JP2002075079A - High-temperature superconducting thick-layer material and method for manufacturing the same - Google Patents

High-temperature superconducting thick-layer material and method for manufacturing the same

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JP2002075079A
JP2002075079A JP2000258816A JP2000258816A JP2002075079A JP 2002075079 A JP2002075079 A JP 2002075079A JP 2000258816 A JP2000258816 A JP 2000258816A JP 2000258816 A JP2000258816 A JP 2000258816A JP 2002075079 A JP2002075079 A JP 2002075079A
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superconducting
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修司 母倉
Kozo Fujino
剛三 藤野
Kazuya Daimatsu
一也 大松
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-temperature superconducting thick-layer material which permits long thick-layer wire material and large-area thick layer material of high superconducting characteristic, which material has heretofore been too difficult to be manufacutred, and the method for manufacturing the same. SOLUTION: A crystalline intermediate layer 2 having a thickness larger than or equal to 0.1 μm and smaller than or equal to 3 μm is formed on a substrate 1. On this intermediate layer 2, a crystalline superconducting thick layer having a thickness larger than or equal to 0.5 μm and smaller than or equal to 30 μm is formed by an application/thermal-decomposition method.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高温超電導厚膜部
材およびその製造方法に関し、より詳細には、優れた超
電導特性を有し、組成および組織が均一で、かつ実用に
値する大きな臨界電流を担い、長尺もしくは大面積が可
能な、特に電力用途に適する高温超電導厚膜部材および
その製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-temperature superconducting thick film member and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a high critical current having excellent superconducting characteristics, a uniform composition and structure, and a practically useful value. The present invention relates to a high-temperature superconducting thick-film member that can be carried and has a long or large area and is particularly suitable for electric power use and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】高温超電導薄膜は、スパッタリング法、
熱共蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザー蒸着法などの
従来の半導体産業で培われた物理蒸着技術の適用によっ
て、実用化開発が進展している。特に臨界温度が90K
に達するY(イットリウム)123系構造またはRE
(希土類)123系構造を有する高温超電導薄膜では、
液体窒素温度(77K)を超える臨界温度や105A/
cm2(77K、自己磁界下)を超える臨界電流特性が
確認され、研究所レベルでは実用化の進んだBi(ビス
マス)系銀被覆高温超電導線材を完全に凌駕する特性が
確認されている。
2. Description of the Related Art A high-temperature superconducting thin film is formed by a sputtering method,
Due to the application of physical vapor deposition techniques cultivated in the conventional semiconductor industry, such as the thermal co-evaporation method, the electron beam evaporation method, and the laser evaporation method, practical application development is progressing. Especially the critical temperature is 90K
(Yttrium) 123-based structure or RE
In a high-temperature superconducting thin film having a (rare earth) 123-based structure,
Critical temperature exceeding liquid nitrogen temperature (77K) or 10 5 A /
A critical current characteristic exceeding cm 2 (77 K, under a self-magnetic field) was confirmed, and a characteristic completely surpassing a Bi (bismuth) -based silver-coated high-temperature superconducting wire which has been put into practical use at a laboratory level has been confirmed.

【0003】このような高温超電導薄膜を用いて、移動
体の通信基地局に用いられるマイクロ波フィルタの実用
化を目指した試作、SQUID(Super conducting Qua
ntumInterference Device)現象を利用した心磁計など
のプロトタイプの開発、ジョセフソン効果を利用した高
速電子計算機を目指した要素開発などが急速に進展して
おり、コスト面での従来の常電導機器に比べて性能や長
期信頼性が確認された後には、製品化が進むと期待され
ている。
[0003] Using such a high-temperature superconducting thin film, a prototype of a microwave filter used for a mobile communication base station, which is intended for practical use, is called a SQUID (Super conducting Quan).
The development of prototypes such as magnetocardiographs using the ntumInterference Device phenomenon and the development of elements aimed at high-speed computers using the Josephson effect are progressing rapidly, and cost is lower than that of conventional ordinary conducting equipment. After confirming the performance and long-term reliability, it is expected that commercialization will proceed.

【0004】一方、超電導の「電気抵抗=0」現象を利
用して、ケーブルやマグネットを限流器などのいわゆる
パワー応用分野でもそのプロトタイプの開発が推進され
ている。高温超電導線材を用いた地中ケーブルが実現で
きれば、都心の地下に直径がメートル級のトンネルを新
たに作製することなく、既存の小さい直径(150〜2
00mmφ程度)のトンネルに敷設可能なコンパクト・
大容量ケーブルを構築することができる。これによっ
て、従来の3倍以上の電力を送電でき、東京などの大都
会では膨大なコストを要する地下工事費が不要になり、
コストメリットが生じることから、開発が鋭意進められ
ている。
[0004] On the other hand, the development of prototypes of so-called power applications such as current limiters for cables and magnets is being promoted by utilizing the "electric resistance = 0" phenomenon of superconductivity. If an underground cable using a high-temperature superconducting wire can be realized, the existing small diameter (150 to 2
Compact that can be laid in tunnels
Large capacity cables can be constructed. As a result, it is possible to transmit more than three times the power of conventional systems, eliminating the need for huge underground construction costs in large cities such as Tokyo.
The development is being actively pursued because of the cost merit.

【0005】また、Y系およびRE系薄膜線材は、77
Kの磁場特性がBi系銀被覆線材に比べて非常に優れて
いる。このため、線材の長尺化が進み適正コストで所定
の性能が達成できれば、たとえば金属系超電導線材で適
用化が進んでいるMRI(Magnetic Resonance Imagin
g)やシリコン単結晶引上げ炉用超電導マグネット用の
線材としてY系およびRE系薄膜線材は有力となる。ま
た、薄膜を用いたSN転位型限流器の検討もなされてお
り、マトリックスが安定化材となるBi系銀被覆線材で
は実現不可能なコンパクトで高性能な限流器が、Y系お
よびRE系薄膜において実現可能であるかについても検
討されている。
[0005] In addition, Y-based and RE-based thin film wires
The magnetic field characteristics of K are much better than Bi-based silver-coated wires. For this reason, if the length of the wire becomes longer and a predetermined performance can be achieved at an appropriate cost, for example, the MRI (Magnetic Resonance Imagin) which is being applied to a metal-based superconducting wire is being advanced.
Y) and RE thin film wires are promising as wires for g) and superconducting magnets for silicon single crystal pulling furnaces. Also, SN dislocation type current limiters using thin films have been studied, and compact and high-performance current limiters that cannot be realized with a Bi-based silver-coated wire whose matrix is a stabilizing material have been developed. Whether it can be realized in a system thin film is also being studied.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】物理蒸着法は、原料タ
ーゲットから成膜した高温超電導膜の組成ずれが少な
く、気相成長法の中でも成膜速度が比較的速いという特
徴を有している。このために、優れた特性を有する薄膜
の原理検証の目的にスパッタ法やレーザー蒸着法が適用
されている。しかしながら、現状のレーザーやスパッタ
装置は薄膜超電導線材や大面積薄膜の量産を行なう上で
はパワーが小さいという問題点がある。
The physical vapor deposition method is characterized in that the compositional deviation of a high-temperature superconducting film formed from a raw material target is small, and the film forming rate is relatively high even in the vapor phase growth method. For this reason, a sputtering method or a laser deposition method has been applied for the purpose of verifying the principle of a thin film having excellent characteristics. However, current lasers and sputtering devices have a problem that the power is small in mass-producing thin-film superconducting wires and large-area thin films.

【0007】SQUIDや電子計算機などのエレクトロ
ニクス応用では、高性能を有する膜を少量でも均一に作
製できれば製品化が可能であるが、物理蒸着装置での製
作コストが高いという、実用化にとって根本的な問題が
あった。
[0007] In electronic applications such as SQUIDs and electronic computers, it is possible to commercialize if a high-performance film can be uniformly produced even in a small amount, but the production cost with a physical vapor deposition apparatus is high, which is fundamental to practical use. There was a problem.

【0008】一方、パワー応用分野では、特に大量に低
コストで薄膜が作製できるプロセスが必要であるが、物
理蒸着法は蒸着装置パワーの低出力によって原理検証の
実験用の手法に限られていた。この原因は高温超電導薄
膜の物理蒸着法に必要な大出力を有するレーザー源やス
パッタ源が将来にわたっても高出力化の見通しが限定さ
れることによる。
On the other hand, in the field of power application, a process capable of producing a large amount of thin films at a low cost is particularly necessary. However, the physical vapor deposition method is limited to an experimental method for verifying the principle due to the low output of the power of the vapor deposition apparatus. . This is because the prospect of increasing the output of a laser source or a sputter source having a large output required for the physical vapor deposition of a high-temperature superconducting thin film is limited in the future.

【0009】現時点では、たとえばレーザー源としては
出力が高々200W程度の産業用レーザーしか製品化で
きていない。このため、たとえば幅10mmのテープ基
板上に、5μm以上の厚い超電導膜を10m/H以上の
成膜速度で製作することは原理的に難しい。
At present, for example, only an industrial laser having an output of at most about 200 W has been commercialized as a laser source. For this reason, it is in principle difficult to produce a superconducting film having a thickness of 5 μm or more on a tape substrate having a width of 10 mm at a film forming speed of 10 m / H or more.

【0010】Y系超電導薄膜を大量に製作できる可能性
のある手法として、たとえば特公平4−76324号公
報、特公平4−76323号公報などに開示されている
塗布熱分解法がある。この手法は、物理蒸着法よりも簡
便な装置を用いて、線材上や単結晶基板上への厚膜が比
較的容易に得られる利点を有しているが、この手法によ
り作製された超電導膜では臨界電流密度が低いという抜
本的な欠点を有している。
As a technique capable of producing a large amount of Y-based superconducting thin films, there is a coating thermal decomposition method disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-76324, Japanese Patent Publication No. 4-76323, and the like. This method has the advantage that a thick film on a wire or a single crystal substrate can be obtained relatively easily using a simpler device than the physical vapor deposition method. Has a drastic disadvantage that the critical current density is low.

【0011】たとえば、単結晶上では105〜106A/
cm2(77K、0T)程度のJcが得られているが、
大面積膜では膜のクラックや組成ずれなどが生じるた
め、大面積膜化が困難であった。クラックの発生は基板
と超電導厚膜との熱膨張差や結晶のミスマッチに起因し
て生じる。また、組成ずれは基板上からエピタキシャル
成長が不完全に生じることや熱処理によって単結晶化さ
せる過程において不要な物質が気化する際に生じる穴の
発生などに起因している。
For example, on a single crystal, 10 5 to 10 6 A /
Jc of about 2 cm (77K, 0T) is obtained,
In the case of a large-area film, cracking and composition deviation of the film occur, so that it is difficult to make the large-area film. Cracks are generated due to a difference in thermal expansion between the substrate and the superconducting thick film or a crystal mismatch. In addition, the composition deviation is caused by incomplete epitaxial growth from the substrate, generation of holes generated when unnecessary substances are vaporized in the process of single crystallization by heat treatment, and the like.

【0012】さらに、多結晶金属基板上では超電導膜が
配向せず、104A/cm2(77K、0T)クラスのJ
cにとどまっていた。Jcの低い原因は、多結晶基板か
ら成長した超電導厚膜が面内で1方向に配向しないこと
が原因である。これらの結果、高特性と厚膜や量産性を
両立するY系超電導薄膜の手法は存在せず、超電導ケー
ブルや限流器などのパワー応用には、Y薄膜の適用は難
しいと考えられていた。
Further, the superconducting film is not oriented on the polycrystalline metal substrate, and J 4 of the 10 4 A / cm 2 (77K, 0T) class is used.
c. The reason for the low Jc is that the superconducting thick film grown from the polycrystalline substrate is not oriented in one direction in the plane. As a result, there is no technique for a Y-based superconducting thin film that achieves both high characteristics and a thick film or mass productivity, and it has been considered that it is difficult to apply the Y thin film to power applications such as superconducting cables and current limiters. .

【0013】それゆえ本発明の目的は、従来困難であっ
た高い超電導特性を有する長尺厚膜線材や大面積厚膜を
可能とする高温超電導厚膜部材およびその製造方法を提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a high-temperature superconducting thick-film member capable of forming a long thick-film wire or a large-area thick film having high superconducting characteristics, which has been difficult in the past, and a method of manufacturing the same. .

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の一の局面に従う
高温超電導厚膜部材は、基板と、単結晶性の中間層と、
単結晶性の超電導厚膜とを備えている。基板は、主表面
を有し、かつ単結晶または多結晶よりなっている。中間
層は、基板の主表面上に形成され、0.1μm以上3μ
m以下の厚みを有している。超電導厚膜は、中間層上に
塗布熱分解法により形成され、0.5μm以上30μm
以下の厚みを有している。
According to one aspect of the present invention, there is provided a high-temperature superconducting thick film member comprising: a substrate; a monocrystalline intermediate layer;
And a single-crystal superconducting thick film. The substrate has a main surface and is made of single crystal or polycrystal. The intermediate layer is formed on the main surface of the substrate and has a thickness of 0.1 μm or more and 3 μm or more.
m or less. The superconducting thick film is formed on the intermediate layer by a coating pyrolysis method, and has a thickness of 0.5 μm to 30 μm.
It has the following thickness.

【0015】本発明の一の局面に従う高温超電導厚膜部
材によれば、中間層を設けたことにより、この中間層の
熱膨張係数を基板よりも超電導厚膜に近いものとするこ
とができる。これにより、基板と超電導厚膜との熱膨張
差を緩和することができ、膜のクラックを防止すること
が可能となり、大面積成膜が容易となる。
According to the high-temperature superconducting thick film member according to one aspect of the present invention, by providing the intermediate layer, the thermal expansion coefficient of the intermediate layer can be made closer to the superconducting thick film than the substrate. As a result, the difference in thermal expansion between the substrate and the superconducting thick film can be reduced, cracks in the film can be prevented, and large-area film formation is facilitated.

【0016】また、中間層の格子定数を基板よりも超電
導厚膜に近いものとすることができ、それにより基板と
超電導厚膜との結晶のミスマッチによる格子歪みを緩和
することができる。これによっても、膜のクラックを防
止することができ、大面積成膜が容易となる。
Further, the lattice constant of the intermediate layer can be made closer to that of the superconducting thick film than that of the substrate, whereby lattice distortion due to a crystal mismatch between the substrate and the superconducting thick film can be reduced. This also prevents cracks in the film and facilitates large-area film formation.

【0017】また、中間層を物理蒸着法などにより形成
できるため、中間層の結晶配向性を良好にすることがで
きる。このため、超電導厚膜を塗布熱分解法により形成
しても、超電導厚膜の結晶配向性を良好にすることがで
き、大きな臨界電流密度を得ることができる。
Further, since the intermediate layer can be formed by a physical vapor deposition method or the like, the crystal orientation of the intermediate layer can be improved. For this reason, even if the superconducting thick film is formed by the coating pyrolysis method, the crystal orientation of the superconducting thick film can be improved, and a large critical current density can be obtained.

【0018】よって、従来困難であった高い超電導特性
を有する長尺厚膜線材や大面積厚膜が可能となる。
Accordingly, a long thick film wire and a large area thick film having high superconducting characteristics, which have been difficult in the past, can be realized.

【0019】なお、中間層の厚みを0.1μm以上3.
0μm以下としたのは、0.1μm未満では配向性の良
い膜を得ることができず、3.0μmを超えると結晶配
向性が低下してくるからである。また、超電導厚膜の厚
みを0.5μm以上30μm以下としたのは、塗布熱分
解法を用いれば0.5μm以上の膜厚を容易に形成で
き、30μmを超えると結晶配向性が低下してくるから
である。
The thickness of the intermediate layer is 0.1 μm or more.
The reason why the thickness is set to 0 μm or less is that if it is less than 0.1 μm, a film having good orientation cannot be obtained, and if it exceeds 3.0 μm, the crystal orientation decreases. In addition, the thickness of the superconducting thick film is set to 0.5 μm or more and 30 μm or less because the thickness of 0.5 μm or more can be easily formed by using the coating pyrolysis method, and if it exceeds 30 μm, the crystal orientation decreases. Because it comes.

【0020】超電導薄膜を形成する場合、結晶軸は、
「c軸の方向には揃いやすいが、面内ab軸の方向には
揃いにくい」という性質がある。このため、本願におい
て「単結晶性」の結晶とは、「c軸とともに面内ab軸
も揃った、すなわちすべての結晶軸の方向が揃った」結
晶を意味する。
When forming a superconducting thin film, the crystal axis is
There is a property that "they are easily aligned in the direction of the c-axis, but are hardly aligned in the direction of the in-plane ab-axis". For this reason, in the present application, the “single-crystal” crystal means a crystal “having the in-plane ab axis aligned with the c-axis, that is, the directions of all the crystal axes are aligned”.

【0021】上記一の局面において好ましくは、中間層
は、基板の熱膨張係数よりも超電導厚膜の熱膨張係数に
近い熱膨張係数を有しており、基板の格子定数よりも超
電導厚膜の格子定数に近い格子定数を有している。
Preferably, in the above aspect, the intermediate layer has a thermal expansion coefficient closer to that of the superconducting thick film than that of the substrate, and is larger than the lattice constant of the substrate. It has a lattice constant close to the lattice constant.

【0022】これにより、上記と同様、従来困難であっ
た高い超電導特性を有する長尺厚膜線材や大面積厚膜が
可能となる。
As a result, similarly to the above, a long thick film wire and a large area thick film having high superconducting characteristics, which have been difficult in the past, can be realized.

【0023】上記一の局面において好ましくは、中間層
と超電導厚膜との間に、単結晶性の超電導種膜がさらに
備えられている。
In the above aspect, preferably, a single-crystal superconducting seed film is further provided between the intermediate layer and the superconducting thick film.

【0024】この超電導種膜はエピタキシャル成長する
際の核生成の機能を果たすため、中間層上に超電導厚膜
のエピタキシャル成長が可能となる。
Since the superconducting seed film functions to generate nuclei during epitaxial growth, it becomes possible to epitaxially grow a superconducting thick film on the intermediate layer.

【0025】上記一の局面において好ましくは、中間層
は、ジルコニウム、イッテルビウム、イットリウムおよ
びセリウムよりなる群から選ばれる1種以上の酸化物を
含む単層または多層構造を有する。
In the above aspect, the intermediate layer preferably has a single-layer or multilayer structure containing at least one oxide selected from the group consisting of zirconium, ytterbium, yttrium and cerium.

【0026】このように中間層の材質を適宜選択するこ
とができる。上記一の局面において好ましくは、中間層
は基板の主表面に対して10°以下の角度を持って斜め
に傾いた結晶構造を有し、かつ面内の配向性が傾き角3
0°以下である。
As described above, the material of the intermediate layer can be appropriately selected. Preferably, in the above aspect, the intermediate layer has a crystal structure obliquely inclined at an angle of 10 ° or less with respect to the main surface of the substrate, and the in-plane orientation has an inclination angle of 3 °.
0 ° or less.

【0027】これにより良好な結晶配向性とすることが
できる。本発明の他の局面に従う高温超電導厚膜部材
は、基板と、単結晶性の超電導種膜と、単結晶性の超電
導厚膜とを備えている。基板は、主表面を有し、かつ単
結晶または多結晶よりなっている。超電導種膜は、基板
の主表面上に形成されている。超電導厚膜は、超電導種
膜上に塗布熱分解法により形成され、0.5μm以上3
0μm以下の厚みを有している。
Thus, good crystal orientation can be obtained. A high-temperature superconducting thick-film member according to another aspect of the present invention includes a substrate, a single-crystal superconducting seed film, and a single-crystal superconducting thick film. The substrate has a main surface and is made of single crystal or polycrystal. The superconducting seed film is formed on the main surface of the substrate. The superconducting thick film is formed on the superconducting seed film by a coating pyrolysis method and has a thickness of 0.5 μm or more.
It has a thickness of 0 μm or less.

【0028】本発明の他の局面に従う高温超電導厚膜部
材によれば、塗布熱分解法では、複雑な熱処理方法が必
要であるが、この超電導種膜を付与することによって、
超電導種膜のない場合よりも組成ずれの少ない厚膜形成
が容易になるとともに、結晶化プロセスの低温化も可能
となる。さらには、複雑な熱処理による超電導厚膜の単
結晶化も不要になる可能性も見出された。これにより、
中間層がなくても超電導厚膜の組成ずれを防止できるた
め、大面積成膜が可能となる。
According to the high-temperature superconducting thick film member according to another aspect of the present invention, a complicated heat treatment method is required in the coating pyrolysis method, but by applying this superconducting seed film,
It becomes easier to form a thick film with less composition deviation than when there is no superconducting seed film, and it is also possible to lower the temperature of the crystallization process. Furthermore, it has been found that single crystallization of the superconducting thick film by complicated heat treatment may not be necessary. This allows
Even if there is no intermediate layer, the composition shift of the superconducting thick film can be prevented, so that a large-area film can be formed.

【0029】よって、従来困難であった高い超電導特性
を有する長尺厚膜線材や大面積厚膜が可能となる。
Thus, a long thick-film wire or a large-area thick film having high superconducting characteristics, which has conventionally been difficult, can be obtained.

【0030】上記他の局面において好ましくは、超電導
種膜と超電導厚膜との材質は、REBCO123構造を
有し、かつ互いに異なるRE元素を構成元素として含ん
でいる。
In the above other aspects, preferably, the material of the superconducting seed film and the superconducting thick film has a REBCO123 structure and contains different RE elements as constituent elements.

【0031】これにより、超電導種膜と超電導厚膜との
超電導の組成や構成希土類元素を変えることで、超電導
種膜の融点を高くしておけば、超電導厚膜を単結晶化す
る際の熱処理においても、種結晶は結晶分解を生じずに
核生成の起点となり、超電導厚膜の単結晶化が容易にな
る。
By changing the superconducting composition of the superconducting seed film and the superconducting thick film and the constituent rare earth elements so as to increase the melting point of the superconducting seed film, heat treatment for forming a single crystal of the superconducting thick film can be performed. Also in the above, the seed crystal becomes a starting point of nucleation without causing crystal decomposition, and the single crystal of the superconducting thick film becomes easy.

【0032】なお、本願明細書における「REBCO1
23構造」とは、RExBayCuz7-dにおいて、0.
7≦x≦1.3、1.7≦y≦2.3、2.7≦z≦
3.3であることを意味する。
Note that "REBCO1" in the specification of the present application.
The 23 structures ", in RE x Ba y Cu z O 7 -d, 0.
7 ≦ x ≦ 1.3, 1.7 ≦ y ≦ 2.3, 2.7 ≦ z ≦
3.3.

【0033】上記他の局面において好ましくは、超電導
種膜の融点が超電導厚膜の融点より高い。
In the above other aspect, preferably, the melting point of the superconducting seed film is higher than the melting point of the superconducting thick film.

【0034】これにより、超電導厚膜を単結晶化する際
の熱処理においても、種結晶は結晶分解を生じずに核生
成の起点となり超電導厚膜の単結晶化が容易となる。
Thus, even in the heat treatment for single crystallizing the superconducting thick film, the seed crystal becomes a starting point of nucleation without causing crystal decomposition, and the single crystal of the superconducting thick film is easily formed.

【0035】上記一および他の局面において好ましく
は、単結晶の基板の材質は、サファイア、アルミン酸ラ
ンタン、酸化マグネシウムおよびチタン酸ストロンチウ
ムよりなる群から選ばれる1種以上を含んでいる。
Preferably, in the above one and other aspects, the material of the single crystal substrate contains at least one selected from the group consisting of sapphire, lanthanum aluminate, magnesium oxide and strontium titanate.

【0036】このように基板の材質を適宜選択すること
が可能である。上記一および他の局面において好ましく
は、多結晶の基板の材質は、ステンレス、ハステロイ、
ニッケル、銅およびアルミニウムよりなる群から選ばれ
る1種以上を含み、かつ200μm以下の厚みを有する
フレキシブル金属である。
As described above, the material of the substrate can be appropriately selected. Preferably in the above one and other aspects, the material of the polycrystalline substrate is stainless steel, Hastelloy,
A flexible metal containing at least one selected from the group consisting of nickel, copper and aluminum, and having a thickness of 200 μm or less.

【0037】このように多結晶の基板の材質を適宜選択
することができる。上記一および他の局面において好ま
しくは、超電導厚膜はREBCO123構造を有し、か
つRE元素はホルミウムを含む。
As described above, the material of the polycrystalline substrate can be appropriately selected. Preferably in the above one and other aspects, the superconducting thick film has a REBCO123 structure, and the RE element includes holmium.

【0038】本発明の一の局面に従う高温超電導厚膜部
材の製造方法は、以下の工程を備えている。
A method of manufacturing a high temperature superconducting thick film member according to one aspect of the present invention includes the following steps.

【0039】まず単結晶または多結晶よりなる基板の主
表面上に、0.1μm以上3μm以下の厚みを有する単
結晶性の中間層が形成される。そして中間層上に、0.
5μm以上30μm以下の厚みを有する単結晶性の超電
導厚膜が塗布熱分解法を用いて形成される。
First, a monocrystalline intermediate layer having a thickness of 0.1 μm or more and 3 μm or less is formed on the main surface of a substrate made of a single crystal or polycrystal. Then, on the intermediate layer, 0.
A single-crystal superconducting thick film having a thickness of 5 μm or more and 30 μm or less is formed using a coating pyrolysis method.

【0040】本発明の一の局面に従う高温超電導厚膜部
材の製造方法によれば、中間層を設けたことにより、こ
の中間層の熱膨張係数を基板よりも超電導厚膜に近いも
のとすることができる。これにより、基板と超電導厚膜
との熱膨張差を緩和することができ、膜のクラックを防
止することが可能となり、大面積成膜が容易となる。
According to the method for manufacturing a high-temperature superconducting thick film member according to one aspect of the present invention, by providing the intermediate layer, the coefficient of thermal expansion of the intermediate layer is made closer to the superconducting thick film than the substrate. Can be. As a result, the difference in thermal expansion between the substrate and the superconducting thick film can be reduced, cracks in the film can be prevented, and large-area film formation is facilitated.

【0041】また、中間層の格子定数を基板よりも超電
導厚膜に近いものにすることができ、それにより基板と
超電導厚膜との結晶のミスマッチによる格子歪みを緩和
することができる。よって、この点からも膜のクラック
を防止することができ大面積成膜が容易となる。
Further, the lattice constant of the intermediate layer can be made closer to that of the superconducting thick film than that of the substrate, so that lattice distortion caused by a crystal mismatch between the substrate and the superconducting thick film can be reduced. Therefore, from this point as well, cracks in the film can be prevented, and a large-area film can be easily formed.

【0042】また、中間層を物理蒸着法などにより形成
できるため、中間層の結晶配向性を良好にすることがで
きる。このため、超電導厚膜を塗布熱分解法により形成
しても、超電導厚膜の結晶配向性を良好にすることがで
き、大きな臨界電流密度を得ることができる。
Further, since the intermediate layer can be formed by a physical vapor deposition method or the like, the crystal orientation of the intermediate layer can be improved. For this reason, even if the superconducting thick film is formed by the coating pyrolysis method, the crystal orientation of the superconducting thick film can be improved, and a large critical current density can be obtained.

【0043】よって、従来困難であった高い超電導特性
を有する長尺厚膜線材や大面積厚膜の製造が可能とな
る。
Therefore, it is possible to manufacture a long thick film wire or a large area thick film having high superconducting characteristics, which has been difficult in the past.

【0044】上記一の局面において好ましくは、中間層
の形成後であって超電導厚膜の形成前に単結晶性の超電
導種膜が物理蒸着法により形成される。
In the above one aspect, preferably, a single-crystal superconducting seed film is formed by a physical vapor deposition method after the formation of the intermediate layer and before the formation of the superconducting thick film.

【0045】この超電導種膜はエピタキシャル成長する
際の核生成の機能を果たすため、中間層上に超電導厚膜
のエピタキシャル成長が可能となる。
Since this superconducting seed film fulfills the function of nucleation during epitaxial growth, it becomes possible to epitaxially grow a superconducting thick film on the intermediate layer.

【0046】上記一の局面において好ましくは、中間層
は物理蒸着法により形成される。これにより、中間層の
結晶配向性を良好にすることができ、超電導厚膜を塗布
熱分解法により形成しても超電導厚膜の結晶配向性を良
好にすることができ、大きな臨界電流密度を得ることが
できる。
Preferably, in the above aspect, the intermediate layer is formed by a physical vapor deposition method. Thereby, the crystal orientation of the intermediate layer can be improved, and the crystal orientation of the superconducting thick film can be improved even when the superconducting thick film is formed by a coating pyrolysis method, and a large critical current density can be obtained. Obtainable.

【0047】上記一の局面において好ましくは、中間層
は、原料にレーザー光を照射して原料から飛散した物質
を基板の主表面上に蒸着させるレーザーアブレーション
法により形成される。
In one aspect, the intermediate layer is preferably formed by a laser ablation method in which a material is irradiated with a laser beam to deposit a substance scattered from the material on the main surface of the substrate.

【0048】これにより、自己配向した中間層を得るこ
とができる。上記一の局面において好ましくは、中間層
は、原料のレーザー光が照射される面に対して基板の主
表面が傾いた状態でレーザーアブレーション法を行なう
ことにより形成される。
Thus, a self-oriented intermediate layer can be obtained. Preferably, in the above one aspect, the intermediate layer is formed by performing a laser ablation method in a state where the main surface of the substrate is inclined with respect to the surface of the raw material to which the laser light is irradiated.

【0049】このように基板傾斜成膜法(ISD:Incl
ined Substrate Deposition)の採用は、ランダムな結
晶方位を有するさまざまな基板上においても超電導厚膜
の形成を可能にするための単結晶性中間層の形成を可能
とする。この場合、中間層は、結晶格子歪み緩和以外
に、基板からの元素拡散の防止と超電導厚膜の結晶配向
化という2つの新たな機能を果たす。
As described above, the substrate inclined film forming method (ISD: Incl
The use of ined substrate deposition enables the formation of a single crystalline intermediate layer to enable formation of a superconducting thick film even on various substrates having random crystal orientations. In this case, the intermediate layer has two new functions of preventing the diffusion of elements from the substrate and the crystal orientation of the superconducting thick film, in addition to the relaxation of the crystal lattice distortion.

【0050】上記一の局面において好ましくは、中間層
は、塗布熱分解法単独により形成される、または塗布熱
分解法により形成された後にレーザーアニール法で単結
晶化されて形成される。
In the above aspect, the intermediate layer is preferably formed by a coating thermal decomposition method alone, or formed by a coating thermal decomposition method followed by single crystallization by a laser annealing method.

【0051】この手法により、中間層を単結晶化して結
晶配向性を良好にすることができる。
According to this method, the intermediate layer can be monocrystallized to improve the crystal orientation.

【0052】上記一の局面において好ましくは、基板は
線状の形態を有し、基板の一方端側が第1のロールに巻
き付けられ、他方端側が第2のロールで巻き取られるこ
とにより、基板上に中間層と超電導厚膜とが順に形成さ
れる。
In the above one aspect, preferably, the substrate has a linear shape, and one end of the substrate is wound around a first roll and the other end is wound around a second roll, so that the substrate has a linear shape. Then, an intermediate layer and a superconducting thick film are sequentially formed.

【0053】これにより、線状の基板の長手方向に順に
各膜を形成することが可能となる。上記一の局面におい
て好ましくは、基板の大きさは100cm2以上であ
り、基板を揺動または回転しながら中間層および超電導
厚膜の少なくともいずれかが成膜される。
This makes it possible to form each film in the longitudinal direction of the linear substrate. In the above aspect, preferably, the size of the substrate is 100 cm 2 or more, and at least one of the intermediate layer and the superconducting thick film is formed while swinging or rotating the substrate.

【0054】これにより、100cm2以上という大面
積基板に対しても各膜を形成することが可能となる。
Thus, each film can be formed even on a substrate having a large area of 100 cm 2 or more.

【0055】本発明の他の局面に従う高温超電導厚膜部
材の製造方法は、以下の工程を備えている。
A method for manufacturing a high-temperature superconducting thick film member according to another aspect of the present invention includes the following steps.

【0056】まず単結晶または多結晶よりなる基板の主
表面上に、単結晶性の超電導種膜が物理蒸着法により形
成される。そして超電導種膜上に、0.5μm以上30
μm以下の厚みを有する単結晶性の超電導厚膜が塗布熱
分解法を用いて形成される。
First, a single-crystal superconducting seed film is formed on the main surface of a single-crystal or polycrystal substrate by physical vapor deposition. Then, on the superconducting seed film, at least 0.5 μm
A single crystalline superconducting thick film having a thickness of not more than μm is formed by using a coating pyrolysis method.

【0057】塗布熱分解法では、複雑な熱処理方法が必
要であるが、この超電導種膜を付与することによって、
超電導種膜のない場合より組成ずれの少ない超電導厚膜
の形成が容易になるとともに、結晶化プロセスの低温化
も可能となる。さらには、複雑な熱処理による超電導厚
膜の単結晶化も不要になる可能性も見出された。これに
より、中間層がなくても超電導厚膜の組成ずれを防止で
きるため、大面積成膜が可能となる。
In the coating thermal decomposition method, a complicated heat treatment method is required. By providing this superconducting seed film,
It becomes easier to form a superconducting thick film having less composition deviation than when there is no superconducting seed film, and it is also possible to lower the temperature of the crystallization process. Furthermore, it has been found that single crystallization of the superconducting thick film by complicated heat treatment may not be necessary. Accordingly, the composition deviation of the superconducting thick film can be prevented even without the intermediate layer, so that a large-area film can be formed.

【0058】よって、従来困難であった高い超電導特性
を有する長尺厚膜線材や大面積厚膜を製造することが可
能となる。
Therefore, it is possible to manufacture a long thick-film wire or a large-area thick film having high superconducting characteristics, which has been difficult in the past.

【0059】上記他の局面において好ましくは、基板は
線状の形態を有し、基板の一方端側が第1のロールに巻
き付けられ、他方端側が第2のロールで巻き取られるこ
とにより、基板上に超電導種膜と超電導厚膜とが順に形
成される。
In the above other aspect, preferably, the substrate has a linear shape, and one end of the substrate is wound around a first roll and the other end is wound around a second roll, so that the substrate is formed on the substrate. Then, a superconducting seed film and a superconducting thick film are sequentially formed.

【0060】これにより、線状の基板の長手方向に順に
各膜を形成することが可能となる。上記他の局面におい
て好ましくは、基板の大きさは100cm2以上であ
り、基板を揺動または回転しながら超電導種膜および超
電導厚膜の少なくともいずれかが成膜される。
This makes it possible to form each film in the longitudinal direction of the linear substrate. In the above other aspect, preferably, the size of the substrate is 100 cm 2 or more, and at least one of the superconducting seed film and the superconducting thick film is formed while swinging or rotating the substrate.

【0061】これにより、100cm2以上の大面積基
板に対しても各膜を形成することが可能となる。
As a result, each film can be formed even on a large-area substrate of 100 cm 2 or more.

【0062】上記一および他の局面において好ましく
は、単結晶の超電導厚膜を塗布熱分解法を用いて形成す
る工程は、塗布熱分解法により超電導厚膜を形成した後
にレーザーアニール法により単結晶化させる工程を有す
る。
In the above-mentioned and other aspects, preferably, the step of forming a single-crystal superconducting thick film by using a coating thermal decomposition method comprises forming the superconducting thick film by using a coating thermal decomposition method, and then forming the single-crystal superconducting thick film by using a laser annealing method. And a step of converting

【0063】この手法により、超電導厚膜を単結晶化し
て結晶配向性を良好とすることもできる。
According to this method, the superconducting thick film can be monocrystallized to improve the crystal orientation.

【0064】上記一および他の局面において好ましく
は、レーザーアニール法におけるアニール源は、0.1
μm以上0.5μm以下の波長を有するエキシマレーザ
ーまたは0.5μm以上2μm以下の波長を有するYA
G(Yttrium-Aluminum Garnet)レーザーである。
In the above one and other aspects, preferably, the annealing source in the laser annealing method is 0.1.
Excimer laser having a wavelength of not less than 0.5 μm and not more than 0.5 μm or YA having a wavelength of not less than 0.5 μm and not more than 2 μm
G (Yttrium-Aluminum Garnet) laser.

【0065】このようにアニール源を適宜選択すること
ができる。上記一および他の局面において好ましくは、
超電導厚膜には、少なくとも仮焼結、本焼結、ポストア
ニールおよび酸素アニールの4つの処理が施される。
As described above, the annealing source can be appropriately selected. Preferably in the above one and other aspects,
The superconducting thick film is subjected to at least four processes of temporary sintering, main sintering, post annealing and oxygen annealing.

【0066】これにより、高い超電導特性を有する超電
導厚膜を得ることができる。上記一および他の局面にお
いて好ましくは、塗布熱分解法における原料が有機金属
原料を含む。
Thus, a superconducting thick film having high superconducting characteristics can be obtained. In the above one and other aspects, preferably, the raw material in the coating pyrolysis method contains an organometallic raw material.

【0067】有機金属原料では、超電導薄膜の形成に必
要な原子・分子への乖離に必要なエネルギが、従来原料
である炭酸塩や酸化物の混合物を焼結して形成した原
料、またはそれらを溶融・凝固させた単結晶を含む原料
に比較して飛躍的に小さい。このため、有機金属原料を
用いることで、比較的簡易な熱処理プロセスで超電導厚
膜の単結晶化が可能となる。なお、溶媒としては有機系
の各種の酸を用いることが可能である。
In the case of the organometallic raw material, the energy required for dissociation into atoms and molecules necessary for forming a superconducting thin film is obtained by sintering a mixture of carbonates and oxides, which is a conventional raw material, or a raw material formed by sintering the mixture. Dramatically smaller than raw materials containing single crystals that have been melted and solidified. Therefore, by using the organometallic raw material, it becomes possible to crystallize the superconducting thick film by a relatively simple heat treatment process. Note that various organic acids can be used as the solvent.

【0068】上記一および他の局面において好ましく
は、超電導厚膜が基板の両面に形成される。
In the above and other aspects, preferably, a superconducting thick film is formed on both surfaces of the substrate.

【0069】これにより、長尺線材や大面積基板におい
て両面で高い超電導特性を得ることができる。
As a result, high superconducting characteristics can be obtained on both surfaces of a long wire or a large-area substrate.

【0070】[0070]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0071】図1は、本発明の一実施の形態における高
温超電導厚膜部材の構成を概略的に示す断面図である。
図1を参照して、高温超電導厚膜部材5は、単結晶また
は多結晶よりなる基板1と、基板の主表面上に形成され
た単結晶性の中間層2と、中間層2上に形成された単結
晶性の超電導厚膜3とを有している。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a high-temperature superconducting thick film member according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, high-temperature superconducting thick-film member 5 includes a substrate 1 made of single crystal or polycrystal, a monocrystalline intermediate layer 2 formed on the main surface of the substrate, and a monocrystalline intermediate layer 2 formed on intermediate layer 2. And a single-crystal superconducting thick film 3.

【0072】中間層2は、0.1μm以上3μm以下の
厚みT2を有し、超電導厚膜3は、0.5μm以上30
μm以下の厚みT3を有している。超電導厚膜3は、塗
布熱分解法により形成されている。
The intermediate layer 2 has a thickness T2 of 0.1 μm or more and 3 μm or less, and the superconducting thick film 3 has a thickness of 0.5 μm or more and 30 μm or less.
It has a thickness T3 of not more than μm. The superconducting thick film 3 is formed by a coating pyrolysis method.

【0073】中間層2は、基板1の熱膨張係数よりも超
電導厚膜3の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有し、基板
1の格子定数よりも超電導厚膜3の格子定数に近い格子
定数を有している。
The intermediate layer 2 has a coefficient of thermal expansion closer to that of the superconducting thick film 3 than the coefficient of thermal expansion of the substrate 1, and has a lattice closer to the lattice constant of the superconducting thick film 3 than the lattice constant of the substrate 1. Has a constant.

【0074】中間層2は、基板1の主表面に対して10
°以下の角度θを持って斜めに傾いた結晶2aよりなる
構造を有している。また面内の配向性の傾き角が30°
以下となっている。ここで「面内の配向性の傾き角」と
は、「X線極点図測定におけるピーク半値幅」のことを
意味しており、この値が小さいほどX線測定でのピーク
が鋭く、すなわち結晶の配向性が良いことになる。
The intermediate layer 2 is formed on the main surface of the substrate 1 by 10
It has a structure made of a crystal 2a which is obliquely inclined at an angle θ of not more than °. The inclination angle of the in-plane orientation is 30 °.
It is as follows. Here, the “inclination angle of in-plane orientation” means “peak half-width in X-ray pole figure measurement”, and the smaller this value, the sharper the peak in X-ray measurement, ie, Has good orientation.

【0075】基板1が単結晶の場合、基板1の材質は、
サファイア、アルミン酸ランタン、酸化マグネシウムお
よびチタン酸ストロンチウムの単体もしくはこれらの任
意の組合せであることが好ましい。また基板1が多結晶
の場合、基板1の材質は、ステンレス、ハステロイ、ニ
ッケル、銅およびアルミニウムの単体もしくはこれらの
任意の組合せであり、かつ200μm以下の厚みを有す
るフレキシブル金属であることが好ましい。
When the substrate 1 is a single crystal, the material of the substrate 1 is
Sapphire, lanthanum aluminate, magnesium oxide and strontium titanate are preferably used alone or in any combination thereof. When the substrate 1 is polycrystalline, the material of the substrate 1 is preferably a single metal of stainless steel, Hastelloy, nickel, copper and aluminum or any combination thereof, and is a flexible metal having a thickness of 200 μm or less.

【0076】また中間層の材質は、ジルコニウム、イッ
テルビウム、イットリウムおよびセリウムから選択され
た単元素系酸化物またはそれらの複合酸化物の単層また
はそれらの単元素系または多元素系物質の多層構造であ
ることが好ましい。
The material of the intermediate layer is a single layer of a single element oxide selected from zirconium, ytterbium, yttrium and cerium, or a single layer of a composite oxide thereof, or a multi-layer structure of a single element or multi-element material thereof. Preferably, there is.

【0077】なお、図2に示すように中間層2と超電導
厚膜3との間に、単結晶性の超電導種膜4が形成されて
いてもよく、また図3に示すように中間層2の代わりに
基板1と超電導厚膜3との間に単結晶性の超電導種膜4
が形成されていてもよい。
A single-crystal superconducting seed film 4 may be formed between the intermediate layer 2 and the superconducting thick film 3 as shown in FIG. 2, or as shown in FIG. Instead of a monocrystalline superconducting seed film 4 between the substrate 1 and the superconducting thick film 3
May be formed.

【0078】図2および図3に示す超電導種膜4の材質
と超電導厚膜3の材質とは、同じであってもよいが、共
にREBCO123構造を有しかつ互いに異なるRE
(希土類)元素を構成元素として含むことが好ましい。
また超電導種膜4の融点が超電導厚膜3の融点よりも高
くなるように超電導種膜4の材質が選ばれることが好ま
しい。
The material of the superconducting seed film 4 and the material of the superconducting thick film 3 shown in FIGS. 2 and 3 may be the same, but both have a REBCO123 structure and different REs.
It is preferable to include a (rare earth) element as a constituent element.
It is preferable that the material of the superconducting seed film 4 is selected so that the melting point of the superconducting seed film 4 is higher than the melting point of the superconducting thick film 3.

【0079】また超電導厚膜3の材質は、REBCO1
23構造を有し、かつRE(希土類)元素がホルミウム
を含むことが好ましい。
The material of the superconducting thick film 3 is REBCO1
Preferably, it has a 23 structure, and the RE (rare earth) element contains holmium.

【0080】次に本実施の形態の製造方法について説明
する。図4は、本発明の一実施の形態における高温超電
導厚膜部材の製造方法を示す図である。図4を参照し
て、まず単結晶または多結晶よりなる基板1が準備さ
れ、その基板1上に、中間層2が形成される(ステップ
S1)。この後、塗布熱分解法により超電導厚膜3が形
成されて高温超電導厚膜部材5が製造される。この塗布
熱分解法では、まず有機金属原料である金属有機化合物
を有機溶媒に溶かした溶液が調製される(ステップS
2)。その後、その溶液を中間層2上に塗布した後に乾
燥することで、金属含有化合物の厚膜が形成される(ス
テップS3)。この金属含有化合物の厚膜を加熱焼成す
ることにより超電導厚膜3が形成されて(ステップS
4)、高温超電導厚膜部材5が得られる。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a high-temperature superconducting thick-film member according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, first, substrate 1 made of single crystal or polycrystal is prepared, and intermediate layer 2 is formed on substrate 1 (step S1). Thereafter, the superconducting thick film 3 is formed by the coating pyrolysis method, and the high-temperature superconducting thick film member 5 is manufactured. In this coating thermal decomposition method, first, a solution is prepared by dissolving a metal organic compound as an organic metal raw material in an organic solvent.
2). Thereafter, the solution is applied onto the intermediate layer 2 and then dried to form a thick film of the metal-containing compound (Step S3). Superconducting thick film 3 is formed by heating and firing the thick film of the metal-containing compound.
4) A high temperature superconducting thick film member 5 is obtained.

【0081】中間層2は、0.1μm以上3μm以下の
厚みで形成され、超電導厚膜3は0.5μm以上30μ
m以下の厚みで形成される。
The intermediate layer 2 is formed with a thickness of 0.1 μm or more and 3 μm or less, and the superconducting thick film 3 is formed with a thickness of 0.5 μm or more and 30 μm or less.
m or less.

【0082】なお、中間層2の形成工程(ステップS
1)の後であって、超電導厚膜の形成工程(ステップS
2〜S4)の前に、超電導厚膜3と異なる材質よりなる
単結晶性の超電導種膜4が中間層2上に物理蒸着法によ
り形成されることが好ましい。
Incidentally, the step of forming the intermediate layer 2 (step S
After 1), a superconducting thick film forming step (step S
Before 2 to S4), it is preferable that a single-crystal superconducting seed film 4 made of a material different from that of the superconducting thick film 3 is formed on the intermediate layer 2 by physical vapor deposition.

【0083】また中間層2は、物理蒸着法により形成さ
れることが好ましく、この物理蒸着法は、原料にレーザ
ー光を照射して原料から飛散した物質を基板の主表面上
に蒸着させるレーザーアブレーション法であることが好
ましい。さらに、このレーザーアブレーション法は、図
5に示すように原料(ターゲット)11のレーザー光1
3が照射される面に対して基板11の主表面が所定角度
αだけ傾いた状態で行なわれることが好ましい。この場
合、基板1の所定部分がマスク12で覆われていてもよ
い。
The intermediate layer 2 is preferably formed by a physical vapor deposition method. In this physical vapor deposition method, a laser ablation method is used in which a raw material is irradiated with a laser beam to vapor-deposit a substance scattered from the raw material on a main surface of a substrate. Method. Further, in this laser ablation method, as shown in FIG.
It is preferable that the process is performed in a state where the main surface of the substrate 11 is tilted by a predetermined angle α with respect to the surface to which 3 is irradiated. In this case, a predetermined portion of the substrate 1 may be covered with the mask 12.

【0084】この基板傾斜レーザー蒸着法(図5)のプ
ロセスとしては、たとえば100mTorr程度の低酸
素雰囲気において、エキシマレーザーを用いて高密度の
レーザー光を実現するために光学系でビームを絞り焼結
体ターゲット11へ1〜5J/cm2のエネルギ密度で
レーザー光13を照射することで、アブレーションを生
じさせ、基板1を加熱させながらアブレーションで生じ
るプラズマを基板1に当てることによってアズデポ膜が
生成され、成膜された時点で基本的な単結晶性構造が形
成される。
As a process of the substrate tilted laser vapor deposition method (FIG. 5), in an oxygen atmosphere of, for example, about 100 mTorr, a beam is drawn and sintered by an optical system in order to realize high-density laser light using an excimer laser. The body target 11 is irradiated with the laser beam 13 at an energy density of 1 to 5 J / cm 2 to cause ablation. The as-deposited film is generated by applying plasma generated by the ablation to the substrate 1 while heating the substrate 1. At the time of film formation, a basic single crystalline structure is formed.

【0085】このような物理蒸着法を用いて中間層2を
形成することにより、ハステロイや耐熱ステンレスなど
の耐酸化性に優れたフレキシブルな金属基板1上にたと
えばイットリア安定化ジルコニア(YSZ)や酸化セリ
ウム(CeO2)などの酸化物を成膜することができ
る。
By forming the intermediate layer 2 using such a physical vapor deposition method, for example, yttria-stabilized zirconia (YSZ) or oxidized oxide is formed on a flexible metal substrate 1 having excellent oxidation resistance such as Hastelloy or heat-resistant stainless steel. An oxide such as cerium (CeO 2 ) can be formed.

【0086】また、レーザー蒸着法以外の成膜方法以外
に、スパッタや電子ビームなどの物理蒸着法、CVD
(Chemical Vapor Deposition)などの化学蒸着法、M
OD(Metal Organic Deposition)法などの溶液法など
が用いられてもよい。また中間層2は、塗布熱分解法単
独により形成されてもよく、または塗布熱分解法により
形成された後にレーザーアニール法で単結晶化されて形
成されてもよい。
In addition to film forming methods other than the laser vapor deposition method, physical vapor deposition methods such as sputtering and electron beam, and CVD methods
(Chemical Vapor Deposition)
A solution method such as an OD (Metal Organic Deposition) method may be used. Further, the intermediate layer 2 may be formed by a coating thermal decomposition method alone, or may be formed by a single crystallization by a laser annealing method after being formed by the coating thermal decomposition method.

【0087】なお、図4において中間層2の代わりに超
電導種膜4が形成されてもよく(ステップS1)、この
場合には、超電導厚膜3は超電導種膜4上に形成される
ことになる(ステップS2〜S4)。
In FIG. 4, a superconducting seed film 4 may be formed instead of the intermediate layer 2 (step S1). In this case, the superconducting thick film 3 is formed on the superconducting seed film 4. (Steps S2 to S4).

【0088】この超電導種膜4の材質については、構成
元素は限定されないが、77Kでの特性を考えた場合に
はYBCO123構造またはREBCO123構造が最
も好ましい適用対象となる。レーザー蒸着法のプロセス
としては、たとえばYBCO123構造およびREBC
O123構造の超電導薄膜の場合では、100mTor
r程度の低酸素雰囲気において、エキシマレーザーを用
いて、高密度のレーザー光を実現するために光学系でビ
ームを絞り焼結体ターゲットへ1〜5J/cm 2のエネ
ルギ密度でレーザーを照射することで、アブレーション
を生じさせ、基板を600〜800℃程度に加熱させな
がらアブレーションで生じるプラズマを基板に当てるこ
とによってアズデポ膜が生成され、成膜された時点で基
本的な超電導の結晶構造が形成される。
The material of the superconducting seed film 4 is
The element is not limited, but considering the characteristics at 77K
Indicates that the YBCO123 structure or REBCO123 structure
Is also a preferred application object. Laser deposition process
For example, a YBCO123 structure and a REBC
In the case of a superconducting thin film having an O123 structure, 100 mTorr
Use an excimer laser in a low oxygen atmosphere of about r
Optical system to achieve high-density laser light.
1-5J / cm TwoEnergy
Ablation by irradiating laser at lugi density
And heat the substrate to about 600 to 800 ° C.
Apply the plasma generated by the ablation to the substrate.
As a result, an as-deposited film is generated,
A fundamental superconducting crystal structure is formed.

【0089】なお単結晶の超電導厚膜を塗布熱分解法を
用いて形成する方法として、塗布熱分解法により超電導
厚膜を形成した後に、レーザーアニール法により単結晶
化させる手法がとられてもよい。
As a method of forming a single-crystal superconducting thick film by using a coating thermal decomposition method, a method of forming a superconducting thick film by a coating thermal decomposition method and then performing single crystallization by a laser annealing method may be used. Good.

【0090】レーザーアニール法に用いられる具体的な
レーザーの種類としては、エキシマレーザーやYAGレ
ーザーであることが現実的である。エキシマレーザーの
波長は、その利用するガスの種類によっても異なるが、
0.1μm以上0.5μm以下である。詳しくは、F2
で157nm、ArFで193nm、KrFで248n
m、XeClで308nm、XeFで351nmが実現
できており、出力の現状の最高値は150Wから200
Wである。YAGレーザーの波長は、0.5μm以上2
μm以下であり、典型的には1.06μmである。YA
Gレーザーは、近年半導体結晶の進展とともに、大出力
化・長時間化発振の開発が急速に進んでおり、現時点で
もLD励起で3kWの出力のものが販売されている。大
出力レーザーとしては、もちろんYAGに限定されるこ
とはなく、炭酸ガスレーザー(10.6μm)などを適
用することもできる。また、短波長レーザーもエキシマ
レーザーに限らず、0.5μm以下で数百Wクラスのレ
ーザーが使用できれば、エキシマレーザーに限定される
ことはない。
As a specific type of laser used in the laser annealing method, an excimer laser or a YAG laser is practical. The wavelength of an excimer laser depends on the type of gas used,
It is 0.1 μm or more and 0.5 μm or less. See F 2
At 157 nm, ArF at 193 nm, KrF at 248 n
m, XeCl of 308 nm and XeF of 351 nm have been realized.
W. The wavelength of the YAG laser is 0.5 μm or more2
μm or less, typically 1.06 μm. YA
In recent years, with the development of semiconductor crystals, the development of large-power and long-period oscillation has been rapidly progressing, and a G laser having a power of 3 kW by LD excitation has been sold at present. The high-power laser is not limited to YAG, but may be a carbon dioxide laser (10.6 μm) or the like. The short-wavelength laser is not limited to the excimer laser, and is not limited to the excimer laser as long as a laser of 0.5 μm or less and several hundred W class can be used.

【0091】また基板1が線状(テープ状を含む)場合
には、図6に示すように一方端側をロール21に巻付け
て他方端側をロール22で巻取ることにより、チャンバ
23内で中間層2もしくは超電導種膜4が基板1上に形
成され、チャンバ24内で超電導厚膜3が形成されても
よい。
When the substrate 1 has a linear shape (including a tape shape), one end is wound around a roll 21 and the other end is wound with a roll 22 as shown in FIG. Then, the intermediate layer 2 or the superconducting seed film 4 may be formed on the substrate 1, and the superconducting thick film 3 may be formed in the chamber 24.

【0092】また、基板1の大きさが100cm2以上
の場合には、基板1を図7の矢印方向に示すように揺動
させるか、または図8の矢印で示すように回転させなが
ら中間層2または超電導種膜4と超電導厚膜3とが形成
されることが好ましい。
When the size of the substrate 1 is 100 cm 2 or more, the substrate 1 is rocked as shown in the direction of the arrow in FIG. 2 or a superconducting seed film 4 and a superconducting thick film 3 are preferably formed.

【0093】なお、超電導厚膜3には、少なくとも仮焼
結、本焼結、ポストアニールおよび酸素アニールの4つ
の処理が施されることが好ましく、また超電導厚膜3は
基板1の両面に形成されてもよい。
It is preferable that the superconducting thick film 3 is subjected to at least four treatments of temporary sintering, main sintering, post annealing and oxygen annealing, and the superconducting thick film 3 is formed on both surfaces of the substrate 1. May be done.

【0094】[0094]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0095】(実施例1)サファイア単結晶基板上に酸
化セリウムの中間層をレーザーアブレーション法により
形成した。中間層の厚みは1μmであった。
Example 1 An intermediate layer of cerium oxide was formed on a sapphire single crystal substrate by a laser ablation method. The thickness of the intermediate layer was 1 μm.

【0096】この中間層上に塗布熱分解法でYBa2
37-dの組成で表わされる超電導厚膜を形成した。出
発原料は、Y:Ba:Cuの組成比が1:2:3になる
ように各元素のナフテン酸塩をエタノール溶媒に溶かし
たものを調合し、塗布、熱処理、酸素アニールを施すこ
とで超電導厚膜を形成した。形成した超電導膜につい
て、膜厚と臨界電流密度とを測定した。表1に超電導膜
の膜厚と臨界電流密度との関係を示す。
On this intermediate layer, YBa 2 C
A superconducting thick film represented by the composition of u 3 O 7-d was formed. The starting material is prepared by dissolving a naphthenate of each element in an ethanol solvent so that the composition ratio of Y: Ba: Cu is 1: 2: 3, and then applying, heat-treating, and oxygen annealing to perform superconductivity. A thick film was formed. The thickness and critical current density of the formed superconducting film were measured. Table 1 shows the relationship between the thickness of the superconducting film and the critical current density.

【0097】[0097]

【表1】 [Table 1]

【0098】表1の結果より、レーザーアブレーション
法で所定の中間層を形成した後、塗布熱分解法で超電導
厚膜を成膜すれば、0.5μm以上30μm以下の超電
導厚膜において優れた超電導特性が得られることが明ら
かになった。
From the results shown in Table 1, when a predetermined intermediate layer is formed by the laser ablation method and a superconducting thick film is formed by the coating pyrolysis method, the superconducting thick film having a thickness of 0.5 μm to 30 μm is excellent. It has been found that characteristics can be obtained.

【0099】(実施例2)サファイア単結晶基板上に酸
化セリウムの中間層をレーザーアブレーション法により
形成した。中間層の厚みは、1μmであった。この中間
層の上にレーザーアブレーション法を用いてYBa2
37-dの組成で表わされる超電導種膜を形成した。超
電導種膜の膜厚は1μmであった。
Example 2 An intermediate layer of cerium oxide was formed on a sapphire single crystal substrate by a laser ablation method. The thickness of the intermediate layer was 1 μm. YBa 2 C is formed on the intermediate layer by using a laser ablation method.
A superconducting seed film represented by the composition of u 3 O 7-d was formed. The thickness of the superconducting seed film was 1 μm.

【0100】さらにこの超電導種膜の上に塗布熱分解法
でYBa2Cu37-dの組成で表わされる超電導厚膜を
形成した。出発原料は、Y:Ba:Cuの組成比が1:
2:3になるように各元素のナフテン酸塩をエタノール
溶媒に溶かしたものを調合し、塗布、熱処理、酸素アニ
ールを施すことで超電導厚膜を形成した。形成した超電
導膜について、膜厚と臨界電流密度とを測定した。表2
に塗布熱分解法で形成した超電導膜の膜厚と臨界電流密
度との関係を示す。
Further, a superconducting thick film represented by the composition of YBa 2 Cu 3 O 7-d was formed on the superconducting seed film by a coating thermal decomposition method. The starting material has a composition ratio of Y: Ba: Cu of 1:
A solution in which naphthenates of each element were dissolved in an ethanol solvent so as to have a ratio of 2: 3 was prepared and subjected to coating, heat treatment and oxygen annealing to form a superconducting thick film. The thickness and critical current density of the formed superconducting film were measured. Table 2
2 shows the relationship between the thickness of the superconducting film formed by the coating pyrolysis method and the critical current density.

【0101】[0101]

【表2】 [Table 2]

【0102】表2の結果より、レーザーアブレーション
法で所定の中間層を形成した後、レーザーアブレーショ
ン法で超電導種膜を形成し、さらにその上に塗布熱分解
法で超電導膜を成膜すれば、0.5μm以上30μm以
下の超電導厚膜において優れた超電導特性が得られるこ
とが明らかになった。
According to the results shown in Table 2, if a predetermined intermediate layer is formed by the laser ablation method, a superconducting seed film is formed by the laser ablation method, and a superconducting film is formed thereon by the coating thermal decomposition method. It has been found that excellent superconducting characteristics can be obtained in a superconducting thick film having a thickness of 0.5 μm or more and 30 μm or less.

【0103】(実施例3)サファイア単結晶基板上に酸
化セリウムの中間層をレーザーアブレーション法により
形成した。中間層の厚みは、1μmであった。この中間
層の上にレーザーアブレーション法を用いてYBa2
37-dの組成で表わされる超電導種膜を形成した。超
電導種膜の膜厚は1μmであった。
Example 3 An intermediate layer of cerium oxide was formed on a sapphire single crystal substrate by a laser ablation method. The thickness of the intermediate layer was 1 μm. YBa 2 C is formed on the intermediate layer by using a laser ablation method.
A superconducting seed film represented by the composition of u 3 O 7-d was formed. The thickness of the superconducting seed film was 1 μm.

【0104】この超電導種膜の上に、出発原料として
Y:Ba:Cuの組成比が1:2:3になるように各元
素のナフテン酸塩をエタノール溶媒に溶かした溶液を調
合し、塗布した。さらにこの塗布した面にレーザーを照
射すると、塗布面の溶媒が除去されて結晶化が起こり、
超電導厚膜が形成できた。この時用いたレーザーは、波
長248nmのKrFエキシマレーザーであり、レーザ
ーエネルギ密度0.1J/cm2で塗布面に照射した。
このレーザー照射により形成した超電導膜について、膜
厚と臨界電流密度とを測定した。表3に超電導膜の膜厚
と臨界電流密度との関係を示す。
On this superconducting seed film, a solution in which a naphthenate of each element was dissolved in an ethanol solvent so as to have a composition ratio of Y: Ba: Cu of 1: 2: 3 as a starting material was prepared and applied. did. When the laser is applied to the coated surface, the solvent on the coated surface is removed and crystallization occurs.
A superconducting thick film was formed. The laser used at this time was a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, and the applied surface was irradiated with a laser energy density of 0.1 J / cm 2 .
The film thickness and critical current density of the superconducting film formed by this laser irradiation were measured. Table 3 shows the relationship between the thickness of the superconducting film and the critical current density.

【0105】[0105]

【表3】 [Table 3]

【0106】表3の結果より、レーザーアブレーション
法で所定の中間層を形成した後、レーザーアブレーショ
ン法で超電導種膜を形成し、さらにその上に超電導材料
の溶液を塗布したものにレーザー照射して超電導膜を形
成すれば、0.5μm以上30μm以下の超電導厚膜に
おいて優れた超電導特性が得られることが明らかとなっ
た。
According to the results shown in Table 3, after a predetermined intermediate layer was formed by the laser ablation method, a superconducting seed film was formed by the laser ablation method, and further, a solution of a superconducting material applied thereon was irradiated with a laser. It has been clarified that when a superconducting film is formed, excellent superconducting properties can be obtained in a superconducting thick film having a thickness of 0.5 μm or more and 30 μm or less.

【0107】(実施例4)サファイア単結晶基板上にセ
リウムのナフテン酸塩をエタノール溶媒に溶かしたもの
を塗布し、熱処理、酸素アニール処理を施すことで酸化
セリウムの中間層を形成した。中間層の厚みは、1μm
であった。この中間層の上に、レーザーアブレーション
法を用いてYBa2Cu37-dの組成で表わされる超電
導種膜を形成した。超電導種膜の膜厚は1μmであっ
た。
Example 4 A cerium naphthenate dissolved in an ethanol solvent was applied to a sapphire single crystal substrate, and a heat treatment and an oxygen annealing treatment were performed to form a cerium oxide intermediate layer. The thickness of the intermediate layer is 1 μm
Met. On this intermediate layer, a superconducting seed film represented by the composition of YBa 2 Cu 3 O 7-d was formed by a laser ablation method. The thickness of the superconducting seed film was 1 μm.

【0108】この超電導種膜の上に、塗布熱分解法でY
Ba2Cu37-dの組成で表わされる超電導厚膜を形成
した。出発原料はY:Ba:Cuの組成比が1:2:3
になるように各元素のナフテン酸塩をエタノール溶媒に
溶かしたものを調合し、塗布、熱処理、酸素アニールを
施すことで超電導厚膜を形成した。塗布熱分解法で形成
した超電導膜について、膜厚と臨界電流密度とを測定し
た。表4に超電導膜の膜厚と臨界電流密度との関係を示
す。
On this superconducting seed film, Y was applied by a coating thermal decomposition method.
A superconducting thick film represented by the composition of Ba 2 Cu 3 O 7-d was formed. The starting material has a composition ratio of Y: Ba: Cu of 1: 2: 3.
A solution obtained by dissolving a naphthenate of each element in an ethanol solvent was prepared and subjected to coating, heat treatment, and oxygen annealing to form a superconducting thick film. The film thickness and critical current density of the superconducting film formed by the coating pyrolysis method were measured. Table 4 shows the relationship between the thickness of the superconducting film and the critical current density.

【0109】[0109]

【表4】 [Table 4]

【0110】表4の結果より、塗布熱分解法で所定の中
間層を形成した後、レーザーアブレーション法で超電導
種膜を形成し、さらにその上に塗布熱分解法で超電導膜
を成膜することにより、0.5μm以上30μm以下の
超電導厚膜において優れた超電導特性の得られることが
明らかとなった。
From the results in Table 4, it is found that after forming a predetermined intermediate layer by the coating thermal decomposition method, a superconducting seed film is formed by the laser ablation method, and a superconducting film is further formed thereon by the coating thermal decomposition method. It is clear that excellent superconducting characteristics can be obtained in a superconducting thick film having a thickness of 0.5 μm or more and 30 μm or less.

【0111】(実施例5)アルミン酸ランタン単結晶基
板上にレーザーアブレーション法を用いてYBa 2Cu3
7-dの組成で表わされる超電導種膜を形成した。超電
導種膜の膜厚は1μmであった。
(Example 5) Lanthanum aluminate single crystal group
YBa on the plate using laser ablation method TwoCuThree
O7-dA superconducting seed film represented by the following composition was formed. Super electric
The thickness of the conductive film was 1 μm.

【0112】さらにこの超電導種膜の上に塗布熱分解法
でYBa2Cu37-dの組成で表わされる超電導厚膜を
形成した。出発原料はY:Ba:Cuの組成比が1:
2:3になるように各元素のナフテン酸塩をエタノール
溶媒に溶かしたものを調合し、塗布、熱処理、酸素アニ
ールを施すことで超電導厚膜を形成した。形成した超電
導膜について、膜厚と臨界電流密度とを測定した。表5
に塗布熱分解法で形成した超電導膜の膜厚と臨界電流密
度との関係を示す。
Further, a superconducting thick film represented by the composition of YBa 2 Cu 3 O 7-d was formed on the superconducting seed film by a coating thermal decomposition method. The starting material has a composition ratio of Y: Ba: Cu of 1:
A solution in which naphthenates of each element were dissolved in an ethanol solvent so as to have a ratio of 2: 3 was prepared and subjected to coating, heat treatment and oxygen annealing to form a superconducting thick film. The thickness and critical current density of the formed superconducting film were measured. Table 5
2 shows the relationship between the thickness of the superconducting film formed by the coating pyrolysis method and the critical current density.

【0113】[0113]

【表5】 [Table 5]

【0114】表5の結果より、レーザーアブレーション
法で超電導種膜を形成し、さらにその上に塗布熱分解法
で超電導膜を成膜することにより、0.5μm以上30
μm以下の超電導厚膜において優れた超電導特性が得ら
れることが明らかとなった。
From the results shown in Table 5, it was found that a superconducting seed film was formed by a laser ablation method, and a superconducting film was formed thereon by a coating pyrolysis method to obtain a film having a thickness of 0.5 μm to 30 μm.
It has been clarified that excellent superconducting properties can be obtained with a superconducting thick film of μm or less.

【0115】今回開示された実施の形態および実施例は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
The embodiments and examples disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【0116】[0116]

【発明の効果】本発明の一および他の局面に従う高温超
電導厚膜部材は、以上述べたように薄膜線材や大面積膜
の量産効果を得るのに特に有効であるが、たとえば長尺
イットリウム系線材のリペア技術にも適している。たと
えば金属基板上に長尺線材を作製しても部分的に特性の
低い箇所が生じるが、本発明を用いればその部分に超電
導膜を形成可能であり、律速工程の改善にも本発明は有
効である。
As described above, the high-temperature superconducting thick film member according to one and other aspects of the present invention is particularly effective for obtaining the mass production effect of thin-film wires and large-area films. Suitable for wire rod repair technology. For example, even if a long wire is manufactured on a metal substrate, a portion having low characteristics is partially generated. However, if the present invention is used, a superconducting film can be formed in that portion, and the present invention is also effective for improving the rate-limiting step. It is.

【0117】また、限流器などへの適用には、大面積の
膜が要求される。一般に物理蒸着法では一度に成膜でき
る面積が小さいため、工業的に低コストで均一な高特性
を得るためには、蒸着面積を大きくする必要がある。本
発明は、基板の揺動や回転を組合せることによって大面
積膜の形成にも適した手法となる。
For application to a current limiting device or the like, a large-area film is required. In general, the physical vapor deposition method has a small area on which a film can be formed at one time, and therefore, in order to obtain industrially low cost and uniform high characteristics, it is necessary to increase the vapor deposition area. The present invention is a method suitable for forming a large-area film by combining the swing and rotation of the substrate.

【0118】本発明では、フレキシブルな金属基板上、
もしくは単結晶または多結晶あるいは金属基板上に中間
層を介して成膜された線材または大面積膜が好ましい対
象となる。フレキシブル金属基板上の長尺線材で大電流
を流すことができれば、ケーブルやマグネットなど産業
用途に与えるインパクトは非常に大きい。また、ビスマ
ス系銀被覆線材と比較しても、77Kの磁場下における
臨界電流密度Jcは飛躍的に高く、また過冷却窒素や冷
凍機の冷却で77K以下に冷却して使用する環境下であ
れば、磁場特性はビスマス系銀被覆線材に比較して磁場
強度にもよるが一桁程度のオーダで大きい。このため、
実用材料としてその量産性が可能になればコスト的に一
桁程度ビスマス系銀被覆超電導線材を上回ってもコスト
メリットが出てくる。
In the present invention, on a flexible metal substrate,
Alternatively, a wire or a large-area film formed on a single crystal, a polycrystal, or a metal substrate with an intermediate layer interposed therebetween is a preferable object. If a long current can be passed through a long wire on a flexible metal substrate, the impact on industrial applications such as cables and magnets will be very large. Also, the critical current density Jc under a magnetic field of 77K is significantly higher than that of a bismuth-based silver-coated wire rod, and even in an environment where the temperature is reduced to 77K or less by using supercooled nitrogen or cooling of a refrigerator. For example, the magnetic field characteristics are large, on the order of one order of magnitude, depending on the magnetic field strength, as compared with bismuth-based silver-coated wires. For this reason,
If mass production is possible as a practical material, cost merit will appear even if it exceeds the bismuth-based silver-coated superconducting wire by about one digit.

【0119】また、ビスマス系銀被覆線材では、達成で
きない機器応用も可能となる。たとえば、SN転位型限
流器は、ビスマス系銀被覆線材では構築不可能であり、
大面積を有するイットリウム系膜が低コストかつ高均一
特性で大量生産が可能になれば、落雷などによる系統事
故発生時のリスク分散が可能となることから、今後分散
化が進む電力系統の信頼性は飛躍的に高まるばかりでな
く、分散化電源の導入も効果的に促進され得る。
In addition, bismuth-based silver-coated wires can be applied to equipment that cannot be achieved. For example, an SN dislocation current limiter cannot be constructed with a bismuth-based silver-coated wire rod,
If large-scale yttrium-based films can be mass-produced at low cost and with high uniformity characteristics, it will be possible to disperse risks in the event of a system accident due to lightning strikes. In addition to the dramatic increase, the introduction of decentralized power sources can be effectively promoted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施の形態における高温超電導厚
膜部材の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of a high-temperature superconducting thick film member according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施の形態における高温超電導厚
膜部材の他の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another configuration of the high-temperature superconducting thick film member according to one embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の一実施の形態における高温超電導厚
膜部材のさらに他の構成を概略的に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing still another configuration of the high-temperature superconducting thick film member according to one embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の一実施の形態における高温超電導厚
膜部材の製造方法を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of manufacturing a high-temperature superconducting thick film member according to one embodiment of the present invention.

【図5】 基板傾斜レーザー蒸着法を説明するための断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a substrate inclined laser vapor deposition method.

【図6】 基板が線状である場合の製造方法を説明する
ための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a manufacturing method when the substrate is linear.

【図7】 基板を揺動させる様子を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the substrate is swung.

【図8】 基板を回転させる様子を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing how the substrate is rotated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板、2 中間層、3 超電導厚膜、4 超電導種
膜、5 高温超電導厚膜部材。
1 Substrate, 2 intermediate layers, 3 superconducting thick films, 4 superconducting seed films, 5 high temperature superconducting thick film members.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大松 一也 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 Fターム(参考) 5G321 AA01 AA04 BA01 BA03 CA18 CA22 CA24 CA27 CA28 DB22 DB44 DB55  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Kazuya Omatsu 1-3-1 Shimaya, Konohana-ku, Osaka City F-term in Osaka Works, Sumitomo Electric Industries, Ltd. 5G321 AA01 AA04 BA01 BA03 CA18 CA22 CA24 CA27 CA28 DB22 DB44 DB55

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主表面を有し、かつ単結晶または多結晶
よりなる基板と、 前記基板の主表面上に形成された、0.1μm以上3μ
m以下の厚みを有する単結晶性の中間層と、 前記中間層上に塗布熱分解法により形成された、0.5
μm以上30μm以下の厚みを有する単結晶性の超電導
厚膜とを備えた、高温超電導厚膜部材。
1. A substrate having a main surface and made of single crystal or polycrystal, and 0.1 μm or more and 3 μm formed on the main surface of the substrate.
m, a single-crystal intermediate layer having a thickness of 0.5 m or less, and 0.5 formed on the intermediate layer by a coating pyrolysis method.
A high-temperature superconducting thick-film member comprising: a single-crystal superconducting thick film having a thickness of not less than μm and not more than 30 μm.
【請求項2】 前記中間層は、前記基板の熱膨張係数よ
りも前記超電導厚膜の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有
しており、前記基板の格子定数よりも前記超電導厚膜の
格子定数に近い格子定数を有している、請求項1に記載
の高温超電導厚膜部材。
2. The intermediate layer has a coefficient of thermal expansion closer to the coefficient of thermal expansion of the superconducting thick film than the coefficient of thermal expansion of the substrate, and the lattice of the superconducting thick film is larger than the lattice constant of the substrate. 2. The high-temperature superconducting thick film member according to claim 1, having a lattice constant close to a constant.
【請求項3】 前記中間層と前記超電導厚膜との間に、
単結晶性の超電導種膜をさらに備えたことを特徴とす
る、請求項1に記載の高温超電導厚膜部材。
3. The method according to claim 1, wherein the intermediate layer and the superconducting thick film are
The high temperature superconducting thick film member according to claim 1, further comprising a single-crystal superconducting seed film.
【請求項4】 前記中間層は、前記基板の主表面に対し
て10°以下の角度を持って斜めに傾いた結晶構造を有
し、かつ面内の配向性の傾き角が30°以下であること
を特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の高温超
電導厚膜部材。
4. The intermediate layer has a crystal structure obliquely inclined at an angle of 10 ° or less with respect to a main surface of the substrate, and has an in-plane orientation inclination angle of 30 ° or less. The high temperature superconducting thick film member according to any one of claims 1 to 3, wherein
【請求項5】 前記中間層は、ジルコニウム、イッテル
ビウム、イットリウムおよびセリウムよりなる群から選
ばれる1種以上の酸化物を含む単層または多層構造を有
することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載
の高温超電導厚膜部材。
5. The method according to claim 1, wherein the intermediate layer has a single-layer or multi-layer structure containing at least one oxide selected from the group consisting of zirconium, ytterbium, yttrium, and cerium. The high temperature superconducting thick film member according to any one of the above.
【請求項6】 主表面を有し、かつ単結晶または多結晶
よりなる基板と、 前記基板の主表面上に形成された単結晶性の超電導種膜
と、 前記超電導種膜上に塗布熱分解法により形成された、
0.5μm以上30μm以下の厚みを有する単結晶性の
超電導厚膜とを備えた、高温超電導厚膜部材。
6. A substrate having a main surface and made of single crystal or polycrystal, a single-crystal superconducting seed film formed on the main surface of the substrate, and thermal decomposition applied to the superconducting seed film Formed by the method,
A high-temperature superconducting thick-film member comprising: a single-crystal superconducting thick film having a thickness of 0.5 μm or more and 30 μm or less.
【請求項7】 前記超電導種膜と前記超電導厚膜との材
質は、REBCO123構造を有し、かつ互いに異なる
RE(希土類)元素を構成元素として含んでいることを
特徴とする、請求項3または6に記載の高温超電導厚膜
部材。
7. The material of the superconducting seed film and the superconducting thick film has a REBCO123 structure and contains mutually different RE (rare earth) elements as constituent elements. 7. The high temperature superconducting thick film member according to 6.
【請求項8】 前記超電導種膜の融点が前記超電導厚膜
の融点より高いことを特徴とする、請求項7に記載の高
温超電導厚膜部材。
8. The high temperature superconducting thick film member according to claim 7, wherein the melting point of the superconducting seed film is higher than the melting point of the superconducting thick film.
【請求項9】 単結晶の前記基板の材質は、サファイ
ア、アルミン酸ランタン、酸化マグネシウムおよびチタ
ン酸ストロンチウムよりなる群から選ばれる1種以上を
含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載
の高温超電導厚膜部材。
9. The material according to claim 1, wherein the material of the single crystal substrate includes at least one selected from the group consisting of sapphire, lanthanum aluminate, magnesium oxide and strontium titanate. A high-temperature superconducting thick-film member according to any of the above items.
【請求項10】 多結晶の前記基板の材質は、ステンレ
ス、ハステロイ、ニッケル、銅およびアルミニウムより
なる群から選ばれる1種以上を含み、かつ200μm以
下の厚みを有するフレキシブル金属であることを特徴と
する、請求項1〜8のいずれかに記載の高温超電導厚膜
部材。
10. The material of the polycrystalline substrate is a flexible metal containing at least one selected from the group consisting of stainless steel, Hastelloy, nickel, copper and aluminum, and having a thickness of 200 μm or less. The high-temperature superconducting thick film member according to any one of claims 1 to 8.
【請求項11】 前記超電導厚膜の材質は、REBCO
123構造を有し、かつRE(希土類)元素はホルミウ
ムを含むことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか
に記載の高温超電導厚膜部材。
11. The superconducting thick film is made of REBCO.
The high temperature superconducting thick film member according to any one of claims 1 to 10, wherein the member has a 123 structure, and the RE (rare earth) element contains holmium.
【請求項12】 単結晶または多結晶よりなる基板の主
表面上に、0.1μm以上3μm以下の厚みを有する単
結晶性の中間層を形成する工程と、 前記中間層上に、0.5μm以上30μm以下の厚みを
有する単結晶性の超電導厚膜を塗布熱分解法を用いて形
成する工程とを備えた、高温超電導厚膜部材の製造方
法。
12. A step of forming a monocrystalline intermediate layer having a thickness of 0.1 μm or more and 3 μm or less on a main surface of a substrate made of a single crystal or a polycrystal; Forming a single-crystal superconducting thick film having a thickness of not less than 30 μm or less using a coating pyrolysis method.
【請求項13】 前記中間層の形成後であって前記超電
導厚膜の形成前に、単結晶性の超電導種膜を物理蒸着法
により形成する工程をさらに備えたことを特徴とする、
請求項12に記載の高温超電導厚膜部材の製造方法。
13. The method according to claim 1, further comprising, after forming the intermediate layer and before forming the superconducting thick film, forming a single-crystal superconducting seed film by physical vapor deposition.
A method for manufacturing a high-temperature superconducting thick film member according to claim 12.
【請求項14】 前記中間層は物理蒸着法により形成さ
れることを特徴とする、請求項12または13に記載の
高温超電導厚膜部材の製造方法。
14. The method for manufacturing a high temperature superconducting thick film member according to claim 12, wherein the intermediate layer is formed by a physical vapor deposition method.
【請求項15】 前記中間層は、原料にレーザー光を照
射して前記原料から飛散した物質を前記基板の主表面上
に蒸着させるレーザーアブレーション法により形成され
ることを特徴とする、請求項14に記載の高温超電導厚
膜部材の製造方法。
15. The method according to claim 14, wherein the intermediate layer is formed by a laser ablation method in which a material is irradiated with a laser beam to deposit a substance scattered from the material on a main surface of the substrate. 3. The method for producing a high-temperature superconducting thick film member according to item 1.
【請求項16】 前記中間層は、前記原料のレーザー光
が照射される面に対して前記基板の主表面が傾いた状態
で前記レーザーアブレーション法を行なうことにより形
成されることを特徴とする、請求項15に記載の高温超
電導厚膜部材の製造方法。
16. The method according to claim 16, wherein the intermediate layer is formed by performing the laser ablation method in a state where a main surface of the substrate is inclined with respect to a surface of the raw material irradiated with the laser beam. A method for manufacturing a high-temperature superconducting thick film member according to claim 15.
【請求項17】 前記中間層は、塗布熱分解法単独によ
り形成される、または塗布熱分解法により形成された後
にレーザーアニール法で単結晶化されて形成されること
を特徴とする、請求項12または13に記載の高温超電
導厚膜部材の製造方法。
17. The method according to claim 1, wherein the intermediate layer is formed by a coating thermal decomposition method alone, or is formed by laser annealing after being formed by a coating thermal decomposition method. 14. The method for producing a high-temperature superconducting thick film member according to 12 or 13.
【請求項18】 前記基板は線状の形態を有し、前記基
板の一方端側が第1のロールに巻き付けられ、他方端側
が第2のロールで巻き取られることにより、前記基板上
に前記中間層と前記超電導厚膜とを順に形成することを
特徴とする、請求項12に記載の高温超電導厚膜部材の
製造方法。
18. The substrate has a linear shape, and one end of the substrate is wound around a first roll and the other end is wound around a second roll, so that the intermediate portion is formed on the substrate. The method for manufacturing a high-temperature superconducting thick-film member according to claim 12, wherein a layer and the superconducting thick film are sequentially formed.
【請求項19】 前記基板の大きさは100cm2以上
であり、前記基板は揺動または回転しながら前記中間層
および前記超電導厚膜の少なくともいずれかを成膜され
ることを特徴とする、請求項12に記載の高温超電導厚
膜部材の製造方法。
19. The method according to claim 19, wherein the size of the substrate is 100 cm 2 or more, and the substrate is formed by forming at least one of the intermediate layer and the superconducting thick film while swinging or rotating. Item 13. The method for producing a high-temperature superconducting thick film member according to item 12.
【請求項20】 単結晶または多結晶よりなる基板の主
表面上に、単結晶性の超電導種膜を物理蒸着法により形
成する工程と、 前記超電導種膜上に、0.5μm以上30μm以下の厚
みを有する単結晶性の超電導厚膜を塗布熱分解法を用い
て形成する工程とを備えた、高温超電導厚膜部材の製造
方法。
20. A step of forming a single-crystal superconducting seed film on a main surface of a single-crystal or polycrystalline substrate by physical vapor deposition; Forming a thick single-crystal superconducting thick film using a coating pyrolysis method.
【請求項21】 前記基板は線状の形態を有し、前記基
板の一方端側が第1のロールに巻き付けられ、他方端側
が第2のロールで巻き取られることにより、前記基板上
に前記超電導種膜と前記超電導厚膜とを順に形成するこ
とを特徴とする、請求項20に記載の高温超電導厚膜部
材の製造方法。
21. The substrate having a linear shape, wherein one end of the substrate is wound around a first roll, and the other end is wound around a second roll, so that the superconducting film is formed on the substrate. 21. The method for manufacturing a high-temperature superconducting thick film member according to claim 20, wherein the seed film and the superconducting thick film are sequentially formed.
【請求項22】 前記基板の大きさは100cm2以上
であり、前記基板は揺動または回転しながら前記超電導
種膜および前記超電導厚膜の少なくともいずれかを成膜
されることを特徴とする、請求項20または21に記載
の高温超電導厚膜部材の製造方法。
22. The size of the substrate is 100 cm 2 or more, and the substrate is formed by forming at least one of the superconducting seed film and the superconducting thick film while swinging or rotating. A method for manufacturing a high-temperature superconducting thick film member according to claim 20.
【請求項23】 単結晶の前記超電導厚膜を塗布熱分解
法を用いて形成する前記工程は、前記塗布熱分解法によ
り超電導厚膜を形成した後に、レーザーアニール法によ
り単結晶化させることを特徴とする、請求項12または
20に記載の高温超電導厚膜部材の製造方法。
23. The step of forming the single-crystal superconducting thick film using a coating pyrolysis method includes forming a superconducting thick film by the coating pyrolysis method and then performing single crystallization by a laser annealing method. The method for producing a high-temperature superconducting thick film member according to claim 12, wherein the method is characterized in that:
【請求項24】 前記レーザーアニール法におけるアニ
ール源は、0.1μm以上0.5μm以下の波長を有す
るエキシマレーザーまたは0.5μm以上2μm以下の
波長を有するYAGレーザーであることを特徴とする、
請求項23に記載の高温超電導厚膜部材の製造方法。
24. An annealing source in the laser annealing method, wherein an excimer laser having a wavelength of 0.1 μm to 0.5 μm or a YAG laser having a wavelength of 0.5 μm to 2 μm is provided.
A method for manufacturing a high temperature superconducting thick film member according to claim 23.
【請求項25】 前記超電導厚膜には、少なくとも仮焼
結、本終結、ポストアニールおよび酸素アニールの4つ
の処理が施されることを特徴とする、請求項12または
20に記載の高温超電導厚膜部材の製造方法。
25. The high-temperature superconducting thick film according to claim 12, wherein the superconducting thick film is subjected to at least four treatments of temporary sintering, final finishing, post annealing and oxygen annealing. A method for manufacturing a membrane member.
【請求項26】 前記塗布熱分解法における原料が有機
金属原料を含むことを特徴とする、請求項12または2
0に記載の高温超電導厚膜部材の製造方法。
26. The raw material in the coating pyrolysis method includes an organic metal raw material.
0. The method for producing a high-temperature superconducting thick film member according to 0.
【請求項27】 前記超電導厚膜が前記基板の両面に形
成される、請求項12または20に記載の高温超電導厚
膜部材の製造方法。
27. The method for manufacturing a high-temperature superconducting thick film member according to claim 12, wherein the superconducting thick film is formed on both surfaces of the substrate.
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