JP5743709B2 - 超電導線材用基材の製造方法 - Google Patents
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Description
また、下地層101を略してIBAD法による中間層102がこれらを兼ねる構造として、金属基材100の上にIBAD法によるGZO膜(Gd2Zr2O7層)を形成後、キャップ層103を形成し、酸化物超電導層105を積層した構造も提供されている。
上記課題を解決するため、本発明の超電導線材用基材の製造方法は、表面粗さRaが6nm以下であって、成膜法により主面上方に中間層を介して酸化物超電導層が積層される金属基材に対し、この金属基材の表面を有機溶剤により拭き取り洗浄することにより、洗浄前後で金属基材の表面の水に対する接触角を9.8%以上減少させることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導線材用基材の製造方法は、表面粗さRaが6nm以下の金属基材を用い、洗浄前後の金属基材の表面の水に対する接触角の変化率が9.8%以上となるまで、金属基材の表面を有機溶剤により拭き取り洗浄することにより、金属表面の有機物などの残渣を除去することができる。従って、本実施形態の製造方法により得られる酸化物超電導線材用基材は、有機物などの残渣が少なく、その表面上に中間層や超電導層などを高温プロセスにより成膜した場合にも、有機物の気化による膜剥がれの発生が抑制される。
本発明の超電導線材用基材の製造方法は、前記金属基材の表面を、アルコール系溶剤により拭き取り洗浄した後に、ケトン系溶剤により拭き取り洗浄することも好ましい。
本発明の超電導線材用基材の製造方法において、前記ケトン系溶剤がアセトンであることが好ましい。
本発明の超電導線材用基材の製造方法において、前記アルコール系溶剤がエタノールであることも好ましい。
この場合、金属基材の表面の残渣をより効果的に除去することができ、金属基材の表面上に中間層や超電導層などを成膜した際に、膜剥がれがより一層生じ難い酸化物超電導線材用基材を提供できる。
本発明の超電導線材用基材の製造方法は、表面粗さRaが6nm以下であって、成膜法により主面上方に中間層を介して酸化物超電導層が積層される金属基材に対し、この金属基材の表面を有機溶剤により拭き取り洗浄することにより、洗浄前後で金属基材の表面の水に対する接触角を9.8%以上減少させることを特徴とする。
なお、本発明の明細書および特許請求の範囲において、「表面粗さRa」はJIS B0601の算術平均粗さRaであり、「最大高さRy」はJIS B 0601の最大高さRyである。また、金属基材の表面とは、酸化物超電導線材の作製に際し、成膜法によりその上方に中間層などを介して酸化物超電導層が積層される側の面(主面)を表す。
金属基材の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、100〜500μmの範囲とすることができる。
後述の実施例に示す如く、金属基材の表面の残渣を除去するためには、有機溶媒中に金属基材を浸漬して超音波洗浄するよりも、有機溶剤による拭き取り洗浄の方が効果的である。有機溶剤による拭き取り洗浄の効果を十分に得るためには、金属基材の表面に、有機溶剤を含浸させた布を20〜70g/cm2程度の荷重をかけて接触させて拭き取ることが好ましい。
ケトン系溶剤は、金属基材の表面に残留した有機物を除去する効果が高いため好ましく、アセトンが特に好ましい。
アルコール系溶剤は、研磨加工の際に使用した研磨材や研磨シート等の成分に由来する無機物を除去する効果が高いため好ましく、取り扱いの容易性および揮発性などの観点からエタノールが特に好ましい。このような無機物は、微細な膜剥がれの原因となる場合があるため、有機物と合わせて除去されることが望ましい。
ここで、本発明における金属基材の水に対する接触角とは、First ten Ångstroms社製、動的接触角・表面張力測定装置FTA188を用いて、金属基材の表面にH2Oを滴下後15秒間経過後に測定される接触角である。
そこで、本発明者は、金属基材の洗浄前後の金属基材表面の水に対する接触角変化率に着目し、後述の実施例に示す如く洗浄前後の接触角変化率が異なる種々の金属基材について、800℃で行うCeO2膜の高温成膜プロセス後の膜剥がれの発生の有無を検討した。その結果、表面粗さRaが6nm以下の金属基材では、洗浄前後の金属基材の表面の水に対する接触角の変化率(A−B)/A×100(%)が9.8%以上となるまで拭き取り洗浄を行うことにより、有機物の残渣に由来する大きな膜剥がれを抑制できることを確認した。より効果的に金属基材の有機物を除去し、有機物残渣に由来する膜剥がれの発生を抑制するためには、洗浄前後の金属基材の表面の水に対する接触角の変化率が12.5%以上となるまで拭き取り洗浄を行うことがより好ましい。
(1)ケトン系溶剤による拭き取り洗浄
(2)アルコール系溶剤による拭き取り洗浄
(3)アルコール系溶剤による拭き取り洗浄後、ケトン系溶剤による拭き取り洗浄
(4)アルコール系溶剤による拭き取り洗浄後、ケトン系溶剤による拭き取り洗浄し、さらに、アルコール系溶剤による拭き取り洗浄
また、上記(1)〜(4)の洗浄の前後、あるいは途中に、水による洗浄を行ってもよい。
拡散防止層は、金属基材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(Si3N4)、酸化アルミニウム(Al2O3、「アルミナ」とも呼ぶ)、あるいは、GZO(Gd2Zr2O7)等から構成され、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10〜400nmである。
ベッド層は、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は、例えば、イットリア(Y2O3)などの希土類酸化物であり、組成式(α1O2)2x(β2O3)(1−x)で示されるものが例示できる。より具体的には、Er2O3、CeO2、Dy2O3、Er2O3、Eu2O3、Ho2O3、La2O3等を例示することができる。このベッド層12は、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10〜100nmである。
この中間層をIBAD(Ion-Beam-Assisted Deposition)法により良好な結晶配向性(例えば結晶配向度15゜以下)で成膜するならば、その上に形成するキャップ層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の上に成膜する酸化物超電導層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酸化物超電導層を得るようにすることができる。
例えば、Gd2Zr2O7、MgO又はZrO2−Y2O3(YSZ)からなる中間層は、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。
例えば、CeO2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。CeO2層の膜厚は、十分な配向性を得るには100nm以上が好ましいが、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、50〜5000nmの範囲とすることができる。
酸化物超電導層は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザー蒸着法、電子ビーム蒸着法、等の物理的蒸着法;化学気相成長法(CVD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(パルスレーザー蒸着)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法を用いることができる。
安定化層は、導電性が良好な金属からなるものが好ましく、具体的には、銀又は銀合金、銅などからなるものが例示できる。安定化層は1層構造でも良いし、2層以上の積層構造であってもよい。
安定化層は、公知の方法で積層できるが、銀層をメッキやスパッタ法で形成し、その上に銅テープなどを貼り合わせるなどの方法を採用できる。安定化層の厚さは、3〜300μmの範囲とすることができる。
次に、No.1〜7の各基材を、表2に示す洗浄方法で洗浄した。なお、表2において、「乾式拭き」とは、乾いた布に溶剤を含浸させて基材表面を拭き取り洗浄(1回の拭き取り洗浄での布と基材表面の接触距離は50cm、荷重500gを付加)したことを表す。また、「超音波洗浄」は、溶剤中に基材を浸漬して周波数40Hzの超音波を10分間かけて行った。
得られた積層体について、膜剥がれの有無を目視で外観観察した結果を表3および表4に併記した。
また、洗浄方法3および4、並びに、洗浄方法5および6を比較することにより、基材上の有機物の残渣の除去には超音波洗浄よりも拭き取り洗浄の方が有効であることがわかる。
Claims (3)
- 表面粗さRaが6nm以下であって、成膜法により主面上方に中間層を介して酸化物超電導層が積層される金属基材に対し、この金属基材の表面をアルコール系溶剤により拭き取り洗浄した後に、ケトン系溶剤により拭き取り洗浄することにより、洗浄前後で金属基材の表面の水に対する接触角を9.8%以上減少させることを特徴とする超電導線材用基材の製造方法。
- 前記ケトン系溶剤がアセトンであることを特徴とする請求項1に記載の超電導線材用基材の製造方法。
- 前記アルコール系溶剤がエタノールであることを特徴とする請求項1に記載の超電導線材用基材の製造方法。
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