JP2024043984A - Superconducting layer connection structure, superconducting wire, superconducting coil, superconducting equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる超電導層の接続構造を提供する。【解決手段】実施形態の超電導層の接続構造は、第1の超電導層と、第2の超電導層と、第1の超電導層と第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含む、接続層と、を備え、接続層は、第1の領域と、第2の領域と、第1の領域と第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、第1の領域及び第2の領域は結晶粒子を含み、第3の領域は結晶粒子を含むか又は含まず、第3の領域は、接続層の側面に露出し、第1の超電導層と接続層との界面に垂直で第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を含む断面において、第1の領域の結晶粒子の第1の占有割合及び第2の領域の結晶粒子の第2の占有割合は、第3の領域の結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい。【選択図】図3[Problem] To provide a connection structure of superconducting layers that can achieve low electrical resistance and high mechanical strength. [Solution] The connection structure of superconducting layers of an embodiment includes a first superconducting layer, a second superconducting layer, and a connection layer provided between the first and second superconducting layers and containing crystal particles containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), the connection layer includes a first region, a second region, and a third region provided between the first and second regions, the first region and the second region contain crystal particles, the third region contains or does not contain crystal particles, the third region is exposed to a side surface of the connection layer, and in a cross section perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer and including the first region, the second region, and the third region, a first occupancy ratio of the crystal particles in the first region and a second occupancy ratio of the crystal particles in the second region are greater than a third occupancy ratio of the crystal particles in the third region. [Selected figure] Figure 3
Description
本発明の実施形態は、超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、及び超電導機器に関する。 Embodiments of the present invention relate to a connection structure of a superconducting layer, a superconducting wire, a superconducting coil, and a superconducting device.
例えば、核磁気共鳴装置(NMR)や磁気共鳴画像診断装置(MRI)では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。 For example, in nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI) devices, superconducting coils are used to generate strong magnetic fields. Superconducting coils are formed by winding superconducting wire around a reel.
超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、2本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。 In order to lengthen the superconducting wire, for example, a plurality of superconducting wires are connected. For example, the ends of two superconducting wires are connected using a connection structure. Connection structures that connect superconducting wires are required to have low electrical resistance and high mechanical strength.
本発明が解決しようとする課題は、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる超電導層の接続構造を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a superconducting layer connection structure that can achieve low electrical resistance and high mechanical strength.
実施形態の超電導層の接続構造は、第1の超電導層と、第2の超電導層と、前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含む、接続層と、を備え、前記接続層は、第1の領域と、第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、前記第1の領域及び前記第2の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域は前記結晶粒子を含むか又は含まず、前記第3の領域は、前記接続層の側面に露出し、前記第1の超電導層と前記接続層との界面に垂直で前記第1の領域、前記第2の領域、及び前記第3の領域を含む断面において、前記第1の領域の前記結晶粒子の第1の占有割合及び前記第2の領域の前記結晶粒子の第2の占有割合は、前記第3の領域の前記結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい。 The superconducting layer connection structure of the embodiment is provided between a first superconducting layer, a second superconducting layer, and the first superconducting layer and the second superconducting layer, and includes a rare earth element (RE), a connection layer containing crystal particles containing barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), the connection layer comprising a first region, a second region, and the first region. a third region provided between the region and the second region, the first region and the second region contain the crystal grains, and the third region contains the crystal grains. The third region is exposed on a side surface of the connection layer, and is perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer and is located between the first region and the second region. , and in the cross section including the third region, the first occupancy ratio of the crystal grains in the first region and the second occupancy ratio of the crystal grains in the second region are the same as those in the third region. is larger than the third occupation ratio of the crystal grains.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same or similar members will be denoted by the same reference numerals, and the description of the members that have already been explained may be omitted as appropriate.
本明細書中、粒子の長径とは、粒子の外周の任意の2点間の長さの中の最大の長さである。また、粒子の短径とは、長径に対応する線分の中点を通り、上記線分に垂直で、粒子の外周を両端部とする線分の長さである。粒子の長径及び短径は、例えば、走査電子顕微鏡(SEM)による断面画像の画像解析により求めることが可能である。なお、本明細書中、長径に対応する線分を長軸と称する。また、短径に対応する線分を短軸と称する。 In this specification, the long axis of a particle is the maximum length between any two points on the periphery of the particle. The short axis of a particle is the length of a line segment that passes through the midpoint of the line segment corresponding to the long axis, is perpendicular to the line segment, and has the periphery of the particle as both ends. The long axis and short axis of a particle can be determined, for example, by image analysis of a cross-sectional image taken with a scanning electron microscope (SEM). In this specification, the line segment corresponding to the long axis is referred to as the long axis. The line segment corresponding to the short axis is referred to as the short axis.
また、粒子の占有割合は、例えば、走査電子顕微鏡(SEM)による断面画像の画像解析により求めることが可能である。 In addition, the particle occupancy rate can be determined, for example, by image analysis of cross-sectional images taken with a scanning electron microscope (SEM).
粒子等に含まれる元素の検出及び元素の原子濃度の測定は、例えば、エネルギー分散型X線分光法(EDX)又は波長分散型X線分析法(WDX)を用いて行うことが可能である。また、粒子等に含まれる物質の同定は、例えば、粉末X線回折法を用いて行うことが可能である。 The detection of elements contained in particles and the measurement of the atomic concentration of elements can be performed, for example, using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) or wavelength dispersive X-ray analysis (WDX). Furthermore, the identification of substances contained in particles can be performed, for example, using powder X-ray diffraction.
(第1の実施形態)
第1の実施形態の超電導層の接続構造は、第1の超電導層と、第2の超電導層と、第1の超電導層と第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含む、接続層と、を備え、接続層は、第1の領域と、第2の領域と、第1の領域と第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、第1の領域及び第2の領域は結晶粒子を含み、第3の領域は結晶粒子を含むか又は含まず、第3の領域は、接続層の側面に露出し、第1の超電導層と接続層との界面に垂直で第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を含む断面において、第1の領域の結晶粒子の第1の占有割合及び第2の領域の結晶粒子の第2の占有割合は、第3の領域の結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい。
First Embodiment
The connection structure of the superconducting layer of the first embodiment includes a first superconducting layer, a second superconducting layer, and a connection layer provided between the first superconducting layer and the second superconducting layer and containing crystal particles including a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), the connection layer including a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region, the first region and the second region containing crystal particles, the third region containing or not containing crystal particles, the third region being exposed to a side surface of the connection layer, and in a cross section perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer and including the first region, the second region, and the third region, a first occupancy ratio of the crystal particles in the first region and a second occupancy ratio of the crystal particles in the second region are greater than a third occupancy ratio of the crystal particles in the third region.
図1は、第1の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。第1の実施形態の接続構造100は、2つの超電導層を物理的及び電気的に接続する構造である。接続構造100は、例えば、2本の超電導線材を接続し、超電導線材を長尺化するために用いられる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the superconducting layer connection structure of the first embodiment. The
接続構造100は、第1の超電導部材10、第2の超電導部材20、及び接続層30を備える。接続構造100は、第1の超電導部材10と第2の超電導部材20が、接続層30によって接続される構造である。接続層30は、第1の超電導部材10と第2の超電導部材20との間に設けられる。
The
第1の超電導部材10は、第1の基板12、第1の中間層14、第1の超電導層16を備える。第2の超電導部材20は、第2の基板22、第2の中間層24、第2の超電導層26を備える。
The first
第1の基板12は、例えば、金属である。第1の基板12は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第1の基板12は、例えば、ニッケルタングステン合金である。
The
第1の超電導層16は、例えば、酸化物超電導層である。第1の超電導層16は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の超電導層16は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及び、ルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。
The first
第1の超電導層16は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第1の超電導層16は、例えば、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、YBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、又はEuBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The first
第1の超電導層16は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。
The first
第1の超電導層16は、例えば、第1の中間層14の上に、有機金属分解法(Metal Organic Decomposition法:MOD法)、パルスレーザ蒸着法(Pulsed Laser Deposition法:PLD法)、又は、有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition法:MOCVD法)を用いて形成される。
The
第1の中間層14は、第1の基板12と第1の超電導層16との間に設けられる。第1の中間層14は、例えば、第1の超電導層16に接する。第1の中間層14は、第1の中間層14の上に形成される第1の超電導層16の結晶配向性を向上させる機能を有する。
The first
第1の中間層14は、例えば、希土類酸化物を含む。第1の中間層14は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第1の中間層14は、例えば、第1の基板12側から、酸化イットリウム(Y2O3)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化セリウム(CeO2)が積層された構造を有する。
The first
第2の基板22は、例えば、金属である。第2の基板22は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第2の基板22は、例えば、ニッケルタングステン合金である。
The
第2の超電導層26は、例えば、酸化物超電導層である。第2の超電導層26は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の超電導層16は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。
The
第2の超電導層26は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第2の超電導層26は、例えば、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、YBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、又はEuBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The
第2の超電導層26は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。
The
第2の超電導層26は、例えば、第2の中間層24の上に、MOD法、PLD法、又はMOCVD法を用いて形成される。
The
第2の中間層24は、第2の基板22と第2の超電導層26との間に設けられる。第2の中間層24は、例えば、第2の超電導層26に接する。第2の中間層24は、第2の中間層24の上に形成される第2の超電導層26の結晶配向性を向上させる機能を有する。
The second
第2の中間層24は、例えば、希土類酸化物を含む。第2の中間層24は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第2の中間層24は、例えば、第2の基板22側から、酸化イットリウム(Y2O3)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、酸化セリウム(CeO2)が積層された構造を有する。
The second
接続層30は、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。接続層30は、第1の超電導層16に接する。接続層30は、第2の超電導層26に接する。
The
接続層30は、酸化物超電導層である。接続層30は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及び、ルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。
接続層30は、複数の高密度領域30aと少なくとも一つの低密度領域30bを含む。
The
複数の高密度領域30aは、第1の高密度領域30a1、第2の高密度領域30a2、及び第3の高密度領域30a3を含む。第1の高密度領域30a1は第1の領域の一例である。また、第2の高密度領域30a2は第2の領域の一例である。また、第3の高密度領域30a3は第4の領域の一例である。
The plurality of high-
少なくとも一つの低密度領域30bは、第1の低密度領域30b1、第2の低密度領域30b2を含む。第1の低密度領域30b1は、第3の領域の一例である。また、第2の低密度領域30b2は、第5の領域の一例である。
At least one low-
図2は、第1の実施形態の接続層の模式平面図である。図2は、第1の超電導層16と接続層30との界面に平行な面における接続層30の、高密度領域30a及び低密度領域30bの配置パターンを示す。
Figure 2 is a schematic plan view of the connection layer of the first embodiment. Figure 2 shows the arrangement pattern of the
接続層30の第1の方向の長さは、接続層30の第2の方向の長さより短い。言い換えれば、第1の方向は接続層30の短辺方向であり、第2の方向は接続層30の長辺方向である。
The length of the
第1の方向及び第2の方向は第1の超電導層16と接続層30との界面に沿った方向である。また、第2の方向は第1の方向に対して垂直な方向である。
The first direction and the second direction are directions along the interface between the
高密度領域30aと低密度領域30bは、第2の方向に繰り返し配置される。低密度領域30bは2つの高密度領域30aの間に設けられる。
High-
例えば、高密度領域30aは第2の方向に等間隔で配置される。また、例えば、低密度領域30bは、第2の方向に等間隔で配置される。
For example, the
例えば、第1の低密度領域30b1は、第1の高密度領域30a1と第2の高密度領域30a2との間に設けられる。また、例えば、第2の低密度領域30b2は、第2の高密度領域30a2と第3の高密度領域30a3との間に設けられる。 For example, the first low-density region 30b1 is provided between the first high-density region 30a1 and the second high-density region 30a2. Also, for example, the second low-density region 30b2 is provided between the second high-density region 30a2 and the third high-density region 30a3.
低密度領域30bは、接続層30の側面30sに露出する。例えば、第1の低密度領域30b1は、接続層30の側面30sに露出する。また、例えば、第2の低密度領域30b2は、接続層30の側面に露出する。
The low-
低密度領域30bの第1の方向の両方の端部が、接続層30の側面30sに露出する。
Both ends of the
低密度領域30bの接続層30の短辺方向の両方の端部が、接続層30の長辺側の側面30sに露出する。
Both ends of the short side of the
図1は、第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面である。図1は、第1の方向に垂直な断面である。
FIG. 1 is a cross section perpendicular to the interface between the
第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面において、低密度領域30bの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅は、高密度領域30aの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅よりも小さい。低密度領域30bの第2の方向の幅は、高密度領域30aの第2の方向の幅よりも小さい。
In a cross section perpendicular to the interface between the
例えば、第1の低密度領域30b1の第2の方向の第3の幅w3は、第1の高密度領域30a1の第2の方向の第1の幅w1、及び、第2の高密度領域30a2の第2の方向の第2の幅w2よりも小さい。 For example, the third width w3 in the second direction of the first low-density region 30b1 is smaller than the first width w1 in the second direction of the first high-density region 30a1 and the second width w2 in the second direction of the second high-density region 30a2.
例えば、第2の低密度領域30b2の第2の方向の第5の幅w5は、第2の高密度領域30a2の第2の方向の第2の幅w2、及び、第3の高密度領域30a3の第2の方向の第4の幅w4よりも小さい。 For example, the fifth width w5 in the second direction of the second low-density region 30b2 is smaller than the second width w2 in the second direction of the second high-density region 30a2 and the fourth width w4 in the second direction of the third high-density region 30a3.
第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面において、低密度領域30bの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅は、例えば、高密度領域30aの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅の5%以上50%以下である。低密度領域30bの第2の方向の幅は、例えば、高密度領域30aの第2の方向の幅の5%以上50%以下である。
In a cross section perpendicular to the interface between the
例えば、第1の低密度領域30b1の第2の方向の第3の幅w3は、第1の高密度領域30a1の第2の方向の第1の幅w1、及び、第2の高密度領域30a2の第2の方向の第2の幅w2の5%以上50%以下である For example, the third width w3 in the second direction of the first low-density region 30b1 is 5% to 50% of the first width w1 in the second direction of the first high-density region 30a1 and the second width w2 in the second direction of the second high-density region 30a2.
例えば、第2の低密度領域30b2の第2の方向の第5の幅w5は、第2の高密度領域30a2の第2の方向の第2の幅w2、及び、第3の高密度領域30a3の第2の方向の第4の幅w4の5%以上50%以下である For example, the fifth width w5 in the second direction of the second low-density region 30b2 is 5% to 50% of the second width w2 in the second direction of the second high-density region 30a2 and the fourth width w4 in the second direction of the third high-density region 30a3.
第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面において、低密度領域30bの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅は、例えば、10μm以上である。低密度領域30bの第2の方向の幅は、例えば、10μm以上である。
In a cross section perpendicular to the interface between the
第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面において、低密度領域30bの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅は、例えば、第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な方向の接続層30の厚さよりも大きい。低密度領域30bの第2の方向の幅は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さよりも大きい。
In a cross section perpendicular to the interface between the
図3は、第1の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図である。図3は、第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面である。図3は、第1の高密度領域30a1の一部、第2の高密度領域30a2の一部、及び、第1の低密度領域30b1を含む断面である。
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the connection layer of the first embodiment. FIG. 3 is a cross section perpendicular to the interface between the
接続層30は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び空孔33を含む。接続層30は、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32が焼結することにより形成されている。
第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32は、結晶粒子の一例である。
The
接続層30は、例えば、多孔質である。例えば、接続層30に含まれる粒子の間に空孔33(Void)が存在する。接続層30には、空孔33が存在しなくても構わない。
The
第1の結晶粒子31は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第1の結晶粒子31は、希土類酸化物である。第1の結晶粒子31は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。
The
第1の結晶粒子31は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。第1の結晶粒子31は、例えば、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、YBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)、又はEuBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The
第1の結晶粒子31は、超電導体である。
The
第1の結晶粒子31は、例えば、板状又は扁平形状である。扁平形状とは、粒子のアスペクト比が2以上であることを意味する。粒子のアスペクト比とは、粒子の短径に対する長径の比(長径/短径)である。
The
第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、100nm以上10μm以下である。第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図3中のt)より大きい。
The median length of the
第1の結晶粒子31の長軸方向は、例えば、第1の超電導層16と接続層30の界面に対して傾斜する。第1の結晶粒子31の長軸方向の、第1の超電導層16と接続層30の界面に対する角度は第1の傾斜角である。第1の傾斜角は、例えば、15度以上90度以下である。
For example, the long axis direction of the
第2の結晶粒子32は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第2の結晶粒子32は、希土類酸化物である。第2の結晶粒子32は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第2の結晶粒子32は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The
第2の結晶粒子32は、例えば、超電導体である。
The
第2の結晶粒子32は、例えば、第1の結晶粒子31と同一の希土類元素を含む。第2の結晶粒子32の化学組成は、例えば、第1の結晶粒子31の化学組成と同一である。
The
第2の結晶粒子32は、例えば、第1の結晶粒子31と異なる希土類元素を含んでも構わない。第2の結晶粒子32の化学組成は、例えば、第1の結晶粒子31の化学組成と異なっても構わない。
The
第2の結晶粒子32は、例えば、球状又は不定形状である。第2の結晶粒子32のアスペクト比は、例えば、2未満である。
The
第2の結晶粒子32の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径の中央値よりも小さい。第2の結晶粒子32の長径の中央値は、例えば、10nm以上1μm未満である。
The median length of the
第1の結晶粒子31の長径の中央値は、例えば、第2の結晶粒子32の長径の中央値の10倍以上1000倍以下である。
The median length of the
図4は、第1の実施形態の結晶粒子の長径及び短径の定義を示す図である。図4は第1の結晶粒子31を例にした図である。
FIG. 4 is a diagram showing definitions of the major axis and minor axis of the crystal grains of the first embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating the
粒子の長径とは、粒子の外周の任意の2点間の長さの中の最大の長さである。また、粒子の短径とは、長径に対応する線分の中点を通り、上記線分に垂直で、粒子の外周を両端部とする線分の長さである。 The major axis of a particle is the maximum length between any two points on the outer periphery of the particle. The short axis of a particle is the length of a line segment that passes through the midpoint of the line segment corresponding to the long axis, is perpendicular to the line segment, and has both ends at the outer periphery of the particle.
例えば、図4に示す第1の結晶粒子31の場合の長径は、線分L1の長さである。また、図4に示す第1の結晶粒子31の場合の短径は、線分S1の長さである。線分S1は線分L1の中点M1を通る。図4に示す第1の結晶粒子31のアスペクト比は、L1/S1である。
For example, the major axis of the
図5は、第1の実施形態の接続層に含まれる結晶粒子の長径分布を示す図である。図5は、接続層30に含まれる第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32の長径分布を示す。
FIG. 5 is a diagram showing the long axis distribution of crystal grains included in the connection layer of the first embodiment. FIG. 5 shows the long axis distribution of the
図5に示すように、接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、バイモーダル分布である。バイモーダル分布は、第1のピーク(図5中のPk1)を含む第1の分布と、第2のピーク(図5中のPk2)を含む第2の分布を有する。接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、第1のピークPk1と第2のピークPk2の二つのピークを有する。
As shown in FIG. 5, the major axis distribution of the crystal particles contained in the
第1のピークPk1に対応する長径が第1の長径(図5中のd1)である。第2のピークPk2に対応する長径が第2の長径(図5中のd2)である。 The major axis corresponding to the first peak Pk1 is the first major axis (d1 in FIG. 5). The major axis corresponding to the second peak Pk2 is the second major axis (d2 in FIG. 5).
第1の長径d1は、第2の長径d2よりも大きい。第1の長径d1は、例えば、第2の長径d2の10倍以上1000倍以下である。 The first major axis d1 is larger than the second major axis d2. The first major axis d1 is, for example, 10 times or more and 1000 times or less the second major axis d2.
第1の長径d1は、例えば、100nm以上10μm以下である。第2の長径d2は、例えば、10nm以上1μm未満である。 The first major axis d1 is, for example, 100 nm or more and 10 μm or less. The second major axis d2 is, for example, 10 nm or more and less than 1 μm.
なお、接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、ピークが二つ以上となるマルチモーダル分布であっても構わない。
The major axis distribution of the crystal particles contained in the
図3に示すように、高密度領域30aは、結晶粒子を含む。高密度領域30aは、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む。例えば、第1の高密度領域30a1及び第2の高密度領域30a2は、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む。
As shown in FIG. 3, the
図3に示すように、低密度領域30bは、結晶粒子を含まない。低密度領域30bは、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含まない。例えば、第1の低密度領域30b1は、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含まない。
As shown in FIG. 3, the
低密度領域30bは、例えば、二つの高密度領域30aの間の空隙37(Air Gap)である。例えば、第1の低密度領域30b1は、第1の高密度領域30a1と第2の高密度領域30a2の間の空隙37である。
The
図3に示すように、第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直な断面において、高密度領域30aの結晶粒子の占有割合は、低密度領域30bの結晶粒子の占有割合よりも大きい。例えば、第1の高密度領域30a1の結晶粒子の第1の占有割合、及び、第2の高密度領域30a2の結晶粒子の第2の占有割合は、第1の低密度領域30b1の結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい。
As shown in FIG. 3, in a cross section perpendicular to the interface between the
また、例えば、第2の高密度領域30a2の結晶粒子の第2の占有割合及び第3の高密度領域30a3の結晶粒子の第4の占有割合は、第2の低密度領域30b2の結晶粒子の第5の占有割合よりも大きい。 Furthermore, for example, the second occupancy ratio of crystal grains in the second high-density region 30a2 and the fourth occupancy ratio of crystal grains in the third high-density region 30a3 are It is larger than the fifth occupancy rate.
なお、結晶粒子の占有割合とは、第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直な断面において、各領域の断面積に占める結晶粒子の面積の割合である。例えば、各領域の中の単位面積に占める結晶粒子の面積の割合を結晶粒子の占有割合とすることも可能である。
The crystal grain occupancy rate is the ratio of the area of the crystal grains to the cross-sectional area of each region in a cross section perpendicular to the interface between the
次に、第1の実施形態の超電導層の接続構造の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the superconducting layer connection structure of the first embodiment will be described.
最初に、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を形成する。以下、希土類元素(RE)がガドリニウム(Gd)である場合を例に説明するが、希土類元素(RE)がガドリニウム(Gd)以外の元素であっても、同様の方法で第1の実施形態の超電導層の接続構造を製造できる。 First, an oxide superconductor containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O) is formed. The following will explain the case where the rare earth element (RE) is gadolinium (Gd), but even if the rare earth element (RE) is an element other than gadolinium (Gd), the same method can be applied to the first embodiment. A connection structure of superconducting layers can be manufactured.
酸化物超電導体は、例えば、固相反応法により形成する。酸化物超電導体の形成においては、Gd2O3、BaCO3、及びCuOの粉末を混合して圧縮し、圧粉体を作製する。圧粉体を焼結することにより、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)組成の酸化物超電導体が形成される。 The oxide superconductor is formed, for example, by a solid phase reaction method. In forming an oxide superconductor, powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 , and CuO are mixed and compressed to produce a green compact. By sintering the powder compact, an oxide superconductor having a composition of GdBa 2 Cu 3 O δ (6≦δ≦7) is formed.
酸化物超電導体を粉砕することにより、アスペクト比が2以上の第1の結晶粒子31を形成する。例えば、粉砕の程度や方法を変えることによって、異なるアスペクト比及び異なる長径の結晶粒子を形成できる。
By crushing the oxide superconductor,
次に、例えば、MOD法を用いて接続層30を形成する。
Next, the
Gd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2の粉末を用い有機金属塩溶液を作製する。作製された有機金属塩溶液に第1の結晶粒子を混合してスラリーを作製する。 An organometallic salt solution is prepared using powders of Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2. The prepared organometallic salt solution is mixed with first crystal particles to prepare a slurry.
次に、スラリーを、第1の超電導層16の上に塗布する。第1の超電導層16の上にスラリーを塗布する際に、スラリーが塗布された領域とスラリーが塗布されない領域を交互に作る。
Next, the slurry is applied onto the
その後、酸素雰囲気中で第1の熱処理を行う。第1の熱処理は、例えば、400℃以上600℃以下の温度で行う。第1の熱処理によりスラリーの仮焼成が行われ、接続層の膜が形成される。 After that, a first heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. The first heat treatment is performed, for example, at a temperature of 400° C. or higher and 600° C. or lower. The slurry is pre-baked by the first heat treatment, and a connection layer film is formed.
別の方法として、スラリーを第1の超電導層16の上の全面に塗布した後、上記第1の熱処理を行い接続層の膜を形成してもよい。このように形成した接続層の膜に対して、所望の第3の領域の形状となるように接続層の膜を削り取る。例えば、接続層の膜は、綿棒などで物理的に剥がしとる。
As an alternative method, the slurry may be applied to the entire surface of the
次に、接続層の膜を、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に挟み込んで加圧する。接続層の膜を加圧した状態で、大気雰囲気中で第2の熱処理を行う。第2の熱処理は、例えば、700℃以上900℃以下の温度で行う。
Next, the connection layer film is sandwiched between the
次に、酸素雰囲気中で第3の熱処理を行う。第3の熱処理は、例えば、400℃以上600℃以下の温度で行う。第3の熱処理により、接続層の膜の本焼成が行われ、接続層30が形成される。
Next, a third heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. The third heat treatment is performed, for example, at a temperature of 400°C or higher and 600°C or lower. The third heat treatment performs the main firing of the connection layer film, and the
スラリーの焼成により、第2の結晶粒子32が形成される。第2の結晶粒子32の長径は、第1の結晶粒子31の長径よりも小さくなる。
By firing the slurry,
第1の超電導層16と第2の超電導層26との間で、スラリーが塗布された領域が第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む高密度領域30aとなる。また、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間で、スラリーが塗布されない領域が、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含まない低密度領域30bとなる。
The region to which the slurry is applied between the
以上の方法により、第1の超電導層16と第2の超電導層26とが接続される。以上の方法により、第1の実施形態の超電導層の接続構造100が製造される。
By the above method, the
次に、第1の実施形態の超電導層の接続構造の作用等について説明する。 Next, we will explain the function of the superconducting layer connection structure of the first embodiment.
例えば、核磁気共鳴装置(NMR)や磁気共鳴画像診断装置(MRI)では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。 For example, in a nuclear magnetic resonance apparatus (NMR) or a magnetic resonance imaging apparatus (MRI), a superconducting coil is used to generate a strong magnetic field. A superconducting coil is formed by winding a superconducting wire around a winding frame.
超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、2本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。 To make superconducting wire longer, for example, multiple superconducting wires are connected. For example, the ends of two superconducting wires are connected using a connection structure. The connection structure for connecting superconducting wires is required to have low electrical resistance and high mechanical strength.
第1の実施形態の超電導層の接続構造100の接続層30は、結晶粒子を含まない低密度領域30bを備える。低密度領域30bとなる領域は、接続層30を焼成で形成する際に、スラリーの側面に露出しており、かつ、スラリーが塗布されていないため、酸素の供給パスとして機能させることができる。
そのため、スラリーの内部で、雰囲気中に暴露されているスラリーの側面から距離が遠い領域でも、酸素がスラリーに十分に供給されることができる。
酸素が十分に接続層内の結晶粒子に供給されることで、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成の結晶粒子中の酸素が欠乏することがなくなるので、接続層の電気抵抗を低くすることができる。
さらに、酸素がスラリーに十分に供給されることで、接続層内の結晶粒子同士の結合を強くすることができる。したがって、接続層の機械的強度を高くすることができる。
The
Therefore, oxygen can be sufficiently supplied to the slurry even in an area inside the slurry that is far from the side surface of the slurry that is exposed to the atmosphere.
By supplying a sufficient amount of oxygen to the crystal grains in the connection layer, there is no shortage of oxygen in the crystal grains having a chemical composition expressed by, for example, ( RE ) Ba2Cu3Oδ (RE is a rare earth element, 6≦δ≦7), and therefore the electrical resistance of the connection layer can be reduced.
Furthermore, by supplying a sufficient amount of oxygen to the slurry, the bonds between the crystal grains in the connection layer can be strengthened, and therefore the mechanical strength of the connection layer can be increased.
第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面において、低密度領域30bの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅は、高密度領域30aの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅よりも小さいことが好ましい。
高密度領域と低密度領域の幅の大小関係が高密度領域>低密度領域であることで、電気抵抗を抑制しながら機械的強度も高めることができる。結晶粒子の存在しない低密度領域30bの幅が大きくなると。接続層30の電気抵抗が高くなるおそれがある。また、結晶粒子の存在しない低密度領域30bの幅が大きくなると接続層30の機械的強度が低くなるおそれがある。
In a cross section perpendicular to the interface between the
By making the width relationship between the high density region and the low density region such that the high density region is larger than the low density region, it is possible to suppress the electrical resistance while increasing the mechanical strength. If the width of the
接続層30の電気抵抗を低くし、接続層30の機械的強度を高くする観点から、第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面において、低密度領域30bの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅は、高密度領域30aの第1の超電導層16と接続層30の界面に平行な方向の幅の50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましい。
From the viewpoint of reducing the electrical resistance of the
低密度領域30bは、接続層30の長辺側の側面に露出することが好ましい。いいかえれば、低密度領域30bは、接続層30の短辺の延びる方向の端部が接続層30の側面に露出することが好ましい。接続層30の側面からの酸素の供給パスの距離を短くできるため、スラリーの内部への酸素の供給効率が高くなる。よって、接続層30の電気抵抗が低くなり、機械的強度が高くなる。
It is preferable that the low-
図5に示すように、第1の実施形態の超電導層の接続構造100は、接続層30の高密度領域30aに含まれる結晶粒子の粒径分布が、バイモーダル分布を含む。接続構造100は、粒径の大きい第1の結晶粒子31を備えることで、接続層30の中に占める結晶粒子界面が減少する。したがって、結晶粒子界面の界面抵抗が接続層30の電気抵抗を増加させることが抑制される。よって、接続構造100の電気抵抗が低くなる。
As shown in FIG. 5, in the superconducting
また、第1の実施形態の超電導層の接続構造100は、粒径の小さい第2の結晶粒子32が、粒径の大きい第1の結晶粒子31の間を充填している。第2の結晶粒子32が間に介在することにより、第1の結晶粒子31同士の結合強度が高くなる。よって、接続層30の機械的強度が高くなり、接続構造100の機械的強度が高くなる。
Furthermore, in the superconducting
ここで、第1の実施形態の超電導層の接続層について、結晶粒子の占有割合、第1の領域などの幅及び長さの測定方法について説明する。 Here, regarding the connection layer of the superconducting layer of the first embodiment, a method of measuring the occupation ratio of crystal grains, the width and length of the first region, etc. will be explained.
<結晶粒子の占有割合>
結晶粒子の占有割合は、例えば、次のように測定する。
<Occupancy ratio of crystal particles>
The occupancy rate of crystal particles is measured, for example, as follows.
まず、第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直で接続層30の第1の領域、第2の領域及び第3の領域を含む面の断面をSEMで撮像する。SEMで撮像する断面は、例えば、集束イオンビーム(Focused Ion Beam)を用いて接続層から切り出す。SEMで撮像する際の倍率は、例えば、2千倍以上1万倍以下である。
First, a cross-section of a plane perpendicular to the interface between the
断面は一つの接続層30から、例えば、5箇所得る。粒子と樹脂などの領域についてはSEM像からのコントラストから判断することができる。それぞれの箇所で第1の領域、第2の領域、及び第3の領域での結晶粒子の占有割合を求める。具体的には各領域の占有割合は、例えば、ImageJなどの市販の画像解析ソフトを用いて行うことができる。
For example, five cross sections are obtained from one
得られた各領域の占有割合を各領域で平均する。得られた平均値を接続層30の各領域の占有割合とする。
The obtained occupancy ratios for each region are averaged. The obtained average values are regarded as the occupancy ratios for each region of the
<領域の幅及び長さの測定>
第1の領域、第2の領域、及び第3の領域など、領域の幅の測定は次のように行う。
<Measurement of area width and length>
The widths of regions such as the first region, second region, and third region are measured as follows.
まず、第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直で接続層30の第1の領域、第2の領域及び第3の領域を含む面の断面をSEMで撮像する。SEMで撮像する断面は、例えば、集束イオンビーム(Focused Ion Beam)を用いて接続層から切り出す。SEMで撮像する際の倍率は、例えば、2千倍以上1万倍以下である。
First, a cross section of the surface perpendicular to the interface between the
断面は一つの接続層30から、例えば、5箇所得る。それぞれの箇所で第1の領域、第2の領域、及び第3の領域の幅を測定する。
For example, five cross sections are obtained from one
<領域の長さの測定>
第1の領域、第2の領域、及び第3の領域など、領域の長さの測定は次のように行う。
<Measurement of area length>
The lengths of regions such as the first region, second region, and third region are measured as follows.
まず、接続層30上の第2の超電導層26等を除去する。第2の超電導層26等は、例えば、機械的研磨法により除去する。露出した接続層30の上面をSEMで撮像する。SEMで撮像する際の倍率は、例えば、百倍以上千倍以下である。
First, the
各領域の、接続層30の短辺方向及び接続層30の長辺方向の長さを測定する。各領域の長さは、SEM画像上で測定できる。
The length of each region in the short side direction of the
他の第4の領域及び第5の領域についても同様に測定する。 The other fourth and fifth regions are also measured in the same manner.
(第1の変形例)
第1の実施形態の第1の変形例の接続構造は、第3の領域が樹脂を含む点で、第1の実施形態の接続構造と異なる。
(First modification)
The connection structure of the first modification of the first embodiment differs from the connection structure of the first embodiment in that the third region includes resin.
図6は、第1の実施形態の第1の変形例の接続層の一部の拡大模式断面図である。図6は、図3に対応する図である。 FIG. 6 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the connection layer of the first modification of the first embodiment. FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 3.
第1の変形例の接続構造の接続層30は、低密度領域30bが樹脂36を含む。樹脂36中には、空隙37が含まれる。樹脂36は、例えば、接続層30が形成された後、含浸法により低密度領域30bに形成される。樹脂36は、例えば、エポキシ樹脂である。
In the
第1の変形例の接続構造は、接続層30が樹脂36を含むことで機械的強度が高くなる。
The connection structure of the first modified example has high mechanical strength because the
(第2の変形例)
図7は、第1の実施形態の第2の変形例の接続層の模式平面図である。図7は、図2に対応する図である。
(Second modification)
FIG. 7 is a schematic plan view of a connection layer of a second modification of the first embodiment. FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 2.
第2の変形例の接続層30は、低密度領域30bが第2の方向に延びる。第2の変形例の接続層30は、低密度領域30bが接続層30の長辺方向に延びる。
In the second modified
(第3の変形例)
図8は、第1の実施形態の第3の変形例の接続層の模式平面図である。図8は、図2に対応する図である。
(Third Modification)
8 is a schematic plan view of a connection layer according to a third modified example of the first embodiment, and corresponds to FIG.
第3の変形例の接続層30は、低密度領域30bが第1の方向及び第2の方向に延びる。第3の変形例の接続層30は、低密度領域30bが接続層30の短辺方向及び長辺方向に延びる。
In the third modified
(第4の変形例)
図9は、第1の実施形態の第4の変形例の接続層の模式平面図である。図9は、図2に対応する図である。
(Fourth modification)
FIG. 9 is a schematic plan view of the connection layer of the fourth modification of the first embodiment. FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 2.
第4の変形例の接続層30は、低密度領域30bが第1の方向に延び、第1の方向の一方の端部のみが接続層30の側面に露出する。第4の変形例の接続層30は、低密度領域30bが接続層30の短辺方向に延び、接続層30の短辺方向の一方の端部のみが接続層30の側面に露出する。例えば低密度領域30bが一方の端部に露出するものと、他方の端部に露出するものとで互い違いに配置される。
In the fourth modified example, the
(第5の変形例)
図10は、第1の実施形態の第5の変形例の接続層の模式平面図である。図10は、図2に対応する図である。
(Fifth modification)
FIG. 10 is a schematic plan view of the connection layer of the fifth modification of the first embodiment. FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 2.
第5の変形例の接続層30は、低密度領域30bが第1の方向及び第2の方向の両方向に斜交する方向に延びる。第3の変形例の接続層30は、低密度領域30bが接続層30の短辺方向及び長辺方向の両方向に斜交する方向に延びる。
In the fifth modified example, the
以上、第1の実施形態の超電導層の接続構造及び変形例は、第1の超電導層と、第2の超電導層と、第1の超電導層と第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含む、接続層と、を備え、接続層は、第1の領域と、第2の領域と、第1の領域と第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、第1の領域及び第2の領域は結晶粒子を含み、第3の領域は結晶粒子を含むか又は含まず、第3の領域は、接続層の側面に露出し、第1の超電導層と接続層との界面に垂直で第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を含む断面において、第1の領域の結晶粒子の第1の占有割合及び第2の領域の結晶粒子の第2の占有割合は、第3の領域の結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい、超電導層の接続構造である。この構造を有することで、第3の領域から酸素を得ることができるので、接続層の中心部での結晶粒子の未反応領域を低減することができる。そのため、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。 As described above, the superconducting layer connection structure and modification of the first embodiment are provided between the first superconducting layer, the second superconducting layer, the first superconducting layer and the second superconducting layer, a connection layer containing crystal particles containing rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), the connection layer comprising a first region, a second region and , a third region provided between the first region and the second region, the first region and the second region contain crystal grains, and the third region contains crystal grains. The third region is exposed on the side surface of the connection layer, is perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer, and includes the first region, the second region, and the third region. In the cross section, a first occupancy ratio of crystal grains in the first region and a second occupancy ratio of crystal grains in the second region are larger than a third occupancy ratio of crystal grains in the third region. It is a layer connection structure. With this structure, oxygen can be obtained from the third region, so that the unreacted region of crystal particles in the center of the connection layer can be reduced. Therefore, low electrical resistance and high mechanical strength can be achieved.
(第2の実施形態)
第2の実施形態の超電導層の接続構造は、第3の領域は結晶粒子を含む点で、第1の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第1の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
Second Embodiment
The connection structure of the superconducting layers of the second embodiment differs from the connection structure of the superconducting layers of the first embodiment in that the third region includes crystal grains. Hereinafter, some of the contents that overlap with the first embodiment may be omitted.
図11は、第2の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図である。図3は、第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面である。図11は、第1の高密度領域30a1の一部、第2の高密度領域30a2の一部、及び、第1の低密度領域30b1を含む断面である。図11は、第1の実施形態の図3に対応する。
Figure 11 is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of the connection layer of the second embodiment. Figure 3 is a cross section perpendicular to the interface between the
接続層30は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び空孔33を含む。接続層30は、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32が焼結することにより形成されている。
第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32は、結晶粒子の一例である。
The
接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、バイモーダル分布である。バイモーダル分布は、第1のピークを含む第1の分布と、第2のピークを含む第2の分布を有する。接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、第1のピークと第2のピークの二つのピークを有する。
The length distribution of the crystal grains included in the
図11に示すように、高密度領域30aは、結晶粒子を含む。高密度領域30aは、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む。例えば、第1の高密度領域30a1及び第2の高密度領域30a2は、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む。
As shown in FIG. 11, the
高密度領域30aに含まれる結晶粒子の長径分布は、第1のピークと第2のピークの二つのピークを有する。高密度領域30aに含まれる結晶粒子の長径分布は、バイモーダル分布である。
The length distribution of crystal grains included in the high-
図11に示すように、低密度領域30bは、結晶粒子を含む。低密度領域30bは、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む。例えば、第1の低密度領域30b1及び第2の低密度領域30b2は、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む。
As shown in FIG. 11, the
低密度領域30bに含まれる結晶粒子の長径分布は、第1のピークと第2のピークの二つのピークを有する。低密度領域30bに含まれる結晶粒子の長径分布は、バイモーダル分布である。
The major axis distribution of the crystal particles contained in the low-
第1の結晶粒子31は、例えば、板状又は扁平形状である。
The
図11に示すように、第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直な断面において、高密度領域30aの結晶粒子の占有割合は、低密度領域30bの結晶粒子の占有割合よりも大きい。例えば、第1の高密度領域30a1の結晶粒子の第1の占有割合、及び、第2の高密度領域30a2の結晶粒子の第2の占有割合は、第1の低密度領域30b1の結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい。
As shown in FIG. 11, in a cross section perpendicular to the interface between the
第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直な断面において、低密度領域30bの結晶粒子の占有割合は、高密度領域30aの結晶粒子の占有割合の、例えば、10%以上50%以下である。例えば、第1の低密度領域30b1の結晶粒子の第3の占有割合は、第1の高密度領域30a1の結晶粒子の第1の占有割合、及び、第2の高密度領域30a2の結晶粒子の第2の占有割合の10%以上50%以下である。
In a cross section perpendicular to the interface between the
例えば、低密度領域30bに含まれる第2の結晶粒子32の占有割合は、高密度領域30aに含まれる第2の結晶粒子32の占有割合より小さい。
For example, the proportion of the
例えば、低密度領域30bに含まれる結晶粒子の長径の平均値は、高密度領域30aに含まれる結晶粒子の長径の平均値よりも大きい。例えば、第1の低密度領域30b1に含まれる結晶粒子の長径の平均値は、第1の高密度領域30a1に含まれる結晶粒子の長径の平均値よりも大きい。低密度領域30bに含まれる結晶粒子は、高密度領域30aに比べて、例えば、長径の大きな粒子の割合が大きい。
For example, the average long diameter of the crystal particles contained in the low-
次に、第2の実施形態の超電導層の接続構造の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the superconducting layer connection structure of the second embodiment will be described.
最初に、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を形成する。 First, an oxide superconductor containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O) is formed.
酸化物超電導体は、例えば、固相反応法により形成する。酸化物超電導体の形成においては、Gd2O3、BaCO3、及びCuOの粉末を混合して圧縮し、圧粉体を作製する。圧粉体を焼結することにより、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)組成の酸化物超電導体が形成される。 The oxide superconductor is formed, for example, by a solid-state reaction method. In forming the oxide superconductor, powders of Gd2O3 , BaCO3 , and CuO are mixed and compressed to produce a green compact. The green compact is sintered to form an oxide superconductor having a composition of GdBa2Cu3Oδ (6≦δ≦7).
酸化物超電導体を粉砕することにより、アスペクト比が2以上の第1の結晶粒子31を形成する。例えば、粉砕の程度や方法を変えることによって、異なるアスペクト比及び異なる長径の結晶粒子を形成できる。
By crushing the oxide superconductor,
次に、例えば、MOD法を用いて接続層30を形成する。
Next, the
Gd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2の粉末を用い有機金属塩溶液を作製する。作製された有機金属塩溶液に第1の結晶粒子を混合してスラリーを作製する。このとき、有機金属塩濃度の高い有機金属塩溶液を用いた第1のスラリーと、有機金属塩濃度の低い有機金属塩溶液を用いた第2のスラリーを準備する。 An organometallic salt solution is prepared using powders of Gd( OCOCH3 ) 2 , Ba( OCOCH3 ) 2 , and Cu( OCOCH3 ) 2 . The prepared organometallic salt solution is mixed with first crystal particles to prepare a slurry. At this time, a first slurry using an organometallic salt solution with a high organometallic salt concentration and a second slurry using an organometallic salt solution with a low organometallic salt concentration are prepared.
次に、スラリーを、第1の超電導層16の上に塗布する。第1の超電導層16の上にスラリーを塗布する際に、第1のスラリーが塗布された領域と、第2のスラリーが塗布された領域を交互に作る。
Next, the slurry is applied onto the
その後、酸素雰囲気中で第1の熱処理を行う。第1の熱処理は、例えば、400℃以上600℃以下の温度で行う。第1の熱処理によりスラリーの仮焼成が行われ、接続層の膜が形成される。 Then, a first heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. The first heat treatment is performed, for example, at a temperature of 400°C or higher and 600°C or lower. The first heat treatment pre-calcines the slurry, forming a film of the connection layer.
次に、接続層の膜を、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に挟み込んで加圧する。接続層の膜を加圧した状態で、大気雰囲気中で第2の熱処理を行う。第2の熱処理は、例えば、700℃以上900℃以下の温度で行う。
Next, the connection layer film is sandwiched between the
次に、酸素雰囲気中で第3の熱処理を行う。第3の熱処理は、例えば、400℃以上600℃以下の温度で行う。第3の熱処理により、接続層の膜の本焼成が行われ、接続層30が形成される。
Next, a third heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. The third heat treatment is performed, for example, at a temperature of 400° C. or higher and 600° C. or lower. Through the third heat treatment, the main firing of the connection layer film is performed, and the
スラリーの焼成により、第2の結晶粒子32が形成される。第2の結晶粒子32の長径は、第1の結晶粒子31の長径よりも小さくなる。
By firing the slurry,
第1の超電導層16と第2の超電導層26との間で、第1のスラリーが塗布された領域が第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む高密度領域30aとなる。また、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間で、第2のスラリーが塗布された領域が、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含み、第2の結晶粒子32の占有割合が小さい低密度領域30bとなる。
The region to which the first slurry is applied between the
以上の方法により、第1の超電導層16と第2の超電導層26とが接続される。以上の方法により、第2の実施形態の超電導層の接続構造が製造される。
By the above method, the
次に、第2の実施形態の超電導層の接続構造の作用等について説明する。 Next, we will explain the function of the superconducting layer connection structure of the second embodiment.
第2の実施形態の超電導層の接続構造の接続層30は、結晶粒子の占有割合が小さい低密度領域30bを備える。低密度領域30bとなる領域は、接続層30を焼成で形成する際に、スラリーの側面に露出しており、スラリーの溶液が低濃度で第2の結晶粒子32が形成される量が少ないため、空隙が多く、酸素の供給パスとして機能させることができる。
The
したがって、接続層30を焼成で形成する際に、接続層30となるスラリー中に十分な量の酸素が供給できる。よって、接続層30の電気抵抗が低くなり、機械的強度が高くなる。
Therefore, when forming the
また、低密度領域30bが結晶粒子を含むことで、低密度領域30bにも電流を流すことが可能となる。したがって、接続層30の電気抵抗をさらに低くすることができる。
In addition, since the low-
また、低密度領域30bが結晶粒子を含むことで、低密度領域30bの機械的強度が高くなる。したがって、接続層30の機械的強度がより高くなる。
In addition, the low-
低密度領域30bに含まれる結晶粒子の長径の平均値は、高密度領域30aに含まれる結晶粒子の長径の平均値よりも大きいことが好ましい。低密度領域30bに含まれる結晶粒子の中で、電流パスとして主に機能する第1の結晶粒子31の割合を大きくすることで、接続層30のより電気抵抗を低くすることできる。
The average long diameter of the crystal particles contained in the low-
第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直な断面において、低密度領域30bの結晶粒子の占有割合は、高密度領域30aの結晶粒子の占有割合の、10%以上50%以下であることが好ましい。上記下限値を上回ることで、低密度領域30bの電気抵抗が低くなり、接続層30の電気抵抗が低くすることができる。上記下限値を上回ることで、接続層30の機械的強度が高くすることができる。また、上記上限値を下回ることで、接続層30を形成する際の、酸素の供給パスとしての機能を向上させることができる。
In a cross section perpendicular to the interface between the
以上、第2の実施形態の超電導層の接続構造及び変形例によれば、接続層の低密度領域に結晶粒子が存在することで、より低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。 As described above, according to the connection structure and modified example of the superconducting layer of the second embodiment, the presence of crystal grains in the low-density region of the connection layer makes it possible to achieve lower electrical resistance and high mechanical strength.
(第3の実施形態)
第3の実施形態の超電導層の接続構造は、第1の領域に含まれる結晶粒子の長径の分布は、三つのピークを有し、第3の領域は結晶粒子を含み、第3の領域に含まれる結晶粒子の長径の分布は、二つのピークを有する点で、第1の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。また、第1の領域に含まれる結晶粒子の長径の分布は、三つのピークを有する点で、第2の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第1の実施形態及び第2の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
Third Embodiment
The superconducting layer connection structure of the third embodiment differs from the superconducting layer connection structure of the first embodiment in that the distribution of the major axes of the crystal grains contained in the first region has three peaks, the third region contains crystal grains, and the distribution of the major axes of the crystal grains contained in the third region has two peaks. Also, the superconducting layer connection structure of the second embodiment differs from the superconducting layer connection structure of the second embodiment in that the distribution of the major axes of the crystal grains contained in the first region has three peaks. Hereinafter, some of the contents that overlap with the first and second embodiments may be omitted.
図12は、第3の実施形態の接続層の一部の拡大模式断面図である。図12は、第1の超電導層16と接続層30の界面に垂直な断面である。図12は、第1の高密度領域30a1の一部、第2の高密度領域30a2の一部、及び、第1の低密度領域30b1を含む断面である。図12は、第1の実施形態の図3、第2の実施形態の図11に対応する。
FIG. 12 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the connection layer of the third embodiment. FIG. 12 is a cross section perpendicular to the interface between the
第3の実施形態の接続層30は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、第3の結晶粒子34、及び空孔33を含む。接続層30は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び第3の結晶粒子34が焼結することにより形成されている。
The
第3の実施形態の接続層30は、第3の結晶粒子34を含む点で、第1の実施形態の接続層30及び第2の実施形態の接続層30と異なる。
The
第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び第3の結晶粒子34は、結晶粒子の一例である。
The
第3の結晶粒子34は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。第3の結晶粒子34は、希土類酸化物である。第3の結晶粒子34は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第3の結晶粒子34は、例えば、(RE)Ba2Cu3Oδ(REは希土類元素、6≦δ≦7)で表記される化学組成を有する。
The
第3の結晶粒子34は、超電導体である。
The
第3の結晶粒子34は、例えば、第1の結晶粒子31と同一の希土類元素を含む。第3の結晶粒子34の化学組成は、例えば、第1の結晶粒子31の化学組成と同一である。
The
第3の結晶粒子34は、例えば、第1の結晶粒子31と異なる希土類元素を含んでも構わない。第3の結晶粒子34の化学組成は、例えば、第1の結晶粒子31の化学組成と異なっても構わない。
The
第3の結晶粒子34は、例えば、不定形状である。第3の結晶粒子34のアスペクト比は、第1の結晶粒子31のアスペクト比よりも小さい。第3の結晶粒子34のアスペクト比は、例えば、2未満である。
The
第3の結晶粒子34の長径の中央値は、第1の結晶粒子31の長径よりも小さい。第3の結晶粒子34の長径の中央値は、例えば、50nm以上5μm未満である。第3の結晶粒子34の長径の中央値は、例えば、接続層30の第1の超電導層16から第2の超電導層26に向かう方向の厚さ(図12中のt)より小さい。
The median long diameter of the
図13は、第3の実施形態の接続層に含まれる結晶粒子の長径分布を示す図である。図13は、接続層30に含まれる第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び第3の結晶粒子34の長径分布を示す。
FIG. 13 is a diagram showing the long axis distribution of crystal grains included in the connection layer of the third embodiment. FIG. 13 shows the length axis distribution of the
図13に示すように、接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、トリモーダル分布を有する。トリモーダル分布は、第1のピーク(図13中のPk1)を含む第1の分布と、第2のピーク(図13中のPk2)を含む第2の分布と、第3のピーク(図13中のPk3)を含む第3の分布を有する。接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、第1のピークPk1、第2のピークPk2、及び第3のピークPk3の三つのピークを有する。
As shown in FIG. 13, the length distribution of crystal grains included in the
なお、接続層30に含まれる結晶粒子の長径分布は、ピークが四つ以上となるマルチモーダル分布であっても構わない。
The major axis distribution of the crystal particles contained in the
第1のピークPk1に対応する長径が第1の長径(図13中のd1)である。第2のピークPk2に対応する長径が第2の長径(図13中のd2)である。第3のピークPk3に対応する長径が第3の長径(図13中のd3)である。 The major axis corresponding to the first peak Pk1 is the first major axis (d1 in FIG. 13). The major axis corresponding to the second peak Pk2 is the second major axis (d2 in FIG. 13). The major axis corresponding to the third peak Pk3 is the third major axis (d3 in FIG. 13).
第1の長径d1は、第3の長径d3よりも大きい。第2の長径d2は、第3の長径d3よりも小さい。第1の長径d1は、例えば、第2の長径d2の10倍以上1000倍以下である。第3の長径d3は、例えば、第2の長径d2の10倍以上1000倍以下である。 The first major diameter d1 is larger than the third major diameter d3. The second major diameter d2 is smaller than the third major diameter d3. The first major diameter d1 is, for example, 10 times or more and 1000 times or less than the second major diameter d2. The third major diameter d3 is, for example, 10 times or more and 1000 times or less than the second major diameter d2.
第1の長径d1は、例えば、100nm以上10μm以下である。第3の長径d3は、例えば、50nm以上5μm以下である。第2の長径d2は、例えば、10nm以上1μm未満である。 The first major diameter d1 is, for example, 100 nm or more and 10 μm or less. The third major diameter d3 is, for example, 50 nm or more and 5 μm or less. The second major diameter d2 is, for example, 10 nm or more and less than 1 μm.
第1の分布に含まれる結晶粒子は、主に第1の結晶粒子31である。第2の分布に含まれる結晶粒子は、主に第2の結晶粒子32である。第3の分布に含まれる結晶粒子は、第3の結晶粒子34である。
The crystal particles contained in the first distribution are mainly
図12に示すように、高密度領域30aは、結晶粒子を含む。高密度領域30aは、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び第3の結晶粒子34を含む。例えば、第1の高密度領域30a1及び第2の高密度領域30a2は、第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び第3の結晶粒子34を含む。
As shown in FIG. 12, the
高密度領域30aに含まれる結晶粒子の長径分布は、第1のピーク、第2のピーク、と第3のピークの三つのピークを有する。高密度領域30aに含まれる結晶粒子の長径分布は、トリモーダル分布である。
The length distribution of crystal grains included in the high-
図12に示すように、低密度領域30bは、結晶粒子を含む。低密度領域30bは、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む。例えば、第1の低密度領域30b1及び第2の低密度領域30b2は、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含む。
As shown in FIG. 12, the low-
低密度領域30bは、第3の結晶粒子34を含まない。
低密度領域30bに含まれる結晶粒子の長径分布は、第1のピークと第2のピークの二つのピークを有する。低密度領域30bに含まれる結晶粒子の長径分布は、バイモーダル分布である。
The major axis distribution of the crystal particles contained in the low-
第1の結晶粒子31は、例えば、板状又は扁平形状である。
The
図12に示すように、第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直な断面において、高密度領域30aの結晶粒子の占有割合は、低密度領域30bの結晶粒子の占有割合よりも大きい。例えば、第1の高密度領域30a1の結晶粒子の第1の占有割合、及び、第2の高密度領域30a2の結晶粒子の第2の占有割合は、第1の低密度領域30b1の結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい。
As shown in FIG. 12, in a cross section perpendicular to the interface between the
第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直な断面において、低密度領域30bの結晶粒子の占有割合は、高密度領域30aの結晶粒子の占有割合の、例えば、10%以上50%以下である。例えば、第1の低密度領域30b1の結晶粒子の第3の占有割合は、第1の高密度領域30a1の結晶粒子の第1の占有割合、及び、第2の高密度領域30a2の結晶粒子の第2の占有割合の10%以上50%以下である。
In a cross section perpendicular to the interface between the
例えば、低密度領域30bに含まれる第2の結晶粒子32の占有割合は、高密度領域30aに含まれる第2の結晶粒子32の占有割合より小さい。
For example, the proportion of the
例えば、低密度領域30bに含まれる結晶粒子の長径の平均値は、高密度領域30aに含まれる結晶粒子の長径の平均値よりも大きい。例えば、第1の低密度領域30b1に含まれる結晶粒子の長径の平均値は、第1の高密度領域30a1に含まれる結晶粒子の長径の平均値よりも大きい。
For example, the average long diameter of the crystal particles contained in the low-
次に、第3の実施形態の超電導層の接続構造の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing a superconducting layer connection structure according to the third embodiment will be described.
最初に、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む酸化物超電導体を形成する。 First, an oxide superconductor is formed that contains rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O).
酸化物超電導体は、例えば、固相反応法により形成する。酸化物超電導体の形成においては、Gd2O3、BaCO3、及びCuOの粉末を混合して圧縮し、圧粉体を作製する。圧粉体を焼結することにより、GdBa2Cu3Oδ(6≦δ≦7)組成の酸化物超電導体が形成される。 The oxide superconductor is formed, for example, by a solid-state reaction method. In forming the oxide superconductor, powders of Gd2O3 , BaCO3 , and CuO are mixed and compressed to produce a green compact. The green compact is sintered to form an oxide superconductor having a composition of GdBa2Cu3Oδ (6≦δ≦7).
酸化物超電導体を粉砕することにより、アスペクト比が2以上の第1の結晶粒子31を形成する。また、酸化物超電導体を粉砕することにより、アスペクト比が2未満で長径が第1の結晶粒子31より小さい第3の結晶粒子34を形成する。例えば、粉砕の程度や方法を変えることによって、異なるアスペクト比及び異なる長径の結晶粒子を形成できる。
By crushing the oxide superconductor,
次に、例えば、MOD法を用いて接続層30を形成する。
Next, the
Gd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2の粉末を用い有機金属塩溶液を作製する。作製された有機金属塩溶液に第1の結晶粒子31及び第3の結晶粒子34を混合して第1のスラリーを作製する。また、作製された有機金属塩溶液に第1の結晶粒子31のみを混合して第2のスラリーを作製する。
An organic metal salt solution is prepared using powders of Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 . The
次に、スラリーを、第1の超電導層16の上に塗布する。第1の超電導層16の上にスラリーを塗布する際に、第1のスラリーが塗布された領域と、第2のスラリーが塗布された領域を交互に作る。
Next, the slurry is applied onto the
その後、酸素雰囲気中で第1の熱処理を行う。第1の熱処理は、例えば、400℃以上600℃以下の温度で行う。第1の熱処理によりスラリーの仮焼成が行われ、接続層の膜が形成される。 After that, a first heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. The first heat treatment is performed, for example, at a temperature of 400° C. or higher and 600° C. or lower. The slurry is pre-baked by the first heat treatment, and a connection layer film is formed.
次に、接続層の膜を、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に挟み込んで加圧する。接続層の膜を加圧した状態で、大気雰囲気中で第2の熱処理を行う。第2の熱処理は、例えば、700℃以上900℃以下の温度で行う。
Next, the connection layer film is sandwiched between the
次に、酸素雰囲気中で第3の熱処理を行う。第3の熱処理は、例えば、400℃以上600℃以下の温度で行う。第3の熱処理により、接続層の膜の本焼成が行われ、接続層30が形成される。
Next, a third heat treatment is performed in an oxygen atmosphere. The third heat treatment is performed, for example, at a temperature of 400°C or higher and 600°C or lower. The third heat treatment performs the main firing of the connection layer film, and the
スラリーの焼成により、第2の結晶粒子32が形成される。第2の結晶粒子32の長径は、第1の結晶粒子31の長径よりも小さくなる。第2の結晶粒子32の長径は、第3の結晶粒子34の長径よりも小さくなる。
By firing the slurry,
第1の超電導層16と第2の超電導層26との間で、第1のスラリーが塗布された領域が第1の結晶粒子31、第2の結晶粒子32、及び第3の結晶粒子34を含む高密度領域30aとなる。また、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間で、第2のスラリーが塗布された領域が、第1の結晶粒子31及び第2の結晶粒子32を含み、第3の結晶粒子34を含まない低密度領域30bとなる。
The area between the
以上の方法により、第1の超電導層16と第2の超電導層26とが接続される。以上の方法により、第3の実施形態の超電導層の接続構造が製造される。
By the above method, the
次に、第3の実施形態の超電導層の接続構造の作用及び効果について説明する。 Next, we will explain the function and effect of the superconducting layer connection structure of the third embodiment.
第3の実施形態の超電導層の接続構造の接続層30は、結晶粒子の占有割合が小さい低密度領域30bを備える。低密度領域30bとなる領域は、接続層30を焼成で形成する際に、スラリーの側面に露出し、短辺方向つまり奥行きを持って存在しており、第3の結晶粒子34を含まないため、空隙が多く、酸素の供給パスとして機能させることができる。
The
したがって、接続層30を焼成で形成する際に、接続層30となるスラリー中に十分な量の酸素が供給できる。よって、接続層30の電気抵抗を低くすることができ、機械的強度を高くすることができる。
Therefore, when forming the
また、低密度領域30bが結晶粒子を含むことで、低密度領域30bにも電流を流すことが可能となる。したがって、接続層30の電気抵抗をより低くすることができる。
In addition, since the low-
また、低密度領域30bが結晶粒子を含むことで、低密度領域30bの機械的強度を高くすることができる。したがって、接続層30の機械的強度を高くすることができる。
In addition, since the low-
低密度領域30bに含まれる結晶粒子の長径の平均値は、高密度領域30aに含まれる結晶粒子の長径の平均値よりも大きいことが好ましい。低密度領域30bに含まれる結晶粒子の中で、電流パスとして主に機能する第1の結晶粒子31の割合が大きくなることで、接続層30の電気抵抗を低くすることができる。
The average long diameter of the crystal particles contained in the low-
第1の超電導層16と接続層30との界面に垂直な断面において、低密度領域30bの結晶粒子の占有割合は、高密度領域30aの結晶粒子の占有割合の、10%以上50%以下であることが好ましい。上記下限値の10%を上回ることで、低密度領域30bの電気抵抗を低くすることができ、接続層30の電気抵抗を低くすることができる。上記下限値を上回ることで、接続層30の機械的強度を高くすることができる。また、上記上限値を下回ることで、接続層30を形成する際の、酸素の供給パスとしての機能を向上させることができる。
In a cross section perpendicular to the interface between the
第3の実施形態の接続層30は、アスペクト比が第1の結晶粒子31より小さく、長径が第2の結晶粒子32より大きい第3の結晶粒子34を含む。第1のスラリーを第1の超電導層16の上に塗布して接続層30を形成する際、第1のスラリーが、第1の結晶粒子31に加えて第3の結晶粒子34を含む。
The
第1のスラリーが、第3の結晶粒子34を含むことで、第1の結晶粒子31は長軸が第1の超電導層16の表面に傾斜して配列しやすくなる。結果的に、図12に示すように、第1の結晶粒子31の長軸が、第1の超電導層16と接続層30の界面に対して傾斜した方向に配列しやすい。
By including the
言い換えれば、第1の結晶粒子31の長軸方向の、第1の超電導層16と接続層30の界面に対する第1の傾斜角が大きくなる。第1の傾斜角は、例えば、15度以上90度以下である。
In other words, the first inclination angle of the long axis direction of the
第1の結晶粒子31の長軸方向は電流が流れやすい方向である。第1の結晶粒子31の長軸方向が、第1の超電導層16と接続層30の界面に対して傾斜すると、接続層30を流れる電流は、主に第1の結晶粒子31の長軸方向に流れることになる。したがって、接続層30の電気抵抗が低くなる。
The long axis direction of the
また、第1の結晶粒子31の長軸方向が、第1の超電導層16と接続層30の界面に対して傾斜すると、接続層30を流れる電流の経路における結晶粒子界面の割合が低減する。したがって、接続層30の電気抵抗を低くすることができる。
Furthermore, when the long axis direction of the
第3の実施形態の超電導層の接続構造は、接続層30が第3の結晶粒子34を含むことで、電気抵抗を低くすることができる。
In the superconducting layer connection structure of the third embodiment, the
以上、第3の実施形態の超電導層の接続構造及び変形例によれば、第1の超電導層と接続層との界面に垂直な断面において、第1の領域の結晶粒子の第1の占有割合及び第2の領域の結晶粒子の第2の占有割合は、第3の領域の結晶粒子の第3の占有割合よりも大きく、第3の領域は、接続層の側面に露出する、超電導層の接続構造を有する。この構造を有することで、第3の領域から酸素を得ることができるので、接続層の中心部での結晶粒子の未反応領域を低減することができる。そのため、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。 As described above, according to the superconducting layer connection structure and modification of the third embodiment, in the cross section perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer, the first occupation ratio of crystal grains in the first region is and a second occupancy ratio of the crystal grains in the second region is larger than a third occupancy ratio of the crystal grains in the third region, and the third region is a portion of the superconducting layer exposed on the side surface of the connection layer. It has a connection structure. With this structure, oxygen can be obtained from the third region, so that the unreacted region of crystal particles in the center of the connection layer can be reduced. Therefore, low electrical resistance and high mechanical strength can be achieved.
(第4の実施形態)
第4の実施形態の超電導線材は、第1の超電導層を含む第1の超電導線材と、第2の超電導層を含む第2の超電導線材と、第3の超電導層と、記第1の超電導層と第3の超電導層との間、及び、第2の超電導層と第3の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含み、結晶粒子の長径の分布が少なくとも二つのピークを有する、接続層と、を備え、第1の超電導層と第3の超電導層との間の接続層は、第1の領域と、第2の領域と、第1の領域と第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、第1の領域及び第2の領域は結晶粒子を含み、第3の領域は結晶粒子を含むか又は含まず、第3の領域は、接続層の側面に露出し、第1の超電導層と接続層との界面に垂直で第1の領域、第2の領域、及び第3の領域を含む断面において、第1の領域の結晶粒子の第1の占有割合及び第2の領域の結晶粒子の第2の占有割合は、第3の領域の結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい。第4の実施形態の超電導線材は、第1の超電導線材と第2の超電導線材を接続する構造として、第1の実施形態の超電導層の接続構造を用いる。以下、第1の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
Fourth Embodiment
A superconducting wire according to a fourth embodiment includes a first superconducting wire including a first superconducting layer, a second superconducting wire including a second superconducting layer, a third superconducting layer, and connection layers provided between the first superconducting layer and the third superconducting layer and between the second superconducting layer and the third superconducting layer, the connection layers including crystal grains including a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and the distribution of the major axis of the crystal grains has at least two peaks. The connection layers between the first superconducting layer and the third superconducting layer include: The fourth embodiment of the superconducting wire includes a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region, the first region and the second region include crystal grains, the third region includes or does not include crystal grains, and the third region is exposed to a side surface of the connection layer, and in a cross section perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer and including the first region, the second region, and the third region, the first occupancy ratio of the crystal grains in the first region and the second occupancy ratio of the crystal grains in the second region are greater than the third occupancy ratio of the crystal grains in the third region. The fourth embodiment of the superconducting wire uses the connection structure of the superconducting layer of the first embodiment as a structure for connecting the first superconducting wire and the second superconducting wire. Hereinafter, some of the contents that overlap with the first embodiment will be omitted.
図14は、第4の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第4の実施形態の超電導線材400は、第1の超電導線材401、第2の超電導線材402、及び接続部材403を備える。第4の実施形態の超電導線材400は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402が、接続部材403を用いて接続されることで、長尺化されている。
Figure 14 is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire of the fourth embodiment. The
第1の超電導線材401は、第1の基板12、第1の中間層14、第1の超電導層16、第1の保護層18を備える。第2の超電導線材402は、第2の基板22、第2の中間層24、第2の超電導層26、第2の保護層28を備える。接続部材403は、第3の基板42、第3の中間層44、第3の超電導層46を備える。
The
第1の超電導線材401、第2の超電導線材402、及び接続部材403は、第1の実施形態の第1の超電導部材10及び第2の超電導部材20と同様の構造を備える。
The
接続層30は、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。接続層30は、第1の超電導層16に接する。接続層30は、第3の超電導層46に接する。
接続層30は、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。接続層30は、第2の超電導層26に接する。接続層30は、第3の超電導層46に接する。
The
第1の超電導層16と第3の超電導層46との間の接続層30と、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間の接続層30は連続している。
The
接続層30は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に存在しない。第1の超電導層16と第2の超電導層26との間は、例えば、空隙である。第1の超電導層16と第2の超電導層26は接していても構わない。
The
接続層30は、酸化物超電導層である。接続層30は、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む。接続層30は、例えば、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホロミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、及びルテチウム(Lu)から成る群のうちの少なくとも1つの希土類元素(RE)を含む。
The
第4の実施形態の接続層30は、図1、図2、及び図3に示す第1の実施形態の接続層30と同様の構成を備える。
The
図15は、第4の実施形態の接続層の模式平面図である。図15は、第1の超電導層16と接続層30との界面に平行な面における接続層30の、高密度領域30a及び低密度領域30bの配置パターンを示す。
FIG. 15 is a schematic plan view of the connection layer of the fourth embodiment. FIG. 15 shows an arrangement pattern of high-
複数の高密度領域30aは、第1の高密度領域30a1、第2の高密度領域30a2、及び第3の高密度領域30a3を含む。第1の高密度領域30a1は第1の領域の一例である。また、第2の高密度領域30a2は第2の領域の一例である。また、第3の高密度領域30a3は第4の領域の一例である。
The plurality of high-
少なくとも一つの低密度領域30bは、第1の低密度領域30b1、第2の低密度領域30b2を含む。第1の低密度領域30b1は、第3の領域の一例である。また、第2の低密度領域30b2は、第5の領域の一例である。
At least one
例えば、第1の高密度領域30a1、第2の高密度領域30a2、第1の低密度領域30b1は、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。
For example, the first high density region 30a1, the second high density region 30a2, and the first low density region 30b1 are provided between the
接続層30の第1の方向の長さは、接続層30の第2の方向の長さより短い。言い換えれば、接続層30は第2の方向に延びる。言い換えれば、第1の方向は接続層30の短辺方向であり、第2の方向は接続層30の長辺方向である。
The length of the
第1の方向及び第2の方向は第1の超電導層16と接続層30との界面に平行な方向である。また、第2の方向は第1の方向に対して垂直な方向である。
The first direction and the second direction are parallel to the interface between the
第3の実施形態の超電導線材400では、例えば、第1の超電導線材401から、接続層30、接続部材403、及び接続層30を通って第2の超電導線材402に電流が流れる。
In the third embodiment of the
第3の実施形態の超電導線材400では、第2の超電導線材402は、第1の超電導線材401に対して第2の方向に位置する。第2の超電導層26は、第1の超電導層16に対して第2の方向に位置する。第3の実施形態の超電導線材400では、電流は、接続層30の中を第2の方向に流れる。
In the
第1の超電導線材401と接続部材403とが接続層30を用いて接続されることで、第1の超電導線材401と接続部材403とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。また、第2の超電導線材402と接続部材403とが接続層30を用いて接続されることで、第2の超電導線材402と接続部材403とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。
The
したがって、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。よって、超電導線材400は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。
Therefore, the connection structure connecting the
なお、3本以上の超電導線材を接続し、更に長尺化した超電導線材を形成することも可能である。 It is also possible to connect three or more superconducting wires to form an even longer superconducting wire.
(第1の変形例)
図16は、第4の実施形態の超電導線材の第1の変形例の模式断面図である。第4の実施形態の第1の変形例の超電導線材410は、補強材60を備える点で、第4の実施形態の超電導線材400と異なる。
(First modification)
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a first modification of the superconducting wire of the fourth embodiment. The
補強材60は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。
The reinforcing
補強材60は、例えば、第1の超電導線材401及び第2の超電導線材402に接する。補強材60は、例えば、接続層30に接する。
For example, the reinforcing
補強材60を備えることで、超電導線材410の機械的強度が向上する。
By providing the reinforcing
補強材60は、例えば、金属又は樹脂である。補強材60は、例えば、はんだである。補強材60は、例えば、銀(Ag)及びインジウム(In)を含むはんだである。
The reinforcing
(第2の変形例)
図17は、第4の実施形態の超電導線材の第2の変形例の模式断面図である。第4の実施形態の第2の変形例の超電導線材420は、接続層30が互いに離間した第1の領域30xと第2の領域30yを含む点で、第4の実施形態の超電導線材400と異なる。
(Second modification)
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a second modification of the superconducting wire of the fourth embodiment. The
接続層30は、第1の領域30xと第2の領域30yを含む。第1の領域30xと第2の領域30yは離間する。
The
第1の領域30xは、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。第1の領域30xは、第1の超電導層16に接する。第1の領域30xは、第3の超電導層46に接する。
The
第2の領域30yは、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。第2の領域30yは、第2の超電導層26に接する。第2の領域30yは、第3の超電導層46に接する。
The
(第3の変形例)
図18は、第4の実施形態の超電導線材の第3の変形例の模式断面図である。第4の実施形態の第3の変形例の超電導線材430は、第1の超電導層16の第3の超電導層46に対向する面の一部が露出し、第2の超電導層26の第3の超電導層46に対向する面の一部が露出する点で、第4の実施形態の第2の変形例の超電導線材420と異なる。
(Third modification)
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a third modification of the superconducting wire of the fourth embodiment. In the
第1の超電導層16の上面の、第2の超電導層26側の端部の近傍に、接続層30が存在しない領域がある。また、第2の超電導層26の上面の、第1の超電導層16側の端部の近傍に、接続層30が存在しない領域がある。
There is an area where the
(第4の変形例)
図19は、第4の実施形態の超電導線材の第4の変形例の模式断面図である。第4の実施形態の第4の変形例の超電導線材440は、補強材60を備える点で、第4の実施形態の第3の変形例の超電導線材430と異なる。
(Fourth modification)
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a fourth modification of the superconducting wire of the fourth embodiment. The
補強材60は、第1の超電導線材401と第2の超電導線材402との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第2の超電導層26との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の超電導層16と第3の超電導層46との間に設けられる。補強材60は、例えば、第2の超電導層26と第3の超電導層46との間に設けられる。補強材60は、例えば、第1の領域30xと第2の領域30yとの間に設けられる。
The reinforcing
補強材60を備えることで、超電導線材440の機械的強度が向上する。
The inclusion of the reinforcing
補強材60は、例えば、金属又は樹脂である。補強材60は、例えば、はんだである。補強材60は、例えば、銀(Ag)及びインジウム(In)を含むはんだである。
The reinforcing
なお、第4の実施形態及び変形例に、第2の実施形態の超電導層の接続構造又は第3の実施形態の超電導層の接続構造を適用することも可能である。 It is also possible to apply the superconducting layer connection structure of the second embodiment or the superconducting layer connection structure of the third embodiment to the fourth embodiment and its modified examples.
以上、第4の実施形態及び変形例によれば、2本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。 As described above, according to the fourth embodiment and the modified example, a superconducting wire having low electrical resistance and high mechanical strength can be realized by connecting two superconducting wires to a long length.
(第5の実施形態)
第5の実施形態の超電導コイルは、第4の実施形態の超電導線材を備える。以下、第4の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
Fifth Embodiment
The superconducting coil of the fifth embodiment includes the superconducting wire of the fourth embodiment. Hereinafter, some of the contents that overlap with the fourth embodiment may be omitted.
図20は、第5の実施形態の超電導コイルの模式斜視図である。図21は、第5の実施形態の超電導コイルの模式断面図である。 Figure 20 is a schematic perspective view of a superconducting coil of the fifth embodiment. Figure 21 is a schematic cross-sectional view of a superconducting coil of the fifth embodiment.
第5の実施形態の超電導コイル700は、例えば、NMR、MRI、重粒子線治療器、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両などの超電導機器の磁場発生用のコイルとして用いられる。
The
超電導コイル700は、巻枠110、第1の絶縁板111a、第2の絶縁板111b、及び巻線部112を備える。巻線部112は、超電導線材120と、線材間層130を有する。
The
図20は、第1の絶縁板111a、及び第2の絶縁板111bを除いた状態を示す。
FIG. 20 shows a state in which the first insulating
巻枠110は、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。超電導線材120は、例えば、テープ形状である。超電導線材120は、図20に示すように、巻回中心軸Cを中心に、同心円状のいわゆるパンケーキ形状に巻枠110に巻き回される。
The winding
図20において、第1の方向はコイル径方向である。第2の方向はコイル周方向である。第1の方向は巻回中心軸Cの延びる方向である。 In FIG. 20, the first direction is the coil radial direction. The second direction is the circumferential direction of the coil. The first direction is the direction in which the central winding axis C extends.
線材間層130は、超電導線材120を固定する機能を有する。線材間層130は、超電導線材120が、超電導機器の使用中の振動や、互いの摩擦により破壊されることを抑制する機能を有する。
The
第1の絶縁板111a及び第2の絶縁板111bは、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。第1の絶縁板111a及び第2の絶縁板111bは、巻線部112を外部に対して絶縁する機能を有する。巻線部112は、第1の絶縁板111aと第2の絶縁板111bとの間に位置する。
The first insulating
超電導線材120には、第4の実施形態の超電導線材が用いられる。
The superconducting wire of the fourth embodiment is used as the
以上、第5の実施形態によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材を備えることで、特性の向上した超電導コイルが実現できる。 As described above, according to the fifth embodiment, a superconducting coil with improved characteristics can be realized by using superconducting wire with low electrical resistance and high mechanical strength.
(第6の実施形態)
第6の実施形態の超電導機器は、第5の実施形態の超電導コイルを備えた超電導機器である。以下、第5の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
Sixth Embodiment
The superconducting device of the sixth embodiment is a superconducting device including the superconducting coil of the fifth embodiment. Hereinafter, some of the description overlapping with the fifth embodiment will be omitted.
図22は、第6の実施形態の超電導機器のブロック図である。第6の実施形態の超電導機器は、重粒子線治療器800である。重粒子線治療器800は、超電導機器の一例である。
FIG. 22 is a block diagram of a superconducting device according to the sixth embodiment. The superconducting device of the sixth embodiment is a heavy ion
重粒子線治療器800は、入射系50、シンクロトロン加速器52、ビーム輸送系54、照射系56、制御系58を備える。
The heavy particle
入射系50は、例えば、治療に用いる炭素イオンを生成し、シンクロトロン加速器52に入射するための予備加速を行う機能を有する。入射系50は、例えば、イオン発生源と線形加速器を有する。
The
シンクロトロン加速器52は、入射系50から入射された炭素イオンビームを治療に適合したエネルギーまで加速する機能を有する。シンクロトロン加速器52に、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。
The
ビーム輸送系54は、シンクロトロン加速器52から入射された炭素イオンビームを照射系56まで輸送する機能を有する。ビーム輸送系54は、例えば、偏向電磁石を有する。
The
照射系56は、ビーム輸送系54から入射された炭素イオンビームを照射対象である患者に照射する機能を備える。照射系56は、例えば、炭素イオンビームを任意の方向から照射可能にする回転ガントリーを有する。回転ガントリーに、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。
The
制御系58は、入射系50、シンクロトロン加速器52、ビーム輸送系54、及び照射系56の制御を行う。制御系58は、例えば、コンピュータである。
The
第6の実施形態の重粒子線治療器800は、シンクロトロン加速器52及び回転ガントリーに、第3の実施形態の超電導コイル700が用いられる。したがって、特性の優れた重粒子線治療器800が実現される。
In the heavy particle
第6の実施形態では、超電導機器の一例として、重粒子線治療器800の場合を説明したが、超電導機器は、核磁気共鳴装置(NMR)、磁気共鳴画像診断装置(MRI)、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両であっても構わない。
In the sixth embodiment, the heavy particle
(実施例1)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Example 1)
An oxide superconducting wire with a length of 10.5 cm, in which an intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) are formed on a Hastelloy base material and covered with a protective layer of silver and copper, is I have prepared a book. A portion 1.0 cm from one end was wet-etched using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上の、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, weighed appropriately, and then thoroughly mixed, and the mixed powder was compression molded to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930° C. to produce an oxide superconductor having a composition of GdBa 2 Cu 3 O 7-δ . By crushing the obtained oxide superconductor by hitting it in a mortar and sorting out particles with a suitable diameter using a sieve etc., particles with a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less are obtained. We fabricated superconductor powder with a high aspect ratio.
得られた超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比1:2で混合し、スラリーを作製した。 The obtained superconductor powder was mixed with an organometallic salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved, in a weight ratio of 1:2, to prepare a slurry.
得られたスラリーを、上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第1の熱処理を行い、超電導線材の接続層の膜を形成した。 The obtained slurry is applied to the exposed oxide superconducting layer of one of the above superconducting wires, and then heated to 500°C in an oxygen atmosphere to perform a first heat treatment to connect the superconducting wires. A film of layers was formed.
得られた接続層を、上記の接続層及び線材の端部から0.25cm、0.5cm。0.75cmの位置を中心に、端部と平行に幅0.04cmで、接続層の膜を柔らかい綿棒の先で拭き取り、膜を除去してストライプを形成した。 The obtained connection layer was placed at a distance of 0.25 cm and 0.5 cm from the above connection layer and the end of the wire. The film of the connection layer was wiped with the tip of a soft cotton swab in a width of 0.04 cm parallel to the edge, centered at a position of 0.75 cm, and the film was removed to form a stripe.
超電導線材のストライプを形成した接続層の乗った部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The part of the superconducting wire on which the connection layer forming the stripes was placed was placed on top of the part of the other superconducting wire with the exposed superconducting layer facing each other.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The overlapping wires were clamped from above and below with a jig and pressure was applied.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第2の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第3の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 A second heat treatment was performed by heating the sample to 780° C. in an air atmosphere while being held in a jig. Thereafter, it was cooled to around room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and it was heated to 500° C. in an oxygen atmosphere to perform a third heat treatment to form a superconducting wire connection structure.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。本接続構造の、超電導転移後の臨界電流値を基準値1.0として、以下実施例、比較例において相対臨界電流値を示す。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed at around 93 K with a transition width of approximately 1 K. The critical current value after the superconducting transition for this connection structure is set as a reference value of 1.0, and the relative critical current values are shown in the following examples and comparative examples.
(比較例1)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Comparative Example 1)
Two oxide superconducting wires with a length of 10.5 cm were prepared, each wire having an intermediate layer and a GdBa2Cu3O7 -δ layer (oxide superconducting layer) formed on a Hastelloy substrate and covered with a protective layer of silver and copper. A portion 1.0 cm from one end was wet etched using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上の、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, weighed appropriately, and then thoroughly mixed, and the mixed powder was compression molded to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930° C. to produce an oxide superconductor having a composition of GdBa 2 Cu 3 O 7-δ . The obtained oxide superconductor is pulverized by hitting it in a mortar, and particles with an appropriate diameter are sorted using a sieve, etc., to obtain particles with a median length of 5 μm or more and a median length of 2 μm or less. We fabricated superconductor powder with a high aspect ratio.
得られた超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比1:2で混合し、スラリーを作製した。 The obtained superconductor powder and an organic metal salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved were mixed at a weight ratio of 1:2 to prepare a slurry. .
上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、超電導線材のスラリーを塗布した部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 After applying the slurry to the exposed oxide superconducting layer of one of the above superconducting wires, the part of the superconducting wire to which the slurry was applied is faced to the part of the other superconducting wire with the exposed superconducting layer. superimposed.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The stacked wire rods were sandwiched from above and below with a jig and pressurized.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第1の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第2の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 While still clamped in the jig, the wire was heated to 780°C in an air atmosphere to carry out the first heat treatment. It was then cooled to near room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the wire was heated to 500°C in an oxygen atmosphere to carry out the second heat treatment, forming a connection structure for the superconducting wire.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は0.9となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed at 93 K with a transition width of approximately 1 K. The critical current value after the superconducting transition was 0.9.
(実施例2)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Example 2)
An oxide superconducting wire with a length of 10.5 cm, in which an intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) are formed on a Hastelloy base material and covered with a protective layer of silver and copper, is I have prepared a book. A portion 1.0 cm from one end was wet-etched using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上の、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, thoroughly mixed, and the mixed powder was compressed to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930°C to produce an oxide superconductor with a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition. The obtained oxide superconductor was pulverized by beating in a mortar, and particles of an appropriate diameter were selected using a sieve or the like to produce a superconductor powder with a high aspect ratio, with a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less.
得られた超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比1:2で混合し、スラリーを作製した。 The obtained superconductor powder and an organic metal salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved were mixed at a weight ratio of 1:2 to prepare a slurry. .
得られたスラリーを、上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第1の熱処理を行い、超電導線材の接続層の膜を形成した。 The obtained slurry is applied to the exposed oxide superconducting layer of one of the above superconducting wires, and then heated to 500°C in an oxygen atmosphere to perform a first heat treatment to connect the superconducting wires. A film of layers was formed.
得られた接続層を、上記の接続層及び線材の端部から0.25cm、0.5cm。0.75cmの位置を中心に、端部と平行に幅0.04cmで、接続層の膜を柔らかい綿棒の先で拭き取り、膜を除去してストライプを形成した。 The resulting connection layer was wiped with the tip of a soft cotton swab in a 0.04 cm width parallel to the end, centered at positions 0.25 cm, 0.5 cm, and 0.75 cm from the end of the connection layer and wire, to remove the film and form a stripe.
超電導線材のストライプを形成した接続層の乗った部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The part of the superconducting wire on which the connection layer forming the stripes was placed was placed on top of the part of the other superconducting wire with the exposed superconducting layer facing each other.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The overlapping wires were clamped from above and below with a jig and pressure was applied.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第2の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第3の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 While still clamped in the jig, the wire was heated to 780°C in an air atmosphere to carry out a second heat treatment. It was then cooled to near room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the wire was heated to 500°C in an oxygen atmosphere to carry out a third heat treatment, forming a connection structure for the superconducting wire.
線材を重ね合わせた部分を室温で硬化する粘性の低いエポキシ樹脂に含侵させ、一昼夜室温で静置し、ストライプの空隙部分に樹脂を浸透させ、硬化させた。 The overlapping wires were soaked in a low-viscosity epoxy resin that hardens at room temperature, and left to stand at room temperature overnight, allowing the resin to penetrate and harden in the gaps between the stripes.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認し、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 When we attached terminals to both ends of the superconducting wire after connection and measured the temperature dependence of the electrical resistance, we confirmed a clear superconducting transition at around 93 K and a transition width of about 1 K, and the critical current value after the superconducting transition was 1.0. It became.
(実施例3)
実施例1と同様に線材及びスラリーを作製し、第1の熱処理ののち、超電導層上に形成されている接続層を第2の方向と平行に、長辺の端部から0.125cm、0.275cmの位置を中心に幅0.05cmで接続層を拭き取り、ストライプを作製した。
Example 3
A wire and a slurry were prepared in the same manner as in Example 1. After the first heat treatment, the connection layer formed on the superconducting layer was wiped off in a width of 0.05 cm parallel to the second direction, centered at positions 0.125 cm and 0.275 cm from the end of the long side, to create a stripe.
超電導線材のストライプを形成した接続層の乗った部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて加圧、大気雰囲気の第2の熱処理及び酸素雰囲気で第3の熱処理を行い、接続構造を形成した。 The part of the superconducting wire on which the connection layer forming the stripes is mounted and the part of the other superconducting wire on which the superconducting layer is exposed are placed facing each other and subjected to a second heat treatment in an atmospheric atmosphere and a third heat treatment in an oxygen atmosphere. Heat treatment was performed to form a connection structure.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認し、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed at around 93 K with a transition width of approximately 1 K, and the critical current value after the superconducting transition was 1.0.
(実施例4)
実施例1と同様に線材及びスラリーを作製し、第1の熱処理ののち、超電導層上に形成されている接続層を第2の方向と平行に、長編の端部から0.2cmの位置を中心に幅0.04cmで接続層を拭き取り、また、線材の端部から0.25cm、0.5cm。0.75cmの位置を中心に、端部と平行に幅0.04cmで接続層を拭き取り、格子状の低密度領域を作製した。
Example 4
A wire and a slurry were prepared in the same manner as in Example 1, and after the first heat treatment, the connection layer formed on the superconducting layer was wiped off in a width of 0.04 cm parallel to the second direction, centered at a position 0.2 cm from the end of the long piece, and the connection layer was also wiped off in a width of 0.04 cm parallel to the end, centered at positions 0.25 cm, 0.5 cm, and 0.75 cm from the end of the wire, to prepare a lattice-shaped low-density region.
超電導線材の接続層の乗った部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて加圧、大気雰囲気の第2の熱処理及び酸素雰囲気で第3の熱処理を行い、接続構造を形成した。 The part of the superconducting wire with the connection layer on it and the part of the other superconducting wire with the exposed superconducting layer were placed facing each other and pressurized, and a second heat treatment was performed in an air atmosphere and a third heat treatment in an oxygen atmosphere to form a connection structure.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認し、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 When we attached terminals to both ends of the superconducting wire after connection and measured the temperature dependence of the electrical resistance, we confirmed a clear superconducting transition at around 93 K and a transition width of about 1 K, and the critical current value after the superconducting transition was 1.0. It became.
(実施例5)
実施例1と同様に線材及びスラリーを作製し、第1の熱処理ののち、超電導層上に形成されている接続層を、線材側面から中心まで0.04cm幅で、両側面から互い違いになるように複数回接続層を拭き取り、低密度領域を作製した。
Example 5
A wire and a slurry were prepared in the same manner as in Example 1, and after the first heat treatment, the connection layer formed on the superconducting layer was wiped off multiple times, alternately from both sides, over a width of 0.04 cm from the side of the wire to the center, to create a low-density region.
超電導線材の接続層の乗った部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて加圧、大気雰囲気の第2の熱処理及び酸素雰囲気で第3の熱処理を行い、接続構造を形成した。 The part of the superconducting wire with the connection layer on it and the part of the other superconducting wire with the exposed superconducting layer were placed facing each other and pressurized, and a second heat treatment was performed in an air atmosphere and a third heat treatment in an oxygen atmosphere to form a connection structure.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認し、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed at around 93 K with a transition width of approximately 1 K, and the critical current value after the superconducting transition was 1.0.
(実施例6)
実施例1と同様に線材及びスラリーを作製し、第1の熱処理ののち、超電導層上に形成されている接続層を、一方の角から逆の対角まで0.04cm幅で、それぞれの角から接続層を拭き取り、斜交する低密度領域を作製した。
(Example 6)
A wire rod and slurry were prepared in the same manner as in Example 1, and after the first heat treatment, the connection layer formed on the superconducting layer was cut into 0.04 cm width from one corner to the opposite diagonal corner at each corner. The connection layer was wiped off to create diagonal low-density regions.
超電導線材の接続層の乗った部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて加圧、大気雰囲気の第2の熱処理及び酸素雰囲気で第3の熱処理を行い、接続構造を形成した。 The part of the superconducting wire on which the connection layer is placed and the part of the other superconducting wire with the exposed superconducting layer facing each other, pressurized, and subjected to a second heat treatment in an atmospheric atmosphere and a third heat treatment in an oxygen atmosphere, A connection structure was formed.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認し、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed at around 93 K with a transition width of approximately 1 K, and the critical current value after the superconducting transition was 1.0.
(実施例7)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Example 7)
An oxide superconducting wire with a length of 10.5 cm, in which an intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) are formed on a Hastelloy base material and covered with a protective layer of silver and copper, is I have prepared a book. A portion 1.0 cm from one end was wet-etched using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上の、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, thoroughly mixed, and the mixed powder was compressed to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930°C to produce an oxide superconductor with a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition. The obtained oxide superconductor was pulverized by beating in a mortar, and particles of an appropriate diameter were selected using a sieve or the like to produce a superconductor powder with a high aspect ratio, with a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less.
得られた超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比1:2で混合し、スラリーAを作製した。 The obtained superconductor powder was mixed with an organometallic salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved, in a weight ratio of 1:2, to prepare a slurry A.
さらに、超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比5:1で混合し、スラリーBを作製した。 Further, the superconductor powder and an organic metal salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved were mixed at a weight ratio of 5:1 to prepare slurry B. .
得られたスラリーBを、上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層の線材の端部から0.25cm、0.5cm。0.75cmの位置を中心に、端部と平行に幅0.04cmでディスペンサーを用いて塗布した後、残りの部分をスラリーAでディスペンサーを用いて塗布した。 The obtained slurry B was applied using a dispenser to a width of 0.04 cm parallel to the end, centered at positions 0.25 cm, 0.5 cm, and 0.75 cm from the end of the exposed oxide superconducting layer of one of the superconducting wires described above, and then the remaining portion was coated with slurry A using a dispenser.
酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第1の熱処理を行い、超電導線材の接続層の膜を形成した。 A first heat treatment was performed by heating to 500° C. in an oxygen atmosphere to form a connection layer film of the superconducting wire.
超電導線材のストライプを形成した接続層の乗った部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The part of the superconducting wire on which the connection layer forming the stripes was placed was placed on top of the part of the other superconducting wire with the exposed superconducting layer facing each other.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The overlapping wires were clamped from above and below with a jig and pressure was applied.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第2の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第3の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 A second heat treatment was performed by heating the sample to 780° C. in an air atmosphere while being sandwiched between the jigs. Thereafter, it was cooled to around room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and it was heated to 500° C. in an oxygen atmosphere to perform a third heat treatment to form a superconducting wire connection structure.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。本接続構造の、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 After connecting, terminals were attached to both ends of the superconducting wire and the temperature dependence of the electrical resistance was measured, and a clear superconducting transition was confirmed at around 93K with a transition width of about 1K. The critical current value of this connection structure after superconducting transition was 1.0.
(実施例8)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、長さ10.5cmの酸化物超電導線材を2本用意した。片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
(Example 8)
An oxide superconducting wire with a length of 10.5 cm, in which an intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) are formed on a Hastelloy base material and covered with a protective layer of silver and copper, is I have prepared a book. A portion 1.0 cm from one end was wet-etched using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上の、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, appropriately weighed, thoroughly mixed, and the mixed powder was compressed to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930°C to produce an oxide superconductor with a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ composition. The obtained oxide superconductor was pulverized by beating in a mortar, and particles of an appropriate diameter were selected using a sieve or the like to produce a superconductor powder with a high aspect ratio, with a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less.
選別の際に得られた上記より小さい粒子をさらにボールミルを用いて3時間以上粉砕することで粒径の中央値が3μm以上のアスペクト比の低い超電導体粉末を作製した。 The particles smaller than the above obtained during the sorting were further pulverized for 3 hours or more using a ball mill to produce a superconductor powder with a median particle size of 3 μm or more and a low aspect ratio.
得られた2種類の超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比1:1:4で混合し、スラリーAを作製した。 The two types of superconductor powders thus obtained were mixed with an organometallic salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved, in a weight ratio of 1:1:4, to prepare slurry A.
さらに、アスペクト比の高い超伝導体粉末のみとGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比5:1で混合し、スラリーBを作製した。 Further, only the high aspect ratio superconductor powder and an organic metal salt solution containing Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 are mixed at a weight ratio of 5:1, Slurry B was produced.
得られたスラリーBを、上記の超電導線材のうちの1本の、露出させた酸化物超電導層の線材の端部から0.25cm、0.5cm。0.75cmの位置を中心に、端部と平行に幅0.04cmでディスペンサーを用いて塗布した後、残りの部分をスラリーAでディスペンサーを用いて塗布した。 The obtained slurry B was applied to one of the superconducting wires at a distance of 0.25 cm and 0.5 cm from the end of the exposed oxide superconducting layer wire. After applying the slurry to a width of 0.04 cm parallel to the edge using a dispenser, centering on a position of 0.75 cm, slurry A was applied using a dispenser to the remaining part.
酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第1の熱処理を行い、超電導線材の接続層の膜を形成した。 A first heat treatment was performed by heating to 500° C. in an oxygen atmosphere to form a connection layer film of the superconducting wire.
超電導線材のストライプを形成した接続層の乗った部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The part with the connecting layer that formed the stripes of superconducting wire was placed face-to-face with the part of the other superconducting wire where the superconducting layer was exposed, and then they were layered together.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The overlapping wires were clamped from above and below with a jig and pressure was applied.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第2の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第3の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 While still clamped in the jig, the wire was heated to 780°C in an air atmosphere to carry out a second heat treatment. It was then cooled to near room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and the wire was heated to 500°C in an oxygen atmosphere to carry out a third heat treatment, forming a connection structure for the superconducting wire.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。本接続構造の、超電導転移後の臨界電流値は1.1となった。 After connecting, terminals were attached to both ends of the superconducting wire and the temperature dependence of the electrical resistance was measured, and a clear superconducting transition was confirmed at around 93K with a transition width of about 1K. The critical current value of this connection structure after superconducting transition was 1.1.
(実施例9)
ハステロイ基材上に中間層とGdBa2Cu3O7-δ層(酸化物超電導層)が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を3本用意した。それぞれの長さは1本を2.0cm、残りの2本を10cmとした。2.0cmの線は両端部間を、10cmの2本は片方の端部から1.0cmの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
Example 9
Three oxide superconducting wires were prepared, each of which had an intermediate layer and a GdBa 2 Cu 3 O 7-δ layer (oxide superconducting layer) formed on a Hastelloy substrate and was covered with a protective layer of silver and copper. One of the wires was 2.0 cm long, and the remaining two were 10 cm long. The 2.0 cm wire was wet etched between both ends, and the two 10 cm wires were wet etched 1.0 cm from one end using a mixed solution of nitric acid, ammonia, and hydrogen peroxide to expose the oxide superconducting layer.
Gd2O3とBaCO3とCuOの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を930℃で焼結することで、GdBa2Cu3O7-δ組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を乳鉢上で叩くように粉砕し、篩などで適した径の粒子を選別のすることで、長径の中央値が5μm以上の、短径の中央値が2μm以下のアスペクト比の高い超電導体粉末を作製した。 Powders of Gd 2 O 3 , BaCO 3 and CuO were prepared, weighed appropriately, and then thoroughly mixed, and the mixed powder was compression molded to produce a green compact. The obtained green compact was sintered at 930° C. to produce an oxide superconductor having a composition of GdBa2Cu3O7-δ. By crushing the obtained oxide superconductor by hitting it in a mortar and sorting out particles with a suitable diameter using a sieve etc., particles with a median major axis of 5 μm or more and a median minor axis of 2 μm or less are obtained. We fabricated superconductor powder with a high aspect ratio.
得られた超伝導体粉末とGd(OCOCH3)2、Ba(OCOCH3)2、及びCu(OCOCH3)2を溶かした有機金属塩溶液を重量比1:2で混合し、スラリーを作製した。 The obtained superconductor powder was mixed with an organometallic salt solution in which Gd(OCOCH 3 ) 2 , Ba(OCOCH 3 ) 2 , and Cu(OCOCH 3 ) 2 were dissolved, in a weight ratio of 1:2, to prepare a slurry.
得られたスラリーを、上記の2.0cmの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層全面に塗布した後、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第1の熱処理を行い、超電導線材の接続層の膜を形成した。 The obtained slurry was applied to the entire exposed oxide superconducting layer of the 2.0 cm superconducting wire described above, and then heated to 500°C in an oxygen atmosphere to perform a first heat treatment, thereby forming a film for the connection layer of the superconducting wire.
得られた接続層を、上記の接続層及び線材の両方の端部からそれぞれ0.25cm、0.5cm、0.75cmの位置と、線材の第2の方向の中心に、端部と平行に幅0.04cmで、接続層の膜を柔らかい綿棒の先で拭き取り、膜を除去してストライプを形成した。 The resulting connection layer was wiped with the tip of a soft cotton swab at positions 0.25 cm, 0.5 cm, and 0.75 cm from both ends of the connection layer and wire, respectively, and at the center of the wire in the second direction, parallel to the ends and with a width of 0.04 cm, to remove the film and form stripes.
図14に示す構造となるように、2.0cmの超電導線材の接続層の膜を形成した部分と、2本の10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 To obtain the structure shown in Figure 14, the portion of the 2.0 cm superconducting wire on which the film of the connection layer was formed was placed face-to-face with the portions of the two 10 cm superconducting wires on which the superconducting layers were exposed.
重ね合わせた線材を上下から治具で挟み込み、加圧した。 The stacked wire rods were sandwiched from above and below with a jig and pressurized.
治具に挟み込んだまま、大気雰囲気中で780℃に加熱し、第2の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で500℃に加熱し、第3の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。 A second heat treatment was performed by heating the sample to 780° C. in an air atmosphere while being held in a jig. Thereafter, it was cooled to around room temperature, oxygen gas was introduced into the furnace, and it was heated to 500° C. in an oxygen atmosphere to perform a third heat treatment to form a superconducting wire connection structure.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。本接続構造の、超電導転移後の相対臨界電流値は1.0となった。 After connecting, terminals were attached to both ends of the superconducting wire and the temperature dependence of the electrical resistance was measured, and a clear superconducting transition was confirmed at around 93K with a transition width of about 1K. The relative critical current value of this connection structure after superconducting transition was 1.0.
(実施例10)
実施例9の手順に従い接続構造を形成した後、接続構造の10cmの超電導線材が向かい合う面に銀とインジウムを含むはんだを乗せ、200℃で加熱することではんだを溶融し接着することで補強材とした。
(Example 10)
After forming a connection structure according to the procedure of Example 9, solder containing silver and indium is placed on the surface where the 10 cm superconducting wires of the connection structure face each other, and the solder is melted and bonded by heating at 200°C to form a reinforcing material. And so.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の相対臨界電流値は1.0となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed near 93 K with a transition width of approximately 1 K. In addition, the relative critical current value after the superconducting transition was 1.0.
(実施例11)
実施例9の手順に従い超電導線材及びスラリーを準備し、2.2cmの超電導線材にスラリーを塗布し第1の熱処理を行った後、得られた接続層を、上記の接続層及び線材の両方の端部からそれぞれ0.25cm、0.5cm、0.75cmの位置に、端部と平行に幅0.04cmで、接続層の膜を柔らかい綿棒の先で拭き取り、膜を除去してストライプを形成した。さらに線材の中心の幅0.2cmの膜を除去した。
(Example 11)
A superconducting wire and a slurry were prepared according to the procedure of Example 9, and after applying the slurry to a 2.2 cm superconducting wire and performing the first heat treatment, the obtained connection layer was applied to both the connection layer and the wire. At positions 0.25 cm, 0.5 cm, and 0.75 cm from the edge, respectively, and in a width of 0.04 cm parallel to the edge, wipe the connecting layer membrane with the tip of a soft cotton swab to remove the membrane and form stripes. did. Furthermore, a film having a width of 0.2 cm at the center of the wire was removed.
2.0cmの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、超電導線材のスラリーを塗布した部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The portion of the 2.0 cm superconducting wire to which the slurry had been applied was placed face-to-face with the portion of the 10 cm superconducting wire with the superconducting layer exposed, and after the slurry was applied to the exposed oxide superconducting layer, the portion of the superconducting wire to which the slurry had been applied was placed face-to-face with the portion of the other superconducting wire with the superconducting layer exposed.
上下から治具で挟み込み、加圧したまま実施例9と同様の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成、測定を行った。 The wire was clamped from above and below with a jig, and the same heat treatment as in Example 9 was carried out while applying pressure to form a connection structure for the superconducting wire, and measurements were then carried out.
93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の臨界電流値は1.0となった。 A clear superconducting transition was confirmed at around 93 K, with a transition width of approximately 1 K. In addition, the critical current value after the superconducting transition was 1.0.
(実施例12)
実施例9の手順に従い超電導線材及びスラリーを準備し、2.2cmの超電導線材にスラリーを塗布し第1の熱処理を行った後、得られた接続層を、上記の接続層及び線材の両方の端部からそれぞれ0.25cm、0.5cmの位置に、端部と平行に幅0.04cmで、接続層の膜を柔らかい綿棒の先で拭き取り、膜を除去してストライプを形成した。さらに線材の中心の幅0.5cmの膜を除去した。
Example 12
The superconducting wire and slurry were prepared according to the procedure of Example 9, the slurry was applied to a 2.2 cm superconducting wire and the first heat treatment was performed, and the resulting connection layer was wiped with the tip of a soft cotton swab at positions 0.25 cm and 0.5 cm from both ends of the connection layer and wire, respectively, in a width of 0.04 cm parallel to the ends, and the film was removed to form a stripe. Furthermore, the film in the center of the wire with a width of 0.5 cm was removed.
2.0cmの超電導線材のスラリーを塗布した部分と、10cmの超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、超電導線材のスラリーを塗布した部分と、もう一方の超電導線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせた。 The part of the 2.0 cm superconducting wire coated with the slurry and the part of the 10 cm superconducting wire with the exposed superconducting layer are stacked facing each other, and the slurry of the superconducting wire is coated after the slurry is applied to the exposed oxide superconducting layer. The coated part and the exposed part of the superconducting layer of the other superconducting wire were stacked facing each other.
上下から治具で挟み込み、加圧したまま実施例9と同様の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成、測定を行った。 The superconducting wires were sandwiched from above and below with jigs, and while being pressurized, the same heat treatment as in Example 9 was performed to form a superconducting wire connection structure and measurements were performed.
93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の相対臨界電流値は1.0となった。 A clear superconducting transition was confirmed at around 93K with a transition width of about 1K. Further, the relative critical current value after superconducting transition was 1.0.
(実施例13)
実施例12の手順に従い接続構造を形成した後、接続構造の10cmの超電導線材が向かい合う面に銀とインジウムを含むはんだを乗せ、200℃で加熱することではんだを溶融し接着することで補強材とした。
(Example 13)
After forming a connection structure according to the procedure of Example 12, solder containing silver and indium was placed on the surfaces of the 10 cm superconducting wires of the connection structure facing each other, and the solder was melted and bonded by heating at 200°C to form a reinforcing material.
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、93K付近、転移幅約1Kで明確な超電導転移を確認した。また、超電導転移後の相対臨界電流値は1.0となった。 After connecting the superconducting wire, terminals were attached to both ends and the temperature dependence of electrical resistance was measured. A clear superconducting transition was confirmed near 93 K with a transition width of approximately 1 K. In addition, the relative critical current value after the superconducting transition was 1.0.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. For example, components of one embodiment may be replaced or modified with components of other embodiments. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
(技術案1)
第1の超電導層と、
第2の超電導層と、
前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含む、接続層と、
を備え、
前記接続層は、第1の領域と、第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、
前記第1の領域及び前記第2の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域は前記結晶粒子を含むか又は含まず、
前記第3の領域は、前記接続層の側面に露出し、
前記第1の超電導層と前記接続層との界面に垂直で前記第1の領域、前記第2の領域、及び前記第3の領域を含む断面において、前記第1の領域の前記結晶粒子の第1の占有割合及び前記第2の領域の前記結晶粒子の第2の占有割合は、前記第3の領域の前記結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい、超電導層の接続構造。
(Technical proposal 1)
a first superconducting layer;
a second superconducting layer;
A connection layer provided between the first superconducting layer and the second superconducting layer and containing crystal particles containing rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). and,
Equipped with
The connection layer includes a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region,
The first region and the second region contain the crystal grains, and the third region contains or does not contain the crystal grains,
the third region is exposed on a side surface of the connection layer;
In a cross section that is perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer and includes the first region, the second region, and the third region, the first region of the crystal grains in the first region 1 and a second occupancy ratio of the crystal grains in the second region are larger than a third occupancy ratio of the crystal grains in the third region.
(技術案2)
前記結晶粒子の長径の分布が少なくとも二つのピークを有する、技術案1記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 2)
The superconducting layer connection structure according to technical proposal 1, wherein the long axis distribution of the crystal grains has at least two peaks.
(技術案3)
前記断面において、前記第3の領域の前記界面に平行な方向の第3の幅は、前記第1の領域の前記界面に平行な方向の第1の幅及び前記第2の領域の前記界面に平行な方向の第2の幅よりも小さい、技術案1又は技術案2記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 3)
A connection structure of a superconducting layer described in Technical Proposal 1 or Technical Proposal 2, wherein, in the cross section, a third width of the third region in a direction parallel to the interface is smaller than a first width of the first region in a direction parallel to the interface and a second width of the second region in a direction parallel to the interface.
(技術案4)
前記第3の幅は、前記第1の幅及び前記第2の幅の50%以下である、技術案3記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 4)
The superconducting layer connection structure according to technical proposal 3, wherein the third width is 50% or less of the first width and the second width.
(技術案5)
前記接続層の前記界面に沿った第1の方向の長さは、前記界面に沿い前記第1の方向に垂直な第2の方向の長さより短く、
前記第3の領域は、前記第1の方向において、前記接続層の側面に露出する、技術案1ないし技術案4いずれかに記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 5)
a length of the connection layer in a first direction along the interface is shorter than a length of the connection layer in a second direction along the interface perpendicular to the first direction;
A connection structure of superconducting layers described in any one of Technical Solutions 1 to 4, wherein the third region is exposed to a side surface of the connection layer in the first direction.
(技術案6)
前記第3の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域に含まれる前記結晶粒子の長径の平均値は、前記第1の領域に含まれる前記結晶粒子の長径の平均値よりも大きい、技術案1ないし技術案5いずれかに記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 6)
A connection structure of a superconducting layer described in any one of Technical Proposals 1 to 5, wherein the third region contains the crystal grains, and the average value of the long diameter of the crystal grains contained in the third region is larger than the average value of the long diameter of the crystal grains contained in the first region.
(技術案7)
前記第3の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域に含まれる前記結晶粒子は、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む、技術案1ないし技術案6いずれかに記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 7)
The superconducting layer according to any one of technical proposals 1 to 6, wherein the third region includes the crystal particles, and the crystal particles included in the third region include plate-shaped or flat-shaped crystal particles. connection structure.
(技術案8)
前記第3の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の占有割合は、前記第1の占有割合の10%以上50%以下である、技術案1ないし技術案7いずれかに記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 8)
A connection structure of a superconducting layer described in any one of Technical Proposals 1 to 7, wherein the third region contains the crystal grains, and the third occupancy ratio is 10% or more and 50% or less of the first occupancy ratio.
(技術案9)
前記第1の領域に含まれる前記結晶粒子の長径の分布は、三つのピークを有する、技術案1ないし技術案8いずれかに記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 9)
The superconducting layer connection structure according to any one of Technical Proposals 1 to 8, wherein the distribution of the long diameters of the crystal grains included in the first region has three peaks.
(技術案10)
前記第3の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域に含まれる前記結晶粒子の長径の分布は、二つのピークを有する、技術案8記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 10)
A connection structure of a superconducting layer according to Technical Proposal 8, wherein the third region contains the crystal grains, and the distribution of the long diameters of the crystal grains contained in the third region has two peaks.
(技術案11)
前記第3の領域は樹脂又は空隙を含む、技術案1ないし技術案10いずれかに記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 11)
The superconducting layer connection structure according to any one of technical proposals 1 to 10, wherein the third region includes a resin or a void.
(技術案12)
前記接続層は、第4の領域と、前記第2の領域と前記第4の領域との間の第5の領域と、を更に含み、
前記第4の領域は前記結晶粒子を含み、前記第5の領域は前記結晶粒子を含むか又は含まず、
前記界面に垂直な前記断面において、前記第2の占有割合及び前記第4の領域の前記結晶粒子の第4の占有割合は、前記第5の領域の前記結晶粒子の第5の占有割合よりも大きく、
前記第5の領域は、前記接続層の側面に露出する、技術案1ないし技術案11いずれかに記載の超電導層の接続構造。
(Technical proposal 12)
The connection layer further includes a fourth region and a fifth region between the second region and the fourth region,
The fourth region includes the crystal particles, and the fifth region includes or does not include the crystal particles,
In the cross section perpendicular to the interface, the second occupancy ratio and the fourth occupancy ratio of the crystal grains in the fourth region are higher than the fifth occupancy ratio of the crystal grains in the fifth region. big,
The superconducting layer connection structure according to any one of technical proposals 1 to 11, wherein the fifth region is exposed on a side surface of the connection layer.
(技術案13)
第1の超電導層を含む第1の超電導線材と、
第2の超電導層を含む第2の超電導線材と、
第3の超電導層と、
前記第1の超電導層と前記第3の超電導層との間、及び、前記第2の超電導層と前記第3の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含み、前記結晶粒子の長径の分布が少なくとも二つのピークを有する、接続層と、
を備え、
前記第1の超電導層と前記第3の超電導層との間の前記接続層は、第1の領域と、第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、
前記第1の領域及び前記第2の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域は前記結晶粒子を含むか又は含まず、
前記第3の領域は、前記接続層の側面に露出し、
前記第1の超電導層と前記接続層との界面に垂直で前記第1の領域、前記第2の領域、及び前記第3の領域を含む断面において、前記第1の領域の前記結晶粒子の第1の占有割合及び前記第2の領域の前記結晶粒子の第2の占有割合は、前記第3の領域の前記結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい、超電導線材。
(Technical proposal 13)
a first superconducting wire including a first superconducting layer;
a second superconducting wire including a second superconducting layer;
a third superconducting layer; and
a connection layer provided between the first superconducting layer and the third superconducting layer and between the second superconducting layer and the third superconducting layer, the connection layer including crystal grains containing a rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), the distribution of the major axis of the crystal grains having at least two peaks;
Equipped with
the connection layer between the first superconducting layer and the third superconducting layer includes a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region;
the first region and the second region contain the crystal grains, and the third region may or may not contain the crystal grains;
the third region is exposed to a side surface of the connection layer,
A superconducting wire, wherein in a cross section perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connecting layer and including the first region, the second region, and the third region, a first occupation ratio of the crystal grains in the first region and a second occupation ratio of the crystal grains in the second region are greater than a third occupation ratio of the crystal grains in the third region.
(技術案14)
前記結晶粒子の長径の分布が少なくとも二つのピークを有する、技術案13記載の超電導線材。
(Technical proposal 14)
A superconducting wire according to Technical Proposal 13, wherein the distribution of the long diameters of the crystal grains has at least two peaks.
(技術案15)
前記断面において、前記第3の領域の前記界面に平行な方向の第3の幅は、前記第1の領域の前記界面に平行な方向の第1の幅及び前記第2の領域の前記界面に平行な方向の第2の幅よりも小さい、技術案13又は技術案14記載の超電導線材。
(Technical proposal 15)
A superconducting wire according to Technical Proposal 13 or
(技術案16)
前記第3の幅は、前記第1の幅及び前記第2の幅の50%以下である、技術案15記載の超電導線材。
(Technical proposal 16)
The superconducting wire according to Technical Proposal 15, wherein the third width is 50% or less of the first width and the second width.
(技術案17)
前記接続層の前記界面に沿った第1の方向の長さは、前記界面に沿って前記第1の方向に垂直な第2の方向の長さより短く、
前記第3の領域は、前記第1の方向において、前記接続層の側面に露出し、
前記第2の超電導層は、前記第1の超電導層に対して、前記第2の方向に位置する、技術案13ないし技術案16いずれかに記載の超電導線材。
(Technical proposal 17)
The length of the connection layer in a first direction along the interface is shorter than the length in a second direction perpendicular to the first direction along the interface,
the third region is exposed on a side surface of the connection layer in the first direction;
The superconducting wire according to any one of Technical Plans 13 to 16, wherein the second superconducting layer is located in the second direction with respect to the first superconducting layer.
(技術案18)
前記第3の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域に含まれる前記結晶粒子の長径の平均値は、前記第1の領域に含まれる前記結晶粒子の長径の平均値よりも大きい、技術案13ないし技術案17いずれかに記載の超電導線材。
(Technical proposal 18)
A superconducting wire described in any one of Technical Proposals 13 to 17, wherein the third region contains the crystal grains, and the average value of the long diameter of the crystal grains contained in the third region is greater than the average value of the long diameter of the crystal grains contained in the first region.
(技術案19)
前記第3の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域に含まれる前記結晶粒子は、板状又は扁平形状の結晶粒子を含む、技術案13ないし技術案18いずれかに記載の超電導線材。
(Technical proposal 19)
The superconducting wire according to any one of Technical Proposals 13 to 18, wherein the third region includes the crystal particles, and the crystal particles included in the third region include plate-shaped or flat-shaped crystal particles. .
(技術案20)
前記第3の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の占有割合は、前記第1の占有割合の10%以上50%以下である、技術案13ないし技術案18いずれかに記載の超電導線材。
(Technical proposal 20)
A superconducting wire described in any one of Technical Proposals 13 to 18, wherein the third region contains the crystal grains, and the third occupancy ratio is 10% or more and 50% or less of the first occupancy ratio.
(技術案21)
技術案13から技術案20のいずれかに記載の超電導線材を備える、超電導コイル。
(Technical proposal 21)
A superconducting coil comprising the superconducting wire according to any one of technical proposals 13 to 20.
(技術案22)
技術案21記載の超電導コイルを備える、超電導機器。
(Technical proposal 22)
A superconducting device comprising the superconducting coil described in Technical Proposal 21.
16 第1の超電導層
26 第2の超電導層
30 接続層
30a1 第1の高密度領域(第1の領域)
30a2 第2の高密度領域(第2の領域)
30a3 第3の高密度領域(第4の領域)
30b1 第1の低密度領域(第3の領域)
30b2 第2の低密度領域(第5の領域)
30s 側面
31 第1の結晶粒子(結晶粒子)
32 第2の結晶粒子(結晶粒子)
34 第3の結晶粒子(結晶粒子)
36 樹脂
37 空隙
46 第3の超電導層
100 接続構造
400 超電導線材
401 第1の超電導線材
402 第2の超電導線材
700 超電導コイル
800 重粒子線治療器(超電導機器)
w1 第1の幅
w2 第2の幅
w3 第3の幅
16
30a2 second high density region (second region)
30a3 Third high density region (fourth region)
30b1 First low-density region (third region)
30b2 Second low-density region (fifth region)
32 Second crystal particle (crystal particle)
34 Third crystal particle (crystal particle)
36
w1: first width w2: second width w3: third width
Claims (22)
第2の超電導層と、
前記第1の超電導層と前記第2の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含む、接続層と、
を備え、
前記接続層は、第1の領域と、第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、
前記第1の領域及び前記第2の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域は前記結晶粒子を含むか又は含まず、
前記第3の領域は、前記接続層の側面に露出し、
前記第1の超電導層と前記接続層との界面に垂直で前記第1の領域、前記第2の領域、及び前記第3の領域を含む断面において、前記第1の領域の前記結晶粒子の第1の占有割合及び前記第2の領域の前記結晶粒子の第2の占有割合は、前記第3の領域の前記結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい、超電導層の接続構造。 a first superconducting layer;
a second superconducting layer;
A connection layer provided between the first superconducting layer and the second superconducting layer and containing crystal particles containing rare earth elements (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O). and,
Equipped with
The connection layer includes a first region, a second region, and a third region provided between the first region and the second region,
The first region and the second region contain the crystal grains, and the third region contains or does not contain the crystal grains,
the third region is exposed on a side surface of the connection layer;
In a cross section that is perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer and includes the first region, the second region, and the third region, the first region of the crystal grains in the first region 1 and a second occupancy ratio of the crystal grains in the second region are larger than a third occupancy ratio of the crystal grains in the third region.
前記第3の領域は、前記第1の方向において、前記接続層の側面に露出する、請求項1記載の超電導層の接続構造。 a length of the connection layer in a first direction along the interface is shorter than a length of the connection layer in a second direction along the interface perpendicular to the first direction;
The superconducting layer connection structure according to claim 1 , wherein the third region is exposed to a side surface of the connection layer in the first direction.
前記第4の領域は前記結晶粒子を含み、前記第5の領域は前記結晶粒子を含むか又は含まず、
前記界面に垂直な前記断面において、前記第2の占有割合及び前記第4の領域の前記結晶粒子の第4の占有割合は、前記第5の領域の前記結晶粒子の第5の占有割合よりも大きく、
前記第5の領域は、前記接続層の側面に露出する、請求項1記載の超電導層の接続構造。 The connection layer further includes a fourth region and a fifth region between the second region and the fourth region,
The fourth region includes the crystal particles, and the fifth region includes or does not include the crystal particles,
In the cross section perpendicular to the interface, the second occupancy ratio and the fourth occupancy ratio of the crystal grains in the fourth region are higher than the fifth occupancy ratio of the crystal grains in the fifth region. big,
The superconducting layer connection structure according to claim 1, wherein the fifth region is exposed on a side surface of the connection layer.
第2の超電導層を含む第2の超電導線材と、
第3の超電導層と、
前記第1の超電導層と前記第3の超電導層との間、及び、前記第2の超電導層と前記第3の超電導層との間に設けられ、希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)、及び酸素(O)を含む結晶粒子を含み、前記結晶粒子の長径の分布が少なくとも二つのピークを有する、接続層と、
を備え、
前記第1の超電導層と前記第3の超電導層との間の前記接続層は、第1の領域と、第2の領域と、前記第1の領域と前記第2の領域との間に設けられた第3の領域と、を含み、
前記第1の領域及び前記第2の領域は前記結晶粒子を含み、前記第3の領域は前記結晶粒子を含むか又は含まず、
前記第3の領域は、前記接続層の側面に露出し、
前記第1の超電導層と前記接続層との界面に垂直で前記第1の領域、前記第2の領域、及び前記第3の領域を含む断面において、前記第1の領域の前記結晶粒子の第1の占有割合及び前記第2の領域の前記結晶粒子の第2の占有割合は、前記第3の領域の前記結晶粒子の第3の占有割合よりも大きい、超電導線材。 A first superconducting wire including a first superconducting layer;
a second superconducting wire including a second superconducting layer;
a third superconducting layer;
Provided between the first superconducting layer and the third superconducting layer and between the second superconducting layer and the third superconducting layer, rare earth elements (RE), barium (Ba), A connection layer containing crystal grains containing copper (Cu) and oxygen (O), wherein the distribution of the long diameter of the crystal grains has at least two peaks;
Equipped with
The connection layer between the first superconducting layer and the third superconducting layer is provided between a first region, a second region, and the first region and the second region. a third region,
The first region and the second region contain the crystal grains, and the third region contains or does not contain the crystal grains,
the third region is exposed on a side surface of the connection layer;
In a cross section that is perpendicular to the interface between the first superconducting layer and the connection layer and includes the first region, the second region, and the third region, the first region of the crystal grains in the first region 1 and a second occupancy ratio of the crystal grains in the second region are larger than a third occupancy ratio of the crystal grains in the third region.
前記第3の領域は、前記第1の方向において、前記接続層の側面に露出し、
前記第2の超電導層は、前記第1の超電導層に対して、前記第2の方向に位置する、請求項13記載の超電導線材。 The length of the connection layer in a first direction along the interface is shorter than the length in a second direction perpendicular to the first direction along the interface,
the third region is exposed on a side surface of the connection layer in the first direction;
The superconducting wire according to claim 13, wherein the second superconducting layer is located in the second direction with respect to the first superconducting layer.
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JP2022149262A JP2024043984A (en) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | Superconducting layer connection structure, superconducting wire, superconducting coil, superconducting equipment |
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