KR100755899B1 - Thin film type superconducting wire assembly method and aggregated superconducting wire - Google Patents
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Abstract
본 발명은 솔더링에 의해 박막형 초전도체 선재를 금속 안정화재에 결합시키고, 용접에 의해 박막형 초전도체 선재 주변에 금속 안정화재를 접합시키는 박막형 초전도 선재의 집합방법 및 집합화된 초전도 선재에 관한 것으로, 초전도층/완충층/금속재 기판으로 형성된 박막형 초전도 선재를 적층시키는 제1단계와; 상기 적층된 박막형 초전도 선재 사이 및 최상층과 최하층에 금속 안정화재를 삽입시켜 상기 박막형 초전도 선재와 상기 금속 안정화재를 솔더링시키면서 가열가압롤러로 통과시켜 상기 박막형 초전도 선재를 집합화시키는 제2단계와; 상기 제2단계에서의 결과물을 저항용접롤러로 통과시켜 상기 금속 안정화재를 상호 용접하여 접합시키는 제3단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형 초전도 선재의 집합방법 및 이에 의해 집합화된 박막형 초전도 선재를 기술적 요지로 한다. 이에 따라 박막형 초전도 선재를 금속 안정화재에 결합시키고, 용접에 의해 박막형 초전도체 선재 주변에 금속 안정화재를 접합시켜, 금속 안정화재 접합공정이 간단하고 저렴하며 금속 안정화재와 초전도 선재를 견고하게 접합시키고, 또한 초전도 선재에 별도의 장치를 초전도체 선재에 영향을 끼치지 않으면서 초전도 선재 또는 금속 안정화재에 결합시킬 수 있으며, 필요에 따라 초전도 선재의 무한 적층이 용이하여 초전도 이용분야에서의 활용도가 뛰어날 것으로 기대되고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an assembly method of a thin film type superconducting wire for bonding a thin film type superconductor wire to a metal stabilizing material by soldering, and a metal stabilizing material bonded to a thin film type superconducting wire around a thin film type superconducting wire by welding. Stacking a thin film type superconducting wire formed of the buffer layer / metal substrate; Inserting a metal stabilizing material between the laminated thin film type superconducting wires, and the top and bottom layers to pass the thin film type superconducting wires and the metal stabilizing material through a heating press roller while collecting the thin film type superconducting wires; And a third step of passing the resultant in the second step through a resistance welding roller to weld and bond the metal stabilizing materials to each other. The assembly method of the thin film type superconducting wire and the thin film type gathered thereby Superconducting wire is considered the technical subject. Accordingly, the thin film type superconducting wire is bonded to the metal stabilizing material, and the metal stabilizing material is bonded to the thin film type superconducting wire by welding, so that the metal stabilizing material joining process is simple and inexpensive, and the metal stabilizing material and the superconducting wire are firmly bonded. In addition, a separate device for superconducting wires can be combined with superconducting wires or metal stabilizing materials without affecting the superconducting wires, and it is expected that the superconducting wires can be easily stacked, so that the utilization of superconducting wires is excellent. It is becoming.
Description
도 1 - 본 발명에 따른 박막형 초전도 선재의 집합방법에 관한 모식도.1-A schematic diagram of a method for gathering a thin film type superconducting wire according to the present invention.
도 2 - 본 발명에 따른 박막형 초전도 선재의 가열가압롤러 통과시(a) 및 저항용접롤러의 통과 후(b)의 집합화된 초전도 선재에 대한 단면도.Fig. 2-A cross-sectional view of the aggregated superconducting wires during (a) the passage of the heating pressure roller of the thin film type superconducting wires according to the present invention and after the passage of the resistance welding rollers (b).
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols Used in Drawings>
10 : 가열가압롤러 20 : 저항용접롤러10: heating press roller 20: resistance welding roller
100 : 박막형 초전도 선재 110 : 금속재 기판100: thin film type superconducting wire 110: metal substrate
120 : 완충층 130 : 초전도층120: buffer layer 130: superconducting layer
200 : 금속 안정화재200: metal stabilizer
본 발명은 솔더링에 의해 박막형 초전도체 선재를 금속 안정화재에 결합시키고, 용접에 의해 박막형 초전도체 선재 주변에 금속 안정화재를 접합시켜 금속 안정화재 접합공정이 간단하고 금속 안정화재가 견고하게 접합되는 박막형 초전도 선 재의 집합방법 및 집합화된 초전도 선재에 관한 것이다.The present invention bonds a thin film type superconductor wire to a metal stabilizer by soldering, and joins a metal stabilizer around the thin film type superconductor wire by welding, thereby simplifying the metal stabilizing process and stably bonding the metal stabilizer. An assembly method and an aggregated superconducting wire.
일반적으로 박막형 초전도 선재는 금속재 기판과 초전도층, 그리고 그 사이에 상기 금속재 기판과 초전도층 간의 물성 차이를 최소화시키기 위한 버퍼층(buffer layer)으로 형성되어 있다.In general, a thin film type superconducting wire is formed of a metal substrate and a superconducting layer, and a buffer layer for minimizing the difference in physical properties between the metal substrate and the superconducting layer therebetween.
이러한 초전도 선재 한가닥으로는 1000A 이상의 대전류화가 어려울 뿐만 아니라, 또한 박막형 초전도 선재는 금속재 기판이 상기 완충층으로 인해 안정화재로 사용될 수 없기 때문에 필수적으로 별도의 금속재로 형성된 안정화재와 함께 사용되어져야 한다. 따라서 대전류를 통전시키기 위해서 여러개의 초전도 선재를 집합화하여 사용하고 있으며, 초전도 박막 주변에 금속 안정화재를 덧대어 사용하는 것이 일반적이다.The superconducting wire is not only difficult to make a high current of 1000A or more, but also a thin film type superconducting wire must be used together with a stabilizing material formed of a separate metal material because a metal substrate cannot be used as a stabilizing material due to the buffer layer. Therefore, in order to conduct a large current, several superconducting wires are collectively used, and a metal stabilizer is generally used by applying a metal stabilizer around the superconducting thin film.
먼저, 상기 초전도 선재를 집합화하는 가장 일반적인 방법으로서 초전도 선재 간을 솔더링(soldering, 납땜)하여 병렬로 연결하여 사용하는 것이며, 그리고 이러한 집합화된 초전도 선재는 금속 안정화재와 솔더링(soldering)하여 접합되어 사용된다. 즉 초전도 선재의 집합화 및 금속 안정화재와의 접합은 모두 솔더링에 의해 실현되어 왔던 것이다.First, the most common method of aggregating the superconducting wires is to connect the superconducting wires in parallel by soldering and to connect the superconducting wires in parallel, and the aggregated superconducting wires are joined by soldering with a metal stabilizer. It is used. In other words, both the superconducting wire assembly and the bonding with the metal stabilizer have been realized by soldering.
이러한 솔더링에 의한 초전도 선재 간의 집합화 및 금속 안정화재와의 접합은 초전도 선재 간에 저항이 비교적 높게 나타나게 되므로, 초전도체의 본래의 기능인 영구전류 운전에 지장을 초래하게 될 뿐만 아니라, 솔더링 부위가 떨어져 나가는 등 집합화된 초전도 선재 전체의 저항이 균일하지 못해 전류의 흐름이 한쪽으로 과잉되어 초전도 선재 내부의 온도가 상승함에 따라 초전도 상태가 깨어지는 염 려가 있다.The aggregation between the superconducting wires and the bonding with the metal stabilizing material by the soldering causes relatively high resistance between the superconducting wires, which not only causes the permanent current operation, which is the original function of the superconductor, but also causes the soldering parts to fall off. There is a concern that the superconducting state may be broken as the temperature inside the superconducting wire rises because the resistance of the aggregated superconducting wire is not uniform.
종래의 이러한 문제점을 해결하기 위해 초전도 선재를 접합하는 많은 기술들이 대두되고 있으나, 길이 방향으로 초전도 선재를 연결시키기 위한 기술(대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0360292호)이거나, 상기 금속 안정화재로 초전도체 선재 외주면에 전기도금을 시키는 방법을 제시한 기술(대한민국특허청 등록특허공보 10-0392511호)이거나, 다심의 초전도 선재의 필라멘트끼리 접합을 개선시키는 방법에 대한 기술(대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0380630호, 등록번호 10-0394229호), 또는 초전도체 분말과 안정화재로 구성된 빌렛(bullet)을 만들고 이를 압출하여 피복용 안정화용 선재를 형성시켜 다심의 초전도 선재를 형성시키는 기술(대한민국특허청 등록특허공보 공고번호 10-0201752호), 또는 초전도 시스템 내부에 존재하는 상전도 부분의 저항을 감소시키기 위해 상전도 부분에 초전도 선재를 솔더링에 의해 접합하는 기술(대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 10-2005-0010228호) 등이 있다.In order to solve the conventional problems, many techniques for joining superconducting wires have emerged, but techniques for connecting superconducting wires in the longitudinal direction (Korean Patent Office Publication No. 10-0360292) or the metal stabilizing material A technique for presenting a method of electroplating the outer circumferential surface of the superconducting wire (Korea Patent Office Publication No. 10-0392511), or a technique for improving the bonding of filaments of multi-conducting superconducting wire (Korea Patent Office Registration No. 10 -0380630, Registration No. 10-0394229), or a technology for forming a billet (bullet) consisting of a superconductor powder and a stabilizing material and extruding it to form a stabilizing wire for coating to form a multi-core superconducting wire (Korea Patent Office) Publication No. 10-0201752), or the phase conduction portion present inside the superconducting system. In order to reduce the resistance, there is a technique for joining a superconducting wire by soldering to a phase-conductive portion (Korean Patent Publication No. 10-2005-0010228).
즉, 종래의 이러한 기술은 단순히 초전도 선재를 길이 방향으로 연결시키거나, 안정화재로 금속을 초전도 선재 주변에 전기도금시키거나, 다심의 초전도 선재 간의 필라멘트를 접합시키거나, 빌렛 형태의 초전도 선재를 다시 안정화용 선재로 피복시키거나, 솔더링에 의해 상전도 부분의 저항을 감소시키기 위한 기술이다.That is, this conventional technique simply connects the superconducting wire in the longitudinal direction, electroplats metal around the superconducting wire with a stabilizing material, joins the filaments between the multiconducting superconducting wires, or reintegrates the billet-shaped superconducting wire. It is a technique for reducing the resistance of the phase conducting portion by coating with a stabilizing wire or soldering.
따라서 상기 종래의 기술들은 시간이나 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 금속 안정화재가 결합된 초전도 선재에 별도의 초전도 선재나 다른 전기적 연결 장치를 연결시키고자 할 경우 이러한 연결을 위해 솔더링을 다시 수행하게 되는데, 이 에 의한 열이 이미 솔더링된 부위에 영향을 미쳐 초전도 선재와 이미 솔더링된 부분이 분리되어 초전도층의 임계전류를 떨어뜨리는 등 영구전류 운전에 많은 지장을 초래하고 있다.Therefore, the conventional techniques are not only time-consuming and expensive, but also if a separate superconducting wire or other electrical connection device is to be connected to the superconducting wire combined with the metal stabilizer, soldering is performed for such a connection. Heat affects the already soldered parts, and the superconducting wire and the already soldered parts are separated, causing a lot of problems in permanent current operation such as dropping the critical current of the superconducting layer.
본 발명은 솔더링에 의해 박막형 초전도체 선재를 금속 안정화재에 결합시키고, 용접에 의해 박막형 초전도체 선재 주변에 금속 안정화재를 접합시켜 금속 안정화재 접합공정이 간단하고 금속 안정화재가 견고하게 접합되는 박막형 초전도 선재의 집합방법 및 집합화된 초전도 선재의 제공을 목적으로 한다.According to the present invention, a thin film type superconducting wire is joined to a metal stabilizing material by soldering, and a metal stabilizing material is bonded to the thin film type superconducting wire around the thin film type superconducting wire by welding, thereby simplifying the metal stabilizing process and firmly bonding the metal stabilizing material. It is aimed at providing assembly method and aggregated superconducting wire.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은, 초전도층/완충층/금속재 기판으로 형성된 박막형 초전도 선재를 적층시키는 제1단계와; 상기 적층된 박막형 초전도 선재 사이 및 최상층과 최하층에 금속 안정화재를 삽입시켜 상기 박막형 초전도 선재와 상기 금속 안정화재를 솔더링시키면서 가열가압롤러로 통과시켜 상기 박막형 초전도 선재를 집합화시키는 제2단계와; 상기 제2단계에서의 결과물을 저항용접롤러로 통과시켜 상기 금속 안정화재를 상호 용접하여 접합시키는 제3단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형 초전도 선재의 집합방법 및 이에 의해 집합화된 박막형 초전도 선재를 기술적 요지로 한다.The present invention to achieve the above object, the first step of laminating a thin film type superconducting wire formed of a superconducting layer / buffer layer / metal substrate; Inserting a metal stabilizing material between the laminated thin film type superconducting wires, and the top and bottom layers to pass the thin film type superconducting wires and the metal stabilizing material through a heating press roller while collecting the thin film type superconducting wires; And a third step of passing the resultant in the second step through a resistance welding roller to weld and bond the metal stabilizing materials to each other. The assembly method of the thin film type superconducting wire and the thin film type gathered thereby Superconducting wire is considered the technical subject.
또한 상기 금속 안정화재는, 구리판재로 형성되는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the said metal stabilizer is formed from a copper plate material.
또한 상기 금속 안정화재는, 상기 박막형 초전도 선재 최상층과 최하층에 형성된 금속 안정화재의 두께가 상기 박막형 초전도 선재 사이에 삽입된 금속 안정화 재의 두께보다 상대적으로 더 두껍게 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the metal stabilizer, the thickness of the metal stabilizer formed on the uppermost layer and the lowest layer of the thin film superconducting wire is preferably formed relatively thicker than the thickness of the metal stabilizer inserted between the thin film superconducting wire.
여기에서 상기 금속 안정화재는 상기 박막형 초전도 선재의 길이 및 너비보다 상대적으로 더 길고 넓게 형성되어, 상기 제3단계에서의 금속 안정화재 용접이 완료되면, 상기 금속 안정화재가 박막형 초전도 외주면을 완전히 에워싸며, 특히 양단부를 밀봉시키는 것이 바람직하다.Here, the metal stabilizer is formed to be relatively longer and wider than the length and width of the thin film superconducting wire, when the metal stabilizer welding in the third step is completed, the metal stabilizer completely surrounds the outer surface of the thin film superconducting, It is particularly preferable to seal both ends.
이에 따라 박막형 초전도 선재를 금속 안정화재에 결합시키고, 용접에 의해 박막형 초전도체 선재 주변에 금속 안정화재를 접합시켜, 금속 안정화재 접합공정이 간단하고 저렴하며 금속 안정화재와 초전도 선재를 견고하게 접합시키며, 또한 초전도 선재에 별도의 장치를 초전도체 선재에 영향을 끼치지 않으면서 초전도 선재 또는 금속 안정화재에 결합시킬 수 있으며, 필요에 따라 초전도 선재의 무한 적층이 용이하여 초전도 이용분야에서의 활용도가 뛰어날 것으로 기대되고 있다.Accordingly, the thin film type superconducting wire is bonded to the metal stabilizing material, and the metal stabilizing material is bonded to the thin film type superconducting wire by welding, so that the metal stabilizing material joining process is simple and inexpensive, and the metal stabilizing material and the superconducting wire are firmly bonded. In addition, a separate device for superconducting wires can be combined with superconducting wires or metal stabilizing materials without affecting the superconducting wires, and it is expected that the superconducting wires can be easily stacked, so that the utilization of superconducting wires is excellent. It is becoming.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 박막형 초전도 선재의 집합방법에 관한 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 박막형 초전도 선재의 가열가압롤러 통과시(a) 및 저항용접롤러의 통과 후(b)의 집합화된 초전도 선재에 대한 단면도이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. 1 is a schematic view of the assembly method of the thin film superconducting wire according to the present invention, Figure 2 is the assembly of the thin film type superconducting wire passing through the heating and pressing roller (a) and after passing the resistance welding roller (b) Is a cross-sectional view of the superconducting wire.
먼저, 제1단계로써, 테이프 형상의 금속재 기판(110) 상면에 완충층(120)과 초전도층(130)을 증착시켜 박막형 초전도 선재(100)를 완성시키며, 이는 공지의 펄스레이저증착장치나 이배퍼레이션증착장치에 의해 실현되게 된다.First, as a first step, the thin film-type
그리고 제2단계로써, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 상기 박막형 초전도 선재(100)를 병렬로 적층시키며, 각 박막형 초전도 선재(100) 사이에는 금속 안정화 재(200)가 삽입되어 상기 박막형 초전도 선재(100)와 상기 금속 안정화재(200)가 솔더링(soldering)되면서 가열가압롤러(10)로 통과되어 상기 박막형 초전도 선재(100)와 금속 안정화재(200)가 견고하게 접합되게 된다.As a second step, as shown in FIG. 2 (a), the thin film
상기 가열가압롤러(10)는 상기 금속 안정화재(200)와 솔더링결합되는 박막형 초전도 선재(100) 상측 및 하측에 각각 형성되어 구리판재를 가압시키면서 가열하여 박막형 초전도 선재(100)와 금속 안정화재(200)인 구리판재가 균일하게 접합되도록 하는 것이다.The heating and pressing
이에 의해 박막형 초전도 선재(100)에 필수적으로 필요한 금속 안정화재(200)가 덧붙여지면서 박막형 초전도 선재(100)의 집합화가 완료되게 된다. 이렇게 적층되어 접합된 박막형 초전도 선재(100)는 다심의 초전도 선재를 형성시키게 되며, 이에 의해 대전류를 흘릴 수 있게 되는 것이다.As a result, the
또한 상기 금속 안정화재(200)는 박막형 초전도 선재(100)가 내적, 외적 원인에 의하여 온도가 상승하여 초전도 상태가 파괴되는 것을 막는 것으로, 불안정한 초전도 상태가 되면 임계전류 이상의 전류를 통과시키고 초전도 선재의 열을 냉매로 전달하여 초전도체를 냉각시킴으로서 초전도 선재를 원래의 초전도 상태로 회복시켜 영구전류 운전이 가능하도록 하는 것이다.In addition, the
상기 금속 안정화재(200)는 상기 박막형 초전도 선재(100) 사이에 삽입되어 각 초전도 선재 간을 결합시키면서 금속 안정화재(200)의 역할을 할 뿐만 아니라, 다층으로 적층된 박막형 초전도 선재(100) 최상층 및 최하층에 형성되어 박막형 초전도 선재(100)를 완전히 에워싸도록 형성되어 초전도 선재의 열화를 방지하게 된 다.The
이러한 금속 안정화재(200)는 전기저항이 낮고 열전도가 높아야 하며, 초전도 선재와 복합체를 이룬 상태로 가공하였을 때 가공성이 뛰어날 것이 요구되며, 바람직하게는 구리판재를 사용한다.The
또한 상기 금속 안정화재(200)로서 구리판재는 상기 박막형 초전도 선재(100)의 너비 및 길이보다 길게 형성되어 박막형 초전도 선재(100)를 완전히 덮도록 하여 초전도 선재의 열화를 모든 방향에서 방지하도록 한다.In addition, the copper plate material as the
다음으로 제3단계로써, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 상기 금속 안정화재(200)와 솔더링 결합된 박막형 초전도 선재(100)가 저항용접롤러(20)로 통과되면서, 상기 박막형 초전도 선재(100)를 제외한 금속 안정화재(200) 간에 상호 용접이 이루어지게 되는 것이다. 이에 의해 박막형 초전도 선재(100) 양단부를 포함한 외주변은 모두 금속 안정화재(200)로 에워싸지게 되어 박막형 초전도 선재(100)를 보호할 수 있도록 하였다. Next, as a third step, as shown in FIG. 2 (b), the thin film type
상기 저항용접롤러(20)는 상기 금속 안정화재(200)가 접합된 박막형 초전도 선재(100) 상하측에 각각 한 조로 형성되며, 전극으로 사용되는 저항용접롤러(20)에 전류를 흘려 금속 안정화재(200)인 구리판재에서 발생하는 저항발열에 의해서 구리판재를 녹여 단시간에 용접시키는 것으로 구리판재 상호 간에 용접이 이루어지게 되는 것이다.The
여기에서 상기 금속 안정화재(200)는 박막형 초전도 선재(100)를 보호하기 위해 상기 박막형 초전도 선재(100) 최상층과 최하층에 형성된 금속 안정화재(200) 의 두께가 상기 박막형 초전도 선재(100) 사이에 삽입된 금속 안정화재(200)의 두께보다 상대적으로 더 두껍게 형성되도록 한다. 즉 박막형 초전도 선재(100)의 외피에 해당하는 금속 안정화재(200)를 좀 더 두껍게 형성시키는 것이다.Here, the
따라서 본 발명에 따른 박막형 초전도 선재(100)는 금속 안정화재(200)와 함께 다수층으로 적층되어 솔더링에 의해 접합되며, 상기 금속 안정화재(200)는 저항용접롤러(20)에 의해 상호 간에 용접되어 상기 박막형 초전도 선재(100) 사이에 견고하게 접합됨과 동시에 상기 박막형 초전도 선재(100) 양단부에서 용접되어, 박막형 초전도 선재(100)를 완전히 밀봉시키게 되어 초전도 특성이 안정적이고 뛰어난 집합화된 박막형 초전도 선재(100)를 제공하게 되는 것이다.Therefore, the thin film type
상기 구성에 의한 본 발명은 솔더링에 의해 박막형 초전도 선재를 금속 안정화재에 결합시키고, 용접에 의해 박막형 초전도체 선재 주변에 금속 안정화재를 접합시켜, 금속 안정화재 접합공정이 간단하고 저렴하며 금속 안정화재와 초전도 선재가 견고하게 접합되는 효과가 있다.According to the present invention, the thin film type superconducting wire is bonded to the metal stabilizing material by soldering, and the metal stabilizing material is bonded around the thin film type superconducting wire by welding. The superconducting wire is firmly bonded.
또한 초전도 선재에 별도의 장치를 초전도체 선재에 영향을 끼치지 않으면서 초전도 선재 또는 금속 안정화재에 결합시킬 수 있으며, 필요에 따라 초전도 선재의 무한 적층이 용이하여 초전도 이용분야에서의 활용도가 뛰어날 것으로 전망되고 있다.In addition, a separate device for the superconducting wire can be combined with the superconducting wire or the metal stabilizing material without affecting the superconducting wire, and the superconducting wire can be easily laminated as needed, so that the utilization in the superconducting field is expected to be excellent. It is becoming.
또한 용접에 의해 금속 안정화재가 초전도 선재 외주변, 특히 양단부를 밀봉시키으로써, 초전도체의 열화를 방지하여 안정적인 초전도 상태에서 초전도 시스템 의 동작이 가능한 효과가 있다.In addition, by welding the metal stabilizer to seal the outer periphery of the superconducting wire, especially both ends, it is possible to prevent the deterioration of the superconductor to operate the superconducting system in a stable superconducting state.
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