ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法，更详细地涉及如 下ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法，在真空条件下，只局部加压及加热第 二代高温超导线材的超导层来接合后，在氧气氛下再次加压在接合过程中消失的超导性 质，从而可恢复超导性。
【背景技术】
[0002] -般，超导线材的厚度为60~90μηι，并层叠（lamination)有多个层，其中，流有超 导的超导体层的物质为由ReB⑶(ReBa2Cu3〇7-X，其中，Re为Rare Earth稀土类元素，0 = X = 0.6)组成的陶瓷复合化合物。ReBCO层的厚度为1~3μηι，作为稀土类元素 ，Y、Gd、Sm等正在商 用化，尤其，氧的摩尔分数重要，因而具有〇6.4~7.0的范围，才能够以斜方晶系 (Orthorhombic)原子结构流有超导电流。若氧从ReBCO流出，则相对于1摩尔稀土类元素的 氧的摩尔比可降低至小于6.4,在此情况下，ReBCO高温超导体层发生从作为超导状态的斜 方晶系结构到作为常导状态的正方晶系（Tetragonal)结构的相变，从而有可能丧失超导 性。氧原子的半径为0.48A,非常小，从而容易受到外部环境(热、真空、应力等）的影响，使 得氧可进行扩散移动，若失去(diffusion-out)氧，则失去斜方晶系的超导原子结构。氧的 扩散对温度敏感，若提升温度，则扩散系数变高，若在大气压条件下，加温至约450~500°C， 则失去氧，从而使原子结构变为正方晶系，并丧失超导性。
[0003] 有关第二代高温超导线材的接合，以往，通过在超导体表面之间插入Pb-Sn的填充 剂(filler)的焊料等介导常导体层物质的焊接(soldering)技术进行接合。焊接技术的优 点在于，最大温度为300°C以下，在接合后，也可维持原样的斜方晶系的超导原子结构。但 是，通过这种方式接合后，在接合的超导体的情况下，电流必须经过焊料及稳定剂层等的常 导体层，从而即使降低至第二代高温超导线材的运转温度(液体氮为77K(-196°C))，也不可 避免发生接合部电阻，因而难以维持超导性。根据焊接方式，根据超导体类型及接合排列方 式，接合部电阻为20~2800η Ω左右，非常高。焊接接合的超导线材由于接合部的高的电阻， 再也起不到超导线材作用。
[0004] 因此，即使开发电阻为"0"的超导体，若在接合部表示高的电阻，则无意义，由于接 合部电阻发生焦耳热，发生淬火(Quench)(从超导转换为常导），使制冷剂蒸发损失，且不可 能采用持续电流模式，由于接合部电力损失，需要追加供给外部电力，最终使系统不稳定。 其尤其在需要持续电流模式(persistent current mode)的医疗用核磁共振成像(MRI)及 用于分析高蛋白质的核磁共振(NMR)磁铁更如此。因此，接合部电阻为"0"的接合部生产非 常重要。
[0005] 有关本发明的现有文献有美国公开特许公报US2013-0061458(2013年03月14号公 开），在上述现有文献中公开了一种用于第一代高温超导带的超导接头方法 (SUPERCONDUCTING JOINT METHOD FOR FIRST GENERATION HIGH-TEMPERATURE SUPERCONDUCTING TAPE)。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题
[0007] 本发明的目的在于，提供ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法，通过 化学湿式刻蚀或等离子干式刻蚀去除一对第二代ReBCO高温超导体基板及多个银(Ag)稳定 剂层后，直接互相接触一对高温超导ReBCO层表面，并在真空状态下进行加热及加压，从而 针对微细部分熔融高温超导ReBCO层表面，或在固相状态下互相扩散多个原子后，可再次降 温来直接结合一对超导ReBCO层表面。
[0008] 本发明的另一目的在于，提供ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法， 在接合过程中，考虑到因从ReBCO超导体物质中损失氧而失去超导性质，在凝固过程的适当 温度或完全凝固后再加热至适当温度的状态下，向热处理炉内供给氧来可恢复ReBCO高温 超导体的超导特性。
[0009] 本接合及超导恢复工序可在一个腔室内进行，也可单独分离接合及超导恢复来分 别在两个腔室内进行。
[0010] 技术方案
[0011] 根据用于达成上述目的的本发明一实施例的ReBCO高温超导线材接合装置，其特 征在于，包括:腔室;供氧部，安装于上述腔室的一侧，用于向上述腔室的内部供给氧;真空 栗，安装于上述腔室的一侧，用于调节上述腔室的内部的真空度;压力测定装置，安装于上 述腔室的一侧，用于测定上述腔室的内部的压力;温度测定装置，安装于上述腔室的一侧， 用于测定上述腔室的内部的温度及超导线材接合部中的温度;计时器，安装于上述腔室的 一侧，用于测定接合工序及超导性恢复工序的整个工序时间;支撑支架，安装于上述腔室的 内部，用于支撑一对超导线材;支架夹具，安装于上述腔室的内部，位于上述支撑支架与腔 室之间，借助支撑支架和多个结合螺钉来螺纹结合;加热器，安装于上述支撑支架与支架夹 具之间，用于加热上述一对超导线材的接合部;压接块，安装于上述腔室的内部，用于以使 上述一对超导线材相接合的方式加压；以及加压装置，由从上述腔室的一侧延伸至压接块 的上部的结构形成，用于向上述压接块提供压力。
[0012] 根据用于达成上述目的的本发明另一实施例的ReBCO高温超导线材接合装置，其 特征在于，包括:超导线材接合装置，用于加压及加热一对ReBCO高温超导线材的接合部来 使接合部进行接合；以及超导性恢复装置，在氧气氛下，使完成上述接合工序的高温超导线 材恢复超导性。
[0013] 根据用于达成上述另一目的的本发明一实施例的ReBCO高温超导线材接合方法， 其特征在于，包括:步骤(a)，去除一对作为ReBa 2Cu3〇7-x的ReBCO高温超导线材的稳定剂层来 使ReBCO超导体层露出，其中，Re为稀土类元素，0 = X = 0.6;步骤(b )，将露出上述ReBCO超导 体层的一对高温超导线材安装于腔室的内部;步骤(c)，维持安装有上述一对高温超导线材 的腔室的内部的真空;步骤(d)，加压及加热上述一对超导线材的接合部；以及步骤(e)，向 完成上述接合工序的腔室的内部供给氧来恢复超导性。
[0014] 有益效果
[0015]根据本发明的ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法，在一个腔室内， 完成一对超导线材的接合及接合工序后，实施加热及氧加压来恢复超导性，从而可在一个 腔室内实施第二代ReBCO高温超导线材的接合及超导性恢复工序。
[0016]并且，在单独分离接合工序及超导性恢复工序来分别在腔室及热处理炉内进行的 情况下，一对ReBCO高温超导线材接合为瞬间进行的工序，但用于恢复超导的工序最少需要 300小时以上，因而可在一个热处理炉内长时间对完成接合的多个超导线材进行热处理，因 而具有非常有效且合适的优点。
[0017]根据本发明的ReBCO高温超导体的接合方法，可在无焊料(solder)或填充剂等的 介质的情况下，直接接触ReBCO高温超导体层的表面和表面的状态下，只针对微细部分熔融 扩散或固相扩散压接超导体层物质，从而与以往的常导接合相比，使接合部电阻几乎为 "〇"，从而具有可制作持续电流模式及充分长的超导长线材的优点。
【附图说明】
[0018] 图1为图示本发明一实施例的第二代ReBCO高温超导线材接合装置的剖视图。
[0019] 图2为简要表示接合装置的结合结构的分解立体图。
[0020] 图3为表示超导线材的层叠结构的剖视图。
[0021]图4为图示本发明另一实施例的第二代ReBCO高温超导线材接合装置及用于恢复 接合的超导线材的超导性的装置的剖视图。
[0022]图5简要表示本发明的在重叠一对超导线材的状态下进行接合（lab joint)的顺 序。
[0023] 图6简要表示平行放置一对超导线材后，在其上再放置其他线材来进行接合 (bridge joint)的顺序。
[0024] 图7表示通过接合工序接合的超导线材。
[0025]图8为表示本发明一实施例的第二代ReBCO高温超导线材的接合方法的流程图。 [0026]图9为表示本发明另一实施例的第二代ReBCO高温超导线材的接合方法的流程图。