JP2010123448A - Oxide superconducting wire rod and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送電ケーブルや変圧器、モーター、電力貯蔵システムのような超電導応用機器に適した酸化物超電導線材及びその製造方法に係り、特にMOD法に好適する酸化物超電導線材及びその製造方法の改良に関する。 The present invention relates to an oxide superconducting wire suitable for a superconducting application device such as a power transmission cable, a transformer, a motor, and a power storage system, and a manufacturing method thereof, and more particularly to an oxide superconducting wire suitable for a MOD method and a manufacturing method thereof. Regarding improvement.
酸化物超電導体は、従来のNb3Sn系等の合金系超電導体と比較して臨界温度(Tc)が高く、液体窒素温度で運用できる利点を有し、なかでもReBa2Cu3Oy(Reは、Y、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Eu、Sm、Nd又はLaから選択された少なくとも1種以上の元素を示す。以下ReBCOと称する。)超電導体は、高磁場領域における通電電流の低下が小さく、即ち、液体窒素温度における磁場特性が、Bi系超電導体に比べて優れているため、実用的な高い臨界電流密度(Jc)を維持することが可能であり、この高温領域での優れた特性に加えて、貴金属である銀を使用しない製法が可能であること及び冷媒に液体窒素を使用できることから冷却効率が著しく向上するため、経済的にも極めて有利であることが知られている。 Oxide superconductor, as compared to the alloy-based superconductors, such as a conventional Nb 3 Sn based critical temperature (Tc) is high, has the advantage of operating at liquid nitrogen temperature, among others ReBa 2 Cu 3 O y ( Re represents at least one element selected from Y, Yb, Tm, Er, Ho, Dy, Gd, Eu, Sm, Nd, or La. Hereinafter referred to as ReBCO.) A superconductor is a high magnetic field region. Since the decrease in energization current is small, that is, the magnetic field characteristics at liquid nitrogen temperature are superior to those of Bi-based superconductors, it is possible to maintain a practical high critical current density (Jc). In addition to the excellent characteristics in the high temperature range, the manufacturing efficiency without using the noble metal silver is possible and the use of liquid nitrogen as the refrigerant significantly improves the cooling efficiency, making it extremely economically advantageous. It has been known.
ReBCO超電導線材は、一般に金属基板上に2軸配向した酸化物層を少なくとも1層又は複数層形成し、その上に酸化物超電導層を、更に超電導層の表面保護と電気的接触の向上及び過通電時の保護回路としての役割を担う安定化層を積層した構造を有する。この場合、ReBCO超電導線材の臨界電流特性は超電導層の面内配向性に依存し、下地となる中間層及び配向金属基板の面内配向性と表面平滑性の影響を大きく受けることが知られている。 In a ReBCO superconducting wire, at least one or more biaxially oriented oxide layers are generally formed on a metal substrate, an oxide superconducting layer is further formed thereon, and surface protection of the superconducting layer is improved and electrical contact is improved. It has a structure in which a stabilization layer that plays a role as a protection circuit when energized is laminated. In this case, it is known that the critical current characteristic of the ReBCO superconducting wire depends on the in-plane orientation of the superconducting layer, and is greatly influenced by the in-plane orientation and surface smoothness of the intermediate layer and the oriented metal substrate. Yes.
即ち、ReBCO超電導体の結晶系は斜方晶であり、x軸、y軸、z軸の3辺の長さが異なり、単位胞の三辺間の角度もそれぞれ微妙に異なるために双晶を形成し易く、僅かな方位のずれが双晶粒界を発生させ通電特性を低下させるため、良好な通電特性を得るためには、2軸配向性、即ち、結晶内のCuO面を揃えるだけでなく、面内の結晶方位をも揃えることが要求されることからBi系酸化物超電導体と比較してその線材化に困難が伴う。 In other words, the crystal system of the ReBCO superconductor is orthorhombic, the lengths of the three sides of the x-axis, y-axis, and z-axis are different, and the angles between the three sides of the unit cell are slightly different from each other. It is easy to form, and a slight misorientation generates twin grain boundaries and deteriorates current conduction characteristics. Therefore, in order to obtain good current conduction characteristics, it is only necessary to align the biaxial orientation, that is, the CuO plane in the crystal. In addition, since it is required to align the in-plane crystal orientation, it is difficult to make the wire as compared with the Bi-based oxide superconductor.
一般的にReBCO超電導体(特にYBCO超電導体)の線材の製造方法は、IBAD(Ion Beam Assisted Deposotion)法やISD(Inclined substrate deposition)法などのレーザアブレーション法を基本としたものに加え、真空蒸着法や化学蒸着法(CVD)などを含めた気相法というカテゴリとその対極にある非真空プロセスとして、有機金属塩塗布熱分解法((Metal Organic Deposition Processes:MOD法)に代表される液相法、即ち、液体を基材表面に塗布して焼結することによって結晶化した薄膜を形成する方法の2つに分類することができる。 In general, ReBCO superconductor (especially YBCO superconductor) wire manufacturing method is based on laser ablation methods such as IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) and ISD (Inclined substrate deposition), as well as vacuum deposition. As a non-vacuum process in the category of vapor phase including chemical vapor deposition and chemical vapor deposition (CVD) and its opposite electrode, liquid phase represented by metal organic salt coating pyrolysis method (Metal Organic Deposition Processes: MOD method) It can be classified into two methods, that is, a method of forming a crystallized thin film by applying a liquid to a substrate surface and sintering.
これらのプロセスにおいては、上述のように、高いJc値を達成するために、多結晶のテープ状金属基板の表面に高い2軸配向性を有する超電導層を形成することが要求される。ReBCO超電導体の結晶の面内配向性を高め、かつ面内の方位を揃えながら線材化する製法は、薄膜の製法と規を同一にしている。即ち、テープ状金属基板の上に超電導体に類似した配向性を有する中間層を形成し、この中間層の結晶格子をテンプレートとして機能させることによって、ReBCO超電導層の結晶の面内配向度と方位を向上させるものである。 In these processes, as described above, in order to achieve a high Jc value, it is required to form a superconducting layer having high biaxial orientation on the surface of a polycrystalline tape-like metal substrate. The manufacturing method for increasing the in-plane orientation of the crystal of the ReBCO superconductor and forming the wire while aligning the in-plane orientation is the same as the manufacturing method of the thin film. That is, by forming an intermediate layer having an orientation similar to that of a superconductor on a tape-like metal substrate, and making the crystal lattice of this intermediate layer function as a template, the in-plane orientation degree and orientation of the crystal of the ReBCO superconducting layer Is to improve.
アシストイオンビームによって面内配向性を制御できるIBAD法を除き、他のプロセスでは、テープ状金属基板の上に面内配向度と方位を向上させた中間層を形成するためには、テープ状金属基板の少なくとも中間層側の表面が配向していることが必要であり、この理由から種々の2軸配向金属基板が知られている。 With the exception of the IBAD method, which can control the in-plane orientation by an assisted ion beam, in other processes, in order to form an intermediate layer with improved in-plane orientation and orientation on a tape-like metal substrate, a tape-like metal It is necessary that the surface of at least the intermediate layer side of the substrate is oriented. For this reason, various biaxially oriented metal substrates are known.
例えば、RABiTS(Rolling-Assisted Biaxially Textured-Substrates/商標)に代表される2軸寵向した集合組織を持つ金属基板を使用して、中間層のテンプレートとして機能させることが多用されている。 For example, a metal substrate having a biaxially oriented texture represented by RABiTS (Rolling-Assisted Biaxially Textured-Substrates / trademark) is often used to function as an intermediate layer template.
一方、機械的強度に優れ、かつ配向性に優れた複合基板として、無配向で非磁性の第1の金属層と、第1の金属層に貼り合わされ、かつ少なくとも表層が配向した集合組織を有する第2の金属層とを備え、第1の金属層は第2の金属層より高い強度を有し、良好な配向性を維持したまま高い強度を有する膜形成用配向基板が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
On the other hand, as a composite substrate having excellent mechanical strength and excellent orientation, it has a non-oriented non-magnetic first metal layer and a texture that is bonded to the first metal layer and at least the surface layer is oriented. And a second metal layer, and the first metal layer has a higher strength than the second metal layer, and a film-forming alignment substrate having a high strength while maintaining good orientation is known ( For example, see
また、無配向で非磁性の金属で形成されたコア材となる金属基板と、この金属基板の両面にそれぞれ表面活性化接合後の熱処理あるいは熱間圧延加工を施すことにより形成された第1の接合層、第2の接合層を介して配置された第1の金属層及び第2の金属層とからなり、前記第1の金属層又は第2の金属層の少なくとも一方の表面は2軸配向した立方体集合組織を有するとともに、前記金属基板に前記第1の金属層及び第2の金属層の機械的強度よりも大きい機械的強度を有する材料を用いたものが知られている(例えば、特許文献2参照。)。 Also, a first metal substrate formed by subjecting a metal substrate to be a core material made of non-oriented and non-magnetic metal, and heat treatment or hot rolling after surface activation bonding to both surfaces of the metal substrate, respectively. The first metal layer and the second metal layer are disposed via the bonding layer, the second bonding layer, and at least one surface of the first metal layer or the second metal layer is biaxially oriented. A material using a material having a cubic texture and a mechanical strength greater than the mechanical strength of the first metal layer and the second metal layer is known for the metal substrate (for example, patents). Reference 2).
一方、配向金属基板の表面平滑性の問題に対しては、冷間加工後のNi合金に配向化熱処理を施して2軸配向させたテープに、機械的に表面研磨を施す方法や、さらに電解研磨を施した表面平滑性に優れたテープ状基板の表面に中間層を介して酸化物超電導層を形成した希土類系テープ状酸化物超電導体が知られている(例えば、特許文献3参照。)。 On the other hand, with respect to the problem of surface smoothness of the oriented metal substrate, a method of mechanically polishing the surface of a tape obtained by subjecting a Ni alloy after cold working to orientation heat treatment and biaxially orientating, and further electrolysis A rare earth-based tape-shaped oxide superconductor is known in which an oxide superconducting layer is formed on the surface of a polished tape-shaped substrate with an intermediate layer on a polished surface (see, for example, Patent Document 3). .
上記のRABiTSによる2軸配向集合組織を有する金属基板は、面心立方、体心立方あるいは稠密6方晶の金属に強圧延加工と焼鈍を施すことにより形成するものであるが、結晶の配向性は機械的な歪や熱的な歪に対して影響を受け易く、容易に配向性を失う傾向がある。 The metal substrate having the biaxially oriented texture by RABiTS is formed by subjecting a face-centered cubic, body-centered cubic or dense hexagonal metal to strong rolling and annealing. Is susceptible to mechanical strain and thermal strain and tends to lose orientation easily.
このRABiTSによる2軸配向集合組織を有する金属基板には、集合組織を形成し易く、かつ格子整合性に優れたNiあるいは添加元素を微量に含むNi基合金が用いられているが、これらの基板は集合組織形成のために強圧延加工される結果、厚さが薄く、さらに添加元素量が少ないため、高温での配向化熱処理を施すと機械的強度が数十〜150MPa程度にまで低下し、その後の成膜時のハンドリングに影響を及ぼすだけでなく、線材の使用時の電磁力に耐えないなどの問題があった。 As the metal substrate having a biaxially oriented texture by RABiTS, Ni or an alloy based on Ni, which is easy to form a texture and excellent in lattice matching, and contains a small amount of an additive element is used. As a result of strong rolling to form a texture, the thickness is small and the amount of additional elements is small, so that when subjected to orientation heat treatment at high temperature, the mechanical strength decreases to about several tens to 150 MPa, In addition to affecting the handling during subsequent film formation, there were problems such as inability to withstand electromagnetic force when using the wire.
また、上記の膜形成用配向基板においては、第1の金属層と第2の金属層とは圧延などの方法により互いに貼り合わされた構成を有しているため、その後の成膜時のハンドリングにおいて接合強度が十分でないという問題があった。 Further, in the above-mentioned alignment substrate for film formation, the first metal layer and the second metal layer have a configuration in which the first metal layer and the second metal layer are bonded to each other by a method such as rolling. There was a problem that the bonding strength was not sufficient.
さらに、上記の金属基板の両面に表面活性化接合後の熱処理により第1の金属層及び第2の金属層を接合した複合基板においては機械的強度に優れるものの、表面活性化接合が事前に表面を電解研磨処理した高い表面平滑度を有する材料を高真空雰囲気下でアルゴンイオンビーム等を照射して、金属基板を圧接して接着するため、その製造方法が複雑となるという問題がある。 Furthermore, the composite substrate in which the first metal layer and the second metal layer are bonded to both surfaces of the metal substrate by heat treatment after surface activation bonding is excellent in mechanical strength, but surface activation bonding is performed in advance on the surface. Since the material having high surface smoothness obtained by electrolytic polishing is irradiated with an argon ion beam or the like in a high vacuum atmosphere and bonded to the metal substrate by pressure, there is a problem that the manufacturing method becomes complicated.
一方、配向金属基板の表面平滑性を得るために、2軸配向させたテープに機械的に表面研磨を施すと、基板表面の温度が上昇し配向性が失われ易く、また、電解研磨により金属基板の表面平滑性を向上させる方法においては、製法の複雑さや廃液処理等の問題を生ずる。 On the other hand, in order to obtain the surface smoothness of the oriented metal substrate, if the surface is mechanically polished on the biaxially oriented tape, the temperature of the substrate surface rises and the orientation is easily lost. In the method of improving the surface smoothness of the substrate, problems such as the complexity of the manufacturing method and waste liquid treatment occur.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、配向性及び表面平滑性に優れた金属基板上に中間層を介して超電導層を成膜した酸化物超電導線材及びその製造方法を提供することをその目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an oxide superconducting wire in which a superconducting layer is formed on a metal substrate excellent in orientation and surface smoothness via an intermediate layer, and a method for producing the same. Its purpose is to provide.
また、本発明の他の目的は、成膜時のハンドリング性及び機械的強度に優れるとともに、その製造方法が容易な金属基板を有し、かつ超電導特性にも優れた酸化物超電導線材及びその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an oxide superconducting wire having a metal substrate that is excellent in handling properties and mechanical strength during film formation and that is easy to manufacture, and excellent in superconducting properties, and the manufacturing thereof. It is to provide a method.
以上の問題を解決するために、本発明のテープ状酸化物超電導線材は、配向性を有するテープ状の金属基板上に1層又は2層以上の中間層を介して酸化物超電導層を形成した酸化物超電導線材において、テープ状の金属基板は、その中間層側の表面に施されたテキスチャリング処理により配向性を有するようにしたものである。 In order to solve the above problems, the tape-shaped oxide superconducting wire of the present invention has an oxide superconducting layer formed on one or more intermediate layers on a tape-shaped metal substrate having orientation. In the oxide superconducting wire, the tape-like metal substrate is oriented by a texturing process applied to the surface on the intermediate layer side.
即ち、本発明の目的は、テープ状の金属基板上に1層又は2層以上の中間層を介して酸化物超電導層を形成した酸化物超電導線材において、テープ状の金属基板は、その中間層側の表面にテキスチャリング処理が施され、この処理層の表面に中間層及び酸化物超電導層が順次設けることによって達成される。 That is, an object of the present invention is to provide an oxide superconducting wire in which an oxide superconducting layer is formed on a tape-like metal substrate via one or more intermediate layers. This is achieved by applying a texturing process to the surface on the side, and sequentially providing an intermediate layer and an oxide superconducting layer on the surface of this processing layer.
上記のテープ状の金属基板は、無配向で非磁性のテープ状の金属基板からなることが好ましく、特に、Ni又はNi基合金を用いることが好ましい。 The tape-shaped metal substrate is preferably made of a non-oriented, non-magnetic tape-shaped metal substrate, and in particular, Ni or a Ni-based alloy is preferably used.
以上の本発明によるテープ状酸化物超電導線材は、テープ状の金属基板上に中開層を介して酸化物超電導層を形成した酸化物超電導線材の製造方法であって、無配向で非磁性のテープ状の金属基板を連続走行させる工程と、走行するテープ状の金属基板を洗浄する工程と、洗浄後のテープ状の金属基板の一側表面にテクスチャリング処理を施す工程及びテクスチャリング処理後のテープ状の金属基板を洗浄する工程を順次施した後、テクスチャリング処理が施されたテープ状の金属基板の一側表面上に1層又は2層以上の中開層を成膜し、次いでこの中間層上に酸化物超電導層を形成することによって容易に得ることができる。 The tape-shaped oxide superconducting wire according to the present invention as described above is a method for producing an oxide superconducting wire in which an oxide superconducting layer is formed on a tape-shaped metal substrate via an intermediate layer, and is non-oriented and non-magnetic. A step of continuously running the tape-shaped metal substrate, a step of cleaning the traveling tape-shaped metal substrate, a step of texturing the one side surface of the tape-shaped metal substrate after the cleaning, and a step after the texturing treatment After sequentially performing the step of cleaning the tape-shaped metal substrate, one or more intermediate layers are formed on one surface of the tape-shaped metal substrate that has been subjected to texturing. It can be easily obtained by forming an oxide superconducting layer on the intermediate layer.
また、上記のテープ状酸化物超電導線材の製造方法は、テープ状の金属基板上に中開層を介して酸化物超電導層を形成した酸化物超電導線材の製造方法であって、無配向で非磁性のNi又はNi基合金からなるテープ状の金属基板を連続走行させる工程と、走行するテープ状の金属基板を洗浄する工程と、洗浄後のテープ状の金属基板の一側表面にテクスチャリング処理を施す工程及びテクスチャリング処理後のテープ状の金属基板を洗浄する工程を順次連続して施した後、テクスチャリング処理が施されたテープ状の金属基板の一側表面上に1層又は2層以上のCeO2、Y2O3、YSZ、Gd2O3又はREZr2O7(RE=Ce、Gd、Sm、Eu、Dy、Ho、Er及びYから選択された1種又は2種以上の元素を示す。以下同じ。)酸化物からなる中開層を成膜し、次いで中間層上にReBaxCu3Oy(Reは、Y、Yb、Tm、Er、Ho、Dy、Gd、Eu、Sm、Nd又はLaから選択された少なくとも1種以上の元素を示し、x≦2及びy=6.2〜7である。以下同じ。)超電導体からなる酸化物超電導層をMOD法により形成することによって最も好適に得ることができる。 Further, the above-described method for producing a tape-shaped oxide superconducting wire is a method for producing an oxide superconducting wire in which an oxide superconducting layer is formed on a tape-shaped metal substrate via an intermediate layer, and is non-oriented and non-oriented. A step of continuously running a tape-like metal substrate made of magnetic Ni or a Ni-based alloy, a step of cleaning the tape-like metal substrate that runs, and a texturing process on one side surface of the tape-like metal substrate after washing One step or two layers on one side surface of the tape-shaped metal substrate that has been subjected to the texturing process CeO 2 , Y 2 O 3 , YSZ, Gd 2 O 3 or REZr 2 O 7 (one or more selected from RE = Ce, Gd, Sm, Eu, Dy, Ho, Er and Y) Show elements . Hereinafter the same.) Forming a mid opening layer of oxide, followed ReBa x Cu 3 O y (Re on the intermediate layer is, Y, Yb, Tm, Er , Ho, Dy, Gd, Eu, Sm, And at least one element selected from Nd or La, where x ≦ 2 and y = 6.2 to 7. The same applies hereinafter.) By forming an oxide superconducting layer made of a superconductor by the MOD method It can be obtained most suitably.
本発明によれば、テープ状の金属基板の表面にテキスチャリング処理を施すことにより、金属基板の表面層の結晶粒を基板の面内方向へ配向させることが可能になり、この金属基板の配向性に従って金属基板上の中間層及び酸化物超電導層も配向するため、超電導特性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to orient the crystal grains of the surface layer of the metal substrate in the in-plane direction of the substrate by performing a texturing process on the surface of the tape-like metal substrate. Since the intermediate layer and the oxide superconducting layer on the metal substrate are also oriented according to the properties, the superconducting properties can be improved.
また、本発明においては、テープ状の金属基板の配向性はテキスチャリング処理を施すことにより金属基板の表面層のみで得られるため、金属基板の配向性を得るための強圧延加工や焼鈍等を施す必要がなく、金属基板の表面層以外の大部分は無配向のままに留まり、十分な機械的強度の厚さを有する金属基板を採用することができるため、金属基板の強度を得るために複合基板構造とする必要がない上、成膜時のハンドリングや線材の使用時の電磁力に影響を及ぼすことがない。 In the present invention, the orientation of the tape-shaped metal substrate can be obtained only by the surface layer of the metal substrate by performing the texturing process, so that strong rolling or annealing for obtaining the orientation of the metal substrate is performed. In order to obtain the strength of the metal substrate, it is possible to employ a metal substrate having a sufficient mechanical strength thickness, and most of the metal substrate other than the surface layer remains unoriented and can be employed. It is not necessary to have a composite substrate structure, and it does not affect the electromagnetic force during handling during film formation or when using a wire.
さらに表面の平滑性を得るための機械的な表面研磨や電解研磨が必要ないため、基板表面の温度上昇による配向性の消失や複雑な処理を必要としせず、コスト面で有利である上、中間層の薄膜化が可能である利点を有する。 In addition, since mechanical surface polishing and electropolishing are not required to obtain surface smoothness, there is no need for loss of orientation due to temperature rise on the substrate surface or complicated treatment, which is advantageous in terms of cost. There is an advantage that the intermediate layer can be thinned.
図1は、本発明によるテープ状酸化物超電導線材の軸方向に垂直な断面を示したもので、テープ状酸化物超電導線材10は、テープ状の金属基板11上に2層以上の中間層12を介して酸化物超電導層13及び安定化層14を順次形成した構造を有する。
FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the axial direction of a tape-shaped oxide superconducting wire according to the present invention. The tape-shaped
テープ状の金属基板11は、無配向で非磁性のNi又はNi基合金、例えば、Ni−W合金の表面にテキスチャリング処理が施されたもので、Ni−W合金層11aとテキスチャリング処理層11bとからなる。テープ状の金属基板11にテキスチャリング処理を施すことにより、テープ状の金属基板の表面層の結晶粒を基板の面内方向へ配向させることが可能になる。 The tape-shaped metal substrate 11 is a non-oriented, non-magnetic Ni or Ni-based alloy, for example, a Ni-W alloy whose surface is subjected to texturing, and the Ni-W alloy layer 11a and the texturing layer 11b. By subjecting the tape-shaped metal substrate 11 to texturing, it becomes possible to orient the crystal grains of the surface layer of the tape-shaped metal substrate in the in-plane direction of the substrate.
上記のテキスチャリング処理は、テキスチャリング加工によるテープ状の金属基板の表面の微細条痕がテープ状の金属基板の軸方向に平行な周期構造を有するように施されている。この微細条痕は、テープ状の金属基板の軸方向に必ずしも完全に平行である必要はなく、テキスチャリング処理を施すことにより、テープ状の金属基板の表面層の結晶粒を基板の面内方向へ配向させることが可能であればよい。例えば、微細条痕がテープ状の金属基板の軸方向に一定の角度をもって、あるいはテープ状の金属基板の軸方向に並行な微細条痕と軸方向に一定の角度を有する微細条痕との組み合わせによりテキスチャリング処理を施すようにすることもできる。 The texturing process is performed so that the fine streaks on the surface of the tape-shaped metal substrate by the texturing process have a periodic structure parallel to the axial direction of the tape-shaped metal substrate. These fine streaks do not necessarily have to be completely parallel to the axial direction of the tape-shaped metal substrate. By applying a texturing process, the crystal grains of the surface layer of the tape-shaped metal substrate are aligned in the in-plane direction of the substrate. What is necessary is just to be able to orientate. For example, a fine streak has a certain angle in the axial direction of the tape-shaped metal substrate, or a combination of a fine streak parallel to the axial direction of the tape-shaped metal substrate and a fine streak having a certain angle in the axial direction. Thus, the texturing process can be performed.
中間層12は、CeO2、Y2O3、YSZ、Gd2O3又はREZr2O7酸化物からなることが好ましく、1層又は2層以上に形成することができる。例えば、テキスチャリング処理層11bの上の第1中間層12aをCeZr2O7層又はGdZr2O7層により形成し、この第1中間層の上にCeO2層からなる第2中間層12bを形成することができる。第1中間層12a及び第2中間層12bは、テキスチャリング処理層11bの結晶の配向性を引き継いで酸化物超電導層13を配向させる。 The intermediate layer 12 is preferably made of CeO 2 , Y 2 O 3 , YSZ, Gd 2 O 3 or REZr 2 O 7 oxide, and can be formed in one layer or two or more layers. For example, the first intermediate layer 12a on the texturing layer 11b is formed of a CeZr 2 O 7 layer or a GdZr 2 O 7 layer, and a second intermediate layer 12b made of a CeO 2 layer is formed on the first intermediate layer. Can be formed. The first intermediate layer 12a and the second intermediate layer 12b take over the crystal orientation of the texturing layer 11b and orient the oxide superconducting layer 13.
上記の中間層12は、MOD法、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法またはCVD法のいずれの方法によっても成膜することができる。 The intermediate layer 12 can be formed by any of the MOD method, the pulse laser deposition method, the sputtering method, and the CVD method.
中間層12の上に酸化物超電導層13が成膜されるが、この酸化物超電導層は、ReBaxCu3Oy超電導体、例えば、YBa1.5Cu3Oyからなることが好ましい。 An oxide superconducting layer 13 is formed on the intermediate layer 12, and this oxide superconducting layer is preferably made of a ReBa x Cu 3 O y superconductor, for example, YBa 1.5 Cu 3 O y .
酸化物超電導層13は、MOD法、パルスレーザ蒸着法、スパッタ法、CVD法のいずれの成膜プロセスをも用いることができる。 The oxide superconducting layer 13 can be formed by any film formation process such as MOD, pulsed laser deposition, sputtering, and CVD.
MOD法により、例えば、YBaxCu3Oy超電導膜を成膜する場合の原料は、Y、Ba、Cuを所定のモル比で含む有機酸塩または有機金属化合物が用いられる。このMOD原料としては、例えば、各元素のオクチル酸塩、ナフテン酸塩、ネオデカン酸塩、三弗化酢酸塩などが上げられるが、1種類あるいは2種類以上の有機溶媒に均一に溶解し、基板上に塗布できるものであればよい。 For example, an organic acid salt or an organic metal compound containing Y, Ba, and Cu at a predetermined molar ratio is used as a raw material when forming a YBa x Cu 3 O y superconducting film by the MOD method. As this MOD raw material, for example, octylate, naphthenate, neodecanoate, trifluoroacetate, etc. of each element can be raised, but it is uniformly dissolved in one or more organic solvents, Any material that can be applied to the surface may be used.
尚、酸化物超電導層13の上には、銀等からなる金属性の安定化層14が積層される。 A metallic stabilization layer 14 made of silver or the like is laminated on the oxide superconducting layer 13.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図2は、本発明のテープ状酸化物超電導線材の製造方法に用いられる配向性基板の製造装置20の概略を示したもので、配向性基板の製造装置20は、テープ状金属基板の送出し装置21と巻取り装置22とを備え、この送出し装置21と巻取り装置22との間に洗浄装置23、テクスチャリング処理装置24及び洗浄装置25が主として配置された構成を有している。
FIG. 2 shows an outline of an oriented
以上の配向性基板の製造装置20において、リール上に巻回された無配向で非磁性のNi又はNi基合金からなるテープ状の金属基板Tは、送出し装置21から引き出され、巻取り装置22に巻き取られることにより、送出し装置21と巻取り装置22間を連続的に走行する。
In the orientation
走行するテープ状の金属基板Tは、超音波洗浄槽23a及びスクラブ洗浄ローラ23bを備えた洗浄装置23を通過することにより、テープ状の金属基板Tの表面が清浄化され、次いで、テクスチャリング処理装置24を通過することによりテープ状の金属基板Tの表面にテクスチャリング処理が施される。
The tape-shaped metal substrate T that travels passes through a
このテクスチャリング処理装置24は、送出しリール24a、巻取りリール24b、加圧装置24c及びスラリー滴下装置24dを備えており、テキスチャリング・テープPは、加圧装置24cを介して送出しリール24aと巻取りリール24b間を走行し、スラリー滴下装置24dによって走行するテープ状の金属基板Tの表面にテキスチャリング・スラリーが滴下されながら加圧装置24cで走行するテープ状の金属基板Tと加圧接触する。テキスチャリング・テープPは走行するテープ状の金属基板Tと逆方向に走行せしめられるが、これに限られず、テキスチャリング・テープPとテープ状の金属基板Tとが相対的速度差をもって加圧接触すればよく、また、テープ状の金属基板Tのテープ面内で走行方向と一定の角度の往復運動を加圧装置24cに付加することもでき、これにより多様な微細条痕をテープ状の金属基板の表面に形成することができる。この微細条痕の形態は、テープ状の金属基板の表面層の結晶粒の面内配向性に基づいて経験的に決定することができる。
The
テキスチャリング・テープPとテープ状の金属基板Tとの相対的速度差は、上記のように経験的に定められるが、この相対的速度差が大き過ぎるかあるいは小さ過ぎるとテープ状の金属基板の表面層の結晶粒を基板の面内方向へ均一に配向させることが困難となる。 The relative speed difference between the texturing tape P and the tape-shaped metal substrate T is determined empirically as described above. If the relative speed difference is too large or too small, the tape-shaped metal substrate It becomes difficult to orient crystal grains in the surface layer uniformly in the in-plane direction of the substrate.
また、テクスチャリング処理後のテープ状の金属基板T表面の平均表面粗さを、Raを0.1nm以上、10nm以下とすることが好ましい。平均表面粗さRaが0.1nm未満であると、テープ状の金属基板T表面の配向性が不十分となり、Raが10nmを超えると、テープ状の金属基板T表面上に形成される中間層の平滑性が失われ中間層の膜厚を薄くすることが困難となる。 In addition, the average surface roughness of the surface of the tape-shaped metal substrate T after texturing is preferably set to Ra of 0.1 nm or more and 10 nm or less. When the average surface roughness Ra is less than 0.1 nm, the orientation of the surface of the tape-shaped metal substrate T becomes insufficient, and when Ra exceeds 10 nm, the intermediate layer formed on the surface of the tape-shaped metal substrate T. Therefore, it becomes difficult to reduce the thickness of the intermediate layer.
上記のテキスチャリング・テープは、圧力加工方式の研磨工具として知られており、テクスチャリングテープとしてポリエステル系の極細繊維織布を用いることができ、一方、テキスチャリング・スラリー、即ち研磨液としては水性ダイヤモンドスラリーが、また、研磨液に使用する砥粒は、コロイダルシリカ砥粒、アルミナ砥粒またはダイヤモンド砥粒などがあり、平均粒径0.03〜0.5μmの砥粒が用いられる。 The above-mentioned texturing tape is known as a pressure processing type polishing tool, and a polyester-based ultrafine fiber woven fabric can be used as the texturing tape, while the texturing slurry, ie, the polishing liquid is water-based. The abrasive grains used in the polishing slurry for the diamond slurry include colloidal silica abrasive grains, alumina abrasive grains, or diamond abrasive grains, and abrasive grains having an average particle diameter of 0.03 to 0.5 μm are used.
テクスチャリング処理が施されたテープ状の金属基板Tは、洗浄装置25を通過することにより、テープ状の金属基板表面のテキスチャリング・スラリー等のスクラブ(粒子状のパウダー物質)が洗浄される。洗浄装置25は、超音波洗浄槽25a及びスクラブ洗浄ローラ25bにより構成される。尚、上記の洗浄装置23、25に代えてブラシスクラブ洗浄機等の他の洗浄装置を用いることも当然に可能である。
The tape-shaped metal substrate T subjected to the texturing process passes through the cleaning device 25, whereby scrubbing (particulate powder substance) such as texturing slurry on the surface of the tape-shaped metal substrate is cleaned. The cleaning device 25 includes an ultrasonic cleaning tank 25a and a scrub cleaning roller 25b. Of course, other cleaning devices such as a brush scrub cleaner may be used instead of the
テクスチャリング処理が施されたテープ状の金属基板は、巻取り装置22のリールに巻き取られ、別工程で上述のように、テキスチャリング処理層の表面上に1層又は2層以上のCeO2、Y2O3、YSZ、Gd2O3又はREZr2O7酸化物からなる中開層が成膜され、次いで中間層上にReBaxCu3Oy超電導体からなる酸化物超電導層がMOD法により形成される。
Tape-shaped metal substrate texturing process has been applied is wound on the reel of the winding
本発明によるテープ状酸化物超電導線材は、送電ケーブルや電力貯蔵システムのような電力機器及びモーターなどの動力機器への使用に適した酸化物超電導体への利用が可能である。 The tape-shaped oxide superconducting wire according to the present invention can be used as an oxide superconductor suitable for use in power equipment such as a power transmission cable and a power storage system and power equipment such as a motor.
10 テープ状酸化物超電導線材
11 テープ状の金属基板
11a Ni−W合金層
11b テキスチャリング処理層
12 中間層
12a 第1中間層
12b 第2中間層
13 酸化物超電導層13
14 安定化層
20 配向性基板の製造装置
21 送出し装置
22 巻取り装置
23、25 洗浄装置
23a、25a 超音波洗浄槽
23b、25b スクラブ洗浄ローラ
24 テクスチャリング処理装置
24c 加圧装置
24d スラリー滴下装置
T テープ状の金属基板
P テキスチャリング・テープ
10 Tape-shaped oxide superconducting wire 11 Tape-shaped metal substrate 11a Ni-W alloy layer 11b Texturing layer 12 Intermediate layer 12a First intermediate layer 12b Second intermediate layer 13 Oxide superconducting layer 13
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Stabilizing
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CN104126251A (en) * | 2013-02-23 | 2014-10-29 | 古河电气工业株式会社 | Terminal, wire connection structure, and method for manufacturing terminal |
-
2008
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