ReBCO高温超导线材接合装置及利用其的接合方法_3

文档序号:9871913阅读:来源:国知局
超导性恢复装置200,接合工序和超导性恢复工序在各腔室及 热处理炉中实现。只是,构成超导线材接合装置100及超导性恢复装置200的多个结构与构 成一实施例的第二代ReBCO高温超导线材接合装置100的多个结构的功能相同,因而在此省 略相同说明,只说明不同点。
[0058]本发明另一实施例的第二代ReBCO高温超导线材接合装置100包括腔室110、真空 栗150、压力测定装置160、加压装置165、支撑支架120、加热器140、支架夹具30、压接块130、 温度测定装置180及计时器190,超导性恢复装置200包括热处理炉210、供氧部270、加热器 240、压力测定装置260、温度测定装置280及计时器290。
[0059] 优选地,使在超导线材接合装置100中完成接合的超导线材10在腔室110内中冷至 常温后,向超导性恢复装置200移送,并在400~650°C温度条件及氧气氛的热处理炉210内 实施超导性恢复工序。
[0060] 热处理炉210由可进行开闭的结构形成,具有供氧部270、加热器240、压力测定装 置260、温度测定装置280及计时器290。在热处理炉210内可安装有完成接合工序的多个超 导线材10。因此,在需要长时间的超导性恢复工序中可安装多个超导线材10,因而生产率优 秀。
[0061] 多个超导线材10可分别紧固于分别在热处理炉210的两侧设置的多个夹具20之间 来固定。
[0062]加热器240在热处理炉210内部形成于与多个超导线材10的接合部相对应的位置。 因此,优选地,以400~650 °C温度范围加热超导线材10的接合部,来容易实现氧扩散,从而 可恢复超导性。在有效地实现氧扩散的情况下,具有超导线材10的氧含量更高的优点。在加 热器240的温度小于400°C的情况下,难以有效地实现接合部的氧扩散。相反,在加热器240 的温度大于650°C的情况下,由于接合部过热,发生原子晶格变化,从而产生再次失去超导 性的问题。
[0063]供氧部270可向热处理炉210内部供给氧。第二代高温超导线材10在超导线材接合 装置100中,在真空状态下以高温实施接合工序,从而因损失氧而发生原子晶格变化,导致 失去超导性。因此,优选地,在超导线材10的接合工序后,在腔室Iio内中冷至室温,之后,向 超导性恢复装置200移送,并向热处理炉210内供给氧,从而恢复超导线材10的超导性。 [0064] 压力测定装置260形成于热处理炉210-侧,可测定热处理炉210内部的氧压力。优 选地,热处理炉210内部的氧压以1~5atm条件持续供给氧。在氧加压力小于Iatm的情况下, 由于氧加压力小于大气压,因而存在供氧问题,若氧加压力大于5atm,则因必要以上的压 力,可对超导线材10及热处理炉210的耐久性产生影响。
[0065]温度测定装置280可测定通过上述的加热器240加热的多个超导线材10的接合部 的温度,来以可维持400~650°C的方式控制加热器240的驱动。
[0066] 计时器290形成于热处理炉210-侧,可测定实施超导性恢复工序时的每个工序的 维持时间。优选地,测定通过加热器240的最高温度中的维持时间及冷却时间,来以可更精 密实现工序的方式控制。
[0067]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的顺序,图6简要表 示平行放置一对超导线材后,在其上放置其他线材来进行接合的顺序,图7表示通过接合工 序接合的超导线材。
[0068]参照图5至图7,本发明的超导线材10由基板层12、缓冲层14、超导体层16及稳定剂 层18构成。为了实施接合工序,并为了使一对高温超导线材10接合部的电阻几乎为"0",可 通过化学湿式刻蚀或等离子干式刻蚀去除稳定剂层18,并互相接触露出的ReBCO超导体层 16来进行接合。并且,露出平放的一对超导线材10的超导体层16后,在露出的超导体层16的 上部露出另一个超导线材10的超导体层16,来以相连的方式放置超导体层16后可进行接 合。此时,平放的一对超导线材10的间隔可以为0~1〇_。
[0069] 首先,在一对超导线材10中,在除了需要去除的稳定剂层18之外的部分分别涂敷 抗蚀剂后,实施刻蚀来蚀刻稳定剂层18,从而露出ReBCO超导体层16。由此,互相重叠向外部 露出超导体层16的一端来固定后,以700~1100°C温度条件加热,并同时以加压力:0.1~ 30MPa的条件加压,从而使超导体层16的接合部可在微细部分熔融或在固相状态下,两层之 间的多个原子互相扩散而进行接合。
[0070] 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。 [0071]参照图8,图示的本发明一实施例的超导线材的接合方法包括露出ReBCO超导体层 的步骤S110、安装一对超导线材的步骤S120、维持腔室内真空的步骤S130、加压及加热超导 线材接合部的步骤S140及向腔室内供给氧的步骤S150。
[0072]在露出ReBCO超导体层的步骤SllO中,可去除由基板层、缓冲层、超导体层及稳定 剂层构成的超导线材的稳定剂层,来露出超导体层。要想实施接合工序,就需要使一对高温 超导线材接合部的电阻几乎为"〇",因而优选地,通过化学湿式刻蚀或等离子干式刻蚀去除 稳定剂层,并露出ReBCO超导体层。
[0073]在安装一对超导线材的步骤S120中,一对超导线材能够以两端互相街接的形态安 装于支撑支架的槽部。此时,优选地,刻蚀超导线材的一端来去除稳定剂层后,以互相街接 的方式安装超导体层。
[0074]优选地,在维持腔室内真空的步骤S130中,以互相衔接的方式安装一对超导线材 的超导体层后,使腔室内处于真空压为PO2 = 10_5mT〇rr的条件的真空状态,从而可更有效地 实现后述的接合工序。
[0075]在加压及加热超导线材接合部的步骤S140中,以互相街接的方式将一对超导线材 安装于支撑支架后,在接合部上部安装压接块来通过加压装置向压接块施加压力,从而加 压接合部。同时,形成于支撑支架下部的加热器加热一对超导线材的接合部,来实施接合工 序。优选地,在完成超导线材的接合工序后,解除腔室内的真空。此时,供给氧来解除真空, 这是因为具有如下优点:针对在接合过程中在超导线材中消失的氧,在真空解除过程中,可 向超导线材供给氧。
[0076]在向腔室内供给氧的步骤S150中,恢复完成接合工序的超导线材的超导性。超导 线材在真空状态下以高温实施接合工序,从而因损失氧而变为正方晶系原子晶格,导致失 去超导性。因此,接合工序后,向腔室内供给氧,并长时间在氧气氛下对超导线材实施退火, 从而补偿氧的损失来重新转换为作为原来的超导体原子晶格的斜方晶系的结构,从而可恢 复超导性。此时,优选地,将超导线材加热至400~650°C,从而可容易实现供氧退火。
[0077]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, 图10表示供给在超导性恢复装置中加压的氧来恢复超导性的装置。
[0078]参照图9及图10,图示的本发明另一实施例的第二代ReBCO超导线材的接合方法包 括露出ReBCO超导体层的步骤S110、在腔室内安装超导线材的步骤S120、维持腔室内真空的 步骤S130、加压及加热超导线材接合部的步骤S140、向热处理炉内部移送接合的超导线材 的步骤S210及向热处理炉内供给氧并进行加热的步骤S220。
[0079]露出ReBCO超导体层的步骤S110、安装超导线材的步骤S120、维持腔室内真空的步 骤S130及加压及加热超导线材接合部的步骤S140在接合装置内进行,其与上述的本发明一 实施例的接合方法相同,因而省略相同的内容,只说明不同点。
[0080] 在接合装置中实施超导线材接合工序(步骤SllO~步骤S140)后,通过向超导性恢 复装置的热处理炉内部移送完成接合的超导线材的步骤S210及向热处理炉内供给氧并进 行加热的步骤S220可恢复超导性。
[0081] 在向热处理炉内部移送接合的超导线材的步骤S210中,完成接合工序后,可向热 处理炉内部移送中冷至常温的多个超导线材来进行安装。
[0082]在向热处理炉内供给氧并进行加热的步骤S220中,在Iatm~5atm加压条件下,向 热处理炉内部供给氧,并通过加热器将多个超导线材的接合部加热至400~650°C。因此,在 氧气氛下,超导线材的接合部可重新恢复超导性。
[0083]图11表示根据温度变化的ReBCO高温超导体物质的晶格变化。
[0084]参照
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