JP5014131B2 - 高度に組織化されたテープ状高温超電導体の製造方法 - Google Patents
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Description
S. Sathyamurthy, M. Paranthaman, H-Y. Zhai, H.M. Christen, P.M. Martin, and A. Goyal, J. Mater. Res., Vol. 17, No. 9, 2002, 2181-2184 T.G. Chirayil, M. Paranthaman, D.B. Beach, D.F. Lee, A. Goyal, R.K. Williams, X. Cui, D.M. Kroeger, R. Feenstra, D.T. Verebelyi, D.K. Christen, Physica C 336, 2000, 63-69 S. Sathyamurthy, M. Paranthaman, T. Aytug, B.W. Kang, P.M. Martin, A. Goyal, D.M. Kroeger, D.K. Christen, J. Mater. Res., Vol. 17, No. 6, 2002, 1543-1549 E. Celik, Y. Akin, W. Sigmund, Y.S. Hascicek, Mat. Sci. Eng. B 106, 2004, 182-190 M.S. Bhuiyan, M. Paranthaman, S. Sathyamurthy, T. Aytug, S. Kang, D.F. Lee, A. Goyal, E.A. Payzant, and K Salama, Supercond. Sci. Technol. 16, 2003, 1305-1309 Mutlu, I.H.; Aslanoglu, Z.; El-Kawni, M.I.; Celik, E.; Okuyucu, H.; Akin, Y.; Sigmund, W. and Hascicek, Y.S., Adv. Cryog. Eng. 48B, 2002, 589-594 High Temperature Superconductivity 1(高温超電導体1): Materials, A.V. Narlikar (Ed.), Springer-Verlag, 2004, 115-167
再現可能な試験において、緩衝層としてのLa2Zr2O7(LZO)を組織化された金属製テープ上に塗布した。この金属製テープは純粋なニッケルテープである。8%の量までのタングステンを用いて合金化することによって、この例の成膜の結果に影響を及ぼすことなく上記テープの引張り強さを高めることができる。また、他の合金、例えばNi−0.1%Mnも、この例の結果に影響を与えることなく使用することができる。比較試験において、異なる成膜液を使用した。この際、第一の溶液は従来技術によるものであり、そして第二の溶液は本発明によるものである。
同様に再現可能な方法で、Y2O3をCSD法により組織化された金属テープ(Ni−5%W)上に塗布した。比較試験において、例1と同様に、種々の成膜液を使用した。溶液1は従来技術に相当し、そして第二の溶液は本発明によるものである。
再現可能な試験において、本発明に従い、La2Zr2O7(LZO)を組織化した金属テープ(Ni−5%W)上に緩衝層として塗布した。
この例では、La2Zr2O7(LZO)の二つの層と、ガドリニウムをドープした酸化セリウム(CGO)の層からなる緩衝システムを設けた。
本願は、請求項1〜11のテープ状HTSLの製造方法に関するものであるが、更に別の発明として以下も包含するものである。
1.少なくとも一つの成膜液において、ジルコニウム化合物、好ましくはジルコニウム(IV)−(2,4)ペンタジオネート及び/またはランタン化合物、好ましくはランタン(III)−(2,4)ペンタジオネート及び/または希土類化合物、後者は好ましくはセリウム(III)アセチルアセトネート及び/またはGd(III)アセチルアセトネート及び/またはイットリウム(III)−(2,4)ペンタジオネートを使用することを特徴とする、請求項1または2の方法。
2.塗膜のアニーリング処理が、約800℃〜900℃の温度で行われる、請求項1〜4または上記1.のいずれか一つの方法。
3.少なくとも一つの塗布工程が、連続式成膜設備を用いて、約20°〜90°の引き抜き角度及び約0.05cm/s〜0.15cm/sの牽引速度で行われることを特徴とする、請求項1〜5及び上記1.及び2.のいずれか一つの方法。
4.少なくとも一つの成膜液が、メトキシルアルコール及び/またはアセチルアセトン及び/またはメタノール及び/またはイソブチルアミンと24%〜100%の割合のプロピオン酸との混合物中に溶解させたイットリウム(III)−(2,4)ペンタジオネートからなることを特徴とする、請求項1〜4及び上記1.及び2.のいずれか一つの方法。
5.成膜液の濃度が、Y 2 O 3 を基準にして0.075M〜0.2M、好ましくは0.125Mであることを特徴とする、上記4.の方法。
6.塗膜を約1000℃の温度でアニーリングすることを特徴とする、上記4.または5.の方法。
7.アニーリング処理が1000℃未満の温度で行われること、特に第一の二つのアニーリング処理が、約800℃〜900℃の温度で行われること、及び第三のアニーリング処理が約1000℃で行われることを特徴とする、請求項7または8の方法。
8.金属製基材、La 2 Zr 2 O 7 からなる二つの緩衝層、二酸化セリウムからなる一つの緩衝層、及びHTSLからなる少なくとも一つの層を有するテープ状HTSLの製造方法であって、次の段階
a) プロピオン酸中に溶解したランタン(III)−(2,4)ペンタジオネート及びジルコニウム(IV)−(2,4)ペンタジオネートを含む、第一の成膜液の調製、
b) 金属製基材上での上記第一の成膜液の塗布、
c) 乾燥、
d) アニーリング処理による第一のLa 2 Zr 2 O 7 緩衝層の形成、
e) 上記第一の成膜液の再度の塗布、
f) 乾燥、
g) アニーリング処理による第二のLa 2 Zr 2 O 7 緩衝層の形成、
h) プロピオン酸、2−プロパノール及びアセチルアセトン中に溶解したセリウム(III)アセテートからなる混合物に基づく第二の成膜液の調製、
i) 上記第二のLa 2 Zr 2 O 7 緩衝層の上での上記第二の成膜液の塗布、
j) 乾燥、
k) アニーリング処理による酸化セリウムからなる第三の緩衝層の形成、
l) 上記緩衝層上でのHTSL層の敷設、
を有する上記方法。
9. 第二の成膜液の溶剤混合物が、少なくとも50%のプロピオン酸からなることを特徴とする、上記8.の方法。
10.第二の成膜液の溶剤であるプロピオン酸、2−プロパノール及びアセチルアセトンが、約5:2:1の比率で存在することを特徴とする、上記9.の方法。
11. 成膜液の濃度が、CeO 2 を基準にして約0.2M〜0.3M、好ましくは約0.25Mである、上記8.〜10.のいずれか一つの方法。
12. アニーリング処理が、1000℃未満の温度で行われること、特に第一の二つのアニーリング処理が約800℃〜900℃の温度で行われること、及び第三のアニーリング処理が好ましくは約950℃で行われることを特徴とする、上記8.〜11.のいずれか一つの方法。
13. 金属製基材がニッケル単独からなるものであることを特徴とする、請求項1〜9及び上記1.〜12.のいずれか一つの方法。
14. 金属製基材が、強磁性ではなく、好ましくはニッケル−タングステン合金からなるものであることを特徴とする、請求項1〜9及び上記1.〜13.のいずれか一つの方法。
15. 成膜液の乾燥が、少なくとも二つの異なる温度下に行われ、そのうちの初期温度は、それぞれの溶剤の沸点よりも低い温度であり、最終温度はそれぞれの溶剤の沸点を超える温度であることを特徴とする、請求項1〜9及び上記1.〜14.のいずれか一つの方法。
16. 基材上に塗布する前に、成膜液を加熱することを特徴とする、請求項1〜9及び上記1.〜15.のいずれか一つの方法。
17. 金属製基材、ジルコネート、好ましくはLa 2 Zr 2 O 7 及び/または希土類金属酸化物、好ましくはCeO 2 /Gd 2 O 3 及び/またはY 2 O 3 からなる少なくとも一つの緩衝層、及びこの緩衝層の上に存在するHTSL層を有するテープ状HTSLであって、上記緩衝層が、HTSL層を敷設する前のRHEED測定において、不連続の反射を示し、回折環のみを示すものではない組織を有することを特徴とする、上記テープ状HTSL。
18. 金属製基材、及びLa 2 Zr 2 O 7 、酸化ニッケル、酸化セリウム、ガドリニウムをドープした酸化セリウム、酸化マグネシウムまたは酸化イットリウムからなる少なくとも一つの緩衝層を有する、テープ状HTSLの製造のための中間体であって、前記緩衝層が、RHEED測定において、不連続の反射を示し、回折環のみを示すものではない組織を有することを特徴とする、上記中間体。
19. 金属製基材、少なくとも一つの緩衝層及びHTSL層を有するテープ状HTSLであって、緩衝層(緩衝層が二つ以上ある場合には最後の緩衝層)が、少なくともHTSL層に対するそれの境界面において、十分に組織化されていることを特徴とする、上記テープ状HTSL。
Claims (11)
- ・金属製基材、
・イットリウム安定化酸化ジルコニウム、ガドリニウム−ジルコネート、酸化イットリウム、ランタン−アルミネート、ランタン−ジルコネート、ストロンチウム−チタネート、酸化ニッケル、酸化セリウム、酸化マグネシウム、ランタン−マンガネートまたはストロンチウムルテネートからなる少なくとも一つの緩衝層、及び
・前記緩衝層の上に存在する高温超電導体
を含んでなるテープ状高温超電導体の製造方法であって、次の段階、すなわち
a) 少なくとも一つの遊離のヒドロキシル基を有する極性溶剤を含む成膜液の調製、
b) 金属製基材上での上記成膜液の塗布、
c) 乾燥、
d) アニーリング処理による緩衝層の形成、及び
e) 上記緩衝層の上での高温超電導体層の敷設、
を有し、この際、極性溶剤としてプロピオン酸を使用することを特徴とする、上記方法。 - 段階(e)の前に、段階(a)から(d)を少なくとも一度繰り返すことを特徴とする、請求項1の方法。
- 少なくとも一つの成膜液が、プロピオン酸中に溶解させたランタン(III)−(2,4)ペンタジオネート及びジルコニウム(IV)−(2,4)ペンタジオネートを含むことを特徴とする、請求項1または2の方法。
- 成膜液が、La2Zr2O7を基準にして0.04M〜0.5Mの範囲の濃度を有することを特徴とする、請求項3の方法。
- 少なくとも一つの塗布工程が浸漬設備を用いて行われ、そして基材を0.05cm/s〜0.5cm/sの速度で浸漬槽から引き抜くことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの方法。
- 酸化セリウムからなる少なくとも一つの緩衝層の形成の際に、ガドリニウムをドープした酸化セリウムを形成することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つの方法。
- 金属製基材、La2Zr2O7からなる二つの緩衝層、ガドリニウムをドープした酸化セリウムからなる一つの緩衝層、及び高温超電導体からなる少なくとも一つの層を有するテープ状高温超電導体の製造方法であって、次の段階、すなわち
a) プロピオン酸中に溶解したランタン(III)−(2,4)ペンタジオネート及びジルコニウム(IV)−(2,4)ペンタジオネートを含む第一の成膜液の調製、
b) 金属製基材上での上記第一の成膜液の塗布、
c) 乾燥、
d) アニーリング処理による第一のLa2Zr2O7緩衝層の形成、
e) 上記第一の成膜液の再度の塗布、
f) 乾燥、
g) アニーリング処理による第二のLa2Zr2O7緩衝層の形成、
h) 2−メトキシエタノール中のセリウム(III)アセチルアセトネート及びプロピオン酸中のGd(III)アセチルアセトネートからなる混合物に基づく第二の成膜液の調製、
i) 上記第二のLa2Zr2O7緩衝層上での上記第二の成膜液の塗布、
j) 乾燥、
k) アニーリング処理による、ガドリニウムをドープした酸化セリウムからなる第三の緩衝層の形成、
l) 上記段階で形成された緩衝層の上での高温超電導体層の敷設、
を有する上記方法。 - 上記第二の成膜液の濃度が、CeO2/Gd2O3の合計金属含有量を基準にして0.1M〜0.4Mであることを特徴とする、請求項7の方法。
- 金属製基材が組織化されていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つの方法。
- 成膜液にゲル化剤が加えられていることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つの方法。
- 成膜液に湿潤剤が加えられていることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つの方法。
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