JP4128358B2 - 酸化物超電導導体の製造方法 - Google Patents
酸化物超電導導体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4128358B2 JP4128358B2 JP2001401185A JP2001401185A JP4128358B2 JP 4128358 B2 JP4128358 B2 JP 4128358B2 JP 2001401185 A JP2001401185 A JP 2001401185A JP 2001401185 A JP2001401185 A JP 2001401185A JP 4128358 B2 JP4128358 B2 JP 4128358B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- superconductor
- thickness
- bobbin
- superconducting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims description 82
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 29
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 67
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 67
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 45
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 45
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 38
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 9
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 8
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 10
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 7
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 2
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910001293 incoloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用ＭＲＩ用マグネット、核融合炉用トロイダルマグネット、粒子加速機用マグネット、超電導発電機用マグネット、磁気浮上列車用マグネット等に利用される酸化物超電導導体の製造方法に係わり、特に、酸化熱処理によって酸化物超電導体となる長尺の酸化物超電導導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、常電導状態から超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超電導体が発見されている。
このような酸化物超電導体を用いた長尺の酸化物超電導導体を製造するには、Ｙ系酸化物超電導体の場合、図７に示すように、ハステロイ（商品名）テープなどの金属テープからなる基材５１の上にスパッタリング法等の成膜法によりイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの中間層５２を形成する。ついで、この中間層５２上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ系の酸化物超電導体からなる超電導体形成層あるいは熱処理によって酸化物超電導体となる超電導体形成層５３を化学気相成長法あるいはスパッタリング法等の成膜法により形成する。
【０００３】
ついで、この超電導体形成層５３上にスパッタリング法あるいは蒸着法などの成膜法によりＡｇ又はＣｕ等からなる安定化層５４を形成して超電導線材５０を作製する。ここで安定化層５４を形成したのは、超電導体はその使用条件によっては、超電導体の一部の領域に常電導の芽が発生して発熱を引き起こし、この領域が伝播して広がると、超電導体の全体が常伝導状態に移転するクエンチを引き起こす恐れがあるため、それを防止するために設けている。安定化層５４の厚みは、約１０μｍ程度の厚さ（酸化物超電導導体の厚みの約１０倍程度の厚さ）としていた。
そして、臨界電流密度等の超電導特性の向上の目的から、大気雰囲気中又は酸素雰囲気中にて５００℃程度で上記超電導線材５０に熱処理を施して超電導体形成層５３中に酸素を導入して超電導体形成層５３をＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-x系の酸化物超電導層とすると、酸化物超電導導体が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、１０〜１００ｍ程度の長尺の超電導線材５０に上記のような目的で熱処理を施す際には、通常、一台のバッチ式熱処理炉を用い、この熱処理炉内に、超電導線材５０をボビンに巻き付けたコイルを入れて、熱処理を施していた。また、超電導線材５０をボビンに巻回する際には、線材５０が重ならないようにスパイラル状に巻き付けていた。
しかしながら従来の酸化物超電導導体の製造方法においては、超電導線材５０が長尺になる程、これを巻き付けるボビンも大型になり、これによって熱処理炉も大型のものが必要になり、その場合には、コスト高となるうえ、設置スペースが大きくなってしまう。
また、超電導線材５０をボビンに緻密に重ね巻きして熱処理を行うと、隣り合う線材間隔が狭くなって酸素導入が妨げられるために、超電導体形成層５３に供給されるはずの酸素が金属テープからなる基材５１の酸化により剥奪され、超電導体形成層５３に十分な酸素が供給されず、超電導特性が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、酸化物超電導導体の製造方法において、長尺の超電導線材に熱処理を施す際に、熱処理炉を大型化することなく、超電導体形成層に効率良く酸素を供給でき、超電導特性が優れた長尺の酸化物超電導導体を製造できる技術の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、テープ状の基材上に成膜法により中間層を形成し、ついで該中間層上に酸化物超電導体からなる超電導体形成層あるいは熱処理によって酸化物超電導体となる超電導体形成層を形成して積層物とし、ついで該積層物の周囲に安定化層を形成して超電導線材とした後、この超電導線材をボビンに巻き付けた熱処理用コイルに大気雰囲気中又は酸素雰囲気中で熱処理を施す酸化物超電導導体の製造方法であって、前記ボビンとして、該ボビンの内部空間に空気又は酸素を導入するためのガス導入口が設けられ、該ボビンの外壁に、前記内部空間に連通し、該内部空間に導入された空気又は酸素を超電導線材に供給するためのガス吹き出し口が多数形成されたものを用い、前記熱処理用コイルに熱処理を施す際に前記ボビンのガス導入口からボビンの内部空間に空気又は酸素を供給するとともに前記ガス吹き出し口から空気又は酸素を吹き出すことを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法を上記課題の解決手段とした。
【０００７】
また、上記ボビンの表面には、Ａｇ又はアルミナがコーティングされていてもよい。
【０００８】
また、本発明の酸化物超電導導体の製造方法においては、上記超電導線材をボビンに巻き付ける際に、上記超電導線材を重ね巻きし、その際、上層と下層の超電導線材間に多孔質のスペーサを介在することが好ましい。ここでの多孔質のスペーサとしては、セラミックスペーパー等を用いることができる。
上記超電導線材の安定化層の材質としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ又はそれらの合金のいずれかが用いられる。
また、本発明の酸化物超電導導体の製造方法においては、上記安定化層の合計の厚み（上記テープ状の基材側の安定化層の厚みと上記超電導体形成層側の厚みの合計）は上記超電導体形成層の厚みの１０倍以上の厚みとすることが好ましい。例えば、超電導体形成層の厚みが５μｍである場合、上記安定化層の合計の厚みは５０μｍ以上の厚みとする。
また、本発明の酸化物超電導導体の製造方法においては、上記積層物の周囲に安定化層を形成する際、上記テープ状の基材側の安定化層の厚みを上記超電導体形成層側の安定化層の厚みより厚くすることが好ましい。例えば、上記超電導体形成層側の安定化層の厚みが１μｍの場合、上記テープ状の基材側の安定化層の厚みが４９μｍであってもよく、また、上記超電導体形成層側の安定化層の厚みが５μｍの場合、上記テープ状の基材側の安定化層の厚みが４５μｍであってもよく、また、上記超電導体形成層側の安定化層の厚みが１０μｍ以下の場合、上記テープ状の基材側の安定化層の厚みが４０μｍであってもよい。上記超電導体形成層側の安定化層の厚みは１０μｍ以下とすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の酸化物超電導導体の製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の製造方法により得られた長尺の酸化物超電導導体を示す斜視図である。
この酸化物超電導導体１は、基材１１上に中間層１２が形成され、さらにこの中間層１２上にＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxからなる酸化物超電導層１３が形成された積層物１０の周囲に安定化層１４が形成されてなるものである。
基材１１としては、熱膨張係数の低い耐熱性の金属テープが用いられ、例えば、ハステロイ（商品名）テープが好適に用いられる。
基材１１の厚みは、５０μｍ〜２００μｍ程度である。
中間層１２は、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ3、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＬａＡｌＯ3 、ＧａＡｌＯ3、ＹＡｌＯ3、ＺｒＯ2のいずれかからなるものであってもよい。
中間層１２の厚みは、１μｍ〜２μｍ程度である。
【００１０】
酸化物超電導層１３は、後述するように大気雰囲気中又は酸素雰囲気中で超電導体形成層１３ａに熱処理を施すことにより得られたものであり、例えば、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-xなる組成で代表されるＹ系の酸化物超電導層、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａn-1ＣｕnＯ2n+2（ｎは自然数）なる組成で代表されるＢｉ系の酸化物超電導層、Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａn-1ＣｕnＯ2n+2（ｎは自然数）なる組成で代表されるＴｌ系の酸化物超電導層のいずれからなるものでも良い。
酸化物超電導層１３の厚みＴは、０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００１１】
安定化層１４は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、あるいはそれらの合金のいずれからなるものでも良いが、特に、Ｃｕ又はＡｇを用いるのがコストと酸化物超電導層１３との低反応性の点で好ましい。
安定化層１４の厚みの合計（積層体１０の上側の安定化層１４の厚みｔ２と下側の安定化層１４の厚みｔ１の和、言い換えれば酸化物超電導層１３側の安定化層１４の厚みｔ２とテープ状の基材１１側の安定化層１４の厚みｔ１の和）は、酸化物超電導層１３の厚みＴの約１０以上の厚さとされることが好ましい。
安定化層１４の厚みの合計は、酸化物超電導層１３の厚みＴが０．５μｍ〜１０μｍ程度の場合、５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ程度である。
安定化層１４の合計の厚みが酸化物超電導層１３の厚みＴの１０倍以下であると、安定化層１４の合計の厚みが薄くなりクエンチを防止する効果が小さい。
また、酸化物超電導層１３側の安定化層１４の厚みｔ２は、テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１より薄いことが好ましく、例えば、１０μｍ以下とすることが好ましい。
また、テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１は、酸化物超電導層１３側の安定化層１４の厚みｔ２より厚いことが好ましくは、例えば、１０μｍより厚いことが好ましい。
【００１２】
次に、図１に示した酸化物超電導導体１の製造方法の実施形態を図２〜図６を用いて説明する。
まず、図２に示すように長さ５０ｍ〜１００ｍ程度のテープ状の基材１１上にスパッタリング法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、熱化学気相成長法等の成膜法により中間層１２を形成する。ここで中間層１２を形成する際、中間層１２を構成する結晶粒の配向方向を揃えるために、イオンビームアシストスパッタリング法により形成することが好ましい。また、基材１１は長尺のものであるので、使用する成膜装置の成膜室の内部に基材１１の送出装置と巻取装置を設け、上記送出装置から送り出した基材１１を上記成膜室の内部で連続的に所定の速度で移動させながら上記巻取装置で巻き取り、移動中の基材１１に連続成膜処理を行う。
ついで、中間層１２上に酸化物超電導体からなる超電導体形成層あるいは熱処理によって酸化物超電導体となる超電導体形成層１３ａを真空蒸着法、スパッタリング法、レーザ蒸着法、熱化学気相成長法等の成膜法により形成することにより長尺の積層物１０を作製する。ここで超電導体形成層１３ａを形成する際にも中間層１２を形成する場合とほぼ同様ににして成膜装置の成膜室内に中間層１２を形成した基材１１を連続的に所定の速度で移動させながら連続成膜処理を行う。
【００１３】
ついで図３に示すようにこの積層物１０の周囲にスパッタリング法あるいは蒸着法などの成膜法又はめっき法により安定化層１４を形成して長尺の超電導線材１ａを作製する。ここで安定化層１４を成膜法により形成する際は、中間層１２や超電導体形成層１３ａを形成する場合とほぼ同様ににして成膜装置の成膜室内に、超電導体形成層１３ａと中間層１２を形成した基材１１、即ち、積層物１０を連続的に所定の速度で移動させながら連続成膜処理を行う。
安定化層１４の厚みの合計（積層体１０の上側の安定化層１４の厚みｔ２と下側の安定化層１４の厚みｔ１の和、言い換えれば超電導体形成層１３ａ側の安定化層１４の厚みｔ２とテープ状の基材１１側の安定化層１４の厚みｔ１の和）は、超電導体形成層１３ａの厚みＴの約１０以上の厚さとされることが好ましい。安定化層１４の厚みの合計は、超電導体形成層１３ａの厚みＴが０．５μｍ〜１０μｍ程度の場合、５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ程度である。
安定化層１４の合計の厚みが超電導体形成層１３ａの厚みＴの１０倍未満であると、安定化層１４の合計の厚みが薄くなりクエンチを防止する効果が小さい。積層物１０の周囲に安定化層１４を形成する際、超電導体形成層１３ａ側の安定化層１４の厚みｔ２は１０μｍ以下とすることが好ましい。
超電導体形成層１３側の安定化層１４の厚みｔ２が１０μｍより厚くなると（超電導体形成層１３側の安定化層１４の厚みｔ２がテープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１より厚くなると）、厚すぎて酸素の透過性が低下し、超電導体形成層１３ａに酸素が供給されにくくなってしまう。
また、積層物１０の周囲に安定化層１４を形成する際、テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１を超電導体形成層１３側の安定化層１４の厚みｔ２より厚くすることが好ましい。
テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１は、超電導体形成層１３ａ側の安定化層１４の厚みｔ２が１０μｍ以下である場合、１０μｍより厚くすることが好ましい。
テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１が１０μｍ以下であると（超電導体形成層１３側の安定化層１４の厚みｔ２より薄いと）、熱処理を行う際に酸素が基材１１に酸化に消費され、即ち、超電導体形成層１３ａよりの基材１１の方が優先酸化され、超電導体形成層１３ａを十分に酸化させることができず、目的とする超電導特性を付与できなくなってしまう。
本実施形態では上記のように安定化層１４の合計の厚みが、超電導体形成層１３の厚みＴの約１０倍程度の厚さであるので、クエンチを防止する効果は確保できる。
【００１４】
ついで、長尺の超電導線材１ａを図４に示すようなボビン２０に巻き付けて図５に示すような熱処理用コイル３０を作製する。図６は、図５のＸ−Ｘ線断面図である。
ここで用いるボビン２０は、ステンレス鋼、ハステロイ（商品名）、インコロイ（商品名）等の金属からなるものである。このボビン２０には、内部空間に空気又は酸素を導入するためのガス導入口２１が設けられ、このガス導入口２１に空気又は酸素の供給源（図示略）と接続されたガス供給管２２が接続されている。また、このボビン２０の外壁２３に、上記内部空間に連通し、該内部空間に導入された空気又は酸素を超電導線材１ａに供給するためのガス吹き出し口２３ａが多数形成されている。
また、このボビン２３の外壁２３ａの表面には、Ａｇ又はアルミナがコーティングされている。このように外壁２３ａの表面にＡｇ又はアルミナがコーティングされていると、ボビン２０の優先酸化による超電導線材１ａの熱処理雰囲気中の酸欠防止に有効である。
【００１５】
ここで超電導線材１ａをボビン２０に巻き付ける際に、超電導線材１ａを重ね巻きし、その際、上層と下層の超電導線材１ａ、１ａ間に図６に示すような多孔質のスペーサ３５を介在することが好ましい。ここでの多孔質のスペーサ３５としては、セラミックスペーパー等を用いることができる。多孔質のスペーサ３５の厚みとしては、１〜１０ｍｍ程度、好ましくは５ｍｍ程度のものが用いられる。
このような多孔質のスペーサ３５が上層と下層の超電導線材１ａ、１ａ間に介在されていると、後述の熱処理を施す際にボビン２０のガス吹き出し口２３ａから吹き出した空気又は酸素がスペーサ３５の孔を通過することができるので、超電導線材１ａが重ね巻きされていても上層と下層の超電導線材１ａ、１ａの両方に空気又は酸素が効率良く供給され、超電導体形成層１３ａが効率良く酸化されて超電導特性が優れた超電導体とすることができる点で有利である。
【００１６】
ついで、熱処理用コイル３０を電気炉等の熱処理炉（図示略）内に入れて４５０℃〜５５０℃程度、１〜１０時間程度の熱処理を施す。ここでの熱処理を施す際、上記ガス供給源からガス供給管２２を経てガス導入口２１からボビン２０の内部空間に空気又は酸素を供給するとともに上記ガス吹き出し口２３ａから空気又は酸素を吹き出しながら熱処理を行うと、超電導体形成層１３ａに十分酸素が供給され、超電導特性が優れた超電導体からなる酸化物超電導層１３を有する酸化物超電導導体１が得られる。
ついで、上記熱処理炉内を徐冷後、熱処理用コイル３０を取り出し、このコイル３０から酸化物超電導導体１を外すと目的とする酸化物超電導導体１が得られる。この後、酸化物超電導導体１は必要に応じて他のボビンに巻き付ける等の加工が施されて製品とされる。
【００１７】
本実施形態の酸化物超電導導体の製造方法では、熱処理を施す前に積層物１０の周囲に安定化層１４を形成することにより、超電導線材１ａは最外層に安定化層１４を有したものとなり、テープ状の基材１１は表面に露出していない。このように超電導線材１ａは基材１１が露出していないので、この超電導線材１ａをボビン２０に巻き付けた熱処理用コイル３０に空気雰囲気中又は酸素雰囲気中で熱処理を施しても、基材１１の優先酸化を防止でき、超電導体形成層１３ａに効率良く酸素が供給されるので、超電導特性を向上した超電導体からなる酸化物超電導層１３を形成でき、超電導特性が優れた長尺の酸化物超電導体を製造できる。
また、超電導体形成層１３ａ側の安定化層１４の厚みが１０μｍ程度以下であれば、超電導線材１ａをボビン２０に重ね巻きしても熱処理時に超電導体形成層１３ａに効率良く酸素が供給され、超電導特性を向上した超電導体からなる酸化物超電導層１３を形成できるので、熱処理炉を大型化することなく、臨界電流密度等の超電導特性が優れた長尺の酸化物超電導導体を製造できる。本実施形態の製造方法によれば、従来の製造方法で用いるものと同じ大きさの熱処理炉を用い、また、酸化物超電導導体の全体の厚みを同じ大きさとする場合、従来法で作製する場合よりも１０倍以上の長さの酸化物超電導導体を製造することも可能である。
また、熱処理用コイル３０に熱処理を施す際にボビン２０のガス導入口２１からボビン２０の内部空間に空気又は酸素を供給するとともにガス吹き出し口２３ａから空気又は酸素を吹き出すようにすることで、超電導線材１ａの周囲が十分な空気雰囲気又は酸素雰囲気になり、超電導体形成層１３ａに効率良く酸素が供給され、超電導特性を向上した超電導体からなる酸化物超電導層１３を形成できる。
【００１８】
【実施例】
（実験例１）
以下のように安定化層の厚みが異なる超電導線材を用いて長尺の酸化物超電導導体を作製したときの７７Ｋ、０Ｔにおける臨界電流密度およびクエンチ防止効果について調べた。その結果を表１に示す。
イオンビームスパッタ装置を使用し、この装置の成膜室の内部を真空ポンプで真空引きして２×１０-2Ｐａに減圧した。テープ状の基材として幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１００ｍのハステロイＣ２７６（商品名）テープを使用した。ターゲットはＹＳＺ製のものを用い、スパッタ電圧１２００Ｖ、スパッタ電流７００ｍＡに設定し、イオンビーム源のビームの入射角度を５５度に設定し、イオン源のアシスト電圧を２００Ｖに、イオンビームの電流密度を１００μＡ／ｃｍ 2 に設定して上記基材を成膜室内を移動させながらこの基材の上面上にスパッタリングと同時にイオン照射を行って６時間成膜処理することで厚さ１．０μｍの中間層を形成した。
次いで、形成した中間層上にレーザ蒸着装置を用いて厚さ１μｍの超電導体形成層を形成することにより長尺の積層物を作製した。ここではターゲットとしてＹ1Ｂａ2Ｃｕ3.0Ｏ7-x なる組成から構成されたターゲットを用いた。蒸着処理室の内部を５×１０-3Ｐａに減圧した後、内部に酸素を導入し２×１０1Ｐａとした後、レーザ蒸着を行った。ターゲット蒸発用のレーザとして波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザを用いた。
【００１９】
ついで作製した積層物の周囲に蒸着法により厚さ１〜２０μｍのＡｇからなる安定化層を形成して長尺の超電導線材を作製した。
ついで、作製した長尺の超電導線材を図４と同様のステンレス鋼製のボビンに重ね巻きして図５に示すような熱処理用コイルを作製した。ここで用いたボビンには外壁表面に、アルミナがコーティングされているものを使用した。
ついで、作製した熱処理用コイルを電気炉内に入れて５００℃、１時間の熱処理を施し、酸化物超電導層を有する酸化物超電導導体を作製した。ここでの熱処理を施す際、ガス供給源からガス供給管を経てガス導入口から上記ボビンの内部空間に酸素を供給するとともに上記ガス吹き出し口から酸素を流量５リットル／分で吹き出しながら熱処理を行った。
ついで、上記電気炉内を徐冷後、熱処理用コイルを取り出し、このコイルから酸化物超電導導体を外して幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１００ｍの酸化物超電導導体を得た。
【００２０】
【００２１】
なお、表１中の安定化層の厚みの欄の各数値は、長尺の積層物の周囲に安定化層を均一の厚みで形成したときの値であり、すなわち、積層物の上側および下側の安定化層の厚みを同じ厚みにしたときの片側の厚みの値である。
表１に示す結果から積層物の周囲に形成する安定化層の厚みを５μｍ未満にすると（安定化層の厚みの合計が１０μｍ未満にすると、言い換えれば、超電導体形成層の厚みの１０倍未満の厚みにすると）クエンチが生じ、安定化層としての役割が低下しており、１０μｍより厚いと酸素透過性が悪くなり、臨界電流密度が低下していることがわかる。
従って、積層物の周囲に形成する安定化層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下の範囲であると、優れた臨界電流が得られ、クエンチも防止できることがわかる。なお、上記実験例では積層物の周囲に厚みが均一の安定化層を形成したが、超電導体形成層側とテープ状の基材側の安定化層の厚みは異なるものであってもよく、その場合、上記の実験結果より、超電導体形成層側の安定化層の厚みを５μｍ以上１０μｍ以下とすれば優れた臨界電流が得られ、クエンチも防止でき、テープ状の基材側の安定化層の厚みを超電導体形成層側の安定化層の厚みより厚し、好ましくは５μｍより厚くし、さらに好ましくは１０μｍより厚くすることで酸素透過性が悪くなるので、テープ状の基材の優先酸化を防止できることがわかる。なお、安定化層の合計の厚みが超電導体形成層の厚みの１０倍以上とするならば、超電導体形成層側の安定化層の厚みは５μｍよりも薄くてもよい。
【００２２】
なお、比較のために積層物の周囲でなく超電導体形成層の上面に厚さ１０μｍのＡｇ安定化層を形成した超電導線材を用い、この超電導線材を通常のボビン（ガス吹き出し口やガス供給口が形成されていないもの）に重ならないように巻き付ける場合、最大１０ｍの長さまでの超電導線材しか熱処理が行えなかった。これに対して本発明により熱処理をすると、１００ｍ以上の長さの超電導線材に熱処理を施すことができた。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の酸化物超電導導体の製造方法によれば、長尺の超電導線材に熱処理を施す際に、熱処理炉を大型化することなく、超電導体形成層に効率良く酸素を供給でき、超電導特性が優れた長尺の酸化物超電導導体を製造できる。
また、本発明の酸化物超電導導体の製造方法においては、雰囲気中の酸素を薄い安定化層を介し効率良く超電導体形成層側に供給することができるとともに、厚い安定化層を基材側に配置して基材の酸化を少なくすることにより、基材が酸化物超電導層側から酸素を奪うことを抑制し、酸素不足の生じていない臨界電流密度の高い酸化物超電導導体を提供できる。
前記安定化層において酸化物超電導体形成側の安定化層の厚みが１０μｍ以下であることが、熱処理時の酸素透過性の面から必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法により製造した酸化物超電導導体を示す図である。
【図２】 図２は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法により製造した積層物を示す図である。
【図３】 図３は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法により製造した超電導線材を示す図である。
【図４】 図４は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法に用いるボビンを示す斜視図である。
【図５】 図５は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法に用いる熱処理用コイルを示す斜視図である。
【図６】 図５のＸ−Ｘ線断面図である。
【図７】 従来の長尺の酸化物超電導導体の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１・・・酸化物超電導導体、１ａ・・・超電導線材、１０・・・積層物、１１・・・テープ状の基材、１２・・・中間層、１３・・・酸化物超電導層、１３ａ・・・超電導体形成層、１４・・・安定化層、２０・・・ボビン、２１・・・ガス導入口、２２・・・ガス供給管、２３・・・外壁、２３ａ・・・ガス吹き出し口、３０・・・コイル、３５・・・多孔質のスペーサ、ｔｌ、ｔ２…厚み。
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用ＭＲＩ用マグネット、核融合炉用トロイダルマグネット、粒子加速機用マグネット、超電導発電機用マグネット、磁気浮上列車用マグネット等に利用される酸化物超電導導体の製造方法に係わり、特に、酸化熱処理によって酸化物超電導体となる長尺の酸化物超電導導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、常電導状態から超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超電導体が発見されている。
このような酸化物超電導体を用いた長尺の酸化物超電導導体を製造するには、Ｙ系酸化物超電導体の場合、図７に示すように、ハステロイ（商品名）テープなどの金属テープからなる基材５１の上にスパッタリング法等の成膜法によりイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの中間層５２を形成する。ついで、この中間層５２上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ系の酸化物超電導体からなる超電導体形成層あるいは熱処理によって酸化物超電導体となる超電導体形成層５３を化学気相成長法あるいはスパッタリング法等の成膜法により形成する。
【０００３】
ついで、この超電導体形成層５３上にスパッタリング法あるいは蒸着法などの成膜法によりＡｇ又はＣｕ等からなる安定化層５４を形成して超電導線材５０を作製する。ここで安定化層５４を形成したのは、超電導体はその使用条件によっては、超電導体の一部の領域に常電導の芽が発生して発熱を引き起こし、この領域が伝播して広がると、超電導体の全体が常伝導状態に移転するクエンチを引き起こす恐れがあるため、それを防止するために設けている。安定化層５４の厚みは、約１０μｍ程度の厚さ（酸化物超電導導体の厚みの約１０倍程度の厚さ）としていた。
そして、臨界電流密度等の超電導特性の向上の目的から、大気雰囲気中又は酸素雰囲気中にて５００℃程度で上記超電導線材５０に熱処理を施して超電導体形成層５３中に酸素を導入して超電導体形成層５３をＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-x系の酸化物超電導層とすると、酸化物超電導導体が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、１０〜１００ｍ程度の長尺の超電導線材５０に上記のような目的で熱処理を施す際には、通常、一台のバッチ式熱処理炉を用い、この熱処理炉内に、超電導線材５０をボビンに巻き付けたコイルを入れて、熱処理を施していた。また、超電導線材５０をボビンに巻回する際には、線材５０が重ならないようにスパイラル状に巻き付けていた。
しかしながら従来の酸化物超電導導体の製造方法においては、超電導線材５０が長尺になる程、これを巻き付けるボビンも大型になり、これによって熱処理炉も大型のものが必要になり、その場合には、コスト高となるうえ、設置スペースが大きくなってしまう。
また、超電導線材５０をボビンに緻密に重ね巻きして熱処理を行うと、隣り合う線材間隔が狭くなって酸素導入が妨げられるために、超電導体形成層５３に供給されるはずの酸素が金属テープからなる基材５１の酸化により剥奪され、超電導体形成層５３に十分な酸素が供給されず、超電導特性が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、酸化物超電導導体の製造方法において、長尺の超電導線材に熱処理を施す際に、熱処理炉を大型化することなく、超電導体形成層に効率良く酸素を供給でき、超電導特性が優れた長尺の酸化物超電導導体を製造できる技術の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、テープ状の基材上に成膜法により中間層を形成し、ついで該中間層上に酸化物超電導体からなる超電導体形成層あるいは熱処理によって酸化物超電導体となる超電導体形成層を形成して積層物とし、ついで該積層物の周囲に安定化層を形成して超電導線材とした後、この超電導線材をボビンに巻き付けた熱処理用コイルに大気雰囲気中又は酸素雰囲気中で熱処理を施す酸化物超電導導体の製造方法であって、前記ボビンとして、該ボビンの内部空間に空気又は酸素を導入するためのガス導入口が設けられ、該ボビンの外壁に、前記内部空間に連通し、該内部空間に導入された空気又は酸素を超電導線材に供給するためのガス吹き出し口が多数形成されたものを用い、前記熱処理用コイルに熱処理を施す際に前記ボビンのガス導入口からボビンの内部空間に空気又は酸素を供給するとともに前記ガス吹き出し口から空気又は酸素を吹き出すことを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法を上記課題の解決手段とした。
【０００７】
また、上記ボビンの表面には、Ａｇ又はアルミナがコーティングされていてもよい。
【０００８】
また、本発明の酸化物超電導導体の製造方法においては、上記超電導線材をボビンに巻き付ける際に、上記超電導線材を重ね巻きし、その際、上層と下層の超電導線材間に多孔質のスペーサを介在することが好ましい。ここでの多孔質のスペーサとしては、セラミックスペーパー等を用いることができる。
上記超電導線材の安定化層の材質としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ又はそれらの合金のいずれかが用いられる。
また、本発明の酸化物超電導導体の製造方法においては、上記安定化層の合計の厚み（上記テープ状の基材側の安定化層の厚みと上記超電導体形成層側の厚みの合計）は上記超電導体形成層の厚みの１０倍以上の厚みとすることが好ましい。例えば、超電導体形成層の厚みが５μｍである場合、上記安定化層の合計の厚みは５０μｍ以上の厚みとする。
また、本発明の酸化物超電導導体の製造方法においては、上記積層物の周囲に安定化層を形成する際、上記テープ状の基材側の安定化層の厚みを上記超電導体形成層側の安定化層の厚みより厚くすることが好ましい。例えば、上記超電導体形成層側の安定化層の厚みが１μｍの場合、上記テープ状の基材側の安定化層の厚みが４９μｍであってもよく、また、上記超電導体形成層側の安定化層の厚みが５μｍの場合、上記テープ状の基材側の安定化層の厚みが４５μｍであってもよく、また、上記超電導体形成層側の安定化層の厚みが１０μｍ以下の場合、上記テープ状の基材側の安定化層の厚みが４０μｍであってもよい。上記超電導体形成層側の安定化層の厚みは１０μｍ以下とすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の酸化物超電導導体の製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の製造方法により得られた長尺の酸化物超電導導体を示す斜視図である。
この酸化物超電導導体１は、基材１１上に中間層１２が形成され、さらにこの中間層１２上にＹ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏxからなる酸化物超電導層１３が形成された積層物１０の周囲に安定化層１４が形成されてなるものである。
基材１１としては、熱膨張係数の低い耐熱性の金属テープが用いられ、例えば、ハステロイ（商品名）テープが好適に用いられる。
基材１１の厚みは、５０μｍ〜２００μｍ程度である。
中間層１２は、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ3、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＬａＡｌＯ3 、ＧａＡｌＯ3、ＹＡｌＯ3、ＺｒＯ2のいずれかからなるものであってもよい。
中間層１２の厚みは、１μｍ〜２μｍ程度である。
【００１０】
酸化物超電導層１３は、後述するように大気雰囲気中又は酸素雰囲気中で超電導体形成層１３ａに熱処理を施すことにより得られたものであり、例えば、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-xなる組成で代表されるＹ系の酸化物超電導層、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａn-1ＣｕnＯ2n+2（ｎは自然数）なる組成で代表されるＢｉ系の酸化物超電導層、Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａn-1ＣｕnＯ2n+2（ｎは自然数）なる組成で代表されるＴｌ系の酸化物超電導層のいずれからなるものでも良い。
酸化物超電導層１３の厚みＴは、０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００１１】
安定化層１４は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、あるいはそれらの合金のいずれからなるものでも良いが、特に、Ｃｕ又はＡｇを用いるのがコストと酸化物超電導層１３との低反応性の点で好ましい。
安定化層１４の厚みの合計（積層体１０の上側の安定化層１４の厚みｔ２と下側の安定化層１４の厚みｔ１の和、言い換えれば酸化物超電導層１３側の安定化層１４の厚みｔ２とテープ状の基材１１側の安定化層１４の厚みｔ１の和）は、酸化物超電導層１３の厚みＴの約１０以上の厚さとされることが好ましい。
安定化層１４の厚みの合計は、酸化物超電導層１３の厚みＴが０．５μｍ〜１０μｍ程度の場合、５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ程度である。
安定化層１４の合計の厚みが酸化物超電導層１３の厚みＴの１０倍以下であると、安定化層１４の合計の厚みが薄くなりクエンチを防止する効果が小さい。
また、酸化物超電導層１３側の安定化層１４の厚みｔ２は、テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１より薄いことが好ましく、例えば、１０μｍ以下とすることが好ましい。
また、テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１は、酸化物超電導層１３側の安定化層１４の厚みｔ２より厚いことが好ましくは、例えば、１０μｍより厚いことが好ましい。
【００１２】
次に、図１に示した酸化物超電導導体１の製造方法の実施形態を図２〜図６を用いて説明する。
まず、図２に示すように長さ５０ｍ〜１００ｍ程度のテープ状の基材１１上にスパッタリング法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、熱化学気相成長法等の成膜法により中間層１２を形成する。ここで中間層１２を形成する際、中間層１２を構成する結晶粒の配向方向を揃えるために、イオンビームアシストスパッタリング法により形成することが好ましい。また、基材１１は長尺のものであるので、使用する成膜装置の成膜室の内部に基材１１の送出装置と巻取装置を設け、上記送出装置から送り出した基材１１を上記成膜室の内部で連続的に所定の速度で移動させながら上記巻取装置で巻き取り、移動中の基材１１に連続成膜処理を行う。
ついで、中間層１２上に酸化物超電導体からなる超電導体形成層あるいは熱処理によって酸化物超電導体となる超電導体形成層１３ａを真空蒸着法、スパッタリング法、レーザ蒸着法、熱化学気相成長法等の成膜法により形成することにより長尺の積層物１０を作製する。ここで超電導体形成層１３ａを形成する際にも中間層１２を形成する場合とほぼ同様ににして成膜装置の成膜室内に中間層１２を形成した基材１１を連続的に所定の速度で移動させながら連続成膜処理を行う。
【００１３】
ついで図３に示すようにこの積層物１０の周囲にスパッタリング法あるいは蒸着法などの成膜法又はめっき法により安定化層１４を形成して長尺の超電導線材１ａを作製する。ここで安定化層１４を成膜法により形成する際は、中間層１２や超電導体形成層１３ａを形成する場合とほぼ同様ににして成膜装置の成膜室内に、超電導体形成層１３ａと中間層１２を形成した基材１１、即ち、積層物１０を連続的に所定の速度で移動させながら連続成膜処理を行う。
安定化層１４の厚みの合計（積層体１０の上側の安定化層１４の厚みｔ２と下側の安定化層１４の厚みｔ１の和、言い換えれば超電導体形成層１３ａ側の安定化層１４の厚みｔ２とテープ状の基材１１側の安定化層１４の厚みｔ１の和）は、超電導体形成層１３ａの厚みＴの約１０以上の厚さとされることが好ましい。安定化層１４の厚みの合計は、超電導体形成層１３ａの厚みＴが０．５μｍ〜１０μｍ程度の場合、５μｍ〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０μｍ程度である。
安定化層１４の合計の厚みが超電導体形成層１３ａの厚みＴの１０倍未満であると、安定化層１４の合計の厚みが薄くなりクエンチを防止する効果が小さい。積層物１０の周囲に安定化層１４を形成する際、超電導体形成層１３ａ側の安定化層１４の厚みｔ２は１０μｍ以下とすることが好ましい。
超電導体形成層１３側の安定化層１４の厚みｔ２が１０μｍより厚くなると（超電導体形成層１３側の安定化層１４の厚みｔ２がテープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１より厚くなると）、厚すぎて酸素の透過性が低下し、超電導体形成層１３ａに酸素が供給されにくくなってしまう。
また、積層物１０の周囲に安定化層１４を形成する際、テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１を超電導体形成層１３側の安定化層１４の厚みｔ２より厚くすることが好ましい。
テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１は、超電導体形成層１３ａ側の安定化層１４の厚みｔ２が１０μｍ以下である場合、１０μｍより厚くすることが好ましい。
テープ状の基材１側の安定化層１４の厚みｔ１が１０μｍ以下であると（超電導体形成層１３側の安定化層１４の厚みｔ２より薄いと）、熱処理を行う際に酸素が基材１１に酸化に消費され、即ち、超電導体形成層１３ａよりの基材１１の方が優先酸化され、超電導体形成層１３ａを十分に酸化させることができず、目的とする超電導特性を付与できなくなってしまう。
本実施形態では上記のように安定化層１４の合計の厚みが、超電導体形成層１３の厚みＴの約１０倍程度の厚さであるので、クエンチを防止する効果は確保できる。
【００１４】
ついで、長尺の超電導線材１ａを図４に示すようなボビン２０に巻き付けて図５に示すような熱処理用コイル３０を作製する。図６は、図５のＸ−Ｘ線断面図である。
ここで用いるボビン２０は、ステンレス鋼、ハステロイ（商品名）、インコロイ（商品名）等の金属からなるものである。このボビン２０には、内部空間に空気又は酸素を導入するためのガス導入口２１が設けられ、このガス導入口２１に空気又は酸素の供給源（図示略）と接続されたガス供給管２２が接続されている。また、このボビン２０の外壁２３に、上記内部空間に連通し、該内部空間に導入された空気又は酸素を超電導線材１ａに供給するためのガス吹き出し口２３ａが多数形成されている。
また、このボビン２３の外壁２３ａの表面には、Ａｇ又はアルミナがコーティングされている。このように外壁２３ａの表面にＡｇ又はアルミナがコーティングされていると、ボビン２０の優先酸化による超電導線材１ａの熱処理雰囲気中の酸欠防止に有効である。
【００１５】
ここで超電導線材１ａをボビン２０に巻き付ける際に、超電導線材１ａを重ね巻きし、その際、上層と下層の超電導線材１ａ、１ａ間に図６に示すような多孔質のスペーサ３５を介在することが好ましい。ここでの多孔質のスペーサ３５としては、セラミックスペーパー等を用いることができる。多孔質のスペーサ３５の厚みとしては、１〜１０ｍｍ程度、好ましくは５ｍｍ程度のものが用いられる。
このような多孔質のスペーサ３５が上層と下層の超電導線材１ａ、１ａ間に介在されていると、後述の熱処理を施す際にボビン２０のガス吹き出し口２３ａから吹き出した空気又は酸素がスペーサ３５の孔を通過することができるので、超電導線材１ａが重ね巻きされていても上層と下層の超電導線材１ａ、１ａの両方に空気又は酸素が効率良く供給され、超電導体形成層１３ａが効率良く酸化されて超電導特性が優れた超電導体とすることができる点で有利である。
【００１６】
ついで、熱処理用コイル３０を電気炉等の熱処理炉（図示略）内に入れて４５０℃〜５５０℃程度、１〜１０時間程度の熱処理を施す。ここでの熱処理を施す際、上記ガス供給源からガス供給管２２を経てガス導入口２１からボビン２０の内部空間に空気又は酸素を供給するとともに上記ガス吹き出し口２３ａから空気又は酸素を吹き出しながら熱処理を行うと、超電導体形成層１３ａに十分酸素が供給され、超電導特性が優れた超電導体からなる酸化物超電導層１３を有する酸化物超電導導体１が得られる。
ついで、上記熱処理炉内を徐冷後、熱処理用コイル３０を取り出し、このコイル３０から酸化物超電導導体１を外すと目的とする酸化物超電導導体１が得られる。この後、酸化物超電導導体１は必要に応じて他のボビンに巻き付ける等の加工が施されて製品とされる。
【００１７】
本実施形態の酸化物超電導導体の製造方法では、熱処理を施す前に積層物１０の周囲に安定化層１４を形成することにより、超電導線材１ａは最外層に安定化層１４を有したものとなり、テープ状の基材１１は表面に露出していない。このように超電導線材１ａは基材１１が露出していないので、この超電導線材１ａをボビン２０に巻き付けた熱処理用コイル３０に空気雰囲気中又は酸素雰囲気中で熱処理を施しても、基材１１の優先酸化を防止でき、超電導体形成層１３ａに効率良く酸素が供給されるので、超電導特性を向上した超電導体からなる酸化物超電導層１３を形成でき、超電導特性が優れた長尺の酸化物超電導体を製造できる。
また、超電導体形成層１３ａ側の安定化層１４の厚みが１０μｍ程度以下であれば、超電導線材１ａをボビン２０に重ね巻きしても熱処理時に超電導体形成層１３ａに効率良く酸素が供給され、超電導特性を向上した超電導体からなる酸化物超電導層１３を形成できるので、熱処理炉を大型化することなく、臨界電流密度等の超電導特性が優れた長尺の酸化物超電導導体を製造できる。本実施形態の製造方法によれば、従来の製造方法で用いるものと同じ大きさの熱処理炉を用い、また、酸化物超電導導体の全体の厚みを同じ大きさとする場合、従来法で作製する場合よりも１０倍以上の長さの酸化物超電導導体を製造することも可能である。
また、熱処理用コイル３０に熱処理を施す際にボビン２０のガス導入口２１からボビン２０の内部空間に空気又は酸素を供給するとともにガス吹き出し口２３ａから空気又は酸素を吹き出すようにすることで、超電導線材１ａの周囲が十分な空気雰囲気又は酸素雰囲気になり、超電導体形成層１３ａに効率良く酸素が供給され、超電導特性を向上した超電導体からなる酸化物超電導層１３を形成できる。
【００１８】
【実施例】
（実験例１）
以下のように安定化層の厚みが異なる超電導線材を用いて長尺の酸化物超電導導体を作製したときの７７Ｋ、０Ｔにおける臨界電流密度およびクエンチ防止効果について調べた。その結果を表１に示す。
イオンビームスパッタ装置を使用し、この装置の成膜室の内部を真空ポンプで真空引きして２×１０-2Ｐａに減圧した。テープ状の基材として幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１００ｍのハステロイＣ２７６（商品名）テープを使用した。ターゲットはＹＳＺ製のものを用い、スパッタ電圧１２００Ｖ、スパッタ電流７００ｍＡに設定し、イオンビーム源のビームの入射角度を５５度に設定し、イオン源のアシスト電圧を２００Ｖに、イオンビームの電流密度を１００μＡ／ｃｍ 2 に設定して上記基材を成膜室内を移動させながらこの基材の上面上にスパッタリングと同時にイオン照射を行って６時間成膜処理することで厚さ１．０μｍの中間層を形成した。
次いで、形成した中間層上にレーザ蒸着装置を用いて厚さ１μｍの超電導体形成層を形成することにより長尺の積層物を作製した。ここではターゲットとしてＹ1Ｂａ2Ｃｕ3.0Ｏ7-x なる組成から構成されたターゲットを用いた。蒸着処理室の内部を５×１０-3Ｐａに減圧した後、内部に酸素を導入し２×１０1Ｐａとした後、レーザ蒸着を行った。ターゲット蒸発用のレーザとして波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザを用いた。
【００１９】
ついで作製した積層物の周囲に蒸着法により厚さ１〜２０μｍのＡｇからなる安定化層を形成して長尺の超電導線材を作製した。
ついで、作製した長尺の超電導線材を図４と同様のステンレス鋼製のボビンに重ね巻きして図５に示すような熱処理用コイルを作製した。ここで用いたボビンには外壁表面に、アルミナがコーティングされているものを使用した。
ついで、作製した熱処理用コイルを電気炉内に入れて５００℃、１時間の熱処理を施し、酸化物超電導層を有する酸化物超電導導体を作製した。ここでの熱処理を施す際、ガス供給源からガス供給管を経てガス導入口から上記ボビンの内部空間に酸素を供給するとともに上記ガス吹き出し口から酸素を流量５リットル／分で吹き出しながら熱処理を行った。
ついで、上記電気炉内を徐冷後、熱処理用コイルを取り出し、このコイルから酸化物超電導導体を外して幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１００ｍの酸化物超電導導体を得た。
【００２０】
なお、表１中の安定化層の厚みの欄の各数値は、長尺の積層物の周囲に安定化層を均一の厚みで形成したときの値であり、すなわち、積層物の上側および下側の安定化層の厚みを同じ厚みにしたときの片側の厚みの値である。
表１に示す結果から積層物の周囲に形成する安定化層の厚みを５μｍ未満にすると（安定化層の厚みの合計が１０μｍ未満にすると、言い換えれば、超電導体形成層の厚みの１０倍未満の厚みにすると）クエンチが生じ、安定化層としての役割が低下しており、１０μｍより厚いと酸素透過性が悪くなり、臨界電流密度が低下していることがわかる。
従って、積層物の周囲に形成する安定化層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下の範囲であると、優れた臨界電流が得られ、クエンチも防止できることがわかる。なお、上記実験例では積層物の周囲に厚みが均一の安定化層を形成したが、超電導体形成層側とテープ状の基材側の安定化層の厚みは異なるものであってもよく、その場合、上記の実験結果より、超電導体形成層側の安定化層の厚みを５μｍ以上１０μｍ以下とすれば優れた臨界電流が得られ、クエンチも防止でき、テープ状の基材側の安定化層の厚みを超電導体形成層側の安定化層の厚みより厚し、好ましくは５μｍより厚くし、さらに好ましくは１０μｍより厚くすることで酸素透過性が悪くなるので、テープ状の基材の優先酸化を防止できることがわかる。なお、安定化層の合計の厚みが超電導体形成層の厚みの１０倍以上とするならば、超電導体形成層側の安定化層の厚みは５μｍよりも薄くてもよい。
【００２２】
なお、比較のために積層物の周囲でなく超電導体形成層の上面に厚さ１０μｍのＡｇ安定化層を形成した超電導線材を用い、この超電導線材を通常のボビン（ガス吹き出し口やガス供給口が形成されていないもの）に重ならないように巻き付ける場合、最大１０ｍの長さまでの超電導線材しか熱処理が行えなかった。これに対して本発明により熱処理をすると、１００ｍ以上の長さの超電導線材に熱処理を施すことができた。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の酸化物超電導導体の製造方法によれば、長尺の超電導線材に熱処理を施す際に、熱処理炉を大型化することなく、超電導体形成層に効率良く酸素を供給でき、超電導特性が優れた長尺の酸化物超電導導体を製造できる。
また、本発明の酸化物超電導導体の製造方法においては、雰囲気中の酸素を薄い安定化層を介し効率良く超電導体形成層側に供給することができるとともに、厚い安定化層を基材側に配置して基材の酸化を少なくすることにより、基材が酸化物超電導層側から酸素を奪うことを抑制し、酸素不足の生じていない臨界電流密度の高い酸化物超電導導体を提供できる。
前記安定化層において酸化物超電導体形成側の安定化層の厚みが１０μｍ以下であることが、熱処理時の酸素透過性の面から必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法により製造した酸化物超電導導体を示す図である。
【図２】 図２は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法により製造した積層物を示す図である。
【図３】 図３は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法により製造した超電導線材を示す図である。
【図４】 図４は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法に用いるボビンを示す斜視図である。
【図５】 図５は、本発明の実施形態の酸化物超電導導体の製造方法に用いる熱処理用コイルを示す斜視図である。
【図６】 図５のＸ−Ｘ線断面図である。
【図７】 従来の長尺の酸化物超電導導体の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
１・・・酸化物超電導導体、１ａ・・・超電導線材、１０・・・積層物、１１・・・テープ状の基材、１２・・・中間層、１３・・・酸化物超電導層、１３ａ・・・超電導体形成層、１４・・・安定化層、２０・・・ボビン、２１・・・ガス導入口、２２・・・ガス供給管、２３・・・外壁、２３ａ・・・ガス吹き出し口、３０・・・コイル、３５・・・多孔質のスペーサ、ｔｌ、ｔ２…厚み。
Claims (4)
- テープ状の基材上に成膜法により中間層を形成し、ついで該中間層上に酸化物超電導体からなる超電導体形成層あるいは熱処理によって酸化物超電導層となる超電導体形成層を形成して積層物とし、ついで該積層物の周囲に安定化層を形成して超電導線材とした後、この超電導線材をボビンに巻き付けた熱処理用コイルに大気雰囲気中又は酸素雰囲気中で熱処理を施す酸化物超電導導体の製造方法であって、前記ボビンとして、該ボビンの内部空間に空気又は酸素を導入するためのガス導入口が設けられ、該ボビンの外壁に、前記内部空間に連通し、該内部空間に導入された空気又は酸素を超電導線材に供給するためのガス吹き出し口が多数形成されたものを用い、前記熱処理用コイルに熱処理を施す際に前記ボビンのガス導入口からボビンの内部空間に空気又は酸素を供給するとともに前記ガス吹き出し口から空気又は酸素を吹き出すことを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法。
- 前記超電導線材をボビンに巻き付ける際に、前記超電導線材を重ね巻きし、その際、上層と下層の超電導線材間に多孔質のスペーサを介在することを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導導体の製造方法。
- 前記積層物の周囲に安定化層を形成する際、前記テープ状の基材側の安定化層の厚みを前記超電導体形成層側の安定化層の厚みより厚くすることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導導体の製造方法。
- 前記超電導体形成層側の安定化層の厚みを１０μｍ以下とすることを特徴とする請求項３記載の酸化物超電導導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001401185A JP4128358B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 酸化物超電導導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001401185A JP4128358B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 酸化物超電導導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003203531A JP2003203531A (ja) | 2003-07-18 |
| JP4128358B2 true JP4128358B2 (ja) | 2008-07-30 |
Family
ID=27640073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001401185A Expired - Fee Related JP4128358B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 酸化物超電導導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4128358B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008282584A (ja) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導テープおよびその製造方法 |
| JP4917524B2 (ja) * | 2007-12-19 | 2012-04-18 | 住友電気工業株式会社 | 超電導線材および超電導線材の製造方法 |
| JP5054044B2 (ja) * | 2009-01-07 | 2012-10-24 | 住友電気工業株式会社 | 薄膜超電導線材の製造方法 |
| JP5548549B2 (ja) * | 2010-07-30 | 2014-07-16 | 株式会社フジクラ | 超電導装置の保護運転方法と超電導装置 |
| WO2012060425A1 (ja) * | 2010-11-02 | 2012-05-10 | 古河電気工業株式会社 | 超電導線材用基材、超電導線材及び超電導線材の製造方法 |
-
2001
- 2001-12-28 JP JP2001401185A patent/JP4128358B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003203531A (ja) | 2003-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3587956B2 (ja) | 酸化物超電導線材およびその製造方法 | |
| JP4041672B2 (ja) | 接合高温超伝導性被覆テープ | |
| US7463915B2 (en) | Stacked filamentary coated superconductors | |
| US7496390B2 (en) | Low ac loss filamentary coated superconductors | |
| US7763343B2 (en) | Mesh-type stabilizer for filamentary coated superconductors | |
| CN102598156B (zh) | 低交流损失复合丝型超导线材制造方法 | |
| JP2009507358A (ja) | 高温超電導ワイヤ及びコイル | |
| JPH07335051A (ja) | 安定化層を備えた酸化物超電導テープ及びその製造方法 | |
| JPH0268820A (ja) | ワイヤ又はケーブル形態の電気導線 | |
| JP5513154B2 (ja) | 酸化物超電導線材及び酸化物超電導線材の製造方法 | |
| Tomita et al. | Generation of 21.5 T by a superconducting magnet system using a Bi2Sr2CaCu2Ox/Ag coil as an insert magnet | |
| JP2866265B2 (ja) | 高臨界温度超伝導可撓性導体の製造方法 | |
| JP2865460B2 (ja) | 保護クラッド層を有する転移温度の高い超伝導体ワイヤーの熱処理方法および装置 | |
| JP4128358B2 (ja) | 酸化物超電導導体の製造方法 | |
| JPH04310597A (ja) | 超電導体層を有する金属体からなる物品を製造する方法 | |
| JP2005044636A (ja) | 超電導線材 | |
| WO2011052552A1 (ja) | 超電導線材用テープ基材及び超電導線材 | |
| JP2010238634A (ja) | 酸化物超電導線材とその製造方法及びそれに用いる基板の製造装置 | |
| JP3403465B2 (ja) | 安定化層を備えた酸化物超電導テープの製造方法 | |
| JP2004071410A (ja) | 安定化層の形成方法及びその装置 | |
| JP4012772B2 (ja) | 酸化物超電導体テープ線材 | |
| JP2011096593A (ja) | 酸化物超電導薄膜の製造方法 | |
| JPS63244526A (ja) | 化合物超電導線の製造方法 | |
| JPH0393110A (ja) | 超電導線材 | |
| JP3098906B2 (ja) | 超電導ワイヤの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040603 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060131 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060207 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060407 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061031 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061225 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071016 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071217 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20071220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080129 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080328 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080507 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080514 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120523 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130523 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140523 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |