The understanding of the strain dependence of critical current, $I_c$, in the reversible region is important for the evaluation of the performance of coated conductor (CC) tapes in practical applications. In this study, the stress/strain tolerance of $I_c$ in GdBCO CC tapes with stainless steel substrate stabilized by additional Cu and brass laminate was analyzed quantitatively through $I_c$-strain measurement at 77 K under self-field. The variation in irreversible strain limits of CC tapes by the addition of stabilizing layers was analyzed through the consideration of the pre-strain induced on the GdBCO coating film. The results were then compared with the ones previously reported for GdBCO CC tapes with Hastelloy substrate. As a result, GdBCO CC tapes with stainless steel substrate showed much higher strain tolerance of $I_c$ as compared with those adopting Hastelloy substrate.
This paper reviews recent progress in research and development (R&D) of reactive co-evaporation for high performance REBCO coated conductors in Korea. Two types of reactive co-evaporation methods were developed for the deposition of SmBCO and GdBCO superconducting layers respectively on the IBAD (Ion Beam Assisted Deposition)-MgO template in the Korean coated conductor project. Batch type reactive co-evaporation equipment and its processing were developed for SmBCO coated conductors at Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) in conjunction with the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), and a very high critical current exceeding 1,000 A/cm at 77 K in the self field was achieved through the optimization of deposition parameters. Reel-to-reel type reactive co-evaporation processing with a high conversion rate was also developed, while long length GdBCO coated conductors have been routinely produced by SuNAM Co. The minimum critical current of 422 A/cm-w at 77 K in self field was confirmed for 1 km-long GdBCO tape.
GdBCO coated conductor have been fabricated using reactive co-evaporation. The batch type co-deposition system was specially designed and was named EDDC (evaporation using drum in dual chamber) that is possible to deposit superconducting layer with optimum composition ratio of materials at temperature over $700^{\circ}C$ and several mTorr of oxygen. The IBAD-MgO substrate with the architecture of LaMnO3(LMO)/IBAD-MgO/Hastelloy was used for coated conductor. In this study, GdBCO superconducting layer was deposited on IBAD-MgO substrate at optimal oxygen partial pressure (pO2) and deposition temperature. After fabrication of GdBCO coated conductor, critical current density was measured by 4-probe method. Surface morphology and texture of GdBCO coated conductors were analyzed by the SEM and XRD, respectively.
The promising characteristics of 2G high-temperature superconductor (HTS) coated conductor (CC) tapes have made it possible to apply to various electrical device applications. In this study, the mechanical and electromechanical properties of Sn-Cu double layer stabilized GdBCO CC tapes have been characterized. The stress and strain tolerances of $I_c$ in GdBCO CC tapes adopting stainless steel substrate were evaluated using $I_c$-strain measurement at 77 K under both uniaxial tension and monotonic bending conditions. The results were compared to the conventional single Cu layer stabilized CC tape. As a result, the Sn-Cu double layer stabilized GdBCO CC tapes showed somehow lower or comparable electromechanical properties as compared to the Cu stabilized CC tape ones.
Many research groups have been manufacturing coated conductor by various processes such as PLD, MOD, and MOCVD, but the methods with production cost suitable for wide and massive application of coated conductor did not develop yet. Spray pyrolysis method adopting ultrasonic atomization was tried as one of the possible option. GdBCO precursor films have been deposited on IBAD substrate by spray pyrolysis method at low temperature and converted to GdBCO by post heat treatment. Ultrasonic atomization was used to generate fine droplets from precursor solution of Gd, Ba, and Cu nitrate dissolved in water. Primary GdBCO films were deposited at $500^{\circ}C$ and oxygen partial pressure of 1 torr. After that, the films were converted at various temperatures and low oxygen partial pressures. C-Axis oriented films were obtained IBAD substrates at conversion temperature of around $870^{\circ}C$ and oxygen partial pressures of 500 mtorr ~ 1 torr in a vacuum. Thick c-axis epitaxial film with the thickness of 0.4 ~ 0.5 ${\mu}m$ was obtained on IBAD substrate. C-axis epitaxial GdBCO films were successfully prepared by ex-situ methods using nitrate precursors on IBAD metal substrate. Converted GdBCO films have very dense microstructures with good grain connectivity. EDS composition analysis of the film showed a number of Cu-rich phase in surface. The precursor solution having high copper concent with the composition of Gd : Ba : Cu = 1 : 2 : 4 showed the better grain connectivity and electrical conductivity.
Quach, Huu Luong;Kim, Ji Hyung;Hyeon, Chang Ju;Chae, Yoon Seok;Moon, Jae Hyung;Kim, Ho Min
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제20권1호
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pp.19-22
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2018
The thermal and electrical properties of the conductor are critical parametersfor the design and optimization of the superconducting magnet. This paper presents simulation code to analyze electrical and thermal stability characteristics of the second generation (2G) high-temperature superconductor (HTS) by varying copper stabilizer thickness. Two types of commercial 2G HTS coated conductor tapes, YBCO and GdBCO were used in this study. These samples were cooled by Liquid Nitrogen ($LN_2$) having boiling at 77.3 K and an equivalent electrical circuit model for them is choosen and analysed in details. Also, an over-current pulse test in which a current exceeding a critical current was performed. From the simulation results, the influences of the copper stabilizer thickness on the stability characteristics of these samples are presented.
Bautista, Zhierwinjay;Diaz, Mark Angelo;Shin, Hyung-Seop;Lee, Jae-Hun
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제20권4호
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pp.36-40
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2018
In this study, the electromechanical properties in Sn-Cu double layer stabilized GdBCO coated conductor (CC) tapes with and without external lamination under uniaxial tension were examined at 77 K and self-field. Their irreversible stress and strain limits were determined using a loading-unloading scheme based on different critical current ($I_c$) recovery criteria. The repeated tests were performed and statistical estimation was done to check the reproducibility depending on the criterion adopted in evaluating the electromechanical properties. From the results, it showed that the Sn-Cu double-layer stabilized CC tapes have the higher irreversible stress limit, but lower irreversible strain limit as compared to brass laminated ones. Through the repeated tests, it can be found that a small scattering of irreversible limits existed in both CC tape samples. Finally, similar strain sensitivity of $I_c$ in both CC tapes was obtained.
Diaz, Mark Angelo E.;Shin, Hyung-Seop;Jung, Ho-Sang;Lee, Jaehun
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제24권1호
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pp.13-17
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2022
The mechanical properties of REBCO coated conductor (CC) tapes under uniaxial tension are mainly determined by the thick layer Components like the substrate and the stabilizer. Depending on the applications of the CC tapes, it is also needed to externally reinforce thin metallic foils to one side or both sides of the CC tapes. This study investigated the effect of additional stabilizer layers or lamination on the electrical resistivity and electromechanical properties in RCE-DR processed GdBCO CC tapes with different structures. The strain/stress tolerance of Ic in differently processed 12 mm-wide REBCO CC tapes under uniaxial tension at 77 K and self-field could be determined by the loading-unloading scheme. As a result, Sn-Cu stabilized CC tape showed a significant decrease in mechanical properties due to its soft but thick stabilizing layer. However, similar electromechanical properties have been observed on both Sn-Cu and Sn-stabilized CC tapes, the Ic degradation behavior was independent of whether the CC tape has an external reinforcement or different stabilizing layers.
The magnetic properties of heat treated O-series high temperature superconducting (HTS) GdBCO coated conductor (CC) tapes which were formed of Ag/GdBCO/Buffer-layers/Stainless Steel (SS), were investigated by employing a Quantum Design PPMS-14. Using a modified Bean model, the critical current density Jc values have been estimated from the 𝚫mirr(H) data, which are obtained by measuring the magnetic moment m(H) loops. For a range of intermediate fields, which are interacting or collective flux pinning area, the magnetic flux behaviors were investigated from the relationship Jc ∝ H-β. In addition, the changes of irreversibility magnetic field Hirr line of heat-treated O-series HTS GdBCO CC tapes were analyzed, according as the annealing temperature under oxygen flowing increases. Both weak and strong break-downs were found by examining the changes of irreversibility magnetic field Hirr lines.
시판 중인 고온초전도 GdBCO 박막선재의 기본적인 자기적 특성들을 PPMS-VSM 장비를 이용하여 조사하였다. ZFC m(T) 곡선으로부터 $T_c$ 는 ~93 K였다. m(H) 배경데이터를 제거한 후, GdBCO 초전도층의 알짜 m(H) 데이터를 얻고, ${\Delta}m_{irr}$ 을 구하였다. $H_{irr}(T)$ 곡선은 $H_{irr}=H_{irr}(0)(1-T/T_c)^n$ 관계식과 잘 일치하고, n 값은 1.19이다. GdBCO 박막선재의 $J_c$ 와 H의 $J_c{\propto}{\Delta}M_{irr}{\propto}{\Delta}m_{irr}{\propto}H^{-{\delta}}$ 관계식의 ${\delta}$ 값으로부터 자속 특성을 조사하였다. 독립적인 자속고정효과를 나타내는 ${\delta}{\approx}0$ 인 영역, 상호작용의 집단적인 자속고정효과를 나타내는 ${\delta}{\approx}0.6{\sim}1.2$인 영역, 그리고 로렌츠 힘을 받아 자속들이 자유롭게 움직이는 ${\delta}{\gg}2$ 영역 등으로 구분할 수 있다. ${\delta}{\approx}0$ 특성에서 ${\delta}{\approx}0.6{\sim}1.2$ 특성으로 변화하는 자기장을 $H_1$ 으로, ${\delta}{\approx}0.6{\sim}1.2$ 특성에서 ${\delta}{\gg}2$ 특성으로 전이하는 자기장을 $H_2$ 라 하였다. $H_1$ < H < $H_2$ 영역에서 ${\delta}(T)$ 관계를 구하였고, 온도가 감소함에 따라 ${\delta}$ 값은 점차적으로 줄어들었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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