JP2012169058A - 酸化物超電導線材 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の方法を用いて作製された酸化物超電導線材に比べ、より高いＪｅを有する酸化物超電導線材を提供する。
【解決手段】配向金属基板上に、中間層、酸化物超電導層、銀安定化層が、順に形成された単位超電導線材が複数本集合されている酸化物超電導線材。上記集合された単位超電導線材と、補強材からなる酸化物超電導線材。少なくとも上下の表面に、銅保護層が設けられている酸化物超電導線材。３本以上の前記単位超電導線材が集合されている酸化物超電導線材。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化物超電導線材に関し、詳しくは、超電導特性に優れ、特に、実効臨界電流密度Ｊｅが高い酸化物超電導線材に関する。

液体窒素の温度で超電導性を有する高温超電導体の発見以来、ケーブル、限流器、マグネットなどの電力機器への応用を目指した高温超電導線材の開発が活発に行われている。中でも、金属基板上に配向した酸化物超電導層が形成されている多層型の酸化物超電導線材が注目されている。

このような酸化物超電導線材は金属基板、中間層、超電導層、保護層からなっており、各層の製造方法としては、金属有機化合物の溶液を塗布し熱処理により結晶化を行うＭＯＤ法などの固相法や、真空中などの気相中で金属基板上に配向酸化物超電導膜を成膜する気相法などがある（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１６５１５３号公報

更なる応用範囲拡大のためには、より高い線材全断面積当たりの臨界電流密度、（実効臨界電流密度Ｊｅ）が求められ、従来技術ではこの要求に応えることが困難となっている。

そこで、本発明は、従来の方法を用いて作製された酸化物超電導線材に比べ、より高いＪｅを有する酸化物超電導線材を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するために、種々の実験と検討を行った。

最初に、酸化物超電導層の厚膜化につき検討を行った。しかし、この方法の場合、ある厚み（約２μｍ程度）を越えると、Ｉｃが飽和しＪｅの向上に繋がらないことが分かった。また、膜厚が厚くなるに従って、酸化物超電導層の超電導特性を高い状態で維持し形成することが困難になり、製造コストの上昇を招くという問題もあった。

次に、基板の薄肉化につき検討を行った。即ち、基板を薄肉化することにより、Ｊｅを上昇させることができると考えた。しかし、一方で、基板の薄肉化は強度の低下を招くため、薄肉化には限界があり、またこの方法では、Ｊｅの大きな上昇が期待できないという事が分かった。

また、薄肉化した基板を用いた酸化物超電導線材を積層することも考えられたが、この方法は、単に、同じＪｅの酸化物超電導線材を単位として積層しているため、臨界電流値Ｉｃは上昇するものの、Ｊｅの上昇は望めないという問題があった。

次に、本発明者は、酸化物超電導線材自体の構造に着目した。即ち、従来の酸化物超電導線材は、金属基板、中間層、酸化物超電導層、銀安定化層、銅保護層から構成されているが、これらの内、金属基板および銅保護層はＪｅ特性には直接的には寄与しないことに着目した。

そして、上記した従来の構造の酸化物超電導線材と異なり、配向した十分薄い金属基板上に、中間層、酸化物超電導層、銀安定化層が設けられた、補強金属板および銅保護層のない酸化物超電導線材を形成し、これを単位（単位超電導線材）として複数本を集合し、貼り合わせた場合、高いＪｅの酸化物超電導層を得ることができると考えた。

そして、この単位超電導線材を集合させた後、補強層を設けることにより高い機械強度と、高いＪｅを両立した酸化物超電導線材を得ることができると考えた。

即ち、従来の構造の酸化物超電導線材を積層した場合には、各層が酸化物超電導線材に占める比率は積層しても変わらないため、Ｊｅの向上は見られない。これに対して、上記の場合には、補強層がない単位超電導線材を集合し、任意に補強層を設けることができるため、積層数が増加するにつれて、超電導特性の向上に寄与しない補強層の酸化物超電導線材に占める比率が低下していく。その一方、超電導特性の向上に寄与する超電導層などの比率は上昇していく。この結果、従来の酸化物超電導線材に比べ、高いＪｅを持つ酸化物超電導層を得ることができる。

そして、実験の結果、この方法を採用することにより、上記課題が解決できることが確認でき、本発明を完成するに至った。

なお、層状に集合させる方法としては、例えば、溶融半田を介して貼り合せる方法、研磨が施され平滑となった面を更にアルゴンエッチングなどにより清浄化した超電導線材を複数枚つくり、清浄化した面を互いに接触させ、圧力を加え原子間力により両者を接合する方法、互いの表面を接触させ熱により元素拡散を起こさせ接合する方法などを挙げることができるが、これらの方法の内、溶融半田を介して貼り合せる方法は、安価な設備で容易に貼り合わせる事ができるため好ましい。

配向金属基板としては、例えば、銅、銀、ニッケルとそれらの合金などを挙げることができる。

補強材としては、ＳＵＳ、ハステロイ（登録商標）などのニッケル合金、鉄合金、銅合金、銀合金などやそれらの単体金属からなる金属板を挙げることができ、その厚み、材質は用途に合わせて適宜設定される。

本発明は上記の知見に基づくものであり、請求項１に記載の発明は、
配向金属基板上に、中間層、酸化物超電導層、銀安定化層が、順に形成された単位超電導線材が複数本集合されていることを特徴とする酸化物超電導線材である。

また、請求項２に記載の発明は、
前記単位超電導線材の集合物と、補強材からなってい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である。

請求項３に記載の発明は、
少なくとも上下の表面に、銅保護層が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸化物超電導線材である。

銅保護層を設けることにより、酸化物超電導線材の超電導特性をより安定化させることや周囲の環境からの保護、クエンチ時の急昇温による破損からの保護などが期待できる。

請求項４に記載の発明は、
３本以上の前記単位超電導線材が集合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材である。

前記したとおり、集合数が増加するにつれて、補強層の酸化物超電導線材に占める比率が低下し、超電導層などの比率は上昇していくため、高いＪｅの酸化物超電導層を得ることができる。そして、この効果は、従来技術に比べ、集合数が２から３に変わるところで大きい。このように、３本以上の単位超電導線材を集合することにより、本発明の効果が顕著に発揮される。

本発明によれば、従来の方法を用いて作製された酸化物超電導線材に比べ、より高いＪｅを有する酸化物超電導線材を提供することができる。

本発明に係る酸化物超電導線材の構成の概略を模式的に示す断面図である。

以下、本発明を実施例に基づき詳しく説明する。

（実施例１）
１．酸化物超電導線材の構成
図１は、本実施例における酸化物超電導線材の構成の概略を模式的に示す断面図である。図１において、１は酸化物超電導線材であり、８本の単位超電導線材が半田を用いて層状に集合されている。なお、図１には、単位超電導線材は、最初の２層２ａ、２ｂと最後の１層の２ｃだけを記載している。

各単位超電導線材は、配向金属基板２１、中間層２２、酸化物超電導層２３、銀安定化層２４から構成されている。

２．酸化物超電導線材の作製
本実施例における酸化物超電導線材１は、以下の手順により作製された。

（１）単位超電導線材の作製
先ず、配向金属基板２１として、厚み２０μｍのＣｕ箔の上に厚み２μｍのＮｉめっきが施されたクラッドタイプの配向金属基板を準備した（幅：１０ｍｍ）。

次に、配向金属基板２１の上に、スパッタリング法を用いて、ＣｅＯ_２／ＹＳＺ／ＣｅＯ_２の３層構造からなる厚み０．５μｍの中間層２２を形成した。

次に、中間層２２の上に、レーザー蒸着法を用いて、厚み０．５μｍの酸化物超超電導層２３（ＧｄＢＣＯ）を形成した。

次に、酸化物超超電導層２３の上に、スパッタリング法を用いて、厚み２μｍの銀安定化層２４を形成し、総厚２５μｍの単位超電導線材の作製を完了した。この銀安定化層２４は、積層に際して、酸化物超超電導層２３と、次の単位超電導線材の配向金属基板２１のＣｕ層との間での反応を防止するために設けた。

（２）酸化物超電導線材の作製
前記の単位超電導線材の８本を、半田を用いて貼り合わせ、最後に全周を銅めっきで覆い、総厚み約２３０μｍの酸化物超電導線材１を得た。

（比較例１）
厚み５０μｍのＳＵＳ板の上に、実施例の単位超電導線材の作製方法と同様にして、配向金属基板、中間層、酸化物超超電導層を形成して、総厚７５μｍの酸化物超電導線材を作製し、さらに銀安定化層および銅保護層を設け、従来技術で超電導線材を作製した。その後、実施例と厚みを合わせるために、これを３本積層し半田にて張り合わせ、銅めっきにて全周を覆い、総厚み約２３０μｍの酸化物超電導線材を得た。

３．評価
実施例１において作製された単位超電導線材のＩｃを測定したところ１００Ａであった。そして、実施例１において作製された酸化物超電導線材のＩｃは８００Ａ（１００Ａ×８）、比較例１において作製された酸化物超電導線材のＩｃは３００Ａ（１００Ａ×３）であった。

このように、本発明においては、超電導特性の向上には直接的には寄与しないＳＵＳ板がない単位超電導線材を層状に集合させているため、従来の酸化物超電導線材を積層した場合に比べ、同じ厚さであっても、遙かに多くの単位超電導線材を集合させることができ、補強層の酸化物超電導線材に占める比率を大きく低下させることができる。その結果、従来の酸化物超電導線材に比べ大きなＩｃを得ることができ、結果、従来の酸化物超電導線材に比べ高いＪｅを有する酸化物超電導線材を提供することができる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均などの範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１ 酸化物超電導線材
２ａ、２ｂ、２ｃ 単位超電導線材
２１ 配向金属基板
２２ 中間層
２３ 酸化物超電導層
２４ 銀安定化層

Claims (4)

1. 配向金属基板上に、中間層、酸化物超電導層、銀安定化層が、順に形成された単位超電導線材が複数本集合されていることを特徴とする酸化物超電導線材。
2. 前記単位超電導線材の集合物と、補強材からなってい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。
3. 少なくとも上下の表面に、銅保護層が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸化物超電導線材。
4. ３本以上の前記単位超電導線材が集合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。

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