KR102179595B1 - 2세대 초전도체들을 릴-대-릴 박리하고 가공하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초전도성 테이프의 박리 방법에 관한 것으로, 한면만 초전도성 테이프이거나 양면이 모두 초전도성 테이프인 기판 층과 버퍼층이 방사성 열 또는 유도성 열과 기계적 힘의 결합 행위에 의해, 릴-대-릴 제작 공정을 거쳐 테이프의 YBCO 층(들)으로부터 분리된다. 이러한 박리 방법은 또한 테이프의 층들의 분리를 촉진하기 위해, 에어 블레이드(들)를 이용할 수 있다.

Description

2세대 초전도체들을 릴-대-릴 박리하고 가공하는 방법
본 발명은 릴-대-릴(reel-to-reel) 제작 공정을 통해 에피텍셜 기판으로부터 초전도층의 박리를 통해 고온의 초전도성 이트륨-바륨-구리-산화물 필라멘트들을 제작하는 것에 관한 것이다.
2G 와이어의 제1 미터(meter)가 1995년에 제작된 이후로, 2세대(2G) YBa2Cu3O7(YBCO) 와이어 기술의 도래는 인상적인 기술 진보를 발생시켰다. 필드에서의 추가 발전들은 사고전류 제한기(fault current limiter)들, 변압기들, 윈드 터빈들과 같은 기존의 그리고 새로 생겨나는 적용예들에 의해 구동되었다. 2세대(2G) 초전도성 와이어들은 높은 위 임계장(upper critical field)과 임계 온도를 기록하였고, 이는 다양한 공업 및 상업적 적용예들에서 사용될 수 있었다. 코어(core) 2G 와이어 기술은 50 내지 100 미크론 두께의 금속 기판 상에 증착된 얇은(2 미크론 미만의) YBCO 층으로서 설명될 수 있다. 도 1은 본 명세서에서 테이프(100)라고 참조된 상업적으로 이용 가능한 RABiTS-기반의 2G 와이어(암페리움(Amperium) 와이어라고 시장에서 거래된 AMSC사의 제품)의 구성을 보여준다. 테이프(100)는 대략 100마이크론 두께의 금속 기판(103)을 포함한다. 기판(103)은 산화물 버퍼(102)로 코팅되고, 이러한 산화물 버퍼(102)는 예를 들면 산화 이트륨, 산화 이트륨-지르코늄, 및 산화 세륨과 같은 다양한 산화물들의 층들의 연속된 것(sequence)으로부터 형성된다. 산화물 버퍼(102)는 보통 제한적인 스퍼터링 또는 전자 빔 증발과 같은 진공 증착법에 의해 증착된다. 본 명세서에서 초전도성 층(101)이라고 참조되는 이트륨 바륨 구리 산화물 초전도체인 Y-ReBa2Cu3O7-x(YBCO)의 층은 산화물 버퍼(102) 상에서 성장한다. 이러한 상업적으로 이용 가능한 제품에서, Re는 Dy, Gd, Nd와 같은 희토류 금속이고, x는 산소 지수이며, x<1이다. 보호 실버(silver) 층(104)은 마그네트론 스퍼터링에 의해 초전도성 층(101)의 상부에 증착된다. 마지막으로, 테이프(100)는 마주보는 상부 및 바닥 금속박들로 땜납 도금(solder plated)되어, 안정화 층(105)과 안정화 층(107)을 각각 형성한다. 안정화 층(105)과 안정화 층(107)은 테이프의 나머지 부분보다 1 내지 2㎜ 더 넓고, 따라서 마주보는 솔더 필렛(solder fillet)들(106)의 쌍이 2개의 안정화 박들을 접합하기 위해 형성된다.
도 1에 도시된 와이어와 같은 상업적으로 이용 가능한 2G 와이어들은 종종 4 내지 12㎜ 크기를 갖는 넓은 면(side)과, 100 내지 150 미크론 크기의 두께를 갖는 높은 종횡비의 테이프들로서 전달되고, 그러한 경우 초전도성 층(101)의 두께는 1 내지 2 미크론들의 크기를 가진다. 알려진 상업적으로 이용 가능한 와이어들과 연관된 아키텍처는 다수의 문제점을 나타내는데, 특히 이러한 아키텍처가 자석 적용예들에서 사용될 때 그러하다.
ⅰ) 높은 종횡비(
Figure 112019034813430-pct00001
1:1000)는 자화(AC) 손실에 기여하는데, 이러한 자화 손실은 와이어의 J/m의 10's 만큼 클 수 있다. 이는 전송 케이블들, 사고 전류 제한기들, 및 큰 트랩된(trapped) 필드 동기 모터들과 제너레이터들(generators)과 같은 낮으은 필드의 77K 장치들로의 와이어의 상업적 적용을 제한한다.
ⅱ) 초전도성 층(101)은 불충분하게 안정화되는데, 이는 초전도성 층(101)의 상부 표면만이 테이프(100)의 외부 스태빌라이저 층들(105, 107)과 양호한 전기적 접촉 상태에 있기 때문이다. 초전도성 층(101)의 바닥 표면은 절연 산화물 버퍼(102)와 접촉 상태에 있다. 스태빌라이저 층(107)이라고 하는 기판에 인접한 안정화 층은 초전도성 층(101) 및 상부 스태빌라이저 층(105)과의 전류의 일부(10% 미만)만을 공유한다. 이러한 전도체 아키텍처의 비대칭적 성질은 초전도성 층이 얇은 층으로 갈라지는 것과 이어지는 고장(failure)을 야기하는 것으로 알려져 있는, 퀀치(quench) 동안에 균일하지 않은 전도체 가열에 기여한다.
ⅲ) 테이프(100)는 매우 이방성이 높은 기계적 성질들을 보여준다. 상업적으로 이용 가능한 2G 와이어들은 테이프를 따르는 방향에서 대단히 강하고, 인장 축 항복 강도(tensile axial yield strength)는 대략 500 내지 600MPa이다. 하지만, c축 풀(pull)(횡단) 강도는
Figure 112019034813430-pct00002
10배 더 낮고, 쪼갬 강도(cleavage strength)는 거의 무시할 수 있다(<1MPa). 이는 적어도 부분적으로 초전도성 층(101)과 산화물 버퍼(102) 사이의 빈약한 점착으로 인한 것이다. 매우 적당한 스트레스(<10MPa) 하에서도 산화물 버퍼로부터의 초전도성 층의 예측할 수 없는 분리는 여러 자석 고장들의 원인들로서 확인되었다.
ⅳ) 도 1에 도시된 것과 같은 2G 테이프는 팬케이크(pancake) 타입의 와인딩(winding)만을 허용한다. 팬케이크들로부터 솔레노이드 자석을 조립하는 것은 대각선 스플라이스들을 통한 개별 팬케이크들의 노동 집약적인 스플라이싱(splicing)을 요구한다.
ⅴ) 2G 테이프의 아키텍처는 멀티스트랜드 케이블(multistrand cable)의 간단한 스플라이싱을 허용하지 않는다. YBCO 층(101)과 상부 스태빌라이저 층(105) 사이의 인터페이스는 50nΩ/㎠ 미만인 전형적인 저항을 가진다. 하지만, YBCO 층(101)과 바닥 스태빌라이저(107) 사이의 저항은 100μΩ/㎠ 크기를 가진다.
그러므로 멀티스트램드 케이블의 제작은 상부 스태빌라이즈 표면들만이 서로 접촉하는 것을 보장하는 정교한 스플라이싱 과정을 요구한다.
그러므로 다양한 공업적 및 상업적 적용예에서 사용될 수 있는 고온의 초전도성 필라멘트들에 관한 필요성이 관련 분야에 존재한다. 또한 초전도성 층이 얇은 층으로 갈라지는 위험이 감소/제거된 고온의 초전도성 필라멘트들과 케이블들을 제작하는 방법에 관한 필요성이 관련 분야에 존재하고, 이는 증강된 기계적 성질을 나타내고, 함께 바로 스플라이스될 수 있는 좀더 균일한 전기적 성질들을 나타낸다.
본 발명은 릴-대-릴 박리 공정을 사용하여 2G 와이어로부터 고온의 초전도성 필라멘트들을 제작하기 위한 방법에 관한 것이다. 릴-대-릴 박리 공정은 제1 릴 상에 2G 와이어를 로드(load)하는 단계를 포함한다. 이러한 2G 와이어는 금속 기판 상에 위치한 초전도성 층을 포함하고, 이 경우 그러한 초전도성 층은 실버와 같은 보호 금속 층으로 코팅된다. 와이어가 유도성 코일 위로 지나가는데, 이러한 유도성 코일은 와이어를 신속하게 가열시켜 기판으로부터의 초전도성 층의 부분적이거나 완전한 박리를 초래한다. 분리된 초전도성 층은 제2 릴 상에서 감기고, 기판은 제3 릴 상에서 감긴다.
본 발명은 또한 초전도성 층으로부터 기판을 연속적으로 분리하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 초전도성 층으로부터 기판의 깔끔한 분리를 달성하기 위해 소정의 각도로 인가되는 소정의 로드로 와이어를 팽팽하게 하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 박리된 필라멘트의 릴-대-릴 슬라이싱(slicing)의 방법에 관한 것이다. 이러한 슬라이싱은 공업용 CO2 레이저에 의해 바람직하게 수행된다. 이러한 슬라이싱은 레이저 빔의 움직임과 테이프의 움직임을 동기화시킴으로써 수행된다. 단일 레이저 헤드(head)가 적어도 2㎜인 폭을 가지는 필라멘트들로 테이프 슬라이싱을 수행하게 된다.
본 발명은 또한 실버 층으로 박리된 필라멘트들을 코팅한 다음, 낮은 저항률을 달성하기 위해 실버 층을 가공하는 방법에 관한 것이다. 이러한 실버 층 가공 단계는 그러한 실버 층으로 국한되는 고주파 복사선의 인가를 수반한다.
본 발명은 또한 상호 연결된 필라멘트 적층체(stack)에서 필라멘트들의 퓨징(fusing)을 허용하는 솔더 층(solder layer)으로 필라멘트들을 릴-대-릴 코팅하는 방법에 관한 것이다. 이러한 필라멘트들은 솔더 페이스트(solder paste)로 코팅되고, 솔더가 녹는 고온 구역(zone)을 통과하여, 연속적인 솔더 층을 형성한다.
본 발명은 또한 박리된 필라멘트들로부터 고온의 초전도성 케이블을 조립하는 방법에 관한 것이다. 이러한 케이블은 복수의 비틀린 필라멘트들을 포함한다. 이러한 필라멘트들 각각은 실질적으로 그것의 각각의 표면을 덮는 보호 코팅을 가지는 초전도성 층을 포함한다. 필라멘트들 각각은 그것이 부착되는 적어도 하나의 금속 안정화 층을 또한 포함한다. 필라멘트들 각각은 전기적으로 전도성인 물질로 캡슐 형태로 싸진다. 이러한 필라멘트들은 케이블의 자화 손실을 감소시키기 위해 100㎜ 미만인 피치(pitch)로 비틀린다.
본 발명은 또한 기판으로부터 YBCO 층(들)을 분리하는 것을 촉진하기 위해 에어 블레이드(air blade)를 이용하는 릴-대-릴 박리의 방법에 관한 것이다. 적용예에 따라서 하나 이상의 에어 블레이드들이 이용될 수 있다. 공기를 형성하는 에어 블레이드는 가열되거나 냉각될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, YBCO 층(들)과 기판 사이에는 분리 각도(β)가 형성되고, 이러한 분리 각도(β)는 바람직하게는 1°와 10°사이의 범위에 있다.
도 1은 상업적으로 이용 가능한 2G 와이어에서의 에피텍셜 층들의 예시도.
도 2a는 초전도성 층으로부터 기판과 버퍼층들이 부분적으로 분리되는 2G 와이어의 예시도.
도 2b는 2개의 면으로 된(two-sided) 2G 와이어의 예시도로서, 초전도성 층들이 공통 스태빌라이저에 땜납되고, 상부 기판 및 바닥 비판과 버퍼층들이 상부 초전도성 층 및 바닥 초전도성 층으로부터 분리되는 것을 보여주는 도면.
도 3a는 도 2a에 도시된 것처럼, 한면으로 된(one-sided) 와이어를 가공하기 위한 릴-대-릴 박리 시스템을 보여주는 도면.
도 3b는 도 2b에 도시된 것처럼, 2개의 면으로 된 와이어를 가공하기 위한 릴-대-릴 박리 시스템을 보여주는 도면.
도 3c는 또 다른 릴-대-릴 박리 시스템을 보여주는 도면.
도 4는 스킨 침투 깊이(skin penetration depth) 대(vs) 복사선 주파수의 그래픽 표현을 보여주는 도면.
도 5는 릴-대-릴 모드에서 작동하는 2.45㎓의 실버 어닐링(silver annealing) 시스템의 개략적인 도면.
도 6은 본 발명에 따라 형성된 필라멘트의 열적 성질들을 보여주는 요약 표.
부분적으로 박리된 2세대 와이어, 즉 테이프(300)가 도 2a에 도시되어 있다. 테이프(300)는 바람직하게는 100 내지 1000미터에 이르는 길이와 1 내지 100㎜에 이르는 폭의 크기를 갖는다. 테이프(300)는 금속 기판(301), 버퍼층(302), 초전도성 층(303), 및 안정화 금속층(304)을 포함한다. 스태빌라이저 층(304)은 구리, 스테인레스 강, 청동 또는 또 다른 전도성 금속으로 만들어질 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 테이프는 외부 작용을 받아서, 초전도성 층(303)과 버퍼층(302) 사이의 스트레스 레벨을 증가시킨다. 이러한 외부 작용은 예를 들면 유도성 코일, 적외선 또는 무선 주파수 복사선과 같은 외부 소스에 의해 신속하게 가열됨으로써 달성될 수 있다. 이러한 외부 작용은 또한 구부러짐(bending)과 같은 테이프의 기계적 변형에 의해 달성될 수 있다. 스트레스 레벨은 바람직하게는, 기판(301)과 버퍼층(302)이 박리라고 하는 공정에서 초전도성 층(303)을 손상시키지 않고, 초전도성 층(303)으로부터 기계적으로 분리될 수 있는 레벨까지 올라간다.
도 2b는 2개의 면으로 이루어진 2G 테이프(310)의 박리 공정을 예시한다. 전술한 바와 같이, 외부 작용은 상부 기판과 하부 기판이 분리되도록 기판(301)에 인가된다. 나머지 구조물은 스태빌라이저 층(304)과, 그러한 스태빌라이저 층의 상부 면과 바닥 면에 부착된 2개의 초전도성 층들(303)로부터 형성된다.
도 3a는 도 2a에 도시된 테이프와 같이, 한쪽 면으로 이루어진 테이프의 릴-대-릴 박리 공정을 개략적으로 표현한 것이다. 2G 테이프는 스테퍼 모터(stepper motor)(403)의 샤프트에 연결되는 릴(401) 상에 감긴다. 대안적인 일 실시예에서, 2G 테이프는 테이프의 연속적인 소스로부터 공정 내로 직접 공급된다. 아이들러 롤러(idler roller)(402)는 테이프 가이드(404)에 대하여 테이프의 일정한 위치를 유지시킨다. 유도성 코일(405)은 테이프 위에 직접 놓인다. 아이들러 롤러들(406, 407)은 각각 릴(408)과 릴(409) 쪽으로 분리된 테이프 층들을 공급한다. 그런 다음 기판과 버퍼층들은 릴(408) 상에서 감기고 이러한 릴(408)은 토크 모터에 부착되어 있다. YBCO 층이 있는 스태빌라이저는 역시 토크 모터에 부착되어 있는 릴(409) 상에서 감긴다. 릴들(408, 409)의 위치가 분리 각도인 α를 결정한다. 분리 각도인 α는 바람직하게는 약 2°내지 약 30°의 범위에 있다. 토크 모터들 중 하나 또는 둘 다에 의해 인가된 토크는 테이프에 수직인 성분(Fz)과 측면 성분(Fx)을 가지는 힘(F)을 발생시킨다. 그것은 초전도성 층으로부터의 기판의 분리를 야기하는 유도성 코일로부터의 가열과 함께, 수직인 성분(Fz)의 작용하는 것이다.
도 3b는 도 2b에 도시된 테이프와 같이, 2개의 면으로 이루어진 테이프의 릴-대-릴 박리 공정을 개략적으로 표현한 것이다. 대안적인 일 실시예에서, 2G 테이프는 테이프의 연속적인 소스로부터 공정 내로 직접 공급된다. 이 경우, 유도성 코일들(405')은 상부 및 바닥 기판/버퍼층들에 가열을 가한다. 릴들(408, 411)의 위치는 테이프로부터 상부 및 바닥 기판/버퍼층들을 분리하는 각도를 결정한다. 박리된 2개의 면으로 이루어진 테이프는 릴(409)에 감긴다. 릴들(409, 408, 411)에 연결된 토크 모터들에 의해 인가된 토크는 절대적인 테이프 장력을 결정하고, 상부 및 바닥 기판/버퍼층들 모두에 관한 분리 힘 크기를 결정한다.
이제 도 3c를 참조하면, 릴-대-릴 박리 공정은 기판으로부터 YBCO 층(들)을 분리하는 것을 촉진하기 위해 "에어 블레이드(air blade)"를 이용할 수 있다. 이러한 에어 블레이드는 공기를 편평하고 슬릿과 같은 노즐을 통해 향하게 함으로써 형성되는 압축되는 공기의 싸개(sheath)이다. 공기 압축은 시작하는 물질의 층들의 균일하고 고른 분리를 촉진한다. 물론, 2개 이상의 에어 블레이드가 만약 예를 들면 2개의 면으로 이루어지는 테이프가 박리된다면 이용될 수 있다. 본 명세서에서 에어 블레이드 방법은 시작하는 물질에 장력을 인가하는 것과 함께 사용될 수 있다는 점이 예측된다. 추가적으로, 에어 블레이드로부터 나오는 공기는 가열되거나 냉각될 수 있어서, 그로 인해 열 응력이 박리된 영역에 인가될 수 있고, 이는 특정 박리 공정들에서는 바람직할 수 있다.
도 3c에 도시된 공기 보조(air-assisted) 박리 공정에서는, 테이프가 스풀(spool)(501)에 의해 공급된다. 테이크-업(take-up) 스풀들(502, 503)이 YBCO 층(들)과 기판 사이의 분리 각도(β)를 제공하기 위해 위치가 정해진다. 분리 각도(β)는 테이프 상에 발휘된 수직이거나(normal) 또는 끌어당기는(pull) 압력을 결정하고, 이는 바람직하게는 1°와 10°사이의 범위에 있다. 바람직한 일 실시예에서, 약 최대 10N인 장력이 릴-대-릴 공정 동안에 테이프에 인가된다. 기판-YBCO 인터페이스의 강도에 따라서, 분리 각도(β)에 관한 1°내지 10°인 바람직한 범위가 보통 바람직한 분리 압력을 테이프에 제공하게 된다.
에어 블레이드(505)는 바람직하게는 박리된 YBCO 층(들)과 기판 사이에 형성된 틈새 내로 공기를 전달하고, 따라서 추가적인 분리 행위를 생성한다. 20 내지 50MPa 크기의 압력을 전달하기 위해서는, 100L/min 크기의 압축된 공기의 흐름이 요구된다. 본 명세서에서는 공기 보조된 분리 기술이 실질적으로 균일하고 매끄러운 압력 필드를 제공하고, 이는 기판으로부터 YBCO 층(들)을 분리하는 것을 촉진한다는 것을 발견하였다.
박리 후, 초전도체 층을 보호하고 만약 초전도체가 초전도성의 자발적인 손실 또는 과열로 인해 국부적으로 저항성이 있게 된다면 전류를 위한 통로(path)를 제공할 목적으로 초전도성 테이프의 초전도체 층 위에 보호 금속 층이 바람직하게 놓인다. 박리된 YBCO 표면 상에 놓인 보호 실버 층은 YBCO에 실버가 부착되는 것을 향상시키고 경계면 저항을 감소시키기 위해, 가공될 필요가 있다. 일반적으로, 대략 400℃에서의 짧은 어닐링 단계가 수행되어, 10-5Ω*㎠로부터 10-8Ω*㎠ 미만까지의 Ag-YBCO 경계면 저항률을 초래한다. 하지만, 이러한 접근은 본 발명의 박리된 필라멘트에 대해서는 적절하지 않는데, 이는 YBCO 층이 보통 저온(200 내지 240℃의 용융점) 솔더로 스태빌라이저에 부착되기 때문이다. 이 경우 코팅된 테이프에 ㎓ 범위의 마이크로웨이브 파워를 짧게 인가하는 것이 열적 가공(thermal processing)과 동일하지만 상당히 감소된 온도에서의 구조적 향상을 전달하는 것이 발견되었다. 그러한 효과는 최신식 마그네트론 소스들에 의해 도전막에서 쉽게 발생될 수 있는 큰(107A/㎡) 유도성 와전류 하의 금속 이온들의 일렉트로마이그레이션에 의해 설명된다. 이는 흔한 공업용 가공 주파수인 2.45㎓에서, 실버의 스킨 깊이(비저항 1.5×10-6Ω*㎝)이 1.2㎛(도 4에 도시된 것처럼)이기 때문이고, 이는 유도성 전류들이 실버 층에서 갇혀 있음을 의미한다. 2.45㎓ 시스템은 몇 가지 장점들을 가진다. 첫 번째로는, 마그네트론들과 웨이브가이드(waveguide) 성분들이 가정용(마이크로웨이브 오븐들)과 공업용 시장들에 대해 대략 제작된다는 것이다. 두 번째는, 웨이브가이드들과 어플리케이터(applicator)들이 커서, 예를 들면 인기 있는 WR340 웨이브가이드는 86.36×43.18㎜이고, 이는 46㎜ 폭 스트립의 균일한 가공을 허용한다.
도 5는 2.45㎓ 가공 시스템(600)의 개략적인 레이아웃(layout)을 보여준다. 마그네트론 헤드(602)는 고전압 파워 서플라이(601)에 의해 전원이 공급된다. 마그네트론은 서큘레이터(circulator)(603)에 의해 리버스 파워 서지(reverse power surge)로부터 보호된다. 튜너(tuner)(604)는 제너레이터의 임피던스를 로드와 일치시키기 위해 조정된다. 박리된 테이프(612)는 릴들(610, 611)의 세트를 사용하여 멀티모드 어플리케이터(607)를 통해 운반된다. 파워 미터(power meter)(606)는 직접적이고 반사된 RF 파워 리딩(reading)을 제공한다. 단말 로드(terminal load)(609)는 사용되지 않은 무선주파수 복사선을 흡수한다. 어플리케이터(607)는 바람직하게는 자기장이 공진기의 중간에서 잘 규정된 최대치(maximum)를 가지는 TE(transverse electric) 모드(TE103)에서 작동한다. 샘플이 최대 자기장의 영역에 놓이고, 이 경우 가장 큰 유도 전류들이 달성될 수 있다. 마이크로웨이브 파워의 짧은 펄스(<100㎳)가 마그네트론의 애노드 전압의 변조(modulation)에 의해 인가된다. 최적의 가공 상태는 마그네트론 파워와 펄스 인가 지속 시간(duration)을 변화시킴으로써 결정된다.
도 6에 도시된 표는 필라멘트를 포함하는 층들의 열적 성질들을 요약한 것이다. 이러한 필라멘트에 관한 열적 확산 시간은 9.7×10-5으로, 대략 0.1㎳이라는 점이 주목되어야 한다. 다시 말해, 그러한 샘플은 사실상 즉시 열성화한다. 그러므로 단열 상태 하에서, 온도는 300J의 에너지를 흡수한 후 200℃까지 상승하게 된다. 이러한 양의 에너지는 300㎳에 걸쳐 1,000W의 펄스를 인가함으로써 전달될 수 있다.
박리 실험들은 시작 물질로서 AMSC사 표준 와이어(8602-FCL)를 사용하였다. 최초(original) 와이어는 저온 솔더를 가지고, 75㎛인 두께를 갖는 316L 스테인레스 강 박(foil)의 12㎜인 폭을 갖는 2개의 층들 사이에서 납땜되고 10㎜인 폭을 갖는 YBCO-RABiTS 테이프였다. YBCO 필라멘트들은 테이프의 사이드 필렛(side fillet)들을 기계적으로 다듬은 후 박리되었다. YBCO 층을 얇은 층으로 갈라지게 하는 것을 촉진하기 위해, 테이프는 그러한 테이프에 결합된 유도성 코일에 의해 신속하게 가열되었다. 그러한 유도성 코일은 16㎝인 길이를 가지고 1㎝인 폭을 갖는 경주 트랙 모양으로 감긴 14 게이지(guage)의 멀티필라멘트(Litz)를 8회 감은 것으로 이루어졌다. 고주파 제너레이터는 광학적으로 고립된 게이트 드라이브들에 의해 구동된 H-브릿지(bridge)로서 지정되었다. 외부 커패시터들은 공진 회로를 형성하기 위해 사용되었다. 그러한 공진 회로에 제너레이터의 임피던스를 일치시키기 위해 직렬 연결된 임피던스가 이용되었다. 이러한 유도성 코일의 설계는 AC 필드의 테이프로의 완전한 결합을 허용한다. 이러한 코일은 유도성 코일에 의해 생성된 AC 필드에 테이프가 완전히 결합하는 것을 보장하게 테이프 바로 아래에 놓여졌다. 50㎑에서 대략 200W인 AC 파워를 인가함으로써 1초 내지 2초 동안에 그러한 코일에 에너지가 공급되었다. 박리하는 동안에 적외선 온도계가 테이프 온도를 감시하였다. YBCO 층은 기판으로부터 즉시 박리되었다. 보통, 10㎝의 길이를 갖는 쿠폰(coupon)들이 단일 런(single run)에서 박리되었다.
본 명세서에서 설명된 예시적인 실시예들은 제한적인 것을 의미하지 않는다. 본 명세서에서 제시된 주제의 취지 또는 범주로부터 벗어나지 않으면서 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 다른 변경이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에서 예시된 바와 같이, 본 발명의 양태들은 매우 다양한 상이한 구성예들로 배치, 대체, 결합, 및 설계될 수 있고, 이들 모두는 명백히 예측되며, 본 개시물의 일부를 이룬다는 점이 쉽사리 이해될 것이다.

Claims (38)

  1. 초전도성 테이프의 박리 방법으로서, 상기 테이프는 초전도성 층과 기판 층을 포함하고, 상기 테이프는 상기 초전도성 층과 상기 기판 층 사이에 위치한 버퍼층을 더 포함하는, 상기 초전도성 테이프의 박리 방법에 있어서:
    a) 상기 테이프의 연속적인 길이를 제공하는 단계;
    b) 상기 테이프로 하여금 상기 초전도성 층과 상기 버퍼층 사이의 스트레스 레벨을 증가시키는 외부 작용을 겪도록 하는 단계로서, 그로 인해 상기 초전도성 층이 상기 버퍼층과 상기 기판 층으로부터 분리되는, 상기 테이프로 하여금 상기 외부 작용을 겪도록 하는 단계; 및
    c) 상기 분리되는 초전도성 층과 상기 분리되는 버퍼층 및 상기 기판 층을 감는 단계(spooling);를 포함하고,
    상기 버퍼층과 상기 기판 층으로부터 상기 초전도성 층의 깔끔한 분리를 달성하기 위해, 분리 각도(α)로 인가되는 소정의 로드(load)로 상기 테이프를 팽팽하게 하는(tensioning) 단계를 더 포함하고,
    상기 분리 각도(α)는 2°와 30°사이에 있으며,
    상기 소정의 로드는 최대 10뉴튼(N)인, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 테이프는 제1 릴(reel) 상에 제공되고, 상기 분리되는 초전도성 층은 제2 릴 상에 감기고, 상기 분리되는 버퍼층과 상기 기판 층은 제3 릴 상에서 감기는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    a) 상기 제2 릴에 연결되는 제1 토크 모터(torque motor); 및
    b) 상기 제3 릴에 연결되는 제2 토크 모터를 더 포함하고,
    상기 토크 모터들은 상기 테이프에 상기 소정의 로드를 인가하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    a) 상기 분리되는 초전도체 층을 실버 층으로 코팅하는 단계; 및
    b) 고주파 복사선을 상기 실버 층에 인가함으로써 상기 실버 층을 가공하는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 고주파 복사선은 2.45㎓의 주파수를 가지는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 가공 단계는 상기 고주파 복사선의 100㎳ 미만의 짧은 펄스를 상기 실버 층에 인가함으로써 행해지는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 분리되는 초전도성 층을 솔더 페이스트(solder paste)로 코팅하는 단계; 및
    상기 솔더를 녹이기 위해, 상기 코팅되는 초전도성 층이 고온의 구역을 통과하여 지나가게 하여 연속적인 솔더 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 테이프로 하여금 상기 외부 작용을 겪도록 하는 단계는 상기 테이프를 신속하게 가열하는 단계를 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 가열은 유도성 코일을 가지고 수행되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 가열은 적외선을 가지고 수행되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 가열은 무선 주파수 복사선(radio-frequency radiation)을 가지고 수행되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 테이프로 하여금 상기 외부 작용을 겪도록 하는 단계는 상기 테이프를 기계적으로 변형시키는 단계를 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 분리되는 초전도성 층을 감기 전에 상기 분리되는 초전도성 층을 슬라이싱하는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 슬라이싱하는 단계는 레이저 빔을 이용하고,
    상기 레이저 빔의 움직임은 상기 테이프의 움직임과 동기화되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  18. 초전도성 테이프의 박리 방법으로서, 상기 테이프는 초전도성 층과 기판 층을 포함하고, 상기 테이프는 상기 초전도성 층과 상기 기판 층 사이에 위치한 버퍼층을 더 포함하는, 상기 초전도성 테이프의 박리 방법에 있어서:
    a) 상기 테이프의 연속적인 길이를 제공하는 단계;
    b) 상기 테이프로 하여금 상기 초전도성 층과 상기 버퍼층 사이의 스트레스 레벨을 증가시키는 외부 작용을 겪도록 하는 단계로서, 그로 인해 상기 초전도성 층이 상기 버퍼층과 상기 기판 층으로부터 분리되어 분리 틈새(separation gap)를 규정하는, 상기 테이프로 하여금 상기 외부 작용을 겪도록 하는 단계; 및
    c) 상기 버퍼층과 상기 기판 층으로부터 상기 초전도성 층의 균일하고 고른 분리를 촉진하기 위해, 상기 분리 틈새 내로 압력이 가해지는 공기의 흐름을 제공하도록 상기 테이프에 제1 에어 블레이드(air blade)를 향하게 하는 단계를 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 압력이 가해지는 공기는 20MPa와 50MPa 사이의 압력으로 전해지는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    분리 각도(β)로 인가되는 소정의 로드로 상기 테이프를 팽팽하게 하는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 분리 각도(β)는 1°와 10°사이의 범위 내에 있는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 소정의 로드는 최대 10뉴튼(N)인, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  23. 제18 항에 있어서,
    상기 압력이 가해지는 공기는 가열되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  24. 제18 항에 있어서,
    상기 테이프에 제2 에어 블레이드를 향하게 하는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  25. 제18 항에 있어서,
    상기 테이프는 제1 릴 상에 제공되고,
    a) 제2 릴 상에 상기 분리되는 초전도성 층을 감는 단계; 및
    b) 제3 릴 상에 상기 분리되는 버퍼층과 상기 기판 층을 감는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  26. 제25 항에 있어서,
    a) 상기 제2 릴에 연결되는 제1 토크 모터; 및
    b) 상기 제3 릴에 연결되는 제2 토크 모터를 더 포함하고,
    상기 토크 모터들은 상기 테이프에 소정의 로드를 인가하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  27. 제18 항에 있어서,
    a) 상기 분리되는 초전도체를 실버 층으로 코팅하는 단계; 및
    b) 고주파 복사선을 상기 실버 층에 인가함으로써 상기 실버 층을 가공하는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 고주파 복사선은 2.45㎓의 주파수를 가지는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 가공 단계는 상기 고주파 복사선의 100㎳ 미만의 짧은 펄스를 상기 실버 층에 인가함으로써 이루어지는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  30. 제18 항에 있어서,
    상기 분리되는 초전도성 층을 솔더 페이스트로 코팅하는 단계; 및
    상기 솔더를 녹이기 위해, 상기 코팅되는 초전도성 층이 고온의 구역을 통과하여 지나가게 하여 연속적인 솔더 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  31. 제18 항에 있어서,
    상기 테이프로 하여금 상기 외부 작용을 겪도록 하는 단계는 상기 테이프를 신속히 가열하는 단계를 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 가열은 유도성 코일을 가지고 수행되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  33. 제31 항에 있어서,
    상기 가열은 적외선을 가지고 수행되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  34. 제31 항에 있어서,
    상기 가열은 무선 주파수 복사선을 가지고 수행되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  35. 제18 항에 있어서,
    상기 테이프로 하여금 상기 외부 작용을 겪도록 하는 단계는 상기 테이프를 기계적으로 변형시키는 단계를 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  36. 제18 항에 있어서,
    상기 분리되는 초전도성 층을 감기 전에 상기 분리되는 초전도성 층을 슬라이싱하는 단계를 더 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  37. 제36 항에 있어서,
    상기 슬라이싱하는 단계는 레이저 빔을 이용하고,
    상기 레이저 빔의 움직임은 상기 테이프의 움직임과 동기화되는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
  38. 제18 항에 있어서,
    상기 에어 블레이드는 상기 압력이 가해지는 공기를 상기 분리 틈새 내로 향하게 하기 위한, 편평한 슬릿 모양의 노즐을 포함하는, 초전도성 테이프의 박리 방법.
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