JPWO2011052552A1 - 超電導線材用テープ基材及び超電導線材 - Google Patents
超電導線材用テープ基材及び超電導線材 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2011052552A1 JPWO2011052552A1 JP2011538421A JP2011538421A JPWO2011052552A1 JP WO2011052552 A1 JPWO2011052552 A1 JP WO2011052552A1 JP 2011538421 A JP2011538421 A JP 2011538421A JP 2011538421 A JP2011538421 A JP 2011538421A JP WO2011052552 A1 JPWO2011052552 A1 JP WO2011052552A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- superconducting wire
- superconducting
- diffusion
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 103
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims abstract description 43
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 216
- 239000010408 film Substances 0.000 description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 35
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 35
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 28
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 25
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 15
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 10
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 description 7
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 3
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- -1 helium (He) Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005324 grain boundary diffusion Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
- H10N60/0576—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers characterised by the substrate
- H10N60/0632—Intermediate layers, e.g. for growth control
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
- H01B12/06—Films or wires on bases or cores
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
-
- 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
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
- Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
- Y10T428/264—Up to 3 mils
- Y10T428/265—1 mil or less
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
超電導線材の特性（例えば臨界電流特性）を損なうことなく、中間層の薄膜化・簡略化により超電導線材の低コスト化を図る。超電導線材用テープ基材を、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかを含む基板上に、第４（４Ａ）族元素の酸化物で構成された拡散防止層が形成されてなる構成とする。具体的には、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2のいずれかで拡散防止層を構成する。
Description
本発明は、超電導ケーブルや超電導マグネットなどの超電導機器に用いられる超電導線材用のテープ基材及び超電導線材に関し、特に、金属基板上に形成される中間層の構成に関する。
従来、液体窒素温度(７７Ｋ)以上で超電導を示す高温超電導体の一種として、ＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）が知られている。特に、化学式ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-yで表されるイットリウム系酸化物超電導体（以下、Ｙ系超電導体又はＹＢＣＯ）が代表的である。なお、Ｙ系超電導体には、イットリウムの一部をガドリニウム（Ｇｄ）で置換した超電導体（例えば（Ｙ＋Ｇｄ）ＢＣＯと表記される）等も含まれる。
Ｙ系超電導体を用いた超電導線材（以下、Ｙ系超電導線材）は、一般に、テープ状の金属基板上に中間層、Ｙ系超電導体からなる層（以下、Ｙ系超電導層）、保護層が順に形成された積層構造を有している。
このＹ系超電導線材は、例えば、低磁性の無配向金属基板（例えば、ニッケル基の耐熱・耐食合金であるハステロイ（登録商標））上に配向層を含む中間層を形成し、この配向層上に、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法やＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等によりＹ系超電導層を成膜することにより製造される。
Ｙ系超電導体を用いた超電導線材（以下、Ｙ系超電導線材）は、一般に、テープ状の金属基板上に中間層、Ｙ系超電導体からなる層（以下、Ｙ系超電導層）、保護層が順に形成された積層構造を有している。
このＹ系超電導線材は、例えば、低磁性の無配向金属基板（例えば、ニッケル基の耐熱・耐食合金であるハステロイ（登録商標））上に配向層を含む中間層を形成し、この配向層上に、ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法やＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等によりＹ系超電導層を成膜することにより製造される。
このような高温超電導線材における通電特性は、その超電導体の結晶方位、特に２軸配向性に大きく依存することが知られている。したがって、高い２軸配向性を有する超電導層を得るためには、下地となる中間層の結晶性を向上させる必要がある。その方法の一つとして、成膜面に対して斜め方向からアシストイオンビームを照射しながら、蒸着源からの蒸着粒子を堆積させて配向層を成膜するＩＢＡＤ（Ion Beam Assisted Deposition）法が知られている。
一方で、超電導線材において高い通電特性を得るためには、金属基板の構成元素であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等の拡散が超電導層へ及ばないようにする必要がある。一般には、金属基板上にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やＧＺＯ（Ｇｄ2Ｚｒ2Ｏ7）等で構成された拡散防止層を形成するようにしている（例えば、非特許文献１）。また、拡散防止層として機能するかは不明だが、金属基板と配向層の間にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる層を形成する技術が提案されている（例えば特許文献１、２）。
図５は、従来の超電導線材用テープ基材の構造を示す図である。
図５に示すように、拡散防止層５１をＡｌ2Ｏ3で構成する場合、拡散防止層５１、ベッド層５２、配向層５３及びキャップ層５４で中間層５０が構成される。ＭｇＯはＡｌ2Ｏ3と反応してＭｇ−Ａｌ−Ｏ化合物（例えば、ＭｇＡｌ2Ｏ4）を形成しやすく、Ｍｇ−Ａｌ−Ｏ化合物が形成されるとＭｇＯの配向層の形成が妨げられるため、拡散防止層５１と配向層５３の間にはイットリア（Ｙ2Ｏ3）等からなるベッド層５２が挿入されている。
また、大気と反応しやすいＭｇＯからなる配向層５３を保護するとともに、超電導層（例えばＹＢＣＯ）との格子整合性を高めるために、配向層５３の上にはセリア（ＣｅＯ2）等からなるキャップ層５４が形成されている。
なお、拡散防止層５１をＧＺＯで構成する場合には、ベッド層５２は不要とされるが、Ａｌ2Ｏ3で拡散防止層５１を構成する場合よりも膜厚は厚くなる。
図５に示すように、拡散防止層５１をＡｌ2Ｏ3で構成する場合、拡散防止層５１、ベッド層５２、配向層５３及びキャップ層５４で中間層５０が構成される。ＭｇＯはＡｌ2Ｏ3と反応してＭｇ−Ａｌ−Ｏ化合物（例えば、ＭｇＡｌ2Ｏ4）を形成しやすく、Ｍｇ−Ａｌ−Ｏ化合物が形成されるとＭｇＯの配向層の形成が妨げられるため、拡散防止層５１と配向層５３の間にはイットリア（Ｙ2Ｏ3）等からなるベッド層５２が挿入されている。
また、大気と反応しやすいＭｇＯからなる配向層５３を保護するとともに、超電導層（例えばＹＢＣＯ）との格子整合性を高めるために、配向層５３の上にはセリア（ＣｅＯ2）等からなるキャップ層５４が形成されている。
なお、拡散防止層５１をＧＺＯで構成する場合には、ベッド層５２は不要とされるが、Ａｌ2Ｏ3で拡散防止層５１を構成する場合よりも膜厚は厚くなる。
「Continuous Fabrication of IBAD-MgO Based Coated Conductors 」 IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol.15, NO.2, JUNE 2005
上述したように、従来は拡散防止層をＡｌ2Ｏ3やＧＺＯで構成しているため、超電導線材の生産性が低下し低コスト化が困難であった。具体的には、超電導層形成時に８００℃から９００℃程度の高温にするため、基板構成元素が中間層を介して超電導層に拡散することが問題となるが、拡散防止層をＡｌ2Ｏ3で構成する場合、基板構成元素の拡散を効果的に防止するためには８０ｎｍ以上の膜厚とする必要がある上、ベッド層の形成も必須となる。また、拡散防止層をＧＺＯで構成する場合、基板構成元素の拡散を効果的に防止するためにはＡｌ2Ｏ3よりも厚い１００ｎｍ以上の膜厚とする必要がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、超電導線材の特性（例えば臨界電流特性）を損なうことなく、中間層の薄膜化・簡略化により超電導線材の低コスト化を図ることができる超電導線材用テープ基材及び超電導線材を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかを含む基板上に、第４（４Ａ）族元素の酸化物で構成された拡散防止層が形成されてなることを特徴とする超電導線材用テープ基材である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超電導線材用テープ基材において、前記拡散防止層の膜厚が、２０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超電導線材用テープ基材において、前記拡散防止層の膜厚が、２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導線材用テープ基材において、前記第４（４Ａ）族元素の酸化物が、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2のいずれかであることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の超電導線材用テープ基材において、前記第４（４Ａ）族元素の酸化物の平均結晶粒径が、５０ｎｍより大きいことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導線材用テープ基材において、前記拡散防止層の上にＹ2Ｏ3からなるベッド層が形成されていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導線材用テープ基材において、前記拡散防止層の上に配向層が形成されていることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の超電導線材用テープ基材において、前記ベッド層の上に配向層が形成されていることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の超電導線材用テープ基材において、前記配向層の上にキャップ層が形成されていることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項７から９のいずれか一項に記載の超電導線材用テープ基材の上に酸化物超電導層が形成されていることを特徴とする超電導線材である。
本発明者は、従来用いられてきたＡｌ2Ｏ3やＧＺＯよりも拡散防止機能が高い物質で拡散防止層を構成することで拡散防止層を薄膜化して成膜時間を短縮することを発案し、拡散防止層として最適な物質を模索した。
そして、金属基板からＮｉ等が酸化物中に拡散するときの主な拡散機構は、酸化物中の陽イオンが欠落して生じる空孔による空孔機構であるとの仮説を立て、拡散防止層を４価の陽イオンとなる元素の酸化物で構成することに想到した。
そして、金属基板からＮｉ等が酸化物中に拡散するときの主な拡散機構は、酸化物中の陽イオンが欠落して生じる空孔による空孔機構であるとの仮説を立て、拡散防止層を４価の陽イオンとなる元素の酸化物で構成することに想到した。
ここで、Ｎｉを含む金属基板上にハフニウム（Ｈｆ）の酸化物（ＨｆＯ2）からなる拡散防止層を形成する場合について考える。上記した仮説によると、拡散防止層をＨｆＯ2で構成した場合、Ｈｆ4+が欠落して空孔が形成されると（図６Ａ）、その空孔にＮｉイオンが移動する（図６Ｂ）。このとき、Ｎｉイオンは２価又は３価の陽イオンなので、電気的中性を保つためにはプラスの電荷を持ったもの（例えば正孔）が周囲に生成される必要がある（図６Ｃ）。しかし、そのためには余分なエネルギーが必要となるので、ＨｆＯ2中ではＮｉは拡散しにくいことになる。
これに対して、Ａｌ2Ｏ3やＧＺＯ中ではＮｉが２価又は３価の陽イオンとなる元素と容易に置換するため、拡散しやすくなる。
ここでは、ＮｉイオンとＨｆ4+間における移動について説明したが、Ｎｉイオン以外にも、Ｆｅイオン（２価又は３価の陽イオン）やＣｒイオン（３価の陽イオン）等と、Ｈｆ以外の４価の陽イオンとなる元素の間でのイオン移動についても、同様である。
これに対して、Ａｌ2Ｏ3やＧＺＯ中ではＮｉが２価又は３価の陽イオンとなる元素と容易に置換するため、拡散しやすくなる。
ここでは、ＮｉイオンとＨｆ4+間における移動について説明したが、Ｎｉイオン以外にも、Ｆｅイオン（２価又は３価の陽イオン）やＣｒイオン（３価の陽イオン）等と、Ｈｆ以外の４価の陽イオンとなる元素の間でのイオン移動についても、同様である。
このような知見に基づいて、４価の陽イオンとなる元素の酸化物で拡散防止層を構成することについて検討を重ね、第４（４Ａ）族元素（いわゆるチタン族元素）の酸化物により、高い拡散防止層としての機能を実現できること、また、超電導線材としたときに高い超電導特性が確保されることを実験的に確認し、本発明を完成した。
本発明に係る超電導線材用テープ基材によれば、第４（４Ａ）族元素の酸化物で拡散防止層を構成しているので、超電導特性を損なうことなく、中間層の薄膜化・簡略化を図ることができる。そして、このような超電導線材用テープ基材を用いることで、超電導線材の低コスト化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１、２は、本実施形態に係る超電導線材の積層構造を示す図である。
図１に示すように、Ｙ系超電導線材１は、テープ状の金属基板１０上に中間層２０、超電導層３０、保護層４０が順に形成された積層構造を有している。図１におけるテープ状の金属基板１０と中間層２０が、本発明に係る超電導線材用テープ基材２を構成する。
本実施形態において、金属基板１０は、低磁性の無配向金属基板であり、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかを含んでいるものとする。例えば、ニッケル基の耐熱・耐食合金であるハステロイ基板には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒがすべて含まれている。
図１、２は、本実施形態に係る超電導線材の積層構造を示す図である。
図１に示すように、Ｙ系超電導線材１は、テープ状の金属基板１０上に中間層２０、超電導層３０、保護層４０が順に形成された積層構造を有している。図１におけるテープ状の金属基板１０と中間層２０が、本発明に係る超電導線材用テープ基材２を構成する。
本実施形態において、金属基板１０は、低磁性の無配向金属基板であり、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかを含んでいるものとする。例えば、ニッケル基の耐熱・耐食合金であるハステロイ基板には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒがすべて含まれている。
中間層２０は、図２に示すように、拡散防止層２１、ベッド層２２、配向層２３及びキャップ層２４を備えて構成されている。
拡散防止層２１は、金属基板１０の構成元素（例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）が拡散するのを防止するための層であり、例えばスパッタ法により成膜される。本実施形態では、拡散防止層２１を第４（４Ａ）族元素の酸化物（例えばＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2）で構成している。これにより、従来のように拡散防止層をＡｌ2Ｏ3やＧＺＯで構成した場合に比較して膜厚を薄くすることができるので、生産性を格段に高めることができる。
この拡散防止層２１の膜厚は、２０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であることが望ましい。膜厚が２０ｎｍより薄いと金属基板１０の構成元素が拡散するのを効果的に防止できず、７０ｎｍより厚いと成膜時間が長くなり生産性が低下するためである。また、膜厚を４０ｎｍ以下とすることで、さらに生産性を高めることができる。
拡散防止層２１は、金属基板１０の構成元素（例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）が拡散するのを防止するための層であり、例えばスパッタ法により成膜される。本実施形態では、拡散防止層２１を第４（４Ａ）族元素の酸化物（例えばＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2）で構成している。これにより、従来のように拡散防止層をＡｌ2Ｏ3やＧＺＯで構成した場合に比較して膜厚を薄くすることができるので、生産性を格段に高めることができる。
この拡散防止層２１の膜厚は、２０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であることが望ましい。膜厚が２０ｎｍより薄いと金属基板１０の構成元素が拡散するのを効果的に防止できず、７０ｎｍより厚いと成膜時間が長くなり生産性が低下するためである。また、膜厚を４０ｎｍ以下とすることで、さらに生産性を高めることができる。
さらに、拡散防止層２１は、結晶化された状態となっていることが望ましい。ここで、結晶化された状態とは、第４（４Ａ）族元素の酸化物の平均結晶粒径が、５０ｎｍより大きい状態であることを意味する。拡散防止層２１がアモルファス状態や微結晶状態（平均結晶粒径が５０ｎｍ未満の状態）となっている場合には、粒界拡散等が起こりやすく、Ｎｉ等の拡散を効果的に抑制することが難しくなるためである。
ベッド層２２は、拡散防止層２１と反応することによって配向層２３の２軸配向性が妨げられるのを抑制するためのＹ2Ｏ3等からなる層で、例えばスパッタ法により成膜される。配向層２３は、超電導層３０の結晶を一定の方向に配向させるためのＭｇＯからなる多結晶薄膜であり、ＩＢＡＤ法により成膜される。キャップ層２４は、配向層２３を保護するとともに超電導層３０との格子整合性を高めるためのＣｅＯ2等からなる層で、例えばスパッタ法により成膜される。
なお、拡散防止層２１を第４（４Ａ）族元素の酸化物で構成する場合、図２におけるベッド層２２を省略することもできる。
なお、拡散防止層２１を第４（４Ａ）族元素の酸化物で構成する場合、図２におけるベッド層２２を省略することもできる。
超電導層３０は、Ｙ系超電導体からなるＹ系超電導層であり、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成膜される。超電導層３０の上面には、例えばスパッタ法により銀からなる保護層４０が成膜される。
図３は、スパッタ法及びＩＢＡＤ法により成膜する際に用いるスパッタ装置の一例を示す図である。図３に示すように、スパッタ装置１００は、スパッタイオン源１０１、アシストイオン源１０２、ターゲット（蒸着源）１０３、基材搬送部１０４を備えて構成されている。このスパッタ装置１００は真空容器（図示略）に収容され、真空中で蒸着粒子を成膜面ＤＡに堆積できるようになっている。また、スパッタ装置１００は図示しない加熱ヒータを有し、成膜面ＤＡを所望の温度に加熱できるようになっている。
拡散防止層２１を成膜する際にはテープ状の金属基板１０が基材１１０となり、配向層２３を成膜する際には金属基板１０に拡散防止層２１及びベッド層２２を形成したものが基材１１０となる。この基材１１０が基材搬送部１０４によってスパッタ装置内に搬送される。
拡散防止層２１を成膜する際にはテープ状の金属基板１０が基材１１０となり、配向層２３を成膜する際には金属基板１０に拡散防止層２１及びベッド層２２を形成したものが基材１１０となる。この基材１１０が基材搬送部１０４によってスパッタ装置内に搬送される。
スパッタイオン源１０１及びアシストイオン源１０２は、それぞれイオン発生器で発生させたイオンを加速して放出するイオン銃を備え、所望のイオンをターゲット１０３又は成膜面ＤＡに照射できるようになっている。
ターゲット１０３には、目的とする拡散防止層２１、ベッド層２２又は配向層２３と同一組成又は近似組成のものを用いる。或いは、拡散防止層２１、ベッド層２２又は配向層２３を構成する金属元素をターゲットとして用い、酸素との反応性スパッタによって拡散防止層２１、ベッド層２２又は配向層２３を成膜することもできる。
ターゲット１０３には、目的とする拡散防止層２１、ベッド層２２又は配向層２３と同一組成又は近似組成のものを用いる。或いは、拡散防止層２１、ベッド層２２又は配向層２３を構成する金属元素をターゲットとして用い、酸素との反応性スパッタによって拡散防止層２１、ベッド層２２又は配向層２３を成膜することもできる。
ここで、スパッタイオン、アシストイオンのイオン種としては、例えばＡｒ+イオンが用いられる。Ａｒ+イオンの他に、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）等の希ガスイオンや、これらの希ガスイオンと酸素イオンの混合イオンを用いることもできる。
スパッタ装置１００を用いて成膜するにあたり、まず真空容器の内部を真空引きして減圧雰囲気とした後、Ａｒガスを導入する。そして、高周波電源を作動させてスパッタイオン源１０１からターゲット１０３に向けてイオンビームを照射する。すると、ターゲット１０３の構成粒子がスパッタされて、対向する基材１１０の成膜面ＤＡに飛来する。この飛来した粒子（蒸着粒子）が成膜面ＤＡに所定時間かけて堆積することにより薄膜が形成される。このとき、ＩＢＡＤ法では、アシストイオン源１０２により、基材１１０の成膜面ＤＡに対して斜め方向（例えば成膜面ＤＡの法線方向に対して４５°）からアシストイオンビームを照射する。そうすると、基材１１０の成膜面ＤＡに形成される多結晶薄膜のａ軸とｂ軸とが配向し、配向層が成膜される。基材搬送部１０４によって基材１１０を移動させながら成膜することで、長尺の基材１１０に一様に薄膜を形成することができる。
ここでは、イオンビームスパッタ法を用いて成膜する例について示したが、他のスパッタ法（例えば高周波スパッタ法）を用いることもできる。高周波スパッタ法を用いるスパッタ装置の場合、イオン源としてはアシストイオン源１０２だけになり、スパッタイオン源１０１は備えない。
［実施例１］
実施例１では、金属基板１０としてテープ状のハステロイ基板１０を用いた。このハステロイ基板１０に、機械研磨や電界研磨によって表面研磨を施し、ハステロイ基板１０の表面平坦性Ｒａを２ｎｍとした。このとき、金属基板１０の表面平坦性Ｒａは５ｎｍ以下、好適には２ｎｍ以下であることが望ましい。
そして、表面研磨されたハステロイ基板１０の上に、ＴｉＯ2からなる拡散防止層２１を、スパッタ法により２０℃で成膜した。拡散防止層２１の膜厚は、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍとした。
拡散防止層２１の上には、Ｙ2Ｏ3からなるベッド層２２を、スパッタ法により２０℃で５ｎｍ成膜した。そして、このベッド層２２の上に、ＭｇＯからなる配向層（ＩＢＡＤ−ＭｇＯ層）２３を、ＩＢＡＤ法により常温で１０〜２００Å成膜した。配向層２３の上には、ＣｅＯ2からなるキャップ層２４を、スパッタ法により７００℃で５００ｎｍ成膜した。キャップ層２４の上には、ＹＢＣＯからなる超電導層３０を、ＭＯＣＶＤ法により８６０℃で１μｍ成膜した。Ｙ系超電導層３０の上には、Ａｇからなる保護層４０を成膜した。そして、酸素流気中、５００℃で酸素アニールを行い、実施例１に係る超電導線材１を作製した。
実施例１では、金属基板１０としてテープ状のハステロイ基板１０を用いた。このハステロイ基板１０に、機械研磨や電界研磨によって表面研磨を施し、ハステロイ基板１０の表面平坦性Ｒａを２ｎｍとした。このとき、金属基板１０の表面平坦性Ｒａは５ｎｍ以下、好適には２ｎｍ以下であることが望ましい。
そして、表面研磨されたハステロイ基板１０の上に、ＴｉＯ2からなる拡散防止層２１を、スパッタ法により２０℃で成膜した。拡散防止層２１の膜厚は、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍとした。
拡散防止層２１の上には、Ｙ2Ｏ3からなるベッド層２２を、スパッタ法により２０℃で５ｎｍ成膜した。そして、このベッド層２２の上に、ＭｇＯからなる配向層（ＩＢＡＤ−ＭｇＯ層）２３を、ＩＢＡＤ法により常温で１０〜２００Å成膜した。配向層２３の上には、ＣｅＯ2からなるキャップ層２４を、スパッタ法により７００℃で５００ｎｍ成膜した。キャップ層２４の上には、ＹＢＣＯからなる超電導層３０を、ＭＯＣＶＤ法により８６０℃で１μｍ成膜した。Ｙ系超電導層３０の上には、Ａｇからなる保護層４０を成膜した。そして、酸素流気中、５００℃で酸素アニールを行い、実施例１に係る超電導線材１を作製した。
［実施例２］
実施例２では、ベッド層２２を形成していない点が実施例１の超電導線材１と異なる。拡散防止層２１の膜厚、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０の構成及び膜厚は、実施例１と同様である。
すなわち、実施例２では、実施例１と同様にテープ状のハステロイ基板１０に表面研磨を施した後、ＴｉＯ2からなる拡散防止層２１をスパッタ法により２０℃で形成した。そして、この拡散防止層２１の上に、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０を成膜した後、酸素アニールを行い、実施例２に係る超電導線材１を作製した。
実施例２では、ベッド層２２を形成していない点が実施例１の超電導線材１と異なる。拡散防止層２１の膜厚、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０の構成及び膜厚は、実施例１と同様である。
すなわち、実施例２では、実施例１と同様にテープ状のハステロイ基板１０に表面研磨を施した後、ＴｉＯ2からなる拡散防止層２１をスパッタ法により２０℃で形成した。そして、この拡散防止層２１の上に、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０を成膜した後、酸素アニールを行い、実施例２に係る超電導線材１を作製した。
[実施例３]
実施例３では、拡散防止層２１をＺｒＯ2で構成している点が実施例１の超電導線材１と異なる。拡散防止層２１の膜厚、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０の構成及び膜厚は、実施例１と同様である。
すなわち、実施例３では、実施例１と同様にテープ状のハステロイ基板１０に表面研磨を施した後、ＺｒＯ2からなる拡散防止層２１をスパッタ法により２０℃で形成した。そして、この拡散防止層２１の上に、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０を成膜した後、酸素アニールを行い、実施例３に係る超電導線材１を作製した。
実施例３では、拡散防止層２１をＺｒＯ2で構成している点が実施例１の超電導線材１と異なる。拡散防止層２１の膜厚、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０の構成及び膜厚は、実施例１と同様である。
すなわち、実施例３では、実施例１と同様にテープ状のハステロイ基板１０に表面研磨を施した後、ＺｒＯ2からなる拡散防止層２１をスパッタ法により２０℃で形成した。そして、この拡散防止層２１の上に、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０を成膜した後、酸素アニールを行い、実施例３に係る超電導線材１を作製した。
[実施例４]
実施例４では、拡散防止層２１をＨｆＯ2で構成している点が実施例１の超電導線材１と異なる。拡散防止層２１の膜厚、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０の構成及び膜厚は、実施例１と同様である。
すなわち、実施例４では、実施例１と同様にテープ状のハステロイ基板１０に表面研磨を施した後、ＨｆＯ2からなる拡散防止層２１をスパッタ法により２０℃で形成した。そして、この拡散防止層２１の上に、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０を成膜した後、酸素アニールを行い、実施例４に係る超電導線材１を作製した。
実施例４では、拡散防止層２１をＨｆＯ2で構成している点が実施例１の超電導線材１と異なる。拡散防止層２１の膜厚、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０の構成及び膜厚は、実施例１と同様である。
すなわち、実施例４では、実施例１と同様にテープ状のハステロイ基板１０に表面研磨を施した後、ＨｆＯ2からなる拡散防止層２１をスパッタ法により２０℃で形成した。そして、この拡散防止層２１の上に、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０を成膜した後、酸素アニールを行い、実施例４に係る超電導線材１を作製した。
［比較例］
比較例では、拡散防止層２１をＡｌ2Ｏ3で構成している点が実施例１の超電導線材１と異なる。拡散防止層２１の膜厚、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０の構成及び膜厚は、実施例１と同様である。
すなわち、比較例では、実施例１と同様にテープ状のハステロイ基板１０に表面研磨を施した後、Ａｌ2Ｏ3からなる拡散防止層２１をスパッタ法により２０℃で形成した。そして、この拡散防止層２１の上に、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０を成膜した後、酸素アニールを行い、比較例に係る超電導線材１を作製した。
比較例では、拡散防止層２１をＡｌ2Ｏ3で構成している点が実施例１の超電導線材１と異なる。拡散防止層２１の膜厚、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０の構成及び膜厚は、実施例１と同様である。
すなわち、比較例では、実施例１と同様にテープ状のハステロイ基板１０に表面研磨を施した後、Ａｌ2Ｏ3からなる拡散防止層２１をスパッタ法により２０℃で形成した。そして、この拡散防止層２１の上に、ベッド層２２、配向層２３、キャップ層２４、超電導層３０及び保護層４０を成膜した後、酸素アニールを行い、比較例に係る超電導線材１を作製した。
実施例１〜４及び比較例で作製した超電導線材１について、金属基板１０の構成元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）の中間層２０への拡散状況を確認した。具体的には、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）を用いた深さ方向（超電導線材１の厚さ方向）の元素分析により、超電導層３０の最表面から９００ｎｍ、つまり、中間層２０の最表面から厚さ方向に約１００ｎｍ地点の超電導層３０中における金属基板１０の構成元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）の検出状況によって確認を行った。
そして、得られた検出結果より、金属基板１０の構成元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）の検出値がＢａ（バリウム）の検出値に対して、１／１０００より大きい場合を“×”、１／５０００以上１／１０００以下の場合を“△”、１／５０００未満の場合を“○”として、金属基板１０の構成元素の超電導層３０への拡散状況を評価した。ここでは、基準とする検出値となる元素（Ｂａ）は、超電導層３０の構成元素のうち、他の構成層（金属基板１０、中間層２０）に含まれていない元素を選択した。
また、実施例１〜４及び比較例で作製した超電導線材１について、液体窒素中で４端子法により電圧定義１μＶ／ｃｍで臨界電流を測定した。そして、臨界電流値が５０Ａ以下の場合を“×”、５０Ａを超え２００Ａ以下の場合を“△”、２００Ａを超える場合を“○”として臨界電流特性（Ｉｃ特性）を評価した。
以上の評価結果を図４に示す。図４に示すように、実施例１〜４の超電導線材１では、拡散防止層２１の膜厚が８０ｎｍ以下の場合であっても、金属基板１０の構成元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）が超電導層３０へ拡散することはほとんどなく、特に、３０ｎｍという薄い膜厚の場合であっても、超電導層３０への拡散が起こっていないことがわかった。
また、臨界電流特性についても、実施例１〜４では、拡散防止層２１の膜厚が２０〜８０ｎｍのときに高い臨界電流値が得られた。膜厚が１５ｎｍのときにＩｃ特性が低下しているのは、膜厚が薄すぎて金属基板１０からのＦｅ、Ｎｉ又はＣｒの拡散を効果的に抑止できず、中間層２０側の超電導層３０（例えば、中間層２０の最表面から１５０〜３００ｎｍ程度の超電導層３０）中にＦｅ、Ｎｉ又はＣｒの拡散が広がったためと考えられる。
また、臨界電流特性についても、実施例１〜４では、拡散防止層２１の膜厚が２０〜８０ｎｍのときに高い臨界電流値が得られた。膜厚が１５ｎｍのときにＩｃ特性が低下しているのは、膜厚が薄すぎて金属基板１０からのＦｅ、Ｎｉ又はＣｒの拡散を効果的に抑止できず、中間層２０側の超電導層３０（例えば、中間層２０の最表面から１５０〜３００ｎｍ程度の超電導層３０）中にＦｅ、Ｎｉ又はＣｒの拡散が広がったためと考えられる。
拡散防止層２１の膜厚を８０ｎｍとした場合は良好なＩｃ特性が得られるものの、生産性が低下する要因となるため、拡散防止層の膜厚は２０〜７０ｎｍ、好適には２０〜４０ｎｍとするのが望ましい。
実施例２より、ＴｉＯ2で拡散防止層２１を構成する場合、ベッド層２２を形成しなくても所望の超電導特性を確保できることがわかる。つまり、ＴｉＯ2で拡散防止層２１を構成することで、ベッド層２２を省略できるという副次的な効果も得られる。
なお、実施例３、４では、第４（４Ａ）族元素の酸化物の一例としてＺｒＯ2やＨｆＯ2を用いて拡散防止層２１を構成し、更にベッド層２２を形成した場合について説明したが、実施例１、２の関係と同様に、ベッド層２２を形成しなかった場合についても、所望の超電導特性が確保できることが確認されている。
比較例の超電導線材１では、金属基板１０の構成元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）が中間層２０を超えて超電導層３０中へ拡散していることが確認された。特に、拡散防止層２１の膜厚が４０ｎｍ以下の場合には、超電導層３０の最表面付近においても金属基板１０の構成元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）が検出された。
また、臨界電流特性については、拡散防止層２１の膜厚が８０ｎｍのときに高い臨界電流値が得られたが、７０ｎｍ以下では臨界電流値が２００Ａ以下となった。このように、比較例の超電導線材１では、拡散防止層２１の膜厚が７０ｎｍ以下のときにＩｃ特性が低下した。これは、Ａｌ2Ｏ3からなる拡散防止層２１が金属基板１０からのＦｅ、Ｎｉ又はＣｒの拡散を効果的に抑止できず、中間層２０側の超電導層３０（例えば、中間層２０の最表面から１５０〜３００ｎｍ程度の超電導層３０）中において、Ｆｅ、Ｎｉ又はＣｒの拡散が広がったためと考えられる。
また、臨界電流特性については、拡散防止層２１の膜厚が８０ｎｍのときに高い臨界電流値が得られたが、７０ｎｍ以下では臨界電流値が２００Ａ以下となった。このように、比較例の超電導線材１では、拡散防止層２１の膜厚が７０ｎｍ以下のときにＩｃ特性が低下した。これは、Ａｌ2Ｏ3からなる拡散防止層２１が金属基板１０からのＦｅ、Ｎｉ又はＣｒの拡散を効果的に抑止できず、中間層２０側の超電導層３０（例えば、中間層２０の最表面から１５０〜３００ｎｍ程度の超電導層３０）中において、Ｆｅ、Ｎｉ又はＣｒの拡散が広がったためと考えられる。
このことから、Ａｌ2Ｏ3は第４（４Ａ）族元素の酸化物（ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2）よりも拡散防止機能が低いといえる。すなわち、実施例１〜４のように第４（４Ａ）族元素の酸化物（ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2）で拡散防止層２１を構成することで、薄い膜厚で十分な拡散防止機能を発揮できることとなるので、拡散防止層２１の薄膜化を図ることができる。
なお、実施例１〜４では、ＣｅＯ2からなるキャップ層２４を形成する際に、７００℃の熱履歴を拡散防止層２１に与えているため、拡散防止層２１は結晶化された状態となる。そのため、最も拡散が起きやすい超電導層形成時の８６０℃の熱履歴を経る際に、金属基板１０の構成元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）が拡散するのを効果的に抑制することができた。
このように、実施形態に係る超電導線材用テープ基材２によれば、第４（４Ａ）族元素の酸化物で拡散防止層２１を構成しているので、中間層２０の薄膜化・簡略化を図ることができる。そして、このような超電導線材用テープ基材２を用いた超電導線材１によれば、格段に低コスト化を図ることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、金属基板１０には、ハステロイ以外の無配向の金属基板、例えば、ＳＵＳ３０４を適用することができる。
例えば、金属基板１０には、ハステロイ以外の無配向の金属基板、例えば、ＳＵＳ３０４を適用することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０ 金属基板（ハステロイ）
２０ 中間層
２１ 拡散防止層（ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2）
２２ ベッド層（Ｙ2Ｏ3）
２３ 配向層（ＩＢＡＤ−ＭｇＯ）
２４ キャップ層（ＣｅＯ2）
３０ 超電導層（ＹＢＣＯ）
４０ 保護層
２０ 中間層
２１ 拡散防止層（ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2）
２２ ベッド層（Ｙ2Ｏ3）
２３ 配向層（ＩＢＡＤ−ＭｇＯ）
２４ キャップ層（ＣｅＯ2）
３０ 超電導層（ＹＢＣＯ）
４０ 保護層
Claims (10)
- 鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかを含む基板上に、第４（４Ａ）族元素の酸化物で構成された拡散防止層が形成されてなることを特徴とする超電導線材用テープ基材。
- 前記拡散防止層の膜厚が、２０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材用テープ基材。
- 前記拡散防止層の膜厚が、２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の超電導線材用テープ基材。
- 前記第４（４Ａ）族元素の酸化物が、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2のいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導線材用テープ基材。
- 前記第４（４Ａ）族元素の酸化物の平均結晶粒径が、５０ｎｍより大きいことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の超電導線材用テープ基材。
- 前記拡散防止層の上にＹ2Ｏ3からなるベッド層が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導線材用テープ基材。
- 前記拡散防止層の上に配向層が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導線材用テープ基材。
- 前記ベッド層の上に配向層が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の超電導線材用テープ基材。
- 前記配向層の上にキャップ層が形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の超電導線材用テープ基材。
- 請求項７から９のいずれか一項に記載の超電導線材用テープ基材の上に酸化物超電導層が形成されていることを特徴とする超電導線材。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009246007 | 2009-10-27 | ||
| JP2009246007 | 2009-10-27 | ||
| PCT/JP2010/068893 WO2011052552A1 (ja) | 2009-10-27 | 2010-10-26 | 超電導線材用テープ基材及び超電導線材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2011052552A1 true JPWO2011052552A1 (ja) | 2013-03-21 |
Family
ID=43921975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011538421A Pending JPWO2011052552A1 (ja) | 2009-10-27 | 2010-10-26 | 超電導線材用テープ基材及び超電導線材 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120178630A1 (ja) |
| EP (1) | EP2495734A4 (ja) |
| JP (1) | JPWO2011052552A1 (ja) |
| CN (1) | CN102598155A (ja) |
| WO (1) | WO2011052552A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6155028B2 (ja) | 2011-08-24 | 2017-06-28 | 古河電気工業株式会社 | 超電導導体用基材の製造方法、超電導導体の製造方法、超電導導体用基材、および超電導導体 |
| EP2675029A1 (de) * | 2012-06-12 | 2013-12-18 | Vision Electric GmbH | HTSL Stromschiene und HTSL Stromschienensystem |
| JP2014077166A (ja) * | 2012-10-10 | 2014-05-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 薄膜超電導線材用の中間層付基板とその製造方法、および薄膜超電導線材 |
| CN104021880B (zh) * | 2014-06-03 | 2016-08-24 | 电子科技大学 | 一种涂层导体用双面MgO缓冲层的制备方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0578124A (ja) * | 1991-02-27 | 1993-03-30 | Nisshin Steel Co Ltd | 超伝導体膜被覆物の製造方法 |
| JPH05250931A (ja) * | 1992-03-02 | 1993-09-28 | Fujikura Ltd | 酸化物超電導導体 |
| JP3447077B2 (ja) | 1993-03-19 | 2003-09-16 | 株式会社フジクラ | 薄膜積層体と酸化物超電導導体およびそれらの製造方法 |
| US6716795B2 (en) * | 1999-09-27 | 2004-04-06 | Ut-Battelle, Llc | Buffer architecture for biaxially textured structures and method of fabricating same |
| US5741377A (en) * | 1995-04-10 | 1998-04-21 | Martin Marietta Energy Systems, Inc. | Structures having enhanced biaxial texture and method of fabricating same |
| US5872080A (en) | 1995-04-19 | 1999-02-16 | The Regents Of The University Of California | High temperature superconducting thick films |
| US6270908B1 (en) * | 1997-09-02 | 2001-08-07 | Ut-Battelle, Llc | Rare earth zirconium oxide buffer layers on metal substrates |
| KR100691061B1 (ko) * | 2005-08-30 | 2007-03-09 | 엘에스전선 주식회사 | 초전도 선재용 기판 및 그 제조방법과 초전도 선재 |
| US7781377B2 (en) * | 2005-12-28 | 2010-08-24 | Superpower, Inc. | Anti-epitaxial film in a superconducting article and related articles, devices and systems |
| CN102676993B (zh) * | 2007-03-29 | 2015-03-04 | 株式会社藤仓 | 多晶薄膜和其制造方法及氧化物超导导体 |
| JP5244337B2 (ja) * | 2007-06-12 | 2013-07-24 | 公益財団法人国際超電導産業技術研究センター | テープ状酸化物超電導体 |
-
2010
- 2010-10-26 JP JP2011538421A patent/JPWO2011052552A1/ja active Pending
- 2010-10-26 US US13/497,727 patent/US20120178630A1/en not_active Abandoned
- 2010-10-26 EP EP10826684.2A patent/EP2495734A4/en not_active Withdrawn
- 2010-10-26 CN CN201080048062XA patent/CN102598155A/zh active Pending
- 2010-10-26 WO PCT/JP2010/068893 patent/WO2011052552A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102598155A (zh) | 2012-07-18 |
| WO2011052552A1 (ja) | 2011-05-05 |
| US20120178630A1 (en) | 2012-07-12 |
| EP2495734A1 (en) | 2012-09-05 |
| EP2495734A4 (en) | 2013-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20020025957A (ko) | 개선된 고온 피복 초전도체 | |
| KR101664465B1 (ko) | 산화물 초전도 선재 및 산화물 초전도 선재의 제조 방법 | |
| JP5244337B2 (ja) | テープ状酸化物超電導体 | |
| JP2007115562A (ja) | 希土類系テープ状酸化物超電導体及びその製造方法 | |
| JP2007188756A (ja) | 希土類系テープ状酸化物超電導体 | |
| WO2011052552A1 (ja) | 超電導線材用テープ基材及び超電導線材 | |
| JP5764492B2 (ja) | 超電導線材用テープ基材及び超電導線材 | |
| JP5624839B2 (ja) | 酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法 | |
| JP5939995B2 (ja) | 超電導線材及び超電導線材の製造方法 | |
| JP2012022882A (ja) | 酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法 | |
| JP5950826B2 (ja) | 超電導線材及び超電導線材の製造方法 | |
| JP5597516B2 (ja) | 超電導線材の製造方法 | |
| JP5380250B2 (ja) | 希土類系酸化物超電導線材及びその製造方法 | |
| US20130137580A1 (en) | Substrate for superconducting thin film, superconducting thin film, and method of producing superconducting thin film | |
| WO2013008851A1 (ja) | 超電導薄膜及び超電導薄膜の製造方法 | |
| JP2011096593A (ja) | 酸化物超電導薄膜の製造方法 | |
| JP2012084478A (ja) | 酸化物超電導線材およびその製造方法 | |
| JP6587839B2 (ja) | 酸化物超電導線材の製造方法 | |
| JP6167443B2 (ja) | 超電導線及びその製造方法 | |
| JP2011096546A (ja) | 超電導線材用テープ基材の製造方法、超電導線材用テープ基材及び超電導線材 | |
| Nosaki et al. | Growth of biaxially oriented conductive ITO buffer layers on textured Ni tapes for YBCO coated conductors | |
| JP2013026188A (ja) | 酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体 | |
| WO2010014060A1 (en) | Coated superconducting materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130904 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150512 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150915 |