KR20160012428A - Laminated high temperature supperconductor wire structure that is joined with the housing and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복수의 고온초전도 박막선재를 적층시켜 임계전류를 증가시키며, 적층된 고온초전도 박막선재 모듈의 3면으로 외부에 금속 안정화재를 배치하여 안정화 특성을 높인 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laminated high-temperature superconducting thin-film superconducting laminate having a laminated high-temperature superconducting thin-film wire module laminated with a plurality of high-temperature superconducting thin-film wires to increase a critical current, And a manufacturing method thereof.
초전도층을 포함하는 복합 초전도 박막선재는 임계 온도 이하에서 저항이 0인 상태로 많은 전류를 통전할 수 있다. 이러한 이점 때문에 저손실로 고밀도의 전류 공급이나 송전을 필요로 하는 산업 분야에 많이 이용될 것으로 기대되고 있다. RE(희토류 원소 : 이트륨(Y), 카드뮴(Cd), 사마륨(Sm), 네오디뮴(Nd), 홀뮴(Ho)..)-Ba-Cu-O계 초전도 박막선재는 일반적으로 니켈합금이나 스테인레스강 등과 같은 금속기판의 상부에 복수의 완충층을 코팅하고, 완충층의 상부에 초전도층을 물리적 또는 화학적인 방법으로 코팅하여 제조한다. 금속기판, 완충층 및 초전도층이 순차적으로 적층된 초전도 박막선재 중 외부로 노출된 금속기판 및 초전도층에는 필요에 따라서 은(Ag)을 추가로 코팅한다.The composite superconducting thin film including the superconducting layer can conduct a large amount of current in a state where the resistance is zero below the critical temperature. Because of this advantage, it is expected to be widely used in industrial fields that require high-density current supply or transmission with low loss. The Ba-Cu-O superconducting thin film wire is generally made of a nickel alloy or stainless steel (rare earth elements such as yttrium (Y), cadmium (Cd), samarium (Sm), neodymium (Nd) Or the like is coated on the upper portion of the metal substrate and the superconducting layer is coated on the buffer layer by a physical or chemical method. The metal substrate and the superconducting layer exposed to the outside of the superconducting thin film wire in which the metal substrate, the buffer layer and the superconducting layer are sequentially laminated are further coated with silver (Ag) if necessary.
초전도 박막선재를 코일이나 케이블 등과 같은 응용기기를 제작하기 위해 사용할 경우, 일반적으로 얇게 생산되기 때문에 적당한 인장력을 갖도록 초전도 박막선재를 제작하지 않으면 권선 작업시에 초전도 박막선재가 꺾이거나 절단되는 등과 같은 파손이 발생하게 된다. 또한 마그네트의 운전 시에 전자기력에 의하여 초전도 박막선재에 다양한 형태의 응력이 걸리고 이러한 응력에 의하여 초전도특성의 저하가 일어날 수 있다.When the superconducting thin film is used to manufacture applications such as coils and cables, it is generally produced in a thin state. Therefore, unless the superconducting thin film is formed to have a proper tensile strength, the superconducting thin film is damaged . In addition, when the magnet is operated, various types of stress are applied to the superconducting thin film by the electromagnetic force, and the superconducting characteristics may be deteriorated due to the stress.
이와 같이 초전도 박막선재의 인장력을 증가시키기 위해 종래에는 단독으로 선재를 사용할 때보다 전체 단면적을 증가시켜 인장력이 증가되도록 복수의 초전도 박막선재를 적층시키는 기술을 사용하고 있다. 이러한 종래기술로는 '대한민국 특허청 등록특허공보 공개번호 10-2008-0066655호_고온 초전도체 와이어를 위한 아키텍쳐'와 같이 복수의 초전도 박막선재 및 금속 안정화재를 적층하여 초전도 박막선재의 단면적 증가시키거나, 종래기술 '대한민국 특허청 등록특허공보 공개번호 10-2006-0089523호_박막형 초전도 선재의 집합방법 및 집합화된 초전도 선재'와 같이 복수의 초전도 박막선재를 적층시키고 이를 솔더링하여 단면적을 증가시켜 최종적으로 선재의 인장력을 증가시키는 기술이 알려져 있다.In order to increase the tensile strength of the superconducting thin film wire, a technique of stacking a plurality of superconducting thin film wires so as to increase the tensile force by increasing the total cross-sectional area of the wire is used. As such conventional technology, a plurality of superconducting thin film wires and a metal stabilizing fire are stacked to increase the cross-sectional area of the superconducting thin film wires, as in the 'Korean Intellectual Property Patent Application Publication No. 10-2008-0066655' architecture for high- A plurality of superconducting thin film wires are stacked and soldered to increase the cross-sectional area as in the prior art 'Korean Patent Application Publication No. 10-2006-0089523 _ method of assembling thin film superconducting wires and assembled superconducting wires' Is known.
핵융합, 입자가속기, 에너지저장장치, 고자장 초전도마그네트 등의 대형 초전도 코일 등에 초전도 박막선재를 사용하는 경우, 전류 용량을 가능한 높일 필요가 있으며, 이 경우 박막선재에서 초전도층의 임계전류를 높이는 것이 요구된다. 초전도 박막선재의 임계전류는 초전도층의 임계전류밀도를 높이거나 임계전류밀도 향상이 어려운 경우 초전도층의 막 두께를 두껍게 성장시키는 후막화 기술이 필요하게 된다. 초전도 박막선재의 임계전류밀도를 증가시키는 것은 공정의 최적화로 달성할 수 있으나, 한계성이 있으며 두께가 두꺼워질수록 c축으로 성장하는 초전도층 결정 성장이 무너지면서 초전도층 후막화 역시 전류용량을 증가시키는 효율적인 방법이 될 수 없다.When superconducting thin film wires are used for large superconducting coils such as nuclear fusion, particle accelerators, energy storage devices, and high magnetic field superconducting magnets, it is necessary to increase the current capacity as much as possible. In this case, it is required to increase the critical current of the superconducting layer do. The critical current of the superconducting thin film is required to increase the critical current density of the superconducting layer or to increase the film thickness of the superconducting layer when the critical current density is difficult to improve. Increasing the critical current density of the superconducting thin film can be achieved by optimization of the process, but there is a limitation. As the thickness of the superconducting thin film increases, the superconducting layer grown in the c axis collapses and the superconducting layer thickening also increases the current capacity It can not be an efficient method.
종래의 발명과 같이 초전도 박막선재 두 개를 솔더부재로 접합하여 적층하는 방식이 사용되고 있으나, 전류 용량을 증가시키는 데 제한적이다. 따라서 전류용량을 증가시키기 위해서는 그 구조에서 2개 이상의 초전도 박막선재를 적층할 필요가 있고, 이 경우 금속 안정화재와 기계적으로 안정적인 결합을 제공해야 한다.Although a method of stacking two superconducting thin film wires with a solder member and stacking them is used as in the conventional invention, it is limited in increasing the current capacity. Therefore, in order to increase the current capacity, it is necessary to laminate two or more superconducting thin film wires in the structure, and in this case, a metal stable fire and a mechanically stable combination must be provided.
또한 종래의 발명과 같이 복수의 초전도 박막선재를 적층한 후 솔더부재가 최외곽에 둘러쌓이도록 솔더링을 할 경우 적층 초전도선재의 두께 및 너비 즉 단면적이 증가되는 것에 한계가 있다. 또한 적층 초전도선재가 폭 방향으로 힘을 받게 되는 경우 산화물 초전도체가 손상되기 쉬우며 초전도 박막선재끼리의 결합이 분해될 수 있다.In addition, when soldering is performed so that the solder member is surrounded by the outermost periphery after stacking a plurality of superconducting thin film wires as in the prior art, there is a limitation in increasing the thickness, width, or cross-sectional area of the superconducting superconducting wire. Also, when the laminated superconducting wire is subjected to a force in the width direction, the oxide superconductor is liable to be damaged and the bond between the superconducting thin film wires can be disassembled.
뿐만 아니라 외부의 자극으로부터 초전도선재가 국부적으로 손상되어 초전도체 내부에 크랙 등의 결함이 존재하는 경우, 그 영역이 정상 영역에 비해 임계전류가 급속도로 하락하기 때문에 임계전류 값을 넘어서는 과도 전류를 주위의 안정화재로 바이패스(bypass) 시켜야 한다. 종래의 기술에는 과도전류를 바이패스하는 역할을 판 형상의 금속 안정화재나 솔더부재가 수행하였다. In addition, when a superconducting wire is locally damaged from an external stimulus and a defect such as a crack is present in the superconductor, the threshold current is rapidly lowered in the region than in the normal region. Therefore, It should be bypassed with a stable fire. In the prior art, a plate-shaped metal stabilization fire or solder member was performed to bypass the transient current.
이 경우 복수의 초전도선재가 받는 전류의 양에 비해 금속 안정화재 및 솔더부재의 단면적이 작아 과도전류를 충분히 수용하지 못하여 전류를 바이패스 함에 있어 안정적이지 못하는 문제점이 있다.In this case, there is a problem that the cross-sectional area of the metal stabilizing fire and the solder member is smaller than the amount of the current received by the plurality of superconducting wires, and thus the transient current can not be sufficiently accommodated.
따라서 본 발명의 목적은 단면적이 넓은 금속 안정화재 하우징의 내부에 복수의 초전도 박막선재를 배치하여 폭 방향의 힘에 대한 저항력을 증가시키고, 선재 길이방향의 인장력에 대해서도 받는 힘이 분산되는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a superconducting thin film wire having a plurality of superconducting thin film wires arranged inside a metal stabilized fire housing having a large cross-sectional area to increase a resistance against a force in a width direction, And a method for manufacturing the super high-temperature superconducting wire.
본 발명의 또 다른 목적은 과도전류를 바이패스시키는 금속 안정화재를 적층된 초전도 박막선재의 좌우 폭 방향 양쪽으로 연결시켜 각 초전도 박막선재가 균등하게 전류 전달이 보장되고, 넓은 면적의 금속 안정화재를 초전도층이 서로 공유가능한 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a superconducting thin film which comprises the steps of connecting a metal stabilizing fire bypassing a transient current to both sides of a laminated superconducting thin film wire, And a superconducting layer bonded to a housing that can be shared with each other, and a method of manufacturing the same.
상기 목적은, 길이방향을 따라 상면이 하향 함몰된 함몰부를 갖는 금속 안정화재 하우징과; 금속기판-완충층-초전도층이 순차적으로 적층되며, 상기 함몰부에 이격 배치되는 복수의 초전도 박막선재와; 상기 금속 안정화재 하우징 및 상기 초전도 박막선재의 외주면을 둘러싸도록 형성된 솔더부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 고온초전도 선재에 의해 달성된다.The object is achieved by a fire-retardant fire extinguishing system comprising: a metal-stable fire housing having a depression whose top surface is depressed downward along a longitudinal direction; A plurality of superconducting thin film wires arranged on the metal substrate, a buffer layer, and a superconducting layer sequentially and spaced apart from the depressions; And a solder member formed to surround the outer circumferential surface of the metal-stabilized fire housing and the superconducting thin film wire.
여기서, 상기 금속 안정화재 하우징의 너비는 상기 함몰부의 너비에 대해 1.2 내지 2배이며, 상기 금속 안정화재 하우징의 두께는 상기 함몰부의 두께에 대해 1.2 내지 2배인 것이 바람직하다.Preferably, the width of the metal-stabilized fire housing is 1.2 to 2 times the width of the depression, and the thickness of the metal-stable fire housing is 1.2 to 2 times the thickness of the depression.
또한, 상기 금속 안정화재 하우징은 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄합금, 스테인레스강, 니켈합금, 인코넬합금 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the metal-stable fire housing is formed of at least one of copper, a copper alloy, aluminum, an aluminum alloy, stainless steel, a nickel alloy, and an inconel alloy.
상기 금속 안정화재 하우징은, 하우징본체와; 상기 하우징본체의 재질보다 경질의 재질로 형성되며, 상기 하우징 본체의 길이방향을 따라 외주면을 둘러싸는 하우징피막을 포함하며, 상기 금속 안정화재 하우징은 소성가공법을 통해 성형되는 것이 바람직하다.The metal stable fire housing comprises: a housing body; And a housing cover formed of a harder material than the material of the housing body and surrounding the outer circumferential surface along the longitudinal direction of the housing body, wherein the metal stable fire housing is formed by a plastic working method.
또한, 상기 초전도 박막선재는 희토류원소-바륨-구리-산소계(RE-Ba-Cu-O) 계를 사용하며, 상기 초전도 박막선재의 최상층 및 최하층에는 은(Ag)으로 이루어진 보호층이 형성된 것이 바람직하다.It is preferable that the superconducting thin film wire uses a rare earth element-barium-copper-oxygen-system (RE-Ba-Cu-O) system and a protective layer made of silver (Ag) is formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the superconducting thin film wire Do.
본 발명의 또 다른 목적은, 적층 고온초전도 선재의 제조방법에 있어서, 상기에 따른 상기 금속 안정화재 하우징을 가공하는 제1단계와; 상기 금속 안정화재 하우징 및 복수의 상기 초전도 박막선재를 각각 솔더링하는 제2단계와; 솔더링된 상기 안정화재 하우징의 상기 함몰부 내에 복수의 상기 초전도 박막선재가 적층되도록 적층롤러를 통과하는 제3단계와; 적층된 상기 적층 고온초전도 선재를 가열로 내에서 상호 접합시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 고온초전도 선재의 제조방법에 의해 달성된다.It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a laminated high-temperature superconducting wire, comprising: a first step of processing the metal-stable fire housing according to the above; A second step of soldering the metal-stable fire housing and the plurality of superconducting thin film wires respectively; A third step of passing through the lamination roller so that a plurality of the superconducting thin film wires are laminated in the depression of the soldered stabilizing fire housing; And a fourth step of bonding the laminated high-temperature superconducting wires to each other in a heating furnace.
여기서, 상기 적층 고온초전도 선재를 접합한 후 가압롤러를 통과하는 제5단계와; 상기 가압롤러를 지난 상기 적층 고온초전도 선재를 냉각하는 제6단계를 더 포함하며, 냉각된 상기 적층 고온초전도 선재의 표면을 연마하도록 연마기를 통과하는 제7단계를 포함하는 것이 바람직하다.A fifth step of joining the laminated high-temperature superconducting wires and passing the laminated high-temperature superconducting wires through a pressure roller; And a sixth step of cooling the laminated high-temperature superconducting wire passing through the pressure roller, and a seventh step of passing through the polisher to polish the surface of the cooled laminated high-temperature superconducting wire.
또한, 상기 솔더링은 당업계에서 기 공지된 솔더링 방식을 이용할 수 있으나, 알루미늄합금이나 알루미늄합금이 외층으로 구성된 하우징과 솔더링하는 경우, 초음파 발생의 공구혼이 용융솔더조 내에 배치된 솔더기를 이용하며, 상기 가열로 내에는 가열된 상기 적층 고온초전도 선재의 두께를 조절하도록 한 쌍의 가압부가 더 포함된 것이 바람직하다.The soldering may be performed by a soldering method known in the art. However, when an aluminum alloy or an aluminum alloy is soldered to a housing constituted by an outer layer, a tool horn for generating ultrasonic waves is used in a soldering machine disposed in the molten solder bath, It is preferable that the heating furnace further includes a pair of pressing portions for adjusting the thickness of the heated laminated high-temperature superconducting wire.
상술한 본 발명의 구성에 따르면 넓은 금속 안정화재 하우징의 내부에 복수의 초전도 박막선재를 배치하여 폭 방향의 힘에 대한 저항력이 증가되고, 선재 길이방향의 인장력에 대해서도 받는 힘이 분산되기 때문에 초전도 박막선재를 보호하는 효과를 제공한다.According to the above-described structure of the present invention, since a plurality of superconducting thin film wires are disposed in a wide metal stable fire housing, the resistance against the force in the width direction is increased and the force to be applied to the tensile force in the wire length direction is dispersed. Thereby providing an effect of protecting the wire rod.
또한 과도전류를 바이패스시키는 금속 안정화재를 초전도 박막선재의 좌우 및 폭방향으로 연결시켜 각 초전도층이 균등하게 전류전달이 보장되도록 하고 넓은 면적의 금속 안정화재를 초전도층이 서로 공유가능한 효과를 제공한다.In addition, the metal stabilizing fire that bypasses the transient current is connected in the right and left directions of the superconducting thin film wire, so that each superconducting layer ensures the current transfer evenly, and the superconducting layer shares the mutual effect do.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 적층 고온초전도 선재의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 적층 고온초전도 선재의 단면도이고,
도 3은 적층 고온초전도 선재의 제조방법에 사용되는 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a laminated high-temperature superconducting wire according to a first embodiment of the present invention,
2 is a cross-sectional view of a laminated high-temperature superconducting wire according to a second embodiment of the present invention,
3 is a cross-sectional view of a device used in a method of manufacturing a laminated high-temperature superconducting wire.
이하 도면을 참고하여 본 발명의 제1실시예에 따른 적층 고온초전도 선재(100) 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.The multilayer high temperature
도 1에 도시된 바와 같이 적층 고온초전도 선재(100)는 길이방향을 따라 상면이 하향 함몰된 함몰부(111)를 갖는 금속 안정화재 하우징(110)과, 함몰부(111)에 이격 배치되는 복수의 초전도 박막선재(130)를 포함한다.1, the laminated high-temperature
금속 안정화재 하우징(110)은 적층 고온초전도 선재(100)의 두께와 너비를 증가시켜 적층 고온초전도 선재(100)의 기계적 인장력을 보강하는 역할을 한다. 또한 함몰부(111)에 배치되는 복수의 초전도 박막선재(130)가 서로 분리되지 않고 견고하게 결합되며, 외부의 자극으로부터 초전도 박막선재(130)가 손상되지 않도록 초전도 박막선재(130)를 보호하는 역할을 한다.The metal-stabilized
함몰부(11)는 초전도 박막선재(130)가 용이하게 배치되도록 초전도 박막선재(130)의 너비보다 넓은 너비를 가지며, 복수의 초전도 박막선재(130)가 적층가능한 두께로 하향 함몰된다. 금속 안정화재 하우징(110)은 적층 고온초전도 선재(100)의 제조공정이 용이하도록 함몰부(111)를 형성하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서 금속 안정화재 하우징(110)의 중앙영역을 관 형태로 관통시키고, 관통영역에 복수의 초전도 박막선재(130)를 배치하도록 구성할 수도 있다. 함몰부(111)는 금속 안정화재 하우징(110)의 길이방향으로 형성되며, 이는 절삭, 압출 및 인발 중 어느 하나를 이용한 소성가공법을 이용한다.The
금속 안정화재 하우징(110)을 이용하여 기계적인 인장력을 증가시키기 위해 금속 안정화재 하우징(110)의 너비는 함몰부(111)의 너비에 대해 1.2 내지 2배로 형성되고, 금속 안정화재 하우징(110)의 두께는 함몰부(111)의 두께에 대해 1.2 내지 2배인 것이 바람직하다.The width of the metal
금속 안정화재 하우징(110)은 초전도 박막선재(130)의 초전도현상이 국부적으로 파괴될 경우 과도전류가 금속 안정화재 하우징(110)으로 바이패스(bypass)되도록 도체로 이루어진다. 금속 안정화재 하우징(110)은 가격에 비해 전기전도도와 열전도도가 뛰어난 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄합금, 스테인레스강, 니켈합금, 인코넬합금 등과 같은 단일 금속으로 형성된다. The metal-stabilized
경우에 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 제2실시예에 따른 적층 고온초전도 선재(200)에서 금속 안정화재 하우징(210)은 하우징본체(211)와, 하우징피막(213)으로 형성될 수 있다. 하우징피막(213)은 하우징본체(211)의 재질보다 고전도성의 재질로 형성되며 하우징본체(211)의 길이방향을 다라 외주면을 둘러싸도록 하여 금속 안정화재 하우징(210)이 이중으로 형성될 수도 있다. 여기서 하우징본체(211)는 알루미늄합금을 사용하고, 하우징피막(213)은 알루미늄에 비해 열전도성과 전기전도성이 뛰어난 구리를 사용하는 것이 바람직하다. 구리를 사용하여 하우징본체(211)를 제조할 경우 알루미늄보다 단가가 높아 적층 고온초전도 선재(200)의 단가가 증가할 수 있다.As shown in FIG. 2, the metal-
함몰부(111)에 적층되는 초전도 박막선재(130)는 금속기판(131)과, 금속기판(131)의 상부에 형성된 완충층(133)과, 완충층(133)의 상부에 초전도층(135)이 순차적으로 적층되도록 형성된다.The superconducting
금속기판(131)은 내산화성을 지닌 니켈합금 또는 스테인레스강으로 이루어진다. 금속기판(131)의 상부에 형성된 산화물 완충층(133)은 금속기판(131)과 초전도층(135) 사이에 형성되어 초전도층(135)의 에피성장을 도와주고 금속기판(131)으로부터 불순물 원소의 확산방지막 역할을 한다. 구체적으로 초전도 박막선재(130) 제조시 초전도층(135)은 고온에서 형성되는데 이때 금속기판(131)의 금속물질이 초전도층(135)에 확산되어 초전도층(135)이 오염되는 것을 방지하며, 초전도층(135)의 초전도 특성을 향상시키는 역할을 한다.The
완충층(133)의 상부에 형성된 초전도층(135)은 완충층(133)에 물리적 또는 화학적인 방법으로 코팅하여 형성된다. 초전도층(135)은 고온 초전도 특성을 가지는 히토류계 원소로 제조되며, 바람직한 초전도층(135)의 재료는 희토류원소-바륨-구리-산소(RE-Ba-Cu-O)계이다.The
금속기판(131), 완충층(133) 및 초전도층(135)이 순차적으로 적층된 초전도 박막선재(130)의 최하층 및 최상층에는 은으로 형성된 보호층(137)이 적층된다. 보호층(137)은 초전도 박막선재(130)에 얇게 코팅되며, 외부로부터 초전도 박막선재(130)를 보호하는 역할을 한다. 경우에 따라서 제조비용을 감소시키기 위해 보호층(137)은 은(Ag)이 아닌 구리(Cu)가 될 수도 있으며, 은(Ag)과 구리(Cu)가 복수의 층으로 적층되도록 구성할 수도 있다.A
보호층(137)-금속기판(131)-완충층(133)-초전도층(135)-보호층(137)이 순차적으로 적층된 초전도 박막선재(130)를 함몰부(111)에 배치시키고, 상부에 초전도 박막선재(130)를 계속적으로 적층시켜 함몰부(111) 내에 복수의 초전도 박막선재(130)가 배치되도록 한다. 이때 초전도 박막선재(130)의 방향을 동일한 방향으로 배치될 수도 있지만 서로 마주보는 반대 방향으로 배치될 수도 있다.The superconducting
금속 안정화재 하우징(110)과 함몰부(111)에 적층된 초전도 박막선재(130)의 외주면에는 솔더부재(150)가 둘러쌓여 있으며, 솔더부재(150)에 의해 초전도 박막선재(130)가 함몰부(111)에 견고하게 고정된다. 솔더부재(150)는 금속 안정화재 하우징(110)과 유사하거나 낮은 전기전도도 및 열전도도를 갖는 재질로 이루어지며, 각 초전도 박막선재(130)의 초전도상태가 파괴될 경우 초전도 박막선재(130)의 전류를 금속 안정화재 하우징(110)으로 전달하는 통로 역할을 한다. 따라서 전류가 금속 안정화재 하우징(110)으로 최종적으로 도달하도록 솔더부재(150)는 금속 안정화재 하우징(110)보다 유사하거나 낮은 전기전도도 및 열전도도를 갖는 것이 바람직하다.A
초전도 박막선재(130)를 임계온도 이하의 온도에서 사용할 때 내적 혹은 외적 교란에 의해 초전도상태가 국부적으로 파괴될 경우 초전도 박막선재(130)의 저항이 급격하게 증가하고, 각 초전도 박막선재(130)의 소손현상이 발생할 수 있다. 이와 같이 초전도 박막선재(130)가 국부적으로 파괴될 경우 초전도 박막선재(130)를 통과하는 과도전류를 신속하게 바이패스시키기 위해 금속 안정화재 하우징(110)이 형성되며, 솔더부재(150)는 초전도 박막선재(130)를 접합하는 역할을 하며 금속 안정화재 하우징(220)과 초전도층(135)을 전기적으로 연력한다.When the superconducting
솔더부재(150)는 전류를 전달하는 역할을 할 뿐만 아니라 적층 고온초전도 선재(100)의 두께를 증가시키고 금속 안정화재 하우징(110)을 밀봉하여 외부의 자극으로부터 초전도 박막선재(130) 및 금속 안정화재 하우징(110)을 보호하는 역할을 한다. 필요에 따라서 솔더부재(150)의 최외곽에 절연부재를 추가로 코팅할 수도 있다.The
이와 같은 적층 고온초전도 선재(100)의 제조방법으로는, 도 3에 도시된 제조장치(1)를 이용하며, 먼저 제1단계로써 금속 안정화재 하우징(110)을 가공한다. 사각형상의 금속 안정화재 하우징(110)의 상부에 하향 함몰된 함몰부(111)가 포함되도록 가공하며, 이러한 공정은 절삭가공이나, 압출 및 인발과 같은 소성가공을 통해 이루어진다.As a method of manufacturing such a laminated high-
제1단계를 통해 제조된 금속 안정화재 하우징(110)과 복수의 초전도 박막선재(130)를 각각 솔더링하는 제2단계를 포함한다. 솔더링은 솔더부재(150)의 젖음성을 향상시키기 위해 특히 알루미늄 합금 하우징의 경우 초음파 솔더기를 이용하여 수행된다. 5개의 스풀(10, 11) 중 최하부에 배치된 스풀(11)에는 금속 안정화재 하우징(110)이 감겨있고, 남은 4개의 스풀(10)에는 함몰부(111)에 배치될 복수의 초전도 박막선재(130)가 감겨있다. 각 스풀(10, 11)에 감긴 금속 안정화재 하우징(110)과 복수의 초전도 박막선재(130)를 각각 일정한 속도로 연속적으로 풀어주면서 세척조를 통과시켜 외부의 오염물을 제거한다. 그 후 초음파발생부와 결합된 솔더용융조에 릴투릴 방식으로 금속 안정화재 하우징(110) 및 초전도 박막선재(130)를 통과시키면서 이들 표면에 솔더부재(150)를 코팅한다. 솔더용융조에 담긴 공구혼 또는 소노트로드(sonotrode)의 진동을 통하여 솔더부재(150)에 가해진 초음파는 미소 기포의 압축과 팽창을 반복하면서 금속 안정화재 하우징(110) 및 초전도 박막선재(130)의 표면에 양호한 젖음성(wetability)을 제공한다. 솔더부재(150)는 선택하는 금속 안정화재 하우징(110)의 종류에 따라 다양하게 변경될 수 있다.And a second step of soldering the metal-
제3단계에서는 솔더링된 금속 안정화재 하우징(110)의 함몰부(111) 내에 솔더링된 복수의 초전도 박막선재(130)가 적층되도록 적층롤러(20)를 통과한다. 각 초전도 박막선재(130)는 가이드롤러(13)를 거쳐 적층롤러(20)로 중심이 서로 맞도록 이송되어 순차적으로 적층된다.In the third step, a plurality of soldered superconducting
제4단계에서는 함몰부(111)에 초전도 박막선재(130)가 적층된 적층 고온초전도 선재(100)가 히터(31)를 포함한 가열로(30) 내에서 상호 접합된다. 적층 고온초전도 선재(100)가 가열로(30)를 통과하면서 코팅된 초전도 박막선재(130) 및 금속 안정화재 하우징(111)의 솔더부재(150)가 재용융되어 초전도 박막선재(130) 간과 초전도 박막선재(130)와 함몰부(111) 사이의 접합이 일어난다. 히터(31)는 열풍기, 적외선 히터, 할로겐 히터 및 저항가열 히터 중 적어도 어느 하나이며, 이를 이용하여 가열로(30) 내부 온도를 상승시킨다.In the fourth step, the laminated high-
가열로(30) 내에는 가열된 적층 고온초전도 선재(100)의 두께를 조절하도록 한 쌍의 가압부(33)가 설치된다. 가압부(33)는 반용융 상태의 솔더부재(150)를 고온에서 1차적으로 두께를 조절하는 역할을 한다.In the
제5단계에서는 가압부(33)를 통과한 적층 고온초전도 선재(100)를 가압롤러(40)에 통과시킨다. 가압롤러(40)는 적층 고온초전도 선재(100)를 일정한 압력으로 눌러 적층 고온초전도 선재(100)의 두께 및 너비를 2차로 조절하는 역할을 한다. 가압롤러(40)를 통과한 적층 고온초전도 선재(100)는 솔더부재(150)가 내부공간으로 더 채워지고 더 치밀해지는 과정을 거친다.In the fifth step, the laminated high-
제6단계에서는 가압롤러(40)를 통과한 적층 고온초전도 선재(100)가 냉각기(50)를 통과하면서 용융상태의 솔더부재(150)가 완전히 고화된다. 노즐형상의 냉각기(50)는 노즐을 통해 압축공기나 질소가 적층 고온초전도 선재(100)의 표면에 분사되도록 한다.In the sixth step, the multilayer high-
제7단계에서는 적층 고온초전도 선재(100)의 표면을 연마하는 연마기(60)를 통과하면서 표면에 과잉으로 묻는 솔더부재(150)가 제거되고, 최종적으로 사각 단면 형상의 적층 고온초전도 선재(100)가 만들어진다. 이 이후에는 권취기(70)를 통해 적층 고온초전도 선재(100)를 권취한다.In the seventh step, the
본 발명에 따른 적층 고온초전도 선재(100)는 복수의 초전도 박막선재(130)를 감싸는 금속 안정화재 하우징(110)을 통해 기존에 판매되고 있는 초전도 박막선재(130)에 비해 두께가 두껍다. 이로 인해 적층 고온초전도 선재(100)의 기계적 인장력이 증가하며, 초전도 박막선재(130)가 금속 안정화재 하우징(110)과 솔더부재(150)에 둘러쌓여 있기 때문에 외부의 자극으로부터 초전도 박막선재(130)를 보호하는 역할을 한다. 또한 초전도 박막선재(130)의 초전도현상이 파괴될 경우 금속 안정화재 하우징(110)으로 전류의 바이패스가 용이하다.The laminated high-
1: 장치
10, 11: 스풀
13: 가이드롤러
20: 적층롤러
30: 가열로
31: 히터
40: 가압롤러
50: 냉각기
60: 연마기
70: 권취기
100, 200: 적층 고온초전도 선재
110, 210: 금속 안정화재 하우징
111: 함몰부
130: 초전도 박막선재
131: 금속기판
133: 완충층
135: 초전도층
137: 보호층
150: 솔더부재1:
13: Guide roller 20: Lamination roller
30: heating furnace 31: heater
40: pressure roller 50: cooler
60: Grinding machine 70: Winder
100, 200: laminated high temperature superconducting wire
110, 210: Metal-stable fire housing
111: depression 130: superconducting thin film wire
131: metal substrate 133: buffer layer
135: superconducting layer 137: protective layer
150: Solder member
Claims (13)
길이방향을 따라 상면이 하향 함몰된 함몰부를 갖는 금속 안정화재 하우징과;
금속기판-완충층-초전도층이 순차적으로 적층되며, 상기 함몰부에 이격 배치되는 복수의 초전도 박막선재와;
상기 금속 안정화재 하우징 및 상기 초전도 박막선재의 외주면을 둘러싸도록 형성된 솔더부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재.In a laminated high-temperature superconducting wire having a structure bonded to a housing,
A metal stable fire housing having a depression whose top surface is downwardly recessed along a longitudinal direction;
A plurality of superconducting thin film rods laminated sequentially on a metal substrate, a buffer layer, and a superconducting layer, and spaced apart from the depressions;
And a solder member formed to surround the outer circumferential surface of the metal-stabilized fire housing and the superconducting thin film wire. The laminated high-temperature superconducting wire according to claim 1,
상기 금속 안정화재 하우징의 너비는 상기 함몰부의 너비에 대해 1.2 내지 2배인 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재.The method according to claim 1,
Wherein the width of the metal-stabilized fire housing is 1.2 to 2 times the width of the depressed portion.
상기 금속 안정화재 하우징의 두께는 상기 함몰부의 두께에 대해 1.2 내지 2배인 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the metal-stabilized fire housing is 1.2 to 2 times the thickness of the depressed portion.
상기 금속 안정화재 하우징은 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄합금, 스테인레스강, 니켈합금, 인코넬합금 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재.The method according to claim 1,
Wherein the metal stable fire housing is formed of at least one of copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, stainless steel, nickel alloy, and inconel alloy.
상기 금속 안정화재 하우징은,
하우징본체와;
상기 하우징본체의 재질보다 경질의 재질로 형성되며, 상기 하우징 본체의 길이방향을 따라 외주면을 둘러싸는 하우징피막을 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재.The method according to claim 1,
The metal-stable fire housing comprises:
A housing main body;
And a housing coating which is formed of a harder material than the material of the housing main body and surrounds the outer circumferential surface along the longitudinal direction of the housing main body.
상기 금속 안정화재 하우징은 소성가공법을 통해 성형되는 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재.The method according to claim 1,
Wherein the metal-stable fire housing is formed through a plastic working process.
상기 초전도 박막선재는 희토류원소-바륨-구리-산소계(RE-Ba-Cu-O) 계를 사용한 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재.The method according to claim 1,
Wherein the superconducting thin film is a rare earth element-barium-copper-oxygen system (RE-Ba-Cu-O) system.
상기 초전도 박막선재의 최상층 및 최하층에는 은(Ag)으로 이루어진 보호층이 형성된 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재.The method according to claim 1,
And a protective layer made of Ag is formed on the uppermost layer and the lowermost layer of the superconducting thin film wire, and the laminated high-temperature superconducting wire is bonded to the housing.
제 1항에 따른 상기 금속 안정화재 하우징을 가공하는 제1단계와;
상기 금속 안정화재 하우징 및 복수의 상기 초전도 박막선재를 각각 솔더링하는 제2단계와;
솔더링된 상기 안정화재 하우징의 상기 함몰부 내에 복수의 상기 초전도 박막선재가 적층되도록 적층롤러를 통과하는 제3단계와;
적층된 상기 적층 고온초전도 선재를 가열로 내에서 상호 접합시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재의 제조방법.A method of manufacturing a laminated high-temperature superconducting wire having a structure joined to a housing,
A method for manufacturing a metal-stable fire housing, comprising: a first step of processing the metal-stable fire housing according to claim 1;
A second step of soldering the metal-stable fire housing and the plurality of superconducting thin film wires respectively;
A third step of passing through the lamination roller so that a plurality of the superconducting thin film wires are laminated in the depression of the soldered stabilizing fire housing;
And a fourth step of bonding the laminated high-temperature superconducting wires to each other in a heating furnace. The method of manufacturing a laminated high-temperature superconducting wire according to claim 1,
상기 적층 고온초전도 선재를 접합한 후 가압롤러를 통과하는 제5단계와;
상기 가압롤러를 지난 상기 적층 고온초전도 선재를 냉각하는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재의 제조방법.10. The method of claim 9,
A fifth step of joining the laminated high-temperature superconducting wires and passing through a pressure roller;
Further comprising a sixth step of cooling the laminated high-temperature superconducting wire passing through the pressing roller. The method of manufacturing a laminated high-temperature superconducting wire according to claim 1,
냉각된 상기 적층 고온초전도 선재의 표면을 연마하도록 연마기를 통과하는 제7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재의 제조방법.11. The method of claim 10,
And a seventh step of passing through the polisher to polish the surface of the cooled multilayer high-temperature superconducting wire. The method of manufacturing the laminated high-temperature superconducting wire of claim 1,
상기 솔더링은 초음파 솔더기를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the soldering is performed using an ultrasonic soldering machine. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 가열로 내에는 가열된 상기 적층 고온초전도 선재 두께를 조절하도록 한 쌍의 가압부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 하우징과 접합된 구조의 적층 고온초전도 선재의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the heating furnace further includes a pair of pressing portions for adjusting the thickness of the heated laminated high-temperature superconducting wire.
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