JP2017010833A - Oxide superconducting wire material and manufacturing method of oxide superconducting wire material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化物超電導線材および酸化物超電導線材の製造方法に関する。 The present invention relates to an oxide superconducting wire and a method for producing an oxide superconducting wire.
テープ状の基材に酸化物超電導層を積層して形成された酸化物超電導線材が知られている。このような酸化物超電導線材は、酸化物超電導層の主面にスパッタ法により成膜された安定化層(以下保護層と呼ぶ)を備える(例えば特許文献1)。保護層は、酸化物超電導層の主面を覆い保護する。 An oxide superconducting wire formed by laminating an oxide superconducting layer on a tape-like base material is known. Such an oxide superconducting wire includes a stabilization layer (hereinafter referred to as a protective layer) formed by sputtering on the main surface of the oxide superconducting layer (for example, Patent Document 1). The protective layer covers and protects the main surface of the oxide superconducting layer.
このような保護層としては、Cu、Ag又はこれらの合金が用いられている。
Cuは、酸化物超電導層に拡散して酸化物超電導層の組成バランスを乱して超電導特性を低下させるという問題があった。このため、保護層としてAgを用いることが好適であるが、Agは高価であるため保護層を薄く形成して使用量を抑えることが求められる。一方で、Agからなる保護層は、保護層成膜後に酸化物超電導層の組成を整えるための酸素アニール処理を行うとピンホールを生じやすいという問題があった。
そこで本発明者は、鋭意検討を重ね、酸素アニール処理後にAgからなる保護層を形成するための知見を得た。しかしながら、酸素アニール後にAg成膜を行うと、Ag層と超電導層との界面抵抗が高くなるという課題があった。
As such a protective layer, Cu, Ag, or an alloy thereof is used.
Cu has a problem that it diffuses into the oxide superconducting layer and disturbs the composition balance of the oxide superconducting layer to deteriorate the superconducting characteristics. For this reason, although it is suitable to use Ag as a protective layer, since Ag is expensive, it is required to reduce the amount of use by forming a thin protective layer. On the other hand, the protective layer made of Ag has a problem in that pinholes are likely to occur when oxygen annealing treatment is performed to adjust the composition of the oxide superconducting layer after the protective layer is formed.
Therefore, the present inventor has made extensive studies and obtained knowledge for forming a protective layer made of Ag after the oxygen annealing treatment. However, when Ag film formation is performed after oxygen annealing, there is a problem that the interface resistance between the Ag layer and the superconducting layer increases.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、酸化物超電導層との界面抵抗の低く、しかも酸化物超電導層を確実に保護できる保護層を備えた酸化物超電導線材の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and aims to provide an oxide superconducting wire having a low interface resistance with an oxide superconducting layer and having a protective layer that can reliably protect the oxide superconducting layer. To do.
上記課題を解決するため、テープ状の基材に中間層および酸化物超電導層が積層された積層体と、前記積層体の前記酸化物超電導層の主面に積層された第1の保護層と、前記第1の保護層の主面に積層された第2の保護層と、を備え、前記第1の保護層は、再結晶化したAg又はAg合金からなり、前記第1の保護層は、非晶質のAg又はAg合金を含む。
この構成によれば、酸化物超電導層上に再結晶化したAg又はAg合金からなる第1の保護層が積層される。Ag又はAg合金は、成膜後に熱処理工程(例えば酸素アニール処理工程)を行うことで再結晶化される。Agは、熱処理工程で酸化物超電導層に拡散して、酸化物超電導層と第1の保護層との界面抵抗を小さくする。また、Agは、酸化物超電導層に拡散しても酸化物超電導層の組成バランスを乱すことがないため、酸化物超電導層の超電導特性を低下させない。一方で、第1の保護層のAgは、再結晶化に伴って凝集し、ピンホールが形成される場合がある。上記の構成によれば、再結晶化していない非晶質のAg又はAg合金を含む第2の保護層により、第1の保護層に形成されたピンホールを覆い酸化物超電導層の露出を防ぐことができる。これにより、第2の保護層の上に他の層(Cuのスパッタ層、半田層、メッキ層など)を設ける場合に、他の層の金属成分が酸化物超電導層に拡散することがなく、超電導特性の劣化を防止できる。
In order to solve the above problems, a laminate in which an intermediate layer and an oxide superconducting layer are laminated on a tape-shaped substrate, and a first protective layer laminated on the main surface of the oxide superconducting layer of the laminate And a second protective layer laminated on the main surface of the first protective layer, wherein the first protective layer is made of recrystallized Ag or an Ag alloy, and the first protective layer is Including amorphous Ag or Ag alloy.
According to this configuration, the first protective layer made of recrystallized Ag or Ag alloy is laminated on the oxide superconducting layer. Ag or an Ag alloy is recrystallized by performing a heat treatment step (for example, an oxygen annealing treatment step) after film formation. Ag diffuses into the oxide superconducting layer in the heat treatment step to reduce the interface resistance between the oxide superconducting layer and the first protective layer. Further, Ag does not disturb the composition balance of the oxide superconducting layer even if it diffuses into the oxide superconducting layer, so that it does not deteriorate the superconducting characteristics of the oxide superconducting layer. On the other hand, Ag in the first protective layer may aggregate together with recrystallization to form pinholes. According to the above configuration, the second protective layer containing non-recrystallized amorphous Ag or Ag alloy covers the pinhole formed in the first protective layer and prevents the oxide superconducting layer from being exposed. be able to. Thereby, when providing another layer (Cu sputter layer, solder layer, plating layer, etc.) on the second protective layer, the metal component of the other layer does not diffuse into the oxide superconducting layer, Degradation of superconducting characteristics can be prevented.
上記の酸化物超電導線材において、前記第2の保護層の厚さが、0.1μm以上2μm以下であってもよい。
この構成によれば、第2の保護層において使用されるAgの量を抑制するとともに、第1の保護層に形成されたピンホールを確実に覆うことができる。また、このような厚さの第2の保護層は、スパッタ法により成膜することで得られる。スパッタ法において2μm以上の成膜を1回の成膜工程で形成すると、酸化物超電導層中の酸素が抜け出して超電導特性の劣化が起こる虞がある。第2の保護層の厚さを2μm以下とすることで、酸化物超電導線材の特性を劣化させることがない。
In the above oxide superconducting wire, the thickness of the second protective layer may be not less than 0.1 μm and not more than 2 μm.
According to this structure, while suppressing the quantity of Ag used in a 2nd protective layer, the pinhole formed in the 1st protective layer can be covered reliably. Further, the second protective layer having such a thickness can be obtained by forming a film by sputtering. When a film having a thickness of 2 μm or more is formed by a single film formation process in the sputtering method, oxygen in the oxide superconducting layer may escape and deterioration of superconducting characteristics may occur. By setting the thickness of the second protective layer to 2 μm or less, the characteristics of the oxide superconducting wire are not deteriorated.
上記の酸化物超電導線材は、メッキ被覆層からなり外周を囲む安定化層をさらに備えていてもよい。
上記の酸化物超電導線材は、金属テープからなり外周を半田層を介して囲む安定化層をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、金属テープ又はメッキ被覆層からなる安定化層により過電流時の電流をバイパスして酸化物超電導線材の電流特性を安定化できる。また、安定化層により外周が覆われることで、内部に水分を浸入させない構造を実現できる。
The oxide superconducting wire may further include a stabilizing layer that is made of a plating coating layer and surrounds the outer periphery.
The oxide superconducting wire may further include a stabilization layer made of a metal tape and surrounding the outer periphery with a solder layer interposed therebetween.
According to this configuration, the current characteristic of the oxide superconducting wire can be stabilized by bypassing the current at the time of overcurrent by the stabilization layer made of the metal tape or the plating coating layer. In addition, since the outer periphery is covered with the stabilizing layer, a structure in which moisture does not enter can be realized.
上記の酸化物超電導線材は、前記第2の保護層の主面に積層され前記安定化層の下層に位置するCu又はCu合金からなる第3の保護層をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、第2の保護層はCu又はCu合金からなる第3の保護層に覆われる。安定化層として金属テープを用いる場合には、第2の保護層を第3の保護層で覆うことで、第2の保護層と半田との合金化を抑制し、第2の保護層の脆化を防止できる。また、安定化層としてメッキ被覆層を用いる場合には、第3の保護層は、第2の保護層をメッキ液から保護する。
The oxide superconducting wire may further include a third protective layer made of Cu or a Cu alloy, which is laminated on the main surface of the second protective layer and is positioned below the stabilization layer.
According to this configuration, the second protective layer is covered with the third protective layer made of Cu or Cu alloy. When a metal tape is used as the stabilization layer, the second protective layer is covered with a third protective layer to suppress alloying between the second protective layer and the solder, and the second protective layer is brittle. Can be prevented. When a plating coating layer is used as the stabilization layer, the third protective layer protects the second protective layer from the plating solution.
上記の酸化物超電導線材の一実施形態に係る製造方法は、テープ状の基材に中間層および酸化物超電導層を積層した積層体を用意し、前記積層体の前記酸化物超電導層の主面に、スパッタ法によりAg又はAg合金からなる第1の保護層を成膜する第1の保護層成膜工程と、前記第1の保護層を構成するAgを前記酸化物超電導層に拡散させる熱処理工程と、前記第1の保護層の主面に、スパッタ法によりAg又はAg合金からなる第2の保護層を成膜する第2の保護層成膜工程と、を含む。
この構成によれば、熱処理工程により、第1の保護層を構成するAgを酸化物超電導層に拡散させ第1の保護層と酸化物超電導層との界面抵抗を低減できる。また、熱処理工程による第1の保護層の再結晶化に伴い凝集した第1の保護層のピンホールを第2の保護層により覆うことができる。これにより、第2の保護層の上に他の層(半田層、メッキ層など)を設ける場合に、他の層の成分が酸化物超電導層に拡散することを抑制し、超電導特性の劣化を防止できる。
なお、熱処理工程として、酸化物超電導層に酸素を供給する酸素アニールを行ってもよい。
The manufacturing method according to an embodiment of the oxide superconducting wire described above provides a laminate in which an intermediate layer and an oxide superconducting layer are laminated on a tape-shaped substrate, and the main surface of the oxide superconducting layer of the laminate In addition, a first protective layer forming step of forming a first protective layer made of Ag or an Ag alloy by sputtering, and a heat treatment for diffusing Ag constituting the first protective layer into the oxide superconducting layer And a second protective layer forming step of forming a second protective layer made of Ag or an Ag alloy on the main surface of the first protective layer by a sputtering method.
According to this configuration, Ag constituting the first protective layer is diffused into the oxide superconducting layer by the heat treatment step, and the interface resistance between the first protective layer and the oxide superconducting layer can be reduced. Moreover, the pinhole of the 1st protective layer which aggregated with recrystallization of the 1st protective layer by a heat treatment process can be covered with a 2nd protective layer. As a result, when other layers (solder layer, plated layer, etc.) are provided on the second protective layer, the components of the other layers are prevented from diffusing into the oxide superconducting layer, and the superconducting characteristics are deteriorated. Can be prevented.
Note that as the heat treatment step, oxygen annealing for supplying oxygen to the oxide superconducting layer may be performed.
本発明の酸化物超電導線材によれば、酸化物超電導層との界面抵抗の低く、しかも酸化物超電導層を確実に保護できる保護層を備えた酸化物超電導線材の提供できる。 According to the oxide superconducting wire of the present invention, it is possible to provide an oxide superconducting wire having a protective layer that has low interface resistance with the oxide superconducting layer and can reliably protect the oxide superconducting layer.
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of an oxide superconducting wire according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent. The present invention is not limited to the following embodiment.
<第1実施形態>
図1に第1実施形態の酸化物超電導線材1の横断面の模式図を示す。酸化物超電導線材1は、テープ状の基材10に中間層11および酸化物超電導層12が積層された積層体16と、積層体16の酸化物超電導層12の主面12aに積層される第1の保護層13と、第1の保護層13の主面13aに積層される第2の保護層14と、を備える。
なお、図1において、線材の幅方向をX方向、長手方向をY方向、厚さ方向をZ方向とする。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the oxide superconducting wire 1 according to the first embodiment. The oxide superconducting wire 1 includes a laminated body 16 in which an intermediate layer 11 and an oxide superconducting layer 12 are laminated on a tape-shaped base material 10, and a main surface 12a of the oxide superconducting layer 12 of the laminated body 16. 1 protective layer 13, and a second protective layer 14 stacked on the main surface 13 a of the first protective layer 13.
In FIG. 1, the width direction of the wire is the X direction, the longitudinal direction is the Y direction, and the thickness direction is the Z direction.
基材10は、ハステロイ(米国ヘインズ社製商品名)に代表されるニッケル合金やステンレス鋼、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ni−W合金が適用される。 As the base material 10, a nickel alloy represented by Hastelloy (trade name, manufactured by Haynes, USA), an oriented Ni—W alloy in which a texture is introduced into a nickel alloy is applied.
中間層11は、基材10上に形成される。中間層11は、一例として、基材側から順に拡散防止層と配向層とキャップ層の積層構造とすることができるが、拡散防止層とベッド層の一方あるいは両方を略して構成しても良い。
拡散防止層は、Si3N4、Al2O3、GZO(Gd2Zr2O7)等から構成される。
ベッド層は、界面反応性を低減し、その上に形成される膜の配向性を得るため層であり、Y2O3、Er2O3、CeO2、Dy2O3、Er2O3、Eu2O3、Ho2O3、La2O3等からなる。
配向層は、その上のキャップ層の結晶配向性を制御するために2軸配向する物質から形成される。配向層の材質としては、Gd2Zr2O7、MgO、ZrO2−Y2O3(YSZ)、SrTiO3、CeO2、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、Zr2O3、Ho2O3、Nd2O3等の金属酸化物を例示することができる。この配向層はIBAD(Ion-Beam-Assisted Deposition)法で形成することが好ましい。
キャップ層は、上述の配向層の表面に成膜されて結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料からなり、具体的には、CeO2、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、ZrO2、YSZ、Ho2O3、Nd2O3、LaMnO3等からなる。キャップ層の膜厚は50〜5000nmの範囲に形成できる。
The intermediate layer 11 is formed on the base material 10. As an example, the intermediate layer 11 may have a laminated structure of a diffusion prevention layer, an alignment layer, and a cap layer in order from the base material side, but one or both of the diffusion prevention layer and the bed layer may be omitted. .
The diffusion prevention layer is made of Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , GZO (Gd 2 Zr 2 O 7 ) or the like.
The bed layer is a layer for reducing the interfacial reactivity and obtaining the orientation of the film formed thereon. Y 2 O 3 , Er 2 O 3 , CeO 2 , Dy 2 O 3, Er 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Ho 2 O 3 , La 2 O 3 and the like.
The orientation layer is formed from a biaxially oriented material in order to control the crystal orientation of the cap layer thereon. As the material of the alignment layer, Gd 2 Zr 2 O 7 , MgO, ZrO 2 —Y 2 O 3 (YSZ), SrTiO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Zr 2 Examples thereof include metal oxides such as O 3 , Ho 2 O 3 , and Nd 2 O 3 . This alignment layer is preferably formed by an IBAD (Ion-Beam-Assisted Deposition) method.
The cap layer is formed on the surface of the above-described alignment layer and is made of a material that allows crystal grains to self-orient in the in-plane direction. Specifically, CeO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3, ZrO 2, YSZ, Ho 2 O 3, Nd 2 O 3, consist of LaMnO 3 like. The film thickness of the cap layer can be formed in the range of 50 to 5000 nm.
酸化物超電導層12は酸化物超電導体として公知のもので良く、具体的には、RE−123系と呼ばれるREBa2Cu3O7−X(REは希土類元素であるSc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luのうちの1種又は2種以上を表す)を例示できる。この酸化物超電導層12として、Y123(YBa2Cu3O7−X)又はGd123(GdBa2Cu3O7−X)などを例示できる。 The oxide superconducting layer 12 may be a known oxide superconductor, and specifically, REBa 2 Cu 3 O 7-X (RE is a rare earth element, Sc, Y, La, Ce). , Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu are represented. Examples of the oxide superconducting layer 12 include Y123 (YBa 2 Cu 3 O 7-X ) or Gd123 (GdBa 2 Cu 3 O 7-X ).
酸化物超電導層12には、酸素アニール処理工程によって酸素が供給される。酸素アニール処理工程は、酸素雰囲気下において行う300℃〜500℃、5〜20hの熱処理工程である。酸化物超電導層12は、成膜後には酸素が不足した結晶構造となっているため、酸素アニール処理工程を行うことによって、酸化物超電導層12に酸素を供給して結晶構造を整えることができる。 Oxygen is supplied to the oxide superconducting layer 12 by an oxygen annealing process. The oxygen annealing treatment step is a heat treatment step performed at 300 ° C. to 500 ° C. for 5 to 20 hours in an oxygen atmosphere. Since the oxide superconductor layer 12 has a crystal structure in which oxygen is insufficient after film formation, the crystal structure can be adjusted by supplying oxygen to the oxide superconductor layer 12 by performing an oxygen annealing treatment step. .
第1の保護層13は、酸化物超電導層12の主面12aに積層されている。第1の保護層13は、再結晶化したAg又はAg合金からなる。第1の保護層13は、酸化物超電導層12の主面12aのみならず、積層体16の側面16bおよび裏面16cにも形成されていてもよい。 The first protective layer 13 is laminated on the main surface 12 a of the oxide superconducting layer 12. The first protective layer 13 is made of recrystallized Ag or an Ag alloy. The first protective layer 13 may be formed not only on the main surface 12 a of the oxide superconducting layer 12 but also on the side surface 16 b and the back surface 16 c of the stacked body 16.
第1の保護層13は、酸化物超電導層12を保護する役割を果たす。また、第1の保護層13は、過電流をバイパスする。加えて、酸化物超電導層12とこの層よりも上面に設ける層との間で起こる化学反応を抑制し、一方の層の元素の一部が他方の層側に侵入して組成がくずれることによる超電導特性の低下を防ぐなどの機能を有する。 The first protective layer 13 serves to protect the oxide superconducting layer 12. Further, the first protective layer 13 bypasses overcurrent. In addition, the chemical reaction occurring between the oxide superconducting layer 12 and a layer provided on the upper surface of this layer is suppressed, and a part of the elements of one layer penetrates into the other layer and the composition is broken. It has functions such as preventing deterioration of superconducting properties.
第1の保護層13は、例えば常温下でのスパッタ法により成膜できる。スパッタ法により形成された第1の保護層13は、非晶質(アモルファス構造)のAgを含むが、成膜後に行う熱処理工程(酸素アニール処理工程)によりAgが再結晶化する。第1の保護層13のAgは、再結晶化の過程において酸化物超電導層12に拡散する。第1の保護層13は、酸化物超電導層12に拡散することで酸化物超電導層12との界面抵抗を低下させる。すなわち、第1の保護層13は、酸化物超電導層12と、過電流をバイパスする層(第1の保護層13、第2の保護層14)との間の抵抗を低減する。これにより、過電流が発生した場合に、電流が酸化物超電導層12側から保護層側にスムーズに流れ、酸化物超電導層12の発熱を抑制する。なお、第1の保護層13のAgを酸化物超電導層12に拡散させることで、第1の保護層13と酸化物超電導層12との界面抵抗を150nΩ・cm2以下とすることができる。 The first protective layer 13 can be formed by sputtering, for example, at room temperature. The first protective layer 13 formed by sputtering includes amorphous (amorphous structure) Ag, but Ag is recrystallized by a heat treatment step (oxygen annealing treatment step) performed after the film formation. Ag in the first protective layer 13 diffuses into the oxide superconducting layer 12 in the process of recrystallization. The first protective layer 13 decreases the interface resistance with the oxide superconducting layer 12 by diffusing into the oxide superconducting layer 12. That is, the first protective layer 13 reduces the resistance between the oxide superconducting layer 12 and the layers that bypass the overcurrent (the first protective layer 13 and the second protective layer 14). Thereby, when an overcurrent occurs, the current flows smoothly from the oxide superconducting layer 12 side to the protective layer side, and heat generation of the oxide superconducting layer 12 is suppressed. Note that the interface resistance between the first protective layer 13 and the oxide superconducting layer 12 can be made 150 nΩ · cm 2 or less by diffusing Ag of the first protective layer 13 into the oxide superconducting layer 12.
スパッタ法による成膜時における第1の保護層13の厚さは、0.2μm以上1μm以下とすることが好ましい。第1の保護層13の厚さを0.2μm以上とすることで、十分量のAgを酸化物超電導層12に拡散させ第1の保護層13と酸化物超電導層12との界面抵抗を低減できる。また、第1の保護層13の厚さを、1μm以下とすることで、第1の保護層13に使用するAgの量を抑制してコストの低減を図ることができる。 The thickness of the first protective layer 13 during film formation by sputtering is preferably 0.2 μm or more and 1 μm or less. By setting the thickness of the first protective layer 13 to 0.2 μm or more, a sufficient amount of Ag is diffused into the oxide superconducting layer 12 to reduce the interface resistance between the first protective layer 13 and the oxide superconducting layer 12. it can. Moreover, the thickness of the 1st protective layer 13 shall be 1 micrometer or less, the quantity of Ag used for the 1st protective layer 13 can be suppressed, and cost reduction can be aimed at.
第2の保護層14は、第1の保護層13の主面13aに積層されている。第2の保護層14は、非晶質(アモルファス構造)のAg又はAg合金を含む。第2の保護層14は、第1の保護層13の主面13aのみならず、積層体16の側面16bおよび裏面16cにも形成されていてもよい。 The second protective layer 14 is laminated on the main surface 13 a of the first protective layer 13. The second protective layer 14 includes amorphous (amorphous structure) Ag or an Ag alloy. The second protective layer 14 may be formed not only on the main surface 13 a of the first protective layer 13 but also on the side surface 16 b and the back surface 16 c of the stacked body 16.
第2の保護層14は、第1の保護層13とともに酸化物超電導層12を保護し、さらに過電流をバイパスする。第1の保護層13は、再結晶化に伴いAgが凝集して、ピンホールが形成される場合がある。第2の保護層14は、第1の保護層13に形成されたピンホールを覆い、酸化物超電導層12の露出を防ぎ酸化物超電導層12を確実に保護する。 The second protective layer 14 protects the oxide superconducting layer 12 together with the first protective layer 13 and further bypasses overcurrent. In the first protective layer 13, Ag may aggregate together with recrystallization to form pinholes. The second protective layer 14 covers the pinhole formed in the first protective layer 13, prevents the oxide superconducting layer 12 from being exposed, and reliably protects the oxide superconducting layer 12.
第2の保護層14は、例えば常温下でのスパッタ法により成膜できる。スパッタ法により形成された第2の保護層14は、非晶質(アモルファス構造)のAgを含む。第2の保護層14の成膜後には、酸素アニール処理工程に準ずるような熱処理工程を行わないために、第2の保護層14は、非晶質のAgを含んだ状態を維持する。 The second protective layer 14 can be formed by sputtering, for example, at room temperature. The second protective layer 14 formed by the sputtering method includes amorphous (amorphous structure) Ag. After the second protective layer 14 is formed, the second protective layer 14 is maintained in a state containing amorphous Ag in order not to perform a heat treatment process similar to the oxygen annealing process.
第2の保護層14の厚さは、0.1μm以上2μm以下であることが好ましい。第2の保護層14の厚さを2μm以下とすることで、Agの使用量を抑制し、コスト低減を図ることができる。また、後段において説明するように、スパッタ法により2μmを超える第2の保護層14を成膜すると、酸化物超電導層12から酸素が抜け出して超電導特性が劣化する虞がある。
第2の保護層14を0.1μm以上とすることで、第1の保護層13にピンホールが形成されていた場合に、ピンホールを確実に覆い、酸化物超電導層12を確実に保護できる。
The thickness of the second protective layer 14 is preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less. By setting the thickness of the second protective layer 14 to 2 μm or less, the amount of Ag used can be suppressed and the cost can be reduced. Further, as will be described later, when the second protective layer 14 exceeding 2 μm is formed by sputtering, oxygen may escape from the oxide superconducting layer 12 and the superconducting characteristics may be deteriorated.
By setting the second protective layer 14 to 0.1 μm or more, when the pin hole is formed in the first protective layer 13, the pin hole can be reliably covered and the oxide superconducting layer 12 can be reliably protected. .
第2の保護層14は、常温下でスパッタ法等の成膜法により形成できる。スパッタ法による第2の保護層14の成膜の一例について以下に説明する。
まず、Ag又はAg合金からなるターゲットと第1の保護層13が形成された積層体16を、内部を真空状態に減圧しArガスを導入した処理容器内に配置する。このとき、第1の保護層13をターゲット方向に向けて配置する。次にターゲットに電圧を印加し放電させることでArガスをイオン化してプラズマを生成する。プラズマ中に生成されたArのイオンが、ターゲットをスパッタしてターゲットからAg(又はAg合金)のスパッタ粒子がはじき出され、当該スパッタ粒子が第1の保護層13上に堆積することで第2の保護層14が成膜される。
The second protective layer 14 can be formed by a film forming method such as a sputtering method at room temperature. An example of forming the second protective layer 14 by sputtering will be described below.
First, the laminated body 16 in which the target made of Ag or an Ag alloy and the first protective layer 13 are formed is placed in a processing vessel in which the inside is decompressed to introduce Ar gas. At this time, the first protective layer 13 is arranged in the target direction. Next, plasma is generated by ionizing Ar gas by applying a voltage to the target and causing it to discharge. The Ar ions generated in the plasma sputter the target to sputter Ag (or Ag alloy) sputtered particles from the target, and the sputtered particles are deposited on the first protective layer 13 to form the second. A protective layer 14 is formed.
スパッタ法による成膜において、スパッタ粒子(Ag粒子)が被成膜体(第1の保護層13)に衝突すると衝突時の運動エネルギーが熱エネルギーに変換され、被成膜体が温度上昇する。この熱が酸化物超電導層12に伝わり酸化物超電導層12が温度上昇すると、酸化物超電導層12中の酸素が抜け出し結晶構造がくずれ超電導特性の劣化が起こる虞がある。 In the film formation by the sputtering method, when sputtered particles (Ag particles) collide with the film formation target (first protective layer 13), the kinetic energy at the time of collision is converted into thermal energy, and the film formation target temperature rises. When this heat is transmitted to the oxide superconducting layer 12 and the temperature of the oxide superconducting layer 12 rises, oxygen in the oxide superconducting layer 12 may escape and the crystal structure may be damaged, leading to deterioration of superconducting characteristics.
被成膜体の温度上昇は、一回に成膜する第2の保護層14の膜厚(成膜レート)と相関関係を有している。酸化物超電導層12の超電導特性の劣化を抑制するためには、一回の成膜工程で成膜する第2の保護層14の厚さを2μm以下とすることが好ましい。なお、複数化の成膜工程を行うことで、酸化物超電導層12の超電導等特性の劣化を抑制しつつ、2μmを超える第2の保護層14を形成してもよい。しかしながら、複数回の成膜を行う場合は、Ag使用量増加および成膜工程の煩雑化によりコストが増加するため、1回の成膜により第2の保護層14を成膜することが好ましい。 The temperature rise of the deposition target has a correlation with the film thickness (film formation rate) of the second protective layer 14 formed at a time. In order to suppress deterioration of the superconducting characteristics of the oxide superconducting layer 12, it is preferable that the thickness of the second protective layer 14 formed in one film forming step is 2 μm or less. The second protective layer 14 having a thickness exceeding 2 μm may be formed while suppressing deterioration of characteristics such as superconductivity of the oxide superconducting layer 12 by performing a plurality of film forming steps. However, when the film is formed a plurality of times, the cost increases due to an increase in the amount of Ag used and the complexity of the film formation process. Therefore, it is preferable to form the second protective layer 14 by a single film formation.
また、スパッタ法による第2の保護層14の成膜における被成膜体の温度上昇により、成膜直後の第2の保護層14のAgの再結晶化が起こる。しかしながら、第2の保護層14の成膜による発熱はわずかであるため、第2の保護層14のAgは一部のみが再結晶化し非晶質の領域が残留する。第2の保護層14は、再結晶化が一部のみであるためにAg凝集が進まず第2の保護層にピンホールを生じることがない。このため、第2の保護層14は、第1の保護層13のピンホールを確実に覆うことができる。 Further, due to the temperature rise of the deposition target in the formation of the second protective layer 14 by sputtering, Ag recrystallization of the second protective layer 14 immediately after the film formation occurs. However, since the heat generation due to the formation of the second protective layer 14 is slight, only a part of the Ag of the second protective layer 14 is recrystallized and an amorphous region remains. Since the second protective layer 14 is only partially recrystallized, Ag aggregation does not progress and pinholes are not generated in the second protective layer. For this reason, the second protective layer 14 can reliably cover the pinhole of the first protective layer 13.
<製造方法>
上述の酸化物超電導線材1の製造方法について説明する。
まず、テープ状の基材10に中間層11と酸化物超電導層12を形成した積層体16を用意する。
次いで、積層体16の酸化物超電導層12の主面12aに、スパッタ法により第1の保護層13を成膜する(第1の保護層成膜工程)。この段階において第1の保護層13は、非晶質のAgを含む。
<Manufacturing method>
A method for manufacturing the oxide superconducting wire 1 will be described.
First, a laminate 16 in which an intermediate layer 11 and an oxide superconducting layer 12 are formed on a tape-like base material 10 is prepared.
Next, the first protective layer 13 is formed on the main surface 12a of the oxide superconducting layer 12 of the stacked body 16 by sputtering (first protective layer forming step). At this stage, the first protective layer 13 contains amorphous Ag.
次いで、酸化物超電導層12に酸素を供給する酸素アニール処理工程(熱処理工程)を行う。酸素アニール処理工程により、第1の保護層13の非晶質のAgは、全て再結晶化する。また、酸素アニール処理工程により、第1の保護層13を構成するAgが、酸化物超電導層12の主面12aに拡散する。Agの拡散により、第1の保護層13と酸化物超電導層12との界面抵抗が低減する。 Next, an oxygen annealing treatment step (heat treatment step) for supplying oxygen to the oxide superconducting layer 12 is performed. Through the oxygen annealing process, all of the amorphous Ag in the first protective layer 13 is recrystallized. In addition, Ag constituting the first protective layer 13 diffuses into the main surface 12 a of the oxide superconducting layer 12 by the oxygen annealing treatment step. Due to the diffusion of Ag, the interface resistance between the first protective layer 13 and the oxide superconducting layer 12 is reduced.
次いで、第1の保護層13の主面13aに、スパッタ法によりAg又はAg合金からなる第2の保護層14を成膜する(第2の保護層成膜工程)。
以上の工程を経て、酸化物超電導線材1を製造することができる。
Next, the second protective layer 14 made of Ag or an Ag alloy is formed on the main surface 13a of the first protective layer 13 by sputtering (second protective layer film forming step).
Through the above steps, the oxide superconducting wire 1 can be manufactured.
<作用効果>
本実施形態の酸化物超電導線材1によれば、酸化物超電導層12に熱処理を経て再結晶化した第1の保護層13が形成されているために、Agが酸化物超電導層12に拡散する。これにより、酸化物超電導層12と第1の保護層13との界面抵抗を低減して150nΩ・cm2以下とすることができる。また、第1の保護層13は、第2の保護層14により覆われている。したがって、第1の保護層13の再結晶化に伴うAg凝集により、第1の保護層13にピンホールが形成された場合であっても、第2の保護層14がピンホールを覆い、酸化物超電導層12が露出することを防止できる。
なお、第2の保護層14は、Ag又はAg合金からなるため、Agは、酸化物超電導層12に拡散しても酸化物超電導体の組成を崩すことがない。これに対して、例えば第2の保護層として、Cuを用いた場合には、第1の保護層13のピンホールにおいてCuが酸化物超電導層に接触する。Cuが酸化物超電導層に接触すると拡散して、酸化物超電導層を構成する超電導体の組成に影響を与え、超電導特性の低下を招く虞がある。第2の保護層14としてAg又はAg合金を用いることにより、超電導特性が低下しない酸化物超電導線材1を提供できる。
<Effect>
According to the oxide superconducting wire 1 of the present embodiment, Ag is diffused into the oxide superconducting layer 12 because the oxide superconducting layer 12 is formed with the first protective layer 13 recrystallized through heat treatment. . Thereby, the interface resistance between the oxide superconducting layer 12 and the first protective layer 13 can be reduced to 150 nΩ · cm 2 or less. The first protective layer 13 is covered with a second protective layer 14. Therefore, even if pinholes are formed in the first protective layer 13 due to Ag aggregation due to recrystallization of the first protective layer 13, the second protective layer 14 covers the pinholes and is oxidized. The physical superconducting layer 12 can be prevented from being exposed.
In addition, since the 2nd protective layer 14 consists of Ag or an Ag alloy, even if Ag diffuses in the oxide superconducting layer 12, a composition of an oxide superconductor is not destroyed. On the other hand, for example, when Cu is used as the second protective layer, Cu contacts the oxide superconducting layer in the pinhole of the first protective layer 13. When Cu comes into contact with the oxide superconducting layer, it diffuses and affects the composition of the superconductor constituting the oxide superconducting layer, possibly leading to a decrease in superconducting characteristics. By using Ag or an Ag alloy as the second protective layer 14, it is possible to provide the oxide superconducting wire 1 in which the superconducting characteristics do not deteriorate.
<第2実施形態>
図2に第2実施形態の酸化物超電導線材20の横断面の模式図を示す。以下図2を基に、酸化物超電導線材20について説明する。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
Second Embodiment
The schematic diagram of the cross section of the oxide superconducting wire 20 of 2nd Embodiment is shown in FIG. Hereinafter, the oxide superconducting wire 20 will be described with reference to FIG. In addition, about the component of the same aspect as the above-mentioned embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
酸化物超電導線材20は、基材10、中間層11および酸化物超電導層12を有する積層体16と、第1の保護層13と、第2の保護層14と、第3の保護層23と、半田層21と安定化層22とを有する。第2実施形態の酸化物超電導線材20は、第1実施形態の酸化物超電導線材1の周囲にさらに第3の保護層23、半田層21および安定化層22が設けられた構成であると説明できる。
以下、第2、第3実施形態の説明では、第1実施形態の酸化物超電導線材1(図1参照)と同態様の線材を予備酸化物超電導線材1Aと呼ぶ。
The oxide superconducting wire 20 includes a laminate 16 having a base material 10, an intermediate layer 11, and an oxide superconducting layer 12, a first protective layer 13, a second protective layer 14, and a third protective layer 23. And a solder layer 21 and a stabilization layer 22. The oxide superconducting wire 20 of the second embodiment is described as having a configuration in which a third protective layer 23, a solder layer 21, and a stabilizing layer 22 are further provided around the oxide superconducting wire 1 of the first embodiment. it can.
Hereinafter, in the description of the second and third embodiments, the wire in the same mode as the oxide superconducting wire 1 (see FIG. 1) of the first embodiment is referred to as a preliminary oxide superconducting wire 1A.
第3の保護層23は、予備酸化物超電導線材1Aが外周を囲んで形成されている。すなわち、第3の保護層23は、第2の保護層14の主面14aおよび積層体16の側面16bおよび裏面16cに形成されている。なお、第3の保護層23は、第2の保護層14の主面14aのみに形成されていてもよい。第3の保護層23は、Cu又はCu合金からなる。第3の保護層23は、第1の保護層13および第2の保護層14とともに酸化物超電導層12を保護し、さらに過電流をバイパスする。 The third protective layer 23 is formed by surrounding the outer periphery of the preliminary oxide superconducting wire 1A. That is, the third protective layer 23 is formed on the main surface 14 a of the second protective layer 14 and the side surface 16 b and the back surface 16 c of the stacked body 16. Note that the third protective layer 23 may be formed only on the main surface 14 a of the second protective layer 14. The third protective layer 23 is made of Cu or a Cu alloy. The third protective layer 23 protects the oxide superconducting layer 12 together with the first protective layer 13 and the second protective layer 14, and further bypasses overcurrent.
また、第3の保護層23は、半田層21を構成する金属(例えばSn)が第2の保護層14に拡散し合金化することを抑制する。Agを含む第2の保護層14と半田層21とが接触すると、半田を構成する金属(一例としてSn)が第2の保護層14に拡散し合金を形成するため、第2の保護層14が脆化する。第3の保護層23は、第2の保護層14と半田層21との間に設けられることで、第2の保護層14への半田の拡散を防ぎ、第2の保護層14の強度を維持させることができる。 Further, the third protective layer 23 prevents the metal (for example, Sn) constituting the solder layer 21 from diffusing into the second protective layer 14 and being alloyed. When the second protective layer 14 containing Ag and the solder layer 21 come into contact with each other, the metal constituting the solder (Sn as an example) diffuses into the second protective layer 14 to form an alloy, so that the second protective layer 14 Becomes brittle. The third protective layer 23 is provided between the second protective layer 14 and the solder layer 21, thereby preventing the diffusion of solder to the second protective layer 14 and increasing the strength of the second protective layer 14. Can be maintained.
第3の保護層23の厚さは、0.3μm以上、2.1μm以下である。第3の保護層23の厚さ2.1μm以下とすることで、Cuの使用量を抑制し、コスト低減を図ることができる。また、第3の保護層23の厚さを2.1μm以下とすることで、第3の保護層23をスパッタ法により成膜した場合であっても、成膜工程の熱に起因する酸素抜けを抑制して超電導特性が劣化することがない。
第3の保護層23を0.3μm以上とすることで、Cuの合金化による安定化層22の剥離を防ぐことができる。Cuは、Agほど顕著ではないものの、半田層21を構成する金属(例えばSn)と合金化して、脆化する。この脆化が第3の保護層23の全厚さに達すると、第2の保護層14と第3の保護層23との境界部を起点として安定化層22が剥離しやすくなる。半田を構成する金属のCu又はCu合金への拡散は、0.3μm未満であるため、第3の保護層23を0.3μm以上とすることで、Cuの合金化による安定化層22の剥離を防ぐことができる。
The thickness of the third protective layer 23 is not less than 0.3 μm and not more than 2.1 μm. By setting the thickness of the third protective layer 23 to 2.1 μm or less, the amount of Cu used can be suppressed and the cost can be reduced. In addition, by setting the thickness of the third protective layer 23 to 2.1 μm or less, even when the third protective layer 23 is formed by sputtering, oxygen escape due to heat of the film formation process is performed. The superconducting characteristics are not deteriorated by suppressing.
By making the 3rd protective layer 23 0.3 micrometer or more, peeling of the stabilization layer 22 by alloying of Cu can be prevented. Although Cu is not as remarkable as Ag, it is alloyed with the metal (for example, Sn) which comprises the solder layer 21, and becomes brittle. When this embrittlement reaches the entire thickness of the third protective layer 23, the stabilization layer 22 is easily peeled off starting from the boundary between the second protective layer 14 and the third protective layer 23. Since the diffusion of the metal constituting the solder into Cu or Cu alloy is less than 0.3 μm, the stabilization layer 22 is peeled off by Cu alloying by setting the third protective layer 23 to 0.3 μm or more. Can be prevented.
半田層21は、第3の保護層23と金属テープからなる安定化層22の間に配置されて、これらを接合している。半田層21に用いる半田は、従来公知のものを使用できるが、融点が300℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、300℃以下の温度で金属テープと第3の保護層23とを半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層12の特性が劣化することを抑止できる。 The solder layer 21 is disposed between the third protective layer 23 and the stabilization layer 22 made of a metal tape, and joins them. Conventionally known solder can be used for the solder layer 21, but it is preferable to use solder having a melting point of 300 ° C. or lower. Thereby, since it becomes possible to solder a metal tape and the 3rd protective layer 23 at the temperature of 300 degrees C or less, it can suppress that the characteristic of the oxide superconducting layer 12 deteriorates with the heat of soldering.
安定化層22は、第3の保護層23に半田接合された金属テープからなる。安定化層22は、第3の保護層23および半田層21を介し予備酸化物超電導線材1Aを断面視略C字型に覆う。金属テープにより覆われていない部分(即ち、金属テープの側端部同士の間)は、溶融した半田層21によって埋め込まれ埋込部21bが形成されている。 The stabilization layer 22 is made of a metal tape solder-bonded to the third protective layer 23. The stabilization layer 22 covers the preliminary oxide superconducting wire 1 </ b> A in a substantially C shape in cross section via the third protective layer 23 and the solder layer 21. The portion not covered with the metal tape (that is, between the side end portions of the metal tape) is buried with the melted solder layer 21 to form an embedded portion 21b.
安定化層22は、半田層21を溶融させながら、金属テープを予備酸化物超電導線材1Aの主面側(酸化物超電導層12側)から断面視略C字型をなすように包み込んでロールにより折り曲げ加工することで形成できる。なお、金属テープには、両面、又は内側となる一面に予め半田メッキを施したものを用いる事が好ましい。この場合、半田メッキが半田層21となる。このように加工することで、溶融した半田(金属テープに予め施された半田メッキ)が、金属テープの側端部同士の隙間に集中し埋込部21bが形成される。 The stabilization layer 22 wraps the metal tape from the main surface side (the oxide superconducting layer 12 side) of the preliminary oxide superconducting wire 1A so as to form a substantially C shape in cross-section while melting the solder layer 21 by a roll. It can be formed by bending. In addition, it is preferable to use what gave solder plating beforehand to one side used as a metal tape on both surfaces or an inner side. In this case, solder plating becomes the solder layer 21. By processing in this way, the melted solder (solder plating previously applied to the metal tape) is concentrated in the gap between the side end portions of the metal tape to form the embedded portion 21b.
安定化層22を構成する金属テープの材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されない。例えば、銅、黄銅(Cu−Zn合金)、Cu−Ni合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅製が好ましい。安定化層22は、過電流を転流するバイパスとなる。また、酸化物超電導線材20を超電導限流器に使用する場合において安定化層22は、クエンチが起こり常電導状態に転移した時に発生する過電流を瞬時に抑制するために用いられる。この場合、安定化層22に用いられる材料は、例えば、Ni−Cr等のNi系合金等の高抵抗金属を用いる事が好ましい。 The material of the metal tape constituting the stabilization layer 22 is not particularly limited as long as it has good conductivity. For example, it is preferable to use a copper alloy such as copper, brass (Cu—Zn alloy), a Cu—Ni alloy, or a relatively inexpensive material such as stainless steel. To copper. The stabilization layer 22 serves as a bypass that commutates overcurrent. Further, when the oxide superconducting wire 20 is used for a superconducting fault current limiter, the stabilization layer 22 is used for instantaneously suppressing an overcurrent generated when a quench occurs and the state is changed to a normal conducting state. In this case, the material used for the stabilization layer 22 is preferably a high-resistance metal such as a Ni-based alloy such as Ni—Cr.
第2実施形態の酸化物超電導線材20は、予備酸化物超電導線材1Aの横断面四方に安定化層22が形成されているため、内部に水分を浸入させない構造を実現できる。また、予備酸化物超電導線材1Aの外周に第3の保護層23および半田層21を介し金属テープを螺旋巻きにするなどして安定化層を形成することもできる。
なお、本実施形態の酸化物超電導線材20において、第3の保護層23は省略することができる。すなわち、予備酸化物超電導線材1Aの周囲を半田層21を介して安定化層22で直接囲む構成としてもよい。第3の保護層23を省略する場合、第2の保護層14は、第1の保護層13の主面13aのみならず、積層体16の側面16bおよび裏面16cにも形成してもよい。このような場合であっても、内部に水分を浸入させない構造を実現できる。
In the oxide superconducting wire 20 of the second embodiment, since the stabilization layer 22 is formed in the transverse cross section of the preliminary oxide superconducting wire 1A, a structure that does not allow moisture to enter inside can be realized. In addition, a stabilization layer can be formed by spirally winding a metal tape around the outer periphery of the preliminary oxide superconducting wire 1A via the third protective layer 23 and the solder layer 21.
In the oxide superconducting wire 20 of the present embodiment, the third protective layer 23 can be omitted. That is, the preliminary oxide superconducting wire 1 </ b> A may be directly surrounded by the stabilization layer 22 via the solder layer 21. When the third protective layer 23 is omitted, the second protective layer 14 may be formed not only on the main surface 13 a of the first protective layer 13 but also on the side surface 16 b and the back surface 16 c of the stacked body 16. Even in such a case, a structure that does not allow moisture to enter the inside can be realized.
<第3実施形態>
図3に第3実施形態の酸化物超電導線材30の横断面の模式図を示す。以下図3を基に、酸化物超電導線材30について説明する。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the oxide superconducting wire 30 according to the third embodiment. Hereinafter, the oxide superconducting wire 30 will be described with reference to FIG. In addition, about the component of the same aspect as the above-mentioned embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
酸化物超電導線材30は、基材10、中間層11および酸化物超電導層12を有する積層体16と、第1の保護層13と、第2の保護層14と、第3の保護層23と、メッキ被覆層(安定化層)32とを有する。第3実施形態の酸化物超電導線材30は、第1実施形態の酸化物超電導線材1(予備酸化物超電導線材1A)の周囲にさらに第2実施形態と同様の第3の保護層23が形成され、さらに第3の保護層23の表面にメッキ法によるメッキ被覆層32(安定化層)が設けられた構成であると説明できる。 The oxide superconducting wire 30 includes a laminate 16 having a base material 10, an intermediate layer 11 and an oxide superconducting layer 12, a first protective layer 13, a second protective layer 14, and a third protective layer 23. And a plating coating layer (stabilization layer) 32. In the oxide superconducting wire 30 of the third embodiment, a third protective layer 23 similar to that of the second embodiment is further formed around the oxide superconducting wire 1 (preliminary oxide superconducting wire 1A) of the first embodiment. Further, it can be described that the surface of the third protective layer 23 is provided with a plating coating layer 32 (stabilization layer) by a plating method.
メッキ被覆層32は、安定化層として機能する。メッキ被覆層32は、良導電性の金属材料からなる。メッキ被覆層32は、過電流を転流するバイパスとなる。メッキ被覆層32は、予備酸化物超電導線材1Aを外部から完全に遮断するため、酸化物超電導層12に水分が浸入することを確実に防ぐことができる。 The plating coating layer 32 functions as a stabilization layer. The plating coating layer 32 is made of a highly conductive metal material. The plating coating layer 32 serves as a bypass for commutating overcurrent. Since the plating coating layer 32 completely blocks the preliminary oxide superconducting wire 1A from the outside, it is possible to reliably prevent moisture from entering the oxide superconducting layer 12.
メッキ被覆層32に使用する金属としては、銅、ニッケル、金、銀、クロム、錫などを挙げることができ、これ等の金属のうち一種又は二種以上を組み合わせて用いる事ができる。また、酸化物超電導線材30を超電導限流器に使用する場合に、メッキ被覆層32に用いられる材料は、例えば、Ni−Cr等のNi系合金等の高抵抗金属が挙げられる。 Examples of the metal used for the plating coating layer 32 include copper, nickel, gold, silver, chromium, and tin. Among these metals, one or a combination of two or more can be used. Moreover, when using the oxide superconducting wire 30 for a superconducting fault current limiter, the material used for the plating coating layer 32 includes, for example, a high resistance metal such as a Ni-based alloy such as Ni—Cr.
メッキ被覆層32は、例えば電気メッキ法により形成される。即ち、メッキ被覆層32は、被メッキ体をメッキ液に浸した状態で被メッキ体である予備酸化物超電導線材1Aの表面に電気を流して形成される。第3の保護層23は、第2の保護層14を覆うことで、第2の保護層をメッキ液から保護する。また、本実施形態に示すように、第3の保護層23が予備酸化物超電導線材1Aの外周を囲んで形成されている場合には、表面に均一に電流が流れて、均一な厚さのメッキ被覆層32を形成できる。
なお、酸化物超電導線材30において、第3の保護層23は省略することができる。すなわち、予備酸化物超電導線材1Aの周囲をメッキ被覆層32によって直接囲む構成としてもよい。第3の保護層23を省略する場合、第2の保護層14は、第1の保護層13の主面13aのみならず、積層体16の側面16bおよび裏面16cにも形成してもよい。このような場合であっても、内部への水分浸入を抑制する構造を実現できる。
The plating coating layer 32 is formed by, for example, an electroplating method. That is, the plating coating layer 32 is formed by applying electricity to the surface of the preliminary oxide superconducting wire 1A, which is the object to be plated, with the object to be plated immersed in a plating solution. The third protective layer 23 covers the second protective layer 14 to protect the second protective layer from the plating solution. Further, as shown in the present embodiment, when the third protective layer 23 is formed so as to surround the outer periphery of the preliminary oxide superconducting wire 1A, the current flows uniformly on the surface, and the uniform thickness The plating coating layer 32 can be formed.
In the oxide superconducting wire 30, the third protective layer 23 can be omitted. In other words, the preliminary oxide superconducting wire 1 </ b> A may be directly surrounded by the plating coating layer 32. When the third protective layer 23 is omitted, the second protective layer 14 may be formed not only on the main surface 13 a of the first protective layer 13 but also on the side surface 16 b and the back surface 16 c of the stacked body 16. Even in such a case, it is possible to realize a structure that suppresses moisture intrusion into the interior.
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<試料の作製>
まず、ハステロイC−276(米国ヘインズ社商品名)からなる幅10mm、厚さ0.075mm、長さ10mのテープ状の基材の表面を平均粒径3μmのアルミナを使用し研磨した。次に、基材の表面をアセトンにより脱脂、洗浄した。
次に基材の主面上にスパッタ法によりAl2O3(拡散防止層;膜厚100nm)を成膜し、その上に、イオンビームスパッタ法によりY2O3(ベッド層;膜厚30nm)を成膜した。次いで、ベッド層上に、イオンビームアシスト蒸着法(IBAD法)によりMgO(配向層;膜厚5〜10nm)を形成し、その上にパルスレーザー蒸着法(PLD法)によりCeO2(キャップ層;膜厚500nm)を成膜した。次いでCeO2層上にPLD法によりGdBa2Cu3O7−x(酸化物超電導層;膜厚2.0μm)を形成した。
このように作製した試料Aを以下のサンプル作製で共通して使用する。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these Examples.
<Preparation of sample>
First, the surface of a tape-like base material having a width of 10 mm, a thickness of 0.075 mm, and a length of 10 m made of Hastelloy C-276 (trade name of Haynes, USA) was polished using alumina having an average particle diameter of 3 μm. Next, the surface of the substrate was degreased and washed with acetone.
Next, Al 2 O 3 (diffusion prevention layer; film thickness 100 nm) is formed on the main surface of the substrate by sputtering, and Y 2 O 3 (bed layer; film thickness 30 nm) is formed thereon by ion beam sputtering. ) Was formed. Next, MgO (alignment layer; film thickness: 5 to 10 nm) is formed on the bed layer by an ion beam assisted deposition method (IBAD method), and then CeO 2 (cap layer; by a pulse laser deposition method (PLD method). A film thickness of 500 nm) was formed. Next, GdBa 2 Cu 3 O 7-x (oxide superconducting layer; film thickness: 2.0 μm) was formed on the CeO 2 layer by the PLD method.
The sample A produced in this way is commonly used in the following sample production.
(比較例1)
上述した試料Aに対し、スパッタ法により酸化物超電導層上にAgを1μm成膜した。次にこの試料を500℃で10時間、酸素雰囲気中において酸素アニールし、26時間の炉冷却後に取り出した。
以上の手順を経て、比較例1の酸化物超電導線材を得た。
(Comparative Example 1)
1 μm of Ag was formed on the oxide superconducting layer by sputtering for the sample A described above. Next, this sample was subjected to oxygen annealing in an oxygen atmosphere at 500 ° C. for 10 hours, and taken out after 26 hours of furnace cooling.
The oxide superconducting wire of Comparative Example 1 was obtained through the above procedure.
図4に、比較例1の酸化物超電導線材のAg層を撮影したSEM画像を示す。図4のSEM画像に示すように、酸素アニールに伴う熱処理工程によって、Agが再結晶化している。また、再結晶化によりAgが凝集して酸化物超電導層が露出している。このため、比較例1の酸化物超電導線材においては、Ag層が酸化物超電導層を十分に保護できていない。 In FIG. 4, the SEM image which image | photographed Ag layer of the oxide superconducting wire of the comparative example 1 is shown. As shown in the SEM image of FIG. 4, Ag is recrystallized by the heat treatment process accompanying oxygen annealing. Moreover, Ag is aggregated by recrystallization and the oxide superconducting layer is exposed. For this reason, in the oxide superconducting wire of Comparative Example 1, the Ag layer cannot sufficiently protect the oxide superconducting layer.
(比較例2)
上述した試料Aに対し、500℃で10時間、酸素雰囲気中において酸素アニールし、26時間の炉冷却後に取り出した。次に、スパッタ法により酸化物超電導層上にAgを1μm成膜した。
以上の手順を経て、比較例2の酸化物超電導線材を得た。
(Comparative Example 2)
The sample A described above was subjected to oxygen annealing in an oxygen atmosphere at 500 ° C. for 10 hours, and then taken out after cooling in the furnace for 26 hours. Next, 1 μm of Ag was formed on the oxide superconducting layer by sputtering.
The oxide superconducting wire of Comparative Example 2 was obtained through the above procedure.
図5に、比較例2の酸化物超電導線材のAg層を撮影したSEM画像を示す。図5のSEM画像に示すように、Ag層は非晶質を含む状態を維持して凝集することなく酸化物超電導層を覆っている。 In FIG. 5, the SEM image which image | photographed Ag layer of the oxide superconducting wire of the comparative example 2 is shown. As shown in the SEM image of FIG. 5, the Ag layer covers the oxide superconducting layer without being agglomerated while maintaining an amorphous state.
(実施例)
上述した試料Aに対し、スパッタ法により酸化物超電導層上にAgを0.5μm成膜した(第1の保護層に相当)。次にこの試料を500℃で10時間、酸素雰囲気中において酸素アニールし、26時間の炉冷却後に取り出した。上述した試料Aに対し、スパッタ法により酸化物超電導層上にAgを0.5μm成膜した(第2の保護層に相当)。
以上の手順を経て、実施例の酸化物超電導線材を得た。
(Example)
A 0.5 μm Ag film was formed on the oxide superconducting layer by sputtering (corresponding to the first protective layer) for the sample A described above. Next, this sample was subjected to oxygen annealing in an oxygen atmosphere at 500 ° C. for 10 hours, and taken out after 26 hours of furnace cooling. A 0.5 μm thick Ag film was formed on the oxide superconducting layer by sputtering (corresponding to the second protective layer).
Through the above procedure, the oxide superconducting wire of the example was obtained.
図6に、実施例の酸化物超電導線材のAg層を撮影したSEM画像を示し、図7に断面を撮影したSEM画像を示す。図6のSEM画像に示すように、Ag層は、酸化物超電導層を完全に覆って露出を防いでいる。また、第2の保護層の表面は、凝集した第1の保護層の表面形状に倣って凹凸形状となっている。さらに、図7のSEM画像に示すように、第2の保護層としてのAg層は非晶質を含みつつ、一部のAgが再結晶化している。これは、成膜時の熱により一部のAgが再結晶化したためであると考えられる。
なお、図7において、第2の保護層の上に形成された薄膜部分は、FIB(集束イオンビーム)で断面加工する際に蒸着された炭素である。
FIG. 6 shows an SEM image obtained by photographing the Ag layer of the oxide superconducting wire of Example, and FIG. 7 shows an SEM image obtained by photographing a cross section. As shown in the SEM image of FIG. 6, the Ag layer completely covers the oxide superconducting layer to prevent exposure. Further, the surface of the second protective layer has an uneven shape following the surface shape of the aggregated first protective layer. Furthermore, as shown in the SEM image of FIG. 7, the Ag layer as the second protective layer contains amorphous, but part of Ag is recrystallized. This is considered to be because a part of Ag was recrystallized by heat during film formation.
In FIG. 7, the thin film portion formed on the second protective layer is carbon deposited when the cross section is processed by FIB (focused ion beam).
<評価>
(臨界電流特性)
比較例1、比較例2、実施例の臨界電流特性を測定した。
比較例1、比較例2、実施例の酸化物超電導線材をそれぞれ3本用意し、四端子法を用いてこれらの臨界電流値(Ic)を測定した。それぞれ3本の酸化物超電導線材のIcの平均値を表1に示す。
<Evaluation>
(Critical current characteristics)
The critical current characteristics of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Example were measured.
Three oxide superconducting wires of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Example were prepared, and their critical current values (Ic) were measured using a four-terminal method. Table 1 shows the average values of Ic of the three oxide superconducting wires.
(界面抵抗)
酸化物超電導線材とAg層との界面抵抗を測定した。
比較例1、比較例2、実施例において、酸化物超電導線材同士のAg層同士を対向させて半田接合して電気抵抗を測定した。それぞれの電気抵抗値から半田の電気抵抗値を除いた抵抗値を酸化物超電導線材とAg層との界面抵抗として算出した結果を表1に示す。
(Interface resistance)
The interface resistance between the oxide superconducting wire and the Ag layer was measured.
In Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Examples, the Ag layers of the oxide superconducting wires were opposed to each other and soldered to measure the electrical resistance. Table 1 shows the results of calculating the resistance value obtained by subtracting the electrical resistance value of the solder from each electrical resistance value as the interface resistance between the oxide superconducting wire and the Ag layer.
臨界電流値(Ic)に関して、表1に示すように、比較例1、比較例2、実施例の臨界抵抗値に有意な差はない。すなわち、実施例および比較例2のように、酸素アニール後にAg成膜を行う場合であっても、酸化物超電導層からの酸素の抜け出しが生じさせずにAg成膜を行うことができることが確認された。 Regarding the critical current value (Ic), as shown in Table 1, there is no significant difference in the critical resistance values of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Example. That is, it was confirmed that even when Ag film formation was performed after oxygen annealing as in Example and Comparative Example 2, it was possible to perform Ag film formation without causing oxygen to escape from the oxide superconducting layer. It was done.
界面抵抗に関して、表1に示すように、比較例2に対して、比較例1および実施例の酸化物超電導線材は、酸化物超電導層とAg層との界面抵抗値が低いことがわかる。これは、Ag成膜後に熱処理工程(酸素アニール)工程によって、Agが酸化物超電導層に拡散して、界面抵抗を抑制したことを表している。 Regarding the interfacial resistance, as shown in Table 1, it can be seen that the oxide superconducting wires of Comparative Example 1 and Examples have a lower interfacial resistance value between the oxide superconducting layer and the Ag layer than Comparative Example 2. This indicates that Ag was diffused into the oxide superconducting layer by the heat treatment step (oxygen annealing) step after the Ag film formation, thereby suppressing the interface resistance.
表面の撮像写真(図4〜図7)並びに表1に示す臨界電流値および界面抵抗値の測定結果から、実施例の酸化物超電導線材の優位性が確認された。 From the imaging photographs of the surface (FIGS. 4 to 7) and the measurement results of the critical current value and the interface resistance value shown in Table 1, the superiority of the oxide superconducting wire of the example was confirmed.
以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the configurations and combinations thereof in the embodiments are examples, and the addition, omission, replacement, and other configurations of the configurations are within the scope not departing from the spirit of the present invention. It can be changed. Further, the present invention is not limited by the embodiment.
1、20、30…酸化物超電導線材、1A…予備酸化物超電導線材、10…基材、11…中間層、12…酸化物超電導層、13…第1の保護層(Ag層)、14…第2の保護層(Ag層)、16…積層体、21…半田層、22…安定化層(金属テープ)、23…第3の保護層(Cu層)、32…安定化層(メッキ被覆層) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 20, 30 ... Oxide superconducting wire, 1A ... Preliminary oxide superconducting wire, 10 ... Base material, 11 ... Intermediate layer, 12 ... Oxide superconducting layer, 13 ... First protective layer (Ag layer), 14 ... Second protective layer (Ag layer), 16 ... laminate, 21 ... solder layer, 22 ... stabilization layer (metal tape), 23 ... third protective layer (Cu layer), 32 ... stabilization layer (plating coating) layer)
Claims (6)
前記積層体の前記酸化物超電導層の主面に積層された第1の保護層と、
前記第1の保護層の主面に積層された第2の保護層と、を備え、
前記第1の保護層は、再結晶化したAg又はAg合金からなり、
前記第1の保護層は、非晶質のAg又はAg合金を含む、酸化物超電導線材。 A laminate in which an intermediate layer and an oxide superconducting layer are laminated on a tape-shaped substrate;
A first protective layer laminated on the main surface of the oxide superconducting layer of the laminate;
A second protective layer laminated on the main surface of the first protective layer,
The first protective layer is made of recrystallized Ag or an Ag alloy,
The first protective layer is an oxide superconducting wire containing amorphous Ag or an Ag alloy.
前記積層体の前記酸化物超電導層の主面に、スパッタ法によりAg又はAg合金からなる第1の保護層を成膜する第1の保護層成膜工程と、
前記第1の保護層を構成するAgを前記酸化物超電導層に拡散させる熱処理工程と、
前記第1の保護層の主面に、スパッタ法によりAg又はAg合金からなる第2の保護層を成膜する第2の保護層成膜工程と、を含む、酸化物超電導線材の製造方法。 Prepare a laminate in which an intermediate layer and an oxide superconducting layer are laminated on a tape-shaped substrate,
A first protective layer forming step of forming a first protective layer made of Ag or an Ag alloy by sputtering on the main surface of the oxide superconducting layer of the laminate;
A heat treatment step of diffusing Ag constituting the first protective layer into the oxide superconducting layer;
A method for producing an oxide superconducting wire, comprising: a second protective layer forming step of forming a second protective layer made of Ag or an Ag alloy on the main surface of the first protective layer by a sputtering method.
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