비하여 강도 특성이 현저히 높은 것을 볼 수 있다.
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.
110 : 기판 120 : 버퍼층
130 : ReBCO 초전도층 140 : 안정화층
150 : 홀

Claims (15)

  1. (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 각각 포함하는 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체를 마련하는 단계;
    (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계;
    (c) 각각의 접합부의 노출된 ReBcO 초전도층이 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계;
    (d) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 ReBcO 초전도층의 산소를 회복시키는 단계; 및
    (e) 접합부 주위를 솔더링 또는 에폭시로 강화하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계 이전에 또는 상기 (c) 단계 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층을 관통하여 상기 기판으로부터 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  2. (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 1층 또는 2층 이상의 안정화층을 각각 포함하는, 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 및 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 마련하는 단계;
    (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계;
    (c) 각각의 접합부의 노출된 초전도층이 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각의 ReBCO 초전도층과 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계;
    (d) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 산소를 회복시키는 단계; 및
    (e) 접합부 주위를 솔더링 또는 에폭시로 강화하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계 이전에 또는 상기 (c) 단계 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층을 관통하여 상기 기판으로부터 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합부 강도 보강 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서는 상기 접합부의 안정화층 일부를 제거하고,
    상기 (c) 단계 이전 또는 상기 (c) 단계 이후에 상기 접합부에서 제거되지 않은 안정화층끼리도 접합이 수행되는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안정화층은 하부층 및 상부층을 포함하며,
    상기 접합부에서 제거되지 않은 안정화층끼리의 접합은 1) 상부층 - 상부층의 접합, 2) 상부층 - 하부층의 접합, 또는 3) 하부층 - 하부층의 접합 중 하나의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    400℃ 이상 내지 ReBCO 편정반응 온도 이하의 접합 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이전에,
    과전류 바이패싱을 위하여, 접합부 표면에 전도성 안정화제를 코팅하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합부 강도 보강 방법.
  8. (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 각각 포함하는 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체를 마련하는 단계;
    (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계;
    (c) 각각의 접합부의 노출된 ReBcO 초전도층이 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계;
    (d) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 ReBcO 초전도층의 산소를 회복시키는 단계; 및
    (e) 상기 (b) 단계에서 제거되지 않은 안정화층을 솔더 또는 에폭시로 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  9. (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 1층 또는 2층 이상의 안정화층을 각각 포함하는, 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 및 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 마련하는 단계;
    (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계;
    (c) 각각의 접합부의 노출된 초전도층이 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각의 ReBCO 초전도층과 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계;
    (d) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 산소를 회복시키는 단계; 및
    (e) 상기 (b) 단계에서 제거되지 않은 안정화층을 솔더 또는 에폭시로 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이전에 또는 상기 (c) 단계 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층을 관통하여 상기 기판으로부터 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 안정화층은 하부층 및 상부층을 포함하며,
    상기 (e) 단계에서, 제거되지 않은 안정화층을 솔더 또는 에폭시로 접합하는 방법은 1) 상부층 - 솔더 또는 에폭시 - 상부층의 접합, 2) 상부층 - 솔더 또는 에폭시 - 하부층의 접합, 또는 3) 하부층 - 솔더 또는 에폭시 - 하부층의 접합 중 하나의 방법이 이용되는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 (c) 단계는
    400℃ 이상 내지 ReBCO 편정반응 온도 이하의 접합 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에,
    과전류 바이패싱을 위하여, 접합부 표면에 안정화제를 코팅하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합부 강도 보강 방법.
  14. (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 각각 포함하는 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체를 마련하는 단계;
    (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계;
    (c) 각각의 접합부의 노출된 ReBcO 초전도층이 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계;
    (d) 별도의 초전도체를 이용하여 접합부 양끝단에 패치 접합을 수행하여 접합부를 강화하는 단계; 및
    (e) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 ReBcO 초전도층의 산소를 회복시키는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계 이전에 또는 상기 (c) 단계 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층을 관통하여 상기 기판으로부터 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 및 접합부 강도 보강 방법.
  15. (a) 기판, ReBCO(ReBa2Cu3O7-x, 여기서 Re는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 1층 또는 2층 이상의 안정화층을 각각 포함하는, 접합 대상이 되는 2가닥의 ReBCO 고온 초전도체 및 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각을 마련하는 단계;
    (b) 상기 각각의 ReBCO 고온 초전도체가 접합될 부분(이하, 접합부)의 안정화층 일부 또는 전부를 제거하여, ReBCO 초전도층이 노출되도록 하는 단계;
    (c) 각각의 접합부의 노출된 초전도층이 제3의 ReBCO 고온 초전도체 조각의 ReBCO 초전도층과 직접 맞닿는 형태로 접합을 수행하는 단계;
    (d) 별도의 초전도체를 이용하여 접합부 양끝단에 패치 접합을 수행하여 접합부를 강화하는 단계; 및
    (e) 산소 분위기 하에서 열처리를 수행하여, 접합부의 산소를 회복시키는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계 이전에 또는 상기 (c) 단계 이전에, 접합부의 ReBCO 초전도층을 관통하여 상기 기판으로부터 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 2세대 ReBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합부 강도 보강 방법.
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