KR20080038025A - 초전도 전도체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

초전도 재료로서 이트륨-바륨-구리-산화물(YBCO)로 만들어진 층이 텍스처링된 금속성 기층 위에 제공되며, 열처리를 거치는, 초전도 전도체의 제조 방법이 개시된다. 원형 횡단면을 가지고 길게 뻗어있는 금속성 캐리어(1) 둘레에, 텍스처링된 띠(2) 형상의 금속성 기층을 배치하여, 가장자리가 서로 인접하여 종방향으로 뻗어있는 슬롯(4)을 형성하는 슬롯관(3)으로 성형한다. 이어서, 상기 슬롯관(3)의 슬롯(4)을 용접하여 닫힌 관(9)을 형성하고, 그 후 상기 닫힌 관(9)을 캐리어(1)에 접할 때까지 드로잉한다. 그 후, 상기 닫힌 관(9) 둘레에 초전도 YBCO 재료로 만들어진 층(12)을 제공하고, 최종적으로 열처리를 실행한다.

초전도 전도체, YBCO, 금속성 캐리어, 금속성 기층

Description

초전도 전도체의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A SUPERCONDUCTING ELECTRICAL CONDUCTOR}

본 발명은 초전도 전도체의 제조 방법에 관한 것으로, 이 방법에서 초전도 재료로서 이트륨-바륨-구리-산화물(YBCO)로 만들어진 층은 텍스처링된(textured) 금속성 기층 상에 제공된다(US-A-5 739 086).

초전도 전도체는 특별한 재료로 구성되며, 상기 재료는 충분히 낮은 온도에서 초전도 상태로 넘어간다. 상응하여 구성된 전도체의 전기 저항은 이로 인해 영(zero)에 가까워진다. 적합한 초전도 재료는 예컨대 YBCO(이트륨-바륨-구리-산화물) 또는 BSCCO(비스무트-스트론튬-칼슘-구리-산화물)이다. 초전도 상태에 도달하기 위해, 상기 유형의 세라믹 재료를 위해 충분히 낮은 온도는 예컨대 67 K 와 110 K 사이이다. 이러한 초전도 전도체는 고온 초전도체로 명칭된다. 적합한 냉각수단은 예컨대 질소, 헬륨, 네온, 수소 또는 각각 액체 상태에서 상기 재료들의 혼합물이다.

상기 언급된 US-A-5 739 086은 고온 초전도체를 제조하기 위한 상이한 방법들을 기술하고 있다. BSCCO 초전도체에서, BSCCO 재료는 예컨대 분말 형태로 은으로 만들어진 튜브 안에 채워져 밀봉된다. 튜브의 기계적 변형 및 이에 이은 열처리(어닐링)로 인해, 초전도 상태에 도달한다. 뛰어난 전기적 특성으로 인해 특히 전기 케이블 및 코일을 위해 적합한 YBCO 초전도체에서는, 예컨대 기층으로서 2축으로 텍스처링되고 금속으로 만들어진 띠 상에 우선 마찬가지로 금속으로 구성된 버퍼층이 제공되며, 이에 이어 상기 버퍼층 상에 YBCO 재료가 제공된다. 기층은 예컨대 니켈, 구리 또는 철 또는 합금으로 구성된다. 버퍼층을 위해서는 예컨대 구리 또는 은이 사용된다. YBCO 재료는 최종적으로 마찬가지로 열처리에 의해 초전도 상태로 옮겨진다. 이렇게 제조된 초전도 전도체는 -이미 언급한 바와 같이- 바람직하게는 전기 모터 및 자석을 위한 전기 케이블 및 코일에서 이용될 수 있다. 하지만 띠 모양으로 인해 단지 한 방향으로만 굽어질 수 있다.

본 발명의 목적은, YBCO를 기초로 하여 보다 쉽게 가공될 수 있는 초전도 전도체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따른 방법에 의하여 달성된다.

본 발명에 따르면,

- 원형 횡단면을 가지고 길게 뻗어있는 금속성 캐리어 둘레에, 텍스처링된 띠 형상의 금속성 기층을 배치하여, 가장자리가 서로 인접하여 종방향으로 뻗어있는 슬롯을 형성하는 슬롯관으로 성형하고,

- 이어서, 상기 슬롯관의 슬롯을 용접하여 닫힌 관을 형성하며,

- 그 후, 상기 닫힌 관을 캐리어에 접할 때까지 드로잉하고,

- 그 후, 상기 닫힌 관 둘레에 초전도 YBCO 재료로 만들어진 층을 제공하며,

- 최종적으로 열처리를 실행한다.

상기 방법과 함께, 초전도 상태로 옮겨질 수 있는 전기 전도체가 제공되며, 상기 전도체는 통상적인 와이어 형태의 전도체와 동일한 방식으로 가공될 수 있다. 전도체의 굽힘시 특별한 방향이 더 이상 필요하지 않다. 따라서, 상기 전도체는 특히 전기 모터 및 자석을 위한 코일을 제조하기에 적합하며, 또한 통상적인 장치를 이용하여 전기 케이블을 구성하는 데에 적합하다.

본 발명의 방법에 따르면, 초전도 전도체를 YBCO를 기초로 하여 보다 쉽게 제조할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 방법의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도면 부호 1은 스트랜드(strand), 로프(rope) 또는 관(tube)으로 형성될 수 있는 금속성 캐리어(carrier)를 표시한다. 상기 캐리어는 바람직하게는 강철로 구성되고, 제조되는 초전도 전도체를 위해 텐션 프루프(tension-proof) 중앙 요소로서도 기능할 수 있다. 캐리어(1)는 바람직하게는 0.5 mm 내지 3.0 mm 의 외경을 갖는다.

캐리어(1)의 둘레에는, 사전 처리에 의해 이미 텍스처링된(textured) 띠(2) 형상의 금속성 기층으로부터 성형된 슬롯관(slotted tube, 3)이 배치된다. 상기 슬롯관은 바람직하게는 캐리어(1)에 가능한 한 가까이 놓인다. 종방향으로 뻗어있는 상기 슬롯관의 가장자리들은 우선 오픈된 슬롯(4)에 서로 인접하여 배치된다. 이때, 띠(2)는 릴(reel, 5)로부터 추출되어, 롤러(6)를 포함하는 변형장치에 의해 슬롯관(3)으로 성형된다. 상기 슬롯관은 예컨대 니켈, 구리 또는 철 또는 합금으로 구성된다. 띠(2)는 사전 처리 단계에서 예컨대 2축(biaxial) 텍스처(texture)가 각인된다. 상기 띠는 바람직하게는 50 ㎛ 내지 150 ㎛ 의 두께를 갖는다.

캐리어(1)와 슬롯관(3)은 바람직하게는 연속적으로 화살표(7) 방향으로 이송된다. 이때, 슬롯관(3)의 슬롯(4)은 다음 공정에서 용접 장치(8)에서 용접되며, 따라서 용접 솔기에 의해 닫힌 관(9)이 형성된다. 용접 장치(8)는 임의의 방법으로 실행될 수 있다. 바람직하게는, 텅스텐 불활성 기체(WIG) 또는 금속 불활성 기체(MIG) 방법 사용후 보호 가스 하에서 용접이 실행되거나 또는 레이저 광선으로 용접이 실행된다. 소각 전극을 갖는 용접법도 이용될 수 있다. 그 후, 닫힌 관(9)은, 드로잉 장치(10)에서, 캐리어(1)에 접할 때까지 직경이 감소된다. 이에 대응하는 요소가 도 4에 도시되어 있다.

이에 이어, 이와 같이 만들어진 원형 요소에는 장치(11)에서 YBCO 재료로 만들어진 층(12)이 둘레에 제공되며, 상기 층(12)의 두께는 바람직하게는 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 사이이다. 이는 예컨대 PVD 방법(Physical Vapor Deposition) 또는 CVD 방법(Chemical Vapor Deposition) 또는 CSD 방법(Chemical Solution Deposition)과 같은 공지된 방법으로 실행될 수 있다. 그 후, 장치(11) 뒤에는 YBCO 재료로 코팅된 완성된 전도체(13)(도 5)가 존재하며, 상기 전도체는 최종적으로 초전도성을 달성하기 위해 장치(14)에서 열처리를 거치게 되는데, 바람직하게는 어닐링(annealing)된다. 이는 바람직하게는 700℃ 내지 850℃ 의 온도에서 실행될 수 있다.

띠(2) 또는 관(9)에 의해 실현된 기층을 추가로 보호하기 위해, 상기 기층 상에는 YBCO 코팅 전에 예컨대 100 ㎚ 내지 200 ㎚ 의 두께를 갖는 버퍼층(buffer layer, 15)이 둘레에 제공될 수 있으며, 상기 버퍼층은 예컨대 세라믹(ceramics)으 로 구성된다. 적합한 재료는 예컨대 세륨-산화물 또는 란타늄-지르코늄-산화물이다. 버퍼층(15)은 YBCO 층(12)에 대해 기술된 것과 동일한 코팅법으로 제공될 수 있다. 그 후, 버퍼층(15) 상에는 기술된 바와 같이 YBCO 층(12)이 제공되며, 그 후 장치(14)에서 열처리가 이어진다. 이와 같이 버퍼층이 보충된 초전도 전도체(16)의 횡단면이 도 6에 도시되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 설비의 개략도,

도 2 내지 도 5는 도 1의 선(II-II 내지 V-V)에 따른 확대 단면도,

도 6은 본 발명의 방법으로 제조가능한 다른 초전도 전도체의 횡단면도이다.

Claims (4)

1. 초전도 재료로서 이트륨-바륨-구리-산화물(YBCO)로 만들어진 층이 텍스처링된 금속성 기층 위에 제공되며, 열처리를 거치는, 초전도 전도체의 제조 방법에 있어서,

   - 원형 횡단면을 가지고 길게 뻗어있는 금속성 캐리어(1) 둘레에, 텍스처링된 띠(2) 형상의 금속성 기층을 배치하여, 가장자리가 서로 인접하여 종방향으로 뻗어있는 슬롯(4)을 형성하는 슬롯관(3)으로 성형하고,

   - 이어서, 상기 슬롯관(3)의 슬롯(4)을 용접하여 닫힌 관(9)을 형성하며,

   - 그 후, 상기 닫힌 관(9)을 캐리어(1)에 접할 때까지 드로잉하고,

   - 그 후, 상기 닫힌 관(9) 둘레에 초전도 YBCO 재료로 만들어진 층(12)을 제공하며,

   - 최종적으로 열처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 초전도 전도체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   YBCO 재료로 만들어진 층(12)을 제공하기 전에, 상기 닫힌 관(9) 둘레에 금속성 재료로 만들어진 버퍼층(15)이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 초전도 재료로서 YBCO 재료를 가지며 제1항에 따른 방법으로 제조된 초전도 전도체에 있어서, 원형 횡단면을 갖는 금속성 캐리어(1) 둘레에, 텍스처링된 금속성 재료로 만들어진 닫힌 관(9)이 배치되며, 상기 관은 둘레에는 YBCO 재료로 만들어진 층(12)이 둘러 싸이는 것을 특징으로 하는 초전도 전도체.
4. 제3항에 있어서,

   관(9)과 YBCO 층(12) 사이에 금속성 버퍼층(15)이 배치되는 것을 특징으로 하는 전도체.

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