JP6318284B1 - Superconducting wire - Google Patents
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Abstract
【課題】層の剥離等の損傷による劣化が起こりにくい超電導線材を提供する。【解決手段】テープ状の基材に中間層を介して超電導層が形成された超電導積層体15と、超電導積層体15の少なくとも一部を覆う安定化層16とを備えた超電導線材10。安定化層16は、内部の残留応力F1,F2が引張応力である。【選択図】図2The present invention provides a superconducting wire that is unlikely to deteriorate due to damage such as layer peeling. A superconducting wire comprising: a superconducting laminate in which a superconducting layer is formed on a tape-like substrate via an intermediate layer; and a stabilizing layer covering at least a part of the superconducting laminate. In the stabilization layer 16, internal residual stresses F1 and F2 are tensile stresses. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、超電導線材に関する。 The present invention relates to a superconducting wire.
超電導線材(例えばY系酸化物超電導線材)は電流損失が低いため、電力供給用ケーブル、磁気コイル等として使用されている(例えば、特許文献1を参照)。超電導線材は、コイル化後、冷却の際に含浸材と線材との熱収縮率の差を原因とする剥離応力により劣化する可能性がある。また、前記超電導線材は、コイルの製造過程で巻き枠の鍔部、送出(または巻取)リールの鍔部などと接触することにより、エッジ部において積層構造体の一部の層に剥離等の損傷が生じ、損傷部分から劣化が進行する可能性がある。 Superconducting wires (for example, Y-based oxide superconducting wires) have low current loss and are used as power supply cables, magnetic coils, and the like (see, for example, Patent Document 1). The superconducting wire may be deteriorated by peeling stress caused by the difference in thermal shrinkage between the impregnated material and the wire after cooling after coiling. In addition, the superconducting wire is brought into contact with the flange part of the winding frame, the reel part of the delivery (or take-up) reel, etc. in the manufacturing process of the coil, so that a part of the laminated structure is peeled off at the edge part. Damage may occur and deterioration may progress from the damaged part.
本発明の一態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、層の剥離等の損傷による劣化が起こりにくい超電導線材を提供することを課題とする。 One embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a superconducting wire that is unlikely to deteriorate due to damage such as layer peeling.
本発明の一態様は、テープ状の基材に中間層を介して超電導層が形成された超電導積層体と、前記超電導積層体の少なくとも一部を覆う安定化層とを備え、前記安定化層は、内部の残留応力が引張応力である、超電導線材を提供する。
前記安定化層のうち前記超電導積層体の側面を覆う側面部における残留応力は、前記超電導積層体の厚さ方向に沿う引張応力であることが好ましい。
前記残留応力は、0.2MPa以上であることが好ましい。
前記安定化層は、めっき層であることが好ましい。
One aspect of the present invention includes a superconducting laminate in which a superconducting layer is formed on a tape-like substrate via an intermediate layer, and a stabilizing layer covering at least a part of the superconducting laminate, and the stabilizing layer Provides a superconducting wire whose internal residual stress is tensile stress.
It is preferable that the residual stress in the side surface portion covering the side surface of the superconducting laminate in the stabilization layer is a tensile stress along the thickness direction of the superconducting laminate.
The residual stress is preferably 0.2 MPa or more.
The stabilization layer is preferably a plating layer.
本発明の一態様によれば、安定化層の内部の残留応力が引張応力であるため、超電導積層体には、残留応力と反対方向の反発力が生じる。そのため、例えば超電導積層体の剥離応力が緩和され、酸化物超電導層等の剥離等の破損を回避することができる。よって、前記破損による劣化を防ぐことができる。 According to one aspect of the present invention, since the residual stress inside the stabilization layer is a tensile stress, a repulsive force in the direction opposite to the residual stress is generated in the superconducting laminate. Therefore, for example, the peeling stress of the superconducting laminate is relaxed, and damage such as peeling of the oxide superconducting layer can be avoided. Therefore, deterioration due to the damage can be prevented.
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。 Hereinafter, based on a preferred embodiment, the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施形態の酸化物超電導線材(超電導線材)の構造を示す概略図である。図1は、酸化物超電導線材10の長手方向に垂直な断面の構造を模式的に示している。
図1に示すように、本実施形態の酸化物超電導線材10は、超電導積層体15と、安定化層16とを備えている。
超電導積層体15は、基材11上に中間層12を介して酸化物超電導層13および保護層14が形成された構造を有する。詳しくは、超電導積層体15は、テープ状の基材11の一方の面上に、中間層12と酸化物超電導層13と保護層14がこの順に積層された構成を有する。
以下、必要に応じてXY座標系に基づいて各方向の説明を行う。Y方向は、酸化物超電導線材10の厚さ方向であり、基材11、中間層12、酸化物超電導層13、保護層14等の各層が積層される方向である。X方向は、酸化物超電導線材10の幅方向であり、酸化物超電導線材10の長手方向および厚さ方向に垂直な方向である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the structure of an oxide superconducting wire (superconducting wire) according to an embodiment. FIG. 1 schematically shows the structure of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the oxide
As shown in FIG. 1, the oxide
The
Hereinafter, each direction will be described based on the XY coordinate system as necessary. The Y direction is the thickness direction of the oxide
基材11は、テープ状であり、例えば金属で形成されている。基材11を構成する金属の具体例として、ハステロイ(登録商標)に代表されるニッケル合金;ステンレス鋼;ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ni−W合金などが挙げられる。基材11の厚さは、目的に応じて適宜調整すればよく、例えば10〜500μmの範囲である。
The
中間層12は、基材11と酸化物超電導層13との間に設けられる。中間層12は、基材11の一方の主面11aに形成される。中間層12は、多層構成でもよく、例えば基材11側から酸化物超電導層13側に向かう順で、拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層等を有してもよい。これらの層は必ずしも1層ずつ設けられるとは限らず、一部の層を省略する場合や、同種の層を2以上繰り返し積層する場合もある。
The
拡散防止層は、基材11の成分の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層13側に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層は、例えば、Si3N4、Al2O3、GZO(Gd2Zr2O7)等から構成される。拡散防止層の厚さは、例えば10〜400nmである。
The diffusion preventing layer has a function of suppressing a part of the components of the
拡散防止層の上には、基材11と酸化物超電導層13との界面における反応を低減し、その上に形成される層の配向性を向上するためにベッド層を形成してもよい。ベッド層の材質としては、例えばY2O3、Er2O3、CeO2、Dy2O3、Eu2O3、Ho2O3、La2O3等が挙げられる。ベッド層の厚さは、例えば10〜100nmである。
A bed layer may be formed on the diffusion preventing layer in order to reduce the reaction at the interface between the
配向層は、その上のキャップ層の結晶配向性を制御するために2軸配向する物質から形成される。配向層の材質としては、例えば、Gd2Zr2O7、MgO、ZrO2−Y2O3(YSZ)、SrTiO3、CeO2、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、Zr2O3、Ho2O3、Nd2O3等の金属酸化物を例示することができる。配向層はIBAD(Ion-Beam-Assisted Deposition)法で形成することが好ましい。 The orientation layer is formed from a biaxially oriented material in order to control the crystal orientation of the cap layer thereon. Examples of the material of the alignment layer include 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 , Examples thereof include metal oxides such as Zr 2 O 3 , Ho 2 O 3 , and Nd 2 O 3 . The alignment layer is preferably formed by an IBAD (Ion-Beam-Assisted Deposition) method.
キャップ層は、上述の配向層の表面に成膜されて、結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料からなる。キャップ層の材質としては、例えば、CeO2、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、ZrO2、YSZ、Ho2O3、Nd2O3、LaMnO3等が挙げられる。キャップ層の厚さは、50〜5000nmの範囲が挙げられる。 The cap layer is formed on the surface of the above-described alignment layer, and is made of a material that allows crystal grains to self-align in the in-plane direction. The material of the cap layer, for example, CeO 2, Y 2 O 3 , Al 2 O 3, Gd 2 O 3, ZrO 2, YSZ, Ho 2 O 3, Nd 2 O 3, LaMnO 3 , and the like. Examples of the thickness of the cap layer include a range of 50 to 5000 nm.
酸化物超電導層13は、酸化物超電導体から構成される。酸化物超電導体としては、特に限定されないが、例えば一般式REBa2Cu3OX(RE123)で表されるRE−Ba−Cu−O系酸化物超電導体が挙げられる。希土類元素REとしては、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luのうちの1種又は2種以上が挙げられる。中でも、Y、Gd、Eu、Smの1種か、又はこれら元素の2種以上の組み合わせが好ましい。一般に、Xは、7−x(酸素欠損量x:約0〜1程度)である。酸化物超電導層13の厚さは、例えば0.5〜5μm程度である。この厚さは、長手方向に均一であることが好ましい。
酸化物超電導層13は、中間層12の主面12a(基材11側とは反対の面)に形成されている。
The
The
保護層14は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、酸化物超電導層13と保護層14の上に設けられる層との間で起こる化学反応を抑制する等の機能を有する。保護層14の材質としては、例えば銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、金と銀との合金、その他の銀合金、銅合金、金合金などが挙げられる。保護層14は、少なくとも酸化物超電導層13の主面13a(中間層12側とは反対の面)を覆っている。
The
保護層14は、酸化物超電導層13の側面、中間層12の側面、基材11の側面及び裏面から選択される領域の一部または全部を覆ってもよい。保護層14は2種以上又は2層以上の金属層から構成されてもよい。保護層14の厚さは、特に限定されないが、例えば1〜30μm程度が挙げられる。
The
超電導積層体15の長手方向に垂直な断面の形状は矩形状である。超電導積層体15は、厚さより幅の方が大きい矩形状、すなわち平角型の断面を有する。図1において、15aは超電導積層体15の第1主面(保護層14の主面14a:酸化物超電導層13側とは反対の面)である。15bは超電導積層体15の側面(基材11の側面、中間層12の側面、酸化物超電導層13の側面、および保護層14の側面)である。15cは超電導積層体15の第2主面(基材11の主面11aとは反対の面)である。
The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
安定化層16は、超電導積層体15を覆って形成される。安定化層16は、保護層14の表面(主面14a)、保護層14の側面、酸化物超電導層13の側面、中間層12の側面、基材11の側面、基材11の裏面(基材11の主面11aとは反対の面)から選択される領域の一部または全部を覆う。安定化層16の厚さとしては、特に限定されないが、例えば10〜300μm程度が挙げられる。
The
安定化層16は、酸化物超電導層13が常電導状態に転移した時に発生する過電流を転流させるバイパス部としての機能を有する。安定化層16の構成材料としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀等の金属が挙げられる。
酸化物超電導線材10が超電導限流器に使用される場合は、常電導状態への転移時に発生する過電流を瞬時に抑制する必要があるため、安定化層16に高抵抗金属を用いてもよい。高抵抗金属としては、例えば、Ni−Cr等のNi系合金などが挙げられる。
The
When the
安定化層16によって、酸化物超電導層13と安定化層16との間の電気的接続が良好となる。安定化層16は、酸化物超電導層13の側面を覆っているため、酸化物超電導層13の剥離防止性、防水性が向上する。
安定化層16のうち超電導積層体15の第1主面15aを覆う部分を第1主面部16Aという。安定化層16のうち超電導積層体15の側面15bを覆う部分を側面部16Bという。安定化層16のうち超電導積層体15の第2主面15cを覆う部分を第2主面部16Cという。
The
A portion of the
図2は、酸化物超電導線材10の断面を模式的に示す図である。図2に示すように、F1,F2は、安定化層16の内部の残留応力である。詳しくは、F1は、第1主面部16Aおよび第2主面部16Cの残留応力である。F2は、側面部16Bの残留応力である。
残留応力F1,F2は、引張方向の応力(引張応力)である。すなわち、残留応力F1は、第1主面部16Aおよび第2主面部16Cにおける幅(X方向の寸法)が拡張する方向の引張応力である。残留応力F2は、側面部16Bにおいて厚さ寸法(Y方向の寸法)が増す方向の引張応力である。超電導積層体15には、図2に破線の矢印で示すように、残留応力F1,F2と反対方向の反発力が生じる。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section of the
The residual stresses F1 and F2 are stresses in the tensile direction (tensile stress). That is, the residual stress F1 is a tensile stress in a direction in which the width (dimension in the X direction) of the first
残留応力F1,F2は、0.2MPa以上であることが好ましい。
超電導コイルでは、線材表面に離型処理を施すことなどにより外部応力を緩和することが可能であるが、前述のコイル冷却時の剥離応力については回避するのが容易ではない。これに対し、残留応力F1,F2が0.2MPa以上であると、前記剥離応力を十分に緩和でき、前記剥離を防ぐことができる。
なお、酸化物超電導線材10では、残留応力F1,F2がともに引張応力であるが、少なくとも残留応力F2が引張応力であればよい。
The residual stresses F1 and F2 are preferably 0.2 MPa or more.
In the superconducting coil, it is possible to relieve the external stress by performing a release treatment on the surface of the wire, but it is not easy to avoid the peeling stress at the time of cooling the coil. On the other hand, when the residual stresses F1 and F2 are 0.2 MPa or more, the peeling stress can be sufficiently relaxed and the peeling can be prevented.
In the
安定化層16の少なくとも一部は、超電導積層体15の外周面に、めっきによって形成されためっき層であることが好ましい。安定化層16がめっき層であると、残留応力F1,F2の調整が容易となる。
安定化層16は、電解めっきにより形成することができる。安定化層16の少なくとも一部は、スパッタ法または無電解めっきにより形成した金属膜の上にさらに電解めっきにより金属膜を形成する方法によって形成してもよい。
At least a part of the
The
安定化層16を電解めっきにより形成するには、例えば次の方法が可能である。めっき浴に超電導積層体15を浸漬させ、超電導積層体15を引き取りつつ、超電導積層体15の外周面に、電解めっきにより安定化層16を形成する。この際、(i)めっき浴に添加する添加剤の種類および濃度、(ii)めっき浴の温度、(iii)めっき浴のpH、(iv)めっき処理時の電流密度、(v)めっき時間、などの調整によって、安定化層16の残留応力F1,F2を調整できる。例えば、銅(Cu)めっきの場合、安定化層16の残留応力は、アルカリ性浴(シアン浴等)では圧縮応力となりやすく、酸性浴(硫酸銅浴等)では引張応力となりやすい。
なお、めっきにより形成された金属層における残留応力とめっき条件との関係については、例えば、[参考文献1]実務表面技術 Vol.22(1975) No.2 やさしいメッキ理論入門(6)、[参考文献2]表面技術 Vol.43,No.7,1992 電気めっきにより形成された皮膜の内部応力、などに記載がある。
In order to form the
For the relationship between residual stress and plating conditions in metal layers formed by plating, see [Reference 1] Practical Surface Technology Vol.22 (1975) No.2 Introduction to Easy Plating Theory (6), [Reference Reference 2] Surface Technology Vol.43, No.7,1992 There is a description in the internal stress of the film formed by electroplating.
安定化層16の残留応力F1,F2の測定には、ストリップ電着応力測定法を用いることができる。ストリップ電着応力測定法については、前述の参考文献2に記載がある。ストリップ電着応力測定法による残留応力の測定には、例えば、藤化成株式会社「ストリップ式電着応力試験器」を使用できる。
安定化層16の残留応力F1,F2の測定方法としては、スパイラルコントラクトメーター法、X線回折法なども採用可能である。
A strip electrodeposition stress measurement method can be used to measure the residual stresses F1 and F2 of the
As a method for measuring the residual stresses F1 and F2 of the
図3は、実施形態の酸化物超電導線材を備えた超電導コイルの一例である超電導コイル100を示す図である。
超電導コイル100は、複数のコイル体101が積層されて構成されている。コイル体101は、パンケーキコイルであって、図1に示す酸化物超電導線材10が厚さ方向に積層されて巻回されている。パンケーキコイルとは、テープ状の酸化物超電導線材を重ね巻きするように巻回して構成されたコイルである。図3に示す超電導コイル100のコイル体101は円環状である。コイル体101は、含浸樹脂層(図示略)で覆われている。含浸樹脂層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等からなる。複数のコイル体101は、互いに電気的に接続されていてよい。超電導コイル100は、超電導機器(図示略)に使用できる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a
The
超電導コイル100において、安定化層16の残留応力F2は、コイル径方向の最大印加応力より大きいことが好ましい。この構成によれば、残留応力F2と反対方向の反発力によって、超電導積層体15の剥離応力が緩和され、酸化物超電導層13等の剥離等の破損を回避することができる。よって、前記破損による劣化を防ぐことができる。
コイル径方向の最大印加応力は、超電導コイルの内径/外径の比を調整することによって設定できる。コイルの内径/外径の比と、コイル径方向の印加応力との関係については、例えば、次に示す参考文献3〜5に記載されている。
[参考文献3]Generalized plane strain analysis of superconducting solenoids JOURNAL OF APPLIED PHYSICS vol.86、number12
[参考文献4]Degradation-Free Impregnated YBCO Pancake Coils by Decreasing Radial Stress in the Windings and Method for Evaluating Delamination Strength of YBCO-Coated Conductors IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 24, NO. 3,JUNE 2014
[参考文献5]Delamination Strengths of Different Types of REBCO-Coated Conductors and Method for Reducing Radial Thermal Stresses of Impregnated REBCO Pancake Coils DOI 10.1109/TASC.2014.2372048, IEEE Transactions on Applied Superconductivity
In the
The maximum applied stress in the coil radial direction can be set by adjusting the ratio of the inner diameter / outer diameter of the superconducting coil. The relationship between the inner diameter / outer diameter ratio of the coil and the applied stress in the coil radial direction is described in, for example, the following references 3 to 5.
[Reference 3] Generalized plane strain analysis of superconducting solenoids JOURNAL OF APPLIED PHYSICS vol.86, number12
[Reference 4] Degradation-Free Impregnated YBCO Pancake Coils by Decreasing Radial Stress in the Windings and Method for Evaluating Delamination Strength of YBCO-Coated Conductors IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 24, NO. 3, JUNE 2014
[Reference 5] Delamination Strengths of Different Types of REBCO-Coated Conductors and Method for Reducing Radial Thermal Stresses of Impregnated REBCO Pancake Coils DOI 10.1109 / TASC.2014.2372048, IEEE Transactions on Applied Superconductivity
超電導コイル100を作製するには、酸化物超電導線材10を巻き枠に必要な層数巻き付けて多層巻きコイルを構成した後、巻き付けた酸化物超電導線材10を覆うようにエポキシ樹脂等の樹脂を含浸させて、酸化物超電導線材10を固定する方法を採用できる。
In order to fabricate the
酸化物超電導線材10は、安定化層16の内部の残留応力F1,F2が引張応力であるため、次に示す効果を奏する。
酸化物超電導線材がコイル状に巻き回され、エポキシ樹脂などの樹脂が含浸された超電導コイルでは、冷却時に酸化物超電導線材と樹脂の熱膨張係数の差に起因して、冷却時に、例えば超電導積層体の層が剥離する方向の応力(剥離応力)が働くことがある。また、酸化物超電導線材は、コイルの製造過程で巻き枠の鍔部、送出(または巻取)リールの鍔部などと接触することにより、エッジ部(側面部)において一部の層に剥離等の損傷が生じるおそれがある。
The
In a superconducting coil in which an oxide superconducting wire is wound in a coil shape and impregnated with a resin such as an epoxy resin, due to the difference in thermal expansion coefficient between the oxide superconducting wire and the resin during cooling, for example, superconducting lamination Stress (peeling stress) in the direction in which the body layer peels may work. In addition, the oxide superconducting wire is peeled to a part of the layer at the edge portion (side surface portion) by contacting with the flange portion of the winding frame and the flange portion of the feeding (or winding) reel in the manufacturing process of the coil. Damage may occur.
本実施形態の酸化物超電導線材10では、安定化層16の内部の残留応力F1,F2が引張応力であるため、超電導積層体15には、図2に破線の矢印で示すように、残留応力F1,F2と反対方向の反発力が生じる。そのため、例えば超電導積層体15の剥離応力が緩和され、酸化物超電導層13等の剥離等の破損を回避することができる。よって、前記破損による劣化を防ぐことができる。
In the
特に、安定化層16の側面部16Bにおける残留応力F2が、超電導積層体15の厚さ方向に沿う引張応力であることにより、剥離方向の力に対する反発力によって前記剥離を確実に防ぐことができる。
In particular, since the residual stress F2 in the
以下、図1に示す酸化物超電導線材10を用いて構成した超電導コイルの試験結果について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されない。
Hereinafter, the test result of the superconducting coil constructed using the
(試験例1〜4)
ハステロイC−276(商品名:米国ヘインズ社製)からなる幅12mm、長さ300m、厚さ75μmのテープ状の基材を用意した。基材の表面を、アルミナからなる研磨剤(平均粒径3μm)を用いて研磨処理した後、有機溶剤(エタノールまたはアセトン)によって脱脂、洗浄した。
次のようにして、基材の主面に中間層を形成した。中間層は、拡散防止層、ベッド層、配向層およびキャップ層をこの順に積層した構成である。
イオンビームスパッタ法により、基材の上にAl2O3からなる厚さ100nmの拡散防止層を形成した。次いで、イオンビームスパッタ法により、拡散防止層の上にY2O3からなる厚さ30nmのベッド層を形成した。次いで、IBAD法により、ベッド層の上にMgOからなる厚さ5〜10nmの配向層を形成した。次いで、配向層の上に、PLD法(パルスレーザ蒸着法)によりCeO2からなる厚さ500nmのキャップ層を形成した。
(Test Examples 1 to 4)
A tape-shaped base material having a width of 12 mm, a length of 300 m, and a thickness of 75 μm made of Hastelloy C-276 (trade name: manufactured by Haynes, USA) was prepared. The surface of the substrate was polished with an abrasive made of alumina (average particle size 3 μm), and then degreased and washed with an organic solvent (ethanol or acetone).
An intermediate layer was formed on the main surface of the substrate as follows. The intermediate layer has a configuration in which a diffusion prevention layer, a bed layer, an alignment layer, and a cap layer are laminated in this order.
A diffusion prevention layer made of Al 2 O 3 and having a thickness of 100 nm was formed on the substrate by ion beam sputtering. Next, a 30 nm thick bed layer made of Y 2 O 3 was formed on the diffusion prevention layer by ion beam sputtering. Next, an alignment layer made of MgO and having a thickness of 5 to 10 nm was formed on the bed layer by the IBAD method. Next, a cap layer having a thickness of 500 nm made of CeO 2 was formed on the alignment layer by a PLD method (pulse laser deposition method).
キャップ層の上に、PLD法によりGdBa2Cu3O7−xからなる厚さ2μmの酸化物超電導層を形成した。
次いで、酸化物超電導層の上に、DCスパッタ法によりAgからなる厚さ2μmの保護層を形成し、超電導積層体(原材:幅12mm)を得た。
この超電導積層体(原材)を、加熱炉内にて酸素雰囲気中で酸素アニール処理(500℃、10時間)し、26時間の炉冷後、加熱炉から取り出した。
An oxide superconducting layer having a thickness of 2 μm made of GdBa 2 Cu 3 O 7-x was formed on the cap layer by the PLD method.
Next, a 2 μm-thick protective layer made of Ag was formed on the oxide superconducting layer by a DC sputtering method to obtain a superconducting laminate (raw material:
This superconducting laminate (raw material) was subjected to oxygen annealing treatment (500 ° C., 10 hours) in an oxygen atmosphere in a heating furnace, and after 26 hours of furnace cooling, the superconducting laminate (raw material) was taken out from the heating furnace.
超電導積層体(原材)を3つの超電導積層体(幅4mm)に分割した。
この超電導積層体の外周面(基材裏面および超電導積層体の側面)に、DCスパッタ法により、Cu膜(基材裏面に厚さ1μm、超電導積層体の側面に厚さ0.3μm)を形成した。
長さ300mの超電導積層体を長さ方向の中央で切断し、長さ150mの超電導積層体を得た。
The superconducting laminate (raw material) was divided into three superconducting laminates (width 4 mm).
A Cu film (thickness of 1 μm on the back surface of the base material and thickness of 0.3 μm on the side surface of the superconducting laminate) is formed on the outer peripheral surface (back surface of the base material and side surfaces of the superconducting laminate) by DC sputtering. did.
A superconducting laminate having a length of 300 m was cut at the center in the length direction to obtain a superconducting laminate having a length of 150 m.
複数の超電導積層体の外周面に、Cuからなる厚さ20μmの安定化層を電解めっきにより形成し、酸化物超電導線材を得た。安定化層を形成する際のめっき条件(安定化層の構成材料、めっき浴)を表1に示す。 A stabilizing layer made of Cu having a thickness of 20 μm was formed on the outer peripheral surfaces of the plurality of superconducting laminates by electrolytic plating to obtain an oxide superconducting wire. Table 1 shows the plating conditions (the constituent material of the stabilization layer and the plating bath) when forming the stabilization layer.
酸化物超電導線材を内径30mmの巻き枠に巻き付け、コイル本体を作製した。このコイル本体にエポキシ樹脂を真空含浸して超電導コイルを得た。
コイル径方向の最大印加応力が異なる超電導コイルを、試験例1〜4についてそれぞれ10個作製し、そのうち劣化した超電導コイルの数を記録した。
An oxide superconducting wire was wound around a winding frame having an inner diameter of 30 mm to produce a coil body. The coil body was vacuum impregnated with an epoxy resin to obtain a superconducting coil.
Ten superconducting coils having different maximum applied stresses in the coil radial direction were produced for each of Test Examples 1 to 4, and the number of superconducting coils that deteriorated was recorded.
劣化の判定は、液体窒素中で測定したn値(10−8〜10−6V/cm範囲)の結果に基づく。n値とは、I−V特性の近似曲線をべき乗数で表したときの乗数であり、このn値が変わると局所的にコイルの内部の線材から電圧が発生した(酸化物超電導線材が劣化した)と判断できる指標である。測定されたn値が20以下である場合に、酸化物超電導線材が劣化したと判定した。 Determination of deterioration is based on the result of n value (10 < -8 > -10 < -6 > V / cm range) measured in liquid nitrogen. The n value is a multiplier when the approximate curve of the IV characteristic is expressed by a power multiplier. When this n value changes, a voltage is locally generated from the wire inside the coil (the oxide superconducting wire deteriorates). It is an indicator that can be judged. When the measured n value was 20 or less, it was determined that the oxide superconducting wire was deteriorated.
コイル径方向の最大印加応力は、超電導コイルの内径/外径の比を調整することによって設定した。
安定化層の残留応力(図2に示す残留応力F1,F2)を測定した。残留応力は、藤化成株式会社「ストリップ式電着応力試験器」を使用し、ストリップ電着応力測定法によって測定した。
表1における「圧縮」は圧縮応力を意味し、「引張」は引張応力を意味する。残留応力は、圧縮応力については負の数で表し、引張応力については正の数で表す。
The maximum applied stress in the coil radial direction was set by adjusting the ratio of the inner diameter / outer diameter of the superconducting coil.
The residual stress (residual stress F1, F2 shown in FIG. 2) of the stabilization layer was measured. Residual stress was measured by a strip electrodeposition stress measurement method using a “strip type electrodeposition stress tester” manufactured by Fuji Kasei Co., Ltd.
“Compression” in Table 1 means compressive stress, and “tensile” means tensile stress. The residual stress is expressed as a negative number for compressive stress and as a positive number for tensile stress.
表1に示すように、安定化層の残留応力が引張応力である試験例2〜4では、残留応力が圧縮応力である試験例1とは異なり、コイルの劣化が起きなかったことが確認された。 As shown in Table 1, in Test Examples 2 to 4 where the residual stress of the stabilization layer is tensile stress, it was confirmed that the coil did not deteriorate unlike Test Example 1 where the residual stress was compressive stress. It was.
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
図2に示す酸化物超電導線材10では、残留応力F1と残留応力F2の両方が引張応力であるが、残留応力F2のみが引張応力であってもよい。
安定化層は、めっき以外の方法(例えばスパッタ法等)によって形成されていてもよいが、めっきによって形成するのが好ましい。
安定化層は、超電導積層体のすべての面(第1主面、側面および第2主面)を覆う構成が好ましいが、少なくとも超電導積層体の側面を覆う構成であればよい。例えば、安定化層は超電導積層体の第1主面と両側面を覆う構成であってもよい。
As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
In the
The stabilization layer may be formed by a method other than plating (for example, a sputtering method), but is preferably formed by plating.
The stabilizing layer is preferably configured to cover all the surfaces (first main surface, side surface, and second main surface) of the superconducting laminate, but may be configured to cover at least the side surfaces of the superconducting laminate. For example, the stabilization layer may be configured to cover the first main surface and both side surfaces of the superconducting laminate.
10…酸化物超電導線材、11…基材、12…中間層、13…酸化物超電導層、14…保護層、15…超電導積層体、16…安定化層、16B…側面部、F1,F2…残留応力。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記安定化層は、内部の残留応力が引張応力である、超電導線材。 A superconducting laminate in which a superconducting layer is formed via an intermediate layer on a tape-like substrate, and a stabilizing layer covering at least a part of the superconducting laminate,
The stabilization layer is a superconducting wire whose internal residual stress is a tensile stress.
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