KR101968074B1 - 전기도금된 안정제 함량을 감소시키는 구조체 - Google Patents
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Abstract
초전도 물품은 제 1 및 제 2 적층 도체 세그먼트를 포함한다. 제 1 적층 도체 세그먼트는 제 1 및 제 2 초전도 세그먼트들을 포함하고 공칭 두께 tn1를 갖는다. 제 2 적층 도체 세그먼트는 제 3 및 제 4 초전도 세그먼트들을 포함하고 공칭 두께 tn2를 갖는다. 초전도 물품은 상기 제 1 및 제 3 초전도 세그먼트들을 함께 연결하는 제 1 스플라이스와, 상기 제 2 및 제 4 초전도 세그먼트들을 함께 연결하는 제 2 스플라이스를 포함하는 조인트 영역을 추가로 포함할 수 있다. 상기 제 1 스플라이스는 상기 조인트 영역의 적어도 일 부분을 따라 상기 제 1 및 제 3 초전도 세그먼트들 모두의 부분들에 인접하여 브릿지하고, 상기 제 2 스플라이스는 상기 조인트 영역의 적어도 일 부분을 따라 상기 제 2 및 제 4 초전도 세그먼트들 모두의 부분들에 인접하여 브릿지한다. 상기 조인트 영역은 두께 tjr를 가지며, tjr는 1.8tnl 및 1.8tn2중 적어도 하나보다 크지 않다.
Description
본 발명은 전기도금된 안정제 함량을 감소시키는 구조체에 관한 것이다.
반도체 재료는 기술 분야에서 오랫동안 공지되고 이해되어 있다. 액체 헬륨(4.2 K)의 사용을 필요로 하는 온도에서 초전도 특성을 나타내는 저온 초전도체들(저-Tc 또는 LTS)이 1911년 이후로 알려져 있다. 그러나, 어느 정도의 최근까지는 산소계 고온(고-Tc) 초전도체들이 발견되지 않았다. 1986년 즈음, 과거 15년에 걸쳐 Bi2Sr2Ca2Cu3010+y(BSCCO) 및 기타를 포함하는 추가 재료의 계발에 이어서, 액체 질소(77K) 온도 위의 온도에서 초전도성을 나타내는, YBa2Cu307 -x (YBCO)로 칭하는 제 1 고온 초전도체(HTS)가 발견되었다. 고-Tc 초전도체의 계발은 액체 헬륨계의 비교적 비싼 극저온 인프라보다 오히려 액체 질소를 갖는 이러한 초전도체들의 작동 비용에 부분적으로 기인하기 때문에, 초전도체 구성요소들 및 이러한 재료들을 합체한 다른 디바이스들의 경제적 실현성 계발의 가능성을 창조하였다.
전력 생산, 송전, 배전 및 저장을 위한 적용예들을 포함하는 다수의 가능한 적용예들중에서, 산업계는 전력 산업에서 이러한 재료들의 사용의 계발을 추구하였다. 여기서, 구리계 상업용 전력 구성요소들의 본질적인 저항은 해마다 전기 손실에서 수십억 달러가 발생하고 따라서, 전력 산업은 송전 및 배전 케이블, 제네레이터, 변압기 및 고장 전류 차단기/리미터(fault current interrupters/limiter)와 같은 전력 구성요소들에서 고온 초전도체들의 사용에 기반한 이익을 견지하고 있다. 또한, 전력 산업계에서 고온 초전도체의 다른 장점은 전력 취급 용량의 3 내지 10 증가, 전력 설비의 크기[즉, 풋프린트( footprint)] 및 하중의 큰 감소, 환경 영향의 감소, 큰 안정성 및 종래 기술에 대한 용량 증가의 요소를 포함한다. 고온 초전도체들의 이러한 가능한 장점들은 상당히 매력적이지만, 대규모의 고온 초전도체의 제조 및 상업화에서 다수의 기술적 도전들이 계속되어 왔다.
고온 초전도체의 상업화와 연계된 도전들중에는, 많은 도전들이 여러 전력 구성요소들의 형성을 위해 사용될 수 있는 초전도 테입 세그먼트의 제작 주위에 존재하고 있다. 초전도 테입 세그먼트의 제 1 발생은 상술한 BSCCO 고온 초전도체의 사용을 포함한다. 이 재료는 일반적으로 귀금속, 통상적으로 은의 매트릭스에 매립되는 불연속 필라멘트 형태로 제공된다. 이러한 도체들은 재료 및 제조 비용으로 인하여, (킬로미터의 차수와 같이) 전력 산업에서 실행되기에 필요한 연장 길이로 제조될 수 있지만, 이러한 테입들은 상업적으로 널리 통용되는 실현가능한 제품을 의미하는 것은 아니다.
따라서, 우수한 상업적 가능성을 갖는 HTS 테입들에 많은 관심이 있었다. 이들 테입은 통상적으로 기계적 지지부를 제공하는 가요성 기판, 상기 기판을 덮은 적어도 하나의 버퍼층, 다중 막들, 버퍼 막을 덮은 HTS 층 및 초전도체 층을 덮는 선택적인 캡핑층(capping layer) 및/또는 캡핑층 또는 전체 구조 주위를 덮는 선택적인 전기 안정화 층을 일반적으로 포함하는 적층 구조에 의존한다. 그러나, 최근까지, 이러한 제 2 발생 테입들의 완전한 상업화 이전에 많은 기술 및 제조 도전들이 존재하고 있다.
따라서, 이러한 관점에서, 초전도체 기술, 및 특히 상업적으로 실현가능한 초전도 테입들, 이 테입들의 형성 방법 및 이러한 초전도 테입들을 사용하는 전력 구성요소들에 대해서 여러 필요성들이 계속해서 존재하고 있다. 이들 필요성들중 하나는 다른 유사한 목적들을 위하여, 실용적인 적용예를 필요로 하는 전체적인 제 2 발생 HTS 테입 길이를 연장시키는 적당한 결합 기법을 갖고, 그리고 파괴된 세그먼트들을 수리하는 것이다.
일 실시예에서, 초전도 물품은 제 1 및 제 2 초전도 세그먼트들을 포함하는 제 1 적층 도체 세그먼트와, 제 3 및 제 4 초전도 세그먼트들을 포함하는 제 2 적층 도체 세그먼트를 포함한다. 제 1 적층 도체 세그먼트는 공칭 두께 tn1를 갖고 제 2 적층 도체 세그먼트는 공칭 두께 tn2를 갖는다. 초전도 물품은 제 1 스플라이스(splice)와, 제 2 스플라이스를 포함하는 조인트 영역을 추가로 포함할 수 있다. 상기 제 1 스플라이스는 상기 제 1 및 제 3 초전도 세그먼트를 함께 연결하고, 상기 제 2 스플라이스는 상기 제 2 및 제 4 초전도 세그먼트를 함께 연결할 수 있다. 상기 제 1 스플라이스는 상기 조인트 영역의 적어도 일 부분을 따라 상기 제 1 및 제 3 초전도 세그먼트들 모두의 부분들에 인접하여 중첩(overlap)하고, 상기 제 2 스플라이스는 상기 조인트 영역의 적어도 일 부분을 따라 상기 제 2 및 제 4 초전도 세그먼트들 모두의 부분들에 인접하여 중첩할 수 있다. 상기 조인트 영역은 두께 tjr를 가지며, tjr는 1.8tnl 및 1.8tn2중 적어도 하나보다 크지 않다.
다른 실시예에서, 초전도 물품은 제 1 초전도 세그먼트 및 제 2 초전도 세그먼트를 포함할 수 있다. 제 1 초전도 세그먼트는 제 1 기판 및 상기 제 1 기판을 덮는 제 1 초전도층을 구비하고, 제 2 초전도 세그먼트는 제 2 기판 및 상기 제 2 기판을 덮는 제 2 초전도층을 구비할 수 있다. 초전도 물품은 제 1 및 제 2 초전도 세그먼트들 사이의 구리 세그먼트를 추가로 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 초전도 세그먼트들은 상기 제 1 및 제 2 초전도층들이 상기 구리 세그먼트를 향하도록 배열될 수 있다.
또다른 실시예에서, 초전도 물품의 형성 방법은 제 1 및 제 2 초전도 테입들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 초전도 테입은 제 1 기판을 덮는 제 1 초전도층을 포함하고 상기 제 2 초전도 테입은 제 2 기판을 덮는 제 2 초전도층을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제 1 초전도 테입들을 구리 스트립의 제 1 주요면에 그리고 상기 제 2 초전도 테입을 상기 구리 스트립의 제 2 주요면에 접합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 기판 테입들은 상기 제 1 및 제 2 초전도층들이 상기 구리 스트립을 향하고 상기 제 1 및 제 2 기판들이 상기 구리 스트립으로부터 멀리 있도록 배열될 수 있다.
본원은 당업자가 첨부된 도면을 참조할 때 더욱 잘 이해할 수 있고, 그 여러 형태 및 장점들이 명확해질 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 초전도 물품의 일반화된 구조를 도시하는 사시도.
도 2는 일 실시예에 따른 초전도 물품을 도시하는 단면도.
도 3 및 도 4는 실시예들에 따른 이면 대 이면 구성(back-to-back configuration)의 적층 초전도 물품을 도시하는 단면도.
도 5는 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 예시적인 조인트(joint)를 도시하는 도면.
도 6은 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 다른 예시적인 조인트를 도시하는 개략도.
도 7 및 도 8은 도 6의 부분들의 확대도.
도 9는 실시예들을 따른 전면 대 이면 구성(front-to-back configuration)에서 적층 초전도 물품들을 도시하는 단면도.
도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 예시적인 조인트를 도시하는 도면.
도 12 및 도 13은 실시예들을 따른 면 대 면 구성(face-to-face configuration)에서 적층 초전도 물품들을 도시하는 단면도.
도 14는 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 다른 예시적인 조인트를 도시하는 개략도.
도 15는 도 14의 부분들의 확대도.
도 16은 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 다른 예시적인 조인트를 도시하는 개략도.
도 17은 도 16의 부분들의 확대도.
도 18은 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 다른 예시적인 조인트를 도시하는 개략도.
도 19는 도 18의 부분들의 확대도.
도 2는 일 실시예에 따른 초전도 물품을 도시하는 단면도.
도 3 및 도 4는 실시예들에 따른 이면 대 이면 구성(back-to-back configuration)의 적층 초전도 물품을 도시하는 단면도.
도 5는 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 예시적인 조인트(joint)를 도시하는 도면.
도 6은 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 다른 예시적인 조인트를 도시하는 개략도.
도 7 및 도 8은 도 6의 부분들의 확대도.
도 9는 실시예들을 따른 전면 대 이면 구성(front-to-back configuration)에서 적층 초전도 물품들을 도시하는 단면도.
도 10 및 도 11은 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 예시적인 조인트를 도시하는 도면.
도 12 및 도 13은 실시예들을 따른 면 대 면 구성(face-to-face configuration)에서 적층 초전도 물품들을 도시하는 단면도.
도 14는 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 다른 예시적인 조인트를 도시하는 개략도.
도 15는 도 14의 부분들의 확대도.
도 16은 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 다른 예시적인 조인트를 도시하는 개략도.
도 17은 도 16의 부분들의 확대도.
도 18은 일 실시예에 따른 적층 초전도 물품들 사이의 다른 예시적인 조인트를 도시하는 개략도.
도 19는 도 18의 부분들의 확대도.
상이한 도면에서 동일 도면 부호의 사용은 유사 또는 동일 품목을 지시하는 것이다.
도 1에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 물품(100)의 일반화된 층상 구조가 도시되어 있다. 초전도 물품은 기판(10), 기판(10)을 덮는 버퍼층(12), 초전도층(14) 및 다음의 캡핑층(16), 통상적으로 귀금속 및 안정층(18), 통상적으로 구리와 같은 비귀금속을 포함한다. 버퍼층(12)은 여러 불연속 막으로 구성될 수 있다. 안정층(18)은 초전도 물품(100)의 주변부 주위로 연장되어서 동봉할 수 있다.
기판(10)은 일반적으로 금속계 및 통상적으로 적어도 2개의 금속 원소들의 합금이다. 특히 적합한 기판 재료들은 공지된 합금계 Hastelloy® 또는 Inconel®와 같은 스테인레스 합금 및 니켈계 합금을 포함한다. 이들 합금은 팽창율, 인장 강도, 제조 강도 및 연신율을 포함하는 바람직한 크리프(creep), 화학 및 기계적 특성을 갖는 경향이 있다. 이들 금속은 특히 초전도 테입 제작에 적합한 스풀형 테입 형태(spooled tape)로 일반적으로 상업적으로 구매가능하고, 이는 통상적으로 릴-투-릴 테입 취급(reel-to-reel tape handling)을 이용한다.
기판(10)은 통상적으로 큰 치수비를 갖는 테입형 구성이다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 '치수비'는 기판의 길이 또는 다음 최장 치수에 대한 테입, 기판 또는 테입의 폭의 비율을 지칭하는데 사용된다. 예로서, 테입폭은 일반적으로 약 0.1 내지 약 10cm의 차수, 그리고 테입의 길이는 통상적으로 적어도 약 100m, 통상적으로 최대 약 500m보다 크다. 사실, 기판(10)을 포함하는 초전도 테입은 1km 또는 그 이상의 차수의 길이를 가질 수 있다. 따라서, 기판은 상당히 큰, 10 이상, 약 102 이상 또는 약 103 이상의 차수인 치수비를 가질 수 있다. 임의의 실시예들은 더 길고, 104 및 그보다 큰 치수비를 갖는다.
일 실시예에서, 기판은 초전도 테입의 구성 층들의 차후 증착을 위한 바람직한 표면 특성을 얻기 위해 처리된다. 예로서, 표면은 바람직한 평탄도 및 표면 조도로 연마(polish)될 수 있다. 추가로, 본원 실시예들은 통상적으로 상술한 상업적으로 구매가능한 니켈계 테입들과 같은 비직조, 다결정 기판을 사용하지만, 기판은 공지된 RABiTS (롤 보조 2축 방향 직조 기판; roll assisted biaxially textured substrate) 기법과 같이, 당기술에서 이해되는 2축 방향으로 직조되도록 처리될 수 있다.
버퍼층(12)에 있어서, 버퍼층은 단일층일 수 있고, 또는 공통적으로 여러 막으로 제조될 수 있다. 가장 통상적으로, 버퍼층은 일반적으로 막의 평면 내 및 평면 밖 모두에서 결정 축들을 따라 정렬된다. 이러한 2축 방향 직조는 IBAD에 의해서 달성될 수 있다. 당기술에서 이해되는 바와 같이, IBAD는 이온 빔 보조 증착을 견지하는 머리글자(acronym)이고, 우수한 초전도 특성들을 위해 바람직한 결정학적 배향을 갖는 초전도층의 차후 형성을 위해 적당히 직조된 버퍼층을 형성하기 위하여 유리하게 사용될 수 있는 기법이다. 산화 마그네슘은 IBAD 막을 위한 통상적인 재료의 선택이고, 약 5 내지 약 50 나노미터와 같은 약 1 내지 약 500 나노미터의 차수일 수 있다. 일반적으로, IBAD 막은 본원에서 참고로 합체된 미국 특허 6,190,752에 규정되고 기재된 암석-염류형(rock-salt like) 결정 구조를 가진다.
버퍼층은 직접 접촉하도록 제공되고 IBAD 막과 기판 사이에 배치된 차단막과 같은 추가막을 포함할 수 있다. 여기서, 차단막은 유리하게는 이트리아(yttria)와 같이, 산화물을 형성될 수 있고, IBAD 막으로부터 기판을 격리하도록 작용한다. 차단막은 또한 질화 실리콘과 같은 비산화물로 형성될 수 있다. 차단막의 증착을 위한 적당한 기법은 화학 증기 증착 및 스퍼터링을 포함하는 물리적 증기 증착을 포함한다. 차단막의 통상적인 두께는 약 1 내지 200 나노미터의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 버퍼층은 역시 IBAD 막에 대해서 형성된 에피택셜 성장막(들)을 포함할 수 있다. 이 관점에서, 에피택셜 성장 막은 IBAD 막의 두께를 증가시키기에 효과적이고, 바람직하게는, 원칙적으로 MgO 또는 기타 호환성 재료와 같은 IBAD 층에 대해서 사용된 동일 재료로 제조될 수 있다.
MgO계 IBAD 막 및/또는 에피택셜 막을 사용하는 실시예에서, MgO 재료 및 초전도층의 재료 사이의 격자 오정합(lattice mismatch)이 존재한다. 따라서, 버퍼층은 다른 버퍼막을 추가로 포함할 수 있고, 특히 이 막은 초전도층 및 하부층 IBAD 막 및/또는 에피택셜 막 사이의 격자 상수들에서의 오정합을 감소시키도록 실행된다. 이 버퍼막은 YSZ(이트리아-안정화 지르코니아)와 같은 재료, 산화마그네슘, 산화세륨, 가돌리늄 지르코늄 산화물, 스트론튬 루테늄 산화물(strontium ruthenate), 란탄 망간산염(lanthanum manganate), 일반적으로 페로브스카이트(perovskite)-구조 세라믹 재료와 같은 재료들로 형성될 수 있다. 버퍼막은 여러 물리적 증기 증착 기법에 의해서 증착될 수 있다.
상술한 설명은 원칙적으로 IBAD와 같은 직조 프로세스에 의해서 버퍼 스택(층)에 있는 2축 방향 직조된 막의 이행 형태에 집중되었지만, 대안으로, 기판 표면 자체는 2축 방향으로 직조될 수 있다. 이 경우에, 버퍼층은 일반적으로 버퍼층에서 2축 방향 직조를 보존하기 위하여 직조된 기판 상에 에피택셜 성장한다. 2축 방향 직조 기판을 형성하기 위한 하나의 프로세스는 일반적으로 당분야에서 이해되는 RABiTS (롤 보조 2축 방향 직조 기판)으로 당기술에서 공지된 프로세스이다.
초전도층(14)은 일반적으로 고온 초전도체(HTS) 층 형태이다. HTS 재료는 통상적으로 액체 질소 온도 77K 위에서 초전도 특성을 나타내는 임의의 고온 초전도 재료들중에서 선택된다. 이러한 재료는 예로서, YBa2Cu307-x, Bi2Sr2CaCu2Oz, Bi2Sr2Ca2Cu3O10+y, Tl2Ba2Ca2Cu3O10+y, 및 HgBa2Ca2Cu308+y를 포함할 수 있다. 재료들중 한 등급은 REBa2Cu307-x를 포함하고, 여기서 0≥x>l 이고 RE는 희토류 또는 희토류 원소의 조합이다. 상기 설명에서, 또한 일반적으로 YBCO로 기술되는 YBa2Cu307-x는 유리하게 사용될 수 있다. YBCO는 희토류 재료들 예로서 사마륨(samarium)와 같은 도펀트(dopant)의 첨가 또는 첨가 없이 사용될 수 있다. 초전도층(14)은 두껍고 얇은 막 형성 기법을 포함하는 여러 기법들중 임의의 하나에 의해서 형성될 수 있다. 양호하게는, 펄스형 레이저 증착((PLD))과 같은 박막 물리적인 증기 증착 기법은 고증착 속도를 위해서 사용되거나 또는 화학 증기 증착 기법은 낮은 비용 그리고 큰 표면적 처리를 위해서 사용될 수 있다. 통상적으로, 초전도층은 초전도층(14)과 연계된 바람직한 전류량(amperage rating)을 얻기 위하여, 약 0.1 내지 약 30 ㎛, 가장 통상적으로 약 0.5 내지 약 20 ㎛, 약 1 내지 약 5 ㎛ 차수의 두께를 갖는다.
초전도 물품은 또한 캡핑층(16) 및 안정층(18)을 포함할 수 있고, 이 층들은 일반적으로 실용적인 용도에서 초전도체 과열(burnout) 방지를 보조하는 전기 안정화를 위하여 그리고 낮은 저항 인터페이스를 제공하도록 이행된다. 특히, 층(16,18)은 냉각 실패 또는 임계 전류 밀도가 초과하는 경우에 초전도체를 따른 전기 전하의 연속 유동을 보조하고 초전도층은 초전도 상태로부터 이동하고 저항성이 된다. 통상적으로, 귀금속은 안정층(들) 및 초전도층(14) 사이의 원치않는 상호작용을 방지하도록 캡핑층(16)에 대해서 사용된다. 통상적인 귀금속은 금, 은, 플래티늄 및 팔라듐을 포함한다. 은은 통상적으로 그 비용 및 일반적인 접근성으로 인하여 사용된다. 캡핑층(16)은 통상적으로 초전도층(14) 안으로의 안정층(18)의 도포시에 사용되는 구성요소들의 원치않는 확산을 방지하기에 충분히 두껍게 제조되지만, 비용상의 이유(미가공 재료 및 처리 비용)으로 인하여 일반적으로 얇게 제조된다. 캡핑층(16)의 통상적인 두께는 약 0.5 내지 5.0 ㎛과 같이, 약 0.1 내지 약 10 ㎛ 범위 내에 있다. 캡핑층(16)의 증착을 위하여, 물리적 증기 증착, DC 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 뿐 아니라 비전기 도금 및 전기 도금과 같은 화학적 처리를 포함하는 여러 기법들이 사용될 수 있다.
안정층(18)은 초전도층(14)을 덮고, 특히 도 1에 도시된 특정 실시예에서 캡핑층(16)을 덮어서 직접 접촉하도록 일반적으로 통합된다. 안정층(18)은 혹독한 환경 조건 및 초전도성 담금질(quench)에 대한 안정성을 강화하기 위하여 보호/션트층(shunt layer)으로 작용한다. 층은 일반적으로 조밀하고 열적 및 전기적 전도성은 초전도층의 고장의 경우 또는 초전도층의 임계 전류가 초과한다면 전류를 우회하도록 작용한다. 층은 습식 화학 처리, 비전기 도금 및 전기 도금 뿐 아니라 물리 증기 증착, 통상적으로 증발 또는 스퍼터링과 같은 여러 두꺼운 그리고 얇은 막 형성 기법들중 임의의 하나에 의해서 형성될 수 있다. 여기서, 캡핑층(16)은 그 위에 구리의 증착을 위한 시드층(seed layer)으로서 작용할 수 있다. 통상적인 안정층(18)의 두께는 0 내지 약 1000 ㎛, 예로서 5 내지 150 ㎛의 범위일 수 있다.
초전도층의 고장의 경우 또는 전도층의 임계 전류가 초과한다면 전류를 적절하게 우회시키기 위하여, 초전도 물품의 임계 전류가 증가할 때 안정층에 전기적으로 결합된 비귀금속의 양을 증가시키는 것이 필요할 수 있다.
도 2는 예시적인 초전도 물품(200)의 단면을 도시하고, 여기서 초전도 테입(202)은 벌크 구리층(204 및 206) 사이에 매립된다. 초전도 테입(202)은 초전도 물품(100)과 유사할 수 있다. 여기서, 유사 구조 형태를 지시하는데 유사 도면부호가 사용된다. 구성층의 설명은 이하에 반복되지 않고; 독자는 초전도 물품의 구성층에 대하여 제공된 상세한 설명을 참조하시오. 캡핑층(16)은 기판(10), 버퍼층(12) 및 초전도층(14)의 조합의 주변부 주위로 연장되어서 초전도 테입(202)을 동봉한다. 유사하게, 안정층(18)은 캡핑층(16)의 주변부 주위로 연장될 수 있다. 일 실시예에서, 안정층(18)은 캡핑층에 대해서 전착될 수 있다. 안정층(18)은 제공될 때, 약 2.5 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 예로서 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 더욱 구체적으로 약 15 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다.
초전도 테입(202)은 땜납(208)에 의해서 벌크 구리층(204 및 206)에 접합될 수 있다. 예로서, 땜납(208)은 인듐 땜납, 납-주석 땜납 또는 주석계 땜납일 수 있다. 벌크 구리층(204 및 206)은 초전도 물품(200)의 길이를 따라 연장하는 구리 스트립 형태일 수 있다.
대안 실시예에서, 벌크 구리층은 초전도 테입(202) 주위에 채널링(channeling), 랩핑(wrapping) 또는 다이 성형에 의해서 형성될 수 있다. 또한, 전착 구리의 외부층은 초전도 테입(202) 및 벌크 구리층을 포함하는 전체 구조를 동봉하도록 도포될 수 있다.
도 3은 예시적인 적층 초전도 물품(300)의 단면도를 도시한다. 적층 초전도 물품(300)은 초전도 테입(302 및 304)을 포함할 수 있다. 초전도 테입(302 및 304)은 초전도 물품(100)과 유사할 수 있다. 초전도 테입(302 및 304)은 접합층(306)을 사용하여 결합될 수 있다. 접합층(306)은 땜납층, 예로서 인듐 땜납, 납-주석 땜납 또는 주석계 땜납일 수 있다. 초전도 테입(302 및 304)은 이면 대 이면 구성으로 배열될 수 있다. 이면 대 이면 구성에서, 초전도 테입(302 및 304)은 기판(10)이 초전도 물품(300)의 내부를 향하고 초전도층(14)이 초전도 물품(300)의 외부를 향하는 상태로 배열될 수 있다.
도 4는 다른 예시적인 적층 초전도 물품(400)을 도시하는 도면이다. 초전도 물품(400)은 도 3에 대해서 상술한 바와 같이, 이면 대 이면 구성으로 배열된 초전도 테입(402 및 404)을 포함한다. 초전도 테입(402 및 404)은 접합층(406)을 사용하여 결합된다. 추가로, 벌크 구리층(408)은 초전도 테입(402)의 초전도면에 인접하게 배열되고 벌크 구리(410)는 초전도 테입(404)의 초전도면에 인접하게 배열된다. 벌크 구리(408 및 410)는 접합층(406)에 의해서 초전도 테입(402 및 404)에 결합될 수 있다.
도 5는 2개의 적층 초전도 세그먼트(502 및 504)가 이면 대 이면 적층 초전도 물품들을 결합시키기 위해 초전도 물품(500)을 형성하도록 함께 결합되는 영역을 도시한다. 도시된 바와 같이, 적층 초전도 세그먼트(502 및 504)는 단부 대 단부로 놓여지도록 배치된다. 특히, 적층 초전도 세그먼트(502 및 504)의 각 단부들은 계면(506)에서 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배치된다. 적층 초전도 세그먼트(502)는 이면 대 이면 구성으로 배열된 초전도 테입(508 및 510)을 포함할 수 있다. 초전도 테입(508 및 510)은 접합층(512)과 함께 유지될 수 있다. 유사하게, 적층 초전도 물품(504)은 이면 대 이면 구성으로 배열되고 접합층(518)과 함께 유지되는 초전도 테입(514 및 516)을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 실시예의 특정 형태에 따른, 초전도 테입(508 및 514)은 조인트 영역(520)을 따라 함께 전기적으로 그리고 기계적으로 결합된다. 스플라이스(522)는 초전도 테입(508 및 514) 사이에 전기 및 기계적 연결을 제공하기 위하여 조인트 영역(520)에 걸쳐 제공된다. 유사하게, 초전도 테입(510 및 516)은 조인트 영역(520)을 따라 함께 전기 및 기계적으로 결합된다. 스플라이스(524)는 초전도 테입(510 및 516) 사이에 전기 및 기계적 연결을 제공하기 위하여 조인트 영역(520)에 걸쳐 제공된다. 도 5에 도시된 특정 실시예에서, 스플라이스(522 및 524)는 각 초전도 테입들의 층상 구조에 대해서 일반적으로 반전된 층상 초전도 구조를 각각 포함한다. 더욱 특히, 스플라이스(522 및 524)는 초전도 테입을 형성하기 위해 기본 프로세스 흐름에 따라서 제작되고 적당한 길이로 컷팅될 수 있다.
스플라이스(522)는 접합층(526)의 사용을 통해서 초전도 테입(508 및 514)에 접합된다. 유사하게, 스플라이스(524)는 접합층(528)의 사용을 통해서 초전도 테입(510 및 516)에 접합된다. 통상적으로, 접합층(526 및 528)은 땜납, 예로서 인듐 땜납, 납-주석 땜납 또는 주석계 땜납으로 형성된다.
일 실시예에서, 스플라이스(522)는 초전도 테입(508 및 514)으로 면 대 면으로 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(508)의 초전도층으로부터 초전도 테입(508)의 안정층, 접합층(526), 스플라이스(522)의 안정층 및 스플라이스(522)의 초전도층으로 흐를 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(522)의 안정층을 통해서 접합층(526), 초전도 테입(514)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(514)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다. 유사하게, 스플라이스(524)는 초전도 테입(510 및 516)으로 면 대 면으로 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(510)의 초전도층으로부터 초전도 테입(510)의 안정층, 접합층(528), 스플라이스(524)의 안정층 및 스플라이스(524)의 초전도층으로 흐를 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(524)의 안정층을 통해서 접합층(528), 초전도 테입(516)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(516)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다.
본원에 기재된 실시예에 따라서, 스플라이스는 일반적으로 초전도층을 통합한다. 이러한 특정 양태는 바람직하게 낮은 조인트 저항을 보장하는 것을 돕는다. 특히, 본원의 실시예에 따라서, 상술한 것과 같은 조인트 구조들을 통합하는 초전도 물품은 약 100 nano-ohms cm2 이하, 예로서 50 nano-ohms cm2 이하 또는 25 nano-ohms cm2 이하의 조인트 저항을 가진다. 추가로, 조인트 저항은 발산 열의 관점에서 조인트당 0.005 W cm2 이하, 예로서 조인트당 0.0025 W cm2의 상한값으로 계량화될 수 있다.
도 6은 2개의 적층 초전도 세그먼트(602 및 604)가 함께 결합하여 초전도 물품(600)을 형성하는 대안 조인트 구조를 도시한다. 적층 초전도 세그먼트(602)는 이면 대 이면 구성으로 배열되는 초전도 테입(606 및 608)을 포함할 수 있다. 유사하게, 적층 초전도 물품(604)은 이면 대 이면 구성으로 배열되는 초전도 테입(610 및 612)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 적층 초전도 세그먼트(602 및 604)는 단부 대 단부로 오프셋 방식으로 놓여지도록 배치된다. 특히, 적층 초전도 세그먼트(602)는 초전도 테입(608)이 초전도 테입(606)의 단부를 지나서 연장하는 오버행 영역(overhang region;614)을 가질 수 있다. 유사하게, 적층 초전도 세그먼트(604)는 초전도 테입(610)이 초전도 테입(612)의 단부를 지나서 연장하는 오버행 영역(616)을 가질 수 있다. 오버행 영역(614 및 616)은 중첩되어서 초전도 테입(606 및 610)의 각 단부들이 계면(618)에서 일반적인 맞대임 또는 인접-맞대임 접촉될 수 있게 한다. 유사하게, 초전도 테입(608 및 612)의 각 단부들은 계면(620)에서 일반적인 맞대임 또는 인접-맞대임 접촉될 수 있고, 계면(620)은 초전도 물품(600)의 길이를 따라 계면(618)으로부터 오프셋된다. 조인트 영역(622 및 624)은 도 7 및 도 8에 더욱 상세하게 도시된다.
도 7은 조인트 영역(622)의 상세도를 제공한다. 초전도 테입(606 및 610)의 각 단부들은 계면(618)에서 일반적인 맞대임 또는 인접-맞대임 접촉으로 배열될 수 있다. 초전도 테입(608)은 초전도 테입(606)의 단부를 지나서 연장될 수 있고 이면 대 이면 구성으로 초전도 테입(610)의 적어도 일 부분과 중첩할 수 있다. 접합층(624)은 초전도 테입(608)을 초전도 테입(606) 및 초전도 테입(610) 모두에 접합할 수 있다.
초전도 테입(606 및 610)은 조인트 영역(622)을 따라 함께 전기적 및 기계적으로 결합될 수 있다. 스플라이스(626)는 초전도 테입(606 및 608) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 조인트 영역(622)에 걸쳐지게 제공된다. 스플라이스(626)는 초전도 테입(606 및 610)의 층상 구조에 대해서 일반적으로 반전된 층상 초전도 구조를 포함할 수 있다. 스플라이스(626)는 접합층(628)의 사용을 통해서 초전도 테입(606 및 610)에 접합될 수 있다.
일 실시예에서, 스플라이스(626)는 면 대 면으로 초전도 테입(606 및 610)에 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(606)의 초전도층으로부터 초전도 테입(606)의 안정층, 접합층(628), 스플라이스(626)의 안정층 및 스플라이스(626)의 초전도층으로 흐를 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(626)의 안정층을 통해서 접합층(628), 초전도 테입(610)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(610)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다.
도 8은 조인트 영역(624)의 상세도를 제공한다. 초전도 테입(608 및 612)의 각 단부들은 계면(620)에서 일반적인 맞대임 또는 인접-맞대임 접촉으로 배열될 수 있다. 초전도 테입(610)은 초전도 테입(612)의 단부를 지나서 연장될 수 있고 이면 대 이면 구성으로 초전도 테입(608)의 적어도 일 부분과 중첩할 수 있다. 접합층(630)은 초전도 테입(610)을 초전도 테입(606) 및 초전도 테입(612) 모두에 접합할 수 있다.
초전도 테입(608 및 612)은 조인트 영역(624)을 따라 함께 전기적 및 기계적으로 결합될 수 있다. 스플라이스(632)는 초전도 테입(608 및 612) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 조인트 영역(624)에 걸쳐지게 제공된다. 스플라이스(632)는 초전도 테입(608 및 612)의 층상 구조에 대해서 일반적으로 반전된 층상 초전도 구조를 포함할 수 있다. 스플라이스(632)는 접합층(634)의 사용을 통해서 초전도 테입(608 및 612)에 접합될 수 있다.
일 실시예에서, 스플라이스(624)는 면 대 면으로 초전도 테입(608 및 612)에 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(608)의 초전도층으로부터 초전도 테입(608)의 안정층, 접합층(634), 스플라이스(624)의 안정층 및 스플라이스(624)의 초전도층으로 흐를 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(624)의 안정층을 통해서 접합층(634), 초전도 테입(612)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(612)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다.
도 6에 있어서, 적층 초전도체 세그먼트(602 및 604)는 각각 공칭 두께 tn1 및 tn2를 가질 수 있다. 이 공칭 두께는 특히 오버행 영역(614 및 616)을 배제하는 세그먼트들의 주요 길이를 따라 각 세그먼트의 두께에 대응한다.
오프셋 조인트 영역(622 및 624)은 비교적 낮은 프로파일 조인트의 형성을 가능하게 할 수 있다. 더욱 상세하게, 도 6에 있어서, 조인트 영역(622)은 tjr1를 가지며 조인트 영역(624)은 tjr2를 가진다. 일반적으로, 조인트 영역의 두께 tjr1는 1.8tnl 및 1.8tn2중 적어도 하나보다 크지 않고 조인트 영역의 두께 tjr2는 1.8tnl 및 1.8tn2중 적어도 하나보다 크지 않다. 종종, 각 조인트 영역의 프로파일은 약 1.6tnl 또는 1.6tn2보다 크지 않다. 또한, 조인트 영역의 두께는 1.5tnl 및 1.5tn2중 적어도 하나보다 크지 않거나 또는 1.3tnl 및 1.3tn2중 적어도 하나보다 크지 않은 것과 같이 추가로 감소될 수 있다. 일 실시예에 따라서, 조인트 두께는 초전도 세그먼트들중 적어도 하나의 공칭 두께와 실질적으로 동일하다. 도면에 도시되지 않았지만, 조인트 영역의 두께는 초전도 세그먼트들의 두께들중 하나 또는 양자 모두의 두께 보다 작을 수 있다.
도 9는 예시적인 적층 초전도 물품(900)의 단면도를 도시한다. 적층 초전도 물품(900)은 초전도 테입들(902 및 904)을 포함할 수 있다. 초전도 테입(902 및 904)은 초전도 물품(100)과 유사할 수 있다. 초전도 테입(902 및 904)은 접합층(906)을 사용하여 결합될 수 있다. 접합층(906)은 인듐 땜납, 납-주석 땜납 또는 주석계 땜납과 같은 땜납층일 수 있다. 초전도 테입(902 및 904)은 전면 대 이면 구성으로 배열될 수 있다. 전면 대 이면 구성에서, 초전도 테입(902)은 기판(10)이 초전도 물품(900)의 내부를 향하고 초전도층(14)이 초전도 물품(900)의 외부를 향하는 상태로 배열될 수 있고, 초전도 테입(904)은 기판(10)이 초전도 물품(900)의 외부를 향하고 초전도층(14)이 초전도 물품(900)의 내부를 향하는 상태로 배열될 수 있다.
도 10은 2개의 적층 초전도 세그먼트들(1002 및 1004)이 함께 결합하여 초전도 물품(1000)을 형성하는 영역을 도시한다. 적층 초전도 세그먼트(1002)는 전면 대 이면 구성으로 배열된 초전도 테입(1006 및 1008)을 포함할 수 있다. 초전도 테입(1006 및 1008)은 접합층(1010)과 함께 유지될 수 있다. 유사하게, 적층 초전도 물품(1004)은 전면 대 이면 구성으로 배열되고 접합층(1010)과 함께 유지되는 초전도 테입들(1012 및 1014)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 적층 초전도 세그먼트들(1002 및 1004)은 단부 대 단부로 놓여지도록 배치된다. 특히, 초전도 테입들(1006 및 1012)은 계면(1018)에서 일반적인 맞대임 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배치될 수 있다. 추가로, 초전도 테입들(1008 및 1014)은 일반적인 배열로 그리고 간극(1020)에 의해서 분리된 상태로 배치될 수 있다.
도 10에 도시된 실시예의 특정 형태에 따라서, 초전도 테입(1006 및 1012)은 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 스플라이스(1022)는 초전도 테입(1006 및 1012) 사이의 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 초전도 테입(1006 및 1012)의 각각의 단부 부분들과 중첩된 상태로 간극(1020) 내에 제공될 수 있다. 유사하게, 초전도 테입(1008 및 1014)은 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 스플라이스(1024)는 초전도 테입(1008 및 1014) 사이에 전기 및 기계적 연결을 제공하기 위하여 테입(1008 및 1014)의 각각의 단부 부분들과 중첩된 상태로 간극(1020)에 걸쳐 제공된다. 도 10에 도시된 특정 실시예에서, 스플라이스(1022 및 1024)는 각각의 초전도 테입들의 층상 구조에 대해서 일반적으로 반전된 층상 초전도 구조를 각각 포함한다.
스플라이스(1022)는 접합층(1010)의 사용을 통해서 초전도 테입(1006 및 1012)에 접합될 수 있다. 유사하게, 스플라이스(1024)는 접합층(1028)의 사용을 통해서 초전도 테입(1008 및 1014)에 접합될 수 있다. 통상적으로, 접합층(1010 및 1028)은 인듐 땜납, 납-주석 땜납 또는 주석계 땜납과 같은 땜납으로 형성된다.
일 실시예에서, 스플라이스(1022)는 면 대 면으로 초전도 테입(1006 및 1012)에 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(1006)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1006)의 안정층, 접합층(1010), 스플라이스(1022)의 안정층 및 스플라이스(1022)의 초전도층으로 흐를 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(1022)의 안정층을 통해서, 접합층(1010), 초전도 테입(1012)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(1012)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다. 유사하게, 스플라이스(1024)는 면 대 면으로 초전도 테입(1008 및 1014)에 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(1008)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1008)의 안정층, 접합층(1028), 스플라이스(1024)의 안정층 및 스플라이스(1024)의 초전도층으로 흐를 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(1024)의 안정층을 통해서, 접합층(1028), 초전도 테입(1014)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(1014)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다.
도 11은 전면 대 이면 적층 초전도 물품을 결합시키기 위하여, 2개의 적층 초전도 세그먼트들(1102 및 1104)이 함께 결합하여 초전도 물품(1100)을 형성하는 영역을 도시한다. 적층 초전도 세그먼트(1102)는 전면 대 이면 구성으로 배열된 초전도 테입(1106 및 1108)을 포함할 수 있다. 초전도 테입(1106 및 1108)은 접합층(1110)과 함께 유지될 수 있다. 적층 초전도 세그먼트(1102)의 단부는 초전도 테입(1106)의 일 부분이 1108의 단부를 지나서 연장하도록 오프셋될 수 있다. 유사하게, 적층 초전도 세그먼트(1104)는 이면 대 이면 구성으로 배열되고 접합층(1116)과 함께 유지되는 초전도 테입(1112 및 1114)을 포함할 수 있다. 추가로, 초전도 테입(1114)의 일 부분은 초전도 테입(1112)의 단부를 지나서 연장할 수 있다.
도시된 바와 같이, 적층 초전도 세그먼트(1102 및 1104)는 서로에 대해서 반전될 수 있다. 추가로, 적층 초전도 세그먼트(1102 및 1104)는 초전도 테입(1106 및 1112)이 부분적으로 중첩되고 초전도 테입(1108 및 1114)이 부분적으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 초전도 테입(1108 및 1112)은 계면(1118)에서 일반적인 맞대임 또는 인접-맞대임 접촉되게 배치될 수 있다. 도 11에 도시된 실시예의 특정 형태에 따라서, 초전도 테입(1106 및 1112)은 접합층(1110)에 의해서 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 유사하게, 초전도 테입(1108 및 1114)은 접합층(1116)에 의해서 전기 및 기계적으로 함께 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 전류는 초전도 테입(1106)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1106)의 안정층, 접합층(1110), 초전도 테입(1112)의 초전도층 및 그후 최종으로 초전도 테입(1112)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다. 유사하게, 전류는 초전도 테입(1108)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1108)의 안정층, 접합층(1116), 초전도 테입(1114)의 초전도층 및 그후 최종으로 초전도 테입(1114)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다.
도 12는 예시적인 적층 초전도 물품(1200)의 단면을 도시한다. 적층 초전도 물품(1200)은 초전도 테입(1202 및 1204)을 포함할 수 있다. 초전도 테입(1202 및 1204)은 초전도 물품(100)과 유사할 수 있다. 초전도 테입(1202 및 1204)은 접합층(1206)을 사용하여 결합될 수 있다. 접합층(1206)은 인듐 땜납, 납-주석 땜납 또는 주석계 땜납과 같은 땜납층일 수 있다. 초전도 테입(1202 및 1204)은 면 대 면 구성으로 배열될 수 있다. 면 대 면 구성에서, 초전도 테입(1202 및 1204)은 기판(10)이 초전도 물품(1200)의 외부를 향하고 초전도층(14)이 초전도 물품(1200)의 내부를 향하는 상태로 배열될 수 있다.
도 13은 다른 예시적인 적층 초전도 물품(1300)을 도시한다. 초전도 물품(1300)은 도 12에 대해서 상술한 바와 같이, 면 대 면 구성으로 배열된 초전도 테입(1302 및 1304)을 포함할 수 있다. 추가로, 벌크 구리층(1306)은 초전도 테입(1302 및 1304) 사이에 배열될 수 있다. 초전도 테입(1302)은 접합층(1308)에 의해서 벌크 구리층(1306)의 제 1 측부에 결합될 수 있고 초전도 테입(1304)은 접합층(1310)에 의해서 벌크 구리층(1306)의 제 2 측부에 결합될 수 있다. 이러한 적층 도체 구조에서, 전류는 2개의 초전도 층들 및 안정기 사이에 공유될 수 있다. 안정화의 수준에 대해 중요한 기여요소(contributor)인 길이당 정상적인 상태 저항 및 전도체 질량은 벌크 구리층의 두께 및 저항을 조정함으로써 공학적으로 조율될 수 있다. 일 실시예에서, 벌크 구리층의 두께는 적어도 약 50 ㎛, 적어도 약 75 ㎛과 같은, 적어도 약 25 ㎛일 수 있다. 추가로, 안정층(18)의 두께는 약 5 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 비록 약 15 ㎛ 내지 약 25 ㎛과 같은, 약 2.5 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위일 수 있다.
도 14는 2개의 적층 초전도 세그먼트(1402 및 1404)가 초전도 물품(1400)을 형성하기 위해 함께 결합되는 예시적인 조인트 구조를 도시한다. 적층 초전도 세그먼트(1402)는 면 대 면 구성으로 배열되는 초전도 테입(1406 및 1408)을 포함할 수 있다. 유사하게, 적층 초전도 세그먼트(1404)는 면 대 면 구성으로 배열되는 초전도 테입(1410 및 1412)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 적층 초전도 세그먼트(1402 및 1404)는 단부 대 단부로 배열된다. 특히, 초전도 테입(1406 및 1408)은 적층 초전도 세그먼트(1402)의 단부에서 분리되고 초전도 테입(1410 및 1412)은 적층 초전도 세그먼트(1404)의 단부에서 분리된다. 초전도 테입(1406 및 1410) 및 초전도 테입(1408 및 1412)의 각 단부들은 계면(1418 및 1422)에서 각각 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배치된다. 추가로 초전도 테입(1406 및 1410)은 조인트 영역(1426)을 따라 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 스플라이스(1420)는 초전도 테입(1406 및 1410) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1418)에 걸쳐 제공된다. 유사하게, 초전도 테입(1408 및 1412)은 조인트 영역(1426)을 따라 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 스플라이스(1424)는 초전도 테입(1408 및 1412) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1422)에 걸쳐 제공된다. 조인트 영역(1426)은 도 15에 더욱 상세하게 도시된다.
도 15는 조인트 영역(1428)의 상세도를 도시한다. 초전도 테입(1406 및 1410)의 각 단부들은 계면(1418)에서 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배치된다. 스플라이스(1420)는 초전도 테입(1406 및 1410) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1418)에 걸쳐질 수 있다. 유사하게, 초전도 테입(1408 및 1412)의 각 단부들은 계면(1422)에서 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배열될 수 있다. 스플라이스(1424)는 초전도 테입(1408 및 1412) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1422)에 걸쳐질 수 있다. 접합층(1426)은 스플라이스(1422)를 초전도 테입(1408 및 1412)에 접합할 수 있다. 추가로, 초전도 테입(1406 및 1408) 사이의 공간(1430) 및 초전도 테입(1410 및 1412) 사이의 공간(1432)은 접합층(1424 및 1426)의 재료로 충전될 수 있다.
일 실시예에서, 스플라이스(1420)는 초전도 테입(1406 및 1410)과 면 대 면으로 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(1406)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1406)의 안정층, 접합층(1424), 스플라이스(1420)의 안정층 및 스플라이스(1420)의 초전도층으로 유동할 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(1420)의 안정층을 통해서, 접합층(1424), 초전도 테입(1410)의 안정층, 그후 초전도 테입(1410)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다. 유사하게, 스플라이스(1424)는 초전도 테입(1408 및 1412)과 면 대 면으로 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(1408)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1408)의 안정층, 접합층(1426), 스플라이스(1424)의 안정층 및 스플라이스(1424)의 초전도층으로 유동할 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(1424)의 안정층을 통해서, 접합층(1426), 초전도 테입(1412)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(1412)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다.
도 16은 2개의 적층 초전도 세그먼트(1602 및 1604)가 초전도 물품(1600)을 형성하기 위해 함께 결합되는 대안적인 조인트 구조를 도시한다. 적층 초전도 세그먼트(1602)는 초전도 테입(1608)의 일 부분이 초전도 테입(1606)의 단부를 지나서 연장하는 상태에서, 면 대 면 구성으로 배열되는 초전도 테입(1606 및 1608)을 포함할 수 있다. 유사하게, 적층 초전도 세그먼트(1604)는 초전도 테입(1610)의 일 부분이 초전도 테입(1612)의 단부를 지나서 연장하는 상태에서, 면 대 면 구성으로 배열되는 초전도 테입(1610 및 1612)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 적층 초전도 세그먼트(1602및 1604)는 단부 대 단부로 배열된다. 특히, 초전도 테입(1606 및 1608)은 적층 초전도 세그먼트(1602)의 단부에서 분리되고 초전도 테입(1610 및 1612)은 적층 초전도 세그먼트(1604)의 단부에서 분리된다. 초전도 테입(1606 및 1610) 및 초전도 테입(1608 및 1612)의 각 단부들은 계면(1614 및 1616)에서 각각 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배치된다. 계면들(1614 및 1616)은 초전도 물품(1600)의 길이를 따라 서로로부터 오프셋된다. 추가로 초전도 테입(1606 및 1610)은 조인트 영역(1618)을 따라 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 스플라이스(1620)는 초전도 테입(1606 및 1610) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1614)에 걸쳐 제공된다. 유사하게, 초전도 테입(1608 및 1612)은 조인트 영역(1618)을 따라 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 스플라이스(1622)는 초전도 테입(1608 및 1612) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1616)에 걸쳐 제공된다. 조인트 영역(1618)은 도 17에 더욱 상세하게 도시된다.
도 17은 조인트 영역(1618)의 상세도를 도시한다. 초전도 테입(1606 및 1610)의 각 단부들은 계면(1614)에서 각각 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배열될 수 있다. 스플라이스(1620)는 초전도 테입(1606 및 1610) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1614)에 걸쳐 제공된다. 유사하게, 초전도 테입(1608 및 1612)의 각 단부들은 계면(1616)에서 각각 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배열될 수 있다. 스플라이스(1622)는 초전도 테입(1608 및 1612) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1616)에 걸쳐질 수 있다.
일 실시예에서, 스플라이스(1620)는 초전도 테입(1606 및 1610)과 면 대 면으로 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(1606)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1606)의 안정층, 접합층, 스플라이스(1620)의 안정층 및 스플라이스(1620)의 초전도층으로 유동할 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(1620)의 안정층을 통해서, 접합층, 초전도 테입(1610)의 안정층, 그후 초전도 테입(1610)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다. 유사하게, 스플라이스(1622)는 초전도 테입(1608 및 1612)과 면 대 면으로 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(1608)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1608)의 안정층, 접합층, 스플라이스(1622)의 안정층 및 스플라이스(1622)의 초전도층으로 유동할 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(1622)의 안정층을 통해서, 접합층, 초전도 테입(1612)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(1612)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다.
도 18은 2개의 적층 초전도 세그먼트(1802 및 1804)가 초전도 물품(1800)을 형성하기 위해 함께 결합되는 대안적인 조인트 구조를 도시한다. 구조는 각 초전도 세그먼트의 초전도 테입들 사이에 벌크 구리층을 추가한 상태에서 도 16에 도시된 구조와 유사하다. 구체적으로, 적층 초전도 세그먼트(1802)는 초전도 테입(1808)의 일 부분이 초전도 테입(1806)의 단부를 지나서 연장하는 상태에서, 면 대 면 구성으로 배열되는 초전도 테입(1806 및 1808)을 포함할 수 있다. 벌크 구리층(1810)은 적층 초전도 세그먼트(1802)의 적어도 일 부분을 따라 초전도 테입들(1806 및 1808) 사이에 있을 수 있다. 유사하게, 적층 초전도 세그먼트(1804)는 초전도 테입(1812)의 일 부분이 초전도 테입(1814)의 단부를 지나서 연장하는 상태에서, 면 대 면 구성으로 배열되는 초전도 테입(1812 및 1814)을 포함할 수 있다. 벌크 구리층(1816)은 적층 초전도 세그먼트(1804)의 적어도 일 부분을 따라 초전도 테입들(1812 및 1814) 사이에 있을 수 있다.
도시된 바와 같이, 적층 초전도 세그먼트(1802및 1804)는 단부 대 단부로 배열된다. 특히, 초전도 테입(1806 및 1808)은 적층 초전도 세그먼트(1802)의 단부에서 분리되고 초전도 테입(1812 및 1814)은 적층 초전도 세그먼트(1804)의 단부에서 분리된다. 초전도 테입(1806 및 1812) 및 초전도 테입(1808 및 1814)의 각 단부들은 계면(1818 및 1820)에서 각각 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배치된다. 계면들(1818 및 1820)은 초전도 물품(1800)의 길이를 따라 서로로부터 오프셋된다. 추가로 초전도 테입(1806 및 1812)은 조인트 영역(1822)을 따라 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 스플라이스(1824)는 초전도 테입(1806 및 1812) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1818)에 걸쳐 제공된다. 유사하게, 초전도 테입(1808 및 1812)은 조인트 영역(1822)을 따라 전기 및 기계적으로 함께 결합된다. 스플라이스(1826)는 초전도 테입(1808 및 1814) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1820)에 걸쳐 제공된다. 조인트 영역(1822)은 도 19에 더욱 상세하게 도시된다.
도 19는 조인트 영역(1818)의 상세도를 도시한다. 초전도 테입(1806 및 1812)의 각 단부들은 계면(1818)에서 각각 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배열될 수 있다. 스플라이스(1824)는 초전도 테입(1806 및 1812) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1818)에 걸쳐질 수 있다. 유사하게, 초전도 테입(1808 및 1814)의 각 단부들은 계면(1820)에서 각각 일반적으로 맞대이거나 또는 인접 맞대임 접촉하도록 배열될 수 있다. 스플라이스(1826)는 초전도 테입(1808 및 1814) 사이에 전기 및 기계적인 연결을 제공하기 위하여 계면(1820)에 걸쳐질 수 있다. 스플라이스(1824 및 1826)는 벌크 구리층(1810 및 1816)의 단부들 사이의 간극 내에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 스플라이스(1824)는 초전도 테입(1806 및 1812)과 면 대 면으로 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(1806)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1806)의 안정층, 접합층, 스플라이스(1824)의 안정층 및 스플라이스(1824)의 초전도층으로 유동할 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(1824)의 안정층을 통해서, 접합층, 초전도 테입(1812)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(1812)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다. 유사하게, 스플라이스(1826)는 초전도 테입(1808 및 1814)과 면 대 면으로 땜납되는 초전도 테입이다. 전류는 초전도 테입(1808)의 초전도층으로부터 초전도 테입(1808)의 안정층, 접합층, 스플라이스(1826)의 안정층 및 스플라이스(1826)의 초전도층으로 유동할 수 있다. 전류는 그때 스플라이스(1826)의 안정층을 통해서, 접합층, 초전도 테입(1814)의 안정층, 그후 최종으로 초전도 테입(1814)의 초전도층으로 역으로 유동할 수 있다.
적층 초전도 물품을 형성하는 방법으로 돌아가서, 2개 이상의 초전도 테입들이 제공될 수 있다. 초전도 테입들은 면 대 면, 전면 대 이면 또는 이면 대 이면 구성중 임의의 것으로 배열될 수 있다. 선택적으로, 구리 스트립들이 초전도 테입들의 초전도 면에 인접할 수 있다. 구리 스트립들은 초전도 테입들 사이에 놓여질 수 있거나 또는 초전도 테입들은 구리 스트립들 사이에 놓여질 수 있다. 구리 스트립들을 갖는 또는 구리 스트립들이 없는 적층 구조는 땜납을 사용하는 것과 같이 함께 접합될 수 있다. 일 실시예에서, 적층 구조는 용융 땜납의 욕조를 통해서 병진이동될 수 있다. 대안으로, 초전도 테입들 또는 구리 스트립들과 같은, 하나 이상의 구성요소들은 구성요소들을 함께 배열하기 전에 용융 땜납의 욕조를 통해서 병진이동할 수 있다.
2개의 적층 초전도 물품들을 결합하는 방법으로 돌아가서, 2개의 적층 초전도 세그먼트들이 제공될 수 있다. 임의의 실시예들에서, 적층 초전도 세그먼트들의 단부들이 접합층을 용융시키기 위하여 단부들을 가열하는 것과 같이 벌어질 수 있다(splay). 다른 실시예들에서, 적층 초전도 세그먼트들의 임의의 구성요소들은 초전도 세그먼트들의 단부 부분들을 오프셋하도록 컷팅될 수 있다. 예로서, 한 초전도 테입의 길이는 적층 초전도체 세그먼트의 초전도 테입들의 단부들을 오프셋하도록 다시 컷팅(cut back)될 수 있다. 다른 예에서, 구리 스트립은 초전도 테입들의 초전도 면을 노출시키도록 다시 컷팅될 수 있다. 적층 초전도 세그먼트들의 단부들은 임의의 필요한 스플라이스 세그먼트들을 따라 배열될 수 있고, 조인트 구조는 땜납을 조인트 안으로 용융시키는 것과 같이, 함께 접합될 수 있다.
본원 실시예들에 따라서, 결합된 초전도 물품은 비교적 긴 길이를 가지며, 특히 도 1과 연계하여 이미 상술한 치수를 가질 수 있다. 또한, 개별 세그먼트들은 또한 약 100 이상의 치수, 약 1000 이상의 치수 또는 10000 또는 그 이상의 치수를 갖는 것과 같이, 비교적 연장된 길이를 가질 수 있다. 초전도 물품은 물품의 길이 및 치수비를 추가로 연장시키는, 추가의 초전도 세그먼트들을 포함할 수 있고, 각 세그먼트는 본원에 기술된 구조및/또는 기법에 따라 결합된다. 연장된 길이는 특히 도시 지역의 횡단 또는 지리학적 영역의 횡단과 같은 장거리의 전류 운반 용량에 특히 적합하다. 또한, 긴 길이, 높은 치수비의 초전도 물품은 상술한 회전 기계 및 변압기와 같은 코일형 또는 권취형 구조에서 전개를 위해 특히 유리할 수 있다.
본원에서 사용되는 주목할 용어 '초전도 도체'는 일반적으로 초전도 세그먼트 또는 스플라이스와 같은 초전도 요소를 지시하는데 사용된다. 즉, 용어는 본원 명세서 및 청구범위의 일반적인 의미로 사용된다.
본원의 실시예들에 따라서, 적층 초전도체 구조들은 개별 초전도 테입들과 비교할 때 증가된 전류 운반 용량을 가질 수 있다는 것이 확실해야 한다. 적층 초전도체 구조의 증가된 전류 운반 용량으로 인하여, 과열 상황 또는 과전류 상황 중에 초전도체 재료를 보호하기 위하여 안정층의 전류 운반 용량을 증가시키는 것이 필요할 수 있다. 적층 초전도체 구조들에 대한 구리 스트립들을 부가하는 것과 같은, 벌크 구리층의 추가는 안정층에 증가된 전류 운반 용량을 제공할 수 있다. 중요하게는, 벌크 구리층은 벌크 구리층이 초전도 테입들의 초전도 면에 인접할 때 가장 효과적일 수 있다.
본원의 실시예에 따라서, 결합된 초전도 물품들은 비교적 낮은 프로파일 결합 영역을 사용하여 기술되는 것이 명확해야 한다. 이러한 낮은 프로파일 결합 영역은 여러 산업 용례, 특히 높은 프로파일에 감응성이거나 또는 조인트 영역을 따라 확대된 프로파일인 용례들에 대해서 특히 유리할 수 있다.
종종, 종래 랩 조인트(lap joint)는 각 초전도 세그먼트들의 2배의 공칭 두께의 차수에서 바람직하지 않은 과잉 프로파일을 가진다. 이러한 두께 또는 프로파일은 여러 용례에서 허용되지 않으며, 당기술의 랩 조인트들의 상태에 따라서 스플라이스 영역의 기계적 성능이 절충될 수 있다.
일반적인 설명 또는 예들에서 상술한 모든 작업이 필요한 것은 아니고, 특정 작업의 부분은 필요하지 않을 수 있고, 하나 이상의 추가 작업들은 상술한 것에 부가하여 실행될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 또한, 작업들의 기재 순서는 반드시 작업들이 실행되는 순서일 필요는 없다.
상술한 명세서에서, 개념들은 특정 실시예를 참조하여 기술될 것이다. 그러나, 당기술의 숙련된 기술자는 하기 청구범위에 기술된 바와 같이 본 발명의 범주 내에서 여러 변형 및 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다 해설적인 것으로 간주되어야 하고, 이러한 모든 변형은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된 것이다.
본원에서 사용되는, 용어들 "구성하다", "구성하는", "포함하다", "포함하는", "구비하다", "구비하는", 또는 임의의 다른 변형 용어는 비배타적인 포함을 포괄하도록 의도된 것이다. 예로서, 형태들의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 물품 또는 장치는 반드시 이러한 형태들에 제한되는 것은 아니고, 이러한 프로세스, 방법, 물품 또는 장치에 대해서 표현된 다른 형태들도 포함할 수 있다. 또한, 반대로 기술하지 않았다면, "또는"은 "포함하는"으로 기재된 것이고 "배타적인" 것이 아니다. 예로서, 도관 A 또는 B는 다음 것중 임의의 것에 의해서 만족될 수 있다: A는 참(또는 제공)이고 B는 거짓(또는 제공되지 않은)이며, A는 거짓(또는 제공되지 않은)이며 B는 참(또는 제공)이고, A 및 B 모두는 참(또는 제공)이다.
또한, 단수 표현의 사용은 본원에 기술된 요소 및 구성요소들을 기술하기 위하여 사용된다. 이는 단지 편리성을 위해서 사용한 것이고 본 발명의 범주의 일반적인 의미를 제공하는 것이다. 이러한 기술은 하나 및 적어도 하나를 포함하고 단수 용어는 또한 다른 것을 의미하는 것이 명확하지 않다면 복수 용어를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
장점들, 다른 장점들 및 문제들에 대한 해결방안은 특정 실시예에 대해서 상술하였다. 그러나, 장점들, 잇점들, 해결방안이 발생될 수 있게 하거나 또는 발표되는 장점들, 잇점들 및 문제들에 대한 해결방안 및 임의의 형태들은 중요하고, 필요하거나 또는 임의의 필수 형태 또는 모든 청구범위 대상으로 해석되지 않아야 한다.
본 명세서를 읽은 후에, 당업자는 개별 실시예들의 문맥에서 본원에 명확성을 위하여 기술된 임의의 형태들은 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 단일 실시예에서 간결함을 위해 기술된 여러 형태들은 개별적으로 제공되거나 또는 임의의 하위 조합으로 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 범위에 기술된 값들에 대한 참조는 그 범위 내에 있는 각각의 값과 모든 값을 포함한다.
본 발명은 특정 실시예들의 문맥에서 도시되고 기술되었지만, 본 발명의 범주 내에서 여러 변형 및 대체가 이루어질 수 있기 때문에 제시된 상세구성에 한정되도록 의도된 것이 아니다. 예로서, 추가 또는 등가 대체물이 제공될 수 있고 추가 또는 등가 제조 단계들이 사용될 수 있다. 이와 같이, 당업자는 일상적인 실험을 통해서 본원에 공개된 본 발명의 추가 변형 및 등가물을 구상할 수 있으며, 이러한 모든 변형 및 등가물은 하기 청구범위에 규정된 바와 같이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 판단되어야 한다.
Claims (44)
- 초전도 물품으로서,
공칭 두께 tn1를 갖는 제 1 적층 도체 세그먼트로서, 제 1 및 제 2 초전도 세그먼트들을 포함하는, 상기 제 1 적층 도체 세그먼트;
공칭 두께 tn2를 갖는 제 2 적층 도체 세그먼트로서, 제 3 및 제 4 초전도 세그먼트들을 포함하는, 상기 제 2 적층 도체 세그먼트; 및
상기 제 1 및 제 3 초전도 세그먼트들을 함께 연결하는 제 1 스플라이스(splice)와, 상기 제 2 및 제 4 초전도 세그먼트들을 함께 연결하는 제 2 스플라이스를 포함하는 조인트 영역으로서, 상기 제 1 스플라이스는 상기 조인트 영역의 적어도 일 부분을 따라 상기 제 1 초전도 세그먼트의 일부 및 상기 제 3 초전도 세그먼트의 일부에 인접하여 이들을 브릿지(bridge)하고, 상기 제 2 스플라이스는 상기 조인트 영역의 적어도 일 부분을 따라 상기 제 2 초전도 세그먼트의 일부 및 상기 제 4 초전도 세그먼트의 일부에 인접하여 이들을 브릿지하고, 상기 조인트 영역은 두께 tjr를 가지며, tjr는 0 보다 크고 1.8tnl 및 1.8tn2 중 적어도 하나 이하인, 상기 조인트 영역;을 포함하고,
상기 제 1 초전도 세그먼트는 제 1 기판, 상기 제 1 기판을 덮는 제 1 초전도층, 및 상기 제 1 초전도층을 덮는 제 1 안정층을 포함하고, 상기 제 2 초전도 세그먼트는 제 2 기판, 상기 제 2 기판을 덮는 제 2 초전도층, 및 상기 제 2 초전도층을 덮는 제 2 안정층을 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 초전도 세그먼트들은, 상기 제 1 초전도층 및 상기 제 2 기판이 상기 제 1 적층 도체 세그먼트의 내부를 향하고 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 초전도층이 상기 제 1 적층 도체 세그먼트의 외부를 향하도록 배열되며,
상기 제 3 초전도 세그먼트는 제 3 기판, 상기 제 3 기판을 덮는 제 3 초전도층, 및 상기 제 3 초전도층을 덮는 제 3 안정층을 포함하고, 상기 제 4 초전도 세그먼트는 제 4 기판, 상기 제 4 기판을 덮는 제 4 초전도층, 및 상기 제 4 초전도층을 덮는 제 4 안정층을 포함하며,
상기 제 3 및 제 4 초전도 세그먼트들은, 상기 제 3 초전도층 및 상기 제 4 기판이 상기 제 2 적층 도체 세그먼트의 내부를 향하고 상기 제 3 기판 및 상기 제 4 초전도층이 상기 제 2 적층 도체 세그먼트의 외부를 향하도록 배열되는, 초전도 물품. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 스플라이스는 초전도층을 포함하는, 초전도 물품. - 제 1 항에 있어서,
tjr는 0 보다 크고 1.6tnl 및 1.6tn2 중 적어도 하나 이하인, 초전도 물품. - 제 1 항에 있어서,
tjr는 tnl 및 tn2 중 적어도 하나와 동일한, 초전도 물품. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 초전도 세그먼트들은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 버퍼층들을 각각 포함하고, 상기 제 1 버퍼층은 상기 제 1 기판 및 상기 제 1 초전도층 사이에 제공되고, 상기 제 2 버퍼층은 상기 제 2 기판 및 상기 제 2 초전도층 사이에 제공되며, 상기 제 3 버퍼층은 상기 제 3 기판 및 상기 제 3 초전도층 사이에 제공되고, 상기 제 4 버퍼층은 상기 제 4 기판 및 상기 제 4 초전도층 사이에 제공되는, 초전도 물품. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 물품은 100 이상의 치수비(dimension ratio)를 갖는, 초전도 물품. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 제2, 제 3 및 제 4 초전도 세그먼트들은 10 이상의 치수비를 각각 갖는, 초전도 물품. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 스플라이스 및 상기 제 1 및 제 3 초전도층들 사이에 제공된 접합층을 추가로 포함하는, 초전도 물품. - 제 1 항에 있어서,
상기 조인트 영역은 0 ohms cm2 보다 크고 100 nano-ohms cm2 이하인 조인트 저항을 갖는, 초전도 물품. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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