JP2018206670A - 酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法 - Google Patents
酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】超電導特性の劣化を抑制できる酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法を提供する。【解決手段】テープ状の基材１に超電導層３が形成された超電導積層体５と、安定化層８とを備えた酸化物超電導線材１０を提供する。安定化層８は、超電導積層体５の超電導層３側の面である第１主面５ａの少なくとも一部と、第１主面５ａとは反対の第２主面５ｃの少なくとも一部と、を覆って形成されている。安定化層８の、第２主面５ｃに対する剥離強度は、第１主面５ａに対する剥離強度より低い。【選択図】図１
Description
本発明は、酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法に関する。
酸化物超電導線材、例えばイットリウム系超電導線材ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ＲＥ１２３、ＲＥ：希土類元素）は、金属テープ上に超電導層を含む酸化物薄膜を積層した構造に起因して、テープ面に垂直方向の力には比較的弱いことが知られている。
テープ状の線材を巻線してエポキシ樹脂等の樹脂で含浸した超電導コイルでは、各構成材の線膨張係数の差に起因して、冷却時に線材に垂直な方向の引張応力（剥離応力）が働き、超電導層が剥離等により破損して超電導特性が劣化することがある。
超電導層の剥離に対する対策としては、特許文献１に記載の技術がある。この線材は、表面に離形層が形成されているため、剥離応力が離形層で解放される。そのため、超電導層の剥離が起こりにくくなる。
テープ状の線材を巻線してエポキシ樹脂等の樹脂で含浸した超電導コイルでは、各構成材の線膨張係数の差に起因して、冷却時に線材に垂直な方向の引張応力（剥離応力）が働き、超電導層が剥離等により破損して超電導特性が劣化することがある。
超電導層の剥離に対する対策としては、特許文献１に記載の技術がある。この線材は、表面に離形層が形成されているため、剥離応力が離形層で解放される。そのため、超電導層の剥離が起こりにくくなる。
しかしながら、前記酸化物超電導線材では、離形層で層間剥離が起きると、線材のターン間の熱伝導の悪化などにより超電導特性に影響が出るという問題がある。
本発明の一態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超電導特性の劣化を抑制できる酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法を提供することを課題とする。
本発明の一態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超電導特性の劣化を抑制できる酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法を提供することを課題とする。
本発明の一態様は、テープ状の基材に超電導層が形成された超電導積層体と、安定化層とを備え、前記安定化層は、前記超電導積層体の前記超電導層側の面である第１主面の少なくとも一部と、前記第１主面とは反対の第２主面の少なくとも一部と、を覆って形成され、前記安定化層の、前記第２主面に対する剥離強度は、前記第１主面に対する剥離強度より低い、酸化物超電導線材を提供する。
前記安定化層に、前記超電導積層体から剥離する方向の力を加えたときに、前記第２主面の９９％の破壊確率の応力は、前記第１主面の４％の破壊確率の応力より低いことが好ましい。
前記超電導積層体の第２主面には、不動態酸化膜が形成されていることが好ましい。
前記安定化層に、前記超電導積層体から剥離する方向の力を加えたときに、前記第２主面の９９％の破壊確率の応力は、前記第１主面の４％の破壊確率の応力より低いことが好ましい。
前記超電導積層体の第２主面には、不動態酸化膜が形成されていることが好ましい。
本発明の一態様は、前記酸化物超電導線材が厚さ方向に積層された超電導コイルを提供する。
本発明の一態様は、テープ状の基材に超電導層を形成することによって超電導積層体を作製する工程と、前記超電導積層体の前記超電導層側の面である第１主面とは反対の第２主面に研磨を施す工程と、前記第１主面の少なくとも一部と、前記第２主面の少なくとも一部と、を覆う安定化層を形成する工程と、を有し、前記安定化層の、前記第２主面に対する剥離強度は、前記第１主面に対する剥離強度より低い、酸化物超電導線材の製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、第２主面における安定化層の剥離強度が低いため、剥離応力が作用したときには第２主面における安定化層が優先的に剥離する。その結果、剥離応力が第１主面に作用しにくくなる。そのため、酸化物超電導層等の剥離等の破損を回避することができる。よって、前記破損による超電導特性の劣化を防ぐことができる。
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
［酸化物超電導線材］
図１は、実施形態の酸化物超電導線材の構造を示す概略図である。図２は、図１に示す酸化物超電導線材の拡大図である。図１および図２は、酸化物超電導線材１０の長手方向に垂直な断面の構造を模式的に示している。
図１は、実施形態の酸化物超電導線材の構造を示す概略図である。図２は、図１に示す酸化物超電導線材の拡大図である。図１および図２は、酸化物超電導線材１０の長手方向に垂直な断面の構造を模式的に示している。
図１および図２に示すように、本実施形態の酸化物超電導線材１０は、超電導積層体５と、安定化層８とを備えている。
超電導積層体５は、基材１上に中間層２を介して酸化物超電導層３および保護層４が形成された構造を有する。詳しくは、超電導積層体５は、テープ状の基材１の一方の面に、中間層２と酸化物超電導層３と保護層４がこの順に積層された構成を有する。
以下、必要に応じてＸＹ座標系に基づいて各方向の説明を行う。Ｙ方向は、酸化物超電導線材１０の厚さ方向であり、基材１、中間層２、酸化物超電導層３、保護層４等の各層が積層される方向である。Ｘ方向は、酸化物超電導線材１０の幅方向であり、酸化物超電導線材１０の長手方向および厚さ方向に直交する方向である。
超電導積層体５は、基材１上に中間層２を介して酸化物超電導層３および保護層４が形成された構造を有する。詳しくは、超電導積層体５は、テープ状の基材１の一方の面に、中間層２と酸化物超電導層３と保護層４がこの順に積層された構成を有する。
以下、必要に応じてＸＹ座標系に基づいて各方向の説明を行う。Ｙ方向は、酸化物超電導線材１０の厚さ方向であり、基材１、中間層２、酸化物超電導層３、保護層４等の各層が積層される方向である。Ｘ方向は、酸化物超電導線材１０の幅方向であり、酸化物超電導線材１０の長手方向および厚さ方向に直交する方向である。
基材１は、テープ状であり、例えば金属で形成されている。基材１を構成する金属の具体例として、ハステロイ（登録商標）に代表されるニッケル合金；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合金などが挙げられる。基材１の厚さは、目的に応じて適宜調整すればよく、例えば１０〜５００μｍの範囲である。
基材１の一方の面（中間層２が形成された面）を第１主面１ａといい、第１主面１ａと反対の面を第２主面１ｂという。
基材１の一方の面（中間層２が形成された面）を第１主面１ａといい、第１主面１ａと反対の面を第２主面１ｂという。
図２に示すように、基材１の表面には、不動態酸化膜６が形成されていてもよい。不動態酸化膜６は、基材１を構成する金属が自然酸化することで形成される自然酸化被膜であり、優れた耐食性を備えている。例えば、基材１がモリブデン、クロムを含有するニッケル合金のハステロイＣ（登録商標）の場合、不動態酸化膜６はモリブデン、クロムの酸化物である。一般的には、不動態酸化膜６の厚さは０．１〜１０ｎｍである。不動態酸化膜６は、基材１の第２主面１ｂ（超電導積層体５の第２主面５ｃ）を含む基材１の表面全体に形成されていてよい。不動態酸化膜６の形成された基材１の第２主面１ｂに、安定化層８が形成されることによって、第２主面５ｃに対する安定化層８の剥離強度を低くしやすくなる。
基材１の第２主面１ｂは、研磨面である。第２主面１ｂは、機械研磨により研磨された研磨面であることが好ましい。機械研磨は、例えば研磨粒子（例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＣ等からなる粒子）を用いて基材１の第２主面１ｂの表層領域を除去する処理である。基材１の第２主面１ｂの算術平均粗さＲａ（例えばＪＩＳ Ｂ０６０１：２０１３に準拠）は、１ｎｍ以上（例えば３ｎｍ以上）であることが好ましい。第２主面１ｂの算術平均粗さＲａは、例えば１μｍ以下としてよい。
なお、第２主面１ｂを研磨する方法としては、機械研磨が好ましいが、電解研磨、化学研磨なども採用できる。
なお、第２主面１ｂを研磨する方法としては、機械研磨が好ましいが、電解研磨、化学研磨なども採用できる。
図１および図２に示すように、中間層２は、基材１と酸化物超電導層３との間に設けられる。中間層２は、基材１の第１主面１ａに形成される。中間層２は、多層構成でもよく、例えば基材１側から酸化物超電導層３側に向かう順で、拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層等を有してもよい。これらの層は必ずしも１層ずつ設けられるとは限らず、一部の層を省略する場合や、同種の層を２以上繰り返し積層する場合もある。尚、中間層２は、酸化物超電導線材１０において必須な構成ではなく、基材１自体が配向性を備えている場合は中間層２が形成されていなくてもよい。
拡散防止層は、基材１の成分の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層３側に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層は、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成される。拡散防止層の厚さは、例えば１０〜４００ｎｍである。
拡散防止層の上には、基材１と酸化物超電導層３との界面における反応を低減し、その上に形成される層の配向性を向上するためにベッド層を形成してもよい。ベッド層の材質としては、例えばＹ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等が挙げられる。ベッド層の厚さは、例えば１０〜１００ｎｍである。
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、例えば、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。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る。キャップ層の材質としては、例えば、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＹＳＺ、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＬａＭｎＯ３等が挙げられる。キャップ層の厚さは、５０〜５０００ｎｍの範囲が挙げられる。
酸化物超電導層３は、酸化物超電導体から構成される。酸化物超電導体としては、特に限定されないが、例えば一般式ＲＥＢａ２Ｃｕ３ＯＸ（ＲＥ１２３）で表されるＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体が挙げられる。希土類元素ＲＥとしては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種又は２種以上が挙げられる。中でも、Ｙ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍの１種か、又はこれら元素の２種以上の組み合わせが好ましい。一般に、Ｘは、７−ｘ（酸素欠損量ｘ：約０〜１程度）である。酸化物超電導層３の厚さは、例えば０．５〜５μｍ程度である。この厚さは、長手方向に均一であることが好ましい。
酸化物超電導層３は、中間層２の主面２ａ（基材１側とは反対の面）に形成されている。
酸化物超電導層３は、中間層２の主面２ａ（基材１側とは反対の面）に形成されている。
保護層４は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、酸化物超電導層３と保護層４の上に設けられる層との間で起こる化学反応を抑制する等の機能を有する。保護層４の材質としては、例えば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、金と銀との合金、その他の銀合金、銅合金、金合金などが挙げられる。保護層４は、少なくとも酸化物超電導層３の主面３ａ（中間層２側とは反対の面）を覆っている。
保護層４は、酸化物超電導層３の側面、中間層２の側面、基材１の側面及び裏面から選択される領域の一部または全部を覆ってもよい。保護層４は２種以上又は２層以上の金属層から構成されてもよい。保護層４の厚さは、特に限定されないが、例えば１〜３０μｍ程度が挙げられる。
図１および図２において、５ａは超電導積層体５の第１主面（保護層４の主面４ａ）である。第１主面５ａは超電導積層体５の酸化物超電導層３側の面である。
５ｂは超電導積層体５の側面（基材１の側面、中間層２の側面、酸化物超電導層３の側面、および保護層４の側面）である。５ｃは、第１主面５ａとは反対の面であって、超電導積層体５の第２主面（基材１の第２主面１ｂ）である。
５ｂは超電導積層体５の側面（基材１の側面、中間層２の側面、酸化物超電導層３の側面、および保護層４の側面）である。５ｃは、第１主面５ａとは反対の面であって、超電導積層体５の第２主面（基材１の第２主面１ｂ）である。
安定化層８は、超電導積層体５の表面の少なくとも一部を覆って形成される。詳しくは、安定化層８は、超電導積層体５の第１主面５ａの少なくとも一部、および第２主面５ｃの少なくとも一部を覆っている。安定化層８は、超電導積層体５の第１主面５ａ、側面５ｂおよび第２主面５ｃの全領域を覆って形成されることが好ましい。安定化層８の厚さは、特に限定されないが、例えば１０〜３００μｍ程度である。
安定化層８は、酸化物超電導層３が常電導状態に転移した時に発生する過電流を転流させるバイパス部としての機能を有する。安定化層８の構成材料としては、銅、銅合金（例えばＣｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等）、アルミニウム、アルミニウム合金、銀等の金属が挙げられる。安定化層８は、めっき（例えば電解めっき）によって形成することができる。
安定化層８の、超電導積層体５の第２主面５ｃに対する剥離強度は、第１主面５ａに対する剥離強度より低い。剥離強度は、例えば、次に示すスタッドプル方法により測定することができる。スタッドプル方法には、例えば図３に示す測定装置２０を用いることができる。図３に示すように、測定装置２０は、バッキングプレート１１と、支持部材１２と、スタッドピン１３とを備えている。支持部材１２は被験体２１の剥離方向の移動を規制できる。
被験体２１はバッキングプレート１１の表面に接着剤１４（例えばエポキシ樹脂）によって接着される。スタッドピン１３の先端は接着剤１５（例えばエポキシ樹脂）によって被験体２１の表面に接着される。スタッドピン１３を、被験体２１から離れる方向に移動させることによって、被験体２１に対して剥離方向の力を加え、被験体２１に剥離が生じたときの荷重（力）を剥離強度とする。
超電導積層体５の第２主面５ｃに対する安定化層８の剥離強度は、例えば第１主面５ａに対する安定化層８の剥離強度の５０％以下であってよい。
超電導積層体５の第２主面５ｃに対する安定化層８の剥離強度は、例えば第１主面５ａに対する安定化層８の剥離強度の５０％以下であってよい。
酸化物超電導線材１０では、安定化層８に、超電導積層体５から剥離する方向（例えばＹ方向）の力を加えたときに、第２主面５ｃの９９％の破壊確率の応力は、第１主面５ａの４％の破壊確率の応力より低いことが好ましい。第２主面５ｃの９９％の破壊確率の応力は、第１主面５ａの１％の破壊確率の応力より低くてもよい。第２主面５ｃの９９％の破壊確率の応力がこの範囲にあることによって、酸化物超電導線材１０の超電導特性の劣化を抑制することができる。
［酸化物超電導線材の製造方法］
図１および図２に示す酸化物超電導線材１０は、例えば次のようにして製造することができる。
図１および図２に示す酸化物超電導線材１０は、例えば次のようにして製造することができる。
（超電導積層体の作製工程）
基材１の第１主面１ａに、中間層２、酸化物超電導層３、および保護層４を順次形成することによって超電導積層体５を得る。
基材１の第１主面１ａに、中間層２、酸化物超電導層３、および保護層４を順次形成することによって超電導積層体５を得る。
（研磨工程）
超電導積層体５の第２主面５ｃ（基材１の第２主面１ｂ）に機械研磨等の研磨を施し、第２主面５ｃを研磨面とする。これにより、第２主面５ｃにおける安定化層８の剥離強度を低くできる。研磨によって、第２主面５ｃにおける安定化層８の剥離強度を低くできるのは、第２主面５ｃに付着した不純物（例えばセラミックス等）が除去されるためであると推測できる。
超電導積層体５の第２主面５ｃ（基材１の第２主面１ｂ）に機械研磨等の研磨を施し、第２主面５ｃを研磨面とする。これにより、第２主面５ｃにおける安定化層８の剥離強度を低くできる。研磨によって、第２主面５ｃにおける安定化層８の剥離強度を低くできるのは、第２主面５ｃに付着した不純物（例えばセラミックス等）が除去されるためであると推測できる。
（安定化層の形成）
研磨工程において研磨した基材１の第２主面５ｃを含む超電導積層体５の表面に、安定化層８を形成する。安定化層８は、まず、超電導積層体５の表面にスパッタ法により下地金属層を形成し、次いで、下地金属層の表面にめっき法によりめっき金属層を成長させることで安定化層８を形成する。下地金属層は、厚さが０．１〜１０μｍであり、一般的にはめっき成長させる金属と同じ金属が用いられる。めっき金属層は、厚さ１０〜３００μｍである。超電導積層体５の表面に、下地金属層とめっき金属層が形成されることで、安定化層８が形成される。
以上の工程を経て、酸化物超電導線材１０を製造することができる。
研磨工程において研磨した基材１の第２主面５ｃを含む超電導積層体５の表面に、安定化層８を形成する。安定化層８は、まず、超電導積層体５の表面にスパッタ法により下地金属層を形成し、次いで、下地金属層の表面にめっき法によりめっき金属層を成長させることで安定化層８を形成する。下地金属層は、厚さが０．１〜１０μｍであり、一般的にはめっき成長させる金属と同じ金属が用いられる。めっき金属層は、厚さ１０〜３００μｍである。超電導積層体５の表面に、下地金属層とめっき金属層が形成されることで、安定化層８が形成される。
以上の工程を経て、酸化物超電導線材１０を製造することができる。
図４は、実施形態の酸化物超電導線材を備えた超電導コイルの一例である超電導コイル１００を示す図である。
超電導コイル１００は、複数のコイル体１０１が積層されて構成されている。コイル体１０１は、パンケーキコイルであって、図１に示す酸化物超電導線材１０が厚さ方向に積層されて巻回されている。パンケーキコイルとは、テープ状の酸化物超電導線材を重ね巻きするように巻回して構成されたコイルである。図４に示す超電導コイル１００のコイル体１０１は円環状である。コイル体１０１は、含浸樹脂層（図示略）で覆われている。含浸樹脂層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等からなる。複数のコイル体１０１は、互いに電気的に接続されていてよい。超電導コイル１００は、超電導機器（図示略）に使用できる。
超電導コイル１００は、複数のコイル体１０１が積層されて構成されている。コイル体１０１は、パンケーキコイルであって、図１に示す酸化物超電導線材１０が厚さ方向に積層されて巻回されている。パンケーキコイルとは、テープ状の酸化物超電導線材を重ね巻きするように巻回して構成されたコイルである。図４に示す超電導コイル１００のコイル体１０１は円環状である。コイル体１０１は、含浸樹脂層（図示略）で覆われている。含浸樹脂層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等からなる。複数のコイル体１０１は、互いに電気的に接続されていてよい。超電導コイル１００は、超電導機器（図示略）に使用できる。
超電導コイル１００を作製するには、酸化物超電導線材１０を巻き枠に必要な層数巻き付けて多層巻きコイルを構成した後、巻き付けた酸化物超電導線材１０を覆うようにエポキシ樹脂等の樹脂を含浸させて、酸化物超電導線材１０を固定する方法を採用できる。
図１および図２に示す酸化物超電導線材１０は、第２主面５ｃにおける安定化層８の剥離強度が、第１主面５ａに対する安定化層８の剥離強度より低いため、次に示す効果を奏する。
酸化物超電導線材がコイル状に巻き回され、エポキシ樹脂などの樹脂が含浸された超電導コイルでは、酸化物超電導線材と樹脂の熱膨張係数の差に起因して、冷却時に、例えば超電導積層体の層が剥離する方向の応力（剥離応力）が働くことがある。
酸化物超電導線材がコイル状に巻き回され、エポキシ樹脂などの樹脂が含浸された超電導コイルでは、酸化物超電導線材と樹脂の熱膨張係数の差に起因して、冷却時に、例えば超電導積層体の層が剥離する方向の応力（剥離応力）が働くことがある。
本実施形態の酸化物超電導線材１０では、第２主面５ｃにおける安定化層８の剥離強度が低いため、剥離応力が作用したときには第２主面５ｃにおける安定化層８が優先的に剥離する。その結果、剥離応力が第１主面５ａに作用しにくくなる。そのため、酸化物超電導層３等の剥離等の破損を回避することができる。よって、前記破損による超電導特性の劣化を防ぐことができる。
超電導コイル１００では、酸化物超電導線材１０の第２主面５ｃにおける安定化層８の剥離強度が低いため、剥離応力が作用したときには第２主面５ｃにおける安定化層８が優先的に剥離する。その結果、剥離応力が第１主面５ａに作用しにくくなる。そのため、酸化物超電導層３等の剥離等の破損を回避することができる。よって、前記破損による超電導特性の劣化を防ぐことができる。
酸化物超電導線材１０の製造方法によれば、酸化物超電導線材１０の第２主面５ｃにおける安定化層８の剥離強度が低いため、剥離応力が作用したときには第２主面５ｃにおける安定化層８が優先的に剥離する。その結果、剥離応力が第１主面５ａに作用しにくくなる。そのため、酸化物超電導層３等の剥離等の破損を回避することができる。よって、前記破損による超電導特性の劣化を防ぐことができる。
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
安定化層は、めっき以外の方法（例えばスパッタ法等）によって形成されていてもよいが、めっきによって形成するのが好ましい。
安定化層は、超電導積層体のすべての面（第１主面、側面および第２主面）を覆う構成が好ましいが、少なくとも、超電導積層体の第１主面の少なくとも一部と、第２主面の少なくとも一部とを覆う構成であればよい。
安定化層は、めっき以外の方法（例えばスパッタ法等）によって形成されていてもよいが、めっきによって形成するのが好ましい。
安定化層は、超電導積層体のすべての面（第１主面、側面および第２主面）を覆う構成が好ましいが、少なくとも、超電導積層体の第１主面の少なくとも一部と、第２主面の少なくとも一部とを覆う構成であればよい。
以下、図１に示す酸化物超電導線材１０の試験結果について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されない。
（試験例１）
ハステロイからなる幅１２ｍｍ、厚さ７５μｍのテープ状の基材を用意した。次のようにして、基材の主面に中間層を形成した。中間層は、拡散防止層、ベッド層、配向層およびキャップ層をこの順に積層した構成である。イオンビームスパッタ法により、基材の上にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ１００ｎｍの拡散防止層を形成した。次いで、イオンビームスパッタ法により、拡散防止層の上にＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。次いで、ＩＢＡＤ法により、ベッド層の上にＭｇＯからなる厚さ５〜１０ｎｍの配向層を形成した。次いで、配向層の上に、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）によりＣｅＯ２からなる厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。
ハステロイからなる幅１２ｍｍ、厚さ７５μｍのテープ状の基材を用意した。次のようにして、基材の主面に中間層を形成した。中間層は、拡散防止層、ベッド層、配向層およびキャップ層をこの順に積層した構成である。イオンビームスパッタ法により、基材の上にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ１００ｎｍの拡散防止層を形成した。次いで、イオンビームスパッタ法により、拡散防止層の上にＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。次いで、ＩＢＡＤ法により、ベッド層の上にＭｇＯからなる厚さ５〜１０ｎｍの配向層を形成した。次いで、配向層の上に、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）によりＣｅＯ２からなる厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。
キャップ層の上に、ＰＬＤ法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘからなる厚さ２μｍの酸化物超電導層を形成した。
次いで、酸化物超電導層の上に、ＤＣスパッタ法によりＡｇからなる厚さ２μｍの保護層を形成し、超電導積層体（原材：幅１２ｍｍ）を得た。この超電導積層体（原材）を、加熱炉内にて酸素雰囲気中で酸素アニール処理した。
次いで、酸化物超電導層の上に、ＤＣスパッタ法によりＡｇからなる厚さ２μｍの保護層を形成し、超電導積層体（原材：幅１２ｍｍ）を得た。この超電導積層体（原材）を、加熱炉内にて酸素雰囲気中で酸素アニール処理した。
超電導積層体（原材）を３つの超電導積層体（幅４ｍｍ）に分割した。
超電導積層体の第２主面を、平均粒径３μｍの研磨粒子（アルミナ製）を使用して機械研磨加工した。第２主面の算術平均粗さＲａは約３ｎｍとなった。
超電導積層体の第２主面を、平均粒径３μｍの研磨粒子（アルミナ製）を使用して機械研磨加工した。第２主面の算術平均粗さＲａは約３ｎｍとなった。
この超電導積層体の表面に、ＤＣスパッタ法により、Ｃｕからなる下地金属層（超電導積層体の第１主面に厚さ約１μｍ、超電導積層体の側面および第２主面に厚さ約０．３μｍ）を形成した。次に、下地金属層が形成された超電導積層体の外周面に、Ｃｕからなる厚さ２０μｍのめっき金属層を電解めっき法により成長させた。これにより安定化層を形成し、酸化物超電導線材を得た。
（比較例１）
超電導積層体の第２主面の研磨加工を行わないこと以外は実施例１と同様にして酸化物超電導線材を作製した。
超電導積層体の第２主面の研磨加工を行わないこと以外は実施例１と同様にして酸化物超電導線材を作製した。
実施例１において成膜工程ごとに線材をサンプリングし、図３に示す測定装置を用いて、超電導積層体の第１主面および第２主面における安定化層の剥離強度を測定した。結果を図５に示す。図５の横軸は剥離時の応力であり、縦軸は累積破壊確率（累積故障率）である。
図５に示すように、実施例１では、超電導積層体の第２主面に対する安定化層の剥離強度は、第１主面に対する安定化層の剥離強度より低かった。第２主面における破壊確率９９％の応力は、第１主面における破壊確率４％の応力より低かった。
これに対し、比較例１では、第２主面に対する安定化層の剥離強度は、第１主面に対する安定化層の剥離強度とほぼ同等であった。
図５に示すように、実施例１では、超電導積層体の第２主面に対する安定化層の剥離強度は、第１主面に対する安定化層の剥離強度より低かった。第２主面における破壊確率９９％の応力は、第１主面における破壊確率４％の応力より低かった。
これに対し、比較例１では、第２主面に対する安定化層の剥離強度は、第１主面に対する安定化層の剥離強度とほぼ同等であった。
表１に示すように、実施例１の酸化物超電導線材を用いてコイル本体を作製した。このコイル本体にエポキシ樹脂を真空含浸して、シングルパンケーキ巻きの超電導コイルを得た。超電導コイルを液体窒素で冷却して、温度７７．３ＫにてＩ−Ｖ特性（コイル通電特性）を評価した。結果を図６に示す。
比較例１についても、実施例１と同様にして超電導コイルを作製した。この超電導コイルのＩ−Ｖ特性（コイル通電特性）を図６に併せて示す。
実施例１および比較例１の酸化物超電導線材を用いて作製した超電導コイルの劣化を調べた。劣化の判定は、液体窒素中で測定したｎ値（１０−８〜１０−６Ｖ／ｃｍ範囲）の結果に基づく。ｎ値とは、Ｉ−Ｖ特性の近似曲線をべき乗数で表したときの乗数であり、このｎ値が変わると局所的にコイルの内部の線材から電圧が発生した（酸化物超電導線材が劣化した）と判断できる指標である。測定されたｎ値が２０以下である場合に、酸化物超電導線材が劣化したと判定できる。
図６に示すように、比較例１ではｎ＝約３．１５であって劣化が見られたのに対し、実施例１ではｎ＝約３５．５１であり、劣化は見られなかった。
図６に示すように、比較例１ではｎ＝約３．１５であって劣化が見られたのに対し、実施例１ではｎ＝約３５．５１であり、劣化は見られなかった。
１…基材、３…酸化物超電導層、５…超電導積層体、６…不動態酸化膜、８…安定化層、１０…酸化物超電導線材、１００…超電導コイル。
Claims (5)
- テープ状の基材に超電導層が形成された超電導積層体と、安定化層とを備え、
前記安定化層は、前記超電導積層体の前記超電導層側の面である第１主面の少なくとも一部と、前記第１主面とは反対の第２主面の少なくとも一部と、を覆って形成され、
前記安定化層の、前記第２主面に対する剥離強度は、前記第１主面に対する剥離強度より低い、酸化物超電導線材。 - 前記安定化層に、前記超電導積層体から剥離する方向の力を加えたときに、前記第２主面の９９％の破壊確率の応力が、前記第１主面の４％の破壊確率の応力より低い、請求項１に記載の酸化物超電導線材。
- 前記超電導積層体の第２主面には、不動態酸化膜が形成されている、請求項１または２に記載の酸化物超電導線材。
- 請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の酸化物超電導線材が厚さ方向に積層された超電導コイル。
- テープ状の基材に超電導層を形成することによって超電導積層体を作製する工程と、
前記超電導積層体の前記超電導層側の面である第１主面とは反対の第２主面に研磨を施す工程と、
前記第１主面の少なくとも一部と、前記第２主面の少なくとも一部と、を覆う安定化層を形成する工程と、を有し、
前記安定化層の、前記第２主面に対する剥離強度は、前記第１主面に対する剥離強度より低い、酸化物超電導線材の製造方法。
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