JP2016164846A - Method for manufacturing oxide superconducting wire rod - Google Patents

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保夫 高橋
勉 小泉
Tsutomu Koizumi
勉 小泉
一成 木村
Kazunari Kimura
一成 木村
隆介 広長
Ryusuke Hironaga
隆介 広長
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a superconducting wire rod that can suitably produce a superconducting wire rod having a configuration of a superconducting layer covered with a copper protective layer without deteriorating superconducting characteristics while achieving reduction in cost.SOLUTION: The method for manufacturing an oxide superconducting wire rod comprises a step of forming a superconducting layer on an intermediate layer formed on a tape-like substrate, a step of forming a silver stabilization layer on the superconducting layer and a step of forming a copper protective layer on the silver stabilization layer by impregnating a wire rod body 16 having the superconducting layer and the silver stabilization layer formed on a metal substrate in an aqueous solution 25 of copper sulfate in a state where the wire rod body is tensioned between a feed reel 31 and a taking-up reel by using a reel system of feeding from the feed reel 31 and taking up by the taking-up reel 32. The tension of the wire rod body 16 in the aqueous solution 25 during forming the copper protective layer is adjusted so that the tensile strain of the body is 0.6% or less.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、酸化物超電導線材の製造方法に関し、特に、超電導層上に安定化層が形成されたテープ状の酸化物超電導線材本体を銅の保護膜で被覆して酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an oxide superconducting wire, and in particular, an oxide superconducting wire is manufactured by covering a tape-shaped oxide superconducting wire body having a stabilization layer formed on the superconducting layer with a copper protective film. The present invention relates to a method for manufacturing an oxide superconducting wire.

酸化物超電導体は、その臨界温度(Tc)が液体窒素温度(77K)を超えることから超電導マグネット、超電導ケーブル、電力機器及びデバイス等への応用が期待されており、多くの研究結果が報告されている。酸化物超電導体を上記の分野に適用するためには、臨界電流密度(Jc)が高く、かつ高い臨界電流(Icで示し、Jcとともに超電導特性を意味する)を有する長尺の線材を製造する必要がある。一方、長尺の線材を得るためには、強度及び可撓性の観点から金属テープ上に酸化物超電導体を形成する必要がある。また、NbSnやNbAl等の金属系超電導体と同等に実用レベルで使用可能とするためには、Icが500A/cm(77K、自己磁界中)程度の値が必要である。 Oxide superconductors are expected to be applied to superconducting magnets, superconducting cables, power equipment and devices because their critical temperature (Tc) exceeds liquid nitrogen temperature (77K), and many research results have been reported. ing. In order to apply the oxide superconductor to the above-mentioned field, a long wire having a high critical current density (Jc) and a high critical current (indicated by Ic, which means superconducting properties together with Jc) is manufactured. There is a need. On the other hand, in order to obtain a long wire, it is necessary to form an oxide superconductor on a metal tape from the viewpoint of strength and flexibility. Further, in order to be usable at a practical level equivalent to metal superconductors such as Nb 3 Sn and Nb 3 Al, a value of Ic of about 500 A / cm (77 K, in a self magnetic field) is required.

これら条件を満たす酸化物超電導体を備える線材として、REBaCu系(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd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であり、以下、「RE系」とも称する)の酸化物超電導線材が知られている。 As a wire comprising an oxide superconductor satisfying these conditions, the REBa y Cu 3 O z system (RE represents one or more elements selected from Y, Nd, Sm, Eu, Gd and Ho, and y ≦ 2 And z = 6.2 to 7 (hereinafter, also referred to as “RE system”).

この酸化物超電導線材(以下、「超電導線材」とも称する)では、超電導体の結晶が2軸配向しているため、周知のビスマス系の銀シース線材に比べて臨界電流(Ic)が高く、液体窒素温度での磁場特性に優れている。これにより、RE系超電導線材は、現在、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に適用して、高温状態で使用できる利点を有する。   In this oxide superconducting wire (hereinafter also referred to as “superconducting wire”), since the superconductor crystal is biaxially oriented, the critical current (Ic) is higher than that of a well-known bismuth-based silver sheath wire. Excellent magnetic field characteristics at nitrogen temperature. As a result, the RE-based superconducting wire has an advantage that it can be used in a high temperature state by being applied to a superconducting device currently used at a low temperature near the liquid helium temperature.

RE系超電導線材は、基板上に、中間層、超電導層を順に成膜し、更にこの超電導層上に、導電性の高い銀を用いて安定化層を形成する。この構成において、より高い超電導特性(臨界電流)Icを確保するために、安定化層の膜厚を厚くすることが知られているが、安定化層の材料は銀であるため、銀の安定化層の膜厚を厚くすると高コストがかかる。   In the RE-based superconducting wire, an intermediate layer and a superconducting layer are sequentially formed on a substrate, and a stabilizing layer is formed on the superconducting layer using silver having high conductivity. In this configuration, in order to secure higher superconducting characteristics (critical current) Ic, it is known to increase the thickness of the stabilizing layer. However, since the material of the stabilizing layer is silver, Increasing the thickness of the chemical layer increases costs.

よって、超電導線材において、銀安定化層のコストの低廉化を図るため、銀安定化層まで積層した基板に、銀よりもコストの安い銅を用いた銅メッキで層を形成した構成とすることにより、安定化層の低コスト化を図ることが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in the superconducting wire, in order to reduce the cost of the silver stabilization layer, the layer is formed by copper plating using copper, which is cheaper than silver, on the substrate laminated up to the silver stabilization layer. Thus, it is known to reduce the cost of the stabilization layer (see, for example, Patent Document 1).

超電導層を有するテープ材に、銅メッキ処理を施して銅層を形成する場合、特許文献2に示すように、テープ材を送り出すリールと巻き取るリールとの間に、銅メッキ槽に配置し、この銅メッキ槽内にテープ材を通過させる、所謂、リールtoリール方式を用いて銅層を形成している。   When a copper layer is formed by applying a copper plating process to a tape material having a superconducting layer, as shown in Patent Document 2, it is arranged in a copper plating tank between a reel for feeding out the tape material and a reel for winding, A copper layer is formed by using a so-called reel-to-reel method in which a tape material is passed through the copper plating tank.

特許4934155号公報Japanese Patent No. 4934155 特許5085931号公報Japanese Patent No. 5085931

このように銅層を備える超電導線材の従来の製造方法において、リールtoリール方式で、超電導線材となるテープ材に銅メッキ層による銅保護層を形成する際に、リール間に架け渡されるテープ材の張力(引張応力)が高すぎる場合、テープ材が伸び、超電導層にクラックが入る等の損傷が派生し、製造される超電導線材の超電導特性Icが低下する恐れがある。   Thus, in the conventional manufacturing method of a superconducting wire having a copper layer, when forming a copper protective layer by a copper plating layer on a tape material to be a superconducting wire by a reel-to-reel method, a tape material spanned between reels If the tension (tensile stress) is too high, the tape material is stretched and damage such as cracks in the superconducting layer is derived, and the superconducting property Ic of the manufactured superconducting wire may be deteriorated.

一方、銅メッキ層を形成する際に、リール間に架け渡されるテープ材の張力が低すぎると、テープ材が弛み、テープ材の搬送速度も一定にならず、形成される銅メッキ層が不均一になり、製造される超電導線材の超電導特性Icが劣化する。   On the other hand, when the copper plating layer is formed, if the tension of the tape material spanned between the reels is too low, the tape material is loosened, the tape material transport speed is not constant, and the formed copper plating layer is unsatisfactory. It becomes uniform and the superconducting characteristic Ic of the superconducting wire to be manufactured deteriorates.

したがって、銅保護層を備える超電導線材として、優れた超電導特性を有する超電導線材を製造することが望まれている。   Therefore, it is desired to produce a superconducting wire having excellent superconducting characteristics as a superconducting wire having a copper protective layer.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、超電導層を銅保護層で被覆した構成を有し、低コスト化を図りつつ、超電導特性を劣化させることなく好適に製造できる超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and has a configuration in which a superconducting layer is coated with a copper protective layer, and can produce a superconducting wire that can be suitably manufactured without degrading superconducting characteristics while reducing costs. It aims to provide a method.

本発明の酸化物超電導線材の製造方法の一つの態様は、テープ状の基板上に形成された中間層上に超電導層を形成する工程と、前記超電導層上に銀安定化層を形成する工程と、前記超電導層及び前記銀安定化層が形成された前記基板を、供給リールから供給して巻き取りリールにて巻き取るリール方式を用いて、前記供給リールと前記巻き取りリールとの間で張架した状態で銅保護層形成用の水溶液中に浸漬して前記銀安定化層上に銅保護層を形成する工程と、を含み、前記銅保護層を形成する際の前記水溶液中における前記基板の張力は、当該基板の引っ張り歪みが0.6%以下となる張力である、ようにした。   One aspect of the method for producing an oxide superconducting wire of the present invention includes a step of forming a superconducting layer on an intermediate layer formed on a tape-like substrate, and a step of forming a silver stabilizing layer on the superconducting layer. And using a reel system in which the substrate on which the superconducting layer and the silver stabilizing layer are formed is supplied from a supply reel and taken up by a take-up reel, between the supply reel and the take-up reel Dipping in an aqueous solution for forming a copper protective layer in a stretched state and forming a copper protective layer on the silver stabilizing layer, and in the aqueous solution when forming the copper protective layer The tension of the substrate was such that the tensile strain of the substrate was 0.6% or less.

本発明によれば、超電導層を銅保護層で被覆した構成を有する酸化物超電導線材を、低コスト化を図りつつ、超電導特性を劣化させることなく好適に製造できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the oxide superconducting wire which has the structure which coat | covered the superconducting layer with the copper protective layer can be manufactured suitably, without reducing superconducting property, aiming at cost reduction.

本発明に係る一実施の形態の酸化物超電導線材の製造方法で製造される酸化物超電導線材のテープの軸方向に垂直な断面を示す概略図Schematic which shows the cross section perpendicular | vertical to the axial direction of the tape of the oxide superconducting wire manufactured with the manufacturing method of the oxide superconducting wire of one embodiment which concerns on this invention 本発明の一実施の形態に係る超電導線材の製造方法の説明に供するフローチャートThe flowchart with which it uses for description of the manufacturing method of the superconducting wire which concerns on one embodiment of this invention 銅保護層形成の工程を模式的に示す図The figure which shows the process of copper protective layer formation typically 銅めっき形成工程の説明に供する図Diagram for explaining copper plating formation process 超電導線材本体の引っ張り歪みと、この超電導線材本体を用いた酸化物超電導線材の超電導特性の変化の関係を示す図The figure which shows the relationship between the tensile strain of a superconducting wire main body, and the change of the superconducting characteristic of an oxide superconducting wire using this superconducting wire main body 線材の特性の一例を示す図The figure which shows an example of the characteristic of a wire

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、本実施の形態の酸化物超電導線材の製造方法で製造する酸化物超電導線材の一例について説明する。   First, an example of an oxide superconducting wire manufactured by the method for manufacturing an oxide superconducting wire according to the present embodiment will be described.

<酸化物超電導線材>
図1は、本発明に係る一実施の形態の酸化物超電導線材の製造方法で製造される酸化物超電導線材のテープの軸方向に垂直な断面を示す概略図である。
<Oxide superconducting wire>
FIG. 1 is a schematic view showing a cross section perpendicular to the axial direction of a tape of an oxide superconducting wire manufactured by the method of manufacturing an oxide superconducting wire according to one embodiment of the present invention.

酸化物超電導線材(以下、「超電導線材」という)10は、例えば、テープ状の金属基板11上に、中間層12、酸化物超電導層(以下、「超電導層」と称する)13、銀安定化層14を順に積層して形成した線材本体16の周囲を、銅保護層15で被覆することで形成されている。これにより、超電導線材10は、テープ状をなしており、可撓性を有する。なお、線材本体16は、超電導層13及び銀安定化層14が形成された基板11であって、銅保護層15を形成する際の水溶液中における基板に対応する。   An oxide superconducting wire (hereinafter referred to as “superconducting wire”) 10 includes, for example, an intermediate layer 12, an oxide superconducting layer (hereinafter referred to as “superconducting layer”) 13, and silver stabilization on a tape-like metal substrate 11. The wire body 16 formed by sequentially laminating the layers 14 is covered with a copper protective layer 15. Thereby, the superconducting wire 10 has a tape shape and is flexible. The wire body 16 is a substrate 11 on which the superconducting layer 13 and the silver stabilizing layer 14 are formed, and corresponds to the substrate in an aqueous solution when the copper protective layer 15 is formed.

金属基板11は、強度及び耐熱性に優れた、Cu、Ni、Ti、Mo、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Ag等の金属又はこれらの合金を用いることができる。例えば、金属基板11として、Ni又はNiに、W、Mo、Cr、Fe、Co、V及びMnから選択された一種類以上の添加元素を含むNi基合金が用いられる。また、金属基板11を、強圧延加工後の金属基板とすると、Ni基合金とステンレス鋼、ハステロイ(登録商標)、インコネル(登録商標)、ニクロムから選択されたいずれか1種の耐熱金属を積層させた複合基板を用いることもできる。具体的には、金属基板11は、Ni−Cr系(具体的には、Ni−Cr−Fe−Mo系のハステロイ(登録商標)B、C、X等)、W−Mo系、Fe−Cr系(例えば、オーステナイト系ステンレス)、又は、Fe−Ni系(例えば、非磁性の組成系のもの)等の材料に代表される低磁性の結晶粒無配向・耐熱高強度金属基板にすることが望ましい。金属基板11の厚さは、例えば、0.1mm以下である。   For the metal substrate 11, metals such as Cu, Ni, Ti, Mo, Nb, Ta, W, Mn, Fe, and Ag, which are excellent in strength and heat resistance, or alloys thereof can be used. For example, as the metal substrate 11, Ni or Ni-based alloy containing one or more kinds of additive elements selected from W, Mo, Cr, Fe, Co, V, and Mn is used. Further, when the metal substrate 11 is a metal substrate after a strong rolling process, any one kind of refractory metal selected from Ni-based alloy and stainless steel, Hastelloy (registered trademark), Inconel (registered trademark), and nichrome is laminated. It is also possible to use a composite substrate. Specifically, the metal substrate 11 is made of Ni—Cr (specifically, Ni—Cr—Fe—Mo based Hastelloy (registered trademark) B, C, X, etc.), W—Mo, Fe—Cr. A low magnetic crystal grain non-oriented heat-resistant high-strength metal substrate typified by a material such as an austenitic stainless steel (for example, austenitic stainless steel) or a Fe-Ni based material (for example, a nonmagnetic composition-based material). desirable. The thickness of the metal substrate 11 is 0.1 mm or less, for example.

中間層12は、例えば金属基板11からの元素の拡散が超電導層13に及ぶのを防止するための第1の中間層(拡散防止層)と、超電導層13の結晶を一定の方向に配向させるための第2の中間層(配向層)など、複数の中間層を有する。中間層12は、1層以上の何層で構成されてもよい。例えば、中間層12は、金属基板11上に、酸化アルミニウム(Al)層、ガリウムドープ酸化亜鉛層(GdZr:GZO)、或いはイットリウム安定化ジルコニア(YSZ)等による第1層、Y又はLaMnO等の層である第2層、酸化マグネシウム(MgO)等から成る第3層、酸化ランタンマンガン(LaMnO)等の層である第4層、酸化セリウム(CeO)層である第5層を、順に積層することで構成される。第1層及び第2層は、スパッタリング法で成膜される。また、MgO層(第3層)をイオンビームアシスト蒸着法(IBAD:Ion Beam Assisted Deposition)により成膜し、その上のLaMnO層(第4層)を、スパッタリング法により成膜し、更に、その上のCeO層(第5層)を、スパッタリング法(PLD法でもよい)により成膜してもよい。なお、中間層12を構成する各層(1〜5層)の厚みは、例えば、約1000[nm]である。 For example, the intermediate layer 12 has a first intermediate layer (diffusion prevention layer) for preventing diffusion of elements from the metal substrate 11 to reach the superconducting layer 13, and orients crystals of the superconducting layer 13 in a certain direction. A plurality of intermediate layers, such as a second intermediate layer (alignment layer). The intermediate layer 12 may be composed of any number of layers including one or more layers. For example, the intermediate layer 12 is formed on the metal substrate 11 by an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer, a gallium-doped zinc oxide layer (Gd 2 Zr 2 O 7 : GZO), a yttrium-stabilized zirconia (YSZ), or the like. One layer, a second layer that is a layer such as Y 2 O 3 or LaMnO 3, a third layer that is composed of magnesium oxide (MgO), a fourth layer that is a layer such as lanthanum manganese oxide (LaMnO 3 ), cerium oxide ( The fifth layer, which is a CeO 2 ) layer, is laminated in order. The first layer and the second layer are formed by a sputtering method. Further, a MgO layer (third layer) is formed by ion beam assisted deposition (IBAD), a LaMnO 3 layer (fourth layer) thereon is formed by sputtering, A CeO 2 layer (fifth layer) thereon may be formed by sputtering (or PLD). In addition, the thickness of each layer (1-5 layers) which comprises the intermediate | middle layer 12 is about 1000 [nm], for example.

超電導層13は、例えばREBaCu系超電導体(REは、Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及びYbから選択される1又は2種以上の希土類元素であり、y≦2及びz=6.2〜7)等の酸化物超電導体で構成される。このRE系超電導体としては、YBaCuで表されるイットリウム系超電導体が代表的である。超電導層13の成膜には、有機金属体積法(MOD:Metal-organic deposition)、パルスレーザー蒸着法(PLD:Pulsed Laser Deposition)、スパッタ法、又は有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を適用できる。 Superconducting layer 13 is, for example REBa y Cu 3 O z based superconductor (RE is, Y, Nd, Sm, Eu , Gd, Tb, Dy, Ho, Er, 1 or 2 or more selected from Tm and Yb It is a rare earth element and is composed of an oxide superconductor such as y ≦ 2 and z = 6.2 to 7). The RE superconductor is typically an yttrium superconductor represented by YBa 2 Cu 3 O 7 . The superconducting layer 13 is formed by metal-organic deposition (MOD), pulsed laser deposition (PLD), sputtering, or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Vapor Deposition) can be applied.

超電導層13は、ここでは、MOD法を用いて形成される。MOD法は、有機金属化合物を原料として、アモルファス状の活性な前駆体を基板表面に形成し、これを熱処理し結晶化することにより超電導層を成膜するものである。このMOD法は、非真空中でも長尺の基材に連続的に酸化物超電導層を形成できるので、PLD法やCVD法等の気相法よりも、プロセスが簡単で低コスト化が可能である。   Here, the superconducting layer 13 is formed by using the MOD method. In the MOD method, an amorphous active precursor is formed on a substrate surface using an organometallic compound as a raw material, and this is heat-treated and crystallized to form a superconducting layer. In this MOD method, an oxide superconducting layer can be continuously formed on a long substrate even in a non-vacuum state, so that the process is simpler and lower in cost than a vapor phase method such as a PLD method or a CVD method. .

なお、超電導層13には、Zr、Sn、Ce、Ti、Hf、Nbのうち少なくとも1つを含む50[nm]以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散していることが好ましい。この場合、超電導層13の成膜法としては、三フッ化酢酸塩(TFA)を用いたTFA−MOD法が好適である。例えば、TFAを含むバリウム(Ba)溶液中に、Baと親和性の高いジルコニウム(Zr)含有ナフテン酸塩等を混合することにより、RE系超電導体からなる超電導層13に、Zrを含む酸化物粒子(BaZrO)を磁束ピンニング点として分散させることができる。なお、超電導層13中に磁束ピンニング点を分散する手法は、公知の技術を適用することができる(例えば特開2012−059468号公報)。超電導層13中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導線材10が湾曲した状態で用いられても、磁場の影響を受けにくく、安定した超電導特性が発揮される。 In the superconducting layer 13, it is preferable that 50 [nm] or less oxide particles containing at least one of Zr, Sn, Ce, Ti, Hf, and Nb are dispersed as magnetic flux pinning points. In this case, as a method for forming the superconducting layer 13, a TFA-MOD method using trifluoroacetate (TFA) is suitable. For example, a zirconium (Zr) -containing naphthenate having a high affinity with Ba is mixed in a barium (Ba) solution containing TFA, whereby an oxide containing Zr is added to the superconducting layer 13 made of an RE-based superconductor. Particles (BaZrO 3 ) can be dispersed as magnetic flux pinning points. A known technique can be applied to the method of dispersing the magnetic flux pinning points in the superconducting layer 13 (for example, JP 2012-059468 A). By dispersing the magnetic flux pinning points in the superconducting layer 13, even if the superconducting wire 10 is used in a curved state, it is hardly affected by the magnetic field and exhibits stable superconducting characteristics.

銀安定化層14は、超電導層13の直上に形成され、主に水分等から超電導層13を保護するとともに、超電導状態が部分的に破れて抵抗が発生(常電導転移)した場合に電流を迂回させる。銀安定化層14は、電気抵抗率が低く、熱伝導率の高い材料で構成されるのが好ましく、銀(Ag)、あるいは銀の合金で構成される。銀安定化層14の成膜には、例えばスパッタリング法を適用できる。銀安定化層14の厚みはここでは1〜30[μm]である。   The silver stabilizing layer 14 is formed immediately above the superconducting layer 13 and mainly protects the superconducting layer 13 from moisture and the like. In addition, when the superconducting state is partially broken and a resistance is generated (normal conducting transition), a current is supplied. Detour. The silver stabilizing layer 14 is preferably made of a material having low electrical resistivity and high thermal conductivity, and is made of silver (Ag) or a silver alloy. For the film formation of the silver stabilizing layer 14, for example, a sputtering method can be applied. The thickness of the silver stabilization layer 14 is 1-30 [micrometers] here.

銅保護層15は、銀安定化層14上に形成されており、銀安定化層14を形成する銀を用いるよりもコスト低廉化を図ることができる。ここでは、銅保護層15は、線材本体16の周囲を覆うように設けることで、銀安定化層14上に形成された状態になっている。銅保護層15は、例えば、メッキ法の電気メッキ法を用いて、線材本体16に形成される。なお、線材本体16の厚み、つまり、銅保護層15を形成する際の金属基板11の底面から銀安定化層14の表面までの厚みは、50〜130μmとしている。   The copper protective layer 15 is formed on the silver stabilizing layer 14, and the cost can be reduced compared to using silver for forming the silver stabilizing layer 14. Here, the copper protective layer 15 is provided on the silver stabilizing layer 14 by covering the periphery of the wire main body 16. The copper protective layer 15 is formed on the wire body 16 using, for example, an electroplating method such as a plating method. The thickness of the wire main body 16, that is, the thickness from the bottom surface of the metal substrate 11 to the surface of the silver stabilizing layer 14 when forming the copper protective layer 15 is set to 50 to 130 μm.

<本実施の形態に係る超電導線材の製造方法の概要>
図2は、本発明の一実施の形態に係る超電導線材の製造方法の説明に供するフローチャートである。
<Outline of manufacturing method of superconducting wire according to this embodiment>
FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a superconducting wire according to an embodiment of the present invention.

図2に示すように、超電導線材10(図1参照)の製造方法は、ステップS1では、金属基板11上に、中間層12を形成する。この中間層12は、ここでは、複数層で形成し、例えば、金属基板11上に、スパッタリング法でAl層及びLaMnOを成膜し、LaMnO層上にIBAD(Ion Beam Assisted Deposition)法によりMgO層を成膜する。次いで、MgO層上に、スパッタリング法によりLaMnO層を形成し、LaMnO層上に、スパッタリング法によりCeO層を成膜する。これら各層を順に成膜することで中間層12を形成する。 As shown in FIG. 2, in the method of manufacturing the superconducting wire 10 (see FIG. 1), the intermediate layer 12 is formed on the metal substrate 11 in step S1. Here, the intermediate layer 12 is formed of a plurality of layers. For example, an Al 2 O 3 layer and a LaMnO 3 film are formed on the metal substrate 11 by a sputtering method, and an IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) is formed on the LaMnO 3 layer. ) Method to form an MgO layer. Next, a LaMnO 3 layer is formed on the MgO layer by a sputtering method, and a CeO 2 layer is formed on the LaMnO 3 layer by a sputtering method. The intermediate layer 12 is formed by sequentially forming these layers.

ステップS2では、テープ状の金属基板11に形成した中間層12上に、ここでは、金属基板11に中間層12を形成してなるテープ状の基材上に、MOD法により超電導層13を形成する。MOD法では、先ず、金属基板11上に中間層12を成膜してなるテープ状の基材を、超電導原料溶液(有機金属塩を有機溶媒に溶解させたもの)に浸して、引き上げること(いわゆるディップコート法)により、基材の表面、つまり中間層12の表面に超電導原料溶液を付着させて、仮焼成炉内で、仮焼成する。そして、これらの処理(ディップコートと仮焼成)を適宜繰り返すことで、超電導前駆体を形成する。次いで、本焼成炉内で、基材上の超電導前駆体に対して本焼成を行うことにより、酸化物超電導層(超電導層13)を形成する。なお、これらディップコート、仮焼成、本焼成等の各処理は、各処理を施す機器(例えば、超電導原料溶液を貯留した容器、仮焼成炉、本焼成炉)内を、送り出しリールから巻き取りリールに送られる基材を通過させることで行うことが望ましい。   In step S2, the superconducting layer 13 is formed by the MOD method on the intermediate layer 12 formed on the tape-shaped metal substrate 11, here on the tape-shaped base material formed by forming the intermediate layer 12 on the metal substrate 11. To do. In the MOD method, first, a tape-like base material formed by forming an intermediate layer 12 on a metal substrate 11 is immersed in a superconducting raw material solution (a solution in which an organic metal salt is dissolved in an organic solvent) and pulled up ( The superconducting raw material solution is attached to the surface of the base material, that is, the surface of the intermediate layer 12 by a so-called dip coating method, and pre-baked in a pre-baking furnace. And a superconducting precursor is formed by repeating these processes (dip coating and temporary baking) as appropriate. Next, in the main baking furnace, main baking is performed on the superconducting precursor on the substrate to form an oxide superconducting layer (superconducting layer 13). In addition, each process such as dip coating, pre-baking, and main baking is performed in a device that performs each process (for example, a container storing a superconducting raw material solution, a pre-baking furnace, and a main baking furnace) from a delivery reel to a take-up reel. It is desirable to carry out by passing the base material sent to.

ステップS3では、超電導層13上にスパッタリング法により銀安定化層14を形成する。これにより、金属基板11上に、中間層12、超電導層13及び銀安定化層14を順に積層されて構成される線材本体(超電導層13及び銀安定化層14が形成された基板)16(図1参照)が形成される。   In step S3, the silver stabilizing layer 14 is formed on the superconducting layer 13 by sputtering. As a result, a wire main body (a substrate on which the superconducting layer 13 and the silver stabilizing layer 14 are formed) 16 (which is formed by sequentially laminating the intermediate layer 12, the superconducting layer 13, and the silver stabilizing layer 14 on the metal substrate 11) ( 1) is formed.

そして、ステップS4では、線材本体16における銀安定化層14上に銅保護層15を形成する。これにより、超電導線材10が製造される。
ここで、図2のステップS4における銅保護層形成の工程を詳細に説明する。
In step S <b> 4, the copper protective layer 15 is formed on the silver stabilizing layer 14 in the wire body 16. Thereby, the superconducting wire 10 is manufactured.
Here, the process of forming the copper protective layer in step S4 of FIG. 2 will be described in detail.

図3は、銅保護層形成の工程を模式的に示す図である。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a process of forming a copper protective layer.

銅保護層15(図1参照)の形成は、ステップS3を経て、線材本体16を形成した後、ステップS4において、線材本体16(詳細には銀安定化層14)に対して行われる。ここでは、線材本体16(図1参照)の周囲に銅保護層15を形成することによって、銀安定化層14上に銅保護層15が形成される。   The copper protective layer 15 (see FIG. 1) is formed on the wire body 16 (specifically, the silver stabilizing layer 14 in detail) in Step S4 after the wire body 16 is formed through Step S3. Here, the copper protective layer 15 is formed on the silver stabilizing layer 14 by forming the copper protective layer 15 around the wire body 16 (see FIG. 1).

銅保護層形成工程(図2のステップS4の工程に相当)は、図3に示すように、水洗部21及びメッキ部22を用いて、線材本体16の銀安定化層14上に銅保護層15を形成する銅めっき工程と、銅保護層15を形成した後、水洗部23、乾燥部24を用いて洗浄して乾燥させる仕上げ工程とを有する。   The copper protective layer forming step (corresponding to the step S4 in FIG. 2) is performed on the silver stabilizing layer 14 of the wire body 16 using the water washing part 21 and the plating part 22 as shown in FIG. 15 and a finishing step of cleaning and drying using the water washing part 23 and the drying part 24 after the copper protective layer 15 is formed.

銅めっき工程及び仕上げ工程は、水洗部21、メッキ部22、水洗部23、乾燥部24を有する銅保護層形成装置20により行われる。なお、この銅保護層形成装置20は、酸化物超電導線材を製造する製造システムに含まれる。   The copper plating process and the finishing process are performed by the copper protective layer forming apparatus 20 having the water washing part 21, the plating part 22, the water washing part 23, and the drying part 24. In addition, this copper protective layer forming apparatus 20 is included in a manufacturing system for manufacturing an oxide superconducting wire.

線材本体16は、供給リール31に巻回されており、この供給リール31から銅保護層形成装置20に供給され、銅保護層形成装置20で銅保護層が形成された後、巻き取りリール32で巻き取られる。   The wire body 16 is wound around a supply reel 31, supplied from the supply reel 31 to the copper protective layer forming apparatus 20, and after the copper protective layer is formed by the copper protective layer forming apparatus 20, the take-up reel 32. It is wound up by.

具体的には、銅保護層形成工程は、供給リール31から送り出される線材本体16を、水洗部21、メッキ部22、水洗部23、乾燥部24を通過させて、巻き取りリール32で巻き取るリール方式を用いて行われる。すなわち、メッキ部22、水洗部23、乾燥部24を通過する線材本体16は、巻き取りリール32により巻き取られることで、各部21〜24内に搬送される。   Specifically, in the copper protective layer forming step, the wire main body 16 delivered from the supply reel 31 is passed through the washing unit 21, the plating unit 22, the washing unit 23, and the drying unit 24, and taken up by the take-up reel 32. Reel method is used. That is, the wire main body 16 that passes through the plating unit 22, the water washing unit 23, and the drying unit 24 is taken up by the take-up reel 32 and is conveyed into the units 21 to 24.

水洗部21は、供給リール31から供給される線材本体16(超電導層13及び銀安定化層14が形成された後の金属基板11)を洗浄する。   The washing unit 21 cleans the wire main body 16 (the metal substrate 11 after the superconducting layer 13 and the silver stabilizing layer 14 are formed) supplied from the supply reel 31.

ここでは、水洗部21は、洗浄水(イオン交換水)を貯留する水洗槽を有し、この水洗槽内に、線材本体16を導入して通過させることで、線材本体16を洗浄し、銀安定化層14の表面に付着した異物を洗い流す。   Here, the rinsing section 21 has a rinsing tank for storing washing water (ion exchange water), and the wire main body 16 is introduced into and passed through the rinsing tank, thereby washing the silver main body 16 and silver. The foreign matter adhering to the surface of the stabilization layer 14 is washed away.

メッキ部22は、水洗部21から供給される線材本体16に対して銅を付着させることにより銅保護層15を形成し、銅保護層15が形成された線材本体16は、ターンガイド部33を介して搬送方向を折り返されて、水洗部23に供給される。   The plating part 22 forms the copper protective layer 15 by adhering copper to the wire main body 16 supplied from the water washing part 21, and the wire main body 16 on which the copper protective layer 15 is formed has the turn guide part 33. Then, the direction of conveyance is folded back and supplied to the washing unit 23.

水洗部23は、洗浄水(イオン交換水)を貯留する水洗槽を有し、この水洗槽内に、銅保護層15が形成された線材本体16を導入して通過させることで、銅保護層15の外面を洗浄し、外面に付着した異物を洗い流す。   The washing section 23 has a washing tank for storing washing water (ion exchange water), and the wire protection body 15 formed with the copper protection layer 15 is introduced into and passed through the washing tank. The outer surface of 15 is washed, and the foreign matter adhering to the outer surface is washed away.

乾燥部24は、水洗部23の水洗槽から搬送される銅保護層付きの線材本体16に付着した水分を乾かして乾燥する。乾燥部24は、例えば、銅保護層付きの線材本体16にエアを吹き付けることで水分を落として除去する。なお、エアは、ドライエア、クリーンドライエアのいずれかであることが望ましい。また、銅保護層付きの線材本体16をヒータで加熱して乾燥するようにしてもよい。具体的には、内部にヒータを配置した乾燥室内に、銅保護層付線材本体16を通過させることにより乾燥する。乾燥することで形成された超電導線材は巻き取りリール32により巻き取られる。   The drying unit 24 dries and dries moisture adhering to the wire main body 16 with the copper protective layer conveyed from the washing tank of the washing unit 23. The drying unit 24 removes and removes moisture, for example, by blowing air to the wire main body 16 with the copper protective layer. The air is preferably either dry air or clean dry air. Moreover, you may make it dry the wire main body 16 with a copper protective layer by heating with a heater. Specifically, it dries by passing the wire main body 16 with a copper protective layer through a drying chamber in which a heater is disposed. The superconducting wire formed by drying is taken up by the take-up reel 32.

図4は、銅めっき工程の説明に供する図であり、メッキ部22のメッキ槽の概要を示す図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the copper plating process, and is a diagram showing an outline of the plating tank of the plating unit 22.

メッキ部22では、メッキ法の電気メッキ法を用いて銅保護層15を形成する。メッキ部22は、銅保護層形成用の水溶液25を貯留するメッキ槽221と、メッキ槽221内に浸漬する線材本体16の張力を調整する張力調整部26と、を有する。   In the plating part 22, the copper protective layer 15 is formed by using an electroplating method. The plating unit 22 includes a plating tank 221 that stores an aqueous solution 25 for forming a copper protective layer, and a tension adjusting unit 26 that adjusts the tension of the wire body 16 immersed in the plating tank 221.

このメッキ槽221では、巻き取りリール32が回転して線材本体16を巻き取る動作により、水洗部21の水洗槽(図示省略)から搬送される線材本体16を、一側面から搬入し、銅層形成用の水溶液25中に浸漬して他側面から搬出する。銅層形成用の水溶液25は、例えば、硫酸銅及び硫酸を含む硫酸銅溶液である。   In the plating tank 221, the wire main body 16 conveyed from the water washing tank (not shown) of the water washing section 21 is carried in from one side surface by the operation of the winding reel 32 rotating and winding the wire main body 16, and the copper layer It is immersed in the aqueous solution 25 for formation and carried out from the other side. The aqueous solution 25 for forming the copper layer is, for example, a copper sulfate solution containing copper sulfate and sulfuric acid.

メッキ槽221内には、線材本体16とともに、銅アノード28が浸されており、これらには外部電源から電流を供給可能となっている。線材本体16は、メッキ槽221内の水溶液(硫酸銅溶液)25中において、カソードとして機能する。   A copper anode 28 is immersed in the plating tank 221 together with the wire main body 16, and current can be supplied to these from an external power source. The wire main body 16 functions as a cathode in the aqueous solution (copper sulfate solution) 25 in the plating tank 221.

このように、メッキ部22では、水溶液25が貯留されたメッキ槽内において、水洗部21から導入される線材本体16をカソードとして、銅アノード28とともに、水溶液25に浸し、外部直流電源から直流を印加する。これにより、カソード反応して線材本体16の表面に銅保護層15を形成する。なお、メッキ槽221中の水溶液25は、メッキ槽221の周囲(例えば、前後)に設けられた液受け224の中にオーバーフロー(フロー部分25a参照)する。オーバーフローすることで液受け224に回収される水溶液25は、液受け224に接続されたポンプ27により、再びメッキ槽221内の水溶液25中に戻される。   Thus, in the plating part 22, in the plating tank in which the aqueous solution 25 is stored, the wire body 16 introduced from the water washing part 21 is used as a cathode, soaked in the aqueous solution 25 together with the copper anode 28, and direct current is supplied from the external DC power source. Apply. As a result, the copper protective layer 15 is formed on the surface of the wire body 16 by the cathode reaction. The aqueous solution 25 in the plating tank 221 overflows (see the flow portion 25a) into the liquid receiver 224 provided around the plating tank 221 (for example, front and rear). The aqueous solution 25 recovered in the liquid receiver 224 by overflowing is returned again to the aqueous solution 25 in the plating tank 221 by the pump 27 connected to the liquid receiver 224.

張力調整部26は、銅保護層15が形成されるとき、つまり、供給リール31と巻き取りリール32との間で張架した状態で水溶液25中に浸漬している線材本体16の張力を調整する。ここでは、張力調整部26は、メッキ槽221前でテープ状の線材本体16を押さえて、巻き取りリール32で巻き取られることでメッキ槽221に搬送される線材本体16の移動を規制する。これにより、供給リール31と巻き取りリール32との間で張架される(張力がかかった状態で架け渡される)線材本体16が、メッキ槽221内を移動する際の張られた状態を調整する。   The tension adjusting unit 26 adjusts the tension of the wire main body 16 immersed in the aqueous solution 25 when the copper protective layer 15 is formed, that is, in a state of being stretched between the supply reel 31 and the take-up reel 32. To do. Here, the tension adjusting unit 26 restricts the movement of the wire main body 16 conveyed to the plating tank 221 by pressing the tape-shaped wire main body 16 in front of the plating tank 221 and being wound by the take-up reel 32. As a result, the stretched state when the wire body 16 stretched between the supply reel 31 and the take-up reel 32 (ie, stretched in a tensioned state) moves in the plating tank 221 is adjusted. To do.

例えば、張力調整部26は、メッキ槽221の上流側に配置され、且つ、線材本体16を挟むローラ対261(ローラ261a、261b)を有し、このローラ対261の一方のローラ261aの回転方向に負荷をかけることで、ローラ対261を経由してメッキ槽221に送出される線材本体16の移動速度を規制する。ローラ対261の一方のローラ261aをモータ(図示省略)により回転可能に構成し、このモータに、モータの回転を制御する駆動部264を介して、搬送方向への線材本体16の移動を規制するよう、電流を供給する。これにより、メッキ槽221内における線材本体16は、張力調整部26により一端部側で固定され、他端部側で搬送方向に引っ張られた状態、つまり、両端で矢印T1方向、T2方向に引っ張られた状態となり、引っ張り荷重が付与され張力が発生する。線材本体16の他端部側は、巻き取りリール32により一定の力で搬送方向に引かれた状態であるので、張力調整部26における線材本体16の搬送方向へ移動を調整することで、メッキ槽221内の線材本体16の張力を調整できる。   For example, the tension adjusting unit 26 is disposed on the upstream side of the plating tank 221 and includes a pair of rollers 261 (rollers 261a and 261b) that sandwich the wire body 16 and the rotation direction of one roller 261a of the pair of rollers 261. When the load is applied to the wire body 16, the moving speed of the wire main body 16 sent to the plating tank 221 via the roller pair 261 is regulated. One roller 261a of the roller pair 261 is configured to be rotatable by a motor (not shown), and the movement of the wire main body 16 in the conveying direction is regulated by the motor via a drive unit 264 that controls the rotation of the motor. So that the current is supplied. As a result, the wire main body 16 in the plating tank 221 is fixed on one end side by the tension adjusting unit 26 and pulled in the transport direction on the other end side, that is, pulled in the directions of arrows T1 and T2 at both ends. In this state, a tensile load is applied and tension is generated. Since the other end side of the wire main body 16 is pulled in the transport direction with a constant force by the take-up reel 32, the tension adjusting unit 26 adjusts the movement of the wire main body 16 in the transport direction to perform plating. The tension | tensile_strength of the wire main body 16 in the tank 221 can be adjusted.

メッキ部22では、張力調整部26が、銅保護層を形成する際の線材本体16の張力、つまり、線材本体16をメッキ槽221に浸漬させた際の線材本体16にかける所定の張力、を調整する。   In the plating unit 22, the tension adjusting unit 26 sets the tension of the wire main body 16 when forming the copper protective layer, that is, a predetermined tension applied to the wire main body 16 when the wire main body 16 is immersed in the plating tank 221. adjust.

すなわち、メッキ部22では、線材本体16は、所定の張力をかけられて、張られた状態で、銅保護層15が形成される。   In other words, in the plated portion 22, the copper protective layer 15 is formed in a state where the wire main body 16 is tensioned with a predetermined tension.

銅保護層の形成の際(メッキ槽内)における線材本体16の所定の張力は、線材本体16の引っ張り歪みによる超電導特性Icの変化に基づいて設定される。引っ張り歪みは、線材本体が長手方向に引っ張られた際に延びて歪んだ割合%であり、(引っ張られて延びて歪んだ際の全長−引っ張られる前の全長)/引っ張られる前の全長×100で示される。   The predetermined tension of the wire main body 16 during the formation of the copper protective layer (in the plating tank) is set based on the change in the superconducting property Ic due to the tensile strain of the wire main body 16. Tensile strain is the percentage of the wire body that is stretched and distorted when pulled in the longitudinal direction, (total length when stretched and distorted-total length before being pulled) / total length before being pulled × 100. Indicated by

図5は、線材本体16の引っ張り歪み%と、この線材本体16を用いた超電導線材の超電導特性の変化の関係を示す。図5では、線材本体として、超電導特性Icの異なる2種類の線材(線材Aを「〇」のグラフ、線材Bを「■」のグラフで示す)の線材本体を用いている。線材A、Bは、それぞれ超電導層の厚みのみが異なり、その他の構成は同様に構成された線材である。例えば、線材AのIc=130A、線材BのIc=125Aとしている。また、図5における横軸は、線材本体の引っ張り歪み%を示し、縦軸は、Ic維持率を示し、ここでのIc維持率は、引っ張り力による各歪み発生後に、引っ張り張力を開放してから測定したIcを、引っ張り力を印加する前のIc(≡Ic0)で除した値(Ic/Ic0)としている。すなわち、Ic維持率とは、超電導線材における0Tでの臨界電流(自己磁場下における臨界電流):Ic0(=Ic@0T)に対する、当該超電導線材における印加磁場(ここでは平行磁場)での臨界電流Icとの比:Ic/Ic0を言う。   FIG. 5 shows the relationship between the tensile strain% of the wire body 16 and the change in the superconducting characteristics of the superconducting wire using this wire body 16. In FIG. 5, two types of wire rods having different superconducting characteristics Ic (wire rod A is indicated by a “◯” graph and wire rod B is indicated by a “■” graph) are used as the wire rod main body. Wires A and B are different from each other only in the thickness of the superconducting layer, and the other configurations are similarly configured. For example, Ic = 130A of the wire A and Ic = 125A of the wire B are set. Further, the horizontal axis in FIG. 5 indicates the tensile strain% of the wire body, and the vertical axis indicates the Ic maintenance rate. Here, the Ic maintenance rate is determined by releasing the tensile tension after the occurrence of each strain due to the tensile force. Is the value (Ic / Ic0) divided by Ic (≡Ic0) before applying the tensile force. That is, the Ic retention rate is a critical current at 0 T in a superconducting wire (critical current under a self magnetic field): Ic0 (= Ic @ 0T), and a critical current at an applied magnetic field (here, a parallel magnetic field) in the superconducting wire Ratio with Ic: Ic / Ic0.

図5の線材A「〇」、線材B「■」のそれぞれで示すように、それぞれの線材本体16の張力は、線材本体16の引っ張り歪み0.7%を超えると、急激に超電導特性(Ic維持率)は劣化する。また、引っ張り歪み0.6%以下であれば、超電導特性(Ic維持率)は殆ど劣化しない。線材本体16にかける張力は、線材本体16の引っ張り歪みが0.5%以下であることが好ましい。   As indicated by each of the wire A “◯” and the wire B “■” in FIG. 5, when the tension of each wire body 16 exceeds the tensile strain 0.7% of the wire body 16, the superconducting characteristics (Ic) The maintenance rate deteriorates. If the tensile strain is 0.6% or less, the superconducting characteristics (Ic retention rate) are hardly deteriorated. The tension applied to the wire body 16 is preferably such that the tensile strain of the wire body 16 is 0.5% or less.

また、線材本体16の張力が小さすぎる場合、例えば、張力が下限値0.02kN未満の場合、リールtoリール方式では、上述したように線材本体16を均一な速度で搬送できず、線材本体16に形成される銅保護層15の長手方向及び幅方向での膜厚のばらつきが大きくなる。加えて、メッキ槽内で線材本体16が弛むことになるため、線材本体16に直流を印加する電極(図4に示す銅アノード28)からずれたり、キンクが発生し易くなる。
よって、張力調整部26からの引っ張り荷重を受けることで、線材本体16に発生する所定の張力(銅保護層15を形成する際の水溶液中における基板11の張力)は、線材本体16が均一な速度で搬送される下限値に相当する0.02kN以上の張力で、且つ、線材本体16の引っ張り歪み0.6%以下となる張力としている。なお、線材本体16に対する張力の下限値0.02kNを含む張力と線材本体16の引っ張り歪み%との関係は、後述する実施例で説明する。
In addition, when the tension of the wire body 16 is too small, for example, when the tension is less than the lower limit value 0.02 kN, the reel-to-reel method cannot transfer the wire body 16 at a uniform speed as described above, and the wire body 16 The variation in film thickness in the longitudinal direction and the width direction of the copper protective layer 15 formed on the substrate increases. In addition, since the wire main body 16 is loosened in the plating tank, the wire main body 16 is liable to be displaced from an electrode (copper anode 28 shown in FIG. 4) for applying a direct current to the wire main body 16 or to be kinked.
Therefore, the predetermined tension (the tension of the substrate 11 in the aqueous solution when forming the copper protective layer 15) generated in the wire main body 16 by receiving the tensile load from the tension adjusting unit 26 is uniform in the wire main body 16. The tension is 0.02 kN or more, which corresponds to the lower limit value conveyed at the speed, and the tensile strain of the wire body 16 is 0.6% or less. In addition, the relationship between the tension including the lower limit 0.02 kN of the tension with respect to the wire main body 16 and the tensile strain% of the wire main body 16 will be described in an example described later.

このようにメッキ部22のメッキ槽内で銅保護層が形成された線材本体16は、ターンガイド部33を経由して、水洗部23、乾燥部24を経て巻き取りリール32により巻き取られる。   Thus, the wire main body 16 in which the copper protective layer is formed in the plating tank of the plating part 22 is taken up by the take-up reel 32 via the turn guide part 33, the water washing part 23, and the drying part 24.

これにより、線材本体16に、より均一な厚みの銅保護層15を好適に形成することができる。また、線材本体16を銅保護層15で被覆することで超電導線材10を形成する。これにより、超電導特性Icの高い超電導線材を製造する際に必要な所定厚(例えば数10μmの膜厚)の安定化層を、全て銀ではなく、一部を銀に代えて銅で形成することになり、材料コストの低廉化が図られた導電性の高い安定化層を形成できる。
したがって、超電導層13を銅保護層15で被覆した構成を有した酸化物超電導線材10を、低コスト化を図りつつ、超電導特性を劣化させることなく好適に製造することができる。
Thereby, the copper protective layer 15 with a more uniform thickness can be suitably formed on the wire body 16. Further, the superconducting wire 10 is formed by covering the wire body 16 with the copper protective layer 15. Thus, a stabilization layer having a predetermined thickness (for example, a film thickness of several tens of μm) necessary for manufacturing a superconducting wire having a high superconducting characteristic Ic is not entirely silver but partly made of copper instead of silver. Thus, it is possible to form a highly conductive stabilization layer in which the material cost is reduced.
Therefore, the oxide superconducting wire 10 having a configuration in which the superconducting layer 13 is covered with the copper protective layer 15 can be suitably manufactured without deteriorating the superconducting characteristics while reducing the cost.

図6に示すSSカーブを有する線材本体(超電導層及び銀安定化層が形成された基板)16となる線材A、Bを用いて、図3に示す製造方法により下記の条件で図1に示す構成の超電導線材10を製造した。図6は、線材の特性の一例を示す図であり、図5で用いた線材A、線材BのSSカーブを示し、各線材に加わる引っ張り荷重(線材の張力に相当)kNと、それによる線材本体の引っ張り歪み(%)の関係を示す。
線材A、Bは、それぞれ長さ10m、幅5mm、100μm厚の線材であり、超電導層13の厚みが異なることで、それぞれ超電導特性Icが異なる。線材Aの超電導特性Ic=130Aであり、線材Bの超電導特性Ic=125Aである。また、メッキ槽221の水溶液を硫酸銅溶液とし、メッキ部22は、20A、0.5m/分で線材本体16を、メッキ槽221内で移動させてメッキ処理(銅保護層形成)を行い、線材本体に20μm厚の銅保護層15を形成した。このように、超電導線材10を製造する際に、実施例1〜5、比較例1で示すように、線材本体16の張力を変更(つまり線材への張力を変更)して超電導線材10を製造した。
Using wire rods A and B that become wire rod main bodies (substrates on which a superconducting layer and a silver stabilizing layer are formed) 16 having an SS curve shown in FIG. 6, the manufacturing method shown in FIG. The superconducting wire 10 having the configuration was manufactured. FIG. 6 is a diagram showing an example of the characteristics of the wire rods, showing the SS curves of the wire rods A and B used in FIG. The relationship of tensile strain (%) of the main body is shown.
Wires A and B are wires having a length of 10 m, a width of 5 mm, and a thickness of 100 μm, respectively, and the superconducting characteristics Ic are different due to the different thicknesses of the superconducting layer 13. The superconducting property Ic of the wire A is 130A, and the superconducting property Ic of the wire B is 125A. Moreover, the aqueous solution of the plating tank 221 is made into a copper sulfate solution, and the plating part 22 performs the plating process (copper protective layer formation) by moving the wire body 16 within the plating tank 221 at 20 A, 0.5 m / min. A copper protective layer 15 having a thickness of 20 μm was formed on the wire body. Thus, when manufacturing the superconducting wire 10, as shown in Examples 1-5 and Comparative Example 1, the superconducting wire 10 is manufactured by changing the tension of the wire body 16 (that is, changing the tension to the wire). did.

実施例1〜3は、線材Aを用い、これに張力0.48kN、0.06kN、0.3kNをかけて上記条件で銅保護層を形成した。また、実施例4、5は、線材Bを用い、これに張力0.38kN、0.06kNをかけて上記条件で銅保護層を形成した。
また、比較例1、2は、線材Aを用い、これに張力0.6kN、0.01kNをかけて上記条件で銅保護層を形成し、比較例3では、線材Bを用い、これに張力0.5kNをかけて上記条件で銅保護層を形成した。比較例4では、線材Bを用い、これに張力0.01kNをかけて上記条件で銅保護層を形成した。
In Examples 1 to 3, the wire A was used, and tensions of 0.48 kN, 0.06 kN, and 0.3 kN were applied thereto to form a copper protective layer under the above conditions. In Examples 4 and 5, the wire B was used, and tensions of 0.38 kN and 0.06 kN were applied thereto to form a copper protective layer under the above conditions.
In Comparative Examples 1 and 2, a wire A is used, and a copper protective layer is formed under the above conditions by applying tensions of 0.6 kN and 0.01 kN. In Comparative Example 3, a wire B is used and tension is applied thereto. A copper protective layer was formed under the above conditions by applying 0.5 kN. In Comparative Example 4, the wire B was used, a tension of 0.01 kN was applied thereto, and a copper protective layer was formed under the above conditions.

これら実施例1〜5、比較例1〜4で製造した超電導線材の銅メッキ厚(銅保護層の厚み)と、張力付与後に測定した線材本体の超電導特性Icを表1に示す。表1における「歪」は、線材本体としての線材A、Bの引っ張り歪であり、「Ic」は、線材本体としての線材A、Bに張力(線材への引っ張り荷重に相当)をかけた後の超電導特性を示す。また、実施例における銅保護層の膜厚の変化の判定については、目標膜厚±1μmの範囲であれば許容範囲であり、均一膜厚(表1では「均一」で図示する)と判定した。   Table 1 shows the copper plating thickness (thickness of the copper protective layer) of the superconducting wires manufactured in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, and the superconducting characteristics Ic of the wire main body measured after applying the tension. “Strain” in Table 1 is the tensile strain of the wires A and B as the wire body, and “Ic” is after applying tension (corresponding to the tensile load on the wire) to the wires A and B as the wire body. The superconducting properties of are shown. In addition, regarding the determination of the change in the film thickness of the copper protective layer in the examples, it was determined that the target film thickness was within the range of ± 1 μm, which was an acceptable range, and was determined to be a uniform film thickness (shown as “uniform” in Table 1). .

Figure 2016164846
Figure 2016164846

図6及び実施例1〜5、比較例1〜4の結果に示すように、線材A、Bの引っ張り歪みが0.75(つまり、0.75以上)になると、弾性変形から塑性変形に変わり、超電導特性Icは、急激に低下する。   As shown in FIG. 6 and the results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, when the tensile strain of the wires A and B is 0.75 (that is, 0.75 or more), the elastic deformation is changed to plastic deformation. The superconducting property Ic decreases rapidly.

加えて、銅保護層形成の際に線材本体(銅保護層を形成する際の水溶液中における基板であり、超電導層及び銀安定化層が形成された基板)16に付与する張力を0.01kNとする(つまり、0.01kN以下になる)と、製造される超電導特性の低下はないものの、銅保護層厚は不均一となる。このとき、線材本体16に直流を印加する電極(図4に示す銅アノード28)から線材本体16がずれたり、キンクが発生し易くなる。これは0.01kNが、線材本体16に発生する所定の張力(超電導層及び銀安定化層が形成された基板であり主に金属基板の張力)の下限値に相当する0.02kN未満の値であるからである。なお、直流が印加する電極(図4に示す銅アノード28)から線材本体16がずれることなく、キンクが発生しない線材本体16への張力(線材本体の張力)の下限値0.02kNに対応する引っ張り歪み%は0.05%である。   In addition, the tension applied to the wire main body (the substrate in the aqueous solution when forming the copper protective layer and the substrate on which the superconducting layer and the silver stabilizing layer are formed) 16 during the formation of the copper protective layer is 0.01 kN. (That is, 0.01 kN or less), although the superconducting characteristics to be manufactured are not deteriorated, the thickness of the copper protective layer is not uniform. At this time, the wire main body 16 is likely to be displaced from the electrode (copper anode 28 shown in FIG. 4) for applying a direct current to the wire main body 16, and kinks are likely to occur. This is a value of less than 0.02 kN, where 0.01 kN corresponds to the lower limit value of a predetermined tension generated in the wire body 16 (a substrate on which a superconducting layer and a silver stabilizing layer are formed, mainly a tension of a metal substrate). Because. It corresponds to the lower limit 0.02 kN of the tension (the tension of the wire body) to the wire body 16 where the kink does not occur without the wire body 16 being displaced from the electrode to which direct current is applied (copper anode 28 shown in FIG. 4). The tensile strain% is 0.05%.

これらを踏まえて、銅保護層を形成する際の線材本体16(超電導層及び銀安定化層が形成された金属基板であり、主に金属基板)の張力は、線材本体(主に金属基板11)16の引っ張り歪み0.05%以上で0.6%以下、好ましくは0.5%以下となるような張力とすることが好ましい。   In consideration of these, the tension of the wire main body 16 (mainly the metal substrate on which the superconducting layer and the silver stabilizing layer are formed, mainly the metal substrate) when forming the copper protective layer is the wire main body (mainly the metal substrate 11). ) It is preferable that the tensile strain of 16 is 0.05% or more and 0.6% or less, preferably 0.5% or less.

今回開示された実施の形態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説明ではなくて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 embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。   The embodiment of the present invention has been described above. The above description is an illustration of a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to this. That is, the description of the configuration of the apparatus and the shape of each part is an example, and it is obvious that various modifications and additions to these examples are possible within the scope of the present invention.

本発明に係る酸化物超電導線材の製造方法は、超電導層上に形成された銀安定化層に、銅保護層を好適に形成することにより、超電導層を銅保護層で被覆した構成を有する酸化物超電導線材を、低コスト化を図りつつ、超電導特性を劣化させることなく好適に製造できる効果を有し、長尺のテープ状の酸化物超電導線材の製造に有用である。   The method for producing an oxide superconducting wire according to the present invention includes an oxide having a structure in which a superconducting layer is covered with a copper protective layer by suitably forming a copper protective layer on a silver stabilizing layer formed on the superconducting layer. It has the effect of being able to manufacture a superconducting wire material suitably without deteriorating superconducting properties while reducing costs, and is useful for the production of a long tape-shaped oxide superconducting wire.

10 超電導線材
11 金属基板(基板)
12 中間層
13 超電導層
14 銀安定化層
15 銅保護層
16 線材本体
20 銅保護層形成装置
21、23 水洗部
22 メッキ部
24 乾燥部
25 水溶液
26 張力調整部
27 ポンプ
31 供給リール
32 巻き取りリール
33 ターンガイド部
221 メッキ槽
224 液受け
261 ローラ対
264 駆動部
10 Superconducting wire 11 Metal substrate (substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Intermediate | middle layer 13 Superconducting layer 14 Silver stabilization layer 15 Copper protective layer 16 Wire body 20 Copper protective layer formation apparatus 21, 23 Flushing part 22 Plating part 24 Drying part 25 Aqueous solution 26 Tension adjustment part 27 Pump 31 Supply reel 32 Take-up reel 33 Turn guide part 221 Plating tank 224 Liquid receiver 261 Roller pair 264 Drive part

Claims (5)

テープ状の基板上に形成された中間層上に超電導層を形成する工程と、
前記超電導層上に銀安定化層を形成する工程と、
前記超電導層及び前記銀安定化層が形成された前記基板を、供給リールから供給して巻き取りリールにて巻き取るリール方式を用いて、前記供給リールと前記巻き取りリールとの間で張架した状態で銅保護層形成用の水溶液中に浸漬して前記銀安定化層上に銅保護層を形成する工程と、を含み、
前記銅保護層を形成する際の前記水溶液中における前記基板の張力は、当該基板の引っ張り歪みが0.6%以下となる張力である、
ことを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
Forming a superconducting layer on an intermediate layer formed on a tape-shaped substrate;
Forming a silver stabilizing layer on the superconducting layer;
The substrate on which the superconducting layer and the silver stabilizing layer are formed is stretched between the supply reel and the take-up reel using a reel method in which the substrate is supplied from a supply reel and taken up by a take-up reel. And a step of immersing in an aqueous solution for forming a copper protective layer to form a copper protective layer on the silver stabilizing layer,
The tension of the substrate in the aqueous solution when forming the copper protective layer is a tension at which the tensile strain of the substrate is 0.6% or less.
The manufacturing method of the oxide superconducting wire characterized by the above-mentioned.
前記銅安定化層を形成する際の前記水溶液中における前記基板の張力は、当該基板の引っ張り歪みを0.05%以上にする張力である、
ことを特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
The tension of the substrate in the aqueous solution when forming the copper stabilization layer is a tension that makes the tensile strain of the substrate 0.05% or more.
The method for producing an oxide superconducting wire according to claim 1.
前記基板には、ニッケル或いはニッケル合金が用いられる、
ことを特徴とする請求項1または2記載の酸化物超電導線材の製造方法。
Nickel or nickel alloy is used for the substrate.
The method for producing an oxide superconducting wire according to claim 1 or 2.
前記基板には、ハステロイ(登録商標)、インコネル(登録商標)又はステンレス鋼の金属材料が用いられる、
ことを特徴とする請求項1または2記載の酸化物超電導線材の製造方法。
For the substrate, a metal material of Hastelloy (registered trademark), Inconel (registered trademark) or stainless steel is used.
The method for producing an oxide superconducting wire according to claim 1 or 2.
前記銅保護層を形成する際の前記基板の底面から前記銀安定化層の表面までの厚みは50〜130μmである、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
The thickness from the bottom surface of the substrate to the surface of the silver stabilizing layer when forming the copper protective layer is 50 to 130 μm.
The manufacturing method of the oxide superconducting wire as described in any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200016854A (en) * 2017-06-08 2020-02-17 바스프 에스이 Roll-to-Roll Apparatus for Processing Metal Tapes with Ceramic Coatings

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108806879B (en) * 2018-05-24 2023-10-20 西南交通大学 Nb preparation by rapid heating and rapid cooling method 3 Device for Al superconducting wire
WO2021205495A1 (en) * 2020-04-06 2021-10-14 株式会社フジクラ Oxide superconducting wire, and superconducting coil

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010113919A (en) * 2008-11-05 2010-05-20 Chubu Electric Power Co Inc Superconducting tape wire and method of manufacturing the same, and superconducting coil
JP2010176892A (en) * 2009-01-27 2010-08-12 Sumitomo Electric Ind Ltd Superconductive wire and method of manufacturing the same
JP2011159455A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd Thin-film superconducting wire rod and method for manufacturing the same

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5987342A (en) * 1996-08-30 1999-11-16 American Superconductor Corporation Laminated superconducting ceramic tape
US20040266628A1 (en) * 2003-06-27 2004-12-30 Superpower, Inc. Novel superconducting articles, and methods for forming and using same
JP2009170221A (en) * 2008-01-15 2009-07-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Method of manufacturing superconducting tape and manufacturing device of superconducting tape
US8809237B2 (en) * 2008-02-19 2014-08-19 Superpower, Inc. Method of forming an HTS article
US8195260B2 (en) * 2008-07-23 2012-06-05 American Superconductor Corporation Two-sided splice for high temperature superconductor laminated wires
CN105308690B (en) * 2013-06-19 2018-04-27 住友电气工业株式会社 Strengthen superconducting wire and its manufacture method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010113919A (en) * 2008-11-05 2010-05-20 Chubu Electric Power Co Inc Superconducting tape wire and method of manufacturing the same, and superconducting coil
JP2010176892A (en) * 2009-01-27 2010-08-12 Sumitomo Electric Ind Ltd Superconductive wire and method of manufacturing the same
JP2011159455A (en) * 2010-01-29 2011-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd Thin-film superconducting wire rod and method for manufacturing the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200016854A (en) * 2017-06-08 2020-02-17 바스프 에스이 Roll-to-Roll Apparatus for Processing Metal Tapes with Ceramic Coatings
JP2020524214A (en) * 2017-06-08 2020-08-13 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se Roll-to-roll equipment for processing metal tape with ceramic coating
JP7218994B2 (en) 2017-06-08 2023-02-07 アメリカン スーパーコンダクター コーポレイション Roll-to-roll equipment for processing metal tapes with ceramic coating
KR102547062B1 (en) * 2017-06-08 2023-06-22 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 Roll-to-roll device for processing metal tapes with ceramic coating

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