KR101541309B1 - Superconducting joint method of superconducting wire - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도선재의 접합 시, 초전도선재 접합부의 결함을 방지하고 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 초전도선재의 접합방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 초전도선재를 접합하는 방법에 있어서, 서로 접합되는 초전도선재의 접합부에 위치한 보호층을 제거하여 초전도층을 노출시키는 보호층 제거단계; 상기 보호층 제거단계를 거친 접합부를 상호 맞대어지게 배치하는 배치단계; 상기 배치단계를 거친 접합부의 초전도층에 초전도파우더층을 형성하는 초전도파우더층 형성단계; 상기 초전도파우더층 형성단계를 거친 접합부를 가압하면서 열처리하는 제1 열처리단계; 상기 제1 열처리단계를 거친 접합부의 초전도파우더층에 보호커버층을 형성하는 보호커버층 형성단계; 및, 상기 보호커버층 형성단계를 거친 접합부를 가압하여 고온의 산소분위기에서 접합시키는 제2 열처리단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method of joining a superconducting wire capable of preventing defects of a superconducting wire joining portion and improving mechanical strength at the time of joining the superconducting wire material. To this end, there is provided a method of joining a superconducting wire, Removing the protective layer located at the junction of the wire rod to expose the superconducting layer; Disposing the joints that have undergone the protective layer removing step so as to face each other; A superconducting powder layer forming step of forming a superconducting powder layer on the superconducting layer of the joint portion through the arranging step; A first heat treatment step of performing heat treatment while pressurizing the joint portion that has undergone the superconducting powder layer formation step; Forming a protective cover layer on the superconducting powder layer of the joint portion subjected to the first heat treatment step; And a second heat treatment step of pressing the joining part having undergone the protective cover layer forming step and bonding the joining part in a high temperature oxygen atmosphere.

Description

초전도선재의 접합방법 {Superconducting joint method of superconducting wire}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a superconducting wire,

본 발명은 초전도선재의 접합방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초전도선재 접합부의 결함을 방지하고 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 초전도선재의 접합방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of joining superconducting wires, more particularly, to a method of joining superconducting wires capable of preventing defects in a superconducting wire joining portion and improving mechanical strength.

일반적으로, 초전도체는 다량의 전류를 손실 없이 흐르도록 할 수 있으며, 강력한 자석을 만들어 자기 부상열차, 자기공명영상(MRI)의 진단장치 등 다양한 분야에 응용되며, 기존의 금속이나 반도체가 지니지 못하는 특수한 전자기적 특성을 지니고 있어 영구전류 모드의 운전이 가능하며, 종래의 소자로는 구현할 수 없는 수준의 초고감도, 초고속, 초고효율의 센서 및 정보전자 소자 개발이 가능하다.Generally, a superconductor can make a large amount of current to flow without loss, and it is applied to various fields such as magnetic levitation train, magnetic resonance imaging (MRI) diagnosis device by making a strong magnet, It is possible to develop sensors and information electronic devices with ultra-high sensitivity, ultra-high speed, and ultra-high efficiency which can operate in the permanent current mode and can not be implemented by conventional devices.

향후, 상기와 같은 초전도체를 이용한 기기의 성능 및 가격을 고려할 때 적층구조의 테이프 형상으로 만들어진 2세대 초전도선재(Coated Conducctor, 이하 초전도선재로 표기함)를 사용할 것으로 예상된다.It is expected that a second generation superconducting wire (hereinafter referred to as a superconducting wire), which is formed into a tape shape in a laminated structure, will be used in consideration of the performance and price of the device using the superconductor as described above.

이러한, 초전도 선재의 생산 길이는 1Km 정도로 실제 초전도 선재에서 결함없는 구간은 수백미터 정도이며, 결함없는 장선의 초전도선재는 길이가 길수록 가격이 기하급수적으로 증가하고 그 제조공정의 난이도가 상당히 까다로운 여건이다.The production length of the superconducting wire is about 1 Km. In the superconducting wire, the defect-free section is about several hundred meters. The longer the length of the superconducting wire is, the more exponentially the price increases and the difficulty of the manufacturing process is extremely difficult .

이를 극복하기 위해서는 장선의 초전도선재에 존재하는 결함을 제거하고 다시 이어주는 접합기술의 개발이 필요한 실정이다.In order to overcome this problem, it is necessary to develop a joining technique in which defects existing in superconducting wires are removed and re-joined.

결과적으로, 장선의 초전도선재는 우수한 자장특성 때문에 MRI 초전도 자석 등의 초전도 자석의 영구전류모드 운전에 유력한 후보이나, 실용화를 위해서는 초전도선재 접합 기술의 개발이 필수적으로 선행되어야 할 것이다.As a result, the superconducting wire of the joist line is a candidate for the permanent current mode operation of the superconducting magnet such as the MRI superconducting magnet because of the excellent magnetic field characteristic, but for the practical use, the development of the superconducting wire bonding technique is essential.

KRKR 10-036029210-0360292 B1B1 KRKR 10-094520110-0945201 B1B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 초전도선재의 접합 시, 초전도선재 접합부의 결함을 방지하고 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 초전도선재의 접합방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method of joining superconducting wires capable of preventing defects of a superconducting wire joining portion and improving mechanical strength when joining superconducting wires.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초전도선재의 접합방법은, 초전도선재를 접합하는 방법에 있어서, 서로 접합되는 초전도선재의 접합부에 위치한 보호층을 제거하여 초전도층을 노출시키는 보호층 제거단계; 상기 보호층 제거단계를 거친 접합부를 상호 맞대어지게 배치하는 배치단계; 상기 배치단계를 거친 접합부의 초전도층에 초전도파우더층을 형성하는 초전도파우더층 형성단계; 상기 초전도파우더층 형성단계를 거친 접합부를 가압하면서 열처리하는 제1 열처리단계; 상기 제1 열처리단계를 거친 접합부의 초전도파우더층에 보호커버층을 형성하는 보호커버층 형성단계; 및, 상기 보호커버층 형성단계를 거친 접합부를 가압하여 고온의 산소분위기에서 접합시키는 제2 열처리단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of joining a superconducting wire to a superconducting wire, the method comprising: removing a protective layer located at a junction of the superconducting wires joined together to expose the superconducting layer; Disposing the joints that have undergone the protective layer removing step so as to face each other; A superconducting powder layer forming step of forming a superconducting powder layer on the superconducting layer of the joint portion through the arranging step; A first heat treatment step of performing heat treatment while pressurizing the joint portion that has undergone the superconducting powder layer formation step; Forming a protective cover layer on the superconducting powder layer of the joint portion subjected to the first heat treatment step; And a second heat treatment step of pressing the joining part having undergone the protective cover layer forming step and bonding the joining part in a high temperature oxygen atmosphere.

그리고, 상기 초전도파우더층은 초전도층과 동종 또는 이종 ReBCO 계열 또는 비스무스 계열 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The superconducting powder layer is formed of any one of the same or different ReBCO series or bismuth series as the superconducting layer.

이와 함께, 상기 보호커버층은 상기 초전도파우더층에 적층되는 실버파우더층 및, 상기 실버파우더층에 적층되는 보호테이프층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the protective cover layer includes a silver powder layer laminated on the superconducting powder layer and a protective tape layer laminated on the silver powder layer.

아울러, 상기 보호테이프층은 SUS 또는 Hastelloy 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the protective tape layer may be formed of any one of SUS and Hastelloy.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.As described above, according to the present invention, the following effects can be expected.

결함이 없는 장선의 초전도선재를 통해 MRI 초전도 자석 등과 같은 초전도 자석의 영구전류모드 운전을 구현할 수 있는 이점이 있다.There is an advantage that the permanent current mode operation of the superconducting magnet such as the MRI superconducting magnet can be realized through the defectless superconducting wire.

그리고, 임계전류 특성 저하 등의 결함이 없는 초전도선재의 제조 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.Further, there is an advantage that the manufacturing cost of the superconducting wire without defects such as degradation of the critical current characteristic can be reduced.

도 1은 초전도선재의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 초전도선재의 접합방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 초전도선재의 접합방법을 나타낸 순서도이다.1 is a view showing a structure of a superconducting wire.
2 to 7 are views sequentially showing a method of joining superconducting wires according to the present invention.
8 is a flowchart showing a method of joining superconducting wires according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

초전도선재의 구조를 나타낸 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 초전도선재(100)는 2세대 고온 초전도선재(coated conducter)이며 기판층(111), 초전도층(112) 및 보호층(113)이 적층된 구조로 이루어진다.1, a superconducting wire 100 applied to the present invention is a second-generation high-temperature superconducting coated wire and includes a substrate layer 111, a superconducting layer 112, and a protective layer (not shown) 113 are stacked.

본 발명에 따른 초전도선재의 접합방법을 순서도로 나타낸 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기한 초전도선재(100)의 보호층 제거단계(S100), 배치단계(S200), 초전도파우더층 형성단계(S300), 제1 열처리단계(S400), 보호커버층 형성단계(S500) 및 제2 열처리단계(S600)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 8, which illustrates a method of joining a superconducting wire according to the present invention, the present invention includes a step of removing a protective layer (S100), a disposing step (S200), a step of forming a superconducting powder layer (S300), a first heat treatment step (S400), a protective cover layer formation step (S500), and a second heat treatment step (S600).

먼저, 본 발명의 보호층 제거단계(S100)를 나타낸 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 보호층 제거단계(S100)는 서로 접합되는 초전도선재(100)의 접합부(110)에 위치한 보호층(113)을 제거하여 초전도층(112)을 토출시키는 단계로써, 상기 초전도선재의 보호층(113)을 식각(etching)하여 제거하는 화학적 방법 또는 종래에 공지된 물리적 방법을 이용하여 제거한다.2, the protective layer removing step S100 includes a step of removing the protective layer 113 located at the bonding portion 110 of the superconducting tape 100 to be bonded to each other, And removing the superconducting layer 112 by using a chemical method of etching and removing the protective layer 113 of the superconducting wire using a known physical method.

다음으로, 상기 도 2와 본 발명의 배치단계(S200)를 나타낸 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배치단계(S200)는 상기 보호층 제거단계(S100)를 거친 접합부(110)를 상호 맞대어지게 즉, 버트(butt) 접합되도록 배치하는 단계이다. 자세하게, 상기 상기 보호층 제거단계(S100)를 거친 접합부(110)를 상호 맞대어지게 하여 상기 접합부(110)를 고르게 가압, 일정온도로 가열 및 산소를 공급할 수 있는 열처리금형(300)에 배치하는 것이 바람직할 것이다. 이러한, 상기 열처리금형(300)은 세라믹재질로 형성하여 상기 접합부(110)의 손상을 최소화할 수 있게 하는 것이 바람직할 것이다.Next, as shown in FIG. 3 and FIG. 3 showing the arranging step S200 of the present invention, the disposing step S200 includes a step of removing the protective layer (S100) That is, it is a step of arranging to be butt-joined. In detail, the joining portions 110 that have undergone the above-described protective layer removing step (S100) are brought into contact with each other so that the joining portion 110 is uniformly placed in the heat treatment mold 300 which can pressurize, Lt; / RTI > The heat treatment mold 300 may be formed of a ceramic material so as to minimize damage to the joint 110.

이어서, 상기 도 3과 본 발명의 초전도파우더층 형성단계(S300)를 나타낸 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 초전도파우더층 형성단계(S300)는 상기 배치단계(S200)를 거친 접합부(110)의 초전도층(112)에 초전도파우더층(114)을 형성하는 단계이다. 여기에서, 상기 초전도파우더층(114)은 상기 초전도층(112)과 동종 또는 이종 ReBCO 계열 또는 비스무스 계열 중 어느 하나로 이루어지게 하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 상기 초전도파우더층(114)은 상기 초전도층(112)의 상면에 일정한 두께와 밀도를 가지도록 형성되어, 상기 초전도층(112)의 결정립계나 빈공간으로 스며들어 초전도층의 결함을 방지할 수 있게 한다.4, the superconducting powder layer forming step S300 of the superconducting powder layer forming step S300 of FIG. 3 and the superconducting powder layer forming step S300 of the present invention is performed as shown in FIG. And forming a superconducting powder layer 114 on the superconducting layer 112. Here, it is preferable that the superconducting powder layer 114 is made of any one of the same or different ReBCO series or bismuth series as the superconducting layer 112. The superconducting powder layer 114 may be formed to have a predetermined thickness and density on the upper surface of the superconducting layer 112 so as to penetrate into the grain boundaries or vacancies of the superconducting layer 112 to prevent defects in the superconducting layer 112 Let's do it.

다음으로, 상기 도 4와 본 발명의 제1 열처리단계(S400)를 나타낸 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열처리단계(S400)는 상기 초전도파우더층 형성단계(S300)를 거친 접합부(110)를 가압하면서 열처리하는 단계로써, 상기 접합부(110)를 프레스(310)로 고르게 일정 압력으로 가압하면서 고온의 산소분위기에서 가열하는 단계이다.5, which illustrates the first heat treatment step S400 of the present invention, the first heat treatment step S400 includes a step of forming a superconducting powder layer (S300) The bonding portion 110 is heated in a high-temperature oxygen atmosphere while being pressed uniformly by the press 310 at a constant pressure.

자세하게, 상기 제1 열처리단계(S400)은 일정 시간 동안 상기 접합부(110)에 상기 열처리금형(300)의 산소저장실(330)에서 공급되는 산소를 노즐(331)을 통해 상기 접합부(110)에 공급하여 산소분위기에서 일정 온도로 가열하는 과정이다. 이후, 가압 가열된 상기 접합부(110)를 일정 시간 동안 자연냉각시켜 상기 제1 열처리단계(S400)를 마무리하게 된다.The oxygen supplied from the oxygen storage chamber 330 of the heat treatment mold 300 is supplied to the bonding portion 110 through the nozzle 331 for a predetermined period of time in the first heat treatment step S400 And then heating it to a predetermined temperature in an oxygen atmosphere. Thereafter, the bonded portion 110 heated by pressure is naturally cooled for a predetermined time to complete the first heat treatment step (S400).

이와 같은, 상기 제1 열처리단계(S400)로 인해 상기 접합부(110)에 압력을 가하면서 산소분위기에서 초전도파우더층(114)을 900℃ 이하의 온도에서 가열하여 상기 초전도층(112)의 접합을 유도하고 초전도파우더가 가열되어 상기 초전도층(112)의 접합지점에 공극이 생기지 않도록 균일하게 분포케 한다.As a result of the first heat treatment step S400, the superconducting powder layer 114 is heated at a temperature of 900 ° C or lower in an oxygen atmosphere while applying a pressure to the bonding portion 110, so that the superconducting layer 112 is bonded And the superconducting powder is heated so as to uniformly distribute the superconducting layer 112 so that no gap is formed at the junction point of the superconducting layer 112.

이어서, 상기 도 5와 본 발명의 보호커버층 형성단계(S500)를 나타낸 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 보호커버층 형성단계(S500)는 상기 제1 열처리단계(S400)를 거친 접합부(110)의 초전도파우더층(114)에 보호커버층(115)을 형성하는 단계이다. 이러한, 상기 보호커버층(115)은 상기 초전도파우더층(114)에 적층되는 솔더(solder)용 실버파우더층(115a) 및, 상기 실버파우더층(115b)에 적층되는 보호테이프층(115b)으로 이루어진다. 여기에서, 상기 보호테이프층(115b)은 SUS 또는 Hastelloy 중 어느 하나로 이루어지게 하는 것이 바람직할 것이다. 이와 같은, 상기 보호커버층(115)은 상기 접합부(110)의 강도를 향상시킬 수 있게 한다.6, the protective cover layer forming step S500 of FIG. 5 and forming the protective cover layer of the present invention (S500) ) Of the superconducting powder layer 114. The protective cover layer 115 is formed on the superconducting powder layer 114 of FIG. The protective cover layer 115 is formed of a silver powder layer 115a for solder and a protective tape layer 115b laminated on the silver powder layer 115b to be stacked on the superconducting powder layer 114 . Here, it is preferable that the protective tape layer 115b is made of SUS or Hastelloy. The protective cover layer 115 improves the strength of the joint 110.

다음으로, 상기 도 6과 본 발명의 제2 열처리단계(S600)를 나타낸 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 열처리단계(S600)는 상기 보호커버층 형성단계(S500)를 거친 접합부(110)를 가압하여 고온의 산소분위기에서 접합시키는 단계로서, 상기 접합부(110)를 프레스(310)로 고르게 일정 압력으로 가압하면서 고온의 산소분위기에서 접합하는 단계이다.7, the second heat treatment step S600 may be performed after the protective cover layer forming step S500 of FIG. 6 and the second heat treatment step S600 of FIG. And joining the bonded portion 110 in a high-temperature oxygen atmosphere while pressurizing the bonded portion 110 with the press 310 at a constant pressure.

자세하게, 상기 제2 열처리단계(S600)는 일정 시간 동안 상기 접합부(110)에 상기 열처리금형(300)의 산소저장실(330)에서 공급되는 산소를 노즐(331)을 통해 상기 접합부(110)에 산소를 공급하면서 900℃ 이하의 온도로 가열하여, 상기 접합부(110)의 결정립 성장 및 배열을 구현하고 고온의 산소분위기에서 안전한 상이 이루어지게 하여 초전도 접합을 가능케 한다.The oxygen supplied from the oxygen storage chamber 330 of the thermal processing mold 300 is supplied to the bonding portion 110 through the nozzle 331 for a predetermined period of time in the second heat treatment step S600, And a crystal phase growth and arrangement of the bonding portion 110 is realized and a stable phase is formed in a high temperature oxygen atmosphere, thereby enabling superconducting bonding.

이상과 같이, 본 발명의 기본적인 기술적 사상은 초전도선재의 접합 시, 초전도선재 접합부의 결함을 방지하고 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 초전도선재의 접합방법을 제공하는 것임을 알 수 있다.As described above, it is understood that the basic technical idea of the present invention is to provide a method of joining superconducting wires capable of preventing defects of the superconducting wire joining portion and improving mechanical strength when the superconducting wire is joined.

아울러, 본 발명의 기본적인 기술적 사상 범주내에서 당업계의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능함은 물론이다.Needless to say, various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the basic technical spirit of the invention.

100: 초전도선재 110: 접합부
111: 기판층 112: 초전도층
113: 보호층 114: 초전도파우더층
115: 보호커버층 115a: 실버파우더층
115b: 보호테이프층 300: 열처리금형
310: 프레스 330: 산소저장실
331: 노즐 S100: 보호층 제거단계
S200: 배치단계 S300: 초전도파우더층 형성단계
S400: 제1 열처리단계 S500: 보호커버층 형성단계
S600: 제2 열처리단계100: superconducting wire 110:
111: substrate layer 112: superconducting layer
113: protective layer 114: superconducting powder layer
115: protective cover layer 115a: silver powder layer
115b: protective tape layer 300: heat-treated mold
310: Press 330: Oxygen storage chamber
331: nozzle S100: protective layer removing step
S200: Arrangement step S300: superconducting powder layer forming step
S400: First heat treatment step S500: Protective cover layer forming step
S600: Second heat treatment step

Claims (4)

초전도선재(100)를 접합하는 방법에 있어서,
서로 접합되는 초전도선재(100)의 접합부(110)에 위치한 보호층(113)을 제거하여 초전도층(112)을 노출시키는 보호층 제거단계(S100);
상기 보호층 제거단계(S100)를 거친 접합부(110)를 상호 맞대어지게 배치하는 배치단계(S200);
상기 배치단계(S200)를 거친 접합부(110)의 초전도층(112)에 초전도파우더층(114)을 형성하는 초전도파우더층 형성단계(S300);
상기 초전도파우더층 형성단계(S300)를 거친 접합부(110)를 가압하면서 열처리하는 제1 열처리단계(S400);
상기 제1 열처리단계(S400)를 거친 접합부(110)의 초전도파우더층(114)에 보호커버층(115)을 형성하는 보호커버층 형성단계(S500); 및,
상기 보호커버층 형성단계(S500)를 거친 접합부(110)를 가압하여 고온의 산소분위기에서 접합시키는 제2 열처리단계(S600);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도선재의 접합방법.A method of joining a superconducting wire (100)
Removing the protective layer 113 located at the joint portion 110 of the superconducting wire 100 to be bonded to each other to expose the superconducting layer 112;
A disposing step (S200) of disposing the joining portions (110) that have undergone the protecting layer removing step (S100) against each other;
A superconducting powder layer forming step (S300) of forming a superconducting powder layer (114) on the superconducting layer (112) of the joint part (110) through the arranging step (S200);
A first heat treatment step (S400) of performing heat treatment while pressing the joint part (110) which has undergone the superconducting powder layer formation step (S300);
A protective cover layer forming step (S500) of forming a protective cover layer (115) on the superconducting powder layer (114) of the joint part (110) through the first heat treatment step (S400); And
And a second heat treatment step (S600) of pressing the joining part (110) through the protective cover layer forming step (S500) and joining the joining part (110) in a high temperature oxygen atmosphere. 제1항에 있어서,
상기 초전도파우더층(114)은 초전도층(112)과 동종 또는 이종 ReBCO 계열 또는 비스무스 계열 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도선재의 접합방법.The method according to claim 1,
Wherein the superconducting powder layer (114) comprises any one of the same or different ReBCO series or bismuth series as the superconducting layer (112). 제1항에 있어서,
상기 보호커버층(115)은,
상기 초전도파우더층(114)에 적층되는 실버파우더층(115a) 및,
상기 실버파우더층(115b)에 적층되는 보호테이프층(115b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도선재의 접합방법.The method according to claim 1,
The protective cover layer (115)
A silver powder layer 115a stacked on the superconducting powder layer 114,
And a protective tape layer (115b) laminated on the silver powder layer (115b). 제3항에 있어서,
상기 보호테이프층(115b)은 SUS 또는 Hastelloy 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도선재의 접합방법.The method of claim 3,
Wherein the protective tape layer (115b) is made of SUS or Hastelloy.
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