CN106537523B - 超导线材 - Google Patents

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Abstract

超导线材(10)包含：基板(1)，所述基板(1)具有第一主面(1a)和与所述第一主面(1a)相反的第二主面(1b)；和超导材料层(5)，所述超导材料层(5)设置在所述基板(1)的所述第一主面(1a)上。所述超导材料层(5)以在所述基板(1)的宽度方向上覆盖所述基板(1)的侧面的至少一部分的方式设置。

Description

超导线材
技术领域
本发明涉及超导线材，更具体地，涉及在基板上形成有超导材料层的超导线材。
背景技术
近年来，在金属基板上形成有超导材料层的超导线材的开发已经在进行中。特别地，引人注目的是包含由氧化物超导体制成的超导材料层的氧化物超导线材，所述氧化物超导体是转变温度在液氮温度以上的高温超导体。
这种氧化物超导线材通常通过如下制造：在取向性的金属基板上形成中间层，在所述中间层上形成氧化物超导材料层，并进一步形成银(Ag)或铜(Cu)的稳定化层(参见例如日本特开2013-12406号公报(专利文献1))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-12406号公报
发明内容
技术问题
以上述方式构造的超导线材具有在金属基板上形成有由中间层和超导材料层构成的陶瓷层的多层结构。当将这种超导线材冷却至临界温度时，金属基板与陶瓷层之间的热膨胀系数差异在所述多层结构中引起要从金属层向陶瓷层施加的拉伸应力。然而，陶瓷层不能随拉伸应力伸展。因此，金属基板与陶瓷层之间的界面处的结合强度降低，导致在陶瓷层的边缘部分处发生局部剥离的问题。由此，在超导材料层的一部分中，容易发生破损、变形等，从而导致超导特性的劣化。
本发明的目的是通过抑制超导材料层的局部剥离而提供一种具有稳定的超导特性的超导线材。
技术方案
根据本发明一个方面的超导线材包含：具有第一主面和与所述第一主面相反的第二主面的基板；和在所述基板的所述第一主面上设置的超导材料层。所述超导材料层被设置为覆盖在所述基板的宽度方向上的所述基板的侧面的至少一部分。
有益效果
根据上述，在基板上形成有超导材料层的超导线材中，能够抑制超导材料层的局部剥离。以此方式，能够实现具有稳定的超导特性的超导线材。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。
图2是示出第一实施方式中的多层堆叠体的构造的示意性横截面图。
图3是示出第一实施方式中的超导线材的制造方法的流程图。
图4是用于说明第一实施方式中的超导线材的制造方法的示意性横截面图。
图5是用于说明第一实施方式中的超导线材的制造方法的示意性横截面图。
图6是用于说明第一实施方式中的超导线材的制造方法的示意性横截面图。
图7是用于说明第一实施方式中的超导线材的制造方法的示意性横截面图。
图8是示出用于细线化步骤的分切机(slitter)的构造的示意图。
图9是用于说明使用图8中所示的分切机进行机械分切的示意图。
图10是示出通过图9中的机械分切而得到的细线b和细线c的各自构造的示意图。
图11是示出在细线化步骤后的多层堆叠体的构造的示意性横截面图。
图12是示出图9中的细线a的构造的示意性横截面图。
图13是示出本发明第二实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。
图14是示出本发明第三实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。
图15是示出第三实施方式中的超导线材的另一种构造的示意性横截面图。
图16是示出第三实施方式中的超导线材的制造方法的另一种实例的流程图。
图17是示出通过机械分切进行细线化后的基板的构造的示意性横截面图。
图18是示出本发明第四实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。
图19是示出第四实施方式中的超导线材的制造方法的流程图。
图20是示出本发明第五实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。
图21是示出第五实施方式中的超导线材的制造方法的流程图。
具体实施方式
[本发明实施方式的说明]
首先，将逐一对本发明的方面进行描述。
(1)根据本发明一方面的超导线材包含：具有第一主面和与所述第一主面相反的第二主面的基板；和在所述基板的所述第一主面上设置的超导材料层。所述超导材料层被设置为覆盖在所述基板的宽度方向上的所述基板的侧面的至少一部分。
关于仅在基板的第一主面上配置有超导材料层的常规超导线材，当冷却到临界温度时，由于由金属制成的基板的热膨胀系数大于由陶瓷材料制成的超导材料层的热膨胀系数的事实，从基板向超导材料层施加拉伸应力，因此超导材料层的在宽度方向上的端部可能剥离。因此，超导材料层容易发生破损、变形等，从而导致超导特性劣化的可能性。
在上述(1)的超导线材中，超导材料层直接设置在基板的第一主面上或者在第一主面与超导材料层之间设置有中间层的条件下间接设置在基板的第一主面上。超导材料层覆盖基板的第一主面和至少一部分侧面，因此能够增加在宽度方向上的端部处的基板与超导材料层之间的结合强度。因此，在冷却时陶瓷层的收缩与基板的收缩的一致性提高。因此，能够防止超导材料层从基板剥离。因此，能够防止超导材料层的破损和变形，从而能够抑制超导特性的劣化。
(2)关于上述(1)的超导线材，优选沿着在超导线材延伸的方向上的所述超导线材的至少一部分，所述超导材料层被设置为完全覆盖所述基板的侧面。由此，能够在宽度方向上的端部处增加基板与超导材料层结合的结合面积，因此能够进一步提高基板与超导材料层之间的结合强度。因此，冷却时超导材料层的收缩与基板的收缩的一致性提高，从而能够可靠地防止超导材料层从基板的剥离。
(3)关于上述(1)或(2)的超导线材，优选沿着在超导线材延伸的方向上的所述超导线材的至少一部分，所述超导材料层形成为覆盖所述基板的侧面并延伸到第二主面的至少一部分上。由此，能够在宽度方向上的端部处增加基板与超导材料层结合的结合面积，因此能够进一步提高基板与超导材料层之间的结合强度。因此，冷却时超导材料层的收缩与基板的收缩的一致性提高，从而能够可靠地防止超导材料层从基板的剥离。
(4)对于上述(1)～(3)中任一项所述的超导线材，优选所述基板的所述第一主面包括曲面状部分。因此，与具有平面主面的基板相比，第一主面的表面积增加。因此，能够增加基板与超导材料层之间的界面处的结合面积。因此，能够进一步提高基板与超导材料层之间的界面处的结合强度。
(5)关于上述(4)的超导线材，优选地，所述曲面状部分位于所述基板的所述第一主面的在所述基板的宽度方向上的端部。在超导材料层的宽度方向上的端部是其中由于在冷却时从基板施加的拉伸应力而容易发生剥离的区域。基板在宽度方向上的端部能够弯曲，从而有效增加端部处的超导材料层与基板之间的结合强度。因此，能够更可靠地防止超导材料层从基板剥离。
(6)关于上述(1)～(5)中任一项的超导线材，优选地，位于所述基板侧面上部的所述超导材料层的厚度不小于0.5μm且不大于5μm。因此，能够确保在冷却时超导材料层的收缩与基板的收缩的一致性，因此能够防止超导材料层的破损。
(7)关于上述(1)～(6)中任一项的超导线材，优选地，所述超导线材还包含在所述基板的第一主面与所述超导材料层之间设置的中间层。所述中间层被设置为覆盖所述基板的所述侧面的至少一部分。由此，也能够在基板的侧面上改进超导材料层的取向性。此外，能够增加中间层与基板之间的界面处的结合强度，因此能够防止中间层从基板剥离。因此，能够抑制超导材料层的破损和变形。
(8)对于上述(1)～(7)中任一项的超导线材，优选地，所述超导材料层是由氧化物超导材料制成的。由此，能够防止超导材料层的局部剥离，因此能够实现具有稳定的超导特性的超导线材。
[本发明实施方式的细节]
下文中，将基于附图对本发明的实施方式进行描述。在下面的附图中，相同或相应的部分用相同的参考编号表示，并且其说明将不重复。
<第一实施方式>
超导线材的构造
图1是示出本发明第一实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。图1示出了在与第一实施方式中的超导线材10延伸的方向交叉的方向上的横截面。因此，与图的平面交叉的方向是超导线材的纵向方向，且超导材料层5中的超导电流在与图的平面交叉的方向上流动。此外，在图1和后续图中的示意性横截面图中，为了容易识别附图，将矩形横截面的上下方向(下文中也称作“厚度方向”)上的尺寸与左右方向(下文中也称作“宽度方向”)上的尺寸之间的差异显示为小的。然而，实际上，在横截面厚度方向上的尺寸远小于在横截面宽度方向上的尺寸。
参照图1，第一实施方式中的超导线材10具有有着矩形横截面的长形状(带状)，并且线的在长形状的纵向方向上延伸的相对更大的表面在本文中被定义为主面。超导线材10包含基板1、中间层3、超导材料层5、保护层7和稳定化层9。
基板1具有第一主面1a和第二主面1b。第二主面1b位于第一主面1a的相反侧。基板1还具有第一侧面1c和与第一侧面1c相反的第二侧面1d。优选地，基板1例如由金属制成并且具有有着矩形横截面的长形状(带状)。对于要卷绕成线圈形状的超导线材，优选地，基板1延伸大约2km的长距离。
更优选地，将取向性的金属基板用作基板1。取向性的金属基板是指其中晶体取向在基板表面的平面中在两个轴方向上对准的基板。对于取向性的金属基板，优选使用例如选自如下的至少两种金属的合金：镍(Ni)、铜(Cu)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、铁(Fe)、钯(Pd)、银(Ag)和金(Au)。这些金属和其它金属或合金可以堆叠在一起。例如，也可以使用诸如作为高强度材料的SUS的合金。基板1的材料不限于上述材料，并且例如可以使用金属以外的任何材料。
超导线材10在宽度方向上的尺寸例如为约4mm～10mm。为了提高在超导线材10中流动的电流的密度，优选基板1的横截面面积更小。然而，基板1的厚度过薄(在图1中的上下方向上)会导致基板1的强度的劣化。因此，基板1的厚度优选为约0.1mm。
中间层3形成在基板1的第一主面1a上。超导材料层5形成在中间层3的与面向基板1的主面相反侧的主面(图1中的上主面)上。即，在中间层3位于超导材料层5与基板1之间的条件下将超导材料层5配置在基板1的第一主面1a上。形成中间层3的材料例如优选为氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化铈(CeO2)、氧化镁(MgO)、氧化钇(Y2O3)和钛酸锶(SrTiO3)。这些材料对超导材料层5具有极低的反应性，并且即使在与超导材料层5邻接的边界处也不会使超导材料层5的超导特性劣化。特别地，在其中使用金属作为形成基板1的材料的情况中，中间层能够发挥减轻超导材料层5与在表面中具有结晶取向性的基板1之间的取向性的差异的功能，由此在高温下形成超导材料层5期间，防止金属原子从基板1逃逸到超导材料层5中。形成中间层3的材料不特别限于上述材料。
中间层3可以由多个层构成。在中间层3由多个层构成的情况中，构成中间层3的层可以由彼此不同的各个材料形成，或构成中间层3的层中的一部分可以由相同的材料构成。
超导材料层5是超导线材10中的薄膜层，并且超导电流在该超导材料层5中流动。虽然超导材料没有特别限制，但超导材料例如优选为RE-123系氧化物超导体。RE-123系氧化物超导体是指由REBa2Cu3Oy(y为6～8，更优选6.8～7，且RE代表钇或稀土元素如Gd、Sm、Ho等)表示的超导体。为了提高在超导材料层5中流动的超导电流的值，超导材料层5优选具有0.5μm～10μm的厚度。
保护层7形成在超导材料层5的与面向中间层3的主面相反侧的主面(图1中的上主面)上。优选地，保护层7例如由银(Ag)或银合金制成，并且具有不小于0.1μm且不大于50μm的厚度。
上述基板1、中间层3、超导材料层5和保护层7构成多层堆叠体20。稳定化层9被配置为覆盖多层堆叠体20的周边。在本实施方式中，稳定化层9被配置为覆盖多层堆叠体20的外周边，即基本覆盖多层堆叠体20的整个最外表面。应注意，本发明的“多层堆叠体的周边”不限于整个周边，而是可以仅是多层堆叠体的主面。
稳定化层9由高导电性的金属箔或镀层等形成。超导材料层5从超导状态转变为正常导电状态时，稳定化层9与保护层7一起充当超导材料层5中的电流换向的旁路。形成稳定化层9的材料例如优选为铜(Cu)或铜合金等。尽管稳定化层9的厚度没有特别限制，但是为了物理保护保护层7和超导材料层5，所述厚度优选为10μm～500μm。
图2是示出第一实施方式中的多层堆叠体20的构造的示意性横截面图。图2示出了在与第一实施方式中的超导线材10延伸的方向交叉的方向上的横截面。
参照图2，多层堆叠体20中的中间层3、超导材料层5和保护层7被设置为覆盖在基板1的宽度方向(图2中的左右方向)上的基板1的侧面的至少一部分。在本实施方式中，中间层3、超导材料层5和保护层7被设置为覆盖基板1的整个第一主面1a且覆盖基板1的第一侧面1c和第二侧面1d各自的一部分。
与其中中间层3、超导材料层5和保护层7仅覆盖基板1的第一主面1a的常规超导线材相比，这种构造能够增大金属基板1与由中间层3和超导材料层5构成的陶瓷层之间的界面处的结合面积。因此，能够提高基板1与陶瓷层之间的界面处的结合强度。
当将在金属基板上形成有陶瓷层的超导线材冷却到临界温度时，由于金属基板的热膨胀系数大于陶瓷层的热膨胀系数的事实而在金属基板与陶瓷层之间产生应力。具体地，当超导线材被冷却时，线中的各个层收缩。此时，由于超导材料层和中间层各自是陶瓷层并且热膨胀系数小于金属基板的事实，陶瓷层的收缩与金属基板的收缩不一致，由此压缩应力被施加到陶瓷层。因此，超导材料层和/或中间层特别地在超导材料层和中间层的宽度方向上的端部处发生剥离。因此，超导材料层容易发生破损、变形等，从而导致超导特性劣化的可能性。
在第一实施方式的超导线材10中，由超导材料层5和中间层3构成的陶瓷层覆盖基板1的各个侧面的至少一部分，因此基板1与陶瓷层之间的结合强度能够在宽度方向上的端部处增加。因此，在冷却时陶瓷层的收缩与基板1的收缩的一致性提高，因此能够防止超导材料层5和中间层3从基板1剥离。因此，能够防止超导体材料层5的破损和变形，由此能够抑制超导特性的劣化。
位于基板1的主面1a上部的超导材料层5具有厚度W1并且位于基板1的侧面1c、1d上部的超导材料层5具有厚度W2。优选地，厚度W2等于或小于厚度W1(W2≤W1)。如果厚度W2大于厚度W1，则当超导线材10冷却时，位于基板1的侧面1c、1d上的超导材料层5的收缩与基板1的收缩的一致性容易不足，导致从基板1向超导材料层5施加的拉伸应力大。因此，在位于基板1的第一主面1a上部的超导材料层5与位于侧面上部的超导材料层5之间的边界(对应图2中的区域II)处，超导材料层5可能破损。相反，如果厚度W2远小于厚度W1，则位于基板1的侧面1c、1d上部的超导材料层5的强度显著小于位于基板的第一主面1a上部的超导材料层5的强度。因此，在位于基板1的侧面1c、1d上部的超导材料层5的底部(对应图2中的区域I)，超导材料层5可能破损。为了防止超导材料层5的这种破损，例如在厚度W1为0.5μm～10μm的条件下，优选厚度W2为不小于0.5μm且不大于5μm。
此外，在第一实施方式中，位于基板1的侧面上部的中间层3和超导材料层5可以形成在基板1的第一侧面1c和第二侧面1d中的两个或一个上。换句话说，中间层3和超导材料层5可以设置为覆盖第一侧面1c和第二侧面1d中的至少一个。与常规超导线材相比，这种构造能够增大基板1与陶瓷层之间的界面处的结合面积，因此使得能够提高界面处的结合强度。
超导线材的制造方法
接下来，参照图3～图8，将对第一实施方式中的超导线材的制造方法进行说明。在下文中，通过实例，将结合使用多层堆叠体20制造超导线材10的方法对本实施方式进行具体描述，所述多层堆叠体20被制作成具有30mm的宽度，并且进行细线化而由此具有4mm的宽度。
图3是示出第一实施方式中的超导线材的制造方法的流程图。参照图3，首先实施基板准备步骤(S10)。具体地，参照图4，准备由取向性的金属基板形成且具有宽度为30mm的带形状的基板1。基板1具有第一主面1a和位于与第一主面1a相反侧的第二主面1b。基板1的厚度可以适当调节以满足任何目的，并且通常能够在10μm～500μm的范围内。例如，基板1的厚度为约100μm。
接着，实施在基板1上形成中间层3的中间层形成步骤(图3中的S20)。具体地，参照图5，在基板1的第一主面1a上形成中间层3。作为形成中间层3的方法，可以使用任意方法。例如，可以使用诸如脉冲激光沉积(PLD)法的物理气相沉积法。
接着，实施在中间层3上形成超导材料层5的超导材料层形成步骤(图3中的S30)。具体地，参照图6，在中间层3的与面向基板1的主面相反侧的主面(图6中的上主面)上形成由RE-123系氧化物超导体制成的超导材料层5。作为形成超导材料层5的方法，可以使用任意方法。例如，可以使用气相法、液相法或它们的组合来形成层。气相法的实例是激光气相沉积法、溅射法、电子束气相沉积法等。该步骤能够通过激光气相沉积法、溅射法、电子束法和有机金属沉积法中的至少一种来实施，从而形成具有晶体取向性和表面平滑性优异的表面的超导材料层5。
接着，实施在超导材料层5上形成保护层7的保护层形成步骤(图3中的S40)。具体地，参照图7，例如通过物理气相沉积法如溅射、电镀法等，在超导材料层5的与面向中间层3的主面相反侧的主面(图7中的上主面)上形成由银(Ag)或银合金制成的保护层7。能够形成保护层7来保护超导材料层5的表面。此后，实施氧退火，即在氧气环境中的加热(氧引入步骤)，以将氧引入超导材料层5中。通过上述步骤，形成在宽度方向上的尺寸为约30mm的多层堆叠体20。
接下来，实施将宽度为30mm的多层堆叠体20切割成各自具有预定宽度(例如，4mm)的多层堆叠体20的细线化步骤(图3中的S50)。具体地，如图8所示，实施机械分切，即用旋转刀片对宽度为30mm的多层堆叠体20进行机械切割，从而从多层堆叠体20制造宽度各自为4mm的细线。图8示意性示出了用于细线化步骤的分切机30的构造。在图8中的右侧，示出了通过分切机30进行分切的多层堆叠体20的构造。在多层堆叠体20中，在基板1上依次叠置中间层3、超导材料层5和保护层7。
参照图8，分切机30包含多个旋转刀片31和多个间隔件32。在本实施方式中，分切机30例如总共包含11个旋转刀片31。在分切机30的上旋转轴上，配置有宽度各自为约1mm的五个较窄的旋转刀片31。在旋转轴方向上的彼此相邻的旋转刀片31之间，设置间隔件32。同时，在分切机30的下旋转轴上，配置有宽度各自为约4mm的六个较宽的旋转刀片31。利用以此方式配置的旋转刀片31，从基板1侧向多层堆叠体20施加较宽的旋转刀片31，且从保护层7侧向多层堆叠体20施加较宽的旋转刀片31。因此，能够获得总共6条各自具有4mm宽度的细线。
图9是用于说明用图8中所示的分切机30进行机械分切的示意图。在图9中的右侧，示出了通过分切机30进行分切的多层堆叠体20的构造。在多层堆叠体20中，中间层3、超导材料层5和保护层7依次叠置在基板1上。
参照图9，保护层7面朝上的多层堆叠体20的机械分切产生细线a～g。虽然用于实际机械分切的旋转刀片之间的间隙是觉察不到得细，但为了便于理解，将图9中所示的间隙夸张为更大而示出。
机械分切是利用上旋转刀片31和相反的下旋转刀片31通过剪切进行的切割。具体地，上旋转刀片31从保护层7侧提供分切以形成细线c、e、g，而下旋转刀片31从基板1侧提供分切以形成细线b、d、f。另外，在分切机30的旋转轴方向上的端部形成细线a。
对于得到的细线a～g中的每个，边缘部分根据旋转刀片31的施加方向(分切方向)弯曲。具体地，关于用上部旋转刀片31从保护层7侧分切而制造的细线c、e、g，基板1在边缘部分处朝向保护层7侧弯曲。相反，关于用下旋转刀片31从基板1侧分切而制造的细线b、d、f，保护层7和陶瓷层在边缘部分处朝向基板1侧弯曲。
图10是示出通过图9中所示的机械分切而得到的细线b和细线c的各自构造的示意图。参照图10，在利用从保护层7侧向基板1侧施加的上旋转刀片31进行分切的情况中，细线c的边缘部分朝保护层7侧弯曲。在这种情况中，保护层7和陶瓷层在宽度方向受到压缩，如图10中虚线表示的箭头所示的。相反，在利用从基板1侧向保护层7侧施加的下旋转刀片31进行分切的情况中，细线b的边缘部分朝基板1侧弯曲。在这种情况中，保护层7和陶瓷层的边缘部分朝向基板1侧拉伸，如图10中实线表示的箭头所示的。关于细线b，陶瓷层和保护层的朝向基板1侧拉伸的边缘部分在基板1的侧面的至少一部分处重叠。因此，形成如图2中所示的多层堆叠体20。
对于细线b、d、f中的每个，实际上，基板1的侧面的上部覆盖的陶瓷层和保护层的边缘部分的厚度在从基板1的第一主面1a到第二主面1b的方向上逐渐减小，如图11中所示的。例如，基板1的侧面的上部覆盖的陶瓷层和保护层7的厚度可通过调节分切机30的上旋转刀片31与相反的下旋转刀片31之间的间隙或调节上旋转刀片31与相反的下旋转刀片31的重叠来改变，如同在旋转轴的方向上所看见的。
在第一实施方式中，如图8中所示，机械分切使用具有预定线宽度(例如4mm)的旋转刀片31作为要从基板1侧施加的旋转刀片31，并且还使用较窄的旋转刀片31作为要从保护层7侧施加的旋转刀片31。以此方式，能够增加通过从基板1侧分切而获得的细线(图9中的细线b、d、f)的数量。
图12是示出图9中的细线a的构造的示意性横截面图。细线a是在分切机30的旋转轴的方向上的端部处形成的细线。参照图12，在多层堆叠体20中，中间层3、超导材料层5和保护层7被设置为完全覆盖基板1的第一主面1a并覆盖基板1的第一侧面1c。应注意，中间层3、超导材料层5和保护层7形成为覆盖基板1的第一侧面1c并延伸到第二主面1b的至少一部分上。这是由于以下原因。在中间层形成步骤、超导材料层形成步骤和保护层形成步骤(图3中的S20、S30、S40)中，在基板1的第一主面1a上依次形成中间层3、超导材料层5和保护层7，并且除了第一主面1a之外，在侧面1c、1d上也形成这些层。
这种构造能够增大细线a如细线b、d、f的基板1和陶瓷层之间的界面处的结合面积(图9)，因此能够提高界面的结合强度。因此，在冷却时陶瓷层的收缩与基板1的收缩的一致性提高，因此能够防止超导材料层5和中间层3从基板1剥离。
再次参照图3，最后实施在已经进行了细线化的多层堆叠体20的周边上形成稳定化层9的稳定化层形成步骤(图3中的S60)。具体地，通过已知的镀覆形成由铜(Cu)或铜合金制成的稳定化层9，以覆盖多层堆叠体20的外周边，即基本覆盖多层堆叠体20的整个最外表面。形成稳定化层9的方法可以是除镀覆外的铜箔的粘结。通过上述步骤，制造图1所示的第一实施方式中的超导线材10。
<第二实施方式>
图13是示出本发明第二实施方式中的超导线材10的构造的示意性横截面图。图13示出了在与第二实施方式中的超导线材10延伸的方向交叉的方向上的横截面。
参照图13，第二实施方式中的超导线材10具有与如上所述的第一实施方式中的超导线材10的构造基本类似的构造。然而，第二实施方式中的超导线材10与第一实施方式中的超导线材10的不同之处在于，在第二实施方式中中间层3、超导材料层5和保护层7被设置为完全覆盖基板1的侧面1c、1d。
在第二实施方式中，由超导材料层5和中间层3制成的陶瓷层完全覆盖基板1的侧面，因此在宽度方向上的端部处的基板1与陶瓷层之间的结合强度能够进一步增加。因此，在冷却时陶瓷层的收缩与基板1的收缩的一致性提高。因此，能够可靠地防止超导材料层5和中间层3从基板1的剥离。因此，能够防止超导材料层5的破损和变形并由此能够抑制超导特性的劣化。只要陶瓷层沿着超导线材10的在纵向方向上的至少一部分完全覆盖基板1的侧面，则能够增加基板1与陶瓷层之间的结合强度。
第二实施方式中的超导线材的制造方法基本上与上面参考图3～8描述的第一实施方式中的超导线材的制造方法类似。然而，第二实施方式与第一实施方式在细线化步骤(图3中的S50，图8)中的机械分切的条件方面不同。具体地，在分切机30(图8)中，上旋转刀片31与相反的下旋转刀片31之间的间隙、从旋转轴方向观察时上旋转刀片31与下旋转刀片31的重叠、以及旋转刀片31的旋转速度中的至少一者与第一实施方式不同。例如，在第二实施方式中，能够使上旋转刀片31与相反的下旋转刀片31之间的间隙大于第一实施方式的间隙，以增加覆盖基板1的侧面的陶瓷层的面积。因此，能够使用用于细线化步骤的条件来调节覆盖基板1的侧面的陶瓷层的形状。
<第三实施方式>
图14是示出本发明第三实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。图14示出了在与第三实施方式中的超导线材延伸的方向交叉的方向上的横截面。
参照图14，第三实施方式中的超导线材10具有与如上所述的第一实施方式中的超导线材10的构造基本类似的构造。然而，第三实施方式中的超导线材10与第一实施方式中的超导线材10的不同之处在于，基板1的第一主面1a包括曲面状部分。例如，曲面状部分具有朝向中间层3侧弯曲的凸起形状，并且第一主面1a整体弯曲，如图14中所示的。
在第三实施方式中，基板1的第一主面1a具有曲面状部分，因此与具有平面的第一主面1a的基板1相比，能够增加第一主面1a的表面积。此外，由中间层3和超导材料层5构成的陶瓷层形成为完全覆盖具有曲面状部分的第一主面1a，因此能够增加在基板1与陶瓷层之间的界面处的结合面积。因此，能够进一步提高基板1与陶瓷层之间的界面处的结合强度。因此，即使当超导线材10被冷却时从基板1施加拉伸应力时，也能够可靠地防止超导材料层5和中间层3从基板1剥离。
关于曲面状部分，第一主面1a可以如图14中所示的整体弯曲，或者第一主面1a可以部分弯曲。此外，曲面状部分可以是朝向中间层3侧弯曲的凸形形状，或者是朝向第二主面1b侧弯曲的凹形形状。
此外，在图15中所示的第三实施方式中，优选基板1的第一主面1a在基板1的宽度方向的端部处弯曲。陶瓷层的在宽度方向上的端部是由于从基板1施加的拉伸应力而容易剥离的区域。基板1的在宽度方向上的端部可以弯曲，从而有效地提高基板1与陶瓷层之间的在宽度方向上的端部处的结合强度。因此，能够更可靠地防止超导材料层5和中间层3从基板1的剥离。
在图14和图15中将覆盖多层堆叠体20的周边的稳定化层9例示为形成与超导线材10的纵向方向垂直的矩形横截面。然而，稳定化层9的横截面形状可以是不同于矩形的任意形状。例如，稳定化层9的横截面形状可以是与多层堆叠体20的横截面形状一致的凸形形状。
第三实施方式中的超导线材的制造方法基本上与上面参考图3～8描述的第一实施方式中的超导线材的制造方法类似。然而，第三实施方式与第一实施方式在细线化步骤(图3中的S50，图8)中的机械分切的条件方面不同。具体地，如图9和图10中所示的，在用从基板1侧向保护层7侧施加的下旋转刀片31进行分切的情况中，细线的边缘部分朝向基板1侧弯曲。此时，基板1的边缘部分与保护层7和陶瓷层的边缘部分一起朝向基板1侧拉伸。因此，基板1的第一主面1a的曲面状部分形成为朝向中间层3侧弯曲的凸形形状，如图14中所示的。凸形形状的曲率半径能够通过调节机械分切的条件(例如上旋转刀片31与相反的下旋转刀片31之间的间隙、上刀片31和下刀片的重叠、以及旋转刀片31的旋转速度)来调节。
或者，与第一实施方式中的超导线材的制造方法不同，在第三实施方式中的超导线材的制造方法中，可以形成具有第一主面1a的曲面状部分的基板1，之后可将中间层3、超导材料层5和保护层7依次叠置在基板1上。
图16是示出第三实施方式中的超导线材的制造方法的另一实例的流程图。在下文中，通过实例，将结合使用经历了细线化而宽度为4mm的基板1制造超导线材10的方法，对本实施方式进行具体说明。
参照图16，首先实施基板准备步骤(S10)。具体地，准备由取向性的金属基板形成且具有宽度宽(大约12mm～40mm)的带形状的基板1。基板1的厚度可以适当调节以满足任何目的，并且通常可在10μm～500μm的范围内。例如，基板1的厚度为约100μm。
接下来，实施将宽基板1切割成各自具有预定宽度(例如，4mm)的线的细线化步骤(图16中的S50)。具体地，进行机械分切，即用旋转刀片对宽基板1进行机械分切，从而从基板1制造4mm宽的细线。可通过图8中所示的分切机30进行机械分切来形成如图17中所示的基板1的第一主面1a的曲面状部分。
具体地，根据旋转刀片被施加到基板1的方向(分切方向)，机械分切引起细线的边缘部分朝向第一主面1a侧或第二主面1b侧弯曲。例如，在利用在从第二主面1b侧向第一主面1a侧的方向上施加的旋转刀片进行分切的情况中，基板1的边缘部分朝向第二主面1b侧弯曲。相反，在利用在从第一主面1a侧向第二主面1b侧的方向上施加的旋转刀片进行分切的情况中，基板1的边缘部分朝向第一主面1a侧弯曲。图17是示出通过机械分切进行细线化之后的基板1的构造的示意性横截面图。通过利用在从第二主面1b侧向第一主面1a侧的方向上施加的旋转刀片进行分切，得到图17中所示的基板1。
返回参照图16，在已经进行了细线化的基板1上，依次先后实施中间层形成步骤(S20)、超导材料层形成步骤(S30)和保护层形成步骤(S40)。与第一实施方式中的相应步骤类似地实施中间层形成步骤、超导材料层形成步骤和保护层形成步骤。即，中间层3、超导材料层5和保护层7被形成为完全覆盖包括曲面状部分的第一主面1a并且至少部分覆盖侧面1c、1d。最后，实施稳定化层形成步骤(S60)以在多层堆叠体20的周边上形成稳定化层9，由此完成图14中所示的第三实施方式中的超导线材10。
在第三实施方式中，在细线化步骤(图16中的S50)中将宽基板1切割成各自具有期望宽度的基板之后，可以将切割的基板1加工成具有第一主面1a的曲面状部分。
<第四实施方式>
图18是示出本发明的第四实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。图18示出了在与第四实施方式中的超导线材延伸的方向交叉的方向上的横截面。
参照图18，第四实施方式中的超导线材10具有与如上所述的第一实施方式中的超导线材10的构造基本类似的构造。然而，第四实施方式中的超导线材10与第一实施方式中的超导线材10的不同之处在于中间层3、超导材料层5和保护层7被形成为覆盖基板1的各个侧面1c、1d并延伸到第二主面1b的至少一部分上。
在第四实施方式中，由超导材料层5和中间层3构成的陶瓷层完全覆盖基板1的侧面并且至少部分地覆盖第二主面1b。因此，能够进一步提高基板1与陶瓷层之间的在宽度方向上的端部处的结合强度。因此，在冷却时陶瓷层的收缩与基板1的收缩的一致性提高。因此，能够可靠地防止超导材料层5和中间层3从基板1的剥离。因此，能够防止超导材料层5的破损和变形并由此能够抑制超导特性的劣化。只要陶瓷层沿着超导线材10的在纵向方向上的至少一部分至少部分地覆盖基板1的第二主面1b，就能够增加基板1与陶瓷层之间的结合强度。
第四实施方式中的超导线材10的制造方法基本上与上述的第一实施方式中的超导线材的制造方法类似。然而，第四实施方式与第一实施方式的不同之处在于，前者不包括细线化步骤。图19是示出第四实施方式中的超导线材的制造方法的流程图。参照图19，首先实施基板准备步骤(S10)。具体地，准备由取向性的金属基板形成且具有有着期望宽度(例如4mm)的带形状的基板1。如图18中所示的，基板1具有第一主面1a、位于与第一主面1a相反侧的第二主面1b、第一侧面1c、和位于与第一侧面1c相反侧的第二侧面1d。
接下来，依次实施中间层形成步骤(S20)、超导材料层形成步骤(S30)和保护层形成步骤(S40)。与第一实施方式中的相应步骤类似地实施中间层形成步骤、超导材料层形成步骤和保护层形成步骤。在超导材料层5上形成保护层7之后，进行氧退火以形成在宽度方向上的尺寸为约4mm的多层堆叠体20。
在该多层堆叠体20中，如图18中所示的，中间层3、超导材料层5和保护层7各自被形成为覆盖基板1的侧面1c、1d并延伸到第二主面1b的至少一部分上。这是由于以下原因。在中间层形成步骤、超导材料层形成步骤和保护层形成步骤中，在基板1的第一主面1a上依次形成中间层3、超导材料层5和保护层7，并且除了第一主面1a之外，在侧面1c、1d上也形成这些层。
最后，在稳定化层形成步骤(S60)中，在多层堆叠体20的周边上形成稳定化层9，由此完成图18中所示的第四实施方式中的超导线材10。
<第五实施方式>
图20是示出本发明第五实施方式中的超导线材的构造的示意性横截面图。图20示出了在与第五实施方式中的超导线材延伸的方向交叉的方向上的横截面。
参照图20，第五实施方式中的超导线材10具有与如上所述的第一实施方式中的超导线材10的构造基本类似的构造。然而，第五实施方式中的超导线材10与第一实施方式中的超导线材10的不同之处在于，在多层堆叠体20的周边上形成保护层，而不是稳定化层9。
在第五实施方式中，保护层8被设置为覆盖由基板1、中间层3、超导材料层5和保护层7构成的多层堆叠体20的外周边，即基本覆盖多层堆叠体20的整个最外表面。优选地，该保护层8例如是由银(Ag)或银合金制成且厚度为约0.1μm～50μm的薄膜。在下文中，在多层堆叠体20中包括的保护层7也被称为“第一保护层”，并且覆盖多层堆叠体20的外周边的保护层8也被称为“第二保护层”。
图21是示出第五实施方式中的超导线材的制造方法的流程图。参照图21，第五实施方式中的超导线材的制造方法基本上与上面参考图3～8描述的第一实施方式中的超导线材的制造方法类似。然而，第五实施方式与第一实施方式的不同之处在于，前者包括第一保护层形成步骤(S45)和第二保护层形成步骤(S70)来代替保护层形成步骤(图3中的S40)和稳定化层形成步骤(图3中的S60)。具体地，与第一实施方式中的保护层形成步骤(图3中的S40)类似，在第一保护层形成步骤(S45)中，例如通过物理气相沉积法、电镀法等在超导材料层5的与面向中间层3的主面相反侧的主面上形成由银(Ag)或银合金制成的保护层7。
在第二保护层形成步骤(S70)中，例如通过物理气相沉积法、电镀法等形成由银(Ag)或银合金制成的保护层8(第二保护层)，从而覆盖已经经历了细线化的多层堆叠体20的外周边，即基本上覆盖多层堆叠体20的整个最外表面。通过上述步骤，制造图20中所示的第五实施方式中的超导线材10。
在第五实施方式中，由铜或铜合金制成的稳定化层可以设置为进一步覆盖第二保护层8的外周边，即基本覆盖第二保护层8的整个最外表面。在第二保护层8的外周边上设置有稳定化层的情况中，第二保护层8可被设置为基本覆盖多层堆叠体20的整个最外表面，从而有助于用来在包括第二保护层8的多层堆叠体20上形成充当稳定化层9的铜镀覆薄膜的镀覆。即，在第二保护层8的外表面上形成稳定化层9。在镀覆期间，将多层堆叠体20浸入铜镀覆溶液中。然而，由于超导材料层5的表面覆盖有第二保护层8，所以超导材料层5的表面不与铜镀覆溶液直接接触。因此，在镀覆期间，能够抑制因铜镀覆溶液而在超导材料层5的表面和内部造成的腐蚀。此外，当超导材料层5发生诸如淬火的不利事件时，在超导材料层5中流动的过量电流能够部分地分流在第二保护层8中流动。以此方式，能够抑制因超导材料层5中流动的过量电流而造成的超导材料层5的破损等。
关于第五实施方式，在上面通过实例例示了保护层8(第二保护层)代替第一实施方式中的超导线材的稳定化层9(图1)的构造。然而，在第二实施方式中的超导线材(图13)、第三实施方式中的超导线材(图14、15)以及第四实施方式中的超导线材(图18)中的每个中，可以用保护层(第二保护层)代替稳定化层9。或者，在第二至第四实施方式中的各超导线材中，保护层(第二保护层)可被设置为覆盖多层堆叠体20的外周边，另外稳定化层可被设置为覆盖该保护层的外周边。
关于以上第一至第五实施方式，上面例示了超导材料层至少部分覆盖基板的侧面的构造作为中间层、超导材料层和保护层至少部分覆盖基板的侧面的构造。然而，本发明不限于这些实施方式，并且还包括中间层和超导材料层至少部分覆盖基板的侧面的构造、只有超导材料层部分覆盖基板的侧面的构造、以及超导材料层和保护层至少部分覆盖基板的侧面的构造。在这些构造中，中间层和超导材料层至少部分覆盖基板的侧面的构造是优选的，因为还能在基板的侧面上改进超导材料层的取向性，并且因为能够防止中间层的剥离。
此外，关于以上第一至第五实施方式，上面例示了稳定化层或保护层被形成为覆盖多层堆叠体的外周边的构造。或者，稳定化层或保护层可至少设置在多层堆叠体的上表面上(即在保护层上)。在这种情况中，可在保护层上形成稳定化层或保护层，然后可用绝缘涂层覆盖超导线材的外周边，以便保护超导线材。
此外，关于以上第一实施方式，上面例示了在保护层形成步骤(图3中的S40)之后实施细线化步骤(S50)的制造方法。或者，可在超导材料层形成步骤(S30)之后实施细线化步骤(S50)，然后可实施保护层形成步骤(S40)。因此，保护层被形成为覆盖由基板、中间层和超导材料层构成的多层堆叠体的外周边。因此，第一保护层7和第二保护层8(图20)能够基本上同时形成。
此外，以上第二实施方式中的超导线材也可以通过与第四实施方式中的超导线材的制造方法类似的方法制造。即，在具有有着期望宽度的带形状的基板的一个主面上，可依次形成中间层、超导材料层和稳定化层，以便由此将中间层、超导材料层和稳定化层形成为完全覆盖基板的侧面。
应当理解，本文中公开的实施方式在所有方面都是以说明的方式而不是限制的方式给出的。本发明的范围旨在由权利要求书限定，而不是由以上说明书限定，并且涵盖与权利要求书的含义和范围等同的所有修改和变体。
标号列表
1：基板；3：中间层；5：超导材料层；7：保护层(第一保护层)；8：保护层(第二保护层)；9：稳定化层；10：超导线材；20：多层堆叠体；30：分切机；31：旋转刀片；32：间隔件。

Claims (7)

1.一种超导线材，所述超导线材包含：
具有第一主面和与所述第一主面相反的第二主面的基板；和
在所述基板的所述第一主面上设置的超导材料层，
所述超导材料层被设置为覆盖在所述基板的宽度方向上的所述基板的侧面的至少一部分，并且
沿着在所述超导线材延伸的方向上的所述超导线材的至少一部分，所述超导材料层形成为覆盖所述基板的侧面并延伸到所述第二主面的至少一部分上。
2.根据权利要求1所述的超导线材，其中
沿着在所述超导线材延伸的方向上的所述超导线材的至少一部分，所述超导材料层被设置为完全覆盖所述基板的所述侧面。
3.根据权利要求1或2所述的超导线材，其中
所述基板的所述第一主面包含曲面状部分。
4.根据权利要求3所述的超导线材，其中
所述曲面状部分位于所述基板的所述第一主面的在所述基板的宽度方向上的端部。
5.根据权利要求1或2所述的超导线材，其中
位于所述基板的所述侧面上部的所述超导材料层的厚度不小于0.5μm且不大于5μm。
6.根据权利要求1或2所述的超导线材，还包含在所述基板的所述第一主面与所述超导材料层之间设置的中间层，其中
所述中间层被设置为覆盖所述基板的所述侧面的至少一部分。
7.根据权利要求1或2所述的超导线材，其中
所述超导材料层是由氧化物超导材料制成的。
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