JP5597516B2 - Superconducting wire manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、超電導線材の製造方法及び超電導線材に関し、エネルギー貯蔵、変圧器、モーター、発電機などの機器へ適用される技術に用いて好適なものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a superconducting wire and a superconducting wire, and is suitable for use in technologies applied to devices such as energy storage, transformers, motors, and generators.

Y系酸化物超電導体などの超電導体は、臨界温度、臨界電流、臨界磁界で規定される条件範囲内において超電導状態が維持される。超電導体の使用条件によっては、超電導体の一部の領域が常電導状態となることで発熱し、超電導体全体が常電導状態に転移するクエンチ現象を引き起こす可能性があり、その場合、超電導体が焼損してしまう。そのため、一般的に超電導体のクエンチ現象の発生による焼損を防ぐために、超電導体に導電性のよい金属からなる安定化材を複合し、通電中に超電導体の一部の領域が常電導状態になった場合において、安定化材に電流を流すことができるような構成を採用し、超電導体の安定化を図っている。   A superconductor such as a Y-based oxide superconductor is maintained in a superconducting state within a condition range defined by a critical temperature, a critical current, and a critical magnetic field. Depending on the usage conditions of the superconductor, heat may be generated when a part of the superconductor is in a normal conducting state, which may cause a quench phenomenon in which the entire superconductor transitions to the normal conducting state. Will burn out. Therefore, in order to prevent burning due to the quench phenomenon of the superconductor, generally, a superconductor is combined with a stabilizer made of a highly conductive metal, and a part of the superconductor is in a normal conducting state during energization. In such a case, the superconductor is stabilized by adopting a configuration that allows a current to flow through the stabilizing material.

安定化層の複合化方法としては、特許文献1のようなスパッタリングや蒸着など物理的蒸着によりAg安定化層を形成する方法や、特許文献2のような蒸着されたAg安定化層上に安価なCu材を半田で貼り合せる方法などがある。   As a method for compounding the stabilizing layer, a method of forming an Ag stabilizing layer by physical vapor deposition such as sputtering or vapor deposition as in Patent Document 1 or a low cost on a deposited Ag stabilizing layer as in Patent Document 2 For example, there is a method of bonding a Cu material with solder.

これらの超電導線材をエネルギー貯蔵、変圧器、モーター、発電機といった応用機器に使用する場合、交流損失が発生してしまう可能性がある。そのため、線材を細線化加工して並列導体化することで交流損失を低減できることが報告されている(特許文献3、非特許文献1参照)。   When these superconducting wires are used for energy storage, transformers, motors, generators, and other applied equipment, AC loss may occur. For this reason, it has been reported that AC loss can be reduced by thinning a wire to make it a parallel conductor (see Patent Document 3 and Non-Patent Document 1).

特開2006−236652号公報JP 2006-236652 A 特開2008−060074号公報JP 2008-060074 A 特開2007−141688号公報JP 2007-141688 A

Supercond. Soc. Technol. 20 822-826(2007)Supercond. Soc. Technol. 20 822-826 (2007)

交流損失を低減させるためには、線材を細線化し、並列導体化する必要がある。例えば超電導ケーブルの場合、線材を巻きつける円柱状の芯材に対し、円に近い形になるように線材を配置することで交流損失を低減できる。線材作製を効率よく行うには、幅の広いテープ材上に超電導体膜を形成し、用途に応じて切断することが求められるが、作製された超電導線材を切断した場合、切断面において超電導層が露出した状態となってしまう。   In order to reduce the AC loss, it is necessary to make the wire thin and to make it a parallel conductor. For example, in the case of a superconducting cable, the AC loss can be reduced by arranging the wire rod so as to have a shape close to a circle with respect to the cylindrical core member around which the wire rod is wound. In order to efficiently produce a wire, it is required to form a superconductor film on a wide tape material and cut it according to the application, but when the produced superconducting wire is cut, the superconducting layer at the cut surface Will be exposed.

このため、露出した状態のままでは大気中の水分の影響や液体窒素温度から室温に戻す際に発生する水分の影響で、水分に弱い超電導層の結晶構造が乱れてしまい、性能が低下してしまうという問題がある。   For this reason, in the exposed state, the crystal structure of the superconducting layer, which is weak against moisture, is disturbed due to the influence of moisture in the atmosphere and the influence of moisture generated when returning from liquid nitrogen temperature to room temperature, resulting in reduced performance. There is a problem of end.

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、交流損失が低減可能であり、同時に、水分による性能低下が防止できる超電導線材の製造方法および超電導線材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a conventional situation, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a superconducting wire and a superconducting wire that can reduce AC loss and at the same time prevent deterioration in performance due to moisture. And

上記課題を解決するため、本発明の超電導線材の製造方法は、金属基材の上方に、中間層と、キャップ層と、酸化物超電導層と、保護層とが少なくとも設けられてなる超電導線材の製造方法であって、
所定の当初幅寸法とされる前記金属基材上に、中間層を形成する工程と、キャップ層を形成する工程と、酸化物超電導層を形成する酸化物超電導層形成工程と、
少なくとも酸化物超電導層を線材の幅方向に分断する溝を、線材の長手方向に形成する溝形成工程と、
少なくとも前記酸化物超電導層の表面を覆うように保護層を形成する保護層形成工程と、
前記溝内に設定された切断位置において線材長手方向に切断し、当初幅寸法より小さな幅寸法となる細線の超電導線材を形成する切断工程とを有し、
前記溝形成工程において形成される前記溝の深さ寸法と幅寸法とのアスペクト比;(溝の深さ)/(溝の幅)を1以下とするとともに、前記溝の幅寸法を20μm〜1000μmの範囲に設定し、
前記切断工程において、前記保護層が、線材断面方向において、前記酸化物超電導層の前記キャップ層と接しない三辺となる表面に積層され、前記保護層の厚さが全体的に層状に1μm以上である前記細線の超電導線材を形成することを特徴とする。
本発明は、前記溝形成工程において形成される溝の深さ寸法が、1μm〜50μmの範囲に設定されることができる。
本発明は、前記溝形成工程において形成される溝の深さが、前記金属基材にまで達していることが可能である。
本発明は、前記保護層形成工程において形成する保護層の厚さが、5μ〜100μmの範囲に設定されることが好ましい。
本発明は、前記切断工程において、少なくとも前記金属基材を切断する切断幅寸法が、前記溝の幅寸法と前記保護層の厚さの2倍との差に等しいか、それより小さく設定されることができる。
本発明は、前記保護層に良電導性を有する安定化層を積層する工程を有することが可能である。
本発明は、前記超電導線材、金属基材上に、結晶配向性が整えられてなる中間層と、該中間層の結晶配向性の影響を受けて結晶配向性が整えられたキャップ層と、該キャップ層の結晶配向性の影響を受けて結晶配向性が整えられた酸化物超電導層と、良電導性を有する保護層とが少なくとも設けられてなる超電導線材であることが可能である
In order to solve the above-described problems, a method for producing a superconducting wire according to the present invention is a superconducting wire comprising at least an intermediate layer, a cap layer, an oxide superconducting layer, and a protective layer above a metal substrate. A manufacturing method comprising:
A step of forming an intermediate layer, a step of forming a cap layer, and a step of forming an oxide superconducting layer for forming an oxide superconducting layer on the metal substrate having a predetermined initial width dimension,
A groove forming step for forming a groove for dividing at least the oxide superconducting layer in the width direction of the wire in the longitudinal direction of the wire ;
A protective layer forming step of forming a protective layer so as to cover at least the surface of the oxide superconducting layer;
Cutting in the longitudinal direction of the wire at the cutting position set in the groove, and forming a thin superconducting wire having a width smaller than the initial width,
The aspect ratio of the depth dimension and the width dimension of the groove formed in the groove forming step; (groove depth) / (groove width) is set to 1 or less, and the width dimension of the groove is 20 μm to 1000 μm. set in the range of,
In the cutting step, the protective layer is laminated on the surface of the oxide superconducting layer on the three sides that do not contact the cap layer in the wire cross-sectional direction, and the thickness of the protective layer is generally 1 μm or more in a layer shape The thin superconducting wire is formed as follows.
In the present invention, the depth dimension of the groove formed in the groove forming step may be set in a range of 1 μm to 50 μm.
In the present invention, the depth of the groove formed in the groove forming step can reach the metal base material.
The present invention, the thickness of the protective layer formed in the protective layer forming step is preferably set in a range of 5μ m ~100μm.
According to the present invention, in the cutting step, at least a cutting width dimension for cutting the metal substrate is set to be equal to or smaller than a difference between the width dimension of the groove and twice the thickness of the protective layer. be able to.
The present invention can include a step of laminating a stabilizing layer having good electrical conductivity on the protective layer.
The present invention, the superconducting wire, on a metal substrate, an intermediate layer formed by crystal orientation trimmed, and a cap layer crystal orientation trimmed undergo crystal orientation of the effect of the intermediate layer, It is possible to be a superconducting wire comprising at least an oxide superconducting layer whose crystal orientation is adjusted under the influence of the crystal orientation of the cap layer and a protective layer having good conductivity.

本発明の超電導線材の製造方法は、溝を形成してこの溝内および酸化物超電導層に保護層を積層して、溝内部において切断することにより、保護層が酸化物超電導層の上表面および幅方向両側面に積層された状態で細線化することが可能となる。これにより、効率よく水分の影響を低減可能で交流損失を低減可能に細線化された超電導線材を提供することが可能となる。 The method for producing a superconducting wire of the present invention includes forming a groove, laminating a protective layer in the groove and the oxide superconducting layer, and cutting the groove inside the groove, so that the protective layer is formed on the upper surface of the oxide superconducting layer and Thinning is possible in a state of being laminated on both side surfaces in the width direction. As a result, it is possible to provide a superconducting wire that is thinned so that the influence of moisture can be efficiently reduced and AC loss can be reduced .

本発明に係る超電導線材の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the superconducting wire which concerns on this invention. 同超電導線材を製造するための成膜装置の一例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an example of the film-forming apparatus for manufacturing the superconducting wire. 本発明に係る超電導線材の製造方法の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the manufacturing method of the superconducting wire which concerns on this invention. 本発明に係る超電導線材の製造方法の一例における工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the process in an example of the manufacturing method of the superconducting wire which concerns on this invention. 本発明に係る超電導線材の製造方法の他の例を示すフローチャート。The flowchart which shows the other example of the manufacturing method of the superconducting wire which concerns on this invention. 本発明に係る超電導線材の製造方法のさらに他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the further another example of the manufacturing method of the superconducting wire which concerns on this invention.

以下、本発明に係る超電導線材およびその製造方法について説明する。
図1は、本発明に係る超電導線材の一例を模式的に示す概略斜視図である。
図1に示す超電導線材Aは、テープ状の基材10の上に、拡散防止層11、ベッド層12、中間層15、キャップ層16、酸化物超電導層17、保護層30および安定化層(導電層)18をこの順に積層した積層体として構成されている。なお、超電導線材Aにおいてベッド層12は略することもできる。
Hereinafter, the superconducting wire and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing an example of a superconducting wire according to the present invention.
A superconducting wire A shown in FIG. 1 is formed on a tape-like base material 10 on a diffusion preventing layer 11, a bed layer 12, an intermediate layer 15, a cap layer 16, an oxide superconducting layer 17, a protective layer 30 and a stabilizing layer ( It is configured as a laminate in which conductive layers 18 are laminated in this order. In the superconducting wire A, the bed layer 12 can be omitted.

この実施形態の超電導線材Aは、保護層30が少なくとも酸化物超電導層17の側面を覆うようにこの積層体の側面に延在している。保護層30は、具体的には、積層体の上側位置から下側位置に向かって、酸化物超電導層17の上側表面とその側面、酸化物超電導層17の下側に位置するキャップ層16の側面、中間層15の側面、ベッド層12の側面、拡散防止層11の側面を覆うように、酸化物超電導層17の上側表面からその側面に延在するように設けられている。
また、超電導線材Aにおいては、保護層30が、積層体の上側から下側に向かって、酸化物超電導層17の上端位置から、酸化物超電導層17、キャップ層16、中間層15、ベッド層12、拡散防止層11、基材10の全ての側面を覆うように設けられていることもでき、さらに、断面方向の一方の側面では保護膜30が全ての側面を覆うとともに、他方の側面では保護膜30が基材10を除く側面を覆って基材10のみが側面に露出した状態とすることができる。
In the superconducting wire A of this embodiment, the protective layer 30 extends on the side surface of the laminate so as to cover at least the side surface of the oxide superconducting layer 17. Specifically, the protective layer 30 includes an upper surface and a side surface of the oxide superconducting layer 17 and a cap layer 16 located below the oxide superconducting layer 17 from the upper position to the lower position of the stacked body. The side surface, the side surface of the intermediate layer 15, the side surface of the bed layer 12, and the side surface of the diffusion prevention layer 11 are provided so as to extend from the upper surface of the oxide superconducting layer 17 to the side surface.
Further, in the superconducting wire A, the protective layer 30 is formed from the upper end position of the oxide superconducting layer 17 from the upper side to the lower side of the stacked body, from the oxide superconducting layer 17, the cap layer 16, the intermediate layer 15, and the bed layer. 12, the diffusion preventing layer 11 and the base material 10 may be provided so as to cover all side surfaces. Further, the protective film 30 covers all side surfaces on one side surface in the cross-sectional direction, and on the other side surface. The protective film 30 can cover the side surface excluding the base material 10 so that only the base material 10 is exposed on the side surface.

この実施形態の超電導線材Aは、エネルギー貯蔵、変圧器、モーター、発電機などの機器へ適用された際に交流損失を低減するために、図1に示すその幅方向寸法TAが、1mm〜5mm程度の範囲に設定され、好ましくは2.0mm〜5.0mmの程度の範囲に設定されている。   The superconducting wire A of this embodiment has a widthwise dimension TA shown in FIG. 1 of 1 mm to 5 mm in order to reduce AC loss when applied to devices such as energy storage, transformers, motors, and generators. It is set to a range of about, and preferably set to a range of about 2.0 mm to 5.0 mm.

この超電導線材Aの幅方向寸法が、上記の範囲の上限値より大きいと、細線化が不十分で交流損失の低減が充分でなく、エネルギー貯蔵、変圧器、モーター、発電機などの機器へ適用する際に、機器の大きさが大きくなってしまう。また、上記の範囲の下限値より小さいと、必要な特性を有する酸化物超電導層を形成できない、あるいは、切断回数が多くなり、切断周りの超電導層破壊に起因する臨界電流劣化の割合が大きくなってしまうため好ましくない。 If the superconducting wire A has a width-direction dimension that is larger than the upper limit of the above range, thinning is insufficient and AC loss is not sufficiently reduced, and it can be applied to devices such as energy storage, transformers, motors, and generators. When doing so, the size of the device becomes large. If the value is smaller than the lower limit of the above range, an oxide superconducting layer having necessary characteristics cannot be formed, or the number of times of cutting increases, and the rate of critical current deterioration due to superconducting layer breakdown around the cutting increases. This is not preferable.

本実施形態の超電導線材Aに適用できる基材(金属基材)10は、通常の超電導線材の基材として使用でき、高強度であれば良く、長尺のケーブルとするためにテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。例えば、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ(米国ヘインズ社製商品名)等のニッケル合金等の各種金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配したもの等が挙げられる。各種耐熱性の金属の中でも、ニッケル合金が好ましい。なかでも、市販品であれば、ハステロイが好適であり、ハステロイとして、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイB、C、G、N、W等のいずれの種類も使用できる。基材10の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、10〜500μmである。基材10の表面粗さRaの値が10nm以下となるよう設定されている。   The base material (metal base material) 10 applicable to the superconducting wire A of the present embodiment can be used as a base material of a normal superconducting wire, has only to be high strength, and is in a tape shape to make a long cable. It is preferable to use a heat-resistant metal. Examples thereof include various metal materials such as nickel alloys such as silver, platinum, stainless steel, copper, Hastelloy (trade name manufactured by Haynes, USA), or ceramics disposed on these various metal materials. Among various heat resistant metals, nickel alloys are preferable. Especially, if it is a commercial item, Hastelloy is suitable, and any kind of Hastelloy B, C, G, N, W, etc. which have different amounts of components such as molybdenum, chromium, iron and cobalt can be used as Hastelloy. . What is necessary is just to adjust the thickness of the base material 10 suitably according to the objective, and it is 10-500 micrometers normally. The value of the surface roughness Ra of the substrate 10 is set to be 10 nm or less.

拡散防止層11は、基材10の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素(Si)、酸化アルミニウム(Al)、GZO(GdZr)等、あるいは希土類金属酸化物等から構成される。 The diffusion prevention layer 11 is formed for the purpose of preventing the constituent elements of the base material 10 from diffusing, and silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), GZO (Gd 2 Zr 2 O 7). Etc.) or rare earth metal oxides.

ベッド層12は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層12は、必要に応じて配され、例えば、イットリア(Y)などの希土類酸化物のうち、組成式(α2x(β(1−x)で示される、Er、CeO、Dy、Er、Eu、Ho、La等を例示することができるとともに、窒化ケイ素(Si)、酸化アルミニウム(Al、「アルミナ」とも呼ぶ)等から構成される。 The bed layer 12 has high heat resistance and is intended to reduce interfacial reactivity, and is used to obtain the orientation of a film disposed thereon. Such a bed layer 12 is disposed as necessary. For example, among rare earth oxides such as yttria (Y 2 O 3 ), the composition formula (α 1 O 2 ) 2x2 O 3 ) (1- x 2) , Er 2 O 3 , CeO 2 , Dy 2 O 3 , Er 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Ho 2 O 3 , La 2 O 3, etc. Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 , also called “alumina”), and the like.

このように基材10とベッド層12との間に拡散防止層11を介在させることにより、後述する中間層15やキャップ層16および酸化物超電導層17等の他の層を形成する際に、必然的に加熱されたり、熱処理される結果として熱履歴を受ける場合に、基材10の構成元素の一部がベッド層12を介して酸化物超電導層17側に拡散することを抑制するためであり、拡散防止層とベッド層12の2層構造とすることで、基材10側からの元素拡散を効果的に抑制することができる。基材10とベッド層12との間に拡散防止層を介在させる場合の例としては、拡散防止層11としてAl、ベッド層12としてYを用いる組み合わせを例示することができる。 Thus, by interposing the diffusion preventing layer 11 between the base material 10 and the bed layer 12, when forming other layers such as an intermediate layer 15, a cap layer 16 and an oxide superconducting layer 17 described later, In order to suppress diffusion of a part of the constituent elements of the base material 10 to the oxide superconducting layer 17 side through the bed layer 12 when receiving a thermal history as a result of being necessarily heated or heat-treated. In addition, by adopting a two-layer structure of the diffusion prevention layer and the bed layer 12, element diffusion from the substrate 10 side can be effectively suppressed. As an example in the case of interposing a diffusion preventing layer between the base material 10 and the bed layer 12, a combination using Al 2 O 3 as the diffusion preventing layer 11 and Y 2 O 3 as the bed layer 12 can be exemplified. .

中間層15は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層される酸化物超電導層17の結晶配向性を制御するために2軸配向する物質から選択される。中間層15の好ましい材質として具体的には、GdZr、MgO、ZrO−Y(YSZ)、SrTiO、CeO、Y、AlO3、Gd、Zr、Ho、Nd等の金属酸化物を例示することができる。 The intermediate layer 15 may have either a single layer structure or a multilayer structure, and is selected from materials that are biaxially oriented in order to control the crystal orientation of the oxide superconducting layer 17 laminated thereon. Specifically, preferred materials for the intermediate layer 15 are Gd 2 Zr 2 O 7 , MgO, ZrO 2 —Y 2 O 3 (YSZ), SrTiO 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3, Gd 2 O. 3 , metal oxides such as Zr 2 O 3 , Ho 2 O 3 and Nd 2 O 3 can be exemplified.

キャップ層16は、中間層15の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向(面方向)に粒成長(オーバーグロース)して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層16は、前記金属酸化物層からなる中間層15よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層16の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、CeO、Y、Al、Gd、Zr、Ho、Nd等が例示できる。キャップ層の材質がCeOである場合、キャップ層16は、Ceの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたCe−M−O系酸化物を含んでいても良い。
The cap layer 16 is formed through a process of epitaxial growth on the surface of the intermediate layer 15, and then grain growth (overgrowth) in the lateral direction (plane direction), and crystal grains are selectively grown in the in-plane direction. Are preferred. Such a cap layer 16 has a higher in-plane orientation degree than the intermediate layer 15 made of the metal oxide layer.
The material of the cap layer 16 is not particularly limited as long as it can exhibit the above functions, but specific examples of preferable materials include CeO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , and Zr 2. Examples thereof include O 3 , Ho 2 O 3 and Nd 2 O 3 . When the material of the cap layer is CeO 2 , the cap layer 16 may include a Ce—M—O-based oxide in which part of Ce is substituted with another metal atom or metal ion.

このキャップ層16としてのCeO層は、PLD法(パルスレーザ蒸着法)、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でPLD法を用いることが望ましい。PLD法によるCeO層の成膜条件としては、基材温度約500〜1000℃、約0.6〜100Paの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
CeO層の膜厚は、50nm以上であればよいが、十分な配向性を得るには100nm以上が好ましく、500nm以上であれば更に好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、500〜1000nmとすることが好ましい。
The CeO 2 layer as the cap layer 16 can be formed by a PLD method (pulse laser vapor deposition method), a sputtering method, or the like, but it is desirable to use the PLD method in terms of obtaining a high film formation rate. The film formation conditions for the CeO 2 layer by the PLD method can be performed in an oxygen gas atmosphere at a substrate temperature of about 500 to 1000 ° C. and about 0.6 to 100 Pa.
The film thickness of the CeO 2 layer may be 50 nm or more, but is preferably 100 nm or more, and more preferably 500 nm or more in order to obtain sufficient orientation. However, if it is too thick, the crystal orientation deteriorates.

酸化物超電導層17は公知のもので良く、具体的には、REBaCu(REはY、La、Nd、Sm、Er、Gd等の希土類元素を表す)なる材質のものを例示できる。この酸化物超電導層17として、Y123(YBaCu7−X)又はGd123(GdBaCu7−X)などを例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、BiSrCan−1Cu4+2n+δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層17の厚みは、0.5〜5μm程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
The oxide superconducting layer 17 may be a known one, and specifically, a material made of REBa 2 Cu 3 O y (RE represents a rare earth element such as Y, La, Nd, Sm, Er, Gd) is exemplified. it can. Examples of the oxide superconducting layer 17 include Y123 (YBa 2 Cu 3 O 7-X ) or Gd123 (GdBa 2 Cu 3 O 7-X ). Further, other oxide superconductors, for example, Bi 2 Sr 2 Ca n- 1 Cu n for O 4 + 2n + δ becomes may be used in compositions such as those made of other oxide superconductors having high critical temperatures representative Of course.
The oxide superconducting layer 17 has a thickness of about 0.5 to 5 μm and preferably a uniform thickness.

酸化物超電導層17は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法(CVD法)等の物理的蒸着法;塗布熱分解法(MOD法)等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、PLD法、TFA−MOD法(トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法)、又はCVD法を用いることが好ましい。   The oxide superconducting layer 17 is laminated by a physical vapor deposition method such as sputtering, vacuum vapor deposition, laser vapor deposition, electron beam vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), or coating pyrolysis (MOD). In particular, from the viewpoint of productivity, it is preferable to use a PLD method, a TFA-MOD method (an organic metal deposition method using a trifluoroacetate salt, a coating pyrolysis method), or a CVD method.

ここで前述のように、良好な配向性を有するキャップ層16上に酸化物超電導層17を形成すると、このキャップ層16上に積層される酸化物超電導層17もキャップ層16の配向性に整合するように結晶化する。よってキャップ層16上に形成された酸化物超電導層17は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層17を構成する結晶粒の1つ1つにおいては、基材10の厚さ方向に電気を流しにくいc軸が配向し、基材10の長さ方向にa軸どうしあるいはb軸どうしが配向している。従って得られた酸化物超電導層17は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、基材10の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流密度が得られる。   Here, as described above, when the oxide superconducting layer 17 is formed on the cap layer 16 having a good orientation, the oxide superconducting layer 17 laminated on the cap layer 16 also matches the orientation of the cap layer 16. Crystallize as follows. Therefore, the oxide superconducting layer 17 formed on the cap layer 16 is hardly disturbed in crystal orientation, and the thickness of the base material 10 is determined for each crystal grain constituting the oxide superconducting layer 17. The c-axis that hardly allows electricity to flow is oriented, and the a-axis or the b-axis is oriented in the length direction of the substrate 10. Therefore, the obtained oxide superconducting layer 17 is excellent in quantum connectivity at the crystal grain boundary, and hardly deteriorates in the superconducting characteristics at the crystal grain boundary. High critical current density can be obtained.

酸化物超電導層17の上に積層されている保護層30はAgなどの良電導性かつ酸化物超電導層17と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる層として形成され、この保護層30の上には更に安定化層18としてCuなどの良電導性金属材料の層を積層し、これら保護層30と安定化層18とは複合した積層構造として、酸化物超電導層17が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたときに、酸化物超電導層17の電流が転流するバイパスとして機能することが可能とされる。また、保護層30は上述したように酸化物超電導層17側面まで連続して延在する。   The protective layer 30 laminated on the oxide superconducting layer 17 is formed as a layer made of a metal material having good conductivity, such as Ag, and a low contact resistance with the oxide superconducting layer 17. Further, a layer of a highly conductive metal material such as Cu is laminated as a stabilizing layer 18, and the oxide superconducting layer 17 is always in a superconducting state as a laminated structure in which the protective layer 30 and the stabilizing layer 18 are combined. It is possible to function as a bypass through which the current of the oxide superconducting layer 17 commutates when attempting to transition to the conductive state. In addition, the protective layer 30 continuously extends to the side surface of the oxide superconducting layer 17 as described above.

そしてこれら積層体の全周を覆って図示しないポリイミドなどの絶縁材料のテープを巻き回してなる絶縁層が形成され絶縁被覆付きの酸化物超電導線材とすることができる。   Then, an insulating layer formed by winding a tape of an insulating material such as polyimide (not shown) covering the entire periphery of these laminates is formed, and an oxide superconducting wire with an insulating coating can be obtained.

図3は、本発明に係る超電導線材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
本実施形態の超電導線材Aの製造方法は、図3に示すように、基材準備工程S01と、拡散防止層形成工程S02と、ベッド層形成工程S03と、中間層形成工程S04と、キャップ層形成工程S05と、酸化物超電導層形成工程S06と、溝形成工程S07と、保護層形成工程S08と、切断工程S09と、安定化層形成工程S10と、を有するものとされる。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a superconducting wire according to the present invention.
As shown in FIG. 3, the manufacturing method of the superconducting wire A of this embodiment includes a base material preparation step S01, a diffusion prevention layer formation step S02, a bed layer formation step S03, an intermediate layer formation step S04, and a cap layer. It includes a forming step S05, an oxide superconducting layer forming step S06, a groove forming step S07, a protective layer forming step S08, a cutting step S09, and a stabilizing layer forming step S10.

図4は、本発明に係る超電導線材の製造方法における一部の工程を示す断面図である。
図3に示す基材準備工程S01においては、上述したように、基材10として、Ni基にMo,Cr,W,Co等を添加した耐熱合金としてのハステロイに代表されるNi耐熱基板を準備するが、この際、圧延(冷間・熱間)加工等により所望の寸法・形状の線材とするとともに、同時に、表面平坦化および圧延時の圧延痕や傷,格子欠陥をできるだけ除去しておくことが好ましい。このため、複数回の圧延加工や機械研磨等によってその表面をできるだけ平滑にしておく。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing some steps in the method of manufacturing a superconducting wire according to the present invention.
In the base material preparation step S01 shown in FIG. 3, as described above, a Ni heat resistant substrate represented by Hastelloy as a heat resistant alloy in which Mo, Cr, W, Co or the like is added to the Ni base is prepared as the base material 10. However, at this time, a wire rod having a desired size and shape is obtained by rolling (cold / hot) processing, etc., and at the same time, surface flattening and rolling traces, scratches, and lattice defects are removed as much as possible. It is preferable. For this reason, the surface is made as smooth as possible by a plurality of rolling processes and mechanical polishing.

基材準備工程S01においては、図4(a)に示すように、製造しようとする線材Aの幅寸法TAの本数倍と、後述する溝(切断溝)Mの幅寸法TMにこの本数から1を減じた数の倍数との和となる幅寸法T0を有する基材10が準備される。つまり、用意する基材10の幅寸法T0は、線材Aの幅寸法TAと溝Mの幅寸法TMの和に切断により製造しようとする細線の本数の積から溝幅TMを減じた値となる。なお、本実施形態では、基材準備工程S01で用意した1本の基材10から、3本の細線化した酸化物超電導線材A,A,A’を製造する、つまり、線材の本数は3とされるものを例示する。   In the substrate preparation step S01, as shown in FIG. 4 (a), the number of times of the width dimension TA of the wire A to be manufactured and the width dimension TM of a groove (cutting groove) M to be described later are calculated from this number. A base material 10 having a width dimension T0 that is a sum of multiples obtained by subtracting 1 is prepared. That is, the width T0 of the base material 10 to be prepared is a value obtained by subtracting the groove width TM from the product of the number of fine wires to be manufactured by cutting to the sum of the width dimension TA of the wire A and the width dimension TM of the groove M. . In this embodiment, three thinned oxide superconducting wires A, A, A ′ are manufactured from one substrate 10 prepared in the substrate preparation step S01, that is, the number of wires is 3. This is exemplified.

図3に示す拡散防止層形成工程S02においては、結晶性は問われないので、基材10上に拡散防止層11が通常のスパッタ法等の成膜法により形成される。この際、拡散防止層11の厚さは、例えば10〜400nmとなるように設定される。拡散防止層12の厚さが10nm未満となると、基材10の構成元素の拡散を十分に防止できなくなる虞がある。一方、拡散防止層11の厚さが400nmを超えると、拡散防止層11の内部応力が増大し、これにより、他の層を含めて全体が基材10から剥離しやすくなる虞がある。   In the diffusion preventing layer forming step S02 shown in FIG. 3, since the crystallinity is not questioned, the diffusion preventing layer 11 is formed on the substrate 10 by a film forming method such as a normal sputtering method. At this time, the thickness of the diffusion preventing layer 11 is set to be, for example, 10 to 400 nm. When the thickness of the diffusion preventing layer 12 is less than 10 nm, there is a possibility that the diffusion of the constituent elements of the substrate 10 cannot be sufficiently prevented. On the other hand, when the thickness of the diffusion preventing layer 11 exceeds 400 nm, the internal stress of the diffusion preventing layer 11 increases, and there is a possibility that the whole including the other layers is easily peeled off from the base material 10.

図3に示すベッド層形成工程S03においては、このベッド層12が例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば10〜200nmとされる。   In the bed layer forming step S03 shown in FIG. 3, the bed layer 12 is formed by a film forming method such as a sputtering method, and the thickness thereof is, for example, 10 to 200 nm.

図3に示す中間層形成工程S04においては、中間層15をスパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法(以下、IBAD法と略記する)、化学気相成長法(CVD法)等の物理的蒸着法;塗布熱分解法(MOD法);溶射等、酸化物薄膜形成の際に公知の方法により積層できる。中間層15をイオンビームアシスト蒸着法(IBAD法)により良好な結晶配向性(例えば結晶配向度15゜以下)で成膜する。これにより、その上に形成するキャップ層16の結晶配向性を良好な値(例えば結晶配向度5゜前後)とすることができ、これによりキャップ層16の上に成膜する酸化物超電導層17の結晶配向性を良好なものとして優れた超電導特性を発揮できるようにすることができる。
中間層15の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、5〜300nmの範囲とすることができる。
In the intermediate layer forming step S04 shown in FIG. 3, the intermediate layer 15 is formed by sputtering, vacuum vapor deposition, laser vapor deposition, electron beam vapor deposition, ion beam assisted vapor deposition (hereinafter abbreviated as IBAD method), chemical vapor phase. It can be laminated by a known method such as a physical vapor deposition method such as a growth method (CVD method); a coating pyrolysis method (MOD method); thermal spraying or the like. The intermediate layer 15 is formed with a good crystal orientation (for example, a crystal orientation degree of 15 ° or less) by an ion beam assisted deposition method (IBAD method). As a result, the crystal orientation of the cap layer 16 formed thereon can be set to a good value (for example, a crystal orientation degree of about 5 °), whereby the oxide superconducting layer 17 formed on the cap layer 16 is formed. Therefore, it is possible to exhibit excellent superconducting characteristics with good crystal orientation.
The thickness of the intermediate layer 15 may be appropriately adjusted according to the purpose, but can usually be in the range of 5 to 300 nm.

IBAD法とは、蒸着時に、下地の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン(Ar)イオンビームを使用する。例えば、GdZr、MgO又はZrO−Y(YSZ)からなる中間層15は、IBAD法における結晶配向度を表す指標であるΔΦ(FWHM:半値全幅)の値を小さくできるため、特に好適である。 The IBAD method is a method of orienting crystal axes by irradiating an ion beam at a predetermined angle with respect to an underlying vapor deposition surface during vapor deposition. Usually, an argon (Ar) ion beam is used as the ion beam. For example, the intermediate layer 15 made of Gd 2 Zr 2 O 7 , MgO, or ZrO 2 —Y 2 O 3 (YSZ) reduces the value of ΔΦ (FWHM: full width at half maximum), which is an index representing the degree of crystal orientation in the IBAD method. This is particularly preferable because it can be performed.

図2に示す如く中間層15を製造する場合のイオンビームアシストスパッタ装置20は、テープ状の基材などが配置される成膜領域21に面するようにターゲット22が配置され、このターゲット22に対して斜め方向に対向するようにスパッタイオンソース源23が配置されるとともに、成膜領域21の法線に対し所定の角度で(例えば45゜など)斜め方向から対向するようにアシストイオンソース源25を配置し構成される。
この例のイオンビームアシストスパッタ装置20は、真空チャンバに収容される形態で設けられる成膜装置であり、テープ状の基材27が対向配置された第1のロール28と第2のロール29とに複数回往復巻回されて成膜領域21を往復走行される構造などを例示することができる。
この実施形態において適用されるイオンソース源23、25は、容器の内部に、引出電極とフィラメントとArガス等の導入管とを備えて構成され、容器の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。
As shown in FIG. 2, the ion beam assisted sputtering apparatus 20 in the case of manufacturing the intermediate layer 15 has a target 22 disposed so as to face a film forming region 21 where a tape-shaped substrate or the like is disposed. The sputter ion source source 23 is disposed so as to face the diagonal direction with respect to the assist ion source source so as to face the normal line of the film forming region 21 at a predetermined angle (for example, 45 °) from the diagonal direction. 25 is arranged and configured.
The ion beam assisted sputtering apparatus 20 of this example is a film forming apparatus provided in a form accommodated in a vacuum chamber, and includes a first roll 28 and a second roll 29 on which a tape-like base material 27 is disposed oppositely. A structure in which the film is reciprocally wound a plurality of times and reciprocated in the film formation region 21 can be exemplified.
The ion source sources 23 and 25 applied in this embodiment are configured to include an extraction electrode, a filament, and an introduction tube for Ar gas or the like inside the container, and irradiate ions parallel to the beam from the tip of the container. It can be done.

本実施形態で用いる真空チャンバは、外部と成膜空間とを仕切る容器であり、気密性を有するとともに、内部が高真空状態とされるため耐圧性を有するものとされる。この真空チャンバには、真空チャンバ内にキャリアガスおよび反応ガスを導入するガス供給手段と、真空チャンバ内のガスを排気する排気手段が接続されているが、図ではこれら供給手段と排気手段を略し、各装置の配置関係のみを示している。
ここで用いるターゲット12とは、前述した材料の中間層15を形成する場合に見合った組成のターゲットとすることができる。
図2に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置20を用いることでIBAD法を実現し、目的の中間層15を成膜することができる。
The vacuum chamber used in the present embodiment is a container that partitions the outside and the film formation space, has airtightness, and has pressure resistance because the inside is in a high vacuum state. The vacuum chamber is connected to a gas supply means for introducing a carrier gas and a reactive gas into the vacuum chamber and an exhaust means for exhausting the gas in the vacuum chamber. In the figure, the supply means and the exhaust means are omitted. Only the arrangement relationship of each device is shown.
The target 12 used here can be a target having a composition suitable for forming the intermediate layer 15 of the above-described material.
By using the ion beam assisted sputtering apparatus 20 having the structure shown in FIG. 2, the IBAD method can be realized and the target intermediate layer 15 can be formed.

図3に示すキャップ層形成工程S05においては、PLD法(パルスレーザ蒸着法)により、例えばCeOからなるキャップ層16が500〜1000nmの厚さとして成膜される。 In the cap layer forming step S05 shown in FIG. 3, the cap layer 16 made of, for example, CeO 2 is formed to a thickness of 500 to 1000 nm by the PLD method (pulse laser deposition method).

図3に示す酸化物超電導層形成工程S06においては、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法(CVD法)等の物理的蒸着法;塗布熱分解法(MOD法)等、なかでも生産性の観点から、PLD法、TFA−MOD法(トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法)、又はCVD法により酸化物超電導層17が成膜される。
酸化物超電導層形成工程S06までの工程によって図4(a)に示した幅寸法T0の積層体Sを形成する。
In the oxide superconducting layer forming step S06 shown in FIG. 3, physical vapor deposition methods such as sputtering, vacuum vapor deposition, laser vapor deposition, electron beam vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD); coating pyrolysis From the viewpoint of productivity, such as (MOD method), the oxide superconducting layer 17 is formed by PLD method, TFA-MOD method (organic metal deposition method using trifluoroacetate, coating pyrolysis method), or CVD method. A film is formed.
The stacked body S having the width T0 shown in FIG. 4A is formed by the steps up to the oxide superconducting layer forming step S06.

図3に示す溝形成工程S07においては、酸化物超電導層形成工程S06までの工程によって形成した積層体Sにおいて、酸化物超電導層17の存在する上表面に、図4(b)に示すように、少なくとも酸化物超電導層を線材の幅方向に分断するように線材の長手方向に延在する溝(切断溝)Mを形成する。本実施形態の図4(b)に示す例においては溝Mをレーザや回転する刃により2本形成しているがこれに限定されるものではない。   In the groove forming step S07 shown in FIG. 3, in the stacked body S formed by the steps up to the oxide superconducting layer forming step S06, on the upper surface where the oxide superconducting layer 17 exists, as shown in FIG. A groove (cutting groove) M extending in the longitudinal direction of the wire is formed so as to divide at least the oxide superconducting layer in the width direction of the wire. In the example shown in FIG. 4B of the present embodiment, two grooves M are formed by a laser or a rotating blade, but the present invention is not limited to this.

溝形成工程S07においては、形成される前記溝Mの深さ寸法TMbと幅寸法TMとのアスペクト比;TMb/TM=(溝の深さ)/(溝の幅)を1以下とするとともに、前記溝Mの幅寸法TMを20μm〜1000μmの範囲に設定することが好ましい。
溝Mの深さ寸法TMbは、1μm〜50μmの範囲に設定され、本実施形態においては基材10の表面まで達する深さとされているが、少なくとも酸化物超電導層17より深い位置まで形成される最小深さ寸法より深く形成されていればよく、また、基材10を切断してしまわない状態である最大深さ寸法より浅く形成されていればよく、この範囲であればどのような深さでもかまわない。
ここで、充分な厚さの保護膜30とは、酸化物超電導層17に対して悪影響を及ぼす外部からの水分を充分遮断可能な程度の厚さとされる。
溝Mの幅寸法TMを上記の範囲に設定することにより、次の保護層形成工程S08において、スパッタにより保護膜30を形成する際に、溝M内部に充分な厚さの保護膜30を形成することが可能となるとともに、酸化物超電導層17を充分覆うことが可能となる。
In the groove forming step S07, the aspect ratio of the depth dimension TMb and the width dimension TM of the groove M to be formed; TMb / TM = (groove depth) / (groove width) is set to 1 or less, The width dimension TM of the groove M is preferably set in the range of 20 μm to 1000 μm.
The depth dimension TMb of the groove M is set in a range of 1 μm to 50 μm, and in this embodiment, the depth reaches the surface of the base material 10, but at least a position deeper than the oxide superconducting layer 17 is formed. What is necessary is just to form deeper than the minimum depth dimension, and what is necessary is just to be formed shallower than the maximum depth dimension which is the state which does not cut | disconnect the base material 10, What kind of depth is in this range? But it doesn't matter.
Here, the sufficient thickness of the protective film 30 is set to a thickness that can sufficiently block moisture from the outside that adversely affects the oxide superconducting layer 17.
By setting the width dimension TM of the groove M in the above range, the protective film 30 having a sufficient thickness is formed inside the groove M when the protective film 30 is formed by sputtering in the next protective layer forming step S08. And the oxide superconducting layer 17 can be sufficiently covered.

図3に示す保護層形成工程S08においては、Agなどの良電導性かつ酸化物超電導層17と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる保護層30がスパッタ法等により厚さ10 μm程度として形成される。その後、保護層形成工程S08においては、酸化物超電導層17に対して酸素を供給する熱処理を施す。この熱処理条件は、酸素雰囲気で500〜800℃、数十時間〜百数十時間程度とされる。
保護層30は、図4(c)に示すように、酸化物超電導層17の表面に積層されるが、同時に、積層体Sの外側側面、および、溝Mの内側面にも成膜される。
この保護層形成工程S08においては、酸化物超電導層17の上表面に積層される保護層の厚さT30が、図4(c)に示すように、5μ〜100μmの範囲に設定されるとともに、溝Mの内側面にも成膜される保護層の厚さT30aが、図4(c)に示すように、5μ〜100μmの範囲に設定される。このとき、図4(b)に示す溝Mの幅寸法TMと、この溝M内側面の保護層30の厚さT30aとは、
TM ≧ 2×T30a
となるように、溝M内の保護膜30どうしの間寸法T30bが設定されている。
In the protective layer forming step S08 shown in FIG. 3, the protective layer 30 made of a metal material having a good conductivity, such as Ag, and a low contact resistance with the oxide superconducting layer 17, is made to have a thickness of about 10 μm by sputtering or the like. It is formed. Thereafter, in the protective layer forming step S08, the oxide superconducting layer 17 is subjected to heat treatment for supplying oxygen. The heat treatment conditions are set to 500 to 800 ° C. in an oxygen atmosphere for several tens of hours to several hundreds of hours.
As shown in FIG. 4C, the protective layer 30 is laminated on the surface of the oxide superconducting layer 17. At the same time, the protective layer 30 is also formed on the outer side surface of the stacked body S and the inner side surface of the groove M. .
In this protective layer forming step S08, the thickness T30 of the protective layer laminated on the upper surface of the oxide superconducting layer 17 is set in the range of 5 μm to 100 μm as shown in FIG. The thickness T30a of the protective layer formed on the inner surface of the groove M is set in the range of 5 to 100 μm as shown in FIG. At this time, the width dimension TM of the groove M shown in FIG. 4B and the thickness T30a of the protective layer 30 on the inner surface of the groove M are as follows:
TM ≧ 2 × T30a
The dimension T30b between the protective films 30 in the groove M is set so that

図3に示す切断工程S09においては、図4(d)に示すように、溝Mの幅寸法TMからこの溝M内での保護層30の幅寸法T30aの2倍よりも小さな厚さ寸法(溝Mの幅方向寸法)TCを有する切断代になるように、レーザや回転する刃により切断する。
この切断しろTCは、10〜990μmとされ、切断後に保護層30が超電導線材Aの側面に充分残存するように設定される。
切断工程S09において、つまり、少なくとも基材10を切断する切断幅寸法TCが、溝Mの幅寸法TMと保護層30の厚さT30aの2倍との差に等しいか、それより小さく設定される。つまり、
TC ≦ TM − 2×T30a
となるように、切断幅寸法TCが設定される。
In the cutting step S09 shown in FIG. 3, as shown in FIG. 4D, the thickness dimension (from the width dimension TM of the groove M is smaller than twice the width dimension T30a of the protective layer 30 in the groove M ( Cutting with a laser or a rotating blade so as to obtain a cutting allowance having a width dimension (TC) of the groove M.
This cutting margin TC is set to 10 to 990 μm, and is set so that the protective layer 30 remains sufficiently on the side surface of the superconducting wire A after cutting.
In the cutting step S09, that is, at least the cutting width dimension TC for cutting the substrate 10 is set to be equal to or smaller than the difference between the width dimension TM of the groove M and twice the thickness T30a of the protective layer 30. . That means
TC ≤ TM-2 × T30a
The cutting width dimension TC is set so that

前述の溝Mの幅寸法TMにおいて、TMの下限を20μmとしたのは、この種の超電導導体を切断する際の切断幅の限界が10μm、保護層30の厚さT30aが最小5μmであるので、上述の「{(TC)+2×(T30a)}≦(TM)」の関係から、20μmを下限とすることが望ましいからである。また、上限を1000μmとしたのは、この値を超えた場合に切断の問題を生じるとは言えないが、超電導層として切断により除去してしまう部分の面積が増えるので、無駄が多くなるためである。
なお、成膜法により形成できる結晶配向性の良好な酸化物超電導層17の厚さ自体は10μm程度が最大であるので、常に、「(酸化物超電導層の厚さ)<(溝幅TM)」が成立する。上述の「{(TC)+2×(T30a)}≦(TM)」の関係があるから、保護膜30の厚さが変わるに従い、溝Mの深さ寸法TMbの範囲も変わる。よって、「(酸化物超電導層の厚さ)<(溝幅TM)」とすることが好ましい。
前述の保護層の厚さT30を5μm〜100μmの範囲としたのは、5μm未満の保護層30では保護層としての役割を果たすことが困難となり易く、100μmを超える厚さでは特性の面で特に問題を生じる訳ではないが、保護層30の無駄が多くなるため、コストの面を勘案すると100μm以下とすることが好ましい。
In the width dimension TM of the above-mentioned groove M, the reason why the lower limit of TM is 20 μm is that the limit of the cutting width when cutting this type of superconducting conductor is 10 μm, and the thickness T30a of the protective layer 30 is 5 μm at the minimum. This is because it is desirable to set 20 μm as the lower limit from the relationship of “{(TC) + 2 × (T30a)} ≦ (TM)”. In addition, the upper limit is set to 1000 μm, but if it exceeds this value, it cannot be said that there will be a problem of cutting. However, since the area of the portion to be removed by cutting as a superconducting layer increases, waste is increased. is there.
The maximum thickness of the oxide superconducting layer 17 having a good crystal orientation that can be formed by the film formation method is about 10 μm, and therefore, “(thickness of oxide superconducting layer) <(groove width TM) is always present. Is established. Since there is a relationship of “{(TC) + 2 × (T30a)} ≦ (TM)”, the range of the depth dimension TMb of the groove M also changes as the thickness of the protective film 30 changes. Therefore, it is preferable to satisfy “(thickness of oxide superconducting layer) <(groove width TM)”.
The thickness T30 of the protective layer described above is in the range of 5 μm to 100 μm. The protective layer 30 having a thickness of less than 5 μm tends to be difficult to serve as a protective layer, and the thickness exceeding 100 μm is particularly advantageous in terms of characteristics. Although this does not cause a problem, it is preferable to set the thickness to 100 μm or less in view of cost because the protective layer 30 is wasted.

図3に示す安定化層形成工程S10においては、Agなどの良電導性かつ酸化物超電導層17と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる安定化層18が形成される。
本実施形態においては、片側の側面のみ基材10が露出するが反対の側面では基材10の側面にも保護膜30が設けられた細線化した2本の超電導線材Aと、この超電導線材Aと同じ幅寸法TAの酸化物超電導層17を有し両側面で基材10が露出した1本の超電導線材A’を製造することができた。
In the stabilizing layer forming step S10 shown in FIG. 3, a stabilizing layer 18 made of a metal material having good conductivity, such as Ag, and a low contact resistance with the oxide superconducting layer 17 is formed.
In this embodiment, the base material 10 is exposed only on one side surface, but on the opposite side surface, the two superconducting wires A are thinned in which a protective film 30 is provided on the side surface of the base material 10, and the superconducting wire A It was possible to manufacture one superconducting wire A ′ having the oxide superconducting layer 17 having the same width dimension TA as the base material 10 exposed on both sides.

本実施形態の超電導線材Aにおいては、基材10上に積層体Sを設けてその表面に酸化物超電導層17を分断する溝Mを設けて、細線化した3の超電導線材A、A、A’を得ることができる。これにより、酸化物超電導層17がAgからなる保護層30によって保護され、酸化物超電導層が露出することを防ぐことができる。
なお、本実施形態では、切断した後に導電層となる安定化層18を設けたが、図5に示すように、保護層形成工程S08の後に、安定化層形成工程S19によりCuを形成し、その後、切断工程S20として切断処理を行うことも可能である
In the superconducting wire A of the present embodiment, the laminated body S is provided on the base material 10 and a groove M for dividing the oxide superconducting layer 17 is provided on the surface thereof, thereby thinning the three superconducting wires A, A, A. 'You can get. Thereby, the oxide superconducting layer 17 is protected by the protective layer 30 made of Ag, and the oxide superconducting layer can be prevented from being exposed.
In this embodiment, the stabilization layer 18 that becomes the conductive layer after cutting is provided. However, as shown in FIG. 5, after the protective layer formation step S08, Cu is formed by the stabilization layer formation step S19. Then, it is also possible to perform a cutting process as cutting process S20.

以下に本発明の実施例について実施の形態に基付いて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below based on the embodiments, but the present invention is not limited to the following examples.

<実験例1>
厚さ100μm、幅10mmのハステロイ製テープ基材の表面に、IBAD法により厚さ1μmのGdZrからなる、中間層を成膜し、該IBAD中間層上にPLD法により厚さ0.5μmのCeO、中間層(キャップ層)を成膜し、さらにその上にPLD法により厚さ1μmのGdBCO(GdBaCu7−X)からなる酸化物超電導層を成膜し、図4(a)のような断面構造を持つ超電導線材の積層体を作製した。
その後、幅10mmのハステロイテープ中央部分(端から5mmの位置)に、レーザスクライビング法により図4(b)のような幅100μmの溝を形成した。溝は長手方向全長にわたって入れ、溝の深さは、ハステロイテープ基材表面まで到達させた。
次に、保護層であるAgをスパッタ法により厚さ10μm被覆させ熱処理工程(酸素アニール)を500℃で10時間施し(図2(c))、溝の部分に沿って、YAGレーザにより2つに切断した。これにより、図4(e)に示す構造に対応する図6に示す2本の超電導線材Aを作成した。
<Experimental example 1>
An intermediate layer made of Gd 2 Zr 2 O 7 having a thickness of 1 μm is formed on the surface of a Hastelloy tape substrate having a thickness of 100 μm and a width of 10 mm by the IBAD method, and the thickness is formed on the IBAD intermediate layer by the PLD method. A 0.5 μm CeO 2 film and an intermediate layer (cap layer) are formed, and an oxide superconducting layer made of GdBCO (GdBa 2 Cu 3 O 7-X ) having a thickness of 1 μm is formed thereon by the PLD method. A laminate of superconducting wires having a cross-sectional structure as shown in FIG.
Thereafter, a groove having a width of 100 μm as shown in FIG. 4B was formed by a laser scribing method at a central portion of the Hastelloy tape having a width of 10 mm (a position 5 mm from the end). The groove was formed over the entire length in the longitudinal direction, and the depth of the groove reached the surface of the Hastelloy tape substrate.
Next, Ag, which is a protective layer, is coated by sputtering to a thickness of 10 μm, and a heat treatment step (oxygen annealing) is performed at 500 ° C. for 10 hours (FIG. 2C), and two YAG lasers are formed along the groove portion. Disconnected. As a result, two superconducting wires A shown in FIG. 6 corresponding to the structure shown in FIG.

<実験例2>
保護層に対する熱処理工程までは、(実験例1)と同様の方法により作製した(図4(c)参照)。
その後、金属ラミネート層であるCuからなる安定化層をスパッタ法により100μm被覆させた。このとき、CuはAg層の上部にだけ付けば十分なので、Ag層の側面には必ずしも付ける必要はない。
最後に、溝部分に沿ってYAGレーザにより2つに切断した。これにより、切断後の超電導層全体がAgによって被覆され、さらにCu安定化層の付いた2本の超電導線材を作製した。
<Experimental example 2>
The process up to the heat treatment step for the protective layer was performed by the same method as in (Experimental Example 1) (see FIG. 4C).
Thereafter, a stabilizing layer made of Cu, which is a metal laminate layer, was coated by 100 μm by sputtering. At this time, since it is sufficient to add Cu only to the upper part of the Ag layer, it is not always necessary to add it to the side surface of the Ag layer.
Finally, it cut | disconnected in two with the YAG laser along the groove part. Thereby, the superconducting layer after cutting was covered with Ag, and two superconducting wires with a Cu stabilizing layer were prepared.

<実験例3>
酸化物超電導層を成膜するまでは、実験例1と同様の方法により作製した(図4(a)参照)。その後、幅10mmのハステロイテープの両端からそれぞれ3.3mmの位置に、レーザスクライビング法により図4(b)のような幅100μmの溝を形成した。溝は長手方向全長にわたって設けられ、溝の深さは、ハステロイテープ基材表面まで到達させた。
次に、保護層であるAgをスパッタ法により厚さ10μm被覆させ熱処理工程を施し(図4(c))、溝部分に沿ってYAGレーザにより3つに切断した(図4(d))。これにより、図4(e)に示すように、切断後の超電導層全体がAgによって被覆された3本の超電導線材A,A,A’を作製した。
<Experimental example 3>
Until the oxide superconducting layer was formed, the oxide superconducting layer was produced by the same method as in Experimental Example 1 (see FIG. 4A). Thereafter, grooves having a width of 100 μm as shown in FIG. 4B were formed by laser scribing at positions 3.3 mm from both ends of the Hastelloy tape having a width of 10 mm. The groove was provided over the entire length in the longitudinal direction, and the depth of the groove reached the surface of the Hastelloy tape substrate.
Next, a protective layer of Ag was coated by a sputtering method to a thickness of 10 μm and subjected to a heat treatment step (FIG. 4C), and cut into three along the groove portion by a YAG laser (FIG. 4D). As a result, as shown in FIG. 4 (e), three superconducting wires A, A, A ′ in which the entire superconducting layer after cutting was covered with Ag were produced.

<実験例4〜15>
実験例1と同様にして、2本の超電導線材Aを作成したが、この際、溝を形成するときに、その幅寸法および深さ寸法を変化させた。その結果を表1、表2に示す。
<Experimental Examples 4 to 15>
In the same manner as in Experimental Example 1, two superconducting wires A were prepared. At this time, when forming the groove, the width dimension and the depth dimension were changed. The results are shown in Tables 1 and 2.

これらの実験例において、溝内部に位置していた保護層の積層体に対する被覆状態を目視で観測した。目視観察の結果、保護層が全体的に層状に1μm以上付いていることを確認できた実験例は○印、付いていない実験例については×印にて表記した。また、これらの実験例において、室温、50%湿度の雰囲気に1時間載置した後、液体窒素により冷却し、Ic測定を行った。両端の電圧は1μV/cmとした。なお、保護層が溝内部に全体的に1μm以上付着していない場合、Icの低下を生じるおそれがある。
その結果を表に示す。
In these experimental examples, the covering state of the laminate of the protective layer located inside the groove was visually observed. As a result of visual observation, an experimental example where it was confirmed that the protective layer was generally 1 μm or more in a layered form was indicated by a mark “◯”, and an experimental example not attached was indicated by a mark “X”. In these experimental examples, the sample was placed in an atmosphere of room temperature and 50% humidity for 1 hour, then cooled with liquid nitrogen, and Ic measurement was performed. The voltage at both ends was 1 μV / cm 2 . In addition, when the protective layer does not adhere to the inside of the groove as much as 1 μm or more, there is a possibility that Ic may be lowered.
The results are shown in the table.

Figure 0005597516
Figure 0005597516

Figure 0005597516
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これらの結果から、溝の深さ寸法と幅寸法とのアスペクト比が上記の範囲に設定されていることが望ましい。
なお、実施例13、14、15の結果を見て保護層を片側1μm程度残しておくと特性の劣化は生じないが、1μmより少なくなるように削ると特性の劣化が見られる。保護層を削り取る場合、1μm程度の厚み残しておくならば、問題は生じないと思われる。これは照射するレーザーの位置決め精度などの問題があるため、位置決め精度の誤差分などを吸収するために望ましいことによると考えられる。
From these results, it is desirable that the aspect ratio between the depth dimension and the width dimension of the groove is set in the above range.
Note that, when the results of Examples 13, 14, and 15 are seen, if the protective layer is left about 1 μm on one side, the characteristic does not deteriorate. However, if the protective layer is cut to be less than 1 μm, the characteristic is deteriorated. If the protective layer is scraped off, no problem will occur if a thickness of about 1 μm is left. This is considered to be desirable in order to absorb an error in positioning accuracy because there are problems such as positioning accuracy of the laser to be irradiated.

A,A’…超電導線材、10…基材、12…ベッド層、15…中間層、16…キャップ層、17…酸化物超電導層(超電導層)、30…保護層、18…安定化層、M…溝。   A, A '... superconducting wire, 10 ... base material, 12 ... bed layer, 15 ... intermediate layer, 16 ... cap layer, 17 ... oxide superconducting layer (superconducting layer), 30 ... protective layer, 18 ... stabilization layer, M ... groove.

Claims (7)

金属基材の上方に、中間層と、キャップ層と、酸化物超電導層と、保護層とが少なくとも設けられてなる超電導線材の製造方法であって、
所定の当初幅寸法とされる前記金属基材上に、中間層を形成する工程と、キャップ層を形成する工程と、酸化物超電導層を形成する酸化物超電導層形成工程と、
少なくとも酸化物超電導層を線材の幅方向に分断する溝を、線材の長手方向に形成する溝形成工程と、
少なくとも前記酸化物超電導層の表面を覆うように保護層を形成する保護層形成工程と、
前記溝内に設定された切断位置において線材長方向に切断し、当初幅寸法より小さな幅寸法となる細線の超電導線材を形成する切断工程とを有し、
前記溝形成工程において形成される前記溝の深さ寸法と幅寸法とのアスペクト比;(溝の深さ)/(溝の幅)を1以下とするとともに、前記溝の幅寸法を20μm〜1000μmの範囲に設定し、
前記切断工程において、前記保護層が、線材断面方向において、前記酸化物超電導層の前記キャップ層と接しない三辺となる表面に積層され、前記保護層の厚さが全体的に層状に1μm以上である前記細線の超電導線材を形成することを特徴とする超電導線材の製造方法。
A method for producing a superconducting wire comprising an intermediate layer, a cap layer, an oxide superconducting layer, and a protective layer provided above a metal substrate,
A step of forming an intermediate layer, a step of forming a cap layer, and a step of forming an oxide superconducting layer for forming an oxide superconducting layer on the metal substrate having a predetermined initial width dimension,
A groove forming step for forming a groove for dividing at least the oxide superconducting layer in the width direction of the wire in the longitudinal direction of the wire ;
A protective layer forming step of forming a protective layer so as to cover at least the surface of the oxide superconducting layer;
And a cutting step of forming the cut the wire length side direction in the set cut position in the groove, thin line of superconducting wire initially a smaller width dimension than the width dimension,
The aspect ratio of the depth dimension and the width dimension of the groove formed in the groove forming step; (groove depth) / (groove width) is set to 1 or less, and the width dimension of the groove is 20 μm to 1000 μm. set in the range of,
In the cutting step, the protective layer is laminated on the surface of the oxide superconducting layer on the three sides that do not contact the cap layer in the wire cross-sectional direction, and the thickness of the protective layer is generally 1 μm or more in a layer shape A method for producing a superconducting wire, comprising forming the superconducting wire of the thin wire .
前記溝形成工程において形成される溝の深さ寸法が、1μm〜50μmの範囲に設定されることを特徴とする請求項1に記載の超電導線材の製造方法。   The method for producing a superconducting wire according to claim 1, wherein a depth dimension of the groove formed in the groove forming step is set in a range of 1 µm to 50 µm. 前記溝形成工程において形成される溝の深さが、前記金属基材にまで達していることを特徴とする請求項1または2に記載の超電導線材の製造方法。 The method for producing a superconducting wire according to claim 1 or 2, wherein the depth of the groove formed in the groove forming step reaches the metal base material. 前記保護層形成工程において形成する保護層の厚さが、5μ〜100μmの範囲に設定されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の超電導線材の製造方法。 The thickness of the protective layer formed in the protective layer forming step method of manufacturing a superconducting wire according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is set in the range of 5μ m ~100μm. 前記切断工程において、少なくとも前記金属基材を切断する切断幅寸法が、前記溝の幅寸法と前記保護層の厚さの2倍との差に等しいか、それより小さく設定されることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の超電導線材の製造方法。 In the cutting step, at least a cutting width dimension for cutting the metal substrate is set to be equal to or smaller than a difference between the width dimension of the groove and twice the thickness of the protective layer. The manufacturing method of the superconducting wire of any one of Claim 1 to 4 . 前記保護層に良電導性を有する安定化層を積層する工程を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の超電導線材の製造方法。 The method for producing a superconducting wire according to any one of claims 1 to 5, further comprising a step of laminating a stabilizing layer having good electrical conductivity on the protective layer. 前記超電導線材が、金属基材上に、結晶配向性が整えられてなる中間層と、該中間層の結晶配向性の影響を受けて結晶配向性が整えられたキャップ層と、該キャップ層の結晶配向性の影響を受けて結晶配向性が整えられた酸化物超電導層と、良電導性を有する保護層とが少なくとも設けられてなる超電導線材であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の超電導線材の製造方法 The superconducting wire has an intermediate layer on which a crystal orientation is arranged on a metal substrate, a cap layer in which the crystal orientation is arranged under the influence of the crystal orientation of the intermediate layer, and the cap layer and the crystal orientation of the affected by crystal orientation oxide superconducting layer that has been trimmed from claim 1 and a protective layer is characterized by a superconducting wire comprising provided at least with a good electrical conductivity 6 The manufacturing method of the superconducting wire of any one of Claims 1 .
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