JP2016054050A - Superconducting wire rod - Google Patents

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竜起 永石
高史 山口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting wire rod on which, a protection layer is formed on a superconducting material, capable of easily making the protection layer thinner.SOLUTION: A superconducting wire rod 10 comprises: a substrate 1; a superconducting material layer 3 formed on the substrate 1; and a protection layer 4 formed on the superconducting material layer 3. The superconducting material layer 3 comprises plural salient parts on a surface facing the protection layer 4. A minimum interval between adjacent salient parts is equal to or less than 5 μm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超電導線材に関し、より特定的には、超電導材料層上に保護層が形成された超電導線材に関する。   The present invention relates to a superconducting wire, and more particularly to a superconducting wire in which a protective layer is formed on a superconducting material layer.

近年、基板上に超電導層を形成した超電導線材の開発が進められている。中でも、転移温度が液体窒素温度以上の高温超電導体である酸化物超電導体からなる超電導層が設けられた酸化物超電導線材が注目されている。   In recent years, development of superconducting wires in which a superconducting layer is formed on a substrate has been underway. Among these, an oxide superconducting wire provided with a superconducting layer made of an oxide superconductor, which is a high-temperature superconductor having a transition temperature equal to or higher than the liquid nitrogen temperature, has attracted attention.

このような酸化物超電導線材の構造として、酸化物超電導層上にAg(銀)またはAg合金からなる良導電性の保護層を形成したものが広く知られている(たとえば特開2014−120383号公報(特許文献1)参照)。保護層は、酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に転移しようとしたときに、酸化物超電導層を流れる電流が転流するバイパスとして機能する。なお、保護層としてAgを使用するのは、Ag層は常温では酸素を非透過とし、高温では酸素を透過する性質があるため、酸化物超電導線材を製造する際に、Ag層を介して酸素雰囲気中で酸素アニール処理を行なうことで、酸化物超電導層へ酸素を安定的に供給することが可能なことによる。   As a structure of such an oxide superconducting wire, a structure in which a highly conductive protective layer made of Ag (silver) or an Ag alloy is formed on an oxide superconducting layer is widely known (for example, JP-A-2014-120383). Publication (refer patent document 1)). The protective layer functions as a bypass through which the current flowing through the oxide superconducting layer commutates when the oxide superconducting layer attempts to transition from the superconducting state to the normal conducting state. Note that Ag is used as a protective layer because the Ag layer has the property of impervious to oxygen at room temperature and permeate oxygen at high temperature. Therefore, when manufacturing an oxide superconducting wire, oxygen is passed through the Ag layer. This is because oxygen can be stably supplied to the oxide superconducting layer by performing oxygen annealing treatment in an atmosphere.

その一方で、Agは比較的高価であることから、Agを含む保護層を従来の2〜10μm程度の厚みから更に薄くすることが検討されている。しかしながら、特許文献1に記載されるように、Agを含む保護層を薄くすると、酸素アニール処理において保護層を加熱した際に、Agの原子が超電導層の表面上で局所的に凝集し、孤立分散した複数のAg粒子の集合体となってしまうという問題が発生することが報告されている。これにより、保護層にピンホールが形成されて酸化物超電導層が露出してしまうため、酸化物超電導層の主面の保護性能が低下する。また、露出した部分から酸素が抜け出ることによって酸化物超電導層の結晶構造が変化し、超電導特性が劣化する可能性がある。   On the other hand, since Ag is relatively expensive, it has been studied to further reduce the thickness of the protective layer containing Ag from the conventional thickness of about 2 to 10 μm. However, as described in Patent Document 1, when the protective layer containing Ag is thinned, when the protective layer is heated in the oxygen annealing treatment, Ag atoms locally aggregate on the surface of the superconducting layer and are isolated. It has been reported that a problem of becoming an aggregate of a plurality of dispersed Ag particles occurs. As a result, pinholes are formed in the protective layer and the oxide superconducting layer is exposed, so that the protection performance of the main surface of the oxide superconducting layer is deteriorated. Further, when oxygen escapes from the exposed portion, the crystal structure of the oxide superconducting layer may change, and the superconducting characteristics may deteriorate.

このような不具合について、特許文献1では、酸化物超電導層の表面を平滑化することで、酸化物超電導層上の保護層において酸素アニール処理の過程におけるAgの凝集を抑制できるという知見を見出している。詳細には、特許文献1は、酸化物超電導層の表面の算術平均粗さRa(JIS B0601:2001)を20nm以下とする、または最大高さRz(JIS B0601:2001)を60nm以下とすることによって、保護層の厚みを従来よりも薄い50〜2000nmとしても、Agの凝集を抑制できることを示している。   Regarding such a defect, Patent Document 1 has found the knowledge that by smoothing the surface of the oxide superconducting layer, Ag aggregation in the process of oxygen annealing can be suppressed in the protective layer on the oxide superconducting layer. Yes. Specifically, in Patent Document 1, the arithmetic average roughness Ra (JIS B0601: 2001) of the surface of the oxide superconducting layer is set to 20 nm or less, or the maximum height Rz (JIS B0601: 2001) is set to 60 nm or less. Thus, it is shown that Ag aggregation can be suppressed even when the thickness of the protective layer is 50 to 2000 nm, which is thinner than the conventional one.

特開2014−120383号公報JP 2014-120383 A

上記特許文献1では、酸化物超電導層をパルスレーザ蒸着(PLD:Pulse Laser Deposition)法により成膜している。特許文献1では、酸化物超電導層の表面の算術平均粗さおよび最大高さを上記範囲内に収めるために、PLD法における成膜条件において、基板の加熱温度の温度を上げるとともに、成膜処理を行なう真空チャンバ内の酸素分圧を下げるという工夫を行なっている。   In Patent Document 1, an oxide superconducting layer is formed by a pulse laser deposition (PLD) method. In Patent Document 1, in order to keep the arithmetic average roughness and maximum height of the surface of the oxide superconducting layer within the above ranges, the temperature of the heating temperature of the substrate is increased and the film forming process is performed under the film forming conditions in the PLD method. The idea is to reduce the partial pressure of oxygen in the vacuum chamber.

一方、PLD法を用いた酸化物超電導層の成膜においては、臨界電流値(Ic)を向上させるために酸化物超電導層の膜厚を厚くすることが試みられている。しかしながら、酸化物超電導層の膜厚を厚くしようとすると、酸化物超電導層の結晶性(結晶配向性)が低下するという問題がある。これは、PLD法では、通常、成膜される面(表面)とは反対側の面(裏面)から基板を加熱しながら成膜材料の蒸着を行なっているため、酸化物超電導層の膜厚が厚くなるに従って、成膜面側への加熱効率が低下することによる。   On the other hand, in the formation of an oxide superconducting layer using the PLD method, an attempt has been made to increase the thickness of the oxide superconducting layer in order to improve the critical current value (Ic). However, when the thickness of the oxide superconducting layer is increased, there is a problem that the crystallinity (crystal orientation) of the oxide superconducting layer is lowered. This is because, in the PLD method, the deposition material is normally deposited while heating the substrate from the surface (back surface) opposite to the surface (front surface) on which the film is formed. This is because the heating efficiency to the film-forming surface side decreases as the thickness increases.

このような問題は、特許文献1においても同様に生じ得る。そのため、特許文献1では、酸化物超電導層の膜厚を厚くするに伴ない、PLD法における成膜条件の制御が一層難しくなることが予想される。この結果、酸化物超電導層の膜厚が厚くなるに伴なって、超電導特性に優れた酸化物超電導線材を形成することが困難となる。   Such a problem can occur in Patent Document 1 as well. Therefore, in Patent Document 1, it is expected that the control of film forming conditions in the PLD method becomes more difficult as the thickness of the oxide superconducting layer is increased. As a result, as the oxide superconducting layer becomes thicker, it becomes difficult to form an oxide superconducting wire excellent in superconducting characteristics.

本発明の一態様の目的は、超電導材料層上に保護層が形成された超電導線材において、保護層の薄層化を容易に実現することが可能な構成を提供することである。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a superconducting wire in which a protective layer is formed on a superconducting material layer, and a configuration capable of easily realizing a thinner protective layer.

本発明の一態様に係る超電導線材は、基板と、基板上に形成された超電導材料層と、超電導材料層上に形成された保護層とを備える。超電導材料層は、保護層に対向する表面に複数の凸部を有している。隣接する凸部間の最小間隔は5μm以下である。   A superconducting wire according to one embodiment of the present invention includes a substrate, a superconducting material layer formed on the substrate, and a protective layer formed on the superconducting material layer. The superconducting material layer has a plurality of convex portions on the surface facing the protective layer. The minimum interval between adjacent convex portions is 5 μm or less.

上記によれば、超電導材料層上に保護層が形成された超電導線材において、保護層の薄層化を容易に実現することができる。   According to the above, in the superconducting wire in which the protective layer is formed on the superconducting material layer, it is possible to easily realize the thinning of the protective layer.

本発明の実施の形態に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the superconducting wire which concerns on embodiment of this invention. 本実施の形態に係る超電導線材の一部を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a part of superconducting wire which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る超電導線材の一部を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows a part of superconducting wire which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る超電導材料層の成膜に用いる成膜装置の正面図である。It is a front view of the film-forming apparatus used for film-forming of the superconducting material layer concerning this Embodiment. 図4に示した成膜装置の側面図である。It is a side view of the film-forming apparatus shown in FIG. サンプル1の超電導材料層の主面のSEM画像である。2 is an SEM image of a main surface of a superconducting material layer of Sample 1. サンプル2の超電導材料層の主面のSEM画像である。3 is a SEM image of a main surface of a superconducting material layer of Sample 2. サンプル1の超電導材料層の主面の表面形状の測定結果である。3 is a measurement result of a surface shape of a main surface of a superconducting material layer of Sample 1. FIG. サンプル2の超電導材料層の主面の表面形状の測定結果である。3 is a measurement result of a surface shape of a main surface of a superconducting material layer of Sample 2. FIG.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

(1)本発明の一態様に係る超電導線材10は、基板1と、基板1上に形成された超電導材料層3と、超電導材料層3上に形成された保護層4とを備える。超電導材料層3は、保護層4に対向する表面に複数の凸部20を有している。隣接する凸部間の最小間隔は5μm以下である。   (1) A superconducting wire 10 according to one aspect of the present invention includes a substrate 1, a superconducting material layer 3 formed on the substrate 1, and a protective layer 4 formed on the superconducting material layer 3. The superconducting material layer 3 has a plurality of convex portions 20 on the surface facing the protective layer 4. The minimum interval between adjacent convex portions is 5 μm or less.

本発明者らは、酸素アニール処理の過程におけるAgの凝集を抑制する方法について鋭意研究の結果、以下のような知見を得て本発明を見出した。   As a result of intensive studies on a method for suppressing Ag aggregation in the course of oxygen annealing treatment, the present inventors have obtained the following knowledge and found the present invention.

超電導線材の製造プロセスにおいては、まず、基板上にPLD法などの気相法を用いて超電導材料層が成膜され、その後、超電導材料層上に保護層を形成した後に酸素雰囲気中において酸素アニール処理が行なわれる。本発明者らの検討によると、上記超電導材料層の成膜の際に、超電導材料層の表面上には、粒状の結晶からなる凸部が多数形成される。この凸部は、超電導材料層の膜厚が厚くなるに従って大きくなり、かつ多くなる。そして、本発明者らは、超電導材料層の表面における凸部の密度が増えて隣接する凸部間の最小間隔が狭まることで、酸素アニール処理の過程において超電導材料層の表面上でAgが局所的に凝集するのを抑制できることを見出した。   In the superconducting wire manufacturing process, a superconducting material layer is first formed on a substrate using a vapor phase method such as a PLD method, and then a protective layer is formed on the superconducting material layer and then oxygen annealing is performed in an oxygen atmosphere. Processing is performed. According to the study by the present inventors, when the superconducting material layer is formed, a large number of convex portions made of granular crystals are formed on the surface of the superconducting material layer. This convex portion becomes larger and larger as the thickness of the superconducting material layer increases. Then, the inventors increase the density of the convex portions on the surface of the superconducting material layer and reduce the minimum distance between the adjacent convex portions, so that Ag is locally present on the surface of the superconducting material layer during the oxygen annealing process. It was found that agglomeration can be suppressed.

本発明者らはさらに、隣接する凸部間の最小間隔をどの範囲まで低減すれば、Agの凝集を抑制できるかについて鋭意研究した。その結果、隣接する凸部間の最小間隔を5μm以下にまで低減することで、酸素アニール処理の過程での保護層のAgの凝集を抑制できることを見出した。   Furthermore, the present inventors have intensively studied to what extent the minimum distance between adjacent convex portions can be reduced to suppress Ag aggregation. As a result, it was found that Ag aggregation of the protective layer in the course of the oxygen annealing treatment can be suppressed by reducing the minimum distance between adjacent convex portions to 5 μm or less.

これにより、本発明の一態様に係る超電導線材によれば、保護層の膜厚を従来よりも薄くしても、保護層から超電導材料層が露出しないため、超電導材料層の保護性能の低下および超電導特性の劣化を防止することができる。   Thereby, according to the superconducting wire according to one aspect of the present invention, even if the thickness of the protective layer is made thinner than the conventional one, the superconducting material layer is not exposed from the protective layer. Deterioration of superconducting characteristics can be prevented.

さらに、本発明の一態様に係る超電導線材によれば、隣接する凸部間の最小間隔が5μm以下であれば、Agの凝集を抑制することができる。そのため、超電導材料層の表面平滑性を高めるために成膜条件の複雑な制御を行なう必要がなくなるため、保護層の薄層化を容易に実現することができる。   Furthermore, according to the superconducting wire according to one aspect of the present invention, Ag aggregation can be suppressed if the minimum distance between adjacent convex portions is 5 μm or less. Therefore, it is not necessary to perform complicated control of the film forming conditions in order to improve the surface smoothness of the superconducting material layer, so that the protective layer can be easily made thinner.

(2)上記(1)に係る超電導線材において好ましくは、超電導材料層3の厚さは1.5μm以上である。これによれば、超電導材料層3の表面上において、隣接する凸部間の最小間隔を5μm以下とすることができる。したがって、酸素アニール処理の過程での保護層のAgの凝集を抑制することができる。   (2) Preferably, in the superconducting wire according to (1) above, the thickness of the superconducting material layer 3 is 1.5 μm or more. According to this, on the surface of the superconducting material layer 3, the minimum interval between adjacent convex portions can be set to 5 μm or less. Therefore, Ag aggregation of the protective layer during the oxygen annealing process can be suppressed.

(3)上記(1)または(2)に係る超電導線材において好ましくは、保護層4の厚さは2μm以下である。これにより、保護層を従来の2〜10μm程度の厚みから更に薄くすることができるため、超電導線材の低廉化を実現できる。   (3) Preferably, in the superconducting wire according to the above (1) or (2), the thickness of the protective layer 4 is 2 μm or less. Thereby, since the protective layer can be further reduced from the conventional thickness of about 2 to 10 μm, the superconducting wire can be reduced in price.

(4)上記(1)から(3)のいずれかに係る超電導線材において好ましくは、保護層4は、銀(Ag)またはAg合金からなる。これによれば、Agを含む保護層を備えた超電導線材において、保護層の薄層化を容易に実現できるため、超電導線材の低廉化を図ることができる。   (4) In the superconducting wire according to any one of (1) to (3), preferably, the protective layer 4 is made of silver (Ag) or an Ag alloy. According to this, in the superconducting wire provided with the protective layer containing Ag, the protective layer can be easily thinned, so that the superconducting wire can be made inexpensive.

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

<超電導線材の構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。図1は、本実施の形態に係る超電導線材10の延在する方向に交差する方向に切断した断面を示している。このため、紙面に交差する方向が超電導線材10の長手方向であり、超電導材料層3の超電導電流は紙面に交差する方向に沿って流れるものとする。また、図1の断面模式図においては、図を見やすくするために矩形状の断面における上下方向(以下、「厚み方向」とも称する)と左右方向(以下、「幅方向」とも称する)との長さの差を小さくしているが、実際は当該断面の厚み方向の長さは幅方向の長さに比べて十分に小さい。図1に示されるように、超電導線材10の幅方向をx軸方向とし、長手方向をy軸方向とし、厚み方向をz軸方向とする。
<Configuration of superconducting wire>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a superconducting wire according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross section cut in a direction crossing the extending direction of the superconducting wire 10 according to the present embodiment. For this reason, the direction intersecting the paper surface is the longitudinal direction of the superconducting wire 10, and the superconducting current of the superconducting material layer 3 flows along the direction intersecting the paper surface. In addition, in the schematic cross-sectional view of FIG. 1, in order to make the drawing easier to see, the length in the vertical direction (hereinafter also referred to as “thickness direction”) and the horizontal direction (hereinafter also referred to as “width direction”) in the rectangular cross section. Although the difference in thickness is reduced, the length in the thickness direction of the cross section is actually sufficiently smaller than the length in the width direction. As shown in FIG. 1, the width direction of the superconducting wire 10 is the x-axis direction, the longitudinal direction is the y-axis direction, and the thickness direction is the z-axis direction.

図1を参照して、本実施の形態に係る超電導線材10は、断面が矩形をなす長尺形状(テープ状)であり、ここでは長尺形状の長手方向に延在する相対的に大きな表面を主面とする。超電導線材10は、基板1と、中間層2と、超電導材料層3と、保護層4と、安定化層6とを備える。   Referring to FIG. 1, superconducting wire 10 according to the present embodiment has an elongated shape (tape shape) having a rectangular cross section, and here, a relatively large surface extending in the longitudinal direction of the elongated shape. Is the main surface. Superconducting wire 10 includes substrate 1, intermediate layer 2, superconducting material layer 3, protective layer 4, and stabilization layer 6.

基板1は、たとえば金属からなり、断面が矩形をなす長尺形状(テープ状)とすることが好ましい。コイルに巻回するためには、基板1は2km程度に長尺化されていることが好ましい。   The substrate 1 is preferably made of, for example, metal and has a long shape (tape shape) having a rectangular cross section. In order to wind around a coil, it is preferable that the board | substrate 1 is lengthened to about 2 km.

基板1は、配向金属基板を用いることがさらに好ましい。なお、配向金属基板とは、基板表面の面内の2軸方向に関して、結晶方位が揃っている基板を意味する。配向金属基板としては、たとえばNi(ニッケル)、Cu(銅)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、Pd(パラジウム)、Ag(銀)、およびAu(金)のうちの2以上の金属からなる合金が好適に用いられる。これらの金属を他の金属または合金と積層することもでき、たとえば高強度材料であるSUSなどの合金を用いることもできる。なお、基板1の材料は特にこれに限定されず、たとえば金属以外の材料を用いてもよい。   The substrate 1 is more preferably an oriented metal substrate. The oriented metal substrate means a substrate having a uniform crystal orientation with respect to the biaxial direction in the plane of the substrate surface. Examples of the oriented metal substrate include Ni (nickel), Cu (copper), Cr (chromium), Mn (manganese), Co (cobalt), Fe (iron), Pd (palladium), Ag (silver), and Au ( An alloy composed of two or more metals among (gold) is preferably used. These metals can be laminated with other metals or alloys. For example, an alloy such as SUS, which is a high-strength material, can be used. In addition, the material of the board | substrate 1 is not specifically limited to this, For example, you may use materials other than a metal.

超電導線材10の幅方向(図中x軸方向)の長さは、たとえば4mm〜10mm程度である。超電導線材10に流れる電流密度を大きくするためには、基板1の断面積が小さい方が好ましい。ただし、基板1の厚み(図中y軸方向)を薄くしすぎると、基板1の強度が劣化する可能性がある。したがって、基板1の厚みはたとえば0.1mm程度にすることが好ましい。   The length of superconducting wire 10 in the width direction (x-axis direction in the figure) is, for example, about 4 mm to 10 mm. In order to increase the current density flowing in the superconducting wire 10, it is preferable that the cross-sectional area of the substrate 1 is small. However, if the thickness of the substrate 1 (in the y-axis direction in the figure) is made too thin, the strength of the substrate 1 may deteriorate. Therefore, the thickness of the substrate 1 is preferably about 0.1 mm, for example.

中間層2は、基板1の一方の主面上に形成されている。超電導材料層3は、中間層2の、基板1と対向する主面と反対側の主面(図1における上側の主面)上に形成されている。中間層2を構成する材料は、たとえばYSZ(イットリア安定化ジルコニア)、CeO(酸化セリウム)、MgO(酸化マグネシウム)、Y(酸化イットリウム)およびSrTiO(チタン酸ストロンチウム)などが好ましい。これらの材料は、超電導材料層3との反応性が極めて低く、超電導材料層3と接触している境界面においても超電導材料層3の超電導特性を低下させない。特に、基板1を構成する材料として金属を用いる場合には、表面に結晶配向性を有する基板1と超電導材料層3との配向性の差を緩和して、超電導材料層3を高温で形成する際に、基板1から超電導材料層3への金属原子の流出を防止する役割を果たすことができる。なお、中間層2を構成する材料は特にこれに限定されない。 The intermediate layer 2 is formed on one main surface of the substrate 1. The superconducting material layer 3 is formed on the main surface of the intermediate layer 2 opposite to the main surface facing the substrate 1 (upper main surface in FIG. 1). The material constituting the intermediate layer 2 is preferably YSZ (yttria stabilized zirconia), CeO 2 (cerium oxide), MgO (magnesium oxide), Y 2 O 3 (yttrium oxide), SrTiO 3 (strontium titanate), or the like. . These materials have extremely low reactivity with the superconducting material layer 3 and do not deteriorate the superconducting characteristics of the superconducting material layer 3 even at the interface in contact with the superconducting material layer 3. In particular, when a metal is used as the material constituting the substrate 1, the difference in orientation between the substrate 1 having crystal orientation on the surface and the superconducting material layer 3 is relaxed, and the superconducting material layer 3 is formed at a high temperature. At this time, it can play a role of preventing the outflow of metal atoms from the substrate 1 to the superconducting material layer 3. In addition, the material which comprises the intermediate | middle layer 2 is not specifically limited to this.

また、中間層2は、複数の層により構成されていてもよい。中間層2が複数の層により構成される場合、中間層2を構成するそれぞれの層は互いに異なる材質または一部が同じ材質により構成されていてもよい。   Moreover, the intermediate | middle layer 2 may be comprised by the some layer. When the intermediate layer 2 is composed of a plurality of layers, the layers constituting the intermediate layer 2 may be composed of different materials or parts of the same material.

超電導材料層3は、超電導線材10のうち、超電導電流が流れる薄膜層である。超電導材料は特に限定されないが、たとえばRE−123系の酸化物超電導体とすることが好ましい。なお、RE−123系の酸化物超電導体とは、REBaCu(yは6〜8、より好ましくは6.8〜7、REとはイットリウム、またはGd、Sm、Hoなどの希土類元素を意味する)として表される超電導体を意味する。臨界電流値Icを向上させるためには、超電導材料層3の厚みは0.5〜10μm程度であることが好ましい。さらに、超電導材料層3の主面を覆う保護層4におけるAgの凝集を抑制するためには、超電導材料層3の厚みは1.5μm以上であることがより好ましい。超電導材料層3の好適な厚みについては後述する。 The superconducting material layer 3 is a thin film layer through which a superconducting current flows in the superconducting wire 10. The superconducting material is not particularly limited. For example, it is preferable to use a RE-123 oxide superconductor. Note that the RE-123 series oxide superconductor is REBa 2 Cu 3 O y (y is 6 to 8, more preferably 6.8 to 7, RE is a rare earth such as yttrium or Gd, Sm, or Ho. Means a superconductor expressed as). In order to improve the critical current value Ic, the thickness of the superconducting material layer 3 is preferably about 0.5 to 10 μm. Furthermore, in order to suppress Ag aggregation in the protective layer 4 covering the main surface of the superconducting material layer 3, the thickness of the superconducting material layer 3 is more preferably 1.5 μm or more. A suitable thickness of the superconducting material layer 3 will be described later.

保護層4は、超電導材料層3の、中間層2と対向する主面と反対側の主面(図1における上側の主面)上に形成されている。保護層4はAgまたはAg合金からなる。保護層4の厚みは、好ましくは2μm以下であり、より好ましくは、0.05μm以上2μm以下である。   The protective layer 4 is formed on the main surface of the superconducting material layer 3 opposite to the main surface facing the intermediate layer 2 (upper main surface in FIG. 1). The protective layer 4 is made of Ag or an Ag alloy. The thickness of the protective layer 4 is preferably 2 μm or less, more preferably 0.05 μm or more and 2 μm or less.

以上に述べた基板1、中間層2、超電導材料層3および保護層4により積層体5が形成されている。この積層体5の周囲を覆うように安定化層6が配置されている。本実施の形態では、積層体5の外周を覆うように、すなわち、積層体5の外側の最表面のほぼ全面を覆うように、安定化層6が配置されている。ただし、本発明の「積層体の周囲」とは、全周に限定されるものではなく、少なくとも積層体の上主面および側面を含んでいればよい。   A laminate 5 is formed by the substrate 1, the intermediate layer 2, the superconducting material layer 3 and the protective layer 4 described above. A stabilization layer 6 is disposed so as to cover the periphery of the laminate 5. In the present embodiment, the stabilization layer 6 is disposed so as to cover the outer periphery of the stacked body 5, that is, to cover almost the entire outermost surface of the stacked body 5. However, the “periphery of the laminated body” of the present invention is not limited to the entire circumference, and may include at least the upper main surface and the side surface of the laminated body.

安定化層6は、良導電性の金属材料の箔またはめっき層などからなる。安定化層6は、保護層4とともに、超電導材料層3が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層3の電流が転流するバイパスとして機能する。安定化層6はさらに、外力や水分などから積層体5を保護する機能を有する。安定化層6を構成する材料は、たとえばCu(銅)またはCu合金などが好ましい。安定化層6の厚みは特に限定されないが、保護層4および超電導材料層3を物理的に保護する観点から10μm〜500μmであることが好ましい。   The stabilization layer 6 is made of a foil or a plating layer of a highly conductive metal material. The stabilization layer 6 functions as a bypass along with the protective layer 4 when the superconducting material layer 3 transitions from the superconducting state to the normal conducting state. The stabilization layer 6 further has a function of protecting the stacked body 5 from external force and moisture. The material constituting the stabilization layer 6 is preferably, for example, Cu (copper) or Cu alloy. Although the thickness of the stabilization layer 6 is not specifically limited, It is preferable that it is 10 micrometers-500 micrometers from a viewpoint of protecting the protective layer 4 and the superconducting material layer 3 physically.

<保護層の薄層化およびその課題>
上述した構成の超電導線材においては、低廉化の観点から、Agを含む保護層の厚みを従来の2〜10μm程度の厚みから更に薄くすることが検討されている。しかしながら、一方で、保護層の厚みを薄くすると、保護層を形成した後に行なわれる酸素アニール処理において保護層を加熱した際に、Agの原子が超電導材料層の表面上で局所的に凝集し、孤立分散した複数のAg粒子の集合体となってしまうという問題が報告されている。これにより、保護層にピンホールが形成されて超電導材料層が露出してしまうため、超電導材料層の主面の保護性能が低下する。また、露出した部分から酸素が抜け出ることによって酸化物超電導層の結晶構造が変化し、超電導特性が劣化する可能性がある。
<Thinning of protective layer and its problems>
In the superconducting wire having the above-described configuration, it has been studied to further reduce the thickness of the protective layer containing Ag from the conventional thickness of about 2 to 10 μm from the viewpoint of cost reduction. However, on the other hand, when the thickness of the protective layer is reduced, Ag atoms locally aggregate on the surface of the superconducting material layer when the protective layer is heated in the oxygen annealing process performed after the protective layer is formed. A problem has been reported that an aggregate of a plurality of isolated and dispersed Ag particles is formed. Thereby, pinholes are formed in the protective layer and the superconducting material layer is exposed, so that the protection performance of the main surface of the superconducting material layer is lowered. Further, when oxygen escapes from the exposed portion, the crystal structure of the oxide superconducting layer may change, and the superconducting characteristics may deteriorate.

本発明者らは、酸素アニール処理の過程におけるAgの凝集を抑制する方法について鋭意研究の結果、以下のような知見を得た。   The present inventors have obtained the following findings as a result of intensive studies on a method of suppressing Ag aggregation in the course of the oxygen annealing treatment.

超電導線材の製造プロセスにおいては、まず、基板上にPLD法、スパッタリング法、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法などの気相法を用いて超電導材料層が成膜され、その後、超電導材料層上に保護層を形成した後に酸素雰囲気中において酸素アニール処理が行なわれる。本発明者らの検討によると、上記超電導材料層の成膜の際に、超電導材料層の表面上には、粒状の結晶からなる凸部が多数形成される。この凸部は、超電導材料層の膜厚が厚くなるに従って大きくなり、かつ多くなる。そして、本発明者らは、超電導材料層の表面における凸部の密度が増えて隣接する凸部間の最小間隔が狭まることで、酸素アニール処理の過程において超電導材料層の表面上でAgが局所的に凝集するのを抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。   In the superconducting wire manufacturing process, first, a PLD method, a sputtering method, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, etc. are applied on a substrate. A superconducting material layer is formed using a phase method, and after that, after forming a protective layer on the superconducting material layer, an oxygen annealing process is performed in an oxygen atmosphere. According to the study by the present inventors, when the superconducting material layer is formed, a large number of convex portions made of granular crystals are formed on the surface of the superconducting material layer. This convex portion becomes larger and larger as the thickness of the superconducting material layer increases. Then, the inventors increase the density of the convex portions on the surface of the superconducting material layer and reduce the minimum distance between the adjacent convex portions, so that Ag is locally present on the surface of the superconducting material layer during the oxygen annealing process. It was found that the agglomeration can be suppressed and the present invention has been completed.

<概要>
以下、本実施の形態に係る超電導線材10の詳細な構成について説明する。
<Overview>
Hereinafter, the detailed structure of the superconducting wire 10 according to the present embodiment will be described.

図2は、本実施の形態に係る超電導線材10の一部を示す概略断面図である。図3は、本実施の形態に係る超電導線材10の一部を示す概略平面図である。図2は、超電導線材10における超電導材料層3付近の断面構造を拡大して示している。図3は、図2に示した超電導材料層3の平面構造を拡大して示している。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a part of superconducting wire 10 according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic plan view showing a part of superconducting wire 10 according to the present embodiment. FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional structure near the superconducting material layer 3 in the superconducting wire 10. FIG. 3 shows an enlarged plan structure of the superconducting material layer 3 shown in FIG.

図2および図3を参照して、超電導材料層3の、中間層2と対向する主面と反対側の主面(図1における上側の主面)上には、複数の凸部20が形成されている。これら複数の凸部20は、PLD法などの気相法を用いて超電導材料層3を成膜した際に形成された結晶粒である。   2 and 3, a plurality of convex portions 20 are formed on the main surface (upper main surface in FIG. 1) of the superconducting material layer 3 opposite to the main surface facing the intermediate layer 2. Has been. The plurality of convex portions 20 are crystal grains formed when the superconducting material layer 3 is formed using a vapor phase method such as a PLD method.

超電導材料層3の主面上には大小様々な形状を有する結晶粒が形成されている。本実施の形態では、複数の結晶粒のうち、超電導材料層3の主面からの高さHが0.1μm以上であって、かつ、最小幅Wが0.1μm以上のものを、凸部20と定義することとする。詳細には、凸部20の高さHは、超電導材料層3の任意の表面位置を基準点として、当該基準点の高さと凸部20の頂点の高さとの高低差を求めることにより測定される。凸部20の高さHは、たとえば、光干渉式表面形状計測器や触針式表面形状計測器(いわゆる段差計)などにより測定することができる。   Crystal grains having various shapes, large and small, are formed on the main surface of the superconducting material layer 3. In the present embodiment, among the plurality of crystal grains, the height H from the main surface of the superconducting material layer 3 is 0.1 μm or more and the minimum width W is 0.1 μm or more. It will be defined as 20. Specifically, the height H of the convex portion 20 is measured by obtaining a difference in height between the height of the reference point and the height of the apex of the convex portion 20 using an arbitrary surface position of the superconducting material layer 3 as a reference point. The The height H of the convex portion 20 can be measured by, for example, an optical interference type surface shape measuring instrument or a stylus type surface shape measuring instrument (so-called step gauge).

凸部20の最小幅Wは、図3に示すように、平面視において凸部20全体における最小幅である。凸部20の最小幅Wは、たとえば、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)または透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)などにより、超電導材料層3の主面を観察することで測定することができる。   The minimum width W of the convex part 20 is the minimum width in the whole convex part 20 in planar view, as shown in FIG. The minimum width W of the convex portion 20 is measured by observing the main surface of the superconducting material layer 3 with, for example, a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). can do.

隣接する凸部間の最小間隔Lは、隣接する凸部20の一方の端面から他方の端面までの最短距離に相当する。凸部間の最小間隔Lは、たとえば電子顕微鏡で得られた像(2次元平面投影像)から測定することができる。   The minimum distance L between adjacent convex portions corresponds to the shortest distance from one end surface of the adjacent convex portion 20 to the other end surface. The minimum distance L between the convex portions can be measured from, for example, an image (two-dimensional planar projection image) obtained with an electron microscope.

超電導材料層3の主面上において、隣接する凸部の最小間隔Lは狭いことが好ましい。このように超電導材料層3の主面上に複数の凸部20が近接して設けられることにより酸素アニール処理の過程におけるAgの凝集を抑制することができる。具体的には、凸部間の最小間隔Lは、好ましくは5μm以下である。Agの凝集が抑制されるメカニズムとしては、凸部20が密集して配置されることで、加熱時におけるAg原子の移動が阻まれているためと考えられる。これによれば、保護層4の厚みを2μm以下とした場合であっても、超電導材料層3が保護層4から露出することがない。   On the main surface of the superconducting material layer 3, it is preferable that the minimum interval L between adjacent convex portions is narrow. As described above, since the plurality of convex portions 20 are provided close to each other on the main surface of the superconducting material layer 3, Ag aggregation in the course of the oxygen annealing treatment can be suppressed. Specifically, the minimum distance L between the convex portions is preferably 5 μm or less. It is considered that the Ag aggregation is suppressed because the convex portions 20 are arranged densely to prevent the movement of Ag atoms during heating. According to this, even when the thickness of the protective layer 4 is 2 μm or less, the superconducting material layer 3 is not exposed from the protective layer 4.

なお、Agの凝集に対する対策として、従来技術は、超電導材料層の表面を平滑化するというアプローチをとっている(特許文献1参照)。具体的には、超電導材料層の算出平均粗さRaを20nm以下、または最大高さRzを60nm以下とすることを提案している。これに対して、本実施の形態は、超電導材料層の表面に形成される凸部(結晶粒)間の間隔を狭めることでAgの凝集を抑制するものであり、超電導材料層の表面平滑性を求めない点において従来技術とは異なっている。言い換えれば、本実施の形態によれば、たとえ超電導材料層の表面平滑性が低い場合であっても、隣接する凸部間の最小間隔が5μm以下であれば、Agの凝集が抑制される。そのため、超電導材料層の表面平滑性を高めるために成膜条件の複雑な制御を行なう必要がなくなるため、保護層の薄層化を容易に実現することができる。   As a countermeasure against Ag aggregation, the conventional technique takes an approach of smoothing the surface of the superconducting material layer (see Patent Document 1). Specifically, it has been proposed that the calculated average roughness Ra of the superconducting material layer is 20 nm or less, or the maximum height Rz is 60 nm or less. On the other hand, this embodiment suppresses Ag aggregation by narrowing the interval between the convex portions (crystal grains) formed on the surface of the superconducting material layer, and the surface smoothness of the superconducting material layer. This is different from the prior art in that it is not required. In other words, according to the present embodiment, even if the surface smoothness of the superconducting material layer is low, aggregation of Ag is suppressed if the minimum distance between adjacent convex portions is 5 μm or less. Therefore, it is not necessary to perform complicated control of the film forming conditions in order to improve the surface smoothness of the superconducting material layer, so that the protective layer can be easily made thinner.

ここで、凸部20の高さHおよび最小幅Wはそれぞれ、超電導材料層3の膜厚Tに応じて変化する。そのため、隣接する凸部間の最小間隔Lも超電導材料層3の膜厚Tによって異なってくる。詳細には、超電導材料層3の膜厚Tを厚くするに伴って凸部20の密度が増え、これにより、隣接する凸部間の最小間隔Lが狭められる。隣接する凸部間の最小間隔Lを5μm以下とするためには、超電導材料層3の膜厚Tは、好ましくは1.5μm以上である。膜厚Tの上限値は特に制限されるものではないが、生産性を考慮すると10μm以下が望ましい。   Here, the height H and the minimum width W of the protrusion 20 change in accordance with the film thickness T of the superconducting material layer 3. Therefore, the minimum distance L between adjacent convex portions also varies depending on the film thickness T of the superconducting material layer 3. Specifically, as the film thickness T of the superconducting material layer 3 is increased, the density of the protrusions 20 increases, thereby narrowing the minimum interval L between adjacent protrusions. In order to set the minimum distance L between adjacent convex portions to 5 μm or less, the film thickness T of the superconducting material layer 3 is preferably 1.5 μm or more. The upper limit value of the film thickness T is not particularly limited, but is preferably 10 μm or less in consideration of productivity.

<超電導材料層の製造方法>
次に、本実施の形態に係る超電導材料層の製造方法の具体例として、PLD法を用いて超電導材料層を成膜する方法を例に挙げて説明する。
<Method for manufacturing superconducting material layer>
Next, as a specific example of the method for manufacturing a superconducting material layer according to the present embodiment, a method for forming a superconducting material layer using the PLD method will be described as an example.

図4は、本実施の形態に係る超電導材料層の成膜に用いる成膜装置の正面図である。図5は、図4に示した成膜装置の側面図である。   FIG. 4 is a front view of a film forming apparatus used for forming a superconducting material layer according to the present embodiment. FIG. 5 is a side view of the film forming apparatus shown in FIG.

図4および図5を参照して、本実施の形態に係る成膜装置は、基板Wの裏面を加熱するためのヒータ22と、長尺状の基板Wの表面を加熱するための輻射板21と備える。成膜装置はさらに、防着板23およびレーザ照射装置(図示せず)を備える。図4中の符号Tは原料ターゲットを示し、符号Pはレーザプルームを示している。また図5中の矢印は基板Wの搬送方向を示している。   4 and 5, the film forming apparatus according to the present embodiment includes a heater 22 for heating the back surface of the substrate W and a radiation plate 21 for heating the surface of the long substrate W. Prepare. The film forming apparatus further includes a deposition preventing plate 23 and a laser irradiation apparatus (not shown). The code | symbol T in FIG. 4 has shown the raw material target, and the code | symbol P has shown the laser plume. Further, the arrows in FIG. 5 indicate the transport direction of the substrate W.

なお、成膜装置は、図示しないチャンバ内に配置されており、所定のガスをチャンバ内に供給することにより、チャンバ内の気圧やガス雰囲気を適宜調整することができる。   Note that the film forming apparatus is disposed in a chamber (not shown), and the atmospheric pressure and gas atmosphere in the chamber can be appropriately adjusted by supplying a predetermined gas into the chamber.

超電導材料層を成膜させる基板Wには、配向金属基板からなる基板上に中間層を形成したものが用いられる。ヒータ22は、基板Wよりも幅広であり、基板Wの裏面側に配置される。これにより、成膜時に基板Wを幅方向(y軸方向)において均一に加熱することができる。ヒータ22は、たとえばランプヒータである。   As the substrate W on which the superconducting material layer is formed, a substrate formed of an oriented metal substrate on which an intermediate layer is formed is used. The heater 22 is wider than the substrate W and is disposed on the back side of the substrate W. Thereby, the substrate W can be uniformly heated in the width direction (y-axis direction) during film formation. The heater 22 is, for example, a lamp heater.

防着板23は、ヒータ22と基板Wとの間に配置される。防着板23は、蒸着物が基板Wを回り込んでヒータ22を汚染することを防止する。   The deposition preventing plate 23 is disposed between the heater 22 and the substrate W. The deposition preventing plate 23 prevents the deposited material from entering the substrate W and contaminating the heater 22.

2枚の輻射板21は、基板Wの表面側に、ヒータ22に向かい合うように配置される。輻射板21の各々はさらに、基板Wの表面の平面視において、基板Wと重ならないように配置される。2枚の輻射板21は、ヒータ22からの熱を蓄熱するとともに、蓄熱した熱を基板Wの成膜面Fに向けて放射することにより、基板Wの表面側を加熱する。輻射板21は、耐熱性および蓄熱性に優れる材料で構成されており、たとえばステンレス鋼板(SUS)などが好適に用いられる。   The two radiation plates 21 are arranged on the surface side of the substrate W so as to face the heater 22. Each of the radiation plates 21 is further arranged so as not to overlap the substrate W in a plan view of the surface of the substrate W. The two radiation plates 21 store the heat from the heater 22 and radiate the stored heat toward the film formation surface F of the substrate W, thereby heating the surface side of the substrate W. The radiation plate 21 is made of a material excellent in heat resistance and heat storage property, and for example, a stainless steel plate (SUS) is preferably used.

2枚の輻射板21は、図4に示すように、基板Wの幅方向において基板Wを挟むようにして、成膜面Fの周囲にそれぞれ、ヒータ22に垂直な方向に対して所定の傾斜角θを有した状態(すなわち逆ハの字状)で配置されていることが好ましい。このように、所定の傾斜角θを設けて輻射板21を配置することにより、基板Wの表面側からの成膜面Fを効率的に加熱することができる。なお、傾斜角θは、装置全体の構造や基板Wの線幅などを考慮して、適宜設定することができるが、一般に、基板1に対して25〜50°程度に設定することが好ましい。   As shown in FIG. 4, the two radiation plates 21 sandwich the substrate W in the width direction of the substrate W, and each have a predetermined inclination angle θ with respect to the direction perpendicular to the heater 22 around the film formation surface F. It is preferable that they are arranged in a state having (that is, a reverse C shape). Thus, by providing the radiation plate 21 with a predetermined inclination angle θ, the film formation surface F from the surface side of the substrate W can be efficiently heated. The inclination angle θ can be appropriately set in consideration of the structure of the entire apparatus, the line width of the substrate W, and the like, but it is generally preferable to set the inclination angle θ to about 25 to 50 ° with respect to the substrate 1.

原料ターゲットTは、基板Wの成膜面Fに対向するように配置された円盤状の部材である。原料ターゲットTは、基板W上に成膜する超電導材料層の種類に応じて適宜変更することができる。酸化物超電導材料からなる超電導材料層は、高温での成長を必要とする。本実施の形態に係る成膜装置によれば、特に酸化物超電導材料層を適切に成膜することができる。   The raw material target T is a disk-shaped member disposed so as to face the film formation surface F of the substrate W. The raw material target T can be appropriately changed according to the type of the superconducting material layer formed on the substrate W. Superconducting material layers made of oxide superconducting materials require growth at high temperatures. According to the film forming apparatus of this embodiment, the oxide superconducting material layer can be particularly appropriately formed.

レーザ照射機構は、基板Wに対向するように配置された原料ターゲットTの表面に対してレーザ光を照射できるように配置されている。レーザ光の照射により原料ターゲットTからレーザプルームPが発生する。レーザ光としてはたとえばエキシマレーザなどが好適に用いられる。レーザ光は、原料ターゲットTの表面に対して25〜50°の角度で入射される。   The laser irradiation mechanism is arranged so that the surface of the raw material target T arranged so as to face the substrate W can be irradiated with laser light. A laser plume P is generated from the raw material target T by the irradiation of the laser beam. For example, an excimer laser is preferably used as the laser light. The laser light is incident on the surface of the raw material target T at an angle of 25 to 50 °.

次に、上記の成膜装置を用いた超電導材料層の成膜方法について説明する。
まず、原料ターゲットTを基板Wの成膜面Fに対向するように配置するとともに、チャンバ内を10〜70Pa程度の酸素ガス雰囲気に設定する。そして、数kmに及ぶ長尺状の基板Wを、供給リールおよび巻き取りリール(ともに図示せず)の間に所定の速度で搬送させる。
Next, a method for forming a superconducting material layer using the film forming apparatus will be described.
First, the raw material target T is disposed so as to face the film formation surface F of the substrate W, and the inside of the chamber is set to an oxygen gas atmosphere of about 10 to 70 Pa. Then, a long substrate W having a length of several kilometers is conveyed at a predetermined speed between a supply reel and a take-up reel (both not shown).

次に、所定の設定温度でヒータ22を作動させて、基板Wの裏面側を加熱する。ヒータ22の設定温度は、たとえば、ヒータ内部温度で1000〜1500℃程度になるように設定される。このとき、基板Wの裏面側に照射されなかった熱が輻射板21に照射されて蓄積される。輻射板21に蓄積された熱は、基板Wの表面側に向かって放射されて、成膜面Fを加熱する。   Next, the heater 22 is operated at a predetermined set temperature to heat the back side of the substrate W. The set temperature of the heater 22 is set, for example, to be about 1000 to 1500 ° C. at the heater internal temperature. At this time, heat that has not been irradiated to the back side of the substrate W is irradiated to the radiation plate 21 and accumulated. The heat accumulated in the radiation plate 21 is radiated toward the surface side of the substrate W to heat the film formation surface F.

続いて原料ターゲットTにレーザ光を照射してレーザプルームPを発生させる。これにより、原料ターゲットTから昇華した超電導材料を基板Wの表面に付着させて、成膜面Fに超電導材料層を成膜する。   Subsequently, a laser plume P is generated by irradiating the raw material target T with laser light. Thus, the superconducting material sublimated from the raw material target T is attached to the surface of the substrate W, and a superconducting material layer is formed on the film formation surface F.

本実施の形態に係る超電導材料層の製造方法によれば、成膜が進行して超電導材料層の膜厚が厚くなることにより、基板Wの裏面側からの加熱効率が低下しても、輻射板21によって基板Wの成膜面Fが適切に加熱される。これにより、膜厚が厚くなっても、超電導材料層の表面状態のばらつきが少ない超電導材料層を成膜することができる。   According to the method of manufacturing a superconducting material layer according to the present embodiment, even if the heating efficiency from the back side of the substrate W is reduced due to the progress of film formation and the increase in the thickness of the superconducting material layer, the radiation is reduced. The film formation surface F of the substrate W is appropriately heated by the plate 21. Thereby, even if the film thickness is increased, a superconducting material layer with little variation in the surface state of the superconducting material layer can be formed.

すなわち、基板Wの表面からも加熱することにより、成膜面Fを十分に加熱して、超電導材料層の膜厚が厚くなることに伴う成膜面Fへの加熱効率の低下を抑制することができる。これにより、表面上の凸部間の最小間隔Lが5μm以下に制御された超電導材料層を精度良く製造することが可能となる。この結果、超電導材料層上の保護層において、酸素アニール処理の過程におけるAgの凝集を確実に抑制することができる。   That is, by heating from the surface of the substrate W as well, the film formation surface F is sufficiently heated to suppress a decrease in heating efficiency to the film formation surface F accompanying the increase in the thickness of the superconducting material layer. Can do. As a result, it is possible to accurately manufacture the superconducting material layer in which the minimum distance L between the convex portions on the surface is controlled to 5 μm or less. As a result, Ag aggregation in the process of oxygen annealing can be reliably suppressed in the protective layer on the superconducting material layer.

さらに、本実施の形態によれば、超電導材料層の膜厚を厚くしても成膜条件の制御が複雑化することがないため、保護層の薄層化を容易に実現することが可能となる。   Furthermore, according to this embodiment, since the control of the film forming conditions does not become complicated even if the thickness of the superconducting material layer is increased, it is possible to easily realize a thin protective layer. Become.

以下、実施例を用いて本実施の形態をより詳細に説明するが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, although this Embodiment is described in detail using an Example, this Embodiment is not limited to this.

<超電導材料層の成膜>
上述した超電導材料層の製造方法によって基板W上に超電導材料層を成膜し、超電導材料層の主面をSEMを用いて観察し、また触針段差計を用いて当該主面の表面形状を測定した。
<Deposition of superconducting material layer>
A superconducting material layer is formed on the substrate W by the above-described superconducting material layer manufacturing method, the main surface of the superconducting material layer is observed using an SEM, and the surface shape of the main surface is measured using a stylus profilometer. It was measured.

基板W(図4)としては、Ni−W合金基材、SUS等をベース金属としたクラッドタイプの金属基板の上に、CeO/YSZ/CeOの順に形成された3層構造の中間層が形成されている配向基板を用いた。 As the substrate W (FIG. 4), an intermediate layer of a three-layer structure formed in the order of CeO 2 / YSZ / CeO 2 on a clad type metal substrate made of Ni—W alloy base material, SUS or the like as a base metal. An alignment substrate on which is formed is used.

基板Wの成膜面Fに、チャンバ内の雰囲気を16Paの酸素ガス雰囲気に設定し、かつ、ヒータ22による加熱温度を800〜950℃に設定して、GdBCO(GdBaCu7−x)からなる超電導材料層を成膜した。 On the film-forming surface F of the substrate W, the atmosphere in the chamber is set to an oxygen gas atmosphere of 16 Pa, and the heating temperature by the heater 22 is set to 800 to 950 ° C., so that GdBCO (GdBa 2 Cu 3 O 7-x A superconducting material layer was formed.

このとき、サンプル1では、所定の繰り返し周波数で8回成膜を行なうことにより、膜厚0.94μmの超電導材料層を形成した。一方、サンプル2では、サンプル1と同様の繰り返し周波数で30回成膜を行なうことにより、膜厚を3.4μmの超電導材料層を形成した。   At this time, in Sample 1, a superconducting material layer having a thickness of 0.94 μm was formed by performing film formation eight times at a predetermined repetition rate. On the other hand, in sample 2, a superconducting material layer having a film thickness of 3.4 μm was formed by performing film formation 30 times at the same repetition frequency as in sample 1.

次いで、サンプル1および2のそれぞれにおいて、超電導材料層の上に、スパッタ法により厚さ2μmのAgの保護層を形成し、最高温度650℃で12時間、酸素雰囲気中において酸素アニールして積層体を得た。   Next, in each of Samples 1 and 2, an Ag protective layer having a thickness of 2 μm was formed on the superconducting material layer by sputtering, and oxygen annealed in an oxygen atmosphere at a maximum temperature of 650 ° C. for 12 hours to obtain a laminate. Got.

<評価>
1.SEM観察
各サンプルにおいて、超電導材料層の主面を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。図6は、サンプル1の超電導材料層の主面をSEMにより観察した写真である。図7は、サンプル2の超電導材料層の主面をSEMにより観察した写真である。図6(a)および図7(a)は、対応するサンプルの超電導材料層の主面を5000倍の倍率で撮影した写真であり、図6(b)および図7(b)は、対応するサンプルの超電導材料層の主面を20000倍の倍率で撮影した写真である。
<Evaluation>
1. SEM Observation In each sample, the main surface of the superconducting material layer was observed using a scanning electron microscope (SEM). FIG. 6 is a photograph of the main surface of the superconducting material layer of Sample 1 observed by SEM. FIG. 7 is a photograph of the main surface of the superconducting material layer of Sample 2 observed by SEM. 6 (a) and 7 (a) are photographs obtained by photographing the main surface of the superconducting material layer of the corresponding sample at a magnification of 5000 times, and FIGS. 6 (b) and 7 (b) correspond. It is the photograph which image | photographed the main surface of the superconducting material layer of the sample at 20000 times the magnification.

サンプル1では、超電導材料層の主面上に、数μm程度の大きさの結晶粒が形成されている。他方、サンプル2では、大きさが数10μmの結晶粒が形成されている。超電導材料層の膜厚が厚くなるほど、超電導材料層の主面上に形成される結晶粒のサイズが大きくなり、かつ個数も増えている。そのため、超電導材料層の膜厚が厚くなるに従って、隣接する結晶粒間の間隔が狭まっていることが分かる。   In Sample 1, crystal grains having a size of about several μm are formed on the main surface of the superconducting material layer. On the other hand, in sample 2, crystal grains having a size of several tens of μm are formed. As the film thickness of the superconducting material layer increases, the size of the crystal grains formed on the main surface of the superconducting material layer increases and the number increases. Therefore, it can be seen that as the film thickness of the superconducting material layer increases, the interval between adjacent crystal grains becomes narrower.

2.主面の表面形状の測定
各サンプルにおいて、超電導材料層の主面の表面形状を測定した。測定は、触針表面形状計測器(装置名:DEKTAK 3030、Bruker Nano社製)を用いて、超電導材料層の主面を、100μm四方の範囲内で長手方向(y軸方向)および幅方向(x軸方向)にそれぞれなぞることにより行なった。
2. Measurement of surface shape of main surface In each sample, the surface shape of the main surface of the superconducting material layer was measured. The measurement is performed using a stylus surface shape measuring instrument (device name: DEKTAK 3030, manufactured by Bruker Nano) on the main surface of the superconducting material layer in the longitudinal direction (y-axis direction) and the width direction (y-axis direction) within a range of 100 μm square. This was performed by tracing in the x-axis direction).

図8はサンプル1の測定結果(粗さ曲線)を示し、図9はサンプル2の測定結果を示す。図8(a)および図9(a)は、対応するサンプルの超電導材料層の主面の長手方向における表面形状を示し、図8(b)および図9(b)は、対応するサンプルの超電導材料層の主面の幅方向における表面形状を示す。   FIG. 8 shows the measurement result (roughness curve) of Sample 1, and FIG. 9 shows the measurement result of Sample 2. 8A and 9A show the surface shape in the longitudinal direction of the main surface of the superconducting material layer of the corresponding sample, and FIGS. 8B and 9B show the superconductivity of the corresponding sample. The surface shape in the width direction of the main surface of a material layer is shown.

サンプル1およびサンプル2の各々において、超電導材料層の主面上に複数の結晶粒が形成されることによって、表面に凹凸が現れている。サンプル1は、凹凸の高低差が最大0.4μm程度であるのに対し、サンプル2は当該高低差が最大0.8μm程度であり、サンプル1のほぼ2倍の大きさとなっている。   In each of Sample 1 and Sample 2, irregularities appear on the surface by forming a plurality of crystal grains on the main surface of the superconducting material layer. Sample 1 has a height difference of about 0.4 μm at the maximum, whereas sample 2 has a maximum height difference of about 0.8 μm, which is almost twice as large as that of sample 1.

図2および図3で示したように、本実施の形態では、複数の結晶粒のうち、超電導材料層の主面からの高さが0.1μm以上であって、かつ、最小幅が0.1μm以上のものを、凸部と定義する。これに基づいて各サンプルの測定結果から凸部を抽出すると、サンプル1では、隣接する凸部間の間隔が10μmを超える部分が含まれている。他方、サンプル2では、隣接する凸部間の間隔が5μm以下に収まっている。酸素アニール後の積層体の表面を観察すると、サンプル1においては、保護層のAgが局所的に凝集しており、超電導材料層が露出している部分が形成されていることが確認された。他方、サンプル2においては、保護層のAgの凝集が抑制されており、超電導材料層が露出していないことが確認された。   As shown in FIGS. 2 and 3, in the present embodiment, among the plurality of crystal grains, the height from the main surface of the superconducting material layer is 0.1 μm or more, and the minimum width is 0.2 mm. The thing of 1 micrometer or more is defined as a convex part. If a convex part is extracted from the measurement result of each sample based on this, in sample 1, the part where the space between adjacent convex parts exceeds 10 μm is included. On the other hand, in sample 2, the interval between the adjacent convex portions is within 5 μm. When the surface of the laminated body after the oxygen annealing was observed, it was confirmed in Sample 1 that Ag of the protective layer was locally aggregated and a portion where the superconducting material layer was exposed was formed. On the other hand, in sample 2, Ag aggregation of the protective layer was suppressed, and it was confirmed that the superconducting material layer was not exposed.

今回開示された実施の形態および実施例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実施の形態および実施例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。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

1 基板
2 中間層
3 超電導材料層
4 保護層
5 積層体
6 安定化層
10 超電導線材
20 凸部
21 輻射板
22 ヒータ
23 防着板
W 基板
T 原料ターゲット
P レーザプルーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Intermediate layer 3 Superconducting material layer 4 Protective layer 5 Laminate 6 Stabilization layer 10 Superconducting wire 20 Convex part 21 Radiation plate 22 Heater 23 Depositing plate W Substrate T Raw material target P Laser plume

Claims (4)

基板と、
前記基板上に形成された超電導材料層と、
前記超電導材料層上に形成された保護層とを備え、
前記超電導材料層は、前記保護層に対向する表面に複数の凸部を有しており、
隣接する前記凸部間の最小間隔は5μm以下である、超電導線材。
A substrate,
A superconducting material layer formed on the substrate;
A protective layer formed on the superconducting material layer,
The superconducting material layer has a plurality of convex portions on the surface facing the protective layer,
A superconducting wire in which a minimum interval between adjacent convex portions is 5 μm or less.
前記超電導材料層の厚さは1.5μm以上である、請求項1に記載の超電導線材。   The superconducting wire according to claim 1, wherein the superconducting material layer has a thickness of 1.5 μm or more. 前記保護層の厚さは2μm以下である、請求項1または請求項2に記載の超電導線材。   The superconducting wire according to claim 1, wherein the protective layer has a thickness of 2 μm or less. 前記保護層は、銀または銀合金からなる、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超電導線材。   The superconducting wire according to any one of claims 1 to 3, wherein the protective layer is made of silver or a silver alloy.
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