CN105940465A - 氧化物超导薄膜线材及其制造方法 - Google Patents

氧化物超导薄膜线材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种氧化物超导薄膜线材包括金属基底、层叠体和Cu稳定层。金属基底包括支撑基材和位于支撑基材上的导电层。导电层包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层。层叠体包括从金属基底依次在金属基底上堆叠的缓冲层、氧化物超导层和Ag稳定层。Cu稳定层形成为围绕层叠体和金属基底。将Cu稳定层和Ag稳定层的至少一个形成为与金属基底的导层的至少一部分接触并且与金属基底的导电层导电。

Description

氧化物超导薄膜线材及其制造方法
技术领域
本发明涉及氧化物超导薄膜线材以及氧化物超导薄膜线材的制造方法。
背景技术
由于发现了在液氮的温度下，具有超导性的高温超导材料，已经积极地开发了旨在应用于电力设备，诸如电缆、限流器和磁体的高温超导线材。具体地，在基底上形成由稀土基氧化物超导材料制成的薄层(在下文中也称为“氧化物超导层”)的氧化物超导薄膜线材已经受到关注。
通常通过在具有双轴取向的宽金属基底上，形成由例如由REBCO(REBa2Cu3O7-δ：RE是指“稀土”)表示的氧化物超导材料制成的氧化物超导层，并且将该基底切割(纵切)为预定宽度，形成这种氧化物超导薄膜线材(例如，PTL 1至PTL 4)。
具体地，首先，通过例如溅射法，在宽金属基底上形成由Y2O3(氧化钇)、YSZ(钇稳定氧化锆)、CeO2(二氧化铈)等制成的氧化物层，作为缓冲层。
然后，通过物理气相沉积法(PVD法)，诸如脉冲激光沉积法(PLD法)、溅射法或离子镀法或化学气相沉积法(CVD法)，诸如金属有机分解法(MOD法)，在缓冲层上形成氧化物超导层。
然后，通过溅射法等，在氧化物超导层上形成银(Ag)稳定层。通过这些工艺，制成宽氧化物超导线材。
然后，通过使用机械纵切机、激光纵切机等，使宽氧化物超导线材经历纵切以便具有预定宽度。
图4是示意性地示出由此纵切的氧化物超导薄膜线材的结构的示例的透视图。氧化物超导薄膜线材1包括金属基底B、缓冲层14、氧化物超导层15和Ag稳定层16。如图4所示，包括用作支撑基材的不锈钢(SUS)层11、用作取向层的铜(Cu)层12和用作防氧化层的镍(Ni)层13的复合基底被广泛用作金属基底B。在本文中，Cu层12和Ni层13构成金属基底B的导电层。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本未审专利申请公开No.07-037444
PTL 2：日本未审专利申请公开No.2003-308745
PTL 3：日本未审专利申请公开No.2007-287629
PTL 4：日本未审专利申请公开No.2013-12406
发明内容
技术问题
然而，当高于临界电流(Ic)的电流流过氧化物超导层15时，氧化物超导层15不保持在超导状态并且改变成正常导电状态。因此，在氧化物超导层15中产生高电阻以产生热，最终可能会损坏(烧坏)氧化物超导层15。
因此，即使当高于Ic的电流(过电流)临时流过时，需要防止过电流流过氧化物超导层。由此，通过不仅沉积Ag稳定层16，而且沉积Cu稳定层17，提供图4中所示的氧化物超导薄膜线材1。
在这些稳定层中，电阻随厚度增加而减小。因此，抑制由于过电流而导致的温度升高，降低烧坏发生的可能性并且实现快速恢复至超导状态。
然而，随着稳定层的厚度增加，变得更难以弯曲氧化物超导薄膜线材。因此，丧失氧化物超导薄膜线材的特征并且制造成本增加。
因此，本发明的目的是提供一种氧化物超导薄膜线材，能充分地忍受大的过电流，同时能充分地保持氧化物超导薄膜线材易于弯曲，以及制造该氧化物超导薄膜线材的方法。
解决问题的技术方案
本发明的方面涉及一种氧化物超导薄膜线材，包括金属基底、层叠体和Cu稳定层，
其中，所述金属基底包括支撑基材和位于所述支撑基材上的导电层；
所述导电层包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层；
所述层叠体包括从所述金属基底依次在所述金属基底上堆叠的缓冲层、氧化物超导层和Ag稳定层，
所述Cu稳定层形成为围绕所述层叠体和所述金属基底，以及
将所述Cu稳定层和所述Ag稳定层的至少一个形成为与所述金属基底的导电层的至少一部分接触并且与所述金属基底的导电层导电。
本发明的另一方面涉及一种制造氧化物超导薄膜线材的方法，所述方法包括：
层叠体形成步骤，用于通过从金属基底依次在宽的金属基底上形成缓冲层、氧化物超导层和Ag稳定层，形成层叠体，所述金属基底包括支撑基材和位于所述支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层的导电层；
纵切步骤，用于将所述金属基底和所述层叠体切成预定宽度；
导电层暴露步骤，用于从所述纵切金属基底和层叠体，暴露所述金属基底的导电层的一部分；以及
Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得Cu稳定层围绕所述层叠体和所述金属基底，
其中，在所述Cu稳定层形成步骤中，将所述Cu稳定层形成为与所述金属基底的导电层的暴露部分接触并且与所述导电层导电。
本发明的又一方面涉及一种制造氧化物超导薄膜线材的方法，所述方法包括：
层叠体形成步骤，用于通过从金属基底依次在宽的金属基底上形成缓冲层和氧化物超导层，形成层叠体，所述金属基底包括支撑基材和位于所述支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层的导电层；
纵切步骤，用于将所述金属基底和所述层叠体切成预定宽度；
导电层暴露步骤，用于形成从所述纵切层叠体的表面延伸至所述金属基底的导电层的至少一个通孔；
Ag稳定层形成步骤，用于在所述层叠体上形成Ag稳定层；以及
Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得Cu稳定层围绕所述金属基底和其上已经形成所述Ag稳定层的层叠体，
其中，在所述Ag稳定层形成步骤中，将所述Ag稳定层形成为通过所述通孔，与所述金属基底的导电层接触并且与所述金属基底的导电层导电。
本发明的又一方面涉及一种制造氧化物超导薄膜线材的方法，所述方法包括：
层叠体形成步骤，用于通过从金属基底依次在宽的金属基底上形成缓冲层和氧化物超导层，形成层叠体，所述金属基底包括支撑基材和位于所述支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层的导电层；
纵切步骤，用于将所述金属基底和所述层叠体切成预定宽度；
导电层暴露步骤，用于从所述纵切层叠体和金属基底的侧端面暴露所述金属基底的Cu层的至少一部分；
Ag稳定层形成步骤，用于在所述层叠体和所述金属基底上形成Ag稳定层；以及
Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得Cu稳定层进一步围绕所述层叠体和其上已经形成所述Ag稳定层的金属基底，
其中，在所述Ag稳定层形成步骤中，将所述Ag稳定层形成为所述Ag稳定层围绕所述层叠体和所述金属基底以实现所述金属基底的Cu层的暴露部分和所述Ag稳定层之间的导电。
本发明的有益效果
根据本发明，能提供一种氧化物超导薄膜线材，能充分地承受大的过电流，同时充分地保持氧化物超导薄膜线材易于弯曲，以及制造该氧化物超导薄膜线材的方法。
附图说明
图1是示意性地示出纵切氧化物超导薄膜线材的切割端部的状态的截面图。
图2A是示意性地示出根据本发明的实施例的氧化物超导薄膜线材结构的示例的截面图。
图2B是示意性地示出根据本发明的实施例的氧化物超导薄膜线材结构的示例的截面图。
图2C是示意性地示出根据本发明的实施例的氧化物超导薄膜线材结构的示例的截面图。
图3A是示意性地示出根据本发明的实施例的氧化物超导薄膜线材结构的示例的截面图。
图3B是示意性地示出根据本发明的实施例的氧化物超导薄膜线材结构的示例的截面图。
图3C是示意性地示出根据本发明的实施例的氧化物超导薄膜线材结构的示例的截面图。
图4是示意性地示出氧化物超导薄膜线材的结构的示例的透视图。
具体实施方式
[根据本发明的实施例的描述]
首先，将列出和描述根据本发明的实施例的内容。
(1)根据本发明的实施例的一种氧化物超导薄膜线材包括金属基底、层叠体和Cu稳定层。金属基底包括支撑基材和位于支撑基材上的导电层。导电层包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层。层叠体包括从金属基底依次在金属基底上堆叠的缓冲层、氧化物超导层和Ag稳定层。Cu稳定层形成为围绕层叠体和金属基底。将Cu稳定层和Ag稳定层的至少一个形成为与金属基底的导电层的至少一部分接触并且与金属基底的导电层导电。
为解决上述问题，本发明人详细地观察已知氧化物超导薄膜线材的结构。因此，发现如图1所示，在纵切氧化物超导薄膜线材1的切割端部，由用作绝缘体的缓冲层14覆盖金属基底B的Cu层12和Ni层13以及Ag稳定层16并且在维持该状态的同时，形成Cu稳定层17。这是因为在纵切处理中，当采用机械纵切机时接触刀片，在基底中产生畸变，或当采用激光纵切机时，由于切割表面处形成合金的结果，产生渣滓，由此，在切割端部中，抑制Cu层12和Ni层13的暴露。
本发明已经考虑到如果构成金属基底B的导电层的Cu层12和Ni层13与稳定层，诸如Cu稳定层17或Ag稳定层16导电，则Cu层12和Ni层13还能被用作稳定层。换句话说，已知如果能使在已知的氧化物超导薄膜线材中，简单地用来形成双轴取向层和防氧化层的Cu层12和Ni层13被用作用于氧化物超导薄膜线材中的过电流的载流路径，则在不增加稳定层的厚度的情况下，能充分地承受大的过电流。具体地，形成Cu稳定层和Ag稳定层的至少一个以便与金属基底的导电层的至少一部分接触并且与金属基底的导电层导电，由此使过电流流向金属基底，充分地抑制发热。
(2)在该氧化物超导薄膜线材中，优选地，将至少一个通孔形成为从层叠体的表面延伸至金属基底的导电层，并且将Cu稳定层形成为通过通孔，与金属基底的导电层接触并且与金属基底的导电层导电。通过在堆叠缓冲层、氧化物超导层和Ag稳定层获得的层叠体中形成延伸至金属基底的导电层的通孔，并且形成Cu稳定层以便通过该通孔，与金属基底的导电层接触并且与金属基底的导电层导电。因此，能在金属基底的Cu层和Cu稳定层之间实现导电并且能使过电流在较小电阻下流动。Cu稳定层可以与金属基底的Cu层的表面层接触或可以与用作内层的Cu层接触。当Cu稳定层与导电层的表面层接触时，经由表面层，在足够小的电阻下，在Cu稳定层和用作内层的Cu层之间实现导电。
(3)在该氧化物超导薄膜线材中，Cu稳定层可以与金属基底的Cu层的侧端面的至少一部分接触并且可以与金属基底的Cu层导电。暴露金属基底的Cu层的侧端面的至少一部分，以及形成Cu稳定层，使得经由暴露的部分，在金属基底的Cu层和Cu稳定层之间，实现导电。由此，还能使过电流流向金属基底，由此充分地抑制发热。
(4)在该氧化物超导薄膜线材中，至少一个通孔可以被形成为从层叠体的表面延伸至金属基底的导电层，并且可以将Ag稳定层形成为通过通孔，与金属基底的导电层接触并且与金属基底的导电层导电。该通孔延伸至金属基底的导电层，以及具有高导电性的Ag稳定层形成为通过通孔，与金属基底的导电层接触，并且与导电层导电。因此，能在金属基底的Cu层和Ag稳定层之间，实现导电，并且能使过电流在较小电阻下流动。Ag稳定层可以与金属基底的导电层的表面层接触或与用作内层的Cu层接触。当Ag稳定层与导电层的表面层接触时，经由表面层，在足够小的电阻下，在Ag稳定层和用作内层的Cu层之间实现导电。
(5)在该氧化物超导薄膜线材中，Ag稳定层可以与金属基底的Cu层的侧端面的至少一部分接触并且可以与金属基底的Cu层导电。暴露金属基底的Cu层的侧端面的至少一部分，并且将Ag稳定层形成为经由暴露部分，在金属基底的Cu层和Ag稳定层之间实现导电。由此，也能使过电流流向金属基底，由此能充分地抑制发热。
(6)根据本发明的实施例的一种制造氧化物超导薄膜线材的方法包括层叠体形成步骤，用于通过从金属基底依次在宽的金属基底上形成缓冲层、氧化物超导层和Ag稳定层，形成层叠体，金属基底包括支撑基材和位于支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层的导电层；纵切步骤，用于将金属基底和层叠体切成预定宽度；导电层暴露步骤，用于从纵切金属基底和层叠体，暴露金属基底的导电层的一部分；以及Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得Cu稳定层围绕层叠体和金属基底。在Cu稳定层形成步骤中，将Cu稳定层形成为与金属基底的导电层的暴露部分接触并且与导电层导电。
由此，能提供制造氧化物超导薄膜线材的方法，其中，能以低成本和高质量，有效地制造根据(1)至(3)的氧化物超导薄膜线材。
(7)在制造氧化物超导薄膜线材的方法中，导电层暴露步骤可以是形成从纵切层叠体的表面延伸至金属基底的导电层的至少一个通孔的导电层暴露步骤，以及在Cu稳定层形成步骤中，可以将Cu稳定层形成为通过通孔，与金属基底的导电层接触并且可以与金属基底的导电层导电。通过在层叠体中形成通孔，能肯定地暴露金属基底的导电层。这实现在足够小的电阻下，Cu稳定层和基底的导电层之间的导电。可以通过形成延伸至表面的通孔，使Cu稳定层与金属基底的表面层接触，或通过形成延伸至Cu层的通孔，与金属基底的Cu层接触。
(8)在制造氧化物超导薄膜线材的方法中，导电层暴露步骤可以是从纵切层叠体和金属基底的侧端面暴露金属基底的Cu层的至少一部分的导电层暴露步骤，以及Cu稳定层形成步骤可以是形成Cu稳定层，使得Cu稳定层围绕层叠体和金属基底来实现金属基底的Cu层的暴露部分和Cu稳定层之间导电的Cu稳定层形成步骤。通过简单的方法，暴露金属基底的Cu层的侧端面，由此，能在足够小的电阻下，在Cu稳定层和金属基底的Cu层之间实现导电。
(9)在制造氧化物超导薄膜线材的方法中，导电层暴露步骤优选地是抛光纵切层叠体和金属基底的侧端面以暴露金属基底的Cu层的至少一部分的Cu层暴露步骤。不特别地限定用于暴露Cu层的具体方法，只要肯定能去除覆盖金属基底的Cu层的绝缘体。抛光是优选的，因为通过简单的过程，肯定能暴露Cu层。
(10)根据本发明的实施例的一种制造氧化物超导薄膜线材的方法包括：层叠体形成步骤，用于通过从金属基底依次在宽的金属基底上形成缓冲层和氧化物超导层，形成层叠体，金属基底包括支撑基材和位于支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层的导电层；纵切步骤，用于将金属基底和层叠体切成预定宽度；导电层暴露步骤，用于形成从纵切层叠体的表面延伸至金属基底的导电层的至少一个通孔；Ag稳定层形成步骤，用于在层叠体上形成Ag稳定层；以及Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得Cu稳定层围绕金属基底和其上已经形成Ag稳定层的层叠体。在Ag稳定层形成步骤中，将Ag稳定层形成为通过通孔，与金属基底的导电层接触并且与金属基底的导电层导电。
在该制造方法中，使具有高导电性的Ag稳定层通过通孔，与金属基底的导电层的表面层或Cu层接触，由此，能在足够小的电阻下，在金属基底的表面层或Cu层和Ag稳定层之间实现导电。在通过执行电镀，形成Cu稳定层的情况下，在形成Cu稳定层前，通过用Ag稳定层覆盖在通孔中暴露的氧化物超导层的端面，防止由于电镀液而导致的氧化物超导层的劣化。由此，能提供用于制造氧化物超导薄膜线材的方法，其中，能以低成本和高质量，有效地制造根据(1)和(4)的氧化物超导薄膜线材。
(11)根据本发明的另一实施例的一种制造氧化物超导薄膜线材的方法包括：层叠体形成步骤，用于通过从金属基底依次在宽的金属基底上形成缓冲层和氧化物超导层，形成层叠体，金属基底包括支撑基材和位于支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层的导电层；纵切步骤，用于将金属基底和层叠体切成预定宽度；导电层暴露步骤，用于从纵切层叠体和金属基底的侧端面暴露金属基底的Cu层的至少一部分；Ag稳定层形成步骤，用于在层叠体和金属基底上形成Ag稳定层；以及Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得Cu稳定层进一步围绕层叠体和其上已经形成Ag稳定层的金属基底。在Ag稳定层形成步骤中，将Ag稳定层形成为Ag稳定层围绕层叠体和金属基底以实现金属基底的Cu层的暴露部分和Ag稳定层之间的导电。
在该制造方法中，使具有高导电性的Ag稳定层与金属基底的暴露的Cu层接触，由此，能在足够小的电阻下，在金属基底的Cu层和Ag稳定层之间实现导电。在通过执行电镀，形成Cu稳定层的情况下，在形成Cu稳定层前，通过用Ag稳定层覆盖金属基底的侧端面处暴露的氧化物超导层的端面，防止由于电镀液而导致的氧化物超导层的劣化。由此，能提供用于制造氧化物超导薄膜线材的方法，其中，能以低成本和高质量，有效地制造根据(1)和(5)的氧化物超导薄膜线材。
(12)在制造氧化物超导薄膜线材的方法中，导电层暴露步骤优选地是抛光纵切层叠体和金属基底的侧端面来暴露金属基底的Cu层的至少一部分的Cu层暴露步骤。不特别地限定用于暴露Cu层的具体方法，只要肯定能去除覆盖金属基底的Cu层的绝缘体。抛光是优选的，因为通过简单的过程，肯定能暴露Cu层。
[本发明的实施例的详细内容]
在下文中，将参考附图，描述根据本发明的氧化物超导薄膜线材的实施例。在这些图中，相同或相应的部件由相同的参考数字表示并且将省略重复描述。本发明不限于这些示例并且由权利要求的范围表示。本发明旨在涵盖权利要求的范围的等价物和权利要求的范围内的所有改进。
1.氧化物超导薄膜线材的结构
首先，将描述氧化物超导薄膜线材的结构。根据该实施例的氧化物超导薄膜线材的基本结构与图4所示的氧化物超导薄膜线材的基本结构相同，除Cu稳定层和Ag稳定层的至少一个与金属基底的导电层的至少一部分接触以便与金属基底的导电层导电外。
将参考图2A，描述根据本实施例的氧化物超导薄膜线材。在图2A所示的氧化物超导薄膜线材1中，17a表示Cu稳定层的一部分，18表示通孔，以及S表示通过层叠缓冲层14、氧化物超导层15和Ag稳定层16获得的层叠体。在该氧化物超导薄膜线材1中，通孔18贯穿层叠体S，以及Cu稳定层的部分17a通过通孔18，与金属基底B的导电层的表面层(具体地，Ni层13)接触。如图2A所示，Cu稳定层的部分17a与金属基底B的导电层的表面层(具体地，Ni层13)接触，由此，经由Ni层13，在足够小的电阻下，使金属基底B的Cu层12与Cu稳定层17导电。由此，能充分地使难以被用作用于过电流的载流路径的Cu层12被用作载流路径。因此，即使当不增加稳定层的厚度时，也能承受大的过电流。
(改进1)
Cu稳定层17可以与金属基底B的导电层的Cu层12接触。图2B中的氧化物超导薄膜线材1不同于图2A中的氧化物超导薄膜线材1之处在于通孔18达到金属基底B的Cu层12并且Cu稳定层17的部分17a与Cu层12直接接触。当Cu稳定层17与Cu层12直接接触时，在更充分小的电阻下Cu层12与Cu稳定层导电。由此，能足够使难以被用作过电流的载流路径的Cu层12被用作载流路径。因此，即使当不增加稳定层的厚度时，也能承受大的过电流。
换句话说，由于由作为绝缘体的缓冲层14覆盖Cu层12，如图1所示，Cu层12不与氧化物超导层15电连接。如上所述，这是因为在纵切处理中，由于当采用机械纵切机时的刀片接触，在基底中产生畸变，或当采用激光纵切机时，在切割表面处形成合金的结果，产生渣滓，由此，在侧端部不会暴露Cu层12。因此，如果不形成通孔18，Cu层12通过不具有太高导电率的SUS层11，与Cu稳定层17导电并且以间接方式，与氧化物超导层15导电。这使得难以允许Cu层12被用作用于过电流的载流路径。相反，当如图2A和2B所示，形成通孔18时，如上所述，在足够小的电阻下，金属基底的Cu层12与Cu稳定层17导电。由此，足以使Cu层12被用作载流路径。
不具体地限制通孔18的数量。可以在氧化物超导薄膜线材的纵向和宽度方向中形成多个通孔18。在将在平面图中所看到的，具有矩形形状的通槽形成为通孔18的情况下，不具体地限定槽的长度。考虑氧化物超导薄膜线材的宽度、通孔的数量、过电流的假定值和在通孔18内部Cu的形成，适当地确定当在平面图中看时，具有矩形形状的通孔18的宽度和当在平面图中看时，具有圆形形状的通孔18的直径，以便能使足够大的电流流过并且充分地抑制Ic的减小。通常，通孔18的宽度或直径优选地为0.1至05.mm，更优选0.2至0.4mm。
(改进2)
图2C中的氧化物超导薄膜线材1不同于图2A和2B中的氧化物超导薄膜线材1之处在于Cu稳定层17与金属基底B的Cu层12的侧端面19接触。在根据该实施例的氧化物超导薄膜线材1中，在金属基底B的侧端部处暴露Cu层12，并且Cu稳定层17与Cu层12的侧端面19接触。由此，在足够小的电阻下，使金属基底B的Cu层12与Cu稳定层17导电。当在足够小的电阻下，使Cu层12与Cu稳定层17导电时，能足以使难以被用作过电流的载流路径的Cu层12被用作载流路径。因此，即使当不增加稳定层的厚度时，也能承受大的过电流。
如上所述，由于金属基底B的Cu层12由作为绝缘体的缓冲层14覆盖，并且在纵切处理后，在侧端部处不会暴露，因此，Cu层12不电连接到氧化物超导层15。因此，如果在金属基底B的侧端部处不暴露Cu层12，Cu层12通过不具有太高导电性的SUS层11，与Cu稳定层17导电并且以间接方式，与氧化物超导层15导电。这使得难以允许Cu层12被用作用于过电流的载流路径。相反，当如图2C所示，暴露Cu层12时，如上所述，在足够小的电阻下，使Cu层12与Cu稳定层17导电。由此，能足以使Cu层12被用作载流路径。
不特别地限定Cu层12的暴露部分的位置和数量。暴露部分可以位于Cu层12的一侧或Cu层12的两侧，如图2C所示。可以根据例如过电流的假定值，设定暴露部分的大小(面积)和数量。
(改进3)
图3A中的氧化物超导薄膜线材1不同于图2A中的氧化物超导薄膜线材1之处在于Ag稳定层的部分16a通过通孔18，与金属基底B的导电层的表面层(具体地，Ni层13)接触。在通孔中，将Ag稳定层的部分16a形成为与Ni层13接触，以及在其上形成Cu稳定层17。当具有高导电性的Ag稳定层16与金属基底B的表面层(具体地，Ni层13)接触时，在通孔中暴露该表面层，经由Ni层13，在足够小的电阻下金属基底B的Cu层12与Ag稳定层16导电。由此，能足以使难以被用作用于过电流的载流路径的Cu层12被用作载流路径。因此，即使当不增加稳定层的厚度时，也能承受大的过电流。
(改进4)
Ag稳定层可以与金属基底B的导电层的Cu层直接接触。图3B中的氧化物超导薄膜线材1不同于图3A中的氧化物超导薄膜线材1之处在于通孔18达到金属基底B的Cu层12以及Ag稳定层16的部分16a与Cu层12直接接触。在通孔中，将Ag稳定层的部分16a形成为与Cu层12接触，并且在其上形成Cu稳定层17。当具有高导电性的Ag稳定层17与Cu层12直接接触时，在更充分小的电阻下，Cu层12与Ag稳定层16导电。由此，能足以使难以用作过电流的载流路径的Cu层12被用作载流路径。因此，即使当不增加稳定层的厚度时，也能承受大的过电流。
如上所述，由于金属基底B的Cu层12被作为绝缘体的缓冲层14覆盖，并且在纵切处理后不会在侧端部处暴露，Cu层12不与氧化物超导层15电连接。因此，如果不形成通孔18，Cu层12通过不具有太高导电性的SUS层11，与Cu稳定层17和Ag稳定层16导电，并且以间接方式，与氧化物超导层15导电。这使得难以允许Cu层12被用作用于过电流的载流路径。相反，当如图3A和3B所示，形成通孔18时，如上所述，在足够小的电阻下，使金属基底的Cu层12与Ag稳定层16导电。由此，能足以使Cu层12被用作载流路径。
不具体地限定通孔18的数量。可以在氧化物超导薄膜线材的纵向和宽度方向中形成多个通孔18。在将从平面图上看，具有矩形形状的通槽形成为通孔18的情况下，不具体地限定凹槽的长度。考虑到氧化物超导薄膜线材的宽度、通孔的数量、过电流的假定值以及在通孔18内部Ag的形成，适当地确定从平面图上看，具有矩形形状的通孔18的宽度或从平面图上看，具有圆形形状的通孔18的直径，使得能使足够大电流流过并且充分地抑制Ic的减小。通常，通孔18的宽度或直径优选地为0.1至0.5mm，更优选0.2至0.4mm。
(改进5)
图3C中的氧化物超导薄膜线材1不同于图3A和3B中的氧化物超导薄膜线材1之处在于Ag稳定层16与金属基底B的Cu层12的侧端面19接触。在根据该实施例的氧化物超导薄膜线材1中，在金属基底B的侧端部处暴露Cu层12，并且具有高导电性的Ag稳定层16与Cu层12的侧端面19接触。因此，在足够小的电阻下金属基底B的Cu层12与Ag稳定层16导电。由此，能足以使难以被用作用于过电流的载流路径的Cu层12被用作载流路径。因此，即使当不增加稳定层的厚度时，也能承受大的过电流。
如上所述，由于金属基底B的Cu层12被作为绝缘体的缓冲层14覆盖，并且在纵切处理后，在侧端部处不暴露，因此，Cu层12不与氧化物超导层15电连接。因此，如果在金属基底B的侧端部处不暴露Cu层12，Cu层12通过不具有太高导电性的SUS层11，与Cu稳定层17和Ag稳定层16导电并且以间接方式，与氧化物超导层15导电。这使得难以允许Cu层12被用作用于过电流的载流路径。相反，当如图3C所示，暴露Cu层12时，如上所述，在足够小电阻下Cu层12与Ag稳定层16导电。由此，能足以使Cu层12被用作载流路径。
不具体地限定Cu层12的暴露部的位置和数量。暴露部可以位于Cu层12的一侧或Cu层12的两侧，如图3C所示。可以根据例如过电流的假定值，设定暴露部的大小(面积)和数量。
2.用于氧化物超导薄膜线材的构件
(1)金属基底
金属基底B包括支撑基材和位于支撑基材上的导电层。金属基底B是具有Cu层12的双轴取向的金属基底并且由例如SUS/Cu/Ni复合材料制成。例如，优选地使用包括厚度约100μm的SUS层11、厚度为20至50μm的Cu层12，以及厚度为2至3μm的Ni层13的金属基底。在本文中，SUS层是支撑基材，并且导电层包括用作内层的Cu层12和用作表面层的Ni层13。导电层的Cu层12和Ni层13具有比SUS层11更高的导电性。这种金属基底B通过例如在SUS层11上通过滚压层叠Cu，然后，使Cu层12的表面经受Ni电镀而制成。
(2)缓冲层
缓冲层14具有多层结构，包括从金属基底B依次用于外延生长缓冲层同时保持金属基底的取向的籽晶层、用于防止元素，诸如金属基底B的Ni向氧化物超导层15扩展的阻挡层(防扩散层)，以及具有与氧化物超导层15的晶格匹配并且用于外延生长氧化物超导层的盖层(晶格匹配层)。例如，缓冲层14优选地具有三层结构，包括具有0.1至0.2μm厚度的Y2O3、具有0.2至0.4μm的厚度的YSZ以及具有约0.1μm的厚度的CeO2。
(3)氧化物超导层
氧化物超导层15通过外延生长由双轴取向的稀土基氧化物超导材料形成。具体地，例如，优选地使用GdBCO(GdBa2Cu3O7-δ)。不特别地限定该层的厚度，并且根据所需性能近似地确定。厚度是例如1至5μm。用于氧化物超导层15的材料不限于GdBCO，而是可以由REBCO(REBa2Cu3O7-δ：RE是指“稀土元素”)表示的氧化物超导材料。
(4)稳定层
稳定层由Ag稳定层16和Cu稳定层17构成。
Ag稳定层16设置在氧化物超导层15上或设置成覆盖金属基底B的外周表面和具有例如5至10μm的厚度的层叠体。银具有高导电性并且是对氧化物超导材料和铜呈现出良好附着力的材料。因此，银适合用作用于覆盖氧化物超导层15或纵切金属基底和层叠体的外周表面并且穿过通孔18的稳定层的材料。
Cu稳定层17沉积在Ag稳定层16外部以便覆盖厚度为例如10至50μm的氧化物超导薄膜线材的整个外周表面。铜具有高导电性并且比银更廉价。因此，铜适合用作用于覆盖纵切金属基底和层叠体的外周表面并且通过通孔18的稳定层的材料。
如上所述，在根据本发明的实施例的氧化物超导薄膜线材1中，Cu稳定层17或Ag稳定层16与金属基底B的导电层接触。更具体地说，如图2A、图2B、图3A和图3B所示，Cu稳定层17的部分17a或Ag稳定层16的部分16a通过通孔18，与金属基底B的表面层(具体地，Ni层13)或Cu层12接触。或者，如图2C和图3C所示，Cu稳定层17或Ag稳定层16可以与金属基底B的Cu层12的侧端面19的至少一部分接触。
3.用于制造氧化物超导薄膜线材的方法
接着，在下文中，在处理顺序中，将图2A的氧化物超导薄膜线材1用作示例，描述用于制造根据本实施例的氧化物超导薄膜线材1的方法。
(1)形成缓冲层
首先，在金属基底B上形成缓冲层14。具体地，使用具有例如10mm或更大的宽度的金属基底B，并且按此顺序，在Ni层13上形成Y2O3层、YSZ层和CeO2层。通常通过PVD方法，诸如溅射法，形成缓冲层14。
(2)形成氧化物超导层
然后，通过外延生长，在缓冲层14上形成氧化物超导层15。如上所述，通过PVD法、MOD法等，形成氧化物超导层15。PVD法的示例包括PLD(脉冲激光沉积)法、溅射法、或真空沉积法和离子镀法。优选地采用PLD法，因为能易于形成具有与目标相同组分比的薄膜。
在膜形成后，在预定时间内，以预定温度，在预定大气下执行退火以形成氧化物超导层15。具体地，例如，在120分钟内，在800℃、100ppm的O2浓度的大气下，执行高温低氧退火，然后，在120分钟内，在550℃、98％的O2浓度的大气下，执行氧退火。
(3)形成稳定层
然后，通过溅射法，诸如DC溅射法，在氧化物超导层15上形成Ag稳定层16。在形成Ag稳定层16后，当必要时，在氧气环境中执行热处理。
(4)纵切
然后，使用上述机械纵切机、激光纵切机等，通过层叠缓冲层14、氧化物超导层15和Ag稳定层16获得的层叠体S和金属基底B切成预定宽度，执行纵切。
(5)用于导电层的暴露处理
然后，从纵切的金属基底B和层叠体S暴露金属基底B的导电层的一部分。在图2A所示的氧化物超导薄膜线材1中，通过激光加工等，在预定位置处形成具有预定大小并且贯穿包括Ag稳定层16、氧化物超导层15和缓冲层14的层叠体S以便达到金属基底B的表面层(具体地，Ni层13)的预定多个通孔18。
(6)形成Cu稳定层
然后，通过在已经执行纵切并且形成通孔18的氧化物超导薄膜线材的外周表面上电镀，形成Cu稳定层17。在本文中，在如上所述的(5)用于导电层的暴露处理中形成的通孔18中，执行Cu电镀，因此，形成贯穿每一通孔18的Cu稳定层17的部分17a。
在例如下述条件下，执行电镀。
(改进1的制造方法)
用于制造图2B所示的氧化物超导薄膜线材1(改进1)的方法不同于用于制造图2A的氧化物超导薄膜线材1的方法之处在于在用于制造图2A的氧化物超导薄膜线材1的方法中的(5)用于导电层的暴露处理中，形成贯穿Ni层13和层叠体S以便达到Cu层12的通孔18。其他处理相同并且省略其描述。如上所述，金属基底B的导电层的Cu层12和Ni层13的厚度分别为例如20至50μm以及2至3μm。由于Cu层12的厚度远大于Ni层13的厚度，因此，能易于形成通孔以达到Cu层12。
(改进2的制造方法)
用于制造图2C所示的氧化物超导薄膜线材1(改进2)的方法不同于用于制造图2A的氧化物超导薄膜线材1的方法之处在于在用于制造图2A的氧化物超导薄膜线材1的方法的(5)用于导电层的暴露处理中，暴露金属基底B的Cu层12的侧端面19而不形成通孔。在金属基底B的侧端面处的Cu层12的暴露处理中，去除覆盖金属基底B的侧端面的覆盖材料，诸如渣滓以便在金属基底B的侧端面处暴露Cu层12。
可以通过使用具有能够切割层叠体S的侧端部的刀片的特殊切割机，切断层叠体S的侧端部的方法，执行暴露处理，而不会使基底畸变。然而，优选地采用用于通过执行抛光，仅去除覆盖材料的方法，因为肯定能去除覆盖材料，而不会恶化线材的质量以暴露Cu层。如上所述，抛光法的具体示例包括通过研磨粒研磨、机械化学抛光和通过砂纸或抛光带抛光。
(用于改进3的制造方法)
接着，按处理顺序，在下文中，将描述用于制造图3A所示的氧化物超导薄膜线材1(改进3)的方法。
(1)形成缓冲层和(2)形成氧化物超导层
在金属基底B上形成缓冲层14和氧化物超导层15以与在用于制造图2A所示的氧化物超导薄膜线材1的方法的情况下相同的方式，形成层叠体。在形成氧化物超导层15后，可以在其上形成Ag稳定层16以形成层叠体，但不一定形成Ag稳定层16。
(3)纵切
然后，通过使用上述机械纵切机、激光纵切机等，将层叠体和金属基底B切成预定宽度，执行纵切。
(4)用于导电层的暴露处理
然后，从纵切层叠体和金属基底B暴露金属基底B的导电层的一部分。在用于制造图3A所示的氧化物超导薄膜线材1的方法中，通过激光加工等，在预定位置处，形成具有预定大小和贯穿层叠体以便到达金属基底B的表面层的预定多个通孔18。
(5)形成Ag稳定层
然后，通过溅射法，诸如DC溅射法，在层叠体上形成Ag稳定层16。由此，在氧化物超导层15上形成Ag稳定层，同时，在如上所述的(4)用于导电层的暴露处理中形成的通孔18中，形成Ag层。因此，通过每一通孔18，形成Ag稳定层16的部分16a。
(6)形成Cu稳定层
然后，通过在氧化物超导薄膜线材1的外周表面上电镀形成Cu稳定层17。由此，将Cu稳定层17形成为围绕层叠体S和金属基底B。在本文中，还在通孔中形成的Ag稳定层的部分16a上形成Cu稳定层17。在该制造方法中，由Ag稳定层16覆盖在通孔中暴露的氧化物超导层15的端面。因此，在形成Cu稳定层期间，能防止由于电镀液而导致的氧化物超导层15的劣化。电镀条件与在用于制造图2A所示的氧化物超导薄膜线材1的方法中所述的条件相同。
(改进4的制造方法)
用于制造图3B所示的氧化物超导薄膜线材1(改进4)的方法不同于用于制造图3A的氧化物超导薄膜线材1(改进3)的方法在于在用于改进3的制造方法的(5)用于导电层的暴露处理中，形成贯穿Ni层13和层叠体以便达到Cu层12的通孔18。其他处理是相同的并且省略其描述。如上所述，金属基底B的导电层的Cu层12和Ni层13的厚度分别为例如20至50μm以及2至3μm。由于Cu层12的厚度远大于Ni层13的厚度，因此，能易于形成通孔以达到Cu层12。
(用于改进5的制造方法)
接着，在下文中，按处理顺序描述用于制造图3C所示的氧化物超导薄膜线材1(改进5)的方法。
(1)形成缓冲层和(2)形成氧化物超导层
以与用于制造图3A所示的氧化物超导薄膜线材1的方法的情形相同的方式，在金属基底B上形成缓冲层14和氧化物超导层15来形成层叠体。在形成氧化物超导层15后，在其上可以形成Ag稳定层16来形成层叠体，但不一定形成Ag稳定层16。
(3)纵切
然后，通过使用上述机械纵切机、激光纵切机等，将层叠体和金属基底B切成预定宽度而执行纵切。
(4)用于导电层的暴露处理
然后，从纵切层叠体和金属基底B，暴露金属基底B的导电层的一部分。在用于制造图3C所示的氧化物超导薄膜线材1(改进5)的方法中，去除覆盖金属基底B的侧端部的覆盖材料，诸如渣滓来在金属基底B的侧端部处暴露Cu层12。通过使用具有能够切割层叠体的侧端部而不变形基底的刀片的特殊切割机，切断层叠体的侧端部的方法，执行暴露处理。然而，优选地采用通过执行抛光，仅去除覆盖材料的方法，因为肯定能去除覆盖材料，而不劣化线材的质量以暴露Cu层。如上所述，抛光的具体示例包括通过研磨粒研磨、机械化学抛光和通过砂纸或抛光带抛光。
(5)形成Ag稳定层
然后，通过溅射法，诸如DC溅射法，形成Ag稳定层16以围绕层叠体和金属基底B。由此，在氧化物超导层15上形成Ag稳定层，同时，还在如上所述的(4)用于导电层的暴露处理中，金属基底B的侧端部处暴露的Cu层12的侧端面19上形成Ag稳定层16。
(6)形成Cu稳定层
然后，通过在形成Ag稳定层的氧化物超导薄膜线材1的外周表面上电镀，形成Cu稳定层17。在本文中，通过Ag稳定层16覆盖在金属基底B的侧端面19处暴露的氧化物超导层15的端面。因此，能在形成Cu稳定层期间，防止由于电镀液而导致的氧化物超导层15的劣化。电镀条件与在用于制造图2A所示的氧化物超导薄膜线材1的方法中所述的条件相同。
表1总体示出优选结构(材料、厚度)、膜形成(制造)方法和每一部件的作用(功能)。[表1]
[实验示例]
接着，将基于实验示例，更具体地描述本发明。
1.制造氧化物超导薄膜线材
首先，为金属基底准备具有150μm厚度、30mm宽度和1m长度的SUS/Cu/Ni复合材料(SUS层：100μm，Cu层：48μm以及Ni层：2μm)。然后，通过溅射法，在金属基底上形成具有0.5μm的厚度的三层结构的缓冲层(Y2O3：0.1μm，YSZ：0.3μm和CeO2：0.1μm)。
接着，通过PLD法，形成GdBCO氧化物超导层(厚度：4μm)，然后，通过溅射法，形成Ag稳定层(厚度：5μm)以形成层叠体。由此，制作宽的氧化物超导薄膜线材。使该宽的氧化物超导薄膜线材经历纵切以具有4mm的宽度。
接着，通过激光加工，形成贯穿从纵切的氧化物超导薄膜线材的Ag稳定层的表面到金属基底的Cu层的层叠体的两个通槽(宽度：0.2mm)。
接着，使用具有上述配方的电镀液，以5A/dm2的电流密度，在10分钟内，执行电镀处理以形成具有50μm的厚度的Cu稳定层。由此，制造实验示例1的氧化物超导薄膜线材。在本文中，作为电镀处理的结果，还用Cu填充通槽。
除通过#200砂纸，抛光纵切氧化物超导薄膜线材的侧端面以暴露金属基底的Cu层外，以与上文相同的方式，制造实验示例2的氧化物超导薄膜线材。
除在纵切的氧化物超导薄膜线材中不形成通槽以及不抛光侧端面外，以与上文相同的方式，制造实验示例3的氧化物超导薄膜线材。
所制成的线材的每一个的Ic值为200A。
2.评估
然后，将具有13mses的矩形波的电流施加到每一实验示例的氧化物超导薄膜线材。测量破坏(烧坏)氧化物超导薄膜线材的电流。作为结果，确认以下内容。在实验示例3中，在350A处发生烧坏，而在实验示例1和2中，直到500A都不会发生烧坏，尽管氧化物超导薄膜线材具有相同的大小和结构。这表明实验示例1和2中的氧化物超导薄膜线材能承受大于或等于实验示例3的过电流的1.4倍的过电流。
当将与金属基底的导电层接触的稳定层从Cu稳定层改变成Ag稳定层时，也获得相同的结果。此外，当氧化物超导层从GdBCO氧化物超导层改变成YBCO氧化物超导层时，也能获得相同的结果。
工业适用性
本发明能够提供一种包括例如稀土基氧化物超导层并且承受大的过电流，而不会丧失超导薄膜线材的特性(例如，不会使得难以弯曲超导薄膜线材)的超导薄膜线材。本发明用来促使超导线材的实际使用。
参考符号列表
1 氧化物超导薄膜线材
11 SUS层
12 Cu层
13 Ni层
14 缓冲层
15 氧化物超导层
16 Ag稳定层
16a Ag稳定层的部分
17 Cu稳定层
17a Cu稳定层的部分
18 通孔
19 侧端面
B 金属基底
S 层叠体

Claims (12)

1.一种氧化物超导薄膜线材，包括金属基底、层叠体和Cu稳定层，
其中，所述金属基底包括支撑基材和位于所述支撑基材上的导电层，
所述导电层包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层，
所述层叠体包括从所述金属基底依次在所述金属基底上堆叠的缓冲层、氧化物超导层和Ag稳定层，
所述Cu稳定层被形成为围绕所述层叠体和所述金属基底，以及
所述Cu稳定层和所述Ag稳定层中的至少一个被形成为与所述金属基底的所述导电层的至少一部分接触并且与所述金属基底的所述导电层导电。
2.根据权利要求1所述的氧化物超导薄膜线材，其中，至少一个通孔被形成为从所述层叠体的表面延伸至所述金属基底的所述导电层，并且所述Cu稳定层形成为通过所述通孔与所述金属基底的所述导电层接触并且与所述金属基底的所述导电层导电。
3.根据权利要求1所述的氧化物超导薄膜线材，其中，所述Cu稳定层与所述金属基底的所述Cu层的侧端面的至少一部分接触并且与所述金属基底的所述Cu层导电。
4.根据权利要求1所述的氧化物超导薄膜线材，其中，至少一个通孔被形成为从所述层叠体的表面延伸至所述金属基底的所述导电层，并且所述Ag稳定层被形成为通过所述通孔与所述金属基底的所述导电层接触并且与所述金属基底的所述导电层导电。
5.根据权利要求1所述的氧化物超导薄膜线材，其中，所述Ag稳定层与所述金属基底的所述Cu层的侧端面的至少一部分接触并且与所述金属基底的所述Cu层导电。
6.一种制造氧化物超导薄膜线材的方法，所述方法包括：
层叠体形成步骤，用于通过从宽的金属基底依次在所述金属基底上形成缓冲层、氧化物超导层和Ag稳定层，来形成层叠体，所述金属基底包括支撑基材和导电层，所述导电层位于所述支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层；
纵切步骤，用于将所述金属基底和所述层叠体切成预定宽度；
导电层暴露步骤，用于从纵切的所述金属基底和所述层叠体暴露所述金属基底的所述导电层的一部分；以及
Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得所述Cu稳定层围绕所述层叠体和所述金属基底，
其中，在所述Cu稳定层形成步骤中，所述Cu稳定层被形成为与所述金属基底的所述导电层的暴露部分接触并且与所述导电层导电。
7.根据权利要求6所述的制造氧化物超导薄膜线材的方法，其中，所述导电层暴露步骤是形成从纵切的所述层叠体的表面延伸至所述金属基底的所述导电层的至少一个通孔的导电层暴露步骤，以及
在所述Cu稳定层形成步骤中，所述Cu稳定层被形成为通过所述通孔与所述金属基底的所述导电层接触并且与所述金属基底的所述导电层导电。
8.根据权利要求6所述的制造氧化物超导薄膜线材的方法，其中，所述导电层暴露步骤是从纵切的所述层叠体和所述金属基底的侧端面暴露所述金属基底的所述Cu层的至少一部分的导电层暴露步骤，以及
所述Cu稳定层形成步骤是形成所述Cu稳定层使得所述Cu稳定层围绕所述层叠体和所述金属基底以实现所述金属基底的所述Cu层的暴露部分和所述Cu稳定层之间的导电的Cu稳定层形成步骤。
9.根据权利要求8所述的制造氧化物超导薄膜线材的方法，其中，在所述导电层暴露步骤中，抛光纵切的所述层叠体和所述金属基底的侧端面以暴露所述金属基底的所述Cu层的至少一部分。
10.一种制造氧化物超导薄膜线材的方法，所述方法包括：
层叠体形成步骤，用于通过从宽的金属基底依次在所述金属基底上形成缓冲层和氧化物超导层，来形成层叠体，所述金属基底包括支撑基材和导电层，所述导电层位于所述支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层；
纵切步骤，用于将所述金属基底和所述层叠体切成预定宽度；
导电层暴露步骤，用于形成从纵切的所述层叠体的表面延伸至所述金属基底的所述导电层的至少一个通孔；
Ag稳定层形成步骤，用于在所述层叠体上形成Ag稳定层；以及
Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得所述Cu稳定层围绕所述金属基底和已经形成有所述Ag稳定层的所述层叠体，
其中，在所述Ag稳定层形成步骤中，所述Ag稳定层被形成为通过所述通孔与所述金属基底的所述导电层接触并且与所述金属基底的所述导电层导电。
11.一种制造氧化物超导薄膜线材的方法，所述方法包括：
层叠体形成步骤，用于通过从宽的金属基底依次在所述金属基底上形成缓冲层和氧化物超导层，来形成层叠体，所述金属基底包括支撑基材和导电层，所述导电层位于所述支撑基材上并且包括用作内层的Cu层和双轴取向的表面层；
纵切步骤，用于将所述金属基底和所述层叠体切成预定宽度；
导电层暴露步骤，用于从纵切的所述层叠体和所述金属基底的侧端面暴露所述金属基底的所述Cu层的至少一部分；
Ag稳定层形成步骤，用于在所述层叠体和所述金属基底上形成Ag稳定层；以及
Cu稳定层形成步骤，用于形成Cu稳定层，使得所述Cu稳定层进一步围绕所述层叠体和已经形成有所述Ag稳定层的所述金属基底，
其中，在所述Ag稳定层形成步骤中，所述Ag稳定层被形成为使得所述Ag稳定层围绕所述层叠体和所述金属基底以实现所述金属基底的所述Cu层的暴露部分和所述Ag稳定层之间的导电。
12.根据权利要求11所述的制造氧化物超导薄膜线材的方法，其中，在所述导电层暴露步骤中，抛光纵切的所述层叠体和所述金属基底的侧端面以暴露所述金属基底的所述Cu层的至少一部分。
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