JP2001319750A - 酸化物超電導導体の接続方法 - Google Patents
酸化物超電導導体の接続方法Info
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Abstract
で、その接続部の強度が高く、安定性が向上され、接続
後にも酸化物超電導導体の臨界電流密度の低下が少ない
酸化物超電導導体の接続方法を得る。 【解決手段】 各酸化物超電導導体25の端部で、その
端部の酸化物超電導層23を除去して基材21の一部を
露出させ、ついで、各酸化物超電導導体25のこの露出
した基材21同士を突き合わせて接合し、ついで、この
基材21の接合部分上と露出部分上と各酸化物超電導層
23上に、これらにまたがるようにして各酸化物超電導
層23を接続するための接続用酸化物超電導層26を形
成し、ついで、酸化物超電導層23と接続用酸化物超電
導層26上に表面保護層24を形成する。
Description
ル、超電導マグネット、超電導エネルギー貯蔵装置、超
電導発電装置、医療用MRI装置、超電導電流リード等
の分野で利用される酸化物超電導導体の接続方法に関す
る。
ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金などの
各種金属材料等からなるテープ状の基材上に化学気相蒸
着法(CVD法)等によって、YBCO等の酸化物超電
導導体の薄膜を形成したものが知られている。このよう
なテープ状の酸化物超電導導体においては、結晶配向性
の優れた酸化物超電導層を得て、臨界電流密度の高い酸
化物超電導導体を得るべく研究開発が進められている。
このような酸化物超電導導体としては、基材上にイット
リウム安定化ジルコニア(YSZ)等からなる結晶配向
性に優れた中間層を形成し、その上に酸化物超電導導体
を形成したもの等が知られている。
電導導体を実用機器に応用するには、酸化物超電導導体
を接続技術の確立が不可欠とされ、その開発が要望され
ている。このようなテープ状基材に酸化物超電導層を蒸
着してなる酸化物超電導導体の接続方法としては、特許
第2688923号公報の酸化物超電導導体の接続方法
等が知られている。この酸化物超電導導体の接続方法で
は、真空容器内において、複数個の酸化物超電導導体を
互いに当接して配置し、これら酸化物超電導導体を加熱
し、その当接部に向けてノズルから上記当接部に上記酸
化物超電導導体と同じ材料の超微紛を噴出させて堆積さ
せ、これを焼結して、これらの酸化物超電導導体を接合
している。
うな酸化物超電導導体の接続方法においては、酸化物超
電導導体の当接部上に、酸化物超電導薄膜を形成しただ
けであるので、種々の用途に用いるのには、その安定性
が不十分であり、接合部の強度に問題があった。また、
接続後の酸化物超電導導体における臨界電流密度が低下
してしまうという問題もあった。
度の低下等の問題を解決するために、本発明者らは、先
に、特願平10−310264号公報において、以下の
ような酸化物超電導導体の接続構造および接続方法を提
案している。まず、第1の接続構造および接続方法とし
て、図11に示すようなものを提案している。この例
は、テープ状の基材1上に、中間層2を形成し、この中
間層2上に、酸化物超電導層3を形成し、さらに、酸化
物超電導層3上に安定化銀層4を形成した酸化物超電導
導体5の接続に関するもので、テープ状の酸化物超電導
導体5上に安定化銀層4を形成し、この安定化銀層4の
一部を半田6を介して接合させ、2つの酸化物超電導導
体5、5を接続する方法である。この方法においては、
半田6や安定化銀層4等の金属層における抵抗、また安
定化銀層4と酸化物超電導層3との間で発生する接触抵
抗を下げるために、酸化物超電導層3を添設させ、導体
ラップ面積W(接触面)を小さくしている。
て、図12に示すようなものを提案している。この例
は、テープ状の基材11上に、中間層12を形成し、こ
の中間層12上に、酸化物超電導層13を形成し、さら
に、酸化物超電導層13上に安定化銀層14を形成した
酸化物超電導導体15の接続に関するもので、酸化物超
電導体15、15同士を、短尺の超電導テープ18を溶
融バインダーとして用いて接続する方法である。詳しく
は、酸化物超電導導体15、15の端部を突き合わせ
て、この接続部分上に、銀基材16上に酸化物超電導層
17を形成した超電導テープ18を溶融接合し、これら
の上に安定化銀層14を形成するものである。 この方
法においては、上記接合部分の強度を確保するために、
超電導テープ18を用いるとともに、接続部分の表面に
安定化銀層14を被覆している。このようにすれば、基
材11と中間層12とが、高強度、高融点材料で、基材
11、11同士の接続が困難であり、基材11、11同
士は突き合わされたままの状態な場合であっても、その
接続部分の強度を確保することができる。
を同じくするとともに、これらの発明をより進め、より
酸化物超電導導体の接続作業が簡単で、その接続部の強
度が高く、酸化物超電導導体の安定性が向上され、接続
後にも臨界電流密度の低下が少ない酸化物超電導導体の
接続方法を得ることを目的とする。
に、第1の発明においては、テープ状の基材上に酸化物
超電導層が形成された酸化物超電導導体同士の接続方法
であって、各酸化物超電導導体の端部で、その端部の酸
化物超電導層を除去して基材の一部を露出させ、つい
で、各酸化物超電導導体のこの露出した基材同士を突き
合わせて接合し、ついで、この基材の接合部分上と露出
部分上と各酸化物超電導層上に、これらにまたがるよう
に各酸化物超電導層を接続するための接続用酸化物超電
導層を形成し、ついで、酸化物超電導層上と接続用酸化
物超電導層上に表面保護層を形成する酸化物超電導導体
の接続方法を提供する。
基材上に酸化物超電導層が形成された酸化物超電導導体
同士の接続方法であって、各酸化物超電導導体の端部
で、その端部の酸化物超電導層を除去して基材の一部を
露出させ、ついで、各酸化物超電導導体のこの露出した
基材同士を突き合わせて接合し、ついで、この基材の接
合部分上と露出部分上に、接続用貴金属層を形成し、つ
いで、この接続用貴金属層上と酸化物超電導層上に、各
酸化物超電導導体の酸化物超電導層を接続するための接
続用酸化物超電導層をこれらにまたがるように形成し、
ついで、酸化物超電導層上と接続用酸化物超電導層上に
表面保護層を形成する酸化物超電導導体の接続方法を提
供する。また、これらの接続方法は、基材として銀を用
いた酸化物超電導導体に有効に用いることができる。
方法を適用する酸化物超電導導体としては、例えば図1
に示すような構造のものが適している。この酸化物超電
導導体25は、テープ状の基材21上に、酸化物超電導
層23が形成されたものである。このような構造の酸化
物超電導導体25の基材21としては、銀、白金、ステ
ンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金などの各種
金属材料などが用いられるが、中でも、銀(以下、Ag
とする)が好適に用いられる。
物超電導体は、Y1Ba2Cu3O7-x、Y2Ba4 Cu
8Oy、Y3Ba3 Cu6Oyなる組成に代表されるYBCO
系のもの、あるいは(Bi,Pb)2Ca 2Sr2C u3
Oy、(Bi,Pb)2Ca2Sr3Cu4Oyなる組成、あ
るいは、Tl2 Ba2Ca2Cu3Oy、 Tl1Ba2Ca2
Cu 3Oy、Tl1Ba2Ca3Cu4Oy なる組成などに代
表される臨界温度の高い酸化物超電導体が用いられる
が、基材21にAgを用いた場合には、YBCO系の酸
化物超電導導体が好適に用いられる。
あれば、以下のような特性がある。Agは、非磁性で、
低抵抗な金属材料であるとともに、酸化物超電導体を安
定化させる役割を有する。よって、Agを基材21とし
て用いた酸化物超電導導体25においては、基材21自
体が安定化材としての役割を果たすので、安定化層、例
えば安定化銀層等をその表面に設けなくてもよい。ま
た、Agは、酸化物超電導体、特にYBCO結晶に格子
定数が近く、YBCOとの反応性も小さい。よって、A
gを基材21に用いれば、その上に中間層を形成しない
でも、面内配向性を有する酸化物超電導層23(特に、
YBCO層)を形成することができる。このような酸化
物超電導導体25においては、他の金属基材上に中間層
を形成した酸化物超電導導体に比べ、基材21部分の接
続が比較的容易であると同時に、基材21自体が安定化
材の役割を果たすため、安定化銀層を形成する必要がな
い。
法としては、まず、図2に示すように、接続する複数の
酸化物超電導導体25、25の接続端部の酸化物超電導
層23、23の一部を除去して基材21を露出させる。
この酸化物超電導層23の除去方法としては、リン酸エ
ッチング、レーザエッチング等が用いられる。このよう
にしてエッチングされた接続部分は、1〜10mm程度
とする。
物超電導導体25、25の基材21、21が露出した端
部同士を突き合わせて当接し、これらを加熱圧接して、
基材21、21を接合する。このときの加熱温度として
は、基材21を半融解状態とする融点近傍の温度が好ま
しく、例えば、基材21に銀を用いた場合は、961〜
963℃とされる。この場合、961℃未満であると、
基材21が十分に接合されず、963℃を越えると、基
材21部分が完全に液状となってしまい不都合となる。
ついで、結合部分の表面を研磨して平坦とする。
に、酸化物超電導層23と同材料の酸化物超電導体から
なる接続用酸化物超電導層26を形成する。このときの
接続用酸化物超電導層26の形成方法としては、RFス
パッタリング法、CVD法の成膜法が用いられる。この
ときのCVD法においては、通常よりもわずかに高い酸
素分圧条件とし、すでに形成済みの酸化物超電導層23
がダメージを受けないように、つまり溶けないようにす
る。このときの接続用酸化物超電導層26の厚さとして
は、酸化物超電導層23の厚さの2倍程度までとするこ
とが好ましい。
の酸化物超電導導体25と他方の酸化物超電導導体25
との接触部の長さAとしては、目的とする接続部の強度
によっても異なるが、10〜30mmの範囲が好まし
い。このラップ長が、10mm未満であると、酸化物超
電導導体25同士の接続が不十分となり、30mmを越
えると、形成コストや手間がかかるため不経済である。
化物超電導層26および酸化物超電導層23上に表面保
護層24を形成する。この表面保護層24は貴金属から
なり、貴金属としては、金、白金、銀などがあげられ、
中でも銀が安定化材として効果が高く、好適に用いられ
る。このような酸化物超電導導体25の接続方法によれ
ば、酸化物超電導導体の接続が容易にでき、基材21同
士が接合されているため接続部の強度も高いものとな
る。
法の第2の実施の形態を説明する。この接続方法を実施
するのに好適な酸化物超電導導体としては、上述の図1
に示す構造のものが挙げられる。以下、この接続方法に
ついて図6〜10を利用して説明する。まず、図6に示
すように、第1の実施形態と同様にして、酸化物超電導
導体25の接続端部の酸化物超電導層23、23の一部
を除去して基材21、21を露出させる。ついで、図7
に示すように、第1の実施形態と同様にして、これらの
酸化物超電導導体25、25を、基材21、21が露出
した端部同士を突き合わせて当接し、これらを加熱圧接
して、基材21、21部分を接合する。ついで、結合部
分の表面を研磨して平坦とする。
に、貴金属からなる接続層31を形成する。この接続層
31は、基材21と酸化物超電導層23との間段差を埋
めるために設けられる。この接続層31を設けることに
より、より接続部における安定性が向上し、段差におけ
る不連続性を解消できる。この接続層31の厚さとして
は、1×10-6〜2×10-6mとされるが、上記段差を
解消できるものであればよい。この接続層31は、RF
スパッタ法、CVD法等の成膜法により形成することが
でき、酸化物超電導層23と同材料の酸化物超電導体か
らなる。このときのスパッタリングにおける条件として
は、例えば、RFパワー300W、圧力6.5×10-1
Pa、室温で行うことができる。上記貴金属としては、
金、白金、銀などがあげられ、中でも銀が安定化材とし
て効果が高く、好適に用いられる。
めに、酸化物超電導層23と同材料の酸化物超電導体か
らなる接続用酸化物超電導層32を形成する。この接続
用酸化物超電導層32の形成方法としては、CVD法等
の成膜法が用いられる。
の酸化物超電導導体25と他方の酸化物超電導導体25
との接触部の長さBとしては、目的とする接続部の強度
によっても異なるが、10〜30mmの範囲が好まし
く、このラップ長の長さが、10mm未満であると、酸
化物超電導導体25同士の接続が不十分となり、30m
mを越えると、製造コストや手間がかかり不経済であ
る。
酸化物超電導層23上に表面保護層34を形成する。こ
の表面保護層34の厚さとしては、1×10-6〜3×1
0-6mが好ましい。表面保護層34は貴金属からなり、
貴金属としては、金、白金、銀などがあげられ、中でも
銀が安定化材として効果が高く、好適に用いられる。
導導体25同士の接続が容易にでき、基材21が接合さ
れるとともに、接続層31、接続用酸化物超電導層32
が形成されているため、接続部の強度も高いものとな
る。このような接続方法によれば、接続層31を設けて
いるので、酸化物超電導導体25、25の接続部の安定
性が高く、また強度も高い。また、臨界電流密度の低下
を最小限にすることができ、酸化物超電導導体25の接
続方法として有用である。
2mmのテープ状の基材21上に、CVD法により、Y
Ba2Cu3O7-xなる組成の酸化物超電導層23を、厚
さ0.5μmで形成して酸化物超電導導体を得た。
1〜図5に示す接続方法により酸化物超電導導体を接続
した。まず、上記各酸化物超電導導体の一端部の酸化物
超電導層を端から長さ5mmにわたって、リン酸エッチ
ングにより除去し、基材を露出させた。ついで、基材を
露出させた端部同士を突き合わせて当接し、これらを9
62℃に加熱しながら圧接した。ついで、この接合部分
表面を研磨して平らにした。ついで、CVD法により、
この接続部分に、酸化物超電導層と同じ組成のYBa2
Cu3O7-x の接続用酸化物超電導層を、厚さ0.5×
10-6mで形成した。このときのラップ長Aを20mm
とした。ついで、各酸化物超電導導体における酸化物超
電導層と接続用酸化物超電導層上に、表面保護層を形成
した。
2本用い、図6〜図10に示す接続方法により酸化物超
電導導体を接続した。まず、上記各酸化物超電導導体の
一端部の酸化物超電導層を端から長さ5mmにわたっ
て、リン酸エッチングにより除去し、基材を露出させ
た。ついで、基材を露出させた端部同士を突き合わせ
て、当接し、これらを962℃に加熱しながら圧接し
た。ついで、この接合部分表面を研磨して平らにした。
ついで、この接合部分上と基材の露出部分上とに、RF
スパッタリング法において、Agからなる接続層を形成
した。ついで、CVD法により、この接続部分に、酸化
物超電導層と同じ組成のYBa2Cu3O7-xの接続用酸
化物超電導層を、厚さ0.5×10-6mで形成した。こ
のときのラップ長を20mmとした。
した以外は、実施例1と同様にして酸化物超電導導体2
5の接続を行った。
続割合を求めた。接続割合は、接続前の酸化物超電導導
体25の臨界電流密度(Jc1)を4端子法(端子を図
1に点線で示す)で測定し、接続後の酸化物超電導導体
における臨界電流密度(Jc2)を4端子法(端子を図
10に点線で示す)で測定して、これらの割合Jc2/
Jc1×100(%)を示す。この値が低ければ、接続
後の酸化物超電導導体の臨界電流密度(Jc)が低下し
たことを示す。 実施例1 82% 実施例2 100% 比較例1 32%
良好な臨界電流密度が保たれていることがわかる。
明の第1の酸化物超電導導体の接続方法は、酸化物超電
導導体の接続を容易に行うことができる。また、基材同
士は接合され、酸化物超電導層は、接続用酸化物超電導
導体により接続されているので、接続部の強度は高く、
接続部の安定性は高い。また、接続後の酸化物超電導導
体において臨界電流密度の低下も少ない。
は、第1の接続方法と同様に、酸化物超電導導体の接続
を容易に行うことができる。また、基材同士は接合さ
れ、安定化銀からなる接続層が設けられ、その上に、接
続用酸化物超電導層を形成して、酸化物超電導層同士の
接続を行うものであるので、接続部における安定性がよ
り高く、接続部の強度は高い。また、より接続語の酸化
物超電導導体において臨界電流密度の低下も少なくな
る。
化物超電導導体にて起用すれば、構造が簡単なために、
容易に接続でき、この接続部においては、安定性、強度
が高く、また、臨界電流密度の低下が少ない。
るのに適した酸化物超電導導体の一例を示す断面図であ
る。
一工程を説明するための断面図である。
一工程を説明するための断面図である。
一工程を説明するための断面図である。
一工程を説明するための断面図である。
一工程を説明するための断面図である。
一工程を説明するための断面図である。
一工程を説明するための断面図である。
一工程を説明するための断面図である。
の一工程を説明するための断面図である。
示した断面図である。
示した断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 テープ状の基材上に酸化物超電導層が形
成された酸化物超電導導体同士の接続方法であって、 各酸化物超電導導体の端部で、その端部の酸化物超電導
層を除去して基材の一部を露出させ、ついで、各酸化物
超電導導体のこの露出した基材同士を突き合わせて接合
し、ついで、この基材の接合部分上と露出部分上と各酸
化物超電導層上に、これらにまたがるようにして各酸化
物超電導層を接続するための接続用酸化物超電導層を形
成し、ついで、酸化物超電導層上と接続用酸化物超電導
層上に表面保護層を形成することを特徴とする酸化物超
電導導体の接続方法。 - 【請求項2】 テープ状の基材上に酸化物超電導層が形
成された酸化物超電導導体同士の接続方法であって、 各酸化物超電導導体の端部で、その端部の酸化物超電導
層を除去して基材の一部を露出させ、ついで、各酸化物
超電導導体のこの露出した基材同士を突き合わせて接合
し、ついで、この基材の接合部分上と露出部分上に、接
続用貴金属層を形成し、ついで、この接続用貴金属層上
と酸化物超電導層上に、各酸化物超電導導体の酸化物超
電導層を接続するための接続用酸化物超電導層をこれら
にまたがるように形成し、ついで、酸化物超電導層上と
接続用酸化物超電導層上に表面保護層を形成することを
特徴とする酸化物超電導導体の接続方法。 - 【請求項3】 上記基材として銀を用いることを特徴と
する請求項1または2に記載の酸化物超電導導体の接続
方法。
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