DE112015003518B4

DE112015003518B4 - Supraleitender Draht

Info

Publication number: DE112015003518B4
Application number: DE112015003518.4T
Authority: DE
Inventors: Takashi Yamaguchi; Tatsuoki Nagaishi; Masaya Konishi; Kotaro Ohki; Genki Honda; Tatsuhiko Yoshihara
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: KR20170038031A; DE112015003518T5; CN106537523A; US20170140852A1; KR102288552B1; JP6256244B2; WO2016017205A1; CN106537523B; US10497494B2; JP2016033882A

Abstract

Supraleitender Draht (10), aufweisend:ein Substrat (1) mit einer ersten Hauptfläche (1a) und einer zweiten Hauptfläche (1b) gegenüber der ersten Hauptfläche (1a) undeine Schicht aus supraleitendem Material (5), die auf der ersten Hauptfläche (1a) des Substrats (1) angeordnet ist,wobei die Schicht aus supraleitendem Material (5) so angeordnet ist, dass sie mindestens einen Teil einer Seitenfläche (1c, 1d) des Substrats (1) in einer Breitenrichtung des Substrats (1) bedeckt, undentlang mindestens eines Teils des supraleitenden Drahtes (10) in einer Richtung, in der sich der supraleitende Draht (10) erstreckt, die Schicht aus supraleitendem Material (5) so ausgebildet ist, dass sie die Seitenfläche (1c, 1d) des Substrats (1) bedeckt und sich auf mindestens einen Teil der zweiten Hauptfläche (1 b) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dasseine Dicke der Schicht aus supraleitendem Material (5), die sich oberhalb der zweiten Hauptfläche (1b) des Substrats (1) befindet, geringer ist als eine Dicke der Schicht aus supraleitendem Material (5), die sich oberhalb der ersten Hauptfläche (1a) befindet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Draht, und betrifft insbesondere einen supraleitenden Draht, bei dem eine Schicht aus supraleitendem Material auf einem Substrat ausgebildet ist.
STAND DER TECHNIK
Seit einigen Jahren wird die Entwicklung eines supraleitenden Drahtes, bei dem eine Schicht aus supraleitendem Material auf einem Metallsubstrat ausgebildet ist, vorangetrieben. Man interessiert sich insbesondere für einen supraleitenden Oxiddraht, der eine Schicht aus supraleitendem Material enthält, die aus einem Oxidsupraleiter besteht, der ein Hochtemperatur-Supraleiter mit einer Übergangstemperatur von mindestens der Temperatur von flüssigem Stickstoff ist.
Ein solcher supraleitender Oxiddraht wird allgemein hergestellt durch Ausbilden einer Zwischenschicht auf einem orientierungsausgerichteten Metallsubstrat, Ausbilden einer Schicht aus supraleitendem Oxidmaterial auf der Zwischenschicht, und ferner Ausbilden einer Stabilisierungsschicht aus Silber (Ag) oder Kupfer (Cu) (siehe zum Beispiel die JP 2013 - 124 06 A ).
Die WO 2013 / 157 286 A1 zeigt Filmabscheidungen einschließlich eines supraleitenden Films auf einer Filmabscheidungsfläche und an sie angrenzenden Seitenflächen eines bandförmigen Substrats.
Die US 2004 / 0 023 810 A1 zeigt ein leitfähiges Trägerband mit Hochtemperatursupraleiterabscheidung auf einer oder beiden von seinen Hauptflächen.
JP 2002- 150 854 A zeigt gattungsgemäß einen supraleitenden Draht gemäß dem Überbegriff des Anspruchs 1.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Der in der oben beschriebenen Weise konfigurierte supraleitende Draht hat eine Mehrschichtstruktur, bei der eine Keramikschicht, die aus der Zwischenschicht und der Schicht aus supraleitendem Material besteht, auf dem Metallsubstrat gebildet wird. Wenn ein solcher supraleitender Draht auf die kritische Temperatur abgekühlt wird, so verursacht ein Unterschied beim Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Metallsubstrat und der Keramikschicht eine Zugspannung, die von der Metallschicht zu der Keramikschicht in der Mehrschichtstruktur wirkt. Die Keramikschicht kann allerdings nicht durch die Zugspannung gereckt werden. Darum wird die Bondungsfestigkeit an der Grenzfläche zwischen dem Metallsubstrat und der Keramikschicht verringert, was zum Problem des Auftretens eines stellenweisen Ablösens an den Rändern der Keramikschicht führt. Aufgrund dessen besteht in einem Teil der Schicht aus supraleitendem Material die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Bruch, Verformung oder dergleichen, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des supraleitenden Drahtes führt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines supraleitenden Drahtes mit stabilen supraleitenden Eigenschaften durch Unterdrücken eines stellenweisen Ablösens der Schicht aus supraleitendem Material.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Bei dem supraleitenden Draht der Erfindung ist die Schicht aus supraleitendem Material auf dem Substrat ausgebildet, und es kann ein stellenweises Ablösen der Schicht aus supraleitendem Material vermieden werden. Auf diese Weise kann ein supraleitender Draht mit stabilen supraleitenden Eigenschaften implementiert werden.
Die nachfolgend beschriebene vierte Ausführungsform veranschaulicht die Erfindung, während weitere nicht erfindungsgemäße Ausführungsformen zur Bezugnahme und zum Verständnis beschreiben werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Mehrschichtstapels in der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform.
8 ist ein Schaubild, das schematisch eine Konfiguration eines Schlitzbildners zeigt, der für einen Drahtausdünnungsschritt verwendet wird.
9 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen des mechanischen Schlitzens mit dem in 8 gezeigten Schlitzbildner.
10 ist ein Schaubild, das jeweilige Konfigurationen eines dünnen Drahtes b und eines dünnen Drahtes c zeigt, die durch das mechanische Schlitzen in 9 erhalten wurden.
11 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Mehrschichtstapels nach dem Drahtausdünnungsschritt zeigt.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines dünnen Drahtes a in 9 zeigt.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer zweiten Ausführungsform zeigt.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer dritten Ausführungsform zeigt.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine weitere Konfiguration des supraleitenden Drahtes in der dritten Ausführungsform zeigt.
16 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der dritten Ausführungsform zeigt.
17 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Substrats nach der Drahtausdünnung durch das mechanische Schlitzen zeigt.
18 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer vierten Ausführungsform zeigt, die die vorliegende Erfindung veranschaulicht.
19 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der vierten Ausführungsform zeigt.
20 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer fünften Ausführungsform zeigt.
21 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der fünften Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Fall eines herkömmlichen supraleitenden Drahtes, bei dem die Schicht aus supraleitendem Material nur auf der ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet ist, wirkt eine Zugspannung von dem Substrat zu der Schicht aus supraleitendem Material, wenn sie auf die kritische Temperatur abgekühlt wird, weil der Wärmeausdehnungskoeffizient des aus Metall bestehenden Substrats größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der aus einem keramischen Material bestehenden Schicht aus supraleitendem Material, und darum können sich die Enden, in der Breitenrichtung, der Schicht aus supraleitendem Material ablösen. Dementsprechend ist es wahrscheinlich, dass es zu Bruch, Verformung oder dergleichen der Schicht aus supraleitendem Material kommt, was die Möglichkeit einer Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften zur Folge hat.
Dadurch, dass eine Schicht aus supraleitendem Material direkt auf der ersten Hauptfläche des Substrats oder indirekt darauf angeordnet wird, wobei sich eine Zwischenschicht zwischen der ersten Hauptfläche und der Schicht aus supraleitendem Material befindet, bedeckt die Schicht aus supraleitendem Material bedeckt die erste Hauptfläche und mindestens einen Teil der Seitenfläche des Substrats, und darum kann die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat und der Schicht aus supraleitendem Material an den Enden in der Breitenrichtung erhöht werden. Dementsprechend wird die Übereinstimmung der Kontraktion der Keramikschicht mit der Kontraktion des Substrats beim Abkühlen verbessert. Darum kann verhindert werden, dass sich die Schicht aus supraleitendem Material von dem Substrat ablöst. Folglich können Bruch und Verformung der Schicht aus supraleitendem Material verhindert werden, und somit kann eine Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften vermieden werden.
Entlang mindestens eines Teils des supraleitenden Drahtes in einer Richtung, in der sich der supraleitende Draht erstreckt, ist bevorzugt die Schicht aus supraleitendem Material so angeordnet, dass sie die Seitenfläche des Substrats vollständig bedeckt. Somit kann die Bondungsfläche, wo das Substrat an die Schicht aus supraleitendem Material gebondet ist, an den Enden in der Breitenrichtung vergrößert werden, und darum kann die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat und der Schicht aus supraleitendem Material weiter erhöht werden. Dementsprechend wird die Übereinstimmung der Kontraktion der Schicht aus supraleitendem Material mit der Kontraktion des Substrats beim Abkühlen verbessert, und somit kann ein Ablösen der Schicht aus supraleitendem Material von dem Substrat zuverlässig verhindert werden.
Erfindungsgemäß wird, entlang mindestens eines Teils des supraleitenden Drahtes in einer Richtung, in der sich der supraleitende Draht erstreckt, die Schicht aus supraleitendem Material so ausgebildet, dass sie die Seitenfläche des Substrats bedeckt und sich auf mindestens einen Teil der zweiten Hauptfläche erstreckt. Somit kann die Bondungsfläche, wo das Substrat an die Schicht aus supraleitendem Material gebondet ist, an den Enden in der Breitenrichtung vergrößert werden, und darum kann die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat und der Schicht aus supraleitendem Material weiter erhöht werden. Dementsprechend wird die Übereinstimmung der Kontraktion der Schicht aus supraleitendem Material mit der Kontraktion des Substrats beim Abkühlen verbessert, und somit kann ein Ablösen der Schicht aus supraleitendem Material von dem Substrat zuverlässiger verhindert werden.
Im Fall des oben beschriebenen supraleitenden Drahtes enthält die erste Hauptfläche des Substrats bevorzugt einen gekrümmten Abschnitt. Somit wird die Oberfläche der ersten Hauptfläche im Vergleich zu dem Substrat mit der flachen Hauptfläche vergrößert. Darum kann die Bondungsfläche an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Schicht aus supraleitendem Material vergrößert werden. Dementsprechend kann die Festigkeit der Bondung an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Schicht aus supraleitendem Material weiter erhöht werden.
Dabei befindet sich der gekrümmte Abschnitt bevorzugt an einem Ende, in der Breitenrichtung des Substrats, der ersten Hauptfläche des Substrats. Die Enden in der Breitenrichtung der Schicht aus supraleitendem Material sind Regionen, wo es wahrscheinlich ist, dass es aufgrund einer Zugspannung, die beim Abkühlen von dem Substrat her wirkt, zu einem Ablösen kommt. Die Enden des Substrats in der Breitenrichtung können gekrümmt sein, um die Festigkeit der Bondung zwischen dem Schicht aus supraleitendem Material und des Substrats an der Enden wirkungsvoll zu erhöhen. Dementsprechend kann ein Ablösen der Schicht aus supraleitendem Material von dem Substrat zuverlässiger verhindert werden.
Im Fall des oben beschriebenen supraleitenden Drahtes hat die Schicht aus supraleitendem Material, die sich auf der Seitenfläche des Substrats befindet, bevorzugt eine Dicke von mindestens 0,5 µm und maximal 5 µm. Somit kann die Übereinstimmung der Kontraktion der Schicht aus supraleitendem Material mit der Kontraktion des Substrats beim Abkühlen sichergestellt werden, und darum kann ein Bruch der Schicht aus supraleitendem Material verhindert werden.
Im Fall des oben beschriebenen supraleitenden Drahtes enthält der supraleitende Draht bevorzugt ferner eine Zwischenschicht, die zwischen der ersten Hauptfläche des Substrats und der Schicht aus supraleitendem Material angeordnet ist. Die Zwischenschicht ist so angeordnet, dass sie mindestens einen Teil der Seitenfläche des Substrats bedeckt. Somit kann die Orientierungsausrichtung der Schicht aus supraleitendem Material an den Seitenflächen des Substrats ebenfalls verbessert werden. Darüber hinaus kann die Festigkeit der Bondung an der Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht und dem Substrat vergrößert werden, und darum kann ein Ablösen der Zwischenschicht von dem Substrat verhindert werden. Dementsprechend können Bruch und Verformung der Schicht aus supraleitendem Material vermieden werden.
Im Fall des oben beschriebenen supraleitenden Drahtes besteht die Schicht aus supraleitendem Material bevorzugt aus einem supraleitenden Oxidmaterial. Somit kann ein stellenweises Ablösen der Schicht aus supraleitendem Material verhindert werden, und darum kann ein supraleitender Draht mit stabilen supraleitenden Eigenschaften implementiert werden.
In den folgenden Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre wiederholte Beschreibung wird verzichtet.
Erste Ausführungsform
Konfiguration des supraleitenden Drahtes
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer ersten Ausführungsform zeigt. 1 zeigt einen Querschnitt in der Richtung quer zu der Richtung, in der sich ein supraleitender Draht 10 in der ersten Ausführungsform erstreckt. Darum ist die Richtung quer zu der Ebene der Zeichnung die Längsrichtung des supraleitenden Drahtes, und supraleitender Strom in einer Schicht aus supraleitendem Material 5 soll in der Richtung quer zu der Ebene der Zeichnung fließen. Darüber hinaus ist in den schematischen Querschnittsansichten in 1 und den nachfolgenden Zeichnungen die Differenz zwischen der Abmessung in der vertikalen Richtung (im Folgenden auch als „Dickenrichtung“ bezeichnet) und der Abmessung in der horizontalen Richtung (im Folgenden auch als „Breitenrichtung“ bezeichnet) des rechteckigen Querschnitt als ein kleiner Wert gezeigt, um die Erkennbarkeit in den Zeichnungen zu verbessern. Jedoch ist die tatsächliche Abmessung in der Dickenrichtung des Querschnitts hinreichend kleiner als die Abmessung in der Breitenrichtung des Querschnitts.
Wie in 1 zu sehen, hat der supraleitende Draht 10 in der ersten Ausführungsform eine längliche Form (Bandform) mit einem rechteckigen Querschnitt, und die relativ größeren Flächen des Drahtes, die sich in der Längsrichtung der länglichen Form erstrecken, sind im vorliegenden Text als Hauptflächen definiert. Der supraleitende Draht 10 enthält ein Substrat 1, eine Zwischenschicht 3, eine Schicht aus supraleitendem Material 5, eine Schutzschicht 7 und eine Stabilisierungsschicht 9.
Das Substrat 1 hat eine erste Hauptfläche 1a und eine zweite Hauptfläche 1b. Die zweite Hauptfläche 1b ist gegenüber der ersten Hauptfläche 1a angeordnet. Das Substrat 1 hat ferner eine erste Seitenfläche 1c und eine zweite Seitenfläche 1d gegenüber der ersten Seitenfläche 1c. Bevorzugt besteht das Substrat 1 zum Beispiel aus einem Metall und hat eine längliche Form (Bandform) mit einem rechteckigen Querschnitt. Um den supraleitenden Draht zu einer Spulenform wickeln zu können, erstreckt sich das Substrat 1 bevorzugt über eine lange Distanz von zum Beispiel ungefähr 2 km.
Besonders bevorzugt wird ein orientierungsausgerichtetes Metallsubstrat als Substrat 1 verwendet. Das orientierungsausgerichtete Metallsubstrat meint ein Substrat, in dem die Kristallorientierungen in zwei Achsenrichtungen in einer Ebene der Substratoberfläche ausgerichtet sind. Für das orientierungsausgerichtete Metallsubstrat wird zum Beispiel bevorzugt eine Legierung aus mindestens zwei Metallen verwendet, die unter Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Kobalt (Co), Eisen (Fe), Palladium (Pd), Silber (Ag) und Gold (Au) ausgewählt. Diese Metalle und ein weiteres Metall oder eine weitere Legierung können miteinander gestapelt werden. Zum Beispiel kann auch eine Legierung wie zum Beispiel SUS, die ein Material mit hoher Festigkeit ist, verwendet werden. Das Material für das Substrat 1 ist nicht auf die oben angesprochenen beschränkt, und es kann auch jedes andere Material als zum Beispiel das Metall verwendet werden.
Der supraleitende Draht 10 hat eine Abmessung in der Breitenrichtung von zum Beispiel ungefähr 4 mm bis 10 mm. Um die Dichte des in dem supraleitenden Draht 10 fließenden Stroms zu erhöhen, ist eine kleinere Querschnittsfläche des Substrats 1 bevorzugt. Jedoch kann eine übermäßig geringe Dicke (in der vertikalen Richtung in 1) des Substrats 1 zu einer Verschlechterung der Festigkeit des Substrats 1 führen. Darum beträgt die Dicke des Substrats 1 bevorzugt ungefähr 0,1 mm.
Die Zwischenschicht 3 ist auf der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 ausgebildet. Die Schicht aus supraleitendem Material 5 ist auf der Hauptfläche (oberen Hauptfläche in 1) der Zwischenschicht 3 gegenüber ihrer Hauptfläche, die dem Substrat 1 zugewandt ist, ausgebildet. Und zwar ist die Schicht aus supraleitendem Material 5 auf der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 mit einer Zwischenschicht 3 zwischen der Schicht aus supraleitendem Material 5 und dem Substrat 1 angeordnet. Das Material, aus dem die Zwischenschicht 3 besteht, ist bevorzugt zum Beispiel Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ), Zeroxid (Ce02), Magnesiumoxid (MgO), Yttriumoxid (Y₂O3) und Strontiumtitanat (SrTiOs). Diese Materialien haben eine außerordentlich geringe Reaktivität mit der Schicht aus supraleitendem Material 5 und verschlechtern nicht die supraleitenden Eigenschaften der Schicht aus supraleitendem Material 5, selbst an der Grenze, die an die Schicht aus supraleitendem Material 5 grenzt. Speziell in dem Fall, wo ein Metall als ein Material zum Ausbilden des Substrats 1 verwendet wird, kann die Zwischenschicht die Funktion erfüllen, die Unterschiede bei der Orientierungsausrichtung zwischen der Schicht aus supraleitendem Material 5 und dem Substrat 1, das eine Kristallorientierungsausrichtung in seiner Oberfläche aufweist, zu mindern, um dadurch zu verhindern, dass Metallatome aus dem Substrat 1 in die Schicht aus supraleitendem Material 5 entweichen, während die Schicht aus supraleitendem Material 5 bei einer hohen Temperatur gebildet wird. Das Material, aus dem die Zwischenschicht 3 besteht, ist nicht speziell auf die oben angesprochenen beschränkt.
Die Zwischenschicht 3 kann aus mehreren Schichten bestehen. In dem Fall, wo die Zwischenschicht 3 aus mehreren Schichten gebildet wird, können die Schichten, aus denen die Zwischenschicht 3 besteht, aus jeweiligen Materialien gebildet werden, die voneinander verschieden sind, oder einige der Schichten, aus denen die Zwischenschicht 3 besteht, können aus dem gleichen Material bestehen.
Die Schicht aus supraleitendem Material 5 ist eine Dünnfilmschicht in dem supraleitenden Draht 10, und supraleitender Strom fließt in dieser Schicht aus supraleitendem Material 5. Obgleich für das supraleitende Material keine besonderen Beschränkungen bestehen, ist das supraleitende Material zum Beispiel bevorzugt ein SE-123-basierter Oxidsupraleiter. Ein SE-123-basierter Oxidsupraleiter meint einen Supraleiter, der durch SEBa₂Cu₃Oy dargestellt wird (y ist 6 bis 8, besonders bevorzugt 6,8 bis 7, und SE stellt Yttrium oder ein Seltenerdenelement dar, wie zum Beispiel Gd, Sm, Ho oder dergleichen). Um die Größenordnung des supraleitenden Stroms zu verbessern, der in der Schicht aus supraleitendem Material 5 fließt, hat die Schicht aus supraleitendem Material 5 bevorzugt eine Dicke von 0,5 µm bis 10 µm.
Die Schutzschicht 7 ist auf der Hauptfläche (oberen Hauptfläche in 1) der Schicht aus supraleitendem Material 5 gegenüber ihrer Hauptfläche, die zu der Zwischenschicht 3 weist, ausgebildet. Bevorzugt besteht die Schutzschicht 7 zum Beispiel aus Silber (Ag) oder einer Silberlegierung und hat eine Dicke von mindestens 0,1 µm und maximal 50 µm.
Das oben beschriebene Substrat 1, die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 bilden einen Mehrschichtstapel 20. Die Stabilisierungsschicht 9 ist so angeordnet, dass sie den Umfangsrand des Mehrschichtstapels 20 bedeckt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Stabilisierungsschicht 9 so angeordnet, dass sie den Außenumfangsrand des Mehrschichtstapels 20 bedeckt, und zwar im Wesentlichen die gesamte äußerste Fläche des Mehrschichtstapels 20. Es ist zu beachten, dass „Umfangsrand des Mehrschichtstapels“ der vorliegenden Erfindung nicht auf den gesamten Umfangsrand beschränkt ist und auch nur eine Hauptfläche des Mehrschichtstapels zu sein braucht.
Die Stabilisierungsschicht 9 besteht aus einer hoch-leitfähigen Metallfolie oder Plattierungsschicht oder dergleichen. Die Stabilisierungsschicht 9 fungiert zusammen mit der Schutzschicht 7 als eine Umgehung für die Kommutation des Stroms in der Schicht aus supraleitendem Material 5, wenn ein Übergang der Schicht aus supraleitendem Material 5 aus dem supraleitenden Zustand zum normalen leitenden Zustand stattfindet. Das Material, aus dem die Stabilisierungsschicht 9 besteht, ist bevorzugt zum Beispiel Kupfer (Cu) oder Kupferlegierung oder dergleichen. Obgleich für die Dicke der Stabilisierungsschicht 9 keine besonderen Beschränkungen bestehen, beträgt die Dicke bevorzugt 10 µm bis 500 µm, um die Schutzschicht 7 und die Schicht aus supraleitendem Material 5 physisch zu schützen.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Mehrschichtstapels 20 in der ersten Ausführungsform zeigt. 2 zeigt eine Querschnittsansicht in der Richtung quer zu der Richtung, in der sich der supraleitende Draht 10 in der ersten Ausführungsform erstreckt.
Wie in 2 zu sehen, sind die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 in dem Mehrschichtstapel 20 so angeordnet, dass sie mindestens einen Teil einer Seitenfläche des Substrats 1 in der Breitenrichtung des Substrats 1 (der horizontalen Richtung in 2) bedecken. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 so angeordnet, dass sie die Gesamtheit der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 bedecken und einen Teil sowohl der ersten Seitenfläche 1c als auch der zweiten Seitenfläche 1d des Substrats 1 bedecken.
Diese Konfiguration ermöglicht eine Vergrößerung der Bondungsfläche an der Grenzfläche zwischen dem Metallsubstrat 1 und einer Keramikschicht, die aus der Zwischenschicht 3 und der Schicht aus supraleitendem Material 5 besteht, im Gegensatz zu dem herkömmlichen supraleitenden Draht, bei dem die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 nur die erste Hauptfläche 1a des Substrats 1 bedecken. Dementsprechend kann die Bondungsfestigkeit an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht vergrößert werden.
Wenn der supraleitende Draht, bei dem die Keramikschicht auf dem Metallsubstrat ausgebildet ist, auf die kritische Temperatur abgekühlt wird, so entsteht eine mechanische Spannung zwischen dem Metallsubstrat und der Keramikschicht, weil der Wärmeausdehnungskoeffizient des Metallsubstrats größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Keramikschicht. Genauer gesagt, zieht sich jede Schicht in dem Draht zusammen, wenn der supraleitende Draht abgekühlt wird. Aufgrund des Umstandes, dass die Schicht aus supraleitendem Material und die Zwischenschicht jeweils eine Keramikschicht sind und einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Metallsubstrat, stimmt dabei die Kontraktion der Keramikschicht nicht mit der Kontraktion des Metallsubstrats überein, so dass Druckkräfte auf die Keramikschicht wirken. Folglich lösen sich die Schicht aus supraleitendem Material und/oder die Zwischenschicht insbesondere an den Enden, in der Breitenrichtung, der Schicht aus supraleitendem Material und der Zwischenschicht ab. Somit ist es wahrscheinlich, dass es zu Bruch, Verformung oder dergleichen der Schicht aus supraleitendem Material kommt, was die Möglichkeit einer Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften zur Folge hat.
In dem supraleitenden Draht 10 in der ersten Ausführungsform bedeckt die Keramikschicht, die aus der Schicht aus supraleitendem Material 5 und der Zwischenschicht 3 besteht, mindestens einen Teil jeder Seitenfläche des Substrats 1, und kann darum die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht an den Enden in der Breitenrichtung erhöht werden. Dementsprechend wird die Übereinstimmung der Kontraktion der Keramikschicht mit der Kontraktion des Substrats 1 beim Abkühlen verbessert, und darum kann verhindert werden, dass sich die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Zwischenschicht 3 von dem Substrat 1 ablösen. Folglich können Bruch und Verformung der Schicht aus supraleitendem Material 5 verhindert werden, und somit kann eine Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften vermieden werden.
Die Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich oberhalb der Hauptfläche 1a des Substrats 1 befindet, hat eine Dicke W1, und die Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich oberhalb der Seitenflächen 1c, 1d des Substrats 1 befindet, hat eine Dicke W2. Bevorzugt ist die Dicke W2 nicht größer als die Dicke W1 (W2 ≤ W1). Wenn die Dicke W2 größer als die Dicke W1 ist, so ist es wahrscheinlich, dass die Übereinstimmung der Kontraktion der Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich an den Seitenflächen 1c, 1d des Substrats 1 befindet, mit der Kontraktion des Substrats 1 unzureichend ist, wenn der supraleitende Draht 10 abgekühlt wird, was eine große Zugspannung zur Folge hat, die von dem Substrat 1 zu der Schicht aus supraleitendem Material 5 wirkt. Folglich kann die Schicht aus supraleitendem Material 5 an der Grenze (die der Region II in 2 entspricht) zwischen der Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich oberhalb der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 befindet, und der Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich oberhalb der Seitenfläche befindet, brechen. Im Gegensatz dazu ist, wenn die Dicke W2 extrem kleiner ist als die Dicke W1, die Festigkeit der Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich oberhalb der Seitenflächen 1c, 1d des Substrats 1 befindet, erheblich kleiner als die Festigkeit der Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich oberhalb der ersten Hauptfläche 1a des Substrats befindet. Darum kann die Schicht aus supraleitendem Material 5 am Boden (der der Region I in 2 entspricht) der Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich oberhalb der Seitenflächen 1c, 1d des Substrats 1 befindet, brechen. Um einen solchen Bruch der Schicht aus supraleitendem Material 5 zu verhindern, beträgt die Dicke W2 bevorzugt mindestens 0,5 µm und maximal 5 µm, unter der Bedingung, dass die Dicke W1 zum Beispiel 0,5 µm bis 10 µm beträgt.
Darüber hinaus können in der ersten Ausführungsform die Zwischenschicht 3 und die Schicht aus supraleitendem Material 5, die sich an den Seitenflächen des Substrats 1 befindet, entweder an beiden oder an nur einer der ersten Seitenfläche 1c und der zweiten Seitenfläche 1d des Substrats 1 ausgebildet werden. Anders ausgedrückt können die Zwischenschicht 3 und die Schicht aus supraleitendem Material 5 so angeordnet werden, dass sie mindestens eine der ersten Seitenfläche 1c und der zweiten Seitenfläche 1d bedecken. Diese Konfiguration ermöglicht im Vergleich zu dem herkömmlichen supraleitenden Draht eine Vergrößerung der Bondungsfläche an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht, und ermöglicht darum eine Erhöhung der Bondungsfestigkeit an der Grenzfläche.
Verfahren zur Herstellung von supraleitendem Draht
Als Nächstes wird anhand der 3 bis 8 ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform beschrieben. Im Folgenden wird die vorliegende Ausführungsform speziell in Verbindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes 10 unter Verwendung eines Mehrschichtstapels 20 beschrieben, der auf eine Breite von 30 mm gefertigt und einer Drahtausdünnung unterzogen wird, so dass er beispielsweise eine Breite von 4 mm hat.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 3 zu sehen, wird zunächst ein Substratherstellungsschritt (S10) ausgeführt. Genauer gesagt, wird, wie in 4 zu sehen, ein Substrat 1 hergestellt, das aus einem orientierungsausgerichteten Metallsubstrat besteht und eine Bandform mit einer Breite von 30 mm hat. Das Substrat 1 hat eine erste Hauptfläche 1a und eine zweite Hauptfläche 1b, die sich gegenüber der ersten Hauptfläche 1a befindet. Die Dicke des Substrats 1 kann zweckmäßig justiert und an jeden Zweck angepasst werden und kann gewöhnlich in einem Bereich von 10 µm bis 500 µm liegen. Zum Beispiel beträgt die Dicke des Substrats 1 ungefähr 100 µm.
Als Nächstes wird ein Zwischenschichtbildungsschritt (S20 in 3) des Ausbildens einer Zwischenschicht 3 auf dem Substrat 1 ausgeführt. Genauer gesagt, wird, wie in 5 zu sehen, die Zwischenschicht 3 auf der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 ausgebildet. Als das Verfahren zum Bilden der Zwischenschicht 3 kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann ein physikalisches Aufdampfungsverfahren, wie zum Beispiel ein Impulslaserabscheidungs (PLD)-Verfahren, verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Supraleitmaterialschichtbildungsschritt (S30 in 3) des Ausbildens einer Schicht aus supraleitendem Material 5 auf der Zwischenschicht 3 ausgeführt. Genauer gesagt, wie in 6 zu sehen, wird die Schicht aus supraleitendem Material 5, die aus einem SE-123-basierten Oxidsupraleiter besteht, auf der Hauptfläche (oberen Hauptfläche in 6) der Zwischenschicht 3 gegenüber ihrer Hauptfläche, die dem Substrat 1 zugewandt ist, ausgebildet. Als das Verfahren zum Bilden der Schicht aus supraleitendem Material 5 kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Dampfphasenverfahren, ein Flüssigphasenverfahren oder eine Kombination aus beiden verwendet werden, um die Schicht zu bilden. Beispiele des Dampfphasenverfahrens sind ein Laseraufdampfungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein Elektronenstrahlaufdampfungsverfahren und dergleichen. Dieser Schritt kann durch mindestens eines von Laseraufdampfungsverfahren, Sputterverfahren, Elektronenstrahlverfahren und Organometallabscheidungsverfahren ausgeführt werden, um die Schicht aus supraleitendem Material 5 zu bilden, deren Oberfläche eine ausgezeichnete Kristallorientierungsausrichtung und Oberflächenglätte aufweist.
Als Nächstes wird ein Schutzschichtbildungsschritt (S40 in 3) des Ausbildens einer Schutzschicht 7 auf der Schicht aus supraleitendem Material 5 ausgeführt. Genauer gesagt, wie in 7 zu sehen, wird eine Schutzschicht 7 aus Silber (Ag) oder Silberlegierung auf der Hauptfläche (oberen Hauptfläche in 7) der Schicht aus supraleitendem Material 5 gegenüber ihrer Hauptfläche, die der Zwischenschicht 3 zugewandt ist, durch ein physikalisches Aufdampfungsverfahren, wie zum Beispiel Sputtern, Elektroplattierungsverfahren oder dergleichen, ausgebildet. Die Schutzschicht 7 kann gebildet werden, um die Oberfläche der Schicht aus supraleitendem Material 5 zu schützen. Anschließend wird eine Sauerstoffausheilung, und zwar eine Erwärmung in einer Sauerstoffumgebung (Sauerstoffeintragungsschritt), ausgeführt, um Sauerstoff in die Schicht aus supraleitendem Material 5 einzutragen. Durch die oben beschriebenen Schritte wird ein Mehrschichtstapel 20 mit einer Abmessung in der Breitenrichtung von ungefähr 30 mm ausgebildet.
Als Nächstes wird ein Drahtausdünnungsschritt (S50 in 3) ausgeführt, bei dem der Mehrschichtstapel 20 von 30 mm Breite in solche mit einer zuvor festgelegten Breite (zum Beispiel 4 mm) geschnitten wird. Genauer gesagt, wie in 8 gezeigt, wird ein mechanisches Schlitzen, und zwar ein mechanisches Schneiden des Mehrschichtstapels 20 von 30 mm Breite mit rotierenden Klingen, ausgeführt, um aus dem Mehrschichtstapel 20 ausgedünnte Drähte jeweils mit einer Breite von 4 mm herzustellen. 8 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Schlitzbildners 30, der für den Drahtausdünnungsschritt verwendet wird. Rechts in 8 ist die Konfiguration des Mehrschichtstapels 20 gezeigt, der einem Schlitzen durch den Schlitzbildner 30 unterzogen wird. In dem Mehrschichtstapel 20 sind die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 1 übereinander gelegt.
Wie in 8 zu sehen, enthält der Schlitzbildner 30 mehrere rotierende Klingen 31 und mehrere Abstandshalter 32. In der vorliegenden Ausführungsform enthält der Schlitzbildner 30 zum Beispiel insgesamt 11 rotierende Klingen 31. Auf einer oberen Drehwelle des Schlitzbildners 30 sind fünf schmalere rotierende Klingen 31 jeweils mit einer Breite von ungefähr 4 mm angeordnet. Zwischen den rotierenden Klingen 31, die nebeneinander in der Richtung der Drehachse angeordnet sind, ist ein Abstandshalter 32 angeordnet. An einer unteren Drehwelle des Schlitzbildners 30 sind hingegen sechs rotierende Klingen 31 jeweils mit einer Breite von ungefähr 4 mm angeordnet. Mit den auf diese Weise angeordneten rotierenden Klingen 31 werden die breiteren rotierenden Klingen 31 an den Mehrschichtstapel 20 von der Seite des Substrats 1 her angesetzt, und die breiteren rotierenden Klingen 31 werden an den Mehrschichtstapel 20 von der Seite der Schutzschicht 7 her angesetzt. Dementsprechend können insgesamt sechs dünne Drähte jeweils mit einer Breite von 4 mm erhalten werden.
9 ist ein Schaubild zum Veranschaulichen des mechanischen Schlitzens mit dem in 8 gezeigten Schlitzbildner 30. Auf der rechten Seite in 9 ist die Konfiguration des Mehrschichtstapels 20 gezeigt, der einem Schlitzen durch den Schlitzbildner 30 unterzogen wird. In dem Mehrschichtstapel 20 sind die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 1 übereinander angeordnet.
Wie in 9 zu sehen, erzeugt das mechanische Schlitzen des Mehrschichtstapels 20 mit nach oben weisender Schutzschicht 7 dünne Drähte a bis g. Obgleich die Lücken zwischen den rotierenden Klingen für das eigentliche mechanische Schlitzen unsichtbar fein sind, sind die Lücken in 9 absichtlich größer gezeigt, um das Prinzip zu verdeutlichen.
Das mechanische Schlitzen ist ein Schneiden durch Scheren mittels oberer rotierender Klingen 31 und gegenüberliegender unterer rotierenden Klingen 31. Genauer gesagt, vollführen die oberen rotierenden Klingen 31 ein Schlitzen von der Seite der Schutzschicht 7 her aus, um dünne Drähte c, e, g zu bilden, während die unteren rotierenden Klingen 31 ein Schlitzen von der Seite des Substrats 1 her vollführen, um dünne Drähte b, d, f zu bilden. Ferner wird ein dünner Draht a an einem Ende in der Richtung der Drehachse des Schlitzbildners 30 gebildet.
Bei jedem der erhaltenen dünnen Drähte a bis g sind die Ränder in Abhängigkeit von der Richtung gekrümmt, in der die rotierende Klinge 31 angesetzt wird (der Richtung des Schlitzens). Genauer gesagt, ist im Fall der dünnen Drähte c, e, g, die durch Schlitzen von der Seite der Schutzschicht 7 her mit den oberen rotierenden Klingen 31 gebildet werden, das Substrat 1 an den Rändern in Richtung der Schutzschicht 7 gekrümmt. Im Gegensatz dazu sind bei den dünnen Drähten b, d, f, die durch Schlitzen von der Seite des Substrats 1 her mit den unteren rotierenden Klingen 31 gebildet werden, die Schutzschicht 7 und die Keramikschicht an den Rändern in Richtung des Substrats 1 gekrümmt.
10 ist ein Schaubild, das jeweilige Konfigurationen eines dünnen Drahtes b und eines dünnen Drahtes c zeigt, die durch das in 9 gezeigte mechanische Schlitzen erhalten wurden. Wie in 10 zu sehen, sind im Fall des Schlitzens mit den oberen rotierenden Klingen 31, die von der Seite der Schutzschicht 7 her in Richtung des Substrats 1 angesetzt werden, die Ränder des dünnen Drahtes c in Richtung der Schutzschicht 7 gekrümmt. In diesem Fall werden die Schutzschicht 7 und die Keramikschicht in der Breitenrichtung zusammengedrückt, wie durch die Pfeile angedeutet ist, die mit durchbrochenen Linien in 10 dargestellt sind. Im Gegensatz dazu sind im Fall des Schlitzens mit den unteren rotierenden Klingen 31, die von der Seite des Substrats 1 her in Richtung der Schutzschicht 7 angesetzt werden, die Ränder des dünnen Drahtes b in Richtung des Substrats 1 gekrümmt. In diesem Fall werden die Ränder der Schutzschicht 7 und der Keramikschicht in Richtung des Substrats 1 gereckt, wie durch die Pfeile angedeutet ist, die mit den durchgezogenen Linien in 10 dargestellt sind. Bei dem dünnen Draht b überlappt der Rand der Keramikschicht und der Schutzschicht, die in Richtung des Substrats 1 gereckt werden, mindestens einen Teil der Seitenfläche des Substrats 1. Dementsprechend wird der Mehrschichtstapel 20 gebildet, wie in 2 gezeigt.
Bei jedem der dünnen Drähte b, d, f werden praktisch die Ränder der Keramikschicht und der Schutzschicht, die obere Abschnitte der Seitenflächen des Substrats 1 bedecken, in der Richtung von der ersten Hauptfläche 1a zu der zweiten Hauptfläche 1b des Substrats 1 allmählich dünner, wie in 11 gezeigt. Die Dicke der Keramikschicht und der Schutzschicht 7, die die oberen Abschnitte der Seitenflächen des Substrats 1 bedecken, kann zum Beispiel durch Justieren der Lücke zwischen der oberen rotierenden Klinge 31 und der gegenüberliegenden unteren rotierenden Klinge 31 des Schlitzbildners 30 oder durch Justieren der Überlappung der oberen rotierenden Klingen 31 und der gegenüberliegenden unteren rotierenden Klingen 31, in Richtung der Drehachse gesehen, variiert werden.
In der ersten Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, werden für das mechanische Schlitzen rotierende Klingen 31 mit einer zuvor festgelegten Drahtbreite (zum Beispiel 4 mm), wie die rotierenden Klingen 31, verwendet, die von der Seite des Substrats 1 her angesetzt werden sollen, und werden ferner schmalere rotierende Klingen 31 verwendet, wie die rotierenden Klingen 31, die von der Seite der Schutzschicht 7 her angesetzt werden sollen. Auf diese Weise kann die Anzahl der dünnen Drähte (der dünnen Drähte b, d, f in 9) vergrößert werden, die durch Schlitzen von der Seite des Substrats 1 her erhalten werden.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des dünnen Drahtes a in 9 zeigt. Der dünne Draht a ist ein dünner Draht, der an einem Ende in der Richtung der Drehachse des Schlitzbildners 30 ausgebildet ist. Wie in 12 zu sehen, sind in dem Mehrschichtstapel 20 die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 so angeordnet, dass sie die erste Hauptfläche 1a des Substrats 1 vollständig bedecken und die erste Seitenfläche 1c des Substrats 1 bedecken. Es ist anzumerken, dass die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 so ausgebildet werden, dass sie die erste Seitenfläche 1c des Substrats 1 bedecken und sich auf mindestens einen Teil der zweiten Hauptfläche 1b erstrecken. Das hat folgenden Grund. In dem Zwischenschichtbildungsschritt, dem Supraleitmaterialschichtbildungsschritt und dem Schutzschichtbildungsschritt (S20, S30, S40 in 3) werden die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 in dieser Reihenfolge auf der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 ausgebildet, und diese Schichten werden auch an den Seitenflächen 1c, 1d zusätzlich zu der ersten Hauptfläche 1a ausgebildet.
Diese Konfiguration ermöglicht eine Vergrößerung der Bondungsfläche an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht des dünnen Drahtes a, wie den dünnen Drähten b, d, f (9), und darum kann die Bondungsfestigkeit an der Grenzfläche vergrößert werden. Dementsprechend wird die Übereinstimmung der Kontraktion der Keramikschicht mit der Kontraktion des Substrats 1 beim Abkühlen verbessert, und somit kann verhindert werden, dass sich die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Zwischenschicht 3 von dem Substrat 1 ablösen.
Es wird nun wieder auf 3 Bezug genommen. Abschließend wird ein Stabilisierungsschichtbildungsschritt (S60 in 3) des Ausbildens einer Stabilisierungsschicht 9 am Umfangsrand des Mehrschichtstapels 20, welcher der Drahtausdünnung unterzogen wurde, ausgeführt. Genauer gesagt, wird eine Stabilisierungsschicht 9, die aus Kupfer (Cu) oder Kupferlegierung besteht, durch ein bekanntes Plattieren so ausgebildet, dass sie den Außenumfang des Mehrschichtstapels 20 bedeckt, und zwar im Wesentlichen die gesamte äußerste Fläche des Mehrschichtstapels 20. Das Verfahren des Ausbildens der Stabilisierungsschicht 9 kann ein Bonden von Kupferfolie auf andere Weise als durch Plattieren sein. Durch die oben beschriebenen Schritte wird der supraleitende Draht 10 in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform hergestellt.
Zweite Ausführungsform
13 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes 10 in einer zweiten Ausführungsform zeigt. 13 zeigt eine Querschnittsansicht in der Richtung quer zu der Richtung, in der sich der supraleitende Draht 10 in der zweiten Ausführungsform erstreckt.
Wie in 13 zu sehen, hat der supraleitende Draht 10 in der zweiten Ausführungsform eine Konfiguration, die im Grunde derjenigen des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, ähnelt. Jedoch unterscheidet sich der supraleitende Draht 10 in der zweiten Ausführungsform von dem supraleitenden Draht 10 in der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 so angeordnet sind, dass sie die Seitenflächen 1c, 1d des Substrats 1 in der zweiten Ausführungsform vollständig bedecken.
In der zweiten Ausführungsform bedeckt die Keramikschicht, die aus der Schicht aus supraleitendem Material 5 und der Zwischenschicht 3 besteht, vollständig die Seitenfläche des Substrats 1, und darum kann die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht an dem Ende in der Breitenrichtung weiter erhöht werden. Dementsprechend wird die Übereinstimmung der Kontraktion der Keramikschicht mit der Kontraktion des Substrats 1 beim Abkühlen verbessert. Darum kann ein Ablösen der Schicht aus supraleitendem Material 5 und der Zwischenschicht 3 von dem Substrat 1 zuverlässig verhindert werden. Folglich können Bruch und Verformung der Schicht aus supraleitendem Material 5 verhindert werden, und somit kann eine Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften vermieden werden. Solange die Keramikschicht vollständig die Seitenflächen des Substrats 1 entlang mindestens eines Teils des supraleitenden Drahtes 10 in der Längsrichtung bedeckt, kann die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht vergrößert werden.
Das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der zweiten Ausführungsform ähnelt im Grunde dem Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform, das oben anhand der 3 bis 8 beschrieben wurde. Jedoch unterscheidet sich die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Bedingungen für das mechanische Schlitzen in dem Drahtausdünnungsschritt (S50 in 3, 8). Genauer gesagt, unterscheidet sich in dem Schlitzbildner 30 (8) mindestens eines der Lücke zwischen der oberen rotierenden Klinge 31 und der gegenüberliegenden unteren rotierenden Klinge 31, der Überlappung der oberen rotierenden Klingen 31 und der unteren rotierenden Klingen 31 mit Blick in der Richtung der Drehachse und der Drehzahl der rotierenden Klingen 31 von der ersten Ausführungsform. Zum Beispiel kann in der zweiten Ausführungsform die Lücke zwischen der oberen rotierenden Klinge 31 und der gegenüberliegenden unteren rotierenden Klinge 31 größer ausgelegt werden als die der ersten Ausführungsform, um die Fläche der Keramikschicht zu vergrößern, welche die Seitenflächen des Substrats 1 bedecken. Somit können die Bedingungen für den Drahtausdünnungsschritt dafür verwendet werden, die Form der Keramikschicht zu justieren, welche die Seitenflächen des Substrats 1 bedeckt.
Dritte Ausführungsform
14 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer dritten Ausführungsform zeigt. 14 zeigt eine Querschnittsansicht in der Richtung quer zu der Richtung, in der sich der supraleitende Draht in der dritten Ausführungsform erstreckt.
Wie in 14 zu sehen, hat der supraleitende Draht 10 in der dritten Ausführungsform eine Konfiguration, die im Grunde derjenigen des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, ähnelt. Jedoch unterscheidet sich der supraleitende Draht 10 in der dritten Ausführungsform von dem supraleitenden Draht 10 in der ersten Ausführungsform dadurch, dass die erste Hauptfläche 1a des Substrats 1 einen gekrümmten Abschnitt enthält. Der gekrümmte Abschnitt hat zum Beispiel eine konvexe Form, die in Richtung der Zwischenschicht 3 gekrümmt ist, und die erste Hauptfläche 1a ist vollständig gekrümmt, wie in 14 gezeigt.
In der dritten Ausführungsform hat die erste Hauptfläche 1a des Substrats 1 einen gekrümmten Abschnitt, und darum kann die Oberfläche der ersten Hauptfläche 1a im Vergleich zu dem Substrat 1 mit einer flachen ersten Hauptfläche 1 a vergrößert werden. Darüber hinaus wird die Keramikschicht, die aus der Zwischenschicht 3 und der Schicht aus supraleitendem Material 5 besteht, so ausgebildet, dass sie die erste Hauptfläche 1a mit dem gekrümmten Abschnitt vollständig bedeckt, und darum kann die Bondungsfläche an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht vergrößert werden. Somit kann die Bondungsfestigkeit an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht weiter erhöht werden. Dementsprechend kann selbst dann, wenn eine Zugspannung von dem Substrat 1 her wirkt, wenn der supraleitende Draht 10 abgekühlt wird, zuverlässig verhindert werden, dass sich die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Zwischenschicht 3 von dem Substrat 1 ablösen.
Hinsichtlich des gekrümmten Abschnitts kann die erste Hauptfläche 1a vollständig gekrümmt sein, wie in 14 gezeigt, oder die erste Hauptfläche 1a kann teilweise gekrümmt sein. Darüber hinaus kann der gekrümmte Abschnitt eine konvexe Form sein, die in Richtung der Zwischenschicht 3 gekrümmt ist, oder kann eine konkave Form sein, die in Richtung der zweiten Hauptfläche 1b gekrümmt ist.
Ferner ist in der dritten Ausführungsform, wie in 15 gezeigt, bevorzugt die erste Hauptfläche 1a des Substrats 1 an den Enden in der Breitenrichtung des Substrats 1 gekrümmt. Die Enden der Keramikschicht in der Breitenrichtung sind Regionen, von denen es wahrscheinlich ist, dass sie sich aufgrund einer Zugspannung, die von dem Substrat 1 her wirkt, ablösen. Die Enden in der Breitenrichtung des Substrats 1 können gekrümmt sein, um die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht an den Enden in der Breitenrichtung wirkungsvoll zu erhöhen. Dementsprechend kann ein Ablösen der Schicht aus supraleitendem Material 5 und der Zwischenschicht 3 von dem Substrat 1 zuverlässiger verhindert werden.
Die Stabilisierungsschicht 9, die den Umfang des Mehrschichtstapels 20 bedeckt, ist in den 14 und 15 so veranschaulicht, dass sie einen rechteckigen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des supraleitenden Drahtes 10 bildet. Jedoch kann die Querschnittsform der Stabilisierungsschicht 9 jede beliebige andere Form als die rechteckige Form sein. Zum Beispiel kann die Querschnittsform der Stabilisierungsschicht 9 eine konvexe Form sein, die der Querschnittsform des Mehrschichtstapels 20 entspricht.
Das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der dritten Ausführungsform ähnelt im Grunde dem Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform, das oben anhand der 3 bis 8 beschrieben wurde. Jedoch unterscheidet sich die dritte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Bedingungen für das mechanische Schlitzen in dem Drahtausdünnungsschritt (S50 in 3, 8). Genauer gesagt, wie in den 9 und 10 gezeigt, sind im Fall des Schlitzens mit der unteren rotierenden Klinge 31, die von der Seite des Substrats 1 her in Richtung der Schutzschicht 7 angesetzt wird, die Ränder des dünnen Drahtes in Richtung des Substrats 1 gekrümmt. Dabei werden die Ränder des Substrats 1 in Richtung der Seite des Substrats 1, zusammen mit den Rändern der Schutzschicht 7 und der Keramikschicht, gereckt. Dementsprechend wird ein gekrümmter Abschnitt der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 in einer konvexen Form ausgebildet, die in Richtung der Zwischenschicht 3 gekrümmt ist, wie in 14 gezeigt. Der Krümmungsradius der konvexen Form kann durch Justieren der Bedingungen für das mechanische Schlitzen justiert werden (wie zum Beispiel der Lücke zwischen der oberen rotierenden Klinge 31 und der gegenüberliegenden unteren rotierenden Klinge 31, der Überlappung der oberen Klingen 31 und der unteren Klingen und der Drehzahl der rotierenden Klingen 31).
Alternativ kann in dem Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der dritten Ausführungsform das Substrat 1 mit einem gekrümmten Abschnitt der ersten Hauptfläche 1a ausgebildet werden, und danach können die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 in dieser Reihenfolge auf diesem Substrat 1 übereinander angeordnet werden - im Gegensatz zu dem Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform.
16 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der dritten Ausführungsform zeigt. Im Folgenden wird die vorliegende Ausführungsform beispielhaft speziell in Verbindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes 10 unter Verwendung eines Substrats 1 beschrieben, das der Drahtausdünnung auf eine Breite von 4 mm unterzogen wurde.
Wie in 16 zu sehen, wird zunächst ein Substratherstellungsschritt (S10) ausgeführt. Genauer gesagt, wird ein Substrat 1, das aus einem orientierungsausgerichteten Metallsubstrat gebildet wird, das eine Bandform mit einer großen Breite (etwa 12 mm bis 40 mm) hat, hergestellt. Die Dicke des Substrats 1 kann zweckmäßig justiert und an jeden Zweck angepasst werden und kann gewöhnlich in einem Bereich von 10 µm bis 500 µm liegen. Zum Beispiel beträgt die Dicke des Substrats 1 ungefähr 100 µm.
Als Nächstes wird ein Drahtausdünnungsschritt (S50 in 16) des Schneidens eines breiten Substrats 1 in solche mit jeweils einer zuvor festgelegten Breite (zum Beispiel 4 mm) ausgeführt. Genauer gesagt, wird das mechanische Schlitzen, und zwar ein mechanisches Schneiden des breiten Substrats 1 mit rotierenden Klingen, ausgeführt, um dünne Drähte von 4 mm Breite aus dem Substrat 1 herzustellen. Dieses mechanische Schlitzen mittels des in 8 gezeigten Schlitzbildners 30 kann ausgeführt werden, um einen gekrümmten Abschnitt der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 zu bilden, wie in 17 gezeigt.
Das mechanische Schlitzen bewirkt insbesondere, dass sich die Ränder des dünnen Drahtes in Richtung der ersten Hauptfläche 1a oder der zweiten Hauptfläche 1b in Abhängigkeit von der Richtung, in der die rotierende Klinge an das Substrat 1 angesetzt wird (der Richtung des Schlitzens), gekrümmt wird. Zum Beispiel werden im Fall des Schlitzens, bei dem die rotierende Klinge in der Richtung von der zweiten Hauptfläche 1b zu der ersten Hauptfläche 1a angesetzt wird, die Ränder des Substrats 1 in Richtung der zweiten Hauptfläche 1b gekrümmt. Im Gegensatz dazu werden im Fall des Schlitzens, bei dem die rotierende Klinge in der Richtung der ersten Hauptfläche 1a zu der zweiten Hauptfläche 1b angesetzt wird, die Ränder des Substrats 1 in Richtung der ersten Hauptfläche 1a gekrümmt. 17 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Substrats 1 nach der Drahtausdünnung durch mechanisches Schlitzen zeigt. Das in 17 gezeigte Substrat 1 wird durch Schlitzen erhalten, bei dem die rotierende Klinge in der Richtung von der zweiten Hauptfläche 1b zu der ersten Hauptfläche 1a angesetzt wird.
Es wird nun wieder auf 16 Bezug genommen. Auf dem Substrat 1, das der Drahtausdünnung unterzogen wurde, werden anschließend ein Zwischenschichtbildungsschritt (S20), ein Supraleitmaterialschichtbildungsschritt (S30) und ein Schutzschichtbildungsschritt (S40) in dieser Reihenfolge ausgeführt. Der Zwischenschichtbildungsschritt, der Supraleitmaterialschichtbildungsschritt und der Schutzschichtbildungsschritt werden ähnlich den entsprechenden Schritten in der ersten Ausführungsform ausgeführt. Und zwar werden die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 so ausgebildet, dass sie die erste Hauptfläche 1a einschließlich des gekrümmten Abschnitts vollständig bedecken und mindestens teilweise die Seitenflächen 1c, 1d bedecken. Zum Schluss wird ein Stabilisierungsschichtbildungsschritt (S60) ausgeführt, um eine Stabilisierungsschicht 9 am Umfangsrand des Mehrschichtstapels 20 zu bilden, womit der supraleitende Draht 10 in der dritten Ausführungsform, wie in 14 gezeigt, vollendet ist.
In der dritten Ausführungsform, nachdem das breite Substrat 1 in dem Drahtausdünnungsschritt (S50 in 16) in solche mit jeweils einer gewünschten Breite geschnitten wurde, kann das geschnittene Substrat 1 so verarbeitet werden, dass es einen gekrümmten Abschnitt der ersten Hauptfläche 1a aufweist.
Vierte Ausführungsform
18 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 18 zeigt eine Querschnittsansicht in der Richtung quer zu der Richtung, in der sich der supraleitende Draht in der vierten Ausführungsform erstreckt.
Wie in 18 zu sehen, hat der supraleitende Draht 10 in der vierten Ausführungsform eine Konfiguration, die im Grunde derjenigen des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, ähnelt. Jedoch unterscheidet sich der supraleitende Draht 10 in der vierten Ausführungsform von dem supraleitenden Draht 10 in der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 so ausgebildet werden, dass sie jede der Seitenflächen 1c, 1d des Substrats 1 bedecken und sich auf mindestens einen Teil der zweiten Hauptfläche 1b erstrecken.
In der vierten Ausführungsform bedeckt die Keramikschicht, die aus der Schicht aus supraleitendem Material 5 und der Zwischenschicht 3 besteht, vollständig die Seitenflächen des Substrats 1 und bedeckt mindestens teilweise die zweite Hauptfläche 1b. Darum kann die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht an den Enden in der Breitenrichtung weiter erhöht werden. Dementsprechend wird die Übereinstimmung der Kontraktion der Keramikschicht mit der Kontraktion des Substrats 1 beim Abkühlen verbessert. Darum kann ein Ablösen der Schicht aus supraleitendem Material 5 und der Zwischenschicht 3 von dem Substrat 1 zuverlässig verhindert werden. Folglich können Bruch und Verformung der Schicht aus supraleitendem Material 5 verhindert werden, und somit kann eine Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften vermieden werden. Solange die Keramikschicht die zweite Hauptfläche 1b des Substrats 1 entlang mindestens eines Teils des supraleitenden Drahtes 10 in der Längsrichtung mindestens teilweise bedeckt, kann die Festigkeit der Bondung zwischen dem Substrat 1 und der Keramikschicht erhöht werden.
Das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10 in der vierten Ausführungsform ähnelt im Grunde dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform. Jedoch unterscheidet sich die vierte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die erstere keinen Drahtausdünnungsschritt enthält. 19 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der vierten Ausführungsform zeigt. Wie in 19 zu sehen, wird zunächst ein Substratherstellungsschritt (S10) ausgeführt. Genauer gesagt, wird ein Substrat 1, das aus einem orientierungsausgerichteten Metallsubstrat gebildet wird und eine Bandform mit einer gewünschten Breite (zum Beispiel 4 mm) aufweist, hergestellt. Wie in 18 gezeigt, hat das Substrat 1 eine erste Hauptfläche 1a, eine zweite Hauptfläche 1b, die sich gegenüber der ersten Hauptfläche 1a befindet, eine erste Seitenfläche 1c und eine zweite Seitenfläche 1d gegenüber der ersten Seitenfläche 1c.
Als Nächstes werden ein Zwischenschichtbildungsschritt (S20), ein Supraleitmaterialschichtbildungsschritt (S30) und ein Schutzschichtbildungsschritt (S40) in dieser Reihenfolge ausgeführt. Der Zwischenschichtbildungsschritt, der Supraleitmaterialschichtbildungsschritt und der Schutzschichtbildungsschritt werden ähnlich den entsprechenden Schritten in der ersten Ausführungsform ausgeführt. Nachdem eine Schutzschicht 7 auf einer Schicht aus supraleitendem Material 5 ausgebildet wurde, wird eine Sauerstoffausheilung ausgeführt, um einen Mehrschichtstapel 20 mit einer Abmessung in der Breitenrichtung von ungefähr 4 mm zu bilden.
In diesem Mehrschichtstapel 20 werden die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 jeweils so ausgebildet, dass sie die Seitenflächen 1c, 1d des Substrats 1 bedecken und sich auf mindestens einen Teil der zweiten Hauptfläche 1b erstrecken, wie in 18 gezeigt. Das hat folgenden Grund. In dem Zwischenschichtbildungsschritt, dem Supraleitmaterialschichtbildungsschritt und dem Schutzschichtbildungsschritt werden die Zwischenschicht 3, die Schicht aus supraleitendem Material 5 und die Schutzschicht 7 in dieser Reihenfolge auf der ersten Hauptfläche 1a des Substrats 1 ausgebildet, und diese Schichten werden auch an den Seitenflächen 1c, 1d zusätzlich zu der ersten Hauptfläche 1a ausgebildet.
Zum Schluss wird in einem Stabilisierungsschichtbildungsschritt (S60) eine Stabilisierungsschicht 9 am Umfangsrand des Mehrschichtstapels 20 ausgebildet, und somit ist der supraleitende Draht 10 in der in 18 gezeigten vierten Ausführungsform vollendet.
Fünfte Ausführungsform
20 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes in einer fünften Ausführungsform zeigt. 20 zeigt eine Querschnittsansicht in der Richtung quer zu der Richtung, in der sich der supraleitende Draht in der fünften Ausführungsform erstreckt.
Wie in 20 zu sehen, hat der supraleitende Draht 10 in der fünften Ausführungsform eine Konfiguration, die im Grunde derjenigen des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, ähnelt. Jedoch unterscheidet sich der supraleitende Draht 10 in der fünften Ausführungsform von dem supraleitenden Draht 10 in der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine Schutzschicht am Umfangsrand des Mehrschichtstapels 20 anstelle der Stabilisierungsschicht 9 ausgebildet wird.
In der fünften Ausführungsform wird eine Schutzschicht 8 so angeordnet, dass sie den Außenumfang des Mehrschichtstapels 20 bedeckt, der aus dem Substrat 1, der Zwischenschicht 3, der Schicht aus supraleitendem Material 5 und der Schutzschicht 7 besteht, und zwar so, dass im Wesentlichen die gesamte äußerste Fläche des Mehrschichtstapels 20 bedeckt wird. Bevorzugt ist diese Schutzschicht 8 ein dünner Film zum Beispiel aus Silber (Ag) oder Silberlegierung mit einer Dicke von ungefähr 0,1 µm bis 50 µm. Im Folgenden wird die in dem Mehrschichtstapel 20 enthaltene Schutzschicht 7 auch als „die erste Schutzschicht“ bezeichnet, und die Schutzschicht 8, die den Außenumfang des Mehrschichtstapels 20 bedeckt, wird auch als „die zweite Schutzschicht“ bezeichnet.
21 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der fünften Ausführungsform zeigt. Wie in 21 zu sehen, ähnelt das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der fünften Ausführungsform im Grunde dem Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform, das oben anhand der 3 bis 8 beschrieben wurde. Jedoch unterscheidet sich die fünfte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die erstere einen ersten Schutzschichtbildungsschritt (S45) und einen zweiten Schutzschichtbildungsschritt (S70) anstelle des Schutzschichtbildungsschrittes (S40 in 3) und des Stabilisierungsschichtbildungsschrittes (S60 in 3) enthält. Genauer gesagt, wird in dem ersten Schutzschichtbildungsschritt (S45) die Schutzschicht 7 aus Silber (Ag) oder Silberlegierung zum Beispiel durch ein physikalisches Aufdampfungsverfahren, ein Elektroplattierungsverfahren oder dergleichen auf der Hauptfläche der Schicht aus supraleitendem Material 5 gegenüber ihrer Hauptfläche, die der Zwischenschicht 3 zugewandt ist, ausgebildet, ähnlich dem Schutzschichtbildungsschritt (S40 in 3) in der ersten Ausführungsform.
In dem zweiten Schutzschichtbildungsschritt (S70) wird die Schutzschicht 8 (die zweite Schutzschicht) aus Silber (Ag) oder Silberlegierung zum Beispiel durch ein physikalisches Aufdampfungsverfahren, ein Elektroplattierungsverfahren oder dergleichen so ausgebildet, dass der Außenumfang des Mehrschichtstapels 20, der der Drahtausdünnung unterzogen wurde, bedeckt wird, und zwar im Wesentlichen die gesamte äußerste Fläche des Mehrschichtstapels 20. Durch die oben beschriebenen Schritte wird der in der fünften Ausführungsform gezeigte supraleitende Draht 10 in 20 hergestellt.
In der fünften Ausführungsform kann eine Stabilisierungsschicht aus Kupfer oder Kupferlegierung so angeordnet werden, dass außerdem der Außenumfang der zweiten Schutzschicht 8 bedeckt wird, und zwar im Wesentlichen die gesamte äußerste Fläche der zweiten Schutzschicht 8. Im Fall des Anordnens der Stabilisierungsschicht auf dem Außenumfang der zweiten Schutzschicht 8 kann die zweite Schutzschicht 8 so angeordnet werden, dass sie im Wesentlichen die gesamte äußerste Fläche des Mehrschichtstapels 20 bedeckt, um das Plattieren zu ermöglichen, mit dem ein Kupferplattierungs-Dünnfilm, der als Stabilisierungsschicht 9 dient, auf dem Mehrschichtstapel 20, der die zweite Schutzschicht 8 enthält, ausgebildet wird. Und zwar wird die Stabilisierungsschicht 9 auf der Außenfläche der zweiten Schutzschicht 8 ausgebildet. Während des Plattierens wird der Mehrschichtstapel 20 in eine Kupferplattierungslösung eingetaucht. Jedoch wird die Oberfläche der Schicht aus supraleitendem Material 5 nicht direkt in Kontakt mit der Kupferplattierungslösung gebracht, da die Oberfläche der Schicht aus supraleitendem Material 5 mit der zweiten Schutzschicht 8 bedeckt ist. Darum kann während des Plattierens ein Korrodieren der Oberfläche und des Inneren der Schicht aus supraleitendem Material 5 aufgrund der Kupferplattierungslösung vermieden werden. Wenn ein nachteiliger Vorgang wie zum Beispiel Abschrecken an der Schicht aus supraleitendem Material 5 auftritt, so kann darüber hinaus ein übermäßiger Stromfluss in der Schicht aus supraleitendem Material 5 teilweise in die zweite Schutzschicht 8 abgelenkt werden. Auf diese Weise kann ein Bruch oder dergleichen der Schicht aus supraleitendem Material 5 aufgrund übermäßigen Stromflusses in der Schicht aus supraleitendem Material 5 vermieden werden.
In Bezug auf die fünfte Ausführungsform ist das Merkmal, dass die Schutzschicht 8 (die zweite Schutzschicht) die Stabilisierungsschicht 9 des supraleitenden Drahtes in der ersten Ausführungsform (1) ersetzt, oben beispielhaft veranschaulicht. Jedoch kann auch in jedem des supraleitenden Drahtes in der zweiten Ausführungsform (13), des supraleitenden Drahtes in der dritten Ausführungsform (14, 15) und des supraleitenden Drahtes in der vierten Ausführungsform (18) die Stabilisierungsschicht 9 durch die Schutzschicht (die zweite Schutzschicht) ersetzt werden. Alternativ kann in jeweiligen supraleitenden Drähten in den zweiten bis vierten Ausführungsformen die Schutzschicht (die zweite Schutzschicht) so angeordnet werden, dass sie den Außenumfang des Mehrschichtstapels 20 bedeckt, und ferner kann die Stabilisierungsschicht so angeordnet werden, dass sie den Außenumfang dieser Schutzschicht bedeckt.
In Bezug auf die obigen ersten bis fünften Ausführungsformen ist das Merkmal, dass die Schicht aus supraleitendem Material mindestens teilweise die Seitenflächen des Substrats bedeckt, oben als ein Merkmal veranschaulicht, dass die Zwischenschicht, die Schicht aus supraleitendem Material und die Schutzschicht mindestens teilweise die Seitenflächen des Substrats bedecken. Die vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und enthält ferner ein Merkmal, dass die Zwischenschicht und die Schicht aus supraleitendem Material mindestens teilweise die Seitenflächen des Substrats bedecken, ein Merkmal, dass nur die Schicht aus supraleitendem Material teilweise die Seitenflächen des Substrats bedeckt, und ein Merkmal, dass die Schicht aus supraleitendem Material und die Schutzschicht mindestens teilweise die Seitenflächen des Substrats bedecken. Unter diesen Merkmalen ist das Merkmal, dass die Zwischenschicht und die Schicht aus supraleitendem Material mindestens teilweise die Seitenflächen des Substrats bedecken, bevorzugt, weil die Orientierungsausrichtung der Schicht aus supraleitendem Material an den Seitenflächen des Substrats ebenfalls verbessert werden kann, und weil das Ablösen der Zwischenschicht verhindert werden kann.
Darüber hinaus ist bezüglich der obigen ersten bis fünften Ausführungsformen das Merkmal, dass die Stabilisierungsschicht oder die Schutzschicht so ausgebildet wird, dass sie den Außenumfang des Mehrschichtstapels bedeckt, oben veranschaulicht. Alternativ kann die Stabilisierungsschicht oder die Schutzschicht auf mindestens der Oberseite des Mehrschichtstapels (und zwar auf der Schutzschicht) angeordnet werden. In diesem Fall kann die Stabilisierungsschicht oder die Schutzschicht auf der Schutzschicht ausgebildet werden, und danach kann der Außenumfang des supraleitenden Drahtes mit einer isolierenden Überzugsschicht bedeckt werden, um den supraleitenden Draht zu schützen.
Darüber hinaus ist bezüglich der obigen ersten Ausführungsform das Herstellungsverfahren, in dem der Drahtausdünnungsschritt (S50) nach dem Schutzschichtbildungsschritt (S40 in 3) ausgeführt wird, oben veranschaulicht. Alternativ kann der Drahtausdünnungsschritt (S50) nach dem Supraleitmaterialschichtbildungsschritt (S30) ausgeführt werden, und danach kann der Schutzschichtbildungsschritt (S40) ausgeführt werden. Dementsprechend wird die Schutzschicht so ausgebildet, dass sie den Außenumfang des Mehrschichtstapels bedeckt, der aus dem Substrat, der Zwischenschicht und der Schicht aus supraleitendem Material besteht. Darum können die erste Schutzschicht 7 und die zweite Schutzschicht 8 (20) im Wesentlichen gleichzeitig ausgebildet werden.
Darüber hinaus kann der supraleitende Draht in der obigen zweiten Ausführungsform ebenfalls durch ein Verfahren ähnlich dem Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes in der vierten Ausführungsform hergestellt werden. Und zwar können auf einer der Hauptflächen des Substrats, das eine Bandform mit einer gewünschten Breite hat, die Zwischenschicht, die Schicht aus supraleitendem Material und die Stabilisierungsschicht in dieser Reihenfolge ausgebildet werden, um dadurch die Zwischenschicht, die Schicht aus supraleitendem Material und die Stabilisierungsschicht so auszubilden, dass die Seitenflächen des Substrats vollständig bedeckt werden.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1: Substrat
3: Zwischenschicht
5: Schicht aus supraleitendem Material
7: Schutzschicht (erste Schutzschicht)
8: Schutzschicht (zweite Schutzschicht)
9: Stabilisierungsschicht
10: supraleitender Draht
20: Mehrschichtstapel
30: Schlitzbildner
31: rotierende Klinge
32: Abstandshalter

Claims

Supraleitender Draht (10), aufweisend: ein Substrat (1) mit einer ersten Hauptfläche (1a) und einer zweiten Hauptfläche (1b) gegenüber der ersten Hauptfläche (1a) und eine Schicht aus supraleitendem Material (5), die auf der ersten Hauptfläche (1a) des Substrats (1) angeordnet ist, wobei die Schicht aus supraleitendem Material (5) so angeordnet ist, dass sie mindestens einen Teil einer Seitenfläche (1c, 1d) des Substrats (1) in einer Breitenrichtung des Substrats (1) bedeckt, und entlang mindestens eines Teils des supraleitenden Drahtes (10) in einer Richtung, in der sich der supraleitende Draht (10) erstreckt, die Schicht aus supraleitendem Material (5) so ausgebildet ist, dass sie die Seitenfläche (1c, 1d) des Substrats (1) bedeckt und sich auf mindestens einen Teil der zweiten Hauptfläche (1 b) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Schicht aus supraleitendem Material (5), die sich oberhalb der zweiten Hauptfläche (1b) des Substrats (1) befindet, geringer ist als eine Dicke der Schicht aus supraleitendem Material (5), die sich oberhalb der ersten Hauptfläche (1a) befindet.
Supraleitender Draht (10) nach Anspruch 1, wobei entlang mindestens eines Teils des supraleitenden Drahtes (10) in der Richtung, in der sich der supraleitende Draht (10) erstreckt, die Schicht aus supraleitendem Material (5) so angeordnet ist, dass sie die Seitenfläche (1c, 1d) des Substrats (1) vollständig bedeckt.
Supraleitender Draht (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Hauptfläche (1a) des Substrats (1) einen gekrümmten Abschnitt enthält.
Supraleitender Draht (10) nach Anspruch 3, wobei sich der gekrümmte Abschnitt an einem Ende der ersten Hauptfläche (1a) des Substrats (1) in der Breitenrichtung des Substrats (1) befindet.
Supraleitender Draht (10) nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4, wobei die Schicht aus supraleitendem Material (5), die sich auf der Seitenfläche (1c, 1d) des Substrats (1) befindet, eine Dicke von mindestens 0,5 µm und maximal 5 µm hat.
Supraleitender Draht (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend eine Zwischenschicht (3), die zwischen der ersten Hauptfläche (1a) des Substrats (1) und der Schicht aus supraleitendem Material (5) angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht (3) so angeordnet ist, dass sie mindestens einen Teil der Seitenfläche (1c, 1d) des Substrats (1) bedeckt.
Supraleitender Draht (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schicht aus supraleitendem Material (5) aus einem supraleitenden Oxidmaterial besteht.