KR20070053120A - 저교류 손실 산화물 초전도 도체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 분단한 개개의 필라멘트 도체끼리의 절연성을 높일 수 있어 저교류 손실 산화물 초전도체를 얻을 수 있는 기술의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은, 기체(1) 위에 산화물 초전도층(6)이 설치되어 이루어진 저교류 손실초 전도 도체(A)에서, 상기 산화물 초전도층(6)이 상기 기체(1)의 길이 방향을 따라서 상기 기체의 폭방향으로 여러개 형성된 세선화 홈(3)에 의해 복수의 필라멘트 도체(2)로 분리되어 이루어지며, 상기 세선화 홈(3)에 고저항 산화물(8)이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

필라멘트, 도체, 초전도체, 세선화 홈, 산화물

Description

저교류 손실 산화물 초전도 도체 및 그 제조방법{Low alternating-current loss oxide superconductor and fabricating method thereof}

도 1은 본 발명에 관한 산화물 초전도 도체의 제1 실시형태를 도시한 단면도.

도 2는 동일 산화물 초전도 도체의 부분 확대 단면도.

도 3은 동일 산화물 초전도 도체의 부분 사시도.

도 4는 본 발명에 관한 산화물 초전도 도체의 제2 실시형태를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 것으로서, 기체 위에 하부 중간층과 상부 중간층과 산화물 초전도층과 안정화층을 적층한 상태를 도시한 단면도.

도 6은 도 5에 도시한 적층 구조의 산화물 초전도 도체에 대해 레이저를 조사하여 세선화 홈을 형성하고 있는 상태를 도시한 정면도.

도 7은 도 5에 도시한 적층 구조의 산화물 초전도 도체에 대해 레이저를 조사하여 세선화 홈을 형성하고 있는 상태를 도시한 측면도.

도 8은 실시예에서 얻어진 구조의 열처리 전과 열처리 후에서의 횡단 저항값의 변화를 도시한 측정도.

도 9는 종래의 산화물 초전도 도체에 대해 세선화 홈을 형성하고, 산화물 초 전도층을 분단한 상태를 도시한 사시도.

도 10은 세선화 홈을 형성하지 않은 종래의 산화물 초전도 도체에서 횡단 저항값을 측정한 결과를 도시한 도면.

도 11은 세선화 홈을 형성한 종래의 산화물 초전도 도체에서 횡단 저항값을 측정한 결과를 도시한 도면.

도 12는 종래의 산화물 초전도 도체에 대해 레이저를 조사하여 세선화 홈을 형성하고 있는 상태의 일례를 도시한 도면.

도 13은 도 12에 도시한 방법에 의해 얻어진 산화물 초전도 도체의 일례의 단면 사진을 도시한 도면.

도 14는 도 13에 도시한 구조의 산화물 초전도 도체의 등가 회로도.

도 15는 레이저 스폿 직경과 횡단 저항값의 관계를 도시한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

A,B ; 산화물 초전도 도체 1 ; 기체

2 ; 필라멘트 도체 3 ; 세선화 홈

4,10 ; 하부 중간층 5,11 ; 상부 중간층

6,12 ; 산화물 초전도층 7,13 ; 안정화층

8 ; 고저항 산화물 9 ; 중간층

14 ; 기재

본 발명은, 교류 통전시의 손실 저감을 꾀한 구조의 산화물 초전도 도체와 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 기재 위에 산화물 초전도층을 갖는 형식의 산화물 초전도 도체에 대해서, 산화물 초전도층을 여러개로 분할한 구조를 채용하여 교류 손실 저감을 꾀하는 기술의 개량에 관한 것이다.

초전도선은 직류 통전 용도와 교류 통전 용도가 있으며, 모터나 변압기 등의 교류 응용 기기에 초전도선을 이용하는 경우에는, 제2종 초전도체라고 불리우는 것을 이용하기 때문에 초전도체로의 자속의 침입을 일부 허용하게 되어 교류 손실이 필연적으로 발생한다. 이 교류 손실을 줄이기 위한 기술로서, 종래부터 실용화되어 있는 금속계 초전도선재 혹은 화합물계 산화물 초전도선에서는, 압출 공정이나 인발(引拔) 공정 혹은 압연 공정에서 다심 구조로 하여 초전도선을 세선화하고, 미세한 초전도 필라멘트를 형성함과 동시에, 다심화(多芯化)할 때 초전도 필라멘트 사이에 고저항 배리어층 등을 배치하여 초전도 필라멘트 간의 고저항화를 수행해왔다.(비특허문헌 1 참조)

(비특허문헌 1) J.Yoo, J.Ko, H,Kim, and H.Chung, "교류 응용을 위하여 고저항 시쓰를 사용하여 트위스트된 멀티 필라멘트 BSCCO2223 테이프 제조( Fabrication Twisted Multifilamentary BSCCO2223 Tapes by Using HighResistive Sheath for AC Application,) "IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 9(2): 2163-2166(June 1999).

종래부터 사용되어 온 금속계 혹은 화합물계의 초전도체 대신에, 보다 임계 온도가 높은 산화물 초전도체의 연구 개발이 진행되고 있으며, 이 개발의 일환으로서 본 발명자들은 기재 위에 산화물 초전도층을 설치하여 이루어진 산화물 초전도 도체에서, 모터나 변압기 등의 교류 응용 용도의 선재 개발을 진행시키고 있다.

종래의 금속계 산화물 초전도체는 금속 가공이 가능하고, 소성 가공에 의한 멀티필라멘트화가 가능하지만, 산화물 초전도체는 세라믹의 일종으로서, 매우 물러서 소성 가공은 바랄 수 없기 때문에 전혀 다른 수법에 의해 세선화를 수행할 필요가 있다.

종래 기재 위에 산화물 초전도층을 마련하여 이루어진 산화물 초전도 도체에 대해 세선화를 수행하는 수법의 일례로서, 도 9에 도시한 바와 같이 테이프형 기재(100)의 표면에 형성한 산화물 초전도층(101)에 대해 그 상면쪽에서 그 길이 방향을 따라 레이저 광선을 조사하고, 산화물 초전도층(101)의 길이 방향에 따른 분할홈(102)을 산화물 초전도층(101)의 폭방향으로 여러개 형성함으로써 산화물 초전도층(101)을 복수의 분할 초전도층(103)으로 분단 형성함으로써 세선화하는 방법이 알려져 있다.

예를 들면, 초전도체를 그 폭방향으로 2분할하면, 초전도체에 침입하는 자속의 이동량이 감소하는 것이 알려져 있으며, 이에 따라 교류 손실이 줄어드는 것이 알려져 있다.

예를 들면, 교류 손실 근사식으로서, 이하의 (1)식이 알려져 있다.

W(교류 손실)=(α/γ)×Bm^γ×(w/n)…(1)식

이 근사식에서, α와 γ는 핀 파라미터, Jc=αBγ―1(Irie-Yamafuji모델), α=1.644×109, γ=O.57, Bm은 자계 진폭을 나타내고, 등가 중심 도달 자계보다 충분히 큰 범위로 한다. 또 n은 초전도체의 분할수를 나타내고 있다.

즉, 이 근사식으로부터, 초전도체의 분할수에 W(교류 손실)의 값이 관계되어 있으며, 예를 들면 초전도체의 분할수를 2로 하면 교류 손실은 1/2이 되고, 초전도체의 분할 수를 4로 하면 교류 손실은 1/4이 된다고 한다.

이와 같은 배경으로부터 본 발명자들은, 도 9에 도시한 구조의 산화물 초전도층(101)을 기재(100) 위에 형성하여 실제로 2개의 분할 초전도층(103)으로 분단함과 동시에, 이 분할 구조의 산화물 초전도 도체의 저항값을 측정함으로써 분할 구조로 한 효과를 조사하는 시험을 해보았다.

도 10은, 기재 위에 분할되어 있지 않은 상태의 산화물 초전도층을 형성하고, 그 표면에 그 폭방향을 따라서 4개의 측정 단자(T1,T2,T3,T4)를 정해진 간격으로 설치하고, 직류 4단자법에서 저항 측정을 수행한 경우의 시험 결과를 나타낸다. 4개의 단자에서 바깥쪽 2개의 단자(T1,T4)는 전류 측정용 단자에 해당하고, 안쪽 2개의 단자(T2,T3)는 전압 측정용 단자에 해당한다.

도 10의 그래프의 가로축은 상술한 구조의 산화물 초전도층을 냉각했을 때의 온도를 나타내고, 세로축은 저항값을 나타내는데, 80K부터 90K 사이의 온도 영역에서 저항값이 급격하게 감소하여 초전도 상태로 천이된 것을 알 수 있음과 동시에, 80K 미만의 온도 영역에서는 저항값의 플롯이 랜덤으로 분산되어 초전도 상태로 천이한 후의 노이즈 검출 상태를 나타내고 있다.

도 11은, 산화물 초전도층(101)에 대해 단자(T2)와 단자(T3) 사이의 부분에서, 산화물 초전도층(101)의 길이 방향을 따라서 레이저에 의해 분할홈(102)을 1개 형성하고, 산화물 초전도층(101)을 2개로 분할한 시료에 대해서, 저항값의 온도 의존성을 측정한 결과를 나타낸다.

레이저에 의해 분할하려면 도 12에 도시한 바와 같이 산화물 초전도체(105)의 상면쪽에서 거의 직각으로(법선 방향으로) 레이저를 조사하고, 레이저가 산화물 초전도층을 관통하여 기재에 도달하도록 레이저 파워를 설정하고 나서 산화물 초전도체를 그 길이 방향으로 이동시키는 방법(도체 이동 방향의 화살표 참조)으로 했다.

도 11의 측정 결과에 도시한 바와 같이 1개의 분할홈(102)에 의해 2분할한 구조의 산화물 초전도층(101)의 온도를 저하시켜 가면, 80K∼90K 사이의 온도 영역에서 저항값이 그보다 높은 온도 영역보다도 1단 저하되지만, 저항값이 저하된 후에도 저하 전의 저항값과 동일한 오더의 저항값이 관측되었다. 즉, 도 10에 도시한 바와 같은 저항값의 노이즈 검출 상태가 아니라 낮은 저항값이긴 하지만, 거의 일정한 저항값이 60K∼80K의 온도 범위에서 관찰되었다.

이것은, 이하의 이유에 의한 것으로 본 발명자는 추정하고 있다.

도 12에 도시한 바와 같이 수평으로 설치한 산화물 초전도 도체(105)에 대해 연직 하향으로 레이저 광선(106)을 조사하여 산화물 초전도 도체(105)의 산화물 초전도층을 분단한 결과, 얻어진 산화물 초전도 도체(105)를 EPMA에서 단면 관찰한 결과의 확대도를 도 13에 도시한다.

도 13에 도시한 바와 같이 레이저로 산화물 초전도층을 용단한 부분에서, 기재 표면쪽으로 돌출된 용융 응고 부분을 확인할 수 있었다. 도 13은 기재의 길이 방향에 따른 종단면을 도시하고, 도 13의 백색 부분은 기재를 나타내고, 백색 부분에서 윗쪽으로 돌출된 용융 응고 부분의 좌우 양측에 산화물 초전도층이 존재하는데, 도 13에서는 산화물 초전도층은 검은 배경 부분으로 감추어져 있으며, 레이저 용단 부분을 따라 용융 응고 부분이 돌출 형성되어 있다. 이것은, 도 12에 도시한 바와 같이 산화물 초전도층에 레이저를 조사하여 산화물 초전도층을 용단하려고 한 경우, 산화물 초전도층은 두께 1㎛ 정도이지만, 기재는 1OO㎛ 정도이기 때문에, 레이저는 기재를 부분적으로 확실히 용단하기 때문에, 레이저에 의해 용융된 기재의 일부가 찌꺼기(dross)가 되어 제거되지 않고 세선화 홈 안에 잔류되고, 이 용융 응고물이 돌출 형성되는 상태가 되기 때문에, 분할되어야 할 좌우 양측의 산화물 초전도층이 이 용융 응고물로 연결된 구조가 되고, 이 부분이 전류 패스가 되어 저저항값 발생 원인이 되는 것으로 추정된다.

예를 들면, Ni합금의 하스텔로이(헤인즈사제, 상품명)의 기체 위에 Gd₂Zr₂O₇의 조성의 하부 중간층(약칭: GZO)과 CeO₂의 상부 중간층과 Y₁Ba₂Cu₃Ox의 조성의 산화물 초전도층(약칭: YBCO)을 적층하여 이루어진 구조의 산화물 초전도 도체를 이용한 경우에, 도 13에 도시한 바와 같은 용융 응고물의 돌기물이 생기면, 이 돌기물에는 Ni가 다량으로 포함되기 때문에, 단자(T2)와 단자(T3) 사이에는, 도 14에 도시한 등가 회로와 같이 YBCO-CeO₂-GZO―하스텔로이 기체-GZO-CeO₂-YBCO의 루프의 저항 직렬 회로에 Ni를 주성분으로 하는 용융 응고물의 저항이 병렬로 삽입된 형태의 회로 구성이 되고, 이 Ni를 주성분으로 하는 용융 응고물의 저항이 도 11에 도시되는 저항값을 발생시키는 원인이 되는 것으로 추정할 수 있다.

따라서 단지 산화물 초전도층을 레이저에 의해 스크라이빙하려고 해도 저교류 손실 산화물 초전도체를 제조할 수는 없다는 과제가 있었다.

또 레이저 스크라이빙 대신에 커터를 사용하여 물리적으로 세선화 홈을 형성하고, 산화물 초전도층을 분할하여 필라멘트 도체로 하는 것도 생각할 수 있지만, 커터의 절단 정밀도에는 문제가 있어 산화물 초전도층만을 절단하여 기재까지도 절단하지 않도록, 게다가 길이가 긴 산화물 초전도 도체의 전체 길이에 걸쳐 균일한 폭의 세선화 홈을 병렬 형성하여 횡단 저항값이 높은 필라멘트 도체로 분단하는 것은 용이하지 않다는 문제가 있다. 또 커터에 의한 절단은 물리적인 부하를 동반하는 작업이기 때문에, 기재나 산화물 초전도층에 물리적인 손상을 줄 우려가 있어 초전도 특성의 악화로 이어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 기재 위에 산화물 초전도층을 마련한 구조의 산화물 초전도 도체에 대해 레이저에 의해 산화물 초전도층을 복수의 필라멘트 도체로 분단한 구조를 채용한 경우라 해도, 분단한 개개의 필라멘트 도체끼리의 절연성을 높일 수 있어, 저교류 손실 산화물 초전도체를 얻을 수 있는 구조와 그 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 기재 위에 산화물 초전도층이 설치되어 이루어진 산화물 초전도 도체에서, 상기 산화물 초전도층이, 상기 기재의 길이 방향을 따라 상기 기재의 폭방향으로 여러개 형성된 세선화 홈에 의해 복수의 필라멘트 도체로 분리되어 이루어지고, 상기 세선화 홈에 고저항 산화물이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

산화물 초전도층이 복수의 필라멘트 도체로 분할되어 있기 때문에 인가 자계 방향의 투영폭이 감소되어 교류 통전시의 손실이 감소된다. 이것은, 초전도층의 내부에 자속이 침입하여 교류 통전시에 자속이 움직이려고 한 경우에, 산화물 초전도층 내에서의 자속의 이동 거리가 산화물 초전도층을 분할하지 않는 구조보다도 작아지는 것에 기인한다.

본 발명은, 상기 세선화 홈에 형성된 고저항 산화물에 의해 상기 세선화 홈을 사이에 두고 인접하는 필라멘트 도체끼리 전기적으로 분리되는, 또는 필라멘트간 저항이 증대됨으로써 저교류 손실화되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 세선화 홈에 의해 산화물 초전도층이 복수의 필라멘트 도체에 분할되기 때문에, 교류 손실 저감을 꾀할 수 있음과 동시에, 세선화 홈에 고저항 산화물이 존재하기 때문에, 세선화 홈을 사이에 두고 분할된 필라멘트 도체끼리 가령 고저항 산화물을 사이에 두고 연결된 구조가 되어도 인접한 필라멘트 도체간의 저항값이 상승하고, 초전도 상태의 필라멘트 도체끼리의 교류 통전시의 전기적인 결합성을 억제할 수 있어 산화물 초전도 도체 전체적으로 저교류 손실화할 수 있다.

본 발명은, 상기 기재가 금속성 기체 위에 형성된 결정 배향 제어 또는 확산 방지용 중간층을 구비하여 이루어진 것이다.

본 발명은, 상기 세선화 홈이 상기 기체, 또는 상기 중간층에 도달하는 깊이로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

세선화 홈이 산화물 초전도층을 관통하여 기체쪽까지 도달함으로써 산화물 초전도층이 확실히 필라멘트 도체로 분할되고, 필라멘트 도체로 된 부분끼리 단락될 가능성이 없어진 결과, 산화물 초전도층의 복수의 분할화가 확실히 이루어짐과 동시에, 교류 손실 저감을 확실히 실현할 수 있다.

본 발명은, 상기 세선화 홈이 상기 기재 위의 산화물 초전도층에 레이저를 조사하여 상기 산화물 초전도층을 용단하는 레이저 스크라이빙에 의해 형성된 홈인 것을 특징으로 한다.

산화물 초전도층을 레이저 스크라이빙에 의해 용단하여 분단함으로써 산화물 초전도층을 자유로운 폭으로 분할할 수 있기 때문에, 산화물 초전도층의 복수의 분할화를 확실히 이룰 수 있고 가는 직경의 필라멘트 도체로 할 수 있어 교류 손실 저감에 기여한다.

본 발명은, 상기 고저항 산화물이 상기 레이저 스크라이빙에 의한 용단시에 상기 세선화 홈의 내부에 부착한 용융 고화물의 산화물인 것을 특징으로 한다.

레이저 스크라이빙에 의하면, 산화물 초전도층이 임의의 위치에서 확실히 용단되기 때문에, 필라멘트 도체의 생성이 확실하고도 용이하게 이루어짐과 동시에, 레이저 스크라이빙시에 필연적으로 생성되는 용융 응고부가 산화물이 되어 이루어 짐으로써 용융 응고물의 고저항화가 확실히 이루어져 교류 손실 저감이 확실히 실현된다.

본 발명은, 상기 고저항 산화물이 NiO를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 기재 위에 형성된 산화물 초전도층과 그 산화물 초전도층 위에 형성된 도전성 금속 재료로 이루어진 안정화층을 구비하여 산화물 초전도 도체가 형성되고, 상기 세선화 홈이 상기 안정화층에서 상기 기재까지 도달하도록 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 내열 Ni합금제의 기체와, 그 기체 위에 형성된 Gd₂Zr₂O₇의 하부 중간층과, CeO₂의 상부 중간층으로 이루어진 기재와, 상기 상부 중간층 위에 형성된 희토류 산화물계의 초전도층과, 그 초전도층 위에 형성된 도전성 금속 재료제의 안정화층을 구비하여 산화물 초전도 도체가 형성되고, 상기 세선화 홈이 상기 안정화층에서 상기 기재까지 도달하도록 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

이들 구체적인 구조의 산화물 초전도 도체에 대해서 교류 통전시의 손실을 줄일 수 있는 구조를 제공할 수 있다. 또 이들 하부 중간층과 상부 중간층과 그 위에 형성된 산화물 초전도층을 구비하는 구조를 갖는 우수한 초전도 특성을 발휘할 수 있다.

본 발명은, 기재 위에 산화물 초전도층 또는 기재 위에 산화물 초전도층 및 안정화층이 설치되어 이루어진 산화물 초전도 도체에 대해, 상기 산화물 초전도체 표면에 대해 경사 방향에서 레이저를 상기 기재의 길이 방향을 따라 조사하여 상기 산화물 초전도층을 그 폭방향으로 여러 개로 분단하는 세선화 홈을 상기 기재에 도달하도록 형성하고, 상기 세선화 홈의 안쪽에 부착한 용융 응고물을 가열하고 산화하여 고저항화하는 것을 특징으로 한다.

산화물 초전도층의 경사 방향에서 레이저를 조사함으로써 산화물 초전도층과 기재의 용융물을 세선화 홈에서 외부로 용이하게 배출할 수 있다. 예를 들면, 레이저를 경사 방향에서 산화물 초전도층에 향해 조사하면, 레이저의 운동 에너지가 산화물 초전도층에 대한 레이저의 입사 방향과 반대쪽으로 반사되어 향하게 되어, 레이저의 운동 에너지가 산화물 초전도층을 향해 충돌하고, 거기에서 반사되어 나가는 방향으로 용융물을 이동시키거나 날려보낼 수 있기 때문에, 세선화 홈 안으로의 용융 응고물의 잔류분을 삭감할 수 있다.

본 발명은, 상기 산화물 초전도층에 대해 상기 레이저를 조사함과 동시에, 상기 레이저 조사 부분에 대해 퍼지 가스를 내뿜고, 레이저에 의한 용융물을 상기 퍼지 가스에 의해 부분적으로 날려보내면서 상기 세선화 홈을 형성하고, 상기 산화물 초전도층을 분단하는 것을 특징으로 한다.

산화물 초전도층의 경사 방향에서 레이저를 조사함과 동시에, 퍼지 가스를 레이저 조사 부분으로 내뿜음으로써 산화물 초전도층과 기재의 용융물을 세선화 홈에서 외부로 날려보내어 배출하는 것을 확실히 수행할 수 있다. 이로써 세선화 홈 안으로의 용융 응고물의 잔류분을 대폭 삭감할 수 있다. 예를 들면, 레이저를 조사하여 그 운동 에너지의 반력(反力)을 이용하여 용융물을 세선화 홈에서 외부로 날려보내는 작용력이 약한 경우, 퍼지 가스를 내뿜어 용융물을 날려보내는 작용을 추 가함으로써 효과적으로 용융물을 세선화 홈에서 제거할 수 있다.

본 발명은, 상기 산화물 초전도 도체로서, 기재와 그 기재 위에 형성된 결정 배향 제어용 중간층과 그 중간층 위에 형성된 산화물 초전도층과 그 산화물 초전도층 위에 형성된 도전성 금속 재료로 이루어진 안정화층을 구비한 것을 사용하여, 상기 세선화 홈을 상기 안정화층에서 상기 기재의 상부로 도달하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 상기 산화물 초전도체 표면에 대해 경사 방향에서 레이저를 조사할 때, 조사 각도를 초전도체 표면의 법선에 대해 0°∼45°의 범위로 하는 것을 특징으로 한다.

이 각도에서 레이저를 조사함으로써 세선화 홈에서 확실히 용융물을 제거할 수 있다.

본 발명은, 상기 용융 응고물을 산소 함유 분위기 중에서 산화하는 경우, 400℃∼800℃의 범위에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.

이 온도 범위에서 열처리함으로써 용융 응고물을 확실히 산화할 수 있고, 고저항화할 수 있음과 동시에, 산화물 초전도층을 손상시킬 수 없는 범위에서의 가열 산화가 가능하다. 즉, 필라멘트 도체를 구성하는 산화물 초전도층은 고온으로 가열하면 그 결정 구조가 손상을 받아 초전도 특성의 악화로 연결되기 때문에, 산화물 초전도층의 결정 구조를 저해하지 않는 정도로 가열하여 용융 응고물을 산화할 수 있는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 대해서 실시형태에 기초하여 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 관한 제1 실시형태의 산화물 초전도 도체의 단면도, 도 2는 동일 산화물 초전도 도체의 부분 확대 단면도, 도 3은 동일 산화물 초전도 도체의 부분 사시도이다.

본 실시형태의 산화물 초전도 도체(A)는, 내열 금속제 테이프형의 길이가 긴 기체(1) 위에, 이 기체(1)의 길이와 같은 정도로서, 기체(1)의 폭보다도 작은 폭으로 기체(1)보다도 얇은 필라멘트 도체(2)가 기체(1)의 폭방향을 따라서 여러 개, 소정의 간격으로 병설되고, 각 필라멘트 도체(2) 사이에는 기체(1)의 거의 전체 길이에 걸쳐 각 필라멘트 도체(2)를 분할하는 세선화 홈(3)이 형성되어 있다.

본 실시형태에서 상기 필라멘트 도체(2)는, 기체(1) 위에 형성된 배향 제어용 하부 중간층(4)과, 그 위에 적층된 상부 중간층(5)과, 그 위에 적층된 산화물 초전도층(6)과, 그 위에 적층된 Ag 등의 양(良)도전성 금속 재료로 이루어진 안정화층(7)으로 구성된 4층 구조로 되어 있다. 더우기, 이 실시형태의 구조에서, 기체(1) 위에 배향 제어용 하부 중간층(4)과, 그 위에 적층된 상부 중간층(5)을 구비한 적층 구조를 기재(14)로 칭하기로 한다.

상기 기체(1)는, 내열 합금제의 금속 재료로부터, 예를 들면 Ni합금의 하스텔로이(헤인즈사제, 상품명)로부터, 혹은 Ni-W합금 등으로 이루어지고, 두께 50㎛∼1mm 정도(예를 들면 10O㎛)로 형성되어 있다. 상기 하스텔로이는 Ni기의 내열·내식성 합금으로서 알려져 있는 것으로서, 첨가하는 Mo,Cr,Fe,Co 등의 성분의 차이로부터 하스텔로이B,C,X,G 등의 종류가 있는데, 어떠한 하스텔로이라도 내열성과 내식성이 우수하기 때문에 본 발명의 기체로서 사용할 수 있다. 상기 기체(1)는 초전도 도체(A)를 권선 보빈 등에 감아 초전도 코일이나 초전도 자석을 제조하는 경우를 위해서 그 자신이 가요성을 갖는 재료로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 배향 제어용 하부 중간층(4)은, 기체(1)가 금속 재료인 데 반해 그 위에 세라믹계 재료의 산화물 초전도층(6)을 배치하는 구조가 되기 때문에, 금속 재료와 세라믹계 재료의 열팽창 계수의 완화, 결정의 격자상수의 차이를 완화하고, 또한 산화물 초전도층(6)의 결정 배향성을 제어하는 등의 목적으로, 기체(1) 위에 형성된다. 이 하부 중간층(4)은 이온빔 어시스트법 등의 주지의 성막법을 사용하여 금속 재료제의 기체(1) 위에 양호한 결정 배향성으로 형성하는 것이 바람직하다. 하부 중간층(4)은 산화물 초전도층(6)의 결정 구조에 가까운 결정 구조를 가지고 그 위에 산화물 초전도층(6)을 성막하는 경우의 하지층으로서 기능시키기 위해 설치하는 층이 된다.

이 하부 중간층(4)으로서 Gd₂Zr₂O₇의 조성이며, 두께 수분(數分)의 1㎛ 정도의 것을 적용할 수 있지만, 여기에 한정되지 않으며 다른 세라믹계 재료를 사용해도 좋다.

상기 상부 중간층(5)은, 그 위에 바로 형성되는 산화물 초전도층(6)의 하지층이 되고, 막상으로 형성하는 산화물 초전도층(6)의 결정 배향성에 큰 영향을 주기 때문에, 앞의 하부 중간층(4)보다도 더욱 결정 배향성이 양호한 것으로 하는 것이 바람직하다. 이 상부 중간층(5)으로서 CeO₂의 조성의 두께 수분의 1㎛의 것을 예 시할 수 있는데, 여기에 한정되지는 않는다. 앞의 하스텔로이 기체 위에 Gd₂Zr₂O₇의 조성의 하부 중간층(4)을 적층하고, 그 위에 CeO₂의 조성의 상부 중간층(5)을 적층하여 기재(14)로 하는 구조는, 배향성이 매우 높은 산화물 초전도층(6)의 하지층을 얻을 수 있는 기술로서 알려져 있어, 이온빔 어시스트법을 사용하여 하부 중간층(4)의 결정 배향성으로서 결정축의 배향도 10∼20°정도의 배향성을 얻으면, 그 위에 펄스 레이저 증착법을 사용하여 상부 중간층(5)의 결정 배향성으로서 결정축의 배향도 10°이하, 예를 들면 5°전후의 우수한 결정 배향성의 것을 고속 성막할 수 있으며, 그에 따라 그 위에 형성되는 산화물 초전도층(6)도 고배향으로 임계 전류 밀도가 높은 것이 얻어지기 때문에 바람직하다.

본 실시형태에서 하부 중간층(4)와 상부 중간층(5)의 조합 구조의 기재(14)를 사용한 것은, 상술한 바와 같이 Gd₂Zr₂O₇의 조성의 하부 중간층(4) 위에 CeO₂의 조성의 상부 중간층(5)을 성막함으로써 CeO₂의 조성의 상부 중간층(5)의 결정 배향성을 특히 단결정마다 양호하게 할 수 있는 것이기 때문이다. 그러나 바람직한 중간층의 조합은 이 예의 조합에 한정되지는 않으며, MgO층과 YSZ(이트륨 안정화 지르코니아)와 CeO₂의 적층 구조, Y₂O₃와 YSZ와 CeO₂의 적층 구조 등도 결정 배향 제어용 적층 구조로서 알려져 있기 때문에 이들 중 어느 하나를 사용해도 좋다. 물론 기타 일반적으로 알려져 있는 산화물 초전도층으로서의 배향 제어용 하지층을 단층 구조 혹은 복층 구조에서 사용한 기재로 해도 좋은 것은 물론이다.

상기 상부 중간층(5) 위에는 두께 수㎛의 산화물 초전도층(6)이 적층되어 있다. 이 산화물 초전도층(6)은 성막시에 상기한 상부 중간층(5)의 결정 배향성을 갖춘 형태로 에피택셜 성장되어 성막된 것으로서, 자신의 결정 배향성이 양호하고, 우수한 초전도 특성을 얻을 수 있도록 형성되어 있다. 이 산화물 초전도층(6)은 통상 알려져 있는 조성의 산화물 초전도체로 이루어진 것을 널리 적용할 수 있다. 예를 들면, 희토류 산화물계의 초전도체로서 REBa₂Cu₃O₇-X계의 것(RE는 Y를 포함하는 희토류 원소의 1종 이상으로 이루어진다)이 알려져 있기 때문에 이 계의 것을 사용할 수 있지만, 물론 Bi계 혹은 TI계 등의 다른 산화물계 초전도체로 이루어진 것을 사용해도 좋다. 더우기, 산화물 초전도체를 교류 용도로서 이용하는 경우의 통전 전류나 임계 전류 밀도 등을 고려하면, 현재의 기술에서는 YBa₂Cu₃O₇-X계의 것을 적용하는 것이 바람직하다.

상기 안정화층(7)은, 산화물 초전도층(6)으로 통전시에 상전도(常傳導)의 싹이 생기거나, 침입한 자속이 이동하여 발열하려고 한 경우 등에 통전 패스가 되어, 상전도 전이를 방지할 목적으로 형성하기 때문에 전기 저항이 낮은 양도전성의 금속 재료층을 초전도 층(6)에 접촉시키는 형태로 적층하는 것이 바람직하다. 이 관점에서, 안정화층(7)의 구성 재료로는 Ag 또는 Ag합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또 그 두께는 수십㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

상기 기체(1) 위의 필라멘트 도체(2)는 인접한 것이 서로 이간되어 세선화 홈(3)을 사이에 두고 형성되어 있는데, 이 세선화 홈(3)은, 안정화층(7)과 산화물 초전도층(6)과 상부 중간층(5)과 하부 중간층(4)을 관통하여 기체(1)의 상부쪽까지 도달하여 기체(1)의 표면에 도 2에 도시한 오목부(1a)를 형성하는 깊이로 형성되어 있다. 또 세선화 홈(3)의 내부쪽에는 용융 응고물로 이루어진 부정형(不定形)의 고저항 산화물(8)이 세선화 홈(3) 저부와 안쪽면을 덮도록 형성되어 있다. 이 고저항 산화물(8)은, 후술하는 레이저 조사에 의해 안정화층(7)과 산화물 초전도층(6)과 상부 중간층(5)와 하부 중간층(4)와 기체(1)의 상부를 용단한 경우에 생성시킨 용융물을 응고시킨 다음에 산화시킴으로써 형성된 것이다.

이 고저항 산화물(8)은, 기체를 하스텔로이 혹은 Ni-W합금으로 형성한 경우에 다량의 Ni를 함유하기 때문에 Ni를 주체로 하는 합금의 용융 응고 산화물로 되어 있다. 또 안정화층(7)과 산화물 초전도층(6)과 상부 중간층(5)과 하부 중간층(4)의 각 층을 구성하는 원소를 일부 함유하고 있다. 여기에서 기체(1)는 1OO㎛ 정도 이상의 두께가 있으며, 그 위에 형성되는 상부 중간층(5)과 하부 중간층(4)은 두께 수분의 1㎛ 정도, 산화물 초전도층(6)은 두께 수㎛ 정도, 안정화층(7)은 수㎛ 정도이기 때문에 레이저에 의해 용단한 경우에 레이저에 의해 용융되는 기체(1)의 구성 재료가 주체가 된다.

여기에서 세선화 홈(3)은 산화물 초전도층(6)을 완전히 분단하고 있으면 되고, 그 아래쪽의 기체(1)까지 도달할 필연성은 없지만, 후술하는 바와 같이 레이저에 의한 용단에 의해 산화물 초전도 도체를 제조하는 경우에 레이저의 출력을 미조정해도 산화물 초전도층(6)의 저면까지 정확하게 용단하기는 어렵고, 만일 용단 부족을 일으켜 세선화 홈(3)의 저부측에 산화물 초전도층(6)을 일부 남기게 되면 인 접하는 산화물 초전도층(6)끼리 전기적으로 용이하게 접합되기 때문에, 레이저 용단시에 기체(1)쪽까지 도달하도록 세선화 홈(3)을 형성하는 것이 바람직하므로, 세선화 홈(3)은 기체(1)쪽까지 도달하는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 산화물 초전도 도체(A)는, 기체(1)의 폭보다도 좁은 폭의 필라멘트 도체(2)가 기체(1)의 길이 방향으로 여러 개 이간되어 형성되어 이루어지고, 인접한 필라멘트 도체(2)간의 세선화 홈(3)에는 고저항 산화물(8)이 설치되어 있기 때문에 세선화 홈(3)을 사이에 두고 좌우로 인접한 필라멘트 도체(2) 간의 절연성이 높아 고저항화되어 있기 때문에 모터나 변압기 등의 교류 응용 기기에 본 실시형태의 산화물 초전도 도체(A)를 적용한 경우, 필라멘트 도체(2)의 세선화에 의해 교류 사용시에 발생하는 교류 손실을 억제할 수 있다. 또 본 실시형태의 산화물 초전도 도체(A)는, 복수의 세선화 홈(3)에 의해 복수의 필라멘트 도체(2)에 분할되어 있기 때문에 상기의 (1)식, W(교류 손실)=(α/γ)×Bm^γ×(w/n)에 따른 분할수(n)로 분할한 경우의 본래의 효과가 충분히 발휘되고, 이로써도 교류 손실이 줄어든다.

도 4는 본 발명의 제2 실시형태의 산화물 초전도 도체(B)를 나타내는 것으로서, 이 예와 같이 기체(1) 위의 중간층(9)을 1층 구조로 한 기재(14)를 제작하고, 그 위에 직접 산화물 초전도층(6)을 적층하고, 안정화층(7)을 더 적층한 구조를 채용해도 좋다.

전술한 바와 같이 중간층(9)을 1층 구조로 한 경우에 중간층(9)을 구성하는 것은, 상기에 설명한 Gd₂Zr₂O₇층, CeO₂층, MgO층, YSZ층 등 어느 것을 사용해도 좋지만, 어느 층이든 결정 배향성을 양호하게 제어한 것이 바람직하다.

다음으로 본 실시형태의 산화물 초전도 도체(A)를 제조하는 방법의 일례에 대해서 설명한다.

상기 구조의 산화물 초전도 도체(A)를 제조하려면, 우선 도 5에 도시한 바와 같이 길이가 긴 기체(1) 위에 하부 중간층(10), 상부 중간층(11), 산화물 초전도층(12), 안정화층(13)을 순차적으로 성막하여 적층체를 구성한다.

하부 중간층(10)을 제조하려면 이온빔 어시스트 스퍼터링법 등의 배향 제어 성막 기술을 사용하여 성막한다. 또 이어서 펄스 레이저 증착법 등의 성막법을 사용하여 상부 중간층(11), 산화물 초전도층(12)을 형성하고, 그 위에 도금법 등의 방법에 의해 안정화층(13)을 형성한다. 기체(1) 위에 모든 막을 성막했다면 막의 최상층에 위치하는 안정화층(13)의 경사 윗쪽에서 레이저 광선을 조사하여 세선화 홈을 형성한다.

도 6에 기체(1)에 대해 레이저 광선을 조사하기 시작했을 때의 정면 상태를 나타내고, 도 7에 기체(1)와 레이저 광선의 조사 방향의 상대 관계를 나타낸다.

레이저 광선은 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이 기체(1)에 대해 윗쪽부터이며, 기체(1)를 도 7에 도시한 바와 같이 측면에서 본 경우에, 그 경사 윗쪽에서 기체(1)의 법선(H)에 대해 입사 각도Ø로 입사되고, 또한 기체(1)는 수평면에 대해 각도θ 상향으로 한 상태에서 이동시키는 것으로 한다.

도 7에서는 레이저 광선을 조사하는 방향(R)을 연직 하향으로 하여 기체(1)를 각도θ만큼 약간 위쪽으로 주행시킨 상태를 나타내고 있다. 또 조사 방향(R)을 따라 아래쪽으로 질소 가스 등의 퍼지 가스를 레이저의 조사 지점 근방에 내뿜는다. 이 퍼지 가스의 내뿜는 속도는, 예를 들면 20L/MIN 정도로 할 수 있다. 퍼지 가스로서는 Ar가스, N₂가스 등의 불활성 가스를 사용하는 것이 바람직하다.

도 7과 같이 레이저 조사함과 동시에 퍼지 가스를 내뿜음으로써 기체(1)의 길이 방향을 따라서 세선화 홈을 형성하여 안정화층(13), 산화물 초전도층(12), 상부 중간층(11), 하부 중간층(10)을 관통하여 기체(1)의 상부에 도달하는 레이저 강도와 기체(1)의 이동 속도로 가공하고 세선화 홈을 기체(1)의 길이 방향 전체 길이에 형성함으로써 산화물 초전도층(12)을 복수의 필라멘트 도체로 분단할 수 있다.

여기에서 레이저 강도와 산화물 초전도 도체의 이동 강도를 조정하고, 세선화 홈이 기체(1)의 상부까지 확실히 도달하는 가공을 함으로써 산화물 초전도층(12)을 확실히 세선화 홈을 사이에 두고 분단할 수 있다. 여기에서 산화물 초전도층(12) 저부까지 확실히 분단하면 되기 때문에 기체(1)까지 레이저 광선이 도달할 필연성은 없지만, 산화물 초전도층(12) 저부를 조금이라도 남기면, 그 부분이 연결되어 산화물 초전도층(12)을 복수의 필라멘트 도체(2)로 분할한 효과가 줄어들기 때문에, 레이저 광선을 기체(1)의 상부쪽까지 도달시킴으로써 보다 확실히 산화물 초전도층(12)을 분단할 수 있다. 또 레이저 광선에 의해 세분화 홈을 형성해 가는 과정에서, 산화물 초전도 도체를 기울어지게 하여 용융물을 세분화 홈을 따라 아래쪽으로 흘려보내 배제하는 작용과, 레이저 광선의 운동 에너지에 의한 이동 강제 작용과 내뿜는 퍼지 가스의 날려보내는 작용에 의해 용융물(찌꺼기)을 가능한 한 배제할 수 있지만, 세선화 홈에 약간의 용융물(찌꺼기)이 잔류한다.

이 용융 잔류물은 용융 응고물이 되어 그대로 남겨 놓으면 Ni를 다량으로 포함하는 도전물이기 때문에, 세선화 홈 안의 용융 응고물을 사이에 두고 인접하는 필라멘트 도체끼리 연결되어 도통시킬 우려가 있다. 이 때문에 본 발명에서는, 레이저에 의한 세선화 홈의 형성 후에 산화 분위기 중에서 열처리를 하여 이 용융 응고물을 산화물로 한다.

산화 분위기란, 대기중 혹은 산소 가스 분위기 중을 의미하며, 그 분위기 중에서 400∼800℃의 범위에서 필요한 시간 가열하는 열처리로 한다. 이 산화 처리에 의해 Ni를 주체로 하는 용융 응고물은 NiO를 주체로 하는 산화물로 산화되기 때문에 고저항화 된다. 구체적으로 예를 들면, 산화 처리하지 않는 경우에 비해 2자리수 이상, 예를 들면 100배 이상 고저항화할 수 있다. 이로써 세선화 홈 안에 용융 응고물이 잔류한 경우라 해도 필라멘트 도체는 초전도 전류의 통전시에 전기적으로 분할되어 있는 구조와 유사한 것이 되어 교류 손실을 줄일 수 있다. 또 용융 응고물을 고저항화함으로써 산화물 초전도층(12)을 복수의 필라멘트 도체(2)로 분할하는 분할 효과를 충분하게 발휘할 수 있어 교류 통전시의 손실을 줄일 수 있다. 여기에서 가열 온도의 하한을 400℃로 한 것은, 순Ni는 실온에서도 산화되지만, 용융 응고물에는 다른 원소도 포함되어 있으며, 또한 실온을 포함하는 저온 영역에서의 열산화로는 산화 속도가 불충분해져 산화시키기 위해 장시간을 요구하거나, 혹은 산화 불균일 등을 일으킬 우려가 있으며, 400℃보다도 낮은 온도로 하면 장시간 가열해도 산화가 불충분해질 우려가 있기 때문이며, 상한을 800℃로 한 것은, 이것보다도 높은 온도에서 장시간 가열하면 산화물 초전도층을 구성하는 원소(YBaCuO 등의 원소)와 중간층이 계면에서 반응할 우려가 있기 때문이다.

그런데, 상기 실시형태에서는, 산화물 초전도 도체를 이동 방향의 전방 경사 윗쪽으로 이동시키면서 레이저 광선을 조사하는 방법을 채용했지만, 이것은 용융물을 중력에 의해 후방쪽으로 이동시키기 때문에 바람직한 형태이다. 단, 이 예와 같이 산화물 초전도 도체를 이동시키는 필연성이 있을 리는 없고, 기체를 수평으로 하여 레이저 광선과 퍼지 가스의 송풍 방향을 경사 방향으로 하더라도 세선화 홈에서 용융물을 제거할 수 있다. 또 레이저 광선을 조사하는 방향은 산화물 초전도 도체의 측면에서 보아 기체 법선(H)에 대해 O∼45°의 범위인 것이 바람직하지만, 이 범위에 한정되지는 않는다. 그러나 레이저는 통상 렌즈계에서 초점을 압축하여 사용하는 것으로서, 기울어지게 한 레이저빔의 스폿 직경은 타원화되기 때문에, 에너지 밀도의 저하, 초점 거리의 위치 엇갈림이라는 단점을 고려하면 45°를 초과하면 효과가 줄어들게 된다.

또한 도 6에 도시한 바와 같이 기체(1)를 정면에서 본 경우에 레이저빔이 수직 하향으로 되어 있는 것이 바람직한데, 세선화 홈을 형성할 수 있는 범위라면 정면에서 볼 때 레이저빔이 기울어져 있어도 좋다. 이 정면에서 본 경우의 레이저빔의 조사 각도 범위로 해도, 상기 측면에서 본 경우의 레이저 조사의 각도 0∼45°를 참고로 하여 설정하는 것이 바람직하다.

또한 레이저에 의한 가공은 도 6에 도시한 바와 같이 복수의 레이저빔을 일시에 조사할 수 있는 구조의 것을 채용하면, 산화물 초전도 도체의 길이 방향으로 한 번 이동시킴으로써 복수의 필라멘트 도체로 분할할 수 있으며, 길이가 긴 산화물 초전도 도체의 경우에서도 한 번의 주사로 분할 조작을 실시할 수 있다.

다음으로, 상기 실시형태에서, 기체(1)쪽까지 레이저가 충분히 도달하는 에너지 밀도 범위에서는, 레이저 스폿 직경의 증대에 의해 찌꺼기의 저감 효과를 발휘할 수 있다. 그러나, 레이저 스폿 직경을 증대시켜 레이저 조사폭을 넓히는 것은, 산화물 초전도층을 용단하는 폭의 증대, 레이저빔 바로 옆의 산화물 초전도층의 특성 악화 영역의 증대 등을 일으키기 때문에 레이저 스폿 직경의 증대에는 한계가 있다고 생각된다. 또 레이저 스폿 직경을 지나치게 줄이면, 상술한 바와 같이 산화물 초전도 도체를 경사 윗쪽으로 이동시켜 레이저빔과 퍼지 가스를 내뿜음으로써 찌꺼기를 날려보내는 작용을 일으키게 했다 해도 세선화 홈의 사이즈가 줄어듬에 따른 모세관 현상에 의해 찌꺼기를 세선화 홈이 빨아올려 모아들임으로써 결과적으로 찌꺼기를 줄일 수 없을 가능성이 있다.

이와 같은 배경으로부터, 레이저 스폿 직경은 20㎛ 이상 혹은 30㎛ 이상의 폭이 바람직하다고 생각된다. 레이저 스폿 직경의 상한은 적용하는 산화물 초전도 도체가 폭이 넓을 경우에는 특별히 제한이 없지만, 폭 수㎝ 정도의 도체인 경우에는 분할수 등도 고려하여 1OO㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.

<실시예>

이하에 구체적인 실시예에 대해서 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예로 제한되는 것은 아니다.

폭 10mm, 길이 15mm, 두께 약 100㎛의 하스텔로이(헤인즈사제, 상품명)로 이루어진 테이프형 기체를 여러 개 준비하고, 이들 기체 위에 주지의 이온빔 어시스트 스퍼터링법에 기초하여 두께 O.7㎛의 Gd₂Zr₂O₇층을 성막하고, 또 펄스 레이저 증착법에 의해 두께 0.3㎛의 CeO₂층을 적층하여 기재를 제작했다. 이 CeO₂층의 배향성을 조사했을 때 배향성의 지표가 되는 △Ø값으로 5°이하로 되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 극히 고배향성의 CeO₂층을 형성할 수 있는 것으로 판명했다.

계속해서 각 기재의 CeO₂층 위에 펄스 레이저 증착법에 의해 두께 2.4㎛의 YBa₂Cu₃O₇-X의 조성의 산화물 초전도층을 적층하고, 또 도금법에 의해 그 위에 두께 20㎛의 Ag의 안정화층을 형성하여 산화물 초전도 도체를 얻었다.

이들 산화물 초전도 도체에 대해 도 7에 도시한 바와 같이 산화물 초전도 도체를 이동 방향 전방을 향해 25°혹은 35°상향이 되도록 기체를 기울인 채로, 연직 하향으로 레이저 광선을 조사하고 아르곤 가스의 퍼지 가스를 20L/min의 내뿜는 속도로 레이저 조사 부분에 레이저 조사 각도와 동일한 각도로 내뿜고, 산화물 초전도 도체를 6mm/초의 속도로 이동시키면서 기체에 도달하는 폭 약 20㎛의 세선화 홈을 1개 형성하고, 산화물 초전도층을 2개의 필라멘트 도체로 분할했다. 레이저 장치의 레이저 주파수는 1OkHz, 레이저 에너지는 4W, 레이저 스폿 직경은 30㎛로 설정했다.

레이저에 의한 분할 후, 각 산화물 초전도 도체를 산소 분위기 중에서 700℃에 10시간 가열하는 어닐링 처리를 하고, 세선화 홈 안에 잔류한다고 생각되는 용융 응고물의 산화 처리를 수행했다.

상기 산화 처리 전의 각 시료와 상기 산화 처리 후의 각 시료에 대해 도 11에 기반하여 앞서 설명한 위치에 단자(T1,T2,T3,T4)를 설치하여 산화 처리 전후의 횡단 저항값을 측정했다. 그 결과를 도 8에 도시한다. 도 8에서, 25°로 기재한 시료와 35°로 기재한 시료가 이들에 상당한다.

또 비교를 위해서, 상기 산화물 초전도 도체를 수평으로 유지하면서 연직 하향으로 레이저를 상술한 조건과 같은 조건으로 조사하여 세선화 홈을 형성한 시료도 준비하고, 이 시료에 관해서도 마찬가지로 산화 처리 전과 산화 처리 후의 횡단 저항값을 측정했다. 도 8에서, 0°의 □모양의 결과와 0°의 ○모양의 결과가 비교예에 상당한다.

또 도 8에 도시한 시험 결과의 수치를 이하의 표에 열거한다.

입사 각도(°)	저항값(Ω)(열처리 전)	저항값(Ω)(열처리 후)
0	0.01>	0.01>
0	0.01>	0.01>
25	0.01>	25
25	0.01>	66
35	0.01>	112
35	0.01>	210

도 8에 도시한 시험 결과로부터 알 수 있듯이 25°로 기재한 시료와 35°로 기재한 시료는 모두 열처리 후에 횡단 저항값이 100배∼ 1000배 가깝게 상승하고 있다. 이에 반해 0°의 시료는 열처리 전후에 횡단 저항값이 거의 변화하지 않는다.

이 시험 결과로부터, 본 발명의 방법을 실시하여 얻어진 본 발명의 구조를 채용한 산화물 초전도 도체는 필라멘트 도체끼리 고저항 산화물에 의해 분리할 수 있는 것으로 판명했다.

또 본 발명에서 얻어진 고저항 산화물은, 이 실시예에서는 표 1에 도시한 25∼210Ω의 것으로서, 도 8에 도시한 예에서는 10Ω 이하에서 6.2Ω의 것이 얻어졌기 때문에 5∼210Ω 혹은 그 이상의 고저항의 것을 의미하는 것으로 한다.

「비교예」

상기의 레이저에 의한 세선화 홈의 형성 이외에 습식 식각 처리를 하여 용융 응고물을 생성하지 않도록 하여 세선화 홈을 형성하는 방법을 실시하여 이상적인 구조로 한 경우의 저항값을 측정했다. 상기 실시예에서 준비한 적층 구조와 동일한 적층 구조(하스텔로이 기체+O.7㎛ 두께의 Gd₂Zr₂O₇층+0.3㎛ 두께의 CeO₂층+2.4㎛ 두께의 YBa₂Cu₃O₇-X의 산화물 초전도층+20㎛ 두께의 Ag안정화층)로서, 길이 3cm, 폭 1cm의 산화물 초전도 도체를 사용했다.

이 적층 구조의 산화물 초전도 도체에 대해 캡톤 테이프의 레지스트와 과산화수소수와 암모니아의 혼합액 및 1mol 질산의 식각액을 사용한 습식 식각처리에서 산화물 초전도층 저부까지 도달하는 세선화 홈(폭 2mm)을 형성하고, 동시에 이 식각 처리에 의해 폭 2.5mm, 길이 1.5cm의 2개의 병렬된 길쭉한 모양의 도체를 형성했다. 2개의 병렬 도체는 Ag의 안정화층과 그 아래의 산화물 초전도층으로 이루어지고, 그들의 하부에서는 상부 중간층을 사이에 두고 연결된 구조로 되어 있다.

상기 병렬 2개의 도체간의 횡단 저항을 4단자법에 의해 측정하였을 때 약 1000Ω(실온)가 되었다.

이상의 결과로부터, 레이저에 의한 용융 응고물의 산화물이 세선화 홈 안에 완전히 존재하지 않는 상태가 되면, 약 1000Ω의 횡단 저항값이 될 수 있지만, 레이저에 의해 용단한 경우, 상기 시험예에서는 거기까지는 도달하지 않았다. 그러나 기체의 재료 선택 및 레이저 스크라이빙 조건, 열처리 조건 등의 최적화를 수행하면, 상술한 식각의 시험예보다도 고저항으로 할 수 있는 가능성이 있다고 생각된다. 또 산화물 초전도 도체는 통상 도체 이용으로서 길이가 긴 상태에서 사용하기 때문에, 길이가 긴 산화물 초전도 도체의 전체 길이에 걸쳐 식각 처리를 하면 제조 공정이 매우 복잡해져 레지스트액이나 식각액의 관리, 레지스트의 노광 공정의 관리, 설비비, 제조비 모두 상승하게 되므로 식각 처리를 산화물 초전도 도체에 적용하는 데에는 무리가 있다. 이에 반해, 레이저를 이용하여 세선화 홈을 형성하는 형태라면, 아무리 긴 길이의 산화물 초전도 도체에 대해서도 산화물 초전도 도체를 이동하면서 레이저를 조사하는 처리에 적용할 수 있으며, 또한 상술한 바와 같은 식각 처리에는 뒤떨어지지만 산화 처리 전 상태보다는 100배 이상 고저항화할 수 있기 때문에, 실용면에서는 충분히 이용가치가 높은 방법과 구조라고 생각할 수 있다.

더우기, 하스텔로이의 저항율은 실온에서 1.3×10^-6Ωcm, Ni의 저항율은 실온에서 6.8×10^-8Ωcm, Cr의 저항율은 실온에서 1.29×10^-7Ωcm, Mo의 저항율은 실온에서 5.2×10^-8Ωcm인 데 반해 NiO의 저항율은 실온에서 1011Ωcm, Cr₂O₃의 저항율은 실온에서 103Ωcm, MoO₂의 저항율은 실온에서 2×10^-6Ωcm이기 때문에 본 발명에 관한 산화 처리에 의해 고저항화할 수 있는 것은, 이들 특성값 비교로부터도 분명하며, 레이저에 의한 용단과 산화 처리 조건 등을 더 연구함으로써 상기 식각 처리한 비교예의 시료에 도시된 저항값보다도 더욱 고저항화할 수 있는 가능성이 있다.

이하의 표 2에, 본 발명의 방법과 종래의 레이저 용단에 의한 세선화 홈 형성 방법과 식각 처리에 의한 방법과 커터에 의한 세선화 홈의 형성 방법의 비교 평가를 나타낸다.

후가공 수법	필라멘트 도체간 저항값	제조 속도	비용	길이 대응	물리적 손상
본 발명	○	◎	◎	◎	◎
종래 레이저	×	◎	◎	◎	◎
식각	◎	△	×	△	◎
커터	△	◎	◎	-	×

(-는 절단 불균일의 위험 있음)

표 2의 비교와 같이 본 발명의 방법은, 어떠한 수법에 비해서도 우수한 방법이라고 판단할 수 있다.

「레이저 스폿 직경 조정 시험」

상기 실시예와 동일한 조건으로 레이저 스폿 직경만을 변경하여 산화물 초전도체에 세선화 홈을 형성하고, 산화물 초전도층을 분할하여 횡단 저항값을 측정하는 시험을 수행했다. 열처리는 700℃에서 10시간, 산소 분위기 중에서 수행하는 것으로 했다. 그 결과를 도 15에 도시한다.

도 15에 도시한 결과로부터, 레이저 스폿 직경이 10∼20㎛인 범위에서는 열처리 후에도 횡단 저항값이 향상되지 않는 시료가 드문드문 보여지고, 레이저 스폿 직경이 20㎛를 초과하는 범위부터 횡단 저항값의 상승이 보였다. 또 레이저 스폿 직경이 30㎛ 이상인 경우의 시료는 모두 높은 횡단 저항값을 나타내었다.

이 시험 결과로부터 보면, 상기 구조의 산화물 초전도 도체를 분할 구조로 할 경우에 레이저 스폿 직경은 30㎛ 이상이 바람직하다고 판단할 수 있다.

본 발명 구조와 방법을 실시함으로써 교류 통전시의 손실이 적고, 초전도 특성이 양호한 산화물 초전도 도체를 얻을 수 있다.

Claims (13)

1. 기재 위에 산화물 초전도층이 설치되어 이루어진 산화물 초전도 도체에서, 상기 산화물 초전도층이, 상기 기재의 길이 방향을 따라 상기 기재의 폭방향으로 여러개 형성된 세선화 홈에 의해 복수의 필라멘트 도체로 분리되어 이루어지고, 상기 세선화 홈에 고저항 산화물이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
2. 제1항에 있어서, 상기 세선화 홈에 형성된 고저항 산화물에 의해 상기 세선화 홈을 사이에 두고 인접하는 필라멘트 도체끼리 전기적으로 분리되어 저교류 손실화되어 이루어진 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 세선화 홈이 상기 기재에 도달하는 깊이로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재가 금속성 기체 위에 형성된 결정 배향 제어 또는 확산 방지용 중간층을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세선화 홈이 상기 기재 위 의 산화물 초전도층에 레이저를 조사하여 상기 산화물 초전도층을 용단(溶斷)하는 레이저 스크라이빙에 의해 형성된 홈인 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
6. 제5항에 있어서, 상기 고저항 산화물이 상기 레이저 스크라이빙에 의한 용단시에 상기 세선화 홈의 내부에 부착한 용융 고화물의 산화물인 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고저항 산화물이 NiO 또는 Cr₂O₃을 포함하는 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 기재 위에 형성된 산화물 초전도층과 그 산화물 초전도층 위에 형성된 도전성 금속 재료로 이루어진 안정화층을 구비하여 산화물 초전도 도체가 형성되고, 상기 세선화 홈이 상기 안정화층에서 상기 기재까지 도달하도록 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 내열 Ni합금제의 기체와, 그 기체 위에 형성된 Gd₂Zr₂O₇의 하부 중간층과, CeO₂의 상부 중간층으로 이루어진 기재 와, 상기 상부 중간층 위에 형성된 희토류 산화물계의 초전도층과, 그 초전도층 위에 형성된 도전성 금속 재료제의 안정화층을 구비하여 산화물 초전도 도체가 형성되고, 상기 세선화 홈이 상기 안정화층에서 상기 기재까지 도달하도록 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체.
10. 기재 위에 산화물 초전도층 또는 기재 위에 산화물 초전도층 및 안정화층이 설치되어 이루어진 산화물 초전도 도체에 대해, 상기 산화물 초전도체 표면에 대해 경사 방향에서 레이저를 상기 기재의 길이 방향을 따라 조사하여 상기 산화물 초전도층을 그 폭방향으로 여러 개로 분단하는 세선화 홈을 상기 기재에 도달하도록 형성하고, 상기 세선화 홈의 안쪽에 부착한 용융 응고물을 가열하고 산화하여 고저항화하는 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체의 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 산화물 초전도층에 대해 상기 레이저를 조사함과 동시에, 상기 레이저 조사 부분에 대해 퍼지 가스를 내뿜고, 레이저에 의한 용융물을 상기 퍼지 가스에 의해 부분적으로 날려보내면서 상기 세선화 홈을 형성하여 상기 산화물 초전도층을 상기 세선화 홈을 사이에 두고 분단하는 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체의 제조방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 산화물 초전도체 표면에 대해 경사 방향에서 레이저를 조사할 때, 조사 각도를 초전도체 표면의 법선에 대해 0°∼45°의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체의 제조방법.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 응고물을 산소 함유 분위기 중에서 산화하는 경우, 400℃∼800℃의 범위에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 저교류 손실 산화물 초전도 도체의 제조방법.

Images