JP2017016841A - REBaxCuyOz-BASED SUPERCONDUCTING WIRE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD OF REBaxCuyOz-BASED SUPERCONDUCTING WIRE MATERIAL - Google Patents

REBaxCuyOz-BASED SUPERCONDUCTING WIRE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD OF REBaxCuyOz-BASED SUPERCONDUCTING WIRE MATERIAL Download PDF

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晃一 中岡
Koichi Nakaoka
晃一 中岡
高木 裕司
Yuji Takagi
裕司 高木
一成 木村
Kazunari Kimura
一成 木村
和泉 輝郎
Teruo Izumi
輝郎 和泉
塩原 融
Yu Shiobara
融 塩原
加藤 丈晴
Takeharu Kato
丈晴 加藤
竜視 吉田
Ryuji Yoshida
竜視 吉田
司 平山
Tsukasa Hirayama
司 平山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture an RE-based oxide superconductive wire material having high superconductive property such as critical current density (Jc) of 0.3 MA/cmor more even under high magnetic environment of 3T or more.SOLUTION: There is provided an REBaCuO-based superconducting wire material having an REBaCuO-based superconducting layer. where RE represents at least one or more kind of element selected from a group consisting of Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr and Ho and x=1.5 to 2.0, y=2.5 to 3.5, z=6.2 to 7.2, where oxide particles with 30 nm or less containing BA and addition element M, where M is at least one or more kind of element selected from Zr, Hf, Ir, Sn, Ce, Ti and Nb, are dispersed with occupying 40 to 70% of area when cutting the superconductive layer with 500 nm square and the superconducting layer is 1.5 μm.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、REBaCu系(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoから選択された1種以上の元素を示し、x=1.5〜2.0,y=2.5〜3.5,z=6.2〜7.2である。)系超電導線材及び超電導線材の製造方法に関する。 The present invention relates to a REBa x Cu y O z system (RE represents one or more elements selected from Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr, and Ho, and x = 1. 5 to 2.0, y = 2.5 to 3.5, z = 6.2 to 7.2.) The present invention relates to a superconducting wire and a method of manufacturing a superconducting wire.

REBaCu系(「REBCO系」ともいう)酸化物超電導体は、従来のNbSnやNbAl等の金属系超電導体と比較して臨界温度(Tc)が高く、送電ケーブル、変圧器、モータ等の超電導応用機器を液体窒素温度で運用できる。このため、その線材化の研究が精力的に行われている。 REBa x Cu y O z- based (also referred to as “REBCO-based”) oxide superconductors have a higher critical temperature (Tc) than conventional metal-based superconductors such as Nb 3 Sn and Nb 3 Al. Superconducting equipment such as transformers and motors can be operated at liquid nitrogen temperature. For this reason, research into making the wire has been vigorously conducted.

超電導線材が応用される超電導応用機器として、印加磁場下で使用する超電導機器に使用されるためには、超電導線材は、あらゆる磁場印加角度に対して高い超電導特性(臨界電流密度Jc、臨界電流値Ic)を有することが望まれる。   As a superconducting application device to which superconducting wire is applied, superconducting wire has high superconducting characteristics (critical current density Jc, critical current value) for all magnetic field application angles in order to be used in superconducting devices used under an applied magnetic field. It is desirable to have Ic).

例えば、超電導線材によりソレノイドコイルを形成した場合に、コイルの両端部において基板面(超電導面)に対して、超電導特性Jcが低下する角度で磁場が加わるため、コイルの設計は、Jc,minの値によって律速されることになる。このことは、高磁場下で使用される超電導変圧器やSMES等への電力機器への応用に対して大きな問題となる。   For example, when a solenoid coil is formed of a superconducting wire, a magnetic field is applied at an angle at which the superconducting property Jc is reduced with respect to the substrate surface (superconducting surface) at both ends of the coil. It will be limited by the value. This is a big problem for application to power equipment such as superconducting transformers and SMES used under high magnetic fields.

また、超電導線材における超電導体では、印加磁場の増加に伴い超電導体内に侵入する量子化磁束の密度が増え、それらが運動して超電導状態が壊れることにより超電導特性Jcが低下する。さらに、超電導体は、結晶構造に起因してa軸方向に磁場を加えた際のJcよりもc軸方向に磁場印加時のJcが低いという特性を有する。   Further, in the superconductor in the superconducting wire, the density of the quantized magnetic flux that enters the superconductor increases with the increase of the applied magnetic field, and the superconducting state Jc is deteriorated due to the movement of these to break the superconducting state. Furthermore, the superconductor has a characteristic that Jc when a magnetic field is applied in the c-axis direction is lower than Jc when a magnetic field is applied in the a-axis direction due to the crystal structure.

そこで超電導体内における量子化磁束の移動を妨げるためにあらゆる磁場方向にも有効な等方的な形状のナノサイズの磁束ピンニング点を超電導体内にナノメートル間隔に均一に導入することが臨まれる。この点に対しては、厚膜で粒界特性及び結晶性に優れた超電導体内に均一で微細な磁束ピンニング点を導入することにより、高磁場における磁場印加角度依存性を改善した技術が存在する(特許文献1参照)。   In order to prevent the movement of the quantized magnetic flux in the superconductor, it is expected that nano-size magnetic flux pinning points having an isotropic shape effective in any magnetic field direction are uniformly introduced into the superconductor at nanometer intervals. For this point, there is a technology that improves the magnetic field application angle dependency in a high magnetic field by introducing a uniform and fine magnetic flux pinning point in a superconductor with a thick film and excellent grain boundary characteristics and crystallinity. (See Patent Document 1).

特許第5270176号公報Japanese Patent No. 5270176

ところで、従来の技術によって製造された磁束ピンニング点を超電導層に含む酸化物超電線材は、77K、1T程度の磁場においては、非常に優れた超電導特性を得ることができる。しかしながら、従来の技術により製造された酸化物超電導線材は、それ以上の強い磁場、例えば、3T以上の高磁場においては、臨界電流値Ic[A/cm]の低下が著しく、所望の超電導特性を得ることができなかった。   By the way, the superconducting oxide material including the magnetic flux pinning point manufactured by the conventional technique in the superconducting layer can obtain very excellent superconducting characteristics in a magnetic field of about 77K and 1T. However, the oxide superconducting wire manufactured by the conventional technique has a significant decrease in the critical current value Ic [A / cm] in a strong magnetic field higher than that, for example, a high magnetic field of 3 T or higher. Couldn't get.

すなわち、より高い磁場環境下において、超電導特性が低下するため、単に磁束ピンニング点の添加量を増加させたとしても、磁束ピンニング点の粒子サイズが増加することにより、逆に超電導特性が低下することが分かった。   In other words, the superconducting properties deteriorate in a higher magnetic field environment, so even if the amount of addition of the magnetic flux pinning point is simply increased, the particle size at the magnetic flux pinning point will increase, and the superconducting property will be degraded. I understood.

そこで、高磁場に応用可能な超電導特性の向上、より強い磁場である77K、1T越えの磁場、特に、3T以上の高磁場において、臨界電流密度(Jc)0.3MA/cm以上の高い超電導特性を有する超電導線材の製造が要望されている。 Therefore, improvement of superconducting characteristics applicable to high magnetic fields, high superconductivity with a critical current density (Jc) of 0.3 MA / cm 2 or higher at a stronger magnetic field of 77K, a magnetic field exceeding 1T, especially a high magnetic field of 3T or higher. There is a demand for production of superconducting wires having characteristics.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、例えば、3T以上の高磁場環境下においても臨界電流密度(Jc)0.3MA/cm以上といった高い超電導特性を有するREBaCuO系超電導線材及び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 such a point. For example, a REBaCuO-based superconducting wire and a superconducting material having high superconducting properties such as a critical current density (Jc) of 0.3 MA / cm 2 or more even in a high magnetic field environment of 3 T or more. It aims at providing the manufacturing method of a wire.

本発明のREBaCu系超電導線材の一つの態様は、基板上に中間層を介して形成したREBaCu(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoからなる群から選択された少なくとも1種以上の元素を示し、x=1.5〜2.0,y=2.5〜3.5,z=6.2〜7.2である。)系の超電導層を有するREBaCu系超電導線材において、前記超電導層中に、当該超電導層を500nm立方で切り出した際の領域中の3〜30vol%を占めるように、Baと添加元素M(Mは、Zr、Hf、Ir、Sn、Ce、Ti、Nbより選択された少なくとも1種以上の元素)を含む30nm以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散され、前記超電導層の膜厚は1.5μm以上である構成を採る。 One aspect of the REBa x Cu y O z -based superconducting wire of the present invention is a REBa x Cu y O z (RE is Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, 1 represents at least one element selected from the group consisting of Er, Yb, Pr and Ho, x = 1.5 to 2.0, y = 2.5 to 3.5, z = 6.2 to 7 a .2. in) based REBa x Cu y O z superconducting wire having a superconducting layer of, in the superconducting layer, so occupying 3~30Vol% in area when the superconducting layer was cut out with 500nm cubic In addition, oxide particles of 30 nm or less containing Ba and an additive element M (M is at least one element selected from Zr, Hf, Ir, Sn, Ce, Ti, and Nb) are dispersed as magnetic flux pinning points. The film thickness of the superconducting layer is 1.5 μm or less. Take the configuration that is above.

本発明のREBaCu超電導線材の製造方法の一つの態様は、基板上に、中間層を介して原料溶液を塗布する塗布工程と、塗布した前記原料溶液に仮焼熱処理を施して超電導前駆体を生成する仮焼成工程と、前記超電導前駆体に熱処理を施して超電導層を生成する本焼成処理工程と、を有し、前記原料溶液として、RE(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoからなる群から選択された少なくとも1種以上の元素)、Ba及びCuを含む有機金属錯体溶液中にBaと添加元素M(Mは、Zr、Hf、Ir、Sn、Ce、Ti、Nbより選択された少なくとも1種以上の元素)を含む酸化物粒子を有し、前記塗布工程は、前記本焼成処理工程において、膜厚1.5μm以上の前記超電導層が形成されるように、一回の塗布膜厚が0.1μm以下である前記原料溶液の塗布を、複数回繰り返して行うようにした。 One aspect of the method for producing a REBa x Cu y O z superconducting wire of the present invention includes a coating step of coating a raw material solution on a substrate via an intermediate layer, and subjecting the coated raw material solution to a calcining heat treatment. A preliminary firing step for producing a superconducting precursor, and a main firing treatment step for producing a superconducting layer by subjecting the superconducting precursor to a heat treatment. As the raw material solution, RE (RE is Y, Nd, Sm) , Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr and Ho), Ba and an additive element M (M is Zr) in an organometallic complex solution containing Ba and Cu. , Hf, Ir, Sn, Ce, Ti, and Nb), and the coating process includes a film thickness of 1.5 μm or more in the main baking process. The superconducting layer is formed As described above, the application of the raw material solution having a single coating film thickness of 0.1 μm or less was repeated a plurality of times.

本発明によれば、3T以上の高磁場環境下においても臨界電流密度(Jc)0.3MA/cm以上といった高い超電導特性を有することができる。 According to the present invention, high superconducting properties such as a critical current density (Jc) of 0.3 MA / cm 2 or more can be obtained even in a high magnetic field environment of 3 T or more.

本発明に係るREBaCu系酸化物超電導線材の製造方法の概略を示した模式図Schematic diagram showing an outline of REBa x Cu y O z based oxide method of manufacturing a superconducting wire according to the present invention 本発明の実施の形態に係る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 which concerns on embodiment of this invention. 比較例1の超電導層における磁束ピンニング点の分散を示す図The figure which shows dispersion | distribution of the magnetic flux pinning point in the superconducting layer of the comparative example 1 実施例の超電導層における磁束ピンニング点の分散を示す図The figure which shows dispersion | distribution of the magnetic flux pinning point in the superconducting layer of an Example

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.

本発明の実施の形態に係るREBaCu系(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoから選択された1種以上の元素を示し、x=1.5〜2.0,y=2.5〜3.5,z=6.2〜7.2である。)酸化物超電導線材の製造方法は、磁束ピンニングを含むREBaCuO系酸化物超電導線材(以下、「RE系超電導線材」という)の製造に関し、具体的には、MOD法において、RE系超電導層を生成する際の塗布工程に特徴がある。 REBa x Cu y O z system according to an embodiment of the present invention (RE represents one or more elements selected from Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr and Ho, x = 1.5-2.0, y = 2.5-3.5, z = 6.2-7.2.) A method for producing an oxide superconducting wire is a REBaCuO-based oxide including magnetic flux pinning. Regarding the production of a superconducting wire (hereinafter referred to as “RE-based superconducting wire”), specifically, in the MOD method, there is a feature in a coating process when generating a RE-based superconducting layer.

図1は、本発明に係るREBCO系酸化物超電導線材の製造方法の概略を示した模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a method for producing a REBCO-based oxide superconducting wire according to the present invention.

まず、テープ状の基板、例えば、Ni合金基板(基材)上に、中間層22(図2参照)を形成して複合基板25を形成する。具体的には、Ni合金基板(基材)上にテンプレートとしてスパッタリング法によりGdZrからなる第1中間層を成膜し、さらに、その上に、スパッタリング法によりYからなる第2中間層、IBAD法によりMgOから成る第3中間層を順に成膜する。次いで、第3中間層の上にスパッタリング法によりLaMnOから成る第4中間層を成膜し、更に、この上に、スパッタリング法或いはPLD方によりCeOからなる第5中間層を成膜する。これにより複合基板25が形成される(図2参照)。 First, the composite substrate 25 is formed by forming the intermediate layer 22 (see FIG. 2) on a tape-shaped substrate, for example, a Ni alloy substrate (base material). Specifically, a first intermediate layer made of Gd 2 Zr 2 O 7 is formed by sputtering as a template on a Ni alloy substrate (base material), and further, Y 2 O 3 is formed thereon by sputtering. The second intermediate layer and the third intermediate layer made of MgO are sequentially formed by the IBAD method. Next, a fourth intermediate layer made of LaMnO 3 is formed on the third intermediate layer by sputtering, and further a fifth intermediate layer made of CeO 2 is formed thereon by sputtering or PLD. Thereby, the composite substrate 25 is formed (see FIG. 2).

この複合基板25上に、塗布工程Aで混合溶液(超電導原料溶液)を塗布して塗布膜を形成する。ここでは、混合溶液は、複合基板25上にディップコート法により塗布される。この混合溶液は、例えば、Y―TFA塩(トリフルオロ酢酸塩)、Ba―TFA塩およびCu―2−エチルヘキサン酸塩を有機溶媒中にY:Ba:Cu=1:1.5:3の比率で溶解した混合溶液であるとともに、磁束ピンニング点を形成するためのZr等の添加元素Mが添加されている。混合溶液の詳細については後述する。   On this composite substrate 25, a coating solution is formed by applying a mixed solution (superconducting raw material solution) in coating step A. Here, the mixed solution is applied onto the composite substrate 25 by a dip coating method. For example, this mixed solution is prepared by mixing Y-TFA salt (trifluoroacetate salt), Ba-TFA salt and Cu-2-ethylhexanoate in an organic solvent with Y: Ba: Cu = 1: 1.5: 3. In addition to the mixed solution dissolved at a ratio, an additive element M such as Zr for forming a magnetic flux pinning point is added. Details of the mixed solution will be described later.

ディップコート法は、複合基板25を、混合溶液が収容された容器に浸(浸漬)した後、混合溶液から引き上げることで、基材の表面に混合溶液を塗布する方法である。ディップコート法では、引き上げた際に、引き上げ速度及び混合溶液の表面張力,密度,粘度により膜厚が調整されて混合溶液が塗布される、つまり、塗布膜が形成される。ディップコート法では、基材の引き上げ速度と溶液粘度とで膜厚を制御できる。基材の引き上げ速度と、引き上げ時に基材に塗布される膜厚とは、引き上げ速度が低速な程、薄く、引き上げ速度が高速な程、厚くなるという関係が成り立つ。なお、ここでは、混合溶液の粘度が2〜30cPであり、ディップコート法における基材の移動速度を20〜100[m/h]の範囲とすることが望ましい。混合溶液の粘度が2〜30cPであり、且つ、ディップコート法における基材の移動速度を20〜100[m/h]の範囲とすることによって、混合溶液を均一に薄く塗布できる。   The dip coating method is a method of applying the mixed solution to the surface of the substrate by immersing (immersing) the composite substrate 25 in a container in which the mixed solution is accommodated, and then pulling it up from the mixed solution. In the dip coating method, when the film is pulled up, the film thickness is adjusted by the pulling speed and the surface tension, density, and viscosity of the mixed solution, and the mixed solution is applied, that is, a coating film is formed. In the dip coating method, the film thickness can be controlled by the pulling speed of the substrate and the solution viscosity. The relationship between the substrate pulling speed and the film thickness applied to the substrate at the time of pulling is such that the lower the pulling speed is, the thinner the film is, and the higher the pulling speed is, the thicker the relationship is. Here, it is desirable that the viscosity of the mixed solution is 2 to 30 cP, and the moving speed of the base material in the dip coating method is in the range of 20 to 100 [m / h]. When the viscosity of the mixed solution is 2 to 30 cP and the moving speed of the substrate in the dip coating method is in the range of 20 to 100 [m / h], the mixed solution can be applied uniformly and thinly.

こうして、混合溶液を塗布した後、仮焼成熱処理工程Bで仮焼成する。仮焼成熱処理工程Bでは、例えば、所定の水蒸気分圧、酸素分圧の雰囲気中で所定時間の間、ヒータ等により加熱する。なお、仮焼成熱処理工程Bでは、複合基板25(図2参照)は、例えば焼成装置内で、水蒸気分圧3〜76Torr、酸素分圧300〜760Torrの雰囲気中で400〜600℃の温度範囲で、仮焼熱処理されることが好ましい。   Thus, after apply | coating a mixed solution, temporary baking is carried out by the temporary baking heat treatment process B. FIG. In the pre-baking heat treatment step B, for example, heating is performed by a heater or the like for a predetermined time in an atmosphere having a predetermined water vapor partial pressure and oxygen partial pressure. In the pre-baking heat treatment step B, the composite substrate 25 (see FIG. 2) is, for example, in a temperature range of 400 to 600 ° C. in an atmosphere of a water vapor partial pressure of 3 to 76 Torr and an oxygen partial pressure of 300 to 760 Torr in a baking apparatus. The calcination heat treatment is preferably performed.

また、塗布工程Aでは、上記のディップコート法以外にインクジェット法、スプレー法などを用いることも可能であるが、基本的には、連続して複合基板25上に複数回塗布できるプロセスであればこの例によって制約されない。   In addition, in the application step A, it is possible to use an inkjet method, a spray method, etc. in addition to the dip coating method described above, but basically, any process that can be applied on the composite substrate 25 a plurality of times in succession. It is not constrained by this example.

このように本実施の形態では、塗布工程において中間層22(図2参照)上に1回で塗布する膜厚は0.1μm以下である。好ましくは一回の塗布膜厚がBaと添加元素Mを含む酸化物粒子の粒子径以上0.05μm以下である。なお、複合基板25において、基材上に形成される中間層は、GdZr中間層上に、CeOからなる中間層を成膜して形成したものでもよい。このように、塗布工程において中間層22(図2参照)上に1回で塗布する膜厚を上記範囲にコントロールすることにより、塗布された層内で、ピンニング点が均一に分散される。 As described above, in the present embodiment, the film thickness that is applied once on the intermediate layer 22 (see FIG. 2) in the application step is 0.1 μm or less. Preferably, the coating film thickness at one time is not less than the particle diameter of the oxide particles containing Ba and the additive element M and not more than 0.05 μm. In the composite substrate 25, the intermediate layer formed on the base material may be formed by forming an intermediate layer made of CeO 2 on the Gd 2 Zr 2 O 7 intermediate layer. In this way, by controlling the film thickness to be applied once on the intermediate layer 22 (see FIG. 2) within the above range in the application step, the pinning points are uniformly dispersed in the applied layer.

この塗布工程Aおよび仮焼成熱処理工程Bを所定回数繰り返すことによって、テープ状酸化物超電導線材20の複合基板25における中間層上で塗布膜をマルチコートする。   By repeating this coating step A and pre-baking heat treatment step B a predetermined number of times, the coating film is multi-coated on the intermediate layer of the composite substrate 25 of the tape-shaped oxide superconducting wire 20.

本実施の形態では、ピンニング点が均一に分散された0.1μm以下の塗布膜厚を重ねる、つまり、この塗布を繰り返すことにより膜厚を厚くして、製造される超電導線材の膜厚が1.5μm以上の膜厚となるようにする。   In the present embodiment, the coating film thickness of 0.1 μm or less in which pinning points are uniformly dispersed is overlapped, that is, the coating film thickness is increased by repeating this coating, and the thickness of the superconducting wire to be manufactured is 1. The film thickness should be 5 μm or more.

このようにして、複合基板25における中間層上に、RE系超電導層(以下、「超電導層」とも称する)となるアモルファス超電導前駆体としての膜体(図1に示す「前駆体」)を形成する。   In this manner, a film body (“precursor” shown in FIG. 1) as an amorphous superconducting precursor to be a RE-based superconducting layer (hereinafter also referred to as “superconducting layer”) is formed on the intermediate layer in the composite substrate 25. To do.

すなわち、塗布工程Aおよび仮焼成熱処理工程Bを、1回で塗布する膜厚が0.1μm以下の膜厚で塗布して仮焼成熱処理を繰り返し行うことにより、製造される超電導層の膜厚が1.5μm以上となるようにして、アモルファス前駆体を形成する。   That is, the coating process A and the pre-baking heat treatment process B are applied at a film thickness of 0.1 μm or less at a time, and the pre-baking heat treatment is repeatedly performed, whereby the thickness of the superconducting layer to be manufactured is reduced. An amorphous precursor is formed so as to be 1.5 μm or more.

このようにアモルファス前駆体を形成した後、結晶化熱処理を行う本焼成熱処理工程Dの前に、中間焼成熱処理工程Cで、本焼成熱処理工程Dにおける本焼成熱処理温度より低い温度で中間焼成を行う。中間焼成熱処理は、アモルファス前駆体に対して、水蒸気分圧30〜600Torr、酸素分圧0.05〜1Torrの雰囲気中で、400から700℃の温度範囲で熱処理されることが好ましい。   After the amorphous precursor is formed in this manner, before the main baking heat treatment step D for performing the crystallization heat treatment, the intermediate baking is performed in the intermediate baking heat treatment step C at a temperature lower than the main baking heat treatment temperature in the main baking heat treatment step D. . The intermediate firing heat treatment is preferably performed on the amorphous precursor in a temperature range of 400 to 700 ° C. in an atmosphere having a water vapor partial pressure of 30 to 600 Torr and an oxygen partial pressure of 0.05 to 1 Torr.

この中間焼成熱処理工程Cが、REBCOの結晶化温度に至る前に仮焼での残存有機分あるいは剰余フッ化物を排出する。次いで、本焼成熱処理工程Dで、テープ状酸化物超電導線材20における超電導前駆体の膜体の結晶化熱処理、即ち、RE系超電導層生成のための熱処理を、水蒸気ガス中において施す。   This intermediate baking heat treatment step C discharges residual organic components or residual fluoride in the calcination before reaching the crystallization temperature of REBCO. Next, in the main firing heat treatment step D, a heat treatment for crystallization of the superconducting precursor film body in the tape-shaped oxide superconducting wire 20, that is, a heat treatment for generating a RE-based superconducting layer is performed in water vapor gas.

本焼成熱処理工程Dでは、超電導前駆体の膜体の結晶化熱処理、即ち、REBCO系超電導体生成のための熱処理を施す。なお、本焼成熱処理工程Cでは、例えば、円柱体の周面に複合基板25を螺旋状に巻回し、この円柱体を焼成装置内で回転させつつ、所定の水蒸気分圧、酸素分圧の雰囲気中で、所定時間の間、ヒータ等により加熱する。本焼成熱処理工程Cでは、焼成装置内で、水蒸気分圧30〜600Torr、酸素分圧0.05〜1Torrの雰囲気中で700〜900℃の温度範囲で本焼成熱処理されることが好ましい。本焼熱処理時間は、水蒸気ガスを導入しながら、5〜30時間、より好ましくは、10時間〜15時間であることが好ましい。この本焼成熱処理では、30[℃/min]の昇温温度で前駆体を加熱する。   In the main baking heat treatment step D, a heat treatment for crystallizing the film body of the superconducting precursor, that is, heat treatment for generating a REBCO-based superconductor is performed. In the main baking heat treatment step C, for example, the composite substrate 25 is spirally wound around the peripheral surface of the cylinder, and the atmosphere of a predetermined partial pressure of water vapor and oxygen is obtained while rotating the cylinder in the baking apparatus. Inside, it is heated by a heater or the like for a predetermined time. In the main baking heat treatment step C, the main baking heat treatment is preferably performed in a temperature range of 700 to 900 ° C. in an atmosphere of a water vapor partial pressure of 30 to 600 Torr and an oxygen partial pressure of 0.05 to 1 Torr in a baking apparatus. The main heat treatment time is preferably 5 to 30 hours, more preferably 10 to 15 hours while introducing water vapor gas. In this main baking heat treatment, the precursor is heated at a temperature elevation temperature of 30 [° C./min].

このように、中間焼成熱処理工程C後の本焼成熱処理工程Dは、磁束ピンニング点が均一に分散され、且つ、磁場印加特性に優れたRE系超電導層を成膜できる。   Thus, in the main baking heat treatment step D after the intermediate baking heat treatment step C, the RE-based superconducting layer in which the magnetic flux pinning points are uniformly dispersed and the magnetic field application characteristics are excellent can be formed.

そして、この本焼成熱処理工程の後、生成された超電導線材の超電導層上にスパッタ法により安定化層(例えば、Ag安定化層)24(図2参照)を施し、後熱処理を施して超電導線材を製造する。   Then, after this main firing heat treatment step, a stabilization layer (for example, Ag stabilization layer) 24 (see FIG. 2) is applied on the superconducting layer of the generated superconducting wire by sputtering, and post-heat treatment is performed to obtain the superconducting wire. Manufacturing.

<酸化物超電導線材>
図2は、本発明の実施の形態に係る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. 2 is a schematic view showing a cross section perpendicular to the axial direction of the tape of the oxide superconducting wire manufactured by the method of manufacturing an oxide superconducting wire according to the embodiment of the present invention.

酸化物超電導線材20は、テープ状であり、テープ状の金属基板21上に、中間層22、テープ状の酸化物超電導層(以下、「超電導層」と称する)23、安定化層24が順に積層されることによって形成される。ここでは、中間層22は、第1中間層22a,第2中間層22b、第3中間層22c、第4中間層22d、第5中間層22eを有する。   The oxide superconducting wire 20 has a tape shape, and an intermediate layer 22, a tape-shaped oxide superconducting layer (hereinafter referred to as "superconducting layer") 23, and a stabilization layer 24 are sequentially formed on a tape-shaped metal substrate 21. It is formed by being laminated. Here, the intermediate layer 22 includes a first intermediate layer 22a, a second intermediate layer 22b, a third intermediate layer 22c, a fourth intermediate layer 22d, and a fifth intermediate layer 22e.

テープ状の金属基板21は、例えば、ニッケル(Ni)、ニッケル合金、ステンレス鋼又は銀(Ag)である。金属基板21は、ここでは、結晶粒無配向・耐熱高強度金属基板であり、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)、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立方晶系のビッカース硬度(Hv)=150以上の非磁性の合金である。金属基板21の厚さは、例えば、0.1mm以下である。   The tape-shaped metal substrate 21 is, for example, nickel (Ni), nickel alloy, stainless steel, or silver (Ag). Here, the metal substrate 21 is a crystal grain non-oriented, heat-resistant, high-strength metal substrate, and is Ni-Cr-based (specifically, Ni-Cr-Fe-Mo-based Hastelloy (registered trademark) B, C, X). Etc.), W-Mo series, Fe-Cr series (for example, austenitic stainless steel), Fe-Ni series (for example, non-magnetic composition type) and other materials such as cubic Vickers hardness (Hv ) = 150 or more nonmagnetic alloy. The thickness of the metal substrate 21 is, for example, 0.1 mm or less.

第1中間層22aは、スパッタリング法によりテープ状の金属基板21上に、GdZr(GZO)、或いはイットリウム安定化ジルコニア(YSZ)等を成膜した全軸配向の中間層である。なお、この第1中間層22aの厚みは、約1000nmである。この全軸配向の第1中間層22a上には、スパッタリング法によりYから成る第2中間層22bが成膜されている。この第2中間層22b上には、IBAD法によりMgOから成る第3中間層22cが成膜されている。この第3中間層22cの上には、スパッタリング法によりLaMnOから成る第4中間層22dが成膜されている。更に、この上に、ここでは、スパッタリング法(PLD方でもよい)によってCeOを蒸着して全軸配向のキャップ層としての第5中間層22eが成膜されている。なお、第5中間層22eの厚みは、約1000nmである。この第5中間層22eの上には超電導層23が成膜されている。この超電導線材20では、第1中間層22a〜第5中間層22eにより中間層22が形成される。これら金属基板21上に中間層22が形成されて図1に示す複合基板25が構成される。なお、複合基板25は、2軸配向性を有するものでも配向性の無い金属基板21の上に2軸配向性を有する中間層22を成膜したものでもよい。また、中間層22は、1層から3層或いは6層以上で形成されてもよい。 The first intermediate layer 22a is an uniaxially oriented intermediate layer in which Gd 2 Zr 2 O 7 (GZO), yttrium-stabilized zirconia (YSZ), or the like is formed on the tape-shaped metal substrate 21 by sputtering. . The thickness of the first intermediate layer 22a is about 1000 nm. On the uniaxially oriented first intermediate layer 22a, a second intermediate layer 22b made of Y 2 O 3 is formed by sputtering. A third intermediate layer 22c made of MgO is formed on the second intermediate layer 22b by the IBAD method. A fourth intermediate layer 22d made of LaMnO 3 is formed on the third intermediate layer 22c by sputtering. Further, here, CeO 2 is vapor-deposited by a sputtering method (which may be PLD method) to form a fifth intermediate layer 22e as an omniaxial cap layer. The fifth intermediate layer 22e has a thickness of about 1000 nm. A superconducting layer 23 is formed on the fifth intermediate layer 22e. In the superconducting wire 20, the intermediate layer 22 is formed by the first intermediate layer 22a to the fifth intermediate layer 22e. An intermediate layer 22 is formed on these metal substrates 21 to form a composite substrate 25 shown in FIG. Note that the composite substrate 25 may have a biaxial orientation or may have a biaxial orientation intermediate layer 22 formed on a metal substrate 21 having no orientation. The intermediate layer 22 may be formed of one to three layers or six layers or more.

超電導層23上には、銀、金、白金等の貴金属、あるいはそれらの合金であり低抵抗の金属である安定化層24が設けられている。なお、安定化層24は、超電導層23の直上に形成することによって、超電導層23が金、銀などの貴金属、あるいはそれらの合金以外の材料と直接的な接触によって反応によって引き起こす性能低下を防止する。これに加えて、安定化層24は、事故電流や交流通電により発生した熱を分散して発熱による破壊・性能低下を防止する。安定化層24の厚みはここでは10〜30μmである。   On the superconducting layer 23, a stabilizing layer 24, which is a noble metal such as silver, gold, platinum, or an alloy thereof and is a low-resistance metal, is provided. The stabilization layer 24 is formed immediately above the superconducting layer 23 to prevent performance degradation caused by the reaction of the superconducting layer 23 with a noble metal such as gold or silver or a material other than an alloy thereof. To do. In addition to this, the stabilization layer 24 disperses heat generated by an accident current or alternating current to prevent destruction and performance degradation due to heat generation. The thickness of the stabilization layer 24 is 10-30 micrometers here.

超電導層23は、全軸配向REBCO層、つまり、REBaCu系(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoから選択された1種以上の元素を示し、x=1.5〜2.0,y=2.5〜3.5,z=6.2〜7.2である。)の高温超電導薄膜の層である。ここでは、超電導層23は、イットリウム系酸化物超電導体である。超電導層23の膜厚は、1.5μm以上に形成されている。 The superconducting layer 23 is an all-axis oriented REBCO layer, that is, one or more selected from REBa x Cu y O z (RE is selected from Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr, and Ho. And x = 1.5 to 2.0, y = 2.5 to 3.5, and z = 6.2 to 7.2.). Here, the superconducting layer 23 is an yttrium-based oxide superconductor. The thickness of the superconducting layer 23 is 1.5 μm or more.

ここでは、超電導層23は、Baの定比組成を2より小さくした通常の低Ba組成法に用いられる原料溶液組成RE:Ba:Cu=1:1.5:3に、添加元素Mが含まれる。添加元素M(Mは、Zr、Hf、Ir、Sn、Ce、Ti、Nbより選択された少なくとも1種以上の元素)は、有効な酸化物粒子(例えばBaZrO)である人工ピン粒子(磁束ピンニング点)23aとなる。このときの混合溶液の組成は、人工ピン粒子の組成(Zrの場合Ba:Zr=1:1)を考慮して設定される。 Here, the superconducting layer 23 contains the additive element M in the raw material solution composition RE: Ba: Cu = 1: 1.5: 3 used in the normal low Ba composition method in which the stoichiometric composition of Ba is less than 2. It is. The additive element M (M is at least one element selected from Zr, Hf, Ir, Sn, Ce, Ti, and Nb) is an artificial pin particle (magnetic flux) that is an effective oxide particle (for example, BaZrO 3 ). Pinning point) 23a. The composition of the mixed solution at this time is set in consideration of the composition of the artificial pin particles (Ba: Zr = 1: 1 in the case of Zr).

Baと添加元素Mを含む酸化物粒子、つまり、磁束ピンニング点(人工ピンニング点)23aは、超電導層23中に均一に分散された粒径30nm以下の化合物としての酸化物粒子である。なお、磁束ピンニング点23aの粒径は、磁束線サイズに近い方がより効果を発揮するため、上記範囲内であることが望ましい。ここでは、磁束ピンニング点23aは、30nm以下の粒径であり、超電導層23を500nm立方で切り出した際の領域内で3〜30vol%を占めるように、均一に分散されている。   The oxide particles containing Ba and the additive element M, that is, the magnetic flux pinning points (artificial pinning points) 23a are oxide particles as a compound having a particle size of 30 nm or less uniformly dispersed in the superconducting layer 23. Note that the particle size of the magnetic flux pinning point 23a is more preferably within the above-mentioned range since the effect is better when the magnetic flux line size is closer to the magnetic flux line size. Here, the magnetic flux pinning points 23a have a particle size of 30 nm or less, and are uniformly dispersed so as to occupy 3 to 30 vol% in the region when the superconducting layer 23 is cut out in a 500 nm cube.

混合溶液中のRE成分は、ケトン基を含まない炭素原子数3〜8のカルボン酸のRE塩の1種類以上からなる。ここでは、RE塩は、プロピオン酸のRE塩であることが望ましく、イットリウム塩にフッ素原子を含まないプロピオン酸イットリウムであることが望ましい。   The RE component in the mixed solution is composed of one or more types of RE salts of carboxylic acids having 3 to 8 carbon atoms that do not contain a ketone group. Here, the RE salt is preferably an RE salt of propionic acid, and is preferably yttrium propionate that does not contain a fluorine atom in the yttrium salt.

RE塩を誘導するプロピオン酸の炭素原子数が3より小さい場合、充分な溶解性を得ることができず、均一な酸化物超電導厚膜を得られない。また、炭素原子数が8より大きい場合、仮焼成熱処理時におけるCOガス発生量が増加するため塗布膜が飛散しやすくなり、高特性な酸化物超電導厚膜を得ることが困難となる。 When the number of carbon atoms of propionic acid from which the RE salt is derived is smaller than 3, sufficient solubility cannot be obtained, and a uniform oxide superconducting thick film cannot be obtained. On the other hand, when the number of carbon atoms is larger than 8, the amount of CO 2 gas generated during the pre-baking heat treatment increases, so that the coating film is likely to be scattered and it is difficult to obtain a high-quality oxide superconducting thick film.

また、混合溶液中のBa成分は、(CFCOO)Ba・nHO(nは0又はとり得る水和数である)で表されるトリフルオロ酢酸バリウムであり、通常無水物か1水和物で得られる。トリフルオロ酢酸塩を超電導層の前駆体化合物として使用することは従来から知られているが、その利点は、超電導層への変換温度が高いバリウムの炭酸塩を経由させないことにある。 Further, the Ba component in the mixed solution is barium trifluoroacetate represented by (CF 3 COO) 2 Ba · nH 2 O (n is 0 or a hydration number that can be taken) and is usually an anhydride or 1 Obtained in hydrate. The use of trifluoroacetate as a precursor compound for the superconducting layer is conventionally known, but its advantage is that it does not pass through barium carbonate, which has a high conversion temperature to the superconducting layer.

また、混合溶液に含有されるCu成分は、炭素原子数6〜16の分岐飽和脂肪族カルボン酸の銅塩、及び炭素原子数6〜16の脂環族カルボン酸の銅塩からなる群から選ばれる1種類以上からなる。該銅塩は、L Cu・pHO(Lは、炭素原子数6〜16の分岐飽和脂肪族カルボン酸残基又は炭素原子数6〜16の脂環族カルボン酸残基であり、pは0又はとり得る水和数である)で表され、通常無水和物又は1〜2水和物で得られる。該銅塩を誘導する炭素原子数6〜16の分岐飽和脂肪族カルボン酸としては、2−エチルヘキサン酸、イソノナン酸、ネオデカン酸等が挙げられ、該銅塩を誘導する炭素原子数6〜16の脂環族カルボン酸の銅塩を誘導するものとしては、シクロヘキサンカルボン酸、メチルシクロヘキサンカルボン酸、ナフテン酸等が挙げられる。これらのカルボン酸のうち、ナフテン酸等の天然物由来のものは、本発明で規定された炭素原子数以外のものや分岐又は脂環基を有さないものを成分として含有する場合があるが、本発明においては、これらの成分の有無を問わずに、通常は、市販されているものをそのまま使用することができる。 The Cu component contained in the mixed solution is selected from the group consisting of a copper salt of a branched saturated aliphatic carboxylic acid having 6 to 16 carbon atoms and a copper salt of an alicyclic carboxylic acid having 6 to 16 carbon atoms. It consists of one or more types. The copper salt is L 2 2 Cu · pH 2 O (L 2 is a branched saturated aliphatic carboxylic acid residue having 6 to 16 carbon atoms or an alicyclic carboxylic acid residue having 6 to 16 carbon atoms. , P is 0 or a hydration number that can be taken), and is usually obtained as an anhydrate or a 1-2 hydrate. Examples of the branched saturated aliphatic carboxylic acid having 6 to 16 carbon atoms from which the copper salt is derived include 2-ethylhexanoic acid, isononanoic acid, neodecanoic acid, and the like, and the number of carbon atoms from 6 to 16 from which the copper salt is derived. Examples of the derivative of the alicyclic carboxylic acid copper salt include cyclohexanecarboxylic acid, methylcyclohexanecarboxylic acid, and naphthenic acid. Among these carboxylic acids, those derived from natural products such as naphthenic acid may contain components other than the number of carbon atoms defined in the present invention or those having no branched or alicyclic groups as components. In the present invention, commercially available products can be used as they are, regardless of the presence or absence of these components.

ここでは、混合溶液は、ケトン基を含まない炭素原子数3〜8のカルボン酸のRE塩としてY−プロピオン酸、Ba−TFA、Cu−2−エチルヘキサン酸を含有する。   Here, the mixed solution contains Y-propionic acid, Ba-TFA, and Cu-2-ethylhexanoic acid as an RE salt of a carboxylic acid having 3 to 8 carbon atoms that does not contain a ketone group.

上記の銅塩としては、ネオデカン酸銅、2−エチルヘキサン酸銅、イソノナン酸銅等の合成カルボン酸の銅塩が、性能や品質的に安定したものとなるので好ましい。また、ネオデカン酸銅、2−エチルヘキサン酸銅、イソノナン酸銅、ナフテン酸銅は、それ自身の有機溶剤への溶解性が良好であり、さらに、本発明に係るRE塩及びバリウム塩の溶解性を向上させる効果もあるので好ましい。   As said copper salt, since the copper salt of synthetic carboxylic acids, such as copper neodecanoate, copper 2-ethylhexanoate, copper isononanoate, becomes stable in terms of performance and quality, it is preferable. Moreover, copper neodecanoate, copper 2-ethylhexanoate, copper isononanoate, and copper naphthenate have good solubility in their own organic solvents, and further, the solubility of the RE salt and barium salt according to the present invention. It is preferable because it also has an effect of improving.

混合溶液において、前記RE成分、Ba成分及びCu成分の含有量は、合計で10〜60重量%が好ましく、さらに好ましくは30〜50重量%であり、モル濃度(3成分の合計)としては、0.5〜2.0モル/Lが好ましく、さらに好ましくは0.7〜1.5モル/Lである。   In the mixed solution, the total content of the RE component, Ba component and Cu component is preferably 10 to 60% by weight, more preferably 30 to 50% by weight, and the molar concentration (total of the three components) is as follows: 0.5-2.0 mol / L is preferable, More preferably, it is 0.7-1.5 mol / L.

また、混合溶液において、上記RE成分、Ba成分及びCu成分は、REとBaとCuのモル比は、Y:Ba:Cu=1:a:3としたときにa<2の範囲内のBaモル比となるように含有させる。この場合、高い臨界電流密度Jc及び臨界電流値Icを得るために、原料溶液中のBaモル比は1.0≦a≦1.8の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、原料溶液中のBaモル比は1.3≦a≦1.7の範囲である。   In the mixed solution, the RE component, the Ba component, and the Cu component are Ba in the range of a <2 when the molar ratio of RE, Ba, and Cu is Y: Ba: Cu = 1: a: 3. It contains so that it may become a molar ratio. In this case, in order to obtain a high critical current density Jc and a critical current value Ic, the Ba molar ratio in the raw material solution is preferably in the range of 1.0 ≦ a ≦ 1.8, more preferably the raw material solution. The Ba molar ratio in the range is 1.3 ≦ a ≦ 1.7.

これにより、Baの偏析を抑制することができ、その結果、結晶粒界でのBaベースの不純物の析出が抑制される。よって、クラックの発生が抑制されるとともに結晶粒間の電気的結合性が向上し、超電導膜をMOD法で形成して、更に均一で且つ、超電導特性に優れたテープ状酸化物超電導線材を有する酸化物超電導線材を容易に製造できる。   Thereby, the segregation of Ba can be suppressed, and as a result, the precipitation of Ba-based impurities at the grain boundaries is suppressed. Therefore, the generation of cracks is suppressed and the electrical connectivity between crystal grains is improved, the superconducting film is formed by the MOD method, and has a tape-shaped oxide superconducting wire that is more uniform and has excellent superconducting properties. An oxide superconducting wire can be easily manufactured.

さらに混合溶液における有機溶剤は、上述のRE成分、Ba成分及びCu成分のうち少なくともRE成分を溶解させるものであれば、特に制限されない。具体的には、有機溶剤は、所望の塗布性能、溶解性、粘度(5〜30Pa・s)、溶解安定性等の性能を得るために任意に選択され、2種類以上混合して用いてもよい。   Further, the organic solvent in the mixed solution is not particularly limited as long as it dissolves at least the RE component among the above-mentioned RE component, Ba component and Cu component. Specifically, the organic solvent is arbitrarily selected in order to obtain desired performance such as coating performance, solubility, viscosity (5 to 30 Pa · s), dissolution stability, etc. Good.

この有機溶剤としては、アルコール系溶剤、ジオール系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、脂肪族又は脂環族炭化水素系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、シアノ基を有する炭化水素溶剤、ハロゲン化芳香族炭化水素系剤、その他の溶剤等が挙げられる。   Examples of the organic solvent include alcohol solvents, diol solvents, ester solvents, ether solvents, aliphatic or alicyclic hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents, hydrocarbon solvents having a cyano group, and halogenated solvents. Aromatic hydrocarbon-based agents, other solvents and the like can be mentioned.

アルコール系溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、第3ブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、2−ペンタノール、ネオペンタノール、第3ペンタノール、ヘキサノール、2−ヘキサノール、ヘプタノール、2−ヘプタノール、オクタノール、2―エチルヘキサノール、2−オクタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール、メチルシクロペンタノール、メチルシクロヘキサノール、メチルシクロヘプタノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングルコールモノエチルエーテル、ジエチレングルコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、2−(N,N−ジメチルアミノ)エタノール、3(N,N−ジメチルアミノ)プロパノール等が挙げられる。   Examples of alcohol solvents include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 1-butanol, isobutanol, 2-butanol, tertiary butanol, pentanol, isopentanol, 2-pentanol, neopentanol, tertiary pentanol, Hexanol, 2-hexanol, heptanol, 2-heptanol, octanol, 2-ethylhexanol, 2-octanol, cyclopentanol, cyclohexanol, cycloheptanol, methylcyclopentanol, methylcyclohexanol, methylcycloheptanol, benzyl alcohol , Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, Examples include ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, 2- (N, N-dimethylamino) ethanol, and 3 (N, N-dimethylamino) propanol. .

ジオール系溶剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、イソプレングリコール(3−メチル−1,3−ブタンジオール)、1,2−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,2−オクタンジオール、オクタンジオール(2−エチル−1,3−ヘキサンジオール)、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。   Examples of the diol solvent include ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, isoprene glycol (3-methyl -1,3-butanediol), 1,2-hexanediol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,2-octanediol, octanediol (2-ethyl-1, 3-hexanediol), 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2,5-dimethyl-2,5-hexanediol, 1,2-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1, 4-cyclohexanedimethanol etc. are mentioned.

ケトン系溶剤としては、アセトン、エチルメチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、メチルヘキシルケトン、エチルブチルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等が挙げられる。   Examples of ketone solvents include acetone, ethyl methyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl butyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl amyl ketone, methyl hexyl ketone, ethyl butyl ketone, diethyl ketone, dipropyl ketone, diisobutyl ketone, methyl amyl ketone, Examples include cyclohexanone and methylcyclohexanone.

エステル系溶剤としては、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸第2ブチル、酢酸第3ブチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸第3アミル、酢酸フェニル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸第2ブチル、プロピオン酸第3ブチル、プロピオン酸アミル、プロピオン酸イソアミル、プロピオン酸第3アミル、プロピオン酸フェニル、2−エチルヘキサン酸メチル、2−エチルヘキサン酸エチル、2−エチルヘキサン酸プロピル、2−エチルヘキサン酸イソプロピル、2−エチルヘキサン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸メチル、メトキシプロピオン酸エチル、エトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、オキソブタン酸メチル、オキソブタン酸エチル、γ−ラクトン、マロン酸ジメチル、コハク酸ジメチル、プロピレングリコールジアセテート、δ−ラクトン等が挙げられる。   Examples of ester solvents include methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, 2 butyl acetate, 3 butyl acetate, amyl acetate, isoamyl acetate, 3 amyl acetate, and phenyl acetate , Methyl propionate, ethyl propionate, isopropyl propionate, butyl propionate, isobutyl propionate, 2 butyl propionate, 3 butyl propionate, amyl propionate, isoamyl propionate, 3 amyl propionate, phenyl propionate , Methyl 2-ethylhexanoate, ethyl 2-ethylhexanoate, propyl 2-ethylhexanoate, isopropyl 2-ethylhexanoate, butyl 2-ethylhexanoate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl methoxypropionate, ethoxypropyl Methyl pionate, ethyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, ethylene glycol monoisopropyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether Acetate, ethylene glycol mono tert-butyl ether acetate, ethylene glycol monoisobutyl ether acetate, ethylene glycol mono tert-butyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether Acetate, propylene glycol monoisopropyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate, propylene glycol mono second butyl ether acetate, propylene glycol mono isobutyl ether acetate, propylene glycol mono tertiary butyl ether acetate, butylene glycol monomethyl ether acetate, butylene glycol monoethyl ether acetate , Butylene glycol monopropyl ether acetate, butylene glycol monoisopropyl ether acetate, butylene glycol monobutyl ether acetate, butylene glycol mono sec-butyl ether acetate, butylene glycol monoisobutyl ether acetate, butylene glycol mono-tert-butyl ether Examples include ether acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, methyl oxobutanoate, ethyl oxobutanoate, γ-lactone, dimethyl malonate, dimethyl succinate, propylene glycol diacetate, and δ-lactone.

エーテル系溶剤としては、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、モルホリン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジエチルエーテル、ジオキサン等が挙げられる。   Examples of the ether solvent include tetrahydrofuran, tetrahydropyran, morpholine, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dibutyl ether, diethyl ether, dioxane and the like.

脂肪族又は脂環族炭化水素系溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカリン、ソルベントナフサ、テレピン油、D−リモネン、ピネン、ミネラルスピリット、スワゾール#310(コスモ松山石油(株)、ソルベッソ#100(エクソン化学(株))等が挙げられる。   Aliphatic or alicyclic hydrocarbon solvents include pentane, hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, decalin, solvent naphtha, turpentine oil, D-limonene, pinene, mineral spirit, swazol # 310 (Cosmo Matsuyama Oil Co., Ltd., Solvesso # 100 (Exxon Chemical Co., Ltd.)) and the like.

芳香族炭化水素系溶剤としては、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、ジエチルベンゼン、クメン、イソブチルベンゼン、シメン、テトラリン等が挙げられる。   Examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, mesitylene, diethylbenzene, cumene, isobutylbenzene, cymene, and tetralin.

シアノ基を有する炭化水素溶剤としては、アセトニトリル、1−シアノプロパン、1−シアノブタン、1−シアノヘキサン、シアノシクロヘキサン、シアノベンゼン、1,3−ジシアノプロパン、1,4−ジシアノブタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,4−ジシアノシクロヘキサン、1,4−ジシアノベンゼン等が挙げられる。   Examples of the hydrocarbon solvent having a cyano group include acetonitrile, 1-cyanopropane, 1-cyanobutane, 1-cyanohexane, cyanocyclohexane, cyanobenzene, 1,3-dicyanopropane, 1,4-dicyanobutane, 1,6- Examples include dicyanohexane, 1,4-dicyanocyclohexane, 1,4-dicyanobenzene and the like.

ハロゲン化芳香族炭化水素系溶媒としては、四塩化炭素、クロロホルム、トリクロロエチレン、塩化メチレン等が挙げられる。   Examples of the halogenated aromatic hydrocarbon solvent include carbon tetrachloride, chloroform, trichloroethylene, and methylene chloride.

その他の有機溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アニリン、トリエチルアミン、ピリジン等が挙げられる。   Examples of other organic solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, aniline, triethylamine, and pyridine.

上記の有機溶剤としては、沸点が80℃以上であるものが均一な塗布性を与えるので好ましい。また、アルコール系溶剤は、様々な基材に対する濡れ性が良好なので好ましい。特に1−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、第3ブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、2−ペンタノール、ネオペンタノール、第3ペンタノール、ヘキサノール、2−ヘキサノール、ヘプタノール、2−ヘプタノール、オクタノール、2―エチルヘキサノール、2−オクタノール、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングルコールモノエチルエーテル、ジエチレングルコールモノメチルエーテル等の炭素数4〜8のアルコール系溶剤が好適である。   As the above-mentioned organic solvent, those having a boiling point of 80 ° C. or more are preferable because they give uniform coating properties. An alcohol solvent is preferable because it has good wettability to various substrates. 1-butanol, isobutanol, 2-butanol, tertiary butanol, pentanol, isopentanol, 2-pentanol, neopentanol, tertiary pentanol, hexanol, 2-hexanol, heptanol, 2-heptanol, octanol Alcohol solvents having 4 to 8 carbon atoms such as 2-ethylhexanol, 2-octanol, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether are preferred.

混合溶液における有機溶剤の含有量は、25〜80重量%である。塗布性、金属成分の濃度、溶解安定性を考慮すると40〜70重量%が好ましい。また、混合溶液は、さらに、有機溶剤に、プロピオン酸塩を溶解するためにアミノ基を有する可溶化剤を含有する。アミノ基としては、例えば、テトラメチル尿素、n-オクチルアミン、プロピルアミン等が挙げられる。特に、高沸点溶剤である理由から、テトラメチル尿素が好ましい。   The content of the organic solvent in the mixed solution is 25 to 80% by weight. Considering coating property, metal component concentration, and dissolution stability, 40 to 70% by weight is preferable. The mixed solution further contains a solubilizer having an amino group in order to dissolve the propionate in the organic solvent. Examples of the amino group include tetramethylurea, n-octylamine, propylamine and the like. In particular, tetramethylurea is preferable because it is a high boiling point solvent.

また、有機溶剤には、レベリング剤、増粘剤、安定剤、界面活性剤、分散剤等の任意成分を含有してもよい。尚、これらの任意成分の含有量は、混合溶液中で、10重量%以下とするのが好ましい。上記の任意成分の具体例としては、レベリング剤として機能する有機酸が挙げられる。該有機酸としては、水酸基を有してもよく、分岐を有してもよく、不飽和結合を有してもよい炭素原子数6〜30の有機酸が好適である。具体例としては、2−エチルヘキサン酸、イソノナン酸、ネオデカン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、トリデカン酸等、ミリスチン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、トウハク酸、リンデル酸、ツズ酸、パルミトレイン酸、ペトロセリン酸、オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、リノール酸、リノエライジン酸、γ−リノレン酸、リノレン酸、リシノール酸、12−ヒドロキシステアリン酸、シクロヘキサンカルボン酸、メチルシクロヘキサンカルボン酸、ナフテン酸、ロジン酸、アビエチン酸等が挙げられ、アビエチン酸が好ましい。   The organic solvent may contain optional components such as a leveling agent, a thickener, a stabilizer, a surfactant, and a dispersant. The content of these optional components is preferably 10% by weight or less in the mixed solution. Specific examples of the optional component include organic acids that function as a leveling agent. As the organic acid, an organic acid having 6 to 30 carbon atoms which may have a hydroxyl group, may have a branch, or may have an unsaturated bond is preferable. Specific examples include 2-ethylhexanoic acid, isononanoic acid, neodecanoic acid, undecanoic acid, lauric acid, tridecanoic acid, etc., myristic acid, pentadecanoic acid, palmitic acid, margaric acid, stearic acid, nonadecanoic acid, arachidic acid, behenic acid , Lignoceric acid, serotic acid, montanic acid, mellic acid, tocic acid, Linderic acid, tuzuic acid, palmitoleic acid, petrothelic acid, oleic acid, elaidic acid, vaccenic acid, linoleic acid, linoelaidic acid, γ-linolenic acid, Linolenic acid, ricinoleic acid, 12-hydroxystearic acid, cyclohexanecarboxylic acid, methylcyclohexanecarboxylic acid, naphthenic acid, rosinic acid, abietic acid and the like can be mentioned, and abietic acid is preferred.

このように本実施の形態によれば、金属基板21上に、中間層22を介して原料溶液(混合溶液)を塗布する塗布工程Aと、塗布した混合溶液に仮焼熱処理を施して超電導前駆体を生成する仮焼成工程Bと、超電導体前駆体に熱処理を施して超電導層23を形成する本焼成処理工程Dと、を有する。混合溶液として、RE(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoからなる群から選択された少なくとも1種以上の元素)、Ba及びCuを含む有機金属錯体溶液中にBaと添加元素M(Mは、Zr、Hf、Ir、Snより選択された少なくとも1種以上の元素)を含む酸化物粒子を有する。塗布工程Aは、本焼成処理工程Dにおいて、膜厚1.5μm以上の超電導層23が形成されるように、0.1μm以下である一回の塗布膜厚を複数回繰り返して重ねて形成する。   As described above, according to the present embodiment, the application step A for applying the raw material solution (mixed solution) onto the metal substrate 21 via the intermediate layer 22 and the applied mixed solution are subjected to the calcining heat treatment to obtain the superconducting precursor. A preliminary firing step B for generating a body, and a main firing treatment step D for forming a superconducting layer 23 by subjecting the superconductor precursor to a heat treatment. As a mixed solution, RE (RE is at least one element selected from the group consisting of Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr and Ho), an organic metal containing Ba and Cu The complex solution has oxide particles containing Ba and an additive element M (M is at least one element selected from Zr, Hf, Ir, and Sn). In the coating process A, in the main baking process D, a single coating film thickness of 0.1 μm or less is repeatedly formed several times so as to form a superconducting layer 23 having a film thickness of 1.5 μm or more. .

具体的には、超電導層23中に含まれるBaとZrを含む酸化物粒子であるBaZrOは、一回の塗布膜層内で、その厚みよりも大きな粒径にならず、一回の塗布膜層内の全面に亘って均一に分散される。これを複層にすることで超電導層23が形成されるので、超電導層23に含まれる磁束ピンニング点23aであるBaZrOは、厚み方向に層状に分布し、超電導層23全体では略均一な30nm以下の粒子径で微細化された状態で分散される。 Specifically, BaZrO 3 , which is an oxide particle containing Ba and Zr contained in the superconducting layer 23, does not have a particle size larger than its thickness within a single coating film layer, but a single coating. It is uniformly distributed over the entire surface in the film layer. Since the superconducting layer 23 is formed by making this into multiple layers, the BaZrO 3 that is the magnetic flux pinning points 23a contained in the superconducting layer 23 is distributed in layers in the thickness direction, and the superconducting layer 23 as a whole is substantially uniform 30 nm. It is dispersed in the state of being refined with the following particle size.

すなわち、酸化物超電導線材20における膜厚1.5μm以上の超電導層23では、当該超電導層23の何処の箇所を500nm立方で切り出されても、Baと添加元素MとしてのZrからなる磁束ピンニング点(例えば、BaZrO)23aが、粒径30nm以下で、且つ、切り出した領域内の3〜30vol%を占めて略均一に分散するように制御されている。これにより、3T以上の高磁場環境下においても臨界電流密度(Jc)0.3MA/cm以上といった高い超電導特性を有する。 That is, in the superconducting layer 23 having a film thickness of 1.5 μm or more in the oxide superconducting wire 20, no matter where the superconducting layer 23 is cut out with a 500 nm cube, a magnetic flux pinning point composed of Ba and Zr as the additive element M (For example, BaZrO 3 ) 23a has a particle size of 30 nm or less, and is controlled so as to occupy 3 to 30 vol% in the cut-out region and disperse substantially uniformly. Thereby, even in a high magnetic field environment of 3T or more, it has high superconducting characteristics such as a critical current density (Jc) of 0.3 MA / cm 2 or more.

また、塗布工程Aでは、REBaCu(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoからなる群から選択された少なくとも1種以上の元素)系の混合溶液が、複合基板25(図2参照)に塗布される。この混合溶液は、RE成分としてケトン基を含まない炭素原子数3〜8のカルボン酸のRE塩を必須成分として含有しているので、塗布工程Aでは、ディップコート法で基材に混合溶液を塗布する場合において、ケトン基を含むRE塩を含有する混合溶液を塗布する場合と比較して、濡れ性の向上を図ることができる。例えば、本実施の形態に係る混合溶液におけるRE成分をプロピオン酸塩(以下、「プロピオン液」と称す)とする。このプロピオン液を含有する混合溶液を用いた場合では、ケトン基を含む混合溶液としての2−エチルヘキサン塩を含有する従来の混合溶液(以下、「エチルヘキサン液」と称す)を用いた場合と比較して、乾燥し難い。言い換えれば、RE成分としてエチルヘキサン液でディップコートした場合、本実施の形態のプロピオン液(混合溶液)でディップコートした場合と比較して、蒸発しやすい(飛びやすい)。
このため、エチルヘキサン液で塗布した後、基材を引き上げると、混合溶液の表面張力、極性等の要因とともに基材上の塗布膜は軸方向で見て両端で膨らんだ形状で乾燥する。
In the coating step A, a REBaCu (RE is at least one element selected from the group consisting of Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr, and Ho) is used. And applied to the composite substrate 25 (see FIG. 2). Since this mixed solution contains, as an RE component, an RE salt of a carboxylic acid having 3 to 8 carbon atoms not containing a ketone group as an essential component, in the coating step A, the mixed solution is applied to the substrate by a dip coating method. In the case of application, wettability can be improved as compared with the case of applying a mixed solution containing an RE salt containing a ketone group. For example, the RE component in the mixed solution according to the present embodiment is a propionate (hereinafter referred to as “propion solution”). When this mixed solution containing propion liquid is used, a conventional mixed solution containing 2-ethylhexane salt as a mixed solution containing a ketone group (hereinafter referred to as “ethylhexane liquid”) is used. Compared to difficult to dry. In other words, when dip-coating with an ethyl hexane solution as the RE component is easier to evaporate (easily fly) than when dip-coating with the propion solution (mixed solution) of the present embodiment.
For this reason, when the substrate is lifted after coating with ethyl hexane solution, the coating film on the substrate is dried in a shape swollen at both ends as viewed in the axial direction along with factors such as the surface tension and polarity of the mixed solution.

これに対し、プロピオン液でディップコートする本実施の形態では、アミノ基を有する可溶化剤を含有するため、蒸発しにくい(飛びにくい)。このため、プロピオン液を塗布して引き上げた基材上の塗布膜は、軸方向で見て両端部及び中央部共に均一な膜体として塗布された状態で乾燥する。   On the other hand, in the present embodiment in which dip coating is performed with a propion solution, since it contains a solubilizing agent having an amino group, it is difficult to evaporate (not easily fly). For this reason, the coating film on the substrate pulled up by applying the propion liquid is dried in a state where both end portions and the central portion are coated as uniform film bodies as viewed in the axial direction.

これにより、また、RE成分として、プロピオン酸(C)塩を必須成分とする混合溶液は、レブリン酸(C)よりもC量を低減できる。これにより、炭酸ガスの発生を軽減されて、クラック発生を減少できる。 Thus, also, as a RE component, a mixed solution of propionic acid (C 3 H 6 O 2) salt as an essential component can reduce the amount of C than levulinic acid (C 5 H 8 O 3) . Thereby, generation | occurrence | production of a carbon dioxide gas is reduced and crack generation can be reduced.

なお、Ni合金基板は2軸配向性を有するものでも配向性の無い金属基板の上に2軸配向性を有する中間層を成膜したものでもよい。   The Ni alloy substrate may have a biaxial orientation or may have a biaxial orientation intermediate layer formed on a non-oriented metal substrate.

こうして、超電導層23中には、超電導層23を500nm立方で切り出した際の領域中の3〜30vol%を占めるように、Baと添加元素M(Mは、Zr、Hf、Ir、Sn、Ce、Ti、Nbより選択された少なくとも1種以上の元素)を含む30nm以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点23aとして分散され、超電導層23の膜厚は1.5μm以上となるREBaCu系超電導線材(酸化物超電導体)20が製造される。 Thus, in the superconducting layer 23, Ba and the additive element M (M is Zr, Hf, Ir, Sn, Ce) so as to occupy 3 to 30 vol% in the region when the superconducting layer 23 is cut out in a 500 nm cube. In addition, oxide particles of 30 nm or less containing at least one element selected from Ti, Nb) are dispersed as magnetic flux pinning points 23a, and the film thickness of the superconducting layer 23 is 1.5 μm or more. REBa x Cu y O A z- based superconducting wire (oxide superconductor) 20 is manufactured.

このように形成される酸化物超電導体は、線材、デバイス、或いは、電力ケーブル、変圧器、限流器等の電力機器等に用いられる。   The oxide superconductor formed in this way is used for wires, devices, or power equipment such as power cables, transformers, and current limiters.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to this Example.

<実施例1>
実施例1では、本実施の形態の混合溶液を用いて、テープ状の基材上に、REBaCu系の酸化物超電導体を図1に示すMOD法により形成した。この実施例1の基材は、基板としてのハステロイ(登録商標)と、このハステロイ(登録商標)上に、順に、GdZr、Y、MgO、LaMnO、CeOを積層することで形成された中間層とを備える。ディップコート法で用いられる混合溶液は、フッ素原子を含まないY−プロピオン酸、Ba−TFA、Cu−2−エチルヘキサン酸と、これらY−プロピオン酸、Ba−TFA、Cu−2−エチルヘキサン酸の成分を溶かす有機溶剤とを含有する。加えて有機溶剤には、プロピオン酸を溶かすアミノ基を有する可溶化剤(ここでは、テトラメチル尿素)が含まれる。混合溶液の粘度を15Pa・sとした。ディップコート法では、超電導体の1回塗布膜厚は、0.1μm/coatであった。これを所望の膜厚(ここでは、成膜される超電導層の膜厚が1.5μm以上)になるまで複数回繰り返した。
<Example 1>
In Example 1, a REBaCu-based oxide superconductor was formed on a tape-shaped substrate by the MOD method shown in FIG. 1 using the mixed solution of the present embodiment. The base material of this Example 1 has Hastelloy (registered trademark) as a substrate and Gd 2 Zr 2 O 7 , Y 2 O 3 , MgO, LaMnO 3 , and CeO 2 in this order on the Hastelloy (registered trademark). And an intermediate layer formed by stacking. The mixed solution used in the dip coating method includes Y-propionic acid, Ba-TFA, Cu-2-ethylhexanoic acid that does not contain fluorine atoms, and Y-propionic acid, Ba-TFA, Cu-2-ethylhexanoic acid. And an organic solvent that dissolves the above components. In addition, the organic solvent includes a solubilizer having an amino group that dissolves propionic acid (here, tetramethylurea). The viscosity of the mixed solution was 15 Pa · s. In the dip coating method, the one-time coating film thickness of the superconductor was 0.1 μm / coat. This was repeated a plurality of times until the desired film thickness (here, the film thickness of the superconducting layer to be formed was 1.5 μm or more).

<実施例2>
MOD法で実施例1と同様にYBCO超電導体を形成する際に、実施例1と比較して、一回塗布膜厚を0.05μmとして、それ以外の条件は、実施例1と同様の条件で混合溶液を塗布した。
<Example 2>
When forming a YBCO superconductor by the MOD method in the same manner as in Example 1, compared with Example 1, the coating film thickness is set to 0.05 μm, and other conditions are the same as in Example 1. The mixed solution was applied.

<実施例3>
MOD法で実施例1と同様にYBCO超電導体を形成する際に、実施例1と比較して、一回塗布膜厚を0.03μmとして、それ以外の条件は、実施例1と同様の条件で混合溶液を塗布した。
<Example 3>
When a YBCO superconductor is formed by the MOD method as in Example 1, the coating film thickness is set to 0.03 μm once compared to Example 1, and the other conditions are the same as in Example 1. The mixed solution was applied.

<比較例1>
MOD法で実施例1と同様にYBCO超電導体を形成する際に、実施例1と比較して、一回塗布膜厚を0.15μmとして、それ以外の条件は、実施例1と同様の条件で混合溶液を塗布した。
<Comparative Example 1>
When a YBCO superconductor is formed by the MOD method in the same manner as in Example 1, the coating thickness is set to 0.15 μm once compared to Example 1, and other conditions are the same as in Example 1. The mixed solution was applied.

実施例1〜3、比較例1により形成されるBCお超電導体(酸化物超電導線材)の超電導特性である臨界電流密度Jcの測定結果を表1に示す。   Table 1 shows the measurement results of the critical current density Jc, which is the superconducting characteristic of the BC superconductor (oxide superconducting wire) formed by Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

図3は、超電導層における磁束ピンニング点の分散を示し、図3Aは、比較例1における超電導層の一部を切り出して示す図(画像)であり、図3Bは、実施例(ここでは実施例3)における超電導層の一部を切り出して示す図(画像)である。
実施例1〜3、比較例1を比較すると、一回の塗布膜厚が0.1μmを超えると、Jc(min.)が0.3を下回った。これは、図3Aの画像(切り出し領域)で示すように、磁束ピンニングBaZrOの結晶の粒子径が30μmを超えるものとなるだけでなく、その分布とともに不均一であることに起因すると考えられる。一方、実施例1〜3のように0.1μm以下の塗布膜厚であれば、高いJcを得ることができた。これは、図3Bの画像(切り出し領域)で示すように、磁束ピンニングBaZrOの結晶の粒子径が30μm以下となるだけでなく、その分布とともに、均一であることに起因する。一回の塗付膜厚が0.05μm以下では、Jc(min.)が更に高いことが分かった。これは、磁束ピンニングBaZrOの結晶の粒子径が20μm以下となるだけでなく、分布とともに、より均一であることに起因する。なお、図3Bは、実施例3の超電導層の一部を切り出して示したものであるが、実施例1、2においても同様に、磁束ピンニングBaZrOの結晶は30μm以下となり、更にその分布とともに、均一である。
FIG. 3 shows dispersion of magnetic flux pinning points in the superconducting layer, FIG. 3A is a diagram (image) showing a part of the superconducting layer in Comparative Example 1, and FIG. 3B shows an example (here, example) It is a figure (image) which cuts out and shows a part of superconducting layer in 3).
When Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were compared, Jc (min.) Was less than 0.3 when a single coating film thickness exceeded 0.1 μm. As shown in the image (cutout region) in FIG. 3A, this is considered to be caused not only by the fact that the particle diameter of the magnetic flux pinning BaZrO 3 crystal exceeds 30 μm, but also because of its non-uniform distribution. On the other hand, if the coating film thickness was 0.1 μm or less as in Examples 1 to 3, a high Jc could be obtained. This is because, as shown in the image (cutout region) in FIG. 3B, the particle diameter of the magnetic flux pinning BaZrO 3 crystal is not only 30 μm or less, but also the distribution is uniform. It was found that Jc (min.) Was even higher when the coating film thickness was 0.05 μm or less. This is due to the fact that the particle size of the magnetic flux pinning BaZrO 3 crystal is not only 20 μm or less, but is more uniform with the distribution. Note that FIG. 3B shows a part of the superconducting layer of Example 3, which is cut out. Similarly, in Examples 1 and 2, the crystal of magnetic flux pinning BaZrO 3 is 30 μm or less, and further along with its distribution. Is uniform.

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REBaCu系超電導線材及びREBaCu系超電導線材の製造方法は、3T以上の高磁場環境下においても臨界電流密度(Jc)0.3MA/cm以上といった高い超電導特性を有する効果を有し、MOD法で酸化物超電導線材を製造する際に有用である。 Method for producing a REBa x Cu y O z superconducting wire and REBa x Cu y O z superconducting wire according to the present invention, the critical current density in high magnetic field environment of more than 3T (Jc) 0.3MA / cm 2 or more It has the effect of having such a high superconducting characteristic, and is useful when manufacturing an oxide superconducting wire by the MOD method.

20 酸化物超電導線材
21 金属基板
22 中間層
23 超電導層
23a ピンニング点
24 安定化層
25 複合基板
20 Oxide superconducting wire 21 Metal substrate 22 Intermediate layer 23 Superconducting layer 23a Pinning point 24 Stabilizing layer 25 Composite substrate

Claims (8)

基板上に中間層を介して形成したREBaCu(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoからなる群から選択された少なくとも1種以上の元素を示し、x=1.5〜2.0,y=2.5〜3.5,z=6.2〜7.2である。)系の超電導層を有するREBaCu系超電導線材において、
前記超電導層中に、当該超電導層を500nm立方で切り出した際の領域中の3〜30vol%を占めるように、Baと添加元素M(Mは、Zr、Hf、Ir、Sn、Ce、Ti、Nbより選択された少なくとも1種以上の元素)を含む30nm以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散され、
前記超電導層の膜厚は1.5μm以上である、
ことを特徴とするREBaCu系超電導線材。
REBa x Cu y O z formed on the substrate via an intermediate layer (RE is at least one selected from the group consisting of Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr, and Ho) X = 1.5-2.0, y = 2.5-3.5, z = 6.2-7.2) REBa x Cu y O z having a superconducting layer In system superconducting wire,
In the superconducting layer, Ba and additive element M (M is Zr, Hf, Ir, Sn, Ce, Ti, so as to occupy 3 to 30 vol% in the region when the superconducting layer is cut out in a 500 nm cube. 30 nm or less oxide particles containing at least one element selected from Nb) are dispersed as magnetic flux pinning points,
The film thickness of the superconducting layer is 1.5 μm or more.
A REBa x Cu y O z- based superconducting wire characterized by the above.
前記酸化物粒子は、Zrである、
ことを特徴とする請求項1記載のREBaCu系超電導線材。
The oxide particles are Zr.
REBa x Cu y O z superconducting wire according to claim 1, wherein a.
基板上に、中間層を介して原料溶液を塗布する塗布工程と、塗布した前記原料溶液に仮焼熱処理を施して超電導前駆体を生成する仮焼成工程と、前記超電導前駆体に熱処理を施して超電導層を生成する本焼成処理工程と、を有し、
前記原料溶液として、RE(REは、Y、Nd、Sm、Gd、Dy、Eu、Er、Yb、Pr及びHoからなる群から選択された少なくとも1種以上の元素)、Ba及びCuを含む有機金属錯体溶液中にBaと添加元素M(Mは、Zr、Hf、Ir、Sn、Ce、Ti、Nbより選択された少なくとも1種以上の元素)を含む酸化物粒子を有し、
前記塗布工程は、前記本焼成処理工程において、膜厚1.5μm以上の前記超電導層が形成されるように、一回の塗布膜厚が0.1μm以下である前記原料溶液の塗布を、複数回繰り返して行う、
ことを特徴とするREBaCu系超電導線材の製造方法。
An application step of applying a raw material solution on a substrate via an intermediate layer, a calcination step of subjecting the applied raw material solution to a calcination heat treatment to generate a superconducting precursor, and a heat treatment of the superconducting precursor. A main baking treatment step for generating a superconducting layer,
As the raw material solution, an organic material containing RE (RE is at least one element selected from the group consisting of Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Eu, Er, Yb, Pr, and Ho), Ba, and Cu. The metal complex solution has oxide particles containing Ba and an additive element M (M is at least one element selected from Zr, Hf, Ir, Sn, Ce, Ti, Nb),
In the coating step, a plurality of coatings of the raw material solution having a coating film thickness of 0.1 μm or less at a time so that the superconducting layer having a film thickness of 1.5 μm or more is formed in the main baking process step. Repeated times,
REBa x Cu y O z based method of manufacturing a superconducting wire, characterized in that.
前記仮焼熱処理工程と前記本焼成熱処理工程の熱処理の間で、前記仮焼成処理の温度より高く、且つ、前記本焼成熱処理工程の熱処理温度より低い温度で定温維持して中間熱処理を施す、
ことを特徴とする請求項3に記載のREBaCu系超電導線材の製造方法。
Between the heat treatment of the calcining heat treatment step and the main baking heat treatment step, intermediate heat treatment is performed by maintaining a constant temperature at a temperature higher than the temperature of the calcining treatment and lower than the heat treatment temperature of the main baking heat treatment step.
REBa x Cu y O z based method of manufacturing a superconducting wire according to claim 3, characterized in that.
前記酸化物粒子は30nm以下である、
ことを特徴とする請求項3または4に記載のREBaCu系超電導線材の製造方法。
The oxide particles are 30 nm or less,
The method for producing a REBa x Cu y O z- based superconducting wire according to claim 3 or 4.
前記酸化物粒子は20nm以下である、
ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載のREBaCu系超電導線材の製造方法。
The oxide particles are 20 nm or less,
REBa x Cu y O z based method of manufacturing a superconducting wire according to any one of claims 3 to 5, characterized in that.
前記有機金属錯体溶液とは、RE成分としてケトン基を含まない炭素原子数3〜8のカルボン酸のRE塩と、Ba成分としてトリフルオロ酢酸バリウムと、Cu成分として炭素原子数6〜16の分岐飽和脂肪族カルボン酸の銅塩及び炭素原子数6〜16の脂環族カルボン酸の銅塩からなる群から選ばれる1種類以上の銅塩と、これらの金属塩成分を溶解させる有機溶剤と、を必須成分として含有する、
ことを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項に記載のREBaCu系超電導線材の製造方法。
The organometallic complex solution is an RE salt of a carboxylic acid having 3 to 8 carbon atoms not containing a ketone group as an RE component, a barium trifluoroacetate as a Ba component, and a branch having 6 to 16 carbon atoms as a Cu component. One or more types of copper salts selected from the group consisting of copper salts of saturated aliphatic carboxylic acids and copper salts of alicyclic carboxylic acids having 6 to 16 carbon atoms, and an organic solvent for dissolving these metal salt components, As an essential component,
REBa x Cu y O z based method of manufacturing a superconducting wire according to any one of claims 3 to 6, characterized in that.
前記RE成分がフッ素原子を含まないプロピオン酸塩からなる、
ことを特徴とする請求項3乃至7のいずれか一項に記載のREBaCu系超電導線材の製造方法。
The RE component comprises a propionate containing no fluorine atom,
REBa x Cu y O z based method of manufacturing a superconducting wire according to any one of claims 3 to 7, characterized in that.
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JP2019102178A (en) * 2017-11-29 2019-06-24 昭和電線ケーブルシステム株式会社 Manufacturing method of superconducting wire rod

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