CN105684103A - 氧化物超导线材及氧化物超导线材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的氧化物超导线材通过使层叠在超导层下方的中间层的MgO层形成高取向化,从而实现更高的超导特性。该氧化物超导线材(100)包括:基板(110);形成在基板(110)上的中间层(120);以及形成在中间层(120)上的REBayCu3Oz类(YBCO)超导层(130)。氧化物超导线材(100)中,中间层(120)包括:LaMnO3层(122);以及以与LaMnO3层(122)接触的方式形成在LaMnO3层(122)上的MgO层(123)。
Description
技术领域
本发明涉及具有由REBaCuO(RE表示从Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr及Ho中选择的一种以上的元素,以下,也称为“REBCO”)的元素构成的超导层的、RE类的氧化物超导线材及氧化物超导线材的制造方法。
背景技术
与以往的Nb3Sn系等合金类超导体相比,RE类的氧化物超导线材(以下,为了方便而称为“氧化物超导线材”)能够在临界温度(Tc)较高的液氮温度下使用。由此,能够在高温状态下使用一直在液氦温度附近的低温下使用的超导设备(输电电缆、变压器、发动机、蓄电系统等)。
氧化物超导线材不但要求使结晶的CuO面一致,而且还要求使面内的晶体位向也一致。为了实现该要求,在氧化物超导线材中,在由Ni合金构成的基板上,形成使面内取向度和面向度提高的中间层,将该中间层的晶格作为模板使用,由此使REBaCuO超导层的结晶的面内取向度和面向度提高。
作为使中间层的取向性变高的材料,例如专利文献1所示,一般使用晶格常数与超导层近似的MgO。通过将与超导层的反应性较小的、具有高取向性的CeO2层叠在该MgO层上,并在该CeO2上形成超导层,来制造氧化物超导线材。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-072445号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述,为了提高REBaCuO超导层的超导特性,可以考虑在中间层中含有MgO层,实现该MgO层的高取向化。
本发明的目的在于,提供通过使被超导层层叠其上的中间层的MgO层高取向化,而具有更高的超导特性的氧化物超导线材及氧化物超导线材的制造方法。
解决问题的方案
本发明的氧化物超导线材的一个形态采用以下结构,包括:基板;形成在所述基板上的中间层;以及形成在所述中间层上的REBayCu3Oz系超导层,所述RE由从Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr及Ho中选择的一种以上的元素构成,其中,所述中间层包括:LaMnO3层;以及以与所述LaMnO3层接触的方式形成在所述LaMnO3层上的MgO层。
本发明的氧化物超导线材的制造方法的一个形态为,包括以下步骤:中间层形成步骤,在基板上形成中间层;以及超导层形成步骤,在所述中间层上形成REBayCu3Oz系超导层(RE由从Y、Nd、Sm、Eu、Gd及Ho中选择的一种以上的元素构成),所述中间层形成步骤包括:对LaMnO3层进行制膜的步骤,以及以与所述LaMnO3层接触的方式在所述LaMnO3层上形成MgO层的步骤。
发明效果
根据本发明,能够在被超导层层叠其上的中间层中,将MgO层配置在LaMnO3层上,来实现MgO层的高取向化,由此,能够实现制膜于MgO层的上方的、超导层的超导特性的提高。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的氧化物超导线材的结构例的图。
图2是表示本发明实施方式的氧化物超导线材的变形例的结构的图。
符号说明
100、100A氧化物超导线材
110基板
120、120A中间层
121Al2O3层
122LaMnO3层
123MgO层
124LaMnO3层
125CeO2层
130YBCO超导层
140稳定层
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明实施方式详细地进行说明。
图1表示实施方式的RE系的氧化物超导线材的结构。氧化物超导线材100为带状,在带状的基板110上按顺序层叠有中间层120、YBCO超导层130、及稳定层140。
基板110是Ni或Ni-W等Ni合金、SUS(不锈钢)、Ag、Cu或Cu合金等。另外,对于基板110,也可以使用对Ni或Cu添加了从W、Sn、Zn、Mo、Cr、V、Ta或Ti中选择的任意一种以上的元素而成的合金。为了确保要形成的超导层的适宜的超导特性,优选使该情况下的添加元素量在1~10[at%]的范围内。基板110的厚度例如是0.1[mm]以下。在此,虽然适用了哈氏合金(注册商标)带作为基板110,但是也可以适用因科镍合金(注册商标)。另外,基板110的厚度例如是30~200[μm]。
通过在基板110上依次层叠第一中间层、第二中间层、第三中间层、第四中间层、及第五中间层来构成中间层120。在此,设第一中间层为Al2O3层121,第二中间层为LaMnO3层122,第三中间层为MgO层123,第四中间层为LaMnO3层124,第五中间层为CeO2层125。
与基板110接触而通过溅射法对作为第一中间层的Al2O3层121进行制膜。此外,对于第一中间层,也可以由ReZrO(Re=从由Tb、Y、Eu、Gd、Ho、Yb、Lu、Nd、Tm、La、Sm、Dy、Er、Ce、Pr构成的组中选择的一种或两种以上的稀土元素)等代替Al2O3,并通过RF-溅射法、MOD法等进行制膜。该第一中间层是床层,是耐热性较高的、用于降低界面反应性的层,为了得到配置于其上的膜的取向性而使用。作为该第一中间层的Al2O3层121,作为对自基板110的元素扩散进行抑制的扩散防止层而发挥功能。
优选第二中间层是非晶质,在此,通过在Al2O3层121上对非晶质的LaMnO3层122进行制膜来构成第二中间层。LaMnO3层122的膜厚为5~100nm。这是因为若LaMnO3层122的膜厚为5nm以下,则膜的连续性较差且不能得到充分的取向性,若为100nm以上的膜厚,则膜表面的凹凸变大,妨碍在LaMnO3层122上接触而层叠的MgO层123的取向性。
在150℃以下的范围(比0℃大且为150℃以下的范围)内,在基板110上通过射频溅射法、离子束溅射法等溅射法对LaMnO3层122进行制膜。这是因为,若使LaMnO3的制膜温度为150℃以下,则LaMnO3为非晶质,若以比150℃高的温度下进行制膜,则LaMnO3变得容易晶化,妨碍MgO层123的取向化。
在该LaMnO3层122上接触而层叠MgO层123,作为第三中间层。在本实施方式中,MgO层123紧下方的LaMnO3层122是必需的。通过IBAD(IonBeamAssistedDeposition离子束辅助沉积)法对MgO层123进行制膜。IBAD法是如下的方法。即:从斜向对基板照射离子,同时在基板上(在此是LaMnO3层122上)使从靶产生的颗粒沉积(在此对MgO层123进行制膜)。
在MgO层123上通过溅射法对作为第四中间层的LaMnO3层124进行制膜。MgO层123构成为上下被LaMnO3层122、124夹持。此外,在MgO层123上方的层作为防止与YBCO超导层130反应的反应防止层而发挥功能。在此,第四中间层(LaMnO3层124)及第五中间层(CeO2层125)也作为反应防止层而发挥功能。
在作为第四中间层的LaMnO3层124上层叠有第五中间层即CeO2层125,作为配置在YBCO超导层130紧下方的层。
在LaMnO3层124上通过溅射法对CeO2层125进行制膜。已知CeO2层125由于与YBCO超导层130的相容性较好,且与YBCO超导层130的反应性较小而作为最佳的中间层之一。
此外,也可以代替溅射法而在LaMnO3层124上通过PLD(PulsedLaserDeposition:脉冲激光沉积法)法对该CeO2层125进行制膜。另外,CeO2层125可以是对CeO2添加规定量的Gd而得到的Ce-Gd-O膜,或是由利用其他金属原子或金属离子对一部分Ce进行置换而得到的Ce-M-O类氧化物构成的膜。对CeO2添加Gd虽然能够抑制裂纹的产生,却会产生无法抑制自基板110的元素扩散这样的问题,然而在本实施方式中,由于能够利用作为第一中间层的Al2O3层121抑制元素扩散,所以能够对作为在Al2O3层121之上的层的第五中间层的CeO2层125使用添加了Gd的材料。
在该第五中间层即CeO2层125上层叠有YBCO超导层130。
在此,由钇系氧化物超导体(RE123)构成YBCO超导层130。该超导层是全轴取向REBCO层,也就是REBayCu3Oz类(RE表示选自Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr以及Ho的一种以上的元素,y≤2及z=6.2~7。)的高温超导薄膜的层。在此,通过MOD法(MetalOrganicDepositionProcesses:有机酸盐沉积法)在CeO2层125上对YBCO超导层130进行制膜。
此外,MOD法是通过加热基板上的金属有机酸盐而使其热分解来在基板上形成作为超导层的薄膜的方法。具体而言,对于MOD法,首先,将金属成分的均匀地溶解有机化合物而得到的原料溶液涂敷在基板上。接着,在涂敷有溶液的基板上施加预煅烧热处理来形成非晶体状的前体,之后,通过施加结晶热处理(主煅烧热处理)来使前体结晶而形成氧化物超导体。
在YBCO超导层130使用的原料溶液是以下那样的原料溶液(a)~(d)的混合溶液。
(a)含有RE的有机金属络合物溶液:具有含RE的、三氟乙酸盐、环烷酸盐、辛酸盐、乙酰丙酸盐、新葵酸盐中的任意一种以上的溶液。尤其是含RE的三氟乙酸盐溶液
(b)含有Ba的有机金属络合物溶液:含Ba的三氟乙酸盐的溶液
(c)含有Cu的有机金属络合物溶液:含有含Cu的、环烷酸盐、辛酸盐、乙酰丙酸盐、新葵酸盐中的任意一种以上的溶液
(d)含有与Ba之间的亲和性较大的金属的有机金属络合物溶液:含有含从Zr、Ce、Sn和Ti中选择的至少一种以上的金属的、三氟乙酸盐、环烷酸盐、辛酸盐、乙酰丙酸盐、新葵酸盐的任意一种以上的溶液
对于YBCO超导层130,将上述原料溶液(a)~(d)的混合溶液涂敷于第五中间层即CeO2层125上后,例如,在水蒸气分压3~76Torr、氧分压300~760Torr的氛围气中在400~500℃的温度范围内进行预煅烧。在预煅烧后,例如在水蒸气分压30~100Torr、氧分压0.05~1Torr的氛围气中,在700~800℃的温度范围内,对预煅烧而成的非晶体进行主煅烧来形成YBCO超导层130。
在YBCO超导层130之上层叠有作为稳定层140的Ag层。此外,在此,稳定层由银(Ag)构成,但是也可以是金(Au)、铂(Pt)等贵金属或者作为它们的合金的低电阻的金属。通过将该稳定层形成于YBCO超导层130的紧上方,从而防止了YBCO超导层130与金、银等贵金属或者它们的合金以外的材料直接接触而反应从而引起的性能降低的情况。除此之外,稳定层将由故障电流或交流通电产生的热分散从而防止了发热引起的断裂和性能降低。在此稳定层的厚度为10~30μm。
如以下的方式制造这样构成的氧化物超导线材100。通过在带状的基板110上按顺序层叠第一中间层~第五中间层,来形成中间层120。具体而言,在基板110上通过溅射法蒸镀Al2O3,而对作为第一中间层的Al2O3层121进行制膜。接着,在Al2O3层121上通过溅射法蒸镀LaMnO3,而在非晶质(非晶体)状态下对作为第二中间层的LaMnO3层122进行制膜。接着,在该非晶质的LaMnO3层122上,使靶的构成颗粒沉积,同时通过以规定的入射角度进行离子照射的IBAD法对MgO层123进行制膜。这时,形成于LaMnO3层122上的溅射膜(MgO)的特定晶轴在离子的入射方向固定,晶体的c轴相对于基板110的表面在垂直方向取向,并且,a轴及b轴在面内向一定方向适宜地取向。由此,与在第一中间层(扩散防止层)上直接制膜的结构相比,MgO层123具有较高的面内取向度。接着,在LaMnO3层122上通过IBAD法对作为第三中间层的MgO层123进行制膜。接着,在MgO层123上通过溅射法蒸镀LaMnO3,来对作为第四中间层的LaMnO3层124进行制膜后,通过溅射法对CeO2层125进行制膜。在这样在基板110上对中间层120进行了制膜后,通过MOD法形成YBCO超导层130,并对稳定层140进行制膜,由此来制造氧化物超导线材100。
根据以上的结构,能够得到以下那样的显著效果。
在氧化物超导线材100中,在基板110与YBCO超导层130之间成为缓冲层的中间层120中,在LaMnO3层122上接触而设置MgO层123,由此来提高MgO层123的双轴取向性。伴随该MgO层123的双轴取向性的提高,通过IBAD法,以较高的面内取向度,也就是高取向形成在该MgO层123的上方隔着LaMnO3层124形成的、且成为YBCO超导层130的基底层的CeO2层125。
通过实现该CeO2层125的高取向化,也就是实现中间层120的高取向化,从而能够实现YBCO超导层130的超导特性的提高。
[其他实施方式]
此外,在上述的实施方式中,主要对将中间层120设为由Al2O3层121、LaMnO3层122、MgO层123、LaMnO3层124、CeO2层125这第一中间层~第五中间层构成的5层构造的情况进行了叙述。不限于此,对于在基板110与超导层(YBCO超导层130)之间具有中间层的超导线材,中间层只要是包含在LaMnO3层122上接触而形成MgO层123的构成的层,也可以由两层以上构成。
例如,如图2的氧化物超导线材100A所示,也可以构成为,在与氧化物超导线材100同样的基板110和YBCO超导层130之间,具备从基板110侧开始按顺序将Al2O3层、LaMnO3层、MgO层、CeO2层层叠而成的中间层120A。此外,将图2的氧化物超导线材100A的各层,与氧化物超导线材100中的同名称的各层同样地进行制膜,且使其具有同样的功能。根据图2的氧化物超导线材100A,与氧化物超导线材100同样地,在LaMnO3层上,与该LaMnO3层接触而形成的MgO层中提高了双轴取向性,因此,能够使CeO2层高取向化。伴随于此,能够实现YBCO超导层130的超导特性、也就是氧化物超导线材100A的超导特性的提高。
另外,在图1所示的氧化物超导线材100的构成中,也可以在作为MgO层的基底层的LaMnO3层122的下层设置从基板110侧起按顺序将YAlO3层、CeZrO层层叠而成的层,来代替在基板110上接触而设置的Al2O3层121。在氧化物超导线材100的构成中,也可以设置Gd2Zr2O7层来代替Al2O3层121。并且,在氧化物超导线材100的构成中,也可以设置从基板110起按顺序将Gd2Zr2O7层、Y2O3层层叠而成的层来代替Al2O3层121。
即,在氧化物超导线材100的构成中,也可以将在基板110与YBCO超导层130之间形成的中间层120设为从基板110侧起按顺序将Gd2Zr2O7层、Y2O3层、LaMnO3层、MgO层、CeO2层层叠而成的中间层。另外,在氧化物超导线材100的构成中,也可以将中间层120设为从基板110侧起按顺序将YAlO层、LaMnO3层、MgO层、CeO2层层叠而成的中间层。并且,在氧化物超导线材100的构成中,也可以将中间层120设为从基板110侧其按顺序将CeZrO层、LaMnO3层、MgO层、CeO2层层叠而成的中间层。另外,在氧化物超导线材100的构成中,也可以将中间层120设为从基板110侧起按顺序将Gd2Zr2O7层、LaMnO3层、MgO层、CeO2层层叠而成的中间层。另外,这些中间层也可以是在以LaMnO3层为基底层的MgO层与CeO2层之间分别形成有LaMnO3层等而得到的结构。根据将中间层的结构替换为上述结构的各个氧化物超导线材,与氧化物超导线材100同样,在LaMnO3层上,与该LaMnO3层接触而形成的MgO层中提高了双轴取向性。由此,能够使制膜于MgO层上的CeO2层高取向化。伴随于此,能够实现YBCO超导层130的超导特性、也就是氧化物超导线材100的超导特性的提高。
虽然构成为通过MOD法将YBCO超导层130形成于中间层120上,但是不限于此,例如也可以通过PLD法、CVD(ChemicalVaporDeposition:化学气相沉积)法等形成YBCO超导层130。
另外,也可以在涂敷分散有作为磁通钉扎点的、含Zr的50[nm]以下的氧化物颗粒的有机金属络合物溶液后,进行煅烧来制作YBCO超导层130。通过这样做,能够得到磁场施加角度依存性优异的RE系的氧化物超导线材。在此,对于磁通钉扎点,由于是已知的技术所以省略在此的说明。
下面,参照附图对本发明的实施例进行说明。
实施例
<实施例1>
在Ra=2[nm]的哈氏合金(注册商标)基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]对作为第一中间层的Al2O3层121进行了制膜。其后,通过射频溅射在制膜温度50[℃]下以膜厚5[nm]对LaMnO3层122进行制膜,来作为第二中间层,在该膜之上,通过IBAD法以膜厚5[nm]对作为第三中间层的MgO层123进行了制膜。在该膜之上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]对LaMnO3层(第四中间层)124进行制膜,接着,在制膜温度650[℃]下以膜厚500[nm]对CeO2层(第五中间层)125进行制膜,得到了CeO2层中的Δφ(“CeO2Δφ”)=3.2[deg.]的高取向基板。此外,Δφ是作为表示面内结晶取向度的指数的面内方向的晶轴分散的半宽度(FWHM:FullWidthatHalfMaximum半宽度)。在该膜上通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]对YBCO超导层130进行了制膜。其结果,得到了如以下的表1所示那样的超导特性(由临界电流值即“YBCO特性Ic”表示)=420[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<实施例2>
在与实施例1同样的Ra=2[nm]的哈氏合金基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]对作为第一中间层的Al2O3层121进行了制膜。其后,通过射频溅射在制膜温度50[℃]下以膜厚20[nm]对LaMnO3层122进行制膜,作为第二中间层,在该膜之上,通过IBAD法以膜厚5[nm]对作为第三中间层的MgO层123进行了制膜。在该膜之上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]对LaMnO3层(第四中间层)124进行制膜,接着,在制膜温度650[℃]下以膜厚500[nm]对CeO2层(第五中间层)125进行制膜,得到了CeO2层中的Δφ(“CeO2Δφ”)=3.0[deg.]的高取向基板。在该膜上通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]对YBCO超导层130进行了制膜。其结果,得到了如以下的表1所示那样的超导特性(由临界电流值即“YBCO特性Ic”表示)=460[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<实施例3>
在与实施例1同样的哈氏合金基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]对作为第一中间层的Al2O3层121进行了制膜。其后,在Al2O3层121上,通过射频溅射在制膜温度50[℃]下以膜厚50[nm]对LaMnO3层122进行制膜,来作为第二中间层,在该膜之上,通过IBAD法以膜厚5[nm]对作为第三中间层的MgO层123进行了制膜。在该膜之上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]对LaMnO3层(第四中间层)124进行制膜,接着,在制膜温度650[℃]下以膜厚500[nm]对CeO2层(第五中间层)125进行制膜,得到了CeO2层中的Δφ(“CeO2Δφ”)=3.1[deg.]的高取向基板。在该膜上通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]对YBCO超导层130进行了制膜。其结果,得到如以下的表1所示那样的超导特性(由临界电流值即“YBCO特性Ic”表示)=450[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<实施例4>
在与实施例1同样的哈氏合金基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]对作为第一中间层的Al2O3层121进行了制膜。其后,在Al2O3层121上,通过射频溅射在制膜温度50[℃]下以膜厚100[nm]对LaMnO3层122进行制膜,来作为第二中间层,在该膜之上,通过IBAD法以膜厚5[nm]对作为第三中间层的MgO层123进行了制膜。在该膜之上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]对LaMnO3层(第四中间层)124进行制膜,接着,在制膜温度650[℃]下以膜厚500[nm]对CeO2层(第五中间层)125进行制膜,得到了CeO2层中的Δφ(“CeO2Δφ”)=3.1[deg.]的高取向基板。在该膜上通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]对YBCO超导层130进行了制膜。其结果,得到了如以下的表1所示那样的超导特性(由临界电流值即“YBCO特性Ic”表示)=455[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<实施例5>
在与实施例1同样的哈氏合金基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]对作为第一中间层的Al2O3层121进行了制膜。其后,在Al2O3层121上,通过射频溅射在制膜温度100[℃]下以膜厚20[nm]对LaMnO3层122进行制膜,来作为第二中间层,在该膜之上,通过IBAD法以膜厚5[nm]对作为第三中间层的MgO层123进行了制膜。在该膜之上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]对LaMnO3层(第四中间层)124进行制膜,接着,在制膜温度650[℃]下以膜厚500[nm]对CeO2层(第五中间层)125进行制膜,得到了CeO2层中的Δφ(“CeO2Δφ”)=3.4[deg.]的高取向基板。在该膜上通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]对YBCO超导层130进行了制膜。其结果,得到了如以下的表1所示那样的超导特性(由临界电流值即“YBCO特性Ic”表示)=400[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<实施例6>
在与实施例1同样的哈氏合金基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]对作为第一中间层的Al2O3层121进行了制膜。其后,在Al2O3层121上,通过射频溅射在制膜温度150[℃]下以膜厚20[nm]对LaMnO3层122进行制膜,来作为第二中间层,在该膜之上,通过IBAD法以膜厚5[nm]对作为第三中间层的MgO层123进行了制膜。在该膜之上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]对LaMnO3层(第四中间层)124进行了制膜。接着,在制膜温度650[℃]下以膜厚500[nm]对CeO2层(第五中间层)125进行制膜,得到了CeO2层中的Δφ(“CeO2Δφ”)=3.4[deg.]的高取向基板。在该膜上通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]对YBCO超导层130进行了制膜。其结果,得到了如以下的表1所示那样的超导特性(由临界电流值即“YBCO特性Ic”表示)=410[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<参照例1>
参照例1中,在研磨到Ra=2[nm]的与实施例1同样的哈氏合金基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]对作为第一中间层的Al2O3121进行了制膜。其后,通过射频溅射在制膜温度50[℃]下以膜厚2[nm]对LaMnO3层122进行了制膜,作为第二中间层。在该LaMnO3层122上通过IBAD法以膜厚5[nm]对MgO层(第三中间层)123进行了制膜。其后,在MgO层123上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]对LaMnO3层(第四中间层)124进行了制膜。接着,在LaMnO3层(第四中间层)124上,在制膜温度650[℃]下以膜厚50[nm]对CeO2层(第五中间层)125进行制膜,得到了CeO2层125中的Δφ(“CeO2Δφ”)=7.0[deg.]的高取向基板。其后,在CeO2层125上,通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]对YBCO超导层130进行了制膜。其结果,得到了如以下的表1所示那样的超导特性(YBCO特性Ic)=110[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<参照例2>
参照例2中,在研磨到Ra=2[nm]的与实施例1同样的哈氏合金基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]对Al2O3层121进行了制膜,作为第一中间层。其后,通过射频溅射在制膜温度50[℃]下以膜厚150[nm]对作为第二中间层的LaMnO3层122进行了制膜后,在LaMnO3层122上通过IBAD法对MgO层(第三中间层)123进行了制膜。其后,在MgO层123上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]对LaMnO3层(第四中间层)124进行了制膜。接着,在LaMnO3层(第四中间层)124上,在制膜温度650[℃]下以膜厚50[nm]对CeO2层(第五中间层)125进行制膜,得到了CeO2层的Δφ=6.5[deg.]的高取向基板。其后,在CeO2层125上,通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]对YBCO超导层130进行了制膜。其结果,得到了如表1所示那样的超导特性(YBCO特性Ic)=150[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<参照例3>
参照例3中,在研磨到Ra=2[nm]的与实施例1同样的哈氏合金基板(基板110)上,通过射频溅射以膜厚100[nm]形成了Al2O3层121,作为第一中间层。其后,通过射频溅射在制膜温度200[℃]下以膜厚20[nm]形成了作为第二中间层的LaMnO3层122。其后,在LaMnO3层122上,通过IBAD法形成了MgO层(第三中间层)123。其后,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]形成了LaMnO3层(第四中间层)124。接着,在制膜温度650[℃]下以膜厚500[nm]形成了CeO2层(第五中间层)125,得到了CeO2层的Δφ=6.0[deg.]的高取向基板。其后,在CeO2层125上,通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]形成了YBCO超导层130。其结果,得到了如表1所示那样的超导特性(YBCO特性Ic)=180[A/cm-w]的氧化物超导线材。
<比较例1>
比较例1中,去除在实施例1的结构中形成在Al2O3层(第一中间层)之上的LaMnO3层122,在Al2O3层上接触而形成了MgO层。具体而言,在与实施例1同样的哈氏合金基板上,通过射频溅射以膜厚100[nm]形成了Al2O3层。其后,在Al2O3层上通过IBAD法形成了MgO层,在MgO层上,通过射频溅射在制膜温度800[℃]下以膜厚10[nm]形成了LaMnO3层。在该LaMnO3层上,在制膜温度650[℃]下以膜厚500[nm]形成CeO2层,得到了无取向基板。其后,在CeO2层上,通过TFA-MOD法以膜厚1.5[μm]形成了YBCO层。其结果,得到了如表1所示那样的超导特性(YBCO特性Ic)=0[A/cm-w]的氧化物超导线材。
表1
[实验结果]
如根据表1的比较例1与实施例1~6及参照例1~3的比较可知,在氧化物超导线材的中间层中,氧化物超导线材的特性根据是否设置LaMnO3层作为MgO层的基底层,而产生了明显的差异。可知在中间层中,与未在LaMnO3层上设置MgO层的氧化物超导线材(比较例1)相比,在LaMnO3层上接触而设置了MgO层的氧化物超导线材(实施例1~6及参照例1~3)的超导特性明显优异。
另外,如表1的实施例1~6所示,对于将MgO层形成在LaMnO3层上的结构,若LaMnO3层的膜厚为5~100[nm],且形成该LaMnO3层的温度(制膜温度)为150[℃]以下,则得到了YBCO特性Ic=400[A/cm-w]以上(400~460[A/cm-w])这样的极高的超导特性。特别是,如表1所示,设为了LaMnO3层的膜厚20[nm]、制膜温度50[℃]的实施例2的氧化物超导线材得到了最优异的YBCO特性Ic[A/cm-w]。
在2013年8月27日提出的日本专利申请特愿2013-175848号中包含的说明书、附图以及摘要的公开内容全部引用于本申请。
工业实用性
本发明涉及的RE类的氧化物超导线材及氧化物超导线材的制造方法,对超导磁体、超导电缆及电力设备等是有用的。
Claims (7)
1.一种氧化物超导线材,包括:
基板;
形成在所述基板上的中间层;以及
形成在所述中间层上的REBayCu3Oz类超导层,
所述RE由选自Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr以及Ho中的一种以上的元素构成,
其中,所述中间层包括:LaMnO3层;以及以与所述LaMnO3层接触的方式形成在所述LaMnO3层上的MgO层。
2.如权利要求1所述的氧化物超导线材,其中,
通过IBAD法形成所述MgO层。
3.如权利要求1或2所述的氧化物超导线材,其中,
通过溅射法形成所述LaMnO3层。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的氧化物超导线材,其中,
所述LaMnO3层是非晶质。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的氧化物超导线材,其中,
所述LaMnO3层的膜厚是5~100nm。
6.一种氧化物超导线材的制造方法,包括以下步骤:
中间层形成步骤,在基板上形成中间层;以及
超导层形成步骤,在所述中间层上形成REBayCu3Oz类超导层,其中,RE由选自Y、Nd、Sm、Eu、Gd以及Ho中的一种以上的元素构成,
所述中间层形成步骤包括:形成LaMnO3层的步骤;以及以与所述LaMnO3层接触的方式在所述LaMnO3层上形成MgO层的步骤。
7.如权利要求6所述的氧化物超导线材的制造方法,其中,
所述LaMnO3层的制膜温度处于150℃以下的范围内。
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