JP2006210236A - 酸化物超電導線材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超電導特性に優れた酸化物超電導線材を安定して製造可能な製造方法及び製造装置の提供。
【解決手段】 レーザ光２５が入射される透明窓２４を有する処理容器１０と、該処理容器の蒸着処理室１０ａ内に設けられた酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲット１２と、蒸着処理室内にターゲットと対向して設けられたテープ基材加熱用の熱板２８と、該熱板上にテープ基材１１をその長手方向に沿って移動させる送出装置１８及び巻取装置１９と、熱板とターゲットの間に窓孔が位置するように設けられたスリット板２７と、透明窓を通してターゲットに向けてレーザ光を照射するレーザ発光装置とを備え、スリット板の窓孔周縁部に、窓孔周縁部により覆われる熱板の局部昇温を防いでテープ基材の表面温度分布を均一に維持する冷却手段を設けたことを特徴とする酸化物超電導体の製造装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸化物超電導線材の製造方法及び製造装置に関する。

近年になって発見されたＹ系の酸化物超電導体は、ピン止め力が高温まで持続し、液体窒素温度（７７Ｋ）での磁場中での応用に有効であることが知られているが、現在、この種の酸化物超電導体を実用的な超電導体として使用するためには、種々の解決するべき問題点が存在している。その問題点の１つが、強磁場中で酸化物超電導体の臨界電流密度が減少するという問題である。

前記強磁場中で酸化物超電導体の臨界電流密度が減少するという問題は、酸化物超電導体の結晶自体に電気的な異方性が存在することが大きな原因となっており、特に酸化物超電導体はその結晶軸のａ軸方向とｂ軸方向には電気を流し易いが、ｃ軸方向には電気を流しにくいことが知られている。このような観点から酸化物超電導体を基材上に形成してこれを超電導体として使用するためには、基材上に結晶配向性の良好な状態の酸化物超電導体を形成し、しかも、電気を流そうとする方向に酸化物超電導体の結晶のａ軸あるいはｂ軸を配向させ、その他の方向に酸化物超電導体のｃ軸を配向させる必要がある。

ところで、酸化物超電導体を導電体として使用するためには、テープ状などの長尺の基材上に結晶配向性の良好な超電導層を形成する必要がある。ところが、金属テープなどの基材上に超電導層を直接形成すると、金属テープ自体が多結晶体でその結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、結晶配向性の良好な超電導層は到底形成できないものである。しかも、超電導層を形成する際に行なう熱処理によって金属テープと超電導層との間で拡散反応が生じるために、超電導層の結晶構造が崩れ、超電導特性が劣化する問題がある。

そこで本発明者らは、図４に示すようなＮｉ基耐熱合金ハステロイテープなどの金属テープからなる長尺のテープ状の基材１の上にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの多結晶中間薄膜２を形成し、この多結晶中間薄膜２上に、酸化物超電導体の中でも臨界温度が約９０Ｋであり、液体窒素（７７Ｋ）中で用いることができる安定性に優れたＹＢａＣｕＯ系の超電導層３を形成することで超電導特性の優れた酸化物超電導線材５を製造する試みを種々行なっている（例えば、特許文献１〜４参照。）。

これらの従来技術によれば、ハステロイテープなどの金属テープの基材上にスパッタ装置により多結晶中間薄膜を形成する際に、スパッタリングと同時に基材成膜面の斜め方向からイオンビームを照射しながら多結晶中間薄膜を成膜するイオンビームアシスト法（以下、ＩＢＡＤ法と記す。）により、結晶配向性に優れた多結晶中間薄膜を形成することができるものである。このＩＢＡＤ法によれば、多結晶中間薄膜を形成する多数の結晶粒のそれぞれの結晶格子のａ軸あるいはｂ軸で形成する粒界傾角を３０度以下に揃えることができ、結晶配向性に優れた多結晶中間薄膜を形成することができる。そして更に、この配向性に優れた中間薄膜上にＹＢａＣｕＯ系の超電導層をスパッタリング法、あるいはレーザ蒸着法などの物理蒸着法などの成膜法により成膜するならば、超電導層の結晶配向性も良好なものになり、これにより、臨界電流密度が高い酸化物超電導線材を形成することができる。

図５に、従来のレーザ蒸着装置の一例を示した。このレーザ蒸着装置は、内部を真空排気自在に構成された処理容器１０を有し、この処理容器１０の内部の蒸着処理室１０ａの下部側に長尺のテープ状の基材表面に多結晶中間薄膜を成膜してなる超電導層形成用の基材１１（以下、テープ基材と記す。）が設けられ、該テープ基材１１の上方側には酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲット１２が設けられる一方、処理容器１０の外部には前記ターゲット１２表面にレーザ光２５を照射して粒子の噴流（以下、プルームと記す。）１３を発生させるためのレーザ発光装置１４が設けられている。

前記処理容器１０は排気孔１０ｂを介して図示略の真空排気装置に接続されて内部を真空排気できるようになっている。前記ターゲット１２は、板状のものであり、その下面がテープ基材１１上面と平行に向き合うようにターゲットホルダ１２ａによって支持されている。また、テープ基材１１とターゲット１２の間には、窓孔１５ａを有するスリット板１５が配設され、ターゲット１２からテープ基材１１に向けて移動する粒子のうち窓孔１５ａを通過した粒子のみを選択的にテープ基材１１上に堆積させることができるようになっている。このスリット板１５の横幅（テープ状の基材１の幅方向に沿うスリット板１５の幅）は、図６に示すように、ターゲット１２側からテープ基材１１を隠すことができるようにテープ基材１１の幅よりも大きく形成されている。窓孔１５ａの横幅（テープ状の基材１の幅方向に沿う窓孔１５ａの幅）は、基材１の幅と同程度あるいは若干広い程度であり、縦幅Ｗ₁（テープ基材１１の長さ方向に沿う窓孔１５ａの幅）は、約２０〜８０ｍｍ程度である。

例えば縦幅Ｗ₁が３５ｍｍの場合、このような窓孔１５ａを有するスリット板１５は、図６に示すように、ターゲット１２からテープ基材１１に向けて移動するプルーム１３の中心線Ｇが窓孔１５ａの中心を通るように、すなわちプルーム１３の中心線Ｇと窓孔１５のテープ基材１１の移動方向に対して上流側の端面１６との距離Ｌ_１が１７．５ｍｍ程度、かつプルーム１３の中心線Ｇと前記窓孔１５ａのテープ基材１１の移動方向に対して下流側の端面１７との距離Ｌ_２が１７．５ｍｍ程度となるようにテープ基材１１とターゲット１２との間に配設される。

前記テープ基材１１の下方側には、送出装置１８と、巻取装置１９がそれぞれ離間して設けられ、送出装置１８からテープ基材１１を送り出し、巻取装置１９で巻き取ることができるとともに、テープ基材１１をターゲット１２の下方で水平移動できるようになっている。これら送出装置１８と、巻取装置１９との間にはテープ基材１１を加熱するための加熱ヒータ２０が設けられている。前記レーザ発光装置１４と処理容器１０との間には、第１反射鏡２１と集光レンズ２２と第２反射鏡２３が設けられ、レーザ発光装置１４が発生させたレーザ光２５を処理容器１０の側壁に取り付けられた透明窓２４を介してターゲット１２に集光照射できるようになっている。また、従来のレーザ蒸着装置においては、テープ基材１１上に粒子を堆積させる際、テープ基材１１の表面温度を一定にするために、前記加熱ヒータ２０に一定出力が投入されるようになっているか、あるいは加熱ヒータ２０とテープ基材１１との間の隙間部Ａの温度を測定するための熱電対（Ｔ．Ｃ．）２０ａが隙間部Ａに配設され、さらに熱電対（Ｔ．Ｃ．）２０ａで測定された測定値に基づいて隙間部Ａの温度が一定となるように前記加熱ヒータ２０に投入する出力を変更する制御部（図示略）が備えられている。

前記構成のレーザ蒸着装置を用いてテープ基材１１上に超電導層を形成するには、レーザ発光装置１４からレーザ光２５を射出し、第１反射鏡２１と集光レンズ２２と第２反射鏡２３と透明窓２４を介してレーザ光２５をターゲット１２に照射する。一方、多結晶中間薄膜２が形成されたテープ基材１１を多結晶中間薄膜側の面を上にして送出装置１８から所定速度で順次送り出して巻取装置１９に巻取り、テープ基材１１をターゲット１２の下方を水平移動させるとともに加熱ヒータ２０を作動させてテープ基材１１を加熱する。ここでの加熱の際、加熱ヒータ２０に一定出力を投入するか、あるいは前記熱電対２０ａで隙間部Ａの温度を測定し、この測定値に基づいて前記制御部で加熱ヒータ２０の出力を変更する。

このようにすると、レーザ光２５が照射されたターゲット１２は表面部分がえぐり取られるか蒸発されて構成粒子が叩き出され、その粒子のうち窓孔１５ａを通過した粒子がテープ基材１１の多結晶中間薄膜２上に堆積されると同時に加熱ヒータ２０により熱処理される。以上の操作によってテープ基材１１の上面に順次粒子を堆積させ、テープ基材１１上にＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系（ＹＢＣＯ）などの酸化物超電導体からなる超電導層を形成することで、図４に示すような酸化物超電導線材５を得ることができる。

ＹＢＣＯなどの銅酸化物超電導体は、銅−酸素平面に超電導電流が流れるため、銅−酸素平面がつながるようにｃ軸配向した膜を形成する必要がある。ｃ軸配向したＹＢＣＯ層を形成するには、膜形成時のテープ基材表面温度が８００℃程度必要である。それ以下の温度になるとａ軸配向したＹＢＣＯが形成されてしまい超電導電流のパスが途切れてしまう。また、成膜時のテープ基材表面温度が高くなりすぎると、ＹＢＣＯ超電導体そのものが形成できなくなってしまう。

前述した従来方法において成膜時のテープ基材表面温度を制御するために、図７（ａ）に示すように、スリット板１５の窓孔１５ａに向けて膨出した曲面２６ａを有する熱板２６をスリット板１５に隣接配置し、この曲面２６ａ上に沿わせてテープ基材１１を移動させ、熱板２６に内蔵された加熱ヒータによって加熱温度を調節することによって、成膜時のテープ基材表面温度を正確に制御できるようにしている。
特許第２６１４９４８号公報 特許第２７２１５９５号公報 特許第３２５１０３４号公報 特許第２９９６５６８号公報

しかしながら、図７（ａ）に示すように、熱板２６の曲面２６ａにテープ基材１１を接触させて成膜を行う場合、テープ基材１１の表面温度が図７（ｂ）に示すように曲面２６ａの両側部が中央部よりも高温になってしまうことが判明した。すなわち、図７（ａ）に示すように、熱板２６の曲面２６ａ側には、テープ基材１１が加熱されていない部分に蒸着粒子が付着しないようにスリット板１５が設けられ、その窓孔１５ａは熱板２６の中央部に位置しており、熱板２６の両側部はスリット板１５によって覆われた構造になっている。この熱板２６の両側部は、スリット板１５で覆われているために、スリット板１５により保温され、テープ基材１１の表面温度が図７（ｂ）に示すように曲面２６ａの両側部のほうが中央部よりも３０〜４０℃程度高くなってしまう。そのため、スリット板１５の窓孔１５ａでテープ基材１１上に良好な膜が形成できても、温度が高くなる部分を通過することにより、多結晶中間薄膜とＹＢＣＯからなる超電導層との界面で反応層が形成されやすくなり、得られる酸化物超電導線材の超電導特性が低下してしまう問題がある。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、超電導特性に優れた酸化物超電導線材を安定して製造可能な製造方法及び製造装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、蒸着処理室内に設けた酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲットにレーザ光を照射して前記ターゲットから発生させた粒子をスリット板の窓孔を通して、前記スリット板に隣接配置した熱板に沿わせて加熱しながら移動中のテープ基材上に順次堆積させて超電導層を形成する酸化物超電導線材の製造方法において、前記スリット板の窓孔周縁部に冷却手段を設け、前記窓孔周縁部により覆われる熱板の局部昇温を防いでテープ基材の表面温度分布を均一に維持しながら超電導層を形成することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法を提供する。

本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記冷却手段は、前記窓孔周縁部に設けられた冷却管路に冷却媒体を流す冷却装置であることが好ましい。

また本発明は、レーザ光が入射される透明窓を有する処理容器と、該処理容器の蒸着処理室内に設けられた酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲットと、前記蒸着処理室内に前記ターゲットと対向して設けられたテープ基材加熱用の熱板と、該熱板上にテープ基材をその長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、前記熱板と前記ターゲットの間に窓孔が位置するように設けられたスリット板と、前記透明窓を通して前記ターゲットに向けてレーザ光を照射するレーザ発光装置とを備えた酸化物超電導体の製造装置において、前記スリット板の窓孔周縁部に、該窓孔周縁部により覆われる熱板の局部昇温を防いでテープ基材の表面温度分布を均一に維持する冷却手段を設けたことを特徴とする酸化物超電導体の製造装置を提供する。

本発明の酸化物超電導体の製造装置において、前記冷却手段は、前記窓孔周縁部に設けられた冷却管路に冷却媒体を流す冷却装置であることが好ましい。

本発明によれば、スリット板の窓孔周縁部に冷却手段を設け、該周縁部に覆われる熱板の局部昇温を防いでテープ基材の表面温度分布を均一に維持しながら超電導層を形成することにより、テープ基材の表面温度分布が均一な状態で超電導層を成膜できるので、テープ基材加熱用の熱板が局部昇温することによる超電導特性の劣化を防止することができ、超電導特性が優れた均一な超電導層を有する酸化物超電導線材を製造することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図３は、本発明に係る酸化物超電導体の製造装置の一実施形態であるレーザ蒸着装置を示し、図１はこのレーザ蒸着装置の構成図、図２はその要部拡大図、図３は同じレーザ蒸着装置に用いられているスリット板２７の平面図である。なお、本実施形態は、図４に示すように、金属製の基材１上にＩＢＡＤ法によって多結晶中間薄膜２が形成されているテープ基材１１にレーザ蒸着法（パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）法）によって酸化物超電導体からなる超電導層３を形成し、長尺テープ状の酸化物超電導線材５を製造する場合を例示している。

テープ基材１１に用いられる基材１の構成材料としては、ステンレス鋼、または、ハステロイやインコネルなどのニッケル合金などの合金各種金属材料から適宜選択される長尺の金属テープ等が挙げられる。この基材１の厚みは、０．０１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０２〜０．１５ｍｍとされる。基材１の厚みが０．５ｍｍ以上では、後述する酸化物超電導体の薄膜３の膜厚に比べて厚く、オーバーオール（酸化物超電導導体全断面積）あたりの臨界電流密度としては低下してしまう。一方、基材１の厚みが０．０１ｍｍ未満では、著しく基材１の強度が低下し、酸化物超電導導体４の補強効果を消失してしまう。

この基材１上に形成された多結晶中間薄膜２は、立方晶系の結晶構造を有する結晶の集合した微細な結晶粒が多数相互に結晶粒界を介して接合一体化されてなるものであり、各結晶粒の結晶軸のｃ軸は基材１の上面（成膜面）に対してほぼ直角に向けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸どうしおよびｂ軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内配向されている。多結晶中間薄膜２の厚みは、０．１〜１．０μｍとされる。多結晶中間薄膜２の厚みを１．０μｍを超えて厚くしてももはや効果の増大は期待できず、経済的にも不利となる。一方、多結晶中間薄膜２の厚みが０．１μｍ未満であると、薄すぎて超電導層３を十分支持できない恐れがある。この多結晶中間薄膜２の構成材料としてはＧｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＣｅＯ_２、ＹＳＺの他に、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃等を用いることができる。

酸化物超電導体からなる超電導層３は、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｙ₂Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏ_x、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏ_x、Ｇｄ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｙｂ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｈｏ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_xなる組成、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃Ｃｕ₄Ｏ_x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からなるものである。この超電導層３の厚みは、０．５〜５μｍ程度で、かつ均一な厚みとなっている。また、超電導層３の膜質は均一となっており、超電導層３の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も多結晶中間薄膜２の結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結晶化しており、結晶配向性が優れたものとなっている。

本実施形態のレーザ蒸着装置は、レーザ光２５が入射される透明窓２４を有し内部の蒸着処理室１０ａを真空排気自在に構成された処理容器１０と、該処理容器１０の蒸着処理室１０ａ内に設けられた酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲット１２と、蒸着処理室１０ａ内にターゲット１２に対向して設けられたテープ基材１１加熱用の熱板２８と、該熱板２８上にテープ基材１１をその長手方向に沿って移動させる送出装置１８及び巻取装置１９と、熱板２８とターゲット１２の間に窓孔２７ａが位置するように設けられたスリット板２７と、透明窓２４を通してターゲット１２に向けてレーザ光２５を照射するレーザ発光装置１４とを備え、スリット板２７の窓孔周縁部に、該窓孔周縁部により覆われる熱板２８の局部昇温を防いでテープ基材１１の表面温度分布を均一に維持する冷却手段の冷却管路２９を設けた構成になっている。

前記処理容器１０は、排気孔１０ｂを介して図示略の真空排気装置に接続されて内部を真空排気できるようになっている。処理容器１０に設けられた透明窓２４は、レーザ発光装置１４からのレーザ光２５が、第１反射鏡２１，集光レンズ２２及び第２反射鏡２３を介して入射され、蒸着処理室１０ａ内に配置されたターゲット１２に照射できるようになっている。このレーザ発光装置２２としては、ターゲット１２から構成粒子を叩き出すことができるレーザ光２５を発生するものであれば、Ａｒ−Ｆ（１９３ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆ（２４８ｎｍ）などのエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザなどのいずれのものを用いても良い。また、レーザ光５の照射出力の調整は、レーザ発光装置１４に電力を供給する増幅装置（図示略）の出力を調整することにより行うことができる。また、レーザ光２５の照射周波数は、１秒間当たりに間欠的に発振されるレーザのパルスの数を示すものであり、この調整は、レーザ発光装置１４に電力を一定の周波数をもって間欠的に供給するか、レーザ光２５が通過する経路のどこかに、回転セクタ等の機械的シャッタを設け、この機械的シャッタを一定の周波数をもって作動させることにより、調整することができる。

前記ターゲット１２は、形成しようとする超電導層３と同等または近似した組成、あるいは、成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸化物の焼結体あるいは酸化物超電導体などの板体からなっている。従って、酸化物超電導体のターゲット１２は、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｙ₂Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏ_x、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏ_x、Ｇｄ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｙｂ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｈｏ_１Ｂa₂Ｃｕ₃Ｏ_xなる組成、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成などに代表される臨界温度の高い超電導層３と同一の組成か近似した組成のものを用いることが好ましい。このターゲット１２は、板状のものであり、その下面がテープ基材１１上面と平行に向き合うようにターゲットホルダ１２ａによって支持されている。

前記熱板２８は、両端側から中央に向けて漸次板厚を増す曲面２８ａが一面側に設けられ、この曲面２８ａの中央部がスリット板２７の窓孔２７ａに向けて膨出するように蒸着処理室１０ａ内に配置されている。この熱板２８は、加熱ヒータを内蔵し、テープ基材１１が移動しながら接触する曲面２８ａを蒸着適温（約８００℃程度）に加熱維持できるようになっている。この温度調節は、熱板２８に熱電対などの温度センサを内蔵させて曲面２８ａの表面温度が蒸着適温になるように加熱ヒータの出力を制御する方法などによって行うことができる。

前記スリット板２７は、図３に示すように、ステンレス鋼板などからなる矩形板状をなしており、その中央に窓孔２７ａが穿設され、その周縁部に冷却管路２９が設けられている。本実施形態では、長方形状に穿設された窓孔２７ａの長手方向両側部にそれぞれ冷却管路２９が設けられた構造になっている。この冷却管路２９は、図示しない冷却装置に接続され、その冷却装置から供給される冷却媒体を流通することで、窓孔２７ａの周縁部を冷却できるようになっている。この冷却媒体としては、水などの液体や不活性ガスなどの気体を用いることができる。

図１に示したレーザ蒸着装置を用いてテープ基材１１の上にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの超電導層３を形成するには、多結晶中間薄膜２が形成されたテープ基材１１をこの多結晶中間薄膜２側を上にして熱板２８の曲面２８ａ上に設置し、酸化物超電導体のターゲット１２としてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xからなる板状のターゲット１２をターゲットホルダ１２ａに取り付け、蒸着処理室１０ａを真空排気装置で減圧する。ここで必要に応じて蒸着処理室１０ａに酸素ガスを導入して蒸着処理室１０ａを酸素雰囲気としても良い。

熱板２８に内蔵した加熱ヒータを作動させ、熱板２８上のテープ基材１１の表面温度が蒸着適温になるように加熱し、またスリット板２７に設けた冷却管路２９に冷却媒体を流して窓孔２７ａの周縁部を冷却する。次いで、送出装置１８からテープ基材１１を送り出しつつ、レーザ発光装置１４からレーザ光２５を発生させ、透明窓２４を通してレーザ光２５を蒸着処理室１０ａ内に導入し、ターゲット１２に照射する。

図２（ａ）に超電導層３の成膜時の状態を示す。ターゲット１２にレーザ光２５が照射されると、ターゲット１２の構成粒子が叩き出されるか蒸発し、噴出したプルーム１３がスリット板２７の窓孔２７ａを通して流れ、熱板２８上にあるテープ基材１１表面の多結晶中間薄膜２上に堆積され、超電導層３が形成される。テープ基材１１を長手方向に沿って熱板２８上を所定速度で移動させながら、レーザ蒸着を行ってテープ基材１１上に酸化物超電導体からなる超電導層３を順次堆積し、超電導層３の形成を終えた酸化物超電導線材を巻取装置１９に巻き取る蒸着処理を継続することで、長尺の酸化物超電導線材５を製造することができる。

本実施形態では、スリット板２７の窓孔２７ａの両側部に冷却管路２９を設け、冷却管路２９に冷却媒体を流して窓孔２７ａの両側部を冷却することで、該両側部に覆われた熱板２７の両側部が局部昇温するのを防ぐことができる。なお、本実施形態ではスリット板２７の窓孔周縁部のうち、窓孔２７ａの両側部に冷却管路２９を設けて冷却する構成としたが、熱板２７の局部昇温を防止できればよく、窓孔周縁部の全域又は一部のみを冷却する構成とすることができる。以下、窓孔２７ａの両側部のみでなく周縁部全域を冷却する場合を含めて冷却管路２９を設けて冷却する部分を「窓孔２７ａの周縁部」と言う。

このように、窓孔２７ａの周縁部を冷却することで、熱板２８の曲面２８ａのうち、この窓孔２７ａの周縁部に覆われている領域が局部昇温することがなくなり、この熱板２８上を移動するテープ基材の表面温度分布が均一となる。図２（ｂ）は、窓孔２７ａの周縁部を冷却した状態で測定されたテープ基材表面温度分布を例示するグラフであり、窓孔２７ａの周縁部を冷却していない場合を示す図７（ｂ）のグラフと比べ、図２（ｂ）に示す本実施形態のテープ基材表面は局部昇温がなく、窓孔２７ａに相当する領域は均一な温度分布になっている。

図７（ａ）に示すようにスリット板の窓孔周縁部を冷却しない状態では、図７（ｂ）に示すように曲面２６ａの両側部のほうが中央部よりも３０〜４０℃程度高くなる局部昇温が生じてしまう。そのため多結晶中間薄膜２とＹＢａＣｕＯ系などの酸化物超電導体からなる超電導層３との界面で反応層が形成されやすくなり、得られる酸化物超電導線材の超電導特性が低下し易い。一方、本実施形態では、図２（ａ）に示すように窓孔２７ａの周縁部を冷却することで、熱板２８の曲面２８ａのうち、この窓孔２７ａの周縁部に覆われている領域が局部昇温することがなくなり、この熱板２８上を移動するテープ基材の表面温度分布が均一となる。その結果、テープ基材１１に超電導層３を形成後、超電導層３が余分な加熱を受けることがなくなり、多結晶中間薄膜２と超電導層３との界面で反応層が形成されないため、超電導特性が優れた均一な超電導層を有する酸化物超電導線材を製造することができる。

［実施例］
ハステロイテープ基材上にＩＢＡＤ法により膜厚約１μｍ、配向性１０度のＧｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７からなる第一の多結晶中間薄膜を形成し、この第一の多結晶中間薄膜上に、ＰＬＤ法により配向性５度のＣｅＯ_２からなる第二の多結晶中間薄膜を形成した、長さ１００ｍのテープ基材を作製した。このテープ基材をその多結晶中間薄膜側を上にして図１に示すレーザ蒸着装置の熱板上に設置し、ターゲットとしてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_X系の円板状のターゲットを支持ホルダの支持部に取り付け、蒸着処理室を真空排気装置で減圧した。送出装置からテープ基材を１．０ｍ／ｈで送り出しつつ、レーザ発光装置からレーザ光を発生させ、レーザ光をターゲットに照射した。レーザ光の強度は２０Ｗ、照射周波数は１００Ｈｚとした。スリット板の窓孔両側部に設けた冷却管路に冷却水を流し、熱板の曲面上を通過するテープ基材の表面温度が約８００℃になるように熱板に内蔵した加熱ヒータと冷却水をオン／オフ制御した。この状態で熱板の曲面に接するテープ基材の表面温度分布を測定したところ、図２（ｂ）に示すように、加熱領域は約８００℃で均一であり局部昇温は認められなかった。この条件でテープ基材に超電導層を成膜して長尺の酸化物超電導線材を製造した。得られた酸化物超電導線材は、超電導層の膜厚が約０．５μｍであり、０．１ｍ長の臨界電流密度（Ｊｃ）値は１．９ＭＡ／ｃｍ^２であった。

［比較例］
スリット板の冷却管路に冷却水を流さず、窓孔周縁部を冷却しない以外は、実施例と同様にしてテープ基材上に超電導層を成膜した。
この状態で熱板の曲面に接するテープ基材の表面温度分布を測定したところ、図７（ｂ）に示すように、中央部は約８００℃であったが、その両側部は３０〜４０℃昇温していた。この条件でテープ基材に超電導層を成膜して長尺の酸化物超電導線材を製造した。得られた酸化物超電導線材は、超電導層の膜厚が約０．５μｍであり、０．１ｍ長の臨界電流密度（Ｊｃ）値は１．６ＭＡ／ｃｍ^２であり、前記実施例で得られたものよりも臨界電流密度が低かった。

本発明の酸化物超電導線材の製造方法の一実施形態であるレーザ蒸着装置の構成図である。 レーザ蒸着装置の要部拡大図とテープ表面温度分布を示すグラフである。 同じレーザ蒸着装置に使用したスリット板の平面図である。 酸化物超電導線材の斜視図である。 従来のレーザ蒸着装置の構成図である。 従来のレーザ蒸着装置の要部拡大図である。 従来のレーザ蒸着装置の要部拡大図とテープ表面温度分布を示すグラフである。

符号の説明

１…基材、２…多結晶中間薄膜、３…超電導層、５…酸化物超電導線材、１０…処理容器、１０ａ…蒸着処理室、１０ｂ…排気孔、１１…テープ基材、１２…ターゲット、１２ａ…ターゲットホルダ、１３…プルーム、１４…レーザ発光装置、１８…送出装置、１９…巻取装置、２１…第１反射鏡、２２…集光レンズ、２３…第２反射鏡、２４…透明窓、２５…レーザ光、２６，２８…熱板、２６ａ，２８ａ…曲面、２７…スリット板、２７ａ窓孔、２９…冷却管路。

Claims (4)

1. 蒸着処理室内に設けた酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲットにレーザ光を照射して前記ターゲットから発生させた粒子をスリット板の窓孔を通して、前記スリット板に隣接配置した熱板に沿わせて加熱しながら移動中のテープ基材上に順次堆積させて超電導層を形成する酸化物超電導線材の製造方法において、
   前記スリット板の窓孔周縁部に冷却手段を設け、前記窓孔周縁部により覆われる熱板の局部昇温を防いでテープ基材の表面温度分布を均一に維持しながら超電導層を形成することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
2. 前記冷却手段が、前記窓孔周縁部に設けられた冷却管路に冷却媒体を流す冷却装置であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
3. レーザ光が入射される透明窓を有する処理容器と、該処理容器の蒸着処理室内に設けられた酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似組成のターゲットと、前記蒸着処理室内に前記ターゲットと対向して設けられたテープ基材加熱用の熱板と、該熱板上にテープ基材をその長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、前記熱板と前記ターゲットの間に窓孔が位置するように設けられたスリット板と、前記透明窓を通して前記ターゲットに向けてレーザ光を照射するレーザ発光装置とを備えた酸化物超電導体の製造装置において、
   前記スリット板の窓孔周縁部に、該窓孔周縁部により覆われる熱板の局部昇温を防いでテープ基材の表面温度分布を均一に維持する冷却手段を設けたことを特徴とする酸化物超電導体の製造装置。
4. 前記冷却手段が、前記窓孔周縁部に設けられた冷却管路に冷却媒体を流す冷却装置であることを特徴とする請求項３に記載の酸化物超電導線材の製造装置。
   

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