JP2015525434A - 超電導層用の基材を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
−層状中実要素を提供するステップであって、層状中実要素は、
・ニッケル基合金、ハステロイ、ステンレス鋼などの下部層と、
・ガス硬化層、変形硬化層、酸化物層、窒化物層、Kapton(登録商標)薄膜、ワックス、ラッカーなどの上部層と、
を有し、
上部層は、下部層に隣接した状態において配置され、且つ、少なくとも部分的に下部層をカバーしている、ステップと、
−変形プロセスにおける形成などにより、上部層内に複数の分断ストリップを形成し、これにより、下部層の複数の露出エリアを形成するステップであって、それぞれの露出エリアは、分断ストリップに沿って形成されている、ステップと、
−上部層と下部層の間にアンダーカット容積を形成するように、露出エリアをエッチングするステップであって、それぞれのアンダーカット容積は、分断ストリップに沿って形成され、下部層のエッチングレートが上部層のエッチングレートを上回っているエッチング液が利用される、ステップと、
を有する。
−上部層内に複数の分断ストリップを形成し、これにより、下部層の複数の露出エリアを形成するステップであって、それぞれの露出エリアは、分断ストリップに沿って形成されている、ステップは、
変形プロセスを有する。特定の実施形態においては、変形プロセスは、下部層のエリアを露出させるように、上部層の一部分を上部層の面のオリジナルの位置の下方に引き下げるように、分断ストリップの一部分の下方において下部層の一部分を、圧縮するなどのように、変形させるステップを有する。
−プライマリ中実要素を提供するステップであって、プライマリ中実要素は、実質的に均一であるプライマリ上部層を有する、ステップと、
i.ガス硬化プロセスにおける硬化などのように、プライマリ上部層の上部部分を硬化させるステップと、
ii.プライマリ上部層の上部部分をドーピングするステップと、
iii.プライマリ上部層の上部部分内において酸化物層又は窒化物層を作製するステップと、
のうちのいずれか1つにより、層状中実要素の上部層を形成するステップと、
を有する。
アンダーカット容積が超電導材料及び/又はバッファ材料の個々のラインを物理的に分離するべく機能するように、
−層状中実要素の上部層及び/又は下部層上のバッファ材料の層と、
−バッファ材料上の超電導材料の層と、
を、堆積させるなどのように、配置するステップを更に有する。
−超電導材料の上部に、下部層から離れている超電導材料の面上に、などのように、超電導材料の上部に、バッファ材料の層を、堆積させるなどのように、配置するステップを更に有する。
層状中実要素であって、
・ニッケル基合金などの下部層と、
・ガス硬化層、変形硬化層、酸化物層などの上部層のラインと、
を有する層状中実要素を有し、
上部層のラインは、下部層に隣接した状態において配置され、且つ、下部層を部分的にカバーしており、
上部層のラインの間の複数の分断ストリップは、上部層のラインを分離しており、且つ、
上部層のラインと下部層の間には、アンダーカット容積が存在しており、それぞれのアンダーカット容積は、分断ストリップに沿って形成されている。
−第2の態様による基材と、
−アンダーカット容積が超電導材料の個々のラインを物理的に分離するように、基材上に、堆積されるなどのように、配置された超電導層と、
を有する。
例A−「被覆−切削−エッチングされた」テープ
A1.上部層の提供:表面層/被覆
開始材料は、Stahlwerk Ergste Westig GmbHから供給され、アニーリングされ、且つ、光輝表面仕上げを有する市販のハステロイC276テープであった。このハステロイテープは、プライマリ中実要素であるものと見なされてもよい。約100mmの長さ、約10mmの幅、及び約0.1mmの厚さという代表的な寸法を有するサンプルを、アセトン及びエタノールの混合物(10:1)を使用することにより、25分にわたって超音波槽内において洗浄し、次いで、エタノール中に浸漬し、圧縮空気によって乾燥させた。この後に、表面層/被覆(酸化物/窒化物)を成長させつつ十分な量の新鮮な空気を供給するべく、ファンを装備したオープンチューブ炉内において、800〜1000℃において、3時間にわたって、サンプルを熱処理した。表面層は、上部層であるものと見なされてもよい。石英に基づいたホルダにより、テープの側部、即ち、テープの平面と平行な2つの側部、のいずれもが、サンプルホルダとの接触状態とならないように、サンプルの直立した位置決めを可能にした。
標準的なスカルペル及びプラスチックルーラーを使用することにより、約1mmの間隔を伴って、平行な分断ラインを、酸化物/窒化物によって被覆されたテープの表面層内に、手作業で切削した。光輝ラインが視覚的検査において明瞭に明らかとなる時点まで、通常、1回又は複数回の切削を実行した。光輝ラインは、露出エリアが形成されたことを示している。標準的な紙鋏を使用することにより、約20mmの長さを有する相対的に短いサンプルを切断した。
標準的なプラスチックによって被覆された磁気攪拌機を使用することにより、50mlの20℃における15%の硝酸(HNO3)を有するガラス容器を撹拌した。長さ=50mm、幅=10mm、及び厚さ=2mmという寸法を有する1つのステンレス鋼電極をガラス容器内に配置すると共に電源の負の出力に接続した。テープの保護の端部とは反対側において位置決めされたアリゲータクリップを使用することにより、サンプルを電源の正の端部に接続した。サンプルとステンレス鋼電極の間の距離は、約20mmであった。電流計を電源とアリゲータクリップの間に挿入した。クリップとサンプルの間の十分な電気的接触を保証するべく、クリップを堅固に保持しつつ、サンプルをくねらせた。
接着性炭素パッド又は小さな金属ホルダを使用することにより、銀堆積用のサンプルを取り付けた。物理蒸着を使用することにより、例Aにおいて記述されている方法を使用して製造されたサンプルを銀層によって被覆した(Eビーム蒸着、Alcatel装置)。〜7Å/sの堆積レート及び〜6×10−6mbarの圧力において、500nmの厚さの銀層を製造した。
図9〜図13は、例Aの方法に従って提供されたサンプルを示しており、この場合には、1分間にわたって450mAを印加する15%のHNO3中におけるエッチングにより、プロファイルを生成した。銀は、図9〜図13に示されているサンプル上には、堆積されていない。
B1.表面層/被覆
A1の節を参照されたい。
この方法において分断ラインを製造する際には、プロファイル−ロールの特別な組が適用されており、且つ、図15には、ロールの概略図が示されている。
このサンプルは、120秒にわたってエッチングされていることを除いて、A3の節を参照されたい。
図16は、「例B」からの被覆及び圧延部分を使用して製造されたサンプルの平面図の走査電子顕微鏡画像を示している。表面層(酸化物層)が分断している圧延ラインが、光輝ストライプ1668として明瞭に観察される。複数の圧延ライン(光輝ライン)が、この画像内において観察され、且つ、個々のプロファイルの表面によって生成されており、即ち、それぞれの単一の湾曲したプロファイル部分は、圧延製造プロセスの結果である多くの相対的に小さなトラックから構成されている。
一般に、分断ストリップ又は露出エリアなどのプロファイルが存在していないエリア上に配置される場合には、最終的な研磨を極小化するなどのために、すべての製造方法における付加的ステップとして、Kapton(登録商標)薄膜を適用してもよい。
C1.プロファイル圧延
(ロールの10マイクロメートルなどの深さ1519を有する「刃先」を伴う/伴っていない)図15に示されているものと類似したプロファイルロールを使用することにより、被覆の前に、サンプルを圧延する。
初期(C1)圧延の後に、表面被覆を作製する(A1の節を参照されたい。或いは、例えば、Kapton(登録商標)薄膜を使用することによる)。この表面層は、サンプルの表面全体をカバーしている。
後続の切削又は切削−圧延(鋭い切削プロファイルを有するロール:図15を参照されたい)が、プロファイルの底部内において実行され、即ち、図18に示されているように、プロファイルの底部内において、プロファイル又は表面被覆の全体(即ち、上部層)の底部内において、表面被覆(即ち、上部層)の水平方向部分の小さな部分のみを除去する。
A3の節を参照されたい。
例Cと同様に、但し、恐らくは、初期プロファイル圧延(C1)を伴うことなしに、アンダーカットプロファイルの生成を要する位置において表面層を相対的に良好に開口/分断させるべく、圧延/切削−圧延の後に、更なる切削ステップが導入されている。このステップは、エッチングステップによって後続されており、A3の節を参照されたい。
上部層が、UVリソグラフ用の標準的なフォトレジスト、Kapton(登録商標)薄膜、又はスコッチテープなどの保護層によって提供されている。
下部層(例えば、ハステロイテープ)などの開始材料が、金属テープの長さに対して平行なストライプとして、Kapton(登録商標)薄膜(又は、ワックス又はラッカー)によって被覆される。ストライプは、例えば、幅が1mmであることを要し、且つ、例えば、1mmの間隔を伴って位置決めされることを要する。次いで、サンプルは、エッチングされ(A3の節を参照されたい)、洗浄され、且つ、その後に、乾燥される。次いで、更なるKapton(登録商標)薄膜ストライプ(或いは、ワックス又はラッカー)が、第1のKapton(登録商標)薄膜ストライプと同一の位置において位置決めされるが、これらのストライプは、例えば、200μmだけ幅広であり、即ち、図19に示されているように、第2Kapton(登録商標)薄膜の幅=1.2mmである。
以下の例は、以前の例のうちの1つ又は複数と組み合わせられてもよい方法ステップを有する。
この方法ステップは、例えば、A1として記述されている方法ステップを有する例との組合せにおいて、適用可能であり、この場合には、上部層は、酸化物/窒化物層である表面被覆として形成される。
表面層、即ち、上部層を除去した後に、例えば、バッファ層及び/又は超電導層の更なる堆積のために特に適用可能な滑らかな表面状態を得るべく、更なる電解研磨が必要とされる場合がある。電解質は、例えば、H3PO4、HCl、及びH2SO4、或いは、類似の電解質を有する群から選択されてもよい。
サンプル表面の大規模な電解研磨によって結果的にアンダーカットプロファイルが変化しないことを保証するべく、以下の方法を利用してもよい。
図20に示されているように、研磨されることになるエリアの小さな部分のみをカバーするように、Kapton(登録商標)薄膜などの接着剤面を有する保護薄膜をプロファイルエッジにおいて位置決めすることができる。この結果、サンプル表面は、例えば、テープ上において柔らかいブラシの組を適用することによって表面に対して堅固に装着されうる平行な薄い保護薄膜によってカバーされる。
スロットダイコーター又は代替標準被覆プロセスを使用することにより、保護ラッカー又はワックスを平行なラインとして被覆してもよい。このラッカー又はワックスは、後から、例えば、アセトン又は熱湯を使用することによって除去することができる。
−層状中実要素を提供するステップであって、層状中実要素は、
・下部層(303)と、
・上部層(316)と、
を有し、
上部層は、下部層に隣接した状態において配置され、且つ、少なくとも部分的に下部層をカバーしている、ステップと、
−上部層(316)内に複数の分断ストリップを形成し、これにより、下部層(303)の複数の露出エリア(323)を形成するステップであって、それぞれの露出エリアは、分断ストリップに沿って形成されている、ステップと、
−上部層(316)と下部層(303)の間にアンダーカット容積(330、332)を形成するように、露出エリア(323)をエッチングするステップであって、それぞれのアンダーカット容積は、分断ストリップに沿って形成されており、下部層(303)のエッチングレートが上部層(316)のエッチングレートを上回るエッチング液が利用される、ステップと、
を有する。
−上部層内に複数の分断ストリップを形成し、これにより、下部層の複数の露出エリアを形成するステップであって、それぞれの露出エリアは、分断ストリップに沿って形成されている、ステップは、変形プロセスを有する。
a.プライマリ中実要素(202)を提供するステップであって、プライマリ中実要素は、実質的に均一なプライマリ上部層(314)を有する、ステップと、
b.i.ガス硬化プロセスにおける硬化などのように、プライマリ上部層(314)の上部部分を硬化させるステップと、
ii.プライマリ上部層(314)の上部部分をドーピングするステップと、
iii.プライマリ上部層の上部部分内において酸化物又は窒化物層を作製するステップと、のうちのいずれか1つによって層状中実要素の上部層(316)を形成するステップと、
を有する。
a.実施形態E1〜E6のいずれか1つの実施形態による層状中実要素の上部層(316)及び/又は下部層(303)上のバッファ材料の層(640)と、
b.バッファ材料上の超電導材料の層(642、644、646)と、
を配置するステップを更に有する。
・下部層(303)と、
・上部層(316)のラインと、
を有する層状中実要素を有し、
上部層(316)のラインは、下部層(303)に隣接した状態において配置され、且つ、部分的に下部層をカバーしており、
上部層(316)のラインの間の複数の分断ストリップは、上部層(316)のラインを分離し、且つ、
アンダーカット容積(330、332)が上部層(316)のラインと下部層(303)の間に存在しており、それぞれのアンダーカット容積は、分断ストリップに沿って形成されている。
−実施形態E12及びE13のいずれか1つの実施形態による基材と、
−アンダーカット容積(330、332)が超電導材料の個々のラインを物理的に分離するように、基材上に配置された超電導層と、
を有する。
Claims (18)
- −・下部層(303)と、・上部層(316)と、を有する層状中実要素を提供するステップであって、
前記上部層が、前記下部層に隣接した状態において配置され、且つ、少なくとも部分的に前記下部層をカバーする、ステップと、
−前記上部層(316)内に複数の分断ストリップを形成し、これにより、前記下部層(303)の複数の露出エリア(323)を形成するステップであって、それぞれの露出エリアは、分断ストリップに沿って形成される、ステップと、
を有する細長い超電導要素を支持するのに適した基材を製造する方法であって、
−前記上部層(316)と前記下部層(303)の間にアンダーカット容積(330、332)を形成するように、前記露出エリア(323)をエッチングするステップであって、それぞれのアンダーカット容積は、分断ストリップに沿って形成され、前記下部層(303)のエッチングレートが前記上部層(316)のエッチングレートを上回るエッチング液が利用される、ステップ
を更に有することを特徴とする方法。 - 前記アンダーカット容積は、前記下部層の残りの部分の下方に位置している請求項1に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材を製造する方法。
- −前記上部層内に複数の分断ストリップを形成し、これにより、前記下部層の複数の露出エリアを形成するステップであって、それぞれの露出エリアは、分断ストリップに沿って形成されている、ステップは、変形プロセスを有する請求項1乃至2のいずれか一項に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材を製造する方法。
- 前記層状中実要素を提供する前記ステップは、
a.プライマリ中実要素(202)を提供するステップであって、前記プライマリ中実要素は、実質的に均一なプライマリ上部層(314)を有する、ステップと、
b.i.ガス硬化プロセスにおける硬化などのように、前記プライマリ上部層(314)の上部部分を硬化させるステップと、
ii.前記プライマリ上部層(314)の上部部分をドーピングするステップと、
iii.前記プライマリ上部層の上部部分内において酸化物又は窒化物層を作製するステップと、
のうちのいずれか1つによって前記層状中実要素の前記上部層(316)を形成するステップと、
を有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材(600)を製造する方法。 - 前記上部層(316)内に複数の分断ストリップを変形プロセスにおいて形成する前記ステップは、前記上部層の一部分を前記下部層(303)内に加圧するステップを有する請求項3に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材(600)を製造する方法。
- 前記層状中実要素の前記上部層(316)の厚さ(362)は、1nm〜100マイクロメートルである請求項1乃至5のいずれか一項に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材(600)を製造する方法。
- 前記複数の分断ストリップのうちの隣接する分断ストリップの間の距離(752)は、1マイクロメートル〜1ミリメートルである請求項1乃至6のいずれか一項に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材(600)を製造する方法。
- 前記下部層(303)の上部表面又は前記上部層(326)の上部表面と平行な平面と前記複数の分断ストリップの底部に対して接する平面の間の距離(748)は、前記基材上に配置された超電導材料が、前記分断ストリップ内において、且つ、前記分断ストリップの間において、物理的に分離された部分を有することを可能にするように、十分に大きい請求項1乃至7のいずれか一項に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材(600)を製造する方法。
- 細長い超電導要素を製造する方法であって、前記アンダーカット容積(330、332)が超電導材料の個々のラインを物理的に分離するべく機能するように、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の前記層状中実要素の上部層(316)及び/又は前記下部層(303)上に超電導材料の層(642、644、646)を配置するステップを更に有する方法。
- 細長い超電導要素を製造する方法であって、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材を製造するステップを有し、且つ、前記アンダーカット容積(330、332)が超電導材料の個々のラインを物理的に分離するべく機能するように、前記層状中実要素の前記上部層(316)及び/又は前記下部層(303)上に超電導材料の層(642、644、646)を配置するステップを更に有する方法。
- 前記アンダーカット容積(330、332)が超電導材料及び/又はバッファ材料の個々のラインを物理的に分離するべく機能するように、
a.請求項1乃至6のいずれか一項に記載の前記層状中実要素の前記上部層(316)及び/又は下部層(303)上のバッファ材料の層(640)と、
b.前記バッファ材料上の超電導材料の層(642、644、646)と、
を配置するステップを更に有する請求項9または10に記載の細長い超電導要素を製造する方法。 - 超電導材料の層(642、644、646)及び/又はバッファ材料の層(640)を配置する前記ステップは、視準線プロセスである請求項9乃至11のいずれか一項に記載の細長い超電導要素を製造する方法。
- 前記超電導材料の層(642、644、646)上にシャント層を配置するステップを更に有する請求項9乃至12のいずれか一項に記載の細長い超電導要素を製造する方法。
- 細長い超電導要素を支持するのに適した基材であって、
・下部層(303)と、・上部層(316)のラインと、を有する層状中実要素を有し、
前記上部層(316)の前記ラインは、前記下部層(303)に隣接した状態において配置され、且つ、部分的に前記下部層をカバーしており、
前記上部層(316)の前記ラインの間の複数の分断ストリップは、前記上部層(316)の前記ラインを分離しており、
前記上部層(316)の前記ラインと前記下部層(303)の間にアンダーカット容積(330、332)が存在し、それぞれのアンダーカット容積は、分断ストリップに沿って形成されていることを特徴とする基材。 - 前記基材は、テープである請求項14に記載の細長い超電導要素を支持するのに適した基材(600)。
- 細長い超電導要素であって、
−請求項14または15に記載の基材と、
−前記アンダーカット容積(330、332)が超電導材料の個々のラインを物理的に分離するように、前記基材上に配置された超電導層と、
を有する要素。 - 請求項1乃至13のいずれか一項に記載の方法を実行する装置。
- 高性能磁気コイル、変圧器、発電機、磁気共鳴スキャナ、クリオスタット磁石、大型ハドロン衝突器、AC電源グリッドケーブル、スマートグリッドのいずれか一つにおける請求項16に記載の細長い超電導要素の使用。
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