KR20090125707A - 초전도 선재용 성형 기판을 제조하는 방법 및 상기 기판을 사용한 초전도 선재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 선재의 생산에 사용되는 성형 기판을 제조하는 방법으로서, 본 방법은 집합 조직화된 완충층이 이미 성장되어 있는 집합 조직화된 기판을 변형시킬 수 있다.

집합 조직, 초전도 선재, 완충층, 성형 기판, 에피택셜 성장, 템플레이트

Description

초전도 선재용 성형 기판을 제조하는 방법 및 상기 기판을 사용한 초전도 선재{PROCESS FOR THE PREPARATION OF A SHAPED SUBSTRATE FOR A COATED CONDUCTOR AND COATED CONDUCTOR USING SAID SUBSTRATE}

본 발명은 초전도 선재용 성형 기판을 제조하는 방법에 관한 것이고, 특히 예를 들어 기판을 원형 와이어로 성형하는 것과 같이 기판의 성형 자유도를 향상시키며, 이로인해 초전도 선재의 성형 자유도를 향상시키는 방법에 관한 것이며, 상기 기판을 사용한 초전도 선재에 관한 것이다.

초전도 선재의 형상은 테이프(tape) 또는 띠(stripe)와 같은 세장형이다. 일반적으로, 초전도 선재는 기판, 고온 초전도 물질로 된 활성층 및 상기 기판과 상기 초전도체층 사이에 위치하는 다수의 완충층(buffer layer)으로 구성된다. 상기 완충층은 사용되는 물질들의 다양한 상이한 성질을 보완하는 역할을 한다.

다음의 물질에 제한되는 것은 아니지만, 식 REBa₂Cu₃O_7-x의 희토 바륨 구리산염 유형의 초전도체가 현재 초전도 선재 생산에 일반적으로 사용되고 있다. 참고로, 상기 희토 바륨 구리산염(cuprate) 유형의 초전도체들 중 하나가 공지된 YBCO- 123이고, 여기서 수치 조합 123은 성분 Y, Ba 및 Cu의 화학량론적 비율을 의미한다.

초전도 물질의 결정 입자의 결정학적 배향(配向, orientation)은 초전도 선재의 생산에 있어 매우 중요한 문제이다. 예를 들어, 임계 전류 밀도(Jc) 및 임계 전류(Ic)의 관점에서 우수한 초전도 성능을 획득하기 위하여, 초전도 물질은 고 배향도 또는 집합 조직(集合組織, texture)을 가져야 하고, 동시에 개개의 결정입자의 배향은 서로 평행해야 하고 서로에 대한 기울기는 가능한 작아야 한다. 바람직하게는, 초전도체층은 이축 집합 조직(biaxial texture)을 가지고, 동시에 결정입자들은 표면 평면에 대해 동일한 배향(a-b 정렬)이면서 상기 표면 평면에 수직 배향(c-축 정렬)이다.

이축 집합 조직의 특성은 일반적으로 결정학적인 평면 내 및 평면 외의 입자 대 입자간 어긋남 각도(misorientation angle)로 표현되고, 이러한 입자 대 입자 어긋남 각도는 서로에 대해 개개의 결정입자들의 경사 각도를 반영한다. 어긋남 각도가 작으면 작을수록, 초전도체층의 집합 조직은 더 잘 발달(더 샤프하게) 된다.

통상, 집합 조직의 발달 정도는 초전도체층의 입자들의 평면 내 및 평면 외의 배향성(配向性) 분포 함수(orientation distribution function)를 나타내는 X선 회절법으로 측정된다.

X선 데이터에 기초하여, 평면 내 파이 스캔(phi scan, ΔΦ) 및 평면 외 로킹 커브(rocking curve, Δω)의 반치폭(full-width-half-maximum, FWHM) 값을 획득할 수 있다. 각각의 FWHM 값이 작을수록, 집합 조직은 더 샤프해진다.

에피택셜 성장(epitaxial growth)으로 성장시키고자 하는 층의 배향을 획득할 수 있다. 에피택셜 성장은, 성장시키고자 하는 층이 자신이 성장하는 기판 또는 층의 결정학적 배향을 수용하는 과정을 의미한다.

에피택시(epitaxy)에는 다음의 두 가지 유형이 있는데: 호모 에피택시는 동일한 물질로 된 기판 위에서 층이 성장하는 것을 의미하고, 헤테로 에피택시는 상이한 물질로 된 기판 위에서 층이 성장하는 것을 의미한다.

즉, 성장된 층의 결정학적 배향은 상기 층이 적층되어 있는 바로 아래의 층의 결정학적 배향에 직접적으로 관련된다.

결론적으로, 에피택시 방식으로 성장시키고자 하는 층의 (집합 조직) 배향 특성에 대하여 상기 층의 바로 아래의 위치하는 층, 즉 템플레이트층(template layer)의 배향 특성이 결정적이다.

요구되는 집합 조직을 획득하기 위해서 현재 두 가지 주 접근법이 존재한다. 제1 접근법에 따르면, 이온 빔 보조 증착법(ion beam assisted deposition, IBAD)과 같은 고진공(high vacuum) 상태를 필요로 하는 제어된 물리적 코팅 공정을 사용하여, 다결정질 물질로 구성된 임의의 배향을 가지는 기판 위에 집합 조직이 잘 발달된 완충층을 증착한다. 상기 집합 조직이 잘 발달된 완충층은 완충층 위에 성장된 초전도체층에 요구되는 집합 조직을 전사(傳寫)(transfer)하는 역할을 한다. 상기와 같은 고진공 기술은 고가의 장비를 필요로 한다. 게다가, 세장형 기판을 코팅하는 것은 용이하지 않다.

제2 접근법에 따르면, 집합 조직이 잘 발달된 기판을 사용하고, 상기 기판은 예를 들어 RABiTs(rolling assisted biaxial texturing of substrates)와 같은 기계적 가공법으로 획득할 수 있다. 여기서, 상기 기판의 집합 조직은 완충층으로 전사되고 난 후, 완충층 위에 증착된 초전도체층으로 전사된다. 상기 접근법은 에피택셜 성장을 이용하기 때문에, 요구되는 배향을 가지는 완충층을 획득하기 위하여 더 이상 IBAD와 같은 제어된 증착법을 적용할 필요가 없다.

본 발명은 적절하게 집합 조직화된 기판에 기초한 제2 접근법에 관한 것이다.

(이축) 집합 조직화된 기판 위에 완충층을 성장시키는 공지 증착법이 다수 존재한다. 예로서, 펄스 레이저 증착법, 물리적 기상 증착법, 전자선 증착법 및 스퍼터링과 같은 진공 공정이 존재할 뿐만 아니라, 유기 금속 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 및 화학적 용액 증착법(chemical solution deposition, CSD)과 같은 비진공 공정도 존재한다.

초전도 선재 생산 방법에 있어 제2 접근법에 따르면, 기판의 집합 조직의 특성은 우수한 초전도 성능을 가지는 고온 초전도 물질로 구성된 활성층을 형성시키는 필수적인 특성이다. 기판의 집합 조직이 빈약한 경우, 초전도성을 위한 선결조건인, 필요한 만큼 잘 정렬된 배향을 가지는 활성층을 획득할 수 없다.

그러나, 집합 조직화된 기판을 사용할 때 초전도 선재의 최종 형상이 미리 고정된다는 문제점이 있다. 형상 변형 과정에서 발생한 결함들이 이어지는 열처리 공정 동안 제거되고 이로 인해 집합 조직을 파괴하기 때문에, 기판이 일단 집합 조직화되어 버리면, 변형 공정 및 열처리 공정으로 기판을 더 이상 성형할 수 없다. 그러나, 전술한 바와 같이, 빈약한 및/또는 결함이 있는 집합 조직을 가지는 기판 또는 빈약한 및/또는 결함이 있는 집합 조직을 가지는 바로 아래층 위에 에피택셜 성장시켜서는, 배향성이 우수한 층, 완충층 및 활성층을 성장시킬 수 없다.

반면에, 현재 기판을 집합 조직화하는 공정은 일정한 평면 표면을 필요로 하는 기계적 공정으로 실행된다. 결국, 기판이 공정 전에 성형된다면, 원형의 또는 다각형 형상과 같이 일정하지 않은 굴곡 형상으로 성형된다면, 집합 조직화하는 기계적 공정은 용이하지 않게 되거나, 심지어 불가능하게 될 수 있다.

이는 현 공정으로는 미리 집합 조직화된 기판을 성형하는 것이 회피되어야 하며, 따라서 평면 테이프 형상의 기판으로 응용이 제한되고, 응용 분야가 상당히 제한되는 것을 의미한다.

미국 특허 6,114,287은, 완충층의 이축 집합 조직을 유지하면서 표면 불균일성을 최소화하거나 제거하기 위하여, 집합 조직화된 표면에서 연성 에피택셜 증착된 금속 완충제를 기계적으로 변형하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 이축 집합 조직화된 기판에 금속 완충제로 된 에피택셜층을 증착하는 단계; 및 평탄한 표면들 사이에서 상기 에피택셜층을 변형하는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 특허 발명의 주된 목적은 집합 조직화된 기판에 에피택셜 증착층을 평탄화하는 것이다. 상기 미국 특허의 또 다른 목적은 평탄한 표면들 사이를 치밀화함으로써 치밀화된 HTS 전구체를 가지는 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 표면 거칠기를 제거하거나 또는 치밀화하기 위하여, 연마된 롤러 사이에서 압연하거나 또는 연마된 플레이너 테이블 사이에 압착하는 것과 같이 평탄한 표면들 사이에서 코팅된 표면 을 기계적으로 변형한다. 상기 미국 특허 6,114,287의 방법에서, 상기와 같이 처리되는 코팅된 기판은 처음의 평면 기하학 구조를 유지한다. 국제공개공보 WO 03/019589 A1은 코일 형상의 초전도 선재를 획득하는 방법에 관한 것이다. 초전도 선재층들의 취성으로 인해, 초전도 선재 테이프를 단순히 권취함으로써 상기와 같은 코일 형성을 획득하는 것은 용이하지 않다. 국제공개공보 WO 03/019589 A1에 따르면, 바로 앞의 층 위에 코일 형상의 층들을 직접 증착함으로써 이러한 문제는 극복된다. 즉, IBAD와 같은 증착 기술로 바로 앞의 층 위에 코일 형상을 새기는(written) 것이다. 코팅된 기판을 성형하는 방법에 대하여, 즉 집합 조직을 가지는 코팅된 기판을 제1 기하학 구조에서 제2 기하학 구조로 변형하는 방법에 대하여 전혀 개시되어 있지 않다. 게다가, 코팅된 기판을 성형하는 단계, 즉 기판 및 완충층을 동시에 성형하는 단계에 대해 전혀 개시되어 있지 않다.

독일 특허공개공보 DE 197 24 618 A1은, 슬릿관을 획득하고 상기 슬릿을 용접하기 위하여 종축을 따라 초전도 물질로 코팅된 금속 평면 기판을 벤딩 가공함으로써 산화물 세라믹 초전도 물질층을 구비한 주름형 금속관을 제조하는 방법에 관한 것이다. 기판의 집합 조직 및/또는 초전도체층에 대해 전혀 개시되어 있지 않다. 게다가, 상기와 같은 산화물 세라믹 초전도 물질은 변형 과정 중 매우 잘 파괴된다.

본 발명의 목적은 집합 조직화된 기판을 사용하여 초전도 선재를 생산하는 방법으로서, 이미 집합 조직화된 기판을 성형할 수 있을 뿐만 아니라, 고온 초전도 물질로 구성된 잘 정렬된 활성층을 에피택셜 성장시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 초전도상(superconducting phase)을 에피택셜 성장시키는데 사용되는 성형 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 굴곡 표면을 갖는 초전도 선재용 성형 기판을 제조하는 방법으로서, 평면 표면을 가지는 집합 조직화된 기판에 하나 이상의 집합 조직화된 완충층을 제공하는 단계, 최초 완충층이 덮혀 있는 기판을 성형하는 단계 그리고 에피택셜 성장을 사용하여 상기 최초 완충층 위에 집합 조직화된 제2 완충층을 제공하는 단계를 포함한다.

게다가, 본 발명은 본 발명의 방법으로 획득가능한 성형 기판을 포함하는 초전도 선재에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 성형에 있어서 향상된 자유도를 구비한 세장형 초전도 선재를 획득할 수 있다.

게다가, 본 발명에 따르면, 필수적으로 원형의 또는 다각형의 단면을 구비한 와이어 형태의 초전도 선재를 획득할 수 있다.

특히, 본 발명의 방법에 따르면, 이러한 원형 와이어 형태의 초전도 선재는 평평한 기판 테이프에서 획득할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 방법에 따르면, 원형 와이어를 획득하기 위하여 평평한 기판 테이프를 상기 테이프의 종축을 따라 벤딩 가공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 변형 과정 또는 성형 과정 전에, 집합 조직화된 기판에는 상기 기판의 집합 조직을 수용하는 제1 완충층이 코팅된다. 필요에 따라, 에피택셜 성장을 사용하여 상기 제1 완충층 위에 추가 완충층들을 적층할 수 있고, 여기서 바로 아래에 있는 층은 자신 위에서 성장하는 층을 위한 템플레이트로 역할한다.

기판과는 달리, 완충층은 특정 성형 또는 변형 과정 동안 적절한 집합 조직을 기억한다는 사실이 발견되었다. 따라서, 추가 완충층을 위한 집합 조직을 복원하기 위하여 최초 완충층을 사용할 수 있다. 한편, 추가 완충층을 사용함으로써, 적어도 성형 과정 전의 처리 과정으로 발생할 수 있는 크랙, 기공 등과 같은 최상부 최초 완충층의 결함들을 억제할 수 있다. 관련된 공정으로는, 바로 아래에 배열된 금속 기판의 집합 조직의 특성에 독립적인 자가-에피택시(self-epitaxy) 공정이 있다.

본 발명에 있어서, "성형 기판"이란 집합 조직화된 후에, 특히 하나 이상의 최초 완충층을 증착한 후에 변형/성형 처리 과정을 진행할 수 있는 집합 조직화된 기판을 의미한다.

본 발명에 따르면, "세장형(long length)"이란 용어는 폭와 높이를 상당히 초과하는 길이를 갖는 띠 유형 또는 와이어 유형에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 하나 이상의 최초 완충층이 코팅된 기판을 요구되는 형상으로 변형한 후에, 최상부 최초 완충층 위에 추가 완충층을 에피택셜 성장시킨다. 바람직하게는, 상기 추가 완충층의 구성물은 상기 최상부 최초 완충층의 구성물과 동일하다.

추가 완충층을 사용함으로써, 적어도 최상부 최초 완충층에서 성형 공정으로 인해 특정 결함들이 발생되는 것을 억제할 수 있고, 초전도 물질로 된 활성층의 에피택셜 성장을 위한 템플레이트로 적절하고 고품질의 집합 조직을 구비하는 본질적으로 무결함인 층을 획득할 수 있다.

본 발명은 초전도 선재의 최종 형상에 대해 더 많은 자유도를 제공한다. 현재 사용되는 바와 같은 평면 형상의 테이프에 대해서는 어떠한 제한도 없다. 본 발명에 따르면, 원형, 타원형, 또는 다각형 단면을 가지는 기판과 같은 굴곡 표면을 가지는 기판을 획득할 수 있다. 이와 같이 성형 기판은 원형의 또는 타원형의 와이어 형태인 세장형 초전도 선재의 생산에 적절하다. 예를 들어, 육각형과 같은 다각형 또는 원형 단면은 전기적 특성의 등방성을 증가시키는데 유리하고, 설계를 용이하게 하고 특정 용도로 제조하는데 유리하다.

요구되는 형상을 획득하는 방법을 사용하여 상기 기판의 성형 과정/변형 과정을 실행할 수 있다. 본 발명의 기판을 성형하는 적절한 방법의 예로서, 압연, 인발, 용접 등이 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 직경을 감소시키기 위하여 종래의 테이프 유사 형태의 기판을 인발 가공할 수도 있고 또는 예를 들어 스플릿관과 같은 관형 형상으로 상기와 같은 평면 테이프롤 성형할 수도 있다.

예를 들어, 본 발명에 따르면, 테이프를 종축에 따라 스플릿관으로 성형하여 상기 스플릿관의 에지가 변형으로 성형된 종방향 스플릿을 따라 서로 접합하도록 함으로써, 테이프와 같은 기판을 관형 형상으로 성형할 수 있다. 이에 따라, 종래의 와이어와 같이 추가 가공할 수 있는 HTS 전도체 와이어를 획득할 수 있다. 필요 한 경우, 예를 들어 용접하여 상기 스플릿을 밀폐할 수 있다.

상기 테이프를 성형하는 과정은 본래 원형 또는 와이어 형상의 중심부 둘레에서 실행된다. 바람직하게는 상기 중심부는 철 등과 같은 금속으로 형성된다. 상기 획득된 관이 중심부에 밀접하게 접할 때까지, 중심부를 가지는 상기 관을 인발할 수 있다.

성형 및 인발 성형 기술에 있어서, 금속 박판 및 금속 테이프을 가공하기 위해 일반적으로 공지된 기술이 적용될 수 있다. 관형 초전도 선재를 제조하는 과정은 참고로 여기에 포함되어 있는 유럽 특허공개공보 EP 1 916 720 A1에 공지되어 있다.

일반적으로, 본 발명에 있어서, 적절한 집합 조직을 가지는, 바람직하게는 이축 집합 조직화된 특정 기판을 사용할 수 있다.

기판으로서 적절한 물질 및 초전도 선재용 기판으로서 사용될 수 있는 상기 물질들을 집합 조직화하는 방법은 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있다.

적절한 기판에 있어서 구체적인 예로는, 대량 냉간 압연 가공 및 이어지는 열처리 공정을 사용하는 RABiT 공정으로 획득할 수 있는 이축 집합 조직화된 금속 기판이 있다. 적절한 금속에 대한 예로는, Cu, Ni, Ag가 있고 또는 W, Mo, Mn 등에서 선택된 하나 이상의 합금 성분을 가지는 Ni에 기초한 합금과 같은 상기 금속들에 기초한 합금이 있다.

본 발명에서, 원칙적으로, 에피택셜 성장이 가능하다면, 즉 집합 조직의 전사가 가능하기만 하다면, 최초 완충층 및 추가 완충층을 형성하는 물질은 특별히 제한되지 않는다. 에피택셜 성장하며 완충층으로 유용하다고 공지되어 있는 특정 물질을 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 물질은 기판 위에 에피택셜 성장할 수 있어야 하고, 그 위에 적층된 추가 층을 에피택셜 성장시킬 수 있어야 한다.

추가 완충층용 물질은 적어도 최상부 최초 완충층용 물질과 동일할 수 있고, 이는 추가 완충층이 상기 최상부 최초 완충층 위에서 호모에피택셜 성장한다는 것을 의미한다.

추가 완충층용 물질은 제1 완충층 물질과 상이할 수 있고, 이는 추가 완충층이 최상부 최초 완충층 위에서 헤테로에피택셜 성장한다는 것을 의미한다.

이런 경우에, 집합 조직을 전사시키기 위하여 그리고 에피택셜 성장을 방해하지 않기 위하여, 최상부 최초 완충층 및 추가 완충층에 대하여 적절한 격자 정합(lattice match)이 필요하다. 미세한 격자 부정합(lattice mismatch)은 결함이 없는 층의 성장을 지속시킬 수 있다. 그러나, 이러한 격자 부정합이 증가하는 경우, 성장하는 층에서는 변형률이 증가하게 되고, 배향에 대한 전사는 점점 빈약하게 된다.

완충층의 헤테로에피택셜 성장 및 적절히 정합되는 물질의 조합들에 대한 선택은 초전도 선재의 제조 분야에서 널리 공지되어 있다.

바람직하게는, 본 발명에 있어서, 추가 완충층용 물질로는 최상부 최초 완충층용 물질과 동일한 물질이 사용된다.

본 발명의 최상부 최초 완충층 및 추가 완충층은 RE₂B₂O₇ 유형의 물질로 구성 될 수 있고, 여기서 RE는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Y, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택된 하나 이상의 물질이고, B는 Zr 및 Hf 중에서 선택된 하나 이상의 물질이다.

본 발명에 따르면, 적어도 최상부 최초 완충층 및 추가 완충층의 물질의 화학식은 RE_2-xB_2+xO₇일 수 있고, 여기서 -0.4≤x≤+0.7이고, 바람직하게는 -0.3≤x≤0.3이다.

완충층들에 존재하는 RE 및 B의 비율 및/또는 성질을 변화시킴으로써, 격자 파라미터를 조절할 수 있다. 이러한 격자 파라미터의 변화는 상기 격자 정합을 조절함으로써 에피택셜 성장을 지속시킬 수 있다.

예를 들어, YBCO 초전도체층의 에피택셜 성장에 대한 격자 정합을 고려시, 완충층 La₂Zr₂O₇(LZO)이 특히 유용하다고 알려져 왔다.

적절한 완충 물질의 추가적인 예로는, MgO, 이트리아 안정화 지르코니아(yttria stabilized zirconia, YSZ), (Ce_1-ZRE_z)O₂(여기서, 0≤z≤0.5) 그리고 REMnO₃(여기서, RE는 상기한 바와 같이 정의됨)이다.

본 발명의 초전도 물질로서, 대체로 희토 바륨 구리산염 유형의 초전도체, 비스무트 스트론튬 칼슘 구리산염(bismuth-strontium-calcium-cuprate) 유형의 초전도체와 같은 특정 산화물 초전도체를 사용할 수 있고, 예를 들어 비스무트 스트론튬 칼슘 구리산염 유형의 초전도체는 참고적으로 BSCCO-2212 및 BSCCO-2223으로 공지되어 있는 물질들이고, 특히 Bi 부분은 Pb로 치환되거나, 또는 예를 들어 탈 륨(thallium)에 기초한 초전도체 및 수은에 기초한 초전도체 중 하나로 치환되어 각각 탈륨 스트론튬 칼슘 바륨 구리산염 유형의 초전도체 및 수은 바륨 스트론튬 칼슘 구리산염 유형의 초전도체일 수 있다. 바람직하게는, 초전도 물질은 REBCO-123(여기서 RE는 상기한 바와 같이 한정됨)일 수 있고, 특히 예를 들어 Ag와 같은 다른 금속으로 도핑될 수 있는 YBCO-123이다.

본 발명에 있어서, 완충층 및 활성층을 적층하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기한 방법들 중 어느 것이라도 사용될 수 있다. 그러나, 비용 절감 및 고 증착율의 관점에서 화학적 용액 증착법과 같은 화학적 비진공 기술을 사용하는 것이 바람직하다.

일반적으로, CSD에 따르면, 용액의 성막 금속 유기 화합물을 기판 위에 증착함으로써, 화학식이 RE_{2 - x}B_{2 + x}O₇인 본 발명의 완충층과 같은 층을 생산할 수 있다. 상기 방법에서, 유기 용매 내에 RE 및 B에 적절한 전구체 화합물을 화학량론적으로 혼합할 수 있다. 획득된 새로운 박막은 일반적으로 200 ℃ 내지 500 ℃ 사이의 온도에서 추가적으로 건조되고, 열분해(유기 화합물 소진)된다. 그 다음에, 상승된 온도에서 결정화 과정이 실행되고, 상기 상승된 온도는 예를 들어 요구되는 최종 산화물 박막의 융해 온도의 1/2을 초과하지 않는 온도가 바람직하다. 산화물 박막의 성장 과정은 고체 상태의 성장 과정이고, 이는 비결정질 유리의 결정화 과정과 유사하다.

CSD는 다음의 세 가지 방법, 즉:

1. 카르복실레이트 화합물을 사용하는 금속 유기 분해법(metal organic decomposition, MOD),

2. 유기 용매에서 전구체로서 금속 알콕사이드를 사용하는 졸-겔-금속-유기 루트(sol-gel-metal-organic route), 및

3. 금속 유기 루트를 수정한 킬레이트법(chelate process)으로 분류된다.

금속 유기 분해법의 하위 그룹으로는, 전구체로 금속 트리플루오로아세테이트를 사용하는 트리플루오로아세테이트(trifluoroacetate, TFA)법이 있다.

초전도 물질로 된 완충층 및 활성층을 획득하는 이러한 방법들은 당해 분야에 널리 공지되어 있고, 상기 방법들을 다루고 있는 다수의 문헌들이 존재한다.

본 발명에 사용되는 바와 같이 완충층은 에피택셜 성장을 사용하여 상기 완충층에서 성장하는 층에 배향을 전사하는 역할을 한다. 게다가, 상기 완충층은, 금속 기판의 산화 및 특정 성분의 확산을 방지함으로써, 화학적 방지막으로 역할한다.

초전도 물질로 된 활성층의 상부에는, 하나 이상의 추가 층, 예를 들어 금속 션트층(metal shunt layer), 금속 보호층 그리고 절연층이 적층될 수 있다. 상기 금속 션트층 및 금속 보호층은 전기도금법으로 적층될 수 있고, Ag, Au, Cu 등으로 형성될 수 있다. 절연층은 폴리에스테르, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등과 같은 공지 절연재를 압출 가공함으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 과제해결수단을 사용함으로써, 집합 조직화된 기판을 사용하여 초 전도 선재를 생산하는 방법으로서, 이미 집합 조직화된 기판을 성형할 수 있을 뿐만 아니라, 고온 초전도 물질로 구성된 잘 정렬된 활성층을 에피택셜 성장시킬 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 게다가, 초전도상(superconducting phase)의 에피택셜 성장을 위해 성형 기판을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

이하에서는, 특정 실시예를 참고하여 본 발명의 원리를 추가적으로 설명할 것이다.

릴 투 릴 시스템(reel to reel system)을 사용하여, 폭이 10 mm, 두께가 80 ㎛, 길이가 10 m, Ni이 5 중량%인 RABIT 기판에 제1 La₂Zr₂O₇ 완충층을 적층하였다.

상기 테이프는 프로피온산 내의 La 및 Zr 아세틸 아세토네이트 0.45 M 용액에 딥-코팅(dip coating)하였고, 졸 층(sol layer)을 건조하고, 수득된 층을 종래의 방식의 방식으로 열분해하고 결정화하였다.

생성된 코팅 테이프를 관형 형상으로 변형하여, 와이어를 획득하였다. 최종 와이어 직경을 변화시키기 위하여, 4 mm로 절단하여 상기 테이프의 폭을 조절하였다. 폭이 4 내지 10 mm인 테이프를 성형하여 직경이 약 1.3 내지 3.2 mm인 와이어를 획득하였다.

제1 완충층을 가지는 상기 성형 기판 위에, 최초 제1 LZO층과 동일한 방식으로 LZO로 구성된 제2 완충층을 에피택셜 성장시켰다.

X선 회절법을 사용하여 111 파이 스캔(평면 내 집합 조직) 및 400 오메가 스 캔(평면 외 집합 조직)의 FWHM을 측정함으로써, (제1 완충층을 증착하기 전 및 변형 단계 전) 최초 집합 조직화된 테이프 기판의 (집합 조직의) 배향 각도와 추가 제2 완충층의 배향 각도를 비교하였다. 비교 결과는 아래의 표에 나타나 있다.

	FWHM Φ 스캔(평면 내)(°)	FWHM ω 스캔(평면 외)(°)
Ni이 5 중량%인 테이프 (변형 전)	6.5	7.4
LZO (추가 완충층)	6.2	7.15

이러한 결과는, 최초 완충층을 가지는 기판을 성형한 후에 적층된 제2 완충층의 집합 조직의 특성이 변형 전의 기판의 특성에 필적할 뿐만 아니라, 상기 제2 완충층의 집합 조직의 특성이 일정 정도 더 향상된다는 것을 명백히 보여준다.

Claims (16)

1. 평면 표면을 가지는 집합 조직화된 기판에 하나 이상의 집합조직화된 완충층을 제공하는 단계;

   상기 최초 완충층이 덮힌 기판을 성형하는 단계;를 포함하고,

   상기 성형 단계에서, 평면 표면을 굴곡 표면으로 변형하고, 상기 초기 완충층 위에 에피택셜 성장에 의해 집합 조직화된 추가 완충층을 제공하는 것인,

   초전도 선재의 제조에 사용되기 위한 굴곡 표면을 갖는 성형 기판을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   이축 집합 조직화된 기판을 사용하는 것인 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   최상부에 위치하는 상기 최초 완충층의 물질과 상기 추가 완충층의 물질은 동일한 것인 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 성형 단계는 압연, 인발 및 용접 중에서 선택되는 하나 이상의 공정으로 시행되는 것인 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기판이 원형, 타원형, 또는 다각형 단면을 갖도록 형상화되는 것인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기판은 평평한 테이프이고, 이는 종축을 따라 벤딩되어 원형 와이어 형상으로 되는 것인 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 최초 완충층의 물질 및 상기 추가 완충층의 물질은 MgO, 이트리아 안정화 지르코니아, (Ce_1-ZRE_z)O₂(여기서, 0≤z≤0.5), REMnO₃ 및 RE_2-xB_2+xO₇(여기서, -0.4≤x≤+0.7)으로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질이고, 여기서 RE는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Y, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택된 하나 이상의 물질이고, B는 Zr 및 Hf 중에서 선택된 하나 이상인 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 수득가능한 굴곡 표면을 갖는 성형 기판.
9. 제8항에 있어서,

   초전도 물질로 구성되고 에피택셜 성장된 활성층을 포함하는 성형 기판.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,

    하나 이상의 추가 완충층을 더 포함하는 성형 기판.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 활성층의 초전도 물질은 REBa₂Cu₃O_7-x이고, 여기서 RE는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Y, Tm, Yb 및 Lu 중에서 선택된 하나 이상의 물질인 성형 기판.
12. 제11항에 있어서,

    상기 RE는 적어도 Y인 성형 기판.
13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    하나 이상의 추가 금속 보호층 및/또는 하나 이상의 추가 절연층을 더 포함하는 성형 기판.
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    원형, 타원형, 또는 다각형 단면을 가지는 와이어인 성형 기판.
15. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 성형 기판을 초전도 선재를 생산하는데 사용하는 방법.
16. 제15항에 있어서,

    보호층을 가지는 초전도 선재를 생산하는데 사용되는 것인 방법.