KR20020033057A - 초전도 부품과 그 제조방법 및 유전체 공진기 - Google Patents

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KR20020033057A
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Abstract

본 발명은 고주파에서의 무부하 Q가 크고, 초전도 특성이 양호한 유전체 공진기를 제공한다.
본 발명은 Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 유전체 세라믹 기판(12)의 표면 및 이면에, Bi1.85Pb0.35SrxBayCa2.05Cu3.35Oz(x＝1.8∼2.0, y＝0∼0.4, z＝10∼11, 단지 z는 x,y의 값에 의해 변화)으로 이루어진 초전도막 전극(14,16)을 갖는 유전체 공진기(10)를 제공한다.

Description

초전도 부품과 그 제조방법 및 유전체 공진기{Superconductive component, method for manufacturing the same, and dielectric resonator}
본 발명은 초전도 부품, 특히 유전체 공진기 등의 고주파 전자부품으로 사용되는 초전도 부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
임계 온도(臨界溫度:critical temperature)가 110K급인 Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O계 산화물 초전도체로서, Bi2223상 초전도체가 알려져 있다. 이 Bi2223상 초전도체는 예를 들어, Ag, MgO 단결정, 산화물 세라믹 기판이라는 기재(base substance) 상에 형성되고, 선재(線材:wire rod), 한류 소자, 자기 실드재를 구성한다.
구체적으로는 Bi2223상 초전도체 분말에 유기 바인더를 가하고, 즉 초전도막용 페이스트로 하고, 예를 들어, Ba(Sn,Mg,Ta)O3라는 산화물계 유전체 세라믹 기판 상에 도포하고, 소성하여 초전도막을 얻은 것이 있다. 이 초전도막은 유전체 세라믹 기판과의 계면에서는 눈에 띄는 다른 상의 형성은 없고, 거의 단상으로 이루어진 것이다.
그러나, 고주파 영역에 있어서 초전도막의 표면측과 유전체 세라믹 기판과의 계면측과의 양자에 대하여 각 표면 저항을 평가하면, 초전도막의 표면측에서는 비교적 낮은 표면 저항이 얻어지는데 대하여, 유전체 세라믹 기판과의 계면측의 초전도막은 매우 높은 표면 저항을 나타낸다. 높은 표면 저항의 존재는 초전도막과 유전체 세라믹 기판과의 사이에서의 미소한 계면 반응에 의한 것으로 생각된다. 이제까지는 이 계면 반응의 영향이 없을 정도로 온도를 낮추어서 초전도막을 소성하였는데, 이 경우 초전도막의 형성이 불충분하고 낮은 표면 저항값을 얻을 수 없었다.
본 발명자가 상술한 계면 반응에 대하여 연구를 거듭한 결과, 유전체 세라믹 기판에 포함되는 Ba 원소가 초전도막 중에 고농도로 확산되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 기재가 다결정체인 경우 초전도막용 페이스트를 소성할 때에 생성하는 부분 용융 융액이 기본적인 입계(粒界:grain boundary)에 침투하여 있는 것이 확인되었다.
한편, 상기 초전도막의 임계 전류 밀도는 거의 단상으로 이루어진 초전도막에 있어서도 200A/cm2(온도 77K, OT)이라는 낮은 값에 머물러 있고, 유전체 세라믹 기판과의 계면 부근뿐만 아니라 초전도막의 두께 방향을 향하여, 또한 두께와 직교하는 수평 방향에 초전도 특성이 저하된 것을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 양호한 초전도 특성을 갖는 초전도막을 구비한 초전도 부품 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 양호한 초전도 특성을 갖는 유전체 공진기를 제공하는데 있다.
즉, 본 발명은 Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재; 상기 산화물 세라믹 기판 상에 형성되며, Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고 Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도막; 을 구비하는 초전도 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재 상에 Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고, Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도 분말을 함유하는 초전도막용 페이스트를 부여하여, 상기 초전도막용 페이스트를 소성함으로써, Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고, Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도막을 형성하는 초전도 부품의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 유전체 기재 상에 초전도막 전극이 형성된 유전체 공진기로, 상기 유전체 기재는 Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹이고, 상기 초전도막 전극은 Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고, Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도막으로 형성된 유전체 공진기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 초전도 부품에 의하면, Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재 상에 Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고, Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도막이 형성되어 있기 때문에, 기판 중의 Ba 성분의 변동량을 최소한으로 억제할 수 있어 양호한 초전도 특성의 초전도막을 얻을 수 있다.
도 1은 비교예 2 및 실시예 10에 대하여 마이크로파의 표면 저항의 온도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 TM010모드의 유전체 공진기의 일례를 나타내는 도해도이다.
도 3은 표면에 형성된 중간층 위에 초전도막이 형성된 유전체 기판을 나타내는 도해도이다.
도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 TE모드의 유전체 공진기의 일례를 나타내는 도해도이다.
도 5는 표면에 형성된 중간층 위에 초전도막이 형성된 유전체 원기둥을 나타내는 도해도이다.
도 6은 도 5의 유전체 원기둥이 삽입되는 관통홀을 갖는 유전체 각주를 나타내는 도해도이다.
도 7은 본 발명이 적용될 수 있는 동축형 유전체 공진기의 일례를 나타내는 도해도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
10,40,70 유전체 공진기
12,31 유전체 세라믹 기판
14,16,33,53 초전도막 전극
18 폴리테트라플루오르에틸렌시트
20 금속 케이스22,24여진 케이블
32,52 중간층41지지대
42 무산소동판43a,43b고주파 프로브
51 동축용 원기둥61유전체 블록
종래 기술에서 설명한 바와 같이, 탄탈산 바륨계 세라믹과 같이 Ba 원소를 포함하고 복합 페로브스카이트 구조를 갖는 산화물 세라믹 기재에 있어서는, 그 소성시에, 산화물 세라믹 기재로부터 초전도막으로 Ba 원소가 확산하고, 특히 산화물 세라믹 기재와 초전도막과의 계면에 있어서 초전도막의 전기 특성이 저하한다. 그 저하 기구의 원인으로는 다음의 2가지를 생각할 수 있다.
제 1 저하기구는 Ba 원소가 확산된 초전도막에 있어서 Ba 원소의 확산 정도에 따라 Ba 농도에 경사가 생기고, Ba양에 따라 부분 용융 온도가 연속적으로 저하하는 것에 기초하는 것이다.
즉, 초전도막용 페이스트를 소성할 때, 산화물 세라믹 기재의 Ba가 초전도막용 페이스트 내에 확산하면 그 확산량에 따라 초전도막의 부분 용융 온도가 저하하기 때문에, 비록 초전도막 자체의 최적 온도에서 소성하여도 Ba가 확산한 부분에서는 그 소성 온도는 최적이 아니게 된다. 특히, 계면 부근에서는 Ba 확산량이 많아지기 때문에, 결과적으로 과소성 상태가 되어 계면 부근의 초전도막의 전기 특성은 저하된다. 이에 대해서는 소성 처리중에 온도를 서서히 낮추는 등의 대책도 생각할 수 있지만, 컨트롤하기 어렵고 실용적이지 않다.
제 2 저하기구는, 산화물 세라믹 기재는 다결정 구조체이기 때문에 소성 처리 중에 생성한 초전도 물질의 융액중에 기재 성분의 Ba가 확산되고 용해되어, 이 융액이 기재의 다결정 입계로의 습윤성이 좋아지고, 입계 침투가 일어나는 것이다. 융액이 입계에 침투하여 초전도막의 조성이 불균일해지고, 특히 계면 부근의 초전도막의 성상은 저하된다고 생각된다.
본 발명의 초전도 부품은 Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재; 상기 산화물 세라믹 기재 상에 형성되며, Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고 Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도막; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상술한 제 1 저하기구, 제 2 저하기구 양자는 초전도막의 전구체인 초전도막용 페이스트에 미리 Ba를 첨가하여, 산화물 세라믹 기재와 초전도막과의 계면 부근의 성상 변화를 억제할 수 있고, 그 결과 특히 고주파 대역에서의 초전도 특성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 산화물 세라믹 기재와 상기 초전도막과의 사이에, 다결정체 또는 비결정질체로 이루어진 중간층을 갖는 것이 바람직하다. 즉, Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재 상에 중간층을 형성한 경우에도, Ba를 포함하는 초전도막의 우위성을 발휘할 수 있다. 이것은 중간층이 Ag등의 다결정체로 이루어지고 입계를 많이 포함하는 경우, 중간층의 입계를 통한 입계 확산에 의해 Ba를 포함하는 기재와 초전도막 전극간의 계면 반응이 일어나기 때문이다. 중간층이 Bi-Si-B-O계 유리 등의 비결정질체로 이루어진 경우도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이것은 비결정질체의 전체가 결정이 흐트러진 상태이고, 다결정체의 입계와 마찬가지로 산화물 세라믹 기판 중의 Ba가 확산되기 쉽기 때문이다.
상기 초전도막의 Ba와 (Ba＋Sr)의 몰비{Ba/(Ba＋Sr)}는 0.02∼0.15의 범위에있는 것이 바람직하다. 이 범위내가 되도록 Ba 및 Sr의 함유량을 설계하여 초전도막의 초전도 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 산화물 세라믹 기재는 유전체 세라믹으로 이루어진 것이면 된다. 예를 들어, 탄탈산 바륨계 유전체 세라믹 등, Ba를 포함하는 복합 페로브스카이트 구조를 갖는 유전체 세라믹이 적절하게 사용된다. 특히, 본 발명의 초전도 부품을 유전체 공진기로 할 경우, 상기 산화물 세라믹 기재로서, Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 및 Ba(Mg,Nb)O3계로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 산화물 세라믹이 바람직하다.
또한, 상기 초전도막에 있어서 첨가되는 Ba원소는 주상인 Bi-Sr-Ca-Cu-O상으로 용해되고, Ba는 Sr로 치환했다고 생각된다.
[실시예]
이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
제 1 실험예
원료 분말로 Bi2O3, PbO, SrCO3, BaCO3, CaCO3, CuO를 준비하고, 각 원료 분말을 하소후의 조성이 Bi1.85Pb0.35SrxBayCa2.05Cu3.35Oz(x＝1.8∼2.0, y＝0∼0.4, z＝10∼11, 단지 z는 금속 원소비에 의해 부수적으로 결정되는 양이다)이 되도록 조합하였다. 그리고, 각 원료 분말을 유기 용매 중 볼밀로 분쇄한 후, 780℃에서 12시간 하소하여 하소물을 제작하고, 이 하소물을 분쇄한 후, 다시 780℃에서 12시간 하소하고, 다시 볼 밀로 분쇄하여 Ba를 함유하는 Bi2223상 전도 분말을 얻었다. 얻어진 초전도 분말의 조성을 하기 표 1에 나타낸다. 그 후, 초전도 분말에 유기 바인더를 혼합하여 초전도막용 페이스트를 조제하였다.
또한, 직경 35mm, 두께 3mm의 Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 다결정 유전체로 이루어진 유전체 세라믹 기판(비유전율:εr＝24)을 준비하였다. 그리고, 이 유전체 세라믹 기판의 양 단면에 스크린 인쇄에 의해 초전도막용 페이스트를 부여하였다. 그 후, 이것을 400℃로 가열하여 유기분을 휘발 연소시켜, 유전체 세라믹 기판 상에 초전도막용 후막을 형성하였다.
다음으로, 이 초전도막용 후막을 압력 2톤/cm2로 냉간 등방압(冷間等方壓) 성형에 의해 가압하고, 8% 산소 분위기 중 835℃에서 50시간 소성하였다. 그 후, 압력 2톤/cm2의 냉간 등방압 성형, 8% 산소 분위기 중에서 835℃로 50시간 소성을 행함으로써, Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고 또한 Ba를 함유한 Bi2223상 초전도막 전극을 갖는 유전체 공진기를 얻었다.
다음으로, 얻어진 유전체 공진기를 무산소동으로 형성된 금속 캐버티 중에 넣고, 이것을 TM010모드의 유전체 공진기로 하여, 20∼100K의 온도 범위에서 무부하 Q(2.1GHz)를 측정하였다.
또한, 이 유전체 공진기에 있어서 고주파 전자계는 Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 유전체 세라믹 기판내에 집중하고, 고주파 전류는 초전도막과 유전체 세라믹 기판과의 계면 부근에 집중하여 흐른다. 즉, 유전체 세라믹 기판과 초전도막의 계면의 성상이 유전체 공진기의 무부하 Q에 큰 영향을 준다.
70K의 무부하 Q값, 및 그것을 토대로 계산한 초전도막의 유전체 세라믹 기판과의 계면측의 표면 저항을 하기 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타낸 대로, 초전도막 중의 Ba함유량이 0인 비교예 2에서는 2.1GHz, 70K의 무부하 Q가 24000, 표면 저항이 0.98mΩ이었다. 이에 대해 실시예 10에서는 무부하 Q가 57000, 표면 저항이 0.38mΩ이었다.
비교예 2와 실시예 10에 대하여 초전도막의 표면 저항의 온도 의존성을 비교하였다. 그 비교 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1의 그래프에서 보여지는 바와 같이, 모든 온도 범위에 걸쳐서 Ba를 함유하는 초전도막이 Ba를 함유하지 않은 초전도막보다 표면 저항이 낮다는 것을 알 수 있다. 즉, Ba 원소를 첨가한 초전도막은 유전체 세라믹 기판과 초전도막의 계면에 있어서의 고주파 특성이 향상하였다.
또한, 표 1로부터 Ba 원소의 첨가량은 무부하 Q가 높고 표면 저항이 낮다는 점에서, 몰비로 Ba/(Ba＋Sr)＝0.02∼0.15의 범위, 0.05∼0.1의 범위가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시예에서 초전도막은 실질적으로 Bi-Sr-Ca-Cu-O 상의 단상으로 다른 상은 보이지 않는다. 또한, 초전도막에 포함되는 Ba 원소는 Bi-Sr-Ca-Cu-O 상 중에 용해되고, Bi-Sr-Ca-Cu-O 상의 Sr 원소로 치환한 것으로 생각된다.
제 2 실험예
제 1 실험예의 실시예 10의 조성을 갖는 초전도막용 페이스트를 제 1 실험예와 동일한 수법으로 조제하였다.
다음으로, 직사각형 형상의 Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 다결정 유전체로 이루어진 유전체 세라믹 기판 상에, 제 1 실험예와 동일한 수법으로 상술한 초전도막용 페이스트를 도포하고 소성함으로써, 막 두께 약 10㎛의 초전도막을 형성하였다. 이 초전도막의 임계 전류 밀도를 직류 4단자법으로 측정한 결과, 3000A/cm2(77K, OT)이었다. 한편, 비교예 2의 조성을 갖는 초전도막용 페이스트를 사용하여 앞에서와 같은 방법으로 제조한 초전도막의 임계 전류 밀도는 200A/cm2(77K, OT)이었다.
이에 따라, Ba 원소를 포함하는 초전도막이 Ba 원소를 포함하지 않는 초전도막보다 높은 임계 전류 밀도를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 임계 전류 밀도는 직류 전류에 의한 측정결과로, 초전도막 전체의 성상이 그 특성에 영향을 준다. 즉, Ba의 첨가에 의한 초전도막의 초전도 특성의 개선은 제 1 실험예에 나타낸 유전체 세라믹 기판 - 초전도막의 계면 부근만이 아니라 초전도막의 두께 방향의 넓은 범위에 걸쳐 효과가 있게 된다. 바꿔 말하면, Ba를 첨가하지 않은 조성에서 보여진 계면 반응은 초전도막의 두께 방향의 넓은 범위에 걸쳐 발생한 것이 된다. 물론, 계면 반응의 정도는 유전체 세라믹 기판과의 계면 부근에서 초전도막의 표면에 걸쳐 점차로 완만해진다고 생각된다. 이 임계 전류 밀도 특성의 개선에 의해 한류 소자나 선재라는 분야로의 응용에도 효과를 발휘할 수 있다. 원판 형상의 TM010모드의 유전체 공진기가 아니라도 유전체에 직접 초전도막이 형성되고, 초전도막 중에 있어서 유전체와의 계면 부근에 고주파 전류가 집중하여 흐르는 고주파 부품이라면 동일한 효과를 얻는 것은 말할 필요도 없다.
다음으로, 도 2는 본 실시예에서 사용한 TM010모드의 유전체 공진기이다. 도 2에 나타낸 유전체 공진기(10)는 유전체 세라믹 기판(12)을 포함하고, 유전체 세라믹 기판(12)의 이면 및 표면에는 초전도막 전극(14,16)이 형성된다. 이 유전체 세라믹 기판(12)은 폴리테트라플루오르에틸렌시트(18)를 사이에 두고 금속 케이스(20) 내에 고정된다. 그리고, 금속 케이스(20)의 한 단측 및 다른 단측에는 여진 케이블(22,24)이 각각 형성된다. 이 유전체 공진기(10)에서는 유전체 세라믹 기판(12)과 초전도막 전극(14,16)에 각각 상기 유전체 세라믹 기판과 Ba 원소를 포함하는 초전도막이 사용된다.
제 3 실험예
Bi1.85Pb0.35Sr1.90Ba0.20Ca2.05Cu3.05Oz의 조성이 되도록 조합한 초전도 분말을 사용하고, 제 1 실험예와 동일한 수법으로 초전도막용 페이스트를 조제하였다.
한편, 도 3에 나타낸 유전체 세라믹 기판(31)을 준비하였다. 유전체 세라믹 기판(31)은 Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 다결정 유전체로 이루어지고, 직경 30mm, 두께 3mm이다. 다음으로, 이 유전체 세라믹 기판(31)의 표면에, Ag분말을 유기 바인더 중에 분산시킨 중간층용 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 850℃에서 1시간 소성하여, 중간층(32)을 형성하였다. 중간층(32)의 위에는 상술한 초전도막용 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하고, 제 1 실험예와 동일한 수법으로 소성하여 초전도막 전극(33)을 형성하였다. 여기에서 중간층(32)과 초전도막 전극(33)의 두께는 10㎛이다.
도 4는 상술한 유전체 세라믹 기판(31)을 사용한 TE모드의 유전체 공진기를 나타내는 도해도이다. 도 4에 나타낸 유전체 공진기(40)에서 유전체 기판(31)은 도 3에서 나타낸 초전도막 전극(33)의 형성면을 접합면으로 하여, 지지대(41)의 한쪽 단부에 접합된다. 여기에서, 지지대(41)는 Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 다결정 유전체로 이루어지고, 직경 8.5mm, 두께 3.8mm의 원기둥 형상이다.
지지대(41)의 다른쪽 단부에는 무산소 동판(42)이 접합된다. 무산소 동판(42)의 직경은 30mm, 두께는 3mm이다. 지지대(41)를 사이에 두고 2개의 고주파프로브(probe)(43a,43b)가 대향하여 배치된다.
이 유전체 공진기(40)의 공진 주파수는 10.7GHz이고, 70K의 무부하 Q를 측정한 결과, 15500을 얻었다. 이것은 초전도막 전극의 표면 저항으로 하여 3.5mΩ에 상당한다.
다음으로, 이 제 3 실험예의 비교예를 설명한다. 이 비교예에서 특별히 설명이 없는 부분에 대해서는 제 1 실험예와 동일한 수법을 사용한다.
우선, Ba를 포함하지 않은 Bi1.85Pb0.35Sr1.90Ca2.05Cu3.05Oz의 조성을 갖는 초전도막용 페이스트를 조제하였다. 한편, Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 다결정 유전체로 이루어진 유전체 세라믹 기판의 표면에 Ag를 주성분으로 하는 중간층을 형성하였다. 이 중간층의 위에 상술한 초전도막용 페이스트를 도포하여 두께 약 10㎛의 초전도막 전극을 형성하였다. 이러한 초전도막을 갖는 유전체 기판을 사용하여 도 4의 구성을 갖는 TE모드 공진기(공진 주파수 10.7GHz)를 제작하였다. 이 TE모드 공진기에 대하여 70K의 무부하 Q를 측정한 결과 13500이었다. 이것은 초전도막 전극의 표면 저항으로 하여 7mΩ이다.
상술한 바와 같이, Ba를 포함하는 기재 상에 중간층을 형성한 경우에 있어서도 Ba를 포함하는 초전도막의 우위성을 발휘할 수 있다. 이것은 중간층이 Ag의 다결정체로 이루어지고, 입계를 많이 포함한 것에 의한다. 즉, 중간층의 입계를 통한 입계 확산에 의해 Ba를 포함하는 기재와 초전도막 전극간의 계면 반응이 일어나기 때문이다.
또한, 이 실험예에서는 중간층이 다결정체로 이루어진 경우를 설명하였는데, 중간층이 예를 들어, Bi-Si-B-O계 유리 등의 비결정질체로 이루어진 경우도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이것은 비결정질체의 전체가 결정이 흐트러진 상태이고, 다결정체의 입계와 마찬가지로 유전체 세라믹 기판 중의 Ba가 확산되기 쉽기 때문이다.
또한, 이 실험예의 TE모드 공진기에 있어서는 초전도막의 중간층과의 계면의 반대측, 즉 초전도막의 노출면측에 고주파 전류가 집중한다. 따라서, 이 면의 초전도막의 성상이 고주파 특성을 좌우한다. 그리고, 초전도막의 노출면측의 고주파 특성은 Ba를 포함하지 않는 초전도막, 즉 기재와의 계면 반응이 발생하는 초전도막에 있어서도, 그 계면측의 고주파 특성보다는 양호한 결과를 나타낸다. 그러나 계면 반응이 발생하지 않는 경우와 비교하여 계면 반응의 영향에 의해 고주파 특성의 절대치는 떨어진다. 이것은 기재와의 사이에 다결정체 또는 비결정질체의 중간층을 형성한 경우라도 마찬가지이다. 왜냐하면 상술한 바와 같이 다결정체 또는 비결정질체의 중간층은 계면 반응을 억제하는 효과가 약하기 때문이다. 따라서, 이 실시예와 같이 Ba를 포함하는 초전도막을 사용하여 초전도막의 노출면측의 고주파 특성도 양호해진다.
제 4 실험예
제 1 실험예의 실시예 10의 초전도막용 페이스트를 제 1 실험예와 동일한 수법으로 조제하였다. 한편으론 도 5a에 나타낸 동축용 원기둥(51)를 준비하였다. 동축용 원기둥(51)는 Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 다결정 유전체로 이루어진 유전체 세라믹 기재로, 직경 2.8mm이고 길이 18mm이다.
다음으로, 도 5b에 나타낸 바와 같이 이 동축용 원기둥(51)의 양 단면을 제외하는 외주에, Ag를 주성분으로 하는 중간층용 페이스트를 도포하고, 850℃에서 1시간 소성하여 중간층(52)을 형성하였다. 그 후, 이 중간층(52)의 위에 상술한 초전도막용 페이스트를 도포하고 제 1 실험예와 동일한 수법으로 초전도막 전극(53)을 형성하였다. 여기에서 중간층(52)과 초전도막 전극(53)의 두께는 모두 10㎛이다.
또한, 도 6a에 나타낸 Ba(sn,Mg,Ta)O3계 다결정 유전체로 이루어진 유전체 블록(61)을 준비하였다. 유전체 블록(61)은 양 단면이 17mm×17mm, 길이 18mm의 직방체 형상이고, 직경 2.9mm, 길이 18mm의 관통홀(61a)이 유전체 블록(61)의 한 단에서 다른 단에 걸쳐 관통하여 형성되어 있다.
다음으로, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 유전체 블록(61)의 양 단면을 제외하는 외주에 초전도막(62)을 형성하고, 그 위에 Ag로 이루어진 외장도체(63)를 형성하였다. 초전도막(62)과 외장도체(63)의 두께는 10㎛이다.
또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 도 5에 나타낸 동축용 원기둥(51)를 유전체 블록(61)의 관통홀(61a)에 삽입하여 동축형의 유전체 공진기(70)를 구성하였다.
이 유전체 공진기(70)의 공진 주파수는 1.9GHz이고, 70K의 무부하 Q를 측정한 결과 63700을 얻었다.
또한, 이 유전체 공진기(70)에는 초전도막(62) 상에 Ag로 이루어진 외장 도체(63)가 형성된다. 여기에서 초전도막(62)의 도전율이 낮은 실온에서는초전도막(62) 뿐만 아니라 외장 도체(63)에도 고주파 전류가 흐르기 때문에 외장 도체(63)가 전극으로 기능한다. 이에 따라 유전체 공진기(70)는 실온에서도 공진한다. 실온에서의 무부하 Q를 측정한 결과 2000을 얻었다.
본 발명에 따른 초전도 부품에 의하면, Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재 상에 Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고 Ba 원소를 포함하는 열전도막이 형성되어 있기 때문에, 기재의 Ba 성분이 초전도막 중에 확산되지 않고 초전도막의 초전도 특성이 양호하다.
또한, 본 발명에 따른 유전체 공진기에 의하면, 유전체 기재 상에 초전도막 전극이 형성되어 있고, 상기 유전체 기재가 Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹으로 이루어지고, 상기 초전도막 전극이 Ba 원소를 포함하는 Bi-Sr-Ca-Cu-O계 Bi2223상 초전도막이기 때문에, 유전체 기판의 Ba 성분이 초전도막 전극 중에 확산되지 않고 초전도막 전극의 초전도 특성이 양호하다.
본 발명에 따른 초전도 부품의 제조방법에 의하면, Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재 상에 Ba 원소를 포함하는 초전도막용 페이스트를 소성하고 초전도막을 형성함으로써, 소성시에 산화물 세라믹 기재로부터 초전도막 중에 Ba 성분이 확산하는 것을 억제하고 초전도막의 초전도 특성을 양호하게 할 수 있다.

Claims (10)

  1. Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재(base substance); 상기 산화물 세라믹 기재 상에 형성되며, Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고 Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도막; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 부품.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 산화물 세라믹 기재와 상기 초전도막 사이에 형성되고, 다결정체 또는 비결정질체로 이루어진 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 부품.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 초전도막에서 Ba와 (Ba＋Sr)의 몰비{Ba/(Ba＋Sr)}가 0.02∼0.15의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 초전도 부품.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산화물 세라믹 기재는 유전체 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도 부품.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 초전도막에서 상기 Ba 원소는 상기 Bi-Sr-Ca-Cu-O상에 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 부품.
  6. Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹 기재 상에 Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고, Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도 분말을 함유하는 초전도막용 페이스트를 부여하고 상기 초전도막용 페이스트를 소성함으로써, Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고, Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도막을 형성하는 것을 특징으로 하는 초전도 부품의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 산화물 세라믹 기재의 표면에 다결정체 또는 비결정질체로 이루어진 무기 분말을 함유하는 중간층용 페이스트를 부여하고, 상기 중간층용 페이스트를 소성하여 중간층을 형성한 후, 상기 중간층 상에 상기 초전도막용 페이스트를 부여하고 상기 초전도막을 형성하는 것을 특징으로 하는 초전도 부품의 제조방법.
  8. 유전체 기재 상에 초전도막 전극이 형성되어 있는 유전체 공진기로, 상기 유전체 기재는 Ba 원소를 포함하는 산화물 세라믹이고, 상기 초전도막 전극은 Bi-Sr-Ca-Cu-O상을 주상으로 하고 Ba 원소를 포함하는 Bi2223상 초전도막인 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 유전체 기재와 상기 초전도막 전극 사이에 다결정체 또는 비결정질체로 이루어진 중간층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 유전체 기재는 Ba(Sn,Mg,Ta)O3계 및 Ba(Mg,Nb)O3계로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종의 산화물 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
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