KR102416479B1 - Persistent current mode splicing of second generation rebco hihg-temperature superconductor by direct contact and solid state coupling of rebco superconductiong layer - Google Patents

Persistent current mode splicing of second generation rebco hihg-temperature superconductor by direct contact and solid state coupling of rebco superconductiong layer Download PDF

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Abstract

REBCO 초전도층들 간의 직접 접촉 및 고상접합에 의해 저온에서 단시간 내에 접합하는 것이 가능한 REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 2세대 고온 초전도체 영구전류모드 접합 방법은 REBCO(REBa2Cu3O7-x, 여기서 RE는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 고온 초전도층 및 안정화층을 포함하는 2세대 고온 초전도체 영구전류모드 접합 방법에 있어서, (a) 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 안정화층을 각각 에칭하여 상기 안정화층 하부의 REBCO 고온 초전도층의 일부를 각각 노출시키는 단계; (b) 상기 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 노출된 REBCO 고온 초전도층들을 대칭 구조의 맞대기 형태로 직접 접촉시키는 단계; 및 (c) 상기 REBCO 고온 초전도층들이 직접 접촉된 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 접합 부위를 가열 및 가압하여 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed is a permanent current mode bonding method of a second-generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state bonding of REBCO superconducting layers, which can be bonded within a short time at low temperatures by direct contact and solid-state bonding between REBCO superconducting layers.
2nd generation high temperature superconductor permanent current mode bonding method according to the present invention REBCO (REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is a rare earth element, 0≤x≤0.6) A second generation high temperature superconductor comprising a high temperature superconducting layer and a stabilization layer A permanent current mode bonding method, comprising the steps of: (a) etching a stabilization layer of two second-generation REBCO high-temperature superconductors, respectively, to expose a portion of a REBCO high-temperature superconducting layer under the stabilization layer; (b) directly contacting the exposed REBCO high-temperature superconducting layers of the second-generation REBCO high-temperature superconductors in a butt form of a symmetrical structure; And (c) heating and pressurizing the bonding portion of the second-generation REBCO high-temperature superconductors to which the REBCO high-temperature superconducting layers are directly in contact with each other to join them.

Description

REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법{PERSISTENT CURRENT MODE SPLICING OF SECOND GENERATION REBCO HIHG-TEMPERATURE SUPERCONDUCTOR BY DIRECT CONTACT AND SOLID STATE COUPLING OF REBCO SUPERCONDUCTIONG LAYER}Permanent current mode bonding method of 2nd generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state junction of REBCO superconducting layer

본 발명은 REBCO(REBa2Cu3O7-x, 여기서 RE는 희토류 원소, 0≤x≤0.6)와 같은 초전도체(superconductor)를 포함하는 2세대 고온 초전도체의 접합 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2개의 REBCO 초전도체층을 직접 접촉하여 상온의 고상상태에서 단시간 내 접합하여 영구전류모드를 이루는 접합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bonding method of a second-generation high-temperature superconductor including a superconductor such as REBCO (REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is a rare earth element, 0≤x≤0.6), and more particularly It relates to a bonding method for forming a permanent current mode by directly contacting two REBCO superconducting layers and bonding them within a short time in a solid state at room temperature.

일반적으로 테이프(tape) 형태의 초전도체 선재의 접합은 다음과 같은 경우에 필요하다. In general, bonding of the superconducting wire in the form of a tape is necessary in the following cases.

첫째로, 코일 권선 시 초전도체의 길이가 짧아서 장선재로 사용하기 위하여 초전도체들을 상호 접합해야 하는 경우이다. 두번째로, 초전도체를 권선한 코일을 서로 연결하기 위하여 초전도 마그네트(magnet) 코일 간의 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.First, when winding a coil, the length of the superconductor is short, so it is a case in which the superconductors must be interconnected to be used as a joist. Second, it is a case in which bonding between superconducting magnet coils is required to connect the coils wound with the superconductor to each other. Third, when the superconducting permanent current switch for the permanent current mode operation needs to be connected in parallel, the junction between the superconducting magnet coil and the superconducting permanent current switch is required.

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.In particular, in order to connect and use superconductors in a superconducting application device that requires permanent current mode operation, the interconnected superconductors must be connected as if using a single superconductor. Therefore, lossless operation should be performed when all windings are made.

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.For example, in superconducting magnets and superconducting applications such as Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Magnetic Resonance Imaging (MRI), Superconducting Magnet Energy Storage (SMES) and MAGnetic LEVitation (MAGLEV) systems.

하지만 초전도체 간의 접합부위는 일반적으로 접합되지 않은 부분보다 전기적 특성이 낮으므로 영구전류모드 운전시 임계전류는 초전도체 간의 접합부위에 크게 의존한다.However, since junctions between superconductors generally have lower electrical characteristics than unbonded parts, the critical current during permanent current mode operation greatly depends on junctions between superconductors.

따라서 초전도체 간의 접합부위의 임계전류 특성을 향상시키는 것은 영구전류모드형 초전도 응용기기 제작에 매우 중요하다. 그러나 저온 초전도체와는 달리 고온 초전도체, 특히 2세대 고온초전도체의 경우, 그 자체가 세라믹으로 형성되므로 초전도 상태를 유지하는 접합은 매우 어렵다.Therefore, improving the critical current characteristics of the junction between superconductors is very important for the fabrication of permanent current mode superconducting devices. However, unlike a low-temperature superconductor, a high-temperature superconductor, particularly a second-generation high-temperature superconductor, itself is formed of ceramics, so bonding to maintain a superconducting state is very difficult.

도 1은 일반적인 2세대 REBCO 고온 초전도체를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a general second-generation REBCO high-temperature superconductor.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 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.1, a typical second-generation REBCO high-temperature superconductor 100 includes a high-temperature superconducting material such as REBCO (REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is a rare earth element, 0≤x≤0.6), It corresponds to a wire rod made in the shape of a tape with a laminated structure.

이러한 2세대 REBCO 고온 초전도체(100)는 REBCO 초전도층(130) 및 안정화층(140)을 포함한다. 보다 상세하게는, 일반적인 2세대 REBCO 고온 초전도체(100)는 기판(110), 버퍼층(120), REBCO 초전도층(130) 및 안정화층(140)을 포함할 수 있다.This second-generation REBCO high-temperature superconductor 100 includes a REBCO superconducting layer 130 and a stabilization layer 140 . More specifically, the general second-generation REBCO high-temperature superconductor 100 may include a substrate 110 , a buffer layer 120 , a REBCO superconducting layer 130 , and a stabilization layer 140 .

2세대 REBCO 고온 초전도체(100)는 세라믹 결정의 특성인 취성과 결정학적 이방성 때문에 요구되는 유연성과 통전성을 만족시키기 위하여 기판(110) 상에 여러 층의 세라믹 재질로 이루어진 버퍼층(120)과 금속 재질의 안정화층(140)을 적층하기 때문이다.The second-generation REBCO high-temperature superconductor 100 is a buffer layer 120 made of several layers of ceramic material on a substrate 110 in order to satisfy the required flexibility and conductivity due to brittleness and crystallographic anisotropy, which are characteristics of ceramic crystals, and a metal material. This is because the stabilization layer 140 is stacked.

도 1과 같은 테이프 형태로 제작되는 이유는 기본적으로 초전도 전류를 흘리는 역할을 하는 REBCO 초전도층(130)의 결정이 페로브스카이트(perovskite) 단위결정 3개가 결합된 구조를 가지며, 여기에서 c축(단위결정에서의 수직축)에 수직인 00l 수평면으로 배향된 CuO 면이 전류통전을 담당하기 때문이다. 이 결정면의 결정립계가 약한 결합(weak link) 특성이 있기 때문에 아주 적은 뒤틀림 각도(misfit angle)에서만 초전도 전류가 잘 전달되므로 단결정 수준의 소각입계 (low angle grain boundary)로 만들어져야 원하는 전류밀도를 얻을 수 있다. 이렇게 2축 정렬된 초전도 산화물의 결정질 박막을 증착시키기 위해서 2축 정렬된 기판(110)의 준비가 선행되어야 한다.The reason why it is manufactured in the form of a tape as shown in FIG. 1 is that the crystal of the REBCO superconducting layer 130, which basically serves to flow a superconducting current, has a structure in which three perovskite unit crystals are combined, where the c-axis This is because the CuO plane oriented in the 00l horizontal plane perpendicular to the (vertical axis in the unit crystal) is responsible for conducting current. Because the grain boundary of this crystal plane has a weak link characteristic, the superconducting current is transmitted well only at a very small misfit angle. have. In order to deposit the crystalline thin film of the biaxially aligned superconducting oxide in this way, the preparation of the biaxially aligned substrate 110 must be preceded.

도 2는 일반적인 REBCO 고온 초전도체의 접합 방법의 예들을 개략적으로 나타낸 단면도로, 이를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.2 is a cross-sectional view schematically illustrating examples of a general REBCO high-temperature superconductor bonding method, which will be described in more detail with reference to this.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체들(100a, 100b)을 직접 접합하는 랩 조인트(Lap joint) 접합 방식을 나타내고 있다.As shown in (a) of FIG. 2 , a lap joint bonding method of directly bonding two second-generation REBCO high-temperature superconductors 100a and 100b is shown.

또한, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체들(100a, 100b)을 버트 타입으로 배열한 후 제3의 2세대 REBCO 고온 초전도체(100c)를 위에 얹어 브리지(bride) 형태로 접합하는 버트 타입 오버랩 조인트(Overlap joint with butt type arrangement) 접합 방식을 나타내고 있다. 이때, 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체들(100a, 100b) 간의 간격은 0 ~ 수 센티미터 (cm)까지 설정되어 있을 수 있다.In addition, as shown in (b) of FIG. 2, after arranging the two second-generation REBCO high-temperature superconductors 100a and 100b in a butt type, the third second-generation REBCO high-temperature superconductor 100c is placed on the bridge ( A butt-type overlap joint (overlap joint with butt type arrangement) joint method for joining in the form of a bride is shown. In this case, the distance between the two second-generation REBCO high-temperature superconductors 100a and 100b may be set from 0 to several centimeters (cm).

도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 일반적인 2세대 REBCO 고온 초전도체의 접합을 위하여, 2세대 REBCO 고온 초전도체들 사이에 솔더(Solder)(105)를 비롯한 상전도 물질을 매개하여 접합하였다.Referring to (a) and (b) of Figure 2, for bonding of a general second-generation REBCO high-temperature superconductor, a normal-conducting material including a solder 105 was interposed between the second-generation REBCO high-temperature superconductors. .

그러나, 이러한 방식의 접합 구조는 전류의 흐름이 반드시 솔더(105) 및 안정화층(140)과 같은 상전도체층을 지나게 되어 높은 접합 저항의 발생을 피할 수 없게 되므로, 초전도성 유지가 어렵다. 솔더 방식에 의하면 초전도체 타입 및 접합배열 방식에 따라 접합 부위의 저항이 대략 20 ~ 2,800nΩ 정도로 매우 높은 문제가 있다.However, in this type of junction structure, it is difficult to maintain superconductivity because the flow of current must pass through the normal conductor layers such as the solder 105 and the stabilization layer 140 , thereby unavoidably generating high junction resistance. According to the solder method, there is a problem that the resistance of the junction is very high, about 20 to 2,800 nΩ, depending on the type of superconductor and the junction arrangement method.

본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0071336호(2013.06.28. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 초전도체 물질을 상온이 아닌 고온상태에서의 접합 방법이 기재되어 있다.As a prior document related to the present invention, there is Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2013-0071336 (published on June 28, 2013), which describes a method of bonding a superconducting material at a high temperature instead of at room temperature.

본 발명의 목적은 2개의 REBCO 초전도체층을 직접 접촉하여 상온의 고상상태에서 단시간 내 접합하여 영구전류모드를 이루는 접합 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a bonding method in which two REBCO superconducting layers are in direct contact and bonded within a short time in a solid state at room temperature to achieve a permanent current mode.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법은 REBCO(REBa2Cu3O7-x, 여기서 RE는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 포함하는 2세대 고온 초전도체 영구전류모드 접합 방법으로서, (a) 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 안정화층을 각각 에칭하여 상기 안정화층 하부의 REBCO 초전도층의 일부를 각각 노출시키는 단계; (b) 상기 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 노출된 REBCO 초전도층들을 대칭 구조의 맞대기 형태로 직접 접촉시키는 단계; 및 (c) 상기 REBCO 초전도층들이 직접 접촉된 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 접합 부위를 가열 및 가압하여 접합시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The permanent current mode bonding method of the second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is REBCO (REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is a rare earth element, 0≤x≤0.6) superconducting layer and a stabilization layer, comprising the steps of: (a) etching the stabilization layers of two second-generation REBCO high-temperature superconductors, respectively, to expose a portion of the REBCO superconducting layer under the stabilization layer; (b) directly contacting the exposed REBCO superconducting layers of the second-generation REBCO high-temperature superconductors in a symmetrical butt shape; and (c) bonding the second-generation REBCO high-temperature superconductors to which the REBCO superconducting layers are in direct contact by heating and pressing the bonding portion; It is characterized in that it includes.

상기 (a) 단계에서, 상기 2세대 REBCO 고온 초전도체 각각은 기판; 상기 기판 상에 배치된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 배치된 REBCO 초전도층; 및 상기 REBCO 초전도층 상에 배치된 안정화층;을 포함한다.In step (a), each of the second-generation REBCO high-temperature superconductor is a substrate; a buffer layer disposed on the substrate; a REBCO superconducting layer disposed on the buffer layer; and a stabilization layer disposed on the REBCO superconducting layer.

또한, 상기 (c) 단계에서, 상기 접합은 상기 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 접합 부위를 400℃ 미만의 온도로 가열하면서 20 ~ 100MPa의 압력으로 가압하는 것이 바람직하다.In addition, in step (c), the bonding is preferably pressurized at a pressure of 20 to 100 MPa while heating the bonding portion of the second-generation REBCO high-temperature superconductors to a temperature of less than 400°C.

아울러, 상기 접합은 2시간 이내로 실시하는 것이 바람직하다.In addition, the bonding is preferably performed within 2 hours.

상기 가열은 세라믹 히터 및 인덕션 히터 중 어느 하나 이상의 열원을 주로 이용하며 할로겐 램프와 같은 열원도 사용할 수 있다.The heating mainly uses one or more heat sources of a ceramic heater and an induction heater, and a heat source such as a halogen lamp may also be used.

상기 (c) 단계 이후, 상기 노출된 REBCO 초전도층들은 서로 간이로 직접 접촉된 상태에서 접합되어, 공유결합이 이루어진다.After step (c), the exposed REBCO superconducting layers are bonded to each other while in direct contact with each other, thereby forming a covalent bond.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조는 REBCO(REBa2Cu3O7-x, 여기서 RE는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 고온 초전도층 및 안정화층을 포함하는 2세대 고온 초전도체 영구전류모드 접합 구조에 있어서, 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체들이 대칭 구조의 맞대기 형태로 접합되어 있으며, 상기 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 노출된 REBCO 고온 초전도층들이 직접 접촉된 상태로 접합된 것을 특징으로 한다.The permanent current mode junction structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is REBCO (REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is a rare earth element, 0≤x≤0.6) high-temperature superconducting In the second-generation high-temperature superconductor permanent current mode junction structure including a layer and a stabilization layer, two second-generation REBCO high-temperature superconductors are bonded in a symmetrical butt-type structure, and the exposed REBCO high-temperature superconducting layer of the second-generation REBCO high-temperature superconductors It is characterized in that they are bonded in a state in which they are in direct contact.

여기서, 상기 2세대 REBCO 고온 초전도체 각각은 기판; 상기 기판 상에 배치된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 배치된 REBCO 고온 초전도층; 및 상기 REBCO 고온 초전도층 상에서, 상기 REBCO 고온 초전도층의 일부를 노출시키도록 배치된 안정화층;을 포함한다.Here, each of the second-generation REBCO high-temperature superconductor includes a substrate; a buffer layer disposed on the substrate; a REBCO high-temperature superconducting layer disposed on the buffer layer; and a stabilization layer disposed on the REBCO high-temperature superconducting layer to expose a portion of the REBCO high-temperature superconducting layer.

또한, 상기 노출된 REBCO 고온 초전도층들은 서로 간이 직접 접촉된 상태에서 접합되어, 공유결합이 이루어진다.In addition, the exposed REBCO high-temperature superconducting layers are bonded in a state in which they are in direct contact with each other, thereby forming a covalent bond.

본 발명에 따른 REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조 및 그 방법은 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 노출된 REBCO 초전도층들이 400℃ 미만의 저온에서 직접 접촉된 상태로 접합이 이루어지는 것에 의해 단시간 내에 접합이 이루어질 수 있다.Permanent current mode junction structure of a second-generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state junction of a REBCO superconducting layer according to the present invention and a method therefor, the exposed REBCO superconducting layers of the second-generation REBCO high-temperature superconductors are in direct contact at a low temperature of less than 400°C Bonding can be made in a short time by bonding in a state of being in the same state.

아울러, 본 발명에 따른 REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조 및 그 방법은 400℃ 미만의 저온에서 직접 접합에 의한 공유 결합으로 접합이 이루어지는 것에 의해 2세대 REBCO 고온 초전도체의 결정구조가 테트라고날(Tetragonal) 결정 구조로 바뀔 염려가 없어 초전도체 특성을 상실하는 것 없이 그대로 유지될 수 있다.In addition, the permanent current mode junction structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state junction of the REBCO superconducting layer according to the present invention and its method are covalent bonding by direct bonding at a low temperature of less than 400 ° C. By bonding There is no concern that the crystal structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor will change to a tetragonal crystal structure, so it can be maintained without losing superconducting properties.

이 결과, 본 발명에 따른 REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조 및 그 방법은 초전도성 회복을 위한 산소 가압 조건에서의 어닐링 공정이 필요 없을 뿐만 아니라, 초전도 접합 공정 중 접합 부위의 산화방지 등을 위한 외부 가스 공급 등의 공정이 불필요하므로, 공정 시간 및 비용을 획기적으로 절감할 수 있게 된다.As a result, the permanent current mode junction structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state junction of the REBCO superconducting layer according to the present invention and its method do not require an annealing process under oxygen pressurization conditions for superconductivity recovery, During the superconducting bonding process, since a process such as supplying an external gas for preventing oxidation of the bonding area is unnecessary, the process time and cost can be dramatically reduced.

도 1은 일반적인 2세대 REBCO 고온 초전도체를 나타낸 모식도.
도 2는 일반적인 REBCO 고온 초전도체의 접합 방법의 예들을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 접합 상태를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체가 저온에서 접합이 가능한 이유를 설명하기 위한 모식도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 접합 부위에 대해 4단자(4-point probe)법으로 V-I 측정한 결과를 나타낸 그래프.1 is a schematic diagram showing a general second-generation REBCO high-temperature superconductor.
2 is a cross-sectional view schematically illustrating examples of a general REBCO high-temperature superconductor bonding method.
3 is a process flow chart showing a permanent current mode bonding method of a second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a bonding state of a second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram for explaining the reason why the second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention can be bonded at a low temperature.
7 is a graph showing the results of VI measurement by a 4-point probe method for a junction portion of a second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the permanent current mode bonding method of the second-generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state bonding of the REBCO superconducting layer according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail as follows.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체를 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 접합 상태를 나타낸 단면도이다.3 is a process flowchart illustrating a permanent current mode bonding method of a second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view showing a second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention, FIG. It is a cross-sectional view showing the bonding state of the second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법은 에칭 단계(S210), 직접 접촉 단계(S220) 및 접합 단계(S230)를 포함한다.As shown in FIG. 3 , the permanent current mode bonding method of the second generation REBCO high temperature superconductor according to an embodiment of the present invention includes an etching step (S210), a direct contact step (S220) and a bonding step (S230).

에칭etching

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 에칭 단계(S210)에서는 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)들의 안정화층(240)을 각각 에칭하여 안정화층(240) 하부의 REBCO 초전도층(230)의 일부를 각각 노출시킨다.3 and 4, in the etching step (S210), the stabilization layer 240 of the two second-generation REBCO high-temperature superconductors 200 is etched, respectively, and the REBCO superconducting layer 230 under the stabilization layer 240 is etched. part of each is exposed.

도 4에 도시된 바와 같이, 2세대 REBCO 고온 초전도체(200) 각각은 기판(210)과, 기판(210) 상에 배치된 버퍼층(220)과, 버퍼층(220) 상에 배치된 REBCO 초전도층(230)과, REBCO 초전도층(230) 상에 배치된 안정화층(240)을 포함할 수 있다.As shown in Figure 4, each of the second-generation REBCO high-temperature superconductor 200 has a substrate 210, a buffer layer 220 disposed on the substrate 210, and a REBCO superconducting layer disposed on the buffer layer 220 ( 230 ) and a stabilization layer 240 disposed on the REBCO superconducting layer 230 .

여기서, 기판(210)은 Ni, Cu, Ni 합금 및 Cu 합금 등의 금속계 물질로 이루어질 수 있으며, 압연 및 열처리를 통하여 큐브 집합조직(Cube texture)으로 형성될 수 있다. 이때, 기판(210)은 10 ~ 100㎛의 두께를 가질 수 있다.Here, the substrate 210 may be made of a metal-based material such as Ni, Cu, a Ni alloy, and a Cu alloy, and may be formed into a cube texture through rolling and heat treatment. In this case, the substrate 210 may have a thickness of 10 to 100 μm.

버퍼층(220)은 Al2O3, ZrO2, CeO2, YSZ(Yttria-stabilized zirconia), Y2O3, HfO2, MgO, LMO(LaMnO3) 등을 1종 이상 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 버퍼층(220)은 100 ~ 300nm의 두께를 가질 수 있다. 이러한 버퍼층(220)은 단일층 또는 다수의 층으로 이루어질 수 있으며, 기판(210) 상에 에피택셜(Epitaxial)하게 적층될 수 있다. 이때, 도 4에서는 5개의 버퍼층(220a, 220b, 220c, 220d, 220e)이 기판(210) 상에 에피택셜하게 적층된 구조를 일 예로 나타낸 것이다.The buffer layer 220 may be formed of a material containing at least one Al 2 O 3 , ZrO 2 , CeO 2 , Yttria-stabilized zirconia (YSZ), Y 2 O 3 , HfO 2 , MgO, LMO (LaMnO 3 ), and the like. can The buffer layer 220 may have a thickness of 100 to 300 nm. The buffer layer 220 may be formed of a single layer or a plurality of layers, and may be epitaxially stacked on the substrate 210 . At this time, FIG. 4 illustrates a structure in which five buffer layers 220a, 220b, 220c, 220d, and 220e are epitaxially stacked on the substrate 210 as an example.

REBCO 초전도층(230)은 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.The REBCO superconducting layer 230 is made of a superconductor REBCO (REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is a rare earth element, 0≤x≤0.6). That is, the molar ratio of RE:Ba:Cu is 1:2:3, and the molar ratio (7-x) of oxygen (O) thereto is preferably 6.4 or more. This is because, when the molar ratio of oxygen (O) to 1 mole of the rare earth element in REBCO is less than 6.4, the REBCO loses superconductivity and can be changed to a normal conductor.

REBCO를 구성하는 물질 중에서 희토류 원소(RE)는 대표적으로 이트륨(Y)을 제시할 수 있으며, 이외에도 Nd, Gd, Eu, Sm, Er, Yb, Tb, Dy, Ho, Tm 등에서 선택될 수 있다.Among the materials constituting REBCO, the rare earth element (RE) may represent yttrium (Y), and in addition, may be selected from Nd, Gd, Eu, Sm, Er, Yb, Tb, Dy, Ho, Tm, and the like.

안정화층(240)은 과전류시 REBCO 초전도층(230)을 보호하는 등 REBCO 초전도층(230)을 전기적으로 안정화시키기 위하여 REBCO 초전도층(230) 상부면에 적층되어, 과전류가 흐를 때 REBCO 초전도층(230)을 보호하는 역할을 한다. 안정화층(240)은 전기저항이 상대적으로 낮은 Ag, Cu 등으로 형성되는데, 예를 들어 Ag층(240a) 혹은 Cu층(240b)과 같은 단층으로 형성되거나 Ag층(240a)과 Cu층(240b)이 적층된 형태로 형성될 수 있다.The stabilization layer 240 is laminated on the upper surface of the REBCO superconducting layer 230 to electrically stabilize the REBCO superconducting layer 230, such as protecting the REBCO superconducting layer 230 during overcurrent, and when an overcurrent flows, the REBCO superconducting layer ( 230) to protect it. The stabilization layer 240 is formed of Ag or Cu having a relatively low electrical resistance. For example, it is formed as a single layer such as the Ag layer 240a or the Cu layer 240b, or the Ag layer 240a and the Cu layer 240b. ) may be formed in a stacked form.

또한, 안정화층(240)은 REBCO 초전도층(230) 상부면과 더불어, 기판(210)의 하부면에도 적층되어 있을 수 있다. 기판(210)의 하부면에 적층된 안정화층(240) 역시 Ag층(240a) 혹은 Cu층(240b)과 같은 단층으로 형성되거나, Ag층(240a)과 Cu층(240b)이 적층된 형태로 형성될 수 있다.In addition, the stabilization layer 240 may be laminated on the lower surface of the substrate 210 as well as the upper surface of the REBCO superconducting layer 230 . The stabilization layer 240 laminated on the lower surface of the substrate 210 is also formed as a single layer, such as the Ag layer 240a or the Cu layer 240b, or in a form in which the Ag layer 240a and the Cu layer 240b are stacked. can be formed.

여기서, 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)는 전체 두께가 0.1mm 이하로 얇게 형성되는 것이 바람직하다.Here, the second-generation REBCO high-temperature superconductor 200 is preferably formed as thin as 0.1 mm or less in total thickness.

직접 접촉direct contact

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 직접 접촉 단계(S220)에서는 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)들의 노출된 REBCO 초전도층(230)들을 대칭 구조의 맞대기 형태로 직접 접촉시킨다.3 and 5, in the direct contact step (S220), the exposed REBCO superconducting layers 230 of the second-generation REBCO high-temperature superconductors 200 are directly contacted in a butt form of a symmetrical structure.

이와 같이, 본 발명에서는 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)들의 안정화층(240)을 선택적인 에칭으로 제거하여 안정화층(240) 하부로 노출된 REBCO 초전도층(230)들 상호 간을 대칭 구조로 엇갈려 맞대기 형태로 직접 접촉이 이루어지도록 배열하게 된다.As such, in the present invention, the stabilization layer 240 of the second-generation REBCO high-temperature superconductor 200 is removed by selective etching, and the REBCO superconducting layers 230 exposed under the stabilization layer 240 are crossed in a symmetrical structure. They are arranged so that direct contact is made in a butt shape.

노출된 REBCO 초전도층(230)들은 계면 간의 고상접합이 이루어지도록 하기 위해, 안정화층(240)을 에칭할 시, 접합 부위(J)의 Ag층(240a) 및 Cu층(240b)은 반드시 완벽하게 제거되어야 한다. 이러한 안정화층(240)의 에칭 후 노출된 REBCO 초전도층(230)들의 표면에는 불순물이 절대로 없도록 철저히 제어하는 것이 바람직하다.When the stabilization layer 240 is etched in order for the exposed REBCO superconducting layers 230 to form a solid-state junction between the interfaces, the Ag layer 240a and the Cu layer 240b of the junction portion J must be completely perfect. should be removed It is desirable to thoroughly control the surface of the REBCO superconducting layers 230 exposed after the stabilization layer 240 is etched so that there are absolutely no impurities.

접합join

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 접합 단계(S230)에서는 REBCO 초전도층(230)들이 직접 접촉된 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)들의 접합 부위(J)를 가열 및 가압하여 접합시킨다.3 and 5, in the bonding step (S230), the bonding portion J of the second-generation REBCO high-temperature superconductors 200 to which the REBCO superconducting layers 230 are in direct contact are heated and pressed to bond.

이에 따라, 노출된 REBCO 초전도층(230)들은 서로 간이 직접 접촉된 상태에서 접합되어, 공유결합이 이루어진다. 따라서, 본 발명에서는 노출된 REBCO 초전도층(230)들 사이에 솔더를 비롯한 상전도 물질을 사용하는 것 없이, 고상결합에 의해 REBCO 초전도층(230)들 간이 직접 접합으로 공유결합이 이루어지므로 접합 부위(J)의 저항이 증가할 염려가 없게 된다.Accordingly, the exposed REBCO superconducting layers 230 are bonded in a state in which they are in direct contact with each other, and a covalent bond is formed. Therefore, in the present invention, without using a normal conductive material including solder between the exposed REBCO superconducting layers 230, a covalent bond is made by direct bonding between the REBCO superconducting layers 230 by solid-state bonding. There is no fear of increasing the resistance of (J).

본 단계에서, 접합은 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)의 결정구조인 오르소홈빅(Orthohombic) 구조가 초전도체 특성을 잃어버리는 테트라고날(Tetragonal) 구조로 바뀌기 시작하는 온도 이하에서 실시한다.In this step, bonding is performed below the temperature at which the orthohombic structure, which is the crystal structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor 200, starts to change to a tetragonal structure that loses superconducting properties.

이를 위해, 접합은 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)들의 접합 부위(J)를 400℃ 미만의 온도로 가열하면서 20 ~ 100MPa의 압력으로 가압하는 것이 바람직하다.To this end, the bonding is preferably pressurized at a pressure of 20 ~ 100 MPa while heating the bonding portion (J) of the second generation REBCO high temperature superconductors 200 to a temperature of less than 400 ℃.

여기서, 가열은 세라믹 히터 및 인덕션 히터 중 어느 하나 이상의 열원을 이용할 수 있으며 할로겐 램프와 같은 열원도 사용할 수 있다.Here, for heating, any one or more heat sources of a ceramic heater and an induction heater may be used, and a heat source such as a halogen lamp may also be used.

본 단계에서, 공유결합의 경우 원자간에 접촉이 가능할 정도로 가압력을 높여주어야 하기 때문에 부분 고상확산접합 보다 높은 가압력을 인가하는 것이 바람직하다.In this step, in the case of covalent bonding, it is preferable to apply a higher pressing force than for partial solid-state diffusion junctions because it is necessary to increase the pressing force enough to allow contact between atoms.

또한, 접합은 2시간 이내로 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 접합 시간이 2시간 이내의 단 시간으로 이루어지는데, 이는 대략 1달 정도 소요되는 고상확산접합과 달리 공유 결합의 경우에는 확산에 의한 접합이 아니라 고상 접합이기 때문에 가능한 것이다.In addition, it is preferable to perform bonding within 2 hours. As such, the bonding time is as short as 2 hours or less, which is possible because, unlike solid-state diffusion bonding, which takes about 1 month, in the case of covalent bonding, it is a solid-state bonding rather than a diffusion-based bonding.

접합 부위(J)의 가압은 REBCO 초전도층(230)의 표면 밀착 및 원자 확산을 가속시키기 위해 실시하게 된다. 또한, 접합 부위(J)의 가압은 접합 시 접합 부위(J)에 발생할 수 있는 여러 결함들을 제거하고 접촉면적을 확장시키기 위함이다. 이때, 가압은 하중이나 공기, 유압 혹은 수압 실린더를 이용하여 실시할 수 있다. 접합 부위(J)의 가압 시, 가압력이 20MPa 미만일 경우에는 가압 효과가 불충분하여 접촉면이 완전히 접촉할 수 없다. 반대로, 가압력이 100MPa를 초과할 경우에는 REBCO 물질이 세라믹이기 때문에 균열이 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 소성변형을 일으켜 저항에 영향을 미칠 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.The pressing of the bonding region J is performed to accelerate the surface adhesion and atomic diffusion of the REBCO superconducting layer 230 . In addition, the pressing of the bonding region J is to remove various defects that may occur in the bonding region J during bonding and to expand the contact area. At this time, pressurization may be performed using a load, air, hydraulic pressure, or a hydraulic cylinder. When the bonding portion J is pressed, if the pressing force is less than 20 MPa, the pressing effect is insufficient and the contact surfaces cannot be completely in contact. Conversely, when the pressing force exceeds 100 MPa, since the REBCO material is ceramic, cracks may occur, and plastic deformation may occur, which may affect resistance, which is not preferable.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체가 저온에서 접합이 가능한 이유를 설명하기 위한 모식도로, 도 5와 연계하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.On the other hand, FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the reason why the second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention can be bonded at a low temperature, which will be described in more detail in connection with FIG. 5 .

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)들이 대칭 구조의 맞대기 형태로 접합되어 있으며, 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)들의 노출된 REBCO 초전도층(230)들이 직접 접촉된 상태로 접합되어 있을 것을 알 수 있다.As shown in Figures 5 and 6, two second-generation REBCO high-temperature superconductors 200 are bonded in a butt form of a symmetrical structure, and the exposed REBCO superconducting layers 230 of the second-generation REBCO high-temperature superconductors 200 are It can be seen that they are bonded in a state of direct contact.

이때, REBCO 고온 초전도층(230)들이 400℃ 미만의 저온에서 초전도 접합이 이루어지는 이유는 산소의 공유 결합에 의한 전자의 공유에 의해 발생된다. 산소의 공유 결합의 경우, 현재 원자가 결합이론(valance bond model)은 분자 오비탈 모델(molecular orbital model)로 설명된다.At this time, the reason why the REBCO high-temperature superconducting layers 230 are superconducting junctions at a low temperature of less than 400° C. is caused by the sharing of electrons by covalent bonding of oxygen. In the case of the covalent bond of oxygen, the current valence bond model is explained by the molecular orbital model.

공유 결합이란 등극 결합이라고도 하며, 양자역학에 의하면 전자를 교환함으로써 생기는 교환에너지를 말한다. 2개의 전자 사이에 걸치는 안정된 결합성 오비탈에 2개의 전자가 함께 들어가는 것으로 설명된다. 일반적으로, 수소, 탄소, 산소, 황 등의 원자가 공유 결합을 만들기 쉽다(H - H, O = O, N ≡ N, C ≡ C).A covalent bond is also called an isopolar bond, and according to quantum mechanics, it refers to an exchange energy generated by exchanging electrons. It is described as the entry of two electrons together in a stable binding orbital spanning between them. In general, atoms of hydrogen, carbon, oxygen, sulfur, etc. are prone to form covalent bonds (H - H, O = O, N ≡ N, C ≡ C).

즉, 공유 결합 > 수소 결합 > 반데르발스 힘(결합: 원자간 상호 작용, 힘: 분자간 상호 작용)의 순서로 결합력의 세기에서 차이를 보인다.That is, in the order of covalent bond > hydrogen bond > van der Waals force (bonding: interatomic interaction, force: intermolecular interaction), the strength of the bonding force is different.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)는 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)들의 노출된 REBCO 초전도층(230)들이 400℃ 미만의 저온에서 직접 접촉된 상태로 접합이 이루어진다.As such, the second-generation REBCO high-temperature superconductor 200 according to an embodiment of the present invention is bonded in a state in which the exposed REBCO superconducting layers 230 of the second-generation REBCO high-temperature superconductor 200 are in direct contact at a low temperature of less than 400 ° C. is done

이와 같이, 400℃ 미만의 저온에서 직접 접합에 의한 공유 결합으로 접합이 이루어지기 때문에 2세대 REBCO 고온 초전도체(200)의 결정구조가 테트라고날 (Tetragonal) 결정 구조로 바뀔 염려가 없어 초전도체 특성을 그대로 유지하는 것이 가능해질 수 있다.As such, since bonding is made by covalent bonding by direct bonding at a low temperature of less than 400°C, there is no concern that the crystal structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor 200 will change to a tetragonal crystal structure, so the superconductor properties are maintained as it is. it may be possible to

이 결과, 본 발명에서는 초전도성 회복을 위한 산소 가압 조건에서의 어닐링 공정이 불필요할 뿐만 아니라, 초전도 접합 공정 중 접합 부위(J)의 산화방지 등을 위한 외부 가스 공급 등의 공정이 불필요하므로, 공정 시간 및 비용을 획기적으로 절감할 수 있게 된다.As a result, in the present invention, not only an annealing process under oxygen pressure for recovery of superconductivity is unnecessary, but also a process such as supplying an external gas to prevent oxidation of the bonding region J during the superconducting bonding process is unnecessary, so the process time and cost can be significantly reduced.

한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 접합 부위에 대해 4단자(4-point probe)법으로 V-I 측정 결과를 나타낸 그래프이다.On the other hand, Figure 7 is a graph showing the V-I measurement results by a 4-point probe method for the junction portion of the second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 2세대 REBCO 고온 초전도체의 접합 부위에 대해 4단자(4-point probe)법으로 V-I를 측정한 결과, 임계전류 1μV/cm의 측정기준에 따라 측정결과 약 93A를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다. 선재 고유의 임계전류는 93A 이었으므로 접합부에서 선재 고유의 임계전류 손실이 없이 초전도 특성이 100% 회복된 것을 확인하였다.7, as a result of measuring V-I by a 4-point probe method for the junction portion of the second-generation REBCO high-temperature superconductor according to an embodiment of the present invention, the threshold current 1 μV/cm Accordingly, it can be confirmed that the measurement result shows about 93A. Since the intrinsic critical current of the wire was 93A, it was confirmed that the superconducting properties were recovered by 100% without loss of the inherent critical current in the junction.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조 및 그 방법은 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 노출된 REBCO 초전도층들이 400℃ 미만의 저온에서 직접 접촉된 상태로 접합이 이루어지는 것에 의해 단시간 내에 접합이 이루어질 수 있다.As seen so far, the permanent current mode junction structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state junction of the REBCO superconducting layer according to an embodiment of the present invention and the method thereof are the exposed REBCO superconducting layers of the second-generation REBCO high-temperature superconductors. Bonding can be made in a short time by bonding in a state in which they are in direct contact at a low temperature of less than 400°C.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조 및 그 방법은 400℃ 미만의 저온에서 직접 접합에 의한 공유 결합으로 접합이 이루어지는 것에 의해 2세대 REBCO 고온 초전도체의 결정구조가 테트라고날(Tetragonal) 결정 구조로 바뀔 염려가 없어 초전도체 특성을 상실하는 것 없이 그대로 유지될 수 있다.In addition, the permanent current mode junction structure and method of the second-generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state junction of the REBCO superconducting layer according to an embodiment of the present invention is a covalent bond by direct bonding at a low temperature of less than 400 ° C. As a result, there is no concern that the crystal structure of the second generation REBCO high-temperature superconductor will change to a tetragonal crystal structure, and thus the superconductor properties may be maintained as it is.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 REBCO 초전도층의 직접 접촉 및 고상접합에 의한 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조 및 그 방법은 초전도성 회복을 위한 산소 가압 조건에서의 어닐링 공정이 필요 없을 뿐만 아니라, 초전도 접합 공정 중 접합 부위의 산화방지 등을 위한 외부 가스 공급 등의 공정이 불필요하므로, 공정 시간 및 비용을 획기적으로 절감할 수 있게 된다.As a result, the permanent current mode junction structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor by direct contact and solid-state junction of the REBCO superconducting layer according to the embodiment of the present invention and the method do not require an annealing process under oxygen pressurization conditions for superconductivity recovery. In addition, since a process such as supplying an external gas for preventing oxidation of the bonding portion during the superconducting bonding process is unnecessary, the process time and cost can be dramatically reduced.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention without departing from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.

200 : 2세대 고온 초전도체
210 : 기판
220 : 버퍼층
230 : REBCO 초전도층
240 : 안정화층
J : 접합 부위200: 2nd generation high temperature superconductor
210: substrate
220: buffer layer
230: REBCO superconducting layer
240: stabilization layer
J: junction site

Claims (9)

REBCO(REBa2Cu3O7-x, 여기서 RE는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 초전도층 및 안정화층을 포함하는 2세대 고온 초전도체 영구전류모드 접합 방법에 있어서,
(a) 2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 안정화층을 각각 에칭하여 상기 안정화층 하부의 REBCO 초전도층의 일부를 각각 노출시키는 단계;
(b) 상기 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 노출된 REBCO 초전도층들을 대칭 구조의 맞대기 형태로 직접 접촉시키는 단계; 및
(c) 상기 REBCO 초전도층들이 직접 접촉된 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 접합 부위를 가열 및 가압하여 접합시키는 단계;를 포함하며,
상기 (c) 단계 이후, 상기 노출된 REBCO 초전도층들은 서로 간이 직접 접촉된 상태에서 접합되어, 공유결합이 이루어진 것을 특징으로 하는 2세대 고온 초전도체 영구전류모드 접합 방법.
REBCO (REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is a rare earth element, 0≤x≤0.6) In the second generation high temperature superconductor permanent current mode bonding method comprising a superconducting layer and a stabilization layer,
(a) etching each of the stabilization layers of two second-generation REBCO high temperature superconductors to respectively expose a portion of the REBCO superconducting layer underneath the stabilization layer;
(b) directly contacting the exposed REBCO superconducting layers of the second-generation REBCO high-temperature superconductors in a symmetrical butt shape; and
(c) bonding the second-generation REBCO high-temperature superconductors in direct contact with the REBCO superconducting layers by heating and pressurizing them;
After step (c), the exposed REBCO superconducting layers are bonded in a state in which they are in direct contact with each other, and a covalent bond is formed.
 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 2세대 REBCO 고온 초전도체 각각은
기판;
상기 기판 상에 배치된 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 배치된 REBCO 초전도층; 및
상기 REBCO 초전도층 상에 배치된 안정화층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법.
According to claim 1,
In step (a),
Each of the second-generation REBCO high-temperature superconductors is
Board;
a buffer layer disposed on the substrate;
a REBCO superconducting layer disposed on the buffer layer; and
a stabilization layer disposed on the REBCO superconducting layer;
2nd generation REBCO high-temperature superconductor permanent current mode bonding method comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 접합은
상기 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 접합 부위를 400℃ 미만의 온도로 가열하면서 20 ~ 100MPa의 압력으로 가압하는 것을 특징으로 하는 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법.
According to claim 1,
In step (c),
The junction is
Permanent current mode bonding method of second-generation REBCO high-temperature superconductors, characterized in that the second-generation REBCO high-temperature superconductors are heated to a temperature of less than 400° C. and pressurized at a pressure of 20 to 100 MPa.
 제3항에 있어서,
상기 접합은
2시간 이내로 실시하는 것을 특징으로 하는 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법.
4. The method of claim 3,
The junction is
Permanent current mode bonding method of 2nd generation REBCO high temperature superconductor, characterized in that it is carried out within 2 hours.
 제3항에 있어서,
상기 가열은
세라믹 히터 및 인덕션 히터 중 어느 하나 이상의 열원을 이용하는 것을 특징으로 하는 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 방법.
4. The method of claim 3,
The heating is
A permanent current mode bonding method of a second-generation REBCO high-temperature superconductor, characterized in that it uses any one or more heat sources of a ceramic heater and an induction heater.
 삭제delete REBCO(REBa2Cu3O7-x, 여기서 RE는 희토류 원소, 0≤x≤0.6) 고온 초전도층 및 안정화층을 포함하는 2세대 고온 초전도체 영구전류모드 접합 구조에 있어서,
2개의 2세대 REBCO 고온 초전도체들이 대칭 구조의 맞대기 형태로 접합되어 있으며,
상기 2세대 REBCO 고온 초전도체들의 노출된 REBCO 고온 초전도층들이 직접 접촉된 상태로 접합되고,
상기 노출된 REBCO 고온 초전도층들은 서로 간이 직접 접촉된 상태에서 접합되어, 공유결합이 이루어진 것을 특징으로 하는 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조.
REBCO (REBa 2 Cu 3 O 7-x , where RE is a rare earth element, 0≤x≤0.6) In the second generation high temperature superconductor permanent current mode junction structure comprising a high temperature superconducting layer and a stabilization layer,
Two second-generation REBCO high-temperature superconductors are joined in a symmetrical butt shape.
The exposed REBCO high-temperature superconducting layers of the second-generation REBCO high-temperature superconductors are bonded in direct contact,
The exposed REBCO high-temperature superconducting layers are bonded in a state of direct contact with each other, and a permanent current mode junction structure of a second-generation REBCO high-temperature superconductor, characterized in that a covalent bond is formed.
 제7항에 있어서,
상기 2세대 REBCO 고온 초전도체 각각은
기판;
상기 기판 상에 배치된 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 배치된 REBCO 고온 초전도층; 및
상기 REBCO 고온 초전도층 상에서, 상기 REBCO 고온 초전도층의 일부를 노출시키도록 배치된 안정화층;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 2세대 REBCO 고온 초전도체의 영구전류모드 접합 구조.
8. The method of claim 7,
Each of the second-generation REBCO high-temperature superconductors is
Board;
a buffer layer disposed on the substrate;
a REBCO high-temperature superconducting layer disposed on the buffer layer; and
a stabilization layer disposed on the REBCO high-temperature superconducting layer to expose a portion of the REBCO high-temperature superconducting layer;
Permanent current mode junction structure of the second-generation REBCO high-temperature superconductor comprising a.
 삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101374177B1 (en) * 2012-10-11 2014-03-14 케이조인스(주) Methods of splicing 2g rebco high temperature superconductors using partial micro-melting diffusion pressurized splicing by direct face-to-face contact of high temperature superconducting layers and recovering superconductivity by oxygenation annealing

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