专利名称：用于连续制造超导带材的装置的制作方法
技术领域：
这里公开的本发明涉及一种用于制造超导带材的装置，更具体地，涉及 一种通过在连续移动长的超导带材的同时在该长的超导带材上沉积超导材 料来制造长的超导带材的装置。
背景技术：
在超导体应用领域，全世界在高温超导体的实际应用上做了许多研究。 已经有第一代的高温超导带材和第二代的高温超导带材。第一代的高温超导
带材可以通过粉末装管(PIT, PowderlnTube)工艺制造，在此工艺中，前 体粉末在银(Ag)管中处理。第二代的高温超导带材在技术上称为涂层导体 (CC， Coated Conductor)。许多国家的研究机构和公司已经对CC作出了研 究。已经发展出了许多用于CC的制造方法。CC具有比第一代超导带材更 复杂的多层结构。
自从1986年发现高温超导体以来，认为超导带材将成为首要的实用的 超导体产品。高温超导带材的每一单位面积可以承载比铜导线大大约100倍 的电流而且基本上没有损失。因为热量的产生与电力装置的功率损失成比 例，所以电力装置会因为功率损失而被加热到高的温度。因此，具有相对大 的电阻的铜导线不适于高容量的功率装置。然而，高温超导带材可以有效地 用于高容量的功率装置。基于铌的低温超导体是不经济的，因为它们极低的 临界温度需要昂贵的液氦。然而，高温超导带材是经济的，因为它们需要的 是能够容易地从空气中得到的液氮。因此，高温超导带材的实际应用将标志 大规模的能量工业中的一个新的时代。当首次发现高温超导体时，虽然认为 高温超导体 是下一代的导体，发展高温超导带材也是困难的。然而，近期科技的巨大发展使得实际使用高温超导体成为可能。为此，发展低成本的快速 制造超导带材的方法非常重要。有许多可以实际使用的制造超导带材的方
法，例如金属有机沉积(MOD, Metal-Organic Deposition)法，金属有机化 学气相沉积(MOCVD， Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法，和在 双室中使用圆筒的蒸发(EDDC， Evaporation using Drum in Dual Chamber) 法。EDDC法在美国专利No. 6,147,033中公开，其由本发明的申请者申请， 题目为"Apparatus and method for forming a film on a tape substrate (在带材的 基底上形成膜的装置和方法)"。
在EDDC方法中，真空室被分隔成三个室使用。详细地，圆筒在上部的 压力为大约5mTorr的氧气气体氛围下的辅助室中转动。大约4mm宽和大约 0.1mm厚或更薄的基底带材巻绕于圆筒。将基底带材和圆筒加热到大约700 。C并且以大约每一秒钟旋转一周的速度转动。较低的主室保持在压力为大约 0.01mTorr。较低的主室向旋转的基底带材供给例如钐(Sm)、钡(Ba)和铜 (Cu)的原料，原料为原子相的形式以在旋转的基底带材上形成高温超导体 层。这里，精确地保持由主室提供的原料的比率(例如，Sm: Ba: Cu=h 2: 3)。当基底带材在辅助室内的蒸发区域和反应区域之间转动时，高温超 导体层产生于基底带材上。
然而，由于巻绕于圆筒的基底带材的长度受到限制，所以利用EDDC方 法不能制造长的高温超导带材。因此，需要改进EDDC方法以制造足够长的 高温超导带材。例如，具有足够大的长度的高温超导带材可以使用同轴地布 置在圆筒的两侧的两个巻筒，通过将超导体材料沉积于高温超导带材上，同 时将高温超导带材从一个巻筒释放并巻绕于另一个巻筒来制造。这里，高温 超导带材在巻筒的内部区域巻绕
发明内容
本发明的实施例提供了用于连续制造超导带材的装置。该装置可以包 括用于沉积超导材料的室；位于所述室中的中空的圆柱筒，该圆柱筒用于 将超导带材巻绕在其上并加热超导带材；位于圆柱筒的一端用于供给超导带 材的释放筒；位于圆柱筒的另一端用于在超导材料沉积在超导带材上之后收 集超导带材的巻线筒；和用于将超导带材从释放筒传输到巻线筒的传输单 元。
在某些实施例中，传输单元可以包括环形轨道带，该环形轨道带以回 路形状平行于圆柱筒的中心线围绕圆柱筒的侧壁布置，环形轨道带包括在环 形轨道带的长度方向上以预定的间隔布置的用于容纳超导带材的凹槽，该凹 槽基本上垂直于环形轨道带的长度方向；和用于转动环形轨道带的带巻筒， 以在从释放筒到巻线筒的方向上沿着圆柱筒的外表面移动环形轨道带的一 部分。
在其它的实施例中，每个凹槽包括用于支撑超导带材的两侧的支撑卡 夹部分，以防止超导带材与凹槽的底面相接触；和使得凹槽向上逐渐变窄的 反向倾斜侧壁，以防止超导带材轻易地从凹槽中释放。
在其它的实施例中，支撑卡夹部分朝向凹槽的侧壁倾斜，以使超导带材 和支撑卡夹部分线接触。
在其它的实施例中，设置有多个传输单元，其中该多个传输单元相对于 圆柱筒的中心线沿径向对称地布置。
在其它的实施例中，超导带材从释放筒的内部区域释放并且在巻线筒的 内部区域巻绕。
在进一步的实施例中，圆柱筒外表面的位于环形轨道带和另一个环形轨 道带之间的部分上设置有材料，以保持圆柱筒外表面的该部分的表面温度与 环形轨道带的表面温度为相同的温度水平。
在进一步的实施例中，所述装置还包括螺旋阻挡体，该螺旋阻挡体位于释放筒的一侧，用于以分级的方式将超导带材的要沉积超导材料的部分与其 余部分区分开。当超导带材暴露于沉积蒸汽时，螺旋阻挡体以分级的方式往 复运动，以使巻绕于圆柱筒的超导带材的每一匝同时暴露于沉积蒸汽。
在进一步的实施例中，圆柱筒、巻绕于圆柱筒的超导带材、供给超导带 材的释放筒、收集超导带材的巻线筒、环形轨道带和用于转动环形轨道带的 带巻筒互相关联地快速转动，以将超导带材从释放筒释放，并将超导带材巻 绕于巻线筒，从而使超导带材和圆柱筒之间具有预定间隙地螺旋巻绕于圆柱 筒的超导带材的一部分在环形轨道带上沿着圆柱筒的中心线从释放筒向巻 线筒移动，并且使超导材料沉积于超导带材的这一部分上。
图1示出了根据本发明的实施例的用于连续制造超导带材的装置的示意图。
图2是根据本发明的实施例的图1的A部分的放大视图。 图3是根据本发明的实施例的图1的B部分的放大视图。 图4是根据本发明的实施例，沿着箭头b的方向示出图1中的装置的侧 视图。
图5是根据本发明的实施例，示出图1中的装置的蒸汽阻挡体的透视图。 图6和图7是根据本发明的实施例，示出蒸汽阻挡体如何运行的示意图。
具体实施例方式
参考后面的附图，将在下文详细描述本发明的优选实施例。但是，本发 明可以以不同的方式实施并且不应该局限于这里列出的实施例进行制造。美 国专利No. 6,147,033在这里全文引入作为参考。
图l示出了根据本发明的实施例的用于连续制造超导带材的装置的示意图。为了清楚起见，通过沿着包括中空的圆柱筒102的中心线和上边界线的 平面切开释放筒104a和巻线筒104b，从而对所述释放筒104a和巻线筒104b 进行显示。图1中示出的装置的所有元件均布置在超导体沉积室(未示出) 中。参考图l，超导带材106位于中空的圆柱筒102的外表面上，并且中空 的圆柱筒102布置在超导体沉积室中以加热超导带材106。将在其上沉积超 导材料的超导带材106从释放筒104a释放，该释放筒104a位于圆柱筒102 的左侧。超导带材106从释放筒104a的内部区域释放并在巻线筒104b的内 部区域巻绕。也就是说，在将超导材料沉积在超导带材106上后，可以通过 在巻线筒104b的内部区域中巻绕超导带材106而收集超导带材106。巻线筒 104b布置在圆柱筒102的右侧。当超导材料沉积在超导带材106上时，通过 传输单元将超导带材106从释放筒104a传输到巻线筒104b。传输单元包括 环形轨道带108和带巻筒110。环形轨道带108包括用于容纳超导带材106 的凹槽H(见图2)。带巻筒110转动环形轨道带108，这样位于圆柱筒102 的外部的一部分环形轨道带108可以沿着箭头a的方向从释放筒104a向巻 线筒104b移动。环形轨道带108布置为平行于圆柱筒102的中心线围绕圆 柱筒102的侧壁的回路形状。可以具有多个传输单元。在此情况中，该多个 传输单元可以关于圆柱筒102的中心线沿径向对称地布置。因此，由于对称 布置的传输单元，超导带材106可以在环形轨道带108上稳定地定位和传输。 带108的凹槽H沿着带108的长度方向以预定的间隔布置并且基本上垂直于 带108的长度方向。当超导带材106在带108上传输时，超导带材106位于 凹槽H中。在超导材料沉积过程中，带108与位于其上的超导带材106 —起 沿着圆柱筒102的外表面平行于圆柱筒102的中心线沿箭头a的方向移动。 然后，超导带材106与带108分离，并且带108沿着箭头b的方向移动穿过 圆柱筒102。因此，超导带材106可以连续地供给到圆柱筒102。带巻筒IIO 需要以同样的速度旋转，以连续地传输带108上的超导带材106。在图1中，附图标记112表示容纳高温超导材料的舟皿，并且附图标记 114表示用于将超导体沉积室分隔为蒸发区域和反应区域的室分隔壁。附图 标记116表示阻挡体。蒸发区域可以是舟皿112的上部区域，在此区域高温 超导材料从舟皿112蒸发。在反应区域，蒸发的超导材料之间相互反应。反 应区域可以是放置超导带材的区域。沉积区域D是蒸发的超导材料将沉积在
超导带材上的区域。
图2是根据本发明的实施例的图1的A部分的放大视图。图2示出了沿 着包括圆柱筒102的中心线和上边界线的平面截取的图1中的A部分的截面 视图。参考图2，凹槽H以预定的间距形成在带108上并且基本上垂直于带 108的长度方向。因此，当超导带材106围绕圆柱筒102巻绕时，超导带材 106可以稳定地位于带108的凹槽H中。详细地，支撑卡夹部分210形成在 每一个凹槽H中以支撑超导带材106的两侧，这样超导带材106可以以预定 的距离与凹槽H的底部间隔开。也就是说，超导带材106不与凹槽H的底 面相接触。另外，支撑卡夹部分210朝向凹槽H的侧壁220向下倾斜，这样 超导带材106可以与支撑卡夹部分210线接触。由于支撑卡夹部分210，使 得超导带材106和带108之间的接触区域可以最小化，并且因此可以减小由 于与带108接触而引起的对超导带材106的损害或者污染。凹槽H的侧壁 220是反向倾斜的。也就是说，凹槽H是向上逐渐变窄的。因此，超导带材 106不能从凹槽H自由地释放。
凹槽H的宽度可以小于超导带材106的宽度。在此情况中，在超导带材 106从释放筒104a中释放后，需要附加的机构将超导带材106稳固地插入凹 槽H。例如，参考图3，超导带材106可以以扭曲的角度插入凹槽H。为此， 释放筒104a的中心线可以与带108成一角度。可选择地，可在释放筒104a 和带108之间布置附加的支撑单元，以与带108成倾斜角度地支撑超导带材 106的底面。可选择地，可以弯曲带108以加宽释放筒104a附近的凹槽H。为了允许超导带材106从凹槽H稳定地释放并且然后围绕巻线筒104b巻绕， 也可以使用同样的机构。
带108可以由具有与超导带材106相同的热膨胀系数的材料形成。例如， 带108可以由哈司特合金(hast alloy)形成。带108大约为3mm薄，这样 带108可以围绕带巻筒110容易地弯曲和巻绕。
图4是根据本发明的实施例，沿着图1的箭头b的方向示出图1中的装 置的侧视图。在图4中，为了清楚起见并未示出超导带材。多个传输单元相 对于圆柱筒102的中心线沿径向对称地布置。参考图4，多个带巻筒110相 互间成45°角布置。如果超导带材(在图4中未示出)过紧地巻绕传输单元 的带(未示出)，那么超导带材的未被带支撑的部分将与圆柱筒102接触。 在此情况下，因为超导带材具有与圆柱筒102接触的接触部分和不接触的非 接触部分，因此超导材料将不均匀地沉积在超导带材上。为了防止超导材料 的这种不均匀的沉积，可以将超导带材松弛地巻绕在传输单元的带上。
再次参考图l，在本发明的装置中，超导带材通过带巻筒和巻线筒的操 作而供给到沉积区域D。这里，位于沉积区域D中的一部分超导带材通过沉
积由超导材料覆盖，而其余部分超导带材则不会由超导材料覆盖。也就是说， 超导带材不会同时暴露于超导材料。在这种情况下，需要最小化超导带材上 沉积超导材料的部分和未沉积超导材料的其余部分之间的边界，以改善形成 在超导带材上的超导体层的性质。为此，可以将阻挡体116布置在释放筒104a
附近的区域。阻挡体116为宽度与圆柱筒相对应的平面形状。可替换地，阻 挡体116如图5所示具有对应于巻绕圆柱筒的超导带材的螺旋边缘。在这种 情况下，阻挡体116的螺旋边缘可以具有对应于超导带材的宽度的不连续部 分。阻挡体116的螺旋边缘的不连续部分可以位于与沉积区域相对的一侧。 阻挡体116的运行如下所述。阻挡体116以分级的方式往复运动。这里， 一级对应于超导带材的宽度。参考图6，被阻挡体116覆盖的超导带材106的一匝(turn) 106a与阻挡体116—同向前移动入沉积区域D。参考图7， 只有阻挡体116向后移动一级，这样可以同时将超导带材106的一匝106a 暴露于沉积区域D的氛围中。
现在将根据本发明的实施例描述用于连续制造超导带材的装置的示例 性的结构和运行。 一般说来，因为超导带材由可以在高温下保持其强度的哈 司特合金形成，所以超导带材可以稳固地保持在带的凹槽中。所述带也可以 由哈司特合金形成。考虑到圆柱筒和超导带材的取决于温度的不同膨胀率， 超导带材在某一低张力水平下插入带的凹槽中，这样可以防止超导带材与圆 柱筒的接触。如上解释的，超导带材的插入带的凹槽中的部分不与凹槽的底 面相接触，并且带的凹槽向上变窄，以防止超导带材从凹槽中脱离。所述带 连续地沿着圆柱筒的中心线移动，这样螺旋巻绕于圆柱筒的超导带材可以从 释放筒移动到巻线筒。例如，超导带材、释放筒、巻线筒、多个带和圆柱筒 都可以每一秒钟转动一次。圆柱筒、巻绕于圆柱筒的超导带材、供给超导带 材的释放筒、收集超导带材的巻线筒、带(环形轨道带)和转动环形带的带 巻筒互相关联地快速转动，并且在这些部件转动的同时，超导材料沉积于超 导带材上。基于这些部件的如部件的长度和直径的结构参数可以容易地确定 连接这些部件的方法或者机构。当带移动的时候，螺旋巻绕于带的超导带材 沿着圆柱筒的中心线移动，并且释放筒和巻线筒相对于圆柱筒旋转以释放或 者巻绕超导带材。也就是说，当超导带材从释放筒释放和巻绕于巻线筒时， 在超导带材和圆柱筒之间以预定间隙螺旋巻绕于圆柱筒的一部分超导带材 沿着圆柱筒的中心线在带上移动。在本发明的装置中，带部分和圆柱筒表面 的其它部分需要保持在同样的温度上。为此，所述其它部分可以具有像带部 分一样的双层结构。例如，所述其它部分可以通过在位于带之间且与带间隔 的空间中填充具有与这些带相似或者相同的热传导特性的材料而形成双层 结构。工业实用性
如上所述，根据本发明的装置，可以连续地供给和收集超导带材而不影
响超导带材上的超导体层的沉积。因此，EDDC方法可以用于制造长的超导带材。
权利要求
1、一种用于连续制造超导带材的装置，该装置包括室，该室用于沉积超导材料；中空的圆柱筒，该圆柱筒位于所述室中，用于将超导带材卷绕在该圆柱筒上并加热该超导带材；释放筒，该释放筒位于所述圆柱筒的一端，用于供给所述超导带材；卷线筒，该卷线筒位于所述圆柱筒的另一端，用于在所述超导材料沉积在所述超导带材上之后收集所述超导带材；以及传输单元，该传输单元用于将所述超导带材从所述释放筒传输到所述卷线筒。
2、 如权利要求l所述的装置，其中，所述传输单元包括 环形轨道带，该环形轨道带以回路形状平行于所述圆柱筒的中心线围绕所述圆柱筒的侧壁布置，所述环形轨道带包括在该环形轨道带的长度方向上 以预定的间隔布置的用于容纳所述超导带材的凹槽，该凹槽基本上垂直于所 述环形轨道带的长度方向；以及带巻筒，该带巻筒用于转动所述环形轨道带，以使所述环形轨道带的一 部分沿从所述释放筒到所述巻线筒的方向沿着所述圆柱筒的外表面移动。
3、 如权利要求2所述的装置，其中，每个所述凹槽包括 支撑卡夹部分，该支撑卡夹部分用于支撑所述超导带材的两侧，以防止所述超导带材与所述凹槽的底面相接触；以及反向倾斜侧壁，该反向倾斜侧壁使得所述凹槽向上逐渐变窄，以防止所 述超导带材轻易地从所述凹槽中脱离。
4、 如权利要求3所述的装置，其中，所述支撑卡夹部分朝向所述凹槽 的侧壁倾斜，以使所述超导带材与所述支撑卡夹部分线接触。
5、 如权利要求2所述的装置，其中，所述传输单元为多个，该多个传 输单元相对于所述圆柱筒的中心线沿径向对称地布置。
6、 如权利要求1所述的装置，其中，所述超导带材从所述释放筒的内 部区域释放并且在所述巻线筒的内部区域巻绕。
7、 如权利要求2所述的装置，其中，所述圆柱筒外表面的位于所述环 形轨道带和另一个环形轨道带之间的部分上设置有材料，以保持所述圆柱筒 外表面的该部分的表面温度与所述环形轨道带的表面温度为相同的温度水 平。
8、 如权利要求2所述的装置，其中，所述装置还包括阻挡体，该阻挡 体位于所述释放筒的一侧，用于以分级的方式将所述超导带材的要沉积所述 超导材料的部分与其余部分区分开。
9、 如权利要求8所述的装置，其中，当所述超导带材暴露于沉积蒸汽 时，所述阻挡体以分级的方式往复运动，以使巻绕于所述圆柱筒的所述超导 带材的每一匝同时暴露于所述沉积蒸汽。
10、 如权利要求5所述的装置，其中，所述圆柱筒、巻绕于所述圆柱筒 的所述超导带材、供给所述超导带材的所述释放筒、收集所述超导带材的巻 线筒、所述环形轨道带、以及用于转动所述环形轨道带的所述带巻筒互相关 联地快速转动，以将所述超导带材从所述释放筒释放，并将所述超导带材巻 绕于所述巻线筒，从而使在所述超导带材和所述圆柱筒之间具有预定间隙地 螺旋巻绕于所述圆柱筒的所述超导带材的一部分在所述环形轨道带上沿着 所述圆柱筒的中心线从所述释放筒向所述巻线筒移动，并且使所述超导材料 沉积于所述超导带材的这一部分上。
全文摘要
本发明涉及一种用于连续制造超导带材的装置。在双室中使用圆筒的蒸发(EDDC)方法适于大量生产高温超导带材。然而，EDDC方法局限于制造具有有限长度的高温超导带材。试图使用EDDC方法通过从一个卷筒释放长的高温超导带材并且在另一个卷筒卷绕长的高温超导带材来制造具有足够大的长度的高温超导带材。在此情况中，重要的是要稳固地从一个卷筒到另一个卷筒移动螺旋卷绕于圆筒的高温超导带材。因此，本发明所提供的装置使用分别围绕圆筒布置的环形轨道带，以稳固地并且连续地沿着圆筒的中心线从一个卷筒到另一个卷筒移动螺旋卷绕于圆筒的高温超导带材。
文档编号H01L39/24GK101627483SQ200880007579
公开日2010年1月13日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月8日
发明者廉道俊, 李在煐, 李炳洙, 李相武, 柳在垠, 郑礼铉 申请人:韩国科学技术院;株式会社瑞蓝