JP3095408B2 - 酸化物系超電導線の製造方法 - Google Patents
酸化物系超電導線の製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- 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
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は酸化物系超電導線の製造方法に係り、特に長
尺の基体上に均一な組成の酸化物系超電導物質の結晶膜
を容易に形成することのできる製造方法の改良に関す
る。
尺の基体上に均一な組成の酸化物系超電導物質の結晶膜
を容易に形成することのできる製造方法の改良に関す
る。
［従来の技術］ 高い臨界温度（Tc）を有する酸化物系超電導物質は、
従来、蒸着やスパッタリング法等により製作されてお
り、実験的には200万A/cm2程度の臨界電流密度（Jc）の
値が報告されている。
従来、蒸着やスパッタリング法等により製作されてお
り、実験的には200万A/cm2程度の臨界電流密度（Jc）の
値が報告されている。
このような酸化物系超電導物質を用いて高温超電導体
を実用化するためには、安定化材となる良導電性金属上
に均一な薄膜を連続して形成することが必要であり、ま
たその特性を向上させるためには、薄膜を単結晶状に形
成し、かつその結晶配向を調整しなければならない。例
えば、Ｙ系（YBa2Cu3Ox）の場合、その（ab）面を安定
化材の面に平行に配向させることにより、Jc等の特性が
著しく向上することが知られている。
を実用化するためには、安定化材となる良導電性金属上
に均一な薄膜を連続して形成することが必要であり、ま
たその特性を向上させるためには、薄膜を単結晶状に形
成し、かつその結晶配向を調整しなければならない。例
えば、Ｙ系（YBa2Cu3Ox）の場合、その（ab）面を安定
化材の面に平行に配向させることにより、Jc等の特性が
著しく向上することが知られている。
しかしながら、通常の蒸着法により安定化材上に所定
の厚さの結晶膜を形成するには長時間を要するため、実
用レベルで長尺材を製造することは極めて困難である。
の厚さの結晶膜を形成するには長時間を要するため、実
用レベルで長尺材を製造することは極めて困難である。
従って、上記のような長尺材を製造する方法としてス
パッタリング法による検討が盛んに行なわれている。
パッタリング法による検討が盛んに行なわれている。
［発明が解決しようとする課題］ 上記のスパッタリング法は、Ar等のガス雰囲気中でタ
ーゲットと基板との間に電圧をかけ、電子の衝突によっ
て発生するガスイオンをターゲットに衝突させて叩き出
された原子を基板に付着させる方法であり、主機構が熱
的過程でないため、高融点材料の薄膜化が容易であり、
また基板との付着力の強い膜が得られるという特徴を有
する。
ーゲットと基板との間に電圧をかけ、電子の衝突によっ
て発生するガスイオンをターゲットに衝突させて叩き出
された原子を基板に付着させる方法であり、主機構が熱
的過程でないため、高融点材料の薄膜化が容易であり、
また基板との付着力の強い膜が得られるという特徴を有
する。
しかしながら、スパッタリング法では成分の安定性が
不十分で、酸化物系超電導物質をターゲット材として成
膜しても高温相のみが形成されるのではなく、例えばBi
系の場合には高温相、即ち高いTcを有する相である（22
23）相（Bi:Sr:Ca:Cu＝2:2:2:3のモル比、以下同様、Tc
＝110K）以外に（2212）相（Tc＝80K）や（2234）相（T
c＝90K）も同様に生成され、高温相からなる均一な結晶
膜が得られないという問題がある。
不十分で、酸化物系超電導物質をターゲット材として成
膜しても高温相のみが形成されるのではなく、例えばBi
系の場合には高温相、即ち高いTcを有する相である（22
23）相（Bi:Sr:Ca:Cu＝2:2:2:3のモル比、以下同様、Tc
＝110K）以外に（2212）相（Tc＝80K）や（2234）相（T
c＝90K）も同様に生成され、高温相からなる均一な結晶
膜が得られないという問題がある。
この理由は、ガスイオンの衝突によりターゲットから
叩き出される原子は、加速されたガスイオンの運動エネ
ルギー等により放出され易いものが優先してその組成が
変動するためであって、基板上に成膜される結晶の組成
はターゲット材の組成とは一般には一致しない。
叩き出される原子は、加速されたガスイオンの運動エネ
ルギー等により放出され易いものが優先してその組成が
変動するためであって、基板上に成膜される結晶の組成
はターゲット材の組成とは一般には一致しない。
本発明は以上の問題を解決するためになされてもの
で、均一な組成の酸化物系超電導物質の結晶膜を長尺の
基体上に容易に形成することのできる方法を提供するこ
とをその目的としている。
で、均一な組成の酸化物系超電導物質の結晶膜を長尺の
基体上に容易に形成することのできる方法を提供するこ
とをその目的としている。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の酸化物系超電導線
の製造方法は、長尺の基体を所定の雰囲気に保持された
加熱炉内に連続的に走行せしめ、前記加熱炉内の前記基
体の走行路に沿って配置された酸化物系超電導物質ある
いは酸化物系超電導物質を構成する元素を含む物質から
なる複数個のターゲット材に順次パルス状に高エネルギ
ーレーザビームを照射して前記ターゲット材を蒸発させ
るとともに、前記複数個のターゲット材を冷却器により
所定温度以下に制御することにより、前記基体上に酸化
物系超電導物質の結晶膜を形成するものである。
の製造方法は、長尺の基体を所定の雰囲気に保持された
加熱炉内に連続的に走行せしめ、前記加熱炉内の前記基
体の走行路に沿って配置された酸化物系超電導物質ある
いは酸化物系超電導物質を構成する元素を含む物質から
なる複数個のターゲット材に順次パルス状に高エネルギ
ーレーザビームを照射して前記ターゲット材を蒸発させ
るとともに、前記複数個のターゲット材を冷却器により
所定温度以下に制御することにより、前記基体上に酸化
物系超電導物質の結晶膜を形成するものである。
上記発明における長尺の基体としては、高温で安定な
金属または合金よりなる線材やテープが適しており、例
えば金、銀、白金等の良導体が用いられる。勿論、基体
の安定化材としての機能を無視できる場合には、ステン
レスやYSZ（イットリウム安定化ジルコニア）等を用い
ることも可能である。
金属または合金よりなる線材やテープが適しており、例
えば金、銀、白金等の良導体が用いられる。勿論、基体
の安定化材としての機能を無視できる場合には、ステン
レスやYSZ（イットリウム安定化ジルコニア）等を用い
ることも可能である。
また、ターケット材としては、前述のＹ系、Bi系の
他、Tl系等の高温相からなる酸化物系超電導物質が用い
られ、一方、酸化物系超電導物質を構成する元素を含む
物質としては、各構成元素を高温相の組成比で配合した
酸化物や炭酸化物からなる粉末の成型体を用いることが
できる。
他、Tl系等の高温相からなる酸化物系超電導物質が用い
られ、一方、酸化物系超電導物質を構成する元素を含む
物質としては、各構成元素を高温相の組成比で配合した
酸化物や炭酸化物からなる粉末の成型体を用いることが
できる。
本発明においては、複数個のターゲット材に順次パル
ス状に高エネルルギーレーザビームを照射して前記ター
ゲット材を蒸発させるが、このようなレーザビームとし
ては波長が短くエネルギーの大きいエキシマレーザが適
している。
ス状に高エネルルギーレーザビームを照射して前記ター
ゲット材を蒸発させるが、このようなレーザビームとし
ては波長が短くエネルギーの大きいエキシマレーザが適
している。
［作用］ 上記の方法により、複数個のターゲット材に順次にパ
ルス状に高エネルルギーレーザビームが照射されるた
め、長時間に亘って均一な組成の蒸発ガスが得られ、従
って基体上に均一な組成の酸化物系超電導物質の結晶膜
を形成することができる。
ルス状に高エネルルギーレーザビームが照射されるた
め、長時間に亘って均一な組成の蒸発ガスが得られ、従
って基体上に均一な組成の酸化物系超電導物質の結晶膜
を形成することができる。
即ち、一つのターゲットに高い出力のレーザを連続し
て照射すると、ターゲット材が溶解して各成分元素はそ
の蒸気圧に従って蒸発するため、蒸発ガスの組成はター
ゲット材の組成からズレを生じ、従って基体上に均一な
組成の酸化物系超電導物質の結晶膜を形成することがで
きない。
て照射すると、ターゲット材が溶解して各成分元素はそ
の蒸気圧に従って蒸発するため、蒸発ガスの組成はター
ゲット材の組成からズレを生じ、従って基体上に均一な
組成の酸化物系超電導物質の結晶膜を形成することがで
きない。
本発明の方法では、一つのターゲットに連続して高い
出力のレーザが照射されることがないため、一つのター
ゲット材の蒸着時間を短くしてターゲット材の溶解を防
止することができる上、複数個のターゲット材に順次パ
ルスに高エネルギーレーザビームが照射されるため、一
種の固体拡散に近い結晶の成長に必要な蒸着時間を確保
することができる。
出力のレーザが照射されることがないため、一つのター
ゲット材の蒸着時間を短くしてターゲット材の溶解を防
止することができる上、複数個のターゲット材に順次パ
ルスに高エネルギーレーザビームが照射されるため、一
種の固体拡散に近い結晶の成長に必要な蒸着時間を確保
することができる。
また、各ターゲット材は冷却器により所定温度以下に
制御されるため、ターゲット材が十分に冷却された後、
レーザビームを再照射することが可能になる。
制御されるため、ターゲット材が十分に冷却された後、
レーザビームを再照射することが可能になる。
［実施例］ 以下本発明の一実施例について説明する。
図は本発明の方法に用いられる装置の概略断面図を示
したもので、１は銀テープを巻回した送出機、２は超電
導テープの巻取機、３は加熱炉、４はエキシマレーザの
発生器、５は反射鏡、６はターゲットである。
したもので、１は銀テープを巻回した送出機、２は超電
導テープの巻取機、３は加熱炉、４はエキシマレーザの
発生器、５は反射鏡、６はターゲットである。
加熱炉３内には銀テープ７の走行路に沿ってヒータ８
が配置されており、このヒータにより銀テープ７は高温
相の結晶膜を生成する所定の温度、例えばBi系の場合、
（2223）相を生成させるため約500〜650℃の温度に加熱
制御される。この加熱炉３内は所定の雰囲気に維持さ
れ、例えば酸素分圧で50〜100mTorr以下に制御される。
が配置されており、このヒータにより銀テープ７は高温
相の結晶膜を生成する所定の温度、例えばBi系の場合、
（2223）相を生成させるため約500〜650℃の温度に加熱
制御される。この加熱炉３内は所定の雰囲気に維持さ
れ、例えば酸素分圧で50〜100mTorr以下に制御される。
ターゲット材６を蒸発させるために、エキシマレーザ
の発生器４からエキシマレーザビーム９が反射鏡５に向
けて照射される。反射鏡５は回転軸10を中心として回転
せしめられ、反射ビーム9aをターゲット材６に順次反復
照射する。従ってターゲット材に対して反射ビームはパ
ルス状に照射され、その照射時間はターゲット材を溶解
させずに単に気化させるのに必要な時間、例えば一ター
ゲットに対して100msec以下のパルス幅とし、ターゲッ
ト材が十分に冷却された後再照射する。このため、ター
ゲット材６は冷却器11により必要に応じて冷却され、制
御器（図示せず）により所定の温度以下に制御される。
の発生器４からエキシマレーザビーム９が反射鏡５に向
けて照射される。反射鏡５は回転軸10を中心として回転
せしめられ、反射ビーム9aをターゲット材６に順次反復
照射する。従ってターゲット材に対して反射ビームはパ
ルス状に照射され、その照射時間はターゲット材を溶解
させずに単に気化させるのに必要な時間、例えば一ター
ゲットに対して100msec以下のパルス幅とし、ターゲッ
ト材が十分に冷却された後再照射する。このため、ター
ゲット材６は冷却器11により必要に応じて冷却され、制
御器（図示せず）により所定の温度以下に制御される。
上記のターゲット材６は、例えばBi系の場合、Bi
2O3、SrCO3、PbO、CaCO3、CuOの各粉末を成型後約800℃
で仮焼し、さらにこれを再び成型した後、約850〜870℃
で焼結したBi系超電導物質からなるバルク材である。
2O3、SrCO3、PbO、CaCO3、CuOの各粉末を成型後約800℃
で仮焼し、さらにこれを再び成型した後、約850〜870℃
で焼結したBi系超電導物質からなるバルク材である。
以上の装置において、基材となる銀テープ７は送出機
１より所定の速度で連続的に送り出されて加熱炉３内を
進行し、ターゲット材６からの蒸発ガスによりその表面
に酸化物超電導物質が成膜された後、巻取機２に巻取ら
れる。銀テープ７の走行速度は、加熱炉内の通過中に所
定の厚さの結晶膜が得られるように制御される。この場
合、結晶膜の厚さは数μｍ以下と非常に薄いため、銀テ
ープとともにボビンに巻き取ることができる。
１より所定の速度で連続的に送り出されて加熱炉３内を
進行し、ターゲット材６からの蒸発ガスによりその表面
に酸化物超電導物質が成膜された後、巻取機２に巻取ら
れる。銀テープ７の走行速度は、加熱炉内の通過中に所
定の厚さの結晶膜が得られるように制御される。この場
合、結晶膜の厚さは数μｍ以下と非常に薄いため、銀テ
ープとともにボビンに巻き取ることができる。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明の酸化物系超電導線の製造方
法によれば、均一な組成の結晶膜を長尺の基体上に実用
的なレベルで形成することができる。
法によれば、均一な組成の結晶膜を長尺の基体上に実用
的なレベルで形成することができる。
図は本発明の方法に用いられる装置の概略断面図であ
る。 ３……加熱炉 ４……エキシマレーザの発生器 ５……反射鏡 ６……ターゲット ７……銀テープ ８……ヒータ ９……エキシマレーザビーム 11……冷却器
る。 ３……加熱炉 ４……エキシマレーザの発生器 ５……反射鏡 ６……ターゲット ７……銀テープ ８……ヒータ ９……エキシマレーザビーム 11……冷却器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−160609（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−17685（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−290576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−47857（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−307808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−64875（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 12/00 - 13/00 C23C 14/08,14/28
Claims (3)
- 【請求項１】長尺の基体を所定の雰囲気に保持された加
熱炉内に連続的に走行せしめ、前記加熱炉内の前記基体
の走行路に沿って配置された酸化物系超電導物質あるい
は酸化物系超電導物質を構成する元素を含む物質からな
る複数個のターゲット材に順次パルス状に高エネルギー
レーザビームを照射して前記ターゲット材を蒸発させる
とともに、前記複数個のターゲット材を冷却器により所
定温度以下に制御することにより、前記基体上に酸化物
系超電導物質の結晶膜を形成することを特徴とする酸化
物系超電導線の製造方法。 - 【請求項２】長尺の基体は高温で安定な金属または合金
よりなることを特徴とする請求項１記載の酸化物系超電
導線の製造方法。 - 【請求項３】高エネルギーレーザビームの照射は、エキ
シマレーザによることを特徴とする請求項２記載の酸化
物系超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02328416A JP3095408B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 酸化物系超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02328416A JP3095408B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 酸化物系超電導線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04206115A JPH04206115A (ja) | 1992-07-28 |
| JP3095408B2 true JP3095408B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=18210019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02328416A Expired - Fee Related JP3095408B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | 酸化物系超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3095408B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-28 JP JP02328416A patent/JP3095408B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04206115A (ja) | 1992-07-28 |
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