JP6868305B2 - リールツーリール剥離及び第2世代超伝導体の加工 - Google Patents

リールツーリール剥離及び第2世代超伝導体の加工 Download PDF

Info

Publication number
JP6868305B2
JP6868305B2 JP2019513000A JP2019513000A JP6868305B2 JP 6868305 B2 JP6868305 B2 JP 6868305B2 JP 2019513000 A JP2019513000 A JP 2019513000A JP 2019513000 A JP2019513000 A JP 2019513000A JP 6868305 B2 JP6868305 B2 JP 6868305B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
layer
peeling
band
band according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019513000A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019534549A5 (ja
JP2019534549A (ja
Inventor
ヴィヤチェスラフ ソロヴィヨフ
ヴィヤチェスラフ ソロヴィヨフ
Original Assignee
ブルックヘイブン テクノロジー グループ, インコーポレイテッド
ブルックヘイブン テクノロジー グループ, インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ブルックヘイブン テクノロジー グループ, インコーポレイテッド, ブルックヘイブン テクノロジー グループ, インコーポレイテッド filed Critical ブルックヘイブン テクノロジー グループ, インコーポレイテッド
Publication of JP2019534549A publication Critical patent/JP2019534549A/ja
Publication of JP2019534549A5 publication Critical patent/JP2019534549A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6868305B2 publication Critical patent/JP6868305B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0268Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0801Manufacture or treatment of filaments or composite wires
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58After-treatment
    • C23C14/5806Thermal treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/06Films or wires on bases or cores
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0268Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/85Superconducting active materials
    • H10N60/855Ceramic superconductors
    • H10N60/857Ceramic superconductors comprising copper oxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/38Conductors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

本発明は、リールツーリール製造工程を経て、エピタキシャル基板から超伝導層を剥離し、高温超伝導イットリウム−バリウム−銅−酸素フィラメントを製造する方法に関する。
第2世代(2G)のYBaCu(YBCO)ワイヤが1995年に製造されて以来、当該技術は、目覚ましい進歩を遂げてきた。第2世代(2G)の超伝導技術は、故障電流制限器、変圧器、風力タービンなどの機器の出現によって、さらに発達を遂げてきた。第2世代(2G)の超伝導ワイヤは、高い上部臨界磁場及び臨界温度を記録し、種々の産業及び商業用途に供することができる。中心となる2Gワイヤ技術は、50〜100μmの厚い金属基板上に堆積した薄い(2μm未満の)YBCO層から構成される。図1は、市販のRABiTS系の2Gワイヤ(AMSC社より、アンペリウムワイヤとして販売されている)の構成を示すものであり、ここでは帯100として示している。帯100は、約100μmの厚さの金属基板103を含む。基板103は、種々の酸化物層が積層された構成、例えば、酸化イットリウム、酸化イットリウム−ジルコニア、酸化セリウムなどの酸化物層が連続して積層されてなる酸化物バッファ層102で被覆されている。酸化物バッファ層102は、典型的には反応性スパッタリング、電子ビーム蒸着などの真空蒸着法で堆積される。超伝導層101としてのイットリウム−バリウム−銅酸化物の超伝導体Y−ReBaCu7−X(YBCO)は、酸化物バッファ層102上に成長されている。この市販の製品において、“Re”は、Dy,Gd,Ndなどの希土類金属であり、“X”は酸素指数であって、X<1である。保護銀層104がマグネトロンスパッタリングで超伝導層101の上面に堆積されている。最後に、帯100は、相対向する上面及び下面において金属箔がはんだめっきされ、それぞれ安定化層105及び107を形成している。安定化層105及び107は、帯より1〜2mmほど幅広に形成されており、相対向する一対のはんだフィレット106を形成して、2つの安定化層を結合するようにしている。
図1に示すように、市販の2Gワイヤは、幅が4〜12mmのオーダであり、厚さが100〜150μmのオーダであって高アスペクト比の状態で流通されるが、超伝導層101の厚さは1〜2μmのオーダである。公知かつ市販のワイヤの構造は、多くの問題を有しており、特に磁石として用いた場合に数多くの問題が生じる。
i)高アスペクト比(≒1:1000)は、磁化特性(AC)の損失につながり、当該損失は、10’s(J/m)の程度に大きくなる。これは、伝送ケーブル、故障電流制限器、高捕捉磁場同期モータ(large trapped−field synchronous motor)、ジェネレーターなどのワイヤの商業的な利用を77Kの温度に制限してしまう。
ii)超伝導層101の上面のみが、帯100の外部安定化層105,107に対する良好な電流通路として機能するものであるため、超伝導層101は十分に安定化されていない。超伝導層101の下面は絶縁性の酸化物バッファ層102と接触している。結果として、基板に近接した安定化層、すなわち安定化層107は、超伝導層101及び上部安定化層105に比較して流れる電流は少ない(約10%未満)。このような導電性に関する構造的非対称性は、冷却中に、電流による不均一な加熱を生ぜしめ、超伝導層の剥離を生ぜしめて、動作不良の原因となる。
iii)帯100は、高異方性の機械特性を示す。市販の2Gワイヤは、その長さ方向には高い強度を示し、その引張強度は500〜600MPa程度となる。一方、c軸方向の引張(横方向)強度は、10分の1程度と低く、その割さき強度は無視できるレベル(<1MPa)である。このため、超伝導層101と酸化物バッファ層102との接着性は、少なくとも一部において低くなり、中程度の応力(<10MPa)の存在下でも、超伝導層が酸化物バッファ層から予期せず分離してしまい、磁石不良の原因として認識される。
iv)図1に示すような2Gの帯は、パンケーキ型の巻回物とすることができる。しかしながら、このような巻回物からソレノイド型の磁石を組み立てる場合、個々の巻回物をダイアゴナルスプライス(diagonal splice)によって接合する際に多大な労力を必要とする。
v)2Gの構造的特徴では、多重の撚り線からなるケーブルを単純に結合して形成することができない。YBCO層101と上側の安定化層105との間の界面は、典型的には50nΩ/cm未満の抵抗を有する。しかしながら、YBCO層101と下側の安定化層107との抵抗は、100μΩ/cm程度である。したがって、多重の撚り線からなるケーブルを製造するには、上側の安定化層同士を接触させるような入念な接合方法が要求される。
したがって、高温超伝導フィラメントの分野においては、種々の産業及び商業用途に使用できる高温超伝導フィラメントが必要である。また、電気的に均一な特性を示すとともに、機械的強度に優れ、互いに直ちに接合させることができるような、超伝導層の剥離の危険性を削減/除去した超伝導フィラメント及びケーブルの製造方法が必要である。
本発明は、リールツーリール剥離方法を用いて2Gワイヤから高温超伝導フィラメントを製造する方法に関するものである。リールツーリール剥離方法は、第1リール上に2Gワイヤをセットする工程を含む。2Gワイヤは、金属基板上に位置する超伝導層を含む。超伝導層は、銀などの保護金属層で被覆されている。ワイヤは、当該ワイヤを急速加熱する誘導コイルの上方を通すが、この場合、超伝導層が基板から部分的又は完全に剥離してしまう。この分離した超伝導層は、第2リールに巻回され、基板は第3リールに巻回される。
また、本発明は、超伝導層から基板を連続的に分離する方法に関する。本方法は、所定の角度で所定の負荷をかけることによって、ワイヤを引張り、当該超伝導層から基板をきれいに剥離する工程を含む。
さらに、本発明は、剥離したフィラメントをリールツーリールでスライスする方法に関する。このスライスは、好ましくは工業的に利用されているCOレーザによって行う。スライスは、レーザビームの動きと帯の動きとを同期させることによって行う。単一のレーザヘッドによって、帯は少なくとも2mm幅のフィラメントにスライスされる。
また、本発明は、剥離したフィラメントを銀層で被覆し、その後、銀層を加工して低抵抗化する方法に関する。銀層の加工工程は、銀層に限定して高周波を印加する工程を含む。
さらに、本発明は、フィラメントを溶解させて、内部導通させたフィラメントの積層体を製造するように、はんだ層で当該フィラメントをリールツーリールで被覆する方法に関する。フィラメントは、はんだペーストで被覆し、高温度の領域中を通過させる。この場合、はんだは溶解して連続したはんだ層が形成される。
また、本発明は、剥離したフィラメントから高温超伝導ケーブルを作製する方法に関する。ケーブルは、複数の撚りフィラメントを含む。各フィラメントは、それぞれの表面を実質的に被覆する保護被覆層を含む。各フィラメントは、当該フィラメントに接着した少なくとも1つの金属安定化層を含む。各フィラメントは、電気導電性の材料でカプセル化する。フィラメントは、100mm未満のピッチで撚り、ケーブルの磁化損失を削減する。
本発明は、基板からYBCO層の分離を容易にするために、エアーブレードを利用したリールツーリールの剥離方法に関する。用途に応じて1以上のエアーブレードを用いることができる。エアーブレードを形成するエアーは、加熱又は冷却することができる。1つの好ましい実施形態において、分離角βが、YBCO層と基板との間に形成され、好ましくは1度から10度である。
市販の2Gワイヤにおけるエピタキシャル層の説明図である。 基板とバッファ層とが超伝導層から部分的に分離した状態の2Gワイヤの説明図である。 超伝導層が共通の安定化層にはんだ付けされ、上部基板、下部基板及びバッファ層が、上部超伝導層及び下部超伝導層から分離した状態を示す、両面型2Gワイヤを示す説明図である。 図2Aに示す、片面型ワイヤを加工するためのリールツーリール剥離システムを示す図である。 図2Bに示す、両面型ワイヤを加工するためのリールツーリール剥離システムを示す図である。 他のリールツーリール剥離システムを示す図である。 表皮浸透深さと周波数との関係を示すグラフである。 リールツーリールモードで動作する2.45GHz銀アニールシステムの概略図である。 本発明に従って形成したフィラメントの熱特性の表である。
図2Aは、部分的に剥離した第2世代(2G)の帯、すなわち帯300を示す。帯300は、好ましくは100〜1000mの長さかつ1〜100mmの幅のオーダである。帯300は、金属基板301、バッファ層302、超伝導層303及び安定化金属層304を有する。安定化層304は、銅、ステンレス、真鍮、あるいはその他の導電性金属から構成することができる。好ましい態様において、帯は外部作用を受けて、超伝導層303及びバッファ層302間の応力レベルを増大させる。この外部作用は、例えば、誘導コイルや赤外線照射、無線周波照射などの外部源による急速加熱によって行うことができる。また、この外部作用は、曲げ操作などの機械的変形によって行うこともできる。応力レベルは、基板301とバッファ層302とが、超伝導層301から分離する際に、当該超伝導層に、剥離として言及する工程においてダメージを与えないようなものとする。
図2Bは、両面型2G帯310の剥離工程を示す。上述したように、外部作用が基板301に作用すると、上部基板及び下部基板は分離する。残った構造は、安定化層304及びこの安定化層の上面及び下面に付着した2つの超伝導層303である。
図3Aは、図2Aに示すような片面型帯のリールツーリールの剥離工程を示す図である。2G帯は、ステッパモータ403の軸に接続されたリール401に巻回されている。他の実施形態において、2G帯は、連続した帯の供給源から直接供給することもできる。アイドラーローラ402は、帯ガイド404に対して、帯の位置を一定に保持する。誘導コイル405が帯の上方に直接配設されている。アイドラーローラ406及び407は、それぞれ分離した帯の層をリール408及び409に供給する。基板及びバッファ層は、トルクモータに接続されたリール408に巻回される。YBCOを有する安定化層は、トルクモータに接続されたリール409に巻回される。リール408及び409の位置は、分離角αを決定する。分離角αは、好ましくは約2度から約30度の範囲である。トルクモータの一方又は双方から負荷されるトルクは力Fを生成し、この力Fは、帯に垂直な成分Fz及び横方向成分Fxを有する。垂直なFz成分は、誘導コイルによる加熱とともに超伝導層から基板を分離する。
図3Bは、図2Bに示すような両面型帯のリールツーリールの剥離工程を示す図である。他の実施形態において、2G帯は、連続した帯の供給源から直接供給することもできる。ここで、誘導コイル405’は、上部の基板/バッファ層及び下部の基板/バッファ層を加熱する。リール408及び411の位置は、上部の基板/バッファ層及び下部の基板/バッファ層の分離角を決定する。剥離した両面型帯はリール409に巻回される。リール409,408及び411に接続されたトルクモータによって負荷されたトルクは、帯の張力の絶対値を決定するとともに、上部の基板/バッファ層及び下部の基板/バッファ層の分離力の大きさを決定する。
図3Cを参照すると、リールツーリール剥離は、基板からYBCO層の分離を容易に行えるように、エアーブレードを使用することができる。エアーブレードは、平坦な、スリット状のノズルにエアーを導入することによって形成される圧縮空気のシースである。空気の圧縮は、当初の材料からの層分離を均一に行うことができる。もちろん、例えば両面型帯を剥離する際は、1以上のエアーブレードを使用することができる。エアーブレード法は、当初の材料への張力負荷と組み合わせて用いることができる。また、エアーブレードの空気は加熱又は冷却することができ、これによって剥離領域に熱応力を負荷することができ、ある種の剥離工程においては望ましいものである。
図3Cに示すエアーアシスト剥離工程では、帯はスプール501から供給される。巻き上げスプール502及び503の配置は、YBCO層及び基板間の分離角βを決定する。分離角βは、帯に作用する正常な、すなわち引張圧力を決定するものであり、好ましくは1度から10度である。1つの好ましい実施形態において、リールツーリール工程中の帯に対して、約10Nまでの張力を作用させる。基板−YBCO界面の強度に応じて、分離角βの1度から10度までの好ましい範囲は、帯に対して好ましい分離圧力を提供する。
エアーブレード505は、好ましくは剥離したYBCO層及び基板間に形成されたギャップ中にエアーを供給し、付加的な分離作用を生ぜしめる。20から50MPaのオーダの圧力を供給するためには、圧縮空気の100L/分のオーダの流量が必要である。ここで、エアーアシスト分離技術は、実質的に均一かつスムースな圧力場を提供し、YBCO層を基板から容易に分離することを見出した。
剥離の後、好ましくは超伝導帯の超伝導層を保護し、過熱あるいは超伝導性の自発的な消滅によって、超伝導体が局所的な抵抗となってしまう場合においても、電流経路を提供する目的で、当該超伝導層を覆うように保護金属層を蒸着する。剥離したYBCO表面上に蒸着した保護銀層は、銀のYBCOに対する密着性を改善し、界面抵抗を減少させるための処理を行うことが必要である。慣用的には、約400℃で短時間アニーリングを行う。これにより、Ag−YBCO界面抵抗は、10−5Ω・cmから10−8Ω・cm未満にまで減少する。しかしながら、本発明の剥離フィラメントに対しては、YBCO層が低温(200から240℃の融点)はんだによって安定化層に付着されているので、上記方法は適当ではない。GHz範囲のマイクロ波パワーを被覆した帯に短時間適用することにより、極めて低い温度で熱加工と同一の構造的な改良を生ぜしめることを見出した。この効果は、現状のマグネトロン源によって導電膜中に簡易に生成することができる大きな誘導型の渦電流(10A/m)の元における金属イオンのエレクトロマイグレーションによって説明される。これは、共通の産業加工用の周波数である2.45GHzでは、銀(抵抗率1.5×10−6Ω・cm)の表皮深さは(図4に示すように)1.2μmであり、これは誘導電流が当該銀層中に閉じ込められていることを意味している。2.45GHzシステムは、種々の利点を有している。第1に、マグネトロン及び導波管要素が、家庭(電子レンジ)や市場で大量生産されていることである。第2に、導波管及びアプリケーターは大きく、例えば汎用のWR340導波管は、86.36×43.18mmの大きさを有し、46mm幅の帯を均一に処理することができる。
図5は、2.45GHz加工システム600のレイアウトを概略的に示す。マグネトロンヘッド602は、高電圧電源601によって駆動される。マグネトロンは、サーキュレータ603によって、逆電力サージから保護されている。チューナー604は、ジェネレーターのインピーダンスが負荷に合致するように調整されている。剥離した帯612は、一対のリール610及び611を用い、マルチモードアプリケーター607を通って搬送される。パワーメーター606は、入力及び反射RFパワーの示度を提供する。終端負荷609は、未使用の無線周波照射を吸収する。アプリケーター607は、好ましくはTEモード(TE103)で動作させる。この場合、磁場は、共振器の中央部分で最大となる。試料は、誘導電流が最大となる最大磁場の領域に配置する。マグネトロンのアノード電圧を変調させることにより、マイクロ波の短パルス(<100ms)を印加する。最適な加工条件は、マグネトロンパワー及びパルス供給幅を変化させることにより決定する。
図6に示す表は、フィラメントを構成する層の熱特性をまとめている。本発明のフィラメントにおいて、熱拡散時間は、9.7×10−5、約0.1msである。換言すれば、本試料は、事実上直ちに熱平衡に達する。したがって、断熱状態では、300Jのエネルギーを吸収することによって、温度は200℃まで上昇する。このエネルギー量は、1000Wのパルスを300ms間適用することにより、輸送することができる。
剥離実験は、原材料としてAMSC社の標準ワイヤ(8602−FCL)を用いた。このワイヤは、12mm幅かつ75μm厚さの2つの316Lステンレス箔を低温はんだではんだ付けした10mm幅のYBCO−RABiTS帯である。このYBCOフィラメントは、帯の側面のフィレットを機械的にトリミングした後、剥離した。YBCO層の剥離を簡易化するために、帯は、当該帯に結合した誘導コイルによって急速加熱した。誘導コイルは、長さ16cm及び幅1cmのレーストラック形状の、14ゲージ多重フィラメント(Litz)の8巻きから構成した。高周波発生器は、光絶縁型ゲートドライブ(optically isolated gate drive)によって駆動するHブリッジとした。外部コンデンサを用い、共振回路を形成した。直列接続のインピーダンスを採用し、ジェネレーターのインピーダンスが共振回路のインピーダンスに一致するようにした。この誘導コイルによって、帯に対し、AC場を完全に結合させた。このコイルを帯の直下に配置し、当該誘導コイルによって生成したAC場を帯に完全に結合させた。コイルは、50kHzの周波数かつ約200Wの出力を負荷することによって、1から2秒間付勢した。赤外線温度計で、剥離中の帯温度をモニターした。YBCO層は、基板から直ちに剥離され、1回の操作で、10cm長さの断片が剥離した。
詳細な説明に記載した実施形態は、本発明を限定するものではない。ここで提供した課題の精神又は範疇を逸脱しない限りにおいて、他の実施形態も利用することができるし、変形も可能である。ここで開示し、図面に示した発明の態様は、種々の異なる広範囲の形態で変更し、置換し、結合し、設計することができ、その全ては本発明を構成するとともに、本発明の開示の一部を構成する。

Claims (35)

  1. 超伝導帯を剥離する方法であって、
    前記帯は、超伝導層及び基板層を含み、さらに、前記超伝導層及び前記基板層間にバッファ層を含み、
    前記方法は、
    a)前記帯を連続的な長さで供給する工程と、
    b)前記帯に外部作用を加え、前記超伝導層及び前記バッファ層間の応力レベルを増大させ、前記超伝導層を前記バッファ層及び前記基板層から分離する工程と、
    c)前記分離した超伝導層と、前記分離したバッファ層及び基板層とを巻回する工程と、
    を含み、
    前記超伝導層を前記バッファ層及び前記基板層からクリーンに分離するように、分離角αで印加された所定の負荷によって前記帯を引張る工程をさらに含み、
    前記分離角αは、2度から30度であり、
    前記所定の負荷は、10Nまでであることを特徴とする、超伝導帯の剥離方法。
  2. 前記帯は第1リールに巻回され、前記分離した超伝導層は第2リールに巻回され、前記分離したバッファ層及び基板層は第3リールに巻回されることを特徴とする、請求項1に記載の超伝導帯の剥離方法。
  3. さらに、
    a)前記第2リールに接続された第1トルクモータと、
    b)前記第3リールに接続された第2トルクモータと、
    を備え、
    これらトルクモータは、前記帯に対して前記所定の負荷を印加することを特徴とする、請求項2に記載の超伝導帯の剥離方法。
  4. a)前記分離した超伝導層を銀層で被覆する工程と、
    b)前記銀層に高周波を印加することにより、前記銀層を加工する工程と、
    を含む請求項1に記載の超伝導帯の剥離方法。
  5. 前記高周波は、2.45GHzの周波数であることを特徴とする、請求項4に記載の超伝導帯の剥離方法。
  6. 前記加工する工程は、前記銀層に前記高周波を100ms未満の短パルスで印加することによって実行することを特徴とする、請求項5に記載の超伝導帯の剥離方法。
  7. 前記分離した超伝導層をはんだペーストで被覆する工程と、
    前記被覆した超伝導層を高温領域を通過させることにより、前記はんだペーストを溶解させ、連続したはんだ層を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする、請求項1に記載の超伝導帯の剥離方法。
  8. 前記帯に外部作用を加える工程は、前記帯を急速加熱する工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の超伝導帯の剥離方法。
  9. 前記加熱は、誘導コイルで行うことを特徴とする、請求項8に記載の超伝導帯の剥離方法。
  10. 前記加熱は、赤外線照射によって行うことを特徴とする、請求項8に記載の超伝導帯の剥離方法。
  11. 前記加熱は、無線周波照射によって行うことを特徴とする、請求項8に記載の超伝導帯の剥離方法。
  12. 前記帯に外部作用を加える工程は、前記帯を機械的に変形させる工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の超伝導帯の剥離方法。
  13. 前記分離した超伝導層を巻回する以前に、前記分離した超伝導層をスライスする工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の超伝導帯の剥離方法。
  14. 前記スライスはレーザビームを用い、前記レーザビームの動作は、前記帯の動作と同期させることを特徴とする、請求項13に記載の超伝導帯の剥離方法。
  15. 超伝導帯を剥離する方法であって、当該帯は、超伝導層及び基板層を含み、さらに、前記超伝導層及び前記基板層間にバッファ層を含み、
    前記方法は、
    a)前記帯を連続的な長さで供給する工程と、
    b)前記帯に外部作用を加え、前記超伝導層及び前記バッファ層間の応力レベルを増大させ、前記超伝導層を前記バッファ層及び前記基板層から分離して、分離ギャップを画定する工程と、
    c)前記帯に第1エアーブレードを向けて、前記分離ギャップに圧縮空気流を供給し、前記超伝導層の、前記バッファ層及び基板層からの均一かつ平坦な分離を容易にする工程と、
    を含むことを特徴とする、超伝導帯の剥離方法。
  16. 前記圧縮空気は、20MPaから50MPaの圧力で輸送されることを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  17. 分離角βで印加された所定の負荷によって、前記帯を引張る工程を含むことを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  18. 前記分離角βは、1度から10度であることを特徴とする、請求項17に記載の超伝導帯の剥離方法。
  19. 前記所定の負荷は、10Nまでであることを特徴とする、請求項18に記載の超伝導帯の剥離方法。
  20. 前記圧縮空気は加熱されていることを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  21. 第2エアーブレードを前記帯に向ける工程を含むことを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  22. 前記帯は第1リールに巻回し、
    a)前記分離した超伝導層は第2リールに巻回する工程と、
    b)前記分離したバッファ層及び基板層は第3リールに巻回する工程と、
    を含むことを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  23. さらに、
    a)前記第2リールに接続された第1トルクモータと、
    b)前記第3リールに接続された第2トルクモータと、
    を備え、
    これらトルクモータは、前記帯に対して所定の負荷を印加することを特徴とする、請求項22に記載の超伝導帯の剥離方法。
  24. a)前記分離した超伝導層を銀層で被覆する工程と、
    b)前記銀層に高周波を印加することにより、前記銀層を加工する工程と、
    を含む請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  25. 前記高周波は、2.45GHzの周波数であることを特徴とする、請求項24に記載の超伝導帯の剥離方法。
  26. 前記加工する工程は、前記銀層に前記高周波を100ms未満の短パルスで印加することによって実行することを特徴とする、請求項25に記載の超伝導帯の剥離方法。
  27. 前記分離した超伝導層をはんだペーストで被覆する工程と、
    前記被覆した超伝導層を高温領域を通過させることにより、前記はんだペーストを溶解させ、連続したはんだ層を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  28. 前記帯に外部作用を加える工程は、前記帯を急速加熱する工程を含むことを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  29. 前記加熱は、誘導コイルで行うことを特徴とする、請求項28に記載の超伝導帯の剥離方法。
  30. 前記加熱は、赤外線照射によって行うことを特徴とする、請求項28に記載の超伝導帯の剥離方法。
  31. 前記加熱は、無線周波照射によって行うことを特徴とする、請求項28に記載の超伝導帯の剥離方法。
  32. 前記帯に外部作用を加える工程は、前記帯を機械的に変形させる工程を含むことを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  33. 前記分離した超伝導層を巻回する以前に、前記分離した超伝導層をスライスする工程を含むことを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
  34. 前記スライスはレーザビームを用い、前記レーザビームの動作は、前記帯の動作と同期させることを特徴とする、請求項33に記載の超伝導帯の剥離方法。
  35. 前記エアーブレードは、前記圧縮空気を前記分離ギャップに向けるために、平坦な、スリット状のノズルを含むことを特徴とする、請求項15に記載の超伝導帯の剥離方法。
JP2019513000A 2016-09-07 2017-09-07 リールツーリール剥離及び第2世代超伝導体の加工 Active JP6868305B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662384364P 2016-09-07 2016-09-07
US62/384,364 2016-09-07
US201662427239P 2016-11-29 2016-11-29
US62/427,239 2016-11-29
PCT/US2017/050398 WO2018048979A1 (en) 2016-09-07 2017-09-07 Reel-to-reel exfoliation and processing of second generation superconductors

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2019534549A JP2019534549A (ja) 2019-11-28
JP2019534549A5 JP2019534549A5 (ja) 2020-10-08
JP6868305B2 true JP6868305B2 (ja) 2021-05-12

Family

ID=61561647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019513000A Active JP6868305B2 (ja) 2016-09-07 2017-09-07 リールツーリール剥離及び第2世代超伝導体の加工

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10811589B2 (ja)
EP (1) EP3510642A4 (ja)
JP (1) JP6868305B2 (ja)
KR (1) KR102179595B1 (ja)
NZ (1) NZ752435A (ja)
WO (1) WO2018048979A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109174503A (zh) * 2018-09-02 2019-01-11 佛山鹏程易胜机械有限公司 一种隔膜双面喷涂生产线
KR102668419B1 (ko) 2019-08-30 2024-05-22 한국전기연구원 다중 초전도층을 가지는 고온초전도선재
KR20210037378A (ko) 2019-09-27 2021-04-06 한국전기연구원 고온초전도 선재의 제조방법 및 이를 이용한 다중 초전도층을 갖는 고온초전도 선재
WO2023023260A2 (en) * 2021-08-18 2023-02-23 Brookhaven Science Associates, Llc Roll-to-roll mechanized exfoliator and automatic 2d materials transfer and layering system
CN114038620B (zh) * 2021-12-20 2022-10-14 上海超导科技股份有限公司 超导带材再包覆设备和方法
CN114388195B (zh) * 2022-02-07 2024-02-02 中国科学院电工研究所 一种多层ybco超导带材剥离装置及其剥离方法
CN114436018A (zh) * 2022-03-03 2022-05-06 上海上创超导科技有限公司 一种第二代高温超导封装带材剥离设备

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH483133A (de) 1969-01-31 1969-12-15 Oerlikon Maschf Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen stabilisierten Supraleitern
JPH02232381A (ja) * 1989-03-03 1990-09-14 Nippon Steel Corp 超電導薄膜テープ及びその製造法
US5149681A (en) 1990-05-14 1992-09-22 General Atomics Melt texturing of long superconductor fibers
JPH08264039A (ja) 1995-01-26 1996-10-11 Japan Atom Energy Res Inst 超電導ケーブル
US6828507B1 (en) 1999-07-23 2004-12-07 American Superconductor Corporation Enhanced high temperature coated superconductors joined at a cap layer
JP2004039591A (ja) * 2002-07-08 2004-02-05 Fujikura Ltd 無誘導巻線及び永久電流スイッチ
US20050005846A1 (en) 2003-06-23 2005-01-13 Venkat Selvamanickam High throughput continuous pulsed laser deposition process and apparatus
JP2005029772A (ja) 2003-07-11 2005-02-03 Nexpress Solutions Inc 低ぬれ性のフルオロカーボン熱可塑性ランダムコポリマー製のローラー被覆用組成物
US7816303B2 (en) 2004-10-01 2010-10-19 American Superconductor Corporation Architecture for high temperature superconductor wire
US7820097B2 (en) * 2004-11-24 2010-10-26 Ncc Nano, Llc Electrical, plating and catalytic uses of metal nanomaterial compositions
US7071148B1 (en) 2005-04-08 2006-07-04 Superpower, Inc. Joined superconductive articles
WO2008118127A1 (en) 2006-07-21 2008-10-02 American Superconductor Corporation Low resistance splice for high temperature superconductor wires
KR20120040757A (ko) 2006-07-21 2012-04-27 아메리칸 수퍼컨덕터 코포레이션 고온 초전도 테이프를 포함하는 컴팩트한 가요성 고전류 컨덕터
US7893006B2 (en) 2007-03-23 2011-02-22 American Superconductor Corporation Systems and methods for solution-based deposition of metallic cap layers for high temperature superconductor wires
KR20080089730A (ko) * 2007-04-02 2008-10-08 삼성전자주식회사 편광판의 제거 장치 및 그 방법
EP2168179B1 (en) 2007-06-22 2014-08-13 NKT Cables Ultera A/S A superconducting element joint
US7676187B2 (en) 2007-09-27 2010-03-09 Xerox Corporation Enhanced fuser stripping system
US8236386B2 (en) 2008-01-24 2012-08-07 Wisys Technology Foundation Nanowire and microwire fabrication technique and product
US8731629B2 (en) 2008-03-28 2014-05-20 American Superconductor Corporation Interface device for a high temperature superconductor degaussing system junction box
US8195260B2 (en) 2008-07-23 2012-06-05 American Superconductor Corporation Two-sided splice for high temperature superconductor laminated wires
US8437819B2 (en) 2008-10-08 2013-05-07 Massachusetts Institute Of Technology Superconductor cable
JP5865587B2 (ja) * 2011-01-31 2016-02-17 株式会社フジクラ 酸化物超電導線材およびその製造方法
US8938278B2 (en) 2011-02-18 2015-01-20 The Regents Of The University Of Colorado Superconducting cables and methods of making the same
EP2490273B1 (en) 2011-02-18 2013-05-01 Bruker HTS GmbH Method for manufacturing a HTS coated tape with laser beam cutting
GB2498961A (en) 2012-02-01 2013-08-07 Siemens Plc Methods of joining superconducting wires
RU2573645C1 (ru) 2012-06-11 2016-01-27 Фуджикура Лтд. Провод на основе оксидного сверхпроводника и сверхпроводящая катушка
KR101456826B1 (ko) * 2012-07-03 2014-10-31 도레이 카부시키가이샤 개편화된 접착제층을 갖는 접착제 시트의 제조 방법, 접착제 시트를 사용한 배선 기판의 제조 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 접착제 시트의 제조 장치
KR101410841B1 (ko) 2012-11-26 2014-06-23 한국전기연구원 고온 초전도 선재
EP2945168B1 (en) * 2013-01-09 2017-12-06 Fujikura Ltd. Oxide superconducting wire, connection structure thereof, and superconducting device
JP6108888B2 (ja) * 2013-03-13 2017-04-05 古河電気工業株式会社 ピーラブル超電導導体、ピーラブル超電導導体の製造方法及び超電導線の補修方法
KR101803161B1 (ko) 2013-03-15 2017-11-29 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 초전도 도체의 제조 방법 및 초전도 도체
EP3007180B1 (en) * 2013-05-28 2018-04-04 Fujikura Ltd. Oxide superconductor and method for manufacturing the same
US9908158B2 (en) 2014-03-10 2018-03-06 Ametek, Inc. Air flow mechanism for image capture and vision systems
KR102515541B1 (ko) * 2016-07-19 2023-03-30 한국전자통신연구원 이동무선백홀 네트워크에서의 고속 이동체 단말 및 그의 제어정보 전송 방법과, 기지국의 제어정보 수신 방법
US10804010B2 (en) * 2017-05-12 2020-10-13 American Superconductor Corporation High temperature superconducting wires having increased engineering current densities
GB2565839A (en) * 2017-08-25 2019-02-27 Tokamak Energy Ltd Superconducting joint using exfoliated ReBCO

Also Published As

Publication number Publication date
NZ752435A (en) 2022-10-28
EP3510642A4 (en) 2020-04-29
US10811589B2 (en) 2020-10-20
WO2018048979A1 (en) 2018-03-15
EP3510642A1 (en) 2019-07-17
KR20190051009A (ko) 2019-05-14
JP2019534549A (ja) 2019-11-28
US20190237650A1 (en) 2019-08-01
KR102179595B1 (ko) 2020-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6868305B2 (ja) リールツーリール剥離及び第2世代超伝導体の加工
JP6853267B2 (ja) 第2世代超伝導フィラメント及びケーブル
RU2730429C1 (ru) Высокотемпературные сверхпроводящие провода с повышенными конструктивными плотностями тока
JP6064086B2 (ja) 酸化物超電導線材及び酸化物超電導線材の製造方法
JP2018532262A (ja) スマートインシュレーションを備えた高温超電導コイル、それに用いられる高温超電導線材、及びその製造方法
JP2011198469A (ja) 絶縁被覆酸化物超電導線材および樹脂含浸超電導コイル
JPH06325629A (ja) 酸化物超電導導体とその製造方法およびそれを備えた酸化物超電導電力ケーブル
JP5695921B2 (ja) 酸化物超電導線材の製造方法及び酸化物超電導線材
CN113345641B (zh) 附带失超探测保护的超导带材、超导缆线和保护方法
US11877521B2 (en) Flexible multi-filament high temperature superconducting cable
WO2013153973A1 (ja) 補強材付き酸化物超電導線材
US20180358153A1 (en) Oxide superconducting thin film wire and method for producing the same
KR20190118245A (ko) 초전도층이 적층된 고온초전도선재 및 그 제조방법
JP5695632B2 (ja) 酸化物超電導線材及びその製造方法並びに超電導コイル及び超電導ケーブル
EP3696826A1 (en) Connection structure for oxide superconducting wire materials
KR102683995B1 (ko) 제2세대 초전도성 필라멘트와 케이블
Solovyov et al. Electromechanical properties of 1-mm-wide superconducting cables comprised of exfoliated YBCO filaments
JP6311209B2 (ja) 酸化物超電導薄膜線材
WO2021172276A1 (ja) 超電導コイル装置およびその製造方法
JP6869868B2 (ja) 酸化物超電導線材の接続構造
NZ745190B2 (en) Second generation superconducting filaments and cable
JP2017152210A (ja) 酸化物超電導線材及びその製造方法
JP2015035425A (ja) 酸化物超電導線材及び酸化物超電導線材の製造方法
CN110661152A (zh) 高温超导体的焊接方法、焊接装置及焊接接头
JP2014238979A (ja) 酸化物超電導線材の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200827

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200827

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200827

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20201130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210304

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210323

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210405

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6868305

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250