JP2016143516A - 酸化物超電導線材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】CeO2層を有する中間層の高配向化を図ることにより、上方に形成される超電導層がより高い超電導特性を得ること。【解決手段】基板11と、基板11に形成された中間層12と、中間層12上に形成されたREBayCu3Oz系超電導層(Reは、Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr又はHoから選択された少なくとも1種以上の元素を示す)13とを有する酸化物超電導線材10である。中間層12は、スパッタ法により形成され、且つ、直上に接して超電導層13が積層されるスパッタ−CeO2層1251と、PLD法より形成され、スパッタ−CeO2層1251が接して積層されるPLD−CeO2層1252とを有する。【選択図】図1
Description
本発明は、REBaCuO(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr及びHoから選択された1種以上の元素を示す、以下、「REBCO」とも称する)の元素から構成された超電導層を形成する際の下地層となる酸化セリウム(CeO2)層を有するRE系の酸化物超電導線材及びその製造方法に関する。
RE系の酸化物超電導線材(以下、便宜上、「酸化物超電導線材」という)は、従来のNb3Sn系等の合金系超電導体と比較して、臨界温度(Tc)が高く、液体窒素温度で使用できる。よって、液体ヘリウム温度近傍の低温で使用されている超電導機器(送電ケーブル、変圧器、モータ、電力貯蔵システム等)を高温状態で使用できる。
酸化物超電導線材では、高い超電導特性(臨界電流密度Jc、臨界電流Ic)を得るために、結晶のCuO面を揃えるだけでなく、面内の結晶方位も揃えることが要求される。この要求を実現するために酸化物超電導線材においては、Ni合金製の基板の上に、面内配向度と方位を向上させた中間層を形成し、この中間層の結晶格子をREBCO超電導層のテンプレートとして用いている。これにより、酸化物超電導線材では、REBCO超電導層の結晶の面内配向度と方位の向上が図られている。
超電導層形成に用いる中間層の中でも、中間層の配向性を高配向化させる材料として、例えば、特許文献1に示すように、CeO2や、イットリア安定化ジルコニア(ZrO2−Y2O3(YSZ))等の材料を用いることが知られている。YSZ層上に、超電導層との反応性が小さく、高配向性を有するCeO2を積層し、このCeO2上に超電導層を形成することで酸化物超電導線材を製造する。
中間層において、直上にREBCO超電導層が形成されるCeO2層の形成方法には、様々な方法があるが、その中でもRFスパッタ法により形成されるCeO2層が高配向且つ、平坦な層となることが知られている。なお、RFスパッタ(スパッタリング)法は、原子あるいはイオンを個体(ターゲット)表面に衝突させた際に、その個体表面原子が外部に放出され、この放出された原子を対向する基板に堆積することにより薄膜を形成する周知の方法である。
しかしながら、RFスパッタ法を用いて形成したCeO2層は下地層の配向に依存しやすい。例えば、CeO2層の下地層、例えばYSZ層が、(100)配向だけでなく(111)配向,(110)配向等の配向を有していた場合、(100)包囲に単相化しにくく、(111)配向,(110)配向などが混在した状態になりやすいという問題がある。このようなCeO2層上にREBCO超電導層を形成した場合、REBCO超電導層では、c軸配向は得られるもののa軸等の超電導特性を低下させる層が発生しやすくなる。よって、超電導特性が低下せず、より高い超電導特性を有する酸化物超電導線材が望まれている。
本発明の目的は、CeO2層を有する中間層の高配向化を図ることにより、上方に形成される超電導層がより高い超電導特性を得ることができる酸化物超電導線材及びその酸化物超電導線材の製造方法を提供することである。
本発明の酸化物超電導線材の一つの態様は、基板と、前記基板上に形成された中間層と、前記中間層上に形成されたREBayCu3Oz系超電導層(Reは、Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr又はHoから選択された少なくとも1種以上の元素を示す)とを有する酸化物超電導線材であって、前記中間層は、スパッタ法により形成され、且つ、直上に接して前記超電導層が積層される第1CeO2層と、PLD法より形成され、前記第1CeO2層が接して積層される第2CeO2層と、を有する構成を採る。
本発明の酸化物超電導線材の製造方法の一つの態様は、基板上に中間層を形成する中間層形成ステップと、前記中間層上に、REBayCu3Oz系超電導層(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素からなる)を形成する超電導層形成ステップとを備える酸化物超電導線材の製造方法であって、前記中間層形成ステップは、PLD法により第2CeO2層を形成するステップと、前記第2CeO2層上に接して、スパッタ法により第1CeO2層を形成するステップと、を有するようにした。
本発明によれば、CeO2層を有する中間層の高配向化を図ることにより、上方に形成される超電導層がより高い超電導特性を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1に、実施の形態に係るRE系の酸化物超電導線材の構成を示す。酸化物超電導線材10は、テープ状であり、テープ状の基板11上に、中間層12、REBCO超電導層としてのYBCO超電導層13、及び、安定化層14が、順に積層されている。
基板11は、Ni又はNi−W等のNi合金、SUS(ステンレス鋼)、Ag、Cu又はCu合金等により構成され、可撓性を有する。また、基板11は、Ni又はCuにW、Sn、Zn、Mo、Cr、V、Ta又はTiの中から選択されたいずれか1種以上の元素を添加した合金を用いることもできる。この場合の添加元素量は、形成する超電導層の好適な超電導特性を確保するために1〜10[at%]の範囲とすることが好ましい。基板11の厚さは、例えば、0.1[mm]以下である。ここでは、基板11としてハステロイ(登録商標)テープが適用されているが、インコネル(登録商標)でもよい。また、基板11の厚さは、例えば、30〜200[μm]である。
中間層12は、超電導特性、強度及び可撓性の観点から基板11にYBCO超電導層13を設けるために、基板11とYBCO超電導層13との間に形成される。中間層12は、ここでは、第1中間層、第2中間層、第3中間層、第4中間層及び第5中間層を順次積層することで構成されている。なお、中間層12において、超電導層13が形成される層(第5中間層)より下の各層は、第1中間層をAl2O3層121とし、第2中間層をY2O3層122とし、第3中間層をMgO層123とし、第4中間層をLaMnO3層124として構成している。また、第5中間層は、CeO2層125であり、YBCO超電導層13が接して形成されるスパッタ−CeO2層(第1CeO2層)1251と、このスパッタ−CeO2層(第1CeO2層)1251が接して成膜されるPLD−CeO2層(第2CeO2層)1252とから構成されている。
第1中間層としてのAl2O3層121は、基板11上に接してスパッタリング法で成膜される。なお、第1中間層は、Al2O3に代えて、ReZrO(Re=Tb、Y、Eu、Gd、Ho、Yb、Lu、Nd、Tm、La、Sm、Dy、Er、Ce、Prからなる群から選ばれる一種又は二種以上の希土類元素)等で、RF−スパッタリング法、MOD法などで成膜してもよい。この第1中間層は、ベッド層であり、耐熱性が高く、界面反応性を低減するための層であり、その上に配される膜の配向性を得るために用いられる。この第1中間層としてのAl2O3層121は、基板11からの元素の拡散を抑制する拡散防止層として機能する。
このAl2O3層121上には、第2中間層としてY2O3層122が接して形成されている。このY2O3層122は、スパッタリング(sputtering)法、イオンビームスパッタリング法、MOD法により成膜される。
Y2O3層122上には、第3中間層としてMgO層123が接して積層される。このMgO層123は、本実施の形態において、CeO2層125とともに中間層12を構成する層として存在することが好ましい。第2中間層であるMgO層123は、IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)法で成膜される。IBAD法は、基板に対して斜め方向からイオンを照射しつつ、基板上(ここではY2O3層122上)に、ターゲットから発生した粒子を体積させる(ここではMgO層123を成膜する)方法である。このMgO層は、IBAD法により厚みを数[nm]とした非常に薄膜状に形成できる。
Y2O3層122上には、第3中間層としてMgO層123が接して積層される。このMgO層123は、本実施の形態において、CeO2層125とともに中間層12を構成する層として存在することが好ましい。第2中間層であるMgO層123は、IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)法で成膜される。IBAD法は、基板に対して斜め方向からイオンを照射しつつ、基板上(ここではY2O3層122上)に、ターゲットから発生した粒子を体積させる(ここではMgO層123を成膜する)方法である。このMgO層は、IBAD法により厚みを数[nm]とした非常に薄膜状に形成できる。
MgO層123上には、第4中間層としてのLaMnO3層124が成膜されている。 LaMnO3層124は、非晶質であることが好ましく、また、この層の膜厚を5〜100[nm]とすることが好ましい。LaMnO3層124の膜厚が5[nm]以下では、膜の連続性が悪く十分な配向性が得られず、100[nm]以上の膜厚になると、膜表面の凹凸が大きくなり、LaMnO3層123上に接して積層されるPLD−CeO2層1252の配向性を阻害するからである。
LaMnO3層124は、RFスパッタ法、イオンビームスパッタ法等のスパッタリング法により、150[℃]以下の範囲(0[℃]より大きく150[℃]以下の範囲)内で形成される。これは、LaMnO3の成膜温度を、150[℃]以下とすると、LaMnO3は非晶質となり、150[℃]より高い温度で成膜するとLaMnO3は結晶化し易くなり、MgO層123の配向化を阻害するからである。
なお、MgO層123より上方の層は、YBCO超電導層13との反応を防止する反応防止層としても機能する。ここでは、LaMnO3層124の上層であるCeO2層125(PLD−CeO2層1252とスパッタ−CeO2層1251)は、反応防止層としても機能する。すなわち、TFA−MOD法で、MgO層123の上側にYBCO超電導層13を形成する場合、加熱分解の過程で発生するフッ化水素(HF)ガスがMgO層と反応することを防止する。
第4中間層としてのLaMnO3層124上には、第5中間層125を構成するPLD−CeO2層1252と、スパッタ−CeO2層1251が順に積層されている。CeO2は、YBCO超電導層13との整合性がよく、且つ、YBCO超電導層13との反応性が小さいため、PLD−CeO2層1252は最も優れた中間層の一つとして知られている。
PLD−CeO2層1252は、LaMnO3層124上に、PLD(Pulsed Laser Deposition:パルスレーザー蒸着法)法で形成される。PLD法は、PVD法(物理気相蒸着法)の一種であり、パルスレーザーを1秒間に数回ターゲットに照射し、レーザー照射によりターゲットからアブレーション(蒸発浸食)されて放出された物質(原子、分子或いは微粒子)を基板上(ここではLaMnO3層124)に堆積させる方法である。
なお、PLD−CeO2層1252は、CeO2にGdを所定量添加したCe−Gd−O膜、又はCeの一部が他の金属原子又は金属イオンで一部置換されたCe−M−O系酸化物からなる膜であってもよい。CeO2にGdを添加すると、クラックの発生を抑制できるものの基板11側からの元素拡散を抑制できなくなるといった問題が生じるが、本実施の形態では、第1中間層としてのAl2O3層121で元素拡散を抑制できるので、Al2O3層121より上の層である第5中間層の一部であるPLD−CeO2層1252にGdを添加した材料を用いることができる。
PLD−CeO2層1252上には、YBCO超電導層130の直下に配置される層として、スパッタ−CeO2層1251が積層されている。
スパッタ−CeO2層1251は、PLD−CeO2層1252上に、スパッタリング法ここでは、RFスパッタリング法で形成される。スパッタ−CeO2層1251もPLD−CeO2層1252と同様に、YBCO超電導層13との整合性がよく、且つ、YBCO超電導層13との反応性が小さいため最も優れた中間層の一つである。
なお、このスパッタ−CeO2層1251も、PLD−CeO2層1252と同様に、CeO2にGdを所定量添加したCe−Gd−O膜、又はCeの一部が他の金属原子又は金属イオンで一部置換されたCe−M−O系酸化物からなる膜であってもよい。
このような中間層12の最表層を含むスパッタ−CeO2層1251上には、YBCO超電導層13が積層されている。
YBCO超電導層13は、ここでは、イットリウム系酸化物超電導体(RE123)により構成されているが、これに限らず、全軸配向REBCO層、つまり、REBayCu3Oz系(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr及びHoから選択された1種以上の元素を示し、y≦2及びz=6.2〜7である。)の高温超電導薄膜の層であってもよい。YBCO超電導層13は、ここでは、MOD法(Metal Organic Deposition Processes:有機酸塩堆積法)によりスパッタ−CeO2層1251上に成膜されている。
なお、MOD法は、基板上の金属有機酸塩を加熱して熱分解することで基板上に超電導層である薄膜を形成する方法である。具体的には、MOD法では、まず、金属成分の有機化合物が均一に溶解された原料溶液を基板上に塗布する。次いで、溶液を塗布した基板に仮焼成熱処理を施してアモルファス状の前駆体を形成し、その後、結晶化熱処理(本焼成熱処理)を施すことで前駆体を結晶化させて酸化物超電導体を形成する。MOD法において、トリフルオロ酢酸(Trifluoroacetic acid:TFA)塩を前駆体として、水蒸気雰囲気中で熱処理することにより酸化物超電導体を形成する方法をTFA−MOD法と称している。
なお、YBCO超電導層13で用いられる原料溶液は、以下のような原料溶液(a)〜(d)の混合溶液である。
(a)REを含む有機金属錯体溶液:REを含むトリフルオロ酢酸塩、ナフテン酸塩、オクチル酸塩、レブリン酸塩、ネオデカン酸塩のいずれか1種以上を含む溶液。特に、REを含むトリフルオロ酢酸塩溶液
(b)Baを含む有機金属錯体溶液:Baを含むトリフルオロ酢酸塩の溶液
(c)Cuを含む有機金属錯体溶液:Cuを含むナフテン酸塩、オクチル酸塩、レブリン酸塩、ネオデカン酸塩のいずれか1種以上を含む溶液
(d)Baと親和性の大きい金属を含む有機金属錯体溶液:Zr、Ce、Sn又はTiから選択された少なくとも1種以上の金属を含むトリフルオロ酢酸塩、ナフテン酸塩、オクチル酸塩、レブリン酸塩、ネオデカン酸塩のいずれか1種以上を含む溶液
(b)Baを含む有機金属錯体溶液:Baを含むトリフルオロ酢酸塩の溶液
(c)Cuを含む有機金属錯体溶液:Cuを含むナフテン酸塩、オクチル酸塩、レブリン酸塩、ネオデカン酸塩のいずれか1種以上を含む溶液
(d)Baと親和性の大きい金属を含む有機金属錯体溶液:Zr、Ce、Sn又はTiから選択された少なくとも1種以上の金属を含むトリフルオロ酢酸塩、ナフテン酸塩、オクチル酸塩、レブリン酸塩、ネオデカン酸塩のいずれか1種以上を含む溶液
YBCO超電導層13は、上記原料溶液(a)〜(d)の混合溶液を中間層12のCeO2層125であるスパッタ−CeO2層1251上に塗布した後、例えば、水蒸気分圧3〜76[Torr]、酸素分圧300〜760[Torr]の雰囲気中で400〜500[℃]の温度範囲で仮焼する。仮焼されてなるアモルファスを、仮焼の後、例えば、水蒸気分圧30〜100[Torr]、酸素分圧0.05〜1[Torr]の雰囲気中で700〜800[℃]の温度範囲で本焼することでYBCO超電導層13が形成される。
なお、YBCO超電導層13の上には、安定化層14であるAg層が積層されている。なお、安定化層は、ここでは、銀(Ag)により構成しているが、金(Au)、白金(Pt)等の貴金属、あるいはそれらの合金であり低抵抗の金属であってもよい。この安定化層は、YBCO超電導層13の直上に形成することによって、YBCO超電導層13が金、銀などの貴金属、あるいはそれらの合金以外の材料と直接的な接触によって反応によって引き起こす性能低下を防止する。これに加えて、安定化層は、事故電流や交流通電により発生した熱を分散して発熱による破壊・性能低下を防止する。安定化層の厚みはここでは10〜30[μm]である。
次に、酸化物超電導線材10の製造方法について説明する。図2は、本発明の酸化物超電導線材の製造方法を説明するための工程概要図である。
(1)金属基板準備工程
まず、酸化物超電導線材の土台として機能する金属基板として、Ni又はNi−W等のNi合金、SUS(ステンレス鋼)、Ag、Cu又はCu合金等テープ状の基板11(本実施の形態では、ハステロイ(登録商標)テープ)を準備する。
まず、酸化物超電導線材の土台として機能する金属基板として、Ni又はNi−W等のNi合金、SUS(ステンレス鋼)、Ag、Cu又はCu合金等テープ状の基板11(本実施の形態では、ハステロイ(登録商標)テープ)を準備する。
(2)中間層形成工程
次いで、テープ状の基板11上に、第1中間層〜第4中間層を順に積層することで中間層12を形成する。なお、中間層12において、YBCO超電導層13の下地層となるCeO2層125が形成されるまでの基板構成を、以下では、便宜上、「基材」と称する。先ず、基材を形成する(基材形成工程)。すなわち、基材を形成する基材形成工程では、基板11上に、スパッタリング法で、Al2O3を蒸着して、第1中間層であるAl2O3層121を成膜する。次いで、Al2O3層121上に、スパッタリング(sputtering)法等により第2中間層であるY2O3層122を成膜する。このY2O3層122上に、ターゲットの構成粒子を堆積させつつ、所定の入射角度でイオン照射を行うIBAD法で第3中間層であるMgO層123を成膜する。このとき、Y2O3層122上に形成されるスパッタ膜(MgO)の特定の結晶軸がイオンの入射方向に固定され、スパッタ膜の結晶軸のc軸が基板11の表面に対して垂直方向に配向するとともに、a軸及びb軸が面内において一定方向に好適に配向する。
次いで、テープ状の基板11上に、第1中間層〜第4中間層を順に積層することで中間層12を形成する。なお、中間層12において、YBCO超電導層13の下地層となるCeO2層125が形成されるまでの基板構成を、以下では、便宜上、「基材」と称する。先ず、基材を形成する(基材形成工程)。すなわち、基材を形成する基材形成工程では、基板11上に、スパッタリング法で、Al2O3を蒸着して、第1中間層であるAl2O3層121を成膜する。次いで、Al2O3層121上に、スパッタリング(sputtering)法等により第2中間層であるY2O3層122を成膜する。このY2O3層122上に、ターゲットの構成粒子を堆積させつつ、所定の入射角度でイオン照射を行うIBAD法で第3中間層であるMgO層123を成膜する。このとき、Y2O3層122上に形成されるスパッタ膜(MgO)の特定の結晶軸がイオンの入射方向に固定され、スパッタ膜の結晶軸のc軸が基板11の表面に対して垂直方向に配向するとともに、a軸及びb軸が面内において一定方向に好適に配向する。
次いで、MgO層123上に、スパッタリング法で、LaMnO3を蒸着して、第4中間層であるLaMnO3層124を成膜する。こうして中間層12の形成において、CeO2層125を成膜する前の基材を形成する。
このようにLaMnO3層124を形成した後、PLD法で、PLD−CeO2層1252を成膜する(PLD法によるCeO2層形成工程)。このPLD−CeO2層1252は、所望の膜厚になるように、リールtoリールで、PLD法で成膜する装置内を所望回数往復させることで所望の厚さに形成される。例えば、PLD−CeO2層1252の厚みは、50〜300[nm]厚に形成される。また、PLD−CeO2層1252の最表面層は、単相化されている。これは、PLD法によって形成されるCeO2層が一定膜厚以上になると、最表面層は(100)単相になるためである。PLD−CeO2層の膜厚は、50[nm]以上であることが好ましい。膜厚50[nm]以下では、CeO2(100)の層が単相化せず、次のRFスパッタ法によるCeO2層の形成により、CeO2(111)の層が成長する恐れがあるためである。
このようにLaMnO3層124を形成した後、PLD法で、PLD−CeO2層1252を成膜する(PLD法によるCeO2層形成工程)。このPLD−CeO2層1252は、所望の膜厚になるように、リールtoリールで、PLD法で成膜する装置内を所望回数往復させることで所望の厚さに形成される。例えば、PLD−CeO2層1252の厚みは、50〜300[nm]厚に形成される。また、PLD−CeO2層1252の最表面層は、単相化されている。これは、PLD法によって形成されるCeO2層が一定膜厚以上になると、最表面層は(100)単相になるためである。PLD−CeO2層の膜厚は、50[nm]以上であることが好ましい。膜厚50[nm]以下では、CeO2(100)の層が単相化せず、次のRFスパッタ法によるCeO2層の形成により、CeO2(111)の層が成長する恐れがあるためである。
次いで、PLD法により形成されたPLD−CeO2層1252上に、スパッタ法(ここではRFスパッタ法)により、超電導層の下地層となるスパッタ−CeO2層1251を形成する(RFスパッタ法によるCeO2層形成工程)。なお、スパッタ−CeO2層1251は、リールtoリールで、スパッタ法で成膜する装置内を所望回数往復させることで所望の厚さに形成される。
(3)YBCO(REBCO)超電導層形成工程及びAg安定化層形成工程
このようにして基板11上に、CeO2層を含む中間層12を成膜した後、MOD法によりYBCO超電導層13を形成し(YBCO超電導層形成工程)、安定化層を成膜する(Ag安定化層形成工程)ことで酸化物超電導線材10を製造する。
このようにして基板11上に、CeO2層を含む中間層12を成膜した後、MOD法によりYBCO超電導層13を形成し(YBCO超電導層形成工程)、安定化層を成膜する(Ag安定化層形成工程)ことで酸化物超電導線材10を製造する。
以上の構成によれば、以下のような顕著な効果を得ることができる。
上述した酸化物超電導線材10では、基板11とYBCC超電導層13との間でバッファ層となる中間層12を形成する際に、YBCO超電導層の下地層となるスパッタ−CeO2層1251を、PLD−CeO2層1252上に形成している。
ここで、PLD法によりCeO2層(PLD−CeO2層1252)を形成する対象としてのLaMnO3層124の最表面に、LaMnO3(100)の層以外に、LaMnO3(110)等の層が存在するものとする。この場合、LaMnO3層124上に、PLD法でCeO2を形成すると、LaMnO3層124上でキャピタル成長したCeO2(100)の層は、CeO2(111)等の層に比べて成長が速い。これにより、LaMnO3層124上では、CeO2(100)の層は、CeO2(111)、CeO2(110)の層を徐徐に覆っていき、CeO2層の膜厚増加とともに、CeO2(111)、CeO2(110)の層は減少し、最表面は単相化する。次いで、このように最表面が単相化されたPLD−CeO2層(本実施の形態のPLD−CeO2層1252)上にRFスパッタ法によってスパッタ−CeO2層1251を形成し、厚膜化することによって、下地層の配向に依存しやすいRFスパッタ法を用いたスパッタ−CeO2層1251であっても、そのCeO2層の配向性が向上し、高配向且つ平坦なCeO2層125を得ることが出来る。
このように高配向化され、且つ、平坦なCeO2層125上に、MOD法によりYBCO超電導層13を形成することによって、高い超電導特性の超電導層13を形成できる。具体的には、PLD−CeO2層1252上に形成したスパッタ−CeO2層1251上に形成されるYBCO超電導層は単相化(c軸配向)した超電導層となる。
上述の実施の形態では、主に、中間層12をAl2O3層121、Y2O3層122、MgO層123、LaMnO3層124、及び第5中間層としてのCeO2層125を構成するPLD−CeO2層1252、スパッタ−CeO2層1251の第1中間層〜第4中間層から構成された5層構造とした場合について述べた。これに限らず、基板11と超電導層(YBCO超電導層13)の間に中間層を有する超電導線材において、中間層12が、超電導層の下地層となるスパッタ−CeO2層1251がPLD−CeO2層1252上に接して形成される構成であれば、2層以上で構成してもよい。
[実施の形態の変形例]
図3及び図4に本実施の形態の酸化物超電導線材の変形例を示す。
図3及び図4に本実施の形態の酸化物超電導線材の変形例を示す。
図3の超電導線材10Aに示すように、超電導線材10における基板11及びYBCO超電導層13間に、基板11側から順に形成される、Al2O3層121、Y2O3層122、MgO層123に加えて、PLD−CeO2層1252にスパッタ−CeO2層1251を形成して構成されたCeO2層125Aを含む中間層12Aを備える構成してもよい。なお、図3の酸化物超電導線材10Aにおける各層は、同名称であれば、酸化物超電導線材10における同名称の各層と同様に成膜され、且つ、同様の機能を有する。図3の酸化物超電導線材10Aによれば、酸化物超電導線材10と同様に、中間層12Aにおいて、最表面が単相化されたPLD−CeO2層1252上に、スパッタ−CeO2層1251に接してYBCO超電導層13が形成されるので、YBCO超電導層13は、高配向且つ平坦なCeO2層125A上で高い超電導特性Icを有するものとなる。
また、図4の超電導線材10Bでは、超電導線材10における基板11及びYBCO超電導層13間に、基板11側から順に、Al2O3層121、LaMnO3層126、MgO層123、LaMnO3層124を積層する。このLaMnO3層124上に、LaMnO3層124上に形成したPLD−CeO2層1252とPLD−CeO2層1252上に形成したスパッタ−CeO2層1251とを有するCeO2層125Bを含む中間層12Bを備える。なお、図4の酸化物超電導線材10Bにおける各層は、同名称であれば、酸化物超電導線材10における同名称の各層と同様に成膜され、且つ、同様の機能を有する。図4の酸化物超電導線材10Bによれば、酸化物超電導線材10と同様に、中間層12Bにおいて、最表面が単相化されたPLD−CeO2層1252上に、スパッタ−CeO2層1251に接してYBCO超電導層13が形成されるので、YBCO超電導層13は、高配向且つ平坦なCeO2層125B上で高い超電導特性Icを有するものとなる。
YBCO超電導層13は、MOD法で、中間層12上に形成した構成としたが、これに限らず、例えば、PLD法、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法等により形成してもよい。また、YBCO超電導層13は、Zr、Sn、Ti、Ceのうち少なくとも1つを含む50μm以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点として分散させた有機金属錯体溶液を、塗布後に、焼成することで作製してもよい。このようにすることで、磁場印加角度依存性に優れたRE系の酸化物超電導線材を得ることができる。ここで、磁束ピンニング点については、公知の技術なので、ここでの説明は省略する。
以下、本発明の実施例について参照して説明する。
以下、本発明の実施例について参照して説明する。
<実施例1>
実施例として図4に示す構造の超電導線材を製造するものとする。
中間層12形成においてCeO2層125Bが積層されるまでの基材を、ハステロイ(登録商標)基板(基板11)上に、Al2O3層121、LaMnO3層126、IBAD法によるMgO層123、LaMnO3層124を順に成膜することで構成した。なお、MgO上のLaMnO3層124は800[℃]で、厚み10[nm]となるように形成され、XRD(X線回折装置)によりLaMnO3(100)、LaMnO3(110)のピークが検出された。LaMnO3の配向度は、LaMnO3(100)/(LaMnO3(100)+LaMnO3(110))=70%であった。
この基材上にPLD法で、厚み150[nm]のPLD−CeO2層1252を形成し、このPLD−CeO2層1252上に、CeO2層全体の厚み計が500[nm]となるようにRFスパッタ法によりスパッタ−CeO2層1251を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、99.9[%]となり、CeO2層125Bの面内の半値幅(Δφ)が3.5[deg.]の配向性を得た。なお、半値幅(Δφ)は、面内結晶配向度を示す指標である面内方向の結晶軸分散の半値幅(FWHM:Full Width at Half Maximum:半値全幅)である。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloy)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性(臨界電流値Icで示す)=455[A/cm−w(width)]であった。
実施例として図4に示す構造の超電導線材を製造するものとする。
中間層12形成においてCeO2層125Bが積層されるまでの基材を、ハステロイ(登録商標)基板(基板11)上に、Al2O3層121、LaMnO3層126、IBAD法によるMgO層123、LaMnO3層124を順に成膜することで構成した。なお、MgO上のLaMnO3層124は800[℃]で、厚み10[nm]となるように形成され、XRD(X線回折装置)によりLaMnO3(100)、LaMnO3(110)のピークが検出された。LaMnO3の配向度は、LaMnO3(100)/(LaMnO3(100)+LaMnO3(110))=70%であった。
この基材上にPLD法で、厚み150[nm]のPLD−CeO2層1252を形成し、このPLD−CeO2層1252上に、CeO2層全体の厚み計が500[nm]となるようにRFスパッタ法によりスパッタ−CeO2層1251を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、99.9[%]となり、CeO2層125Bの面内の半値幅(Δφ)が3.5[deg.]の配向性を得た。なお、半値幅(Δφ)は、面内結晶配向度を示す指標である面内方向の結晶軸分散の半値幅(FWHM:Full Width at Half Maximum:半値全幅)である。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloy)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性(臨界電流値Icで示す)=455[A/cm−w(width)]であった。
<実施例2>
実施例1と同様に形成された基材11上に、PLD法で、厚み50[nm]のPLD−CeO2層1252を形成し、このPLD−CeO2層1252上に、CeO2層全体の厚み計が500[nm]となるように、RFスパッタ法によりスパッタ−CeO2層1251を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、99.9[%]となり、CeO2層125Bの面内の半値幅(Δφ)が3.8[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloy)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=440[A/cm−w]であった。
実施例1と同様に形成された基材11上に、PLD法で、厚み50[nm]のPLD−CeO2層1252を形成し、このPLD−CeO2層1252上に、CeO2層全体の厚み計が500[nm]となるように、RFスパッタ法によりスパッタ−CeO2層1251を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、99.9[%]となり、CeO2層125Bの面内の半値幅(Δφ)が3.8[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloy)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=440[A/cm−w]であった。
<実施例3>
実施例1と同様に形成された基材11上に、PLD法で、厚み300[nm]のPLD−CeO2層1252を形成し、このPLD−CeO2層1252上に、RFスパッタ法により厚み200[nm]のスパッタ−CeO2層1251を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、99.9[%]となり、CeO2層125Bの面内の半値幅(Δφ)が3.2[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloy)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=460[A/cm−w]であった。
実施例1と同様に形成された基材11上に、PLD法で、厚み300[nm]のPLD−CeO2層1252を形成し、このPLD−CeO2層1252上に、RFスパッタ法により厚み200[nm]のスパッタ−CeO2層1251を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、99.9[%]となり、CeO2層125Bの面内の半値幅(Δφ)が3.2[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloy)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=460[A/cm−w]であった。
<比較例1>
実施例1と同様に形成された基材上に、RFスパッタ法により厚み500[nm]のCeO2層を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、80.5[%]となり、CeO2層の面内の半値幅(Δφ)が6.0[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloyの層構造)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=60[A/cm−w]であった。
実施例1と同様に形成された基材上に、RFスパッタ法により厚み500[nm]のCeO2層を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、80.5[%]となり、CeO2層の面内の半値幅(Δφ)が6.0[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloyの層構造)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=60[A/cm−w]であった。
<比較例2>
実施例1と同様に形成された基材上に、PLD法で、厚み10[nm]のPLD−CeO2層を形成し、このPLD−CeO2層上に、CeO2層の厚み計が500[nm]となるように、RFスパッタ法によりスパッタ−CeO2層を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、85.2[%]となり、CeO2層の面内の半値幅(Δφ)が5.5[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloyの層構造)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=105[A/cm−w]であった。
実施例1と同様に形成された基材上に、PLD法で、厚み10[nm]のPLD−CeO2層を形成し、このPLD−CeO2層上に、CeO2層の厚み計が500[nm]となるように、RFスパッタ法によりスパッタ−CeO2層を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、85.2[%]となり、CeO2層の面内の半値幅(Δφ)が5.5[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloyの層構造)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=105[A/cm−w]であった。
<比較例3>
実施例1と同様に形成された基材上に、PLD法で、厚み500[nm]のPLD−CeO2層を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、80.1[%]となり、CeO2層の面内の半値幅(Δφ)が6.0[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2無/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloy)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=60[A/cm−w]であった。
これら結果を表1に示す。なお、表1では、MgO上のLaMnO3層の配向度を、「LMO(100)」で示す。
実施例1と同様に形成された基材上に、PLD法で、厚み500[nm]のPLD−CeO2層を形成した。その結果、CeO2(100)配向度「CeO2(100)/CeO2(100)+CeO2(111)」は、80.1[%]となり、CeO2層の面内の半値幅(Δφ)が6.0[deg.]の配向性を得た。このように作製した基板(RFスパッタ−CeO2無/PLD−CeO2/LaMnO3/MgO/LaMnO3/Al2O3/Hastelloy)上に、TFA−MOD法を用いて膜厚1.5[μm]のYBCO層を作製した結果、超電導特性Ic=60[A/cm−w]であった。
これら結果を表1に示す。なお、表1では、MgO上のLaMnO3層の配向度を、「LMO(100)」で示す。
[実験結果]
表1の実施例1〜3及び比較例1、3の比較から明らかなように、YBCO超電導層の下地層であるCeO2層を、PLD法或いはRFスパッタだけで成膜した場合、これを用いて製造される酸化物超電導線材の超電導特性は、実施例1〜3に比べて劣ることがわかった。
表1の実施例1〜3及び比較例1、3の比較から明らかなように、YBCO超電導層の下地層であるCeO2層を、PLD法或いはRFスパッタだけで成膜した場合、これを用いて製造される酸化物超電導線材の超電導特性は、実施例1〜3に比べて劣ることがわかった。
また、表1の実施例1〜3及び比較例1、2の比較から明らかなように、酸化物超電導線材の中間層において、YBCO超電導層の形成対象(下地層)となるRFスパッタ法によるスパッタ−CeO2層を、PLD法によって形成したPLD−CeO2層上に形成する方が、完成した酸化物超電導線材として、優れた超電導特性Icを有することが判った。YBCO層の下地層となるCeO2層を形成する際には、スパッタ−CeO2層の下層にPLD−CeO2層を形成すれば、製造される超電導特性が向上する。これは、実施例1〜3、比較例1及び2との比較からも明白であるが、比較例1、2の比較でも明らかである。
PLD−CeO2層の厚みを、50[nm]以上にすると、超電導特性Ic440[A/cm−w]以上の高特性をうることがわかった。加えて、スパッタ−CeO2層の厚みが、200[nm]以上であれば、超電導特性Ic440[A/cm−w]以上の高い特性を得ることが判った。
PLD−CeO2層の厚みを、50[nm]以上にすると、超電導特性Ic440[A/cm−w]以上の高特性をうることがわかった。加えて、スパッタ−CeO2層の厚みが、200[nm]以上であれば、超電導特性Ic440[A/cm−w]以上の高い特性を得ることが判った。
本発明にかかる酸化物超電導線材及びその製造方法は、CeO2層を有する中間層の高配向化を図ることにより、上方に形成される超電導層がより高い超電導特性を得ることができる効果を有することができ、超電導マグネット、超電導ケーブル及び電力機器等に有用である。
10、10A、10B 酸化物超電導線材
11 基板
12、12A、12B 中間層
13 YBCO超電導層
14 安定化層
121 Al2O3層
122 Y2O3層
123 MgO層
124、126 LaMnO3層
125、125A、125B CeO2層
1251 スパッタ−CeO2層
1252 PLD−CeO2層
11 基板
12、12A、12B 中間層
13 YBCO超電導層
14 安定化層
121 Al2O3層
122 Y2O3層
123 MgO層
124、126 LaMnO3層
125、125A、125B CeO2層
1251 スパッタ−CeO2層
1252 PLD−CeO2層
Claims (6)
- 基板と、前記基板上に形成された中間層と、前記中間層上に形成されたREBayCu3Oz系超電導層(Reは、Y、Nd、Sm、Gd、Eu、Yb、Pr又はHoから選択された少なくとも1種以上の元素を示す)とを有する酸化物超電導線材であって、
前記中間層は、スパッタ法により形成され、且つ、直上に接して前記超電導層が積層される第1CeO2層と、
PLD法より形成され、前記第1CeO2層が接して積層される第2CeO2層と、
を有する、
酸化物超電導線材。 - 前記第2CeO2層の厚みは50nm以上である、
請求項1記載の酸化物超電導線材。 - 前記第1CeO2層の厚みは、200nm以上である、
請求項1又は2記載の酸化物超電導線材。 - 前記中間層は、MgO層又は前記MgO層上に接して形成されたLaMnO-3層を有し、
前記第2CeO2層は、前記MgO層又は前記LaMnO-3層上に接して形成されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材。 - 前記超電導層は、MOD法により形成されてなる、
請求項1から4のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材。 - 基板上に中間層を形成する中間層形成ステップと、前記中間層上に、REBayCu3Oz系超電導層(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd及びHoから選択された1種以上の元素からなる)を形成する超電導層形成ステップとを備える酸化物超電導線材の製造方法であって、
前記中間層形成ステップは、PLD法により第2CeO2層を形成するステップと、
前記第2CeO2層上に接して、スパッタ法により第1CeO2層を形成するステップと、
を有する、
酸化物超電導線材の製造方法。
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WO2020235005A1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-11-26 | Superox Japan Llc | Method of fabricating superconducting wire |
RU2771662C1 (ru) * | 2019-05-21 | 2022-05-11 | СУПЕРОКС ДЖАПАН ЭлЭлСи | Способ изготовления сверхпроводящего провода |
-
2015
- 2015-01-30 JP JP2015017332A patent/JP2016143516A/ja active Pending
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RU2771662C1 (ru) * | 2019-05-21 | 2022-05-11 | СУПЕРОКС ДЖАПАН ЭлЭлСи | Способ изготовления сверхпроводящего провода |
JP2022533331A (ja) * | 2019-05-21 | 2022-07-22 | SuperOx Japan合同会社 | 超電導線の製造方法 |
JP7266326B2 (ja) | 2019-05-21 | 2023-04-28 | Faraday Factory Japan合同会社 | 超電導線の製造方法 |
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