JP5624802B2 - Method for manufacturing substrate for oxide superconducting wire - Google Patents
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Description
本発明は、本発明は、金属基体上に超電導層を成膜して酸化物超電導線材を製造する際に用いる酸化物超電導線材用基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a substrate for an oxide superconducting wire that is used when a superconducting layer is formed on a metal substrate to produce an oxide superconducting wire.
従来から、金属基体上に超電導層を成膜し、酸化物超電導線材を製造する試みが数多く提案されている。なかでも、REBa2Cu3O7−dの組成式で表される酸化物超電導体(RE=希土類元素、123系又はイットリウム系超電導体とも呼ばれる)を用い、テープ状の金属基体上に成膜して可撓性をもたせた酸化物超電導線材は、高い電流特性が得られることから、現在、盛んに研究開発が進められている超電導線材のひとつである。 Conventionally, many attempts have been made to produce an oxide superconducting wire by forming a superconducting layer on a metal substrate. In particular, an oxide superconductor represented by the composition formula of REBa 2 Cu 3 O 7-d (RE = rare earth element, also referred to as 123-based or yttrium-based superconductor) is used to form a film on a tape-shaped metal substrate. An oxide superconducting wire having flexibility is one of the superconducting wires that are being actively researched and developed since high current characteristics can be obtained.
このような酸化物超電導線材において、超電導特性はその超電導体の結晶方位、特に2軸配向性に大きく依存する。したがって、特許文献1に開示されているように、高い2軸配向性を有する超電導層を得るために、下地となる中間層の表面の結晶配向性を向上させる必要がある。
In such an oxide superconducting wire, the superconducting characteristics greatly depend on the crystal orientation of the superconductor, particularly the biaxial orientation. Therefore, as disclosed in
また酸化物超電導線材は、金属基体に含まれるニッケルなどの元素との超電導層への拡散によっても、その特性が悪化してしまうため、特許文献2に拡散を抑制する特性を付加した中間層を形成し、その上に超電導層を成膜し、超電導線材を形成する方法が開示されている。
In addition, since the characteristics of oxide superconducting wires deteriorate due to diffusion of elements such as nickel contained in the metal substrate into the superconducting layer, an intermediate layer added with a characteristic to suppress diffusion is added to
しかしながら、酸化物超電導は酸素雰囲気下での加熱反応を行って超電導層を成膜するため、金属基体に含まれる元素の超電導層への拡散を防止しても、過熱の過程で基体の元素であるニッケルが基体中を拡散移動して基体表面に移動し、そこで酸素と反応して酸化されてしまう。ニッケルが酸化されて酸化ニッケルとなったことで基体表面に凹凸を生じ、そのために超電導層が一部分剥がれてしまうという剥離がおこり、超電導特性が悪化するという問題がある。 However, since oxide superconductivity forms a superconducting layer by performing a heating reaction in an oxygen atmosphere, even if the diffusion of elements contained in the metal substrate to the superconducting layer is prevented, Some nickel diffuses in the substrate and moves to the substrate surface, where it reacts with oxygen and is oxidized. When nickel is oxidized to become nickel oxide, irregularities are generated on the surface of the substrate, which causes the superconducting layer to be partially peeled off, resulting in a problem that the superconducting properties are deteriorated.
本発明は、以上のような以上のような事情に鑑みてなされ、基体に含まれるニッケルの表面拡散および表面酸化が原因でおこる剥離を防止して良好な酸化物超電導線材用基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for producing a good substrate for an oxide superconducting wire by preventing peeling caused by surface diffusion and surface oxidation of nickel contained in a substrate. The purpose is to provide.
すなわち、本発明は、少なくともニッケルを含有する基体表面に、クロムまたはクロムを主成分とした合金からなるめっき層を形成する工程と、前記メッキ層が形成された基体に対して1気圧の酸素雰囲気下で熱処理を行う熱処理工程とを有し、前記メッキ層の厚さが50nm以上200nm以下であり、前記熱処理工程における熱処理温度が300℃以上550℃以下で、その熱処理時間は30分以上50分以下であることを特徴とする酸化物超電導線材用基板の製造方法である。
本発明において、メッキ層の厚さを50nm未満とした場合には、基体に含有されているニッケルの基体表面への拡散や、基体表面の酸化を防止することが出来ないという問題があり、200nmより厚くした場合には、基体を用いて形成された酸化物超電導線材の曲げ加工性が悪くなり、加工する際に剥離を生じてしまうという問題がある。
また、本発明において、熱処理を行う際、300℃未満では、クロムが充分に酸化されず酸化ニッケルが形成されにくいという問題があり、550℃を超えた場合には、クロムだけでなく基体中に含まれるニッケルに関しても酸化が進むため、表面荒れが起こり、酸化物超電導線材とするために、基板上に形成する中間層の層間や、基板と中間層間において、剥離の原因になる可能性がある。
That is, the present invention includes a step of forming a plating layer made of chromium or a chromium-based alloy on a substrate surface containing at least nickel, and an oxygen atmosphere of 1 atm with respect to the substrate on which the plating layer is formed. The plating layer has a thickness of 50 nm to 200 nm, the heat treatment temperature in the heat treatment step is 300 ° C. to 550 ° C., and the heat treatment time is 30 minutes to 50 minutes. It is the manufacturing method of the board | substrate for oxide superconducting wires characterized by the following.
In the present invention, when the thickness of the plating layer is less than 50 nm, there is a problem that diffusion of nickel contained in the substrate to the substrate surface and oxidation of the substrate surface cannot be prevented. When it is made thicker, there is a problem in that the oxide superconducting wire formed using the substrate has poor bending workability, and peeling occurs during processing.
Further, in the present invention, when the heat treatment is performed, if it is less than 300 ° C., there is a problem that chromium is not sufficiently oxidized and nickel oxide is difficult to be formed, and if it exceeds 550 ° C., not only chromium but also in the substrate. Oxidation of nickel contained also progresses, resulting in surface roughness, which may cause peeling between interlayers formed on the substrate or between the substrate and the interlayer, in order to obtain an oxide superconducting wire. .
このとき、メッキ層の厚さが100nmであり、熱処理時間が50分であることが好ましい。 At this time, it is preferable that the thickness of the plating layer is 100 nm and the heat treatment time is 50 minutes.
また、本発明は、少なくともニッケルを含有する基体表面に、クロムまたはクロムを主成分とした合金からなるメッキ層を形成する工程と、前記メッキ層が形成された基体に対して1気圧の酸素雰囲気下で熱処理を行う熱処理工程とを有し、前記メッキ層の厚さが100nm以上200nm以下であり、前記熱処理工程における熱処理温度が500℃で、その熱処理時間は50分であることを特徴とする酸化物超電導線材用基板の製造方法である。 The present invention also includes a step of forming a plating layer made of chromium or a chromium-based alloy on the surface of a substrate containing at least nickel, and an oxygen atmosphere of 1 atm with respect to the substrate on which the plating layer is formed. The plating layer has a thickness of 100 nm to 200 nm, a heat treatment temperature in the heat treatment step is 500 ° C., and a heat treatment time is 50 minutes. It is a manufacturing method of the board | substrate for oxide superconducting wires.
更に、メッキ層を形成する工程の前に、基体に対して研磨を行う工程を有することが好ましい。研磨によって、基体表面の表面粗度Raを、例えば、10nm以下とすることにより、基板上に形成する中間層の平滑性を向上することができる。 Furthermore, it is preferable to have the process of grind | polishing with respect to a base | substrate before the process of forming a plating layer. The smoothness of the intermediate layer formed on the substrate can be improved by setting the surface roughness Ra of the substrate surface to, for example, 10 nm or less by polishing.
本発明によれば、成膜過程又は成膜終了後の熱処理において、成膜した膜間に剥離が生じることのない酸化物超電導線材用基板の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the board | substrate for oxide superconducting wires which does not produce peeling between the film-forming film | membrane in the film-forming process or the heat processing after film-forming completion can be provided.
本発明の実施形態を説明する。本発明の酸化物超電導線材用基板の製造方法は、
(1)少なくともニッケルを含有する基体表面に、クロムまたはクロムを主成分とした合金からなるメッキ層を形成する工程(メッキ層形成工程)と、
(2)メッキ層が形成された基体に対して酸素雰囲気中で熱処理を行う熱処理工程(酸化処理工程)
を有する。
An embodiment of the present invention will be described. The manufacturing method of the substrate for oxide superconducting wire of the present invention is as follows:
(1) A step of forming a plating layer made of chromium or a chromium-based alloy on the surface of a substrate containing at least nickel (plating layer forming step);
(2) A heat treatment process (oxidation process) for performing heat treatment in an oxygen atmosphere on the substrate on which the plating layer is formed.
Have
図1は、本発明の一実施形態に係る酸化物超電導線材用基板の製造方法により形成された酸化物超電導線材用基板(基体1上にメッキ層2が形成されている)上に、ベッド層3a、配向層3b、キャップ層3cからなる中間層3、及び超電導層4を形成してなる超電導薄膜線材を示す断面図である。
ここで、基体1として少なくともニッケルを含有する材料は、ハステロイ(商品名)、インコネル(商品名)、ヘインズアロイ(商品名)、MCアロイ(商品名)、モネル(商品名)、ユディメット(商品名)、ナイモニック(商品名)、ルネ(商品名)、ステンレス鋼、及びインコロイ(商品名)を用いることができる。
FIG. 1 shows a bed layer on an oxide superconducting wire substrate (having a plated
Here, the material containing at least nickel as the
(1)メッキ層形成工程
本発明の実施形態によれば、少なくともニッケルを含有する基体1表面に、クロムまたはクロムを主成分とした合金からなるメッキ層2を形成する工程すればよい。
本発明の実施形態としてより好ましくは、次に記載するように、メッキ層2を形成する前の基体1表面を研磨する工程を有しているとよい。
(1) Plating layer forming step According to the embodiment of the present invention, the plating
More preferably, as an embodiment of the present invention, as described below, it is preferable to have a step of polishing the surface of the
(研磨工程)
少なくともニッケルを含有する基体1表面の少なくとも一方の面に対して、鏡面研磨を行う。研磨方法としては、機械研磨、電解研磨、化学研磨、それら組み合わせた研磨を採用すること出来る。
(Polishing process)
Mirror polishing is performed on at least one surface of the surface of the
機械研磨では、研磨粒はダイアモンド粒や酸化物粒、特に酸化アルミニウム、酸化セリ
ウム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化鉄などが望ましく、またその溶液(研磨液)
は水や界面活性剤や油類や有機溶剤やそれらの混合液、あるいは水に蟻酸や酢酸や硝酸な
どの酸、あるいは水に水酸化ナトリウムなどのアルカリを混合した溶液であればよいが、
特に石けん水が望ましい。
In mechanical polishing, the abrasive grains are preferably diamond grains or oxide grains, especially aluminum oxide, cerium oxide, chromium oxide, zirconium oxide, iron oxide, etc., and their solutions (polishing liquid)
May be water, surfactants, oils, organic solvents, or a mixture thereof, or a solution in which water is mixed with an acid such as formic acid, acetic acid or nitric acid, or an alkali such as sodium hydroxide in water.
Especially soapy water is desirable.
化学研磨では、研磨液は、基体表面と化学反応する化学溶液であって、例えば硝酸、硫
酸、蟻酸、酢酸、塩酸、フッ酸、クロム酸、過酸化水素、シュウ酸、テトラリン酸、氷酢
酸などの液体あるいはその混合溶液で、さらにその混合溶液に飽和アルコールやスルホン
酸類などの促進剤を混合した溶液が望ましい。
In chemical polishing, the polishing liquid is a chemical solution that chemically reacts with the substrate surface, such as nitric acid, sulfuric acid, formic acid, acetic acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, chromic acid, hydrogen peroxide, oxalic acid, tetraphosphoric acid, glacial acetic acid, etc. Or a mixed solution thereof, and a solution obtained by further mixing an accelerator such as saturated alcohol or sulfonic acid with the mixed solution.
化学的機械研磨では、研磨粒は上記機械研磨の粒でよく、そこに化学研磨の溶液を含む
研磨溶液(スラリー)を用いる。
In chemical mechanical polishing, the abrasive grains may be the above-mentioned mechanically polished grains, and a polishing solution (slurry) containing a chemical polishing solution is used there.
電解研磨では、基体1を電解液に浸して、基体を陽極として通電して電解反応で基体1表面を研磨する。この電解液は、酸やアルカリでよく、特に硝酸、リン酸、クロム酸、過酸化水素、水酸化カリウム、シアン化カリウムなどが望ましい。
In the electrolytic polishing, the
研磨工程によって、基体1表面の表面粗度Raを10nm以下とする。基体1表面の表面粗度Raが10nmを超えると、中間層3の平滑性に影響を与えてしまうため、好ましくない。より好ましい基体1表面の表面粗度Raは5nm以下であり、更に好ましくは2nm以下である。なお、表面粗度Raとは、JIS B 0601-2001において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さRaである。
By the polishing process, the surface roughness Ra of the surface of the
(メッキ工程)
次いで、基体1表面(片面又は両面)に湿式メッキによるクロムまたはクロム合金からなるメッキ層2が施される。なお、メッキは無光沢メッキでも光沢メッキでもよく、必ずしも湿式メッキに限られず、乾式メッキ法も適用することが出来る。また、スパッタ法で、例えばクロムを数nmの厚みに成膜した後、湿式メッキ法で、例えばクロム合金を数μmの厚さに積層してもよい。或いは、乾式メッキ法、湿式メッキでそれぞれ複数層を構成することも可能である。
(Plating process)
Next, a plating
ここで、クロムを主成分とした合金としては、インコネル(商品名)などのNi−Cr合金、ステライト(商品名)(ステライト6,31,21等)のCo−Cr合金を用いることができる。 Here, as an alloy containing chromium as a main component, a Ni—Cr alloy such as Inconel (trade name) or a Co—Cr alloy such as stellite (trade name) (Stellite 6, 31, 21, etc.) can be used.
なお、メッキ層2の膜厚は、基体1に含まれるニッケルの表面拡散および表面酸化が生じないように、好ましくは50nm〜200nm、より好ましくは70nm〜100nmとする。50nm未満の場合には、この後に行う酸化処理工程によってメッキ層2に相当する部分に形成される酸化クロム層が十分に形成されない。また、200nmを超えると酸化物超電導線材となった場合に、曲げ加工性が悪くなる。
The thickness of the
表面の平坦性を確保するためには、メッキ工程における基体1の搬送速度を5〜60m/hとすることが好ましい。この搬送速度で行うことで、メッキ層2の表面粗度Raを10nm以下とすることができる。
In order to ensure the flatness of the surface, it is preferable that the conveyance speed of the
(2)酸化処理工程
基体1上に形成されたメッキ層2を、基体1に含まれるニッケルの表面拡散および表面酸化が原因でおこる剥離を防止するための酸化クロム層とするために、酸化処理を行う。
この酸化クロム層は、酸化クロム(Cr2O3)のみからなる層であることが考えられる。或いはスピネル型のNiCr2O4、FeCr2O4の形で存在することも考えられる。この式は理想的な平衡状態としての組成であり、実際には原子比は整数比とならず、NiCr2O4の場合、組成は、例えば、Ni1.2Cr1.8O3.9又は(NiO)1.2(CrO1.5)1.8となる。
(2) Oxidation treatment step Oxidation treatment is performed for the
This chromium oxide layer is considered to be a layer made only of chromium oxide (Cr 2 O 3 ). Alternatively, it may be present in the form of spinel type NiCr 2 O 4 or FeCr 2 O 4 . This formula is a composition as an ideal equilibrium state, and in actuality, the atomic ratio is not an integer ratio. In the case of NiCr 2 O 4 , the composition is, for example, Ni 1.2 Cr 1.8 O 3.9. Or (NiO) 1.2 (CrO 1.5 ) 1.8 .
なお、NiCr2O4及びFeCr2O4における理想的な元素の存在比は、NiCr2O4の場合、Ni(25.9wt%、14.3at%)、Cr(45.9wt%、28.6at%)、O(28.2wt%、57.1at%)、FeCr2O4の場合、Fe(24.9wt%、14.3at%)、Cr(46.5wt%、28.6at%)、O(28.6wt%、57.1at%)となる。 Incidentally, the existence ratio of the ideal elements in NiCr 2 O 4 and FeCr 2 O 4, in the case of NiCr 2 O 4, Ni (25.9wt %, 14.3at%), Cr (45.9wt%, 28. 6 at%), O (28.2 wt%, 57.1 at%), and FeCr 2 O 4 , Fe (24.9 wt%, 14.3 at%), Cr (46.5 wt%, 28.6 at%), O (28.6 wt%, 57.1 at%).
更に、これらの物質に、CrやCr2O3よりも少量の、例えば30質量%未満の他の金属が固溶している場合も考えられる。以上の場合、酸化クロム層は、式CrwM‘xM“y・・・Oz(w、x、y、zは、いずれも正の数)により表され、これらの複数の金属元素のうち
でCrの量w(原子%)は最大である。
Furthermore, these substances, small amounts of than Cr and Cr 2 O 3, for example, other metals less than 30 wt% can be considered even if the solid solution. In the above case, the chromium oxide layer is represented by the formula Cr w M ′ x M “ y ... O z (w, x, y, and z are all positive numbers). Among them, the amount w (atomic%) of Cr is the maximum.
酸化クロム層は、10〜300nmが好ましい。層厚が10nm未満であると、薄すぎて、層間剥離を抑制する機能を充分に発揮し難くなり、一方、300nmを超えると、酸化クロム層そのものに亀裂や剥離が生じる恐れがある。 The chromium oxide layer is preferably 10 to 300 nm. If the layer thickness is less than 10 nm, it is too thin to sufficiently exert the function of suppressing delamination. On the other hand, if it exceeds 300 nm, the chromium oxide layer itself may be cracked or peeled off.
以上のような、酸化クロム層を形成するためには、次のような酸化処理条件を用いることが好ましい。 In order to form the chromium oxide layer as described above, it is preferable to use the following oxidation treatment conditions.
熱処理温度は、300℃以上550℃未満であることが望ましい。300℃未満の場合には、メッキ層2が十分に酸化されず、酸化クロム層が層間剥離を抑制する機能を充分に発揮し難くなるという問題があり、550℃以上の場合には、酸化クロム層の表面が荒れてしまい、酸化物超電導線材となった場合の超電導特性の劣化の原因となり得る。また、熱処理時間は、10分〜60分間であることが望ましい。10分未満の場合には、酸化クロム層の充分な膜厚を確保できないという問題があり、60分を超えると基体に含まれるニッケルについても酸化されてしまい、剥離を生じさせる可能性がある。
The heat treatment temperature is desirably 300 ° C. or higher and lower than 550 ° C. When the temperature is lower than 300 ° C., the
また、熱処理雰囲気は、酸素雰囲気又は酸素と不活性気体からなる雰囲気を用いればよく、このときの酸素分圧は、0.2気圧以上1気圧以下であることが望ましい。酸素分圧が0.2気圧未満の場合には、メッキ層に含有されるクロムを酸化するための酸素量が足りず、酸化クロム層が形成されにくいという問題があり、1気圧を超えると基体1に含有されているニッケルも酸化されてしまい、剥離を生じさせる可能性がある。 The heat treatment atmosphere may be an oxygen atmosphere or an atmosphere composed of oxygen and an inert gas, and the oxygen partial pressure at this time is preferably 0.2 atm or more and 1 atm or less. When the oxygen partial pressure is less than 0.2 atm, there is a problem that the amount of oxygen for oxidizing the chromium contained in the plating layer is insufficient, and the chromium oxide layer is difficult to be formed. Nickel contained in 1 is also oxidized and may cause peeling.
以上の工程により、本発明の酸化物超電導線材用基板を得ることができる。また、得られた酸化物超電導線材用基板を用いて、以下の工程を行うことで酸化物超電導線材を得ることができる。 Through the above steps, the oxide superconducting wire substrate of the present invention can be obtained. Moreover, an oxide superconducting wire can be obtained by performing the following steps using the obtained oxide superconducting wire substrate.
(中間層の形成)
酸化クロム層の上に、超電導層4を成膜するための中間層3を形成することが出来る。この場合、中間層3を、Y2O3又はGd2Zr2O7を含むものとすることが出来る。
(Formation of intermediate layer)
An intermediate layer 3 for forming the
例えば、Y2O3又はGd2Zr2O7からなるベッド層3aを、スパッタ法により成膜し、このベッド層3aの上に、MgOからなる配向層3bを、IBAD法により成膜し、更に、配向層3bの上には、CeO2からなるキャップ層3cを、スパッタ法により成膜すればよい。
For example, a
(超電導層の形成)
中間層3の上に、超電導層4を形成する。このとき、超電導層4は、RE系超電導材料であればよい。ここで、REは希土類元素であり、Y、Nd、S m 、E u 、G d 、D y 、H o 、E r 、T m 、Y b 、L u から選ばれる1種類または2種類以上の元素からなる超電導材料である。例えば、YBCOからなる超電導材料をMOCVD法によって、成膜すればよい。
(Formation of superconducting layer)
A
以下、本発明を、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited by the following Example.
テープ状のハステロイC−276からなる基体の一方の面に対して、砥粒研磨により、表面研磨を施した。このときの基体の表面粗度Raは2nm以下であった。
次に、メッキ法を用いて、厚さ10nm〜250nmのCr膜を成膜し、メッキ層を形成した。このとき用いたメッキ法は、電解メッキであり、無水クロム酸250g/l、硫酸2.5g/l、浴温50〜55℃、電流密度15〜60A/dm2のサージェント浴を用いた。なお、メッキ層の表面平坦性をあげるために線材の搬送速度を60m/hとした。
その後、500℃、1気圧の酸素雰囲気下で20分〜60分間の熱処理を施して厚さ30nm〜200nmのCr2O3からなる酸化クロム層を成膜し、酸化物超電導線材用基板を得た。このときの、酸化クロム層の表面粗度Raは10nm以下であった。
One surface of a substrate made of tape-shaped Hastelloy C-276 was subjected to surface polishing by abrasive polishing. At this time, the surface roughness Ra of the substrate was 2 nm or less.
Next, a Cr film having a thickness of 10 nm to 250 nm was formed using a plating method to form a plating layer. The plating method used at this time was electrolytic plating, and a Sargent bath having 250 g / l chromic anhydride, 2.5 g / l sulfuric acid, a bath temperature of 50 to 55 ° C., and a current density of 15 to 60 A / dm 2 was used. In addition, in order to raise the surface flatness of a plating layer, the conveyance speed of the wire was set to 60 m / h.
Thereafter, a heat treatment is performed for 20 minutes to 60 minutes in an oxygen atmosphere at 500 ° C. and 1 atm to form a chromium oxide layer made of Cr 2 O 3 having a thickness of 30 nm to 200 nm to obtain a substrate for an oxide superconducting wire. It was. At this time, the surface roughness Ra of the chromium oxide layer was 10 nm or less.
比較例として、テープ状のハステロイC−276からなる基体の一方の面に対して、砥粒研磨により、表面研磨を施し、酸化物超電導線材用基板を得た。このときの基体の表面粗度Raは5nmであった。 As a comparative example, one surface of a base made of tape-shaped Hastelloy C-276 was subjected to surface polishing by abrasive polishing to obtain an oxide superconducting wire substrate. At this time, the surface roughness Ra of the substrate was 5 nm.
実施例及び比較例の製造方法によって得られた酸化物超電導線材用基板上に、スパッタリング装置を用いてGd2Zr2O7からなる厚さ100nmのベッド層を成膜した。そして、このベッド層の上に、MgOからなる配向層(IBAD−MgO層)を、IBAD法により常温で10〜200Å成膜した。配向層の上には、CeO2からなるキャップ層を、スパッタ法により650℃で200nm成膜した。キャップ層の上には、YBCOからなる超電導層を、MOCVD法により845℃で厚さ1μm成膜して酸化物超電導線材とした。さらに、図1には図示していないが、超電導層上に、Ag保護層を形成し、酸素流気中、550℃で酸素アニールを行った。
A 100 nm-thick bed layer made of Gd 2 Zr 2 O 7 was formed on the oxide superconducting wire substrate obtained by the manufacturing methods of Examples and Comparative Examples using a sputtering apparatus. Then, on this bed layer, an alignment layer (IBAD-MgO layer) made of MgO was formed at a room temperature of 10 to 200 mm by an IBAD method. On the alignment layer, a cap layer made of
(特性評価試験)
層間剥離の確認は、オージェ電子分光分析によって、得られた酸化物超電導線材の表面を観察することによって行った。なお、得られた酸化物超電導線材の表面の観察は、得られた酸化物超電導線材に曲げひずみを加えない状態と、酸化物超電導線材をコイルに巻きつけた状態で曲げひずみを加えた状態とで行った。
オージェ電子分光分析は、PHISICAL ELECTRONICS社製のPHI−660型走査型オージェ電子分光装置を用いて行った。電子銃の加速電圧は10kVとし、資料電流が500nAの条件で測定した。
このとき、剥離およびフクレが全く無いという状態を○、剥離は無いがフクレがあるという状態を△、剥離を生じているという状態を×とした。
(Characteristic evaluation test)
Confirmation of delamination was performed by observing the surface of the obtained oxide superconducting wire by Auger electron spectroscopy. In addition, the observation of the surface of the obtained oxide superconducting wire includes a state in which bending strain is not applied to the obtained oxide superconducting wire, and a state in which bending strain is applied with the oxide superconducting wire wound around a coil. I went there.
Auger electron spectroscopy analysis was performed using a PHI-660 scanning Auger electron spectrometer manufactured by PHISICAL ELECTRONICS. The acceleration voltage of the electron gun was 10 kV, and the measurement was performed under the condition that the material current was 500 nA.
At this time, the state where there was no peeling or blistering was marked with ◯, the state where there was no flaking but there was blistering was marked with Δ, and the state where peeling was caused was marked with ×.
なお、コイルに巻きつける条件は、長手方向の曲げひずみを、下記式(1)で示した曲げひずみに関する式において1%とした。
ε=(t/D)×100・・・・・・(1)
ここで各記号は以下を示す。
ε(%) :曲げひずみ
t(mm):酸化物超電導線材厚み
D(mm):コイルの巻内径
In addition, the conditions wound around a coil set the bending strain of a longitudinal direction to 1% in the formula regarding the bending strain shown by following formula (1).
ε = (t / D) × 100 (1)
Here, each symbol indicates the following.
ε (%): bending strain t (mm): oxide superconducting wire thickness D (mm): inner diameter of coil
また、得られた酸化物超電導線材の臨界電流Icの測定を行った。酸化物超電導線材の200m分を液体窒素に浸漬した状態で四端子法を用いて臨界電流を測定した。測定は1mピッチとし、電圧端子は1.2m、電界基準は1μV/cmとした。 Moreover, the critical current Ic of the obtained oxide superconducting wire was measured. The critical current was measured using a four-terminal method in a state where 200 m of the oxide superconducting wire was immersed in liquid nitrogen. The measurement was performed at a pitch of 1 m, the voltage terminal was 1.2 m, and the electric field reference was 1 μV / cm.
得られた実施例及び比較例の諸元と特性評価結果を表1に示す。 Table 1 shows the specifications and characteristics evaluation results of the examples and comparative examples.
比較例1では、通常の線材状態であっても、層間剥離が生じており、Icが低いことが判る。一方、実施例1〜13については、層間剥離が生じておらず、Icについても100A以上であり、好適な条件である実施例3〜8、10〜12では、200A以上の酸化物超電導線材の電流特性を得ることができた。 In Comparative Example 1, it can be seen that delamination occurs and Ic is low even in a normal wire state. On the other hand, about Examples 1-13, delamination has not arisen, Ic is also 100A or more, and in Examples 3-8 and 10-12 which are suitable conditions, an oxide superconducting wire of 200A or more is used. Current characteristics could be obtained.
実施例1〜8において、メッキ層の厚さを10〜250nmに変化させたところ、50nm未満の場合には、層間剥離はないものの、フクレがわずかに生じていることが判った。また、200nmよりも厚いメッキ層とした場合には、曲げひずみを加えた際に、フクレがわずかにが生じてしまった。このことより、メッキ層の厚さは50nm以上200nm以下が好ましい。 In Examples 1 to 8, when the thickness of the plating layer was changed to 10 to 250 nm, it was found that when the thickness was less than 50 nm, there was no delamination but slight swelling occurred. In the case of a plating layer thicker than 200 nm, a slight swelling occurred when bending strain was applied. For this reason, the thickness of the plating layer is preferably 50 nm or more and 200 nm or less.
また、実施例9〜13において、酸化処理を行うための熱処理温度を250℃〜600℃としたところ、300℃未満の場合には、メッキ層のクロムの酸化が不十分となり酸化クロム層の膜厚が薄くなったために、層間剥離はないものの、フクレが形成されてしまった。また、550℃を超えた場合には、基体表面が荒れてしまったため、フクレが生じてしまう結果となった。これは、基体に含まれるニッケルが基体表面に拡散し、酸化クロム層と基体の間では酸化ニッケルが形成されたためと考えられる。従って、酸化処理を行うための熱処理温度は300℃以上550℃以下であることが好ましい。 Further, in Examples 9 to 13, when the heat treatment temperature for performing the oxidation treatment was 250 ° C. to 600 ° C., when the temperature was less than 300 ° C., the chromium of the plating layer was insufficiently oxidized, and the film of the chromium oxide layer Since the thickness was reduced, there was no delamination, but blisters were formed. Moreover, when it exceeded 550 degreeC, since the base-material surface was roughened, it resulted in a blister being produced. This is presumably because nickel contained in the substrate diffused on the surface of the substrate and nickel oxide was formed between the chromium oxide layer and the substrate. Therefore, the heat treatment temperature for performing the oxidation treatment is preferably 300 ° C. or higher and 550 ° C. or lower.
1 基体
2 メッキ層
3 中間層
4 超電導層
1
Claims (4)
前記メッキ層が形成された基体に対して1気圧の酸素雰囲気下で熱処理を行う熱処理工程と
を有し、
前記メッキ層の厚さが50nm以上200nm以下であり、
前記熱処理工程における熱処理温度が300℃以上550℃以下で、その熱処理時間は30分以上50分以下であることを特徴とする酸化物超電導線材用基板の製造方法。 Forming a plating layer made of chromium or a chromium-based alloy on a substrate surface containing at least nickel;
A heat treatment step of performing a heat treatment in an oxygen atmosphere of 1 atm on the substrate on which the plating layer is formed,
The plating layer has a thickness of 50 nm to 200 nm,
A method for manufacturing a substrate for an oxide superconducting wire, wherein a heat treatment temperature in the heat treatment step is 300 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and a heat treatment time is 30 minutes or longer and 50 minutes or shorter.
前記メッキ層が形成された基体に対して1気圧の酸素雰囲気下で熱処理を行う熱処理工程と
を有し、
前記メッキ層の厚さが100nm以上200nm以下であり、
前記熱処理工程における熱処理温度が500℃で、その熱処理時間は50分であることを特徴とする酸化物超電導線材用基板の製造方法。 Forming a plating layer made of chromium or a chromium-based alloy on a substrate surface containing at least nickel;
A heat treatment step of performing a heat treatment in an oxygen atmosphere of 1 atm on the substrate on which the plating layer is formed,
The plating layer has a thickness of 100 nm to 200 nm,
A method for manufacturing a substrate for an oxide superconducting wire, wherein a heat treatment temperature in the heat treatment step is 500 ° C. and a heat treatment time is 50 minutes.
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