JP3155558B2 - 酸化物超電導線材 - Google Patents
酸化物超電導線材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
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は送電ケ−ブル、電流リ−
ド、マグネットなどの電力分野へ応用される酸化物超電
導線材に関するものである。
ド、マグネットなどの電力分野へ応用される酸化物超電
導線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導線材は、万一、その臨界電
流Ｉｃ以上の電流が流れると超電導状態が破壊されて常
伝導体となり、その電気抵抗によって発熱が生じて超電
導体の劣化が引き起こされる。この現象を防止するため
通常は、図３に示すように基板１０の上の酸化物超電導
体層１１にＣｕやＡｌなどの金属による安定化層１２を
積層して、過剰な電流は安定化層１２へ流れるようにし
ていた。
流Ｉｃ以上の電流が流れると超電導状態が破壊されて常
伝導体となり、その電気抵抗によって発熱が生じて超電
導体の劣化が引き起こされる。この現象を防止するため
通常は、図３に示すように基板１０の上の酸化物超電導
体層１１にＣｕやＡｌなどの金属による安定化層１２を
積層して、過剰な電流は安定化層１２へ流れるようにし
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、安定化層１２の
材料として用いられていたＣｕやＡＩは卑金属であるた
め、積層される酸化物超電導体層１１の表面或は同酸化
物超電導体層１１中の酸素と結びついて酸化銅や酸化ア
ルミニウムとなる。これによって２つの問題が生じる。
第１は酸化銅や酸化アルミニウムは絶縁体であるので、
それが酸化物超電導体層１１と安定化層１２との間に存
在すると、この部分で電流のパスが途切れてしまい過剰
な電流が安定化層１２に流れなくなり、安定化層１２が
それ本来の安定化機能を果たさなくなる。第２は酸化物
超電導体の超電導特性は周知のように酸素組成に敏感で
あり、ＣｕやＡＩに酸素を取られてしまうと超電導特性
が著しく劣化する。
材料として用いられていたＣｕやＡＩは卑金属であるた
め、積層される酸化物超電導体層１１の表面或は同酸化
物超電導体層１１中の酸素と結びついて酸化銅や酸化ア
ルミニウムとなる。これによって２つの問題が生じる。
第１は酸化銅や酸化アルミニウムは絶縁体であるので、
それが酸化物超電導体層１１と安定化層１２との間に存
在すると、この部分で電流のパスが途切れてしまい過剰
な電流が安定化層１２に流れなくなり、安定化層１２が
それ本来の安定化機能を果たさなくなる。第２は酸化物
超電導体の超電導特性は周知のように酸素組成に敏感で
あり、ＣｕやＡＩに酸素を取られてしまうと超電導特性
が著しく劣化する。
【０００４】
【発明の目的】本発明の目的は、酸化物超電導体層の超
電導特性を損なうことなく安定化の機能を果す安定化層
を有する酸化物超電導線材を提供することにある。
電導特性を損なうことなく安定化の機能を果す安定化層
を有する酸化物超電導線材を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の酸化物超
電導線材は、金属製基板１上にバッファ層２を介して酸
化物超電導体層３が形成され、同酸化物超電導体層３上
に、過剰電流が流れる安定化層４が積層されてなる超電
導線材において、その安定化層４の材料に導電性酸化物
を用いたものである。本発明の第２の酸化物超電導線材
は、安定化層４の材料である導電性酸化物材料に、酸化
物超電導体層３の格子定数に近く且つ結晶系が類似して
いるＡＢＯ 3 型の酸化物を用いたものである。本発明の
酸化物超電導線材の具体例の１つとして図１に示す酸化
物超電導線材は、基板１として金属を用い、同基板１に
バッファ層２を介在させて酸化物超電導体層３及び安定
化層４を順次形成した構造である。このバッファ層２は
基板１中の元素が酸化物超電導体層３中へ拡散して超電
導特性が劣化するのを防止するためのものである。安定
化層４の導電性酸化物材料として酸化物超電導体層３の
格子定数に近く且つ結晶系が類似しているＡＢＯ3 型の
酸化物を選択すれば、安定化層４は高Ｉｃ化を目指して
図２に示すように多層化する際の中間層としても使用可
能である。図２における１は金属製の基板、２は絶縁材
料によるバッファ層、３は高温酸化物超電導体層、４は
格子定数が酸化物超電導体層３に近いＡＢＯ3 型導電性
酸化物を用いた中間層兼用の安定化層である。
電導線材は、金属製基板１上にバッファ層２を介して酸
化物超電導体層３が形成され、同酸化物超電導体層３上
に、過剰電流が流れる安定化層４が積層されてなる超電
導線材において、その安定化層４の材料に導電性酸化物
を用いたものである。本発明の第２の酸化物超電導線材
は、安定化層４の材料である導電性酸化物材料に、酸化
物超電導体層３の格子定数に近く且つ結晶系が類似して
いるＡＢＯ 3 型の酸化物を用いたものである。本発明の
酸化物超電導線材の具体例の１つとして図１に示す酸化
物超電導線材は、基板１として金属を用い、同基板１に
バッファ層２を介在させて酸化物超電導体層３及び安定
化層４を順次形成した構造である。このバッファ層２は
基板１中の元素が酸化物超電導体層３中へ拡散して超電
導特性が劣化するのを防止するためのものである。安定
化層４の導電性酸化物材料として酸化物超電導体層３の
格子定数に近く且つ結晶系が類似しているＡＢＯ3 型の
酸化物を選択すれば、安定化層４は高Ｉｃ化を目指して
図２に示すように多層化する際の中間層としても使用可
能である。図２における１は金属製の基板、２は絶縁材
料によるバッファ層、３は高温酸化物超電導体層、４は
格子定数が酸化物超電導体層３に近いＡＢＯ3 型導電性
酸化物を用いた中間層兼用の安定化層である。
【０００６】
【作用】本発明の酸化物超電導線材では安定化層４に導
電性酸化物を用いたので、安定化層４により酸化物超電
導体層３から酸素が取られて、同酸化物超電導体層３の
超電導特性が劣化することがない。
電性酸化物を用いたので、安定化層４により酸化物超電
導体層３から酸素が取られて、同酸化物超電導体層３の
超電導特性が劣化することがない。
【０００７】
【実施例１】ＲＦマグネトロンスパッタ法により鏡面研
磨したハステロイ上に、基板温度２５０℃、スパッタガ
スＡｒを３ｍＴｏｒｒ、Ｙ2 Ｏ3 を８ｍｏ１％添加した
ＺｒＯ2 （以下ＹＳＺと呼ぶ）燒結体タ−ゲットを用い
て、ＲＦ印加電力２００ＷでＹＳＺバッファ層２を３０
０ｎｍ形成した。これを多元制御真空蒸着装置内にセッ
トし、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 -x（以下ＹＢＣＯと呼ぶ）超
電導体層３を形成した。ＹＢＣＯ層形成条件は以下の通
りである。蒸発源としてＹ、Ｂａ、Ｃｕの各金属元素を
電子銃によって夫々独立に加熱して蒸発させ、水晶式膜
厚計によって各金属元素個々に蒸発速度を基板１上で理
想組成になるように制御する。基板１は７００℃に加熱
され、酸化物超電導体層３内に酸素を有効に取り込ませ
るために、基板１に酸素ガスをノズルによって吹き付け
て、基板１の近傍を局所的に高酸素圧にしている。この
ようにしてＹＢＣＯ層（超電導体層３）を酸素圧５×１
０-4Ｔｏｒｒの下で３００ｎｍ形成した後、組成制御し
ながらＢａとＰｂを蒸発させてＢａＰｂＯ3 層を安定化
層４として５００ｎｍ形成した。このＢａＰｂＯ3／Ｙ
ＢＣＯ／ＹＳＺ／ハステロイの構造の導体（試料）の安
定化層４上に金電極を形成した後、そのＴｃ、Ｊｃ、Ｉ
ｃを直流４端子法で測定したところ、Ｔｃが８６ｋ、Ｊ
ｃ（７７ｋ）が２．０×１０4 Ａ／ｃｍ2 、Ｉｃが１２
０ｍＡであった。この試料に５００ｍＡの電流を１０分
間流し続けてから電流を切った後、再びＩｃを測定した
ところ前記の場合と同じ１２０ｍＡの値が得られた。
磨したハステロイ上に、基板温度２５０℃、スパッタガ
スＡｒを３ｍＴｏｒｒ、Ｙ2 Ｏ3 を８ｍｏ１％添加した
ＺｒＯ2 （以下ＹＳＺと呼ぶ）燒結体タ−ゲットを用い
て、ＲＦ印加電力２００ＷでＹＳＺバッファ層２を３０
０ｎｍ形成した。これを多元制御真空蒸着装置内にセッ
トし、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 -x（以下ＹＢＣＯと呼ぶ）超
電導体層３を形成した。ＹＢＣＯ層形成条件は以下の通
りである。蒸発源としてＹ、Ｂａ、Ｃｕの各金属元素を
電子銃によって夫々独立に加熱して蒸発させ、水晶式膜
厚計によって各金属元素個々に蒸発速度を基板１上で理
想組成になるように制御する。基板１は７００℃に加熱
され、酸化物超電導体層３内に酸素を有効に取り込ませ
るために、基板１に酸素ガスをノズルによって吹き付け
て、基板１の近傍を局所的に高酸素圧にしている。この
ようにしてＹＢＣＯ層（超電導体層３）を酸素圧５×１
０-4Ｔｏｒｒの下で３００ｎｍ形成した後、組成制御し
ながらＢａとＰｂを蒸発させてＢａＰｂＯ3 層を安定化
層４として５００ｎｍ形成した。このＢａＰｂＯ3／Ｙ
ＢＣＯ／ＹＳＺ／ハステロイの構造の導体（試料）の安
定化層４上に金電極を形成した後、そのＴｃ、Ｊｃ、Ｉ
ｃを直流４端子法で測定したところ、Ｔｃが８６ｋ、Ｊ
ｃ（７７ｋ）が２．０×１０4 Ａ／ｃｍ2 、Ｉｃが１２
０ｍＡであった。この試料に５００ｍＡの電流を１０分
間流し続けてから電流を切った後、再びＩｃを測定した
ところ前記の場合と同じ１２０ｍＡの値が得られた。
【０００８】
【実施例２】実施例１においてＹＢＣＯ層を形成した
後、ＬａとＣｕを組成制御しながら蒸発させて、ＬａＣ
ｕＯ3 層を形成して安定化層４とした以外は実施例１と
同様の方法によって、ＬａＣｕＯ3 ／ＹＢＣＯ／ＹＳＺ
／ハステロイ構造の導体を作製した。この導体（試料）
のＴｃは８５ｋ、Ｊｃは１．８×１０4 Ａ／ｃｍ2 、Ｉ
ｃは１０８ｍＡであった。この試料に５００ｍＡの電流
を１０分間流し続けてから電流を切った後、再びＩｃを
測定したところ、実施例１と同じ値が得られた。
後、ＬａとＣｕを組成制御しながら蒸発させて、ＬａＣ
ｕＯ3 層を形成して安定化層４とした以外は実施例１と
同様の方法によって、ＬａＣｕＯ3 ／ＹＢＣＯ／ＹＳＺ
／ハステロイ構造の導体を作製した。この導体（試料）
のＴｃは８５ｋ、Ｊｃは１．８×１０4 Ａ／ｃｍ2 、Ｉ
ｃは１０８ｍＡであった。この試料に５００ｍＡの電流
を１０分間流し続けてから電流を切った後、再びＩｃを
測定したところ、実施例１と同じ値が得られた。
【０００９】
【実施例３】実施例１においてＹＢＣＯ層とＢａＰｂＯ
3 層を交互に１０回積層させた以外は実施例１と同様の
方法によって、１０×（ＢａＰｂＯ3 ／ＹＢＣＯ）／Ｙ
ＳＺ／ハステロイ構造の導体を作製した。この導体（試
料）のＴｃは８５ｋ、Ｊｃは２．１×１０4 Ａ／ｃｍ
2 、Ｉｃは１２５０ｍＡであった。この試料に５００ｍ
Ａの電流を１０分間流し続けてから電流を切った後、再
びＩｃを測定したところ、実施例１と同一の値が得られ
た。
3 層を交互に１０回積層させた以外は実施例１と同様の
方法によって、１０×（ＢａＰｂＯ3 ／ＹＢＣＯ）／Ｙ
ＳＺ／ハステロイ構造の導体を作製した。この導体（試
料）のＴｃは８５ｋ、Ｊｃは２．１×１０4 Ａ／ｃｍ
2 、Ｉｃは１２５０ｍＡであった。この試料に５００ｍ
Ａの電流を１０分間流し続けてから電流を切った後、再
びＩｃを測定したところ、実施例１と同一の値が得られ
た。
【００１０】
【比較例１】実施例１においてＹＢＣＯ層を形成した
後、酸素ガスの導入を中止し、高真空中（約１×１０-6
Ｔｏｒｒ）でＣｕを蒸発させて安定化層４を形成した以
外は実施例１と同様の方法によって、Ｃｕ／ＹＢＣＯ／
ＹＳＺ／ハステロイ構造の導体（試料）を作製した。こ
の試料のＴｃは７５ｋであった。７０ｋにおいてＩｃは
６５ｍＡであった。この試料に２５０ｍＡの電流を１０
分間流し続けてから電流を切った後、再びＩｃを測定し
たところ、わずか１０ｍＡであった。ＹＢＣＯ層とＣｕ
層の界面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したとこ
ろ、両層の間には所々に約１０ｎｍの厚さの絶縁層であ
る反応層が認められ、局所ＥＤＸ分析によりこの層はＣ
ｕとＯの化合物であることが確認された。
後、酸素ガスの導入を中止し、高真空中（約１×１０-6
Ｔｏｒｒ）でＣｕを蒸発させて安定化層４を形成した以
外は実施例１と同様の方法によって、Ｃｕ／ＹＢＣＯ／
ＹＳＺ／ハステロイ構造の導体（試料）を作製した。こ
の試料のＴｃは７５ｋであった。７０ｋにおいてＩｃは
６５ｍＡであった。この試料に２５０ｍＡの電流を１０
分間流し続けてから電流を切った後、再びＩｃを測定し
たところ、わずか１０ｍＡであった。ＹＢＣＯ層とＣｕ
層の界面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したとこ
ろ、両層の間には所々に約１０ｎｍの厚さの絶縁層であ
る反応層が認められ、局所ＥＤＸ分析によりこの層はＣ
ｕとＯの化合物であることが確認された。
【００１１】
【比較例２】実施例１においてＹＢＣＯ層を形成した
後、酸素ガスの導入を中止し、高真空中（約１×１０-6
Ｔｏｒｒ）でＡ１を蒸発させて安定化層４をとした以外
は実施例１と同様の方法によって、Ａ１／ＹＢＣＯ／Ｙ
ＳＺ／ハステロイ構造の導体を作製した。この導体（試
料）のＴｃは６８ｋであった。６０ｋにおいてＩｃは３
５ｍＡであった。この試料に１５０ｍＡの電流を１０分
間流し続けてから電流を切った後、再びＩｃを測定した
ところ、わずか８ｍＡであった。前記ＴＥＭによりＹＢ
ＣＯ層とＡｌ層の界面を観察したところ、両層の間には
所々に約５ｎｍの厚さの絶縁層である反応層が認められ
た。
後、酸素ガスの導入を中止し、高真空中（約１×１０-6
Ｔｏｒｒ）でＡ１を蒸発させて安定化層４をとした以外
は実施例１と同様の方法によって、Ａ１／ＹＢＣＯ／Ｙ
ＳＺ／ハステロイ構造の導体を作製した。この導体（試
料）のＴｃは６８ｋであった。６０ｋにおいてＩｃは３
５ｍＡであった。この試料に１５０ｍＡの電流を１０分
間流し続けてから電流を切った後、再びＩｃを測定した
ところ、わずか８ｍＡであった。前記ＴＥＭによりＹＢ
ＣＯ層とＡｌ層の界面を観察したところ、両層の間には
所々に約５ｎｍの厚さの絶縁層である反応層が認められ
た。
【００１２】
【発明の効果】本発明の第１の酸化物超電導線材は次の
ような効果がある。 ．前記実験例及び比較例から明らかなように、本発明
の酸化物超電導線材では酸化物超電導体層３の超電導特
性の劣化を防ぐことができる。 ．酸化物超電導体層３と安定化層４との間に絶縁層で
ある反応層の存在が確認された比較例１、２の導体で
は、過剰電流を流した場合に酸化物超電導体層はその発
熱によって著しく劣化しており、安定化層４が安定化機
能を果たしていないが、本発明ではそのような反応層は
観察されず、安定化層４が安定化機能を充分に果たすこ
とができる。このため、本発明の酸化物超電導線材は、
安定化層４によって酸化物超電導体層３の超電導特性が
損なわれることがない。本発明の第２の酸化物超電導線
材は次のような効果がある。 ．安定化層４の導電性酸化物材料として酸化物超電導
体層３の格子定数に近く且つ結晶系が類似しているＡＢ
Ｏ 3 型の酸化物を選択したので、安定化層４は高Ｉｃ化
を目指し、多層化する際の中間層としても使用可能とな
る。
ような効果がある。 ．前記実験例及び比較例から明らかなように、本発明
の酸化物超電導線材では酸化物超電導体層３の超電導特
性の劣化を防ぐことができる。 ．酸化物超電導体層３と安定化層４との間に絶縁層で
ある反応層の存在が確認された比較例１、２の導体で
は、過剰電流を流した場合に酸化物超電導体層はその発
熱によって著しく劣化しており、安定化層４が安定化機
能を果たしていないが、本発明ではそのような反応層は
観察されず、安定化層４が安定化機能を充分に果たすこ
とができる。このため、本発明の酸化物超電導線材は、
安定化層４によって酸化物超電導体層３の超電導特性が
損なわれることがない。本発明の第２の酸化物超電導線
材は次のような効果がある。 ．安定化層４の導電性酸化物材料として酸化物超電導
体層３の格子定数に近く且つ結晶系が類似しているＡＢ
Ｏ 3 型の酸化物を選択したので、安定化層４は高Ｉｃ化
を目指し、多層化する際の中間層としても使用可能とな
る。
【図１】本発明の酸化物超電導線材の第１の例を示す断
面図。
面図。
【図２】本発明の酸化物超電導線材の第２の例を示す断
面図。
面図。
【図３】従来の酸化物超電導線材の断面図。
１は基板 ２はバッファ層 ３は酸化物超電導体層 ４は安定化層
フロントページの続き (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１ 号 東京電力株式会社 技術研究所内 (72)発明者 岡庭 潔 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１ 号 東京電力株式会社 技術研究所内 (56)参考文献 特開 平１−173791（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−216599（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−299295（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】金属製基板１上にバッファ層２を介して酸
化物超電導体層３が形成され、同酸化物超電導体層３上
に、過剰電流が流れる安定化層４が積層されてなる超電
導線材において、その安定化層４の材料に導電性酸化物
を用いたことを特徴とする酸化物超電導線材。 - 【請求項２】 安定化層４の材料である導電性酸化物材料
に、酸化物超電導体層３の格子定数に近く且つ結晶系が
類似しているＡＢＯ 3 型の酸化物を用いたことを特徴と
する請求項１記載の酸化物超電導線材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11260991A JP3155558B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 酸化物超電導線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11260991A JP3155558B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 酸化物超電導線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04319207A JPH04319207A (ja) | 1992-11-10 |
| JP3155558B2 true JP3155558B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=14591017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11260991A Expired - Fee Related JP3155558B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 酸化物超電導線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3155558B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10249550A1 (de) * | 2002-10-23 | 2004-05-06 | Nexans Superconductors Gmbh | Supraleitender Kabelleiter mit SEBCO-beschichteten Leiterelementen |
| JP6404556B2 (ja) * | 2012-10-05 | 2018-10-10 | 株式会社フジクラ | 酸化物超電導導体およびその製造方法 |
-
1991
- 1991-04-17 JP JP11260991A patent/JP3155558B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04319207A (ja) | 1992-11-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |