專利名稱：超導(dǎo)材料的接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接合方法，且特別是涉及一種超導(dǎo)材料的接合方法。
背景技術(shù)：
依照目前工業(yè)的技術(shù)，對(duì)于超導(dǎo)材料的接合是通過銅金屬作為輔助接合材料。然而，此種接合方式最多僅能制作最長距離為五百公尺的釔鋇銅氧(YBCO)高溫超導(dǎo)導(dǎo)線。若再延伸超導(dǎo)導(dǎo)線的長度，將使得超導(dǎo)產(chǎn)品于長時(shí)間應(yīng)用時(shí)的性能受到影響。這主要是因?yàn)椋m用來接合超導(dǎo)材料的銅金屬電阻值不高，但終究還是有一定的電阻值。因此在長時(shí)間運(yùn)作時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生熱，造成能量消耗，甚至導(dǎo)致超導(dǎo)線材失去超導(dǎo)性，因而影響整體超導(dǎo)傳輸線的品質(zhì)。另外，高溫超導(dǎo)材料幾乎是氧化物陶瓷材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)陶瓷材料之間的粘結(jié)可通過助镕劑來降低陶瓷粘著溫度(比燒結(jié)溫度低)。然而，陶瓷雖然能夠粘結(jié)在一起，但因界面結(jié)構(gòu)已被改變而無法與原材料相同。因此在粘結(jié)界面一定還是存在有較大的阻值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超導(dǎo)材料的接合方法，其可以解決傳統(tǒng)接合方法中利用其它融接材料所造成的接合電阻及其所衍生的問題。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提出一種超導(dǎo)材料的接合方法，其包括提供微波腔室，其中所述微波腔室中具有第一吸熱板以及相對(duì)于第一吸熱板的第二吸熱板。將第一超導(dǎo)材料以及第二超導(dǎo)材料置于微波腔室中的第一吸熱板以及第二吸熱板之間，其中第一超導(dǎo)材料與第二超導(dǎo)材料之間具有重疊區(qū)域，且對(duì)第一吸熱板以及第二吸熱板施于一壓力。在微波腔室中施予微波能量，其中第一吸熱板以及第二吸熱板將微波能量轉(zhuǎn)換成熱能，以使第一超導(dǎo)材料與第二超導(dǎo)材料于重疊區(qū)域接合在一起?；谏鲜觯景l(fā)明通過微波加熱的方式將超導(dǎo)材料接合在一起。由于本發(fā)明的接合方法并未使用任何材料作為超導(dǎo)材料接合時(shí)之界面接合材料，因此不會(huì)有傳統(tǒng)接合方法中利用其它融接材料所造成的界面或接合電阻及其所衍生的問題。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖作詳細(xì)說明如下。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超導(dǎo)材料的接合方法的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的超導(dǎo)材料的接合方法的示意圖；圖3是圖1中的第一超導(dǎo)材料以及第二超導(dǎo)材料的接合示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超導(dǎo)材料于接合之后的電阻與溫度的關(guān)系圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的超導(dǎo)材料于接合之后的電阻與溫度的關(guān)系圖。
主要元件符號(hào)說明100:微波產(chǎn)生器102:導(dǎo)波管裝置200:微波腔室200a:上部結(jié)構(gòu)200b:下部結(jié)構(gòu)202:石英板204:0 形環(huán)206:螺絲207:溫度感測器210:第一吸熱板212:第一基板214:第一超導(dǎo)材料220:第二吸熱板

222:第二基板224:第二超導(dǎo)材料250:氣體通入裝置252:氧氣R:重疊區(qū)域1:長度
具體實(shí)施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超導(dǎo)材料的接合方法的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，首先提供微波腔室200。另外，微波腔室200通過導(dǎo)波管裝置102而與微波產(chǎn)生器100連接。微波產(chǎn)生器100可以產(chǎn)生不同程度的微波能量，且所產(chǎn)生的微波能量通過導(dǎo)波管裝置102進(jìn)入微波腔室200中可于微波腔室200中產(chǎn)生共振及聚焦效應(yīng)。在本實(shí)施例中，微波腔室200是由上部結(jié)構(gòu)200a以及下部結(jié)構(gòu)200b所構(gòu)成的密閉空間。另外，微波腔室200中設(shè)置有第一吸熱板210以及第二吸熱板220。第一吸熱板210以及第二吸熱板220為可吸收微波能量并且快速將微波能量轉(zhuǎn)換成熱能的板材。例如，第一吸熱板210以及第二吸熱板220可包括碳化硅(SiC)、石墨、活性炭或是其它對(duì)微波能量吸收良好的材料。另外，微波腔室200還可進(jìn)一步包括O形環(huán)204、石英板202、螺絲206、溫度感測器207等等其他組件。本發(fā)明不限制微波腔室200的架構(gòu)以及組成構(gòu)件。使用上述微波腔室200來進(jìn)行超導(dǎo)材料的接合如下所述。首先，將第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224夾于微波腔室200中的第一吸熱板210以及第二吸熱板220之間。根據(jù)本實(shí)施例，第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224是相同的超導(dǎo)材料。然而，本發(fā)明不以此為限，在其他的實(shí)施例中，第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224也可以是不相同的超導(dǎo)材料。在此，第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224各自包括釔鋇銅氧化合物(YBa2Cu307_s，YBC0)、經(jīng)摻雜的釔鋇銅氧化合物(YBa2Cu3_xMx07_s 或是 Y^NxBa2Cu3(Vs)其中 δ 為 0 1，M 為 Zn、L1、Ni 或 Zr，N 為 Ca、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu、鋇鍶鈣銅氧化合物(Bi2Sr2Ca2Cu3Oltl, BSCC0)、鉈鋇鈣銅氧化合物(Tl2Ba2Ca2Cu3O10, TBCC0)、或是汞鉈鋇鈣銅氧化合物(Hg12Tl3Ba3tlCa3tlCu45O127, HBCC0)等超導(dǎo)材料。此外，第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224的厚度為0.f 5um。另外，在本實(shí)施例中，第一超導(dǎo)材料214是位于第一基材212上，且第二超導(dǎo)材料224是位于第二基材222上。換言之，第一超導(dǎo)材料214可藉由蒸鍍、離子束輔助蒸鍍(IBAD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沈積(MOCVD)或是脈沖雷射蒸鍍(PLD)等等沈積方式而沈積至第一基材212。第二超導(dǎo)材料224可藉由蒸鍍、離子束輔助蒸鍍(IBAD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沈積(MOCVD)或是脈沖雷射蒸鍍(PLD)等等沈積方式而沈積至第二基材222上。一般來說，第一基材212的材質(zhì)的選用與第一超導(dǎo)材料214的材料有關(guān)，第二基材214的材質(zhì)的選用與第二超導(dǎo)材料224的材料有關(guān)。在此，第一基材212以及第二基材222各自為鈦酸鍶(SrTiO3, ST0)基材、鋁酸鑭(LaAlO3, LA0)。承上所述，上述夾于第一吸熱板210以及第二吸熱板220之間的第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224之間具有重疊區(qū)域R，如圖3所示。根據(jù)本實(shí)施例，所述第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224之間的重疊區(qū)域R的長度I大于或等于0.5cm,較佳的是0.5cm。接著，請(qǐng)參照?qǐng)D1，利用微波產(chǎn)生器100產(chǎn)生微波能量，并使所產(chǎn)生的微波能量傳遞至微波腔室200中。根據(jù)本實(shí)施例，所述微波能量約為500W，且于微波腔室100中施予微波能量的時(shí)間約為I分鐘。另外，微波腔室100中的壓力可為大氣壓力。在本實(shí)施例中，當(dāng)施予微波能量至微波腔室200中時(shí)，可通過螺絲206進(jìn)一步對(duì)于第一吸熱板210以及第二吸熱板220之間的第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224施予>1000kg/m2 (大于IOOOkg/m2)的壓力。換言之，若是將螺絲206往下鎖固，將可使得施于第一吸熱板210以及第二吸熱板220的壓力越大。反之，若將螺絲206往上移動(dòng)，將可使得施于第一吸熱板210以及第二吸熱板220的壓力越小。在此，所述壓力小于使第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224破裂或損壞的壓力。當(dāng)微波能量傳遞至微波腔室200中之后，第一吸熱板210以及第二吸熱板220吸收微波能量并且迅速地將微波能量轉(zhuǎn)換成熱能。此時(shí)，第一吸熱板210以及第二吸熱板220可將熱能分別傳遞至第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224上，而使得第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224被加熱至約790°C至830°C之間。另外，在本實(shí)施例中，可通過溫度感測器207量測微波腔室200內(nèi)的溫度或是量測石英板202的溫度，以確保第一超導(dǎo)材料214以及第二超導(dǎo)材料224被加熱至預(yù)定溫度。換言之，通過上述微波加熱的方式并選擇性地搭配施予壓力，便可使第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224于重疊區(qū)域R接合在一起。之后，當(dāng)冷卻至室溫時(shí)，第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224便可完整接合在一起。在本實(shí)施例中，第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224之間的接合完全未使用其他的融接材料，而是通過微波加熱的方式使第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224直接相互粘著/接合在一起。因此，本實(shí)施例不會(huì)有其他融接材料所造成的接合/界面電阻值產(chǎn)生進(jìn)而影響超導(dǎo)元件在零電阻下的操作及運(yùn)作時(shí)之效能問題。另外，本實(shí)施例的微波加熱程序不需要在真空條件下進(jìn)行而且短時(shí)間即可完成接合，因此本實(shí)施例的接合方法成本低廉且快速。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的超導(dǎo)材料的接合方法的示意圖。圖2的實(shí)施例與圖1的實(shí)施例相似，因此相同的元件以相同的符號(hào)表示，且不再重復(fù)說明。請(qǐng)參照?qǐng)D2，本實(shí)施例的微波腔室200還包括氣體通入裝置250。換言之，當(dāng)于微波腔室200中施予微波能量以對(duì)第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224進(jìn)行接合時(shí)，可以進(jìn)一步通過氣體通入裝置250通入氧氣252至微波腔室200中。在此，氧氣的流量為O lOOOOsccm，較佳的是300sccm。在微波腔室200通入氧氣可以補(bǔ)充在微波加熱過程之中所消耗的氧氣。當(dāng)微波腔室200中具有足夠的氧氣時(shí)，可以使得第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224于進(jìn)行微波加熱接合時(shí)不致缺氧以確保接合品質(zhì)。在上述的實(shí)施例中，是以第一超導(dǎo)材料214與第二超導(dǎo)材料224的接合為例來說明以使所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠清楚的了解本發(fā)明。承上所述，因本實(shí)施例是可通過微波加熱的方式同時(shí)使多個(gè)超導(dǎo)材料直接相互粘著/接合在一起而形成一條長導(dǎo)線。因此，本實(shí)施例不會(huì)有其他融接材料所造成的接合/界面電阻值產(chǎn)生進(jìn)而影響超導(dǎo)導(dǎo)線在零電阻下的運(yùn)作效能。此外，因本實(shí)施例的超導(dǎo)材料之間是直接相互粘著/接合在一起而沒有其他的接合材料在其中，故仍可維持零電阻之超導(dǎo)特性。圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超導(dǎo)材料于接合之后的電阻與溫度的關(guān)系圖。請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4是采用YBCO超導(dǎo)材料，且YBCO超導(dǎo)材料的微波加熱條件包括微波能量為500W，時(shí)間為I分鐘。由圖4可知，所述接合后的YBCO超導(dǎo)材料的臨界溫度(Tc)仍可維持在80K。一般來說，超導(dǎo)材料的臨界溫度(T。)高于77K則具低成本應(yīng)用之潛力與價(jià)值。圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的超導(dǎo)材料于接合之后的電阻與溫度的關(guān)系圖。請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5是采用YBCO超導(dǎo)材料，且微波加熱的條件包括微波能量為500W，時(shí)間為I分鐘。另外，在進(jìn)行微波加熱的過程中還通入氧氣，所通入的氧氣量為300sCCm。在圖5的實(shí)例中，所述接合后的YBCO超導(dǎo)材料的臨界溫度(T。)可提高至85K。綜上所述，本發(fā)明通過微波加熱的方式將超導(dǎo)材料接合在一起。由于本發(fā)明的接合方法并未使用任何額外材料作為界面接合材料，因此不會(huì)有傳統(tǒng)接合方法中利用其他融接材料所造成的界面或接合電阻及其所衍生的問題。另外，本發(fā)明利用微波加熱方式對(duì)超導(dǎo)材料進(jìn)行接合所形成的結(jié)構(gòu)仍具有高溫超導(dǎo)的特性。雖然結(jié)合以上實(shí)施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以附上的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)材料的接合方法，包括: 提供一微波腔室，其中該微波腔室中具有第一吸熱板以及相對(duì)于該第一吸熱板的第二吸熱板； 將一第一超導(dǎo)材料以及一第二超導(dǎo)材料置于該微波腔室中的該第一吸熱板以及該第二吸熱板之間，其中該第一超導(dǎo)材料與該第二超導(dǎo)材料之間具有一重疊區(qū)域，且對(duì)該第一吸熱板以及該第二吸熱板施于一壓力；以及 在該微波腔室中施予一微波能量，其中該第一吸熱板以及該第二吸熱板將該微波能量轉(zhuǎn)換成熱能，以使該第一超導(dǎo)材料與該第二超導(dǎo)材料于該重疊區(qū)域接合在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)材料的接合方法，還包括通入氧氣至該微波腔室中。
3.如權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)材料的接合方法，其中氧氣的流量范圍為O lOOOOsccm。
4.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)材料的接合方法，其中該第一超導(dǎo)材料以及該第二超導(dǎo)材料各自包括釔鋇銅氧化合物(YBa2Cu3CVs, YBC0)、經(jīng)摻雜的釔鋇銅氧化合物(YBa2Cu3_xMx07_s或是 YhNxBa2Cu3O")其中 δ 為(Tl，M 為 Zn、L1、Ni 或 Zr，N 為 Ca、Zr、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 或 Lu、鋇鍶鈣銅氧化合物(Bi2Sr2Ca2Cu3Oltl, BSCC0)、鉈鋇鈣銅氧化合物(Tl2Ba2Ca2Cu3O10, TBCC0)、或是汞鉈鋇鈣銅氧化合物(Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127, HBCCO)。
5.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)材料的接合方法，其中該第一超導(dǎo)材料以及該第二超導(dǎo)材料的厚度范圍為0.1飛um。
6.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)材料的接合方法，其中該第一超導(dǎo)材料與該第二超導(dǎo)材料之間的該重疊區(qū)域的長度為大于或等于0.5cm。
7.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)材料的接合方法，其中該第一超導(dǎo)材料是位于一第一基材上，且該第二超導(dǎo)材料是位于一第二基材上。
8.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)材料的接合方法，其中該第一吸熱板以及該第二吸熱板各自包括碳化硅(SiC)、石墨或是活性炭。
9.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)材料的接合方法，其中所述壓力>1000kg/m2。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超導(dǎo)材料的接合方法，其包括提供微波腔室，其中所述微波腔室中具有第一吸熱板以及相對(duì)于第一吸熱板的第二吸熱板。將第一超導(dǎo)材料以及第二超導(dǎo)材料置于微波腔室中的第一吸熱板以及第二吸熱板之間，其中第一超導(dǎo)材料與第二超導(dǎo)材料之間具有重疊區(qū)域，且對(duì)第一吸熱板以及第二吸熱板施于一壓力。在微波腔室中施予微波能量，其中第一吸熱板以及第二吸熱板將微波能量轉(zhuǎn)換成熱能，以使第一超導(dǎo)材料與第二超導(dǎo)材料于重疊區(qū)域接合在一起。
文檔編號(hào)H01R43/00GK103178422SQ20121018115
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者黃昆平, 張志振, 謝宇澤, 羅志偉, 蘇志翔, 曾文彥 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院