KR101742097B1 - 세라믹 선재 및 그의 접합 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 선재 및 그의 접합 방법을 개시한다. 그 의 접합 방법은 하부 선재와 접합 선재 사이에 하부 솔더를 제공하고, 상기 접합 선재와 상부 선재 사이에 상부 솔더를 제공하여 하부 선재, 접합 선재, 및 상부 선재를 접합하는 단계를 포함한다.

Description

세라믹 선재 및 그의 접합 방법{ceramic wire and splice connecting method of the same}
본 발명은 세라믹 선재 및 그의 접합 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 초전도 층들을 포함하는 세라믹 선재 및 그의 접합 방법에 관한 것이다.
초전도체는 전력의 손실 없이 전류를 흘릴 수 있다. 예를 들어, 고온 초전도체(HTS: high temperature superconductor)는 액체 질소의 기화 온도 이상의 임계 온도 이하에서 저항이 0이 되는 특성을 갖는다. 고온 초전도체는 케이블, 변압기, 발전기, 한류기, 및 모터와 같은 전력기기들과, 자기공명영상(MRI), 및 핵자기공명(NMR) 등과 같은 의료/바이오 응용기기로서 상용화 되고 있다. 초전도체의 세라믹 선재는 유한한 길이를 가질 수 있다. 일반적으로 세라믹 선재들은 오버랩(overlap) 또는 첨접(splice) 접합 방법으로 연결될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있는 세라믹 선재 및 그의 접합 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 세라믹 선재를 개시한다. 그의 선재는, 하부 선재; 상기 하부 선재 상에 배치된 제 1 및 제 2 상부 선재들을 포함하는 상부 선재; 상기 상부 선재와 상기 하부 선재 사이에 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 상부 선재들을 연결하는 상부 접합 선재를 포함하는 접합 선재; 그리고 상기 하부 선재, 상기 상부 선재 및 상기 접합 선재를 접합하는 솔더를 포함한다. 여기서, 상기 솔더는: 상기 하부 선재와 접합 선재 사이를 접합하는 하부 솔더; 그리고 상기 상부 선재와 상기 접합 선재 사이를 접합하고, 상기 하부 솔더와 다른 온도의 융점을 갖는 상부 솔더를 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 상부 선재들은: 제 1 및 제 2 상부 기판들; 그리고 상기 제 1 및 제 2 상부 기판들 아래의 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들을 포함할 수 있다. 상기 상부 접합 선재는: 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들 아래의 상부 접합 기판; 그리고 상기 상부 접합 기판과 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들 사이에 배치되고, 상기 상부 솔더에 의해 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들에 접합되는 상부 접합 초전도 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 초전도 선재의 접합 방법은, 하부 선재와 접합 선재 사이에 하부 솔더를 제공하고, 상기 접합 선재와 상부 선재 사이에 상부 솔더를 제공하여 상기 하부 선재, 상기 접합 선재, 및 상기 상부 선재를 접합하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 하부 선재, 상기 접합 선재, 및 상기 상부 선재를 접합하는 단계는: 상기 하부 선재의 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들과 상기 접합 선재의 하부 접합 초전도 층 사이에 상기 하부 솔더를 제공하여 상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들과 상기 하부 접합 초전도 층을 접합하는 단계; 그리고 상기 하부 접합 초전도 층 상의 하부 접합 기판과 상기 상부 선재의 상부 초전도 층 사이에 상기 상부 솔더를 제공하여 상기 하부 접합 기판과 상기 상부 초전도 층을 접합하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 상부 솔더는 상기 하부 솔더의 융점보다 낮은 온도로 가열될 수 있다.
더욱 상세하게는 후접합 작업에 사용되는 솔더는 그 이전에 사용된 솔더보다 낮은 융점을 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 세라믹 선재의 접합 방법은 하부 선재와 접합 선재를 하부 솔더로 접합하는 단계와, 상기 접합 선재와 상부 선재를 상부 솔더로 접합하는 단계를 포함할 수 있다. 하부 솔더는 상부 솔더 보다 높은 온도의 융점을 가질 수 있다. 하부 솔더는 상부 솔더의 용융 시에 하부 선재와 접합 선재를 고정할 수 있기 때문에 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 세라믹 선재를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 세라믹 선재의 일 예를 보여주는 측면도이다.
도 3a는 주석과 납의 함량 비에 따른 융점의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3b는 주석, 납, 및 은의 함량 비에 따른 융점 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 도 2의 세라믹 선재의 접합 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 5는 도 4의 접합 방법에 따른 공정 측면도이다.
도 6은 본 발명의 세라믹 선재의 다른 예를 보여준다.
도 7 도 6의 세라믹 선재의 접합 방법을 보여주는 플로우 챠트이다.
도 8은 도 7의 접합 방법에 따른 공정 측면도이다.
도 9는 본 발명의 세라믹 선재의 또 다른 실시 예를 보여준다.
도 10은 도 9의 세라믹 선재의 접합 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 11 및 도 12는 도 10의 접합 방법에 따른 공정 측면도들이다.
도 13은 본 발명의 세라믹 선재의 또 다른 예를 보여주는 측명도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 기판, 층, 마스크, 초전도, 세라믹 등에 관계되는 일반적인 용어들로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1은 일반적인 세라믹 선재(1)를 보여준다.
도 1을 참조하면, 일반적인 세라믹 선재(1)는 기판(2), 초전도 층(4), 및 보호층(6)을 포함할 수 있다. 기판(2)은 스테인레스 스틸, 니켈-텅스텐 합금 또는 하스텔로이와 같은 금속을 포함할 수 있다. 초전도 층(4)은 기판(2) 상에 배치될 수 있다. 초전도 층(4)은 ReBCO(ReBaCuO)를 포함할 수 있다. 여기서, Re는 가돌리늄과 같은 희토류 금속을 포함할 수 있다. 보호층 (6)은 기판(2) 및 초전도 층(4)을 둘러쌀 수 있다. 보호층 (6)은 용융법, 진공증착법, 전기도금 방법 또는 라미네이션 방법으로 형성된 금속을 포함할 수 있다. 초전도 층(4)은 기판(2)과 캡슐레이션 층(6)에 의해 보호될 수 있다. 하지만, 캡슐레이션 층(6)은 세라믹 선재(1)의 접합 시에 부분 또는 전체가 제거될 수 있다. 세라믹 선재(1)는 보호층(6) 없이 전류 수송 능력을 향상시키는 방향으로 연구 개발되고 있다.
<제 1 실시 예>
도 2는 본 발명의 세라믹 선재(100)의 일 예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 세라믹 선재(100)는 이중 초전도 선재 또는 듀얼 초전도 선재를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 세라믹 선재(100)는 하부 선재(10), 상부 선재(20), 하부 접합 선재(30) 및 솔더(40)를 포함할 수 있다. 상부 선재(20)는 하부 선재(10) 상에 배치될 수 있다. 하부 접합 선재(30)는 하부 선재(10)와 상부 선재(20) 사이에 배치될 수 있다. 솔더(40)는 하부 선재(10), 상부 선재(20), 및 하부 접합 선재(30)를 접합할 수 있다. 하부 선재(10), 상부 선재(20), 및 하부 접합 선재(30) 각각은 동일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 선재(10)의 두께를 d라고 하면, 세라믹 선재(100)의 두께는 약 3d일 수 있다.
하부 선재(10)는 단선될 수 있다. 예를 들어, 하부 선재(10)는 하부 단선 부분(18)을 가질 수 있다. 하부 선재(10)는 전류를 하부 접합 선재(30)에 경유하여 흘릴 수 있다. 일 예에 따르면, 하부 선재(10)는 제 1 및 제 2 하부 선재들(12, 14)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 하부 선재들(12, 14)은 분리될 수 있다. 제 1 하부 선재(12)는 제 1 하부 기판(11)과 제 1 하부 초전도 층(13)을 포함할 수 있다. 제 1 하부 초전도 층(13)은 제 1 하부 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 제 2 하부 선재(14)는 제 1 하부 선재(12)에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2 하부 선재(14)는 제 2 하부 기판(15) 및 제 2 하부 초전도 층(16)을 포함할 수 있다. 제 2 하부 기판(15)은 제 1 하부 기판(11)에 인접하여 배치될 수 있다. 제 2 하부 초전도 층(16)은 제 2 하부 기판(15) 상에 배치될 수 있다. 제 2 하부 초전도 층(16)은 제 1 하부 초전도 층(13)에 인접하여 배치될 수 있다.
상부 선재(20)는 제 1 및 제 2 하부 선재들(12, 14)과 동일한 방향으로 전류를 흘릴 수 있다. 일 예에 따르면, 상부 선재(20)는 상부 기판(22)과 상부 초전도 층(24)을 포함할 수 있다. 상부 기판(22)은 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16) 및 하부 접합 선재(30)를 보호할 수 있다. 상부 초전도 층(24)은 상부 기판(22)과 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 상부 초전도 층(24)은 제 1 및 제 2 하부 기판들(11, 15)에 의해 보호될 수 있다. 이와 달리, 상부 초전도 층(24)은 상부 기판(22)과 하부 접합 선재(30) 사이에 배치될 수 있다.
하부 접합 선재(30)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)를 연결할 수 있다. 일 예에 따르면, 하부 접합 선재(30)는 하부 접합 기판(32)과 하부 접합 초전도 층(34)을 포함할 수 있다. 하부 접합 기판(32)은 하부 접합 기판(32)은 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16) 상에 배치될 수 있다. 하부 접합 초전도 층(34)은 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 기판(32) 사이에 배치될 수 있다. 하부 접합 초전도 층(34)은 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16) 사이에 전류를 흘릴 수 있다.
솔더(40)는 Sn, Pb, Ag, Cu, Sb, Bi, In, Zn, Cd, Au 및 이의 합금류를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 솔더(40)는 하부 솔더(42), 상부 솔더(44), 중간 솔더(46) 및 합금층 솔더(48)을 포함할 수 있다. 하부 솔더(42)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34)을 접합할 수 있다. 상부 솔더(44)는 하부 접합 기판(32)과 상부 초전도 층(24)을 접합할 수 있다. 중간 솔더(46)는 제 1 하부 초전도 층(13)과 상부 초전도 층(24) 사이를 접합할 수 있다. 중간 솔더(46)는 하부 접합 기판(32) 및 하부 접합 초전도 층(34)에 인접하는 제 1 하부 초전도 층(13)과 상부 초전도 층(24) 사이에 충진될 수 있다. 이와 달리, 중간 솔더(46)는 제 2 하부 초전도 층(13)과 상부 초전도 층(24)을 접합할 수 있다. 중간 솔더(46)는 하부 접합 기판(32) 및 하부 접합 초전도 층(34)에 인접하는 제 2 하부 초전도 층(16)과 상부 초전도 층(24) 사이에 충진될 수 있으며, 이때 인접한 솔더의 농도가 변화하는 합금층 솔더(48)가 형성된다. 합금층 솔더(48)은 하부 솔더(42), 상부 솔더(44), 및 중간 솔더(46)의 혼합물일 수 있다.
한편, 하부 솔더(42)는 상부 솔더(44)와 다른 온도의 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 솔더(42)는 상부 솔더(44)보다 높은 온도의 융점을 가질 수 있다. 이와 달리, 하부 솔더(42)는 상부 솔더(44)보다 낮은 온도의 융점을 가질 수 있다. 하부 솔더(42) 및 상부 솔더(44)는 주석(Sn), 납(Pb) 또는 은(Ag)을 포함하는 혼합물일 수 있다. 일 예로서, 혼합물의 융점(melting point)은 주석(Sn), 납(Pb), 은(Ag)의 혼합비에 따라 변화될 있다.
도 3a는 주석과 납의 함량 비에 따른 융점의 변화를 보여준다.
도 3a을 참조하면, 주석(Sn)과 납(Pb)은 약 40:60의 혼합비를 가질 때, 약 180℃의 융점을 가질 수 있다. 이와 달리 주석(Sn)과 납(Pb)은 약 50:50의 혼합비를 가질 때 약 220℃ 정도의 융점을 가질 수 있다.
도 3b는 주석, 납, 및 은의 함량 비에 따른 융점의 변화를 보여준다.
도 3b를 참조하면, 주석(Sn), 납(Pb), 및 은(Ag)은 약 40:58:2의 혼합 비를 가질 때, 180℃의 융점을 가질 수 있다. 이와 달리, 주석(Sn), 납(Pb), 및 은(Ag)은 약 50:48: 2의 혼합비를 가질 때 약 220℃ 정도의 융점을 가질 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 하부 솔더(42)는 50:50의 혼합비를 갖는 주석(Sn) 과 납(Pb)의 혼합물을 포함할 수 있다. 하부 솔더(42)는 40:58:2의 혼합 비의 주석(Sn), 납(Pb), 및 은(Ag)을 포함할 수 있다. 상부 솔더(44)는 40:60의 혼합비를 갖는 주석(Sn)과 납(Pb)의 혼합물을 포함할 수 있다. 상부 솔더(44)는 주석(Sn), 납(Pb), 및 은(Ag)은 약 40:58:2의 혼합 비의 주석(Sn), 납(Pb), 및 은(Ag)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 하부 솔더(42)는 40:60의 혼합비를 갖는 주석(Sn)과 납(Pb)의 혼합물을 포함하고, 상부 솔더(44)는 50:50의 혼합비를 갖는 주석(Sn)과 납(Pb)의 혼합물을 포함할 수 있다.
다음과 같이, 세라믹 선재(100)의 접합 방법은 하부 솔더(42), 상부 솔더(44), 및 중간 솔더(46)의 융점에 의해 결정될 수 있다.
도 4 도 2의 세라믹 선재(100)의 접합 방법을 보여주는 플로우 챠트와 측면도이다. 도 5는 도 4의 접합 방법에 따른 공정 측면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 하부 접합 선재(30)를 제 1 및 제 2 하부 선재들(12, 14) 상에 접합한다(S10). 하부 솔더(42)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34) 사이에 제공될 수 있다. 예를 들어, 하부 솔더(42)는 약 220℃ 이상으로 가열될 수 있다. 하부 솔더(42)는 용융된 후 상온으로 냉각될 수 있다. 냉각된 하부 솔더(42)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34)을 접합할 수 있다.
다시 도 2 및 도 4를 참조하면, 상부 선재(20)를 제 1 및 제 2 하부 선재들(12, 14)과 하부 접합 선재(30) 상에 접합한다(S20). 상부 솔더(44)는 하부 접합 기판(32)과 상부 초전도 층(24) 사이에 제공될 수 있다. 중간 솔더(46)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 상부 초전도 층(24) 사이에 제공될 수 있다. 상부 솔더(44)와 중간 솔더(46)는 동일한 물질로 형성될 수 있다. 상부 솔더(44)와 중간 솔더(46)는 히터 또는 인두 (납땜기)에 의해 약 180℃로 가열될 수 있다. 상부 솔더(44)와 중간 솔더(46)는 용융될 수 있다. 이때, 하부 솔더(42)는 용융되지 않을 수 있다. 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34)의 접합은 그대로 유지될 수 있다. 가령, 하부 솔더(42)와 상부 솔더(44)가 동일한 융점을 가질 경우, 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34)은 분리될 것이다. 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34)의 접합 불량이 발생될 수 있다.
이후, 상부 솔더(44) 및 중간 솔더(46)는 상온으로 냉각될 수 있다. 냉각된 상부 솔더(44)는 상부 초전도 층(24)과 하부 접합 기판(32)을 접합할 수 있다. 또한, 냉각된 중간 솔더(46)는 상부 초전도 층(24)과 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)을 접합할 수 있다. 따라서, 하부 솔더(42)는 상부 솔더(44) 및 중간 솔더(46)보다 높은 온도의 융점을 갖기 때문에 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상부 솔더(44)가 하부 솔더(42) 및 중간 솔더(46) 보다 높은 온도의 융점을 가질 경우, 상부 솔더(44)는 상부 초전도 층(24)과 하부 접합 기판(32) 사이에 먼저 제공될 수 있다. 상부 솔더(44)는 약 220℃ 이상의 온도로 가열된 후 냉각될 수 있다. 냉각된 상부 솔더44)는 상부 초전도 층(24)과 하부 접합 기판(32)을 접합할 수 있다. 이후, 하부 솔더(42)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34) 사이에 제공될 수 있다. 동시에 중간 솔더(46)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 상부 초전도 층(24) 사이에 제공될 수 있다. 하부 솔더(42) 및 중간 솔더(46)는 상부 솔더(44)의 융점 미만의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 하부 솔더(42) 및 중간 솔더(46)는 180℃로 가열될 수 있다. 하부 솔더(42) 및 중간 솔더(46)는 용융된 후 상온으로 냉각될 수 있다. 냉각된 하부 솔더(42)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34)을 접합할 수 있다. 냉각된 중간 솔더(46)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 상부 초전도 층(24)을 접합할 수 있다. 따라서, 하부 솔더(42) 및 중간 솔더(46)는 상부 솔더(44)보다 낮은 온도의 융점을 갖기 때문에 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
<제 2 실시 예>
도 6은 본 발명의 세라믹 선재(101)의 다른 예를 보여준다.
도 6을 참조하면, 세라믹 선재(101)는 하부 선재(10), 단선된 상부 선재(20), 상부 접합 선재(50), 및 솔더(40)를 포함할 수 있다. 하부 선재(10), 상부 선재(20), 및 상부 접합 선재(50) 각각은 동일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 선재(10)의 두께를 d라고 하면, 세라믹 선재(101)의 두께는 약 3d일 수 있다.
하부 선재(10)는 하부 기판(17) 및 하부 초전도 층(19)을 포함할 수 있다. 하부 초전도 층(19)은 하부 기판(17) 상에 배치될 수 있다.
상부 선재(20)는 하부 초전도 층(19) 상에 배치될 수 있다. 상부 선재(20)는 단선될 수 있다. 예를 들어, 상부 선재(20)는 상부 단선 부분(28)을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 상부 선재(20)는 제 1 및 제 2 상부 선재들(27, 29)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 상부 선재들(27, 29)은 인접하여 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 상부 선재들(27, 29)은 분리될 수 있다. 제 1 및 제 2 상부 선재들(27, 29)은 반대 방향으로 연장할 수 있다.
제 1 상부 선재(27)는 제 1 상부 기판(21) 및 제 1 상부 초전도 층(23)을 포함할 수 있다. 제 1 상부 기판(21)은 제 1 상부 초전도 층(23)을 덮을 수 있다. 제 1 상부 초전도 층(23)은 하부 초전도 층(19)과 상부 기판(21) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 상부 기판(21)은 제 1 상부 초전도 층(23)과 하부 초전도 층(19)을 보호할 수 있다. 이와 달리, 제 1 상부 초전도 층(23)은 상부 접합 선재(50)와 상부 기판(21) 사이에 배치될 수 있다.
제 2 상부 선재(29)는 제 2 상부 기판(25) 및 제 2 상부 초전도 층(26)을 포함할 수 있다. 제 2 상부 기판(25)은 제 2 상부 초전도 층(26)을 덮을 수 있다. 제 2 상부 초전도 층(26)은 하부 초전도 층(19)과 제 2 상부 기판(25) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 상부 기판(25)은 제 2 상부 초전도 층(26)과 하부 초전도 층(19)을 보호할 수 있다. 이와 달리, 제 2 상부 초전도 층(26)은 상부 접합 선재(50)와 제 2 상부 기판(25) 사이에 배치될 수 있다.
상부 접합 선재(50)는 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26)과 하부 초전도 층(19) 사이에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 상부 접합 선재(50)는 상부 접합 기판(52) 및 상부 접합 초전도 층(54)을 포함할 수 있다. 상부 접합 기판(52)은 하부 초전도 층(19)과 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26) 사이에 배치될 수 있다. 상부 접합 초전도 층(54)은 상부 접합 기판(52)와 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26) 사이에 배치될 수 있다. 상부 접합 초전도 층(54)은 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26)을 전기적으로 연결할 수 있다.
솔더(40)는 하부 솔더(42), 상부 솔더(44), 및 중간 솔더(46)를 포함할 수 있다. 하부 솔더(42)는 하부 초전도 층(19)과 상부 접합 기판(52) 사이에 배치될 수 있다. 하부 솔더(42)는 상부 접합 기판(52)을 하부 초전도 층(19) 상에 고정할 수 있다. 상부 솔더(44)는 제 1 및 제 2 상부 상부 초전도 층들(23, 26)과 상부 접합 초전도 층(54) 사이에 배치될 수 있다. 상부 솔더(44)는 제 1 및 제 2 상부 상부 초전도 층들(23, 26)과 상부 접합 초전도 층(54)을 전기적으로 연결할 수 있다. 중간 솔더(46)는 하부 초전도 층(19)과 제 1 상부 초전도 층(23) 사이에 배치될 수 있다. 이와 달리, 중간 솔더(46)는 하부 초전도 층(19)과 제 2 상부 초전도 층(26) 사이에 배치될 수 있다. 중간 솔더(46)는 하부 초전도 층(19) 상에 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26) 고정할 수 있다.
도 7은 도 6의 세라믹 선재(101)의 접합 방법을 보여주는 플로우 챠트이다. 도 8은 도 7의 접합 방법에 따른 공정 측면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 하부 선재(10) 상에 상부 접합 선재(50)를 접합한다(S22). 하부 솔더(42)는 하부 초전도 층(19)과 상에 상부 접합 기판(52) 사이에 제공될 수 있다. 하부 솔더(42)는 50:50 혼합비의 주석과 납으로 형성될 수 있다. 하부 솔더(42)는 약 220℃이상으로 가열될 수 있다. 하부 솔더(42)는 용융된 후 냉각될 수 있다. 냉각된 하부 솔더(42)는 상부 접합 기판(52)을 하부 초전도 층(19) 상에 고정할 수 있다.
다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 제 1 및 제 2 상부 선재들(27, 29)을 하부 선재(10) 및 상부 접합 선재(50) 상에 접합할 수 있다. 상부 솔더(44)는 상부 접합 초전도 층(54)과 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26) 사이에 제공될 수 있다. 중간 솔더(46)는 하부 초전도 층(19)과 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26) 사이에 제공될 수 있다. 상부 솔더(44) 및 중간 솔더(46)는 40:60 혼합 비의 주석과 납을 포함할 수 있다. 상부 솔더(44) 및 중간 솔더(46)는 180℃이하로 가열될 수 있다. 상부 솔더(44) 및 중간 솔더(46)는 용융된 후 냉각될 수 있다. 상부 솔더(44)는 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26)과 상부 접합 초전도 층(54)를 접합할 수 있다. 중간 솔더(46)는 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26)을 하부 초전도 층(19) 상에 고정할 수 있다.
<제 3 실시 예>
도 9는 본 발명의 세라믹 선재(102)의 또 다른 실시 예를 보여준다.
도 9를 참조하면, 세라믹 선재(102)는 하부 및 상부 선재들(10, 20), 하부 및 상부 접합 선재들(30, 50). 및 솔더(40)를 포함할 수 있다. 하부 및 상부 선재들(10, 20)와 하부 및 상부 접합 선재들(30, 50) 각각은 동일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 선재(10)의 두께를 d라고 하면, 세라믹 선재(102)의 두께는 약 3d일 수 있다.
하부 선재(10)는 제 1 및 제 2 하부 선재들(12, 14)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 하부 선재들(12, 14)은 일정거리 이상으로 이격하여 배치될 수 있다. 제 1 하부 선재(12)는 제 1 하부 기판(11)과 제 1 하부 초전도 층(13)을 포함할 수 있다. 제 1 하부 초전도 층(13)은 제 1 하부 기판(11) 상에 배치될 수 있다. 제 2 하부 선재(14)는 제 2 하부 기판(15)과 제 2 하부 초전도 층(16)을 포함할 수 있다. 제 2 하부 초전도 층(16)은 제 2 하부 기판(15) 상에 배치될 수 있다.
하부 접합 선재(30)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16) 상에 배치될 수 있다. 하부 접합 선재(30)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16) 사이 및 제 1 및 제 2 하부 기판들(11, 15) 사이에 제공될 수 있다. 하부 접합 선재(30)는 하부 접합 기판(32) 및 하부 초전도 층(34)을 포함할 수 있다. 하부 접합 초전도 층(34)은 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 기판(32) 상에 배치될 수 있다. 하부 접합 초전도 층(34)은 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)을 전기적으로 연결할 수 있다.
상부 접합 선재(50)는 하부 접합 기판(32) 상에 배치될 수 있다. 이와 달리, 상부 접합 선재(50)는 제 1 하부 초전도 층(13) 상에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 상부 접합 선재(50)는 상부 접합 기판(52)과 상부 접합 초전도 층(54)을 포함할 수 있다. 상부 접합 기판(52)은 하부 접합 기판(32) 및 제 1 하부 초전도 층(13) 상에 배치될 수 있다. 상부 접합 초전도 층(54)은 상부 접합 기판(52) 상에 배치될 수 있다.
상부 선재(20)는 상부 접합 초전도 층(54)과 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16) 상에 배치될 수 있다. 상부 선재(20)는 제 1 및 제 2 상부 선재(27, 29)을 포함할 수 있다.
제 1 상부 선재(27)는 제 1 하부 초전도 층(13) 상에 배치될 수 있다. 이와 달리, 제 1 상부 선재(27)는 상부 접합 초전도 층(54) 상에 배치될 수 있다. 제 1 상부 선재(27)는 제 1 상부 기판(21) 및 제 1 상부 초전도 층(23)을 포함할 수 있다. 제 1 상부 초전도 층(23)은 제 1 상부 기판(21)과 제 1 하부 초전도 층(13) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 상부 기판(21)은 제 1 상부 초전도 층(23) 및 제 1 하부 초전도 층(13)을 보호할 수 있다. 이와 달리, 제 1 상부 초전도 층(23)은 상부 접합 초전도 층(54)과 제 1 상부 기판(21) 사이에 배치될 수 있다.
제 2 상부 선재(29)는 제 2 하부 초전도 층(16) 상에 배치될 수 있다. 제 2 상부 선재(29)는 하부 접합 기판(32)과 상부 접합 초전도 층(54) 상에 배치될 수 있다. 제 2 상부 선재(29)는 제 2 상부 기판(25)과 제 2 상부 초전도 층(26)을 포함할 수 있다. 제 2 상부 초전도 층(26)은 제 2 하부 초전도 층(16)과 제 2 상부 기판(25) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 상부 기판(25)은 제 2 상부 초전도 층(26)과 제 2 하부 초전도 층(16)을 보호할 수 있다. 제 2 상부 초전도 층(26)은 하부 접합 기판(32)과 제 2 상부 기판(25) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제 2 상부 초전도 층(26)은 상부 접합 초전도 층(54)과 제 2 상부 기판(25) 사이에 배치될 수 있다. 상부 접합 초전도 층(54)은 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26)을 전기적으로 연결할 수 있다.
솔더(40)는 하부 및 상부 선재들(10, 20)과 하부 및 상부 접합 선재들(30, 50)을 접합할 수 있다. 일 예에 따르면, 솔더(40)는 하부 솔더(42), 상부 솔더(44), 제 1 중간 솔더(45), 및 제 2 중간 솔더(47)를 포함할 수 있다.
하부 솔더(42)는 제 1 하부 초전도 층(13)과 하부 접합 초전도 층(34) 사이를 접합할 수 있다. 하부 솔더(42)는 제 1 하부 초전도 층(13)과 상부 접합 기판(52) 사이를 접합할 수 있다. 이와 달리, 하부 솔더(42)는 제 2 하부 초전도 층(16)과 하부 접합 초전도 층(34) 사이를 접합할 수 있다.
상부 솔더(44)는 제 1 상부 초전도 층(23)과 상부 접합 초전도 층(54) 사이를 접합할 수 있다. 이와 달리, 상부 솔더(44)는 제 2 상부 초전도 층(26)과 상부 접합 초전도 층(54) 사이를 접합할 수 있다. 상부 솔더(44)는 제 2 상부 초전도 층(26)과 하부 접합 기판(32) 사이를 접합할 수 있다.
제 1 중간 솔더(45)는 하부 접합 기판(32)과 상부 접합 기판(52) 사이를 접합할 수 있다. 제 1 중간 솔더(45)는 하부 솔더(42), 상부 솔더(44), 및 제 2 중간 솔더(47) 중 적어도 하나와 다른 온도의 융점을 가질 수 있다.
제 2 중간 솔더(47)는 제 1 하부 초전도 층(13)과 제 1 상부 초전도 층(23) 사이를 접합할 수 있다. 이와 달리, 제 2 중간 솔더(47)는 제 2 하부 초전도 층(16)과 제 2 상부 초전도 층(26) 사이를 접합할 수 있다.
하부 솔더(42), 상부 솔더(44), 제 1 중간 솔더(45), 및 제 2 중간 솔더(47) 중 적어도 어느 하나는 나머지들보다 높은 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 중간 솔더(47)는 하부 솔더(42), 상부 솔더(44), 및 제 1 중간 솔더(45)보다 높은 온도의 융점을 가질 수 있다. 제 2 중간 솔더(47)는 약 250℃의 융점을 갖는 납을 포함할 수 있다. 하부 솔더(42)는 상부 솔더(44), 및 제 1 중간 솔더(45)보다 높은 온도의 융점을 가질 수 있다. 하부 솔더(42)는 약 220℃의 융점을 갖는 50:50의 혼합비의 주석과 납을 포함할 수 있다. 상부 솔더(44), 및 제 1 중간 솔더(45)는 40:60의 혼합비의 주석과 납을 포함할 수 있다.
도 10은 도 9의 세라믹 선재(102)의 접합 방법을 보여주는 플로우 차트이다. 도 11 및 도 12는 도 10의 접합 방법에 따른 공정 측면도들이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 하부 및 상부 접합 선재들(30, 50)을 접합한다(S32). 제 1 중간 솔더(45)는 하부 및 상부 접합 기판들(32, 52) 사이에 제공될 수 있다. 제 1 중간 솔더(45)는 250℃이상으로 가열된 후 상온으로 냉각될 수 있다. 제 1 중간 솔더(45)는 하부 및 상부 접합 기판들(32, 52)을 접합할 수 있다.
도 10 및 도 12를 참조하면, 제 1 및 제 2 하부 선재들 (12, 14)을 하부 접합 선재(30)에 접합한다(S34). 하부 솔더(42)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34) 사이에 제공될 수 있다. 이와 달리, 하부 솔더(42)는 제 1 하부 초전도 층(13)과 상부 접합 기판(52) 사이에 제공될 수 있다. 하부 솔더(42)는 220℃로 가열될 수 있다. 하부 솔더(42)는 용융된 후 상온으로 냉각될 수 있다. 하부 솔더(42)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 하부 접합 초전도 층(34)을 접합할 수 있다. 하부 솔더(42)는 상부 접합 기판(52)을 제 1 하부 초전도 층(13)에 고정할 수 있다.
다시 도 9 및 도 10을 참조하면, 제 1 및 제 2 상부 선재들(27, 29)을 제 1 및 제 2 하부 선재들(12, 14)과 상부 접합 선재(50)에 접합한다(S36). 상부 솔더(44)는 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26)과 상부 접합 초전도 층(54) 사이에 제공될 수 있다. 상부 솔더(44)는 제 2 상부 초전도 층(26)과 하부 접합 기판(32) 사이에 제공될 수 있다. 제 2 중간 솔더(47)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26) 사이에 제공될 수 있다. 상부 솔더(44)와 제 2 중간 솔더(47)는 180도로 가열될 수 있다. 상부 솔더(44)와 제 2 중간 솔더(47)는 용융된 후 냉각될 수 있다.
상부 솔더(44)는 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26)과 상부 접합 초전도 층(54)을 접합할 수 있다. 상부 솔더(44)는 하부 접합 기판(32)에 제 2 상부 초전도 층(26)을 고정할 수 있다. 제 2 중간 솔더(47)는 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들(13, 16)과 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들(23, 26)을 고정할 수 있다.
<제 4 실시 예>
도 13은 본 발명의 세라믹 선재(103)의 또 다른 실시 예를 보여준다.
도 13을 참조하면, 세라믹 선재(103)는 보호 층(62)과 보호 기판(64)을 포함할 수 있다. 보호 층(62)은 하부 및 상부 접합 선재들(30, 50)의 위 아래에 배치될 수 있다. 보호 층(62)은 전기도금 구리를 포함할 수 있다. 보호 기판(64)은 보호 층(62)의 위 아래에 배치될 수 있다. 보호 기판(64)은 브라스 또는 강철을 포함할 수 있다. 하부 및 상부 선재들(10, 20), 하부 및 상부 접합 선재들(30, 50). 및 솔더(40)는 도 9와 동일할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 하부 선재;
    상기 하부 선재 상에 배치된 제 1 및 제 2 상부 선재들을 포함하는 상부 선재;
    상기 상부 선재와 상기 하부 선재 사이에 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 상부 선재들을 연결하는 상부 접합 선재를 포함하는 접합 선재; 그리고
    상기 하부 선재, 상기 상부 선재 및 상기 접합 선재를 접합하는 솔더를 포함하되,
    상기 솔더는:
    상기 하부 선재와 접합 선재 사이를 접합하는 하부 솔더; 그리고
    상기 상부 선재와 상기 접합 선재 사이를 접합하고, 상기 하부 솔더와 다른 온도의 융점을 갖는 상부 솔더를 포함하되,
    상기 제 1 및 제 2 상부 선재들은:
    제 1 및 제 2 상부 기판들; 그리고
    상기 제 1 및 제 2 상부 기판들 아래의 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들을 포함하되,
    상기 상부 접합 선재는:
    상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들 아래의 상부 접합 기판; 그리고
    상기 상부 접합 기판과 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들 사이에 배치되고, 상기 상부 솔더에 의해 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들에 접합되는 상부 접합 초전도 층을 포함하는 세라믹 선재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 선재는:
    제 1 하부 선재; 그리고
    상기 제 1 하부 선재에서 분리된 제 2 하부 선재를 포함하되,
    상기 접합 선재는 상기 제 1 및 제 2 하부 선재들을 연결하는 하부 접합 선재를 더 포함하는 세라믹 선재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 하부 선재들은:
    제 1 및 제 2 하부 기판들; 그리고
    상기 제 1 및 제 2 하부 기판들 상의 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들을 포함하되,
    상기 하부 접합 선재는:
    상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들 상의 하부 접합 기판;
    상기 하부 접합 기판과 상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들 사이에 배치되고, 상기 하부 솔더에 의해 상기 상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들에 접합되는 하부 접합 초전도 층을 포함하는 세라믹 선재.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 솔더는 상기 상부 접합 기판과 상기 하부 접합 기판 사이를 접합하고, 상기 하부 솔더와 다른 온도의 상기 융점을 갖는 제 1 중간 솔더를 더 포함하는 세라믹 선재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 솔더는 상기 제 1 및 제 2 하부 선재들과 상기 제 1 및 제 2 상부 선재들 사이를 접합하고 상기 하부 솔더, 및 상기 제 1 중간 솔더와 다른 온도의 상기 융점을 갖는 제 2 중간 솔더를 더 포함하는 세라믹 선재.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 솔더는 상기 하부 접합 기판 및 상기 상부 접합 기판에 인접하는 상기 제 1 하부 선재 및 상기 제 1 상부 선재 사이와, 상기 제 2 하부 선재 및 상기 제 2 상부 선재 사이에 배치되어 상기 하부 솔더, 상기 상부 솔더, 및 상기 제 2 중간 솔더와 혼합되는 합금층 솔더를 더 포함하는 세라믹 선재.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더는 Sn, Pb, Ag, Cu, Sb, Bi, In, Zn, Cd, Au 또는 이의 합금류를 포함하는 세라믹 선재.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 선재는:
    상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들과 상기 상부 접합 기판 아래의 하부 기판; 그리고
    상기 하부 기판과 상기 상부 접합 기판 사이에 배치되고, 상기 하부 솔더에 의해 상기 상부 접합 기판에 접합되는 하부 초전도 층을 포함하는 세라믹 선재.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 상부 선재들 사이 및 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들 사이의 상기 상부 접합 초전도 층 상에 배치된 보호 층; 및
    상기 보호 층 상의 보호 기판을 더 포함하는 세라믹 선재.
  15. 하부 선재와 접합 선재 사이에 하부 솔더를 제공하고, 상기 접합 선재와 상부 선재 사이에 상부 솔더를 제공하여 상기 하부 선재, 상기 접합 선재, 및 상기 상부 선재를 접합하는 단계를 포함하되,
    상기 하부 선재, 상기 접합 선재, 및 상기 상부 선재를 접합하는 단계는:
    상기 하부 선재의 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들과 상기 접합 선재의 하부 접합 초전도 층 사이에 상기 하부 솔더를 제공하여 상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들과 상기 하부 접합 초전도 층을 접합하는 단계; 그리고
    상기 하부 접합 초전도 층 상의 하부 접합 기판과 상기 상부 선재의 상부 초전도 층 사이에 상기 상부 솔더를 제공하여 상기 하부 접합 기판과 상기 상부 초전도 층을 접합하는 단계를 포함하되,
    상기 상부 솔더는 상기 하부 솔더의 융점보다 낮은 온도로 가열되는 세라믹 선재의 접합 방법.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들과 상기 상부 초전도 층 사이에 중간 솔더를 제공하여 상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들과 상기 상부 초전도 층을 접합하는 단계를 더 포함하되,
    상기 중간 솔더는 상기 하부 솔더의 융점보다 낮은 온도로 가열되는 세라믹 선재의 접합 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 하부 선재, 상기 접합 선재, 및 상기 상부 선재를 접합하는 단계는:
    상기 하부 선재의 하부 초전도 층과 상기 접합 선재의 상부 접합 기판 사이에 상기 하부 솔더를 제공하여 상기 하부 초전도 층과 상기 상부 접합 기판를 접합하는 단계; 그리고
    상기 상부 선재의 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들과 상기 상부 접합 기판 상의 상부 접합 초전도 층 사이에 상기 상부 솔더를 제공하여 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들과 상기 상부 접합 초전도 층을 접합하는 단계를 포함하는 세라믹 선재의 접합 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 접합 선재의 하부 접합 기판과 상부 접합 기판 사이에 제 1 중간 솔더를 제공하여 상기 하부 접합 기판과 상부 접합 기판을 접합하는 단계;
    상기 하부 접합 기판 아래의 하부 접합 초전도 층과, 상기 하부 선재의 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들 사이에 상기 하부 솔더를 제공하여 상기 하부 접합 초전도 층과 상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들을 접합하는 단계; 그리고
    상기 상부 접합 기판 상의 상부 초전도 층과, 상기 상부 선재의 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들 사이에 상기 상부 솔더를 제공하여 상기 상부 초전도 층과 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들을 접합하는 단계를 포함하되,
    상기 하부 솔더 및 상기 상부 솔더는 상기 제 1 중간 솔더의 융점보다 낮은 온도로 가열되는 세라믹 선재의 접합 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들과 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들 사이에 제 2 중간 솔더를 제공하여 상기 제 1 및 제 2 하부 초전도 층들과 상기 제 1 및 제 2 상부 초전도 층들을 접합하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제 2 중간 솔더는 상기 상부 솔더와 동일한 온도로 가열되는 세라믹 세라믹 선재의 접합 방법.
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