JPH06314609A - Abacuo based superconducting coil and its manufacture - Google Patents

Abacuo based superconducting coil and its manufacture

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JPH06314609A
JPH06314609A JP5104761A JP10476193A JPH06314609A JP H06314609 A JPH06314609 A JP H06314609A JP 5104761 A JP5104761 A JP 5104761A JP 10476193 A JP10476193 A JP 10476193A JP H06314609 A JPH06314609 A JP H06314609A
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JP
Japan
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superconducting
oxide superconducting
tape
layer
superconducting layer
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Pending
Application number
JP5104761A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazunori Onabe
和憲 尾鍋
Naohiro Futaki
直洋 二木
Yasuhiro Iijima
康裕 飯島
Nobuyuki Sadakata
伸行 定方
Takashi Saito
隆 斉藤
Tsukasa Kono
宰 河野
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.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06314609A publication Critical patent/JPH06314609A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Abstract

PURPOSE:To provide the structure of a superconducting coil wherein the reduction ratio of critical current density can be made small when a superconducting tape is worked into a coil, and critical current density is large. CONSTITUTION:A superconducting tape 2 is constituted by forming an ABaCuO based oxide superconducting layer 5 on a base member 3 of a metal tape, via an intermediate layer 4. The title superconducting coil 1 is constituted by working the superconducting tape 2 into a coil. The tape 2 is worked by a radius of curvature wherein the strain loaded on the oxide superconducting layer 5 is 0.25% or larger. The tape 2 is so worked that the oxide superconducting layer 5 is positioned inside the base member. The above ABCuO based superconducting coil is characterized by that compression stress is loaded on the oxide superconducting layer 5. In the composition formula, A shows one kind or two kinds or more out of Y and rare earth elements.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は臨界温度が高いことで知
られているABaCuO系超電導コイルの構造とその製
造方法に関するもので、この種の超電導コイルは、超電
導マグネット、超電導エネルギー貯蔵装置、超電導発電
などの分野において応用開発が進められているものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of an ABaCuO-based superconducting coil which is known to have a high critical temperature and a method for manufacturing the same, and a superconducting coil of this kind includes a superconducting magnet, a superconducting energy storage device and a superconducting coil. Applied development is underway in fields such as power generation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、レーザ蒸着法やCVD法などの成
膜法により、基材上に、酸化物超電導層を形成して超電
導テープを形成することがなされている。そして、この
種の成膜法によって形成した薄膜状の超電導層は、酸化
物超電導体の構成元素の粉末を銅パイプに充填し、それ
に縮径加工を施し、更に熱処理を施して得られる形式の
超電導導体よりも高い臨界電流密度(Jc)を示すこと
が知られている。また、この種の超電導テープは、液体
窒素温度(77K)で冷却して超電導状態とした上で磁
場を作用させた場合に、磁場による超電導特性の劣化割
合も少ないとされているので、この種の超電導テープを
用いてコイル加工を施し、小型で軽量の超電導マグネッ
トを製造する試みがなされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a superconducting tape has been formed by forming an oxide superconducting layer on a base material by a film forming method such as a laser vapor deposition method or a CVD method. Then, the thin-film superconducting layer formed by this type of film-forming method is a type obtained by filling a copper pipe with powder of the constituent elements of the oxide superconductor, subjecting it to a diameter reduction process, and further subjecting it to heat treatment. It is known to have a higher critical current density (Jc) than superconducting conductors. In addition, this type of superconducting tape is also considered to have a low rate of deterioration of superconducting properties due to a magnetic field when a magnetic field is applied after cooling to a superconducting state by cooling at liquid nitrogen temperature (77K). Attempts have been made to manufacture a compact and lightweight superconducting magnet by subjecting a coil to the superconducting tape of.

【0003】ところが、金属テープなどの長尺の基材の
上に酸化物超電導層を直接成膜すると、金属テープが多
結晶体であり、金属テープの結晶構造が、酸化物超電導
体の結晶構造と大きく異なり、しかも、結晶の配向性も
揃っていない関係から、その上に成膜される酸化物超電
導層の結晶配向性も乱れたものになり、結晶配向性が乱
れた酸化物超電導層では、良好な超電導特性が得られな
い問題がある。また、金属テープと酸化物超電導体では
熱膨張係数が大きく異なるので、酸化物超電導層を形成
する際に施す熱処理時の加熱冷却処理の際に、熱膨張係
数の違いに起因する熱歪が蓄積され、場合によっては酸
化物超電導層にクラックを生じさせてしまい、臨界電流
密度が大幅に低下する問題がある。更に、前記熱処理の
際に、金属テープと酸化物超電導層との間に元素の拡散
現象を生じると、金属テープの構成元素の一部が酸化物
超電導層側に侵入するか、酸化物超電導層の構成元素の
一部が金属テープ側に拡散することになり、いずれにし
ても酸化物超電導層の組成が崩れて超電導特性が劣化す
る問題がある。
However, when the oxide superconducting layer is directly formed on a long base material such as a metal tape, the metal tape is a polycrystal, and the crystal structure of the metal tape is the crystal structure of the oxide superconductor. However, since the crystal orientation is not uniform, the crystal orientation of the oxide superconducting layer formed on it is also disordered, and in the oxide superconducting layer with disordered crystal orientation, However, there is a problem that good superconducting characteristics cannot be obtained. In addition, since the thermal expansion coefficient of the metal tape and that of the oxide superconductor are greatly different, thermal strain due to the difference in thermal expansion coefficient is accumulated during the heating / cooling process during the heat treatment for forming the oxide superconducting layer. As a result, cracks may occur in the oxide superconducting layer in some cases, and there is a problem that the critical current density is significantly reduced. Furthermore, during the heat treatment, if an element diffusion phenomenon occurs between the metal tape and the oxide superconducting layer, some of the constituent elements of the metal tape enter the oxide superconducting layer side or the oxide superconducting layer. Therefore, there is a problem that the composition of the oxide superconducting layer is destroyed and the superconducting characteristics are deteriorated, because a part of the constituent elements of (3) is diffused to the metal tape side.

【0004】そこで従来、金属テープの上に結晶配向性
の優れた中間層、例えば、MgOやSrTiO3、イッ
トリウム安定化ジルコニア(YSZ)などのような酸化
物超電導体と結晶構造の類似した中間層を形成し、この
中間層上に酸化物超電導層を成膜することで、金属テー
プなどの長尺の基材上に結晶配向性の優れた酸化物超電
導層を形成することがなされている。このような中間層
を金属テープと酸化物超電導層の間に形成するならば、
熱膨張係数の差異に起因する熱歪の蓄積を緩和すること
ができ、酸化物超電導層と金属テープとの間の元素拡散
も抑制できるので、特性の優れた酸化物超電導層を備え
た超電導テープを得ることができる。
Therefore, conventionally, an intermediate layer having a superior crystal orientation on a metal tape, for example, an intermediate layer having a crystal structure similar to that of an oxide superconductor such as MgO, SrTiO 3 , or yttrium-stabilized zirconia (YSZ). Is formed and an oxide superconducting layer is formed on this intermediate layer, whereby an oxide superconducting layer having excellent crystal orientation is formed on a long base material such as a metal tape. If such an intermediate layer is formed between the metal tape and the oxide superconducting layer,
Since the accumulation of thermal strain due to the difference in thermal expansion coefficient can be mitigated and the element diffusion between the oxide superconducting layer and the metal tape can be suppressed, the superconducting tape provided with the oxide superconducting layer having excellent characteristics. Can be obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
ハステロイからなる金属テープの上にイットリウム安定
化ジルコニア(YSZ)の中間層を形成し、この中間層
上に酸化物超電導体の中でも安定性に優れたYBaCu
O系の超電導層を形成することで超電導テープを製造
し、この超電導テープについてコイル加工を施してみ
た。まず、幅10mm、厚さ0.1mmのハステロイか
らなる金属テープを用い、この金属テープ上に厚さ0.
5μmのYSZの中間層をスパッタ装置によって形成
し、この中間層上にレーザ蒸着装置によって厚さ約1.
0μmのY1Ba2Cu37-xなる組成の酸化物超電導層
を形成して超電導テープを得た。この超電導テープの臨
界電流密度(Jc)は、特にコイル加工を施していない
直線状態のままにおいて、液体窒素温度(77K)、磁
場0テスラの条件において1×104A/cm2の値を示
した。
Therefore, the present inventors have found that
An intermediate layer of yttrium-stabilized zirconia (YSZ) is formed on a metal tape made of hastelloy, and YBaCu, which is excellent in stability among oxide superconductors, is formed on the intermediate layer.
A superconducting tape was manufactured by forming an O-based superconducting layer, and the superconducting tape was coiled. First, a metal tape made of Hastelloy having a width of 10 mm and a thickness of 0.1 mm is used, and the thickness of the metal tape is 0.1 mm.
A 5 μm YSZ intermediate layer is formed by a sputtering apparatus, and a thickness of about 1.
An oxide superconducting layer having a composition of 0 μm Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x was formed to obtain a superconducting tape. The critical current density (Jc) of this superconducting tape shows a value of 1 × 10 4 A / cm 2 under the conditions of liquid nitrogen temperature (77K) and magnetic field of 0 Tesla, especially in the linear state without coiling. It was

【0006】次にこの試料を複数用意し、これらについ
て種々の曲げ半径でコイル加工を施し、得られた各コイ
ルについて液体窒素温度(77K)、磁場0テスラの条
件で臨界電流密度を測定した結果を図5に示す。なお、
コイル加工時においては、所定の径の巻胴に対し、基材
を内側に位置するように、かつ、酸化物超電導層を外側
に位置するように巻回してコイル加工した。更に、種々
の曲げ半径に伴って酸化物超電導層に負荷される歪は、
以下の計算式から算出した。 {d/(2r+d)}×100=歪(%) ただし、この式においてdは中間層の厚さの値、rは曲
げ半径の値を示す。また、図5の縦軸は、コイル加工前
の状態における超電導テープの臨界電流密度をJc
(0)とし、所定の歪を負荷した場合の臨界電流密度を
Jcとして、両者の比Jc/Jc(0)の値を求めた結
果を示す。従って歪が0の場合、即ち、超電導テープを
コイル加工していない直線状態では、データは1.00
を示している。
Next, a plurality of these samples were prepared, coiled with various bending radii, and the critical current density was measured for each of the obtained coils under the conditions of liquid nitrogen temperature (77 K) and magnetic field of 0 Tesla. Is shown in FIG. In addition,
At the time of coiling, the coiling was performed by winding the base material on the inside and the oxide superconducting layer on the outside with respect to a winding cylinder having a predetermined diameter. Furthermore, the strain applied to the oxide superconducting layer with various bending radii is
It was calculated from the following formula. {D / (2r + d)} × 100 = strain (%) However, in this formula, d represents the value of the thickness of the intermediate layer, and r represents the value of the bending radius. The vertical axis of FIG. 5 represents the critical current density Jc of the superconducting tape before coiling.
The value of the ratio Jc / Jc (0) of both is shown as (0), where Jc is the critical current density when a predetermined strain is applied. Therefore, when the strain is 0, that is, in the linear state where the superconducting tape is not coiled, the data is 1.00.
Is shown.

【0007】図5に示す結果から明らかなように、コイ
ル加工を施した場合の臨界電流密度の変化状態を見る
と、歪が0.2%までは臨界電流密度の低下割合は小さ
いが、歪が0.2%を超えると大きく低下し始め、歪が
0.25%を超えた場合、コイル加工していない試料の
80%を割ってしまい、歪が0.3%の場合ではコイル
加工前の臨界電流密度の50%以下に低下してしまう問
題を生じた。
As is clear from the results shown in FIG. 5, the change state of the critical current density when the coil processing is performed shows that the rate of decrease in the critical current density is small up to a strain of 0.2%. When the strain exceeds 0.2%, it begins to decrease greatly, and when the strain exceeds 0.25%, it falls below 80% of the sample that has not been coiled. When the strain is 0.3%, it is before coiling. There was a problem that the critical current density was reduced to 50% or less.

【0008】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、超電導テープをコイル加工した場合でも臨界電流
密度の低下割合を少なくすることができ、臨界電流密度
の高い超電導コイルの構造を提供することと超電導コイ
ルの製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a structure of a superconducting coil having a high critical current density, which can reduce a decrease rate of the critical current density even when the superconducting tape is coiled. And a method for manufacturing a superconducting coil.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、金属テープの基材上に中間層
を介してABaCuO系の酸化物超電導層を形成してな
る超電導テープがコイル加工されてなる超電導コイルで
あって、前記酸化物超電導層に負荷される歪を0.25
%以上とする曲率半径で超電導テープがコイル加工され
てなり、前記酸化物超電導層を基材の内側に位置させる
ように超電導テープがコイル加工され、酸化物超電導層
に圧縮応力が負荷されてなるものである。ただし前記組
成式において、Aは、Yと希土類元素の内、1種または
2種以上を示す。
In order to solve the above-mentioned problems, a superconducting tape comprising an ABaCuO-based oxide superconducting layer formed on a base material of a metal tape via an intermediate layer. Is a superconducting coil formed by coiling, wherein strain applied to the oxide superconducting layer is 0.25.
%, The superconducting tape is coiled with a radius of curvature of not less than%, the superconducting tape is coiled so that the oxide superconducting layer is positioned inside the base material, and the oxide superconducting layer is subjected to compressive stress. It is a thing. However, in the above composition formula, A represents one or more of Y and rare earth elements.

【0010】請求項2記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項1記載の超電導コイルにおいて、コイル
加工時に酸化物超電導層に負荷される歪εを以下の式で
算出される歪としたものである。 ε={d/(2r+d)}×100 ただし前記式において、dは基材の厚さを示し、rは曲
げ半径を示す。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 2 is the superconducting coil according to claim 1, wherein the strain ε applied to the oxide superconducting layer during coil processing is defined as the strain calculated by the following equation. It was done. ε = {d / (2r + d)} × 100 However, in the above formula, d represents the thickness of the base material, and r represents the bending radius.

【0011】請求項3記載の発明は前記課題を解決する
ために、金属テープの基材上に中間層を介してABaC
uO系の酸化物超電導層を形成してなる超電導テープを
コイル巻き加工する際に、酸化物超電導層自体に負荷さ
れる歪が0.25%以上の場合において、酸化物超電導
層を基材の内側になるように向けてコイル加工し、酸化
物超電導層に圧縮応力を負荷するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 3 has an ABaC layer on a base material of a metal tape via an intermediate layer.
When the superconducting tape formed by forming the uO-based oxide superconducting layer is coiled and the strain applied to the oxide superconducting layer itself is 0.25% or more, the oxide superconducting layer is used as a base material. The coil is processed so as to face the inside, and compressive stress is applied to the oxide superconducting layer.

【0012】請求項4記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項3記載のコイル加工時に酸化物超電導層
に負荷される歪εを以下の式で算出するものである。 ε={d/(2r+d)}×100 ただし前記式において、dは基材の厚さを示し、rは曲
げ半径を示す。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 4 is to calculate the strain ε applied to the oxide superconducting layer during the coil processing according to claim 3 by the following formula. ε = {d / (2r + d)} × 100 However, in the above formula, d represents the thickness of the base material, and r represents the bending radius.

【0013】[0013]

【作用】基材と中間層とABaCuO系の超電導層とを
有する超電導テープをコイル加工し、超電導層に負荷さ
れる歪が0.25%を超えるような場合、基材の内側に
酸化物超電導層が位置するようにして超電導テープをコ
イル加工すると、酸化物超電導層にコイル加工時に圧縮
応力を作用させることができ、これにより酸化物超電導
層に引張応力を作用させないようにすることができる。
このように圧縮応力を負荷することにより、コイル加工
時の酸化物超電導層の臨界電流密度の低下を抑制する。
前記コイル加工時の歪εの計算において、dを基材の厚
さとし、rを曲げ半径とすると、ε={d/(2r+
d)}×100なる式で算出した歪を適用することが好
ましい。この計算式により容易に超電導層の歪を把握す
ることができ、その値の大小によりコイル加工時の歪を
把握して酸化物超電導層の臨界電流密度を低下させるこ
となくコイル化することができる。
When a superconducting tape having a base material, an intermediate layer, and an ABaCuO-based superconducting layer is coiled and the strain applied to the superconducting layer exceeds 0.25%, the oxide superconducting material is placed inside the base material. When the superconducting tape is coiled so that the layers are positioned, a compressive stress can be applied to the oxide superconducting layer during coiling, whereby a tensile stress can be prevented from acting on the oxide superconducting layer.
By applying the compressive stress in this way, it is possible to suppress a decrease in the critical current density of the oxide superconducting layer during coil processing.
In the calculation of the strain ε during coiling, ε = {d / (2r +) where d is the thickness of the base material and r is the bending radius.
It is preferable to apply the distortion calculated by the equation d)} × 100. The strain of the superconducting layer can be easily grasped by this calculation formula, and the strain at the time of coil processing can be grasped by the magnitude of the value to form the coil without lowering the critical current density of the oxide superconducting layer. .

【0014】[0014]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1(a)は本発明の方法を実施して製造
した超電導コイルの一実施例の概略構造を示し、図1
(b)はこの実施例の超電導コイル1の部分断面構造を
示すものである。図1(a)に示すように超電導コイル
1は超電導テープ2をコイル状に巻回して構成されてい
て、この例の超電導テープ2は金属テープからなる基材
3とこの基材3の一面に被覆された中間層4と酸化物超
電導層5を主体として構成されている。なお、実際には
超電導テープ2を多層巻回する際に、各層毎の絶縁処理
を施す目的で層間絶縁層を超電導テープ2とともに配置
したり、通電時の超電導特性の安定化を図る目的で良導
電性の銅安定化材からなるテープを超電導テープ2とと
もに巻回してコイル化されるが、この実施例では絶縁テ
ープや安定化母材テープなどの部材は省略して記載して
ある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A shows a schematic structure of an embodiment of a superconducting coil manufactured by carrying out the method of the present invention.
(B) shows a partial cross-sectional structure of the superconducting coil 1 of this embodiment. As shown in FIG. 1A, the superconducting coil 1 is constructed by winding a superconducting tape 2 in a coil shape, and the superconducting tape 2 of this example has a base material 3 made of a metal tape and one surface of the base material 3. It is mainly composed of the coated intermediate layer 4 and the oxide superconducting layer 5. In practice, when the superconducting tape 2 is wound in multiple layers, an interlayer insulating layer may be arranged together with the superconducting tape 2 for the purpose of performing insulation treatment for each layer, or the superconducting characteristics may be stabilized when energized. A tape made of a conductive copper stabilizing material is wound together with the superconducting tape 2 to form a coil. In this embodiment, members such as an insulating tape and a stabilizing base material tape are omitted.

【0015】前記基材3は、銀、白金、ステンレス鋼、
銅、ハステロイなどの長尺の金属テープからなるもので
ある。前記中間層4は、YSZ、MgO、SrTiO3
などの材料からなる。中間層4を構成する材料は、用い
る酸化物超電導層5の結晶構造に類似したものを用いる
ことが好ましく、かつ、酸化物超電導層5の熱膨張率に
近いものを用いることが好ましい。この中間層4は、基
材3と酸化物超電導層5の間に設けることで両者を直接
接触させない構成とするためのものであり、その上に形
成される酸化物超電導層5の結晶構造を整えるためのも
のである。この中間層4を設けることで両者間の熱膨張
係数の差異を緩くして熱歪の解消を図り、基材3と酸化
物超電導層5との間における元素拡散を抑制し、中間層
4上に成膜法により酸化物超電導層5をエピタキシャル
成長させることで酸化物超電導層5の結晶配向性を整え
ることができる。
The substrate 3 is made of silver, platinum, stainless steel,
It consists of a long metal tape such as copper or hastelloy. The intermediate layer 4 is made of YSZ, MgO, SrTiO 3
Made of materials such as. The material forming the intermediate layer 4 is preferably similar to the crystal structure of the oxide superconducting layer 5 to be used, and is preferably close to the thermal expansion coefficient of the oxide superconducting layer 5. The intermediate layer 4 is provided between the base material 3 and the oxide superconducting layer 5 so as not to come into direct contact with each other, and the crystal structure of the oxide superconducting layer 5 formed thereon is It is for adjustment. By providing this intermediate layer 4, the difference in the coefficient of thermal expansion between the two is relaxed to eliminate the thermal strain, element diffusion between the base material 3 and the oxide superconducting layer 5 is suppressed, and the intermediate layer 4 is formed. By epitaxially growing the oxide superconducting layer 5 by the film forming method, the crystal orientation of the oxide superconducting layer 5 can be adjusted.

【0016】前記酸化物超電導層5は、A1Ba2Cu3
7-xなる組成式で表わされる酸化物超電導体の薄膜か
らなるものである。ここでAは、Yと希土類元素(L
a、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、T
b、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)の中から選
択される1種または2種以上の元素を示している。
The oxide superconducting layer 5 is made of A 1 Ba 2 Cu 3
It is composed of a thin film of an oxide superconductor represented by a composition formula of O 7-x . Here, A is Y and a rare earth element (L
a, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, T
b, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), or one or more elements selected from the group.

【0017】そして、前記超電導テープ2は、酸化物超
電導層5を内側に向け基材3を外側に向けてコイル加工
されている。よってこの酸化物超電導層5には、コイル
加工された状態において圧縮応力が負荷されている。
The superconducting tape 2 is coiled with the oxide superconducting layer 5 facing inward and the substrate 3 facing outward. Therefore, compressive stress is applied to the oxide superconducting layer 5 in a coiled state.

【0018】前記超電導テープ2をコイル加工するに
は、例えば、図1(a)に示すように円柱体6の外周に
酸化物超電導層5を巻き付けることにより容易に加工す
ることができる。この場合、基材3の内側に酸化物超電
導層5が位置するように巻き付けるものとする。これに
より酸化物超電導層5に圧縮応力を負荷することがで
き、圧縮応力の負荷により酸化物超電導層5の臨界電流
密度の低下を抑えることができる。なお、前記の関係を
逆にして基材3の外側に酸化物超電導層5が位置するよ
うに超電導テープ2をコイル加工すると、酸化物超電導
層5に引張応力が作用して臨界電流密度が低下するので
好ましくないが、曲げ半径が小さい場合は臨界電流密度
の低下割合は少なくなる。
The coiling of the superconducting tape 2 can be easily carried out, for example, by winding the oxide superconducting layer 5 around the outer periphery of the cylindrical body 6 as shown in FIG. 1 (a). In this case, the oxide superconducting layer 5 is wound so as to be positioned inside the base material 3. As a result, compressive stress can be applied to the oxide superconducting layer 5, and a decrease in the critical current density of the oxide superconducting layer 5 due to the compressive stress can be suppressed. When the superconducting tape 2 is coiled so that the oxide superconducting layer 5 is located outside the base material 3 by reversing the above relationship, tensile stress acts on the oxide superconducting layer 5 to lower the critical current density. However, if the bending radius is small, the rate of decrease in the critical current density is small.

【0019】次に、前記基材3に中間層4と酸化物超電
導層5を形成する装置の一例と方法について説明する。
この例においては、図2に示すスパッタ装置を用いて基
材3に中間層4を形成する。このスパッタ装置は、基材
3を保持する基台11と、この基台11の斜め上方に所
定間隔をもって対向配置された板状のターゲット12
と、このターゲット12を保持するターゲットホルダ1
3と、前記ターゲット12の下方においてターゲット1
2の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置1
4を主体として構成されている。
Next, an example of an apparatus and method for forming the intermediate layer 4 and the oxide superconducting layer 5 on the base material 3 will be described.
In this example, the intermediate layer 4 is formed on the base material 3 using the sputtering apparatus shown in FIG. This sputtering apparatus includes a base 11 that holds a base material 3 and a plate-shaped target 12 that is disposed diagonally above the base 11 so as to face each other with a predetermined gap.
And a target holder 1 for holding this target 12.
3 and the target 1 below the target 12.
Sputtering beam irradiation device 1 arranged toward the lower surface of 2
4 is the main component.

【0020】また、本実施例の装置は図示略の真空容器
に収納されていて、基材3の周囲を真空雰囲気に保持で
きるようになっている。更に前記真空容器には、ガスボ
ンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容
器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガス
あるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不
活性ガス雰囲気などに適宜調整することができるように
なっている。
The apparatus of this embodiment is housed in a vacuum container (not shown) so that the surroundings of the base material 3 can be kept in a vacuum atmosphere. Further, an atmosphere gas supply source such as a gas cylinder is connected to the vacuum container, the inside of the vacuum container is in a low pressure state such as vacuum, and argon gas or another inert gas atmosphere or an inert gas containing oxygen. It can be adjusted appropriately according to the atmosphere.

【0021】なお、この例においては基材3として長尺
の金属テープを用いるので、真空容器の内部に金属テー
プの送出装置15と巻取装置16を設け、送出装置15
から連続的に基台11上にテープ状の基材3を送り出
し、続いて巻取装置16で巻き取ることでテープ状の基
材3上に多結晶薄膜を連続成膜することができるように
構成されている。
In this example, since a long metal tape is used as the base material 3, the metal tape feeding device 15 and the winding device 16 are provided inside the vacuum container, and the feeding device 15 is provided.
So that the tape-shaped base material 3 is continuously fed out onto the base 11 and then wound by the winding device 16 so that a polycrystalline thin film can be continuously formed on the tape-shaped base material 3. It is configured.

【0022】前記基台11は、内部に加熱ヒータを備
え、基台11の上に順次送られた基材3を所望の温度に
加熱できるようになっている。前記ターゲット12は、
目的とする多結晶薄膜を形成するためのものであり、目
的の組成の多結晶薄膜と同一組成あるいは近似組成のも
のなどを用いる。ターゲット12として具体的には、M
gOあるいはY23で安定化したジルコニア(YS
Z)、MgO、SrTiO3などを適宜用いることがで
きるがこれらに限るものではなく、形成しようとする多
結晶薄膜に見合うターゲッを用いれば良い。
The base 11 is provided with a heater inside so that the base material 3 sequentially fed onto the base 11 can be heated to a desired temperature. The target 12 is
It is for forming a target polycrystalline thin film, and the same or similar composition to the polycrystalline thin film having a target composition is used. Specifically as the target 12, M
Zirconia stabilized with gO or Y 2 O 3 (YS
Z), MgO, SrTiO 3 or the like can be appropriately used, but the present invention is not limited to these, and a target suitable for the polycrystalline thin film to be formed may be used.

【0023】前記スパッタビーム照射装置14は、内部
に収納した蒸発源から発生させた原子または分子の一部
をイオン化し、そのイオン化した粒子を引出電極で発生
させた電界で制御してイオンビームとして照射する装置
であり、ターゲット12に対してイオンを照射してター
ゲット12の構成粒子を叩き出すことができるものであ
る。
The sputter beam irradiation device 14 ionizes a part of atoms or molecules generated from the evaporation source housed inside, and controls the ionized particles by an electric field generated by an extraction electrode to form an ion beam. The irradiation device is a device that can irradiate the target 12 with ions to knock out the constituent particles of the target 12.

【0024】次に前記酸化物超電導層5を形成する装置
の一例について説明する。図3は酸化物超電導層を成膜
法により形成する装置の一例を示すもので、図3はレー
ザ蒸着装置を示している。この例のレーザ蒸着装置30
は、処理容器31を有し、この処理容器31の内部の蒸
着処理室32に基材3とターゲット33を設置できるよ
うになっている。即ち、蒸着処理室32の底部には基台
34が設けられ、この基台34の上面に基材3を設置で
きるようになっているとともに、基台34の斜め上方に
支持ホルダ36によって支持されたターゲット33が傾
斜状態で設けられている。処理容器31は、排気孔37
を介して図示略の真空排気装置に接続されて内部を減圧
できるようになっている。
Next, an example of an apparatus for forming the oxide superconducting layer 5 will be described. FIG. 3 shows an example of an apparatus for forming an oxide superconducting layer by a film forming method, and FIG. 3 shows a laser vapor deposition apparatus. Laser vapor deposition apparatus 30 of this example
Has a processing container 31, and a substrate 3 and a target 33 can be installed in a vapor deposition processing chamber 32 inside the processing container 31. That is, a base 34 is provided at the bottom of the vapor deposition processing chamber 32, the base material 3 can be installed on the upper surface of the base 34, and the base 34 is supported diagonally above the base 34 by a support holder 36. The target 33 is provided in an inclined state. The processing container 31 has an exhaust hole 37.
It is connected to a vacuum exhaust device (not shown) via the so that the inside pressure can be reduced.

【0025】前記ターゲット33は、形成しようとする
酸化物超電導層5と同等または近似した組成、あるい
は、成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸
化物の焼結体あるいは酸化物超電導体などの板体からな
っている。前記基台34は加熱ヒータを内蔵したもの
で、基材3を所望の温度に加熱できるようになってい
る。更に前記処理容器31には、ガスボンベなどの雰囲
気ガス供給源が接続されていて、処理容器31の内部を
真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはそ
の他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰
囲気などに調整することができるようになっている。
The target 33 has a composition similar to or close to that of the oxide superconducting layer 5 to be formed, or a sintered body of a complex oxide containing a large amount of components that easily escape during film formation or oxide superconducting. It consists of a plate such as a body. The base 34 has a built-in heater so that the substrate 3 can be heated to a desired temperature. Further, an atmosphere gas supply source such as a gas cylinder is connected to the processing container 31, the inside of the processing container 31 is in a low pressure state such as vacuum, and the atmosphere of argon gas or another inert gas atmosphere or an inert gas containing oxygen. It can be adjusted to an active gas atmosphere.

【0026】一方、処理容器31の側方には、レーザ発
光装置38と第1反射鏡39と集光レンズ40と第2反
射鏡41とが設けられ、レーザ発光装置38が発生させ
たレーザビームを処理容器31の側壁に取り付けられた
透明窓42を介してターゲット33に集光照射できるよ
うになっている。レーザ発光装置38はターゲット33
から構成粒子を叩き出すことができるものであれば、Y
AGレーザ、CO2レーザ、エキシマレーザなどのいず
れのものを用いても良い。
On the other hand, a laser emitting device 38, a first reflecting mirror 39, a condenser lens 40 and a second reflecting mirror 41 are provided on the side of the processing container 31, and a laser beam generated by the laser emitting device 38 is provided. The target 33 can be focused and irradiated through the transparent window 42 attached to the side wall of the processing container 31. The laser emitting device 38 is the target 33.
If it is possible to knock out the constituent particles from
Any of AG laser, CO 2 laser, excimer laser, etc. may be used.

【0027】次に、図2に示すスパッタ装置を用いて基
材3上にYSZの中間層4を形成し、その後にこの中間
層4上に、図3に示すレーザ蒸着装置を用いて酸化物超
電導層5を形成する場合について説明する。基材3上に
YSZの中間層4を形成するには、ターゲット12とし
てYSZからなるものを用いる。また、基材3を収納し
ている容器の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。そ
して、スパッタビーム照射装置14を作動させるととも
に、送出装置15から基台11上に基材3を所定の速度
で送り出す。
Next, an intermediate layer 4 of YSZ is formed on the base material 3 by using the sputtering apparatus shown in FIG. 2, and then an oxide is formed on the intermediate layer 4 by using the laser vapor deposition apparatus shown in FIG. The case of forming the superconducting layer 5 will be described. In order to form the YSZ intermediate layer 4 on the substrate 3, a target 12 made of YSZ is used. Further, the inside of the container accommodating the base material 3 is evacuated to create a reduced pressure atmosphere. Then, the sputter beam irradiation device 14 is operated, and the substrate 3 is sent from the sending device 15 onto the base 11 at a predetermined speed.

【0028】スパッタビーム照射装置14からターゲッ
ト12にイオンを照射すると、ターゲット12の構成粒
子が叩き出されて移動中の基材3上に飛来する。そし
て、基材3上に、ターゲット12から叩き出した構成粒
子を堆積させる。このようなスパッタリングを行なうこ
とで、基材3上にYSZの多結晶薄膜からなる中間層4
を形成することができる。
When the target 12 is irradiated with ions from the sputter beam irradiation device 14, the constituent particles of the target 12 are knocked out and fly onto the moving base material 3. Then, the constituent particles struck from the target 12 are deposited on the base material 3. By performing such sputtering, the intermediate layer 4 made of a polycrystalline thin film of YSZ is formed on the base material 3.
Can be formed.

【0029】前記のように基材3上にYSZの中間層4
を形成したならば、この中間層4上に酸化物超電導層5
を形成する。酸化物超電導層5を中間層4上に形成する
には、この例では図3に示すレーザ蒸着装置30を使用
する。それには、中間層4が形成された基材3を図2に
示すスパッタ装置から取り出したならば、図3に示すレ
ーザ蒸着装置30の送出装置45にセットし、蒸着処理
室32を真空ポンプで減圧する。ここで必要に応じて蒸
着処理室32に酸素ガスを導入して蒸着処理室32を酸
素雰囲気としても良い。また、基台34の加熱ヒータを
作動させて基材3を所望の温度に加熱できるようにした
後に送出装置45から基材3を送り出して基台34上に
移動させる。
As described above, the YSZ intermediate layer 4 is formed on the substrate 3.
, The oxide superconducting layer 5 is formed on the intermediate layer 4.
To form. In order to form the oxide superconducting layer 5 on the intermediate layer 4, the laser vapor deposition apparatus 30 shown in FIG. 3 is used in this example. To this end, if the substrate 3 having the intermediate layer 4 formed thereon is taken out from the sputtering apparatus shown in FIG. 2, it is set in the delivery device 45 of the laser vapor deposition apparatus 30 shown in FIG. 3, and the vapor deposition processing chamber 32 is vacuum pumped. Decompress. Here, if necessary, an oxygen gas may be introduced into the vapor deposition processing chamber 32 so that the vapor deposition processing chamber 32 has an oxygen atmosphere. Further, after the heater of the base 34 is operated to heat the base material 3 to a desired temperature, the base material 3 is sent out from the delivery device 45 and moved onto the base 34.

【0030】次にレーザ発光装置38から発生させたレ
ーザビームを蒸着処理室32のターゲット33に集光照
射する。これによってターゲット33の構成粒子がえぐ
り出されるか蒸発されてその粒子が中間層4上に堆積す
る。堆積された粒子は堆積と同時に基台34上で所定の
温度に加熱され、基台34を通過した後で徐々に冷却さ
れてから巻取装置46に巻き取られ、酸化物超電導層5
となる。なお、必要に応じて粒子の堆積後において酸化
物超電導層5に所望の熱処理を施し、酸化物超電導層の
結晶構造を整える処理を施しても良い。
Next, the laser beam generated from the laser emitting device 38 is focused and irradiated on the target 33 in the vapor deposition processing chamber 32. As a result, the constituent particles of the target 33 are scooped out or evaporated and the particles are deposited on the intermediate layer 4. Simultaneously with the deposition, the deposited particles are heated to a predetermined temperature on the base 34, gradually cooled after passing through the base 34, and then wound up by the winding device 46, and the oxide superconducting layer 5
Becomes If necessary, after depositing the particles, the oxide superconducting layer 5 may be subjected to a desired heat treatment to adjust the crystal structure of the oxide superconducting layer.

【0031】前述の成膜時において、あるいは熱処理時
においては、基材3と中間層4と酸化物超電導層5を加
熱冷却するので各層間には熱歪が作用するおそれがある
が、基材3と酸化物超電導層5の間に中間層4を介在さ
せているので、熱歪の蓄積は少なくなるとともに、基材
3と酸化物超電導層5の間の元素拡散も生じないので、
酸化物超電導層5の組成が崩れることもない。よって超
電導特性の優れた超電導テープ2を得ることができ、こ
の超電導テープ2を用いて前述したようにコイル加工を
行うならば、図1に示す超電導コイル1を得ることがで
きる。
During the film formation or the heat treatment, the substrate 3, the intermediate layer 4 and the oxide superconducting layer 5 are heated and cooled, so that thermal strain may act between the layers. Since the intermediate layer 4 is interposed between the oxide superconducting layer 3 and the oxide superconducting layer 5, the accumulation of thermal strain is reduced, and element diffusion between the base material 3 and the oxide superconducting layer 5 does not occur.
The composition of the oxide superconducting layer 5 does not collapse. Therefore, the superconducting tape 2 having excellent superconducting properties can be obtained, and if the superconducting tape 2 is used for coil processing as described above, the superconducting coil 1 shown in FIG. 1 can be obtained.

【0032】前記超電導テープ2は、基材3と酸化物超
電導層5の間に中間層4を有し、本来高い超電導特性を
有している。そこで前述した方法によりこの超電導テー
プ2をコイル加工するならば、酸化物超電導層5に圧縮
応力を付加することができるので臨界電流密度を低下さ
せることなく優秀な酸化物超電導コイル1を得ることが
できる。このように臨界電流特性の優秀な酸化物超電導
層5が得られる理由は、酸化物超電導層5に対して仮に
引張応力を付加すると、酸化物超電導層5にマイクロク
ラックなどの欠陥を導入してしまう可能性が強く、この
欠陥の導入により酸化物超電導層5の臨界電流密度を著
しく低下させてしまう問題があるのに対し、圧縮応力を
付加した場合は前記欠陥を導入させてしまう可能性が少
ないことに起因している。従って酸化物超電導層5を内
側に配置してコイル加工し、圧縮応力を付加することに
より臨界電流密度の高い超電導テープ2を得ることがで
きる。
The superconducting tape 2 has an intermediate layer 4 between a base material 3 and an oxide superconducting layer 5, and inherently has high superconducting properties. Therefore, if the superconducting tape 2 is coiled by the above-described method, compressive stress can be applied to the oxide superconducting layer 5, so that an excellent oxide superconducting coil 1 can be obtained without lowering the critical current density. it can. The reason why the oxide superconducting layer 5 having excellent critical current characteristics is obtained is that if a tensile stress is applied to the oxide superconducting layer 5, defects such as microcracks are introduced into the oxide superconducting layer 5. However, there is a possibility that the introduction of this defect will significantly reduce the critical current density of the oxide superconducting layer 5, but when compressive stress is applied, the defect may be introduced. It is due to the small number. Therefore, by superposing the oxide superconducting layer 5 inside, coiling and applying compressive stress, the superconducting tape 2 having a high critical current density can be obtained.

【0033】(製造例)図2に示す構成のスパッタ装置
を使用し、このスパッタ装置の真空容器の内部を真空ポ
ンプで真空引きして3.0×10-4トールに減圧した。
基材は、幅10mm、厚さ0.1mm、長さ10cmの
ハステロイC276テープを使用した。ターゲットはY
SZ(安定化ジルコニア)製のものを用い、スパッタ電
圧1000V、スパッタ電流100mAにそれぞれ設定
して基材上にスパッタリングして厚さ0.5μmの膜状
のYSZからなる中間層を形成した。
(Manufacturing Example) The sputtering apparatus having the structure shown in FIG. 2 was used, and the inside of the vacuum container of this sputtering apparatus was evacuated by a vacuum pump to reduce the pressure to 3.0 × 10 −4 Torr.
As the base material, a Hastelloy C276 tape having a width of 10 mm, a thickness of 0.1 mm and a length of 10 cm was used. Target is Y
Using SZ (stabilized zirconia), the sputtering voltage was set to 1000 V and the sputtering current was set to 100 mA, and sputtering was performed on the substrate to form a 0.5 μm thick YSZ film-shaped intermediate layer.

【0034】次に、前記YSZの中間層上に図3に示す
構成のレーザ蒸着装置を用いて厚さ1μmの酸化物超電
導層を形成した。ターゲットとして、Y0.7Ba1.7Cu
3.07-xなる組成の酸化物超電導体からなるターゲット
を用いた。また、蒸着処理室の内部を200mTorr
に減圧し、室温にてレーザ蒸着を行なった。ターゲット
蒸発用のレーザとして波長193nmのArFレーザを
用いた。その後、得られたテープを400゜Cで60分
間、酸素雰囲気中において熱処理して酸化物超電導テー
プを得た。得られた酸化物超電導テープは、幅5.0m
m、長さ10cmのものである。
Next, an oxide superconducting layer having a thickness of 1 μm was formed on the YSZ intermediate layer by using a laser vapor deposition apparatus having the structure shown in FIG. As a target, Y 0.7 Ba 1.7 Cu
A target made of an oxide superconductor having a composition of 3.0 O 7-x was used. In addition, the inside of the vapor deposition processing chamber is set to 200 mTorr
The pressure was reduced to 1, and laser deposition was performed at room temperature. An ArF laser with a wavelength of 193 nm was used as a laser for target evaporation. Then, the obtained tape was heat-treated at 400 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere to obtain an oxide superconducting tape. The oxide superconducting tape obtained has a width of 5.0 m.
m, 10 cm in length.

【0035】この酸化物超電導テープを冷却し、臨界温
度と臨界電流密度の測定を行なった結果、臨界温度=9
0K、臨界電流密度=1×104A/cmを示した。
The oxide superconducting tape was cooled and the critical temperature and the critical current density were measured. As a result, the critical temperature = 9.
The value was 0 K, and the critical current density was 1 × 10 4 A / cm.

【0036】次にこの超電導テープを複数用意し、これ
らについて種々の曲げ半径でコイル加工を施し、得られ
た各超電導コイルについて液体窒素温度(77K)、磁
場0テスラの条件で臨界電流密度を測定した結果を図4
に示す。また、図4には、比較のために、図5に示した
従来例の超電導テープの臨界電流特性も併記した。な
お、コイル加工時においては、所定の径の巻胴に対して
基材を内側に位置するように、かつ、酸化物超電導層を
外側に位置するように超電導テープを巻回してコイル加
工した。また、種々の曲げ半径に伴って酸化物超電導層
に負荷される歪は、以下の計算式から算出した。 {d/(2r+d)}×100=歪(%) ただし、この式においてdは中間層の厚さの値、rは曲
げ半径の値を示す。ここで、例えば、外径16.6cm
の巻銅に対し、その周面に前記超電導テープを巻回する
コイル加工を施すと、酸化物超電導層に負荷される歪ε
は、ε={0.1/(16.6×0.1)}×100=0.
3%となる。
Next, a plurality of these superconducting tapes were prepared, and the superconducting tapes were coiled with various bending radii, and the critical current density was measured for each superconducting coil obtained under the conditions of liquid nitrogen temperature (77K) and magnetic field of 0 Tesla. Figure 4 shows the result
Shown in. For comparison, FIG. 4 also shows the critical current characteristics of the conventional superconducting tape shown in FIG. In addition, at the time of coiling, the superconducting tape was wound and coiled so that the base material was located inside and the oxide superconducting layer was located outside with respect to the winding cylinder having a predetermined diameter. The strain applied to the oxide superconducting layer with various bending radii was calculated from the following calculation formula. {D / (2r + d)} × 100 = strain (%) However, in this formula, d represents the value of the thickness of the intermediate layer, and r represents the value of the bending radius. Here, for example, the outer diameter is 16.6 cm
When the coil processing of winding the superconducting tape around the wound copper is applied to the wound copper, the strain ε applied to the oxide superconducting layer is
Is ε = {0.1 / (16.6 × 0.1)} × 100 = 0.
It becomes 3%.

【0037】図4に示す結果から明らかなように、従来
例のものは、引張歪が0.25%を超えた場合、臨界電
流密度において、コイル加工する前の試料の80%を割
ってしまう問題を生じ、引張歪が0.3%を超えるとコ
イル加工する前の試料の50%になってしまう問題を生
じていた。これに対して本願発明に係る方法によりコイ
ル加工された超電導コイルは、圧縮歪が0.3%に至る
まで臨界電流密度の低下を生じることがなく、むしろ若
干ではあるが、臨界電流密度が向上していることを確認
できた。以上のことから、本願発明方法で製造した超電
導コイルは、大きな曲率でコイル加工しても従来のもの
よりも臨界電流密度の低下割合が少ないことが明らかに
なった。よって本願発明方法を実施することで、臨界電
流密度を低下させることなく超電導コイルを得ることが
できることが判明した。
As is clear from the results shown in FIG. 4, when the tensile strain exceeds 0.25%, the conventional example breaks 80% of the sample before coiling at the critical current density. When a tensile strain exceeds 0.3%, there arises a problem that the sample becomes 50% of the sample before coiling. On the other hand, in the superconducting coil coiled by the method according to the present invention, the critical current density does not decrease until the compressive strain reaches 0.3%, but rather the critical current density improves slightly. I was able to confirm that I am doing. From the above, it has been clarified that the superconducting coil manufactured by the method of the present invention has a smaller reduction rate of the critical current density than the conventional one even when coiled with a large curvature. Therefore, it was found that the superconducting coil can be obtained by carrying out the method of the present invention without lowering the critical current density.

【0038】なお、前記の例においては、スパッタ装置
で中間層4を形成し、レーザ蒸着装置で酸化物超電導層
5を形成する場合について説明したが、スパッタ装置、
あるいはレーザ蒸着装置のどちらか一方を用いて中間層
4と酸化物超電導層5を連続形成しても良いのは勿論で
あり、その他の方法、例えば、CVD法、真空蒸着法、
電子ビーム蒸着法、スクリーン印刷焼結法、プラズマス
プレー法、分子線エピタキシー法などの種々の方法を用
いても良い。そして、これらの種々の中間層4あるいは
酸化物超電導層5を形成した場合にあっても、酸化物超
電導層5を内側に配置するように超電導テープ2をコイ
ル加工することで前記の場合と同じように臨界電流密度
の低下していない状態の超電導コイルを得ることができ
る。更に前記の例においては、酸化物超電導層5として
0.7Ba1.7Cu3.07-xなる組成のものを用いた場合
の例を説明したが、酸化物超電導層5として、他の系の
ものを用いても良いのは勿論である。従って例えば、Y
の代わりに、La、Ceなどの希土類金属を用いても良
く、これらの元素の2種類以上を組み合わせて用いても
良く、A1Ba2Cu37-xなる組成式の元素Aの一部を
これらの元素で適宜置換して用いれば良い。
In the above example, the case where the intermediate layer 4 is formed by the sputtering device and the oxide superconducting layer 5 is formed by the laser vapor deposition device has been described.
Alternatively, it is needless to say that the intermediate layer 4 and the oxide superconducting layer 5 may be continuously formed using either one of the laser vapor deposition devices, and other methods such as the CVD method and the vacuum vapor deposition method,
Various methods such as an electron beam vapor deposition method, a screen printing sintering method, a plasma spray method, and a molecular beam epitaxy method may be used. Then, even when these various intermediate layers 4 or oxide superconducting layers 5 are formed, the same as in the above case by coiling the superconducting tape 2 so that the oxide superconducting layers 5 are arranged inside. Thus, a superconducting coil in which the critical current density is not lowered can be obtained. Further, in the above-mentioned example, an example in which the oxide superconducting layer 5 has a composition of Y 0.7 Ba 1.7 Cu 3.0 O 7-x is described, but the oxide superconducting layer 5 is made of another system. Needless to say, may be used. So, for example, Y
Alternatively, a rare earth metal such as La or Ce may be used, or two or more of these elements may be used in combination, and one of the elements A of the composition formula A 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x may be used. The parts may be appropriately replaced with these elements before use.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように本願発明によれば、
基材と中間層とABaCuO系の超電導層とを有する超
電導テープをコイル加工し、酸化物超電導層の歪が0.
25%を超えるような場合、基材の内側に酸化物超電導
層が位置するように配置して超電導テープをコイル加工
すると、酸化物超電導層にコイル加工時に圧縮応力を作
用させることができ、これにより酸化物超電導層に引張
応力を作用させないようにすることができる。このよう
にコイル加工時に圧縮応力を負荷することにより、コイ
ル加工時の酸化物超電導層の臨界電流密度の低下を抑制
することができる。 従って本願発明によれば、臨界電
流密度の低下していない優れた超電導特性を発揮する超
電導コイルを得ることができる。
As described above, according to the present invention,
A superconducting tape having a base material, an intermediate layer, and an ABaCuO-based superconducting layer is coiled, and the oxide superconducting layer has a strain of 0.
In the case of more than 25%, if the superconducting tape is coiled with the oxide superconducting layer positioned inside the base material, a compressive stress can be applied to the oxide superconducting layer during coiling. This makes it possible to prevent tensile stress from acting on the oxide superconducting layer. By thus applying the compressive stress during coil processing, it is possible to suppress a decrease in the critical current density of the oxide superconducting layer during coil processing. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a superconducting coil that exhibits excellent superconducting characteristics without a decrease in critical current density.

【0040】また、前記コイル加工時の歪εの計算にお
いて、dを基材の厚さとし、rを曲げ半径とすると、ε
={d/(2r+d)}×100なる式で歪を算出する
ことにより、コイル加工時に酸化物超電導層に負荷され
る歪を容易に計算して把握することができ、この算出結
果に基づいて本発明を超電導コイルに対して容易に適用
できるようになる。
In the calculation of the strain ε during coiling, ε is the bending radius when d is the thickness of the substrate.
= {D / (2r + d)} × 100 The strain that is applied to the oxide superconducting layer during coil processing can be easily calculated and understood by calculating the strain using the formula: The present invention can be easily applied to a superconducting coil.

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

【図1】図1(a)は超電導テープをコイル加工して得
られた本発明に係る超電導コイルを示す斜視図、図1
(b)は図1(a)に示す超電導コイルを構成する超電
導テープの一部を示す断面図、
FIG. 1 (a) is a perspective view showing a superconducting coil according to the present invention obtained by coiling a superconducting tape, FIG.
FIG. 1B is a cross-sectional view showing a part of the superconducting tape forming the superconducting coil shown in FIG.

【図2】図2は金属テープなどの基材上にYSZなどの
中間層を形成するために使用するスパッタ装置の一例を
示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a sputtering apparatus used for forming an intermediate layer such as YSZ on a base material such as a metal tape.

【図3】図3は中間層を備えた基材上に酸化物超電導層
を形成するために使用するレーザ蒸着装置の一例を示す
構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a laser vapor deposition apparatus used for forming an oxide superconducting layer on a substrate having an intermediate layer.

【図4】図4は基材上に中間層と酸化物超電導層を形成
して得られた超電導テープを従来方法と本発明方法によ
り種々の曲率でコイル加工した場合に得られた臨界電流
密度の変化を示す図である。
FIG. 4 shows the critical current densities obtained when a superconducting tape obtained by forming an intermediate layer and an oxide superconducting layer on a substrate is coiled with various curvatures by the conventional method and the method of the present invention. It is a figure which shows the change of.

【図5】図5は基材上に中間層と酸化物超電導層を形成
して得られた超電導テープを従来方法により種々の曲率
でコイル加工した場合に得られた臨界電流密度の変化を
示す図である。
FIG. 5 shows a change in critical current density obtained when a superconducting tape obtained by forming an intermediate layer and an oxide superconducting layer on a substrate is coiled with various curvatures by a conventional method. It is a figure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超電導コイル、 2 超電導テープ、 3 基材、 4 中間層、 5 酸化物超電導層、 ε 歪、 d 基材の厚さ、 r 曲げ半径、 1 superconducting coil, 2 superconducting tape, 3 base material, 4 intermediate layer, 5 oxide superconducting layer, ε strain, d base material thickness, r bending radius,

フロントページの続き (72)発明者 定方 伸行 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 斉藤 隆 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 河野 宰 東京都江東区木場一丁目5番1号 株式会 社フジクラ内Front page continued (72) Inventor Nobuyuki Tekata 1-5-1 Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Ltd. (72) Inventor Takashi Saito 1-1-5 Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Ltd. (72) Inventor, Satoshi Kono 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Inside Fujikura Stock Company

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属テープの基材上に中間層を介してA
BaCuO系の酸化物超電導層を形成してなる超電導テ
ープがコイル加工されてなる超電導コイルであって、前
記酸化物超電導層に負荷される歪を0.25%以上とす
る曲率半径で超電導テープがコイル加工されてなり、前
記酸化物超電導層を基材の内側に位置させるように超電
導テープがコイル加工され、酸化物超電導層に圧縮応力
が負荷されてなることを特徴とするABaCuO系超電
導コイル。ただし前記組成式において、Aは、Yと希土
類元素の内、1種または2種以上を示す。
1. A metal tape base material with an intermediate layer interposed therebetween.
A superconducting coil obtained by coiling a superconducting tape formed by forming a BaCuO-based oxide superconducting layer, wherein the superconducting tape has a radius of curvature such that strain applied to the oxide superconducting layer is 0.25% or more. An ABaCuO-based superconducting coil, characterized in that the superconducting tape is coiled, and the superconducting tape is coiled so that the oxide superconducting layer is located inside the substrate, and the oxide superconducting layer is subjected to compressive stress. However, in the above composition formula, A represents one or more of Y and rare earth elements.
【請求項2】 コイル加工時に酸化物超電導層に負荷さ
れる歪εが以下の式で算出される歪であることを特徴と
する請求項1記載のABaCuO系超電導コイル。 ε={d/(2r+d)}×100 ただし前記式において、dは基材の厚さを示し、rは曲
げ半径を示す。
2. The ABaCuO-based superconducting coil according to claim 1, wherein the strain ε applied to the oxide superconducting layer during coil processing is a strain calculated by the following formula. ε = {d / (2r + d)} × 100 However, in the above formula, d represents the thickness of the base material, and r represents the bending radius.
【請求項3】 金属テープの基材上に中間層を介してA
BaCuO系の酸化物超電導層を形成してなる超電導テ
ープをコイル巻き加工する際に、酸化物超電導層自体に
負荷される歪が0.25%以上の場合において、酸化物
超電導層を基材の内側になるように向けてコイル加工
し、酸化物超電導層に圧縮応力を負荷することを特徴と
するABaCuO系超電導コイルの製造方法。ただし前
記組成式において、AはYと希土類元素の内、1種また
は2種以上を示す。
3. A metal tape base material with an intermediate layer interposed therebetween.
When a superconducting tape formed by forming a BaCuO-based oxide superconducting layer is coiled and the strain applied to the oxide superconducting layer itself is 0.25% or more, the oxide superconducting layer is used as a base material. A method for manufacturing an ABaCuO-based superconducting coil, which is characterized in that a coil is processed so as to face the inside and a compressive stress is applied to the oxide superconducting layer. However, in the composition formula, A represents one or more of Y and rare earth elements.
【請求項4】 コイル加工時に酸化物超電導層に負荷さ
れる歪εを以下の式で算出することを特徴とする請求項
3記載のABaCuO系超電導コイルの製造方法。 ε={d/(2r+d)}×100 ただし前記式において、dは基材の厚さを示し、rは曲
げ半径を示す。
4. The method for manufacturing an ABaCuO-based superconducting coil according to claim 3, wherein the strain ε loaded on the oxide superconducting layer during coil processing is calculated by the following formula. ε = {d / (2r + d)} × 100 However, in the above formula, d represents the thickness of the base material, and r represents the bending radius.
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