JP2015198017A - 酸化物超電導薄膜線材 - Google Patents
酸化物超電導薄膜線材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015198017A JP2015198017A JP2014075570A JP2014075570A JP2015198017A JP 2015198017 A JP2015198017 A JP 2015198017A JP 2014075570 A JP2014075570 A JP 2014075570A JP 2014075570 A JP2014075570 A JP 2014075570A JP 2015198017 A JP2015198017 A JP 2015198017A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- thin film
- oxide superconducting
- film wire
- superconducting thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 107
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 28
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 16
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 238000005304 joining Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 44
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 19
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000954177 Bangana ariza Species 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- -1 etc. Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
【課題】冷却時のクラックの発生や、ハンダ接合された酸化物超電導薄膜線材に電流を印加した際における接合部の焼損の発生を確実に防止することができる酸化物超電導薄膜線材を提供する。【解決手段】金属基板上にセラミック製の中間層が形成された２軸配向性の基板と、基板上に形成された酸化物超電導層と、酸化物超電導層上に形成されたＡｇ保護層と、基板、酸化物超電導層、Ａｇ保護層を積層させた積層体の外周に形成されたＣｕ安定化層とを備え、積層体の外周に形成された前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで０．５〜５０μｍである酸化物超電導薄膜線材。Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで１〜２５μｍである酸化物超電導薄膜線材。【選択図】図１
Description
本願発明は、レア・アース系の酸化物超電導層を有する酸化物超電導薄膜線材に関する。
液体窒素の温度で超電導性を有する高温超電導材料の発見以来、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。中でも基板上にレア・アース系の酸化物超電導材料の薄膜（酸化物超電導層）を形成させた酸化物超電導薄膜線材が注目されている。
酸化物超電導薄膜線材は、一般的に金属基板上にセラミック製の中間層が形成された２軸配向性の基板と、前記基板上にエピタキシャル成長によって形成されたＲＥＢＣＯ（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ：ＲＥはレア・アース）で示される酸化物超電導材料などからなる酸化物超電導層（以下、単に「超電導層」ともいう）と、前記超電導層上に気相成長によって形成された銀（Ａｇ）保護層と、線材の外周にめっきによって形成された銅（Ｃｕ）安定化層とを備えている（例えば特許文献１）。
そして、このような酸化物超電導薄膜線材は、通常複数本の線材の端部同士を接続することにより長尺にして使用される。この接続方法として、酸化物超電導薄膜線材の端部同士を重ね合わせてハンダを介して接合するハンダ接合が広く用いられている（例えば特許文献２、３）。
しかしながら、従来の酸化物超電導薄膜線材は、曲げた状態で液体窒素冷却した際に、表面にクラックが入ることがあった。また、ハンダ接合された酸化物超電導薄膜線材に電流を印加した際に、接合部が焼損してしまう恐れがあった。
そこで、本願発明は、冷却時のクラックの発生や、ハンダ接合された酸化物超電導薄膜線材に電流を印加した際における接合部の焼損の発生を確実に防止することができる酸化物超電導薄膜線材を提供することを課題とする。
本願発明は、
金属基板上にセラミック製の中間層が形成された２軸配向性の基板と、
前記基板上に形成された酸化物超電導層と、
前記酸化物超電導層上に形成されたＡｇ保護層と、
前記基板、前記酸化物超電導層、前記Ａｇ保護層を積層させた積層体の外周に形成されたＣｕ安定化層とを備え、
前記積層体の外周に形成された前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで０．５〜５０μｍである酸化物超電導薄膜線材である。
金属基板上にセラミック製の中間層が形成された２軸配向性の基板と、
前記基板上に形成された酸化物超電導層と、
前記酸化物超電導層上に形成されたＡｇ保護層と、
前記基板、前記酸化物超電導層、前記Ａｇ保護層を積層させた積層体の外周に形成されたＣｕ安定化層とを備え、
前記積層体の外周に形成された前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで０．５〜５０μｍである酸化物超電導薄膜線材である。
本願発明によれば、冷却時のクラックの発生や、ハンダ接合された酸化物超電導薄膜線材に電流を印加した際における接合部の焼損の発生を確実に防止することができる酸化物超電導薄膜線材を提供することができる。
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態を列記して説明する。
最初に本願発明の実施形態を列記して説明する。
（１）本願発明の実施形態は、
金属基板上にセラミック製の中間層が形成された２軸配向性の基板と、
前記基板上に形成された酸化物超電導層と、
前記酸化物超電導層上に形成されたＡｇ保護層と、
前記基板、前記酸化物超電導層、前記Ａｇ保護層を積層させた積層体の外周に形成されたＣｕ安定化層とを備え、
前記積層体の外周に形成された前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで０．５〜５０μｍである酸化物超電導薄膜線材である。
金属基板上にセラミック製の中間層が形成された２軸配向性の基板と、
前記基板上に形成された酸化物超電導層と、
前記酸化物超電導層上に形成されたＡｇ保護層と、
前記基板、前記酸化物超電導層、前記Ａｇ保護層を積層させた積層体の外周に形成されたＣｕ安定化層とを備え、
前記積層体の外周に形成された前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで０．５〜５０μｍである酸化物超電導薄膜線材である。
本発明者は、冷却時のクラックの発生や、ハンダ接合された酸化物超電導薄膜線材に電流を印加した際における接合部の焼損の発生について種々の検討を行った結果、Ｃｕ安定化層の表面粗さが、上記した冷却時のクラックの発生や接合部の焼損に影響していることを見出した。
即ち、Ｃｕ安定化層の表面粗さが大きすぎる場合、曲げた状態で液体窒素冷却した際に、その部分を起点として、Ｃｕ安定化層にクラックが発生する。
一方、Ｃｕ安定化層の表面粗さが小さすぎて表面が平滑すぎる場合、線材の端部同士をハンダ接合する際、ハンダのぬれ性が悪くなりハンダと線材との密着性が低下する。この結果、線材の接合部における接触抵抗が増大して電流印加時に接合部が焼損する。
そして、さらに検討を重ねた結果、具体的には、Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで５０μｍを超えると冷却時にクラックが発生することがあり、０．５μｍを下廻ると接触抵抗の増大による接合部の焼損が発生するが、最大高さＲｚで０．５〜５０μｍであれば、これらが発生しないことが分かった。
本実施の形態の酸化物超電導薄膜線材は、Ｃｕ安定化層の上面および下面の表面粗さが上記した適切な範囲に調整されているため、クラックの基点を無くして冷却時のクラックの発生を確実に防止することができると共に、酸化物超電導薄膜線材をハンダ接合する際に充分なハンダのぬれ性を確保して接合部における接触抵抗の増大を抑制することにより、電流を印加した際における接合部の焼損の発生を確実に防止することができる。
なお、酸化物超電導薄膜線材は、一般的に厚みが０．１〜０．３ｍｍ程度であり、側面の面積が極めて小さいため、側面において最大高さＲｚを測定することは困難である。このため、本実施形態においては、上面および下面の最大高さＲｚを指標として用いている。
（２）そして、前記酸化物超電導薄膜線材は、
前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで１〜２５μｍであることが好ましい。
前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで１〜２５μｍであることが好ましい。
上記したように、最大高さＲｚで０．５〜５０μｍであれば、冷却時のクラックや接合部の焼損が発生しないが、１〜２５μｍであると、より確実に冷却時のクラックや接合部の焼損を防止することができる。
（３）また、前記酸化物超電導薄膜線材は、
前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２０１３の算術平均粗さＲａで０．０５〜１μｍであることが好ましい。
前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２０１３の算術平均粗さＲａで０．０５〜１μｍであることが好ましい。
上記した酸化物超電導薄膜線材は、通常裸線のままではなく、Ｃｕ安定化層の周囲を電気絶縁用の樹脂でコートして使用される。このとき、Ｃｕ安定化層の表面粗さが大きすぎる場合、Ｃｕ安定化層と樹脂コートとの間に隙間ができ、この隙間に滲み込んだ冷媒（液体窒素）が室温復帰時に気化するため、膨れが発生する。一方、表面粗さが小さすぎて表面が平滑すぎる場合、Ｃｕ安定化層と樹脂コートとの密着性が低下して樹脂コートの剥がれが発生する。
本実施形態の酸化物超電導薄膜線材は、Ｃｕ安定化層の上面および下面の表面粗さを、最大高さＲｚについて規定すると共に、算術平均粗さＲａについても規定している。具体的には、算術平均粗さＲａを０．０５〜１μｍに規定している。これにより、上記した冷却時のクラックや接合部の焼損の発生を防止することに加えて、樹脂コートの膨れや剥がれの発生についても確実に防止することができる。
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本願発明を実施形態に基づき、図面を参照して説明する。なお、本願発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。
以下、本願発明を実施形態に基づき、図面を参照して説明する。なお、本願発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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．酸化物超電導薄膜線材
はじめに酸化物超電導薄膜線材について説明する。本実施形態の酸化物超電導薄膜線材は、Ｃｕ安定化層の上面と下面のＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１で規定された最大高さＲｚが０．５〜５０μｍであること以外は、基本的には従来の一般的な酸化物超電導薄膜線材と同じである。
はじめに酸化物超電導薄膜線材について説明する。本実施形態の酸化物超電導薄膜線材は、Ｃｕ安定化層の上面と下面のＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１で規定された最大高さＲｚが０．５〜５０μｍであること以外は、基本的には従来の一般的な酸化物超電導薄膜線材と同じである。
上記したように、本実施形態の酸化物超電導薄膜線材は、酸化物超電導薄膜線材のＣｕ安定化層の上面および下面の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで０．５〜５０μｍ、好ましくは、１〜２５μｍとすることにより、冷却時のクラックの発生を抑制することができると共に、ハンダと線材との密着性を充分に確保して接触抵抗の増大による接合部の焼損を確実に防止することができる。
図１は本実施形態の酸化物超電導薄膜線材の構成を模式的に示す横断面図である。酸化物超電導薄膜線材１は、金属基板１１上にセラミック製の中間層１２が形成された２軸配向性の基板と、前記基板上にエピタキシャル成長によって形成された超電導層１３と、超電導層１３上に形成されたＡｇ保護層１４と、金属基板１１、中間層１２、超電導層１３、Ａｇ保護層１４を積層させた積層体の外周を被覆するように形成されたＣｕ安定化層１５とを備えている。なお、１６と１７はそれぞれＣｕ安定化層１５の上面と下面であり、１８は側面である。
また、酸化物超電導薄膜線材１は、一般的に幅が４〜１０ｍｍ、厚みが０．０５〜０．２ｍｍのサイズの酸化物超電導薄膜線材が用いられ、好ましい一例として、幅が４ｍｍであり、厚みが０．１ｍｍの酸化物超電導薄膜線材が挙げられる。
（１）金属基板
金属基板１１には表面が２軸配向している配向金属基板、もしくはＳＵＳ、ハステロイ基板が用いられる。配向金属基板としては、具体的にはＮｉ合金基板、ＳＵＳやハステロイをベース金属とし、Ｃｕ、Ｎｉなどを貼り合わせたクラッドタイプの金属基板などが挙げられる。
金属基板１１には表面が２軸配向している配向金属基板、もしくはＳＵＳ、ハステロイ基板が用いられる。配向金属基板としては、具体的にはＮｉ合金基板、ＳＵＳやハステロイをベース金属とし、Ｃｕ、Ｎｉなどを貼り合わせたクラッドタイプの金属基板などが挙げられる。
（２）中間層
金属基板１１として配向金属基板が用いられる場合、中間層１２は、金属基板１１側から順に金属基板１１の配向を引き継いでエピタキシャル成長させるためのシード層（種層）、金属基板１１の金属元素が超電導層１３側に拡散するのを防止するためのバリア層（拡散防止層）、超電導層１３と格子整合性を有し、超電導層１３をエピタキシャル成長させるためのキャップ層（格子整合層）の多層構造で形成されており、例えば、Ｙ２Ｏ３、ＹＳＺ、ＣｅＯ２の３層構造の中間層が好ましく用いられ、例えばＲＦスパッタ法を用いて形成される。
金属基板１１として配向金属基板が用いられる場合、中間層１２は、金属基板１１側から順に金属基板１１の配向を引き継いでエピタキシャル成長させるためのシード層（種層）、金属基板１１の金属元素が超電導層１３側に拡散するのを防止するためのバリア層（拡散防止層）、超電導層１３と格子整合性を有し、超電導層１３をエピタキシャル成長させるためのキャップ層（格子整合層）の多層構造で形成されており、例えば、Ｙ２Ｏ３、ＹＳＺ、ＣｅＯ２の３層構造の中間層が好ましく用いられ、例えばＲＦスパッタ法を用いて形成される。
金属基板１１としてＳＵＳ、ハステロイ基板が用いられる場合、中間層１２は、ＩＢＡＤ（Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法にて形成する結晶配向層、超電導層１３をエピタキシャル成長させるためのキャップ層の多層構造で形成されており、例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＣｅＯ２が好ましく用いられる。
（３）超電導層
超電導層１３は、エピタキシャル成長によって２軸配向させた例えばレア・アース系の酸化物超電導材料で形成され、具体的には、例えばＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ）やＧｄＢＣＯ（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ）が用いられる。超電導層１３の形成にはＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＯＤ（塗布熱分解）法などの方法が用いられる。
超電導層１３は、エピタキシャル成長によって２軸配向させた例えばレア・アース系の酸化物超電導材料で形成され、具体的には、例えばＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ）やＧｄＢＣＯ（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ）が用いられる。超電導層１３の形成にはＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＯＤ（塗布熱分解）法などの方法が用いられる。
（４）Ａｇ保護層
超電導層１３上にＡｇ保護層１４が設けられている。Ａｇ保護層１４の形成には例えばスパッタ法が用いられる。なお、Ａｇ保護層１４の形成後、必要に応じて酸素雰囲気中で熱処理（酸素アニール）が行われる。
超電導層１３上にＡｇ保護層１４が設けられている。Ａｇ保護層１４の形成には例えばスパッタ法が用いられる。なお、Ａｇ保護層１４の形成後、必要に応じて酸素雰囲気中で熱処理（酸素アニール）が行われる。
（５）Ｃｕ安定化層
Ｃｕ安定化層１５は、金属基板１１上に、中間層１２、超電導層１３、Ａｇ保護層１４を積層させた積層体の外周にめっき処理を行うことにより形成される。本実施形態において、このＣｕ安定化層１５は、上面１６と下面１７の表面粗さが、最大高さＲｚで０．５〜５０μｍに設定されている。
Ｃｕ安定化層１５は、金属基板１１上に、中間層１２、超電導層１３、Ａｇ保護層１４を積層させた積層体の外周にめっき処理を行うことにより形成される。本実施形態において、このＣｕ安定化層１５は、上面１６と下面１７の表面粗さが、最大高さＲｚで０．５〜５０μｍに設定されている。
このような表面粗さは、例えば、Ｃｕ安定化層１５を形成するめっきの条件を調整することにより得ることができる。具体的なめっき条件は例えば以下の通りである。
・めっき液
組成：硫酸銅 １００ｇ／ｌ
硫酸 １５０ｇ／ｌ
・電流密度：１〜１０Ａ／ｄｍ２
組成：硫酸銅 １００ｇ／ｌ
硫酸 １５０ｇ／ｌ
・電流密度：１〜１０Ａ／ｄｍ２
上記した条件でめっき処理することにより、上面１６及び下面１７の最大高さＲｚが０．５〜５０μｍのＣｕ安定化層１５を形成することができる。
なお、上記しためっきにより上面１６及び下面１７の表面粗さを調整することに替えて、Ｃｕ安定化層１５を形成した後、上面１６及び下面１７に機械研磨等を施すことにより、上面１６及び下面１７の最大高さＲｚを０．５〜５０μｍに調整してもよい。
また、Ｃｕ安定化層１５の上面１６および下面１７の表面粗さは、上記したとおり、樹脂コートの膨れや剥がれの発生を防止するという観点から、最大高さＲｚで０．５〜５０μｍであることに加えて、算術平均粗さＲａで０．０５〜１μｍであることが好ましく、０．１〜０．５μｍであるとより好ましい。
２．ハンダ接合された酸化物超電導薄膜線材
次に、ハンダ接合された酸化物超電導薄膜線材について説明する。図２は本実施形態の酸化物超電導薄膜線材の接合部を模式的に示す側面図である。図２では、２本の酸化物超電導薄膜線材１の長手方向の端部同士を重ね合わせてハンダ２１により接合することにより接合部が形成されている。
次に、ハンダ接合された酸化物超電導薄膜線材について説明する。図２は本実施形態の酸化物超電導薄膜線材の接合部を模式的に示す側面図である。図２では、２本の酸化物超電導薄膜線材１の長手方向の端部同士を重ね合わせてハンダ２１により接合することにより接合部が形成されている。
このようにして接合部が形成された酸化物超電導薄膜線材は、上面および下面の最大高さＲｚが適切に調整されているＣｕ安定化層１５同士をハンダにより接合しているため、冷却時のクラックの発生を確実に防止した上で、ハンダのぬれ性の低下を充分に抑制して、ハンダと線材との密着性を充分に確保することができ、接触抵抗の増大による接合部の焼損を確実に防止することができる。
３．樹脂コートされた酸化物超電導薄膜線材
次に、樹脂コートされた酸化物超電導薄膜線材について説明する。図３は樹脂コートされた酸化物超電導薄膜線材の構成を模式的に示す横断面図である。この酸化物超電導薄膜線材は、Ｃｕ安定化層１５の外表面全体が樹脂コート３１で被覆されている。
次に、樹脂コートされた酸化物超電導薄膜線材について説明する。図３は樹脂コートされた酸化物超電導薄膜線材の構成を模式的に示す横断面図である。この酸化物超電導薄膜線材は、Ｃｕ安定化層１５の外表面全体が樹脂コート３１で被覆されている。
樹脂コート３１には、材質がポリイミド、エポキシ樹脂などの電気絶縁性の樹脂が用いられ、肉厚が５〜２０μｍになるようにＣｕ安定化層１５の外表面に形成される。
コート方法には、原料樹脂を液状にしてＣｕ安定化層１５の外表面に塗布した後、加熱または光照射により硬化させる方法などが好ましく用いられる。このようにして樹脂がコートされた酸化物超電導薄膜線材において、Ｃｕ安定化層１５の上面１６および下面１７の表面粗さが、算術平均粗さＲａで０．０５〜１μｍに制御されていると、樹脂コート３１の膨れや剥がれの発生が確実に防止されて、樹脂コート３１による絶縁性を充分に発揮させることができる。
［実験例］
次に、実験例に基づき、本願発明をより具体的に説明する。
次に、実験例に基づき、本願発明をより具体的に説明する。
１．酸化物超電導薄膜線材の作製
最初に、金属基板として、厚み１００μｍ、幅３０ｍｍ、長さ１００ｍのＳＵＳ／Ｃｕ／Ｎｉクラッド材を用意した。
最初に、金属基板として、厚み１００μｍ、幅３０ｍｍ、長さ１００ｍのＳＵＳ／Ｃｕ／Ｎｉクラッド材を用意した。
次に、金属基板上に、スパッタ法を用いて、厚み０．５μｍの３層構造の中間層（Ｙ２Ｏ３：０．２μｍ、ＹＳＺ：０．２μｍ、ＣｅＯ２：０．１μｍ）を形成した。
次に、ＰＬＤ法を用いてＧｄＢＣＯ酸化物超電導層（厚み４μｍ）を形成した後、スパッタ法を用いてＡｇ安定化層（厚み５μｍ）を形成して積層体とし、幅広の酸化物超電導薄膜線材を作製した。そして、幅広の酸化物超電導薄膜線材を幅４ｍｍに細線化した。
そして、細線化した積層体の外周に、以下に示す条件でめっき処理を行い、電流密度を調整することにより、表１のそれぞれに示す最大高さＲｚでＣｕ安定化層を形成して、実験例１〜７の試験体を作製した。
・めっき液
組成：硫酸銅 １００ｇ／ｌ
硫酸 １５０ｇ／ｌ
・電流密度：１〜１０Ａ／ｄｍ２
組成：硫酸銅 １００ｇ／ｌ
硫酸 １５０ｇ／ｌ
・電流密度：１〜１０Ａ／ｄｍ２
２．評価
（１）クラック有無評価試験
次に、各実験例の酸化物超電導薄膜線材を、超電導層が外側になるように曲げ径１０ｃｍの曲げを加えた状態で冷却し、５分後に取り出して室温に戻し、クラックの発生の有無を確認した。結果を表１に示す。
（１）クラック有無評価試験
次に、各実験例の酸化物超電導薄膜線材を、超電導層が外側になるように曲げ径１０ｃｍの曲げを加えた状態で冷却し、５分後に取り出して室温に戻し、クラックの発生の有無を確認した。結果を表１に示す。
（２）焼損試験
７７Ｋ，自己磁場下での臨界電流値Ｉｃが４５０〜５００Ａ／ｃｍである各実験例の酸化物超電導薄膜線材を２本用意して、図２に示すように、ハンダを介して端部同士を接合した後、接合された酸化物超電導薄膜線材の両端より電流を徐々に大きくして印加し、接合部に焼損が発生したときの電流値を測定した。なお、流す電流の最大値は、２本の線材のうちＩｃの小さい方のＩｃに相当する値までとした。結果を表１に示す。
７７Ｋ，自己磁場下での臨界電流値Ｉｃが４５０〜５００Ａ／ｃｍである各実験例の酸化物超電導薄膜線材を２本用意して、図２に示すように、ハンダを介して端部同士を接合した後、接合された酸化物超電導薄膜線材の両端より電流を徐々に大きくして印加し、接合部に焼損が発生したときの電流値を測定した。なお、流す電流の最大値は、２本の線材のうちＩｃの小さい方のＩｃに相当する値までとした。結果を表１に示す。
表１より、最大高さＲｚが５０μｍ以下の実験例１〜６は、冷却時のクラックの基点となるような部位が無いため、クラックの発生を防止できることが確認された。
また、最大高さＲｚが０．５μｍ以上の実験例２〜７は、ハンダを介して接合した際に、接合部における接触抵抗が抑制されており、接合した２本の線材のうちＩｃの小さい方のＩｃ値に相当する電流を流した場合でも、接合部の焼損の発生が適切に防止できることが確認された。
このことから、Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、最大高さＲｚで０．５〜５０μｍである実験例２〜６の場合、冷却時のクラック発生と、接合部の焼損の発生の両方を確実に防止できることが確認された。
さらに、Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、最大高さＲｚで１μｍ未満、または２５μｍよりも大きい場合、上記した冷却と室温に戻す操作が１回ではクラックの発生が見られなかったが、複数回繰り返すと発生していることがあった。一方、最大高さＲｚが１〜２５μｍである実験例３〜５の場合には、複数回繰り返した場合でもクラックの発生が見られなかった。
そして、実験例２〜６の表面粗さを、算術平均粗さＲａで測定した結果、実験例２〜４は、算術平均粗さＲａも０．０５〜１μｍの範囲内であり、Ｃｕ安定化層の外表面に樹脂コートを形成しても、樹脂コートの膨れや剥がれの発生も確実に防止できることが確認された。
そして、上記の結果は、酸化物超電導層をＧｄＢＣＯ酸化物超電導層からＹＢＣＯ酸化物超電導層に変更しても、ＧｄＢＣＯ酸化物超電導層の場合と同様であった。
本願発明は、レア・アース系などの酸化物超電導層を備える酸化物超電導薄膜線材において、冷却時のクラックや接合部の焼損の発生を確実に防止することを可能にするものであり、酸化物超電導薄膜線材の実用化の一層の推進に寄与する。
１ 酸化物超電導薄膜線材
１１ 金属基板
１２ 中間層
１３ 超電導層
１４ Ａｇ保護層
１５ Ｃｕ安定化層
１６ 上面
１７ 下面
１８ 側面
２１ ハンダ
３１ 樹脂コート
１１ 金属基板
１２ 中間層
１３ 超電導層
１４ Ａｇ保護層
１５ Ｃｕ安定化層
１６ 上面
１７ 下面
１８ 側面
２１ ハンダ
３１ 樹脂コート
Claims (3)
- 金属基板上にセラミック製の中間層が形成された２軸配向性の基板と、
前記基板上に形成された酸化物超電導層と、
前記酸化物超電導層上に形成されたＡｇ保護層と、
前記基板、前記酸化物超電導層、前記Ａｇ保護層を積層させた積層体の外周に形成されたＣｕ安定化層とを備え、
前記積層体の外周に形成された前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで０．５〜５０μｍである酸化物超電導薄膜線材。 - 前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１の最大高さＲｚで１〜２５μｍである請求項１に記載の酸化物超電導薄膜線材。
- 前記Ｃｕ安定化層の上面と下面の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２０１３の算術平均粗さＲａで０．０５〜１μｍである請求項１または請求項２に記載の酸化物超電導薄膜線材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014075570A JP6311209B2 (ja) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | 酸化物超電導薄膜線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014075570A JP6311209B2 (ja) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | 酸化物超電導薄膜線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015198017A true JP2015198017A (ja) | 2015-11-09 |
| JP6311209B2 JP6311209B2 (ja) | 2018-04-18 |
Family
ID=54547589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014075570A Active JP6311209B2 (ja) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | 酸化物超電導薄膜線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6311209B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021070810A1 (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 株式会社フジクラ | 酸化物超電導線材 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012001790A (ja) * | 2010-06-18 | 2012-01-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜線材のセラミックス層形成方法 |
| WO2013129568A1 (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-06 | 株式会社フジクラ | 超電導線材および超電導コイル |
-
2014
- 2014-04-01 JP JP2014075570A patent/JP6311209B2/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012001790A (ja) * | 2010-06-18 | 2012-01-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 酸化物超電導薄膜線材のセラミックス層形成方法 |
| WO2013129568A1 (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-06 | 株式会社フジクラ | 超電導線材および超電導コイル |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021070810A1 (ja) * | 2019-10-09 | 2021-04-15 | 株式会社フジクラ | 酸化物超電導線材 |
| US11756709B2 (en) | 2019-10-09 | 2023-09-12 | Fujikura Ltd. | Oxide superconducting wire |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6311209B2 (ja) | 2018-04-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5693784B2 (ja) | 超電導線材および超電導コイル | |
| JP5806302B2 (ja) | 交流損失を低減したマルチフィラメント超伝導体とその形成方法 | |
| JP5568361B2 (ja) | 超電導線材の電極部接合構造、超電導線材、及び超電導コイル | |
| KR102362674B1 (ko) | 증가된 공학 전류 밀도들을 가지는 라미네이팅된 고온 초전도 배선들 | |
| US20190172612A1 (en) | Oxide superconducting wire | |
| JP2012216504A (ja) | 高温超電導線材および高温超電導コイル | |
| JP2021504909A (ja) | 接合された超電導テープ | |
| JP6012658B2 (ja) | 酸化物超電導線材とその製造方法 | |
| RU2518505C1 (ru) | Ленточный втсп-провод | |
| JP5548441B2 (ja) | 超電導接続構造体および超電導線材の接続方法、超電導コイル装置 | |
| JP5695509B2 (ja) | 超電導線材およびその製造方法 | |
| JP2012256744A (ja) | 超電導コイル | |
| JP6307987B2 (ja) | 酸化物超電導薄膜線材 | |
| WO2013153973A1 (ja) | 補強材付き酸化物超電導線材 | |
| JP6329736B2 (ja) | 積層パンケーキ型超電導コイル及びそれを備えた超電導機器 | |
| JP6311209B2 (ja) | 酸化物超電導薄膜線材 | |
| KR102668419B1 (ko) | 다중 초전도층을 가지는 고온초전도선재 | |
| JP2011040176A (ja) | 超電導テープ線およびそれを用いた超電導コイル | |
| JP6069269B2 (ja) | 酸化物超電導線材、超電導機器及び酸化物超電導線材の製造方法 | |
| JP2012064495A (ja) | 被覆超電導線材の製造方法、超電導線材被覆の電着方法、及び、被覆超電導線材 | |
| JP5694866B2 (ja) | 超電導線材 | |
| JP5417164B2 (ja) | 超電導線材の修復方法及び修復構造を有する超電導線材 | |
| JP2018206670A (ja) | 酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法 | |
| JP2014002833A (ja) | 酸化物超電導線材およびその製造方法 | |
| JP5663244B2 (ja) | エナメル被覆超電導線材の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161025 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170712 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170724 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170908 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180219 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180304 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6311209 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |