KR102283210B1 - 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법 - Google Patents

양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 금속기판-완충층-초전도층-보호층이 순차적으로 적층되며, 외주면을 따라 안정화재가 형성된 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법에 있어서, 상기 안정화재는 알루미늄 또는 알루미늄합금을 포함하도록 형성되며, 외표면에 양극산화처리된 산화알루미늄 양극산화피막을 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 초전도 박막선재의 표면을 양극산화시켜 형성된 안정화재를 통해 초전도 박막선재 간의 절연특성 및 고열전도도 특성을 가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법{Superconducting thin film and its manufacturing method including an anodized surface}
본 발명은 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초전도 박막선재을 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 재질로 용융도금한 후, 양극산화시켜 형성된 양극산화피막을 통해 권선 시, 초전도 박막선재 간의 절연특성 및 고열전도도 특성을 가능하게 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
초전도층을 포함하는 초전도 박막선재는 임계 온도 이하에서 저항이 0인 상태로 많은 전류를 통전할 수 있다. 이러한 이점 때문에 손실 없이 고밀도의 전류 공급이나 송전을 필요로 하는 케이블, 모터, 변압기, 한류기 등의 고온초전도 전력기기와 초전도 응용기기의 핵심 소재로 적용 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 초전도 박막선재 중 2세대 고온 초전도 선재는 이축배향된 금속기판 위에 여러 종류의 구성 재료들을 결정축에 따라서 에피택셜 성장(Epitaxial growth)을 통해 제조되며, 이러한 박막형 고온초전도 선재를 코티드 컨덕터(Coated conductor)라고 한다.
이러한 초전도 박막선재는 일반적으로 니켈합금이나 스테인레스강 등과 같은 금속기판의 상부에 복수의 완충층을 코팅하고, 완충층의 상부에 초전도층, 초전도층의 상부에는 초전도층을 보호하기 위한 은 보호층을 코팅하며, 최종적으로 구리 안정화재를 전해도금하여 제조한다. 구리 안정화층은 초전도층이 갑자기 초전도 특성을 상실할 때(이를 Quenching 이라고 함) 초전도층에 흐르던 전류를 바이패스(Bypass)시키는 역할을 담당한다.
한편 초전도 박막선재를 코일 등으로 권선 시 선간 전기적인 절연을 위해 종래에는 켑톤(Kapton) 필름과 같은 절연재를 코와인딩(Co-winding) 하는데, 켑톤 필름을 박막선재들 사이에 삽입하여 박막선재 간 전기적으로 절연되도록 한다. 이때 켑톤 필름 등과 같은 종래의 절연재는 열전달특성이 매우 나빠 초전도 전력기기를 냉각시켜 주는 냉각 장치가 비대하게 설계된다. 뿐만 아니라 켑톤 필름은 두께가 약 25 내지 50㎛에 불과하고 고분자 재질이기 때문에, 권선 시 선재의 응력보강의 이점은 전혀 기대할 수 없다. 또한, 박막 선재의 경우 두께가 0.1mm에 불과하여 기계적 강도가 매우 약해 취급이 까다로워 작업자의 취급 부주의시 초전도 특성 저하가 발생할 소지가 크고, 전류 인가시 발생하는 유도 전자기력에 의해 초전도 성능기 저하되기도 하기 때문에 권선 코일의 응력 보강은 응용적인 측면에서 매우 중요하다. 따라서 종래의 단점까지 극복할 수 있는 새로운 기술 적용을 모색하고자 한다.
대한민국특허청 등록특허 제10-1062808호 대한민국특허청 등록특허 제10-0755899호
따라서 본 발명의 목적은 초전도 박막선재의 표면을 용융 도금하여 알루미늄 도금층을 형성시킨 후, 이를 양극산화시켜 형성된 안정화재를 통해 초전도 박막선재 간의 절연특성 및 고열전도도 특성을 가능하게 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 도금욕의 온도를 저온으로 설정하여 용융도금 시, 초전도 박막선재의 손상을 줄이며, 도금 온도와 선속(Line speed)에 따라 안정화재의 두께를 조절하여형성된 양극산화피막은 최대 350 Hv(마이크로 비커스)의 경도특성을 보유하게 되어, 취약한 박막선재의 기계적 강도를 보강하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 금속기판-완충층-초전도층-보호층이 순차적으로 적층되며, 외주면을 따라 안정화재가 형성된 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재에 있어서, 상기 안정화재는 알루미늄 또는 알루미늄합금을 포함하도록 형성되며, 외표면에 양극산화처리된 산화알루미늄 양극산화피막을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재에 의해 달성된다.
여기서, 상기 안정화재는, 상기 금속기판-완충층-초전도층-보호층을 둘러싸며 도전성 금속으로 형성되는 제1안정화층과; 상기 제1안정화층의 외주면을 둘러싸며, 외표면에 상기 양극산화피막이 형성된 제2안정화층을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 또한, 400 내지 600℃의 도금욕에서 순차적으로 적층된 금속기판-완충층-초전도층-보호층의 표면에 안정화재를 도금하는 단계와; 상기 안정화재를 양극산화하여 상기 안정화재의 외표면에 산화알루미늄 양극산화피막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 제조방법에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 도금욕에는 알루미늄 또는 알루미늄합금이 용융된 도금재가 저장되며, 상기 양극산화피막을 형성하는 단계는, 0.5 내지 4A의 전류를 가하여 양극산화피막을 형성하거나, 1 내지 30분 동안 전류를 가하여 양극산화피막을 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면 초전도 박막선재의 표면을 양극산화시켜 형성된 양극산화피막을 통해 초전도 박막선재 간의 절연특성 및 고열전도도 특성을 가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도금욕의 온도를 저온으로 설정하여 초전도 박막선재의 손상을 줄이며, 도금 온도 및 선속에 따라 안정화재의 두께를 조절하고, 기계적 강도가 큰 양극산화피막의 도움으로 초전도 박막선재의 기계적 강도를 보강하여 주는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초전도 박막선재의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 초전도 박막선재의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 초전도 박막선재 제조방법의 순서도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 초전도 박막선재(100)는 금속기판(110)-완충층(130)-초전도층(150)-보호층(170)이 순차적으로 적층되며, 외부에는 안정화재(190)가 형성된다.
금속기판(110)은 내산화성을 지닌 니켈합금 또는 스테인레스강으로 이루어지며, 금속기판(110)의 상부에 형성된 산화물 완충층(130)은 금속기판(110)과 초전도층(150) 사이에 형성되어, 외부의 다양한 자극을 완충시키는 역할을 한다. 구체적으로 초전도 박막선재(100) 제조시 초전도층(150)은 고온에서 형성되는데 이때 금속기판(110)의 금속물질이 초전도층(150)에 확산되어 초전도층(150)이 오염되는 것을 방지하며, 초전도층(150)의 초전도특성을 향상시키는 역할을 한다.
완충층(130) 상부에 형성된 초전도층(150)은 완충층(130)에 물리적 또는 화학적인 방법으로 코팅하여 헝성된다. 초전도층(150)은 고온초전도 특성은 가지는 희토류계 원소로 제조되며, 바람직한 초전도층(150)의 재료는 희토류원소-바륨-구리-산소(RE-Ba-Cu-O) 계이다.
금속기판(110), 완충층(130) 및 초전도층(150)이 순차적으로 적층된 초전도 박막선재(100)에서 초전도층(150)에는 은(Ag)으로 형성된 보호층(170)이 적층된다. 보호층(170)은 초전도층(150)에 얇게 코팅되며, 외부로부터 초전도층(150)을 보호하는 역할을 한다.
초전도 박막선재(100)를 임계온도 이하의 온도에서 사용할 때 내적 혹은 외적 교란에 의해 초전도상태가 국부적으로 파괴될 경우 초전도 박막선재(100)의 저항이 급격하게 증가하고, 초전도 박막선재(100)의 소손현상이 발생할 수 있다. 이와 같이 초전도상태가 국부적으로 파괴될 경우 초전도 박막선재(100)를 통과하는 잉여전류를 신속하게 바이패스(Bypass)시키기 위해 금속 안정화재(190)가 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1실시예에 따른 초전도 박막선재(100)의 경우, 금속기판(110)-완충층(130)-초전도층(150)-보호층(170)의 외주면을 둘러싸도록 구리 제1안정화층(191)을 형성한다. 여기서 제1안정화층(191)은 초전도 박막선재(100)의 기계적 강도를 증가시키며 전류의 바이패스가 용이하도록 50 내지 100㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 제1안정화층(191)이 50㎛ 미만일 경우 초전도 박막선재(100)의 기계적 강도 상승을 기대하기 어려우며, 100㎛를 초과할 경우 제1안정화층(191) 자체의 두께가 너무 두꺼워 다양한 산업에 적용하기 용이하지 않다.
제1안정화층(191)의 외주면에는 제2안정화층(193)이 형성된다. 제2안정화층(193)은 양극산화가 용이한 알루미늄 또는 알루미늄합금을 용융 도금한다. 이 도금층을 양극산화시켜 제조된다. 알루미늄 또는 알루미늄합금을 양극산화시키면 표면에 산화알루미늄으로 이루어진 양극산화피막(195)이 형성되는데, 이러한 양극산화피막(195)은 알루미늄에 비해 절연특성이 뛰어나 절연재로 적합하다. 또한 양극산화피막(195)은 알루미늄보다 기계적 강도는 증가하게 되며, 고열전도도 특성 또한 우수하다. 때문에 이를 포함한 초전도 박막선재(100)를 코일형태로 권선할 경우 권선된 초전도 박막선재(100) 간에 절연이 가능해지며, 고열전도도 특성이 우수하기 때문에 대용량의 냉각기를 사용하지 않아도 초전도 박막선재(100)의 냉각이 용이해진다. 뿐만 아니라 기계적 강도가 우수해지기 때문에 초전도 박막선재(100)의 손상을 방지한다.
이와 같이 양극산화된 양극산화피막(195)을 형성하기 위해 제2안정화층(193)은 알루미늄 또는 알루미늄합금을 30 내지 70㎛의 두께로 제1안정화층(191)에 도포되는 것이 바람직하다. 두께가 30㎛ 미만일 경우 충분한 두께의 양극산화피막(195)이 형성되지 않으며, 70㎛를 초과할 경우 초전도 박막선재(100)의 두께가 증가하여 산업상 이용이 어려워진다.
여기서 알루미늄합금은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 망간(Mn) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것과 알루미늄이 혼합된 합금을 말한다.
도 2는 제2실시예에 따른 초전도 박막선재(200)로, 제1실시예와 같이 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)은 동일하나 이들 외주면을 둘러싸는 구리 제1안정화층(191) 대신 알루미늄 안정화재(290)를 바로 형성시킨다.
제1실시예와는 달리 제2실시예의 안정화재(290)는 두 층으로 형성하지 않고 한 번의 공정을 통해 형성된다. 안정화재(290)는 알루미늄 또는 알루미늄합금을 통해 형성되며, 양극산화피막(291)을 형성하기 위해 제1실시예의 제1안정화층(191)의 두께보다 40 내지 50% 두꺼운 두께로 이루어진다. 이는 알루미늄이 구리에 비해 전기전도도가 우수하지 못하기 때문이다. 이러한 부분을 고려하여 안정화재(290)의 두께는 90 내지 150㎛의 알루미늄층을 갖는 것이 바람직하다. 90㎛ 미만일 경우 양극산화피막(291)을 형성하면 전류가 바이패스되는 영역이 충분하지 못하며, 150㎛를 초과할 경우 초전도 박막선재(200)의 두께가 너무 두꺼워 비효율적이다.
이와 같이 안정화재(190, 290)의 두께는 다음과 같은 초전도 박막선재 제조방법에 의해 조절된다.
도 3에 도시된 바와 같이 제1실시예의 경우 제1안정화층(191) 표면을, 제2실시예의 경우 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)이 적층된 선재 표면을 산세(Picklig)처리한다. 산세처리는 도금 전에 도금재가 표면에 용이하게 부착되도록 하는 목적으로 미리 염산, 황산 또는 인산으로 표면을 세정하는 것을 의미한다. 이와 같이 산세처리를 할 경우 제1안정화층(191) 또는 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270) 표면의 작은 조각(Scale), 녹(Rust), 혼재물 등과 같은 오염물이 세척된다.
산세처리된 제1안정화층(191) 또는 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)을 플럭스처리한다. 플럭스처리는 표면의 산화막을 제거하고, 도금 작업 중 가열하는 동안 금속의 재산화를 방지한다. 또한, 용융된 도금재는 일반적으로 큰 표면장력을 가지고 있는데 플럭스처리할 경우 도금재의 표면장력을 저하시킴으로써 표면에 퍼짐성 또는 젖음성을 증가시키는 역할을 한다.
산세처리 및 플럭스처리에 의해 제1안정화층(191) 또는 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)의 표면에는 용액이 묻어있게 되는 데 용액이 있는 상태로 도금을 할 경우 도금이 제대로 이루어지지 않기 때문에 건조를 통해 용액을 모두 제거한다.
그 후 제1안정화층(191) 또는 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)을 알루미늄 또는 알루미늄합금이 용융되어 있는 도금욕에 장입한다. 여기서 도금욕의 온도는 매우 중요한 기술인자로, 도금욕의 온도가 제1안정화층(191) 또는 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 도금욕의 온도는 400 내지 600℃가 바람직하다. 특히 구리 안정화층이 없는 즉, 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)의 경우, 초전도층(250)을 보호하는 은 보호층(270)의 두께가 5㎛ 정도로 매우 얇기 때문에, 용융 도금 처리 중 고온의 도금욕에 의해 손상을 입을 가능성이 높아 특히 주의하여야 한다.
도금욕의 온도가 600℃를 초과하는 제2실시예의 경우 초전도층(250)으로부터 보호층을 뚫고 산소의 출입이 발생하기 때문에 초전도층(250)에서의 산소 결핍을 방지하기 위해서 도금욕의 온도는 600℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 또한 보호층(270)인 은(Ag)의 두께가 5㎛정도로 매우 얇기 때문에, 가능한 알루미늄과의 반응을 최소화 하여 Ag-Al 반응층의 두께를 최소화시킬 필요가 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해서 도금욕의 온도는 600℃를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 도금욕의 온도가 400℃ 미만일 경우 도금욕이 냉각되어 도금욕 내의 도금재가 반응고 상태가 되기 때문에 도금처리를 할 수 없다.
종래의 도금욕은 도금이 원활하게 이루어지며 도금재가 굳지 않도록 매우 고온에서 이루어졌다. 하지만 이와 같이 할 경우 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)이 고온에 의해 변형되거나 손상되는 문제가 발생하였다. 따라서 본 발명은 도금욕의 온도를 400 내지 600℃로 하여 금속기판(210)-완충층(230)-초전도층(250)-보호층(270)의 손상을 방지하면서도 도금욕이 응고되지 않도록 설계하였다.
이와 같이 도금욕의 온도가 종래와 같이 높지 않고 400 내지 600℃가 가능하도록 합금화에 의한 융점(Melting point) 강하, 반용융(Semi-solid) 상태의 도금욕 이용, 선속(Line speed)의 최적화 등과 같은 방법을 이용할 수 있다. 즉, 알루미늄에 다수의 합금원소를 첨가하여 융점 강하를 달성함과 동시에 Al-Ag 반응을 최소화하기 위해 도금욕을 반용융화 상태로 유지한다. 이때 사용되는 첨가원소는 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 망간(Mn) 등이다. 선속의 경우 1분간 500 내지 1500g/m2의 부착량이 적당하며, 이러한 부착량을 통해 10 내지 150㎛ 두께의 도금층을 얻을 수 있다.
다음은 제1실시예의 초전도 박막선재(100)를 제조하기 위한 용융 도금처리에 관한 것이다. 이 초전도 박막선재(100)에서는 제1안정화층(191)이 처리되어있기 때문에 도금층의 두께를 제2실시예와 같이 두껍게 할 필요가 없다. 양극산화처리를 위한 두께만 확보되면 되기 때문에 30 내지 70㎛면 충분하다. 그리고 제1안정화층(191)에 의해 Al-Ag 반응을 일으킬 염려가 없어 열적으로 훨씬 안정되며, 도금욕의 온도에 크게 민감하지 않다. 즉 500 내지 600℃의 온도에서 가능하며 도금재는 알루미늄 또는 다른 모든 알루미늄합금의 적용이 가능하다. 표 1은 가장 높은 도금욕 온도가 필요한 알루미늄을 사용하여 시험한 결과를 정리한 것이다.
알루미늄을 다양한 조건에서 용융도금처리한 초전도 박막선재의 도금특성
번호 합금성분 용융도금욕 온도(℃) 분당부착량
(g/m2)		 도금층두께
(㎛)		 도금상태
1 Al 650 600 30~38 양호
2 Al 600 750 40~47 양호
3 Al 550 800 50~60 양호
4 Al 500 850 60~70 양호
표 1에서 얻어진 시험편 중 3번을 선택하여 양극산화처리 조건에서 시험한 결과를 표 2에 정리하였다. 양극산화처리는 초전도 박막선재(100)를 양극으로 하고, 백금망(Platinum mesh)을 음극으로 하여 전해액 하에서 전기를 인가하여 제2안정화층(193)을 양극산화시킨다. 여기서 전해액은 황산을 포함한 모든 것이 적용 가능하다.
양극산화처리 조건에 따른 산화알루미늄 피막두께 및 상태
번호 전류(A) 시간(min) 피막두께(㎛) 피막 상태
3 0.5 20 5.2 양호
3 0.5 25 5.3 양호
3 0.5 30 6.9 양호
3 1 20 6.5 양호
3 1 25 7.8 양호
3 1 30 10.8 양호
3 1.5 20 10.4 양호
3 1.5 25 15.8 양호
3 1.5 30 22.8 양호
3 2 20 14.5 양호
3 2 25 20.8 양호
3 2 30 28.9 양호
3 3 20 25.8 양호
3 3 25 35.8 양호
3 3 30 41.5 양호
표 2에서 알 수 있듯이, 전류와 시간에 따라 다양한 피막두께를 얻을 수 있으며, 피막의 상태는 모두 양호하였다. 다른 조건의 시험편에서도 이와 동일한 결과가 얻어질 것으로 판단된다.
표 3 및 4에서는 제2실시예의 초전도 박막선재 형태로 제조하는 것으로, 알루미늄합금을 이용하여 시험을 수행하였다. 알루미늄합금의 경우 첨가원소에 따라 용융 온도가 상이하고 밀착성이 다르기 때문에 많은 실험의 통해 최적의 합금계를 찾아야 한다. 만약 선재에 높은 기계적 강도를 부여하고자 하면 석출경화형 합금을 도금한 후 시효경화 처리함으로써 도금층의 강도 수준을 크게 향상시킬 수 있다.
표 1은 상기의 조건으로 제조한 초전도 박막선재의 제조조건과 제특성을 정리한 것으로, 이때 사용한 초전도 박막선재의 선폭은 12mm, 두께는 약 0.1mm이다.
알루미늄합금 성분에 따라 다양한 제조조건에서 용융도금처리한 초전도 박막선재의 도금특성
번호 합금성분 용융도금욕 온도(℃) 분당부착량
(g/m2)		 도금층두께
(㎛)		 도금상태
5 Al-Mn 600 1,200 110~120 양호
6 Al-Mn 550 1,300 120~135 양호
7 Al-Mn 500 1,500 135~150 양호
8 Al-Si 500 1,200 115~130 양호
9 Al-Si 450 1,300 130~145 양호
10 Al-Si 400 1,500 145~150 양호
11 Al-Mg 550 1,200 100~120 양호
12 Al-Mg 500 1,300 120~135 양호
13 Al-Mg 450 1,500 135~155 양호
14 Al-Cu-Mg 550 1,200 95~110 양호
15 Al-Cu-Mg 500 1,300 110~120 양호
16 Al-Cu-Mg 450 1,500 120~135 양호
17 Al-Mg-Si 500 1,200 95~115 양호
18 Al-Mg-Si 450 1,300 115~125 양호
19 Al-Mg-Si 400 1,500 125~140 양호
20 Al-Zn-Mg 500 1,200 95~125 양호
21 Al-Zn-Mg 450 1,300 125~135 양호
22 Al-Zn-Mg 400 1,500 135~145 양호
23 Al-Si 550 1,200 100~120 양호
24 Al-Si 500 1,300 125~140 양호
25 Al-Si 450 1,500 140~150 양호
26 Al-Cu-Si 550 1,200 95~110 양호
27 Al-Cu-Si 500 1,300 110~125 양호
28 Al-Cu-Si 450 1,500 125~135 양호
29 Al-Cu-Mn 550 1,200 95~115 양호
30 Al-Cu-Mn 500 1,300 115~130 양호
31 Al-Cu-Mn 450 1,500 130~145 양호
32 Al-Mn-Si 600 1,200 90~110 양호
33 Al-Mn-Si 550 1,300 110~125 양호
34 Al-Mn-Si 500 1,500 125~135 양호
35 Al-Zn-Mg-Cu 500 1,200 90~100 양호
36 Al-Zn-Mg-Cu 450 1,300 100~115 양호
37 Al-Zn-Mg-Cu 400 1,500 115~130 양호
표 3에 결과로 알 수 있듯이, 합금 성분이 많을수록 융점이 낮아지는 경향을 보였고, 4원계 합금에서 가장 낮은 융점을 나타내었다. 또한, 도금욕의 온도가 낮은 반용융 상태에서도 초전도 박막선재(200)에 도금처리 하는데 아무런 문제도 발견되지 않았다. 합금성분과 제조조건에서 목표 도금층 두께를 얻을 수 있었으며, 도금층의 상태도 모두 제품으로 생산가능할 정도로 양호하였다.
표 1에서 제조된 19번 초전도 박막선재를 선정하여 아래와 같은 양극산화 조건에 처리하여 양극산화피막(291) 두께와 피막 상태를 조사한 결과를 표 2에 정리하였다.
양극산화처리 조건에 따른 양극산화피막 두께 및 상태
샘플번호 전류(A) 시간(min) 피막두께(㎛) 피막상태
19 0.5 20 5.16 양호
19 0.5 25 5.16 양호
19 0.5 30 6.88 양호
19 1 20 6.45 양호
19 1 25 7.74 양호
19 1 30 10.75 양호
19 1.5 20 10.32 양호
19 1.5 25 15.48 양호
19 1.5 30 22.37 양호
19 2 20 14.19 양호
19 2 25 20.64 양호
19 2 30 28.39 양호
19 3 20 25.15 양호
19 3 25 35.2 양호
19 3 30 45.9 양호
19 4 20 50.16 양호
19 4 25 60.3 양호
19 4 30 69.78 양호
표 4에서 알 수 있듯이, 전류와 시간을 변수로 조정하면 양극산화피막(291) 두께를 자유로이 조절할 수 있으며, 피막상태 역시 양호하였다. 이는 다른 알루미늄합금에서도 동일한 결과가 얻어질 것으로 판단된다. 이와 같은 실험을 통해 양극산화시 전류는 0.5 내지 4A를 가하는 것이 바람직하며, 시간은 전류에 따라 변동될 수 있지만 1 내지 30분이 바람직하다. 전류가 0.5A 미만일 경우 원하는 두께의 양극산화피막(291)을 얻을 수 없으며, 전류가 4A를 초과할 경우 양극산화 속도가 빨라 두께를 조절하는데 용이하지 않다. 또한 양극산화 시간이 1분 미만일 경우 원하는 만큼의 양극산화피막(291) 두께를 얻을 수 없으며, 30분을 초과할 경우 공정시간이 길 뿐더러 양극산화피막(291)의 두께가 두꺼워져 산업상 이용이 용이하지 않다.
이와 같은 방법을 통해 제조되는 초전도 박막선재는 초전도 박막선재에 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어진 안정화재를 형성하고, 안정화재를 양극산화시켜 초전도 박막선재 간의 절연특성 및 고열전도도 특성을 가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도금욕의 온도를 저온으로 설정하여 초전도 박막선재의 손상을 최소화하고, 도금 온도와 선속에 따라 안정화재의 두께를 조절할 수 있었다.
100, 200: 초전도 박막선재
110, 210: 금속기판
130, 230: 완충층
150, 250: 초전도층
170, 270: 보호층
190, 290: 안정화재
191: 제1안정화층
193: 제2안정화층
195, 291: 양극산화피막

Claims (9)

  1. 금속기판-완충층-초전도층-보호층이 순차적으로 적층되고,
    상기 금속기판-완충층-초전도층-보호층을 둘러싸는 안정화재가 형성된 초전도 박막선재에 있어서,
    상기 안정화재는 알루미늄 또는 알루미늄합금을 용융도금하여 형성되고,
    상기 안정화재의 외표면에 양극산화처리된 산화알루미늄 양극산화피막을 포함하되,
    상기 알루미늄합금은,
    마그네슘(Mg), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 망간(Mn) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것과 알루미늄(Al)이 혼합된 합금인 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 안정화재는,
    상기 금속기판-완충층-초전도층-보호층를 둘러싸며 도전성 금속으로 형성되는 제1안정화층과;
    상기 제1안정화층의 외주면을 둘러싸며, 외표면에 상기 양극산화피막이 형성된 제2안정화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1안정화층은 50 내지 100㎛의 두께로 이루어지며,
    상기 제2안정화층은 30 내지 70㎛의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 안정화재는,
    90 내지 150㎛의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재.
  5. 삭제
  6. 금속기판-완충층-초전도층-보호층이 순차적으로 적층된 초전도 박막선재 제조방법에 있어서,
    알루미늄 또는 알루미늄합금이 용융된 도금재가 저장된 400 내지 600℃의 도금욕에서 순차적으로 적층된 금속기판-완충층-초전도층-보호층의 표면에 안정화재를 도금하는 단계와;
    상기 안정화재를 양극산화하여 상기 안정화재의 외표면에 산화알루미늄 양극산화피막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 알루미늄합금은,
    마그네슘(Mg), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 망간(Mn) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것과 알루미늄(Al)이 혼합된 합금인 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 양극산화피막을 형성하는 단계는,
    0.5 내지 4A의 전류를 가하여 양극산화피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 양극산화피막을 형성하는 단계는,
    1 내지 30분 동안 전류를 가하여 양극산화피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 양극산화 표면을 포함하는 초전도 박막선재 제조방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130090241A1 (en) 2011-10-11 2013-04-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Superconductive electromagnet apparatus
KR101459583B1 (ko) * 2013-09-11 2014-11-10 주식회사 서남 초전도체 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7816303B2 (en) 2004-10-01 2010-10-19 American Superconductor Corporation Architecture for high temperature superconductor wire
KR100755899B1 (ko) 2006-09-15 2007-09-06 한국전기연구원 박막형 초전도 선재의 집합방법 및 집합화된 초전도 선재
KR101118749B1 (ko) * 2010-03-02 2012-03-13 한국전기연구원 초전도 선재

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130090241A1 (en) 2011-10-11 2013-04-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Superconductive electromagnet apparatus
KR101459583B1 (ko) * 2013-09-11 2014-11-10 주식회사 서남 초전도체 및 이의 제조 방법

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