JP2011048914A - Superconducting wire rod and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導ケーブルや超電導マグネットなどの超電導機器に用いられる超電導線材及びその製造方法に関し、特に、Y系超電導線材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a superconducting wire used for superconducting equipment such as a superconducting cable and a superconducting magnet, and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a Y-based superconducting wire and a manufacturing method thereof.
従来、液体窒素温度(77K)以上で超電導を示す高温超電導体の一種として、RE系超電導体(RE:希土類元素)が知られている。特に、化学式YBa2Cu3O7-yで表されるイットリウム系超電導体(以下、Y系超電導体又はYBCO)が代表的である。
Y系超電導体を用いた超電導線材(以下、Y系超電導線材)は、一般に、テープ状の金属基板上に中間層、Y系超電導体からなる層(以下、Y系超電導層)、安定化層が順に形成された積層構造を有している。このY系超電導線材は、例えば、低磁性の無配向金属基板(例えば、ハステロイ(登録商標))上に、IBAD(Ion Beam Assist Deposition)法により2軸配向した中間層を成膜し、この中間層上に、パルスレーザ蒸着法(PLD:Pulsed Laser Deposition)や有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等により、Y系超電導層を成膜することにより製造される(例えば、特許文献1,2)。
Conventionally, RE-based superconductors (RE: rare earth elements) are known as a type of high-temperature superconductor that exhibits superconductivity at a liquid nitrogen temperature (77 K) or higher. In particular, an yttrium-based superconductor represented by the chemical formula YBa 2 Cu 3 O 7-y (hereinafter, Y-based superconductor or YBCO) is representative.
A superconducting wire using a Y-based superconductor (hereinafter referred to as a Y-based superconducting wire) is generally an intermediate layer on a tape-shaped metal substrate, a layer composed of a Y-based superconductor (hereinafter referred to as a Y-based superconducting layer), a stabilization layer. Have a laminated structure formed in order. This Y-based superconducting wire is formed, for example, by forming a biaxially oriented intermediate layer by an IBAD (Ion Beam Assist Deposition) method on a low magnetic non-oriented metal substrate (for example, Hastelloy (registered trademark)). It is manufactured by forming a Y-based superconducting layer on the layer by a pulsed laser deposition (PLD) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method (for example,
上述したように、Y系超電導線材では、超電導層に第二種超電導体であるYBCOを用いている。この第二種超電導体に磁場を印加すると、磁場がひも状の量子化磁束に分割され、量子化磁束が超電導体内に侵入する。超電導体内に侵入した量子化磁束は、電流が流れていない場合は静止しているが、電流が流れるとローレンツ力が働くため超電導体内を動き出そうとする。そして、超電導体を量子化磁束が移動すると、誘導起電力(電気抵抗)が発生するため、ゼロ抵抗状態(超電導状態)が壊れてしまう。
ここで、超電導体内に不純物や格子欠陥があれば、電流が流れても量子化磁束は移動せずに拘束されることが知られている(いわゆるピン止め効果)。つまり、Y系超電導線材において、超電導層内の量子化磁束は、ピン止め効果による拘束力(以下、ピン止め力)が電流を流したときに働くローレンツ力よりも大きければ移動しないが、電流又は外部磁場が増大してローレンツ力がピン止め力より大きくなると移動するようになる。
As described above, in the Y-based superconducting wire, YBCO that is the second type superconductor is used for the superconducting layer. When a magnetic field is applied to the second type superconductor, the magnetic field is divided into a string-like quantized magnetic flux, and the quantized magnetic flux enters the superconductor. Although the quantized magnetic flux that has entered the superconductor is stationary when no current flows, the Lorentz force acts when the current flows, so that the quantized magnetic flux starts to move inside the superconductor. When the quantized magnetic flux moves through the superconductor, an induced electromotive force (electric resistance) is generated, so that the zero resistance state (superconducting state) is broken.
Here, it is known that if there are impurities or lattice defects in the superconductor, the quantized magnetic flux does not move and is restrained even if a current flows (so-called pinning effect). That is, in the Y-based superconducting wire, the quantized magnetic flux in the superconducting layer does not move if the restraining force due to the pinning effect (hereinafter referred to as pinning force) is greater than the Lorentz force acting when the current flows, When the external magnetic field increases and the Lorentz force becomes greater than the pinning force, it moves.
したがって、高電流が流れ磁場が発生することとなる超電導ケーブルに使用されるY系超電導線材としては、磁場中での特性(例えば臨界電流密度特性(Jc特性))が重要な要求仕様となる。すなわち、超電導ケーブルの用途には、高いピン止め効果を有するY系超電導線材が要求される。
本発明は、磁場中において高い超電導特性を有する超電導線材及びその製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, for a Y-based superconducting wire used for a superconducting cable in which a high current flows and a magnetic field is generated, characteristics in the magnetic field (for example, critical current density characteristics (Jc characteristics)) are important requirements. That is, a Y-based superconducting wire having a high pinning effect is required for superconducting cable applications.
An object of this invention is to provide the superconducting wire which has a high superconducting characteristic in a magnetic field, and its manufacturing method.
請求項1に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、金属基板上に中間層を介してイットリウム系超電導層が形成されてなる超電導線材であって、
前記イットリウム系超電導層は、ランタノイド系元素を含んで構成され、当該超電導層中のイットリウムの組成をY、ランタノイド系元素の組成をLとしたとき、組成比L/(L+Y)が0.01〜0.40であることを特徴とする。
Invention of
The yttrium-based superconducting layer is configured to contain a lanthanoid element, and when the composition of yttrium in the superconducting layer is Y and the composition of the lanthanoid element is L, the composition ratio L / (L + Y) is 0.01 to It is 0.40.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の超電導線材において、前記組成比L/(L+Y)が、0.10〜0.40であることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the superconducting wire according to
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の超電導線材において、前記組成比L/(L+Y)が、0.20〜0.30であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the superconducting wire according to claim 2, wherein the composition ratio L / (L + Y) is 0.20 to 0.30.
請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の超電導線材において、前記ランタノイド系元素として、少なくともGdを含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the superconducting wire according to any one of the first to third aspects, the lanthanoid element contains at least Gd.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の超電導線材において、前記ランタノイド系元素は、実質的にGdのみであることを特徴とする。
ここで、「実質的にGdのみ」とは、Gd以外のランタノイド系元素が期せずして混入している場合を含むことを意味する。ランタノイド系元素は厳密な分離が困難であるので、Gd以外のランタノイド系元素がppmオーダーで混入している場合を「実質的にGdのみ」としている。
The invention according to claim 5 is the superconducting wire according to claim 4, wherein the lanthanoid element is substantially only Gd.
Here, “substantially Gd only” means that a lanthanoid element other than Gd is included unexpectedly. Since lanthanoid elements are difficult to strictly separate, a case where lanthanoid elements other than Gd are mixed in the order of ppm is regarded as “substantially only Gd”.
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載の超電導線材において、前記ランタノイド系元素として、GdとSmを含むことを特徴とする。 The invention described in claim 6 is characterized in that, in the superconducting wire according to claim 4, Gd and Sm are included as the lanthanoid elements.
請求項7に記載の発明は、金属基板上に中間層が形成されてなるテープ基材の表面に、有機金属気相成長法によりイットリウム系超電導層を成膜する超電導線材の製造方法であって、
前記イットリウム系超電導層を成膜するための原料溶液として、イットリウムの組成をY、ランタノイド系元素の組成をLとしたとき、組成比L/(L+Y)が0.01〜0.40の範囲となるように予めイットリウムとランタノイド系元素の有機化合物原料を調整し、これにバリウムと銅の有機化合物原料を所定の比率で加えて溶媒に溶かしたものを用い、
この原料溶液を気化器に導入して原料ガスを生成し、生成された原料ガスを反応炉において前記テープ基材の表面に蒸着させることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is a method for producing a superconducting wire, in which an yttrium-based superconducting layer is formed on the surface of a tape base material having an intermediate layer formed on a metal substrate by metal organic vapor phase epitaxy. ,
As a raw material solution for forming the yttrium-based superconducting layer, when the composition of yttrium is Y and the composition of the lanthanoid element is L, the composition ratio L / (L + Y) is in the range of 0.01 to 0.40. Prepare the organic compound raw materials of yttrium and lanthanoid elements in advance so that the organic compound raw materials of barium and copper are added to this in a predetermined ratio and dissolved in the solvent,
The raw material solution is introduced into a vaporizer to generate a raw material gas, and the generated raw material gas is deposited on the surface of the tape base material in a reaction furnace.
請求項8に記載の発明は、金属基板上に中間層が形成されてなるテープ基材の表面に、有機金属気相成長法によりイットリウム系超電導層を成膜する超電導線材の製造方法であって、
前記イットリウム系超電導層を成膜するための原料溶液として、イットリウム、ランタノイド系元素、バリウム、及び銅の有機化合物原料をそれぞれ溶媒に溶かしたものを用い、
イットリウムの組成をY、ランタノイド系元素の組成をLとしたとき、組成比L/(L+Y)が0.01〜0.40、バリウムと銅が所定の比率となるように、それぞれの原料溶液を気化器に導入して原料ガスを生成し、生成された原料ガスを反応炉において前記テープ基材の表面に蒸着させることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is a method for producing a superconducting wire material, in which an yttrium-based superconducting layer is formed on the surface of a tape base material having an intermediate layer formed on a metal substrate by metal organic vapor phase epitaxy. ,
As a raw material solution for forming the yttrium-based superconducting layer, yttrium, a lanthanoid element, barium, and a copper organic compound raw material dissolved in a solvent,
When the composition of yttrium is Y and the composition of the lanthanoid element is L, each raw material solution is adjusted so that the composition ratio L / (L + Y) is 0.01 to 0.40 and barium and copper are in a predetermined ratio. A raw material gas is generated by introducing into a vaporizer, and the generated raw material gas is deposited on the surface of the tape substrate in a reaction furnace.
以下、本発明を完成するに至った経緯について説明する。
上述したように、Y系超電導層内に不純物や欠陥を適度に導入することでピン止め効果が高くなり、磁場中での臨界電流密度特性(以下、Jc特性)を向上できることは公知である。そこで、本発明者等は、高いピン止め効果を実現すべく、Y系超電導層内に不純物を添加する手法に着目して検討を重ねた。
Hereinafter, the background to the completion of the present invention will be described.
As described above, it is known that the pinning effect is enhanced by appropriately introducing impurities and defects into the Y-based superconducting layer, and the critical current density characteristics (hereinafter referred to as Jc characteristics) in a magnetic field can be improved. Therefore, the present inventors have repeatedly studied paying attention to a method of adding impurities in the Y-based superconducting layer in order to realize a high pinning effect.
図7は、YBCOの結晶構造を示す図である。図7に示すように、YBCOは、Y(イットリウム)とBa(バリウム)が規則的に並んだ結晶構造を有している。かかる結晶構造において、Yがランタノイド系元素(以下、L系元素)に置き換わっても同じ結晶構造をとるので、同様に超電導体となることが知られている(前述のRE系酸化物超電導体)。これより、YBCOからなる超電導層を成膜するに際して、L系元素を不純物として添加することにより、超電導特性を低下させることなくピン止め効果を発現させることができるのではないかと推定した。 FIG. 7 is a diagram showing the crystal structure of YBCO. As shown in FIG. 7, YBCO has a crystal structure in which Y (yttrium) and Ba (barium) are regularly arranged. In such a crystal structure, even if Y is replaced by a lanthanoid element (hereinafter referred to as an L element), the same crystal structure is taken, and thus it is known that the same becomes a superconductor (the RE oxide superconductor described above). . From this, it was estimated that when the superconducting layer made of YBCO was formed, the pinning effect could be expressed without degrading the superconducting characteristics by adding an L-based element as an impurity.
ここで、不純物として添加したL系元素がYと固溶(置換)すれば、YBCOの規則的な結晶構造は保持されるために超電導特性は低下しないと考えられる。しかしながら、L系元素がBaと固溶してしまうと、規則的な結晶構造が崩れてしまうために超電導特性が低下してしまう。そのため、L系元素のうち、Baと固溶しにくい元素を選定することとした。 Here, it is considered that if the L-based element added as an impurity dissolves (substitutes) with Y, the regular crystal structure of YBCO is maintained, so that the superconducting characteristics do not deteriorate. However, if the L-based element is dissolved in Ba, the regular crystal structure is destroyed, so that the superconducting characteristics are deteriorated. Therefore, it was decided to select an element that hardly dissolves with Ba among the L-based elements.
図8は、Y及びL系元素とBaのイオン半径比と、固溶−非固溶の関係を示す図である。なお、Ba2+のイオン半径は1.34Åである。
図8に示すように、Gd(ガドリニウム)やSm(サマリウム)などは、Yに比べてBaにイオン半径が近いが、Baとは非固溶である。一方、Nd(ネオジウム)やLa(ランタン)はBaと固溶するので、YBCOに添加する不純物元素として不適切ということになる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ionic radius ratio of Y and L elements and Ba and the solid solution-non-solid solution relationship. The ion radius of Ba 2+ is 1.341.3.
As shown in FIG. 8, Gd (gadolinium), Sm (samarium) and the like have an ionic radius closer to Ba than Y, but are insoluble in Ba. On the other hand, since Nd (neodymium) and La (lanthanum) are dissolved in Ba, they are inappropriate as impurity elements added to YBCO.
以上のことから、L系元素のうちBaと固溶しにくい元素(例えば、GdやSm)をYBCOに添加する不純物元素として選定した上で、超電導特性(特に磁場中の超電導特性)が向上することとなる不純物量(L系元素の組成比)を実験的に求め、本発明において規定した。
本発明に係る超電導線材は、原理的に製造方法には依存しないので、MOCVD法や焼結法等で超電導層を成膜する場合に適用できる。本発明者等は、MOCVD法により超電導層を成膜する際のイットリウムとランタノイド系元素の組成比を制御することで、L系元素の作用によるピンを生成すること、すなわち磁場中において高いJc特性を示す超電導線材を実現できた。
From the above, superconducting characteristics (particularly superconducting characteristics in a magnetic field) are improved after selecting an L-based element that is difficult to dissolve in Ba (for example, Gd or Sm) as an impurity element to be added to YBCO. The amount of impurities (composition ratio of L-based elements) to be determined was experimentally determined and defined in the present invention.
Since the superconducting wire according to the present invention does not depend on the manufacturing method in principle, it can be applied when the superconducting layer is formed by the MOCVD method or the sintering method. The present inventors control the composition ratio between yttrium and a lanthanoid element when forming a superconducting layer by MOCVD, thereby generating a pin by the action of an L element, that is, high Jc characteristics in a magnetic field. A superconducting wire that shows
本発明によれば、磁場中において高い超電導特性を有する超電導線材が提供される。したがって、本発明に係る超電導線材を適用することで、超電導ケーブルの大電流化を図ることができる。 According to the present invention, a superconducting wire having high superconducting properties in a magnetic field is provided. Therefore, by applying the superconducting wire according to the present invention, it is possible to increase the current of the superconducting cable.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る超電導線材の積層構造を示す図である。
図1に示すように、Y系超電導線材1は、テープ状の金属基板11上に中間層12、超電導層13、安定化層14が順に形成された積層構造を有している。
本実施形態において、金属基板11は、低磁性の無配向金属基板(例えばハステロイ(登録商標))である。中間層12は、超電導層13の結晶を一定の方向に配向させるための2軸配向層(例えばイットリア安定化ジルコニア)を含んで構成される。この2軸配向層は、例えばIBAD法により成膜される。
超電導層13は、Y系超電導体からなるY系超電導層であり、例えばMOCVD法により成膜される。超電導層13の上面には、例えばスパッタ法により銀からなる安定化層14が成膜されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a view showing a laminated structure of superconducting wires according to this embodiment.
As shown in FIG. 1, the Y-based
In the present embodiment, the
The
本実施形態では、超電導層13を構成するY系超電導体に、L系元素であるGdを不純物として添加している。Gdの量は、YとGdの組成比Gd/(Gd+Y)が、0.01〜0.40(モル比)を満たすように調整されている。MOCVD法により超電導層13を成膜することで、YとGdの組成比を比較的容易に制御することができる。
In this embodiment, the L-based element Gd is added as an impurity to the Y-based superconductor constituting the
図2は、長尺のテープ基材に成膜するための一般的なMOCVD装置の概略構成を示す図である。図2に示すように、MOCVD装置100は、原料供給部101、気化器102、反応炉103、基材搬送部104を備えて構成されている。
原料供給部101は、気化器102に原料溶液とAr等のキャリアガスを供給する。気化器102は、供給されたキャリアガス中に原料溶液を噴霧して原料ガスを生成する。生成された原料ガスは、導入管を介して反応炉103に導入される。
反応炉103は、導入された原料ガスをテープ基材110の表面に蒸着させ、超電導層を成膜する。基材搬送部104は、反応炉103内においてテープ基材110を所定速度で移動させる。すなわち、テープ基材110を移動させながら超電導層13が成膜されるようになっている。なお、テープ基材110の温度は図示しないヒータにより制御される。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a general MOCVD apparatus for forming a film on a long tape base material. As shown in FIG. 2, the
The raw
The
実施形態に係る超電導線材1の超電導層13は、図2に示すMOCVD装置100により成膜できる。テープ基材110には、例えば、100μm厚、幅10mm、長さ200mの無配向金属基板(例えばハステロイ)11上に、IBAD法により配向中間層12を成膜したものを用いる。
原料溶液には、予め、YとGdの有機化合物原料(例えば、テトラメチルヘプタンジオネート化合物)を、YとGdの組成比Gd/(Gd+Y)が0.01〜0.40の範囲となるように調整し、これにBaとCuの有機化合物原料を所望の比率で加え、溶媒のTHF(テトラヒドロフラン)に溶かしたものを用いる。
The
In the raw material solution, an organic compound raw material of Y and Gd (for example, a tetramethylheptanedionate compound) is used in advance so that the composition ratio Gd / (Gd + Y) of Y and Gd is in the range of 0.01 to 0.40. The organic compound raw materials of Ba and Cu are added to this at a desired ratio and dissolved in THF (tetrahydrofuran) as a solvent.
原料供給部101から上述した構成の原料溶液を気化器102に供給し、原料ガスを生成する。反応炉103内にテープ基材110を所定速度で搬送しつつ、700〜900℃でテープ基材110を加熱する。そして、原料ガスをテープ基材110の表面に噴出し、不純物としてGdが添加されたYBCOを成膜する。
ここで、YとGdの有機化合物原料の組成比は、生成物まで保持される。すなわち、YとGdの有機化合物原料の組成比Gd/(Gd+Y)が0.25〜0.30であれば、生成物であるGd添加のYBCOにおけるYとGdの組成比Gd/(Gd+Y)も0.25〜0.30となる。
The raw material solution having the above-described configuration is supplied from the raw
Here, the composition ratio of the organic compound raw materials of Y and Gd is maintained up to the product. That is, if the composition ratio Gd / (Gd + Y) of the organic compound raw material of Y and Gd is 0.25 to 0.30, the composition ratio Gd / (Gd + Y) of Y and Gd in YBCO added with Gd as a product is also 0.25 to 0.30.
[実施例1]
実施例1では、超電導層13におけるYとGdの組成比Gd/(Gd+Y)を0.35としたときの臨界電流密度特性(Jc特性)を調べた。
図3は実施例1に係る超電導線材の磁場中のJc特性を示す図である。図3では、図4における超電導層13に対する磁場入射角度θを横軸としている。なお、測定温度は77K、印加磁場は3T(テスラ)である。
図3に示すように、実施例1に係るGd添加YBCOのJc特性は、比較例に係るGd無添加YBCOのJc特性に比較して、印加する磁場の方向に関わらず電流値が高くなった。特に、磁場入射角度が90°における電流値の向上は約50%となった。
[Example 1]
In Example 1, the critical current density characteristic (Jc characteristic) when the composition ratio Gd / (Gd + Y) of Y and Gd in the
FIG. 3 is a graph showing the Jc characteristic in the magnetic field of the superconducting wire according to the first embodiment. In FIG. 3, the horizontal axis represents the magnetic field incident angle θ with respect to the
As shown in FIG. 3, the Jc characteristic of the Gd-added YBCO according to Example 1 is higher than the Jc characteristic of the Gd-free YBCO according to the comparative example regardless of the direction of the applied magnetic field. . In particular, the improvement in current value at a magnetic field incident angle of 90 ° was about 50%.
[実施例2]
実施例2では、YとGdの組成比を変えたときのJc特性について調べた。YとGdの組成比Gd/(Gd+Y)=0のときGd無添加YBCOとなり、Gd/(Gd+Y)=1のときGdBCOとなる。
図5は実施例2に係る超電導線材の無磁場中(77K,0T)のJc特性を示す図であり、図6は実施例2に係る超電導線材の磁場中(77K,3T)におけるJc特性を示す図である。
図5に示すように、無磁場中では、YとGdの組成比Gd/(Gd+Y)が0.22付近でピークを持つような傾向が得られた。また、図6に示すように、磁場中では、ピーク位置が0.28付近にずれるが、ほぼ同様の傾向が得られた。
これより、YとGdの組成比をある範囲に制御することで、磁場中でもJc特性を向上できることがわかった。具体的には、YとGdの組成比Gd/(Gd+Y)を0.01〜0.40とすることでGd無添加時(Gd/(Gd+Y)=0)よりもJc特性を向上できた。また、YとGdの組成比Gd/(Gd+Y)を0.10〜0.40とすることで高いJc特性を実現でき、0.20〜0.30とすることでさらに高いJc特性を実現できた。
[Example 2]
In Example 2, the Jc characteristic when the composition ratio of Y and Gd was changed was examined. When the composition ratio Gd / (Gd + Y) = 0 of Y and Gd, Gd-free YBCO is obtained, and when Gd / (Gd + Y) = 1, GdBCO is obtained.
FIG. 5 is a diagram showing the Jc characteristic of the superconducting wire according to Example 2 in a non-magnetic field (77K, 0T), and FIG. 6 shows the Jc characteristic of the superconducting wire according to Example 2 in a magnetic field (77K, 3T). FIG.
As shown in FIG. 5, there was a tendency that the composition ratio Gd / (Gd + Y) of Y and Gd had a peak in the vicinity of 0.22 in the absence of a magnetic field. Further, as shown in FIG. 6, in the magnetic field, the peak position shifted to around 0.28, but almost the same tendency was obtained.
From this, it was found that the Jc characteristics can be improved even in a magnetic field by controlling the composition ratio of Y and Gd within a certain range. Specifically, the composition ratio Gd / (Gd + Y) of Y and Gd was set to 0.01 to 0.40, whereby the Jc characteristics could be improved as compared with the case where no Gd was added (Gd / (Gd + Y) = 0). Moreover, high Jc characteristics can be realized by setting the composition ratio Gd / (Gd + Y) of Y and Gd to 0.10 to 0.40, and even higher Jc characteristics can be realized by setting it to 0.20 to 0.30. It was.
実施形態では、Y系超電導層13はL系元素を含んで構成され、当該超電導層中のYとL系元素(実施形態ではGd)の組成比L/(L+Y)が0.01〜0.40となっている。
また、YとL系元素の組成比L/(L+Y)は0.10〜0.40の範囲とするのが好ましく、さらには、0.20〜0.30の範囲とするのが好ましい。
このように、Y系超電導層におけるYとL系元素の組成を調整することで、磁場中において高い超電導特性(特にJc特性)を有する超電導線材を提供することができる。そして、このような超電導線材を適用することで、超電導ケーブルの大電流化を図ることができる。
In the embodiment, the Y-based
The composition ratio L / (L + Y) between Y and the L-based element is preferably in the range of 0.10 to 0.40, and more preferably in the range of 0.20 to 0.30.
Thus, by adjusting the composition of Y and L elements in the Y-based superconducting layer, it is possible to provide a superconducting wire having high superconducting characteristics (particularly Jc characteristics) in a magnetic field. And by applying such a superconducting wire, it is possible to increase the current of the superconducting cable.
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、添加するL系元素を実質的にGdのみとしているが、少なくともGdを含むようにすればよく、Gdと他のL系元素(ただし、NdやLaを除く)で構成するようにしてもよい。
少なくともGdを含むようにしているのは、Baと非固溶であり結晶構造が崩れる虞が少なく、L系元素の中では低廉で超電導線材の製造コストを抑えることができるためである。同様の理由で、添加するL系元素をGdとSmを含むようにしてもよい。
As mentioned above, although the invention made by this inventor was concretely demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, It can change in the range which does not deviate from the summary.
In the above embodiment, the L-based element to be added is substantially only Gd. However, it is sufficient that at least Gd is included, and it is configured to include Gd and other L-based elements (excluding Nd and La). It may be.
The reason why it contains at least Gd is that it is insoluble in Ba and is less likely to break the crystal structure, and it is inexpensive among L-based elements and can suppress the production cost of superconducting wires. For the same reason, the L-based element to be added may include Gd and Sm.
また、超電導線材1の金属基板11として、無配向基板の代わりに、還元雰囲気中で配向熱処理により配向した金属(例えばNi−W)を用いてもよい。この場合、金属基板11上に、金属基板11からのNi等の拡散防止、或いは配向性をより向上させるための中間層12を、例えばスパッタ法、又はイオンビーム蒸着法により成膜する。
つまり、本発明は超電導線材を構成するY系超電導層の組成に関するものであり、金属基板と中間層の組合せついては特に制限されない。
Further, as the
That is, the present invention relates to the composition of the Y-based superconducting layer constituting the superconducting wire, and the combination of the metal substrate and the intermediate layer is not particularly limited.
実施形態におけるMOCVD装置100では、原料供給部101で予め原料溶液を混合して1つの原料容器に収容する構成となっているが、Gd,Y,Ba、Cuの各原料容器を別々に設けた構成としてもよい。
具体的には、Y系超電導層13を成膜するための原料溶液として、Gd,Y,Ba,及びCuの有機化合物原料を単体でTHFに溶かしたものをそれぞれ別の原料容器に収容する。これらを液体マスフローコントローラによって、所望の比率になるように流量調整し、合流させた後、気化器に供給する。このとき、YとGdの組成比Gd/(Gd+Y)が0.01〜0.40となるように流量を調整する。そして、気化器で生成された原料ガスを反応炉において前記テープ基材の表面に蒸着させる。
In the
Specifically, as a raw material solution for forming the Y-based
今回開示された実施の形態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 embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points 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.
1 超電導線材
11 金属基板
12 中間層
13 Y系超電導層
14 安定化層
1
Claims (8)
前記イットリウム系超電導層は、ランタノイド系元素を含んで構成され、当該超電導層中のイットリウムの組成をY、ランタノイド系元素の組成をLとしたとき、組成比L/(L+Y)が0.01〜0.40であることを特徴とする超電導線材。 A superconducting wire in which an yttrium-based superconducting layer is formed on a metal substrate via an intermediate layer,
The yttrium-based superconducting layer is configured to contain a lanthanoid element, and when the composition of yttrium in the superconducting layer is Y and the composition of the lanthanoid element is L, the composition ratio L / (L + Y) is 0.01 to A superconducting wire characterized by 0.40.
前記イットリウム系超電導層を成膜するための原料溶液として、イットリウムの組成をY、ランタノイド系元素の組成をLとしたとき、組成比L/(L+Y)が0.01〜0.40の範囲となるように予めイットリウムとランタノイド系元素の有機化合物原料を調整し、これにバリウムと銅の有機化合物原料を所定の比率で加えて溶媒に溶かしたものを用い、
この原料溶液を気化器に導入して原料ガスを生成し、生成された原料ガスを反応炉において前記テープ基材の表面に蒸着させることを特徴とする超電導線材の製造方法。 A method for producing a superconducting wire, in which an yttrium-based superconducting layer is formed by metal organic vapor phase epitaxy on the surface of a tape base material in which an intermediate layer is formed on a metal substrate,
As a raw material solution for forming the yttrium-based superconducting layer, when the composition of yttrium is Y and the composition of the lanthanoid element is L, the composition ratio L / (L + Y) is in the range of 0.01 to 0.40. Prepare the organic compound raw materials of yttrium and lanthanoid elements in advance so that the organic compound raw materials of barium and copper are added to this in a predetermined ratio and dissolved in the solvent,
A method for producing a superconducting wire, comprising introducing a raw material solution into a vaporizer to generate a raw material gas, and depositing the generated raw material gas on the surface of the tape base material in a reaction furnace.
前記イットリウム系超電導層を成膜するための原料溶液として、イットリウム、ランタノイド系元素、バリウム、及び銅の有機化合物原料をそれぞれ溶媒に溶かしたものを用い、
イットリウムの組成をY、ランタノイド系元素の組成をLとしたとき、組成比L/(L+Y)が0.01〜0.40、バリウムと銅が所定の比率となるように、それぞれの原料溶液を気化器に導入して原料ガスを生成し、生成された原料ガスを反応炉において前記テープ基材の表面に蒸着させることを特徴とする超電導線材の製造方法。 A method for producing a superconducting wire, in which an yttrium-based superconducting layer is formed by metal organic vapor phase epitaxy on the surface of a tape base material in which an intermediate layer is formed on a metal substrate,
As a raw material solution for forming the yttrium-based superconducting layer, yttrium, a lanthanoid element, barium, and a copper organic compound raw material dissolved in a solvent,
When the composition of yttrium is Y and the composition of the lanthanoid element is L, each raw material solution is adjusted so that the composition ratio L / (L + Y) is 0.01 to 0.40 and barium and copper are in a predetermined ratio. A method for producing a superconducting wire, comprising introducing a vaporizer into a raw material gas, and depositing the generated raw material gas on a surface of the tape base material in a reaction furnace.
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