JPH07226115A - イットリウム系酸化物超電導材およびその製造方法 - Google Patents
イットリウム系酸化物超電導材およびその製造方法Info
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属基板上でも、レーザアブレーション法に
よって高い臨界温度および臨界電流密度を有する酸化物
超電導膜を作製する。 【構成】 基材１上に第１の層２を形成する。第１の層
２は、９００℃より高い融点を有する金属またはセラミ
ックスからなり、アモルファスである。第１の層２上
に、第２の層３を形成する。第２の層３は、１０００℃
より高い融点を有する金属またはセラミックスからな
り、特定の結晶軸が特定の方向に配向する結晶構造を有
する。これらの層は、イットリウム安定化酸化ジルコニ
ウム、酸化マグネシウム、またはチタン酸バリウムによ
って形成することができる。第２の層３上に、イットリ
ウム系酸化物超電導体からなる膜４を形成する。層２お
よび３は、６００℃〜８００℃の温度において、イット
リウム系酸化物超電導体と実質的に反応せず、かつ膜４
を構成する材料と基材１との反応を効果的に防止する。
よって高い臨界温度および臨界電流密度を有する酸化物
超電導膜を作製する。 【構成】 基材１上に第１の層２を形成する。第１の層
２は、９００℃より高い融点を有する金属またはセラミ
ックスからなり、アモルファスである。第１の層２上
に、第２の層３を形成する。第２の層３は、１０００℃
より高い融点を有する金属またはセラミックスからな
り、特定の結晶軸が特定の方向に配向する結晶構造を有
する。これらの層は、イットリウム安定化酸化ジルコニ
ウム、酸化マグネシウム、またはチタン酸バリウムによ
って形成することができる。第２の層３上に、イットリ
ウム系酸化物超電導体からなる膜４を形成する。層２お
よび３は、６００℃〜８００℃の温度において、イット
リウム系酸化物超電導体と実質的に反応せず、かつ膜４
を構成する材料と基材１との反応を効果的に防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ケーブル、マグネッ
ト、シールド、限流器、高周波デバイス、およびそれら
の中間製品等の分野において使用するイットリウム系酸
化物超電導材およびその製造方法に関する。
ト、シールド、限流器、高周波デバイス、およびそれら
の中間製品等の分野において使用するイットリウム系酸
化物超電導材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物超電導物質を線材化、大面積化し
て上記の産業分野に適用するための方法として、金属基
材上に酸化物超電導物質をコーティングする方法があ
る。
て上記の産業分野に適用するための方法として、金属基
材上に酸化物超電導物質をコーティングする方法があ
る。
【０００３】コーティングの方法として種々の手段があ
るが、高い臨界電流密度を有する膜が容易に得られる気
相法が有望である。気相法の中でも、エキシマレーザー
を用いたレーザアブレーション法は、他の気相法に比べ
て最も速い成膜速度で高品質な膜（たとえば単結晶基板
上に臨界電流密度が１００万Ａ／ｃｍ2 以上の膜を形成
できる）が作製できるという利点を有する。
るが、高い臨界電流密度を有する膜が容易に得られる気
相法が有望である。気相法の中でも、エキシマレーザー
を用いたレーザアブレーション法は、他の気相法に比べ
て最も速い成膜速度で高品質な膜（たとえば単結晶基板
上に臨界電流密度が１００万Ａ／ｃｍ2 以上の膜を形成
できる）が作製できるという利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】酸化物超電導薄膜の形
成に通常用いられている単結晶基板は、酸化マグネシウ
ムまたはチタン酸ストロンチウムからなり、これらは価
格が高く、大面積のものの入手が困難である。したがっ
て、単結晶材料の基板上に超電導体をコーティングする
技術は、コーティングにある程度の大きさおよび長さを
必要とする応用分野にはそのまま適用できなかった。
成に通常用いられている単結晶基板は、酸化マグネシウ
ムまたはチタン酸ストロンチウムからなり、これらは価
格が高く、大面積のものの入手が困難である。したがっ
て、単結晶材料の基板上に超電導体をコーティングする
技術は、コーティングにある程度の大きさおよび長さを
必要とする応用分野にはそのまま適用できなかった。
【０００５】そこで、入手できる大きさや長さに制限を
受けにくい金属材料を基板として用い、その上に結晶配
向させた酸化物超電導膜を作製できれば、高い臨界電流
密度を示す実用的な製品が実現可能となる。しかしなが
ら、金属基板上に直接酸化物超電導膜を形成しようとす
ると、金属成分と酸化物超電導成分が反応して、求める
超電導特性が得られなかった。
受けにくい金属材料を基板として用い、その上に結晶配
向させた酸化物超電導膜を作製できれば、高い臨界電流
密度を示す実用的な製品が実現可能となる。しかしなが
ら、金属基板上に直接酸化物超電導膜を形成しようとす
ると、金属成分と酸化物超電導成分が反応して、求める
超電導特性が得られなかった。
【０００６】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
金属基板上でもレーザアブレーション法によって、高い
臨界温度および臨界電流密度を有する酸化物超電導膜を
作製することにある。
金属基板上でもレーザアブレーション法によって、高い
臨界温度および臨界電流密度を有する酸化物超電導膜を
作製することにある。
【０００７】本発明のさらなる目的は、金属基板上に優
れた超電導特性を示す薄膜が形成された超電導材を提供
することにある。
れた超電導特性を示す薄膜が形成された超電導材を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のイットリウム系
酸化物超電導材は、金属からなる基材と、基材上に形成
される下地層と、下地層上に形成され、ｃ軸が基材の面
に対してほぼ垂直に配向したイットリウム系酸化物超電
導体からなる超電導層とを備える。上記下地層は、９０
０℃より高い融点を有する金属およびセラミックスから
なる群から選択される材料からなり、基材と接触し、か
つアモルファスである第１の層と、１０００℃より高い
融点を有する金属およびセラミックスからなる群から選
択される材料からなり、第１の層上に形成され、かつ特
定の結晶軸が特定の方向に配向する結晶構造を有する第
２の層とを含む。下地層は、６００℃〜８００℃の温度
において、イットリウム系酸化物超電導体と実質的に反
応せず、かつイットリウム系酸化物超電導体と基材との
反応を防止する。
酸化物超電導材は、金属からなる基材と、基材上に形成
される下地層と、下地層上に形成され、ｃ軸が基材の面
に対してほぼ垂直に配向したイットリウム系酸化物超電
導体からなる超電導層とを備える。上記下地層は、９０
０℃より高い融点を有する金属およびセラミックスから
なる群から選択される材料からなり、基材と接触し、か
つアモルファスである第１の層と、１０００℃より高い
融点を有する金属およびセラミックスからなる群から選
択される材料からなり、第１の層上に形成され、かつ特
定の結晶軸が特定の方向に配向する結晶構造を有する第
２の層とを含む。下地層は、６００℃〜８００℃の温度
において、イットリウム系酸化物超電導体と実質的に反
応せず、かつイットリウム系酸化物超電導体と基材との
反応を防止する。
【０００９】本発明に従って、イットリウム系酸化物超
電導材を製造するための方法が提供される。この方法で
は、まず金属からなる基材上に、９００℃より高い融点
を有する金属およびセラミックスからなる群から選択さ
れる材料からなり、アモルファスである第１の層を形成
する。次いで第１の層上に、１０００℃より高い融点を
有する金属およびセラミックスからなる群から選択され
る材料からなり、特定の結晶軸が特定の方向に配向する
結晶構造を有する第２の層を形成する。次いで第２の層
上に、レーザアブレーション法に従って、ＹＢａＣｕＯ
系セラミックスからなるターゲットにレーザ光を照射す
ることによりターゲットから飛散された物質を、基材の
温度６００℃〜８００℃の範囲内において、得られる膜
のｃ軸が基材の面に対してほぼ垂直に配向するよう堆積
する。このレーザアブレーションによる堆積工程におい
て、第１および第２の層は、レーザアブレーションによ
る堆積物と実質的に反応せず、かつ基材とレーザアブレ
ーションによる堆積物との反応を防止する。
電導材を製造するための方法が提供される。この方法で
は、まず金属からなる基材上に、９００℃より高い融点
を有する金属およびセラミックスからなる群から選択さ
れる材料からなり、アモルファスである第１の層を形成
する。次いで第１の層上に、１０００℃より高い融点を
有する金属およびセラミックスからなる群から選択され
る材料からなり、特定の結晶軸が特定の方向に配向する
結晶構造を有する第２の層を形成する。次いで第２の層
上に、レーザアブレーション法に従って、ＹＢａＣｕＯ
系セラミックスからなるターゲットにレーザ光を照射す
ることによりターゲットから飛散された物質を、基材の
温度６００℃〜８００℃の範囲内において、得られる膜
のｃ軸が基材の面に対してほぼ垂直に配向するよう堆積
する。このレーザアブレーションによる堆積工程におい
て、第１および第２の層は、レーザアブレーションによ
る堆積物と実質的に反応せず、かつ基材とレーザアブレ
ーションによる堆積物との反応を防止する。
【００１０】本発明において、第１の層は、アモルファ
スであり、結晶粒界を有しないため、基材からの拡散を
効果的に抑制することができる。第１の層を形成する材
料は、次の性質を備えることが望ましい。
スであり、結晶粒界を有しないため、基材からの拡散を
効果的に抑制することができる。第１の層を形成する材
料は、次の性質を備えることが望ましい。
【００１１】（１）基材と反応しにくいこと。 （２）酸化物超電導膜は引張応力に対して特性を低下さ
せるようになるので、形成しようとする酸化物超電導物
質の熱膨張係数（イットリウム系酸化物超電導体の場
合、平均で１．６９×１０-5／Ｋ、ａ，ｂ軸方向で１．
０〜１．１×１０ -5／Ｋ）とほぼ一致する熱膨張係数を
有するか、または酸化物超電導物質よりも大きな熱膨張
係数を有すること。
せるようになるので、形成しようとする酸化物超電導物
質の熱膨張係数（イットリウム系酸化物超電導体の場
合、平均で１．６９×１０-5／Ｋ、ａ，ｂ軸方向で１．
０〜１．１×１０ -5／Ｋ）とほぼ一致する熱膨張係数を
有するか、または酸化物超電導物質よりも大きな熱膨張
係数を有すること。
【００１２】第１の層に用いられる好ましい金属材料と
して、たとえば、Ａｇ（融点約９６０℃、熱膨張係数
１．９２×１０-5／Ｋ）、Ａｕ（融点約１０６４℃、熱
膨張係数１．４４×１０-5／Ｋ）がある。また、第１の
層のためのセラミックス材料として、酸化ジルコニウ
ム、安定化のためＹ、ＭｇまたはＣａ等を添加した酸化
ジルコニウム（Ｙを添加したイットリウム安定化酸化ジ
ルコニウム（ＹＳＺ）の熱膨張係数は１．０×１０-5／
Ｋ、融点は約２５００℃）、酸化マグネシウム（熱膨張
係数１．３５×１０-5／Ｋ、融点は約２８００℃）、チ
タン酸バリウム（ａ，ｂ軸方向の熱膨張係数１．５７×
１０-5／Ｋ、多結晶セラミックス状態のもの１．９×１
０-5／Ｋ）、チタン酸ストロンチウム（熱膨張係数１．
１１×１０-5／Ｋ、融点は約２０８０℃）を挙げること
ができる。これらの材料の熱膨張係数は、Ｙ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系セラミックス超電導体のａ，ｂ軸方向の熱膨張
係数（１．０〜１．１×１０-5／Ｋ）の約０．９〜１．
９倍の範囲内にある。
して、たとえば、Ａｇ（融点約９６０℃、熱膨張係数
１．９２×１０-5／Ｋ）、Ａｕ（融点約１０６４℃、熱
膨張係数１．４４×１０-5／Ｋ）がある。また、第１の
層のためのセラミックス材料として、酸化ジルコニウ
ム、安定化のためＹ、ＭｇまたはＣａ等を添加した酸化
ジルコニウム（Ｙを添加したイットリウム安定化酸化ジ
ルコニウム（ＹＳＺ）の熱膨張係数は１．０×１０-5／
Ｋ、融点は約２５００℃）、酸化マグネシウム（熱膨張
係数１．３５×１０-5／Ｋ、融点は約２８００℃）、チ
タン酸バリウム（ａ，ｂ軸方向の熱膨張係数１．５７×
１０-5／Ｋ、多結晶セラミックス状態のもの１．９×１
０-5／Ｋ）、チタン酸ストロンチウム（熱膨張係数１．
１１×１０-5／Ｋ、融点は約２０８０℃）を挙げること
ができる。これらの材料の熱膨張係数は、Ｙ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系セラミックス超電導体のａ，ｂ軸方向の熱膨張
係数（１．０〜１．１×１０-5／Ｋ）の約０．９〜１．
９倍の範囲内にある。
【００１３】第１の層を形成する材料の融点は、９００
℃以上であり、この温度より融点が低い場合、酸化物超
電導体膜を形成するための温度において基板または酸化
物超電導物質への拡散などにより、得られる製品の特性
が劣化するようになる。
℃以上であり、この温度より融点が低い場合、酸化物超
電導体膜を形成するための温度において基板または酸化
物超電導物質への拡散などにより、得られる製品の特性
が劣化するようになる。
【００１４】第１の層上に形成される第２の層は、特定
の結晶軸または結晶面が特定の方向に配向する結晶構造
を有する。たとえば、第２の層を立方晶系の結晶構造を
形成することができる材料から構成することができる
が、この場合、結晶軸が基材面に対してほぼ垂直に配向
するよう第２の層を形成することができる。第２の層の
結晶構造に従って、イットリウム系酸化物超電導体も、
その結晶面または結晶軸を特定の方向に配向させる。
の結晶軸または結晶面が特定の方向に配向する結晶構造
を有する。たとえば、第２の層を立方晶系の結晶構造を
形成することができる材料から構成することができる
が、この場合、結晶軸が基材面に対してほぼ垂直に配向
するよう第２の層を形成することができる。第２の層の
結晶構造に従って、イットリウム系酸化物超電導体も、
その結晶面または結晶軸を特定の方向に配向させる。
【００１５】第２の層に用いる物質は、次の特性を有す
ることが望ましい。 （１）イットリウム系酸化物超電導膜は通常６００〜８
００℃の高温で第２の層上に堆積されるため、この温度
において、酸化物超電導物質と反応しにくいこと。
ることが望ましい。 （１）イットリウム系酸化物超電導膜は通常６００〜８
００℃の高温で第２の層上に堆積されるため、この温度
において、酸化物超電導物質と反応しにくいこと。
【００１６】（２）この高温において、分解、溶融およ
び昇華を起こさず安定であること。 （３）イットリウム系酸化物超電導物質の熱膨張係数と
ほぼ一致するか、または酸化物超電導物質よりも大きな
熱膨張係数を有すること。
び昇華を起こさず安定であること。 （３）イットリウム系酸化物超電導物質の熱膨張係数と
ほぼ一致するか、または酸化物超電導物質よりも大きな
熱膨張係数を有すること。
【００１７】第２の層に用いられる好ましい材料とし
て、たとえば、Ａｕ、安定化のためＹ、ＭｇまたはＣａ
等を添加した酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、チ
タン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等を挙げるこ
とができる。第２の層には、ＡｕやＡｇよりも、上述し
たセラミックス材料を用いることがより好ましい。これ
は、より高温で酸化物超電導体を堆積させると、Ａｕや
Ａｇが、真空中で再蒸発または再結晶化して、超電導膜
の形成に不利に働くおそれがあるためである。
て、たとえば、Ａｕ、安定化のためＹ、ＭｇまたはＣａ
等を添加した酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、チ
タン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム等を挙げるこ
とができる。第２の層には、ＡｕやＡｇよりも、上述し
たセラミックス材料を用いることがより好ましい。これ
は、より高温で酸化物超電導体を堆積させると、Ａｕや
Ａｇが、真空中で再蒸発または再結晶化して、超電導膜
の形成に不利に働くおそれがあるためである。
【００１８】第２の層を形成する材料の融点は、その上
に超電導体が形成されるので１０００℃以上である。こ
の温度より融点が低い場合、酸化物超電導膜を形成する
ための温度において、特に超電導材への拡散により、得
られる製品の特性を劣化させるようになる。レーザアブ
レーションによるイットリウム系セラミックス超電導体
の堆積は、通常６００〜８００℃の温度において行なわ
れる。
に超電導体が形成されるので１０００℃以上である。こ
の温度より融点が低い場合、酸化物超電導膜を形成する
ための温度において、特に超電導材への拡散により、得
られる製品の特性を劣化させるようになる。レーザアブ
レーションによるイットリウム系セラミックス超電導体
の堆積は、通常６００〜８００℃の温度において行なわ
れる。
【００１９】本発明において、下地層の厚みは０．８μ
ｍ以下であることが望ましく、０．３〜０．６μｍの範
囲がより好ましい。厚みが０．８μｍを越える場合、膜
の剥がれが生じることがある。
ｍ以下であることが望ましく、０．３〜０．６μｍの範
囲がより好ましい。厚みが０．８μｍを越える場合、膜
の剥がれが生じることがある。
【００２０】
【作用】本発明によれば、金属基板上に２層構造を有す
る反応防止層を形成することによって、結晶配向させた
酸化物超電導膜を作製することができる。このため、高
い臨界温度および臨界電流密度を有する超電導材が得ら
れる。
る反応防止層を形成することによって、結晶配向させた
酸化物超電導膜を作製することができる。このため、高
い臨界温度および臨界電流密度を有する超電導材が得ら
れる。
【００２１】反応防止層が１層でアモルファスの場合、
その上に結晶配向させた酸化物超電導膜を作製する際に
不利となる。ＹＢａＣｕＯ系超電導膜を、アモルファス
の表面上に結晶軸を特定の方向に配向させて形成するこ
とは困難である。また、ＹＢａＣｕＯ系超電導膜は、真
空中、高温で堆積されるため、アモルファスの反応防止
層は、成膜中にアモルファスから結晶の状態へ移行する
可能性がある。この移行は、ＹＢａＣｕＯ系超電導膜の
結晶化に対して直接悪影響を及ぼす。
その上に結晶配向させた酸化物超電導膜を作製する際に
不利となる。ＹＢａＣｕＯ系超電導膜を、アモルファス
の表面上に結晶軸を特定の方向に配向させて形成するこ
とは困難である。また、ＹＢａＣｕＯ系超電導膜は、真
空中、高温で堆積されるため、アモルファスの反応防止
層は、成膜中にアモルファスから結晶の状態へ移行する
可能性がある。この移行は、ＹＢａＣｕＯ系超電導膜の
結晶化に対して直接悪影響を及ぼす。
【００２２】一方、反応防止層として、結晶配向させた
ものを直接金属基板上に形成する場合、その粒界のた
め、基板と超電導材との反応防止効果がアモルファスに
比べて劣る。一般的に、結晶軸を配向させるために基板
を加熱するので、この層を形成する際に基板の表面が酸
化され、膜の密着力が低下する。
ものを直接金属基板上に形成する場合、その粒界のた
め、基板と超電導材との反応防止効果がアモルファスに
比べて劣る。一般的に、結晶軸を配向させるために基板
を加熱するので、この層を形成する際に基板の表面が酸
化され、膜の密着力が低下する。
【００２３】本発明では、下地層を２層構造とすること
でこれらの不利な点を補い合うことができる。すなわ
ち、第１の層で拡散反応を効果的に防止し、かつ第２の
層で超電導膜の結晶軸を配向させるための結晶構造を整
えることができる。
でこれらの不利な点を補い合うことができる。すなわ
ち、第１の層で拡散反応を効果的に防止し、かつ第２の
層で超電導膜の結晶軸を配向させるための結晶構造を整
えることができる。
【００２４】また、酸化物超電導膜は引張歪みに対して
臨界温度および臨界電流密度を低下させる一方、圧縮歪
みに対してはこれらの特性を向上させる傾向にある。こ
のため、反応防止層として用いる材料の熱膨張係数が酸
化物超電導物質よりも大きければ、その上に少なくとも
本来得られる超電導特性を有する膜が形成されることが
期待できる。
臨界温度および臨界電流密度を低下させる一方、圧縮歪
みに対してはこれらの特性を向上させる傾向にある。こ
のため、反応防止層として用いる材料の熱膨張係数が酸
化物超電導物質よりも大きければ、その上に少なくとも
本来得られる超電導特性を有する膜が形成されることが
期待できる。
【００２５】
実施例１ 基板としてニッケル系の耐熱合金ハステロイＣ−２７６
（熱膨張係数１．５３×１０-5／Ｋ、サイズ：幅１０ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍ）を用いた。第１の反応防止層とし
て、金、ＹＳＺまたは酸化マグネシウムをハステロイテ
ープ上にそれぞれ堆積した。堆積にあたっては、基材を
搬送できる機構を備えたマグネトロンスパッタ装置で、
これらの材料がそれぞれアモルファス状態となるよう、
基板を加熱することなくかつ基板が酸化しないように真
空度が高い条件下で、スパッタを行なった。成膜条件は
表１に示すとおりであった。
（熱膨張係数１．５３×１０-5／Ｋ、サイズ：幅１０ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍ）を用いた。第１の反応防止層とし
て、金、ＹＳＺまたは酸化マグネシウムをハステロイテ
ープ上にそれぞれ堆積した。堆積にあたっては、基材を
搬送できる機構を備えたマグネトロンスパッタ装置で、
これらの材料がそれぞれアモルファス状態となるよう、
基板を加熱することなくかつ基板が酸化しないように真
空度が高い条件下で、スパッタを行なった。成膜条件は
表１に示すとおりであった。
【００２６】
【表１】成膜温度：基板加熱なし ガス：Ａｒ ガス圧：５ｍＴｏｒｒ スパッタ電力：１００Ｗ ターゲット：金、ＹＳＺまたは酸化マグネシウム固体 搬送温度：２ｍｍ／分 得られたサンプルについて、Ｘ線回折装置で反応防止層
の結晶性を調査した。その結果、基板に起因するピーク
のみ観測され、反応防止層はアモルファスであった。得
られた膜厚は、０．２μｍであった。
の結晶性を調査した。その結果、基板に起因するピーク
のみ観測され、反応防止層はアモルファスであった。得
られた膜厚は、０．２μｍであった。
【００２７】第１の反応防止層を形成したそれぞれの基
板の上に、さらにＹを添加して安定化させた酸化ジルコ
ニウム（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム、またはチタン酸
バリウムをそれぞれ第２の層として堆積させた。堆積に
あたっては、基材を搬送できる機構を備えたエキシマレ
ーザー装置で、基板を加熱した状態でレーザアブレーシ
ョンを行なった。成膜条件は表２に示すとおりであっ
た。
板の上に、さらにＹを添加して安定化させた酸化ジルコ
ニウム（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム、またはチタン酸
バリウムをそれぞれ第２の層として堆積させた。堆積に
あたっては、基材を搬送できる機構を備えたエキシマレ
ーザー装置で、基板を加熱した状態でレーザアブレーシ
ョンを行なった。成膜条件は表２に示すとおりであっ
た。
【００２８】
【表２】 レーザ：ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）エキシマレーザー ターゲット：ＹＳＺ、酸化マグネシウムまたはチタン酸
バリウム固体 基板温度：５００℃ ガス：酸素 ガス圧力：１０ｍＴｏｒｒ エネルギ密度：０．５Ｊ／ｃｍ2 レーザ周波数：１００Ｈｚ 搬送速度：１０ｍｍ／分 得られたサンプルについて、Ｘ線回折装置で反応防止層
の結晶性を調査したところ、基板に起因するピークの他
に、ＹＳＺ、酸化マグネシウム、チタン酸バリウムの
（２００）または（１００）面がそれぞれ優先的に表れ
ており、結晶軸または結晶面が基板面に垂直の方向に配
向していることが確認できた。得られた膜厚は０．３μ
ｍであった。
バリウム固体 基板温度：５００℃ ガス：酸素 ガス圧力：１０ｍＴｏｒｒ エネルギ密度：０．５Ｊ／ｃｍ2 レーザ周波数：１００Ｈｚ 搬送速度：１０ｍｍ／分 得られたサンプルについて、Ｘ線回折装置で反応防止層
の結晶性を調査したところ、基板に起因するピークの他
に、ＹＳＺ、酸化マグネシウム、チタン酸バリウムの
（２００）または（１００）面がそれぞれ優先的に表れ
ており、結晶軸または結晶面が基板面に垂直の方向に配
向していることが確認できた。得られた膜厚は０．３μ
ｍであった。
【００２９】基板を搬送できる機構を備えたエキシマレ
ーザー装置を用いて、レーザアブレーションにより２層
の反応防止層を形成した基板上にＹＢａＣｕＯ系超電導
膜を堆積した。成膜条件は表３に示すとおりであった。
ーザー装置を用いて、レーザアブレーションにより２層
の反応防止層を形成した基板上にＹＢａＣｕＯ系超電導
膜を堆積した。成膜条件は表３に示すとおりであった。
【００３０】
【表３】 レーザ：ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）エキシマレーザー ターゲット：ＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 基板温度：７１０℃ ガス：酸素 圧力：１００ｍＴｏｒｒ レーザエネルギ密度：１Ｊ／ｃｍ2 レーザ周波数：３０Ｈｚ 搬送速度：１０ｍｍ／分 得られたサンプルについて、Ｘ線回折装置で膜の結晶性
を調査したところ、基板に起因するピーク、第２の反応
防止層に起因するピークの他に、ＹＢａＣｕＯ超電導膜
においてｃ軸が基板に対して垂直に配向していることが
確認できた。得られた膜厚は１．２μｍであった。
を調査したところ、基板に起因するピーク、第２の反応
防止層に起因するピークの他に、ＹＢａＣｕＯ超電導膜
においてｃ軸が基板に対して垂直に配向していることが
確認できた。得られた膜厚は１．２μｍであった。
【００３１】４端子法を用いて液体窒素中におけるサン
プルの臨界温度および臨界電流密度を測定した結果を表
４に示す。
プルの臨界温度および臨界電流密度を測定した結果を表
４に示す。
【００３２】
【表４】
【００３３】実施例２ 第１の反応防止層として、銀またはチタン酸バリウムを
表１に示す条件で作製したことを除いて、実施例１と同
じ条件でハステロイＣ−２７６基板上に、２層の反応防
止層（２層目：ＹＳＺ、酸化マグネシウム、チタン酸バ
リウム）を形成し、その上にＹＢａＣｕＯ系超電導膜を
作製した。
表１に示す条件で作製したことを除いて、実施例１と同
じ条件でハステロイＣ−２７６基板上に、２層の反応防
止層（２層目：ＹＳＺ、酸化マグネシウム、チタン酸バ
リウム）を形成し、その上にＹＢａＣｕＯ系超電導膜を
作製した。
【００３４】得られたサンプルについて、Ｘ線回折装置
で膜の結晶性を調査した。第２番目の反応防止層の膜に
起因するピークが実施例１と同様に観察された。さら
に、ＹＢａＣｕＯ超電導膜においてｃ軸が基板に対して
垂直に配向していることが確認できた。実施例１で作製
したサンプルに比べｃ軸の長さ、半値幅（ピーク値の半
分の高さにおけるピークの幅）はほぼ同じであった。
で膜の結晶性を調査した。第２番目の反応防止層の膜に
起因するピークが実施例１と同様に観察された。さら
に、ＹＢａＣｕＯ超電導膜においてｃ軸が基板に対して
垂直に配向していることが確認できた。実施例１で作製
したサンプルに比べｃ軸の長さ、半値幅（ピーク値の半
分の高さにおけるピークの幅）はほぼ同じであった。
【００３５】４端子法を用いて液体窒素中におけるサン
プルの臨界温度および臨界電流密度を測定した結果を表
５に示す。
プルの臨界温度および臨界電流密度を測定した結果を表
５に示す。
【００３６】
【表５】
【００３７】比較例１ 実施例１に関して、第２番目の反応防止層を形成しない
ことを除いてすべて同じ条件を用いてハステロイＣ−２
７６基板上に、第１の反応防止層を形成し、その上にＹ
ＢａＣｕＯ系超電導膜を堆積した。
ことを除いてすべて同じ条件を用いてハステロイＣ−２
７６基板上に、第１の反応防止層を形成し、その上にＹ
ＢａＣｕＯ系超電導膜を堆積した。
【００３８】得られたサンプルについてＸ線回折装置で
膜の結晶性を調査したところ、基板に起因するピークの
他に、ＹＢａＣｕＯ超電導膜においてｃ軸が基板に対し
て垂直に配向していることが確認できた。しかし、実施
例１で作製したサンプルに比べ、サンプルの半値幅（ピ
ーク値の半分の高さにおけるピークの幅）は、１．５か
ら２倍程度大きくなっていた。
膜の結晶性を調査したところ、基板に起因するピークの
他に、ＹＢａＣｕＯ超電導膜においてｃ軸が基板に対し
て垂直に配向していることが確認できた。しかし、実施
例１で作製したサンプルに比べ、サンプルの半値幅（ピ
ーク値の半分の高さにおけるピークの幅）は、１．５か
ら２倍程度大きくなっていた。
【００３９】４端子法を用いて液体窒素中におけるサン
プルの臨界温度および臨界電流密度を測定した結果を表
６に示す。
プルの臨界温度および臨界電流密度を測定した結果を表
６に示す。
【００４０】
【表６】
【００４１】比較例２ ハステロイＣ−２７６基板上に、第１の反応防止層を形
成せずに直接第２の層にあたるＹＳＺ、酸化マグネシウ
ム、チタン酸バリウムを表２に示した条件で形成した。
成せずに直接第２の層にあたるＹＳＺ、酸化マグネシウ
ム、チタン酸バリウムを表２に示した条件で形成した。
【００４２】得られたサンプルについて、Ｘ線回折装置
で反応防止層の結晶性を調査したところ、基板に起因す
るピークの他に、反応防止層に起因するピークがランダ
ムに表れた。
で反応防止層の結晶性を調査したところ、基板に起因す
るピークの他に、反応防止層に起因するピークがランダ
ムに表れた。
【００４３】さらに、ＹＢａＣｕＯ系超電導膜を表３に
示す条件で作製したところ、光沢のない表面状態の膜が
得られた。Ｘ線回折装置でＹＢａＣｕＯ系膜の結晶配向
性を調査したところ、ｃ軸が基板に対して垂直に配向し
ていることは確認できた。しかし、実施例１で得られた
サンプルに比べ、ｃ軸は長く（（００１０）ピークから
計算した値は実施例１では１１．６８であったのに対し
本比較例では１１．７２であった）、半値幅も２倍程度
であった。
示す条件で作製したところ、光沢のない表面状態の膜が
得られた。Ｘ線回折装置でＹＢａＣｕＯ系膜の結晶配向
性を調査したところ、ｃ軸が基板に対して垂直に配向し
ていることは確認できた。しかし、実施例１で得られた
サンプルに比べ、ｃ軸は長く（（００１０）ピークから
計算した値は実施例１では１１．６８であったのに対し
本比較例では１１．７２であった）、半値幅も２倍程度
であった。
【００４４】４端子法を用いて液体窒素中におけるサン
プルの臨界温度および臨界電流密度を測定した結果を表
７に示す。
プルの臨界温度および臨界電流密度を測定した結果を表
７に示す。
【００４５】
【表７】
【００４６】比較例３ 反応防止層として、上述した材料を用い、第１の層また
は第２の層単独、および第１と第２の層の両方を形成し
たとき、反応防止層の厚みが０．８μｍを越えると、こ
の層の基板からの剥がれが生じることがあった。
は第２の層単独、および第１と第２の層の両方を形成し
たとき、反応防止層の厚みが０．８μｍを越えると、こ
の層の基板からの剥がれが生じることがあった。
【００４７】図１は、本発明に従って形成された超電導
材の構成を模式的に示している。基材１上には、アモル
ファスである第１の層２が形成される。第１の層２上に
は、特定の結晶軸が特定の方向に配向する第２の層３が
形成される。第２の層３上に、イットリウム系セラミッ
クス超電導体膜４が堆積される。第１の層２および第２
の層３は、基材１と超電導膜４との反応を効果的に防止
する。
材の構成を模式的に示している。基材１上には、アモル
ファスである第１の層２が形成される。第１の層２上に
は、特定の結晶軸が特定の方向に配向する第２の層３が
形成される。第２の層３上に、イットリウム系セラミッ
クス超電導体膜４が堆積される。第１の層２および第２
の層３は、基材１と超電導膜４との反応を効果的に防止
する。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、金属基材上に、優れた
超電導特性、たとえば１×１０5 Ａ／ｃｍ2 以上の臨界
電流密度を有するイットリウム系酸化物超電導膜を形成
することができる。本発明に従えば、基材の材質やサイ
ズにあまり制約を受けることなく、超電導ケーブル、マ
グネット、シールド、限流器等を製造することができ
る。
超電導特性、たとえば１×１０5 Ａ／ｃｍ2 以上の臨界
電流密度を有するイットリウム系酸化物超電導膜を形成
することができる。本発明に従えば、基材の材質やサイ
ズにあまり制約を受けることなく、超電導ケーブル、マ
グネット、シールド、限流器等を製造することができ
る。
【図１】本発明に従う超電導材の構造を模式的に示す断
面図である。
面図である。
１ 基材 ２ 第１の層 ３ 第２の層 ４ イットリウム系セラミックス超電導体膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡ Ｂ (72)発明者 藤野 剛三 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘二丁目４番１号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 石井 英雄 東京都調布市西つつじケ丘二丁目４番１号 東京電力株式会社技術研究所内
Claims (8)
- 【請求項１】 金属からなる基材と、 前記基材上に形成される下地層と、 前記下地層上に形成され、前記基材の面に対してそのｃ
軸がほぼ垂直に配向したイットリウム系酸化物超電導体
からなる超電導層とを備えるイットリウム系酸化物超電
導材であって、 前記下地層が、 ９００℃より高い融点を有する金属およびセラミックス
からなる群から選択される材料からなり、前記基材と接
触し、かつアモルファスである第１の層と、 １０００℃より高い融点を有する金属およびセラミック
スからなる群から選択される材料からなり、前記第１の
層上に形成され、かつ特定の結晶軸が特定の方向に配向
する結晶構造を有する第２の層とを含み、かつ前記下地
層が、６００℃〜８００℃の温度において、前記イット
リウム系酸化物超電導体と実質的に反応せず、かつ前記
イットリウム系酸化物超電導体と前記基材との反応を防
止することを特徴とする、イットリウム系酸化物超電導
材。 - 【請求項２】 前記第１の層が、前記超電導体の熱膨張
係数の０．９〜１倍の熱膨張係数を有するか、または前
記超電導体の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する
材料からなることを特徴とする、請求項１記載のイット
リウム系酸化物超電導材。 - 【請求項３】 前記第２の層が、イットリウムの添加に
より安定化された酸化ジルコニウム、酸化マグネシウ
ム、チタン酸バリウムおよびチタン酸ストロンチウムか
らなる群から選択されるセラミックスからなることを特
徴とする、請求項１記載のイットリウム系酸化物超電導
材。 - 【請求項４】 前記下地層の厚みが、０．８μｍ以下で
あることを特徴とする、請求項１記載のイットリウム系
酸化物超電導材。 - 【請求項５】 金属からなる基材上に、９００℃より高
い融点を有する金属およびセラミックスからなる群から
選択される材料からなり、アモルファスである第１の層
を形成する工程と、 前記第１の層上に、１０００℃より高い融点を有する金
属およびセラミックスからなる群から選択される材料か
らなり、特定の結晶軸が特定の方向に配向する結晶構造
を有する第２の層を形成する工程と、 前記第２の層上に、レーザアブレーション法に従って、
ＹＢａＣｕＯ系セラミックスからなるターゲットにレー
ザ光を照射することにより前記ターゲットから飛散され
た物質を、前記基材の温度６００℃〜８００℃の範囲内
において、得られる膜のｃ軸が前記基材の面に対してほ
ぼ垂直に配向するよう堆積する工程とを備え、 前記レーザアブレーションによる堆積工程において、前
記第１および第２の層は、レーザアブレーションによる
堆積物と実質的に反応せず、かつ前記基材とレーザアブ
レーションによる堆積物との反応を防止することを特徴
とする、イットリウム系酸化物超電導材の製造方法。 - 【請求項６】 前記第１の層を、前記堆積物の熱膨張係
数の０．９〜１倍の熱膨張係数を有するか、または前記
堆積物の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材
料から形成することを特徴とする、請求項５記載の製造
方法。 - 【請求項７】 前記第２の層をイットリウムの添加によ
り安定化された酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、
チタン酸バリウムおよびチタン酸ストロンチウムからな
る群から選択されるセラミックスで形成することを特徴
とする、請求項５記載の製造方法。 - 【請求項８】 前記第１および第２の層の厚みの合計
を、０．８μｍ以下とすることを特徴とする、請求項５
記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6016684A JPH07226115A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | イットリウム系酸化物超電導材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6016684A JPH07226115A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | イットリウム系酸化物超電導材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07226115A true JPH07226115A (ja) | 1995-08-22 |
Family
ID=11923152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6016684A Pending JPH07226115A (ja) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | イットリウム系酸化物超電導材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07226115A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009507357A (ja) * | 2005-09-06 | 2009-02-19 | スーパーパワー インコーポレイテッド | 超伝導体構成素子 |
-
1994
- 1994-02-10 JP JP6016684A patent/JPH07226115A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009507357A (ja) * | 2005-09-06 | 2009-02-19 | スーパーパワー インコーポレイテッド | 超伝導体構成素子 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040601 |