WO2014081097A1 - 고온 초전도 선재 - Google Patents

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WO2014081097A1
WO2014081097A1 PCT/KR2013/005329 KR2013005329W WO2014081097A1 WO 2014081097 A1 WO2014081097 A1 WO 2014081097A1 KR 2013005329 W KR2013005329 W KR 2013005329W WO 2014081097 A1 WO2014081097 A1 WO 2014081097A1
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superconducting wire
metal substrate
layer
protective layer
high temperature
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PCT/KR2013/005329
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고락길
손명환
조영식
하동우
강부민
김동혁
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한국전기연구원
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • Y10T428/2942—Plural coatings
    • Y10T428/2944—Free metal in coating

Definitions

  • the present invention relates to a high temperature superconducting wire, and more particularly, a metal protective layer is formed on the exposed superconducting layer by removing the metal substrate by interfacing the metal substrate and the superconducting layer of the second generation high temperature superconducting wire.
  • a metal protective layer is formed on the exposed superconducting layer by removing the metal substrate by interfacing the metal substrate and the superconducting layer of the second generation high temperature superconducting wire.
  • the tape-shaped second generation high temperature superconducting wire is the mainstream and is the most widely used.
  • a metal substrate 100 is formed on a lower surface, and a buffer layer including a multilayer of a metal oxide thin film on the upper surface of the metal substrate 100.
  • a 110 is formed and a superconducting conductor layer 210, which is a metal oxide thin film, is formed on the buffer layer.
  • a metal protective layer is formed on a lower surface of the metal substrate 100 and an upper surface of the superconducting conductor layer 210.
  • the metal protective layer has a silver (Ag) protective layer generally formed therein, and a copper ( Cu)
  • the high temperature superconducting wire of a tape shape is comprised in the form in which the protective layer 220 is formed.
  • a metal substrate 100 is required.
  • a metal such as magnetic nickel or a nickel alloy is usually used.
  • the thickness is about 50 ⁇ m to about 100 ⁇ m
  • the buffer layer 110 has a thickness within about 0.2 ⁇ m
  • the superconductor layer 210 is about 1 ⁇ m thick.
  • the silver protective layer 220 has a thickness within about 2 ⁇ m
  • the copper protective layer 230 has a thickness of about 20 ⁇ m bar
  • the thickness of the metal substrate of the total thickness of the high-temperature superconducting wire is more than half Will occupy.
  • Jc critical current density
  • Je engineering current density
  • the magnetic substrate 100 since the magnetic material or the magnetic material properties remain, the magnetic substrate becomes magnetic after the manufacture of the superconducting wire, so that the magnetization loss may occur during the application.
  • highly uniform magnetic field applications such as MRI and NMR It causes magnetic field distortion.
  • the high temperature superconducting layer through which the actual current is applied is very thin, about 1 ⁇ m, so that the thickness of the superconducting layer (more precisely, the area by thickness and width, but is generally fixed at 4 mm or 10 mm)
  • the critical current density (Jc) for the current-carrying characteristics is high as millions of A / cm 2 .
  • the thickness of the metal substrate 100 accounts for the total wire thickness, the current value for the total superconducting wire thickness is represented, and the Je (critical engineering current density), which is an important characteristic in designing for practical application, is tens of thousands of A / cm 2 , there is a problem that kbibi.
  • the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, by removing the metal substrate by interfacing the metal substrate of the second generation high temperature superconducting wire and the superconducting layer to form a metal protective layer on the exposed superconducting layer again.
  • the superconducting wire By forming the superconducting wire with the metal substrate removed, the magnetization loss due to the removal of the substrate having magnetic components is reduced, the wire stability is excellent, and the Je (engineering current density) is increased by minimizing the thickness of the superconducting wire.
  • An object of the present invention is to provide a high temperature superconducting wire.
  • the present invention for achieving the above object is a preliminary superconductivity formed by forcibly removing the metal substrate from a superconducting wire formed of a metal substrate, a buffer layer formed on the upper surface of the metal substrate, and a superconducting conductor layer formed on the buffer layer upper surface.
  • the high temperature superconducting wire including a copper (Cu) protective layer formed on the lower surface of the silver protective layer is a technical gist.
  • a silver protective layer and a copper protective layer are sequentially laminated on the superconducting conductor layer.
  • the buffer layer is preferably removed like the metal substrate.
  • the metal substrate is preferably removed by welding the superconducting wire to the metal tape plate.
  • the metal substrate may be removed by winding two metal rollers and a preliminary superconducting wire layer removed by installing two rollers spaced apart from each other.
  • the metal substrate is removed by interfacial separation between the metal substrate and the superconducting layer of the second generation high temperature superconducting wire, and then the metal protective layer is formed on the exposed superconducting layer again to form a superconducting wire from which the metal substrate is removed.
  • Magnets with improved uniformity of magnetic field can be manufactured, magnetization loss caused by magnetic component of metal substrate is reduced, thermal conductivity and stability are excellent, peeling phenomenon is essentially eliminated, and Je ( There is an advantage that the engineering current density is increased 2-3 times.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a high temperature superconducting wire according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a preliminary superconducting wire material from which a metal substrate is removed according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a high temperature superconducting wire according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view showing a superconducting wire picture of a known product according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view showing a shape in which the metal substrate of the superconducting wire of FIG. 4 is removed;
  • FIG. 6 is a view illustrating a shape in which a silver protective layer is formed on the superconducting wire of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view illustrating a shape in which a copper protective layer is formed on the superconducting wire of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a view illustrating a specimen photograph for measuring a critical current manufactured using the high temperature superconducting wire of FIG. 7,
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a threshold current measured using the specimen of FIG. 8.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a preliminary superconducting wire material from which a metal substrate is removed according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a high temperature superconducting wire according to an embodiment of the present invention
  • FIG. Figure 5 is a view showing a superconducting wire picture of a known product according to Figure 5 is a view showing a shape in which the metal substrate of the superconducting wire of Figure 4 is removed
  • Figure 6 is a shape of forming a silver protective layer on the superconducting wire of Figure 5
  • FIG. 7 is a view showing a shape in which a copper protective layer is formed on the superconducting wire of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a view showing a specimen photograph for critical current measurement manufactured using the high temperature superconducting wire of FIG. 7.
  • 9 is a diagram illustrating a threshold current measured by using the specimen of FIG. 8.
  • the production of the high temperature superconducting wire of the present invention is produced using a second generation high temperature superconducting wire which is a known product.
  • the preliminary superconducting wire layer 200 is formed by purchasing a tape-shaped superconducting wire product having a structure as shown in FIG.
  • the wire layer 200 is formed.
  • the preliminary superconducting wire layer 200 has a structure in which a superconducting conductor layer 210 is formed on the lowermost side, and a silver protective layer 220 and a copper protective layer 220 are sequentially stacked on the upper surface.
  • the buffer layer is also peeled off like the metal substrate.
  • the MgO layer which is an insulating layer formed on the upper surface of the buffer layer, remains in the preliminary superconducting wire layer.
  • a preliminary superconducting wire layer 200 as shown in FIG. 2 is prepared.
  • the preliminary superconducting wire layer 200 has a structure in which a superconducting conductor layer 210 is formed on the lowermost side, and a silver protective layer 220 and a copper protective layer 220 are sequentially stacked on the upper surface thereof. do.
  • the silver protective layer 220 should be formed on the lower surface of the superconducting conductor layer 210 of the preliminary superconducting wire layer 200.
  • the silver protective layer 220 is formed on the lower surface of the superconducting conductor layer 210 by using a sputtering method. To form.
  • the silver protective layer 220 is formed to have a thickness of about 1.8 ⁇ m.
  • a copper protective layer 230 is formed on the lower surface of the silver protective layer 220, and the copper protective layer 230 is formed in a thin film form on the lower surface of the silver protective layer 220 by sputtering or plating.
  • the copper protective layer 230 is formed to have a thickness of about 20 ⁇ m, thereby completing the high temperature superconducting wire in which the metal substrate according to the present invention as shown in FIG. 3 is removed.
  • a metal reinforcing agent on the upper and lower sides of the high temperature superconducting wire according to the embodiment of the present invention, it is possible to increase the mechanical strength by lamination (lamination) of a laminated structure.
  • the metal reinforcing agent brass, copper, stainless steel, or the like, which is generally used, is preferably used.
  • the superconducting wire is a joist
  • FIG. 4 is a view showing a picture of the superconducting wire which is a known product of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
  • 5 shows a portion of the metal substrate removed by attaching the well-known superconducting wire to the metal tape plate with InBi solder and then removing the metal substrate.
  • FIG. 5 is a portion where a metal substrate and a buffer layer are removed, and shows a preliminary superconducting wire layer, wherein the preliminary superconducting wire layer has a superconducting conductor layer formed on the lowermost side thereof, and a silver protective layer and a copper protective layer are sequentially stacked on the upper surface thereof. Having a structure is as described above.
  • a silver protective layer is formed on the lower surface of the superconducting conductor layer of the preliminary superconducting wire layer, and a silver protective layer is formed on the lower surface of the superconducting conductor layer by sputtering.
  • a copper protective layer was formed on the lower surface of the silver protective layer, and the copper protective layer was formed in the form of a thin film on the lower surface of the silver protective layer by sputtering to complete the high temperature superconducting wire of the present invention.
  • the high-temperature superconducting wire of FIG. 7 was partially cut to evaluate the current-voltage characteristics.
  • the high-temperature superconducting wire of FIG. 7 was partially cut to have a length of 7 cm, and the threshold current was measured after forming the electrode as shown in FIG. It was.
  • FIG. 9 shows the critical current of the high temperature superconducting wire according to the present invention, and also shows the threshold current value in the case of a known superconducting wire having a conventional metal substrate as a comparative example.
  • the threshold current value of the specimen according to the present invention appears smaller than the known threshold current value of the superconducting wire, which is not the edge of the edge during tearing the metal substrate during the manufacturing process of the sample of the present invention is not good After removing the portion, the high temperature superconducting wire of the present invention was manufactured, and thus, the width of the superconducting wire was reduced, and thus the threshold current was reduced.
  • the present invention removes the metal substrate by interfacing the metal substrate of the second generation high temperature superconducting wire and the superconducting layer, and then forms a metal protective layer on the exposed superconducting layer to form the superconducting wire from which the metal substrate is removed.
  • the present invention relates to a high temperature superconducting wire, and more particularly, a metal protective layer is formed on the exposed superconducting layer again after removing the metal substrate by interfacing the metal substrate and the superconducting layer of the second generation high temperature superconducting wire.
  • a metal protective layer is formed on the exposed superconducting layer again after removing the metal substrate by interfacing the metal substrate and the superconducting layer of the second generation high temperature superconducting wire.

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Abstract

본 발명은 고온 초전도 선재에 관한 것으로, 금속기판과, 금속기판 상면에 형성된 버퍼층과, 상기 버퍼층 상면에 형성된 초전도 도체층을 포함하여 형성된 초전도 선재에서 상기 금속 기판을 강제로 제거하여 형성되는 예비 초전도 선재층과; 상기 예비초전도 선재층 하면에 형성되는 은(Ag) 보호층과; 상기 은 보호층 하면에 형성된 구리(Cu) 보호층;을 포함하여 구성되는 고온 초전도 선재를 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 2세대 고온 초전도 선재의 금속 기판을 박리한 후, 금속 보호층을 형성시켜 초전도 선재를 형성함에 의해 기판의 자성에 의한 자화손실이 줄어들고, 선재 안정성이 우수하며, 초전도선재의 두께를 최소화시킴에 의해 Je(engineering current density)가 증가되는 이점이 있다.

Description

고온 초전도 선재
본 발명은 고온 초전도 선재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 2세대 고온 초전도 선재의 금속 기판과 초전도 층 사이를 계면 박리시켜서 금속 기판을 제거한 후 노출된 초전도 층 위에 다시 금속 보호층을 형성시켜 금속 기판이 제거된 초전도 선재를 형성함에 의해, 자성성분을 가지는 기판 제거에 의한 자화손실이 줄어들고, 선재의 안정성이 우수하며, 초전도선재의 두께를 최소화시킴에 의해 Je(engineering current density)를 증가시키는 고온초전도 선재에 관한 것이다.
고온초전도 선재인 경우 테이프 형상의 2세대 고온 초전도 선재가 주류를 이루고 있으며 현재 가장 널리 사용되고 있는 실정이다.
YBCO 또는 (Re)BCO계인 상기 2세대 고온 초전도선재인 경우, 도 1에 나타낸 바와 같이, 하면에 금속기판(100)이 형성되고, 금속기판(100) 상면에 금속산화물 박막의 다층을 포함하는 버퍼층(110)이 형성되고 버퍼층 상면에는 금속 산화물 박막인 초전도 도체층(210)이 형성된다.
그리고 상기 금속기판(100)의 하면 및 상기 초전도 도체층(210) 상면에는 금속 보호층이 형성되어 있으며, 상기 금속 보호층은 통상 내부에 은(Ag) 보호층이 형성되고, 그 외부에 구리(Cu) 보호층(220)이 형성되는 형태로 테이프 형상의 고온 초전도 선재가 구성된다.
상기 2세대 고온초전도 선재인 경우 반드시 금속기판(100)이 필요하며, 금속기판인 경우 통상 자성의 니켈 또는 니켈 합금 등의 금속을 사용한다.
상기 금속기판(100)인 경우 그 두께는 약 50㎛ ~ 100㎛ 정도의 두께를 가지고, 버퍼층(110)은 약 0.2㎛ 이내의 두께를 가지고, 초전도 도체층(210)은 약 1㎛ 정도의 두께를 가지고, 은 보호층(220)은 약 2㎛ 이내의 두께를 가지며, 구리 보호층(230)은 약 20㎛ 정도의 두께를 가지는바, 상기 고온 초전도 선재 전체 두께 중 금속기판의 두께가 절반 이상을 차지하게 된다.
상기의 두께를 갖고 12 mm 폭에서 330A의 통전 전류를 갖는 고온초전도 선재의 경우 Jc=2.8 MA/cm2이고, 금속기판(100)의 두께가 50㎛인 경우 Je=28,887 A/cm2, 금속기판(100)의 두께가 100㎛인 경우 Je=18,939 A/cm2의 값을 갖는다.
여기서 Jc(critical current density)는 초전도층의 단위 면적에 통전할 수 있는 전류이고, Je(engineering current density)는 전체 초전도 선재의 단위 면적에 통전할 수 있는 전류이다.
그런데 상기 금속기판(100)인 경우 자성체 또는 자성체 성질이 남아있는 물질인바, 초전도 선재 제조 후에 자성을 띠게 되어 응용 시 자화 손실이 발생될 수 있으며, MRI, NMR 과 같이 고균등 자장응용 분야의 경우 균일 자장의 왜곡을 유발시키게 된다.
그리고 기존 초전도 선재는 버퍼층(110)을 포함한 초전도 도체층(210)과 금속기판(100) 사이의 취약한 어느 층에선가 박리가 자주 일어나고 있다. 이 초전도선재의 박리는 금속 기판(100)과 그 위에 증착된 박막 사이의 열팽창 차이 및 계면 상태에 따라 금속 기판과 금속 산화물 박막 사이에서 발생되고 있어 코일 응용 분야에서는 권선된 초전도 코일 성능의 저하 및 고장을 유발시키는 치명적인 단점을 제공하는 문제점이 있다.
일반적으로 고온초전도 선재의 경우 실제 전류가 통전되는 고온초전도층은 약 1㎛ 정도로 매우 얇기 때문에 초전도층의 두께( 좀 더 정확하게는 두께와 폭에 의한 면적이지만 일반적으로 폭은 4mm 또는 10mm로 고정된다는 점을 고려했을 때를 전제로 두께만을 언급함.)에 대한 통전 특성을 나타내는 Jc(critical current density)는 수 백만 A/cm2로 높다. 하지만 금속 기판(100)의 두께가 전체 선재 두께에서 차지하는 비율이 높아서 전체 초전도 선재 두께에 대한 통전 전류 값을 나타내고 실제 응용을 위한 설계에 있어서 중요한 특성인 Je(critical engineering current density)는 수만 A/cm2로써 크비 못하다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 2세대 고온 초전도 선재의 금속 기판과 초전도 층 사이를 계면 박리시켜서 금속 기판을 제거한 후 노출된 초전도 층 위에 다시 금속 보호층을 형성시켜 금속 기판이 제거된 초전도 선재를 형성함에 의해, 자성성분을 가지는 기판의 제거에 의한 자화손실이 줄어들고, 선재 안정성이 우수하며, 초전도선재의 두께를 최소화시킴에 의해 Je(engineering current density)를 증가시키는 고온초전도 선재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 금속기판과, 금속기판 상면에 형성된 버퍼층과, 상기 버퍼층 상면에 형성된 초전도 도체층을 포함하여 형성된 초전도 선재에서 상기 금속 기판을 강제로 제거하여 형성되는 예비 초전도 선재층과; 상기 예비초전도 선재층 하면에 형성되는 은(Ag) 보호층과; 상기 은 보호층 하면에 형성된 구리(Cu) 보호층;을 포함하여 구성되는 고온 초전도 선재를 기술적 요지로 한다.
상기 예비초전도 선재층은, 상기 초전도 도체층 상면에 은 보호층과, 구리 보호층이 차례로 적층 형성되는 것이 바람직하다.
상기 버퍼층은 상기 금속기판과 같이 제거되는 것이 바람직하다.
상기 금속기판의 제거는 금속 테이프판에 초전도 선재를 용접한 후 기판을 제거하는 것이 바람직하다.
상기 금속기판의 제거는 이격된 2개의 롤러를 설치하여 제거된 금속기판과 예비초전도 선재층을 상기 2개의 롤러에 각각 감는 것이 바람직하다.
이에 따라, 2세대 고온 초전도 선재의 금속 기판과 초전도 층 사이를 계면 박리시켜서 금속 기판을 제거한 후 노출된 초전도 층 위에 다시 금속 보호층을 형성시켜 금속 기판이 제거된 초전도 선재를 형성함에 의해 매우 소형화되면서 자기장의 균일도가 향상된 마그네트를 제작할 수 있고, 금속 기판의 자성 성분 때문에 발생되는 자화손실이 줄어들고, 열전도율과 안정성이 우수하며, 박리 현상이 근본적으로 사라지며, 종래기술에 따른 고온초전도 선재에 비해 Je(engineering current density)가 2~3배 증가되는 이점이 있다.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 2세대 고온 초전도 선재의 금속 기판과 초전도 층 사이를 계면 박리시켜서 금속 기판을 제거한 후 노출된 초전도 층 위에 다시 금속 보호층을 형성시켜 금속 기판이 제거된 초전도 선재를 제조하고, 기존 고온초전도 선재에서 50㎛ ~ 100㎛ 두께를 갖는 금속 기판을 제거함으로써 기존 Je=18,939 A/cm2~Je=28,887 A/cm2 값은 2~3배 이상 증가된 Je=60,841 A/cm2로 향상되는 효과가 있다.
그리고, 이를 통해 매우 소형화되면서 자기장의 균일도가 향상된 마그네트를 제작할 수 있고, 자성 성분을 가지는 금속 기판의 제거에 의해 자화손실이 줄어들고, 열전도율과 안정성이 우수하며, 박리 현상이 근본적으로 사라지며, 종래 기술에 따른 고온초전도 선재에 비해 2~3배 높은 Je(engineering current density)를 갖는다는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 고온 초전도 선재의 구조를 나타낸 개략 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속 기판이 제거된 예비 초전도 선재를 나타낸 개략 단면도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고온 초전도 선재의 개략 단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공지의 제품인 초전도 선재 사진을 나타낸 도이고,
도 5는 도 4의 초전도 선재의 금속기판이 제거된 형상을 나타낸 도이고,
도 6은 도 5의 초전도 선재에 은보호층을 형성시킨 형상을 나타낸 도이고,
도 7은 도 6의 초전도 선재에 구리보호층을 형성시킨 형상을 나타낸 도이고,
도 8은 도 7의 고온 초전도 선재를 이용하여 제작된 임계전류 측정용 시편사진을 나타낸 도이고,
도 9는 도 8의 시편을 이용하여 측정한 임계전류를 나타낸 도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속 기판이 제거된 예비 초전도 선재를 나타낸 개략 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고온 초전도 선재의 개략 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공지의 제품인 초전도 선재 사진을 나타낸 도이고, 도 5는 도 4의 초전도 선재의 금속기판이 제거된 형상을 나타낸 도이고, 도 6은 도 5의 초전도 선재에 은보호층을 형성시킨 형상을 나타낸 도이고, 도 7은 도 6의 초전도 선재에 구리보호층을 형성시킨 형상을 나타낸 도이고, 도 8은 도 7의 고온 초전도 선재를 이용하여 제작된 임계전류 측정용 시편사진을 나타낸 도이고, 도 9는 도 8의 시편을 이용하여 측정한 임계전류를 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 고온 초전도 선재의 제작은 기존의 공지 제품인 2세대 고온 초전도 선재를 이용하여 제작한다.
먼저 예비 초전도 선재층을 형성하여야 하는바, 예비 초전도 선재층(200)은 상기 도1과 같은 구조를 가지는 테이프 형상의 초전도 선재 제품을 구입하여 형성시킨다.
먼저 공지의 제품인 초전도 선재를 구입하여 금속 기판측이 하측으로 가도록 하고 어느 정도 기계적 강도를 가진 두께를 가진 구리 혹은 금속 테이프 판에 InBi나 InSn등 용융점이 낮은 솔더(solder)로 고온 초전도 선재를 붙인 다음 금속 기판을 뜯어내는 방식으로 하면 금속기판(100) 이하 금속기판(100) 하부에 형성된 은 보호층(220) 및 구리 보호층(230)도 같이 박리가 되어 도 2에서와 같은 본 발명의 예비 초전도 선재층(200)이 형성되는 것이다. 상기 예비 초전도 선재층(200)은 제일 하측에 초전도 도체층(210)이 형성되고, 그 상면에 은보호층(220)과 구리 보호층(220)이 차례로 적층된 구조를 가지게 된다.
상기 예비 초전도 선재층의 경우 통상 버퍼층도 상기 금속기판과 같이 박리되며, 경우에 따라서는 상기 버퍼층의 상면에 형성된 절연층인 MgO층이 예비 초전도 선재층에 남는 경우도 존재한다.
다음은 본 발명에 따른 고온초전도 선재를 형성하여야 하는바, 상기 도2에서와 같은 예비 초전도 선재층(200)을 준비한다
상기 예비 초전도 선재층(200)은 상기 설명과 같이, 제일 하측에 초전도 도체층(210)이 형성되고, 그 상면에 은보호층(220)과 구리 보호층(220)이 차례로 적층된 구조를 가지게 된다.
상기의 예비 초전도 선재층(200)의 초전도 도체층(210) 하면에는 은 보호층(220)을 형성시켜야 되는바, 스퍼터링법을 이용하여 초전도 도체층(210) 하면에 은 보호층(220)을 형성시킨다. 상기 은 보호층(220)은 두께가 약 1.8㎛ 정도가 되게 형성시킨다.
상기 은보호층(220) 하면에는 구리 보호층(230)이 형성되는바, 상기 구리 보호층(230)은 스퍼터링법 또는 도금법을 이용하여 구리를 상기 은보호층(220) 하면에 박막 형태로 형성시키며, 상기 구리 보호층(230)의 두께는 약 20㎛ 정도 되게 형성하여 도 3과 같은 본 발명에 따른 금속기판이 제거된 고온 초전도 선재가 완성되는 것이다.
그런데 여기서 필요에 따라서는 상기 본 발명의 실시예에 따른 고온초전도 선재의 상하 양면에 금속 보강제를 붙여 적층 구조물인 라미네이션(lamination)을 하여 기계적인 강도를 높일 수 있다. 이 때 사용되는 금속 보강제로는 일반적으로 사용되는 황동(brass), 구리 또는 스테인레스 등이 사용됨이 바람직하다.
초전도 선재가 장선인 경우에는 마주하는 두 롤러 사이에 선재를 두고 각각 롤에 감기면서 박리 및 은보호층, 구리보호층, 라미네이션 형성 작업이 일괄적으로 이루어질 수 있는 장치를 만들어 사용할 수 있다.
상기와 같이 과정을 통하여 본 발명에 따른 고온 초전도 선재를 제작하였는바, 도4는 본 발명의 실시예에 따른 도1 공지의 제품인 초전도 선재의 사진을 나타낸 도이다. 상기 공지의 초전도 선재를 금속 테이프 판에 InBi 솔더로 부착한 후 금속기판 등을 제거하여 금속기판이 제거된 부분을 도5에 나타내었다.
도5는 금속기판과 완충층이 제거된 부분으로, 예비 초전도 선재층을 나타내며, 상기 예비 초전도 선재층은 제일 하측에 초전도 도체층이 형성되고, 그 상면에 은보호층과 구리 보호층이 차례로 적층된 구조를 가지게 됨은 상술한 바와 같다.
상기 예비 초전도 선재층의 초전도 도체층 하면에 은 보호층이 형성되는바, 스퍼터링법을 이용하여 초전도 도체층 하면에 은 보호층을 형성시켰으며, 이를 도6에 나타내었다.
그리고 상기 은 보호층 하면에는 구리보호층을 형성하였으며, 상기 구리 보호층은 스퍼터링법을 이용하여 상기 은보호층 하면에 박막 형태로 형성시켜 본 발명의 고온 초전도 선재를 완성하였다.
상기 도7의 고온 초전도 선재를 일부 절단하여 전류- 전압 특성평가를 하였는바, 도7의 고온 초전도 선재를 일부 절단하여 길이는 7㎝되게 하고, 도8과 같이 전극을 형성시킨 후 임계전류를 측정하였다.
도9에는 본 발명에 따른 고온초전도 선재의 임계전류를 나타내고, 비교예로써 기존 금속기판이 있는 공지 초전도 선재인 경우의 임계전류값을 함께 나타내었다.
도9에서 본 발명의 고온 초전도 선재의 임계전류값는 약 335A 정도로 양호하게 나타남을 확인할 수 있었다.
그런데 본 발명에 따른 시편의 임계전류값이 공지의 초전도 선재의 임계전류 값보다는 작게 나타나는바, 이는 본 발명의 샘플을 제작하는 과정 중에서 상기 금속기판을 뜯어내는 과정 중 가장자리부의 뜯김이 양호하지 못하여 가장자리부를 제거한 후 본 발명의 고온초전도 선재를 제작한바, 초전도 선재의 폭이 감소하여 임계전류가 감소한 것으로 판단된다.
이상에서와 같이 본 발명은 2세대 고온 초전도 선재의 금속 기판과 초전도 층 사이를 계면 박리시켜서 금속 기판을 제거한 후 노출된 초전도 층 위에 다시 금속 보호층을 형성시켜 금속 기판이 제거된 초전도 선재를 형성함에 의해 매우 소형화되면서 자기장의 균일도가 향상된 마그네트를 제작할 수 있고, 금속 기판의 자성 성분 때문에 발생되는 자화손실이 줄어들고, 열전도율과 안정성이 우수하며, 박리 현상이 근본적으로 사라지며, 종래기술에 따른 고온초전도 선재에 비해 Je(engineering current density)가 2~3배 증가되는 이점이 있다.
본 발명은 고온 초전도 선재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 2세대 고온 초전도 선재의 금속 기판과 초전도 층 사이를 계면 박리시켜서 금속 기판을 제거한 후 노출된 초전도 층 위에 다시 금속 보호층을 형성시켜 금속 기판이 제거된 초전도 선재를 형성함에 의해, 자성성분을 가지는 기판 제거에 의한 자화손실이 줄어들고, 선재의 안정성이 우수하며, 초전도선재의 두께를 최소화시킴에 의해 Je(engineering current density)를 증가시키는 고온초전도 선재 분야에 이용가능하다.

Claims (5)

  1. 금속기판과, 금속기판 상면에 형성된 버퍼층과, 상기 버퍼층 상면에 형성된 초전도 도체층을 포함하여 형성된 초전도 선재에서 상기 금속 기판을 강제로 제거하여 형성되는 예비 초전도 선재층과;
    상기 예비초전도 선재층 하면에 형성되는 은(Ag) 보호층과;
    상기 은 보호층 하면에 형성된 구리(Cu) 보호층;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고온 초전도 선재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 예비초전도 선재층은, 상기 초전도 도체층 상면에 은 보호층과, 구리 보호층이 차례로 적층 형성됨을 특징으로 하는 고온 초전도 선재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 버퍼층은 상기 금속기판과 같이 제거됨을 특징으로 하는 고온 초전도 선재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속기판의 제거는 금속 테이프판에 초전도 선재를 용접한 후 기판을 제거함을 특징으로 하는 고온 초전도 선재.
  5. 제3항에 있어서, 상기 금속기판의 제거는 이격된 2개의 롤러를 설치하여 제거된 금속기판과 예비초전도 선재층을 상기 2개의 롤러에 각각 감음을 특징으로 하는 고온 초전도 선재.
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