CN117882153A - 超导线材和超导线材连接结构 - Google Patents

超导线材和超导线材连接结构 Download PDF

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Abstract

超导线材具有基板和配置在基板上的超导层。超导层具有朝向基板的第一面和与第一面相对的第二面。第二面具有算术平均粗糙度为20nm以上且最大高度为0.25μm以上的部分。

Description

超导线材和超导线材连接结构
技术领域
本发明涉及超导线材和超导线材连接结构。本申请要求2021年9月27日提交的日本专利申请特愿2021-156923号的优先权。该日本专利申请记载的全部记载内容通过引用并入本说明书中。
背景技术
例如日本特开2014-120383号公报(专利文献1)中记载有超导线材。专利文献1中记载的超导线材具有基材、中间层、氧化物超导层、保护层、以及稳定层。
中间层配置在基材上。氧化物超导层配置在中间层上。保护层配置在氧化物超导层上。稳定层配置在保护层上。氧化物超导层的表面的算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以下和60nm以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-120383号公报。
发明内容
本发明的超导线材具有基板和配置在基板上的超导层。超导层具有朝向基板的第一面和与第一面相对的第二面。第二面具有算术平均粗糙度为20nm以上且最大高度为0.25μm以上的部分。
附图说明
图1是超导线材连接结构100的剖视图。
图2是变形例的超导线材连接结构100的剖视图。
图3是用于说明第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率的测定方法的示意性的剖视图。
图4是示出通过四端子法得到的超导线材连接结构100的电流-电压特性的示例性的图表。
具体实施方式
[本发明要解决的问题]
在制作超导应用设备时，有时使用焊料合金等将多个超导线材相互连接。当尝试使用焊料等将多个专利文献1所记载的超导线材相互连接时，连接电阻率变大。
本发明是鉴于上述的现有技术的问题点而完成的。更具体而言，本发明提供一种能够降低多个超导线材相互连接时的连接电阻率的超导线材。
[本发明的效果]
根据本发明的超导线材，能够降低多个超导线材相互连接时的连接电阻率。
[本发明的实施方式的说明]
首先，列举本发明的实施方式来进行说明。
(1)实施方式的超导线材具有基板和配置在基板上的超导层。超导层具有朝向基板的第一面和与第一面相对的第二面。第二面具有算术平均粗糙度为20nm以上且最大高度为0.25μm以上的部分。
根据上述(1)的超导线材，能够降低多个超导线材相互连接时的连接电阻率。
(2)在上述(1)的超导线材中，上述第二面的部分的算术平均粗糙度可以为60nm以上，上述第二面的部分的最大高度可以为0.25μm以上。
(3)上述(1)或(2)的超导线材还可以具有配置在超导层上的保护层。保护层的构成材料可以包含铜。
根据上述(3)的超导线材，能够抑制多个超导线材相互连接时发生连接不良。
(4)上述(1)或(2)的超导线材还可以具有配置在超导层上的保护层。保护层的构成材料可以包含银。
(5)在上述(4)的超导线材中，保护层可以构成超导线材的最外层。保护层的厚度可以为1.0μm以上。
根据上述(5)的超导线材，能够使用焊料合金容易地连接多个超导线材，并且能够抑制多个超导线材相互连接时发生连接不良。
(6)上述(3)或(4)的超导线材还可以具有配置在保护层上的稳定层。稳定层的构成材料可以为铜或铜合金。
根据上述(6)的超导线材，能够抑制多个超导线材相互连接时发生连接不良。
(7)在上述(1)～(6)的超导线材中，超导层的厚度可以为4.5μm以下。
根据上述(7)的超导线材，能够使超导线材变薄并且能够降低超导线材的制造成本。
(8)实施方式的超导线材具有第一超导线材、第二超导线材、以及连接层。第一超导线材具有第一基板、配置在第一基板上的第一超导层、配置在第一超导层上的第一保护层、以及配置在第一保护层上的第一稳定层。第二超导线材具有第二基板、配置在第二基板上的第二超导层、配置在第二超导层上的第二保护层、以及配置在第二保护层上的第二稳定层。第一超导层具有朝向第一基板的第一面和与第一面相对的第二面。第二超导层具有朝向第二基板的第三面和与第三面相对的第四面。第一稳定层通过连接层与第二稳定层连接。第二面具有算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上的部分。第四面具有算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上的部分。
根据上述(8)的超导连接线材连接结构，能够降低第一超导线材与第二超导线材之间的连接电阻率。
[本发明的实施方式的详细内容]
一边参照附图一边说明本发明的实施方式的详细内容。在以下的附图中，对相同或相当的部分赋予相同的附图标记，重复的说明不再赘述。
(实施方式的超导线材连接结构的构成)
以下，说明实施方式的超导线材连接结构的构成。将实施方式的超导线材连接结构设为超导线材连接结构100。
图1是超导线材连接结构100的剖视图。如图1所示，超导线材连接结构100具有第一超导线材10、第二超导线材20、以及连接层30。在图1中，第一超导线材10的数量和第二超导线材20的数量分别为一个，但是第一超导线材10的数量和第二超导线材20的数量也可以分别为多个。
第一超导线材10具有第一基板11、第一超导层12、第一保护层13、以及第一稳定层14。
第一基板11具有基材11a和中间层11b。中间层11b配置在基材11a上。基材11a是例如在不锈钢制的带上层叠有铜(Cu)层和镍(Ni)层的包层材料。中间层11b是例如层叠有氧化铈(CeO2)层、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)层、以及氧化钇(Y2O3)层的层。中间层11b通过例如磁控溅射来形成。
第一超导层12配置在第一基板11上。更具体而言，第一超导层12配置在中间层11b上。第一超导层12的构成材料为例如REBCO。REBCO是由REBa2Cu3Ox表示的氧化物超导体。在此，RE是稀土元素。构成第一超导层12的REBCO中的稀土元素是选自钇、镧、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、铥、镥、以及镱中的至少一种以上的元素。
第一超导层12通过例如PLD(Pulsed Laser Deposition)来形成。第一超导层12也可以通过MOD(Metal Organic Deposition)、MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposition)、或者真空蒸镀来形成。
第一超导层12具有第一面12a和第二面12b。第一面12a朝向中间层11b。第二面12b与第一面12a相对。第二面12b的算术平均粗糙度(Ra)为20nm以上。第二面12b的算术平均粗糙度也可以为25nm以上、30nm以上、40nm以上、60nm以上、70nm以上、或者80nm以上。第二面12b的最大高度(Rz)为0.25μm以上。第二面12b的最大高度也可以为0.5μm以上或者1.0μm以上。第二面12b的算术平均粗糙度和第二面12b的最大高度的上限没有特别限定。第二面12b的算术平均粗糙度和第二面12b的最大高度在第一超导层12不从第一保护层13和第一稳定层14露出的范围内选择即可。第二面12b的算术平均粗糙度和第二面12b的最大高度为例如第一保护层13的厚度和第一稳定层14的厚度的合计以下。另外，虽然最大高度也被称为最大高度粗糙度，但是在此统一成最大高度。
第二面12b的算术平均粗糙度和第二面12b的最大高度使用基恩士公司制的激光显微镜VK-X3050来进行测定。第二面12b的算术平均粗糙度和第二面12b的最大高度的测定条件根据JIS B 0601:2013来确定。在测定第二面12b的算术平均粗糙度和第二面12b的最大高度之前，使用以1∶1混合过氧化氢水和氨水的水溶液来除去第一保护层13和第一稳定层14。利用该水溶液来除去第一保护层13和第一稳定层14不会影响第二面12b的表面性状。
另外，第一超导线材10的长度方向上的算术平均粗糙度和最大高度的测定区域的位置可任意选择。该测定区域在第一超导线材10的长度方向上具有100mm的宽度。根据该测定区域可获取两条剖面曲线。在第一超导线材10的宽度方向上，该测定区域的中央位于第一超导线材10的中央，该测定区域的宽度是第一超导线材10的宽度的50％。由两条剖面曲线得到的算术平均粗糙度的平均值为第二面12b的算术平均粗糙度，由两条剖面曲线得到的最大高度的平均值为第二面12b的最大高度。两条剖面曲线在第一超导线材10的宽度方向上间隔第一超导线材10的宽度的5％以上。在与第二超导线材20连接后测定第二面12b的算术平均粗糙度和最大高度的情况下，上述测定区域为第一超导线材10的长度方向上距连接层30的距离为100mm以内的位置。
第二面12b不需要在其整个面上算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上。第二面12b只要具有算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上的部分即可。更具体而言，第二面12b的算术平均粗糙度和最大高度只要在与连接层30重叠的位置及其附近分别为20nm以上和0.25μm以上即可。另外，与连接层30重叠的位置的附近是指在第一超导线材10的长度方向上距连接层30的距离为100mm以下的区域。
在第二面12b的算术平均粗糙度为60nm以上的情况下，第二面12b的最大高度可以小于0.25μm。
将第一超导层12的厚度设为厚度T1。厚度T1优选为4.5μm以下。
在基材11a的铜层中，晶粒被取向。因此，在基材11a的镍层和中间层11b中，晶粒也被取向。其结果是，第一超导层12的REBCO的晶粒被双轴取向。即，第一超导层12的REBCO的a轴和c轴分别沿着与第二面12b的法线正交的方向和第二面12b的法线方向。
第一基板11不限于上述例子。基材11a也可以是哈氏合金(注册商标)制的带，中间层11b也可以在该带上通过IBAD(Ion Beam Assited Deposition)来形成。
另外，第二面12b的算术平均粗糙度和最大高度能够通过适当变更第一基板11的种类、厚度T1、第一超导层12的成膜方法、第一超导层12的成膜温度等来进行调节。例如，通过使用MOD成膜第一超导层12，第二面12b的算术平均粗糙度和最大高度变小。第二面12b的算术平均粗糙度和最大高度能够通过沿第一超导线材10的长度方向改变上述条件来部分地改变。更具体而言，第二面12b的算术平均粗糙度和最大高度能够仅在用于通过连接层30与第二超导线材20连接的部分中部分地改变。另外，在使第二面12b的算术平均粗糙度和最大高度在第一超导线材10的长度方向上大致相同的情况下，制造条件的控制变得容易，因此能够降低第一超导线材10的制造成本。
第一保护层13的构成材料包含例如银(Ag)。第一保护层13的构成材料也可以包含铜。第一保护层13的构成材料的主材料可以为银或铜。另外，主材料是指占构成材料中的50质量％以上的材料。第一保护层13通过例如溅射来形成。第一保护层13配置在第一超导层12上。将第一保护层13的厚度设为厚度T2。在第一保护层13的构成材料为银的情况下，厚度T2可以为1.0μm以上，也可以小于1.0μm。
第一稳定层14的构成材料包含例如铜。第一稳定层14的构成材料也可以为铜合金。第一稳定层14的构成材料的主材料可以为铜。第一稳定层14配置在第一保护层13上。第一稳定层14通过例如镀覆来形成。
第二超导线材20具有第二基板21、第二超导层22、第二保护层23、以及第二稳定层24。
第二基板21具有基材21a和中间层21b。中间层21b配置在基材21a上。基材21a是例如在不锈钢制的带上层叠有铜层和镍层的包层材料。中间层21b是例如层叠有氧化铈层、氧化钇稳定氧化锆层、以及氧化钇层的层。中间层21b通过例如磁控溅射来形成。
第二超导层22配置在第二基板21上。更具体而言，第二超导层22配置在中间层21b上。第二超导层22的构成材料为例如REBCO。构成第二超导层22的REBCO中的稀土元素是选自钇、镧、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、铥、镥、以及镱中的至少一种以上的元素。
第二超导层22通过例如PLD来形成。第二超导层22也可以通过MOD、MOCVD、或者真空蒸镀来形成。
第二超导层22具有第三面22a和第四面22b。第三面22a朝向中间层21b。第四面22b与第三面22a相对。第四面22b的算术平均粗糙度为20nm以上。第四面22b的算术平均粗糙度也可以为25nm以上、30nm以上、40nm以上、60nm以上、70nm以上、或者80nm以上。
第四面22b的最大高度为0.25μm以上。第四面22b的最大高度也可以为0.5μm以上或者1.0μm以上。第四面22b的算术平均粗糙度和第四面22b的最大高度的上限没有特别限定。第四面22b的算术平均粗糙度和第四面22b的最大高度在第二超导层22不从第二保护层23和第二稳定层24露出的范围内选择即可。第四面22b的算术平均粗糙度和第四面22b的最大高度为例如第二保护层23的厚度和第二稳定层24的厚度的合计以下。另外，第四面22b的算术平均粗糙度和第四面22b的最大高度分别通过与第二面12b的算术平均粗糙度和第二面12b的最大高度相同的方法来进行测定。
第四面22b不需要在其整个面上算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上。第四面22b只要具有算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上的部分即可。更具体而言，第四面22b的算术平均粗糙度和最大高度只要在与连接层30重叠的位置分别为20nm以上和0.25μm以上即可。
在第四面22b的算术平均粗糙度为60nm以上的情况下，第四面22b的最大高度可以小于0.25μm。
将第二超导层22的厚度设为厚度T3。厚度T3优选为4.5μm以下。
在基材21a的铜层中，晶粒被取向。因此，在基材21a的镍层和中间层21b中，晶粒也被取向。其结果是，第二超导层22的REBCO的晶粒被双轴取向。即，第二超导层22的REBCO的a轴和c轴分别沿着与第四面22b的法线正交的方向和第四面22b的法线方向。
第二基板21不限于上述例子。基材21a也可以是哈氏合金(注册商标)制的带，中间层21b也可以在该带上通过IBAD来形成。
另外，第四面22b的算术平均粗糙度和最大高度能够通过适当变更第二基板21的种类、厚度T3、第二超导层22的成膜方法、第二超导层22的成膜温度等来进行调节。例如，通过使用MOD成膜第二超导层22，第四面22b的算术平均粗糙度和最大高度变小。第四面22b的算术平均粗糙度和最大高度能够通过沿第二超导线材20的长度方向改变上述条件来部分地改变。更具体而言，第四面22b的算术平均粗糙度和最大高度能够仅在用于通过连接层30与第一超导线材10连接的部分中部分地改变。另外，在使第四面22b的算术平均粗糙度和最大高度在第二超导线材20的长度方向上大致相同的情况下，制造条件的控制变得容易，因此能够降低第二超导线材20的制造成本。
第二保护层23的构成材料包含例如银。第二保护层23的构成材料也可以包含铜。第二保护层23的构成材料的主材料可以为银或铜。第二保护层23通过例如溅射来形成。第二保护层23配置在第二超导层22上。将第二保护层23的厚度设为厚度T4。在第二保护层23由银形成的情况下，厚度T4可以为1.0μm以上，也可以小于1.0μm。
第二稳定层24的构成材料包含例如铜。第二稳定层24的构成材料也可以为铜合金。第二稳定层24的构成材料的主材料可以为铜。第二稳定层24配置在第二保护层23上。第二稳定层24通过例如镀覆来形成。
图2是变形例的超导线材连接结构100的剖视图。如图2所示，第一超导线材10可以不具有第一稳定层14，第二超导线材20可以不具有第二稳定层24。即，在第一超导线材10中，可以第一保护层13成为最外层，在第二超导线材20中，可以第二保护层23成为最外层。在该情况下，厚度T2和厚度T4优选为1.0μm以上。
如图1所示，第一超导线材10至少部分地与第二超导线材20重叠地配置。第一稳定层14至少部分地与第二稳定层24相对。更具体而言，在第一超导线材10的长度方向上的端部处的第一稳定层14与在第二超导线材20的长度方向上的端部处的第二稳定层24相对。
连接层30是例如锡(Sn)合金等焊料合金。连接层30通过配置在彼此相对的第一稳定层14和第二稳定层24之间来连接第一稳定层14和第二稳定层24。由此，第一超导层12和第二超导层22被常导电连接。
如图2所示，在第一超导线材10不具有第一稳定层14、第二超导线材20不具有第二稳定层24的情况下，连接层30通过配置在彼此相对的第一保护层13和第二保护层23之间来连接第一保护层13和第二保护层23。
第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率优选为200nΩ·cm2以下。另外，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率是第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻乘以第一超导线材10与第二超导线材20的连接面积而得到的值。制作三个通过连接层30连接第一超导线材10和第二超导线材20的样品，将对每个样品测定的连接电阻率的平均值作为第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率。第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率通过四端子法来进行测定。
图3是用于说明第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率的测定方法的示意性的剖视图。图4是示出通过四端子法得到的超导线材连接结构100的电流-电压特性的示例性的图表。如图3所示，在第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率的测定中，第一，与电源连接的第一端子和第二端子分别与第一稳定层14和第二稳定层24连接。第二，与电压计连接的第三端子和第四端子分别与第一稳定层14和第二稳定层24连接。与第一端子的连接处相比，第三端子的连接处更靠近第一超导线材10与第二超导线材20的连接部，与第二端子的连接处相比，第四端子的连接处更靠近第一超导线材10与第二超导线材20的连接部。上述电压计是例如吉时利(KEITHLEY)公司制的2182A NANOVOLTMETER。
第三，在通过液氮将超导线材连接结构100冷却至77开尔文的状态下，一边电源改变在第一端子与第二端子之间流动的电流，一边电压计测定第三端子与第四端子之间的电压。由此，可得到如图4所示的电流-电压特性的图表。基于得到的电流-电压特性的图表，计算出电流-电压特性的斜率。该斜率为第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻。第四，通过将该连接电阻乘以第一超导线材10与第二超导线材20的连接面积，得到第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率。第一超导线材10与第二超导线材20的连接面积为第一超导线材10与第二超导线材20通过连接层30连接的面积。此外，在第一超导线材10和第二超导线材20的宽度相同、且第一超导线材和第二超导线材20在整个宽度方向上通过连接层30连接的情况下，第一超导线材与第二超导线材20的连接面积为第一超导线材10(第二超导线材20)的宽度与连接长度的积。连接长度为通过连接层30连接的第一超导线材10(第二超导线材20)的部分的长度。在第一超导线材10和第二超导线材20中的一者的宽度比第一超导线材10和第二超导线材20中的另一者的宽度小的情况下，连接面积为第一超导线材10和第二超导线材20之中宽度小的一者的宽度与连接长度的积。另外，在第一超导线材10和第二超导线材20分别不具有第一稳定层14和第二稳定层24的情况下，上述第一端子和第三端子与第一保护层13连接，第二端子和第四端子与第二保护层23连接。上述连接长度也取决于第一超导线材10和第二超导线材20的宽度，为例如0.5cm以上且10cm以下。此外，第一超导线材10和第二超导线材20的宽度为例如0.3mm以上且5mm以下。
(实施方式的超导线材连接结构的效果)
以下，说明超导线材连接结构100的效果。
根据本发明人深入研究的结果，如果第二面12b的算术平均粗糙度和最大高度以及第四面22b的算术平均粗糙度和最大高度小，则在通过连接层30连接第一超导线材10和第二超导线材20时，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率变大。
在超导线材连接结构100中，第二面12b的算术平均粗糙度和第四面22b的算术平均粗糙度分别为20nm以上，并且第二面12b的最大高度和第四面22b的最大高度分别为0.25μm以上。因此，根据超导线材连接结构100，能够降低第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率。
在通过焊料合金连接第一超导线材10和第二超导线材20时，第一超导线材10的最外层和第二超导线材20的最外层熔解在熔融的焊料合金中。当该熔解进行、熔解的焊料合金到达第二面12b和第四面22b时，有时无法实现第一超导线材10与第二超导线材20的连接。
在第一稳定层14的构成材料为铜或铜合金的情况下，第一超导线材10的最外层成为以铜为主成分的层。此外，在第二稳定层24的构成材料为铜或铜合金的情况下，第二超导线材20的最外层成为以铜为主成分的层。与银相比，铜难以熔解于熔融的焊料合金中。
因此，在第一稳定层14的构成材料和第二稳定层24的构成材料为铜或铜合金的情况下，能够抑制伴随着上述熔解的连接不良的发生。在第一保护层13的构成材料和第二保护层23的构成材料包含铜的情况下，上述熔解变得更加难以进行。
在第一超导线材10的最外层的构成材料和第二超导线材20的最外层的构成材料包含银的情况下，即，在第一超导线材10和第二超导线材20分别不具有第一稳定层14和第二稳定层24、第一保护层13的构成材料和第二保护层23的构成材料包含银的情况下，容易进行通过焊料合金的连接。另一方面，由于银容易熔解在熔融的焊料合金中，所以当厚度T2和厚度T4小时，熔融的焊料合金会到达第一超导层12和第二超导层22的附近。当熔融的焊料合金到达第一超导层12和第二超导层22的附近时，由于焊料合金与第一超导层12和第二超导层22的密合性低，因此有可能发生连接不良。通过使厚度T2和厚度T4为1μm以上，能够抑制伴随着上述熔解的连接不良的发生。
在厚度T1和厚度T3为4.5μm以下的情况下，能够使第一超导线材10和第二超导线材20变薄。此外，在该情况下，能够降低第一超导线材10和第二超导线材20的制造成本。
(第1试验)
以下，对第1试验进行说明。
在第1试验中，作为超导线材连接结构的样品，提供了样品1～样品19。在样品1～样品19中，改变了第一基板11和第二基板21的种类、第一超导层12和第二超导层22的成膜方法、厚度T1和厚度T3、第二面12b和第四面22b的算术平均粗糙度、第二面12b和第四面22b的最大高度、以及连接长度。样品1～样品19的详细内容示于表1和表2。另外，在样品1～样品19中，第一保护层13的构成材料和第二保护层23的构成材料为银，第一稳定层14的构成材料和第二稳定层24的构成材料为铜。在样品1～样品19中，第一超导层12和第二超导层22的宽度为4mm，将其乘以表1和表2所示的连接长度而得到的值作为用于计算连接电阻率的连接面积。
[表1]
[表2]
另外，表1和表2中的“取向金属”是指在基材11a和基材21a上使用在不锈钢制的带上包层有铜层和镍层的包层材料。此外，表1和表2中的“IBAD”是指中间层11b和中间层21b通过IBAD来形成。
将第二面12b和第四面22b的算术平均粗糙度为20nm以上作为条件A。此外，将第二面12b和第四面22b的最大高度为0.25μm以上作为条件B。在样品1～样品16以及样品19中，满足条件A和条件B这两者。在样品17和样品18中，不满足条件A和条件B中的至少一者。
在第1试验中，测定了样品1～样品19中的第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率。在样品1～样品16以及样品19中，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率为200nΩ·cm2以下。在样品17和样品18中，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率超过200nΩ·cm2。根据该比较，从实验上明确了通过满足条件A和条件B这两者，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率降低。
(第2试验)
在第2试验中，作为超导线材连接结构的样品，提供了样品20～样品29。在样品20～样品29中，改变了第一基板11和第二基板21的种类、第一超导层12和第二超导层22的成膜方法、厚度T1和厚度T3、厚度T2和厚度T4、第二面12b和第四面22b的算术平均粗糙度、第二面12b和第四面22b的最大高度、以及连接长度。样品20～样品29的详细内容示于表3。虽然未在表3中示出，但是准备了样品30作为比较例。在比较例中，厚度T2和厚度T4为0.5μm。在样品20～样品29中，第一超导层12和第二超导层22的宽度为4mm，将其乘以表3所示的连接长度而得到的值作为用于计算连接电阻率的连接面积。
在样品20～样品30中，第一超导线材10不具有第一稳定层14，第二超导线材20不具有第二稳定层24。在样品20～样品30中，第一保护层13和第二保护层23由银形成。即，样品20～样品30具有图2所示的结构。
[表3]
在样品20～样品28中，除了满足条件A和条件B这两者以外，厚度T2和厚度T4为1.0μm以上。此外，在样品20～样品28中，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率为200nΩ·cm2以下。
在样品29中，不满足条件A和条件B中的一者。在样品29中，虽然实现了第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接，但是第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率超过200nΩ·cm2。在样品30中，没有实现第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接。
根据该比较，从实验上明确了即使在作为第一超导线材10的最外层的第一保护层13的构成材料和作为第二超导线材20的最外层的第二保护层23的构成材料包含银的情况下，也能够通过使厚度T2和厚度T4为1.0μm以上来抑制伴随着第一保护层13和第二保护层23的熔解的连接不良的发生。
关于样品1、样品2、样品3、样品4、以及样品5，在第一基板11和第二基板21的种类、第一超导层12和第二超导层22的成膜方法、第二面12b和第四面22b的算术平均粗糙度、以及第二面12b和第四面22b的最大高度这些方面，分别与样品22、样品23、样品24、样品25、以及样品26相同。
关于样品1、样品2、样品3、样品4、以及样品5，在第一超导线材10的最外层为第一稳定层14和第二超导线材20的最外层为第二稳定层24、即第一超导线材10的最外层的构成材料和第二超导线材20的最外层的构成材料包含铜这一方面，分别与样品22、样品23、样品24、样品25、以及样品26不同。
样品1、样品2、样品3、样品4、以及样品5的第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率分别低于样品22、样品23、样品24、样品25、以及样品26。
根据该比较，从实验上明确了通过第一超导线材10的最外层的构成材料和第二超导线材20的最外层的构成材料包含铜，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接性得到改善，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率降低。
(第3试验)
以下，对第3试验进行说明。
在第3试验中，作为超导线材连接结构的样品，提供了样品31和样品32。在样品31和样品32中，改变了第二面12b和第四面22b的算术平均粗糙度、第二面12b和第四面22b的最大高度、以及连接长度。在样品31和样品32中，厚度T1和厚度T2为3μm，中间层11b和中间层21b通过IBAD形成，第一超导层12和第二超导层22通过MOD成膜。
样品31和样品32的详细内容示于表4。在样品31和样品32中，第一保护层13的构成材料和第二保护层23的构成材料为银，并且第一稳定层14的构成材料和第二稳定层24的构成材料为铜。在样品31和样品32中，第一超导层12和第二超导层22的宽度为4mm，将其乘以表4所示的连接长度而得到的值作为用于计算连接电阻率的连接面积。
[表4]
表4
在样品31和样品32中，第二面12b和第四面22b的算术平均粗糙度为60nm以上，第二面12b和第四面22b的最大高度小于0.25μm。样品31和样品32的连接电阻率为200nΩ·cm2以下。根据该比较，从实验上明确了在第二面12b和第四面22b的算术平均粗糙度为60nm以上的情况下，即使第二面12b和第四面22b的最大高度小于0.25μm，第一超导线材10与第二超导线材20之间的连接电阻率也降低。
上述实施方式包含如下方面。
[附记1]
超导线材具有基板和配置在基板上的超导层。超导层具有朝向基板的第一面和与上述第一面相对的第二面。第二面具有算术平均粗糙度为60nm以上的部分。
[附记2]
超导线材连接结构具有第一超导线材、第二超导线材、以及连接层。第一超导线材具有第一基板、配置在第一基板上的第一超导层、以及配置在第一超导层上的第一保护层。第二超导线材具有第二基板、配置在第二基板上的第二超导层、以及配置在第二超导层上的第二保护层。第一超导层具有朝向第一基板的第一面和与第一面相对的第二面。第二超导层具有朝向第二基板的第三面和与第三面相对的第四面。第一保护层通过连接层与第二保护层连接。第二面具有算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上的部分。第四面具有算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上的部分。
[附记3]
在附记2所述的超导线材连接结构中，第一保护层的构成材料和第二保护层的构成材料包含银。
[附记4]
在附记3所述的超导线材连接结构中，第一保护层的厚度和第二保护层的厚度为1.0μm以上。
应当认为，本次公开的实施方式在各方面都是示例而非限制性的。本发明的范围不是通过上述实施方式所示而是通过权利要求书所示的，旨在包括与权利要求书同等的含义和范围内的所有变更。
附图标记说明
10第一超导线材；11第一基板；11a基材；11b中间层；12第一超导层；12a第一面；12b第二面；13第一保护层；14第一稳定层；20第二超导线材；21第二基板；21a基材；21b中间层；22第二超导层；22a第三面；22b第四面；23第二保护层；24第二稳定层；30连接层；100超导线材连接结构；T1、T2、T3、T4厚度。

Claims (8)

1.一种超导线材，其具有基板和配置在所述基板上的超导层，
所述超导层具有朝向所述基板的第一面和与所述第一面相对的第二面，
所述第二面具有算术平均粗糙度为20nm以上且最大高度为0.25μm以上的部分。
2.根据权利要求1所述的超导线材，其中，所述部分的算术平均粗糙度为60nm以上且最大高度为0.25μm以上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的超导线材，其中，所述超导线材还具有配置在所述超导层上的保护层，
所述保护层的构成材料包含铜。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的超导线材，其中，所述超导线材还具有配置在所述超导层上的保护层，
所述保护层的构成材料包含银。
5.根据权利要求4所述的超导线材，其中，所述保护层构成所述超导线材的最外层，
所述保护层的厚度为1.0μm以上。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的超导线材，其中，所述超导线材还具有配置在所述保护层上的稳定层，
所述稳定层的构成材料为铜或铜合金。
7.根据权利要求1～权利要求6中任一项所述的超导线材，其中，所述超导层的厚度为4.5μm以下。
8.一种超导线材连接结构，其具有第一超导线材、第二超导线材、以及连接层，
所述第一超导线材具有第一基板、配置在所述第一基板上的第一超导层、配置在所述第一超导层上的第一保护层、以及配置在所述第一保护层上的第一稳定层，
所述第二超导线材具有第二基板、配置在所述第二基板上的第二超导层、配置在所述第二超导层上的第二保护层、以及配置在所述第二保护层上的第二稳定层，
所述第一超导层具有朝向所述第一基板的第一面和与所述第一面相对的第二面，
所述第二超导层具有朝向所述第二基板的第三面和与所述第三面相对的第四面，
所述第一稳定层通过所述连接层与所述第二稳定层连接，
所述第二面具有算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上的部分，
所述第四面具有算术平均粗糙度和最大高度分别为20nm以上和0.25μm以上的部分。
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