KR102606833B1 - 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 및 이의 제조방법 - Google Patents
균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102606833B1 KR102606833B1 KR1020220155304A KR20220155304A KR102606833B1 KR 102606833 B1 KR102606833 B1 KR 102606833B1 KR 1020220155304 A KR1020220155304 A KR 1020220155304A KR 20220155304 A KR20220155304 A KR 20220155304A KR 102606833 B1 KR102606833 B1 KR 102606833B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- temperature superconducting
- bulk
- shape
- bulk shape
- mold
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 28
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical group [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 13
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 12
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003303 reheating Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000012769 bulk production Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/003—Methods and means for discharging superconductive storage
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
- B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
- H01B12/06—Films or wires on bases or cores
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F2003/248—Thermal after-treatment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/879—Magnet or electromagnet
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
본 발명은 고온초전도 벌크자석에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고온초전도 벌크자석의 제조방법은 벌크 형상 제작을 위한 고온초전도 선재의 단면 두께가 균일하게 형성되도록 은(Ag)을 구배증착하여 고온초전도 선재를 준비하는 준비단계와, 상기 준비단계에서 구비된 고온초전도 선재를 제작하고자 하는 벌크 형상에 대응되도록 소정 길이로 재단하는 재단단계와, 상기 재단단계를 통해 재단된 고온초전도 선재를 벌크 형상 제작을 위한 내부금형에 대응되도록 적층하는 적층단계와, 상기 내부금형에 적층된 고온초전도 선재가 외부금형이 형합되면서 소정 압력으로 가압되면서 체결되어 벌크 형상을 형성하는 가압체결단계와, 상기 가압체결단계를 통해 형성된 벌크 형상을 산소 분위기 하에서 열처리하여 은(Ag)에 의한 확산접합이 이루어지는 확산접합단계와, 상기 확산접합단계 이후 금형을 탈형하여 노출되는 벌크 형상의 거친 표면을 연마하는 연마단계 및 상기 연마단계가 완료된 벌크 형상의 표면 보호를 위해 보호금속을 코팅하는 코팅단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 납땜접합 방식을 제거(lead free)하여 친환경적이며, 확산접합 기술의 적용으로 벌크 강도가 높고 재가열에 따른 형상 파괴 없이 우수한 내구성이 확보될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 납땜접합 방식을 제거(lead free)하여 친환경적이며, 확산접합 기술의 적용으로 벌크 강도가 높고 재가열에 따른 형상 파괴 없이 우수한 내구성이 확보될 수 있다.
Description
본 발명은 고온초전도 벌크자석에 관한 것으로, 곡면이나 절곡부 등 복잡한 형상을 구현하면서도 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
고온초전도 벌크 자석은 초전도 상태를 유지하는 상태에서 영구자석과 동일 크기로 형성될 경우 수 배 이상 안정적인 강자장을 발생시킬 수 있는 특성을 가진다.
도 1 은 종래 기술에 따른 고온초전도 벌크 자석의 실시 형태들을 보인 도면으로 이를 참조하면, 기존 고온초전도 벌크 자석은 고온초전도 분말을 성형 한 이후 소결 열처리하여 제작되거나, 고온초전도 선재를 적층하여 제조될 수 있다.
도 1a 는 고온초전도 벌크 자석을 제조하기 위한 Top seed Process 방식으로 작은 초전도 단결정을 소결할 초전도 전구체 물질의 상부에 위치시킨 후 소결 열처리를 통해 상부 단결정을 따라 초전도상이 생성되도록 한다.
따라서, 상기 Top seed process 방식에서는 고액상 상변태를 통한 소결이 이루어지므로 단순 형상으로 제조되는 것이 일반적이며, 복잡한 형상이나 열전달 또는 상변태 경로가 원활히 구성되지 않을 때 균일한 자기장 성능의 소결 벌크 제작에 어려움이 있다.
따라서, 소결 이후 형상 유지가 용이한 육면체나 원기둥 등의 초기 성형체가 주로 적용되고 있으며, 상기와 같은 소결 열처리 시에는 온도 구배가 적은 고온 열처리로가 활용되고 있다.
그리고, 최근에는 도 1b와 같이 2세대 고온초전도 선재를 이용한 적층 벌크 방식에 대한 연구 개발이 이루어지고 있으나, 여전히 고온초전도 벌크 자석은 소결 벌크와 같은 형태로 제조되고 있고, 도 1c와 같이 복잡한 형상을 제조하기에는 한계가 있다.
한편, 소결 벌크의 경우 전술한 바와 같이 Top seed process로 제작됨에 따라 초전도 단결정으로부터 거리가 멀어지는 경우 특성이 저하되는 문제점을 가진다.
따라서, 제조 가능한 크기에 한계를 가지며, 위치별로 자기장 특성이 다르고 세라믹 특성 상 취성으로 인해 곡면이나 절곡부를 가지는 형상으로 벌크 제작이 어려운 문제점을 가진다.
또한, 이를 해결하기 위하여 원기둥이나 육면체 형태로 소결 제작된 벌크를 가공하여 곡면이나 절곡부를 형성하고자 할 경우에도 세라믹 특유의 균열 및 파손으로 초전도 특성을 잃어버리기 쉬운 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 곡면이나 절곡부를 포함하는 다양한 형상으로 제조될 수 있는 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 솔더링 없이 확산접합 기술을 적용하여 벌크 강도가 높고 재가열에 따른 형상 파괴가 방지될 수 있는 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 굽힘형상 고온초전도 벌크자석을 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석은 고온초전도 선재를 제1방향으로 복수개 배치하여 형성되는 제1방향 구조체 및 상기 고온초전도 선재를 제2방향으로 복수개 배치하여 형성되는 제2방향 구조체를 포함하며, 상기 제1방향 구조체 및 제2방향 구조체를 형성하는 고온초전도 선재는 기판과 고온초전도층 및 은(Ag) 보호층을 포함하고, 상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체 중 적어도 하나 이상이 서로 다른 길이나 곡률을 가지도록 형성되어 벌크 형상 성형을 위한 내부금형에 대응되도록 복수회 교번하여 반복 적층되고, 외부 금형의 결합에 의해 적층된 제1방향 구조체 및 제2방향 구조체가 가압체결 된 이후 산소 분위기 하에서 열처리 되어 은(Ag)에 의해 확산접합된 벌크 형상으로 형성되는 것을 특징으로
상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체가 교번 적층되어 형성하는 벌크 형상의 외면에는 금속 코팅층이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체가 교번 적층되어 형성하는 벌크 형상의 외면에는 금속 코팅층이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
삭제
다른 측면에서 본 발명에 따른 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석의 제조방법은 벌크 형상 제작을 위한 고온초전도 선재의 단면 두께가 균일하게 형성되도록 은(Ag)을 구배증착하여 고온초전도 선재를 준비하는 준비단계와, 상기 준비단계에서 구비된 고온초전도 선재를 제작하고자 하는 벌크 형상에 대응되도록 소정 길이로 재단하는 재단단계와, 상기 재단단계를 통해 재단된 고온초전도 선재를 벌크 형상 제작을 위한 내부금형에 대응되도록 적층하는 적층단계와, 상기 내부금형에 적층된 고온초전도 선재가 외부금형이 형합되면서 소정 압력으로 가압되면서 체결되어 벌크 형상을 형성하는 가압체결단계와, 상기 가압체결단계를 통해 형성된 벌크 형상을 산소 분위기 하에서 열처리하여 은(Ag)에 의한 확산접합이 이루어지는 확산접합단계와, 상기 확산접합단계 이후 금형을 탈형하여 노출되는 벌크 형상의 거친 표면을 연마하는 연마단계 및 상기 연마단계가 완료된 벌크 형상의 표면 보호를 위해 보호금속을 코팅하는 코팅단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적층단계에서는 상기 고온초전도 선재가 제1방향으로 복수개 배치되어 형성되는 제1방향 구조체와, 상기 고온초전도 선재가 제2방향으로 복수개 배치되어 형성되는 제2방향 구조체를 형성하되, 상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체를 구성하는 고온초전도 선재는 끝 부분이 서로 겹치지 않도록 고정되며, 복수개의 상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체가 복수회 교번하여 반복 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기 확산접합단계에서는 산소분위기 하에서, 400℃ 내지 600℃ 온도범위로, 30분 내지 120분간 열처리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 납땜접합 방식을 제거(lead free)하여 친환경적이며, 확산접합 기술의 적용으로 벌크 강도가 높고 재가열에 따른 형상 파괴 없이 우수한 내구성이 확보될 수 있다.
또한, 구리 코팅으로 벌크를 감싸는 구조를 가짐에 따라 반복사용에 따른 열화 방지, 수분 침부 방지로 내식성이 매우 우수한 이점을 가진다.
그리고, 금형 형상에 따라 고온초전도 선재를 재단하여 적층 제조되어 회전기의 회전자 등 다양하고 복잡한 형상의 제작이 가능하며, 복잡한 경로를 지닌 전류리드, 유도가열장치나 자기분리 등 고강도 벌크가 요구되는 고자기장 교번인가 응용에도 적용될 수 있는 이점을 가진다.
도 1 은 종래 기술에 따른 고온초전도 벌크 자석의 실시 형태들을 보인 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 고온초전도 벌크 자석 제조과정의 일 실시 예를 보인 도면.
도 3 은 도 2 의 단계 S100에서 고온초전도 선재의 준비를 위한 구배증착 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4 는 도 3 에 따른 구배증착 이후 기판과 분리된 초전도 선재를 보인 사진(a)과, 이를 활용하여 준비되는 고온초전도 선재의 실시 형태들(b), (c)를 보인 도면.
도 5 는 도 2 의 단계 S300의 주요 특징을 설명하기 위한 도면.
도 6 은 도 2 에서 단계 S400 및 단계 S500의 주요 특징을 설명하기 위한 도면.
도 7 은 도 2 에서 단계 S700의 주요 특징을 설명하기 위한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 고온초전도 벌크 자석 제조과정의 일 실시 예를 보인 도면.
도 3 은 도 2 의 단계 S100에서 고온초전도 선재의 준비를 위한 구배증착 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4 는 도 3 에 따른 구배증착 이후 기판과 분리된 초전도 선재를 보인 사진(a)과, 이를 활용하여 준비되는 고온초전도 선재의 실시 형태들(b), (c)를 보인 도면.
도 5 는 도 2 의 단계 S300의 주요 특징을 설명하기 위한 도면.
도 6 은 도 2 에서 단계 S400 및 단계 S500의 주요 특징을 설명하기 위한 도면.
도 7 은 도 2 에서 단계 S700의 주요 특징을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다.각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 기재된다. 또한, 실시 예의 설명에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 설명을 간략히 하거나 생략하였으며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 상측에 “구비”, “적층”, “고정”된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소의 상면에 직접적으로 구비, 적층 또는 고정될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “구비”, “적층”, “고정”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 2 에는 본 발명에 따른 고온초전도 벌크 자석 제조과정의 일 실시 예를 보인 도면이 도시되고, 도 3 에는 도 3 은 도 2 의 단계 S100에서 고온초전도 선재의 준비를 위한 구배증착 과정을 설명하기 위한 도면이 도시되며, 도 4 에는 도 3 에 따른 구배증착 이후 기판과 분리된 초전도 선재를 보인 사진(a)과, 이를 활용하여 준비되는 고온초전도 선재의 실시 형태들(b), (c)를 보인 도면들이 도시된다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크 자석을 제작하기 위해서는 우선, 적층될 고온초전도 선재를 준비하는 준비단계(S100)가 이루어진다.
상기 준비단계(S100)에서는 벌크 형상 제작을 위해 단면두께가 균일한 고온초전도 선재를 형성하는 과정으로, 기판(212)에 고온초전도층(214)이 형성된 이후 상기 고온초전도층(214)의 상측에 은(Ag) 보호층을 형성함에 있어, 본 발명에서는 기판(212)의 모서리 부분 은(Ag) 보호층의 두께 편차를 보완하기 위하여 스퍼터링을 통해 은(Ag)의 구배증착이 이루어진다.
상세히, 상기 준비단계(S100)에서는 진공발생장치를 가동시킨 상태에서 챔버 내부로 릴-투-릴 방식으로 기판(212)을 공급하며, 공급된 기판(212)과 소정거리 이격된 제1 위치에 간섭판이 배치된다.
상기와 같이 간섭판이 배치된 상태에서 1차 스퍼터링 증착이 이루어지면, 상기 기판(212)에 상기 간섭판을 우회한 은(Ag) 산란입자들이 도달하여 은(Ag) 보호층(216)이 증착된다.
여기서, 상기 제1 위치는 스퍼터링 타겟과 인접한 위치로 은(Ag) 산란입자는 최초 방출 위치와 가까운 지점에서 상기 간섭판을 우회하여 기판(212)에 도달함에 따라 기판(212)의 중앙 부분을 포함한 넓은 면적에 도달하여 증착이 이루어질 수 있다.
그리고, 상기와 같은 1차 스퍼터링 증착이 설정목표에 도달한 이후에는 상기 간섭판을 제2 위치로 이동시킨 이후 2차 스퍼터링 증착이 이루어진다.
상기 간섭판이 이동되는 제2 위치는 상기 기판(212)과 인접한 위치로, 2차 스퍼터링을 통해 방출되는 은(Ag) 산란입자는 상기 기판(212)과 인접한 위치에서 간섭판에 의해 기판(212)의 중앙 부분으로 이동하지 못하고, 모서리 부분으로 집중 증착되면서 두께 편차를 보완하여 은(Ag) 보호층(216)이 형성되어 폭방향 단면 두께가 균일한 고온초전도 선재가 제조될 수 있다.
상기와 같이 제조되는 고온초전도 선재는 도 4a에 도시된 바와 같이 기판과 분리될 수 있으며, 분리된 고온초전도층(214)과 은(Ag) 보호층(216)은 적어도 하나 이상 교번 적층되어 도 4c와 같이 보다 높은 임계전류를 가지는 고온초전도 선재로 제조될 수 있다.
여기서, 복수의 고온초전도층(214)과 복수의 은(Ag) 보호층(216)을 교번 적층하는 보다 구체적인 방법은 대한민국 등록특허 제10-2453489호“초전도층이 적층된 고온초전도 선재 및 그 제조방법”이 적용될 수 있다.
한편, 상기 준비단계(S100)를 통해 고온초전도 선재가 준비되면, 준비된 고온초전도 선재를 벌크 제작을 위해 소정 길이로 재단하는 재단단계(S200)가 수행된다.
즉, 상기 재단단계(S200)에서는 제작하고자 하는 벌크 형상에 대응하여 적층될 위치에 따라 고온초전도 선재가 다양한 길이에 맞춰 절단된다.
그리고, 상기 재단단계(S200)를 통해 재단된 고온초전도 선재들은 적층단계(S300)를 통해 벌크 형상 제작을 위한 금형에 대응되도록 적층된다.
도 5 는 도 2 의 단계 S300의 주요 특징을 설명하기 위한 도면으로 이를 참조하면, 상기 금형은 내부금형(420)과 외부금형(440)으로 구분되며, 상기 재단단계(S200)를 통해 재단된 고온초전도 선재들은 상기 내부금형(420)에 적층된다.
상기 적층단계(S300)에서는 제작하고자 하는 벌크 형상에 따라 고온초전도 선재를 복수개 배치하여 층을 이루는 구조체를 형성하고, 형성된 구조체의 반복 적층이 이루어진다.
상세히, 상기 적층단계(S300)에서는 고온초전도 선재가 제1방향으로 복수개 배치되어 형성되는 제1방향 구조체와, 상기 고온초전도 선재가 제2방향으로 복수개 배치되어 형성되는 제2방향 구조체가 형성되며, 상기 각 구조체를 구성하는 고온초전도 선재는 끝 부분이 서로 겹치지 않도록 고정된다.
즉, 하나의 구조체를 형성하는 복수의 고온초전도 선재들은 아래에서 설명할 가압체결단계(S400)에서 가압력에 의해 서로 겹쳐지지 않도록 수평방향으로 나란히 배치하되 끝단을 고정시켜 가압력이 작용하더라도 서로 겹치지 않도록 한다.
그리고, 상기와 같이 형성되는 제1방향 구조체와 제2방향 구조체는 복수회 교번하여 반복적층되되, 상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체의 정렬 방향은 서로 교차되도록 적층됨으로써 적층 시 갭을 최소화하여 균일한 자속 분포를 얻을 수 있도록 한다.
한편, 상기와 같이 적층단계(S300)가 완료되면, 외부금형(440)을 내부금형(420)과 형합하면서 적층된 고온초전도 선재를 소정 압력으로 가압 체결하여 벌크 형상을 형성하는 가압체결단계(S400)가 수행된다.
상기 가압체결단계(S400)에서는 벌크 형상에 대응되도록 교차 적층된 복수의 고온초전도 선재에 금형을 이용하여 대략 0.2MPa의 압력을 가해지면서 벌크 형상이 형성되며, 이를 산소 분위기 하에서 열처리 하여 은(Ag)에 의한 확산접합이 이루어질 수 있도록 확산접합단계(S500)가 수행된다.
상세히, 도 6 은 도 2 에서 단계 S400 및 단계 S500의 주요 특징을 설명하기 위한 도면으로, 도시된 실시 예에서는 하프도넛 형상의 벌크 자석을 형성하기 위한 금형과 이를 이용하여 적층되는 복수의 구조체들이 도시된다.
도면을 참조하면, 본 실시 예에서 금형은 반구 형상으로 형성되는 내부금형(420)과 이를 감싸는 하프도넛 형상의 외부금형(440)으로 구분되고, 상기 내부금형(420)의 곡률을 따라 복수의 고온초전도 선재가 배열된 제1방향 구조체(220)가 내부금형(420)의 상측에 적층된다.
그리고, 상기와 같이 적층된 제1방향 구조체(220)의 상측에는 상기 내부금형(420)의 높이 방향 즉, 상기 제1방향 구조체(220)와 교차되는 방향으로 복수의 고온초전도 선재가 배열된 제2방향 구조체(240)가 적층된다.
상기와 같이 적층된 제2방향 구조체(240)의 상측에는 다시 제1방향 구조체(220)가 교차 적층되며, 상기 제1방향 구조체(220)의 상측으로 제2방향 구조체(240)가 또 다시 교차 적층되어 벌크 형상을 위한 적층단계(S300)가 완료된다.
한편, 상기와 같이 이루어지는 적층단계(S300)에서는 상기 내부금형(420)의 상측에 적층된 제1방향 구조체(220)와 상기 제2방향 구조체(240) 사이에 적층된 제1방향 구조체(220)가 서로 동일한 방향을 향하고 있으나, 이를 구성하는 고온초전도 선재의 길이나 곡률은 서로 다르게 형성된다.
즉, 하프 도넛과 같은 형상으로 벌크 형상을 제조하는 경우, 내부금형(420)에서 외부금형(440)을 향할수록 요구되는 적층면적이 증가하게 되며, 이로 인해 상측에 적층되는 구조체들은 하측에 적층되는 구조체들보다 넓은 면적이 요구된다.
따라서, 본 발명에서는 상기 재단단계(S200)를 통해 구조체의 적층 위치에 따라 고온초전도 선재의 길이를 달리하여 맞춤 절단이 이루어진다.
또한, 각 구조체들의 곡률도 적층 위치에 따라 차이를 가지게 되며, 적층이 완료된 이후 가압체결단계(S400)를 통해 각 층별 구조체들 사이의 갭(210)이 줄어들면서 곡률의 차이는 보다 증가될 수 있다.
한편, 상기와 같이 벌크 형상이 형성된 이후에는 이를 산소 분위기 하에서 열처리를 통해 은(Ag)에 의한 확산접합이 이루어지도록 하는 확산접합단계(S500)가 수행된다.
상기 확산접합단계(S500)에서는 산소분위기 하에서, 400℃ 내지 600℃ 온도범위로, 30분 내지 120분간 열처리가 이루어지면서 은(Ag) 보호층의 확산접합에 의해 확산접합부(250)가 형성된다.
따라서, 납땜 접합 없이 상기 확산접합부(250)에 의해 벌크 형상의 안정적인 접합이 이루어질 수 있으며, 이로 인해 높은 벌크 강도와 재가열에 따른 형상 파괴가 방지될 수 있다.
상기와 같은 확산접합단계(S500)가 이루어진 이후에는 금형을 탈형하여 노출되는 벌크 형상의 거친 표면을 연마하는 연마단계(S600)가 수행된다.
상기 연마단계(S600)에서는 선재 절단부가 노출되면서 나타나는 거친 표면을 마이크로 폴리싱(micro polishing) 하여 균일하게 맞춰주게 되며, 연마단계(S600)가 완료된 이후에는 벌크 형상의 표면 보호를 위해 보호금속을 코팅하는 코팅단계(S700)가 수행된다.
도 7 은 도 2 에서 단계 S700의 주요 특징을 설명하기 위한 도면으로, 도 7a에는 보호금속층(280)이 형성된 고온초전도 벌크 자석(100)이 도시되고, 도 7b에는 도 7a의 A-A부 단면이 도시된다.
도면을 참조하면, 상기 코팅단계(S700)에서는 벌크 형상의 외면에 구리를 도금하여 금속보호층(280)을 형성하여 고온초전도 벌크 자석(100)이 제조된다.
상기와 같이 제조되는 고온초전도 벌크 자석(100)은 하프 도넛 형상을 가짐에도 도 7b에 도시된 바와 같이 복수의 제1방향 구조체(220)와 제2방향 구조체(240)가 교차 적층된 상태로 은(Ag) 보호층에 의해 확산접합되어 견고한 결합관계를 형성하고 있으며, 외부를 감싸는 금속보호층(280)에 의해 내부가 보호될 수 있다.
따라서, 반복 사용에 따른 열화방지와 수분침투가 방지되어 우수한 내식성을 가질 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 고온초전도 벌크 자석을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 보다 복잡하고 다양한 형상으로 제작될 수 있으며, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100.......... 고온초전도 벌크자석 212.......... 기판
214.......... 고온초전도층 216.......... 은(Ag) 보호층
210.......... 갭 220.......... 제1방향 구조체
240.......... 제2방향 구조체 250.......... 확산접합부
280.......... 금속보호층 420.......... 내측금형
440.......... 외측금형
S100......... 준비단계 S200......... 재단단계
S300......... 적층단계 S400......... 가압체결단계
S500......... 확산접합단계 S600......... 연마단계
S700......... 코팅단계
214.......... 고온초전도층 216.......... 은(Ag) 보호층
210.......... 갭 220.......... 제1방향 구조체
240.......... 제2방향 구조체 250.......... 확산접합부
280.......... 금속보호층 420.......... 내측금형
440.......... 외측금형
S100......... 준비단계 S200......... 재단단계
S300......... 적층단계 S400......... 가압체결단계
S500......... 확산접합단계 S600......... 연마단계
S700......... 코팅단계
Claims (7)
- 고온초전도 선재를 제1방향으로 복수개 배치하여 형성되는 제1방향 구조체; 및
상기 고온초전도 선재를 제2방향으로 복수개 배치하여 형성되는 제2방향 구조체;를 포함하며,
상기 제1방향 구조체 및 제2방향 구조체를 형성하는 고온초전도 선재는, 기판과 고온초전도층 및 은(Ag) 보호층을 포함하며,
상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체 중 적어도 하나 이상이 서로 다른 길이나 곡률을 가지도록 형성되어 벌크 형상 성형을 위한 내부금형에 대응되도록 복수회 교번하여 반복 적층되고, 외부 금형의 결합에 의해 적층된 제1방향 구조체 및 제2방향 구조체가 가압체결 된 이후 산소 분위기 하에서 열처리 되어 은(Ag)에 의해 확산접합된 벌크 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석.
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체가 교번 적층되어 형성하는 벌크 형상의 외면에는 금속코팅층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석.
- 벌크 형상 제작을 위한 고온초전도 선재의 단면 두께가 균일하게 형성되도록 은(Ag)을 구배증착하여 고온초전도 선재를 준비하는 준비단계;
상기 준비단계에서 구비된 고온초전도 선재를 제작하고자 하는 벌크 형상에 대응되도록 소정 길이로 재단하는 재단단계;
상기 재단단계를 통해 재단된 고온초전도 선재를 벌크 형상 제작을 위한 내부금형에 대응되도록 적층하는 적층단계;
상기 내부금형에 적층된 고온초전도 선재가 외부금형이 형합되면서 소정 압력으로 가압되면서 체결되어 벌크 형상을 형성하는 가압체결단계;
상기 가압체결단계를 통해 형성된 벌크 형상을 산소 분위기 하에서 열처리하여 은(Ag)에 의한 확산접합이 이루어지는 확산접합단계;
상기 확산접합단계 이후 금형을 탈형하여 노출되는 벌크 형상의 거친 표면을 연마하는 연마단계; 및
상기 연마단계가 완료된 벌크 형상의 표면 보호를 위해 보호금속을 코팅하는 코팅단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 제조방법.
- 제5 항에 있어서, 상기 적층단계에서는,
상기 고온초전도 선재가 제1방향으로 복수개 배치되어 형성되는 제1방향 구조체와, 상기 고온초전도 선재가 제2방향으로 복수개 배치되어 형성되는 제2방향 구조체를 형성하되, 상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체를 구성하는 고온초전도 선재는 끝 부분이 서로 겹치지 않도록 고정되며,
복수개의 상기 제1방향 구조체와 제2방향 구조체가 복수회 교번하여 반복 적층되는 것을 특징으로 하는 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 제조방법.
- 제5 항에 있어서, 상기 확산접합단계에서는,
산소분위기 하에서, 400℃ 내지 600℃ 온도범위로, 30분 내지 120분간 열처리되는 것을 특징으로 하는 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220155304A KR102606833B1 (ko) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220155304A KR102606833B1 (ko) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102606833B1 true KR102606833B1 (ko) | 2023-11-24 |
Family
ID=88972271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220155304A KR102606833B1 (ko) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102606833B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040053360A (ko) * | 2001-11-28 | 2004-06-23 | 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 | 초전도체 케이블 및 코일 |
| US10468580B2 (en) | 2014-03-24 | 2019-11-05 | Nippon Steel Corporation | Bulk oxide superconductor and method of production of bulk oxide superconductor |
| KR20200144887A (ko) | 2019-06-19 | 2020-12-30 | 에스케이텔레콤 주식회사 | 자원 효율적 추론을 위한 인공 신경망 장치 |
| KR20220059587A (ko) * | 2020-11-03 | 2022-05-10 | 한국전기연구원 | 벌크형 고온초전도 영구자석 |
| KR102453489B1 (ko) * | 2018-04-10 | 2022-10-11 | 한국전기연구원 | 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법 |
-
2022
- 2022-11-18 KR KR1020220155304A patent/KR102606833B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040053360A (ko) * | 2001-11-28 | 2004-06-23 | 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 | 초전도체 케이블 및 코일 |
| US10468580B2 (en) | 2014-03-24 | 2019-11-05 | Nippon Steel Corporation | Bulk oxide superconductor and method of production of bulk oxide superconductor |
| KR102453489B1 (ko) * | 2018-04-10 | 2022-10-11 | 한국전기연구원 | 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법 |
| KR20200144887A (ko) | 2019-06-19 | 2020-12-30 | 에스케이텔레콤 주식회사 | 자원 효율적 추론을 위한 인공 신경망 장치 |
| KR20220059587A (ko) * | 2020-11-03 | 2022-05-10 | 한국전기연구원 | 벌크형 고온초전도 영구자석 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101040354B (zh) | 层叠型陶瓷电子部件的制造方法及复合层叠体 | |
| KR100420456B1 (ko) | 반도체 제조 장치용 웨이퍼 지지체와 그 제조 방법 및반도체 제조 장치 | |
| JP2001513269A (ja) | 圧電式アクチュエータの製造方法および圧電式アクチュエータ | |
| US20140208929A1 (en) | Coated ballistic structures and methods of making same | |
| US9112152B2 (en) | Method for producing a piezo actuator and piezo actuator | |
| KR102606833B1 (ko) | 균일자기장 발생이 가능한 굽힘형상 고온초전도 벌크자석 및 이의 제조방법 | |
| CN111889869A (zh) | 一种高纯稀土及合金靶材的焊接方法 | |
| WO2021190207A1 (zh) | 一种多层复合陶瓷盘及其制造方法 | |
| JP2009533837A (ja) | 圧電アクチュエータの製造方法及び圧電アクチュエータ | |
| KR20230110624A (ko) | 재료층, 전기 기계용 재료층 스택 및 재료층을 생산하는방법 | |
| JP4099756B2 (ja) | 積層基板 | |
| CN110029293B (zh) | 纤维定向无交叉排列的纤维增强金属基复合材料的制备方法 | |
| CN112457027A (zh) | 大尺寸圆截面陶瓷基复合材料构件熔融渗硅工装及方法 | |
| TWI387984B (zh) | 疊層型電子部件及其製法 | |
| JP5431155B2 (ja) | 信頼性の高いセラミック多層構造のピエゾアクチュエータ | |
| EP2053030B1 (en) | Process for production of formed ceramic bodies | |
| JP2014093467A (ja) | 電極内蔵型セラミックス焼結体の製造方法 | |
| CN111433017A (zh) | 制造金属半成品的方法，制造金属-陶瓷基板的方法和金属-陶瓷基板 | |
| KR102518646B1 (ko) | 세라믹 기판 제조 방법 및 이 제조방법으로 제조된 세라믹 기판 | |
| JP3947918B2 (ja) | 金属焼結体及びその製造方法 | |
| KR20220059587A (ko) | 벌크형 고온초전도 영구자석 | |
| JPH07235442A (ja) | 積層セラミック電子部品の製造方法 | |
| JP7573641B2 (ja) | 多層複合セラミックスプレート及びその製造方法 | |
| KR101113934B1 (ko) | 난가공재에 홀을 형성하는 방법과 이 방법으로 홀이 형성된 난가공재 | |
| JP7501277B2 (ja) | 焼結磁石の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |