JPH06251649A - 超電導部材の製造方法 - Google Patents

超電導部材の製造方法

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JPH06251649A
JPH06251649A JP5035113A JP3511393A JPH06251649A JP H06251649 A JPH06251649 A JP H06251649A JP 5035113 A JP5035113 A JP 5035113A JP 3511393 A JP3511393 A JP 3511393A JP H06251649 A JPH06251649 A JP H06251649A
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JP
Japan
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oxide superconductor
silver
superconducting member
superconducting
weight
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JP5035113A
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English (en)
Inventor
Hisashi Yoshino
久士 芳野
Mutsuki Yamazaki
六月 山崎
Hiroyuki Fukuya
浩之 福家
Dein Tan Torun
トルン・ディン・タン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Original Assignee
Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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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

(57)【要約】 【目的】 実用上十分な臨界電流密度が得られると共
に、金属基体を安定化材として機能させることが可能な
超電導部材の製造方法を提供する。 【構成】 金属基体上に、酸化物超電導体層を直接形成
して、超電導部材を製造する。この際、金属基体とし
て、銀を主成分とし、これにパラジウムのような白金族
元素を 0.1〜50重量% の範囲で添加した合金からなり、
かつ表面粗さが 5μm 以下の基体を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導体を使用
した超電導部材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液体窒素温度以上の高い臨界温度を有す
る、 Y-Ba-Cu-O系、 Bi-Sr-Ca-Cu-O系、 Tl-Ba-Ca-Cu-O
系等の酸化物超電導体は、冷媒として高価な液体ヘリウ
ムに代えて、安価な液体窒素を利用できるため、工業的
にも重要な価値を有している。このような酸化物超電導
体のエネルギー分野への応用を考えた場合、まず線材化
することが必要となる。そこで、各種方法を用いて酸化
物超電導体を線材化する試みがなされている。例えば、 (a) 金属管内に酸化物超電導体を封入し、これを線引
き加工することによって線材化する。 (b) 酸化物超電導体粉末と有機バインダとを混合し、
ノズルから押し出して線材化する。 (c) 金属テープあるいは金属ワイヤ上にスパッタ法や
蒸着法により酸化物超電導体層を形成し、線材化する。 等が知られている。
【0003】これら酸化物超電導体を用いた超電導線材
の臨界電流密度は、徐々に向上する傾向にある。特に、
臨界電流密度が高い超電導線材を得る方法として、上記
(c)の方法が有望視されているが、スパッタ法や蒸着法
等によって直接金属基体上に酸化物超電導体層を形成し
たのでは、配向した酸化物超電導体層は得られ難いと共
に、使用する金属基体によっては酸化物超電導体層との
界面に反応層が形成されるという難点があった。そこ
で、配向層を得るための現実的な手法として、酸化物超
電導体と格子定数が近似した MgO層等を金属基体上にバ
ッファ層として形成し、このバッファ層上に酸化物超電
導体層を形成する方法が試みられている。しかし、上記
したようなバッファ層を介した酸化物超電導体層の形成
方法では、 MgOのような絶縁層が介在するために、酸化
物超電導体層と金属基体との電気的な導通をとることが
できない。従って、使用中に酸化物超電導体層の一部が
常電導状態に転移した場合に、金属基体へ電流をバイア
スさせて超電導体を保護する、いわゆる安定化材として
金属基体を機能させることができない。
【0004】一方、酸素プラズマ供給法を組合せたクラ
スターイオンビーム法(ICB法)等によれば、クラス
ターの持つイオンエネルギーの作用により、配向した酸
化物超電導体膜を銀テープ等の金属基体上に直接形成す
ることが可能であり、超電導特性の向上が期待できると
共に、酸化物超電導体層と金属基体との界面にバッファ
層を設ける必要がないため、金属基体を安定化材として
機能させることができるという利点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、酸化物超電
導体を線材として実用化するためには、105 A/cm2 以上
の臨界電流密度が要求されている。しかしながら、上述
したような銀基体上に酸化物超電導体層を直接形成した
線材で得られている臨界電流密度は、104 A/cm2程度と
必ずしも十分ではなく、酸化物超電導体を用いた超電導
線材の実用化を目指すためには、さらに臨界電流密度を
向上させる必要がある。
【0006】本発明は、このような従来技術の課題に対
処するためになされたもので、実用上十分な臨界電流密
度が得られると共に、金属基体を安定化材として機能さ
せることが可能な超電導部材の製造方法を提供すること
を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の超電導部
材の製造方法は、金属基体上に、酸化物超電導体層を直
接形成して超電導部材を製造するにあたり、前記金属基
体として、銀を主成分とし、これに白金族元素を 0.1〜
50重量% の範囲で添加した合金からなり、かつ表面粗さ
が 5μm 以下の基体を用いることを特徴としている。
【0008】本発明の製造方法で用いる金属基体は、銀
を主成分とし、白金族元素を 0.1〜50重量% の範囲で添
加した合金からなるものである。酸化物超電導体を金属
基体上に直接成膜する際、基体温度は 500℃以上の高温
に保持され、しかも酸素を例えばプラズマやオゾン等の
活性な状態にして供給する必要がある。従って、金属基
体は酸化しにくく、あるいは酸化物超電導体と反応しに
くい金属であることが要求される。しかも、成膜した酸
化物超電導体層の臨界電流密度に悪影響を及ぼさないよ
うに、金属基体の表面粗さは小さいことが要求される。
【0009】ここで、従来から適用されている銀単体か
らなる基体を使用した場合に、酸素を供給しながら、上
記したような成膜温度まで金属基体を加熱すると、表面
に 1μm 以下の微小な凹凸、あるいは突起が形成され、
成膜時に酸化物超電導体の結晶粒間の整合性が低下し、
臨界電流密度の向上が阻害される。
【0010】本発明は、銀にパラジウム、白金、ロジウ
ム等の白金族元素を 0.1〜50重量%の範囲で添加した合
金からなる基体を用いることによって、基体加熱時に表
面粗さの変化がほとんどないことを見出したことにより
成されたもので、これにより金属基体表面に上記したよ
うな微小な凹凸や突起が形成されることを防止すること
ができる。そして、上記したような合金からなる基体の
当初の表面粗さを 5μm 以下としておけば、成膜した酸
化物超電導体の結晶粒間の結晶の整合性を良好とするこ
とができ、臨界電流密度の高い酸化物超電導体を再現性
よく得ることが可能となる。金属基体の当初の表面粗さ
が 5μm を超えると、酸化物超電導体の結晶間の整合性
が悪化し、臨界電流密度が低下する。
【0011】銀単体の基体を用いた場合に、基体加熱時
に表面に 1μm 以下の微小な凹凸や突起が形成される原
因は、十分には解明されていないものの、酸素が作用し
ているものと考えられる。すなわち、活性な酸素が銀表
面を酸化し、酸化銀の蒸発・解離によって、表面に微小
な凹凸や突起を形成しているものと考えられる。パラジ
ウム、白金、ロジウム等の白金族元素は、合金化によっ
て、上記したような作用を抑制する効果を発揮し、表面
を平滑に保持する。このような効果は、パラジウム、白
金、ロジウムのいずれによっても得られるが、特に安価
に超電導部材を製造するという点からは、パラジウムを
使用することが好ましい。
【0012】また、上記したような効果は、銀に白金族
元素を 0.1重量% 以上、好ましくは1重量% 以上、より
好ましくは 5重量% 以上添加することによって得られ
る。ただし、白金族元素を50重量% を超えて添加する
と、臨界温度の低下が認められるため、その添加量は50
重量% 以下とする。より好ましくは20重量% 以下であ
る。本発明に用いる酸化物超電導体としては、超電導状
態を実現し得るものであれば種々の酸化物を適用するこ
とができ、例えば銅系酸化物超電導体が挙げられる。こ
の銅系酸化物超電導体は、特に限定されるものではない
が、例えば下記の式で実質的に組成が表されるものが例
示される。
【0013】La2-x AEx Cu O4 (式中、AEはBa、SrおよびCaから選ばれた少なくとも 1
種の元素を、 xは0.02≦x≦0.08を満足する数を示す) RE Ba2 Cu3 O 7-δ (式中、REは Y、Sc、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、Lu等の希土類元素から選ばれた少なくとも
1種の元素を示し、δは酸素欠損を表し、通常 1以下の
数である) Bi2 Sr2 Ca1 Cu2 O 8+d Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 O 10+d Bi2 Sr2 Ca3 Cu4 O 12+d Tl2 Ba2 Ca1 Cu2 O 8+d Tl1 Ba2 Ca1 Cu2 O 7+d Tl2 Ba2 Ca2 Cu3 O 10+d Tl1 Ba2 Ca2 Cu3 O 9+d (上記各式中、 dは酸素の微小な変動を表す。また、Bi
およびTlの一部はPbで、Sr、Ca、Ba等の一部はRE元素で
置換可能) また、本発明における酸化物超電導体層の形成方法とし
ては、例えば反応性蒸着法、スパッタ法、CVD法等の
各種薄膜形成法を適用することが可能である。中でも、
反応性蒸着法の一種であるクラスターイオンビーム法に
よれば、イオンエネルギーのアシスト効果によって、低
い基板温度で所望の組織の酸化物超電導体膜を形成する
ことが可能であることから、好ましい形成方法といえ
る。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0015】実施例1 まず、銀にパラジウムを 0.1重量% 、 1重量% 、 5重量
% 、10重量% 、20重量% 、30重量% 、および50重量% 含
有させた銀−パラジウム合金をそれぞれ作製した。
【0016】次に、これらの合金をそれぞれ幅 1mm、厚
さ 0.3mmで、表面粗さ計による表面粗さが 2μm のテー
プ状に加工した。この後、酸素プラズマ供給法を組合せ
たクラスターイオンビーム成膜法によって、各銀−パラ
ジウム合金テープの表面に、Y1 Ba2 Cu3 O y で表され
る酸化物超電導体層を成膜した。この際の成膜温度は約
650℃とした。また、膜厚は 0.2μm である。
【0017】得られた短尺の超電導部材の臨界温度を 4
端子法で測定した結果、いずれの超電導部材も 83K〜 8
7Kの範囲の臨界温度を示した。また、これらの超電導部
材を液体窒素中に浸漬し臨界電流密度を測定した。その
結果、臨界電流密度は 0.8〜1.2×105 A/cm2 と良好な
値を示した。
【0018】また、各超電導部材の表面を走査型電子顕
微鏡で観察した結果、表面凹凸が少なく、滑らかな形態
を示していた。また、X線回折パターンを調べたとこ
ろ、(00l)面からの強い回折が認められ、c軸配向して
いることが確認された。
【0019】実施例2 パラジウムの含有量が10重量% の銀−パラジウム合金を
用い、幅 1mm、厚さ0.3mmで、表面粗さ計による表面粗
さが 5μm 、 3μm 、 1μm および 0.5μmのテープを
それぞれ作製し、これらの銀−パラジウム合金テープ上
に、実施例1と同様な方法で酸化物超電導体層を形成
し、超電導部材を作製した。
【0020】得られた超電導部材の臨界温度を 4端子法
で測定した結果、いずれの超電導部材も 84K〜 87Kの範
囲の臨界温度を示した。また、これらの超電導部材の臨
界電流密度を液体窒素中で測定した結果、臨界電流密度
は 1.0〜 1.5×105 A/cm2 と良好な値を示した。
【0021】比較例1 純度99.99%の銀、およびパラジウムの含有量が0.05重量
% および60重量% の銀−パラジウム合金をそれぞれ用
い、幅 1mm、厚さ 0.3mmで、表面粗さ計による表面粗さ
が 2μm のテープをそれぞれ作製し、これらのテープ上
に実施例1と同様な方法で酸化物超電導体層を形成し、
超電導部材を作製した。
【0022】得られた超電導部材の臨界温度を 4端子法
で測定した結果、パラジウム含有量が60重量% の合金テ
ープを用いたものは臨界温度が 70Kで、他は 84K〜 87K
の範囲の臨界温度を示した。また、これらの超電導部材
の臨界電流密度を液体窒素中で測定した結果、 0.7〜
1.5×104 A/cm2 の範囲の値しか得られなかった。
【0023】比較例2 パラジウムの含有量が10重量% の銀−パラジウム合金を
用い、幅 1mm、厚さ0.3mmで、表面粗さ計による表面粗
さが10μm および15μm の合金テープをそれぞれ作製
し、これらのテープ上に実施例1と同様な方法で酸化物
超電導体層を形成し、超電導部材を作製した。
【0024】得られた超電導部材の臨界温度を 4端子法
で測定した結果、臨界温度は 79K〜81Kの範囲であっ
た。また、これら超電導部材の臨界電流密度を液体窒素
中で測定した結果、 0.5〜 1×104 A/cm2 の範囲の値し
か得られなかった。
【0025】なお、上記実施例においては、クラスター
イオンビーム法による成膜を例として挙げて説明した
が、銀−白金族合金を基体として用い、高温で成膜する
方法においては同じく効果があることはいうまでもな
い。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導部
材の製造方法によれば、成膜時の基体加熱によっても、
金属基体の表面に微小な凹凸や突起が形成されることが
ないため、高い臨界電流密度を再現性よく得ることが可
能となる。また、酸化物超電導体層を金属基体上に直接
形成しているため、金属基体を安定化材として機能させ
ることが可能な超電導部材が得られる。
【0027】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福家 浩之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 トルン・ディン・タン 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基体上に、酸化物超電導体層を直接
    形成して超電導部材を製造するにあたり、 前記金属基体として、銀を主成分とし、これに白金族元
    素を 0.1〜50重量% の範囲で添加した合金からなり、か
    つ表面粗さが 5μm 以下の基体を用いることを特徴とす
    る超電導部材の製造方法。
JP5035113A 1993-02-24 1993-02-24 超電導部材の製造方法 Pending JPH06251649A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104671755A (zh) * 2015-02-10 2015-06-03 中国科学院物理研究所 一种新型磁电耦合多铁性材料BiMn3Cr4O12的制备方法

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Effective date: 19980421