KR20190118245A - 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법 - Google Patents
초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
상기한 목적은, 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 금속기판-초전도층-보호층으로 구성된 초전도선재 한 쌍을 준비하는 단계와; 상기 보호층이 서로 마주보도록 한 쌍의 초전도선재를 적층하는 단계와; 적층된 상기 초전도선재를 열처리하여 상기 보호층을 접합하는 단계와; 일측의 상기 초전도층으로부터 상기 금속기판을 분리하는 단계와; 표면이 노출된 상기 초전도층의 상부에 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 이축배향된 초전도층을 복수 개로 적층하여 통전특성을 향상시키며, 복수 개의 초전도층이 서로 분리되어 있어 교류 손실을 감소시키는 고온초전도선재를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이축배향된 초전도층을 복수 개로 적층하여 통전특성을 향상시키며, 복수 개의 초전도층이 서로 분리되어 있어 교류 손실을 감소시키는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
초전도선재는 물체의 전기저항이 0인 물질을 의미하며, 액체 헬륨의 온도인 4K 근처에서 전류저항이 0에 가까운 물질을 저온초전도선재(Low temperature superconductor, LTS), 액체 헬륨보다 고온의 액체 질소 온도인 77K에서 초전도 현상을 보이는 물질을 고온초전도선재(High temperature superconductor, HTS)라 일컫는다. 그 중 고온초전도선재는 테이프 형태의 금속층의 상부에 복수의 완충층을 코팅하고, 완충층의 상부에 초전도층을 물리적 또는 화학적인 방법으로 코팅하여 제조한다. 금속층, 완충층 및 초전도층이 순차적으로 적층된 고온초전도선재 중 외부로 노출된 초전도층에는 필요에 따라서 은(Ag)을 추가로 코팅한다. 이러한 고온초전도선재는 높은 임계온도, 임계전류밀도 및 임계자기장을 나타내기 때문에 초전도 마그넷, 초전도 케이블, 초전도 모터 또는 초전도 발전기 등과 같은 전력용 초전도 응용기기에 적용이 기대되고 있다.
이와 같이 액체질소 온도에서 사용 가능한 고온초전도선재를 포함하는 응용기기를 제작하기 위해서는 높은 통전특성과 자기장 내에서 우수한 통전특성이 요구되는데, 고온초전도선재는 그 특성이 낮아 액체질소 온도에서는 주로 케이블과 같이 발생자장이 매우 낮은 응용에는 제한적으로 이용되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자장 중 임계전류 특성을 향상시키기 위한 자속고정점 도입 등의 연구가 활발히 진행되고 있으나 아직 액체질소 온도에서 응용할 수 있을 정도의 성능을 확보하지 못한 상태이다.
초전도 응용기기는 케이블, 버스바 등의 전류 이송기기 이외에는 주로 코일 형태로 이용이 된다. 이러한 코일의 경우 통전시 자장이 발생하게 되는데 일반적인 응용기기의 경우 대부분 3 내지 5Tesla 정도의 자장 발생 영역에서 사용하고 있다. 따라서 액체질소 온도에서 3 내지 5Tesla 정도의 자장을 발생시키는 코일에 적용할 수 있는 고온초전도선재를 제조할 수 있다면 초전도 응용기기의 상용화를 획기적으로 앞당길 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 목적은, 이축배향된 초전도층을 복수 개로 적층하여 통전특성을 향상시키며, 복수 개의 초전도층이 서로 분리되어 있어 교류 손실을 감소시키는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 금속기판-초전도층-보호층으로 구성된 초전도선재 한 쌍을 준비하는 단계와; 상기 보호층이 서로 마주보도록 한 쌍의 초전도선재를 적층하는 단계와; 적층된 상기 초전도선재를 열처리하여 상기 보호층을 접합하는 단계와; 일측의 상기 초전도층으로부터 상기 금속기판을 분리하는 단계와; 표면이 노출된 상기 초전도층의 상부에 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 한 쌍의 초전도선재를 적층하는 단계는, 상기 보호층이 서로 마주보도록 배치한 다음 장력을 가하면서 상기 초전도선재를 권선보빈에 권선하여 적층하며, 권선을 통해 상기 초전도선재를 연속 가압하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 보호층을 접합하는 단계는, 열처리를 통해 상기 보호층이 확산 접합되어 계면이 없는 하나의 보호층이 되며, 상기 초전도선재는 금속기판-초전도층-보호층-초전도층-금속기판으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 금속기판을 분리하는 단계는, 물리적인 힘을 이용하여 상기 초전도층과 상기 보호층의 결합보다 상대적으로 약한 결합으로 이루어진 상기 금속기판을 상기 초전도층으로부터 박리시키며, 상기 초전도선재는 금속기판-초전도층-보호층-초전도층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 초전도층의 상부에 보호층을 형성하는 단계 이후에, 다른 초전도선재를 적층하는 단계, 보호층을 접합하는 단계, 금속기판을 분리하는 단계 및 보호층을 형성하는 단계를 반복하여 초전도층 및 보호층을 복수 개 적층하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속기판과 상기 초전도층 사이에는 완충층을 포함하고, 상기 초전도층은 이축배향 구조를 가지며, 자속고정점을 포함하는 소재 또는 희토류가 포함된 희토류원소-바륨-구리-산소(RE-Ba-Cu-O) 계 소재인 것이 바람직하며, 상기 보호층은 귀금속 소재로 이루어지며, 상기 귀금속은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 레늄(Re) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기한 목적은 또한, 금속기판과; 상기 금속기판의 상부에 적층된 복수 개의 초전도층과; 복수 개의 상기 초전도층 사이에 적층되어 상기 초전도층을 상호 분리하는 복수 개의 보호층을 포함하며, 상기 초전도층은 이축배향된 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재에 의해서도 달성된다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 이축배향된 초전도층을 복수 개로 적층하여 통전특성을 향상시키며, 복수 개의 초전도층이 서로 분리되어 있어 교류 손실을 감소시키는 고온초전도선재를 얻을 수 있다.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 적층된 고온초전도선재 제조방법의 순서도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적층된 고온초전도선재의 단면도이고,
도 5는 평면 가압 치구를 사용하여 초전도선재를 적층한 후 금속기판을 분리한 것을 나타낸 사진이고,
도 6은 권선 보빈을 이용하여 초전도선재에 연속 가압한 후 금속기판을 분리한 것을 나타낸 사진이고,
도 7은 적층된 고온초전도선재의 단면 사진이고,
도 8은 적층된 고온초전도선재의 임계전류 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적층된 고온초전도선재의 단면도이고,
도 5는 평면 가압 치구를 사용하여 초전도선재를 적층한 후 금속기판을 분리한 것을 나타낸 사진이고,
도 6은 권선 보빈을 이용하여 초전도선재에 연속 가압한 후 금속기판을 분리한 것을 나타낸 사진이고,
도 7은 적층된 고온초전도선재의 단면 사진이고,
도 8은 적층된 고온초전도선재의 임계전류 측정결과를 나타낸 그래프이다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법을 도면을 통해 상세히 설명한다.
기존에 사용되는 초전도선재는 박막코팅법을 이용하기 때문에 초전도층이 1개로 이루어져 있다. 그리고 이러한 초전도선재를 여러층으로 적층하고 적층된 초전도선재를 솔더링을 통하여 적층된 초전도선재 유니트를 만들어 대전류 통전이 가능한 도체로 만드는 기술이 주로 이용되고 있다. 하지만 종래에 따른 적층된 초전도선재 유니트는 초전도층을 제외한 다양한 층이 복수 개로 함께 적층되기 때문에 적층 두께에 비해 전류 값이 크게 상승하지 않는다는 단점이 있다.
본 발명에 따른 초전도층이 적층된 고온초전도선재는, 금속기판과, 금속기판의 상부에 적층된 복수 개의 초전도층과, 복수 개의 초전도층 사이에 적층되어 초전도층을 상호 분리하는 복수 개의 보호층을 포함하며, 초전도층은 이축배향된 것이 바람직하다.
이와 같은 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법으로는 먼저 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이, 금속기판-초전도층-보호층으로 구성된 초전도선재 한 쌍을 준비한다(S1).
금속기판(110, 110')-초전도층(150, 150')-보호층(170, 170')으로 구성된 초전도선재(100, 100') 한 쌍을 준비하는데, 여기서 초전도선재(100, 100')는 금속기판(110, 110')과 초전도층(150, 150') 사이에 완충층(130, 130')을 더 포함한 금속기판(110, 110')-완충층(130, 130')-초전도층(150, 150')-보호층(170, 170')으로 이루어질 수 있다. 하지만 경우에 따라서 완충층(130, 130')을 포함하지 않거나 또는 완충층(130, 130') 대신 보호층(170, 170')을 금속기판(110, 110')과 초전도층(150, 150') 사이에 형성할 수도 있으며 이는 적층초전도선재(10)의 적용분야에 따라 적절히 조절 가능하다.
여기서 금속기판(110, 110')은 내산화성을 지닌 하스텔로이(hastelloy) 또는 스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 금속기판(110, 110')의 상부에 형성된 산화물 완충층(130, 130')은 금속기판(110, 110')과 초전도층(150, 150') 사이에 형성되어 외부의 다양한 자극을 완충시키는 역할을 한다. 구체적으로 초전도선재(100, 100')를 제조시 초전도층(150, 150')은 고온에서 형성되는데 이때 금속기판(110, 110')의 금속물질이 초전도층(150, 150')에 확산되어 초전도층(150, 150')이 오염되는 것을 방지하며, 초전도층(150, 150')의 초전도특성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 완충층(130, 130')은 이축배향(biaxial texture)된 완충층(130, 130')을 적용하는데, 이축배향된 완충층(130, 130')을 적용할 경우 그 위에 구성되는 초전도층(150, 150')의 이축배향된 결정 성장이 이루어지도록 한다. 이와 같은 이축배향 완충층(130, 130')은 IBAD, RABiTs, ISD 등과 같은 박막제조 공정을 통해 형성될 수 있다.
완충층(130, 130')의 상부에 형성되는 초전도층(150, 150')은 증착을 통해 형성되며, 이축배향 완충층(130, 130')에 의해 초전도층(150, 150') 또한 이축배향 구조를 가지게 된다. 이축배향 구조는 두께방향으로는 c-축 배향이며 길이방향으로는 a-b면이 놓여진 구조를 의미하며, 이축배향도는 면내배향도(△φ)가 2°<△φ<10°, 면외배향도(△ω)가 1°<△ω<7°에 해당된다. 이와 같이 이축배향 초전도층(150, 150')을 형성할 경우 통전특성이 매우 우수한 초전도선재(100, 100')를 얻을 수 있다.
경우에 따라서 완충층(130, 130')을 따로 형성하지 않고 금속기판(110, 110')과 초전도층(150, 150') 사이에 귀금속으로 이루어진 보호층(170, 170')을 형성할 수도 있으며, 이는 최종으로 제조되는 적층초전도선재(10)의 형상 또는 용도에 따라 적절하게 적용 가능하다.
초전도층(150, 150')은 자속고정점을 포함하는 소재 또는 희토류가 혼합된 소재를 통해 초전도층(150, 150')을 이루게 된다. 희토류계 원소로 제조되는 초전도층(150, 150')의 재료는 희토류원소-바륨-구리-산소(RE-Ba-Cu-O) 계를 사용 가능하다. 예를 들어 가돌리늄-바륨-구리-산소(GdBCO), 사마륨-바륨-구리-산소(SmBCO), 유로퓸-바륨-구리-산소(EuBCO), 이트륨-바륨-구리-산소(YBCO), 홀뮴-바륨-구리-산소(HoBCO) 및 이의 혼합으로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서 초전도층(150, 150')은 다수의 Re2O3 산화물이 존재하는 구조도 가능하며, 초전도층(150, 150')의 바깥에 구리 산화물이 다수 존재하는 구조로도 형성 가능하다.
금속기판(110, 110'), 완충층(130, 130') 및 초전도층(150, 150')이 순차적으로 적층된 초전도선재(100, 100')에서 초전도층(150, 150')의 상부에는 보호층(170, 170')이 적층된다. 보호층(170, 170')은 초전도층(150, 150')의 상부에 얇게 코팅되며, 외부로부터 초전도층(150, 150')을 보호하는 역할을 한다. 이러한 보호층(170, 170')은 귀금속으로 이루어지는 것이 바람직한데, 귀금속은 초전도층(150, 150')과 접촉하여 반응하지 않으며 초전도층(150, 150')의 분리 및 열화를 방지하는 역할을 한다. 또한 이후의 과정에서 보호층(170, 170')이 공기에 노출되기 때문에 공기와 접촉하더라도 산화되지 않는 귀금속 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서 귀금속은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 레늄(Re) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다. 이러한 보호층(170, 170')의 두께는 0.5 내지 10㎛로 이루어지는 것이 바람직한데, 0.5㎛ 미만일 경우 초전도층(150, 150')을 제대로 보호할 수 없으며 10㎛를 초과할 경우 보호층(170, 170')의 두께가 너무 두꺼워 초전도선재(100, 100')의 전체적인 두께가 증가하게 되며 이로 인해 두께 비율에 대비하여 고전류의 적층초전도선재(10)를 얻을 수 없다. 또한 보호층(170, 170')은 초전도층(150, 150')과 같이 이축배향되거나 또는 이축배향되지 않은 것 중 선택 가능하다.
보호층이 서로 마주보도록 한 쌍의 초전도선재를 적층한다(S2).
금속기판(110, 110')-완충층(130, 130')-초전도층(150, 150')-보호층(170, 170')으로 이루어진 초전도선재(100, 100') 한 쌍을 보호층(170, 170')이 서로 마주보도록 적층한다. 이때 보호층(170, 170')은 귀금속으로 이루어지기 때문에 표면에 산화가 일어나지 않은 금속 상태이며, 보호층(170, 170')의 소재는 서로 동일한 것이 바람직하다. 초전도선재(100, 100')의 적층시 길이방향을 따라 적층할 수도 있으나, 초전도선재(100, 100')는 생산시 기본적으로 매우 긴 길이로 이루어지기 때문에 길이방향으로만 적층하여 평면 가압하기 용이하지 않을 수 있다. 따라서 한 쌍의 초전도선재(100, 100')를 각각이 권선된 보빈으로부터 공급하여 한 쌍의 초전도선재(100, 100')를 보호층이 서로 마주보도록 배치한 다음 장력을 인가하면서 권선보빈(30)에 권선하여 적층시킬 수 있다. 장력을 가하면서 초전도선재(100, 100')를 권선하게 되면 압력에 의해 초전도선재(100, 100')끼리 서로 밀착이 가능하다. 이와 같이 권선보빈(30)을 이용한 연속 가압 방법을 통해 긴 길이로 이루어지는 초전도선재(100, 100')를 용이하게 적층 및 가압할 수 있다. 이때 더미선재를 같이 권선하는 것도 가능하다.
적층된 초전도선재를 열처리하여 보호층을 접합한다(S3).
동일한 소재로 이루어진 보호층(170, 170')이 서로 마주보도록 적층된 초전도선재(100, 100')를 열처리하여 보호층(170, 170')이 서로 계면이 존재하지 않도록 보호층(170, 170')을 접합한다. 보호층(170, 170')의 경우 귀금속으로 이루어지기 때문에 공기 중에 노출해도 표면이 산화되지 않으며, 산화되지 않은 보호층(170, 170')을 적층한 후 여기에 열처리를 하게 되면 보호층(170, 170')이 확산 접합되어 계면이 없는 하나의 보호층(170, 170')이 된다. 이와 같이 보호층(170, 170')이 접합되면 적층된 초전도선재(100, 100')는 금속기판(110)-완충층(130)-초전도층(150)-보호층(170)-초전도층(150')-완충층(130')-금속기판(110')으로 이루어진 하나의 초전도선재가 된다.
열처리 온도는 400 내지 600℃에서 이루어지는 것이 바람직한데, 400℃ 미만으로는 보호층(170, 170') 간의 확산접합이 완전히 일어나지 않아 보호층(170, 170') 간에 접합이 어려우며 600℃를 초과할 경우 초전도층(150, 150')이 초전도 특성을 잃어버릴 수 있다. 따라서 보호층(170, 170')의 형상을 유지할 수 있으면서 서로 접합이 가능한 온도인 400 내지 600℃에서 열처리가 이루어지는 것이 바람직하다.
일측의 초전도층으로부터 금속기판을 분리한다(S4).
금속기판(110)-완충층(130)-초전도층(150)-보호층(170)-초전도층(150')-완충층(130')-금속기판(110')으로 이루어진 초전도선재(100) 중 일측에 있는 금속기판(110') 및 완충층(130')을 초전도층(150')으로부터 분리(delamination)한다. 이때 초전도층(150')으로부터 금속기판(110')을 분리하는 방법으로는 물리적인 힘으로 금속기판(110')을 박리시키는 방법을 이용한다. 물리적인 힘으로 금속기판(110')을 뜯어내면 상대적으로 결합이 강한 보호층(170)과 초전도층(150')은 견고하게 결합된 상태로 존재하고, 상대적으로 결합이 약한 초전도층(150')과 완충층(130') 또는 금속기판(110')은 초전도층(150')으로부터 서로 분리되어 완충층(130') 또는 금속기판(110')을 박리할 수 있다. 이와 같이 금속기판(110')이 분리되면 금속기판(110)-완충층(130)-초전도층(150)-보호층(170)-초전도층(150')이 초전도선재(100)로 남게되고, 초전도층(150')이 가장 외부에 적층되어 노출된다.
초전도선재(100)가 권선보빈(30)에 권선된 상태로 존재할 경우 초전도선재(100)에 장력(tension)이 가해지도록 초전도선재(100)와 금속기판(110')을 각각 다른 보빈에 권선하면서 금속기판(110')을 분리하게 되면 보다 쉽게 금속기판이 분리될 수 있다.
초전도층의 상부에 보호층을 형성한다(S5).
금속기판(110)-완충층(130)-초전도층(150)-보호층(170)-초전도층(150')으로 존재하는 초전도선재(100)에서 초전도층(150')이 표면에 노출된 상태로 존재하며, 이러한 초전도층(150')의 상부에 보호층(170'')을 형성한다. 여기서 보호층(170'')은 S1 단계와 마찬가지로 산화가 잘 이루어지지 않는 귀금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 보호층(170'')을 적층할 경우 초전도층(150, 150')과 보호층(170, 170'')이 복수 개로 적층된 적층초전도선재(10)를 얻을 수 있게 된다.
S1 내지 S5 단계를 통해 초전도층(150, 150')이 두 층으로 이루어진 적층초전도선재(10)를 얻을 수 있게 된다. 하지만 적층초전도선재(10)가 더 높은 전류밀도를 요구하는 분야에 적용될 경우 S2 내지 S5 단계를 반복하여 초전도층-보호층을 원하는 만큼 복수의 층으로 적층할 수 있다.
도 4a의 경우 S2 내지 S5 단계를 반복하여 초전도층(150) 및 보호층(170)이 복수 개로 적층된 적층초전도선재(10)의 단면도이다. 이와 같이 초전도층(150)이 복수 개로 적층될 경우 그만큼 전류특성이 증가할 수 있다. 도 4b는 도 4a와 같이 초전도선재를 제조한 다음 초전도선재를 보호하기 위해 금속코팅(210)이 이루어진 적층초전도선재(200)로, 여기서 금속은 구리, 청동, 황동, 스테인레스스틸 등을 적절하게 사용 가능하다. 도 4c는 도 4a와 같이 초전도선재를 제조한 다음 금속기판을 제거한 적층초전도선재(300)를 나타낸 것으로, 이러한 형상은 적용분야에 따라 적절하게 사용 가능하다. 도 4d는 도 4c를 포함하여 표면에 금속코팅(410)이 이루어진 적층초전도선재(400)를 나타낸 것이다. 도 4e는 도 4a, 4b, 4c, 4d에 해당하는 각각의 초전도선재(10, 200, 300, 400)의 외표면에 솔더링(510) 및 추가 금속기판(530)이 형성된 것으로 이와 같은 구조일 경우 적층초전도선재(500)의 기계적 강도를 증가시킬 수 있다.
초전도선재에서 초전도층의 두께가 두꺼울수록 더 많은 전류를 흘릴 수 있기 때문에 초전도선재 전체 두께 중 초전도층의 비율이 클수록 특성이 높은 초전도선재를 얻을 수 있다. 하지만 단순히 초전도층의 두께를 증가시킬 경우 초전도층의 이축배향이 무너져 고전류를 흐르게 할 수 없다. 따라서 종래에는 단순히 초전도선재 전체를 적층하여 초전도선재 유니트를 제조하고 이를 사용하였다. 하지만 본 발명에서는 초전도선재를 적층한 후 초전도층 및 보호층을 제외한 완충층 및 금속기판을 제거하고, 초전도층과 보호층을 반복 적층하여 두께 대비 고전류를 흘릴 수 있는 초전도선재를 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 좀 더 상세하게 설명한다.
<실시예>
금속기판-완충층-초전도층-보호층으로 이루어지며 보호층이 은(Ag)으로 코팅된 12mmw. 초전도선재 한 쌍을 준비한다. 준비된 초전도선재를 권선용 보빈인 인코넬 원형 권선보빈에 은 보호층이 서로 마주보도록 권선한다. 이때 더미선재를 co-winding하는데 더미선재는 0.05t.×10mmw. LMO코팅 하스텔로이 선재를 권선한다. 권선 방법으로는 더미선재를 ~3kgf로 10turn 정도 권선한 후 초전도선재 한 쌍을 보호층이 마주보도록 적층한 후 더미선재를 co-winding 한다. 이때 더미선재를 추가로 30turn 정도 감아서 풀리는 것을 방지한다.
권선된 초전도선재를 500℃에서 3시간 정도 산소 열처리 후 꺼내며, 이를 통해 적층된 보호층이 계면이 존재하지 않는 상태인 하나의 층으로 확산 접합된다. 그 후 물리적인 힘으로 초전도선재를 분리하면 보호층이 하나의 층으로 접합된 상태이기 때문에 상대적으로 약하게 결합된 초전도층과 완충층이 서로 분리되어 금속-완충층-초전도층-보호층-초전도층으로 이루어진 초전도선재와, 금속기판-완충층으로 이루어진 선재가 분리된다.
이와 같이 초전도층이 노출된 초전도선재의 상부에 보호층으로 은을 코팅한 다음 이를 다른 초전도선재와 함께 보빈에 권선 및 열처리를 반복하여 다시 보호층을 하나의 층으로 접합시키고, 초전도선재로부터 금속기판-완충층으로 이루어진 선재 분리를 반복하여 최종적으로 초전도층이 반복 적층된 초전도선재를 얻는다.
도 5는 평면 가압 치구를 사용하여 초전도선재를 적층한 후 금속기판을 분리한 것으로 이 경우 긴 길이의 초전도선재를 연속적으로 가압할 수 없을 뿐 아니라 가압 후 금속기판이 제대로 분리되지 않기 때문에 본 발명에 적용하기 용이하지 못하다. 이에 비해 도 6과 같이 권선 보빈을 이용하여 초전도선재에 연속 가압한 후 금속기판을 제거할 경우 초전도층으로부터 금속기판이 용이하게 분리되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명을 통해 초전도층 및 보호층이 복수 개로 적층된 초전도선재의 단면 사진을 나타낸 것으로, 초전도층과 은(Ag) 보호층이 서로 분리되지 않고 견고하게 적층된 것을 확인할 수 있다.
표 1 및 도 8은 초전도층이 1층으로 이루어진 초전도선재 및 2층으로 이루어진 초전도선재의 임계전류 측정결과를 나타낸 것이다. 1층으로 이루어진 초전도선재 중 여러 부위에서 각각 임계전류를 측정한 결과 대체로 500 내지 600A/cmw. 범위 내에 존재하는 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 따른 2층으로 이루어진 초전도선재의 임계전류의 측정결과는 각각 980A/cmw. 및 1,000A/cmw.로 나타났다. 도 ~는 sample 1을 이용하여 임계전류를 측정한 그래프로, 실제 측정한 초전도선재의 폭은 1mm이나 10mm 폭으로 환산하였을 때 임계전류 값이 980A/cmw.가 나오는 것을 알 수 있다.
10, 200, 300, 400, 500: 적층초전도선재
30: 권선보빈
100, 100': 초전도선재
110, 110', 530: 금속기판
130, 130': 완충층
150, 150': 초전도층
170, 170', 170'': 보호층
210, 410: 금속코팅
510: 솔더링
30: 권선보빈
100, 100': 초전도선재
110, 110', 530: 금속기판
130, 130': 완충층
150, 150': 초전도층
170, 170', 170'': 보호층
210, 410: 금속코팅
510: 솔더링
Claims (11)
- 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법에 있어서,
금속기판-초전도층-보호층으로 구성된 초전도선재 한 쌍을 준비하는 단계와;
상기 보호층이 서로 마주보도록 한 쌍의 초전도선재를 적층하는 단계와;
적층된 상기 초전도선재를 열처리하여 상기 보호층을 접합하는 단계와;
일측의 상기 초전도층으로부터 상기 금속기판을 분리하는 단계와;
표면이 노출된 상기 초전도층의 상부에 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 초전도선재를 적층하는 단계는,
상기 보호층이 서로 마주보도록 배치한 다음 장력을 가하면서 상기 초전도선재를 권선보빈에 권선하여 적층하며, 권선을 통해 상기 초전도선재를 연속 가압하는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 보호층을 접합하는 단계는,
열처리를 통해 상기 보호층이 확산 접합되어 계면이 없는 하나의 보호층이 되는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 보호층을 접합하는 단계에서,
상기 초전도선재는 금속기판-초전도층-보호층-초전도층-금속기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속기판을 분리하는 단계는,
물리적인 힘을 이용하여 상기 초전도층과 상기 보호층의 결합보다 상대적으로 약한 결합으로 이루어진 상기 금속기판을 상기 초전도층으로부터 박리시키는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속기판을 분리하는 단계에서,
상기 초전도선재는 금속기판-초전도층-보호층-초전도층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 초전도층의 상부에 보호층을 형성하는 단계 이후에,
다른 초전도선재를 적층하는 단계, 보호층을 접합하는 단계, 금속기판을 분리하는 단계 및 보호층을 형성하는 단계를 반복하여 초전도층 및 보호층을 복수 개 적층하는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속기판과 상기 초전도층 사이에는 완충층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 초전도층은 이축배향 구조를 가지며,
자속고정점을 포함하는 소재 또는 희토류가 포함된 희토류원소-바륨-구리-산소(RE-Ba-Cu-O) 계 소재인 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 보호층은 귀금속 소재로 이루어지며,
상기 귀금속은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 레늄(Re) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재 제조방법. - 초전도층이 적층된 고온초전도선재에 있어서,
금속기판과;
상기 금속기판의 상부에 적층된 복수 개의 초전도층과;
복수 개의 상기 초전도층 사이에 적층되어 상기 초전도층을 상호 분리하는 복수 개의 보호층을 포함하며,
상기 초전도층은 이축배향된 것을 특징으로 하는 초전도층이 적층된 고온초전도선재.
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