JP2007080780A - 超電導線材の製造方法および超電導機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 製造コストを低減することができるとともに超電導線材の機械的強度も向上することができる超電導線材の製造方法およびその方法により得られた超電導線材を含む超電導機器を提供する。
【解決手段】 基板上または基板上に形成された中間層上に超電導層を形成する工程と、超電導層上に銀安定化層を形成する工程と、超電導層および銀安定化層が形成された後の基板を硫酸銅水溶液中に浸漬させる工程と、硫酸銅水溶液をめっき浴として用いた電気めっきにより銀安定化層上に銅安定化層を形成する工程と、を含む、超電導線材の製造方法と、その方法により得られた超電導線材を含む超電導機器である。
【選択図】 図６
【解決手段】 基板上または基板上に形成された中間層上に超電導層を形成する工程と、超電導層上に銀安定化層を形成する工程と、超電導層および銀安定化層が形成された後の基板を硫酸銅水溶液中に浸漬させる工程と、硫酸銅水溶液をめっき浴として用いた電気めっきにより銀安定化層上に銅安定化層を形成する工程と、を含む、超電導線材の製造方法と、その方法により得られた超電導線材を含む超電導機器である。
【選択図】 図６
Description
本発明は、超電導線材の製造方法および超電導機器に関する。
図９に、従来の超電導線材の一例の模式的な断面図を示す。この従来の超電導線材は、Ｎｉ合金などからなる基板１上に酸化セリウムやイットリア安定化ジルコニアなどからなる中間層２、Ｈｏ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系やＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系などの酸化物超電導体からなる超電導層３および超電導層３の安定化層として銀からなる銀安定化層４を順次積層した構成を有している（たとえば、特許文献１の図１参照）。
上記の従来の超電導線材においては、超電導層３を構成する酸化物超電導体の酸素量が変動することにより超電導層３の特性が大きく変化する。そこで、超電導層３上に銀安定化層４を形成した後に熱処理を施すことによって、超電導層３を構成する酸化物超電導体の酸素量を調整することが一般的に行なわれている。
しかしながら、銀は工業材料としては比較的高価な材料であり、銀安定化層４の形成に多量の銀を用いると製造コストが高くなるという問題があった。また、銀安定化層４を用いた場合には、超電導線材の十分な機械的強度が得られないという問題もあった。
このような問題を解決するために、超電導線材の超電導層３上にその長手方向にわたって均一に半田で銅箔を貼り付ける手法が提案されている。
特開平７−３７４４４号公報
しかしながら、上記の銅箔を貼り付ける手法においては、超電導線材の長手方向にわたって半田で均一に銅箔を貼り付けるために高度な技術を要し、また、銅箔と超電導層との密着性が低く、剥がれが生じやすいという問題もあった。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、製造コストを低減することができるとともに超電導線材の機械的強度も向上することができる超電導線材の製造方法およびその方法により得られた超電導線材を含む超電導機器を提供することにある。
本発明は、基板上または基板上に形成された中間層上に超電導層を形成する工程と、超電導層上に銀安定化層を形成する工程と、超電導層および銀安定化層が形成された後の基板を硫酸銅水溶液中に浸漬させる工程と、硫酸銅水溶液をめっき浴として用いた電気めっきにより銀安定化層上に銅安定化層を形成する工程と、を含む、超電導線材の製造方法である。なお、本発明においては、基板と超電導層との間に他の層が含まれていてもよい。また、本発明においては、超電導層と銀安定化層との間に他の層が含まれていてもよい。
ここで、本発明の超電導線材の製造方法においては、電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を１０Ａ／ｄｍ2未満とすることが好ましい。
また、本発明の超電導線材の製造方法において、銀安定化層は５μｍ以下の厚みに形成され、銅安定化層は１０μｍ以上の厚みに形成されることが好ましい。
また、本発明は、上記のいずれかの超電導線材の製造方法によって得られた超電導線材を含む超電導機器である。
本発明によれば、製造コストを低減することができるとともに超電導線材の機械的強度も向上することができる超電導線材の製造方法およびその方法により得られた超電導線材を含む超電導機器を提供することができる。
以下、本発明の超電導線材の製造方法の好ましい一例について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
まず、図１の模式的断面図に示すように、たとえばテープ状の基板１を用意する。ここで、基板１としては、たとえば、ニッケルを主成分とする合金などの導電性基板を用いることができる。なかでも、基板１としては、ニッケルを主成分とする合金を用いることが好ましく、特にニッケルを主成分とする合金はタングステンを含むことが好ましい。なお、本発明において、「主成分」は、基板を構成する原子の総原子数の５０％以上を占めることを意味する。
次に、図２の模式的断面図に示すように、基板１上に中間層２を形成する。ここで、中間層２としては、たとえば、酸化セリウム層、イットリア安定化ジルコニア層（ＹＳＺ層）、ガドリニアとジルコニアとからなるＧｄＺｒＯ層および酸化マグネシウム層の群から選択された少なくとも１種の導電層などを用いることができる。なかでも、中間層２としては、基板１側から酸化セリウム層、ＹＳＺ層および酸化セリウム層の順序で積層された３層の積層体を用いることが好ましい。
ここで、ＹＳＺ層は以下の組成式（１）でその組成が表わされる。
（ＺｒＯ2）1-x（Ｙ2Ｏ3）x …（１）
上記の組成式（１）において、１−ｘはＺｒＯ2（ジルコニア）の組成比を示し、ｘはＹ2Ｏ3（イットリア）の組成比を示す。なお、上記の組成式（１）において、ｘは０．０３≦ｘ≦０．１を満たす実数である。
（ＺｒＯ2）1-x（Ｙ2Ｏ3）x …（１）
上記の組成式（１）において、１−ｘはＺｒＯ2（ジルコニア）の組成比を示し、ｘはＹ2Ｏ3（イットリア）の組成比を示す。なお、上記の組成式（１）において、ｘは０．０３≦ｘ≦０．１を満たす実数である。
また、中間層２は、たとえば、スパッタリング法、レーザアブレーション法、電子ビーム蒸着法およびＩＢＡＤ（Ion Beam Assist Deposition）法からなる群から選択された少なくとも１種の方法などにより形成することができる。
次いで、図３の模式的断面図に示すように、中間層２上に超電導層３を形成する。ここで、超電導層３としては、たとえば、ホルミウム（Ｈｏ）とバリウム（Ｂａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）を含むＨｏ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超伝導体またはイットリウム（Ｙ）とバリウム（Ｂａ）と銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）を含むＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超伝導体などのＲｅ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超伝導体を用いることができる。なお、Ｒｅは希土類元素を示しており、ＲｅとしてはＨｏおよびＹ以外にもガドリニウム（Ｇｄ）またはサマリウム（Ｓｍ）などを用いることができる。
ここで、Ｒｅ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超伝導体は以下の組成式（２）で組成が表わされる酸化物超伝導体である。
ＲｅaＢａbＣｕcＯd …（２）
上記の組成式（２）において、ａは希土類元素の組成比を示し、ｂはバリウムの組成比を示し、ｃは銅の組成比を示し、ｄは酸素の組成比を示す。なお、上記の組成式（２）において、ａは０．７≦ａ≦１．３を満たす実数であり、ｂは１．７≦ｂ≦２．３を満たす実数であり、ｃは２．７≦ｃ≦３．３を満たす実数であり、ｄは６≦ｄ≦８を満たす実数である。Ｒｅ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超伝導体のなかでも超電導層３としては上記の組成式（２）中のＲｅがＨｏとなる組成式でその組成が表わされるＨｏ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超伝導体を用いることが好ましい。
上記の組成式（２）において、ａは希土類元素の組成比を示し、ｂはバリウムの組成比を示し、ｃは銅の組成比を示し、ｄは酸素の組成比を示す。なお、上記の組成式（２）において、ａは０．７≦ａ≦１．３を満たす実数であり、ｂは１．７≦ｂ≦２．３を満たす実数であり、ｃは２．７≦ｃ≦３．３を満たす実数であり、ｄは６≦ｄ≦８を満たす実数である。Ｒｅ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超伝導体のなかでも超電導層３としては上記の組成式（２）中のＲｅがＨｏとなる組成式でその組成が表わされるＨｏ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超伝導体を用いることが好ましい。
また、超電導層３は、たとえば、スパッタリング法、レーザアブレーション法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法およびＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法からなる群から選択された少なくとも１種の方法などにより形成することができる。
続いて、図４の模式的断面図に示すように、超電導層３上に銀安定化層４を形成する。ここで、銀安定化層４は、たとえば、スパッタリング法などの少なくとも１種の方法などを用いて、超電導層３上に銀からなる膜を成膜することによって形成することができる。また、銀安定化層４は、５μｍ以下の厚みに形成されることが好ましい。銀安定化層４の厚みが５μｍよりも厚く形成された場合には銀安定化層４の形成に多量の銀を用いることによって製造コストが高くなる傾向にあり、また銀の機械的強度の低さに起因して超電導線材の十分な機械的強度が得られない傾向にある。また、銀安定化層４は１μｍ以上の厚みに形成されることが好ましい。銀安定化層４の厚みが１μｍよりも薄く形成された場合には、超電導層３の保護が不十分となるおそれがある。したがって、上記の理由によれば、銀安定化層４の厚みは１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
次いで、図５の模式的構成図に示すように、容器８にめっき浴として収容された硫酸銅水溶液７中に、中間層２、超電導層３および銀安定化層４が順次積層された基板１を陰極として浸漬させるとともに、電極６を正極として浸漬させる。そして、上記の銀安定化層４と電極６との間に電極６の方が銀安定化層４よりも電位が高くなるように電圧を印加することによって電気めっきを行なう。これにより、図６の模式的断面図に示すように、銀安定化層４の表面に銅安定化層５が形成されて、本発明の超電導線材が得られる。
ここで、上記の電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度は１０Ａ／ｄｍ2未満とすることが好ましく、特に９Ａ／ｄｍ2以下であることが好ましい。上記の電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度が１０Ａ／ｄｍ2以上である場合には、電流密度が大きすぎて密着性の高い銅安定化層５が形成できないおそれがある。また、上記の電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度が９Ａ／ｄｍ2以下である場合には、密着性の高い銅安定化層５を形成することができる傾向にある。
また、銅安定化層５は１０μｍ以上の厚みに形成されることが好ましい。銅安定化層５が１０μｍ未満の厚みに形成された場合には、銅安定化層５の厚みが薄いため、銅安定化層５の電気的安定化層としての機能が不十分となって超電導状態が崩れたときに銅安定化層５が焼損したり、銅安定化層５の機械的強度が不十分となってハンドリングなどによって超電導特性が劣化したりするおそれがある。また、銅安定化層５は５０μｍ以下の厚みに形成されることが好ましい。したがって、上記の理由によれば、銅安定化層５の厚みは１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
なお、上記の電気めっきによって銅は基板１の表面などにも堆積し得るが、図６においては説明の便宜のため図示していない。
また、硫酸銅水溶液７には、光沢剤などの従来から公知の添加剤が適宜添加されていてもよい。
上記のようにして得られた本発明の超電導線材は、たとえば超電導ケーブル、超電導モータ、発電機、磁気分離装置、単結晶引上げ炉用マグネット、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、ＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）、リニアモーターカーまたは変圧器などの超電導機器に用いることができる。
（実施例１）
まず、幅１０ｍｍ×長さ１００ｍ×厚さ０．１ｍｍのテープ状のニッケルとタングステンとの合金からなる配向性の基板を用意した。ここで、基板中において、ニッケルは基板を構成する原子の総原子数の９５％を占めており、タングステンは基板を構成する原子の総原子数の５％を占めていた。
まず、幅１０ｍｍ×長さ１００ｍ×厚さ０．１ｍｍのテープ状のニッケルとタングステンとの合金からなる配向性の基板を用意した。ここで、基板中において、ニッケルは基板を構成する原子の総原子数の９５％を占めており、タングステンは基板を構成する原子の総原子数の５％を占めていた。
次に、この基板上にスパッタリング法によって厚さ０．１μｍの第１酸化セリウム層を形成した。続いて、この第１酸化セリウム層上にレーザアブレーション法によって厚さ１μｍのＹＳＺ層を形成した。さらに、ＹＳＺ層上にスパッタリング法によって厚さ０．１μｍの第２酸化セリウム層を形成した。これにより、上記の第１酸化セリウム層、ＹＳＺ層および第２酸化セリウム層が基板側からこの順序で積層された３層の積層体からなる中間層を基板上に形成した。ここで、ＹＳＺ層は、（ＺｒＯ2）0.92（Ｙ2Ｏ3）0.08の組成式で表わされる組成であった。
次いで、上記の中間層上に、レーザアブレーション法によって上記の組成式（２）を満たすＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δの組成式で表わされる組成のＨｏ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導体からなる厚さ１μｍの超電導層を形成した。
そして、超電導層上に、スパッタリング法によって厚さ３μｍの銀安定化層を形成した。
その後、容器に収容されためっき浴である硫酸銅水溶液中に、基板上に上記の中間層、超電導層および銀安定化層を順次積層した被めっき体を陰極として浸漬し、さらに正極として電極を浸漬した。そして、電極の方が銀安定化層よりも電位が高くなるように銀安定化層と電極との間に電圧を印加して電気めっきを行なうことによって、銀安定化層上に厚さ１０μｍの銅安定化層を形成し、実施例１の超電導線材を作製した。ここで、電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度が３Ａ／ｄｍ2になるように電気めっきが行なわれた。
このようにして作製した実施例１の超電導線材の外観を検査したところ、実施例１の超電導線材は光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認された。
（実施例２）
銅安定化層を２０μｍの厚みに形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例２の超電導線材を作製した。
銅安定化層を２０μｍの厚みに形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例２の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例２の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例２の超電導線材も実施例１の超電導線材と同様に光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認された。
（比較例１）
硫酸銅水溶液に代えてめっき浴としてシアン化銅水溶液を用いたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で比較例１の超電導線材を作製した。
硫酸銅水溶液に代えてめっき浴としてシアン化銅水溶液を用いたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で比較例１の超電導線材を作製した。
このようにして作製した比較例１の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、比較例１の超電導線材においては銅安定化層が浮いていて密着性が不十分な箇所が多数見受けられた。また、比較例１の超電導線材においては、めっき浴が超電導線材の内部に染み込んで変色している多数箇所も見受けられた。
（比較例２）
銅安定化層を２０μｍの厚みに形成したこと以外は比較例１と同一の方法および同一の条件で比較例２の超電導線材を作製した。
銅安定化層を２０μｍの厚みに形成したこと以外は比較例１と同一の方法および同一の条件で比較例２の超電導線材を作製した。
このようにして作製した比較例２の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、比較例２の超電導線材においても銅安定化層が浮いていて密着性が不十分な箇所が多数見受けられた。また、比較例２の超電導線材においては、めっき浴が超電導線材の内部に染み込んで変色している箇所も多数見受けられた。
なお、上記の実施例１〜２および比較例１〜２のそれぞれの超電導線材の外観の検査結果を以下の表１に示す。
表１に示すように、硫酸銅水溶液をめっき浴として用いた電気めっきにより銅安定化層の形成を行なった実施例１および実施例２の超電導線材は、シアン化銅水溶液をめっき浴として用いた比較例１および比較例２の超電導線材と比べて、密着性が高く、変色のない優れた外観を有していることが確認された。
（比較例３）
銅安定化層を形成しなかったこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で比較例３の超電導線材を作製した。
銅安定化層を形成しなかったこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で比較例３の超電導線材を作製した。
（臨界電流測定）
上記の実施例１、実施例２および比較例３の超電導線材のそれぞれについて臨界電流の測定を行なった。その結果、実施例１および実施例２の超電導線材はそれぞれ臨界電流の測定が可能であったが、比較例３の超電導線材は臨界電流の測定中に焼損してしまい、臨界電流の測定が不可能であった。
上記の実施例１、実施例２および比較例３の超電導線材のそれぞれについて臨界電流の測定を行なった。その結果、実施例１および実施例２の超電導線材はそれぞれ臨界電流の測定が可能であったが、比較例３の超電導線材は臨界電流の測定中に焼損してしまい、臨界電流の測定が不可能であった。
（実施例３）
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を２Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を２３分としたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例３の超電導線材を作製した。
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を２Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を２３分としたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例３の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例３の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例３の超電導線材も実施例１の超電導線材と同様に光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認された。
（実施例４）
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を２Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を４５分として厚さ２０μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例４の超電導線材を作製した。
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を２Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を４５分として厚さ２０μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例４の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例４の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例４の超電導線材も実施例１の超電導線材と同様に光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認された。
（実施例５）
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を３Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１５分としたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例５の超電導線材を作製した。
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を３Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１５分としたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例５の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例５の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例５の超電導線材も実施例１の超電導線材と同様に光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認された。
（実施例６）
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を３Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を３０分として厚さ２０μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例６の超電導線材を作製した。
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を３Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を３０分として厚さ２０μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例６の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例６の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例６の超電導線材も実施例１の超電導線材と同様に光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認された。
（実施例７）
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を３Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１０分として厚さ６μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例７の超電導線材を作製した。
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を３Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１０分として厚さ６μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例７の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例７の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例７の超電導線材も実施例１の超電導線材と同様に光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認されたが、臨界電流測定の作業時におけるハンドリングにより超電導特性が低下してしまった。
（実施例８）
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を５Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１０分として厚さ１０μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例８の超電導線材を作製した。
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を５Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１０分として厚さ１０μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例８の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例８の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例８の超電導線材も実施例１の超電導線材と同様に光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認された。
（実施例９）
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を９Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１０分として厚さ１８μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例９の超電導線材を作製した。
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を９Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１０分として厚さ１８μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例９の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例９の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例９の超電導線材も実施例１の超電導線材と同様に光沢を有して表面が平滑となっており、銅安定化層の密着性が非常に高いことが確認された。
（実施例１０）
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を１０Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１０分として厚さ２０μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例１０の超電導線材を作製した。
電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を１０Ａ／ｄｍ2にするとともに電気めっき時間を１０分として厚さ２０μｍの銅安定化層を形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例１０の超電導線材を作製した。
このようにして作製した実施例１０の超電導線材の外観を実施例１と同様にして検査したところ、実施例１０の超電導線材は銅安定化層に粉を吹いたような状態の箇所が見受けられ、実施例１の超電導線材と比べて銅安定化層の密着性がやや不十分であることが確認された。
なお、上記の実施例３〜１０のそれぞれの超電導線材の外観の検査結果を以下の表２に示す。
表２に示すように、硫酸銅水溶液をめっき浴として用いた電気めっきにおいて電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を１０Ａ／ｄｍ2未満として作製された実施例３〜９の超電導線材は、その電流密度を１０Ａ／ｄｍ2として作製された実施例１０の超電導線材と比べて、密着性が高く、変色のない優れた外観を有する傾向にあった。したがって、電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度は１０Ａ／ｄｍ2未満であることが好ましく、特に９Ａ／ｄｍ2以下であることが好ましいことが確認された。
（比較例４）
銅安定化層を形成せずに銀安定化層の厚みを２０μｍに形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で比較例４の超電導線材を作製した。
銅安定化層を形成せずに銀安定化層の厚みを２０μｍに形成したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で比較例４の超電導線材を作製した。
（曲げ歪み率と臨界電流との関係）
上記の実施例３、実施例４および比較例４の超電導線材のそれぞれについて曲げ歪み率と臨界電流との関係を検査した。その結果を図７に示す。なお、図７において、横軸は曲げ歪み率（％）を示しており、縦軸は曲げ歪み率が０％であるときの臨界電流値を１としたときのそれぞれの曲げ歪み率における臨界電流値（相対値）を示している。また、図７における曲げ歪み率は以下の式（３）で算出した。
上記の実施例３、実施例４および比較例４の超電導線材のそれぞれについて曲げ歪み率と臨界電流との関係を検査した。その結果を図７に示す。なお、図７において、横軸は曲げ歪み率（％）を示しており、縦軸は曲げ歪み率が０％であるときの臨界電流値を１としたときのそれぞれの曲げ歪み率における臨界電流値（相対値）を示している。また、図７における曲げ歪み率は以下の式（３）で算出した。
曲げ歪み率（％）＝１００×（Ｔ／２）／{Ｒ＋（Ｔ／２）}…（３）
なお、上記の式（３）において、Ｒは超電導線材を曲げたときに超電導線材が形成する曲率円の直径であり、Ｔは超電導線材の厚みである。
なお、上記の式（３）において、Ｒは超電導線材を曲げたときに超電導線材が形成する曲率円の直径であり、Ｔは超電導線材の厚みである。
図７から明らかなように、硫酸銅水溶液をめっき浴とした電気めっきにより形成された銅安定化層を有する実施例３および実施例４の超電導線材は、銅安定化層が形成されず銀安定化層のみを有する比較例４の超電導線材と比べて曲げ歪み率が増大した場合でもより大きな臨界電流が流れる傾向にあり、優れた超電導特性を示すことが確認された。
（引張応力と臨界電流との関係）
上記の実施例３、実施例４および比較例４の超電導線材のそれぞれについて引張応力と臨界電流との関係を検査した。その結果を図８に示す。なお、図８において、横軸は引張応力（ｋｇ／ｍｍ2）を示しており、縦軸は引張応力が０であるときの臨界電流値を１としたときのそれぞれの引張応力における臨界電流値（相対値）を示している。また、図８における引張応力は引張方向に垂直な超電導線材の断面の面積１ｍｍ2当たりに加えられる引張応力（ｋｇ）である。
上記の実施例３、実施例４および比較例４の超電導線材のそれぞれについて引張応力と臨界電流との関係を検査した。その結果を図８に示す。なお、図８において、横軸は引張応力（ｋｇ／ｍｍ2）を示しており、縦軸は引張応力が０であるときの臨界電流値を１としたときのそれぞれの引張応力における臨界電流値（相対値）を示している。また、図８における引張応力は引張方向に垂直な超電導線材の断面の面積１ｍｍ2当たりに加えられる引張応力（ｋｇ）である。
図８から明らかなように、硫酸銅水溶液をめっき浴とした電気めっきにより形成された銅安定化層を有する実施例３および実施例４の超電導線材は、銅安定化層が形成されず銀安定化層のみを有する比較例４の超電導線材と比べて引張応力が増大した場合でもより大きな臨界電流が流れる傾向にあり、優れた超電導特性を示すことが確認された。
本発明によれば、従来の超電導線材の銀安定化層の一部を銅安定化層に置き換えることによって工業的に高価な銀の使用量を低減することができるために超電導線材の製造コストを低減することができ、また銀よりも機械的強度が大きい銅を用いることによって超電導線材の機械的強度も向上することができる。さらに、上記の銅安定化層の形成を硫酸銅水溶液をめっき浴として用いた電気めっきにより行なうことによって密着性が高く、変色等のない優れた外観を有する超電導線材を得ることができる。特に、密着性の高い銅安定化層を得るためには、電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を１０Ａ／ｄｍ2未満、特に９Ａ／ｄｍ2以下とすることが好ましい。
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。
１ 基板、２ 中間層、３ 超電導層、４ 銀安定化層、５ 銅安定化層、６ 電極、７ 硫酸銅水溶液、８ 容器。
Claims (4)
- 基板上または基板上に形成された中間層上に超電導層を形成する工程と、
前記超電導層上に銀安定化層を形成する工程と、
前記超電導層および前記銀安定化層が形成された後の前記基板を硫酸銅水溶液中に浸漬させる工程と、
前記硫酸銅水溶液をめっき浴として用いた電気めっきにより前記銀安定化層上に銅安定化層を形成する工程と、
を含む、超電導線材の製造方法。 - 前記電気めっき時における被めっき体の表面の電流密度を１０Ａ／ｄｍ2未満とすることを特徴とする、請求項１に記載の超電導線材の製造方法。
- 前記銀安定化層は５μｍ以下の厚みに形成され、前記銅安定化層は１０μｍ以上の厚みに形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の超電導線材の製造方法。
- 請求項１から３のいずれかに記載の超電導線材の製造方法によって得られた超電導線材を含む、超電導機器。
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