JP2004051435A

JP2004051435A - 超電導体超微結晶からなる超電導線材

Info

Publication number: JP2004051435A
Application number: JP2002211978A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kawabata; 川畑　武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】安定化材である金属又は合金マトリックスに埋まった形態の、ナノ結晶超電導線材を作製すること。
【解決手段】（１）安定化材とする、金属又は合金多結晶薄板を作成する。（２）ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッター法、真空蒸着法、又は、レーザー・アブレーション法等を用いて、１層以上の合金又は酸化物ナノ結晶バッファー層を作成する。（３）ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、及び、スパッター法、真空蒸着法、又は、レーザー・アブレーション法等の、原子比率を制御して積層できる装置、及び、熱処理を用いて、超伝導ナノ結晶層を作成する。（４）必要に応じて、細線化処理、及び、バッファー層と超電導体層の多層化工程を繰り返し行い、（５）安定化材である金属又は合金被覆層で被覆し、ナノ結晶からなる超電導体線材を製作する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、安定化材である金属又は合金マトリックス１１及び被覆層４１に挟まれた形態で、アモルファス、金属ガラス、又は、特定方位の集合組織を有するナノ結晶体からなるバッファー層３１を介して成長させた、ナノ結晶超電導体層からなる、高臨界電流密度を有する超電導線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超電導線材は、多結晶安定化材であるマトリックスに、粗大結晶粒からなる多結晶超電導体を埋め込んだ形態からなっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】安定化材である金属又は合金単結晶マトリックス中に、ｃ軸配向集合組織を有するナノ結晶超電導体層を成長させ、粒界のピン止め効果により、超電導線材の超電導特性、特に臨界電流密度、及び、臨界磁束密度を高めること。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明では、（１）安定化材である金属又は合金マトリックス薄板を作成する。（２）その上に、メタル・オーガニック・ケミカル・ヴェィパー・デポジション法（英語では、Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄと表記する。以後、ＭＯＣＶＤ法と略記する）、モレキュラー・ビーム・エピタキシ法（英語では、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ　Ｍｅｔｈｏｄと表記する。以後、ＭＢＥ法と略記する）、スパッター法、真空蒸着法、又は、レーザー・アブレーション法（英語では、Ｌａｓｅｒ　Ａｂｒａｓｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄと表記する。以後ＬＡ法と略記する）等、並びに、熱処理を用いて、６００〜７００℃の高温で安定な、ナノ結晶合金バッファー層を作成する。（３）その上に、６００〜７００℃の高温で安定な、アモルファス、又は、金属ガラス・バッファー層を作成する。（４）その上に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッター法、真空蒸着法、又は、ＬＡ法等、並びに、熱処理を用いて、集合組織を有するナノ結晶バッファー層を作成する。（５）その上に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッター法、真空蒸着法、又は、ＬＡ法を用いてｃ軸配向集合組織を有する、ナノ結晶超電導体層、或いは、線状ナノ結晶超電導体層を作成する。（６）その上に、安定化材である金属又は合金多結晶マトリックスで被覆する。以上の（１）〜（６）の工程を組合せて超電導体、又は、超電導線材を作製する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（Ａ）上記の（１）、（４）、（５）、及び、（６）の工程により超電導体、又は、超電導線材を作製する。
【０００６】
（Ｂ）上記の（１）、（３）、（５）、及び、（６）の工程により超電導体、又は、超電導線材を作製する。
【０００７】
（Ｃ）上記の（１）、（３）、（４）、（５）、及び、（６）の工程により超電導体、又は、超電導線材を作製する。
【０００８】
（Ｄ）上記の（１）、（２）、（４）、（５）、及び、（６）の工程により超電導体、又は、超電導線材を作製する。
【０００９】
（Ｅ）上記の（１）、（２）、（３），（４）、（５）、及び、（６）の工程により超電導体、又は、超電導線材を作製する。
【００１０】
【実施例】
［実施例１］　前項［０００５］（Ａ）に記載した工程を使用した。（１）厚さｔ＝５ｍｍのＡｇマトリックス多結晶薄板１１を作成する。（２）Ａｇマトリックス多結晶薄板の上に、スパッタ−法により、厚さｔ＝２０ｎｍ、及び、結晶粒径ｄ＝５〜１０ｎｍの、ＣｅＯ_２バッファー層ナノ結晶薄膜２２を作成した。（３）この上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｃ軸を薄膜面内に有する、結晶粒径ｄ＝５〜１０ｎｍの結晶粒を有する、厚さｔ＝３０ｎｍのＹＢａ_２Ｃｕ_４Ｏ_８多結晶薄膜１を作成した。（４）前記の（２）及び（３）の工程を１００回繰り返し、希望する厚さｔ＝５μｍのｃ軸配向超電導体薄膜を作成した。（５）この上を、スパッタ−法を用いて、厚さｔ＝０．５ｍｍのＡｇ被覆膜４１で覆い、酸化物超電導体ナノ結晶線材を得た。超電導線材の特性である臨界電流密度Ｊｃは、７７Ｋ、及び、１０テスラの外部磁場の条件下で、２６ｋＡ／ｍｍ^２に向上した。
【００１１】
［実施例２］　前項［０００６］（Ｂ）に記載した工程を使用した。（１）実施例１に記載したのと等しい工程により、安定化材となる、厚さｔ＝５ｍｍのＡｇマトリックス多結晶薄板１１を得た。（２）その上に、スパッタ−法を用いて、ＰｔＺｒＢ合金からなる、厚さｔ＝２０ｎｍの金属ガラス薄膜バッファー層３１を作成した。（３）この上に、ｃ軸を薄膜面内に有し、結晶粒径ｄ＝５〜１０ｎｍの範囲の、厚さｔ＝３０ｎｍのＢｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_１０ナノ結晶超電導体薄膜を作成した。（４）次の工程においては、リソグラフィ法及びエッチング法により、細線構造を有するナノ結晶超電導体薄膜２を作成した。（５）前記の、（２）、（３）及び（４）の工程を２００回繰り返し行い、厚さ１０μｍの超伝導体複合多層膜を作成した。（６）この上を、スパッタ−法により、Ａｇ被覆膜４１で覆い、安定化材で囲まれた形態を有する、酸化物超電導体マルチ・フィラメント・ナノ結晶線材を得た。超電導線材の特性である、臨界電流密度Ｊｃは、７７Ｋ、及び、１５テスラの外部磁場の条件下で、３７ｋＡ／ｍｍ^２が得られた。
【００１２】
［実施例３］　前項［０００７］（Ｃ）に記載した工程を使用した。（１）厚さｔ＝５ｍｍの、安定化材であるＡｇマトリックス多結晶薄板１１を作成した。（２）その上に、スパッタ−法を用いて、ＰｔＺｒＢ合金からなる、厚さｔ＝２０ｎｍのアモルファス薄膜バッファー層３１を作成した。（３）この上に、スパッタ−法により、厚さｔ＝２０ｎｍ、及び、結晶粒径ｄ＝５〜１０ｎｍの、ＣｅＯ_２バッファー層ナノ結晶薄膜２２を作成した。（４）ＭＯＣＶＤ装置を用いて、厚さｔ＝３０ｎｍ、及び、結晶粒径ｄ＝５〜１０ｎｍの、ＹＢａ_２Ｃｕ_４Ｏ_８ナノ結晶超電導体層１を作成した。（５）前記の（３）及び（４）の工程を２５０回繰り返し行い、厚さｔ＝１２．５μｍの複合超電導体ナノ結晶線材構造を作成した。（６）その上を、スパッタ−法により、厚さｔ＝０．５ｍｍの安定化材であるＡｇ被覆膜４１で覆い、リボン形状の酸化物超電導体マルチ・フィラメント・ナノ結晶超電導線材を得た。超電導線材の特性である臨界電流密度Ｊｃは、７７Ｋ、及び、１５テスラの外部磁場の条件下で、２５ｋＡ／ｍｍ^２が得られた。
【００１３】
［実施例４］　前項［０００８］（Ｄ）に記載した工程を使用した。（１）安定化材とする、厚さｔ＝３ｍｍのＡｇマトリックス多結晶薄板１１を圧延により作成した。（２）この上に、厚さｔ＝５ｎｍのＭｇＯ多結晶バッファー層２１を作成した。（３）この上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さｔ＝１０ｎｍ、及び、結晶粒径ｄ＝５〜１０ｎｍの、ＣｅＯ_２バッファー層ナノ結晶薄膜２２を作成した。（４）この上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さｔ＝３０ｎｍ、及び、結晶粒径ｄ＝５〜１０ｎｍのＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６．９超電導体層１を作成した。（５）前記の、（３）及び（４）の工程を３００回繰り返し、厚さｔ＝１２μｍの多層超電導体を得た。（６）この上を、スパッタ−法により、Ａｇ被覆膜４１を作成し、リボン形状の酸化物超電導体ナノ結晶線材を得た。超電導線材の特性である、臨界電流密度Ｊｃは、７７Ｋ、及び、１２テスラの外部磁場の条件下で、２９ｋＡ／ｍｍ^２が得られた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、
（１）　安定化材薄板１１の上に、アモルファス、金属ガラス・バッファー層３１、又は、ナノ結晶の薄膜バッファー層２１又は２２を作成する。
（２）　ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッタ−法、ＬＡ法等を用いて、合金超伝導体、或いは、酸化物超伝導体からなる、多層のナノ結晶超電導体層１又は線状ナノ結晶超電導体層２を作成する。
（３）　この上を、スパッタ−法又はその他の方法により、安定化材とする、金属又は合金４１で被覆し、最終的に、超電導体ナノ結晶多層膜が、安定化材に挟まれた形態の、リボン状の超伝導体線材、又は、超伝導体マルチ・フィラメント線材を得る。
【００１５】
以上の工程により、超電導体ナノ結晶薄膜を、容易に成長させることができ、粒界が、磁力線の強いピン止め効果を有するために、超電導特性の一つの指標である、高い磁場下で臨海電流値を大きく上昇させる効果が得られた。
【００１６】
【図面の簡単な説明】
【図１】断面構造（Ａ）の超電導線材を示す。（ａ）は平面図、及び、（ｂ）は端面図である。
【図２】断面構造（Ｂ）の超電導線材を示す。（ａ）は平面図、及び、（ｂ）は端面図である。
【図３】断面構造（Ｃ）の超電導線材を示す。（ａ）は平面図、及び、（ｂ）は端面図である。
【図４】断面構造（Ｄ）の超電導線材を示す。（ａ）は平面図、及び、（ｂ）は端面図である。
【図５】断面構造（Ｅ）の超電導線材を示す。（ａ）は平面図、及び、（ｂ）は端面図である。
【図６】線状ナノ結晶超伝導体層を組み込んだ、断面構造（Ｃ）の超電導線材を示す。（ａ）は平面図、及び、（ｂ）は端面図である。
【符号の説明】
１：超電導体ナノ結晶層
２：超電導体マルチ・フィラメント・ナノ結晶層
１１：金属、又は、合金マトリックス安定化材
２１：ナノ結晶バッファー層
２２：ナノ結晶バッファー層
３１：アモルファス、又は、金属ガラス・バッファー層
４１：金属、又は、合金安定化材被覆層

Claims

安定化材である、金属又は合金マトリックス多結晶薄板１１上に、一層以上のアモルファス層又は金属ガラス層からなる、バッファー層２１を作成し、その上に、結晶粒径ｄが、５ｎｍ≦ｄ≦２０ｎｍの範囲にある、ナノ結晶超電導体層１、或いは、線状ナノ結晶超電導体層２を作成し、その上を、安定化材である金属又は合金マトリックス被覆層４１で被覆した超電導線材。
安定化材である、金属又は合金マトリックス多結晶薄板１１上に、一層以上のアモルファス層又は金属ガラス層からなる、バッファー層２１を作成した後に、ナノメートルサイズの特定方位の集合組織を有する多結晶体バッファー層３１を作成し、その上に、結晶粒径ｄが、５ｎｍ≦ｄ≦２０ｎｍの範囲にある、ナノ結晶超電導体層１、或いは、線状ナノ結晶超電導体層２を作成し、その上を、安定化材である金属又は合金マトリックス被覆層４１で被覆した超電導線材。
安定化材である、金属又は合金マトリックス多結晶薄板１１上に、ナノメートルサイズの特定方位の集合組織を有する多結晶体バッファー層３１を作成し、その上に、結晶粒径ｄが、５ｎｍ≦ｄ≦２０ｎｍの範囲にある、ナノ結晶超電導体層１、或いは、線状ナノ結晶超電導体層２を作成し、その上を、安定化材である金属又は合金マトリックス被覆層４１で被覆した超電導線材。
安定化材である、金属又は合金マトリックス多結晶薄板１１と、同じく安定化材である金属又は合金マトリックス被覆層４１との間に、アモルファス薄膜、又は、金属ガラス薄膜バッファー層２１、或いは、ナノメートルサイズの特定方位の集合組織を有する多結晶体バッファー層３１と、結晶粒径ｄが、５ｎｍ≦ｄ≦２０ｎｍの範囲にある、ナノ結晶超伝導体層１、或いは、線状ナノ結晶超電導体層２とを交互に積層した、多層構造を有する超電導線材。