JP2022168627A - Oxide superconducting wire - Google Patents

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一臣 柿本
Kazutomi Kakimoto
康裕 飯島
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Abstract

To provide an oxide superconducting wire that can reduce electric resistance between a superconductor layer and a protective layer, or a method for producing such an oxide superconducting wire.SOLUTION: An oxide superconducting wire 10 has a substrate 11, a superconductor layer 13 and a protective layer 15. The superconductor layer 13 is formed from an oxide superconductor and is in contact with the protective layer 15. The superconductor layer 13 includes silver and an oxide superconductor. The content of silver in the superconductor layer 13 is from 4.0 vol% to 27.2 vol% relative to the total volume of the superconductor layer 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、酸化物超電導線材に関する。 The present invention relates to an oxide superconducting wire.

特許文献1には、基板と、中間層と、酸化物超電導体により形成された超電導体層と、銀により形成された保護層と、を備えた酸化物超電導線材が開示されている。保護層は超電導体層上に形成されている。保護層は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、超電導体層と保護層の上に設けられる層との間で起こる化学反応を抑制したりする等の機能を有する。 Patent Document 1 discloses an oxide superconducting wire comprising a substrate, an intermediate layer, a superconductor layer made of an oxide superconductor, and a protective layer made of silver. A protective layer is formed on the superconductor layer. The protective layer has functions such as bypassing an overcurrent that occurs at the time of an accident and suppressing a chemical reaction that occurs between the superconductor layer and a layer provided on the protective layer.

特開2017-10833号公報JP 2017-10833 A

特許文献1の構成では、超電導体層と保護層との間の界面では、互いに異なる種類の材質である酸化物超電導体と銀とが接合されることになる。このように、異種材同士の接合(ヘテロ接合)では、超電導体層と保護層との間の電気抵抗が大きいため、超電導体層から保護層へバイパス電流が流れにくいという問題があった。また、酸化物超電導線材を超電導コイル等の入出力電極に接続したり、酸化物超電導線材同士を接続したりする場合においても、超電導体層と保護層との間の電気抵抗が損失の大小に大きく寄与する。 In the structure of Patent Document 1, the oxide superconductor and silver, which are different kinds of materials, are joined at the interface between the superconductor layer and the protective layer. As described above, in a junction (heterojunction) between dissimilar materials, the electrical resistance between the superconductor layer and the protective layer is large, so there is a problem that a bypass current is difficult to flow from the superconductor layer to the protective layer. Also, when connecting an oxide superconducting wire to an input/output electrode such as a superconducting coil, or when connecting oxide superconducting wires to each other, the electrical resistance between the superconducting layer and the protective layer affects the magnitude of the loss. contribute significantly.

本発明はこのような事情を考慮してなされ、超電導体層と保護層との間の電気抵抗を低減することが可能な酸化物超電導線材を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an oxide superconducting wire capable of reducing the electrical resistance between the superconducting layer and the protective layer.

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、基板と、前記基板の上方に積層された超電導体層と、前記超電導体層上に積層され、銀により形成された保護層と、を備える。前記超電導体層は、酸化物超電導体により形成されており、かつ、前記保護層に接している。前記超電導体層は、銀および酸化物超電導体を含む。前記超電導体層に含まれる銀の含有量は、前記超電導体層の全体に対して4.0~27.2vol%の範囲である。 In order to solve the above problems, an oxide superconducting wire according to one aspect of the present invention includes a substrate, a superconducting layer laminated above the substrate, and a superconducting layer laminated on the superconducting layer and formed of silver. and a protective layer. The superconductor layer is made of an oxide superconductor and is in contact with the protective layer. The superconductor layer contains silver and an oxide superconductor. The content of silver contained in the superconductor layer is in the range of 4.0 to 27.2 vol % with respect to the entire superconductor layer.

上記態様によれば、超電導体層には、超電導体層の全体に対して4.0~27.2vol%の範囲の含有量を有する銀が含まれている。これにより、超電導体層に含まれる銀と、保護層の銀とが結合する。換言すると、超電導体層と保護層との間では銀同士のホモ接合となる。これにより、超電導体層と保護層との間の電気抵抗を低減することができる。 According to the above aspect, the superconductor layer contains silver having a content in the range of 4.0 to 27.2 vol % with respect to the entire superconductor layer. As a result, the silver contained in the superconductor layer and the silver of the protective layer are bonded. In other words, the silver-to-silver homojunction is formed between the superconductor layer and the protective layer. Thereby, the electrical resistance between the superconductor layer and the protective layer can be reduced.

本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の前記超電導体層においては、前記銀が凝集した銀粒子が分散してもよい。
これにより、銀が凝集した銀粒子が分散するように超電導体層が形成されていることによって、超電導体層と保護層との間の電気抵抗を低減することができる。
In the superconductor layer of the oxide superconducting wire according to one aspect of the present invention, silver particles in which the silver aggregates may be dispersed.
As a result, the superconductor layer is formed so that silver particles in which silver aggregates are dispersed, so that the electrical resistance between the superconductor layer and the protective layer can be reduced.

本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の前記超電導体層においては、前記銀粒子の径が、0.3~1.0μmの範囲であってもよい。
これにより、超電導体層と保護層との間の電気抵抗を低減することができる。
In the superconductor layer of the oxide superconducting wire according to one aspect of the present invention, the diameter of the silver particles may be in the range of 0.3 to 1.0 μm.
Thereby, the electrical resistance between the superconductor layer and the protective layer can be reduced.

本発明の一態様に係る酸化物超電導線材において、前記保護層と接する前記超電導体層の面の算術平均粗さRaは、39.8~103.4nmの範囲であってもよい。
ここで、「保護層と接する超電導体層の面」とは、保護層と超電導体層との間に位置する界面となる面である。
これにより、超電導体層と保護層との間の接触面積が増大し、超電導体層と保護層との間の電気抵抗を低減することができる。
In the oxide superconducting wire according to one aspect of the present invention, the surface of the superconducting layer in contact with the protective layer may have an arithmetic average roughness Ra in the range of 39.8 to 103.4 nm.
Here, "the surface of the superconducting layer in contact with the protective layer" is the surface that is the interface between the protective layer and the superconducting layer.
This increases the contact area between the superconducting layer and the protective layer, thereby reducing the electrical resistance between the superconducting layer and the protective layer.

本発明の一態様に係る酸化物超電導線材において、前記超電導体層の臨界電流密度は、0.2~1.8MA/cmの範囲であってもよい。
これにより、超電導体層の臨界電流密度が0.2~1.8MA/cmの範囲であることによって、高い臨界電流値を有する酸化物超電導線材を実現することができる。
In the oxide superconducting wire according to one aspect of the present invention, the superconductor layer may have a critical current density in the range of 0.2 to 1.8 MA/cm 2 .
Thus, by setting the critical current density of the superconductor layer in the range of 0.2 to 1.8 MA/cm 2 , it is possible to realize an oxide superconducting wire having a high critical current value.

本発明の上記態様によれば、超電導体層と保護層との間の電気抵抗を低減することが可能な酸化物超電導線材、またはそのような酸化物超電導線材の製造方法を提供することができる。 According to the above aspect of the present invention, it is possible to provide an oxide superconducting wire capable of reducing the electrical resistance between the superconducting layer and the protective layer, or a method for producing such an oxide superconducting wire. .

本実施形態の酸化物超電導線材の断面図である。1 is a cross-sectional view of an oxide superconducting wire according to an embodiment; FIG. PLD装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a PLD device; FIG. 図1の酸化物超電導線材の製造工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the oxide superconducting wire of FIG. 1; 図3Aに続く工程を示す図である。It is a figure which shows the process following FIG. 3A. 図3Bに続く工程を示す図である。It is a figure which shows the process following FIG. 3B. 図3Cに続く工程を示す図である。It is a figure which shows the process following FIG. 3C.

以下、本実施形態の酸化物超電導線材について図面に基づいて説明する。
図1に示すように、酸化物超電導線材10は、基板11と、中間層12と、超電導体層13と、保護層15と、がこの順に積層された積層体16を有している。
The oxide superconducting wire of this embodiment will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, oxide superconducting wire 10 has laminate 16 in which substrate 11, intermediate layer 12, superconductor layer 13, and protective layer 15 are laminated in this order.

本実施形態においては、中間層12を有する酸化物超電導線材10について説明する。なお、中間層12は、酸化物超電導線材10において必須な構成ではない。基板11自体が配向性を備えている場合は、中間層12が基板11上に形成されずに、基板11上に超電導体層13が積層されてもよい。 In this embodiment, an oxide superconducting wire 10 having an intermediate layer 12 will be described. Note that the intermediate layer 12 is not an essential component in the oxide superconducting wire 10 . If the substrate 11 itself has orientation, the superconducting layer 13 may be laminated on the substrate 11 without forming the intermediate layer 12 on the substrate 11 .

基板11は、テープ状の金属基板である。金属基板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。基板11の寸法は、例えば、幅10mm、厚さ0.1mm、長さ1000mmである。 The substrate 11 is a tape-shaped metal substrate. Specific examples of metals constituting the metal substrate include nickel alloys represented by Hastelloy (registered trademark), stainless steel, and oriented Ni—W alloys in which a texture is introduced into a nickel alloy. The dimensions of the substrate 11 are, for example, 10 mm wide, 0.1 mm thick, and 1000 mm long.

中間層12は、多層構成でもよく、例えば、基板11側から超電導体層13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。中間層12は、金属酸化物であってもよい。配向性に優れた中間層12の上に超電導体層13を成膜することにより、配向性に優れた超電導体層13を得ることが容易になる。 The intermediate layer 12 may have a multilayer structure, and may have, for example, a diffusion prevention layer, a bed layer, an orientation layer, a cap layer, etc. in order from the substrate 11 side to the superconductor layer 13 side. These layers are not necessarily provided one by one, and some layers may be omitted, or two or more layers of the same kind may be repeatedly laminated. Intermediate layer 12 may be a metal oxide. By forming the superconductor layer 13 on the intermediate layer 12 excellent in orientation, it becomes easy to obtain the superconductor layer 13 excellent in orientation.

超電導体層13は、基板11の上方に積層されている。本実施形態においては、超電導体層13は、中間層12上に積層されている。超電導体層13は、中間層12及び保護層15に接している。
超電導体層13は、銀および酸化物超電導体を含む。
酸化物超電導体としては、例えば、一般式REBaCu(RE123)等で表される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。RE123の一般式において、yは7-x(酸素欠損量)である。超電導体層13の厚さは、例えば、約2μmである。超電導体層13は、電流異方性が発現するように結晶配向性を整えて形成するとよい。具体的には、結晶のc軸を基板11の表面(成膜面)対して垂直に配向させ、電流が流れ易いa軸またはb軸を基板11の長さ方向に配向するように成膜するとよい。これにより良好な臨界電流特性を得ることができる。
A superconductor layer 13 is laminated above the substrate 11 . In this embodiment, the superconductor layer 13 is laminated on the intermediate layer 12 . The superconductor layer 13 is in contact with the intermediate layer 12 and the protective layer 15 .
Superconductor layer 13 contains silver and an oxide superconductor.
Examples of oxide superconductors include RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductors represented by the general formula REBa 2 Cu 3 O y (RE123). The rare earth element RE includes one or more of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. In the general formula of RE123, y is 7-x (the amount of oxygen deficiency). The thickness of the superconductor layer 13 is, for example, approximately 2 μm. The superconducting layer 13 is preferably formed with the crystal orientation adjusted so as to develop current anisotropy. Specifically, when the c-axis of the crystal is oriented perpendicular to the surface (film formation surface) of the substrate 11, and the a-axis or b-axis through which current easily flows is oriented in the longitudinal direction of the substrate 11, the film is formed. good. This makes it possible to obtain good critical current characteristics.

一般的に、酸化物超電導線材10は、磁場中においては臨界電流特性が低下する性質を持つ。磁場中において臨界電流特性が低下するのを抑制するために、超電導体層13に磁束線の動きを抑制する人工ピンが導入されてもよい。例えば、超電導体層13内にBaZrO(BZO)、BaSnO(BSO)、BaHfO(BHO)の人工ピンのナノロッドが導入されてもよい。 In general, the oxide superconducting wire 10 has the property that the critical current characteristics are lowered in a magnetic field. In order to suppress the deterioration of critical current characteristics in a magnetic field, artificial pins may be introduced into the superconductor layer 13 to suppress the movement of magnetic flux lines. For example, artificial pinned nanorods of BaZrO 3 (BZO), BaSnO 3 (BSO), BaHfO 3 (BHO) may be introduced into the superconductor layer 13 .

図1において、酸化物超電導線材10は、超電導体層13と保護層15との間に位置する界面14を有する。界面14においては、保護層15の銀と超電導体層13に含まれる銀とが結合している。 In FIG. 1, oxide superconducting wire 10 has interface 14 located between superconducting layer 13 and protective layer 15 . At the interface 14, the silver of the protective layer 15 and the silver contained in the superconductor layer 13 are bonded.

超電導体層13に含まれる銀の含有量は、超電導体層13の全体に対して4.0~27.2vol%の範囲である。このように、後述する保護層15の構成物質と同種である銀が超電導体層13に含まれることで、超電導体層13と保護層15との間の電気抵抗を低減することができる。超電導層13に含まれる銀の含有量は、例えば、ICP発光分光分析法により特定することができる。
なお、これ以降、超電導体層13と保護層15との間の電気抵抗を、単に「層間抵抗R」と言う。
The content of silver contained in superconductor layer 13 is in the range of 4.0 to 27.2 vol % with respect to the entire superconductor layer 13 . In this way, the superconductor layer 13 contains silver, which is the same material as the constituent material of the protective layer 15 to be described later, so that the electrical resistance between the superconductor layer 13 and the protective layer 15 can be reduced. The content of silver contained in superconducting layer 13 can be specified by, for example, ICP emission spectroscopic analysis.
Hereinafter, the electrical resistance between the superconducting layer 13 and the protective layer 15 is simply referred to as "interlayer resistance R".

保護層15は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、超電導体層13と保護層15の上に設けられる層との間で起こる化学反応を抑制したりする等の機能を有する。保護層15は、銀(Ag)により形成されている。保護層15はスパッタ法等により形成することができる。保護層15の厚さは、例えば、1~30μmの範囲である。 The protective layer 15 has functions such as bypassing an overcurrent generated at the time of an accident, suppressing a chemical reaction occurring between the superconducting layer 13 and a layer provided on the protective layer 15, and the like. The protective layer 15 is made of silver (Ag). The protective layer 15 can be formed by a sputtering method or the like. The thickness of the protective layer 15 is, for example, in the range of 1-30 μm.

超電導体層13に含まれる銀は、銀が凝集した粒子状の状態で、超電導体層13内に分散している。銀原子の凝集体である銀粒子の径は、例えば、0.3~1.0μmの範囲である。超電導体層13には、複数の銀粒子が凝集している。これにより、超電導体層13と保護層15との間において、複数の銀粒子が存在している。
超電導体層13内に分散している複数の銀粒子の一部は、保護層15と一体化している。また、超電導体層13に含まれる複数の銀粒子は、中間層12と超電導体層13との界面付近には存在されていない。銀粒子は、中間層12の表面から保護層15の方向へ0.2~1.0μmほど離れた位置に存在している。
The silver contained in the superconductor layer 13 is dispersed in the superconductor layer 13 in the form of aggregated silver particles. The diameter of silver particles, which are aggregates of silver atoms, is, for example, in the range of 0.3 to 1.0 μm. A plurality of silver particles are aggregated in the superconductor layer 13 . Thus, a plurality of silver particles are present between superconductor layer 13 and protective layer 15 .
Some of the plurality of silver particles dispersed in superconductor layer 13 are integrated with protective layer 15 . Moreover, the plurality of silver particles contained in superconducting layer 13 do not exist near the interface between intermediate layer 12 and superconducting layer 13 . The silver particles are located at a distance of 0.2 to 1.0 μm from the surface of the intermediate layer 12 toward the protective layer 15 .

超電導体層13において、保護層15と接する超電導体層13の面の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、例えば、39.8~103.4nmの範囲である。
酸化物超電導線材10の長手方向に流れる臨界電流Icから求められる超電導体層13の臨界電流密度は、例えば、0.2~1.8MA/cmの範囲である。
In the superconducting layer 13, the surface roughness (arithmetic mean roughness Ra) of the surface of the superconducting layer 13 in contact with the protective layer 15 is, for example, in the range of 39.8 to 103.4 nm.
The critical current density of the superconducting layer 13 obtained from the critical current Ic flowing in the longitudinal direction of the oxide superconducting wire 10 is, for example, in the range of 0.2 to 1.8 MA/cm 2 .

以上説明したように、本実施形態の酸化物超電導線材10は、基板11と、基板11上に積層された中間層12と、中間層12上に積層された超電導体層13と、超電導体層13上に積層されているとともに銀を含む保護層15と、を備えている。超電導体層13は、銀および酸化物超電導体を含んでいる。さらに、超電導体層13に含まれる銀の含有量は、超電導体層13の全体に対して4.0~27.2vol%の範囲である。この構成によれば、超電導体層13の銀と、保護層15の銀とが結合する。換言すると、超電導体層13と保護層15との間では銀同士のホモ接合となる。これにより、超電導体層13と保護層15との間の電気抵抗(層間抵抗R)を低減することができる。 As described above, the oxide superconducting wire 10 of the present embodiment includes the substrate 11, the intermediate layer 12 laminated on the substrate 11, the superconducting layer 13 laminated on the intermediate layer 12, and the superconducting layer a protective layer 15 laminated on 13 and containing silver. Superconductor layer 13 contains silver and an oxide superconductor. Furthermore, the content of silver contained in superconductor layer 13 is in the range of 4.0 to 27.2 vol % with respect to the entire superconductor layer 13 . According to this configuration, the silver of superconductor layer 13 and the silver of protective layer 15 are bonded. In other words, the superconducting layer 13 and the protective layer 15 are homojunctions of silver. Thereby, the electrical resistance (interlayer resistance R) between the superconductor layer 13 and the protective layer 15 can be reduced.

超電導体層13が銀を含むことで、保護層15と接する超電導体層13の面の表面粗さ(算術表面粗さRa)が増大する。超電導体層13の表面粗さ(算術表面粗さRa)は、39.8~103.4nmの範囲である。これにより、超電導体層13と保護層15との間の接触面積が増大し、超電導体層13と保護層15との間の電気抵抗が低減する。 Since the superconductor layer 13 contains silver, the surface roughness (arithmetic surface roughness Ra) of the surface of the superconductor layer 13 in contact with the protective layer 15 is increased. The surface roughness (arithmetic surface roughness Ra) of the superconductor layer 13 is in the range of 39.8 to 103.4 nm. Thereby, the contact area between the superconductor layer 13 and the protective layer 15 is increased, and the electrical resistance between the superconductor layer 13 and the protective layer 15 is reduced.

また、超電導体層13の臨界電流密度は、0.2~1.8MA/cmの範囲である。これにより、層間抵抗Rを大幅に低減することができるだけでなく、高い臨界電流値を有する酸化物超電導線材を実現することができる。 Also, the critical current density of the superconductor layer 13 is in the range of 0.2 to 1.8 MA/cm 2 . As a result, not only can the interlayer resistance R be greatly reduced, but also an oxide superconducting wire having a high critical current value can be realized.

次に、以上のように構成された酸化物超電導線材10の製造方法の一例について説明する。なお、下記製造方法はあくまで一例であり、他の製造方法を採用してもよい。 Next, an example of a method for manufacturing the oxide superconducting wire 10 configured as described above will be described. The manufacturing method described below is merely an example, and other manufacturing methods may be employed.

まず、PLD(Pulsed Laser Deposition)法について説明する。PLD法では、図2に示すようなPLD装置20を用いる。PLD装置20は、光源21および集光レンズ22を備えている。光源21は、レーザー光Lを出射する。集光レンズ22は、レーザー光Lをターゲット23の表面23aに集光させる。これにより、ターゲット23の構成粒子を叩き出し、若しくは蒸発させて、プルーム24を発生させる。プルーム24に含まれるターゲット23の構成粒子が、積層対象物25に堆積することで、積層対象物25の表面に前記構成粒子の薄膜が形成される。したがって、ターゲット23の構成粒子の組成を変更することで、積層対象物25に形成される薄膜の組成を適宜変更可能である。なお、図2では複数の積層対象物25に同時に薄膜を形成する様子を示しているが、積層対象物25の数は1つでもよい。 First, the PLD (Pulsed Laser Deposition) method will be described. The PLD method uses a PLD device 20 as shown in FIG. The PLD device 20 has a light source 21 and a condenser lens 22 . The light source 21 emits laser light L. As shown in FIG. The condensing lens 22 converges the laser light L onto the surface 23 a of the target 23 . As a result, constituent particles of the target 23 are ejected or evaporated to generate a plume 24 . The constituent particles of the target 23 contained in the plume 24 are deposited on the layered object 25 to form a thin film of the constituent particles on the surface of the layered object 25 . Therefore, by changing the composition of the constituent particles of the target 23, the composition of the thin film formed on the layered object 25 can be appropriately changed. Although FIG. 2 shows a state in which thin films are simultaneously formed on a plurality of stacking objects 25, the number of stacking objects 25 may be one.

酸化物超電導線材10を製造する際は、図3Aに示すように、基板11を用意する。
次に、図3Bに示すように、基板11上に中間層12を積層する。中間層12は、PLD法によって形成してもよいし、その他の公知の方法により形成してもよい。
When manufacturing the oxide superconducting wire 10, a substrate 11 is prepared as shown in FIG. 3A.
Next, as shown in FIG. 3B, the intermediate layer 12 is laminated on the substrate 11 . The intermediate layer 12 may be formed by the PLD method or other known methods.

次に、図3Cに示すように、中間層12上に超電導体層13を積層する。超電導体層13は、PLD法によってc軸配向(厚さ方向に配向)して形成される。このとき、中間層12が表面に形成された基板11(図3B)が、図2における積層対象物25となる。また、超電導体層13を構成する銀を含む酸化物超電導体のブロックが、図2におけるターゲット23となる。 Next, as shown in FIG. 3C, superconductor layer 13 is laminated on intermediate layer 12 . The superconductor layer 13 is formed with c-axis orientation (orientation in the thickness direction) by the PLD method. At this time, the substrate 11 (FIG. 3B) with the intermediate layer 12 formed on the surface becomes the stacking object 25 in FIG. A block of an oxide superconductor containing silver that constitutes the superconductor layer 13 is the target 23 in FIG.

次に、図3Dに示すように、超電導体層13上に保護層15を積層する。保護層15は、スパッタ法等によって形成する。これにより、積層体16が得られる。 Next, as shown in FIG. 3D, a protective layer 15 is laminated on the superconductor layer 13 . The protective layer 15 is formed by a sputtering method or the like. Thereby, the laminated body 16 is obtained.

次に、酸素アニール処理を行う。より詳しくは、積層体16を酸素雰囲気下で300~500℃に加熱する。酸素アニール処理は、超電導体層13を形成した後(保護層15を形成する前)に行ってもよい。酸素アニールを行うことで、超電導体層13に酸素がドープされ、超電導体層13が超電導性を発現可能となる。 Next, oxygen annealing treatment is performed. More specifically, the laminate 16 is heated to 300-500° C. in an oxygen atmosphere. The oxygen annealing treatment may be performed after forming the superconductor layer 13 (before forming the protective layer 15). By performing the oxygen annealing, the superconducting layer 13 is doped with oxygen, so that the superconducting layer 13 can exhibit superconductivity.

このように、本実施形態の酸化物超電導線材10の製造方法は、基板11上に中間層12を積層する工程と、PLD法によって銀および酸化物超電導体を含む超電導体層13を中間層12上に積層する工程と、超電導体層13上に積層する工程と、超電導体層13上に銀の保護層15を積層して積層体16を得る工程と、超電導体層13に酸素をドープする酸素アニール処理を行う工程と、を有する。このように、超電導体層13をPLD法によって形成することで、酸化物超電導体および銀をより緻密に超電導体層13として堆積させることができる。したがって、超電導体層13と保護層15との間の電気抵抗をより確実に低減できる。 As described above, the method for manufacturing the oxide superconducting wire 10 of the present embodiment includes the step of laminating the intermediate layer 12 on the substrate 11, and forming the superconducting layer 13 containing silver and an oxide superconductor by the PLD method. lamination on superconductor layer 13; lamination of silver protective layer 15 on superconductor layer 13 to obtain laminate 16; doping superconductor layer 13 with oxygen; and a step of performing an oxygen annealing treatment. By forming the superconductor layer 13 by the PLD method in this manner, the oxide superconductor and silver can be deposited as the superconductor layer 13 more densely. Therefore, the electrical resistance between superconducting layer 13 and protective layer 15 can be more reliably reduced.

以下、比較例及び実施例を参照し、上記実施形態を説明する。
表1に示すように、比較例1及び実施例1~9の酸化物超電導線材を作製した。
表1は、比較例1及び実施例1~9の酸化物超電導線材の各々に関し、以下の項目を示している。
・超電導体層の構成材料
・超電導体層の膜厚(μm)
・超電導体層におけるEu(ユウロピウム)の含有量が1molである場合のAg(銀)の含有量
・超電導体層に含まれるAg(銀)の含有量(wt%)
・超電導体層に含まれるAg(銀)の含有量(vol%)
・表面粗さRa(nm)
・臨界電流密度Jc[MA/cm
・臨界電流Ic[A]
・接続抵抗比
・評価結果
Hereinafter, the above embodiments will be described with reference to comparative examples and examples.
As shown in Table 1, oxide superconducting wires of Comparative Example 1 and Examples 1 to 9 were produced.
Table 1 shows the following items for each of the oxide superconducting wires of Comparative Example 1 and Examples 1-9.
・Constituent material of superconducting layer ・Thickness (μm) of superconducting layer
- Content of Ag (silver) when the content of Eu (europium) in the superconductor layer is 1 mol - Content of Ag (silver) contained in the superconductor layer (wt%)
・ Content (vol%) of Ag (silver) contained in the superconductor layer
・Surface roughness Ra (nm)
・Critical current density Jc [MA/cm 2 ]
・Critical current Ic [A]
・Connection resistance ratio ・Evaluation result

表1の「超電導体層の構成材料」に記載された「EuBCO+BHO」は、EuBaCuOyの酸化物超電導材料とBaHfOの人工ピン材料との混合材であることを意味する。 " EuBCO +BHO" described in "Materials Constituting Superconductor Layer" in Table 1 means a mixture of an oxide superconducting material of EuBa2Cu3Oy and an artificial pin material of BaHfO3 .

「Ag含有量(wt%)」は、超電導体層の全体(100wt%)に対する銀の含有量(wt%)を意味する。「Ag含有量(vol%)」は、超電導体層の全体(100vol%)に対する銀の含有量(vol%)を意味する。
つまり、比較例1の超電導体層は、銀を含有していない。実施例1~9の超電導体層は、銀を含有している。実施例1~9において超電導体層に含まれる銀の含有量の範囲は、4.0~27.2vol%である。
比較例1および実施例1~9において超電導体層に含まれる銀の含有量は、超電導体層を溶解して得た溶液を対象としてICP発光分光分析法を用いて測定した。
"Ag content (wt%)" means the silver content (wt%) with respect to the entire superconductor layer (100 wt%). "Ag content (vol%)" means the silver content (vol%) with respect to the entire superconductor layer (100vol%).
That is, the superconductor layer of Comparative Example 1 does not contain silver. The superconductor layers of Examples 1-9 contain silver. In Examples 1-9, the range of silver content in the superconductor layer was 4.0-27.2 vol %.
In Comparative Example 1 and Examples 1 to 9, the content of silver contained in the superconductor layer was measured by ICP emission spectrometry using the solution obtained by dissolving the superconductor layer.

表1において、表面粗さRaは、保護層と接する超電導体層の面の算術平均粗さRaを意味する。表面粗さRaは、超電導体層を形成した後であって、超電導体層上に保護層を形成する前に測定された値である。表面粗さRaの測定には、触針式表面測定装置(KLA-Tencor社製、D-100)を用いた。 In Table 1, the surface roughness Ra means the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the superconductor layer in contact with the protective layer. The surface roughness Ra is a value measured after forming the superconducting layer and before forming a protective layer on the superconducting layer. A stylus surface measuring device (KLA-Tencor, D-100) was used to measure the surface roughness Ra.

臨界電流密度Jc[MA/cm]及び臨界電流Ic[A]は、77Kの温度条件において測定された結果である。臨界電流密度Jcとは、超電導体層の単位断面積あたりの臨界電流値である。 Critical current density Jc [MA/cm 2 ] and critical current Ic [A] are results measured at a temperature of 77K. The critical current density Jc is the critical current value per unit cross-sectional area of the superconductor layer.

接続抵抗比とは、超電導体層に銀が含有されていない比較例の酸化物超電導線材を用いて作製した接続構造体の接続抵抗をRC0[nΩ・cm]とし、超電導体層に銀が含有されている実施例1~9の各々の酸化物超電導線材を用いて作製した接続構造体の電気抵抗をRC1[nΩ・cm]としたとき、RC0に対するRC1の比(RC1/RC0)である。 The connection resistance ratio is defined as R C0 [nΩ·cm 2 ] as the connection resistance of the connection structure produced using the oxide superconducting wire of the comparative example in which the superconducting layer does not contain silver, and the superconducting layer contains silver. The ratio of R C1 to R C0 ( R C1 /R C0 ).

詳述すると、先ず、比較例1(超電導体層が銀を含有しない)の酸化物超電導線材を2本準備し、保護層15同士を向き合わせて接続長さ2cmで半田接続した接続構造体を作製した。
次に、2本の酸化物超電導線材のうち一方の超電導体層と、2本の酸化物超電導線材のうち他方の超電導体層との間の電気抵抗を測定し、その電気抵抗をRC0とした。電気抵抗の測定においては、測定対象物を超電導状態にしたうえで4端子抵抗測定法により行った。同様に、実施例1~9(超電導体層が銀を含有する)の各々の酸化物超電導線材で接続構造体を作製して各接続構造体の接続抵抗を測定し、その電気抵抗をRC1[nΩ・cm]とした。そして、実施例1~9の接続構造体ごとに接続抵抗比(RC1/RC0)の値を求めた。比較例1の接続抵抗比は1.0とした。
Specifically, first, two oxide superconducting wires of Comparative Example 1 (the superconducting layer does not contain silver) were prepared, and a connection structure in which the protective layers 15 faced each other and were solder-connected with a connection length of 2 cm was formed. made.
Next, the electrical resistance between one superconducting layer of the two oxide superconducting wires and the other superconducting layer of the two oxide superconducting wires is measured, and the electrical resistance is defined as RC0 . did. The electrical resistance was measured by the four-terminal resistance measurement method after making the object to be measured into a superconducting state. Similarly, a connection structure was produced from each of the oxide superconducting wires of Examples 1 to 9 (the superconducting layer contains silver), and the connection resistance of each connection structure was measured . [nΩ·cm 2 ]. Then, the value of the connection resistance ratio (R C1 /R C0 ) was obtained for each of the connection structures of Examples 1-9. The connection resistance ratio of Comparative Example 1 was set to 1.0.

上述した接続構造体の電気抵抗(RC0及びRC1)は、超電導体層13と保護層15との間の電気抵抗(層間抵抗R)と、保護層15と接続用半田との間の電気抵抗との合計と考えることができる。このうち、保護層15と接続用半田との間の電気抵抗は比較例1及び実施例1~9によらず同じと考えられる。このため、接続構造体の接続抵抗の差異は、比較例1及び実施例1~9の層間抵抗Rの差異に起因すると考えられる。したがって、比較例1及び実施例1~9の各々で作製した接続構造体の接続抵抗を比較することで、比較例1及び実施例1~9の各々の層間抵抗Rの大小関係を知ることができる。 The electrical resistances (R C0 and R C1 ) of the connection structure described above are the electrical resistance (interlayer resistance R) between the superconductor layer 13 and the protective layer 15 and the electrical resistance between the protective layer 15 and the connection solder. It can be considered as a sum with resistance. Of these, the electrical resistance between the protective layer 15 and the connecting solder is considered to be the same regardless of Comparative Example 1 and Examples 1-9. Therefore, it is considered that the difference in the connection resistance of the connection structure is caused by the difference in the interlayer resistance R between Comparative Example 1 and Examples 1-9. Therefore, by comparing the connection resistances of the connection structures produced in each of Comparative Example 1 and Examples 1 to 9, it is possible to know the magnitude relationship between interlayer resistances R in each of Comparative Example 1 and Examples 1 to 9. can.

接続抵抗比(RC1/RC0)は、比較例1(超電導体層が銀を含有しない)の層間抵抗Rを基準にしたときに、実施例1~9(超電導体層が銀を含有する)の層間抵抗Rがどの程度低下したのかを知る指標となりうる。例えば、表1において、実施例1の接続抵抗比が0.4であり、実施例2の接続抵抗比が0.5である。このことから、超電導体層が銀を含有することによる層間抵抗Rの低減効果に関しては、実施例2よりも実施例1において優れた低減効果が得られることが分かる。 The connection resistance ratio (R C1 /R C0 ) is based on the interlayer resistance R of Comparative Example 1 (the superconductor layer does not contain silver) in Examples 1 to 9 (the superconductor layer contains silver ) can be used as an index to know how much the interlayer resistance R has decreased. For example, in Table 1, the connection resistance ratio of Example 1 is 0.4, and the connection resistance ratio of Example 2 is 0.5. From this, it can be seen that Example 1 achieves a better reduction effect than Example 2 with respect to the effect of reducing interlayer resistance R due to the superconductor layer containing silver.

表1における「評価結果」においては、接続抵抗比が1以上であれば「不可」であることを示し、接続抵抗比が1未満であれば「良」であることを示している。 In the "evaluation results" in Table 1, a connection resistance ratio of 1 or more indicates "improper", and a connection resistance ratio of less than 1 indicates "good".

Figure 2022168627000002
Figure 2022168627000002

表1に示す結果から、以下の点が明らかとなった。 From the results shown in Table 1, the following points were clarified.

(接続抵抗比について)
接続抵抗比が1である比較例1に対して、実施例1~9における接続抵抗比の範囲は、0.3~0.6であった。実施例1~9では、「良」という評価結果が得られた。つまり、実施例1~9に示すように超電導体層が銀を含有することによって、層間抵抗Rが大幅に低減することが明らかとなった。
(Regarding connection resistance ratio)
Compared to Comparative Example 1, in which the connection resistance ratio is 1, the range of connection resistance ratios in Examples 1 to 9 was 0.3 to 0.6. In Examples 1 to 9, an evaluation result of "good" was obtained. In other words, it was found that the interlayer resistance R was greatly reduced by containing silver in the superconductor layer as shown in Examples 1-9.

(臨界電流密度について)
さらに、実施例1~9の中でも、実施例7の臨界電流密度Jcは、0.2MA/cmであり、実施例1の臨界電流密度Jcは、1.8MA/cmであった。実施例2~6、
8、9の臨界電流密度Jcは、0.2~1.8MA/cmの範囲であった。この結果、超電導体層の臨界電流密度Jcが0.2~1.8MA/cmの範囲内であれば、層間抵抗Rを大幅に低減することができるだけでなく、高い臨界電流値を有する酸化物超電導線材を実現することができることが明らかとなった。
さらに、実施例1、2、9の臨界電流密度Jcは、その他の実施例の臨界電流密度Jcよりも大きい、1.3~1.8MA/cmの範囲であった。臨界電流密度Jcが1.3~1.8MA/cm2の範囲内であれば、より高い臨界電流密度Jcを有する酸化物超電導線材を実現することができる。
(About critical current density)
Furthermore, among Examples 1 to 9, the critical current density Jc of Example 7 was 0.2 MA/cm 2 and the critical current density Jc of Example 1 was 1.8 MA/cm 2 . Examples 2-6,
The critical current densities Jc of 8 and 9 ranged from 0.2 to 1.8 MA/cm 2 . As a result, if the critical current density Jc of the superconducting layer is within the range of 0.2 to 1.8 MA/cm 2 , not only can the interlayer resistance R be significantly reduced, but also an oxidation catalyst having a high critical current value can be obtained. It has become clear that a material superconducting wire can be realized.
Furthermore, the critical current densities Jc of Examples 1, 2 and 9 ranged from 1.3 to 1.8 MA/cm 2 , which is higher than the critical current densities Jc of the other Examples. If the critical current density Jc is within the range of 1.3 to 1.8 MA/cm2, an oxide superconducting wire having a higher critical current density Jc can be realized.

(超電導体層の表面粗さについて)
実施例1における銀の含有量は4.0vol%である。実施例9における銀の含有量は、27.2vol%である。実施例1から実施例9に向かう順番で、実施例1~9における銀の含有量は順に増加している。表面粗さRaに関し、実施例1から実施例9に向かう順番で、概ね、表面粗さRaが増大している傾向があることが分かった。換言すると、実施例1~9において、銀の含有量が増えるにしたがって、表面粗さRaが増大する傾向があることが明らかとなった。表面粗さRaが増大するほど、超電導体層と保護層との接触面積が増大する。このため、層間抵抗Rを低減する効果が高まると考えられる。
(Surface Roughness of Superconductor Layer)
The silver content in Example 1 is 4.0 vol %. The silver content in Example 9 is 27.2 vol %. In the order from Example 1 to Example 9, the silver content in Examples 1 to 9 increases in order. Regarding the surface roughness Ra, it was found that there is a tendency that the surface roughness Ra generally increases in the order from Example 1 to Example 9. In other words, in Examples 1 to 9, it was found that the surface roughness Ra tends to increase as the silver content increases. As the surface roughness Ra increases, the contact area between the superconductor layer and the protective layer increases. Therefore, it is considered that the effect of reducing the interlayer resistance R is enhanced.

(超電導体層に含まれる銀の粒子径について)
実施例1~9の各々について、電子顕微鏡を用いて超電導体層13の断面を観察し、観察された銀の粒子径(銀粒子の径)を測定した。観察条件として、電子顕微鏡の倍率を10000倍に設定した。基板11に平行な方向において、測定された銀粒子の最大の幅を銀の粒子径と定義した。その結果、銀の粒子径は、0.3~1.0μmの範囲であった。
(Regarding the particle size of silver contained in the superconductor layer)
For each of Examples 1 to 9, the cross section of superconductor layer 13 was observed using an electron microscope, and the observed silver particle diameter (silver particle diameter) was measured. As observation conditions, the magnification of the electron microscope was set to 10000 times. The maximum width of the silver particles measured in the direction parallel to the substrate 11 was defined as the silver particle diameter. As a result, the particle size of silver was in the range of 0.3 to 1.0 μm.

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、積層体16の周囲に、不図示の安定化層を設けてもよい。安定化層を設けた場合、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、超電導体層13及び保護層15を機械的に補強したりすることができる。安定化層の材質としては、例えば、銅を採用可能である。 For example, a stabilization layer (not shown) may be provided around the laminate 16 . When the stabilizing layer is provided, it is possible to bypass an overcurrent generated in an accident and to mechanically reinforce the superconducting layer 13 and the protective layer 15 . Copper, for example, can be used as the material of the stabilization layer.

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。 In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with well-known components without departing from the scope of the present invention, and the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate.

10…酸化物超電導線材 11…基板 12…中間層 13…超電導体層 14…界面 15…保護層 23…ターゲット DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Oxide superconducting wire 11... Substrate 12... Intermediate layer 13... Superconductor layer 14... Interface 15... Protective layer 23... Target

Claims (5)

基板と、
前記基板の上方に積層された超電導体層と、
前記超電導体層上に積層され、銀により形成された保護層と、を備え、
前記超電導体層は、酸化物超電導体により形成されており、かつ、前記保護層に接しており、
前記超電導体層は、銀および酸化物超電導体を含み、
前記超電導体層に含まれる銀の含有量は、前記超電導体層の全体に対して4.0~27.2vol%の範囲である、酸化物超電導線材。
a substrate;
a superconductor layer laminated above the substrate;
a protective layer laminated on the superconductor layer and formed of silver;
The superconductor layer is formed of an oxide superconductor and is in contact with the protective layer,
the superconductor layer comprises silver and an oxide superconductor;
The oxide superconducting wire, wherein the content of silver contained in the superconductor layer is in the range of 4.0 to 27.2 vol% with respect to the entire superconductor layer.
前記超電導体層においては、前記銀が凝集した銀粒子が分散している、
請求項1に記載の酸化物超電導線材。
In the superconductor layer, silver particles in which the silver is aggregated are dispersed,
The oxide superconducting wire according to claim 1.
前記銀粒子の径が、0.3~1.0μmの範囲である、
請求項2に記載の酸化物超電導線材。
The diameter of the silver particles is in the range of 0.3 to 1.0 μm,
The oxide superconducting wire according to claim 2.
前記保護層と接する前記超電導体層の面の算術平均粗さRaは、39.8~103.4nmの範囲である、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材。
The arithmetic mean roughness Ra of the surface of the superconductor layer in contact with the protective layer is in the range of 39.8 to 103.4 nm.
The oxide superconducting wire according to any one of claims 1 to 3.
前記超電導体層の臨界電流密度は、0.2~1.8MA/cmの範囲である、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材。
the critical current density of the superconductor layer is in the range of 0.2 to 1.8 MA/ cm2 ;
The oxide superconducting wire according to any one of claims 1 to 4.
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