JP6187711B1 - Oxide superconducting wire - Google Patents
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Abstract
酸化物超電導線材(1)は、基板(10)と、基板(10)上に形成された酸化物超電導層(30)とを備える。酸化物超電導層(30)は、酸化物超電導相および非超電導相を含む。非超電導相は、酸化物超電導相中に分散配置された複数の粒子を構成する。複数の粒子の少なくとも一部の粒子は1つ以上の凹凸を有する。酸化物超電導相は、複数の粒子を囲むように構成されたスピノーダル分解型構造を有する。The oxide superconducting wire (1) includes a substrate (10) and an oxide superconducting layer (30) formed on the substrate (10). The oxide superconducting layer (30) includes an oxide superconducting phase and a non-superconducting phase. The non-superconducting phase constitutes a plurality of particles dispersedly arranged in the oxide superconducting phase. At least some of the plurality of particles have one or more irregularities. The oxide superconducting phase has a spinodal decomposition type structure configured to surround a plurality of particles.
Description
この発明は、酸化物超電導線材に関するものであり、特に、基板上に形成された酸化物超電導層を備える酸化物超電導線材に関する。 The present invention relates to an oxide superconducting wire, and more particularly, to an oxide superconducting wire including an oxide superconducting layer formed on a substrate.
液体窒素の温度で超電導性を有する高温超電導体の発見以来、ケーブル、限流器、マグネットなどの電力機器への応用を目指した高温超電導線材の開発が活発に行なわれている。中でも、基板上に酸化物超電導体からなる薄膜層(酸化物超電導層)を形成させた酸化物超電導線材が注目されている。 Since the discovery of high-temperature superconductors that have superconductivity at the temperature of liquid nitrogen, development of high-temperature superconducting wires aimed at application to power equipment such as cables, current limiters, and magnets has been actively conducted. In particular, an oxide superconducting wire in which a thin film layer (oxide superconducting layer) made of an oxide superconductor is formed on a substrate has attracted attention.
このような酸化物超電導線材の製造方法の1つに、塗布熱分解法(Metal Organic Deposition、略称:MOD法)がある。MOD法は、RE(希土類元素)、Ba(バリウム)、Cu(銅)の各有機金属化合物を溶媒に溶解して製造された原料溶液(MOD溶液)を基板に塗布して塗布膜を形成した後、例えば、500℃付近で仮焼熱処理して、有機金属化合物を熱分解させ、熱分解した有機成分を除去することにより酸化物超電導層の前駆体である仮焼膜を作製し、作製した仮焼膜をさらに高温(例えば750〜800℃付近)で本焼熱処理することにより結晶化を行なって、REBa2Cu3OXで表されるRE123系の超電導層を形成させて酸化物超電導線材を製造するものである。One method for producing such an oxide superconducting wire is a coating pyrolysis method (Metal Organic Deposition, abbreviated as MOD method). In the MOD method, a raw material solution (MOD solution) produced by dissolving each organic metal compound of RE (rare earth element), Ba (barium), and Cu (copper) in a solvent was applied to a substrate to form a coating film. Thereafter, for example, a calcined heat treatment is performed at around 500 ° C., the organometallic compound is thermally decomposed, and the thermally decomposed organic components are removed to prepare a calcined film that is a precursor of the oxide superconducting layer. The calcined film is crystallized by subjecting it to a heat treatment at a higher temperature (for example, around 750 to 800 ° C.) to form a RE123-based superconducting layer represented by REBa 2 Cu 3 O X to form an oxide superconducting wire. Is to be manufactured.
MOD法は、主に真空中で製造される気相法(蒸着法、スパッタ法、パルスレーザ蒸着法等)に比較して製造設備が簡単で済み、また大面積や複雑な形状への対応が容易である等の特徴を有しているため、広く用いられている。 The MOD method is simpler than the gas phase method (evaporation method, sputtering method, pulsed laser deposition method, etc.) manufactured mainly in vacuum, and can handle large areas and complex shapes. Since it has features such as being easy, it is widely used.
しかし、近年、臨界電流密度Jcや臨界電流Icがより向上した酸化物超電導薄膜線材が強く求められており、その対策として、磁場下においてRE123系酸化物超電導体に侵入するナノサイズの量子化磁束の運動を妨げることを目的として、人工的にナノサイズの磁束ピン止め点(以下、「ピン」という)を導入することが行なわれている(例えば、特表2007−526199号公報(特許文献1)参照)。 However, in recent years, there has been a strong demand for oxide superconducting thin film wires with improved critical current density Jc and critical current Ic. As a countermeasure, nano-sized quantized magnetic flux that penetrates RE123-based oxide superconductors under a magnetic field. For the purpose of hindering the movement of the magnetic field, a nano-sized magnetic flux pinning point (hereinafter referred to as “pin”) is artificially introduced (for example, JP-T-2007-526199 (Patent Document 1). )reference).
上記したMOD法においても、原料溶液に、ピンの原料となる元素、例えば、Zrの金属錯体(塩)を添加することにより、ピンが導入された酸化物超電導層を形成させることが行なわれている(例えば、特開2009−164010号公報(特許文献2)参照)。 Also in the MOD method described above, an oxide superconducting layer into which a pin is introduced is formed by adding an element that is a pin raw material, for example, a metal complex (salt) of Zr, to the raw material solution. (For example, refer to JP 2009-164010 A (Patent Document 2)).
上記のMOD法においては、酸化物超電導層を厚膜化して、Icを向上させる技術の開発が求められている。厚膜の酸化物超電導層を作製する方法としては、一般的に、厚膜の仮焼膜を作製した後、本焼熱処理することにより、厚膜の酸化物超電導層を形成することが行なわれている。 In the MOD method described above, development of a technique for increasing Ic by increasing the thickness of the oxide superconducting layer is required. As a method for producing a thick oxide superconducting layer, a thick oxide superconducting layer is generally formed by producing a thick calcined film and then subjecting it to a main heat treatment. ing.
しかしながら、上記の方法では、酸化物超電導体の結晶はc軸配向して成長しているものの、厚膜の酸化物超電導層中にピンを適当に分散させることができないため、酸化物超電導層全体に対するピン止めの効果が十分に発揮されていなかった。また、本焼熱処理によって結晶化する際、厚膜の酸化物超電導層の内部に酸素を十分に導入させることが困難となっていた。その結果、Jcの低下を招き、厚膜化してもIcが十分に高くならないという課題があった。 However, in the above method, although the oxide superconductor crystal grows in the c-axis orientation, the pins cannot be properly dispersed in the thick oxide superconductor layer. The effect of pinning to was not fully demonstrated. Further, when crystallization is performed by the main annealing heat treatment, it has been difficult to sufficiently introduce oxygen into the thick oxide superconducting layer. As a result, there is a problem that Jc is lowered and Ic is not sufficiently increased even when the film thickness is increased.
本発明の一態様の目的は、厚膜化に比例して十分に高いIcを得ることができる酸化物超電導線材を提供することである。 An object of one embodiment of the present invention is to provide an oxide superconducting wire capable of obtaining a sufficiently high Ic in proportion to the increase in thickness.
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、基板と、基板上に形成された酸化物超電導層とを備える。酸化物超電導層は、酸化物超電導相および非超電導相を含む。非超電導相は、酸化物超電導相中に分散配置された複数の粒子を構成する。上記複数の粒子のうちの少なくとも一部の粒子は1つ以上の凹凸を有する。酸化物超電導相は、上記複数の粒子を囲むように構成されたスピノーダル分解型構造を有する。 An oxide superconducting wire according to one embodiment of the present invention includes a substrate and an oxide superconducting layer formed over the substrate. The oxide superconducting layer includes an oxide superconducting phase and a non-superconducting phase. The non-superconducting phase constitutes a plurality of particles dispersedly arranged in the oxide superconducting phase. At least some of the plurality of particles have one or more irregularities. The oxide superconducting phase has a spinodal decomposition structure configured to surround the plurality of particles.
上記によれば、厚膜化に比例して十分に高いIcを得ることができる酸化物超電導線材を提供することができる。 According to the above, it is possible to provide an oxide superconducting wire capable of obtaining a sufficiently high Ic in proportion to the increase in thickness.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
(1)本発明の一態様に係る酸化物超電導線材1(図1参照)は、基板10と、基板10上に形成された酸化物超電導層30とを備える。酸化物超電導層30(図6および図7参照)は、酸化物超電導相32および非超電導相34を含む。非超電導相34は、酸化物超電導相32中に分散配置された複数の粒子により構成される。上記複数の粒子の少なくとも一部の粒子は1つ以上の凹凸を有する。酸化物超電導相32は、上記複数の粒子を囲むように構成されたスピノーダル分解型構造を有する。なお、本明細書において「スピノーダル分解型構造」とは、スピノーダル分解させることによって形成された構造である。「スピノーダル分解」とは、二成分系または多成分系の固溶体において、核形成を必要とせず、組成の揺らぎにより起こる相分離の現象をいう。ただし、酸化物超電導相32の構造の形成過程は、スピノーダル分解を含むものに限定しない。
(1) The oxide superconducting wire 1 (see FIG. 1) according to one aspect of the present invention includes a
上記酸化物超電導層30では、非超電導相34である粒子の表面がピンとして作用する。この粒子は1つ以上の凹凸を有しているため、3次元的にあらゆる角度を持つピンを酸化物超電導相32中に効率的に分布させることができる。また、粒子を囲む酸化物超電導相32がスピノーダル分解型構造を有しているため、粒子によって酸化物超電導相32が断絶されることがない。これにより、酸化物超電導相32中にピンを適切に分散させることができるため、厚膜の酸化物超電導層においても高いピン止めの機能を得ることができる。したがって、厚膜化に比例して高いIcを有する酸化物超電導線材を実現することができる。
In the oxide
なお、酸化物超電導相32がスピノーダル分解型構造を有する部分は、酸化物超電導層30のうち、酸化物超電導線材1が延在する方向の少なくとも一部、または酸化物超電導線材1の幅方向の少なくとも一部において存在していれば、高いピン止めの機能を得ることができる。
The portion where the oxide
(2)上記(1)に係る酸化物超電導線材1において好ましくは、スピノーダル分解型構造は、少なくとも酸化物超電導線材の延在方向に連続している。このようにすれば、酸化物超電導相32では、非超電導相34によって超電導電流の流れが妨げられることがない。したがって、酸化物超電導層30は、長尺全体に亘って安定した超電導特性を有する。
(2) In the oxide superconducting wire 1 according to the above (1), the spinodal decomposition structure is preferably continuous at least in the extending direction of the oxide superconducting wire. In this way, in the oxide
(3)上記(1)または(2)に係る酸化物超電導線材1において好ましくは、酸化物超電導層30における酸化物超電導相32の体積率は、48%以上83%以下である。このような体積率とすることにより、酸化物超電導相32におけるスピノーダル分解型構造を途切れさせることなく、非超電導相34をなす粒子がピン止めの機能を十分に発揮することができる。なお、本明細書において、酸化物超電導層30における酸化物超電導相32の体積率とは、酸化物超電導層30の体積に対する酸化物超電導相32の体積の割合をいう。
(3) Preferably, in the oxide superconducting wire 1 according to the above (1) or (2), the volume ratio of the oxide
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに係る酸化物超電導線材において好ましくは、複数の粒子のうちの少なくとも一部の粒子は、断面形状に複数の変曲点を有する。このようにすれば、粒子の表面にピンとして作用する曲面が増えるため、ピン止めの機能を高めることができる。なお、本明細書において、変曲点とは、1個の粒子の断面形状を形成する曲線において曲率が変化する点をいう。 (4) In the oxide superconducting wire according to any one of (1) to (3), preferably, at least some of the plurality of particles have a plurality of inflection points in cross-sectional shape. In this way, since the curved surface acting as a pin increases on the surface of the particle, the function of pinning can be enhanced. In the present specification, the inflection point refers to a point at which the curvature changes in a curve forming the cross-sectional shape of one particle.
(5)上記(4)に係る酸化物超電導線材1において好ましくは、上記少なくとも一部の粒子は、断面形状の面積に対する周長の比率が20μm−1以上50μm−1以下である。粒子において断面形状の面積に対する周長の比率は、粒子の断面形状の歪さを示す指標の1つであり、当該比率が高くなるほど粒子の断面形状が歪になってくる。当該比率を上記の範囲とすることにより、粒子の表面にピンとして作用する曲面が増えるため、ピン止めの機能を高めることができる。(5) Preferably, in the oxide superconducting wire 1 according to (4) above, the ratio of the circumference of the at least some of the particles to the area of the cross-sectional shape is 20 μm −1 or more and 50 μm −1 or less. The ratio of the perimeter to the area of the cross-sectional shape of the particles is one of the indices indicating the distortion of the cross-sectional shape of the particles, and the cross-sectional shape of the particles becomes distorted as the ratio increases. By setting the ratio in the above range, the curved surface acting as a pin on the surface of the particle increases, so that the pinning function can be enhanced.
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに係る酸化物超電導線材1において好ましくは、上記複数の粒子は、粒子1個当たりの断面積が0.005μm2以上1μm2以下である。このような断面積とすることにより、酸化物超電導線材1の超電導特性に悪影響を与えることなく、粒子にピンとしての機能を十分に発揮させることができる。Preferably in the oxide superconducting wire 1 according to any one of (6) above (1) to (5), the plurality of particles, the cross-sectional area per particle is 0.005 .mu.m 2 or more 1 [mu] m 2 or less. By setting it as such a cross-sectional area, particle | grains can fully exhibit the function as a pin, without having a bad influence on the superconducting characteristic of the oxide superconducting wire 1. FIG.
(7)上記(1)〜(6)のいずれかに係る酸化物超電導線材1において好ましくは、酸化物超電導層30は、REBa2Cu3OX(式中、REは希土類元素のうちの1種または2種以上を表す。)の組成式で表されるRE123系超電導体からなる。非超電導相34は、RE2O3を含む。X線回折測定によるRE2O3(222)面のピーク強度をIRE2O3(222)とし、REBa2Cu3Ox(003)面のピーク強度をIREBa2Cu3Ox(003)とすると、ピーク強度比IRE2O3(222)/(IRE2O3(222)+IREBa2Cu3Ox(003))が0.05以上である。このようなピーク強度比であれば、RE2O3の粒子がピンとして機能するのに十分な大きさを有しているといえる。そのため、高いピン止めの機能を得ることができる。(7) In the oxide superconducting wire 1 according to any one of the above (1) to (6), preferably, the
(8)上記(1)〜(7)のいずれかに係る酸化物超電導線材1において好ましくは、酸化物超電導層30の単位断面積当たりの非超電導相34の面積率は40%以上である。このような面積率とすることにより、十分な量の粒子を得ることができるため、高いピン止めの機能を得ることができる。なお、本明細書において、単位断面積当たりの非超電導相の面積率とは、1μm四方の観察領域の面積(1μm2)に対する非超電導相の面積の割合をいう。非超電導相の面積とは、上記観察領域内に検出される全粒子の断面積の合計値をいう。(8) In the oxide superconducting wire 1 according to any one of the above (1) to (7), the area ratio of the
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。[Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
(酸化物超電導線材の構成)
図1は、実施形態に係る酸化物超電導線材の構成を示す断面模式図である。(Configuration of oxide superconducting wire)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of an oxide superconducting wire according to an embodiment.
図1は、本実施形態に係る酸化物超電導線材1の延在する方向に交差する方向に切断した断面を示している。このため、紙面に交差する方向が酸化物超電導線材1の長手方向であり、酸化物超電導層30の超電導電流は紙面に交差する方向に沿って流れるものとする。また、図1および以降の断面模式図においては、図を見やすくするために矩形状の断面における上下方向(以下、「厚み方向」とも称する)と左右方向(以下、「幅方向」とも称する)との長さの差を小さくしているが、実際は当該断面の厚み方向の長さは幅方向の長さに比べて十分に小さい。
FIG. 1 shows a cross section cut in a direction crossing the extending direction of the oxide superconducting wire 1 according to the present embodiment. For this reason, the direction intersecting the paper surface is the longitudinal direction of the oxide superconducting wire 1, and the superconducting current of the
図1を参照して、酸化物超電導線材1は、断面が矩形をなす長尺形状(テープ状)であり、ここでは長尺形状の長手方向に延在する相対的に大きな表面を主面とする。超電導線材1は、基板10と、中間層20と、酸化物超電導層30とを備える。
Referring to FIG. 1, oxide superconducting wire 1 has a long shape (tape shape) having a rectangular cross section. Here, a relatively large surface extending in the longitudinal direction of the long shape is defined as a main surface. To do. Superconducting wire 1 includes
基板10は、たとえば金属からなり、断面が矩形をなす長尺形状(テープ状)とすることが好ましい。基板10は、配向金属基板を用いることがさらに好ましい。なお、配向金属基板とは、基板表面の面内の2軸方向に関して、結晶方位が揃っている基板を意味する。配向金属基板としては、たとえばNi(ニッケル)、Cu(銅)、Cr(クロム)、Mn(マンガン)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、Pd(パラジウム)、Ag(銀)、およびAu(金)のうちの2以上の金属からなる合金が好適に用いられる。これらの金属を他の金属または合金と積層することもでき、たとえば高強度材料であるSUSなどの合金を用いることもできる。なお、基板10の材料は特にこれに限定されず、たとえば金属以外の材料を用いてもよい。
The
中間層20は、基板10の一方の主面上に形成されている。酸化物超電導層30は、中間層20の、基板10と対向する主面と反対側の主面(図1における上側の主面)上に形成されている。
The
中間層20を構成する材料は、たとえばYSZ(イットリア安定化ジルコニア)、CeO2(酸化セリウム)、MgO(酸化マグネシウム)、Y2O3(酸化イットリウム)およびSrTiO3(チタン酸ストロンチウム)などが好ましい。これらの材料は、酸化物超電導層30との反応性が極めて低く、酸化物超電導層30と接触している境界面においても酸化物超電導層30の超電導特性を低下させない。特に、基板10を構成する材料として金属を用いる場合には、表面に結晶配向性を有する基板10と酸化物超電導層30との配向性の差を緩和して、酸化物超電導層30を高温で形成する際に、基板10から酸化物超電導層30への金属原子の流出を防止する役割を果たすことができる。なお、中間層20を構成する材料は特にこれに限定されない。The material constituting the
また、中間層20は、複数の層により構成されていてもよい。中間層20が複数の層により構成される場合、中間層20を構成するそれぞれの層は互いに異なる材質または一部が同じ材質により構成されていてもよい。
The
酸化物超電導層30は、酸化物超電導線材1のうち、超電導電流が流れる薄膜である。酸化物超電導層30は、基板10側に位置する第1の主面30aと、第1の主面30aとは反対側に位置する第2の主面30bとを有する。
The
超電導材料は特に限定されないが、たとえばRE123系の酸化物超電導体とすることが好ましい。RE123系の酸化物超電導体とは、REBa2Cu3OXの組成式で表される超電導体を意味する。上記組成式において、REは、Y(イットリウム)、またはGd(ガドリウム)、Sm(サマリウム)、Ho(ホルミウム)などの希土類元素のうちの1種または2種以上を表す。Xは6〜8、より好ましくは6.8〜7である。Icを向上させるためには、酸化物超電導層30の厚みは1〜4μmであることが好ましい。The superconducting material is not particularly limited. For example, it is preferable to use a RE123-based oxide superconductor. The RE123-based oxide superconductor means a superconductor represented by a composition formula of REBa 2 Cu 3 O X. In the above composition formula, RE represents one or more of rare earth elements such as Y (yttrium), Gd (gadolinium), Sm (samarium), and Ho (holmium). X is 6 to 8, more preferably 6.8 to 7. In order to improve Ic, the thickness of the
なお、図示は省略するが、酸化物超電導線材1は、酸化物超電導層30の第2の主面30b上に、酸化物超電導層30を保護するための保護層が形成されていてもよい。保護層を構成する材料は、たとえば銀(Ag)または銀合金などが好ましい。
Although illustration is omitted, in the oxide superconducting wire 1, a protective layer for protecting the
酸化物超電導線材1はさらに、基板10、中間層20、酸化物超電導層30(および保護層)からなる積層体の周囲を覆うように、安定化層が配置されていてもよい。安定化層は、良導電性の金属材料の箔またはめっき層などからなり、たとえば銅(Cu)または銅合金などが好ましい。安定化層は、積層体の外周のほぼ全面を覆うように配置されていてもよいし、少なくとも積層体の上主面を覆うように配置されていてもよい。
The oxide superconducting wire 1 may further include a stabilization layer so as to cover the periphery of the laminate composed of the
(酸化物超電導線材の製造方法)
次に、図2〜図4を参照して、本実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法について説明する。(Manufacturing method of oxide superconducting wire)
Next, with reference to FIGS. 2-4, the manufacturing method of the oxide superconducting wire which concerns on this embodiment is demonstrated.
図2は、本実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法を説明するためのフローチャートである。図2を参照して、まず、基板準備工程が実施される。具体的には、基板10として、c軸に2軸配向した配向金属基板を準備する。配向金属基板には、IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)基材、Ni−W合金基材、SUS等をベース金属としたクラッドタイプの金属基板等を用いることができる。
FIG. 2 is a flowchart for explaining the manufacturing method of the oxide superconducting wire according to the present embodiment. Referring to FIG. 2, first, a substrate preparation process is performed. Specifically, an oriented metal substrate biaxially oriented to the c axis is prepared as the
次に、中間層形成工程が実施される。具体的には、基板10(配向金属基板)上に中間層20が形成される。たとえば基板10上にY2O3層、YSZ層およびCeO2層が順次形成される。これらの層は、たとえばスパッタ法などの気相法により形成することができるが、MOD法により形成してもよい。Next, an intermediate layer forming step is performed. Specifically, the
次に、超電導層形成工程が実施される。本実施の形態では、MOD法を用いて、中間層20上に酸化物超電導層30を形成する。MOD法には、原料溶液にフッ素を含む有機金属塩を用いるTFA−MOD法(Metal Organic Deposition using TrifluoroAcetates)と、フッ素を含まない有機金属塩を用いるフッ素フリーMOD法(FF−MOD法)とがある。本実施形態では、FF−MOD法を用いる。
Next, a superconducting layer forming step is performed. In this embodiment, the
具体的には、超電導層形成工程は、塗膜形成工程、仮焼成工程、本焼成工程および酸素導入工程を主体として構成される。以下、各工程を説明する。 Specifically, the superconducting layer forming step mainly includes a coating film forming step, a temporary baking step, a main baking step, and an oxygen introduction step. Hereinafter, each process will be described.
(1)塗膜形成工程
最初に、塗膜形成工程が実施される。この塗膜形成工程では、中間層20の表面に無フッ素系の原料溶液を塗布した後、乾燥して所定厚みの塗膜を形成する。(1) Coating film formation process First, a coating film formation process is implemented. In this coating film forming step, a fluorine-free raw material solution is applied to the surface of the
無フッ素系の原料溶液とは、無フッ素系のRE、BaおよびCuの有機金属塩溶液である。有機金属塩溶液として、たとえば金属アセチルアセトナト系の溶液、あるいはナフテン酸系の溶液などを用いることができる。 The fluorine-free raw material solution is a fluorine-free organometallic salt solution of RE, Ba, and Cu. As the organic metal salt solution, for example, a metal acetylacetonate solution or a naphthenic acid solution can be used.
原料溶液は、RE、Ba、Cuの各アセチルアセトナト錯体を、RE、Ba、Cuの組成比(RE:Ba:Cu)がa:2:bとなるように調製して溶媒に溶解することによって作製する。なお、本明細書において、組成比(RE:Ba:Cu)とは、RE、Ba、Cuの原子濃度比(モル比)をいう。MOD法では、原料溶液の組成比を調整することによって、形成される酸化物超電導層30の組成比を制御することができる。
The raw material solution is prepared by dissolving each acetylacetonate complex of RE, Ba, and Cu so that the composition ratio of RE, Ba, and Cu (RE: Ba: Cu) is a: 2: b and dissolving in the solvent. To make. In the present specification, the composition ratio (RE: Ba: Cu) refers to an atomic concentration ratio (molar ratio) of RE, Ba, and Cu. In the MOD method, the composition ratio of the
上記組成比(a:2:b)において、高いピン止めの機能を得るためには、aは1≦a≦2を満たす範囲内で選択することが好ましく、1.5≦a≦2の範囲内で選択することがより好ましい。また上記組成比において、bは3≦b≦3.7を満たす範囲で選択することが好ましく、3.2≦b≦3.7を満たす範囲内で選択することがより好ましい。なお、本実施形態では、原料溶液のRE3+、Ba2+、Cu2+を合わせた総カチオン濃度は1mol/Lとする。In the composition ratio (a: 2: b), in order to obtain a high pinning function, a is preferably selected within a range satisfying 1 ≦ a ≦ 2, and a range of 1.5 ≦ a ≦ 2 It is more preferable to select within the range. In the above composition ratio, b is preferably selected within a range satisfying 3 ≦ b ≦ 3.7, and more preferably selected within a range satisfying 3.2 ≦ b ≦ 3.7. In this embodiment, the total cation concentration of RE 3+ , Ba 2+ and Cu 2+ in the raw material solution is 1 mol / L.
作製した原料溶液を中間層20の表面に塗布する。原料溶液の塗布方法としてはディップ法、ダイコート法などを選択することができる。塗布した原料溶液を乾燥させることにより、塗膜が形成される。塗膜の厚みは5〜30μmであることが好ましい。
The prepared raw material solution is applied to the surface of the
たとえば乾燥温度を100℃以上150℃以下とすることで、塗布した原料溶液から水やアルコールを除去するための加熱処理(乾燥処理)を実施する。この乾燥処理では、たとえば原料溶液が塗布された材料を乾燥炉の内部に配置し、加熱するといった処理を行なう。 For example, by setting the drying temperature to 100 ° C. or more and 150 ° C. or less, a heat treatment (drying treatment) for removing water and alcohol from the applied raw material solution is performed. In this drying process, for example, the material coated with the raw material solution is placed inside the drying furnace and heated.
なお、上記乾燥処理は、上記の原料溶液の塗布処理と連続して実施することができる。たとえば、原料溶液を塗布する処理部にテープ状の基板が通された後、そのまま基板が乾燥炉を通過するように、処理装置を構成してもよい。 In addition, the said drying process can be implemented continuously with the application | coating process of said raw material solution. For example, the processing apparatus may be configured such that after the tape-shaped substrate is passed through the processing unit for applying the raw material solution, the substrate passes through the drying furnace as it is.
(2)仮焼成工程
次に、仮焼成工程が実施される。この仮焼成工程では、前駆体である塗膜から溶媒成分等が除去される。具体的には、大気雰囲気中で400℃以上600℃以下の温度域、たとえば500℃まで塗膜が形成された基板10を加熱し、そのまま一定時間保持する。保持温度はたとえば約90分とする。塗布された有機金属塩溶液が熱分解される。またこのとき、CO2(二酸化炭素)、H2O(水)が離脱することにより有機金属塩溶液から溶媒成分等が除去される。これにより、図3に示すように、前駆体である仮焼膜40aが形成される。仮焼膜40aは非晶質(アモルファス)である。(2) Temporary baking process Next, a temporary baking process is implemented. In this temporary baking step, the solvent component and the like are removed from the coating film that is the precursor. Specifically, the
(3)本焼成工程
次に、本焼成工程が実施される。この本焼成工程では、上記仮焼膜40aを結晶化させて、図4に示す本焼膜40を形成する。(3) Main baking process Next, a main baking process is implemented. In the main firing step, the
具体的には、Ar(アルゴン)およびO2(酸素)の混合雰囲気下、仮焼膜40aが形成された基板10を、800℃以上850℃以下の温度域、たとえば830℃まで加熱する。このときの雰囲気については、酸素濃度を100ppm未満とし、二酸化炭素濃度を10ppm以下とすることができる。この熱処理は処理対象中の炭酸塩を分解することを目的としている。Specifically, the
そして、830℃に雰囲気温度がなったところで、当該温度を所定時間保持する。このときの雰囲気については、酸素濃度をたとえば500〜1500ppmにまで増加することができる。所定時間はたとえば、結晶化した酸化物超電導層30の膜厚1μmにつき2分間の割合となるように、形成しようとする酸化物超電導層30の膜厚に基づいて応じて設定することができる。仮焼膜40aからエピタキシャルに結晶が成長することにより、c軸配向した酸化物超電導相が形成された本焼膜40が形成される。
(4)酸素導入工程
次に、酸素導入工程が実施される。この酸素導入工程では、形成された本焼膜40に酸素を導入するための熱処理を行なう。具体的には、たとえば雰囲気ガスを1気圧、酸素濃度を100%に切替えて、この酸素濃度を保ちつつ、最高加熱温度を550℃として200℃まで3時間かけて徐冷する。このようにして図1に示す酸化物超電導層30が形成される。When the ambient temperature reaches 830 ° C., the temperature is maintained for a predetermined time. For the atmosphere at this time, the oxygen concentration can be increased to, for example, 500 to 1500 ppm. The predetermined time can be set according to the thickness of the
(4) Oxygen introduction process Next, an oxygen introduction process is carried out. In this oxygen introduction process, a heat treatment for introducing oxygen into the formed
なお、上記の塗膜形成工程、仮焼成工程、本焼成工程および酸素導入工程を繰り返し実施することによって、図5に示されるように、複数の本焼膜40を積層(図5では3層)することにより、酸化物超電導層30を形成することができる。この場合、本焼成工程の際に、積層させた本焼膜40同士の界面に、ピンとして作用する欠陥層が形成される。積層数は、作製しようとする酸化物超電導線材の仕様等に基づき適宜設定される。
In addition, by repeatedly performing the above-described coating film forming step, provisional baking step, main baking step and oxygen introduction step, a plurality of
(酸化物超電導線材の基本構造)
次に、本実施形態に係る酸化物超電導線材の基本構造について説明する。(Basic structure of oxide superconducting wire)
Next, the basic structure of the oxide superconducting wire according to this embodiment will be described.
(酸化物超電導層の三次元構造)
図6は、本実施形態に係る酸化物超電導線材1における酸化物超電導層30の構成を示す模式図である。図7は、図6の超電導材料層30を矢印VII方向から見た部分拡大図である。(Three-dimensional structure of oxide superconducting layer)
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the
図6および図7を参照して、酸化物超電導層30は、酸化物超電導相32と、非超電導相34とを含んで構成される。非超電導相34は、RE2O3(RE酸化物)およびCuO(酸化銅)など、結晶中から析出した析出物(酸化物粒子)を含んでいる。Referring to FIGS. 6 and 7,
非超電導相34は、酸化物超電導相32中に分散して配置された複数の粒子を構成している。これら複数の粒子には1つ以上の凹凸を有するものが含まれる。粒子の形状については後述する。
The
図7を参照して、酸化物超電導相32は、上記粒子を囲むように構成されたスピノーダル分解型構造を有している。具体的には、網目状の層である酸化物超電導相32aおよび32bが繋がることよって、実質的に三次元網目状の構造が形成されている。スピノーダル分解型構造は、少なくとも、酸化物超電導線材1の延在方向に連続している。そのため、酸化物超電導相32では、非超電導相34によって超電導電流の流れが妨げられることがない。したがって、酸化物超電導層30は、長尺全体に亘って安定した超電導特性を有する。
Referring to FIG. 7, the
非超電導相34は、酸化物超電導相32の内部に侵入した磁束線を捕捉して固定(ピン止め)する機能を有する。このため、酸化物超電導相32中に分散している非超電導相34は、酸化物超電導相32に流れる超電導電流の磁場依存性を改善する役割を有する。
The
本実施形態では、非超電導相34である析出物が1つ以上の凹凸を有する粒子となっている。そのため、当該粒子はその表面に三次元的にあらゆる角度を持つ曲面を有しており、この曲面がピンとして作用する。当該粒子が酸化物超電導相32中に分散していることで、様々な角度を持つピンを酸化物超電導相32内に効率的に分布させることができる。この結果、ピン止めの機能を高めることができる。
In the present embodiment, the precipitate that is the
従来の酸化物超電導線材において、酸化物超電導層中に形成される析出物は専ら球状または柱状の粒子であった。球状または柱状の粒子であっても、その表面に三次元的に様々な角度を持つ曲面を有しているが、本実施形態のような凹凸のある粒子に比べると、1個の粒子が持つ曲面のバリエーションが乏しいため、ピンとしての機能が劣ると考えられる。そのため、本実施形態と同様、酸化物超電導相中に粒子が分散した構造であっても、ピンが効率良く分布しているとは言い難い。したがって、高いピン止めの機能が得ることが容易ではないと考えられる。 In the conventional oxide superconducting wire, precipitates formed in the oxide superconducting layer are exclusively spherical or columnar particles. Even a spherical or columnar particle has a curved surface with various angles three-dimensionally on its surface, but one particle has as compared with an uneven particle as in this embodiment. It is thought that the function as a pin is inferior due to the lack of variations in the curved surface. Therefore, as in this embodiment, even if the structure is such that particles are dispersed in the oxide superconducting phase, it is difficult to say that the pins are efficiently distributed. Therefore, it is not easy to obtain a high pinning function.
本発明者らは、MOD法を用いた超電導層形成工程において、原料溶液の組成および本焼成工程での熱処理条件について検討した結果、スピノーダル分解型構造を有する酸化物超電導相32中に、1つ以上の凹凸を有する粒子からなる非超電導相34が分散配置された酸化物超電導層30を作製できることを確認した。これにより、酸化物超電導相32を断絶させることなく、ピンとして十分に機能する非超電導相34が適切に分散された酸化物超電導層30を得ることができるため、JcやIcがより向上した酸化物超電導線材を実現できる。
As a result of examining the composition of the raw material solution and the heat treatment conditions in the main firing step in the superconducting layer forming step using the MOD method, the present inventors have found that one in the
ここで、図6および図7に示されるスピノーダル分解型構造は、例えば、酸化物超電導線材1についてX線マイクロCT装置(X-ray Micro Computerized Tomography)を用いた三次元観察を行なうことによって確認することができる。なお、X線マイクロCT装置については、近年、μmオーダーの分解能で分析能力を有するものが開発されている(例えば、安田他4名、「X線マイクロトモグラフィーを用いた凝固・結晶成長組織の3次元観察」、放射光、第16巻第2号(2003)参照)。これによれば、硬X線領域で高輝度単色光が得られる放射光(SPring−8)および高分解能検出器を用いたSP−μCTを用いて、金属、セラミックスの結晶成長・凝固組織を三次元で観察することができる。 Here, the spinodal decomposition type structure shown in FIG. 6 and FIG. 7 is confirmed by, for example, performing three-dimensional observation of the oxide superconducting wire 1 using an X-ray micro computerized tomography (X-ray). be able to. In recent years, an X-ray micro CT apparatus having an analysis capability with a resolution of the order of μm has been developed (for example, 4 Yasuda et al., “3 of solidification / crystal growth structure using X-ray micro tomography”). Dimensional observation ", synchrotron radiation, Vol. 16, No. 2 (2003)). According to this, the crystal growth and solidification structure of metals and ceramics is tertiary by using synchrotron radiation (SPring-8) that can obtain high-intensity monochromatic light in the hard X-ray region and SP-μCT using a high-resolution detector. It can be observed in the original.
本実施形態では、酸化物超電導層30から1.5μm角の立方体形状を有する試料を作成し、上記のX線マイクロCT装置を用いてこの試料の三次元観察を行なった。そして、得られた三次元データに基づいて、酸化物超電導層30中に存在する酸化物超電導相32の体積、および酸化物超電導層30中に存在する非超電導相34の体積をそれぞれ算出した。なお、本明細書において、非超電導相34の体積とは、X線マイクロCT装置を用いた三次元観察により検出し得る全粒子の合計体積をいう。
In the present embodiment, a sample having a cubic shape of 1.5 μm square was prepared from the
三次元観察の結果、ピンとして十分に機能する非超電導相34が適切に分散されたスピノーダル分解型構造を得るためには、酸化物超電導層30における酸化物超電導相32の体積率は、48%以上83%以下であることが好ましいことが確認された。なお、本明細書において、酸化物超電導層30における酸化物超電導相32の体積率とは、酸化物超電導層30の体積に対する酸化物超電導相32の体積の割合をいう。
As a result of three-dimensional observation, in order to obtain a spinodal decomposition type structure in which the
なお、上記の酸化物超電導相32の体積率が48%以上83%以下となる構造とは、酸化物超電導相32に対する非超電導相34の体積比(非超電導相34の体積/酸化物超電導相32の体積)で表現すると、体積比が0.2以上1.1以下となるような構造である。
Note that the structure in which the volume fraction of the
酸化物超電導相32の体積率が48%以上であることが好ましいのは、酸化物超電導相32の体積率が48%よりも低くなると、言い換えれば、酸化物超電導相32に対する非超電導相34の体積比が1.1よりも高くなると、非超電導相34が過剰となり、スピノーダル分解型構造において部分的な途切れが生じることによると考えられる。スピノーダル分解型構造が途切れることで、酸化物超電導線材1の延在方向に不連続となり、超電導電流を流れ難くする可能性があるためである。
The volume fraction of the
一方、酸化物超電導相32の体積率が83%以下であることが好ましいのは、酸化物超電導相32の体積率が83%よりも高くなると、言い換えれば、酸化物超電導相32に対する非超電導相34の体積比が0.2よりも低くなると、非超電導相34が過少となり、ピン止めの機能を十分に発揮できないことによると考えられる。
On the other hand, the volume fraction of the
(酸化物超電導層の断面構造)
酸化物超電導層30の断面構造は、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)または、走査透過型電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscope)によって、上記試料の断面を観察することで確認することができる。(Cross-sectional structure of oxide superconducting layer)
The cross-sectional structure of the
SEMとしては、たとえば日立ハイテクノロジーズ社製のSU3500を用いることができる。試料分析領域は、たとえば2μm×2μmである。加速電圧は、たとえば15kVである。プローブ電流は、たとえば0.5pAである。TEMとしては、たとえば日立ハイテクノロジーズ社製のHT7700を用いることができる。試料分析領域は、たとえば2μm×2μm×0.1μmである。加速電圧は、たとえば200kVである。STEMとしては、たとえば日本電子社製のJEM−ARM200Fを用いることができる。試料分析領域は、たとえば2μm×2μmである。加速電圧は、たとえば100kVである。 As the SEM, for example, SU3500 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation can be used. The sample analysis area is 2 μm × 2 μm, for example. The acceleration voltage is 15 kV, for example. The probe current is 0.5 pA, for example. As the TEM, for example, HT7700 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation can be used. The sample analysis area is, for example, 2 μm × 2 μm × 0.1 μm. The acceleration voltage is 200 kV, for example. As the STEM, for example, JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd. can be used. The sample analysis area is 2 μm × 2 μm, for example. The acceleration voltage is 100 kV, for example.
図8は、断面観察で確認され得る酸化物超電導層30の二次元構造を示す模式図である。図8に示されるように、酸化物超電導相32中には、非超電導相34を構成する大小様々なサイズを有する粒子が分散している。これらの粒子を囲むように、酸化物超電導相32がスピノーダル分解型構造(図6および図7参照)を形成している。各粒子の断面形状の面積および周長は、電子顕微鏡で得られた像(二次元平面投影像)を実測することによって算出することができる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a two-dimensional structure of the
本実施形態に係る酸化物超電導線材1において、酸化物超電導相32中に含まれる粒子1個当たりの断面積は0.005μm2以上1μm2以下であることが好ましい。粒子のサイズが小さすぎると、ピンとしての機能を十分に発揮させることができない。一方、粒子のサイズが大きすぎると、酸化物超電導線材1の超電導特性に悪影響を与える虞がある。In the oxide superconducting wire 1 according to this embodiment, the cross-sectional area per particle contained in the
また、酸化物超電導層30の単位断面積当たりの非超電導相34の面積率は40%以上であることが好ましい。非超電導相34の面積率が低すぎると、十分な量の粒子を得ることができず、ピンとしての機能を十分に発揮させることができない。なお、本明細書において、酸化物超電導層30の単位断面積当たりの非超電導相34の面積率とは、1μm四方の観察領域の面積(1μm2)に対する非超電導相34の面積の割合をいう。非超電導相34の面積とは、上記観察領域内に検出される全粒子の断面積の合計値をいう。The area ratio of the
ここで、酸化物超電導層30の断面観察では、少なくとも一部の粒子が、断面形状に複数の変曲点を有することが確認された。なお、本明細書において、変曲点とは、1個の粒子の断面形状を形成する曲線において曲率が変化する点をいう。このような断面形状に複数の変曲点をもつ粒子は、1.5μm四方の観察領域において、複数の粒子が占める領域の合計面積を算出した場合に、この合計面積のうち50%以上を占めていることが確認された。
Here, in the cross-sectional observation of the
上記の断面形状に複数の変曲点を持つ粒子について、1個の粒子の断面形状の面積をS(単位:μm2)とし、周長をL(単位:μm)とすると、L/Sは1個の粒子における断面形状の面積Sに対する周長Lの比率を表している。このL/Sとは粒子の断面形状の歪さを示す指標の1つである。たとえば、粒子の断面形状が半径1μmの真円である場合、すなわち、断面形状に変曲点を持たない場合には、L/S=2μm−1となる。一方、断面形状に変曲点が現われると、L/Sの値が大きくなるとともに、粒子の断面形状が歪になってくる。With respect to the particles having a plurality of inflection points in the cross-sectional shape, assuming that the area of the cross-sectional shape of one particle is S (unit: μm 2 ) and the circumference is L (unit: μm), L / S is The ratio of the circumference L with respect to the area S of the cross-sectional shape in one particle is represented. This L / S is one of the indices indicating the distortion of the cross-sectional shape of the particles. For example, when the cross-sectional shape of the particle is a perfect circle with a radius of 1 μm, that is, when the cross-sectional shape does not have an inflection point, L / S = 2 μm −1 . On the other hand, when an inflection point appears in the cross-sectional shape, the value of L / S increases and the cross-sectional shape of the particles becomes distorted.
本実施形態に係る酸化物超電導線材1において、L/Sは20μm−1以上50μm−1以下であることが好ましい。粒子の断面形状が歪になることで、粒子の表面にピンとして作用する曲面が増えるため、ピン止めの機能が高められることによる。In the oxide superconducting wire 1 according to this embodiment, L / S is preferably 20 μm −1 or more and 50 μm −1 or less. This is because, since the cross-sectional shape of the particles becomes distorted, the curved surface acting as a pin increases on the surface of the particle, and thus the pinning function is enhanced.
(X線回折)
本実施形態に係る酸化物超電導線材1に含まれる酸化物超電導層30は、X線回折(XRD:X-ray Diffraction)測定において、RE2O3(222)面のピーク強度をIRE2O3(222)とし、REBa2Cu3Ox(003)面のピーク強度をIREBa2Cu3Ox(003)とすると、ピーク強度比IRE2O3(222)/(IRE2O3(222)+IREBa2Cu3Ox(003))が0.05以上であることが好ましい。(X-ray diffraction)
The
RE2O3(222)面のピーク強度IRE2O3(222)は、RE2O3の粒子サイズに影響を受ける。RE2O3の粒子サイズが小さい場合にはピーク強度IRE2O3(222)が低くなり、結果的にピーク強度比は小さくなる。逆に、RE2O3の粒子サイズが大きい場合にはピーク強度IRE2O3(222)が高くなり、結果的にピーク強度比は大きくなる。ピーク強度比が0.05以上であれば、RE2O3の粒子は、ピンとして機能するのに十分な大きさを有していると考えられる。The peak intensity IRE 2 O 3 (222) of the RE 2 O 3 (222) plane is affected by the particle size of RE 2 O 3 . When the particle size of RE 2 O 3 is small, the peak intensity IRE 2 O 3 (222) is low, and as a result, the peak intensity ratio is small. On the other hand, when the particle size of RE 2 O 3 is large, the peak intensity IRE 2 O 3 (222) increases, and as a result, the peak intensity ratio increases. If the peak intensity ratio is 0.05 or more, the RE 2 O 3 particles are considered to have a sufficient size to function as a pin.
XRD測定において、X線発生装置としては、たとえばBruker社製のD8を用いることができる。X線源としてはCuのKα線を用いる。出力を40kV、40mAとしてX線を発生させる。スキャン方式はθ−2θ連続方式であり、スキャン範囲2θを15°〜48°とする。測定時間を60secに設定する。 In the XRD measurement, for example, D8 manufactured by Bruker can be used as the X-ray generator. As the X-ray source, Cu Kα ray is used. X-rays are generated with an output of 40 kV and 40 mA. The scan method is a θ-2θ continuous method, and the scan range 2θ is 15 ° to 48 °. Set the measurement time to 60 sec.
ピーク強度は、得られたX線回折プロファイルから明瞭な回折ピーク成分を除いたバックグラウンド成分を差し引いた後、各物質に帰属するピーク成分に対してカーブフィッティングを行なうことにより算出することができる。このとき得られたカーブの最大値をピーク強度とする。 The peak intensity can be calculated by subtracting a background component excluding a clear diffraction peak component from the obtained X-ray diffraction profile and then performing curve fitting on the peak component belonging to each substance. The maximum value of the curve obtained at this time is defined as the peak intensity.
たとえば、REがGdである場合、Gd2O3に帰属するピーク成分(2θ=28.6°)に対するカーブフィッティングにより、ピーク強度IGd2O3(222)を算出する。また、GdBa2Cu3Oxに帰属するピーク成分(2θ=22.8°)に対するカーブフィッティングにより、ピーク強度IREBa2Cu3Ox(003)を算出する。そして、算出されたピーク強度に基づいて、ピーク強度比IGd2O3(222)/(IGD2O3(222)+IGdBa2Cu3Ox(003))を算出する。For example, when RE is Gd, the peak intensity IGd 2 O 3 (222) is calculated by curve fitting with respect to the peak component (2θ = 28.6 °) belonging to Gd 2 O 3 . Further, the curve fitting for the peak component attributable to GdBa 2 Cu 3 O x (2θ = 22.8 °), to calculate a peak intensity IREBa 2 Cu 3 O x (003 ). Then, based on the calculated peak intensity, a peak intensity ratio IGd 2 O 3 (222) / (IGD 2 O 3 (222) + IGdBa 2 Cu 3 O x (003)) is calculated.
(酸化物超電導層の組成比)
本実施形態に係る酸化物超電導線材1は、酸化物超電導層30におけるREおよびBaの組成比(RE:Ba)をa:2とすると、aは1以上2以下であることが好ましい。なお、本明細書において、REおよびBaの組成比とは、REおよびBaの原子濃度比(モル比)をいう。(Composition ratio of oxide superconducting layer)
In the oxide superconducting wire 1 according to the present embodiment, when the composition ratio (RE: Ba) of RE and Ba in the
REおよびBaの組成比(RE:Ba)は、たとえば、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)を用いた元素マッピングにより算出することができる。 The composition ratio of RE and Ba (RE: Ba) can be calculated, for example, by element mapping using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX).
具体的には、断面観察用試料を、たとえば集束イオンビーム装置(FIB:Focused Ion Beam system)を用いて作製する。SEM(装置名:SU3500、日立ハイテクノロジーズ社製)にEDX装置(装置名:X−MaxN、オクスフォード社製)を取り付けたものを用いて、当該試料の断面におけるREおよびBaの分布状態を測定する。測定条件は、加速電圧を10〜15kVとし、測定エリアを2μm×2μmとする。酸化物超電導層30の厚み方向におけるRE原子濃度の分布、および厚み方向に垂直な方向におけるRE原子濃度の分布に基づいて、酸化物超電導層30における平均RE原子濃度を算出する。同様にして、酸化物超電導層30の厚み方向におけるBa原子濃度の分布、および厚み方向に垂直な方向におけるBa原子濃度の分布に基づいて、酸化物超電導層30における平均Ba原子濃度を算出する。そして、平均RE原子濃度および平均Ba濃度の比を、REおよびBaの組成比(RE:Ba)として算出する。Specifically, the cross-sectional observation sample is manufactured using, for example, a focused ion beam system (FIB). Using a SEM (device name: SU3500, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) with an EDX device (device name: X-Max N , manufactured by Oxford), the distribution state of RE and Ba in the cross section of the sample is measured. To do. The measurement conditions are an acceleration voltage of 10 to 15 kV and a measurement area of 2 μm × 2 μm. Based on the distribution of the RE atom concentration in the thickness direction of the
ここで、一般的なRE123系酸化物超電導体では、REおよびBaの組成比(RE:Ba)が1:2である。本実施形態では、この一般的なRE123系酸化物超電導体に比べて、RE原子濃度を高くすることができる。RE原子濃度を高くすることで、析出物であるRE2O3を、上述した1つ以上の凹凸を有する粒子の形状とすることができる。Here, in a general RE123-based oxide superconductor, the composition ratio (RE: Ba) of RE and Ba is 1: 2. In this embodiment, the RE atom concentration can be made higher than that of this general RE123-based oxide superconductor. By increasing the RE atom concentration, the precipitates RE 2 O 3 can be formed into the shape of particles having one or more irregularities as described above.
さらに酸化物超電導層30を厚膜化する場合には、aは1.5以上2以下であることがより好ましい。Icを向上させるために酸化物超電導層30を厚膜化する方法として、一般的には、厚膜の仮焼膜を作製した後、本焼成処理を施すことにより、厚膜の酸化物超電導層を形成させることが行なわれている。しかしながら、形成された厚膜の本焼膜の内部まで酸素を十分に導入させることができないため、結果的にJcの低下を招き、厚膜化に比例したIcの伸びを得ることができなかった。
Furthermore, when the
本実施形態では、一般的なRE123系酸化物超電導体に比べてRE原子濃度を高くしたことで、より多くの析出物(RE2O3)を酸化物超電導層30中に導入することができる。In this embodiment, since the RE atom concentration is higher than that of a general RE123-based oxide superconductor, more precipitates (RE 2 O 3 ) can be introduced into the
酸化物超電導層30の内部において、析出物(酸化物粒子)と酸化物超電導相32との界面は酸素拡散の経路となる。したがって、酸化物超電導層30に導入される析出物を増やすことによって、酸化物超電導相32に拡散される酸素も増加させることができる。これにより、厚膜の酸化物超電導層30の内部まで酸素を効率的に導入することが可能となる。この結果、厚膜化に比例して、十分に高いIcを有する酸化物超電導層30を形成することができる。
In the
また本実施形態に係る酸化物超電導線材1は、酸化物超電導層30におけるBaおよびCuの組成比(Ba:Cu)を2:bとすると、bは3以上3.7以下であることが好ましい。なお、本明細書において、BaおよびCuの組成比とは、BaおよびCuの原子濃度比(モル比)をいう。酸化物超電導層30中におけるBaおよびCuの組成比(Ba:Cu)は、上述したREおよびBaの組成比と同様の方法を用いて算出することができる。
Further, in the oxide superconducting wire 1 according to the present embodiment, when the composition ratio of Ba and Cu (Ba: Cu) in the
一般的なRE123系酸化物超電導体では、BaおよびCuの組成比(Ba:Cu)が2:3である。本実施形態では、この一般的なRE123系酸化物超電導体に比べて、Cu原子濃度を高くすることができる。Cu原子濃度を高くすることで、析出物であるCuOを、上述した1つ以上の凹凸を有する粒子の形状とすることができる。なお、ピンとしての機能を十分に発揮させるためには、bは3.2以上3.7以下であることがより好ましい。 In a general RE123-based oxide superconductor, the composition ratio of Ba and Cu (Ba: Cu) is 2: 3. In the present embodiment, the Cu atom concentration can be increased as compared with this general RE123-based oxide superconductor. By increasing the Cu atom concentration, the precipitate CuO can be made into the shape of the particles having one or more irregularities described above. In addition, in order to fully exhibit the function as a pin, it is more preferable that b is 3.2 or more and 3.7 or less.
またCu原子濃度を高くすることによって、上述したRE原子濃度を高くする場合と同様に、酸化物超電導層30中に導入される析出物を増やすことができる。このため、厚膜の酸化物超電導層の内部まで酸素を効率的に導入することが可能となる。よって、厚膜化に比例して、十分に高いIcを有する酸化物超電導層を形成することができる。
Further, by increasing the Cu atom concentration, the amount of precipitates introduced into the
ここで、酸化物超電導層30におけるCu原子濃度については、第2の主面30b側のCu原子濃度が第1の主面30a側のCu原子濃度よりも高いことが好ましい。
Here, regarding the Cu atom concentration in the
上記のとおり、Cu原子濃度を高くすることで、酸化物超電導層30中に酸素を効率的に導入することができるが、その一方で、形成される析出物(CuO)が多くなりすぎると、酸化物超電導層30における酸化物超電導相32の体積率が減少するため、却って超電導特性が低下する可能性がある。
As described above, by increasing the Cu atom concentration, oxygen can be efficiently introduced into the
本実施形態では、第2の主面30b側のCu原子濃度を第1の主面30a側のCu原子濃度よりも高くすることによって、第2の主面30b側、すなわち、酸化物超電導層30の表面側に形成される析出物(CuO)を、酸化物超電導層30の内部に形成される析出物よりも増加させる。これにより、表面側から酸素を効率的に導入しつつ、酸化物超電導層30の内部では酸化物超電導相32の体積率の減少を抑えることができる。したがって、超電導特性を低下させることなく、酸素を効率的に導入することが可能となる。
In the present embodiment, by setting the Cu atom concentration on the second
なお、上述したREおよびBaの組成比(RE:Ba)およびBaおよびCuの組成比(Ba:Cu)はいずれも、塗膜形成工程において原料溶液を作製する際に、RE、Ba、Cuの組成比を調整することによって実現することができる。 The above-mentioned composition ratio of RE and Ba (RE: Ba) and the composition ratio of Ba and Cu (Ba: Cu) are both those of RE, Ba, and Cu when the raw material solution is prepared in the coating film forming step. It can be realized by adjusting the composition ratio.
また、上述した第2の主面30b側のCu原子濃度を第1の主面30a側のCu原子濃度よりも高くするという構成は、たとえば、図5に示したように、複数の本焼膜40を積層することによって酸化物超電導層30を形成する構成において、最上層の本焼膜40を形成するための原料溶液におけるCu原子濃度を、下層の本焼膜40を形成するための原料溶液におけるCu原子濃度よりも高くすることで実現することができる。
The above-described configuration in which the Cu atom concentration on the second
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.
1 酸化物超電導線材、10 基板、20 中間層、30 酸化物超電導層、32,32a,32b 酸化物超電導相、34 非超電導相、40 本焼膜 40a 仮焼膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxide superconducting wire, 10 board | substrate, 20 intermediate | middle layer, 30 oxide superconducting layer, 32, 32a, 32b oxide superconducting phase, 34 non-superconducting phase, 40 this fired
Claims (7)
前記基板上に形成された酸化物超電導層とを備え、
前記酸化物超電導層は、酸化物超電導相および非超電導相を含み、
前記非超電導相は、前記酸化物超電導相中に分散配置された複数の粒子を構成し、
前記複数の粒子のうちの少なくとも一部の粒子は1つ以上の凹凸を有し、
前記酸化物超電導相は、前記粒子を囲むように構成されたスピノーダル分解型構造を有し、
前記スピノーダル分解型構造は、少なくとも前記酸化物超電導線材の延在方向に連続している、酸化物超電導線材。 A substrate,
An oxide superconducting layer formed on the substrate,
The oxide superconducting layer includes an oxide superconducting phase and a non-superconducting phase,
The non-superconducting phase constitutes a plurality of particles dispersedly arranged in the oxide superconducting phase,
At least some of the plurality of particles have one or more irregularities,
The oxide superconducting phase, have a configured spinodal decomposition structure so as to surround the particles,
The oxide superconducting wire, wherein the spinodal decomposition structure is continuous at least in the extending direction of the oxide superconducting wire.
前記非超電導相は、RE2O3を含み、
X線回折測定によるRE2O3(222)面のピーク強度をIRE2O3(222)とし、REBa2Cu3OX(003)面のピーク強度をIREBa2Cu3OX(003)とすると、ピーク強度比IRE2O3(222)/(IRE2O3(222)+IREBa2Cu3OX(003))が0.05以上である、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材。 The oxide superconducting layer comprises a RE123-based superconductor represented by a composition formula of REBa 2 Cu 3 O X (wherein RE represents one or more of rare earth elements),
The non-superconducting phase comprises RE 2 O 3 ;
The peak intensity of the RE 2 O 3 (222) plane by X-ray diffraction measurement is IRE 2 O 3 (222), and the peak intensity of the REBa 2 Cu 3 O X (003) plane is IREBa 2 Cu 3 O X (003). Then, the peak intensity ratio IRE 2 O 3 (222) / (IRE 2 O 3 (222) + IREBa 2 Cu 3 O X (003)) is 0.05 or more, and any one of claims 1 to 5 The oxide superconducting wire according to Item.
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