KR20130026478A - 기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속 공정으로 기판(15) 상에 초전도 층을 제조하기 위한 방법 및 장치(1)에 관한 것이며, 이때 기판(15) 상에 에어로졸 증착을 통해 MgB2로 이루어진 초전도 층이 제조된다.

Description

기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND ARRANGEMENT FOR PRODUCING SUPRACONDUCTIVE LAYERS ON SUBSTRATES}
본 발명은 기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 이때 기판 상에 에어로졸 증착을 통해 MgB2로 이루어진 초전도 층이 제조된다.
초전도 와이어를 기술 분야에서 사용하거나 산업 분야에서 사용하는 데에는 대부분의 적용예에 있어서 긴 길이가 필요하다. 이러한 길이는 단지 기술상 유리할 뿐만 아니라 비용상으로도 유리하게 제조되어야 한다. 이는 특히 MgB2 재료를 갖는 고온 초전도체(HTS 도체)에 있어서 까다로운 일이다.
실질적으로, HTS 도체를 위한 2가지 제조 공정이 있는데, 즉 하나는 소위 파워-인-튜브{powder-in-tube(PIT)} 방법이고, 다른 하나는 예를 들어 화학 기상 증착법{chemical vapor deposition(CVD)}, 유기 금속 화학 기상 증착법{metalorganic chemical vapor deposition(MOCVD)}, 펄스 레이저 증착법{pulsed laser deposition(PLD)}, 스퍼터링(sputtering) 및 열적 증발법과 같은 박막 증착 방법이다. 박막 증착 방법들에서는 공통적으로 기판이 고온에 있게 된다. 이러한 고온은 상기 방법에 의해 스스로 결정되거나, 즉 운반 매체의 요구되는 반응 동역학을 통해 결정되거나, 예를 들어 층들 내의 텍스쳐 형성을 위한 온도창(temperature window)과 같은 층의 성장 동역학을 통해 결정된다.
PIT 방법은 MgB2를 위해 소위 익스-시투(ex-situ) 변형으로 사용되거나 인-시투(in-situ) 변형으로 사용된다. 이 경우, "익스-시투"는 와이어 외부에서의 MgB2-상 형성을 나타내고, 인-시투 변형에서는 구성 요소들이 혼합되고, 와이어 내에서야 MgB2로 반응한다. 이러한 경우에도 상기 변형들은 예를 들어 300℃ 내지 700℃의 고온을 필요로 한다.
이러한 고온에 의해 와이어 내의 구리(Cu)의 사용이 불가능하거나, 일체된 확산 베리어가 필요하다. 구리는 가장 신속하게 확산되는 금속들 중 하나이고 MgB2는 Cu 도핑에 대해 매우 민감하게 반응하기 때문에, 즉 분해되기 때문에, 구리는 초전도 층 내에서 바람직하지 않다. 추가의 확산 베리어는 전체 전류 밀도를 저하시키고, 초전도체로부터 션트 재료 내로의 전류 전달을 어렵게 한다. 그러나, 에너지 기술 및 자기(magnet) 기술의 대부분의 적용예들은 전도성이 충분히 양호한 커플링된 션트 재료를 필요로 한다.
초전도 재료 내의 확산 베리어 또는 구리 도핑은 원하지 않는 물리적 효과를 야기하거나 양호한 초전도 특성을 갖는 와이어를 제조하기 위한 기술적 복잡도를 심화시킬 뿐만 아니라 비용도 증가시킨다. 이와 같이, 확산 베리어의 사용은 와이어 제조 또는 케이블 제조 시의 추가 제조 단계를 필요로 하고, 구리 도핑은 가동중에 더 높은 전기 손실을 야기하거나 심화된 기술적 복잡도를 통해 보상되어야 한다. 높은 증착 온도는 제조 공정에 더 많은 에너지가 소모되도록 하며, 이에 따라 비용도 더욱 증가시킨다.
에어로졸 증착 방법의 사용은 실온에 가까울 때 또는 실질적으로 실온일 때, 즉 약 25℃의 온도일 때 초전도 층의 증착을 가능하게 한다. 선행 기술로부터, 미세 기계 시스템, 디스플레이, 연료 전지, 광학 구성 요소들 및 고주파 어플리케이션용 디바이스를 위한 코팅부를 제조하기 위한 에어로졸 증착 방법이 공지되어 있다. 이와 같이, 예를 들어 2008년 6월, 열분사 기술 저널(Journal of Thermal Spray Technology), 17(2)권, 181 ff 페이지, 준 아케도(Jun Akedo)의 논문 "Room Temperature Impact Consolidation (RTIC) of Fine Ceramic Powder by Aerosol Deposition Method and Applications to Microdevices"에는 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 제조하기 위한 불연속 기판 상의 에어로졸 증착 방법이 설명된다. 이러한 설명된 방법의 단점은 불연속 기판을 코팅하기 위해 진공 챔버를 사용한다는 것이다. 이 경우, 기판은 챔버 내에서 가열 장치를 구비한 기판 홀더 상에 제공되고, 경우에 따라 기판의 일부는 마스크로 커버된다. 이러한 챔버는 진공 밀봉식으로 격리되고, 챔버 내에는 펌프에 의해 진공이 형성된다. 이어서, 기판 홀더 상에 고정된, 마스크가 제공된 기판은 에어로졸 증착 방법을 통해 코팅된다. 코팅 완료 이후에, 코팅된 기판은 챔버에서 회수되며, 이때 이러한 기판은 층상 특성을 개선하기 위해 사전에 가열 장치를 통해 가열되어 있을 수 있다.
상술한 방법은 상기 구조에 의해 단지 불연속 기판들이 차례로, 즉 시간적 간격을 두고 코팅될 수 있으며, 챔버 내에 기판을 배치하고, 진공을 형성하고, 코팅된 기판을 챔버로부터 회수하기 위해 많은 시간과 에너지가 소모되어야 하며, 이에 따라 비용이 발생한다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 과제는 시간적으로 간격을 두고 순차적으로 이루어지는 불연속적인 초전도 재료 증착이 필요하지 않고 낮은 복잡도와 적은 비용을 야기하는, 기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 예를 들어 고온에서 구리의 확산이 강화됨으로써 초전도 재료가 오염되는 일 없이, 에너지 소모가 적으면서 신뢰 가능하도록 초전도 층을 예를 들어 밴드 형태의 재료 상에 연속적으로 증착 가능하게 하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제1항의 특징부를 갖는, 기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 방법과 관련하여 해결되고, 청구범위 제15항의 특징부를 갖는, 상술한 제조 방법에 의해 기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 장치와 관련하여 해결된다.
기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 방법의 바람직한 실시예 및 상술한 제조 방법에 의해 기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 장치의 바람직한 실시예는 관련 종속항에 나타난다. 이 경우, 종속항의 특징들은 서로 조합될 수 있다.
기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에서는 기판 상에 에어로졸 증착을 통해 MgB2로 이루어진 초전도 층이 제조된다. 이러한 제조 방법은 연속 공정으로서 실행된다.
이는 긴 초전도 와이어 또는 초전도 케이블의 제조를 가능하게 한다. 에어로졸 증착을 위해서 고진공이 필요하지 않고, 이로 인해 복잡도 및 비용이 낮게 유지된다. 실온 범위의 낮은 온도는, 예를 들어 고온에서 구리의 확산이 강화됨으로써 초전도 재료가 오염되는 일 없이, 적은 에너지 소모 하에 증착을 가능하게 한다.
이러한 연속적인 공정은 특히 기판이 롤로부터 연속적으로 제공되는 연속 흐름 공정으로서 실행될 수 있다. 롤에 대안적으로, 재료는 다른 형태를 갖는 지지체로부터 풀리거나 이러한 지지체가 없이 코일 형태를 가질 수도 있다. 롤의 사용에 의해, 기판의 엉킴 또는 꼬임이 없이 에어로졸 증착을 위한 기판이 방해받지 않고 공급된다.
이러한 기판은 밴드의 형태를 가질 수 있고, 기판이 매우 긴 밴드 형태를 가질 때 예를 들어 롤로부터 양호하게 풀릴 수 있다. 이로 인해, 증착 공정을 위한 기판의 연속적인 공급이 보장될 수 있다. 이 경우, 밴드는 특히 직사각형 단면을 갖는 길게 연장된 스트립 형 기판을 의미한다. 이러한 밴드는 초전도 재료가 증착될 수 있는 평평한 상부면을 포함한다. 이러한 상부면은 특히 측면에 비해 훨씬 더 넓은 면적을 가질 수 있다.
금속 기판, 특히 구리 또는 강철로 이루어진 기판이 사용될 수 있다. 구리는 예를 들어 초전도 재료들 내의 취약 위치들을 바이패스로서 브릿지 연결하기 위해 양호한 전기적 특성을 갖는다. 반면에 강철은 더 높은 기계적 안정성을 갖는다. 특히 래미네이트 형태로 또는 합금으로서 재료들을 조합하는 것도 가능하다.
초전도 층은 MgB2 분말로 제조될 수 있다. 대안적으로, 초전도 층은 Mg와 B의 분말 혼합물로 제조될 수 있으며, 이러한 혼합물은 결과적으로, 즉 에어로졸 증착 이후에 MgB2로 반응한다. 이 경우, 예를 들어 에어로졸 증착 이후 800℃를 초과하는 범위의 열적 후처리가 사용될 수 있다. 출발 물질로서 MgB2 분말이 사용될 때도, 증착된 층의 초전도 특성 또는 전기 특성을 개선하기 위해 상술한 열적 후처리가 사용될 수 있다. 에어로졸 증착 방법을 사용함으로써, 예를 들어 800℃를 초과할 때와 같이 높은 온도를 갖는 온도 단계가 없는 제조도 가능하며, 이로 인해, 초전도 재료 내로의 구리 확산으로 오염이 발생하는 일 없이 구리와 초전도 재료 사이의 확산 베리어 층이 없는 구리 기판을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 초전도 층은 션트 재료, 특히 FeCr-Ni 합금 또는 Cu-Ni 합금과 혼합된 Mg 및 B 분말 및/또는 MgB2 분말로 제조될 수도 있다. 이 경우, 션트 재료는 초전도 재료 내의 취약 위치들을 양호하게 전기적으로 브릿지 연결되도록 하거나 초전도 미소 결정들 사이가 양호하게 전기적으로 연결되도록 한다.
에어로졸 형성 및 에어로졸 증착을 위한 운반 기체로서, 헬륨, 질소 또는 공기가 사용될 수 있다. 이 경우, 질소는 비용면에서 유리하고, 공기와는 달리 본원의 방법에 관련된 물질들이 산화될 위험을 내포하지 않는다.
본원의 방법은 실질적으로 실온에서, 특히 25℃의 온도에서 실행될 수 있다. 이로 인해, 적은 비용과, 적은 에너지 소모와, 구리와 같은 물질의 초전도 재료 내로의 확산이 줄어들거나 전혀 발생하지 않음으로써 초전도 재료의 오염이 발생하지 않는 것과 같은 상술한 장점들이 얻어진다. 이로 인해, 예를 들어 확산 베리어 층이 없이 기판으로서 구리를 사용하는 것이 가능하다.
초전도 층은 1㎛ 이상의 층두께로 형성될 수 있다. 에어로졸 증착 방법은 스퍼터링과 같은 여타의 증착 방법과는 달리, 특히 짧은 시간과 적은 비용을 소모하며 두꺼운 층들을 제조 가능하게 한다.
본원의 방법은 코팅 챔버 내에서 실행될 수 있으며, 이러한 코팅 챔버는 하나 이상의 에어 로크(air lock), 특히 기판의 공급을 위한 에어 로크와 기판의 배출을 위한 에어 로크, 즉 코팅 챔버의 주변 대기로부터 코팅 챔버의 내부 공간을 분리하기 위한 2개의 에어 로크를 포함한다. 이로 인해, 원하는 압력에서 그리고 예를 들어 보호 기체 대기 하에 처리될 수 있으며 그리고/또는 예를 들어 주변으로부터의 오염물 또는 먼지에 의한 오염이 방지될 수 있다. 에어 로크를 통해 코팅 챔버는 주변 환경으로부터 격리되고, 층들은 오염되지 않도록 제조될 수 있다.
대안적으로, 본원의 방법은 본원의 장치에서도 실행될 수 있으며, 이러한 장치는 특히 본원의 장치의 주변 대기로부터 본원의 방법의 공기 밀봉식 격리를 위해 주변으로부터 완전히 캡슐화되어 있다. 이 경우, 이러한 장치는 캡슐화된 공간 내에 기판의 공급롤 및/또는 코팅된 기판을 위한 목표롤을 이미 포함할 수 있으며, 이로 인해 기판 및 코팅된 기판을 위한 연속적으로 작동하는 에어 로크들이 생략될 수 있다. 예를 들어 기판 롤을 갖는 설비를 장착하고, 코팅 완료된 기판을 갖는 롤을 회수하기 위한 에어 로크들도 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 에어 로크들은 예시로서 상술한 바와 같이 연속적으로 기능하는 에어 로크들보다 기술적으로 간단하게 설계될 수 있다. 추가의 장점들은 상술한 예시와 유사하다.
에어로졸 증착 이후에는 추가의 코팅 공정, 특히 구리층 및/또는 알루미늄층을 형성하기 위한 코팅이 실행된다. 이러한 층은 초전도 상태의 중단시 정상 전기 전도 상태를 유지하기 위해 그리고/또는 초전도 층 내의 취약 위치들을 전기적으로 브릿지 연결하기 위해 바이패스로서 사용될 수 있다. 이러한 층은 추가의 기계적 안정화를 위해서도 사용될 수 있다. 이어서, 절연 공정이 실행될 수 있다.
대안적으로, 에어로졸 증착에 바로 이어서 절연 공정이 실행될 수도 있다. 따라서, 추가 단계들 없이 초전도 케이블 또는 초전도 와이어가 완성되고, 주변으로부터 전기적으로 절연된다.
기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한, 본 발명에 따른 방법의 제1 단계에서는 운반 기체가 기체 투과성 서포트를 통해 에어로졸 챔버 내로 유입될 수 있으며, 이때 이러한 서포트 위에는 서포트의 관류시 운반 기체에 의해 입자 형태로 수용되는 분말이 배치된다. 제2 단계에서 운반 기체-분말 혼합물은 특히 폐회로 제어 또는 개회로 제어 가능한 노즐, 특히 슬릿 형태의 노즐을 통해 코팅 챔버 내로 도입될 수 있으며, 이때 분말은 에어로졸 증착 공정을 거쳐, 연속적으로 코팅 챔버를 통해 이동하는 기판에 증착된다.
시간적으로 제1 단계와 제2 단계 사이에는 제3 단계가 실행될 수 있으며, 이러한 제3 단계에서, 분말과 운반 기체로 이루어진 에어로졸은 컨디셔너를 관류하고, 이러한 컨디셔너 내에서는 증착을 위해 너무 큰 분말 입자들이 필터링되어 제거되고 그리고/또는 분말 입자들의 운동 에너지의 균형이 이루어진다. 이로 인해, 제조된 초전도 층은 더욱 균일한 구조를 갖고, 더욱 양호한 전기적 특성을 얻는다.
기판 상에 초전도 층을 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치는 밴드형 기판을 위한 하나 이상의 유입부와 초전도 층으로 코팅된 밴드형 기판을 위한 하나 이상의 배출부를 구비한 코팅 챔버를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 장치는 MgB2로 기판을 코팅하기 위한 에어로졸을 제공하기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 이러한 장치에 의해, 상술한 방법이 실행될 수 있으며, 이러한 방법의 상술한 장점들은 상기 장치에도 적용된다.
종속항들의 특징에 따른 바람직한 개선예들을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예들은 하기에 도면에 의해 더욱 상세하게 설명되지만, 이에 국한되지는 않는다.
도 1은 에어로졸 증착을 통해 기판(15) 상에 초전도 층을 제조하기 위한, 본 발명에 따른 장치(1)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치(1)를 완전히 캡슐화된 상태에서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에는 에어로졸 증착을 통해 기판(15) 상에 초전도 층을 제조하기 위한, 본 발명에 따른 장치(1)의 단면도가 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 장치(1)에 의해서, 전술한 본 발명에 따른 방법이 실행될 수 있다.
장치(1)는 분말(4) 및 운반 기체로 이루어진 에어로졸을 형성하기 위한 에어로졸 챔버(2)를 포함한다. 운반 기체는 운반 기체 공급 라인(5)을 통해 에어로졸 챔버(2)에 공급된다. 운반 기체로서 예를 들어 질소가 사용될 수 있다. 운반 기체의 공급 유동 및 이에 따른 압력과 유입측 질량 흐름률은 운반 기체 공급 라인(5) 내에 장착된 기체 제어기(6)를 통해 개회로 제어 또는 폐회로 제어된다. 운반 기체는 유입부(7)를 통해 에어로졸 챔버(2) 내로 유동한다. 유입부(7)는 에어로졸 챔버(2)의 하부 단부에 위치한다. 에어로졸 챔버(2) 내에서 운반 기체는 아래쪽으로부터 나와, 분말이 위에 배치된 기체 투과성 서포트(3)를 관류한다. 이러한 분말은 예를 들어 MgB2 미립자로 구성될 수 있다. 기체 투과성 서포트(3)로부터 나온 운반 기체는 분말을 관류하고, 이러한 관류를 통해 분말 미립자를 동반한다. 이를 통해 에어로졸이 형성된다. 미립자 및 운반 기체로 이루어진 에어로졸은 에어로졸 챔버(2)로부터 상부 단부에서 배출부(8)를 통해 벗어난다. 파이프 라인을 통해 연결되거나 직접 에어로졸 챔버(2)에 특히 유체 밀봉식으로 접속되도록 컨디셔너(9)가 배치된다. 에어로졸은 컨디셔너(9)를 관류하며, 이때 너무 큰 입자들은 필터링되어 제거되고 에어로졸 내에 남아 있는 입자들의 운동 에너지의 균형이 이루어진다. 그러나, 본 발명에 따른 장치는 컨디셔너(9) 없이 형성될 수도 있다. 이로 인해 구조가 단순화되지만, 이 경우 증착된 층들은 전기적 특성, 특히 초전도 특성이 더욱 불량해지면서 균일성이 저하된다.
컨디셔너(9)로부터, 에어로졸은 배출부 단부에 슬릿 형태로 형성될 수 있는 노즐(10)을 통해 코팅 챔버(11) 내에서, 코팅될 기판(15) 상으로 관류한다. 기판(15)은 예를 들어 마이크로미터 범위의 두께와 밀리미터 범위의 폭을 갖는 강철 밴드일 수 있다. 그러나, 이러한 기판(15)은 다른 형태, 예를 들어 원형 단면을 갖는 와이어 형태를 가질 수도 있다. 하기에 단지 밴드형 기판(15)으로 불리는, 직사각형 단면을 갖는 밴드 형태의 기판(15)에서 노즐(10)의 배출부는 기판 밴드(15)의 표면을 향하며, 예를 들어 이러한 표면의 폭은 마이크로미터 범위의 폭을 갖는 기판 밴드(15)의 측면과는 달리 수 밀리미터를 초과하도록 연장된다. 이 경우, 이러한 기판(15)의 폭넓은 평평한 쪽은 에어로졸 미립자의 충돌시 미립자 물질, 예를 들어 MgB2 미소 결정 미립자에 의해 코팅된다. 분말 미립자는 기판(15)에 "접착" 또는 고착된 채로 유지되고, 이와 같이 기판(15)의 한쪽에 차단된 초전도층을 형성한다.
밴드형 기판(15)은 연속적으로 롤(16)으로부터, 즉 공급롤으로부터 풀려 유입부 에어 로크(13)를 통해 코팅 챔버(11) 내로 이동하고, 노즐(10)을 거치면서 배출부 에어 로크(14)를 통해 코팅 챔버(11)로부터 나오도록 이동함으로써, 롤(17), 즉 목표롤(17) 상에 재차 감긴다. 이러한 2개의 롤(16, 17)은 동일하게 구동될 수 있으며, 동일한 회전 방향 및 동일한 회전 속도로 이동할 수 있다. 대안적으로, 하나의 롤, 예를 들어 목표롤(17) 만이 구동될 수도 있으며, 이때 기판 밴드(15)가 견인력을 통해 공급롤(16)로부터 풀리거나, 공급롤(16)이 구동할 때는 가압력을 통해 기판(15)이 목표롤(17) 상에 감길 수 있다.
균일한 초전도 층, 즉 균일한 두께를 갖는 초전도 층을 기판(15)의 한쪽 전체에 걸쳐 분포되도록 제조하기 위해, 기판(15)의 전진 이동 속도, 즉 롤들(16, 17)의 원주 회전 속도는 전체 코팅 공정 동안 일정해야 한다. 노즐(10)은 에어로졸을 균일한 유속으로 방출해야 하고, 미립자의 수와 크기는 에어로졸 내에서 전혀 변화하지 않거나 크게 변화하지 않아야 한다. 슬릿의 종방향이 기판 밴드(15)의 코팅될 쪽의 표면 및 폭에 대해 평행하게 배치되는 슬릿형 노즐(10)의 사용도 바람직하다. 마찬가지로 슬릿의 길이에 걸쳐 에어로졸이 균일하게 방출되고, 이에 따라 슬릿 반대편에 배치된 기판 밴드(15)의 표면 상에 균일하게 증착이 이루어질 수 있음으로써, 균일한 층들의 형성에 도움이 된다.
선택적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 코팅 챔버(11) 내에 진공 포트(12)가 제공될 수 있으며, 이러한 진공 포트를 통해 챔버(11) 및/또는 에어 로크(13 및 14)는 진공화될 수 있다. 대안적으로, 이러한 포트(12)를 통해 예를 들어 질소와 같은 보호 기체도 공급될 수 있다. 이를 통해, 코팅 챔버(11) 내에서는 진공에 이르는 부압이 형성될 수 있거나 보호 기체 대기가 형성될 수 있다. 주변 공기의 성분 또는 입자에 의한 초전도 층의 오염은 이와 같이 예방될 수 있다. 마찬가지로 에어로졸 내 미립자의 성분의 산화와 이에 따라 초전도 층의 산화가 방지될 수 있다.
그러나, 진공 포트(12) 및/또는 에어 로크(13, 14)가 없는 간소화된 구조의 장치도 가능하다. 경우에 따라, 주변 공기의 영향이 에어로졸의 증착 및 초전도 층의 형성에 방해가 되지 않을 때는 코팅 챔버(11)가 반드시 필요한 것도 아니다. 진공이 바람직하기는 하지만, 고진공이 필요하지는 않다. 이러한 방법은 대기압 또는 주변 압력에서도 적용 가능하다.
도 2에는 본 발명에 따른 장치(1)의 대안적인 일 실시예가 도시되어 있다. 이러한 장치(1)는 도 1에 도시된 장치(1)와 유사하게 형성되며, 완전히 캡슐화된 공급롤 및 목표롤(16, 17)이 추가될 뿐이다. 따라서, 전체 장치의 내부 공간은 공기 밀봉식으로 격리될 수 있고, 예를 들어 진공 포트(12)를 통해 상술한 바와 같이 진공화 가능하거나 보호 기체 대기에 의해 충전될 수 있다. 이와 같이, 초전도 층으로 코팅되는 기판(15)의 오염 미립자 및 먼지에 의한 오염이나 산화는 캡슐부(18)에 의해, 롤이 풀리고 감길 때라도 예방될 수 있다. 상기 장치에 대해 전체 롤들(16, 17)을 공급하거나 회수하기 위해, 도시되지 않는 에어 로크가 제공될 수 있다.
상술한 실시예들은 조합될 수도 있다. 따라서, 예를 들어 하나의 롤(17)만이 캡슐화될 수 있는 반면, 기판 밴드(15)는 롤(16)로부터 에어 로크를 통해 코팅 챔버(11)에 공급된다. 이러한 장치의 전체 캡슐부(18)가 형성되는 경우, 코팅 챔버(11)에 대한 기판 밴드(15)의 공급 및 배출을 위한 에어 로크(13 및 14)가 생략될 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 방법과, 이러한 방법을 실행하기 위한 장치는 예를 들어 밴드 형태의 기판을 긴 길이에 걸쳐 MgB2 초전도 층으로 균일하게 코팅 가능하게 한다. 이와 같이, 기판 밴드는 센티미터 내지 수백 미터 범위의 길이를 가질 수 있다. 증착된 층들은 실온에서 기판 밴드의 전체 길이에 걸쳐 균일한 두께와 균일한 전기적 특성을 갖도록 제조될 수 있다. 초전도체 층을 갖는 기판 밴드의 이와 같이 새로운 구조가 가능하며, 이러한 구조는 예를 들어 구리로 구성되고, 기판과 초전도체 층 사이에 중간층을 확산 베리어로서 필요로 하지 않는다. 낮은 증착 온도와 증착시의 압력 조건에 대한 까다롭지 않은 요건(고진공이 불필요함)에 의해, 예를 들어 스퍼터링과 같은 종래의 공정에 비해 에너지 절감이 이루어진다. 상기 방법에 의해서는 높은 처리량으로, 즉 짧은 시간 내에 두꺼운 층을 제조 가능하다.

Claims (15)

  1. 기판(15) 상에 초전도 층을 제조하기 위한 방법이며, 기판(15) 상에 에어로졸 증착을 통해 MgB2로 이루어진 초전도 층이 제조되는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법에 있어서,
    상기 제조 방법은 연속 공정으로서 실행되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연속 공정은 특히 기판(15)이 롤(16)로부터 연속적으로 제공되는 연속 흐름 공정으로서 실행되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 밴드형 기판(15)이 사용되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 기판(15), 특히 구리 또는 강철로 이루어진 기판(15)이 사용되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 초전도 층은 MgB2 분말(4)로 제조되거나 Mg와 B의 분말 혼합물(4)로 제조되거나, 초전도 층은 션트 재료, 특히 FeCr-Ni 합금 또는 Cu-Ni 합금과 혼합된 Mg 및 B 분말(4) 및/또는 MgB2 분말(4)로 제조되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 운반 기체로서 헬륨, 질소 또는 공기가 사용되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조 방법은 실질적으로 실온에서, 특히 25℃의 온도에서 실행되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 초전도 층은 1㎛ 이상의 층두께로 형성되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조 방법은 코팅 챔버(11) 내에서 실행되며, 상기 코팅 챔버는 코팅 챔버(11)의 주변 대기로부터 코팅 챔버(11)의 내부 공간을 분리하기 위해 하나 이상의 에어 로크(13, 14), 특히 기판(15)의 공급을 위한 에어 로크(13)와 기판(15)의 배출을 위한 에어 로크(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조 방법은 장치(1), 특히 기판(15)의 공급롤(16) 및/또는 코팅된 기판(15)을 위한 목표롤(17)을 포함하는 장치(1)에서 실행되며, 상기 장치(1)는 상기 장치(1)의 주변 대기로부터 상기 제조 방법의 공기 밀봉식 격리를 위해 주변으로부터 완전히 캡슐화되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸 증착 이후에는 추가의 코팅 공정, 특히 구리층 및/또는 알루미늄층을 형성하기 위한 코팅이 실행되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸 증착에 바로 이어서 절연 공정이 실행되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 단계에서 운반 기체가 기체 투과성 서포트(3)를 통해 에어로졸 챔버(2) 내로 유입되며, 이때 서포트(3) 위에는 서포트(3)의 관류시 운반 기체에 의해 입자 형태로 수용되는 분말(4)이 배치되고, 제2 단계에서 운반 기체-분말 혼합물은 폐회로 제어 또는 개회로 제어 가능한 노즐(9), 특히 슬릿 형태의 노즐(9)을 통해 코팅 챔버(11) 내로 도입되며, 이때 분말(4)은 에어로졸 증착 공정을 거쳐, 연속적으로 코팅 챔버(11)를 통해 이동하는 기판(15)에 증착되는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 시간적으로 제1 단계와 제2 단계 사이에는 제3 단계가 실행되며, 상기 제3 단계에서, 분말(4)과 운반 기체로 이루어진 에어로졸은 컨디셔너(8)를 관류하고, 상기 컨디셔너 내에서는 증착을 위해 너무 큰 분말 입자들(4)이 필터링되어 제거되고 그리고/또는 분말 입자들(4)의 운동 에너지의 균형이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 따른, 기판(15) 상에 초전도 층을 제조하기 위한 장치(1)이며,
    밴드형 기판(15)을 위한 하나 이상의 유입부와 초전도 층으로 코팅된 밴드형 기판(15)을 위한 하나 이상의 배출부를 구비하고 MgB2로 기판(15)을 코팅하기 위한 에어로졸을 제공하기 위한 디바이스를 구비한 코팅 챔버(11)를 포함하는, 기판 상에 초전도 층의 제조 장치.
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