JP3090709B2 - 酸化物超電導線およびその製造方法 - Google Patents
酸化物超電導線およびその製造方法Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導マグネット、超
電導電力輸送、医用機器、超電導エネルギー貯蔵などと
して用いられる酸化物超電導線に係わり、更に詳細には
Ｂｉ系超電導体とＹ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導
体とを組み合わせることによって磁界特性を向上させた
酸化物超電導線とその製造方法に関する。
電導電力輸送、医用機器、超電導エネルギー貯蔵などと
して用いられる酸化物超電導線に係わり、更に詳細には
Ｂｉ系超電導体とＹ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導
体とを組み合わせることによって磁界特性を向上させた
酸化物超電導線とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超電導状態から常電導状態に遷移
する臨界温度（Ｔｃ）が液体窒素温度以上の高い値を示
す酸化物系超電導体が種々発見されつつある。この種の
酸化物系超電導体は、液体ヘリウムで冷却する必要のあ
った従来の合金系あるいは金属間化合物系の超電導体に
比較して格段に有利な冷却条件で使用できることから、
実用上極めて有望な超電導材料として種々の研究と開発
がなされている。
する臨界温度（Ｔｃ）が液体窒素温度以上の高い値を示
す酸化物系超電導体が種々発見されつつある。この種の
酸化物系超電導体は、液体ヘリウムで冷却する必要のあ
った従来の合金系あるいは金属間化合物系の超電導体に
比較して格段に有利な冷却条件で使用できることから、
実用上極めて有望な超電導材料として種々の研究と開発
がなされている。
【０００３】これらの酸化物超電導体の内でも、Ｂｉ系
超電導体（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ、（Ｂｉ，Ｐ
ｂ）−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏなど）やＹ系超電導体（Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなど）は、線材化や薄膜に加工して高
い臨界電流密度（Ｊｃ）が得られることから、これらの
超電導体を用いた超電導線材や超電導薄膜が試作され、
実用化に向けての研究が進められつつある。
超電導体（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ、（Ｂｉ，Ｐ
ｂ）−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏなど）やＹ系超電導体（Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏなど）は、線材化や薄膜に加工して高
い臨界電流密度（Ｊｃ）が得られることから、これらの
超電導体を用いた超電導線材や超電導薄膜が試作され、
実用化に向けての研究が進められつつある。
【０００４】例えばＢｉ系超電導体の一例としてＢｉ2
Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏy、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏyなどの
酸化物超電導材料は、Ａｇなどの貴金属シースに充填し
て圧延やプレス工程を経て、最終的に熱処理することに
より、臨界電流密度（Ｊｃ）＝１０4Ａ／ｃｍ2（７７
Ｋ，０Ｔ）台を確保することができる超電導線材が得ら
れるようになった。またＹ系超電導体にあっては、レー
ザ蒸着法やＣＶＤ法などの薄膜形成手段を用いてセラミ
ックス製基板や金属基板上に超電導薄膜を形成すること
により、Ｊｃ＝１０6Ａ／ｃｍ2（７７Ｋ，０Ｔ）台の超
電導薄膜が得られている。
Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏy、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏyなどの
酸化物超電導材料は、Ａｇなどの貴金属シースに充填し
て圧延やプレス工程を経て、最終的に熱処理することに
より、臨界電流密度（Ｊｃ）＝１０4Ａ／ｃｍ2（７７
Ｋ，０Ｔ）台を確保することができる超電導線材が得ら
れるようになった。またＹ系超電導体にあっては、レー
ザ蒸着法やＣＶＤ法などの薄膜形成手段を用いてセラミ
ックス製基板や金属基板上に超電導薄膜を形成すること
により、Ｊｃ＝１０6Ａ／ｃｍ2（７７Ｋ，０Ｔ）台の超
電導薄膜が得られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の超電導体には次のような問題があった。まず前者
のＢｉ系超電導体では、この材料はピンニングセンタと
して効くものがみつからず、液体窒素温度（７７Ｋ）で
は磁界特性が非常に低いのが実情である。図６はＢｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（ＢＳＣＣＯ）を用いて作製され
た線材（Ａｇシース線材）のＪｃ−Ｂ特性を示すグラフ
であって、このグラフから明らかなようにこの線材は０
Ｔで１０4Ａ／ｃｍ2あった臨界電流密度が１Ｔの印加磁
場状態では１０2Ａ／ｃｍ2台に低下してしまう。そこで
Ｂｉ系超電導線材を実用化するための１つの方法とし
て、線材を４．２Ｋに冷却して使用する試みもなされて
いる。図７は４．２ＫにおけるＢＳＣＣＯなどの超電導
線材（Ａｇシース線材）のＪｃ−Ｂ特性を示すグラフで
ある。この図から分かるように、ＢＳＣＣＯ線材は４．
２Ｋまで冷却して使用することにより高磁界側でも比較
的高いＪｃが得られるものの、この温度まで冷却するに
は高価な液体ヘリウムで冷却する必要があり、安価な液
体窒素で冷却して使用できる高温超電導体としての利点
を損なうことになる。
従来の超電導体には次のような問題があった。まず前者
のＢｉ系超電導体では、この材料はピンニングセンタと
して効くものがみつからず、液体窒素温度（７７Ｋ）で
は磁界特性が非常に低いのが実情である。図６はＢｉ−
Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（ＢＳＣＣＯ）を用いて作製され
た線材（Ａｇシース線材）のＪｃ−Ｂ特性を示すグラフ
であって、このグラフから明らかなようにこの線材は０
Ｔで１０4Ａ／ｃｍ2あった臨界電流密度が１Ｔの印加磁
場状態では１０2Ａ／ｃｍ2台に低下してしまう。そこで
Ｂｉ系超電導線材を実用化するための１つの方法とし
て、線材を４．２Ｋに冷却して使用する試みもなされて
いる。図７は４．２ＫにおけるＢＳＣＣＯなどの超電導
線材（Ａｇシース線材）のＪｃ−Ｂ特性を示すグラフで
ある。この図から分かるように、ＢＳＣＣＯ線材は４．
２Ｋまで冷却して使用することにより高磁界側でも比較
的高いＪｃが得られるものの、この温度まで冷却するに
は高価な液体ヘリウムで冷却する必要があり、安価な液
体窒素で冷却して使用できる高温超電導体としての利点
を損なうことになる。
【０００６】また後者のＹ系超電導薄膜では、１０6Ａ
／ｃｍ2（７７Ｋ，０Ｔ）台の高い臨界電流密度が得ら
れ、しかも製法によっては優れた磁界特性を示すものも
多い。図８および図９はレーザアブレーション法により
成膜されたＹ系超電導薄膜のＪｃ−Ｂ特性を示すもので
あって、図８は０〜１Ｔの範囲でのＪｃ−Ｂ特性を示
し、図９はレーザ照射エネルギーを１．３Ｊ／ｃｍ2と
１．１Ｊ／ｃｍ2として作製した薄膜の高磁界でのＪｃ
−Ｂ特性を示している。図８から分かるようにＹ系超電
導薄膜では１Ｔの印加磁場であっても１０6Ａ／ｃｍ2台
のＪｃが得られ、図９に示すように１Ｔを超える高磁場
強度であっても比較的安定したＪｃが得られる。しかし
このＹ系超電導薄膜は、単結晶基板上に薄膜形成手段に
よって形成された薄い膜であるために、臨界電流（Ｉ
ｃ）が大きくとれず、コイル用、電力輸送用等の電力応
用分野に適用させることが困難であった。
／ｃｍ2（７７Ｋ，０Ｔ）台の高い臨界電流密度が得ら
れ、しかも製法によっては優れた磁界特性を示すものも
多い。図８および図９はレーザアブレーション法により
成膜されたＹ系超電導薄膜のＪｃ−Ｂ特性を示すもので
あって、図８は０〜１Ｔの範囲でのＪｃ−Ｂ特性を示
し、図９はレーザ照射エネルギーを１．３Ｊ／ｃｍ2と
１．１Ｊ／ｃｍ2として作製した薄膜の高磁界でのＪｃ
−Ｂ特性を示している。図８から分かるようにＹ系超電
導薄膜では１Ｔの印加磁場であっても１０6Ａ／ｃｍ2台
のＪｃが得られ、図９に示すように１Ｔを超える高磁場
強度であっても比較的安定したＪｃが得られる。しかし
このＹ系超電導薄膜は、単結晶基板上に薄膜形成手段に
よって形成された薄い膜であるために、臨界電流（Ｉ
ｃ）が大きくとれず、コイル用、電力輸送用等の電力応
用分野に適用させることが困難であった。
【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、幅広い磁界範囲で電力応用分野に適用可能な酸化物
超電導線の提供を目的としている。
で、幅広い磁界範囲で電力応用分野に適用可能な酸化物
超電導線の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる課題は、Ａｇ等の
貴金属製シースにＢｉ系超電導体が充填されたＢｉ系超
電導線材の表面に、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系（ただし、Ａは
Ｙ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｄｙ等の周
期律表IIIａ族元素の１種類以上を表わし、ＢはＢａ，
Ｓｒ，Ｃａ等の周期律表IIａ族元素の１種類以上を表わ
す）超電導薄膜を成膜した酸化物超電導線によって解消
される。
貴金属製シースにＢｉ系超電導体が充填されたＢｉ系超
電導線材の表面に、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系（ただし、Ａは
Ｙ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｄｙ等の周
期律表IIIａ族元素の１種類以上を表わし、ＢはＢａ，
Ｓｒ，Ｃａ等の周期律表IIａ族元素の１種類以上を表わ
す）超電導薄膜を成膜した酸化物超電導線によって解消
される。
【０００９】また上記酸化物超電導線の製造方法として
は、Ａｇ等の貴金属製シースにＢｉ系超電導体が充填さ
れたＢｉ系超電導線材の表面に、レーザ蒸着法、ＣＶＤ
法などの薄膜形成手段によって、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系
（ただし、ＡはＹ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｈ
ｏ，Ｄｙ等の周期律表IIIａ族元素の１種類以上を表わ
し、ＢはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ等の周期律表IIａ族元素の１
種類以上を表わす）超電導薄膜を成膜する方法が好適で
ある。
は、Ａｇ等の貴金属製シースにＢｉ系超電導体が充填さ
れたＢｉ系超電導線材の表面に、レーザ蒸着法、ＣＶＤ
法などの薄膜形成手段によって、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系
（ただし、ＡはＹ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｈ
ｏ，Ｄｙ等の周期律表IIIａ族元素の１種類以上を表わ
し、ＢはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ等の周期律表IIａ族元素の１
種類以上を表わす）超電導薄膜を成膜する方法が好適で
ある。
【００１０】
【作用】本発明の酸化物超電導線は、低磁界で大電流を
確保できるＢｉ系超電導体と、比較的高磁界でも電流密
度が極端に低下しないＹ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系と
を組み合わせたことによって、低磁界側で大電流を確保
できるとともに高磁界側での急激な電流密度の低下を緩
和でき、低磁界〜高磁界に適用できる超電導体となる。
確保できるＢｉ系超電導体と、比較的高磁界でも電流密
度が極端に低下しないＹ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系と
を組み合わせたことによって、低磁界側で大電流を確保
できるとともに高磁界側での急激な電流密度の低下を緩
和でき、低磁界〜高磁界に適用できる超電導体となる。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明に係わる酸化物超電導線の第
１実施例を示す図である。この酸化物超電導線１はＡｇ
シース２内にＢｉ系超電導体３を充填してテープ状に縮
径加工したＢｉ系線材４の上面側に、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ
系超電導薄膜５を成膜した構成になっている。
１実施例を示す図である。この酸化物超電導線１はＡｇ
シース２内にＢｉ系超電導体３を充填してテープ状に縮
径加工したＢｉ系線材４の上面側に、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ
系超電導薄膜５を成膜した構成になっている。
【００１２】本発明に使用されるＢｉ系超電導体として
は、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（ＢＳＣＣＯ）系と称
される超電導体であり、これらの系のうちでも液体窒素
温度（７７Ｋ）以上の高い臨界温度（Ｔｃ）が得られる
材料、例えばＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏy（２２１２系と
いう）、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏy（２２２３系とい
う）や、これらの組成のうちＢｉの一部をＰｂで置換し
たもの、あるいはＳｒの一部をＹ等の周期律表IIIａ族
元素で置換したものなどがあり、特に上記２２２３系超
電導体が好適に使用される。
は、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（ＢＳＣＣＯ）系と称
される超電導体であり、これらの系のうちでも液体窒素
温度（７７Ｋ）以上の高い臨界温度（Ｔｃ）が得られる
材料、例えばＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏy（２２１２系と
いう）、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏy（２２２３系とい
う）や、これらの組成のうちＢｉの一部をＰｂで置換し
たもの、あるいはＳｒの一部をＹ等の周期律表IIIａ族
元素で置換したものなどがあり、特に上記２２２３系超
電導体が好適に使用される。
【００１３】また本発明に使用されるＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ
系（ただし、ＡはＹ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｅｕ，
Ｈｏ，Ｄｙ等の周期律表IIIａ族元素の１種類以上を表
わし、ＢはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ等の周期律表IIａ族元素の
１種類以上を表わす）超電導体についても臨界温度（Ｔ
ｃ）が７７Ｋ以上を示す材料が使用され、代表的な材料
を例示すればＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyである。
系（ただし、ＡはＹ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｅｒ，Ｅｕ，
Ｈｏ，Ｄｙ等の周期律表IIIａ族元素の１種類以上を表
わし、ＢはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ等の周期律表IIａ族元素の
１種類以上を表わす）超電導体についても臨界温度（Ｔ
ｃ）が７７Ｋ以上を示す材料が使用され、代表的な材料
を例示すればＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyである。
【００１４】またこの実施例ではＢｉ系線材４のシース
材料としてＡｇシース２を用いたが、シース材料はＡｇ
に限定される事無く、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ−Ｐｄ合
金、Ｐｔ合金などの貴金属およびその合金類が使用可能
である。
材料としてＡｇシース２を用いたが、シース材料はＡｇ
に限定される事無く、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ−Ｐｄ合
金、Ｐｔ合金などの貴金属およびその合金類が使用可能
である。
【００１５】Ｂｉ系線材４の表面にＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導薄膜５を成膜するのに好適な薄膜形成手段として
は、レーザ蒸着法やＣＶＤ法などがある。これらの蒸着
法では、チャンバ内を完全な真空状態でなく若干の酸素
分圧も確保されること、および成膜条件も７００℃程
度、２０分〜２時間程度と、Ｂｉ系線材４の最終熱処理
条件に比べ低温で短時間であり、最終熱処理を終えたＢ
ｉ系線材４の超電導特性にあまり影響を及ぼさないこと
から、本発明における酸化物超電導線の製造において好
適な蒸着法である。
超電導薄膜５を成膜するのに好適な薄膜形成手段として
は、レーザ蒸着法やＣＶＤ法などがある。これらの蒸着
法では、チャンバ内を完全な真空状態でなく若干の酸素
分圧も確保されること、および成膜条件も７００℃程
度、２０分〜２時間程度と、Ｂｉ系線材４の最終熱処理
条件に比べ低温で短時間であり、最終熱処理を終えたＢ
ｉ系線材４の超電導特性にあまり影響を及ぼさないこと
から、本発明における酸化物超電導線の製造において好
適な蒸着法である。
【００１６】この酸化物超電導線１の製造方法を説明す
ると、まずＢｉ系超電導体を構成する各元素の化合物
（酸化物や炭酸塩など）を所定の比で配合し、これを仮
焼し、得られた仮焼結体を粉砕する。次にこの粉末をＡ
ｇパイプ内に充填し、伸線加工、圧延またはプレス加工
などにより所望の寸法の線材とし、これを熱処理するこ
とによりＢｉ系線材４とする。次に、このＢｉ系線材４
をレーザ蒸着装置あるいはＣＶＤ装置のチャンバ内に入
れ、所定の基板固定位置に取り付ける。そしてレーザ蒸
着法あるいはＣＶＤ法によりＢｉ系線材４の表面にＹ系
超電導体などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を成膜
する。以上の操作により図１に示す酸化物超電導線１が
得られる。
ると、まずＢｉ系超電導体を構成する各元素の化合物
（酸化物や炭酸塩など）を所定の比で配合し、これを仮
焼し、得られた仮焼結体を粉砕する。次にこの粉末をＡ
ｇパイプ内に充填し、伸線加工、圧延またはプレス加工
などにより所望の寸法の線材とし、これを熱処理するこ
とによりＢｉ系線材４とする。次に、このＢｉ系線材４
をレーザ蒸着装置あるいはＣＶＤ装置のチャンバ内に入
れ、所定の基板固定位置に取り付ける。そしてレーザ蒸
着法あるいはＣＶＤ法によりＢｉ系線材４の表面にＹ系
超電導体などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を成膜
する。以上の操作により図１に示す酸化物超電導線１が
得られる。
【００１７】この酸化物超電導線１は、単独であるいは
多数本束ね、液体窒素により冷却した状態で電力輸送用
超電導線として使用される他、スパイラル状に巻いてコ
イル化し、液体窒素冷却下で超電導マグネットとして発
電用、核融合用、リニヤモータ車両や磁気推進船などの
輸送手段、医療用などの種々の用途に適用が可能であ
る。
多数本束ね、液体窒素により冷却した状態で電力輸送用
超電導線として使用される他、スパイラル状に巻いてコ
イル化し、液体窒素冷却下で超電導マグネットとして発
電用、核融合用、リニヤモータ車両や磁気推進船などの
輸送手段、医療用などの種々の用途に適用が可能であ
る。
【００１８】この酸化物超電導線１は、Ｂｉ系線材４と
Ｙ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を複合化し
たものであるので、寸法的にはＢｉ系線材４と殆ど変化
しない導体として高Ｉｃを確保できる。また低磁界側で
大電流を確保できるＢｉ系線材４と、Ｉｃは若干低いが
高磁界側でもＢｉ系超電導体ほど急激な性能低下を生じ
ないＹ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜４を組み
合わせることにより低磁界から高磁界に適用できる電力
用導体となる。さらにＹ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超
電導薄膜５を形成する手段として、レーザ蒸着法あるい
はＣＶＤ法は、チャンバ内が完全な真空でなく若干Ｏ2
分圧も確保されること、および成膜条件も７００℃〜７
５０℃で２０分〜２時間程度であり、Ｂｉ系線材４の最
終熱処理条件に比べると低温で短時間であることから、
最終熱処理を終えたＢｉ系線材４の特性にあまり影響を
及ぼさずに高特性の複合超電導線を製造できる。
Ｙ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を複合化し
たものであるので、寸法的にはＢｉ系線材４と殆ど変化
しない導体として高Ｉｃを確保できる。また低磁界側で
大電流を確保できるＢｉ系線材４と、Ｉｃは若干低いが
高磁界側でもＢｉ系超電導体ほど急激な性能低下を生じ
ないＹ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜４を組み
合わせることにより低磁界から高磁界に適用できる電力
用導体となる。さらにＹ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超
電導薄膜５を形成する手段として、レーザ蒸着法あるい
はＣＶＤ法は、チャンバ内が完全な真空でなく若干Ｏ2
分圧も確保されること、および成膜条件も７００℃〜７
５０℃で２０分〜２時間程度であり、Ｂｉ系線材４の最
終熱処理条件に比べると低温で短時間であることから、
最終熱処理を終えたＢｉ系線材４の特性にあまり影響を
及ぼさずに高特性の複合超電導線を製造できる。
【００１９】図２は本発明に係わる酸化物超電導線の第
２実施例を示す図である。この酸化物超電導線１１は、
図１の酸化物超電導線１のＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄
膜５上に、厚さ数μｍのＡｇ薄膜１２を蒸着した構成に
なっている。このＡｇ薄膜１２を形成するには、真空蒸
着装置など周知の金属薄膜形成手段を用いることができ
る。
２実施例を示す図である。この酸化物超電導線１１は、
図１の酸化物超電導線１のＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄
膜５上に、厚さ数μｍのＡｇ薄膜１２を蒸着した構成に
なっている。このＡｇ薄膜１２を形成するには、真空蒸
着装置など周知の金属薄膜形成手段を用いることができ
る。
【００２０】この実施例による酸化物超電導線１１は、
第１実施例の酸化物超電導線１とほぼ同様の効果が得ら
れる他、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５上にＡｇ薄膜
１２を形成したことによって、このＡｇ薄膜１２が安定
化材となるとともに超電導薄膜５の機械的強度を向上さ
せることができ、超電導線の加工性が向上する。
第１実施例の酸化物超電導線１とほぼ同様の効果が得ら
れる他、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５上にＡｇ薄膜
１２を形成したことによって、このＡｇ薄膜１２が安定
化材となるとともに超電導薄膜５の機械的強度を向上さ
せることができ、超電導線の加工性が向上する。
【００２１】図３は本発明に係わる酸化物超電導線の第
３実施例を示す図である。この酸化物超電導線２１は、
Ｂｉ系線材４の上に、この線材４のシース材料とＡ−Ｂ
−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５との拡散反応を防止するため
のバッファ層２２を形成し、このバッファ層２２上にＡ
−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を成膜して構成されてい
る。このバッファ層２２の材料としては、ＹＳＺ（安定
化ジルコニア）、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3等のセラミック
材料が好適に使用される。このバッファ層２２の厚さは
数μｍあれば十分である。Ｂｉ系線材４上にこの種のバ
ッファ層２２を形成するには、スパッタリング法や電子
ビーム蒸着法などの他に、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄
膜５の形成に好適に用いられるレーザ蒸着法、ＣＶＤ法
などが使用される。なおＢｉ系線材４上にバッファ層２
２を成膜し、引き続いて同一装置でターゲット材料ある
いは原料ガスを切り替えてバッファ層２２上にＡ−Ｂ−
Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を成膜することも勿論可能であ
る。
３実施例を示す図である。この酸化物超電導線２１は、
Ｂｉ系線材４の上に、この線材４のシース材料とＡ−Ｂ
−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５との拡散反応を防止するため
のバッファ層２２を形成し、このバッファ層２２上にＡ
−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を成膜して構成されてい
る。このバッファ層２２の材料としては、ＹＳＺ（安定
化ジルコニア）、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3等のセラミック
材料が好適に使用される。このバッファ層２２の厚さは
数μｍあれば十分である。Ｂｉ系線材４上にこの種のバ
ッファ層２２を形成するには、スパッタリング法や電子
ビーム蒸着法などの他に、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄
膜５の形成に好適に用いられるレーザ蒸着法、ＣＶＤ法
などが使用される。なおＢｉ系線材４上にバッファ層２
２を成膜し、引き続いて同一装置でターゲット材料ある
いは原料ガスを切り替えてバッファ層２２上にＡ−Ｂ−
Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を成膜することも勿論可能であ
る。
【００２２】この酸化物超電導線２１は、Ｂｉ線材４と
Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５の間に、これら各層間
の拡散反応を防止するバッファ層２２を設けたので、Ａ
−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜２２に不純物が拡散するこ
とがなく超電導薄膜２２の特性が劣化するおそれがな
い。
Ａ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５の間に、これら各層間
の拡散反応を防止するバッファ層２２を設けたので、Ａ
−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜２２に不純物が拡散するこ
とがなく超電導薄膜２２の特性が劣化するおそれがな
い。
【００２３】なお前述した各実施例では、Ｂｉ系線材４
の片面にのみＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を形成し
たが、この超電導薄膜２２をＢｉ系線材４の両面あるい
は全面に形成することもできる。
の片面にのみＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜５を形成し
たが、この超電導薄膜２２をＢｉ系線材４の両面あるい
は全面に形成することもできる。
【００２４】また前述の各実施例ではテープ状のＢｉ系
線材４を用いたが、Ｂｉ系線材はこれに限定される事無
く、例えば断面が円形のＢｉ系線材を用いその周囲にＡ
−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を成膜することも可能であ
る。
線材４を用いたが、Ｂｉ系線材はこれに限定される事無
く、例えば断面が円形のＢｉ系線材を用いその周囲にＡ
−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を成膜することも可能であ
る。
【００２５】（実験例１） Ｂｉ系超電導材料として、
Ｂｉの２０％をＰｂで置換した（Ｂｉ，Ｐｂ）−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（２２２３系）を選んだ。Ｂｉ2Ｏ3，Ｐ
ｂＯ，ＳｒＣＯ3，ＣａＣＯ3，ＣｕＯをＢｉ：Ｐｂ：Ｓ
ｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．６：０．４：２：２：３の比で配
合し、７５０〜８７０℃の温度範囲で８〜２００時間仮
焼、焼結したものを粉砕し、Ａｇ製パイプに充填し、ス
ウェージ伸線により縮径し、圧延またはプレス加工と熱
処理の組み合わせにより、Ｂｉ系Ａｇシース線材とし
た。次にこの線材をレーザ蒸着装置の基板位置に取り付
けた。ターゲット材としてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（Ｙ：Ｂ
ａ：Ｃｕ＝１：２：３）を用い、レーザとしてＡｒＦエ
キシマレーザを用い、基板温度＝７００℃、酸素分圧＝
２００ｍＴｏｒｒとし、Ｂｉ系Ａｇシース線の一方の面
側にＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄膜を成膜した。このレーザ蒸着
の成膜速度は１μｍ／時間であり、２時間かけて２μｍ
の薄膜を成膜した。
Ｂｉの２０％をＰｂで置換した（Ｂｉ，Ｐｂ）−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（２２２３系）を選んだ。Ｂｉ2Ｏ3，Ｐ
ｂＯ，ＳｒＣＯ3，ＣａＣＯ3，ＣｕＯをＢｉ：Ｐｂ：Ｓ
ｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．６：０．４：２：２：３の比で配
合し、７５０〜８７０℃の温度範囲で８〜２００時間仮
焼、焼結したものを粉砕し、Ａｇ製パイプに充填し、ス
ウェージ伸線により縮径し、圧延またはプレス加工と熱
処理の組み合わせにより、Ｂｉ系Ａｇシース線材とし
た。次にこの線材をレーザ蒸着装置の基板位置に取り付
けた。ターゲット材としてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（Ｙ：Ｂ
ａ：Ｃｕ＝１：２：３）を用い、レーザとしてＡｒＦエ
キシマレーザを用い、基板温度＝７００℃、酸素分圧＝
２００ｍＴｏｒｒとし、Ｂｉ系Ａｇシース線の一方の面
側にＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄膜を成膜した。このレーザ蒸着
の成膜速度は１μｍ／時間であり、２時間かけて２μｍ
の薄膜を成膜した。
【００２６】成膜前のＢｉ系Ａｇシース線材（厚さ０．
２ｍｍ、幅３ｍｍのテープ状）の特性は、Ｊｃ＝２×１
０4Ａ／ｃｍ2、Ｉｃは約１８Ａ（いずれも７７Ｋ，０
Ｔ）であった。またＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄膜のＡｇ単独基
板での特性は、Ｊｃ＝８×１０4Ａ／ｃｍ2、Ｉｃは約５
Ａ（いずれも７７Ｋ，０Ｔ）であった。これらＢｉ系線
材、Ｙ系薄膜および複合材のＩｃ−Ｂ特性を図４に示し
た。図４のグラフから判るように、この複合材は低磁界
側でＩｃが高く、比較的高磁界側でもＩｃが高く優れた
磁界特性を有する高Ｉｃ線材であることが明らかであ
る。
２ｍｍ、幅３ｍｍのテープ状）の特性は、Ｊｃ＝２×１
０4Ａ／ｃｍ2、Ｉｃは約１８Ａ（いずれも７７Ｋ，０
Ｔ）であった。またＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄膜のＡｇ単独基
板での特性は、Ｊｃ＝８×１０4Ａ／ｃｍ2、Ｉｃは約５
Ａ（いずれも７７Ｋ，０Ｔ）であった。これらＢｉ系線
材、Ｙ系薄膜および複合材のＩｃ−Ｂ特性を図４に示し
た。図４のグラフから判るように、この複合材は低磁界
側でＩｃが高く、比較的高磁界側でもＩｃが高く優れた
磁界特性を有する高Ｉｃ線材であることが明らかであ
る。
【００２７】（実験例２）実験例１と同様のＢｉ系Ａｇ
シース線材を、ＣＶＤ装置の基板位置に取り付け、表１
に示した条件でＣＶＤ蒸着を行なって、Ｂｉ系Ａｇシー
ス線材の一方の面側に厚さ８μｍのＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄
膜を成膜した。
シース線材を、ＣＶＤ装置の基板位置に取り付け、表１
に示した条件でＣＶＤ蒸着を行なって、Ｂｉ系Ａｇシー
ス線材の一方の面側に厚さ８μｍのＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄
膜を成膜した。
【００２８】成膜前のＢｉ系Ａｇシース線材の特性は実
験例１と同じである。またＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄膜のＡｇ
単独基板での特性は、Ｊｃ＝５×１０4Ａ／ｃｍ2、Ｉｃ
＝１１Ａ（いずれも７７Ｋ，０Ｔ）であった。これらＢ
ｉ系線材、Ｙ系薄膜および複合材のＩｃ−Ｂ特性を図５
に示した。図５のグラフから、この複合材は優れた磁界
特性を有する高Ｉｃ線材であることが明らかである。
験例１と同じである。またＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy薄膜のＡｇ
単独基板での特性は、Ｊｃ＝５×１０4Ａ／ｃｍ2、Ｉｃ
＝１１Ａ（いずれも７７Ｋ，０Ｔ）であった。これらＢ
ｉ系線材、Ｙ系薄膜および複合材のＩｃ−Ｂ特性を図５
に示した。図５のグラフから、この複合材は優れた磁界
特性を有する高Ｉｃ線材であることが明らかである。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる酸
化物超電導線は、Ｂｉ系超電導線とＹ系などのＡ−Ｂ−
Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を複合化したものであるので、寸
法的にはＢｉ系超電導線と殆ど変化しない導体として高
Ｉｃを確保できる。
化物超電導線は、Ｂｉ系超電導線とＹ系などのＡ−Ｂ−
Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を複合化したものであるので、寸
法的にはＢｉ系超電導線と殆ど変化しない導体として高
Ｉｃを確保できる。
【００３０】また低磁界側で大電流を確保できるＢｉ系
超電導線と、Ｉｃは若干低いが高磁界側でもＢｉ系超電
導線ほど急激な性能低下を生じないＹ系などのＡ−Ｂ−
Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を組み合わせることにより低磁界
から高磁界に適用できる電力用導体となる。
超電導線と、Ｉｃは若干低いが高磁界側でもＢｉ系超電
導線ほど急激な性能低下を生じないＹ系などのＡ−Ｂ−
Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜を組み合わせることにより低磁界
から高磁界に適用できる電力用導体となる。
【００３１】Ｙ系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ−Ｏ系超電導薄膜
を形成する手段として、レーザ蒸着法あるいはＣＶＤ法
は、チャンバ内が完全な真空でなく若干Ｏ2分圧も確保
されること、および成膜条件も７００℃〜７５０℃で２
０分〜２時間程度であり、Ｂｉ系超電導線の最終熱処理
条件に比べると低温で短時間であることから、最終熱処
理を終えたＢｉ系超電導線の特性にあまり影響を及ぼさ
ずに高特性の複合超電導線を製造できる。
を形成する手段として、レーザ蒸着法あるいはＣＶＤ法
は、チャンバ内が完全な真空でなく若干Ｏ2分圧も確保
されること、および成膜条件も７００℃〜７５０℃で２
０分〜２時間程度であり、Ｂｉ系超電導線の最終熱処理
条件に比べると低温で短時間であることから、最終熱処
理を終えたＢｉ系超電導線の特性にあまり影響を及ぼさ
ずに高特性の複合超電導線を製造できる。
【図１】 本発明の酸化物超電導線の第１実施例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】 本発明の酸化物超電導線の第２実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図３】 本発明の酸化物超電導線の第３実施例を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】 実験例１で作製した線材のＩｃ−Ｂ特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図５】 実験例２で作製した線材のＩｃ−Ｂ特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図６】 従来の超電導体の一例としてＢｉ系線材のＪ
ｃ−Ｂ特性（７７Ｋ）を示すグラフである。
ｃ−Ｂ特性（７７Ｋ）を示すグラフである。
【図７】 同じくＢｉ系線材のＪｃ−Ｂ特性（４．２
Ｋ）を示すグラフである。
Ｋ）を示すグラフである。
【図８】 従来の超電導体の他の例としてＹ系薄膜のＪ
ｃ−Ｂ特性（〜１Ｔ）を示すグラフである。
ｃ−Ｂ特性（〜１Ｔ）を示すグラフである。
【図９】 同じくＹ系薄膜のＪｃ−Ｂ特性（〜１０Ｔ）
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１，１１，２１…酸化物超電導線、２…Ａｇシース、３
…Ｂｉ系超電導体、４…Ｂｉ系線材、５…Ａ−Ｂ−Ｃｕ
−Ｏ系超電導薄膜
…Ｂｉ系超電導体、４…Ｂｉ系線材、５…Ａ−Ｂ−Ｃｕ
−Ｏ系超電導薄膜
【表１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾鍋 和憲 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 柿本 一臣 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 二木 直洋 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−264115（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−227309（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−138619（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−17217（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 12/00 - 13/00
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａｇ等の貴金属製シースにＢｉ系超電導
体が充填されたＢｉ系超電導線材の表面に、Ａ−Ｂ−Ｃ
ｕ−Ｏ系（ただし、ＡはＹ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｅｒ，
Ｅｕ，Ｈｏ，Ｄｙ等の周期律表IIIａ族元素の１種類以
上を表わし、ＢはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ等の周期律表IIａ族
元素の１種類以上を表わす）超電導薄膜が成膜されてな
る酸化物超電導線。 - 【請求項２】 Ａｇ等の貴金属製シースにＢｉ系超電導
体が充填されたＢｉ系超電導線材の表面に、レーザ蒸着
法、ＣＶＤ法などの薄膜形成手段によって、Ａ−Ｂ−Ｃ
ｕ−Ｏ系（ただし、ＡはＹ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｙｂ，Ｅｒ，
Ｅｕ，Ｈｏ，Ｄｙ等の周期律表IIIａ族元素の１種類以
上を表わし、ＢはＢａ，Ｓｒ，Ｃａ等の周期律表IIａ族
元素の１種類以上を表わす）超電導薄膜を成膜すること
を特徴とする酸化物超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03122329A JP3090709B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 酸化物超電導線およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03122329A JP3090709B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 酸化物超電導線およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324209A JPH04324209A (ja) | 1992-11-13 |
| JP3090709B2 true JP3090709B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=14833279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03122329A Expired - Fee Related JP3090709B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 酸化物超電導線およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3090709B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4743150B2 (ja) * | 2007-04-17 | 2011-08-10 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイルおよびそれに用いる超電導導体 |
| JP4844458B2 (ja) * | 2007-04-20 | 2011-12-28 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイルおよびそれに用いる超電導導体 |
| DK2144255T3 (da) * | 2008-07-09 | 2011-04-11 | Bruker Hts Gmbh | Superledende kabel |
-
1991
- 1991-04-24 JP JP03122329A patent/JP3090709B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04324209A (ja) | 1992-11-13 |
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