KR101617554B1 - 초전도 도체의 제조방법, 초전도 도체 및 초전도 도체용 기판 - Google Patents

초전도 도체의 제조방법, 초전도 도체 및 초전도 도체용 기판 Download PDF

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요시노리 나가수
히사키 사카모토
마사루 히구치
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후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

적어도 한쪽 면에 홈이 형성된 기재를 준비하는 기재 준비 공정과, 상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 표면에 초전도층을 형성하는 초전도층 형성 공정과, 상기 홈의 부분에서 상기 기재를 절단하는 절단 공정을 가지는 초전도 도체의 제조방법이다.

Description

초전도 도체의 제조방법, 초전도 도체 및 초전도 도체용 기판{SUPERCONDUCTOR MANUFACTURING METHOD, SUPERCONDUCTOR, AND SUPERCONDUCTOR SUBSTRATE}
본 발명은, 초전도(超電導) 케이블이나 초전도 마그넷 등의 초전도 기기에 이용되는 초전도 도체(導體)의 제조방법, 초전도 도체 및 초전도 도체용 기판에 관한 것이다.
종래부터, 기재(基材) 상에 초전도층을 성막하여, 초전도 도체를 제조하는 시도가 많이 제안되어 왔다. 예를 들면, 원하는 선재(線材) 폭을 가지는 초전도 선재를 얻기 위해서는, 제작 초기에 원하는 폭의 금속 기판을 준비하고, 상기 기판의 표면 상에 중간층을 형성하여, 상기 중간층 표면에 결정 배향성이 양호한 초전도층을 성막하는 방법을 추가로 열거할 수 있다. 또한, 얻어진 초전도 선재를 추가로 세선화(細線化)하는 경우, 레이저에 의해서 절단하는 방법이나, 슬릿 가공에 의해 절단하는 방법이 취해지고 있다.
예를 들면 일본공개특허공보 평성 6-68727호에는, 슬릿 가공의 예로서 기재의 표면을 연마하여, 연마된 기재 표면에 레이저 어블레이션(laser ablation) 등에 의해 산화물 고온 초전도막을 형성하는 프로세스에서, 연마된 기재를 절단하여 복수로 분할한 것에 초전도막을 형성하거나, 또는 초전도막을 형성한 기재를 절단하여 복수의 초전도선을 얻는 방법이 개시되어 있다.
또한 일본공개특허공보 2007-287629호에는, 슬릿 가공의 다른 예로서 초전도 선재를 준비하는 공정과, 대향하는 2개의 절단부를 구비하는 가공부에 의해, 초전도 선재를 절단하는 가공 공정을 구비하고, 가공부는, 2개의 절단부의 사이에 초전도 선재를 끼워 넣도록, 초전도 선재의 폭방향으로 간격을 두고 인접하도록 적어도 2조(組) 이상 배치되고, 초전도 선재의 한쪽 표면에 접촉하는 절단부의 접촉 위치는, 초전도 선재의 다른쪽의 표면에 접촉하는 절단부의 접촉 위치보다 초전도 선재의 폭방향의 외측에 위치시키는 방법이 개시되어 있다.
한편, 일본공개특허공보 2007-141688호 공보에는, 레이저 절단의 예로서, 기체(基體)상에 산화물 초전도층이 형성되어 이루어지는 저교류 손실 초전도 도체에 있어서, 상기 산화물 초전도층이, 상기 기체의 길이방향을 따라 상기 기체의 폭방향으로 복수 형성된 세선화 홈에 의해 복수의 필라멘트 도체로 분리되어 이루어지고, 상기 세선화 홈에 고저항 산화물이 형성되는 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본공개특허공보 2010-192116호에는, 초전도 선재는, 기판상에 중간층, 초전도층이 순서대로 형성되어 적층되어 있고, 보호층이 피복된 구조를 가지고, 기판에, 1) 기판의 초전도층이 형성된 면과는 반대측의 면에 형성되어 있는, 2) 기판의 두께의 도중까지의 깊이를 가지는, 3) 초전도 선재의 길이방향과 직교하는 임의의 단면에 있어서, 적어도 1개 존재한다고 하는 요건을 충족시키는 슬릿을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
: 일본공개특허공보 평성 6-68727호 : 일본공개특허공보 2007-287629호 : 일본공개특허공보 2007-141688호 : 일본공개특허공보 2010-192116호
그러나, 예를 들면 레이저에 의해 절단하는 방법에서는, 레이저에 의한 절단면에는 발열에 의한 용단(溶斷) 흔적이 발생하고, 절단면 형상의 불균일이 생겨서, 결과적으로, 초전도 도체의 절연 특성이 절단면의 국부적인 돌기가 원인으로 열화(劣化)되는 문제나, 절단시의 열 이력(熱履歷)에 의해서 초전도 특성(임계(臨界) 전류 특성)이 열화되는 문제가 있었다. 또한, 슬릿 가공에 의해 절단하는 방법에 있어서도, 레이저 절단으로 발생하는 용단 흔적과 같이, 절단 부위에 전단(剪斷, shear)에 의한 돌기 흔적(소위 버(burr))이 생기고, 절단면 형상의 불균일이 생겨서, 결과적으로 초전도 도체의 절연 특성이 열화되는 문제나, 전단 응력에 의해서 초전도 특성이 열화되는 문제가 있었다.
한편, 기판과 기판상에 형성된 각 층의 전부를 절단하는 경우뿐만 아니라, 보호층, 초전도층 및 중간층 등의 기판상에 적층된 층만을 절단하고, 1개의 기판상에 복수로 분할된 초전도층을 가지는 초전도 도체를 형성하는 경우에도, 마찬가지로 레이저로 절단하는 방법 등이 이용되고 있고, 전술한 용단 흔적의 발생 문제 및 그에 수반되는 임계 전류 특성의 국부적인 저하 등의 초전도 도체로서의 문제와 불안정성, 균일성의 저하 등의 응용 기기로서의 문제가 있었다.
본 발명은 상기 사실에 감안하여 이루어진 것으로, 세선화 가공시의 절연 특성 또는 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있는 초전도 도체의 제조방법, 초전도 도체, 및 상기 초전도 도체의 제조방법에 이용하는 초전도 도체용 기판을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 과제는 하기 수단에 의해서 해결되었다.
＜1＞ 적어도 한쪽 면에 홈이 형성된 기재를 준비하는 기재 준비 공정과,
상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 표면에 초전도층을 형성하는 초전도층 형성 공정과,
상기 홈의 부분에서 상기 기재를 절단하는 절단 공정
을 가지는 초전도 도체의 제조방법.
＜2＞ 상기 홈의 깊이가, 상기 초전도층의 두께 이상, 상기 기재의 두께 미만인 상기 ＜1＞에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜3＞ 상기 홈의 최상부의 개구 면적이 상기 홈의 바닥면의 면적보다 큰 상기 ＜1＞ 또는 ＜2＞에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜4＞ 상기 홈의 내벽면의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 이상인 상기 ＜1＞ 내지 ＜3＞ 중의 어느 한 항에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜5＞ 상기 기재 준비 공정이, 기판을 준비하는 기판 준비 공정과, 상기 기판 표면에 중간층을 형성하는 중간층 형성 공정을 가지는 상기 ＜1＞ 내지 ＜4＞ 중의 어느 한 항에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜6＞ 상기 기판의 적어도 한쪽 면에 홈이 형성되고, 상기 중간층 형성 공정은 상기 홈이 형성된 측의 표면에 상기 중간층을 형성하는 상기 ＜5＞에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜7＞ 상기 기재 준비 공정은, 상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 면과는 반대측의 면에서, 추가로 제 2 홈이 형성된 기재를 준비하는 상기 ＜1＞ 내지 ＜6＞ 중의 어느 한 항에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜8＞ 상기 홈이, 상기 기재의 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성되어 있는 상기 ＜1＞ 내지 ＜7＞ 중의 어느 한 항에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜9＞ 적어도 상기 중간층 형성 공정 후에, 상기 절단 공정을 행하는 상기 ＜5＞ 내지 ＜8＞ 중의 어느 한 항에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜10＞ 상기 절단 공정을, 상기 초전도층 형성 공정 후에 행하는 상기 ＜1＞ 내지 ＜9＞ 중의 어느 한 항에 기재된 초전도 도체의 제조방법.
＜11＞ 적어도 한쪽 면에 홈을 가지는 기재와, 상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 적어도 홈을 제외한 표면에 형성된 초전도층을 가지되, 상기 초전도층은 상기 기재의 상기 홈의 내벽면과 상기 초전도층이 형성되는 면이 접하는 모서리부(角部)를 덮도록 형성된 초전도 도체.
＜12＞ 상기 홈의 깊이가, 상기 초전도층의 두께 이상, 상기 기재의 두께 미만인 상기 ＜11＞에 기재된 초전도 도체.
＜13＞ 상기 홈의 내벽면의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 이상인 상기 ＜11＞ 또는＜12＞에 기재된 초전도 도체.
＜14＞ 상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 면과는 반대측의 면에서, 추가로 제 2 홈을 가지는 상기 ＜11＞ 내지 ＜13＞ 중의 어느 한 항에 기재된 초전도 도체.
＜15＞ 상기 홈이, 상기 기재의 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성되어 있는 상기 ＜11＞ 내지 ＜14＞에 기재된 초전도 도체.
＜16＞ 한쪽 면의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 미만이고, 상기 한쪽 면에 홈이 형성되어 있는 초전도 도체용 기판.
＜17＞ 측면 및 상기 홈의 내벽면 및 바닥면의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 이상인 상기 ＜16＞에 기재된 초전도 도체용 기판.
＜18＞ 상기 홈이 형성된 측의 면과는 반대측의 면에서, 추가로 제 2 홈을 가지는 상기 ＜16＞ 또는＜17＞에 기재된 초전도 도체용 기판.
본 발명에 따르면, 세선화 가공시의 절연 특성이나 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있는 초전도 도체의 제조방법, 초전도 도체, 및 상기 초전도 도체의 제조방법에 이용하는 초전도 도체용 기재를 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 제조방법에 있어서의 기판 준비 공정의 한 과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 제조방법에 있어서의 중간층 형성 공정, 초전도층 형성 공정, 및 보호층 형성 공정의 한 과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 제조방법에 있어서의 절단 공정의 한 과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 제조방법에 있어서의 절단 공정의 한 과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 3은 한쪽 면에 홈을 가지고, 또한 다른쪽의 면에 제 2 홈을 가지는 기판을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4a는 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성된 홈을 가지는 기판을 나타낸 사시도이다.
도 4b는 단속적(斷續的)으로 형성된 홈을 가지는 기판을 나타낸 사시도이다.
도 5a는 종래 제조방법의 제조과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 5b는 종래 제조방법의 제조과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 6a는 종래 제조방법의 제조과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 6b는 종래 제조방법의 제조과정을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 7은 초전도 도체를 원통 형상물의 외주면에 절곡(折曲)하여 배치한 형태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 초전도 도체의 제조방법은, 적어도 한쪽 면에 홈이 형성된 기재를 준비하는 기재 준비 공정과, 상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 표면에 초전도층을 형성하는 초전도층 형성 공정과, 상기 홈의 부분에서 상기 기재를 절단하는 절단 공정을 가진다.
한편, 상기 실시형태에 따른 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 초전도 도체는, 적어도 한쪽 면에 홈을 가지는 기재와, 상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 적어도 홈을 제외한 표면에 형성된 초전도층을 가지고, 상기 초전도층은 상기 기재의 상기 홈의 내벽면과 상기 초전도층이 형성되는 면이 접하는 모서리부를 덮도록 형성된다. 즉, 상기 기재의 상기 초전도층측의 면을 표면으로 하고, 상기 표면과 반대측의 면을 이면(裏面)으로 하고, 상기 홈의 바닥부를 바닥면으로 하고, 상기 홈의 바닥면 이외의 면을 내벽면으로 하고, 상기 이면, 바닥면, 내벽면 및 표면 이외의 면을 측면으로 한 경우에, 상기 기재의 표면 및 상기 표면과 상기 내벽면이 접하는 모서리부를 덮도록 형성된 초전도층을 가진다. 또한, 상기 초전도층은, 상기 표면과 상기 측면이 접하는 모서리부를 덮도록 형성되어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 따른 제조방법에 있어서, 상기 홈이, 상기 기재의 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성되어 있는 것이 바람직하고, 또한 상기 기재 준비 공정이 기판을 준비하는 기판 준비 공정과 상기 기판 표면에 중간층을 형성하는 중간층 형성 공정을 가지고, 적어도 상기 중간층 형성 공정 후에 상기 홈의 부분에서 상기 기재를 절단하는 절단 공정을 행하여도 좋다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 관한 초전도 도체, 그 제조방법 및 초전도 도체용 기판에 대해 구체적으로 설명한다. 한편, 도면 중, 동일 또는 대응하는 기능을 가지는 부재(구성요소)에는 같은 부호를 붙이고 적당히 설명을 생략한다.
본 실시형태에 관한 초전도 도체의 제조방법은 이하의 각 공정을 가진다. 한편, 하기 중간층 형성 공정 및 하기 보호층 형성 공정은 없어도 좋다. 또한, 본 발명에 있어서, 기재는 기판만으로 이루어져 있어도 좋고, 또한 기판상에 중간층을 가진 형태이더라도 좋다.
·기판 준비 공정(기재 준비 공정 1)
도 1a에 나타내는 바와 같이, 적어도 한쪽 면에 홈(50)이 형성된 기판(10)(기재(100))을 준비하는 공정
·중간층 형성 공정(기재 준비 공정 2)
도 1b에 나타내는 바와 같이, 기판(10)의 홈(50)이 형성된 측의 면상에 중간층(20)을 형성하고, 기재(100)를 형성하는 공정
·초전도층 형성 공정
도 1b에 나타내는 바와 같이, 중간층(20)상에 초전도층(30)을 형성하는 공정
·보호층 형성 공정
도 1b에 나타내는 바와 같이, 초전도층(30)상에 보호층(40)을 형성하는 공정
·절단 공정
도 2a에 나타내는 바와 같이, 홈(50)의 부분에서 기재(100)를 절단하는 공정
상기 실시형태에 따른 제조방법에 의하면, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 적어도 한쪽 면에 홈(50)을 가지는 기판(10)과, 상기 기판(10)의 상기 홈(50)이 형성된 측의 면의 상기 홈(50) 이외의 부분의 위에 중간층(20)과, 중간층(20)상에 초전도층(30)을 이 순서대로 가지고, 또한, 기재(100)의 상기 초전도층(30)측의 면을 표면으로 하고, 상기 표면과 반대측의 면을 이면으로 하고, 홈(50)의 바닥부를 바닥면(50A)으로 하고, 홈(50)의 바닥면(50A) 이외의 면을 내벽면(50B)으로 하고, 상기 이면, 바닥면, 내벽면 및 표면 이외의 면을 측면으로 한 경우에, 기재(100)(기판(10)과 중간층(20))의 표면을 덮고 또한 상기 표면과 상기 측면이 접하는 모서리부 및 상기 표면과 상기 내벽면(50B)이 접하는 모서리부를 초전도층(30) 중, 모서리부 피복부(30A)에 의해서 덮도록 형성된 본 실시형태에 관한 초전도 도체를 얻을 수 있다. 여기서, 중간층(20)도, 기판(10)의 표면(10A)과 홈(50)의 내벽면(50B)이 접하는 모서리부 및 상기 표면과 상기 측면이 접하는 모서리부를 모서리부 피복부(20A)에 의해서 덮도록 형성되어 있다. 중간층(20)의 모서리부 피복부(20A)가 형성되어 있는 경우는, 초전도층(30)의 모서리부 피복부(30A)는, 모서리부 피복부(20A)의 일부를 덮게 된다.
한편, 도면 중에는 도시되어 있지 않지만, 모서리부 피복부(30A)는 기재(100)의 일부의 측면 및 내벽면(50B)을 덮도록 형성되어 있어도 좋고, 중간층(20)의 측면 및 내벽면(50B) 전체면을 덮도록 더 형성되어 있어도 좋다. 나아가서는, 모서리부 피복부(30A)는 홈(50)의 내벽면(50B)을 덮도록 형성되어도 좋다. 초전도층(30)이 기재(100)의 측면 및 내벽면(50B)을 덮는 형태는, 그의 덮는 면적이, 길이방향으로 똑같지 않아도 좋다. 초전도층(30)의 일부에 의해, 기재(100)를 구성하는 복수의 층간에서의 박리를 억제할 수 있다. 또한, 중간층(20), 보호층(40)이 각각의 하층의 측면 및 내벽면을 덮는 형태에 대해서도, 초전도층(30)과 마찬가지로, 길이방향으로 똑같지 않아도 좋다.
이하, 본 실시형태에 관한 초전도 도체의 제조방법의 각 공정에 대해 설명한다.
(기판 준비 공정(초전도 도체용 기판의 설명))
기판(초전도 도체용 기판)(10)의 형상은, 테이프 형상, 판재(板材), 조체(條體) 등의 여러 가지의 형상의 것을 이용할 수 있다. 기판(10)의 재료로서는, 예를 들면, 재료 강도가 Hv 경도(硬度)로 150보다 크고, 고강도 및 내열성이 우수한, Cu, Ni, Ti, Mo, Nb, Ta, W, Mn, Fe, Ag 등을 함유하는 합금을 이용할 수 있다. 특히 바람직한 것은, 내식성 및 내열성의 점에서 우수한 스테인리스, 하스텔로이(hastelloy)(등록상표), 그 외의 니켈계 합금이다. 또한, 이들 각종 금속재료상에 각종 세라믹스를 배치해도 좋고, 나아가서는, 세라믹 단체(單體)라도 좋다.
·홈의 형상
기판(10)에는 홈(50)이 형성된다. 홈(50)은, 도 4a 및 도 4b에 나타내는 바와 같이, 한 방향으로 연장되는 형상인 것이 바람직하고, 길이가 긴 기판의 경우에는 길이방향으로 연장되는 형상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 홈(50)의 단면 형상은 특별히 한정되는 것이 아니고, 정사각형, 직사각형, U자 형상, V자 형상, R 형상, 사다리꼴 형상, 짧은 형상 등 적당히 선정해도 상관없다. 여기서, 기판(10)의 홈(50)의 개구 면적은 깊이 방향으로 동일하지 않고, 기판(10)의 표면 위치에 있어서의 홈(50)의 개구 면적(즉 홈(50)의 최상부의 개구 면적)이 홈(50)의 바닥면(50A)의 표면적보다 큰 것이 바람직하고, 나아가서는 홈(50)의 최상부의 개구 면적이 최대인 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, 홈(50)의 최상부의 개구 면적을 바닥면(50A)의 표면적보다 크게 함으로써, 홈(50)에서 초전도층(30)측으로부터 기판(10)을 절단하는 경우에, 절단 수단이 홈(50)에 들어가기 쉬워진다. 또한, 기판(10)상에 형성되는 막(예를 들면, 중간층(20), 초전도층(30))이 기판(10)의 표면(10A)과 홈(50)의 내벽면(50B)이 접하는 모서리부를 덮기 쉬워진다.
또한 홈(50)은, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 기판(10)의 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성되어 있어도, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 단속적으로 형성되어 있어도 좋다. 나아가서는, 불규칙한 반복 형태라도, 패턴화 된 형태라도 좋다. 다만, 후술하는 '절단 공정'에 의해서 절단된 복수의 초전도 도체를 제조하는 경우에는, 도 4a에 나타내는 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성된 홈(50)을 가지는 것이 바람직하다.
·홈의 깊이
홈(50)의 깊이는, 초전도층(30)의 두께 이상인 것이 바람직하고, 중간층(20)과 초전도층(30)과의 총두께 이상인 것이 보다 바람직하고, 중간층(20)과 초전도층(30)과 보호층(40)의 총두께 이상인 것이 특히 바람직하다.
홈(50)의 바닥면(50A)에도, 중간층(20), 초전도층(30), 보호층(40)의 형성시에 퇴적물이 퇴적하여 퇴적물층이 형성되지만, 홈(50)의 깊이가 상기 두께 이상인 것에 의해, 홈(50) 이외의 부분에 형성되는 초전도층(30)과 홈(50)의 바닥면(50A)에서의 퇴적물층과의 전기적인 절연을 보다 효율적으로 달성할 수 있다.
한편, 홈(50)의 깊이의 상한치로서는 기판(10)의 두께 미만이면 좋고, 또한 강도 등의 관점으로부터 기판(10)의 두께의 50% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 초전도 도체가 기재(100)(기판(10)만, 또는, 기판(10)과 중간층(20)), 및 초전도층(30)만으로 형성되는 경우는 강도 확보를 위해, 홈의 깊이는 기판(10)의 두께의 50% 이하로 하는 것이 바람직하지만, 또한, 보호층(40)을 가지는 초전도 도체의 경우는, 홈(50)을 제외한 초전도 도체끼리의 연결 유지를 위해, 홈의 깊이는 기판(10)의 두께의 0.1%에서 50%로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 때, 길이방향의 홈(50)의 깊이는 일정한 것이 바람직하지만, 길이방향으로 홈의 깊이가 변화해도 좋다.
·홈의 표면 조도 Ra
홈(50)의 내벽면(50B)의 표면 조도 Ra는, 0.02㎛ 이상인 것이 바람직하고, 50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
표면 조도 Ra가 상기 상한치 이하인 것에 의해, 홈(50)의 내벽면(50B)의 돌기에 기인하는 이상(異常) 방전에 의한 폭방향에 있어서의 전류 패스의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 표면 조도 Ra가 상기 하한치 이상인 것에 의해, 중간층(20), 초전도층(30), 보호층(40)의 형성시에 발생하는 홈(50)의 내벽면(50B)에서의 퇴적물층에 있어서의 배향이 억제되어, 그 결과, 홈(50)에 있어서의 퇴적물층에서의 초전도화를 억제할 수 있다.
또한 상기 표면 조도 Ra는 0.1㎛ 이상 15㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 홈(50)의 내벽면(50B)의 Ra가 0.1㎛ 이상이면, 홈(50)에서의 퇴적물층의 배향성이 억제되어, 그 결과 퇴적물층에서의 초전도화를 억제할 수 있고, 폭방향에 있어서의 전류 패스를 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 표면 조도 Ra가 15㎛ 이하이면, 퇴적물층의 초전도화가 억제 가능할 뿐만 아니라, 홈(50)에 있어서 매크로한 돌기가 형성되거나, 퇴적 성분의 미립분(微粒粉)이 홈 내부에 점재(點在)하는 것이 억제되고, 이들 퇴적 성분 미립분의 비산이나 부착에 의한 중간층(20)의 오염이 억제되어, 결과적으로 초전도 특성의 불안정 요인을 억제할 수 있다.
한편, 홈(50)의 바닥면(50A)의 표면 조도 Ra에 대해서도, 내벽면(50B)과 같이, 0.02㎛ 이상인 것이 바람직하고, 50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 내벽면(50B)과 같이, 바닥면(50A)의 상기 표면 조도 Ra는 0.1㎛ 이상 15㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 바닥면(50A)의 표면 조도 Ra에 대해서, 내벽면(50B)과 같이 제어함으로써, 홈(50)의 전류 패스를 더 효과적으로 억제할 수 있다.
·기판 표면 및 측면의 표면 조도 Ra
한편, 기판(10)에 있어서의 중간층(20)이 형성되는 면(10A)(홈(50)의 내벽면을 제외한다)에서의 표면 조도 Ra는 0.02㎛ 미만인 것이 바람직하다. 0.02㎛ 이상이면, 중간층(20)에서 원하는 배향성을 얻는 것이 어렵다.
또한, 기판(10)의 측면의 표면 조도 Ra에 대해서도, 내벽면(50B)과 같이, 0.02㎛ 이상인 것이 바람직하고, 50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 또한 0.1㎛ 이상 15㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 측면의 표면 조도 Ra에 대해서, 내벽면(50B)과 같이 제어함으로써, 기판(10)에 있어서의 중간층(20), 초전도층(30)이 형성되는 면(10A)의 폭방향에 있어서의 양단측을 같은 적층 형태로 형성할 수 있어, 박리 억제 효과도 동등하게 유지하는 효과가 있다.
여기서, 상기 표면 조도 Ra의 측정은, 이하의 방법에 의해 행할 수 있다.
JIS B 0651-2001에 규정된 방법에 의해, 촉침식(觸針式) 표면 조도 측정기를 이용하여 측정된다.
다만, 홈(50)의 내벽면(50B) 및 바닥면(50A)의 표면 조도 Ra에 대해서는, 홈(50)을 예를 들면 홈 부착 롤을 이용하여 형성하는 경우이면, 상기 홈 부착 롤의 내벽면 위치 및 바닥부 위치에 상당하는 부위의 표면 조도 Ra를 측정하여, 그 값을 내벽면(50B) 및 바닥면(50A)의 표면 조도 Ra의 값으로 해도 좋다.
또한, 상기 기판(10)의 측면의 표면 조도는 에져롤(edger roll) 성형이나 기계 연마 등에 의해 원하는 표면 조도로 성형할 수 있다.
·제 2 홈
도 3에 나타내는 바와 같이, 기판(10)의 홈(50)이 형성된 측의 면과는 반대측의 면에서, 또한 제 2 홈(52)이 형성된 기판을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
제 2 홈(52)이 형성되는 위치는, 도 3에 나타내는 바와 같이 홈(50)과 대응하는 위치라도 좋고, 또는 홈(50)의 위치와 대응하지 않는 위치, 즉 홈(50)으로부터 어긋난 위치라도 좋다. 또한 제 2 홈(52)의 바람직한 형상이나 바람직한 깊이의 범위는 전술한 홈(50)과 같지만, 제 2 홈(52)의 형상이나 깊이는, 기판(10)의 반대측의 면에 형성된 홈(50)과 같은 조합이더라도, 다른 조합이더라도 좋다. 또한, 제 2 홈(52)의 내벽면(52B)과 바닥면(52A)의 표면 조도 Ra는, 각각 홈(50)의 내벽면(50B)과 바닥면(50A)과 동일한 것이 바람직하지만, 반드시 동일할 필요는 없다.
기판(10)의 준비 공정에 있어서, 제 2 홈(52)을 형성하는 타이밍은, 제 1 홈(50)의 형성과 동시라도 좋지만, 제 1 홈(50)을 형성 후, 중간층(20), 초전도층(30), 보호층(40)의 각각의 성막 후의 타이밍을 임의로 선정할 수 있다. 또한, 제 2 홈(52)의 형성을 복수회 행하여도 좋다. 한편, 제 2 홈(52)의 형상은, 제 2 홈(52)의 형성시에 생기는 두께 변동을 억제하는 관점으로부터, 이면(裏面) 표면과 제 2 홈(52)을 구성하는 내벽면(50B)이 접하는 부분을 R 형상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 강도를 유지하기 위해서, 제 1 홈(50)의 깊이를 얕게(기판 두께의 절반) 하고, 보호층(40)까지 성막한 후, 제 2 홈(52)을 제 1 홈(50)과 대응하는 이면의 개소에 형성해도 좋다.
또한, 제 2 홈(52)은 제 1 홈(50)의 형성보다 나중에 형성할 필요는 없고, 제 2 홈(52)의 뒤에 제 1 홈(50)을 형성해도 좋다. 또한, 제 2 홈(52)과 교차하는 제 3 홈을 더 구비해도 좋다(도 3에는 도시하지 않는다).
홈(50)이 형성된 측과는 반대측의 면에 제 2 홈(52)을 가짐으로써, 기판(10)이 절곡을 보다 양호하게 행할 수 있다. 또한, 특히 제 2 홈(52)이 도 3에 나타내는 바와 같이 홈(50)과 대응하는 위치에 형성되어 있는 경우에는, 홈(50)의 부분에서의 절단을 보다 양호하게 행할 수 있다.
초전도 도체의 폭방향(제 2 홈(52)과 교차하는 방향)에 형성된 제 3 홈은, 초전도 도체를 휘감는 감는 틀, 보빈(bobbin)이나 포머(former) 등의 곡률에 따르기 쉽게 형성되어 있다. 이 제 3 홈은, 길이방향에서 1개소 이상의 형성이 바람직하다. 한편, 제 3 홈은 제 2 홈(52)과 수직으로 교차될 필요는 없고, 길이방향으로 비스듬하게 형성되어 있어도 좋다.
제 1 홈(50), 제 2 홈(52) 및 제 3 홈의 형성에 의해서, 양호한 초전도 특성을 가지고, 또한 권선성(卷線性)이 우수한 초전도 도체를 제공할 수 있다. 또한, 제 3 홈을 길이방향으로 비스듬하게 형성한 경우에는, 초전도층(30)에 열화를 주지 않고 권선으로 가공하는 것이 가능해진다.
한편, 후술하는 바와 같이 홈(50)의 부분에서 절단하는 절단 공정을 가지는 경우에 있어서, 기판(10)의 홈(50)과 대응하는 위치에 제 2 홈(52)이 형성되어 있는 경우에는, 홈(50)의 측과 제 2 홈(52)의 측과의 양측에서, 레이저에 의한 절단이나 슬릿 가공에 의한 절단을 행하는 것이 보다 바람직하다.
·홈의 형성 방법
기판(10)에의 홈(50)의 형성 방법을, 일례를 들어 설명한다.
우선, 원하는 폭의 기판(10)(예를 들면, 니켈기의 내열·내식 합금인 하스텔로이(등록상표, 헤인즈사 제조))에 냉간압연을 가하여 높은 평탄한 기판 표면을 형성하고, 기계적, 화학적 연마 공정 등을 더 가하여, 높은 평탄한 기판 표면으로 더 개질한다. 이 때, 기판(10)에 대해, 냉간압연을 가하는 공정(압연 전의 판두께로부터 압연 후의 최종 판두께로 가공하는 공정)의 사이나, 기계적, 화학적 연마 공정 후에, 적어도 기판(10)의 한쪽 면에 원하는 폭에 상당하는 홈(50)을 형성한다.
홈(50)의 형성 방법으로서는, 홈 부착 롤로 홈 형상을 내리 누르고, 연속하거나 또는 단속적인 홈을 임의의 깊이로 가공하는 방법을 들 수 있다. 홈의 단면 형상은 홈 부착 롤에 의해 임의로 선정할 수 있다. 기판(10)의 마무리 두께는, 예를 들면 50㎛ 내지 200㎛이고, 예를 들면 100㎛ 두께의 5% 내지 30% 상당의 홈 깊이가 바람직하고, 나아가서는 10% 내지 20%가 보다 바람직하다. 홈의 개구부 폭은 0.1㎜ 내지 3㎜가 바람직하고, 1㎜ 이상이 보다 바람직하고, 임의로 설정할 수 있다.
기판(10)의 표면(10A)상에 중간층(20), 초전도층(30)을 적층한 경우, 홈(50)의 부분에는, 기판(10)에 형성된 모서리부를 따라 중간층(20)과 초전도층(30)이 적층된다. 이 때, 중간층(20)이나 초전도층(30)을 형성하는 각 적층간의 박리를 억제할 수 있다.
또한, 홈(50)을 형성하는 방법으로서, 레이저를 이용할 수도 있다. 레이저의 경우, 홈 부착 롤에서의 홈 부착과 같이, 기판(10)에 대해, 냉간압연 공정의 사이, 또는 기계적, 화학적 연마 공정 후에, 적어도 기판(10)의 한쪽 면에 원하는 폭에 상당하는 홈(50)을 형성한다. 한편, 냉간압연 공정에서의 최종 압연판 두께에서의 레이저에 의한 홈의 형성이 보다 바람직하다.
한편, 홈 부착 롤로 홈을 형성한 위치에, 다시 레이저로 홈 부착 가공하는 것도 가능하다. 혹은, 홈 부착 롤에서의 홈의 형성과 레이저에서의 홈 부착 가공을 교대로 행하는 것도 가능하다. 홈 부착 롤은 홈 부착 효과와 홈 내부를 성형하여 홈 내부를 평탄하게 하는 효과가 있다.
레이저에서의 홈의 개구부 폭은 0.02㎜ 내지 3㎜가 바람직하고, 임의로 설정할 수 있다.
한편, 제 2 홈(52) 및 제 3 홈의 형성도, 상기 홈(50)의 형성 방법에 준하여 행할 수 있다.
(중간층 형성 공정)
중간층(20)은, 초전도층(30)에 있어서 높은 면내 배향성을 실현하기 위해서 기판(10)상에 형성되는 층이고, 열팽창률이나 격자정수 등의 물리적인 특성치가 기판(10)과 초전도층(30)을 구성하는 산화물 초전도체와의 중간적인 값을 나타낸다.
중간층(20)은, 단층이더라도 2층 이상으로 이루어지는 다층이더라도 좋지만, 예를 들면 베드층, 2축 배향층, 및 캡층을 가지는 형태를 들 수 있다.
·베드층
베드층(22)의 구성 재료로서는, Gd2Zr2O7-δ(-1＜δ＜1, 이하 GZO라 칭한다), YAlO3(이트륨알루미네이트), YSZ(이트리아 보호 지르코니아), Y2O3, Gd2O3, Al2O3, B2O3, Sc2O3, REZrO 및 RE2O3 등을 이용할 수 있고, 그 중에서도 GZO, Y2O3, YSZ를 적합한 것으로서 들 수 있다. 여기서, RE는, 단일의 희토류 원소 또는 복수의 희토류 원소를 나타낸다. 한편, 베드층(22)은, 예를 들면 2축 배향성을 향상시키는 등의 기능을 가지고 있어도 좋다. 한편, 2축 배향성을 향상시키는 기능을 갖게 하기 위해서는, GZO를 베드층(22)의 구성 재료로서 이용하는 것이 바람직하다.
베드층(22)의 막 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 10㎚ 이상 200㎚ 이하이다.
베드층(22)의 형성(성막) 방법으로서는, 예를 들면, 아르곤 분위기중에서 RF 스퍼터(sputter)법에 의해 성막하는 방법을 들 수 있다.
RF 스퍼터법에서는, 플라스마 방전으로 발생한 불활성 가스 이온(예를 들면 Ar+)을 증착원(GZO 등)에 충돌시키고, 튕겨 나온 증착 입자를 성막면에 퇴적시켜서 성막한다. 이 때의 성막 조건은, 베드층(22)의 구성 재료 또는 막 두께 등에 따라 적당히 설정되지만, 예를 들면, RF 스퍼터 출력: 100W 이상 500W 이하, 기판 반송 속도: 10m/h 이상 100m/h 이하, 성막온도: 20℃ 이상 500℃ 이하가 된다.
한편, 베드층(22)의 성막에는, 이온 발생기(이온 총(銃))에서 발생시킨 이온을 증착원에 충돌시키는 이온 빔 스퍼터법을 이용할 수도 있다. 또한, 베드층(22)은, Y2O3 층과 Al2O3 층과의 조합 등의 다층 구조로 할 수도 있다.
·2축 배향층
2축 배향층(24)은, 베드층(22)상에 형성되어, 초전도층(30)의 결정을 일정한 방향으로 배향시키기 위한 층이다.
2축 배향층(24)의 구성 재료로서는, MgO, CeO2, YSZ, NbO 등의 다결정 재료를 들 수 있다. 이들 중에서도, MgO를 함유하는 것이 바람직하다.
2축 배향층(24)의 막 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1㎚ 이상 20㎚ 이하이다.
2축 배향층(24)의 형성(성막) 방법으로서는, 스퍼터법에 의해서 타겟(증착원)으로부터 타겟 입자를 튀어나오게 하고, 튀어나온 상기 타겟 입자를 상기 베드층(22)상에 적층시키는 방법이 바람직하다. 한편, 성막면에 대해서 경사 방향으로부터 이온 빔을 조사하면서 타겟으로부터의 타겟 입자를 상기 성막면에 퇴적시켜서 막을 형성하는 스퍼터법(IBAD법: Ion Beam Assisted Deposition)에 의해 적층하는 방법이 특히 바람직하다.
이 때의 성막 조건은, 2축 배향층(24)의 구성 재료 또는 막 두께 등에 따라 적당히 설정되지만, 예를 들면,
·IBAD 어시스트 이온 빔 전압: 800V 이상 1500V 이하
·IBAD 어시스트 이온 빔 전류: 80mA 이상 350mA 이하
·IBAD 어시스트 이온 빔 가속 전압: 200V
·RF 스퍼터 출력: 800W 이상 1500W 이하
·기판 반송 속도: 80m/h 이상 500m/h 이하
·성막온도: 5℃ 이상 250℃ 이하인 것이 바람직하다.
·캡층
또한, 본 실시형태에서는, 상기 2축 배향층(24)상에 캡층을 더 가지고 있어도 좋다. 캡층은, 2축 배향층(24)상에 형성되어, 2축 배향층(24)을 보호하는 것과 함께 초전도층(30)과의 격자 정합성을 높이기 위한 층이다.
캡층의 재료로서는, 예를 들면 LaMnO3(LMO), CeO2, MgO, YSZ, SrTiO3(STO) 등을 들 수 있다.
한편, 캡층은 단층이더라도, 도 1b에 나타내는 바와 같이 2층 이상의 복수층으로 이루어져 있어도 좋다. 도 1b에는 제 1 캡층(26) 및 제 2 캡층(28)의 2층으로 이루어지는 캡층이 나타나 있고, 예를 들면 스퍼터법으로 형성된 LMO로 이루어지는 제 1 캡층(26)과, 스퍼터법으로 형성된 CeO2로 이루어지는 제 2 캡층(28)과의 조합 등을 들 수 있다.
캡층의 막 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 충분한 배향성을 얻기 위해서는, 50㎚ 이상이 바람직하고, 300㎚ 이상이면 더 바람직하다.
이 캡층의 형성(성막) 방법으로서는, PLD법이나 RF 스퍼터법에 의한 성막을 들 수 있다. RF 스퍼터법에 의한 성막 조건은, 캡층의 구성 재료 또는 막 두께 등에 따라 적당히 설정되지만, 예를 들면
·RF 스퍼터 출력 400W 이상 1000W 이하
·기판 반송 속도 2m/h 이상 50m/h 이하
·성막온도 450℃ 이상 800℃ 이하인 것이 바람직하다.
(초전도층 형성 공정)
초전도층(30)은, 상기 중간층(20)상에 형성되어, 산화물 초전도체, 특히 구리 산화물 초전도체로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구리 산화물 초전도체로서는, REBa2Cu3O7-δ(RE-123이라 칭한다) 등의 조성식으로 표시되는 결정 재료를 이용할 수 있다.
상기 REBa2Cu3O7-δ중의 RE는, Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb나 Lu 등의 단일의 희토류 원소 또는 복수의 희토류 원소이며, 이들 중에서 Y가 잘 이용된다. 또한, δ는, 산소 비-화학양론비(non-stoichiometric ratio)이며, 예를 들면 0 이상 1 이하이고, 초전도 전이 온도가 높다고 하는 관점으로부터 0에 가까울수록 바람직하다.
초전도층(30)의 막 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.8㎛ 이상 10㎛ 이하이다.
초전도층(30)의 형성(성막) 방법으로서는, 예를 들면 TFA-MOD법, PLD법, CVD법, MOCVD법, 또는 스퍼터법 등을 들 수 있다. 이들 성막 방법중에서도, 고진공을 필요로 하지 않고, 대면적화가 용이하고 양산성이 우수하다고 하는 이유로부터 MOCVD법을 이용하는 것이 바람직하다. MOCVD법을 이용하는 경우의 성막 조건은, 초전도층(30)의 구성 재료 또는 막 두께 등에 따라 적당히 설정되지만, 예를 들면,
·기판 반송 속도: 80m/h 이상 500m/h 이하
·성막온도: 800℃ 내지 900℃
로 하는 것이 바람직하다. 또한, 산소 비-화학양론비 δ를 작게 하고 초전도 특성을 높인다고 하는 관점으로부터, 산소 가스 분위기중에서 행하는 것이 바람직하다.
(보호층 형성 공정)
이상과 같은 초전도층(30)의 상면에는, 예를 들면 스퍼터법에 의해 은으로 이루어지는 보호층(안정화층)(40)을 성막해도 좋다. 또한, 보호층(40)을 성막하여 초전도 도체를 제조한 후, 초전도 도체에 열처리를 실시해도 좋다.
한편, 초전도층(30)의 모서리부를 모서리부 피복부(40A)에 의해서 덮도록 보호층(40)을 형성하기 위해서는, 상기 보호층을 이하의 방법으로 형성하는 방법을 들 수 있다.
스퍼터법에 의해 타겟(증착원)으로부터 타겟 입자(은입자)를 튀어나오게 하고, 튀어나온 상기 타겟 입자를, 이미 상기 초전도층(30)이 형성된 기판(10)에 적층시키는 방법에 있어서, 상기 초전도층(30) 표면의 법선(法線) 방향으로부터, 상기 타겟 입자를 상기 초전도층(30)의 폭보다 넓은 범위에서 조사, 퇴적함으로써, 초전도층(30)의 모서리부를 모서리부 피복부(40A)에 의해서 덮도록 보호층(40)을 성형할 수 있다. 한편, 상기 초전도층(30) 표면에 대한 조사 각도를 법선 방향에 대해서, 폭방향으로 각도를 증감하는 위치에 조정함으로써, 홈(50)의 측면에 있어서의 최심부에 은에 의한 피복부를 성막할 수도 있다. 이들은, 멀티 턴 방식에 있어서도 유효하다.
한편, 이미 서술한 바와 같이, 홈(50)의 바닥면(50A)에도, 중간층(20), 초전도층(30), 보호층(40)의 형성시에 퇴적물이 퇴적하지만, 홈(50)의 깊이가 충분하면 이 퇴적물에 의한 퇴적물층은 초전도층(30)과 전기적으로 절연된 상태가 된다. 만약 상기 퇴적물층이 초전도층(30)과 전기적으로 접속되는 경우에는, 보호층(40)의 형성 후에 홈 부착 롤 등에 의해 나중에 제거해도 좋다. 한편, 이 퇴적물층은, 홈(50) 내부의 기계적 연마나 화학적 처리 등에 의해서 제거해도 좋다. 또한, 상기의 홈 부착 롤 등에 의한 제거 방법과, 기계적 연마나 화학적 처리 등에 의한 제거 방법과의 조합에 의해서 제거해도 좋다.
(절단 공정)
본 실시형태에 관한 초전도 도체의 제조방법은, 상기 홈이, 상기 기판의 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 절단 공정은, 적어도 상기 중간층 형성 공정 후에, 상기 홈(50)의 부분에서 상기 기판(10)을 절단하는 공정인 것이 바람직하다.
절단 공정에서는, 레이저에 의한 절단 방법이나 슬릿 가공에 의한 절단 방법을 이용하여, 홈(50)의 부분에서 절단을 행한다. 한편, 홈(50)의 부분에서 절단하는 경우, 예를 들면 도 4a에 나타내는 바와 같이 연속한 홈(50)의 부분에서 절단하는 경우에는 홈(50)의 장축(長軸) 방향을 따라 절단하는 것이 바람직하고, 또한 도 4b에 나타내는 바와 같이 단속적인 홈(50)의 부분에서 절단하는 경우에는 복수의 홈(50)이 나열되어 있는 방향을 따라 절단하는 것이 바람직하다. 즉, 홈(50)을 미리 원하는 간격으로 형성해 두는 것에 의해, 원하는 폭을 가지는 초전도 도체를 형성할 수 있다. 다만, 절단의 길이 방향의 범위에 있어서, 기재의 일단으로부터 타단까지 동일홈 위치, 동일 방향 위치에서의 절단으로 한정하는 것이 아니고, 기재의 일단으로부터 타단까지 연속적인 절단이라도 좋다.
세선화 후의 초전도 도체의 초전도층(30)에 큰 열 이력을 주지 않고 절단할 수 있기 때문에, 세선화 된 초전도 도체의 초전도층(30)의 단부(端部)의 초전도 특성의 열화를 억제할 수 있다.
한편, 기판(10)의 홈(50)이 형성된 측의 면과는 반대측의 면의 홈(50)과 대응하는 위치에, 제 2 홈(52)이 더 형성되어 있는 경우에는, 홈(50)의 측과 제 2 홈(52)의 측과의 양측에서, 레이저에 의한 절단이나 슬릿 가공에 의한 절단을 행하는 것이 보다 바람직하다.
홈(50)과 제 2 홈(52)이 대응하는 위치에 있고, 그 홈(50,52) 부분에서 절단하는 것에 의해서, 세선화 된 초전도 도체의 두께(기판(10), 중간층(20), 초전도층(30), 보호층(40))의 절단에 의한 두께의 변화가 적어, 고정밀도의 치수를 확보할 수 있다.
상기 절단 공정은, 적어도 중간층 형성 공정 후에 행하여지는 것이 바람직하고, 나아가서는 초전도층 형성 공정 후에 행하는 것이 보다 바람직하고, 보호층(40)을 형성한 후에 행하는 것이 특히 바람직하다. 한편, 절단 공정을 행한 후에, 초전도 도체를 Cu층 등의 안정화층에 의해서 더 피복해도 좋다. 이 안정화층을 도금에 의해서 형성하는 경우에는, 홈(50)과 제 2 홈(52)이 대응하는 위치에 있고, 그 홈(50,52) 부분에서 절단하는 것에 의해서, 세선화 된 초전도 도체의 치수가 확보되어 있기 때문에, 안정화층에서 피복된 초전도 도체의 두께도 용이하게, 균일하게 더 확보할 수 있다.
한편, Cu층 등의 안정화층의 형성 후에 절단 공정을 행하여도 좋다.
본 실시형태에 따른 제조방법에 의해서 형성된 초전도 도체는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 홈(50)이 형성되어 있던 위치에 대응하는 기재(100)에, 홈(50)의 바닥면(50A)의 잔흔으로서 흔적(60)이 남는다. 또한, 흔적(60) 이외에도, 기재(100)에는 홈부(50)의 바닥면(50A)으로부터 이면(중간층(20)이나 초전도층(30)이 형성되어 있지 않은 측)까지의 범위에 남는 전단 파괴면 흔적이나, 레이저 용접 흔적이 남는 경우가 있다. 이들은 절단시에, 절단 방향을 적정(適正)하게 정함으로써 억제 가능하다. 또한, 흔적(60)은 레이저를 이용하여 삭제할 수 있어, 돌기가 없는 평탄한 절단면으로 할 수 있다. 이 경우, 흔적(60)의 삭제는 초전도층(30)과 반대측에서 행하여지기 때문에, 초전도층(30)에의 열 이력에 의한 영향은 작다.
한편, 초전도 도체를 휘감는 경우는, 흔적(60)은, 서로 이웃하는 초전도 도체끼리의 움직임을 고정하는 효과를 가지기 때문에, 초전도 도체에 흔적(60)을 남기는 것이 유효하다. 또한, 초전도 도체에 절연재를 휘감는 경우에는, 절연재의 어긋남을 억제하는 효과도 가진다. 한편, 세선화 된 초전도 도체의, 2개소의 절단면에 있어서 흔적(60)은 다른 한쪽만 남겨도 좋다.
＜초전도 도체의 사용 형태＞
전술한 본 실시형태에서는, 상기 절단 공정에서 모든 홈(50)의 부분에서 절단을 행하는 것이 아니라 몇개의 홈(50)을 그대로 남기는 것에 의해서, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 1개의 기판(10)상에 복수로 분할된 초전도층(30)을 가지는 초전도 도체를 제조할 수도 있다.
또한, 도 1b에 나타내는 1개의 기판(10)상에 복수로 분할된 초전도층(30)을 가지는 초전도 도체는, 절단 공정을 갖지 않는 제조방법, 즉 기판 준비 공정과 초전도층 형성 공정을 가지는 제조방법(또한 필요에 따라 중간층 형성 공정이나 보호층 형성 공정을 가지고 있어도 좋다)에 의해서, 제조할 수 있다.
이 도 1b에 나타내는 초전도 도체는, 예를 들면, 홈의 부분에서 폭방향으로 절곡한 초전도 도체를 원통 형상물의 장축 방향을 따라 외주면상에 배치하여 이용할 수 있다.
도 7은, 상기 초전도 도체를 직경 22㎜의 구리의 원통 형상물(11)의 외주면에, 홈의 부분에서 폭방향으로 절곡한 복수개(도 7에서는 6개, 폭 10㎜)의 초전도 도체(1)가 스파이럴 형상으로 휘감긴(스파이럴 감겨진) 단면(斷面)의 형태를 나타내는 도면이다. 초전도 도체(1)간의 갭 길이(소정간격)는 약 1.5㎜이다. 각 초전도 도체(1)에는, 도 1b에 나타내는 2개의 홈(50)이 형성되어 있다.
한편, 이 홈(50)은, 도 4a에 나타내는 기재(100)의 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성된 홈이라도, 도 4b에 나타내는 단속적으로 형성된 홈이라도 좋다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 기재(100)의 홈(50)이 형성된 측과는 반대측의 면에 제 2 홈(52)을 가짐으로써, 원통 형상물(11)의 곡률 반경 R을 따라 진원(眞圓) 형상에 근접한 형태로 초전도층(30)에 휨 변형의 영향이 없는 장력(張力)하에서, 스파이럴 감기를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 도 4b에 나타내는 단속적으로 형성된 홈(50)인 경우에는, 상기 홈(50)의 부분에 기재(100)를 관통하는 절개부분을 넣어도 좋다. 절개부분을 넣는 것에 의해, 세선화 된 초전도 도체(1)가 분리되지 않고 형상을 유지할 수 있어, 원통 형상물(11)에의 스파이럴 감기를 보다 용이하게 행할 수 있다. 한편, 상기 절개부분은, 레이저 등을 이용함으로써 형성할 수 있다.
또한, 전술한 본 실시형태에 있어서, 상기 절단 공정에서 모든 홈(50)의 부분에서 절단을 행함으로써 얻을 수 있는 초전도 도체는, 원하는 폭으로 세선화 된 초전도 도체로 할 수 있고, 초전도 케이블이나 초전도 마그넷 등에 적합하게 이용된다.
(변형예)
한편, 본 발명을 특정의 실시형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위내에서 다른 여러 가지의 실시형태가 가능한 것은 당업자에게 있어서 분명하고, 예를 들면 전술한 복수의 실시형태는, 적당히, 조합되어 실시 가능하다. 또한, 이하의 변형예를, 적당히, 조합해도 좋다.
예를 들면, 중간층(20)은 1층으로 구성되어 있어도, 다른 층을 더 가지고 있어도 좋다.
또한, 전술한 YBa2Cu3O7 -δ 등의 산소 비-화학양론비 δ는, 0 이상인 경우(양의 값을 나타내는 경우)를 설명했지만, 음의 값을 나타내도 좋다.
(효과)
종래에 있어서는, 원하는 폭을 가지는 초전도 도체를 얻기 위해, 우선, 도 5a에 나타내는 기판(110)에 대해, 도 5b에 나타내는 바와 같이 베드층(122), 2축 배향층(124), 제 1 캡층(126), 제 2 캡층(128) 등을 가지는 중간층(120)이나, 초전도층(130), 보호층(140) 등을 성막하고, 이어서, 보호층(140), 초전도층(130), 중간층(120) 및 기판(110)을, 도 6a에 나타내는 화살표의 위치에서, 레이저에 의해 절단하는 방법이나, 슬릿 가공에 의해 절단하는 방법에 의해서, 도 6b에 나타내는 원하는 폭의 초전도 도체를 얻고 있었다.
그러나, 레이저에 의해 절단하는 방법에서는, 가공시에 레이저 조사에 수반하는 발열에 의해, 초전도 특성의 열화가 생긴다고 하는 문제가 있었다. 구체적으로는, 레이저에 의한 절단면에는 발열에 의한 용단 흔적이 발생하고, 절단면 형상의 불균일이 생긴다. 이 때, 레이저 조사의 발열은 초전도 특성에 악영향을 주고, 절단면의 용단 흔적은, 레이저에 의한 절단 후에 구리 도금 등의 안정화층을 더 형성하는 경우에는, 그 안정화층의 형상 불안정의 요인으로도 되어, 결과적으로, 초전도 특성의 열화와, 초전도 도체의 절연 특성이 열화되는 문제가 있었다.
또한, 이들의 용단 흔적은, 돌기 형상을 가지는 경우에는, 외관의 초전도 도체의 치수가 커져, 기기용으로 권선 등으로 가공한 경우에, 기기로서의 전류 밀도가 낮아진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 기기내의 초전도 도체의 치수 정밀도가 나쁘기 때문에, 초전도 도체중의 초전도층에 불균일한 응력이 인가되기 때문에 초전도 특성의 열화가 생겼다. 또한, 마그넷용 코일로 한 경우에는, 초전도 도체의 치수 정밀도의 악화는, 여자(勵磁)시의 초전도 도체의 움직임을 유발하여, 마그넷 퀀치(quench)의 기인이 될 가능성이 있다. 이와 같이, 기기로서의 장기 안정성에 영향을 준다고 하는 문제가 있었다.
레이저에 의한 세선화 후의 초전도 도체의 초전도층은, 큰 열 이력이 주어지고 있기 때문에 절단 부분이 되는 초전도층(30)의 단부의 초전도 특성(임계 전류 특성)의 열화가 생기고 있었다. 또한, 레이저에 의한 절단에서는, 기판에 적층된 중간층 및 초전도층의 각 층간의 박리를 조장하는 문제가 있었다.
한편, 슬릿 가공에 의해 절단하는 방법에 있어서도, 절단시의 전단력이 직접 초전도층에 인가됨으로써, 초전도 특성의 열화가 생기는 문제가 있었다. 또한, 절단부의 형상의 점에서는, 레이저 절단으로 발생하는 용단 흔적과 같이, 절단 부위에 전단에 의한 돌기 흔적(소위 버)이 생겨, 절단면 형상의 불균일이 생긴다. 슬릿 가공에 의한 절단 후에 구리 도금 등의 안정화층을 더 형성하는 경우에는, 그 안정화층의 형상 불안정의 요인으로도 되어, 결과적으로, 레이저 절단과 같이, 초전도 특성의 열화와 초전도 도체의 절연 특성의 열화, 적층된 층간의 박리 등의 문제가 있었다.
또한, 도 6b에 나타내는 바와 같이 기판(110)까지 절단하는 것이 아니라, 보호층, 초전도층 및 중간층 등의 기판상에 적층된 층만을 절단하고, 1개의 기판상에 복수로 분할된 초전도층을 가지는 초전도 도체를 형성하는 경우에도, 마찬가지로 레이저에 의해 절단하는 방법 등이 이용되고 있고, 전술한 용단 흔적의 발생의 문제 및 그것에 수반되는 상기의 문제가 있었다.
이와 관련하여, 본 발명의 제조방법에서의 상기 절단 공정에서는 모든 홈(50)의 부분에서 절단을 행하는 것이 아니라 몇 개의 홈(50)을 그대로 남기는 방법에 따르면, 도 1a에 나타내는 바와 같이 미리 홈(50)이 형성된 기판(10)상에, 도 1b에 나타내는 바와 같이 중간층(20)이나 초전도층(30) 등을 적층하기 위해, 초전도층(30)의 절단을 행하는 일 없이 1개의 기판(10)상에 복수로 분할된 초전도층(30)을 가지는 초전도 도체를 형성할 수 있다. 즉, 레이저를 이용한 경우의 용단 흔적이나 슬릿 가공을 이용한 경우의 돌기 흔적 등의 발생이 억제되어, 형상의 불균일을 억제할 수 있고, 초전도 도체의 초전도 특성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 본 발명에 따른 제조방법에 있어서 보호층(40)을 더 형성하는 경우에는, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 초전도층(30)의 표면과 측면이 접하는 모서리부를 모서리부 피복부(40A)에 의해서 덮도록 형성되기 때문에, 절단면에 이 모서리부 피복부(40A)가 형성되지 않는 종래 예와 비교해서, 초전도층(30)의 측면도 보호층(40)에 의해서 보호할 수 있다. 또한, 홈(50)에 의해서 분할된 부위의 측면에서 적층간(초전도층(30)과 중간층(20)의 사이나 중간층(20)내의 각 층간)에서의 층간 박리를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법에 의하면, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 홈(50)의 부분의 기판(10)을 절단함으로써 초전도 도체 자체의 절단을 행할 수 있다. 홈(50) 이외의 부분에 형성된 중간층(20), 초전도층(30), 보호층(40) 등에서의 용단 흔적이나 돌기 흔적 등의 발생이 억제되어, 형상의 불균일이 억제되고, 초전도 도체의 초전도 특성의 저하를 억제할 수 있다. 즉, 레이저 이용하여 절단하는 경우에서도, 레이저 조사에 수반하는 발열은 초전도층(30) 등에 영향을 주는 일이 없고, 초전도 특성의 저하가 억제된 초전도 도체를 얻을 수 있다. 한편, 슬릿 가공하는 경우에서도, 절단시의 전단력의 초전도층(30) 등에의 영향을 최소로 제어할 수 있기 때문에, 초전도 특성의 저하가 억제된 초전도 도체를 얻을 수 있다.
또한, 상기 본 발명에 따른 제조방법에 있어서 보호층(40)을 형성하는 경우에는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 초전도층(30)의 표면과 측면이 접하는 모서리부를 모서리부 피복부(40A)에 의해서 덮도록 형성되기 때문에, 절단면에 이 모서리부 피복부(40A)가 형성되지 않는 종래 예와 비교해서, 초전도층(30)의 측면을 보호층(40)에 의해서 보호할 수 있다. 또한, 홈(50)에 의해서 분할된 부위의 측면에서 적층간(초전도층(30)과 중간층(20)의 사이나 중간층(20)내의 각 층간)에서의 층간 박리를 억제할 수 있다.
한편, 일본출원 2011-169608의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 수용된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원, 및 기술규격은, 개개의 문헌, 특허출원, 및 기술규격이 참조에 의해 수용되는 것이 구체적이고 개개에 기록된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서중에 참조에 의해 수용된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
(기재)
저자성(低磁性)의 무배향 금속 테이프 기재(니켈기의 내열·내식 합금인 하스텔로이(등록상표, 헤인즈사 제조))를 준비하였다. 이 때의 소재 형상은 0.25㎜두께×75㎜ 폭이다. 이 테이프 기재를 롤 지름 Φ20㎜의 12단 압연기에 의해서, 0.2㎜ 두께×75㎜ 폭×550m의 테이프 기재로 가공하였다.
이어서, 홈 부착 롤을 이용하여 홈 깊이 50㎛×홈 개구부 폭 1㎜의 U자 홈을 형성하는 것과 함께, 냉간 압연을 행하였다. 이 U자 형상 홈은 폭방향 10㎜ 피치로 7열 배치되어, 길이 방향으로 평행하게 성형되어 있다. 그 후, 냉간압연을 계속하여, 두께 0.1㎜×75㎜ 폭, 홈 열 7열의 테이프 기재를 제조하였다. 이 때의 홈 깊이는 25㎛×홈 상부의 개구부 폭은 1㎜이고, 홈 최하부 폭은 0.7㎜였다. 이 때, 홈 최상부와 최하부의 홈 폭비는 1.42 정도이다.
한편, 냉간압연의 공정의 후반에서, 홈 부착 롤을 이용하여 홈 내부의 형상 성형 가공을 행하였다. 홈의 바닥부의 표면 조도 Ra는 0.05㎛였다.
이 후, 형상 개선을 목적으로 하여 TA(텐션 어닐 처리)를 실시하여, 평탄한 금속 기판을 얻었다. 그 후, 기계적 연마에 의해 금속 테이프 기재 표면을 표면 조도 Ra로 0.0011㎛로 마무리하였다.
(GZO층)
이어서, 표면 조도 Ra로 0.0011㎛로 마무리한 금속 테이프 기재 표면 상에, Gd2Zr2O7(GZO)층(막 두께: 110㎚)을 이온 빔 스퍼터법에 의해, 실온에서 성막하였다.
(IBAD-MgO층, LMO층, CeO2층)
또한, MgO층(막 두께: 3 내지 5㎚)을 IBAD법에 의해 200 내지 300℃에서 성막하고, 이어서 LaMnO3층(막 두께: 30㎚)을 RF 스퍼터법에 의해 600 내지 700℃에서 성막하고, CeO2층(막 두께: 400㎚)을 RF 스퍼터법에 의해 500 내지 600℃에서 성막하였다.
(초전도층)
이어서, MOCVD법에 의해 800℃의 조건하에서, YGdBa2Cu3O7 -d 초전도층을 1㎛의 두께로 성막하였다.
(보호층)
이렇게 해서 얻어진 초전도층상에 보호층으로서의 Ag층을 두께로 15㎛ 적층하였다.
(절단)
테이프 기재 표면의 홈의 위치에서, 슬릿 가공법에 의해 10㎜ 폭×500m×6조의 초전도 선재로 나누어 절단하였다. 또한, 산소류기(酸素流氣)중 550℃에서 산소 어닐을 행하여 초전도 선재를 얻었다.
제조된 초전도 선재에 대해서, 500m×6조(條)에 대해서, 액체 질소에 침지한 상태로, 사단자법(四端子法)을 이용하여 임계 전류(Ic)를 측정하였다. 측정은 1m 피치로 하고, 전압 단자 간격은 1.2m로 하였다. 초전도 선재의 통전(通電) 특성은 1㎶/㎝ 정의로 측정하였다.
임계 전류(Ic)의 전체 측정 위치에서, 290A 이상을 확인하였다.
[실시예 2]
(기재)
저자성의 무배향 금속 테이프 기재(니켈기의 내열·내식 합금인 하스텔로이(등록상표, 헤인즈사 제조))를 준비하였다. 이 때의 소재 형상은 0.25㎜ 두께×30㎜ 폭이다. 이 테이프 기재를 롤 지름 Φ20㎜의 12단 압연기에 의해서, 0.2㎜ 두께×30㎜ 폭×250m의 테이프 기재로 가공하였다.
이어서, 홈 부착 롤을 이용하여 홈 깊이 50㎛×홈 개구부 폭 1㎜의 V자 홈을 형성하는 것과 함께, 냉간압연을 행하였다. 이 V자 형상홈은 폭방향 4㎜ 피치로 6열 배치되어, 길이 방향으로 평행하게 성형되어 있다. 그 후, 냉간압연을 계속하여, 두께 0.1㎜×30㎜ 폭, 홈 열 6열의 테이프 기재를 제조하였다. 이 때의 홈 깊이는 25㎛×홈 상부 개구부 폭은 1㎜였다.
한편, 냉간압연의 공정의 후반에서, 홈 부착 롤을 이용하여 홈 내부의 형상 성형 가공을 행하였다. 홈의 바닥부의 표면 조도 Ra는 0.045㎛였다.
이 후, 형상 개선을 목적으로 하여 TA(텐션 어닐 처리)를 실시하여, 평탄한 금속 기판을 얻었다. 그 후, 기계적 연마에 의해 금속 테이프 기재 표면을 표면 조도 Ra로 0.001㎛로 마무리하였다.
GZO층, IBAD-MgO층, LMO층, CeO2층, 초전도층, 보호층의 형성은, 실시예 1에 기재된 방법에 의해 행하였다.
(절단)
테이프 기재 표면의 홈의 위치에서, 슬릿 가공법에 의해 4㎜ 폭×250m×5조의 초전도 선재로 나누어 절단하였다. 또한, 산소류기 중 550℃에서 산소 어닐을 행하여 초전도 선재를 얻었다.
제조된 초전도 선재에 대해서, 200m×5조에 대해서, 액체 질소에 침지한 상태로, 사단자법을 이용하여 임계 전류(Ic)를 측정하였다. 측정은 1m 피치로 하고, 전압 단자 간격은 1.2m로 하였다. 초전도 선재의 통전 특성은 1㎶/㎝ 정의로 측정하였다.
임계 전류(Ic)의 전체 측정 위치에서, 96A 이상을 확인하였다.
[실시예 3]
(기재)
저자성의 무배향 금속 테이프 기재(니켈기의 내열·내식 합금인 하스텔로이(등록상표, 헤인즈사 제조))를 준비하였다. 이 때의 소재 형상은 0.25㎜ 두께×35㎜ 폭이다. 이 테이프 기재를 롤 지름 Φ20㎜의 12단 압연기에 의해서, 0.2㎜ 두께×35㎜ 폭×250m의 테이프 기재로 가공하였다.
이어서, 홈 부착 롤을 이용하여 홈 깊이 50㎛×홈 개구부 폭 0.5㎜의 V자 홈을 형성하는 것과 함께, 냉간압연을 행하였다. 이 V자 형상홈은 폭방향 2㎜ 피치로 13열 배치되어, 길이 방향으로 평행하게 성형되어 있다. 그 후, 냉간압연을 계속하여, 두께 0.1㎜×35㎜ 폭, 홈 열 13열의 테이프 기재를 제조하였다. 이 때의 홈 깊이는 25㎛×홈 상부 개구부 폭은 0.5㎜였다.
한편, 냉간압연의 공정의 후반에서, 홈 부착 롤을 이용하여 홈 내부의 형상 성형 가공을 행하였다. 홈의 바닥부의 표면 조도 Ra는 0.05㎛였다.
이 후, 형상 개선을 목적으로 하여 TA(텐션 어닐 처리)를 실시하여, 평탄한 금속 기판을 얻었다. 그 후, 기계적 연마에 의해 금속 테이프 기재 표면을 표면 조도 Ra로 0.0012㎛로 마무리하였다.
GZO층, IBAD-MgO층, LMO층, CeO2층, 초전도층, 보호층의 형성은, 실시예 1에 기재된 방법에 의해 행하였다.
(절단)
테이프 기재 표면의 홈의 위치에서, 슬릿 가공법에 의해 8㎜ 폭×250m×3조의 초전도 선재로 나누어 절단하였다. 이 때, 8㎜ 폭의 테이프 기재상에는, 미리 성형한 홈(상기한 13열 홈의 일부)이 2㎜ 피치로 폭방향을 4분할하도록 배치되어 있다. 상기 2㎜ 피치의 홈은 길이 방향으로 평행하게 성형되어 있고, 홈 내부는 똑같은 평활성을 갖고, 돌기 형상이 없고 평탄하게 성형되어 있기 때문에, 전기적으로 초전도층을 절단하는 효과를 가지는 것이라고 생각된다.
또한, 산소류기 중 550℃에서 산소 어닐을 행하여 초전도 선재를 얻었다.
제조된 초전도 선재에 대해서, 200m분에 대해서, 액체 질소에 침지한 상태로, 사단자법을 이용하여 임계 전류(Ic)를 측정하였다. 측정은 1m 피치로 하고, 전압 단자 간격은 1.2m로 하였다. 초전도 선재의 통전 특성은 1㎶/㎝ 정의로 측정하였다.
임계 전류(Ic)의 전체 측정 위치에서, 192A 이상을 확인하였다. 또한, 2㎜ 피치폭의 측정에서는 2㎜ 폭 각각 각 배열로 48A 이상을 확인하였다.
[비교예 1]
(기재)
저자성의 무배향 금속 테이프 기재(니켈기의 내열·내식 합금인 하스텔로이(등록상표, 헤인즈사 제조))를 준비하였다. 이 때의 소재 형상은 0.25㎜ 두께×30㎜ 폭이다. 이 테이프 기재를 롤 지름 Φ20㎜의 12단 압연기에 의해서, 0.1㎜ 두께×30㎜ 폭×250m의 테이프 기재로 가공하였다.
이 후, 형상 개선을 목적으로 하여 TA(텐션 어닐 처리)를 실시하여, 평탄한 금속 기판을 얻었다. 그 후, 기계적 연마에 의해 금속 테이프 기재 표면을 표면 조도 Ra로 0.0011㎛로 마무리하였다.
GZO층, IBAD-MgO층, LMO층, CeO2층, 초전도층, 보호층의 형성은, 실시예 1에 기재된 방법에 의해 행하였다.
(절단)
테이프 기재에 대해, 슬릿 가공법에 의해 4㎜ 폭×300m×5조의 초전도 선재로 나누어 절단하였다. 또한, 산소류기중 550℃에서 산소 어닐을 행하여 초전도 선재를 얻었다.
절단면을 육안으로 관찰한 바, 슬릿 가공의 전단에 의한 것이라고 생각되는 돌기 흔적이 관찰되었다.
제조된 초전도 선재에 대해서, 200m분에 대해서, 액체 질소에 침지한 상태로, 사단자법을 이용하여 임계 전류(Ic)를 측정하였다. 측정은 1m 피치로 하고, 전압 단자 간격은 1.2m로 하였다. 초전도 선재의 통전 특성은 1㎶/㎝정의로 측정하였다.
임계 전류(Ic)의 전체 측정 위치에서, 84A 이상을 확인하였다.
[표 1]
Figure 112014006267460-pct00001
표 1에 실시예 1 내지 3, 비교예 1에 의해서 얻어진 초전도 선재의 초전도 특성을 나타낸다. 실시예 1에서는 10㎜ 폭으로 슬릿한 경우에서도 종래의 선재와 손색없는 임계 전류(Ic)를 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1에 비해 실시예 2에서는, 같은 치수 형상의 경우이더라도 높은 Ic를 가지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 4분할 구조로 한 실시예 3에서도, 1분할된 2㎜ 폭에서의 Ic가 48A가 되어, 분할 구조를 가지지 않은 4㎜ 폭의 실시예 2의 Ic의 꼭 절반의 값인 것을 확인할 수 있었다. 이것은, 분할할 때에 홈 사이의 초전도층 부분의 성능을 떨어뜨리지 않았던 것을 의미한다.
[실시예 4-1 내지 4-11]
저자성의 무배향 금속 테이프 기재(니켈기의 내열·내식 합금인 하스텔로이(등록상표, 헤인즈사 제조))를 준비하였다. 이 때의 소재 형상은 0.25㎜ 두께×35㎜ 폭이다. 이 테이프 기재를 롤 지름 Φ20㎜의 12단 압연기에 의해서, 0.2㎜ 두께×35㎜ 폭×250m의 테이프 기재로 가공하였다.
이어서, 홈 부착 롤을 이용하여 홈 깊이 50㎛×홈 개구부 폭 0.5㎜의 U자 홈을 형성하는 것과 함께, 냉간압연을 행하였다. 이 U자 형상홈은 폭방향 2㎜피치로 13열 배치되어, 길이 방향으로 평행하게 성형되어 있다. 그 후, 냉간압연을 계속하여, 두께 0.1㎜×35㎜ 폭, 홈 열 13열의 테이프 기재를 제조하였다. 이 때의 홈 깊이는 25㎛×홈 상부 개구부 폭은 0.5㎜였다.
한편, 냉간압연의 공정의 후반에서, 홈 부착 롤을 이용하여 홈 내부의 형상 성형 가공을 행하였다. 이 때, 실시예 4-1 내지 4-11에 있어서의 각각의 테이프 기재에 있어서, 홈의 바닥부의 표면 조도 Ra를, 하기 표 2에 나타내는 바와 같이 0.01㎛ 내지 60㎛의 사이에서 조정하였다.
이 후, 형상 개선을 목적으로 하여 TA(텐션 어닐 처리)를 실시하여, 평탄한 금속 기판을 얻었다. 그 후, 기계적 연마에 의해 금속 테이프 기재 표면을 표면 조도 Ra로 0.0012㎛로 마무리하였다.
GZO층, IBAD-MgO층, LMO층, CeO2층, 초전도층, 보호층의 형성 및 절단은, 실시예 3에 기재된 방법에 의해 행하였다.
홈의 바닥부의 표면 조도 Ra가 0.01㎛ 내지 60㎛인 실시예 4-1 내지 4-11의 초전도 선재의 각각에 대해서, 홈부에서의 임계 전류(Ic) 측정을 행하여, 홈부에서의 통전 특성을 평가하였다. 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.
-길이방향의 통전-
여기서, 홈부를 따라 길이방향으로 전류를 흐르게 하여, 홈부의 길이방향의 통전 상황을 평가하였다. 이 때 얻어진 임계 전류(Ic)가 미검출(0A)인 경우에 'A' , Ic를 검출한 경우에 'B'라고 평가하였다.
-폭방향의 통전-
또한, 초전도 선재의 폭방향으로 전류를 흐르게 하여, 폭방향의 통전 상황을 평가하였다. 이 때 얻어진 임계 전류(Ic)가 미검출(0A)인 경우에 'A', Ic를 검출한 경우에 'B'라고 평가하였다.
-초전도 특성-
이 때의 초전도 선재는, 테이프 기재 표면의 홈의 위치에서, 슬릿 가공법에 의해 8㎜ 폭×250m×3조의 초전도 선재로 나누어 절단하였다. 이 때, 8㎜ 폭의 테이프 기재상에는, 미리 성형한 홈(상기한 13열 홈의 일부)이 2㎜ 피치로 폭방향을 4분할하도록 배치되어 있다.
이 초전도 선재를 액체 질소에 침지한 상태로, 사단자법을 이용하여 임계 전류(Ic)를 측정하였다. 측정은 1m 피치로 하고, 전압 단자 간격은 1.2m로 하였다. 초전도 선재의 통전 특성은 1㎶/㎝ 정의로 측정하였다.
측정한 임계 전류(Ic)가 190A 이상인 경우를 'A', 180A 미만인 경우를 'B'라고 평가하였다.
[표 2]
Figure 112014006267460-pct00002
표 2에 기초하여, 이하에 홈의 바닥부의 표면 조도 Ra의 수치 변화에 의한 특성에의 영향을 서술한다.
홈의 바닥부의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 미만인 경우(실시예 4-1)에는, 홈부의 길이방향에 있어서, 근소하지만 임계 전류(Ic)를 검출하였다. 이것은, 홈부에 퇴적한 중간층상의 초전도층이 약간 배향했기 때문에, 전류 패스가 형성되었다고 생각된다. 또한, 홈의 바닥부의 표면 조도 Ra가 0.1㎛ 미만인 경우(실시예 4-1 내지 4-3)에는, 홈부의 폭방향 비연속적으로, 극히 근소하지만 임계 전류(Ic)를 검출하였다. 이것은, 홈부에 퇴적한 중간층상의 초전도층이 약간 배향했기 때문에, 비연속적으로 전류 패스가 형성되었다고 생각된다.
또한, 홈의 바닥부의 표면 조도 Ra가 15㎛를 초과한 경우(실시예 4-9 내지 4-11)에는, 초전도 특성이 저하되어 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 홈내의 매크로한 돌기나, 미립분이 점재하고 있기 때문에, 이들 퇴적 성분 미분체의 비산이나 부착에 의해서, 중간층이 오염되어, 초전도층의 배향성에 영향을 주었기 때문이라고 생각된다.
또한, 홈의 바닥부의 표면 조도 Ra가 50㎛를 넘은 경우(실시예 4-11)에는, 홈부의 폭방향에 있어서 조금이지만 도통하고 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 홈부의 돌기를 기점으로 하여 생긴 이상 방전이나, 상기 퇴적 성분 미분체의 비산, 부착에 의해서 폭방향에 있어서의 전류 패스가 형성되었기 때문이라고 생각된다.
100 : 기재
10, 110 : 기판
20A : 모서리부 피복부
22, 122 : 베드층
24, 124 : 2축 배향층
26, 126 : 제 1 캡층
28, 128 : 제 2 캡층
30, 130 : 초전도층
30A : 모서리부 피복부
40, 140 : 보호층
40A : 모서리부 피복부
50 : 홈(제 1 홈)
52 : 제 2 홈

Claims (18)

  1. 적어도 한쪽 면에 홈이 형성된 기재(基材)를 준비하는 기재 준비 공정과,
    상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 표면에 초전도층(超電導層)을 형성하는 초전도층 형성 공정과,
    상기 홈의 부분에서 상기 기재를 절단하는 절단 공정
    을 가지는 초전도 도체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈의 깊이가, 상기 초전도층의 두께 이상, 상기 기재의 두께 미만인 초전도 도체의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈의 최상부의 개구 면적이 상기 홈의 바닥면의 면적보다 큰 초전도 도체의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈의 내벽면의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 이상인 초전도 도체의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재 준비 공정이, 기판을 준비하는 기판 준비 공정과, 상기 기판 표면에 중간층을 형성하는 중간층 형성 공정을 가지는 초전도 도체의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판의 적어도 한쪽 면에 홈이 형성되고, 상기 중간층 형성 공정은 상기 홈이 형성된 측의 표면에 상기 중간층을 형성하는 초전도 도체의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재 준비 공정은, 상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 면과는 반대측의 면에서, 추가로 제 2 홈이 형성된 기재를 준비하는 초전도 도체의 제조방법.
  8. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 홈이, 상기 기재의 일단(一端)으로부터 타단(他端)까지 연속하여 형성되어 있는 초전도 도체의 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    적어도 상기 중간층 형성 공정 후에, 상기 절단 공정을 행하는 초전도 도체의 제조방법.
  10. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 절단 공정을, 상기 초전도층 형성 공정 후에 행하는 초전도 도체의 제조방법.
  11. 적어도 한쪽 면에 홈을 가지는 기재와, 상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 적어도 홈을 제외한 표면에 형성된 초전도층을 가지되, 상기 초전도층은 상기 기재의 상기 홈의 내벽면과 상기 초전도층이 형성되는 면이 접하는 모서리부(角部)를 덮도록 형성된 초전도 도체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 홈의 깊이가, 상기 초전도층의 두께 이상, 상기 기재의 두께 미만인 초전도 도체.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 홈의 내벽면의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 이상인 초전도 도체.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 기재의 상기 홈이 형성된 측의 면과는 반대측의 면에서, 추가로 제 2 홈을 가지는 초전도 도체.
  15. 제 11 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 홈이, 상기 기재의 일단으로부터 타단까지 연속하여 형성되어 있는 초전도 도체.
  16. 한쪽 면의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 미만이고, 상기 한쪽 면에 홈이 형성되어 있으며, 측면 및 상기 홈의 내벽면 및 바닥면의 표면 조도 Ra가 0.02㎛ 이상인 초전도 도체용 기판.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 홈이 형성된 측의 면과는 반대측의 면에서, 추가로 제 2 홈을 가지는 초전도 도체용 기판.

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