CN101385096A - 超导薄膜材料的制造方法，超导装置和超导薄膜材料 - Google Patents

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Abstract

一种制造超导薄膜材料的方法，其包括通过气相方法形成超导层(3)的气相步骤，以及通过液相方法形成超导层(4)的液相步骤，该液相步骤使得后面的超导层(4)与前面的超导层(3)相接触。优选地，该方法还包括在前面的超导层(3)和金属衬底(1)之间形成中间层(2)的步骤。金属衬底(1)由金属制成，并且优选地中间层(2)由具有岩石类型、钙钛矿类型和烧绿石类型中的任意一种晶体结构的氧化物制成，并且前面的超导层(3)和后面的超导层(4)都具有RE123组合物。因此，可以改善临界电流值。

Description

超导薄膜材料的制造方法，超导装置和超导薄膜材料
技术领域
本发明涉及一种制造超导薄膜材料的方法、一种超导装置和一种超导薄膜材料。更具体地，本发明涉及一种制造具有RE123组合物的超导薄膜材料的方法、一种超导装置和一种超导薄膜材料。
背景技术
现在显著发展的两种类型的超导线是：使用铋基超导体的超导线和使用RE123基超导体的超导线。在这些导线中，RE123基超导线具有的优点是，在液氮温度(77.3K)下的临界电流密度大于铋基超导线。另外，它还具有的优点是在低温条件和恒定磁场条件下的高临界电流值。因此，RE123基超导线被认为是下一代的高温超导线。
与铋基超导体不同，RE123基超导体不能用银包套覆盖。因此，通过仅使用气相方法或仅使用液相方法在网纹金属衬底上沉积超导体膜(超导薄膜材料)而制造RE123基超导体。
例如公开号为2003-323822的日本专利(专利文献1)公开了一种制造传统的RE123基超导薄膜材料的方法。专利文献1公开了使用脉冲激光沉积(PLD)方法在金属带衬底上形成中间层，使用PLD方法在中间层上形成具有RE123组合物的第一超导层，以及使用脉冲激光沉积方法在第一超导层上形成具有RE123组合物的第二超导层的技术。
专利文献1：日本专利公开号2003-323822
发明内容
本发明要解决的问题
为了增加超导线的临界电流值，可以增加超导薄膜材料的厚度以扩大电流流经的横截面积。然而，传统的超导线具有如下特性。随着超导薄膜材料的厚度增加，临界电流密度减少，并且临界电流值的增加变得缓慢。因此导致不能改善临界电流密度和临界电流值的问题。
另一个问题是仅使用液相方法在网纹金属衬底上沉积超导薄膜材料的方法阻碍了超导薄膜材料的晶体生长。
因此本发明的目的是提供可以改善临界电流密度和临界电流值的制造超导薄膜材料的方法、超导装置和超导薄膜材料。
本发明的另一个目的是提供易于超导薄膜材料的晶体生长的制造超导薄膜材料的方法、超导装置和超导薄膜材料。
解决问题的方法
根据本发明的一个方面，制造超导薄膜材料的方法包括：通过气相方法形成气相生长超导层的气相步骤；以及通过液相方法形成液相生长超导层的液相步骤，该液相步骤使得液相生长超导层与气相生长超导层相接触。
根据本发明的另一方面，制造超导薄膜材料的方法包括：n个气相步骤(n是至少为2的整数)，每个气相步骤都用于通过气相方法形成气相生长超导层；以及n个液相步骤，每个液相步骤都用于通过液相方法形成液相生长超导层。在n个气相步骤的第一气相步骤中，形成第一气相生长超导层。在n个液相步骤的第一液相步骤中，形成第一液相生长超导层，使得第一液相生长超导层与第一气相生长超导层相接触。在n个气相步骤的第k气相步骤中(k是满足n≥k≥2的整数)，形成第k气相生长超导层，使得第k气相生长超导层与第(k-1)液相生长超导层相接触。在n个液相步骤的第k液相步骤中，形成第k液相生长超导层，使得第k液相生长超导层与第k气相生长超导层相接触。
本申请的发明人发现，超导薄膜材料的表面光滑度和超导薄膜材料的晶体紧密度是防止由于薄膜厚度增加而导致临界电流密度减少的重要因素。关于气相方法，随着形成的薄膜的厚度增加，形成薄膜的表面的温度降低，导致a-轴定向的微粒数量相对更多的现象。因此，仅通过气相方法形成的传统超导薄膜材料具有的表面光滑度随着薄膜厚度增加而恶化。关于液相方法，随着形成的薄膜的厚度增加(具体地厚度超过1μm)，超导薄膜材料的晶体紧密度恶化。因此，传统的情况下即使增加超导薄膜材料的厚度也不能获得期望的临界电流密度和期望的临界电流值。
因此，根据本发明的制造超导薄膜材料的方法，通过气相方法形成气相生长超导层，并且通过液相方法形成液相生长超导层，使得液相生长超导层与气相生长超导层相接触。因此，在形成液相生长超导层的过程中，液体填充气相生长超导层的不平坦表面，并且在气相生长超导层表面的籽晶上发生液相生长超导层的晶体生长。因此，使气相生长超导层表面的不平坦变得平滑。另外，由于超导薄膜材料由气相生长超导层和液相生长超导层组成，与超导薄膜材料仅由气相生长超导层和液相生长超导层中的一种组成的情况相比，可以将气相生长超导层和液相生长超导层中的每一个制得更薄。这样，使超导薄膜材料表面的不平坦变得平滑，并且可以防止超导薄膜材料的晶体紧密度恶化。结果，在超导薄膜材料的表面光滑度和超导薄膜材料的晶体紧密度极好的同时，可以增加超导薄膜材料的厚度。因此，可以防止由于增加薄膜厚度而导致临界电流密度减少，并且可以改善临界电流密度和临界电流值。
在通过液相方法的液相生长超导层生长的初始阶段，作为晶体生长的籽晶的层是必需的。对于仅使用液相方法沉积超导薄膜材料的传统方法，没有作为晶体生长的籽晶的层，这意味着会稍微妨碍晶体生长。相反地，对于本发明的制造方法，气相生长超导层作为晶体生长的籽晶，这易于超导薄膜材料的晶体生长。
另外，对于本发明上述另一方面的制造超导薄膜材料的方法，通过交替执行形成气相生长超导层的步骤和形成液相生长超导层的步骤，并且多次执行每个步骤制造超导薄膜材料。因此，在将每个气相生长超导层和每个液相生长超导层保持为薄的同时，可以增加超导层的总厚度。这样，可以更进一步增加临界电流值。
根据本发明上述一个方面的制造超导薄膜材料的方法，优选在气相步骤中，在衬底的前表面侧形成气相生长超导层。所述方法还包括：在衬底的后表面侧通过气相方法形成后表面侧气相生长超导层的后表面侧气相步骤；以及通过液相方法形成后表面侧液相生长超导层的后表面侧液相步骤，该后表面侧液相步骤使得后表面侧液相生长超导层与后表面侧气相生长超导层相接触。
这样，可以在衬底的两侧上形成各自的超导薄膜材料，并且因此可以增加超导线的电流通路的数量，并且可以更进一步改善临界电流密度和临界电流值。
应该注意到，“衬底的前表面”和“衬底的后表面”仅用于区别衬底的两个主要表面，并且前表面可以是两个主要表面中的任何一个。
根据本发明上述一个方面的制造超导薄膜材料的方法，优选在气相步骤中，在衬底的前表面侧形成气相生长超导层。所述方法还包括在气相生长超导层和衬底之间形成中间层的步骤。所述衬底由金属制成，中间层由具有岩石类型、钙钛矿类型和烧绿石类型中的一种晶体结构的氧化物制成，并且气相生长超导层和液相生长超导层中的每一个都具有RE123组合物。
根据本发明上述另一方面的制造超导薄膜材料的方法，优选在第一气相步骤中，在衬底的前表面侧形成第一气相生长超导层。所述方法还包括在第一气相生长超导层和衬底之间形成中间层的步骤。所述衬底由金属制成，中间层由具有岩石类型、钙钛矿类型和烧绿石类型中的一种晶体结构的氧化物制成，并且第一至第n气相生长超导层和第一至第n液相生长超导层中的每一个都具有RE123组合物。
这样，可以获得具有极好的晶体取向和表面光滑度的超导薄膜材料，并且可以改善临界电流密度和临界电流值。
根据本发明上述一个方面的制造超导薄膜材料的方法，优选所述方法进一步包括在液相步骤之后形成超导层使得该超导层与液相生长超导层相接触的步骤。
根据本发明上述另一方面的制造超导薄膜材料的方法，优选所述方法进一步包括在第n液相步骤之后形成超导层使得该超导层与第n液相生长超导层相接触的步骤。
通过液相方法生成的超导层在表面光滑度上优于通过气相方法生成的超导层。因此，可以在表面光滑度极好的超导层上形成超导层。
根据上述制造方法，优选所述气相方法是激光沉积方法、溅射方法和电子束蒸发方法中的任何一种。
根据上述制造方法，所述液相方法是有机金属沉积(MOD)方法。因此，可以获得具有极好的晶体取向和表面光滑度的超导薄膜材料，并且可以改善临界电流密度和临界电流值。
根据本发明的超导装置使用通过上述制造超导薄膜材料的方法而制造的超导薄膜材料。
用本发明的超导装置，可以改善临界电流密度和临界电流值。
本发明的超导薄膜材料包括第一超导层和形成为与第一超导层相接触的第二超导层，并且具有大于110(A/cm-宽度)的临界电流值。
应该注意到，这里的“RE123”指的是RExBayCuzO7-d，其中0.7≤x≤1.3，1.7≤y≤2.3，2.7≤z≤3.3。“RE123”中的RE指的是包括至少稀土元素和钇元素中的任意一种的材料。稀土元素包括例如钕(Nd)、钆(Gd)、钬(Ho)和钐(Sm)。
发明效果
用本发明的制造超导薄膜材料的方法、超导装置和超导薄膜材料，可以改善临界电流密度和临界电流值。
附图说明
图1是示出了本发明第一实施方式中超导薄膜材料的结构的局部横截面透视图。
图2是示出了本发明第一实施方式中制造超导薄膜材料的方法的流程图。
图3示出了在本发明第一实施方式中形成超导层的方式。
图4示出了在本发明第一实施方式中另一种超导薄膜材料的结构的局部横截面透视图。
图5是示出了本发明第二实施方式中超导薄膜材料的结构的局部横截面透视图。
图6是示出了本发明第二实施方式中制造超导薄膜材料的方法的流程图。
图7是示出了本发明第三实施方式中超导薄膜材料的结构的局部横截面透视图。
图8是示出了本发明第三实施方式中制造超导薄膜材料的方法的流程图。
图9示出了在本发明实施例1中的超导层厚度和临界电流值Ic之间的关系。
图10示出了在本发明实施例1中的超导层厚度和表面粗糙度Ra之间的关系。
附图标记的说明
1金属衬底，1a前表面，1b后表面，2中间层，3-9超导层，10超导薄膜材料
具体实施方式
下面将基于附图描述本发明的实施方式。
第一实施方式
图1是示出了本发明第一实施方式中超导薄膜材料的结构的局部横截面透视图。参照图1，本实施方式中的超导薄膜材料10是带状的，并且包括金属衬底1、中间层2、作为气相生长超导层的超导层3(第一超导层)和作为液相生长超导层的超导层4(第二超导层)。超导薄膜材料10用于例如超导装置的装置。
金属衬底1由例如不锈钢、镍合金(例如哈斯特洛伊合金)或银合金的金属制成。
中间层2形成在金属衬底1的前表面1a上并且起到扩散防止层的作用。中间层2由具有例如岩石类型、钙钛矿类型和烧绿石类型中的任意一种晶体结构的氧化物制成。具体地，中间层2由例如二氧化铈、钇稳定氧化锆(YSZ)、氧化镁、氧化钇、氧化镱或氧化锆钡的材料制成。
超导层3和超导层4层叠在中间层2上。超导层3和超导层4由基本相同的材料制成并且具有例如RE123组合物。
尽管关于图1描述了包括中间层2的结构，但可以不包括中间层2。
现在将要描述本实施方式中制造超导薄膜材料的方法。
图2是示出了本发明第一实施方式中制造超导薄膜材料的方法的流程图。参照图1和2，根据本实施方式的制造超导薄膜材料的方法，首先制备金属衬底1(步骤S1)，通过激光沉积方法在金属衬底1的前表面1a上形成例如由YSZ制成的中间层2(步骤S2)。然后，在中间层2上，通过气相方法形成具有例如RE123组合物的超导层3(步骤S3)。使用例如激光沉积方法、溅射方法或电子束蒸发方法作为用于形成超导层3的气相方法。随后，通过例如MOD方法的液相方法形成具有例如RE123组合物的超导层4，使得超导层4与超导层3相接触(步骤S4)。通过上述步骤中，完成了超导薄膜材料10。
在不包括中间层2的情况下，不执行上述形成中间层2的步骤(步骤S2)。而是在形成超导层3的步骤中(步骤S3)，形成超导层3使其与金属衬底1的前表面1a相接触。
图3示出了在本发明第一实施方式中形成超导层的方式。参照图3(a)，根据本实施方式中的超导薄膜材料10及其制造方法，通过气相方法形成超导层3。因此，如果超导层3的薄膜厚度d1大，有时超导层的表面S1会不平坦。然而，参照图3(b)，在通过液相方法形成超导层4的过程中，包含超导层4成分的溶液填充不平坦的表面，并且在超导层3表面S1的籽晶上发生超导层4的晶体生长。这样，获得了平滑的表面S2。参照图3(a)、(b)，超导层3的薄膜厚度d1和超导层4的薄膜厚度d2的总和是超导薄膜材料的厚度d3。因此，可以使超导薄膜材料的薄膜厚度d3更大，而不用显著增加超导层3的薄膜厚度d1和超导层4的薄膜厚度d2。这样，可以保持超导层3表面S1的光滑度，并且可以防止超导层4的晶体紧密度恶化。结果，在满足超导薄膜材料表面S2的光滑度和超导薄膜材料的晶体紧密度的状态下，可以增加超导薄膜材料的厚度。因此，可以防止由于薄膜厚度增加而导致临界电流密度减少，并且可以改善临界电流密度和临界电流值。
此外，在通过液相方法形成超导层4的过程中，超导层3作为晶体生长的籽晶。因此，易于超导薄膜材料的晶体生长。
在超导层3和金属衬底1之间形成由具有例如岩石类型、钙钛矿类型和烧绿石类型中的任意一种晶体结构的氧化物制成的中间层2，并且超导层3和超导层4都具有RE123组合物。因此，可以获得具有极好的表面光滑度和极好的晶体紧密度的超导薄膜材料，并且可以改善临界电流密度和临界电流值。
由于气相方法是激光沉积方法、溅射方法和电子束蒸发方法中的任意一种，可以获得具有极好的表面光滑度和极好的晶体紧密度的超导薄膜材料，并且可以改善临界电流密度和临界电流值。
由于液相方法是MOD方法，可以获得具有极好的表面光滑度和极好的晶体紧密度的超导薄膜材料，并且可以改善临界电流密度和临界电流值。
在本实施方式中，说明了组成超导薄膜材料的各层中的最高层是超导层4的情况。如图4所示，在形成超导层4(步骤S4)之后可以形成另一个超导层9使其与超导层4相接触。可以通过气相方法或液相方法形成该超导层9。因此，在具有极好的表面光滑度的超导层4上形成另一个超导层9，从而可以使超导薄膜材料变厚。
第二实施方式
图5是示出了本发明第二实施方式中超导薄膜材料的结构的局部横截面透视图。参照图5，本实施方式中的超导薄膜材料10包括金属衬底1、中间层2、作为第一气相生长超导层的超导层3和作为第一液相生长超导层的超导层4，并且另外包括作为第二气相生长超导层的超导层5和作为第二液相生长超导层的超导层6。
超导层5和超导层6层叠在超导层4上。超导层5和超导层6由基本相同的材料制成并且具有例如RE123组合物。
现在将要描述本实施方式中制造超导薄膜材料的方法。
图6是示出了本发明第二实施方式中制造超导薄膜材料的方法的流程图。参照图5和6，根据本实施方式的制造超导薄膜材料的方法，在形成超导层4之后(步骤S4)，通过气相方法形成具有例如RE123组合物的超导层5，使得超导层5与超导层4相接触(步骤S5)。用于形成超导层5的气相方法是例如激光沉积方法、溅射方法或电子束蒸发方法。随后，通过例如MOD的液相方法形成具有例如RE123组合物的超导层6，使得超导层6与超导层5相接触(步骤S6)。通过上述步骤中，完成了超导薄膜材料10。
超导薄膜材料10及其制造方法的除了上述以外的其他特点与图1和2中所示的第一实施方式中的超导薄膜材料及其制造方法的特点相似。因此，相同的组成部分由相同的参考符号表示，并且不再重复描述。
对于本实施方式中的超导薄膜材料10及其制造方法，可以实现与第一实施方式中的超导薄膜材料及其制造方法的效果相同的那些效果。另外，交替执行通过气相方法形成超导层和通过液相方法形成超导层，并且每个执行两次以制造超导薄膜材料。因此，在将超导层3至6中的每一个的厚度保持为薄的同时，可以增加超导薄膜材料的厚度。因此，可以更进一步增加临界电流值。
关于本实施方式，说明了交替执行通过气相方法形成各个气相生长超导层的两个气相步骤和通过液相方法形成各个液相生长超导层的两个液相步骤的情况。可替换地，可以交替执行通过气相方法形成超导层和通过液相方法形成超导层，并且每个可以执行两次或更多。
关于本实施方式，说明了超导层6是组成超导薄膜材料的各层中的最高层的情况。可替换地，在形成超导层6之后(步骤S6)，可以形成另一个超导层使其与超导层6相接触。可以通过气相方法或液相方法形成该超导层。这样，在具有极好的表面光滑度的超导层6上，可以形成另一个超导层以增加超导薄膜材料的厚度。
第三实施例
图7是示出了本发明第三实施方式中超导薄膜材料的结构的局部横截面透视图。参照图7，在本实施方式中的超导薄膜材料10还包括为后表面侧气相生长超导层的超导层7和为后表面侧液相生长超导层的超导层8。
超导层7和超导层8彼此层叠在金属衬底1的后表面1b上。超导层7和超导层8由基本相同的材料制成并且具有例如RE123组合物。
现在将要描述本实施方式中制造超导薄膜材料的方法。
图8是示出了本发明第三实施方式中制造超导薄膜材料的方法的流程图。参照图7和8，根据本实施方式的制造超导薄膜材料的方法，在形成超导层6之后(步骤S6)，通过气相方法形成具有例如RE123组合物的超导层7，使其与金属衬底1的后表面1b相接触(步骤S7)。用于形成超导层7的气相方法是例如激光沉积方法、溅射方法或电子束蒸发方法。随后，通过例如MOD方法的液相方法形成具有例如RE123组合物的超导层8，使其与超导层7相接触(步骤S8)。通过上述步骤中，完成了超导薄膜材料10。
对于本实施方式中的超导薄膜材料10及其制造方法，可以实现与第一实施方式中的超导薄膜材料及其制造方法的效果相同的那些效果。另外，由于在金属衬底1的前表面1a和后表面1b上都可以形成各自的超导薄膜材料，可以增加超导线的电流通路的数量，并且可以更进一步改善临界电流密度和临界电流值。
执行形成超导层7(步骤S7)和形成超导层8(步骤S8)的连续步骤的时间可以是任何时间。例如，可以在预备金属衬底1(步骤S1)之后，或者形成超导层3(步骤S2)之后立即执行这些步骤。此外，在金属衬底1和超导层7之间，可以形成中间层。
关于第一至第三实施方式，说明了形成由具有RE123组合物的材料制成的超导层的情况。然而，本发明并不限于这种情况，并且可适用于具有例如铋基材料的另一种材料的超导层的制造方法。
此外，关于第一至第三实施方式，说明了在金属衬底1的前表面1a上形成中间层2的情况。然而，可以不形成中间层2。这样，形成超导层3使其与金属衬底1相接触。
实施例1
在本实施例中，制造比较实施例A、本发明的实施例B、本发明的实施例C、比较实施例D和比较实施例E的各个超导薄膜材料，并且测量临界电流值和表面光滑度。
比较实施例A：在镍合金衬底上，使用气相沉积方法形成由金属氧化物制成的中间层。中间层表面的表面粗糙度Ra是5nm。随后，在中间层上，使用PLD方法将由HoBa2Cu3Ox(HoBCO)制成的超导层形成至0.2μm的厚度。
本发明的实施例B：首先，制造与比较实施例A相似的结构。随后，在超导层上，使用MOD方法将由HoBa2Cu3Ox(HoBCO)制成的超导层形成至0.3μm的厚度。因此超导层的总厚度是0.5μm。
本发明的实施例C：首先，制造与本发明的实施例B相似的结构。随后，在超导层上，使用PLD方法将由HoBa2Cu3Ox(HoBCO)制成的超导层形成至0.3μm的厚度。因此超导层的总厚度是0.8μm。
比较实施例D：首先，制造与比较实施例A相似的结构。随后，在超导层上，使用PLD方法将由HoBa2Cu3Ox(HoBCO)制成的超导层形成至0.3μm的厚度。因此超导层的总厚度是0.5μm。
比较实施例E：首先，制造与比较实施例D相似的结构。随后，在超导层上，使用PLD方法将由HoBa2Cu3Ox(HoBCO)制成的超导层形成至0.3μm的厚度。因此超导层的总厚度是0.8μm。
在表1以及图9和10中示出为比较实施例A、本发明的实施例B、本发明的实施例C、比较实施例D和比较实施例E的每一个测量的每cm宽度的临界电流值和表面粗糙度Ra。表面粗糙度Ra指的是由JIS(日本工业标准)限定的算术平均粗糙度Ra。
表1
 
样品 比较实施例A 本发明的实施例B      本发明的实施例C      比较实施例D          比较实施例E         
薄膜沉积方法 PLD PLD+MOD PLD+MOD+PLD     PLD+PLD PLD+PLD+PLD     
超导层的总厚度(μm) 0.2 0.5 0.8 0.5 0.8
临界电流(A/cm-宽度) 50 115 160 85 110
表面粗糙度Ra(nm) 45 15 50 65 90
参照表1以及图9和10，从比较实施例A、本发明的实施例B和本发明的实施例C之间的比较可以看出，临界电流值随着超导层厚度的增大而增大。从比较实施例A、比较实施例D和比较实施例E之间的比较也可以看出，临界电流值也随着超导层厚度的增大而增大。这是因为随着超导层厚度的增加，电流流经的横截面积增加。从本发明的实施例B和比较实施例D之间的比较可以看出，尽管本发明的实施例B和比较实施例D具有相同的厚度，本发明的实施例B具有较小的表面粗糙度Ra和较大的临界电流值。从本发明的实施例C和比较实施例E之间的比较也可以看出，尽管本发明的实施例C和比较实施例E具有相同的厚度，本发明的实施例C具有较小的表面粗糙度Ra和较大的临界电流值。从上面可以看出，根据本发明的实施例，在通过气相方法形成超导层之后通过液相方法形成超导层，可以改善超导层的表面光滑度，并且可以改善临界电流密度和临界电流值。
应该解释的是，上面公开的实施方式是用于说明而不是用于限制。其意味着本发明的范围由权利要求而不由上面的实施方式和实施例限定，并且包括与权利要求在意义和范围上相等的所有改进和变化。
工业实用性
本发明适用于包括例如超导故障电流限制器、磁场发生装置、超导电缆、超导母线和超导线圈等超导装置。

Claims (8)

1.一种制造超导薄膜材料(10)的方法，其包括：
通过气相方法形成气相生长超导层(3)的气相步骤(S3)；以及
通过液相方法形成液相生长超导层(4)的液相步骤(S4)，该液相步骤使得所述液相生长超导层与所述气相生长超导层相接触。
2.根据权利要求1所述的制造超导薄膜材料(10)的方法，其中
在所述气相步骤(S3)中，在衬底(1)的前表面(1a)侧形成所述气相生长超导层(3)，并且所述方法进一步包括：
在所述衬底的后表面(1b)侧通过气相方法形成后表面侧气相生长超导层(7)的后表面侧气相步骤(S7)；以及
通过液相方法形成后表面侧液相生长超导层(8)的后表面侧液相步骤(S8)，该后表面侧液相步骤使得所述后表面侧液相生长超导层与所述后表面侧气相生长超导层相接触。
3.根据权利要求1所述的制造超导薄膜材料(10)的方法，其进一步包括在所述液相步骤(S4)之后形成超导层使得该超导层与所述液相生长超导层(4)相接触的步骤。
4.一种超导装置，其使用根据权利要求1所述的制造超导薄膜材料的方法而制造的超导薄膜材料(10)。
5.一种制造超导薄膜材料(10)的方法，其包括：
n个气相步骤(n是至少为2的整数)(S3，S5)，每个气相步骤用于通过气相方法形成气相生长超导层(3，5)；以及
n个液相步骤(S4，S6)，每个液相步骤用于通过液相方法形成液相生长超导层(4，6)，其中
在所述n个气相步骤的第一气相步骤(S3)中，形成第一气相生长超导层(3)，
在所述n个液相步骤的第一液相步骤(S4)中，形成第一液相生长超导层(4)，使得第一液相生长超导层与所述第一气相生长超导层相接触，
在所述n个气相步骤的第k气相步骤(S5)中(k是满足n≥k≥2的整数)，形成第k气相生长超导层(5)，使得第k气相生长超导层与第(k-1)液相生长超导层(4)相接触，
在所述n个液相步骤的第k液相步骤(S6)中，形成第k液相生长超导层(6)，使得第k液相生长超导层与第k气相生长超导层(3)相接触。
6.根据权利要求5所述的制造超导薄膜材料(10)的方法，其进一步包括在所述第n液相步骤(S6)之后形成超导层使得该超导层与第n液相生长超导层(6)相接触的步骤。
7.一种超导装置，其使用根据权利要求5所述的制造超导薄膜材料的方法而制造的超导薄膜材料(10)。
8.一种超导薄膜材料(10)，其包括第一超导层(3)和形成为与所述第一超导层相接触的第二超导层(4)，并且具有大于110(A/cm-宽度)的临界电流值。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103367626A (zh) * 2013-07-02 2013-10-23 西北有色金属研究院 一种涂层导体超导膜及其制备方法
CN104854664A (zh) * 2012-12-17 2015-08-19 西门子公司 具有线圈绕组和触点的超导线圈装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8153281B2 (en) * 2003-06-23 2012-04-10 Superpower, Inc. Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) process and apparatus to produce multi-layer high-temperature superconducting (HTS) coated tape
JP4690246B2 (ja) * 2006-05-19 2011-06-01 住友電気工業株式会社 超電導薄膜材料およびその製造方法
JP2010040962A (ja) * 2008-08-08 2010-02-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導コイル
KR101158747B1 (ko) 2010-02-05 2012-06-22 주식회사 서남 세라믹 선재 형성 방법, 세라믹 선재 형성 시스템, 및 이를 이용한 초전도 선재
DE102010038656A1 (de) * 2010-07-29 2012-02-02 THEVA DüNNSCHICHTTECHNIK GMBH Hochtemperatur-Supraleiter-Bandleiter mit hoher kritischer Stromtragfähigkeit
JP5838596B2 (ja) 2011-05-30 2016-01-06 住友電気工業株式会社 超電導薄膜材料およびその製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002075079A (ja) * 2000-08-29 2002-03-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 高温超電導厚膜部材およびその製造方法
US20060014304A1 (en) * 2003-09-17 2006-01-19 Sumitoma Electric Industries, Ltd. Superconductor and process for producing the same

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2032765C1 (ru) 1987-04-03 1995-04-10 Фудзицу Лимитед Способ нанесения алмазного покрытия из паровой фазы и устройство для его осуществления
JPH01100815A (ja) * 1987-10-14 1989-04-19 Fujikura Ltd 高温超電導材
RU2043981C1 (ru) 1992-10-19 1995-09-20 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН Керамический материал
RU2183875C2 (ru) * 1997-03-25 2002-06-20 Нордик Суперкондактор Текнолоджиз А/С Способ изготовления сверхпроводящей проволоки
RU2133525C1 (ru) 1997-10-21 1999-07-20 Омский государственный университет Сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик и способ его изготовления
WO2000063926A1 (fr) * 1999-04-15 2000-10-26 Fujikura Ltd. Supraconducteur a oxyde, procede de fabrication correspondant et materiau de base pour supraconducteur a oxyde
JP2002063815A (ja) * 2000-08-15 2002-02-28 Fujikura Ltd 酸化物超電導導体とその製造方法
JP3407733B2 (ja) 2000-12-13 2003-05-19 住友電気工業株式会社 無機固体電解質薄膜の形成方法
JP2003324167A (ja) * 2002-02-26 2003-11-14 Kyocera Corp セラミック回路基板
JP4082080B2 (ja) 2002-05-02 2008-04-30 住友電気工業株式会社 薄膜超電導線材およびその製造方法
JP4012772B2 (ja) 2002-07-03 2007-11-21 株式会社フジクラ 酸化物超電導体テープ線材
JP4690246B2 (ja) * 2006-05-19 2011-06-01 住友電気工業株式会社 超電導薄膜材料およびその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002075079A (ja) * 2000-08-29 2002-03-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 高温超電導厚膜部材およびその製造方法
US20060014304A1 (en) * 2003-09-17 2006-01-19 Sumitoma Electric Industries, Ltd. Superconductor and process for producing the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104854664A (zh) * 2012-12-17 2015-08-19 西门子公司 具有线圈绕组和触点的超导线圈装置
US9875833B2 (en) 2012-12-17 2018-01-23 Siemens Aktiengesellschaft Superconduting coil device comprising coil winding and contacts
CN103367626A (zh) * 2013-07-02 2013-10-23 西北有色金属研究院 一种涂层导体超导膜及其制备方法
CN103367626B (zh) * 2013-07-02 2015-08-12 西北有色金属研究院 一种涂层导体超导膜及其制备方法

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