JPH02265116A - Manufacture of superconductive material - Google Patents

Manufacture of superconductive material

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JPH02265116A
JPH02265116A JP1081539A JP8153989A JPH02265116A JP H02265116 A JPH02265116 A JP H02265116A JP 1081539 A JP1081539 A JP 1081539A JP 8153989 A JP8153989 A JP 8153989A JP H02265116 A JPH02265116 A JP H02265116A
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JP
Japan
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substrate
alloy
region
nbc
carbon layer
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Application number
JP1081539A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Matsuda
松田 昭一
Mitsuru Morita
充 森田
Hitoshi Wada
仁 和田
Tsuneo Kuroda
黒田 恒生
Kikuo Ito
伊藤 喜久男
Michiya Yuyama
道也 湯山
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National Research Institute for Metals
Nippon Steel Corp
Original Assignee
National Research Institute for Metals
Nippon Steel Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a linear superconductive material of NbC group compound at a low cost by depositing a black carbon coat on the surface of a Nb substrate by sputtering, etc., to give an element circuit, etc., fine process by a precise control-available laser in an in active atmosphere. CONSTITUTION:A carbon layer 2 of thickness 1mum or more is deposited on a Nb substrate 1 by a ring technique to prepare a composite structure 100. Next, the composite structure 100 is fixed on an X-Y table 110 in a reaction room under an argon atmosphere, e.g. to irradiate a YAG laser 120 while moving the X-Y table to an (X) direction or a (Y) direction at a preset speed in either cases. As a result, a preset width of simulated pattern 3 of a circuit for NbC compound is created on the surface of the composite structure 100. It is thus possible to obtain a linear NbC group compound superconductive material of inexpensiveness and excellence.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、N1)C塞化合物超電導材料、特に線状のN
1)C塞化合物超電導材料の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to N1) C blocking compound superconducting materials, particularly linear N
1) A method for producing a C-blocking compound superconducting material.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

超電導を示す化合物のなかで、A15型結晶構造をもつ
N1)3SIIとV3Gaだけが実用化されている。し
かし、B ]、型と呼ばれる結晶構造の化り物群にも優
れた特性を持つものが多く、そのうちN1)C基化合物
は原料が比較的安価なことから、優れた製造方法の確立
があれば実用化がすすむものと期待されている。
Among compounds that exhibit superconductivity, only N1)3SII and V3Ga, which have an A15 type crystal structure, have been put into practical use. However, there are many crystal structure monsters called types that have excellent properties, and among them, the raw materials for N1) C-based compounds are relatively cheap, so it is important to establish an excellent manufacturing method. It is expected that practical application will progress.

しかし、従来、線状のN1)C物化1物超電導材料は冶
金学的な方法で製造されていたため、エレクトロニクス
素子製造などに必要な精密、微細な制御かできなかっな
。本明細書において、’  NbC基化金化合物は、N
1)C以外に、N1)CのNbの一部を他の金属(M)
で置換した形の(Nb、M)Cも含める。
However, conventionally, linear N1)C monomonocarbon superconducting materials have been manufactured using metallurgical methods, which have not allowed for the precision and fine control necessary for manufacturing electronic devices. In this specification, 'NbC-based gold compound is NbC-based gold compound.
1) In addition to C, a part of Nb in N1) C is replaced with another metal (M)
Also includes (Nb, M)C substituted with .

超電導体には電気抵抗ゼロで電流を流すことができるが
、これには温度、磁界、電流密度に関する限界があり、
これを超えると電気抵抗が現れる。
Although it is possible to conduct current through a superconductor with zero electrical resistance, there are limits to this in terms of temperature, magnetic field, and current density.
If this value is exceeded, electrical resistance appears.

その限界を超電導臨界温度(Tc)、上部臨界磁界(H
c2)、臨界電流密度(Jc)と呼んでいる。N b 
3S nとV3GaではTcがそれぞれ絶対温度18.
0度と15.1度、Hc2がそれぞれ21.5テスラと
22.Oテスラであり、強い磁界を必要とする核融合炉
や粒子加速器等の超電導応用機器に使用される。これに
対してNbCのTcとHO2はそれぞれ11 、 OK
及び7テスラ程度であり、強い磁界を必要としな・い超
電導送電、小型交流超電導機器、超電導エレクトロニク
ス等への応用が可能である。その場6、精密、微細な制
御か可能な製造方法の開発が望まれる。
Its limits are the superconducting critical temperature (Tc) and the upper critical magnetic field (H
c2) is called critical current density (Jc). Nb
For 3S n and V3Ga, Tc is the absolute temperature of 18.
0 degrees and 15.1 degrees, Hc2 is 21.5 Tesla and 22. O tesla, used in superconducting application equipment such as nuclear fusion reactors and particle accelerators that require strong magnetic fields. On the other hand, Tc and HO2 of NbC are respectively 11 and OK
and about 7 Tesla, and can be applied to superconducting power transmission, small AC superconducting equipment, superconducting electronics, etc. that do not require strong magnetic fields. It is desired to develop a manufacturing method that allows on-site, precise, and fine control.

一般に、JcはTO,Hc2が高いほどあるいは微細組
織が細かいほど大きくなる。TO,HO2を高くするに
は元素組成比(Nb3SnのNb:5n−3: 1 、
V3GaのV : Ga=3 : 1、 N1)CのN
b:C1:1の比、(Nb、M)Cの場合は(Nll 
、 M) : C−1: 1)が精確に達成され、しか
も、結晶構造が立方晶(y軸、y軸、y軸の格子定数が
等しい構造)となることが望ましい。
Generally, Jc increases as TO and Hc2 become higher or as the microstructure becomes finer. To increase TO and HO2, the elemental composition ratio (Nb:5n-3:1 of Nb3Sn,
V of V3Ga: Ga=3:1, N1) N of C
In the case of b:C1:1 ratio, (Nb, M)C, (Nll
, M): C-1: 1) is achieved accurately, and the crystal structure is preferably cubic (a structure in which the lattice constants of the y-axes, y-axes, and y-axes are equal).

N 1)3S nとV、Gaにおいては、!M銅錫合金
ニオブあるいは銅ガリウム合金とヴアナジウl\から構
成される複6体を熱処理すると、銅錫合金とニオブある
いは銅ガリウム合金とつ゛アナジウノ\の界面に目的と
するN b 3 S 11あるいはV3Gaが生成する
N 1) In 3S n and V, Ga,! When a complex made of copper-tin alloy niobium or copper-gallium alloy and vanadium is heat-treated, the target N b 3 S 11 or V3Ga is formed at the interface between copper-tin alloy and niobium or copper-gallium alloy and vanadium. is generated.

従来、N1)C基超電導線状材料は典型的には次のよう
に製造されていた。すなわち、ニオブとニッケル・炭素
合金を原料として、ニオブ・ニッケル・炭素3元合金を
溶製する。この3元合金は熱間、大気中での加工可能で
、テープ状に加工するとニッケル・7トリクス中にNb
C粒子が連らなって線状に分散した超電導材料が得られ
る。あるいは、ニオブ・ニッケル合金をテープ状に冷間
加工し炭素粉体中に置いて大気中で加熱すると、浸炭反
応が起こって、ニッケル・ニオブ合金中の結晶粒界にN
1)Cのネットワークが形成される。ただし、N1)C
の場合このような冶金学的方法では精確な1:1の比及
び立方晶が得られない。また1:1の比を達成しようと
すると高い温度での熱処理が必要であるため、微細組織
が粗大化しJcが小さくなってしまう等の問題があった
Conventionally, N1) C-based superconducting linear materials have been typically produced as follows. That is, a ternary niobium-nickel-carbon alloy is melted using niobium and a nickel-carbon alloy as raw materials. This ternary alloy can be processed hot in the air, and when processed into a tape, Nb in nickel 7 trix
A superconducting material in which C particles are connected and dispersed in a linear manner is obtained. Alternatively, if a niobium-nickel alloy is cold-worked into a tape shape, placed in carbon powder, and heated in the atmosphere, a carburizing reaction occurs, and N forms at the grain boundaries in the nickel-niobium alloy.
1) A network of C is formed. However, N1)C
In this case, such metallurgical methods do not provide a precise 1:1 ratio and cubic crystal structure. In addition, in order to achieve a ratio of 1:1, heat treatment at a high temperature is required, which causes problems such as coarsening of the microstructure and reduction of Jc.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明は、超電導送電、小型交流超電導機器、超電導エ
レクトロニクス等への応用が期待できる安価なN1)C
基化合物の超電導線状材料を精密、微細に制御して製造
する方法を提供することを目的とする。
The present invention is an inexpensive N1) C that can be expected to be applied to superconducting power transmission, small AC superconducting equipment, superconducting electronics, etc.
The purpose of the present invention is to provide a method for manufacturing superconducting linear materials of basic compounds with precise and fine control.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明者は」1記問題点を克服すべく鋭意研究の結果、
精密な制御の可能な比較的出力エネルギーの小さいレー
ザー等に基づく技術と、スパツタリング等の薄膜生成技
術を組み合わせてN1)C基化合物の超電導材料製造に
適用することにより次の効果が発生ずることを究明した
As a result of intensive research to overcome the problem described in 1.
By combining technology based on lasers with relatively low output energy that can be precisely controlled and thin film production technology such as sputtering, and applying it to the production of superconducting materials of N1) C-based compounds, the following effects will occur. I investigated.

■ レーザー照射する基板表面にスパッタリング等の薄
膜生成技術により黒色の炭素皮膜を付着させると、レー
ザーのエネルギーを効率よく吸収させることができ、例
えば、レーザーの出力範囲数ワラトル百ワットでN1)
C生成に必要な高温が得られる。
■ If a black carbon film is attached to the surface of the substrate to be irradiated with the laser using a thin film generation technique such as sputtering, the laser energy can be efficiently absorbed.
The high temperature required for C production can be obtained.

■ 精密な制御の可能なレーザーの使用により、レーザ
ー出力、レーザービーム径、基板移動速度等を調節し、
素子回路等を微細加工することが可能である。
■ By using a laser that can be precisely controlled, the laser output, laser beam diameter, substrate movement speed, etc. can be adjusted.
It is possible to microfabricate element circuits and the like.

■ レーザーの使用により生成温度l\の急速加熱及び
生成温度から急速な冷却が可能となり、組成比が精確に
Nb: C=1: 1て立方晶のN1)C化合物を得る
ことができる。
(2) The use of a laser enables rapid heating to the formation temperature l\ and rapid cooling from the formation temperature, making it possible to obtain a cubic N1)C compound with an accurate composition ratio of Nb:C=1:1.

これらの知見に基づいて本発明を完成しな。The present invention was completed based on these findings.

すなわち本発明の要旨は、少な・くとも表面にNbまた
はNb基合金を含んで成る領域を有する基板のこの領域
上に、厚さ1μIn以上の炭素層を付着させて複合体を
作製する工程、および不活性な雰囲気中で、上記炭素層
の表面にレーザービームを照射しながら、このレーザー
ビームと上記複合体とを上記炭素層表面に沿って相対的
に運動させることによって、上記基板の上記領域にN1
)C基超電導化合物を基板面に沿って線状に生成させる
工程を含むことを特徴とする超電導材料の製造方法であ
る。
That is, the gist of the present invention is to form a composite by depositing a carbon layer with a thickness of 1 μIn or more on at least a region of a substrate containing Nb or a Nb-based alloy on the surface; and in an inert atmosphere, while irradiating the surface of the carbon layer with a laser beam, the laser beam and the composite are relatively moved along the surface of the carbon layer, thereby controlling the area of the substrate. to N1
) A method for producing a superconducting material, comprising the step of forming a C-based superconducting compound in a linear form along a substrate surface.

本発明においては、基板表面のNbまたはNl>基合金
を含んで成る領域上に付着させた炭素層をレーザー照射
して効率的にエネルギーを吸収させることにより、この
領域と炭素層との間で極めて局所的かつ急速な拡散反応
を起こさせてNbC基化金化合物超電導材料成させる。
In the present invention, the carbon layer deposited on the region containing Nb or Nl>based alloy on the surface of the substrate is irradiated with a laser to efficiently absorb energy, thereby forming a bond between this region and the carbon layer. An extremely local and rapid diffusion reaction is caused to form an NbC-based gold compound superconducting material.

N1)C基化合物を生成させる基板として、線材用には
展・延性があるNb単体金属あるいはこれに他の元素を
添加したN +)基合金、あるいはハステロイ、インコ
ネル、ステンレス鋼、チタン合金等の耐食・耐熱性自余
にNbまなはNb基合金を堆積さぜなものが適当である
。上記のNb基合金が、Ti、Ta、V、W、Mo、R
e、Os、Hf、およびZrから成る群から選択された
1種以上の元素を合計で15原子%以下合有し、残部が
Nbおよび不可避的不純物から成ることが望ましい。こ
の合金元素含有量は、Nbの加工性を劣化させることな
く線材への塑性加工が可能で、しかも、超電導特性を向
上させる範囲の量である。
N1) As a substrate for generating a C-based compound, for wire rods, use a malleable and ductile Nb simple metal, an N+)-based alloy with other elements added to it, or Hastelloy, Inconel, stainless steel, titanium alloy, etc. Corrosion resistance and heat resistance A material that does not have Nb or Nb base alloy deposited is suitable. The above Nb-based alloys include Ti, Ta, V, W, Mo, and R.
It is desirable that a total of 15 atomic % or less of one or more elements selected from the group consisting of e, Os, Hf, and Zr be incorporated, with the remainder consisting of Nb and inevitable impurities. The alloying element content is within a range that allows plastic working of Nb into a wire without deteriorating its workability and improves superconducting properties.

また、N1)C基化合物を生成させる基板として、素子
用にはこれら金属製基板の他に、アルミナ、ジルコニア
、サファイア、窒化ほう素、窒化けい素等の無機化合物
にNbまたはNb基合金を堆積させたものが適当で゛あ
る。
In addition to these metal substrates for devices, Nb or Nb-based alloys are deposited on inorganic compounds such as alumina, zirconia, sapphire, boron nitride, and silicon nitride as substrates for generating N1) C-based compounds. What you did is appropriate.

前記基板表面のNbまたはNb基合金を含んで成る領域
が、厚さ500μIll以下のNbの層と、Ti。
The region containing Nb or a Nb-based alloy on the surface of the substrate includes a layer of Nb having a thickness of 500 μIll or less, and Ti.

Ta 、 V 、 W 、 R,e 、 Os 、 H
f、およびZrから成る群から選択された1種以上の元
素の厚さ20μIll以下の層とを交互に順次積層して
形成されることが望ましい。基板の上にスパッタリング
等の薄膜生成技術により、Nb層と上記金属層を上記厚
さて交互に順次積層することによりNbC基化金化合物
成速度を増加させることができる。
Ta, V, W, R,e, Os, H
It is preferable that layers of one or more elements selected from the group consisting of Zr, f, and Zr, each having a thickness of 20 μIll or less, are alternately and sequentially laminated. The growth rate of the NbC-based gold compound can be increased by alternately stacking the Nb layer and the metal layer to the above thickness on the substrate using a thin film formation technique such as sputtering.

積層のNb層とその他の元素層の厚さの上限は、レーザ
ー照射時にこれらの層の間に十分な拡散を起こさせてN
b:C=1:1の比を達成し、さらに急熱・急冷により
精確な立方晶構造として高いTcとHc2を得るととも
に、細かい微細組織を形成して大きなJcを得るための
限界である。その他の元素として選択されるのは、N1
)C基化合物の生成速度を増加させるものである。
The upper limit of the thickness of the Nb layer and other element layers in the stack is set so that sufficient diffusion occurs between these layers during laser irradiation.
This is the limit for achieving a ratio of b:C=1:1, obtaining high Tc and Hc2 as a precise cubic crystal structure by rapid heating and rapid cooling, and forming a fine microstructure to obtain a large Jc. Other elements selected are N1
) It increases the production rate of C group compounds.

以上のようにして準備した基板の上に、く詳しくは、N
bまたはNb基合金を含んで成る領域上に、)スパッタ
リング等の従来法により炭素層を付着させて複合体とす
る。炭素層は、レーザーのエネルギーを効率良く吸収す
ると同時に、生成するNbC基化金化合物炭素供給源と
して作用する。
For details, refer to N
A carbon layer is deposited onto the region comprising the Nb- or Nb-based alloy by conventional methods such as sputtering to form a composite. The carbon layer efficiently absorbs laser energy and at the same time acts as a carbon source for the generated NbC-based gold compound.

炭素層の厚さは1μm0以上必要である。これは、レー
ザー照射時に雰囲気中に残存する酸素と反応して失なわ
れても、炭素供給を十分に行なえるように、この損失量
を補償するためである。
The thickness of the carbon layer needs to be 1 μm or more. This is to compensate for the loss so that even if carbon is lost due to reaction with oxygen remaining in the atmosphere during laser irradiation, sufficient carbon can be supplied.

くっ) 不活性な雰囲気中で上記の複合体とレーザービーl\と
を炭素層表面に沿って相対的に運動させながら、炭素層
の表面をレーザービームで照射する。
*The surface of the carbon layer is irradiated with a laser beam while the above composite and the laser beam are moved relative to each other along the surface of the carbon layer in an inert atmosphere.

不活性な雰囲気としては、0.1気圧以下程度の真空あ
るいはこれに0.1〜3気圧程度の分圧で不活性ガスを
添加した雰囲気を用いることができる。
As the inert atmosphere, a vacuum of about 0.1 atm or less or an atmosphere to which an inert gas is added at a partial pressure of about 0.1 to 3 atm can be used.

不活性ガスとしては、アルゴンガスが安価であるため実
用上有利である。複合体とレーザービームとを炭素層表
面に沿って相対的に運動させることにより、炭素層表面
をレーザービーム照射点くスポット)が線状に移動する
。この相対運動は、使用する装置に応じて複合体および
レーザービーl\の一方を固定し他方を移動させること
により容易に行なうことができる。もちろん、超電導材
料を複雑なパターンで形成しようとする等の必要がある
場合には、複合体およびレーザービームの両方を移動さ
せて、レーザービーム照射点を上記パターンに沿った軌
跡で炭素層表面上を移動させるようにしてもよい。炭素
層によって効率良く吸収されたレーザービームのエネル
ギーは、照射点の下にあるNbまたはNb基合金(の層
)、および他の金属と積層されている場合にはその層に
伝達され、これらの層を急速にかつ局所的に加熱し各層
間の拡散が急速に行なわれる。これにより、N1)C基
化合物超電導材料がレーザー照射点の軌跡に沿った形で
基板上に生成される。レーザー照射点が追加した部分は
、通過直後に周囲部分への熱伝達によって急速に冷却さ
れる。そのため、不要な拡散が起きないので、達成され
たNb:C(または(Nb 、 M) : C)の比が
正確に室温にまで維持され、かつ結晶組織の粗大化も防
止される。これにより、優れた超電導特性(Tc 、 
Hc2 、 J c)を確保した線状のNlIClIC
物化合物される。
As the inert gas, argon gas is advantageous in practice because it is inexpensive. By relatively moving the composite and the laser beam along the carbon layer surface, the laser beam irradiation spot on the carbon layer surface moves linearly. This relative movement can be easily achieved by fixing one of the complex and the laser beam and moving the other, depending on the equipment used. Of course, if it is necessary to form a superconducting material in a complicated pattern, both the composite and the laser beam can be moved and the laser beam irradiation point can be placed on the surface of the carbon layer with a trajectory along the above pattern. may be moved. The energy of the laser beam efficiently absorbed by the carbon layer is transmitted to the Nb or Nb-based alloy (layer) below the irradiation point, and to other metals if laminated with them. By heating the layers rapidly and locally, diffusion between the layers occurs rapidly. As a result, N1) C-based compound superconducting material is generated on the substrate along the locus of the laser irradiation point. The area added by the laser irradiation point is rapidly cooled by heat transfer to the surrounding area immediately after passing. Therefore, since unnecessary diffusion does not occur, the achieved Nb:C (or (Nb, M):C) ratio is accurately maintained up to room temperature, and coarsening of the crystal structure is also prevented. This results in excellent superconducting properties (Tc,
Linear NlIClIC with Hc2, Jc)
A substance is a compound.

以下に、添付図面を参照し、実施例によって本発明を更
に詳しく説明する。
In the following, the invention will be explained in more detail by means of examples with reference to the accompanying drawings.

実施例1 本発明の方法にしたがって、Nb基板上に素子回路の擬
似パターンとしてNbC基化金化合物超電導材料造した
Example 1 According to the method of the present invention, a NbC-based gold compound superconducting material was fabricated as a pseudo pattern of an element circuit on an Nb substrate.

第1図(a)に示すように、Nb基板1 (厚さ0.1
mmX幅30I×長さ50 m m )上に、通常のス
パッタリング法によって厚さ10μ「0の炭素層2を付
着させて複合体100を作製した。
As shown in FIG. 1(a), a Nb substrate 1 (thickness 0.1
A composite body 100 was prepared by depositing a carbon layer 2 with a thickness of 10 μm on the carbon layer 2 (mm x width 30 I x length 50 mm) using a normal sputtering method.

次に、第1図(d)に示したように、この複合体100
を1気圧のアルゴン雰囲気の反応室中のXYテーブプル
10上に固定しな。X−YテーブルをX方向あるいはY
方向にいづれも100μml毎秒の速度で移動させつつ
、40ワツトのY A Gレーザー(ビーム径50μm
)120を照射しな。これによって、第1図(b)およ
び(c)に示したように、複合体100表面に幅およそ
50μ「nのN)+C化合物の回路の模擬パターン3が
生成した。その超電導特性は、Tc=10.1K 、 
Hc2= 7 T 、 J c=1.5X 105A/
 c+n2(OT 、 4.2K )であった。このよ
うにしてNbC化合物の超電導素子等への応用において
必要な、超電導化合物回路のパターン作製が可能である
Next, as shown in FIG. 1(d), this composite 100
Fix it on an XY table pull 10 in a reaction chamber with an argon atmosphere of 1 atm. Move the X-Y table in the X direction or Y direction.
A 40 watt YAG laser (beam diameter 50 μm) was
) Do not irradiate 120. As a result, as shown in FIGS. 1(b) and 1(c), a simulated circuit pattern 3 of the N)+C compound with a width of approximately 50 μ'n was generated on the surface of the composite 100. Its superconducting properties are Tc =10.1K,
Hc2=7T, Jc=1.5X 105A/
c+n2 (OT, 4.2K). In this way, it is possible to fabricate a pattern of a superconducting compound circuit, which is necessary for applying NbC compounds to superconducting elements and the like.

実施例2 本発明にしたがって、ハステロイ基体上にN l)基合
金の層を堆積させた基板上に、テープ状のN1)C基化
合物超電導材料を製造した。
Example 2 According to the present invention, a tape-shaped N1)C-based compound superconducting material was produced on a substrate having a layer of N1)-based alloy deposited on a Hastelloy substrate.

第2図(a>に示したように、ハステロイ基体21(厚
さ0.2mm、幅5mm、長さ約Loan)上に厚さ1
5μmのNb −5at%Ta合金層22をスパッタリ
ングによって堆積させた基板(21、22)上に、厚さ
5μmnの炭素層23をスパッタリングによって付着さ
せてテープ状の複合体200を作製した。
As shown in FIG.
A tape-shaped composite 200 was prepared by depositing a 5 μm thick carbon layer 23 by sputtering on the substrates (21, 22) on which a 5 μm thick Nb-5at%Ta alloy layer 22 was deposited by sputtering.

次に第2図(d)に示したように、この複合体200を
0.5気圧のアルゴン雰囲気の反応室中の回転ホィール
210縁周囲上に固定した。ホイール211で巻取りな
がらホイール210を1m+n/毎秒で回転させつつ、
70ワツトのY A Gレーザー(ビーム径100μm
)220を照射した。これによって、第2図(b)およ
び(C)に示したように、複合体200表面に幅およそ
100μI11の(Nb、Ta)C化合物24が複合体
200の長さく約10m)だけ生成した。第2図(e)
に、生成状態をオージェ写真(倍率200)によって示
す。その超電導特性は、Tc =10.3I(、Hc2
=6.3T 、 J c= 4 X 106A / c
m2(OT 、 4.2K )で、レーザー照射による
急熱・急冷効果により超電導送電の線材として有望な、
極めて優れなJc特性を示した。本発明は長尺化、スケ
ールアップが容易な方法であることから、これによって
優れた特性をもつN1)C物化合物テープ線材の作製が
可能となった。
Next, as shown in FIG. 2(d), this composite 200 was fixed around the edge of a rotating wheel 210 in a reaction chamber with an argon atmosphere of 0.5 atmospheres. While winding with the wheel 211, rotating the wheel 210 at 1 m+n/sec,
70 Watt YAG laser (beam diameter 100μm)
)220 was irradiated. As a result, as shown in FIGS. 2(b) and (C), a (Nb, Ta)C compound 24 having a width of approximately 100 μI11 was formed on the surface of the composite 200 (the length of the composite 200 was approximately 10 m). Figure 2(e)
The state of production is shown in an Auger photograph (magnification: 200). Its superconducting property is Tc = 10.3I(, Hc2
=6.3T, Jc=4X106A/c
m2 (OT, 4.2K), and is promising as a wire material for superconducting power transmission due to the rapid heating and cooling effects of laser irradiation.
It showed extremely excellent Jc characteristics. Since the present invention is a method that can be easily extended and scaled up, it has become possible to produce a N1) C compound tape wire with excellent properties.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によって、線状のNbC基
化金化合物超電導材料用化することができる。
As explained above, according to the present invention, a linear NbC-based gold compound superconducting material can be used.

更に、本発明によって次のような技術的、経済的効果が
期待できる。
Furthermore, the following technical and economic effects can be expected by the present invention.

■ 表面の炭素層によりレーザーのエネルギーが極めて
効率よく吸収されることから、高価で大電力を消費する
大容量炭酸ガスレーザーは必要なく、小容量のY A 
Gレーザー等を使用することができる。
■ Since laser energy is absorbed extremely efficiently by the carbon layer on the surface, there is no need for expensive, large-capacity carbon dioxide lasers that consume large amounts of power, and small-capacity YA lasers are not required.
G laser etc. can be used.

■ Y A Gレーザーを使用できることから、レーザ
ー導入用窓に比較的安価で毒性の無い石英ガラスを使用
することができる。
- Since a YAG laser can be used, relatively inexpensive and non-toxic quartz glass can be used for the laser introduction window.

■ 制御の容易な小容量レーザーを使用するところから
、基板上に線材への応用だけでなく素子への応用も可能
な精密な形状、位置等をもつNbC基化金化合物電導相
を連続的に生成することができる。
■ By using a small-capacity laser that is easy to control, we can continuously deposit an NbC-based gold compound conductive phase on a substrate with a precise shape and position that can be applied not only to wires but also to devices. can be generated.

■ 急熱、急冷状態で生成されることから、微細な結晶
構造となり、大きなJcが得られる。
■ Since it is generated under rapid heating and cooling conditions, it has a fine crystal structure and a large Jc can be obtained.

■ レーザーと薄膜技術の組合せであるため、反応雰囲
気の選択に自由度があり、簡便かつスケールアップが容
易である。
■ Since it is a combination of laser and thin film technology, there is a degree of freedom in selecting the reaction atmosphere, making it simple and easy to scale up.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)〜(d)は、本発明にしたがってNb基板
を用いてN1)C基化合物超電導材料を製造する例を示
す図であって、(a>はレーザー照射する前の複合体の
側面図、(b)および(c)はレーザー照射後の複合体
を示すそれぞれ平面図および側面図、および(d)はテ
ーブル上に固定した複合体にレーザーを照射している状
態を示す斜視図、および第2図(a)〜(e)は、本発
明にしたがって、ハステロイ基体上にNb基合金の層を
堆積させた基板を用いてN1)C基化合物超電導材料を
製造する例を示す図であって、(a>はレーザー照射前
の複合体の断面図、(b)および(C)はレーザー照射
後の複合体のそれぞれ平面図および断面図、(、I)は
一方のホイールに巻いたテープ状の複合体をレーザー照
射しながら他方のホイールに巻き取っている状態を示す
側面図、および(e)は(b)に示した複合体表面の一
部をEPM八分へした結果を示す金属組織写真である。 1・・・N l)基板、   2・・・炭素層、3・・
・NbC基化金化合物超電導材 料00・・・複合体、    21・・・ハステロイ基
体、22− Nb −5at%Ta合金層、23・・・
炭素層、 24・・・N1)C基化合物超電導材料、ZOO・・・
複合体。 O/
FIGS. 1(a) to 1(d) are diagrams showing an example of manufacturing an N1) C-based compound superconducting material using an Nb substrate according to the present invention, in which (a> is a composite before laser irradiation) (b) and (c) are a plan view and a side view, respectively, showing the composite after laser irradiation, and (d) is a perspective view showing the laser irradiating the composite fixed on a table. 2(a) to 2(e) show an example of manufacturing a N1) C-based compound superconducting material using a substrate having a layer of Nb-based alloy deposited on a Hastelloy substrate according to the present invention. In the figure, (a> is a cross-sectional view of the composite before laser irradiation, (b) and (C) are respectively a plan view and a cross-sectional view of the composite after laser irradiation, and (, I) is a cross-sectional view of the composite before laser irradiation. A side view showing the rolled tape-shaped composite being wound around the other wheel while being irradiated with a laser, and (e) is the result of cutting a part of the composite surface shown in (b) into EPM eighths. It is a metal structure photograph showing 1... N l) substrate, 2... carbon layer, 3...
・NbC-based gold compound superconducting material 00...Composite, 21...Hastelloy substrate, 22-Nb-5at%Ta alloy layer, 23...
Carbon layer, 24...N1) C-based compound superconducting material, ZOO...
complex. O/

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、少なくとも表面にNbまたはNb基合金を含んで成
る領域を有する基板のこの領域上に、厚さ1μm以上の
炭素層を付着させて複合体を作製する工程、および 不活性な雰囲気中で、上記炭素層の表面にレーザービー
ムを照射しながら、このレーザービームと上記複合体と
を上記炭素層表面に沿って相対的に運動させることによ
って、上記基板の上記領域にNbC基超電導化合物を基
板面に沿って線状に生成させる工程 を含むことを特徴とする超電導材料の製造方法。 2、前記基板が、NbまたはNb基合金から成ることを
特徴とする請求項1記載の方法。 3、前記基板が、耐食・耐熱合金の基体上にNbまたは
Nb基合金を含む層を堆積させて前記領域を形成するこ
とにより作製されることを特徴とする請求項1記載の方
法。 4、前記耐食・耐熱合金が、ハステロイ、インコネル、
ステンレス鋼およびチタン合金から成る群から選択され
ることを特徴とする請求項3記載の方法。 5、前記基板が、無機化合物の基体上にNbまたはNb
基合金を含む層を堆積させて前記領域を形成することに
より作製されることを特徴とする請求項1記載の方法。 6、前記無機化合物が、アルミナ、ジルコニア、サファ
イア、窒化ほう素および窒化けい素から成る群から選択
されることを特徴とする請求項5記載の方法。 7、前記Nb基合金が、Ti、Ta、V、W、Mo、R
e、Os、Hf、およびZrから成る群から選択された
1種以上の元素を合計で15原子%以下含有し、残部が
Nbおよび不可避的不純物から成ることを特徴とする請
求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。 8、前記基板の前記領域が、厚さ500μm以下のNb
の層と、Ti、Ta、V、W、Re、Os、Hf、およ
びZrから成る群から選択された1種以上の元素の厚さ
20μm以下の層とを交互に順次積層して形成されるこ
とを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記
載の方法。
[Claims] 1. A step of producing a composite by depositing a carbon layer with a thickness of 1 μm or more on a region of a substrate having at least a region containing Nb or a Nb-based alloy on the surface; In an active atmosphere, while irradiating the surface of the carbon layer with a laser beam, the laser beam and the composite are moved relative to each other along the surface of the carbon layer, thereby injecting NbC into the region of the substrate. 1. A method for producing a superconducting material, comprising the step of generating a base superconducting compound in a linear form along a substrate surface. 2. The method according to claim 1, wherein the substrate is made of Nb or a Nb-based alloy. 3. The method of claim 1, wherein the substrate is fabricated by depositing a layer containing Nb or a Nb-based alloy on a substrate of a corrosion-resistant and heat-resistant alloy to form the region. 4. The corrosion-resistant and heat-resistant alloy is Hastelloy, Inconel,
4. A method according to claim 3, characterized in that the material is selected from the group consisting of stainless steel and titanium alloys. 5. The substrate has Nb or Nb on an inorganic compound base.
2. The method of claim 1, wherein the region is formed by depositing a layer comprising a base alloy. 6. The method of claim 5, wherein the inorganic compound is selected from the group consisting of alumina, zirconia, sapphire, boron nitride and silicon nitride. 7. The Nb-based alloy is Ti, Ta, V, W, Mo, R
Claims 1 to 6, characterized in that it contains a total of 15 atomic % or less of one or more elements selected from the group consisting of e, Os, Hf, and Zr, with the remainder consisting of Nb and inevitable impurities. The method according to any one of the above. 8. The region of the substrate is made of Nb with a thickness of 500 μm or less
and layers each having a thickness of 20 μm or less of one or more elements selected from the group consisting of Ti, Ta, V, W, Re, Os, Hf, and Zr are sequentially stacked. 8. A method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that:
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