KR20240065095A - 초전도 선재 및 초전도 선재 접속 구조 - Google Patents
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Abstract
초전도 선재는, 기판과, 기판 상에 배치되어 있는 초전도층을 구비한다. 초전도층은, 기판을 향하고 있는 제 1 면과, 제 1 면의 반대 면인 제 2 면을 갖고 있다. 제 2 면은, 산술 평균 거칠기가 20㎚ 이상이고, 최대 높이가 0.25㎛ 이상인 부분을 갖는다.
Description
본 개시는, 초전도 선재 및 초전도 선재 접속 구조에 관한 것이다. 본 출원은, 2021년 9월 27일에 출원한 일본 특허 출원인 2021-156923호에 기초하는 우선권을 주장한다. 당해 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
예컨대 일본 특허 공개 2014-120383호 공보(특허문헌 1)에는, 초전도 선재가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 초전도 선재는, 기재(基材)와, 중간층과, 산화물 초전도층과, 보호층과, 안정화층을 갖고 있다.
중간층은 기재 상에 배치되어 있다. 산화물 초전도층은, 중간층 상에 배치되어 있다. 보호층은, 산화물 초전도층 상에 배치되어 있다. 안정화층은, 보호층 상에 배치되어 있다. 산화물 초전도층의 표면에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 각각, 20㎚ 이하 및 60㎚ 이하로 되어 있다.
본 개시의 초전도 선재는, 기판과, 기판 상에 배치되어 있는 초전도층을 구비하고 있다. 초전도층은, 기판을 향하고 있는 제 1 면과, 제 1 면의 반대 면인 제 2 면을 갖고 있다. 제 2 면은, 산술 평균 거칠기가 20㎚ 이상이고, 최대 높이가 0.25㎛ 이상인 부분을 갖는다.
도 1은 초전도 선재 접속 구조(100)의 단면도이다.
도 2는 변형예에 따른 초전도 선재 접속 구조(100)의 단면도이다.
도 3은 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률의 측정 방법을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 4는 4단자법에 의해 얻은 초전도 선재 접속 구조(100)의 전류-전압 특성을 나타내는 예시적인 플롯이다.
도 2는 변형예에 따른 초전도 선재 접속 구조(100)의 단면도이다.
도 3은 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률의 측정 방법을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 4는 4단자법에 의해 얻은 초전도 선재 접속 구조(100)의 전류-전압 특성을 나타내는 예시적인 플롯이다.
[본 개시가 해결하고자 하는 과제]
초전도 응용 기기를 제작할 때, 복수의 초전도 선재가 땜납 합금 등을 이용하여 서로 접속되는 일이 있다. 복수의 특허문헌 1에 기재된 초전도 선재를 땜납 등을 이용하여 서로 접속하고자 하면, 접속 저항률이 커진다.
본 개시는, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개시는, 복수의 초전도 선재가 서로 접속되었을 때의 접속 저항률을 저감하는 것이 가능한 초전도 선재를 제공하는 것이다.
[본 개시의 효과]
본 개시의 초전도 선재에 의하면, 복수의 초전도 선재가 서로 접속되었을 때의 접속 저항률을 저감하는 것이 가능하다.
[본 개시의 실시형태의 설명]
우선, 본 개시의 실시형태를 열기하여 설명한다.
(1) 실시형태에 따른 초전도 선재는, 기판과, 기판 상에 배치되어 있는 초전도층을 구비하고 있다. 초전도층은, 기판을 향하고 있는 제 1 면과, 제 1 면의 반대 면인 제 2 면을 갖고 있다. 제 2 면은, 산술 평균 거칠기가 20㎚ 이상이고, 최대 높이가 0.25㎛ 이상인 부분을 갖는다.
상기 (1)의 초전도 선재에 의하면, 복수의 초전도 선재가 서로 접속되었을 때의 접속 저항률을 저감하는 것이 가능하다.
(2) 상기 (1)의 초전도 선재에서는, 상기의 제 2 면의 부분의 산술 평균 거칠기가 60㎚ 이상이더라도 좋고, 상기의 제 2 면의 부분의 최대 높이가 0.25㎛ 이상이더라도 좋다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 초전도 선재는, 초전도층 상에 배치되어 있는 보호층을 더 구비하고 있더라도 좋다. 보호층의 구성 재료는, 구리를 포함하고 있더라도 좋다.
상기 (3)의 초전도 선재에 의하면, 복수의 초전도 선재가 서로 접속되었을 때의 접속 불량의 발생을 억제할 수 있다.
(4) 상기 (1) 또는 (2)의 초전도 선재는, 초전도층 상에 배치되어 있는 보호층을 더 구비하고 있더라도 좋다. 보호층의 구성 재료는, 은을 포함하고 있더라도 좋다.
(5) 상기 (4)의 초전도 선재에서는, 보호층이, 초전도 선재의 가장 바깥쪽의 층을 이루고 있더라도 좋다. 보호층의 두께는, 1.0㎛ 이상이더라도 좋다.
상기 (5)의 초전도 선재에 의하면, 복수의 초전도 선재를 땜납 합금을 이용하여 용이하게 접속하는 것이 가능함과 아울러, 복수의 초전도 선재가 서로 접속되었을 때의 접속 불량의 발생을 억제할 수 있다.
(6) 상기 (3) 또는 (4)의 초전도 선재는, 보호층 상에 배치되어 있는 안정화층을 더 구비하고 있더라도 좋다. 안정화층의 구성 재료는, 구리 또는 구리 합금이더라도 좋다.
상기 (6)의 초전도 선재에 의하면, 복수의 초전도 선재가 서로 접속되었을 때의 접속 불량의 발생을 억제할 수 있다.
(7) 상기 (1) 내지 (6)의 초전도 선재에서는, 초전도층의 두께가, 4.5㎛ 이하이더라도 좋다.
상기 (7)의 초전도 선재에 의하면, 초전도 선재를 얇게 하는 것 및 초전도 선재의 제조 비용을 저감하는 것이 가능하다.
(8) 실시형태에 따른 초전도 선재는, 제 1 초전도 선재와, 제 2 초전도 선재와, 접속층을 구비하고 있다. 제 1 초전도 선재는, 제 1 기판과, 제 1 기판 상에 배치되어 있는 제 1 초전도층과, 제 1 초전도층 상에 배치되어 있는 제 1 보호층과, 제 1 보호층 상에 배치되어 있는 제 1 안정화층을 갖고 있다. 제 2 초전도 선재는, 제 2 기판과, 제 2 기판 상에 배치되어 있는 제 2 초전도층과, 제 2 초전도층 상에 배치되어 있는 제 2 보호층과, 제 2 보호층 상에 배치되어 있는 제 2 안정화층을 갖고 있다. 제 1 초전도층은, 제 1 기판을 향하고 있는 제 1 면과, 제 1 면의 반대 면인 제 2 면을 갖고 있다. 제 2 초전도층은, 제 2 기판을 향하고 있는 제 3 면과, 제 3 면의 반대 면인 제 4 면을 갖고 있다. 제 1 안정화층은, 접속층에 의해 제 2 안정화층에 접속되어 있다. 제 2 면은, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 0.25㎛ 이상이 되는 부분을 갖고 있다. 제 4 면은, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 0.25㎛ 이상이 되는 부분을 갖고 있다.
상기 (8)의 초전도 접속 선재 접속 구조에 의하면, 제 1 초전도 선재와 제 2 초전도 선재의 사이의 접속 저항률을 저감하는 것이 가능하다.
[본 개시의 실시형태의 상세]
본 개시의 실시형태의 상세를, 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 도면에서는, 동일하거나 또는 상당하는 부분에 동일한 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는 것으로 한다.
(실시형태에 따른 초전도 선재 접속 구조의 구성)
이하에, 실시형태에 따른 초전도 선재 접속 구조의 구성을 설명한다. 실시형태에 따른 초전도 선재 접속 구조를, 초전도 선재 접속 구조(100)로 한다.
도 1은 초전도 선재 접속 구조(100)의 단면도이다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 초전도 선재 접속 구조(100)는, 제 1 초전도 선재(10)와, 제 2 초전도 선재(20)와, 접속층(30)을 갖고 있다. 도 1에서는, 제 1 초전도 선재(10)의 수 및 제 2 초전도 선재(20)의 수가 각각 1개이지만, 제 1 초전도 선재(10)의 수 및 제 2 초전도 선재(20)의 수는, 각각 복수이더라도 좋다.
제 1 초전도 선재(10)는, 제 1 기판(11)과, 제 1 초전도층(12)과, 제 1 보호층(13)과, 제 1 안정화층(14)을 갖고 있다.
제 1 기판(11)은, 기재(11a)와 중간층(11b)을 갖고 있다. 중간층(11b)은, 기재(11a) 상에 배치되어 있다. 기재(11a)는, 예컨대, 구리(Cu)의 층 및 니켈(Ni)의 층이 스테인리스강으로 이루어진 테이프 상에 적층되어 있는 피복재(cladding material)이다. 중간층(11b)은, 예컨대, 산화세륨(CeO2)의 층, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)의 층 및 이트리아(Y2O3)의 층이 적층되어 있는 층이다. 중간층(11b)은, 예컨대 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성된다.
제 1 초전도층(12)은, 제 1 기판(11) 상에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제 1 초전도층(12)은, 중간층(11b) 상에 배치되어 있다. 제 1 초전도층(12)의 구성 재료는, 예컨대, REBCO이다. REBCO는, REBa2Cu3Ox에 의해 나타내어지는 산화물 초전도체이다. 여기서, RE는, 희토류 원소이다. 제 1 초전도층(12)을 구성하고 있는 REBCO 중의 희토류 원소는, 이트륨(yttrium), 란타넘(lanthanum), 네오디뮴(neodymium), 사마륨(samarium), 유로퓸(europium), 가돌리늄(gadolinium), 디스프로슘(dysprosium), 홀뮴(holmium), 어븀(erbium), 툴륨(thulium), 루테튬(lutetium) 및 이터븀(ytterbium)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다.
제 1 초전도층(12)은, 예컨대, PLD(Pulsed Laser Deposition)에 의해 형성되어 있다. 제 1 초전도층(12)은, MOD(Metal Organic Deposition), MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 또는 진공 증착에 의해 형성되더라도 좋다.
제 1 초전도층(12)은, 제 1 면(12a)과 제 2 면(12b)을 갖고 있다. 제 1 면(12a)은, 중간층(11b)을 향하고 있다. 제 2 면(12b)은, 제 1 면(12a)의 반대 면이다. 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기(Ra)는, 20㎚ 이상이다. 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기는, 25㎚ 이상, 30㎚ 이상, 40㎚ 이상, 60㎚ 이상, 70㎚ 이상 또는 80㎚ 이상이더라도 좋다. 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이(Rz)는, 0.25㎛ 이상이다. 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이는, 0.5㎛ 이상 또는 1.0㎛ 이상이더라도 좋다. 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이의 상한은, 특별히 한정되지 않는다. 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이는, 제 1 보호층(13) 및 제 1 안정화층(14)으로부터 제 1 초전도층(12)이 노출되지 않는 범위에서 선택되면 된다. 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이는, 예컨대, 제 1 보호층(13)의 두께 및 제 1 안정화층(14)의 두께의 합계 이하이다. 또, 최대 높이는, 최대 높이 거칠기라고도 불리지만, 여기서는 최대 높이로 통일한다.
제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이는, KEYENCE CORPORATION의 레이저 현미경 VK-X3050을 이용하여 측정된다. 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이의 측정 조건은, JIS B 0601:2013에 기초하여 결정된다. 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이의 측정에 앞서, 제 1 보호층(13) 및 제 1 안정화층(14)은, 과산화수소수 및 암모니아수를 1:1로 혼합한 수용액을 이용하여 제거된다. 이 수용액에 의한 제 1 보호층(13) 및 제 1 안정화층(14)의 제거는, 제 2 면(12b)의 표면 특성에 영향을 미치지 않는다.
또, 제 1 초전도 선재(10)의 길이 방향에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이의 측정 영역의 위치는, 임의로 선택된다. 이 측정 영역은, 제 1 초전도 선재(10)의 길이 방향에 있어서, 100㎜의 폭을 갖고 있다. 이 측정 영역으로부터는, 2개의 단면 곡선이 취득된다. 제 1 초전도 선재(10)의 폭 방향에 있어서, 이 측정 영역의 중앙은 제 1 초전도 선재(10)의 중앙에 있고, 이 측정 영역의 폭은 제 1 초전도 선재(10)의 폭의 50퍼센트이다. 2개의 단면 곡선으로부터 얻은 산술 평균 거칠기의 평균값이 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기가 되고, 2개의 단면 곡선으로부터 얻은 최대 높이의 평균값이 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이가 된다. 2개의 단면 곡선은, 제 1 초전도 선재(10)의 폭 방향에 있어서, 제 1 초전도 선재(10)의 폭의 5퍼센트 이상 떨어져 있다. 제 2 초전도 선재(20)와의 접속 후에 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이를 측정하는 경우, 상기의 측정 영역은, 제 1 초전도 선재(10)의 길이 방향에 있어서의 접속층(30)으로부터의 거리가 100㎜ 이내가 되는 위치가 된다.
제 2 면(12b)은, 그 전체 면에 걸쳐서, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 및 0.25㎛ 이상으로 되어 있을 필요는 없다. 제 2 면(12b)은, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 및 0.25㎛ 이상으로 되어 있는 부분을 갖고 있으면 된다. 보다 구체적으로는, 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 접속층(30)과 겹치는 위치 및 그 근방에 있어서, 각각 20㎚ 이상 및 0.25㎛ 이상으로 되어 있으면 된다. 또, 접속층(30)과 겹치는 위치의 근방이란, 제 1 초전도 선재(10)의 길이 방향에 있어서의 접속층(30)으로부터의 거리가 100㎜ 이하인 영역이다.
제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기가 60㎚ 이상인 경우에는, 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이는, 0.25㎛ 미만이더라도 좋다.
제 1 초전도층(12)의 두께를, 두께 T1로 한다. 두께 T1은, 4.5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
기재(11a)의 구리의 층에서는, 결정립이 배향되어 있다. 그 때문에, 기재(11a)의 니켈의 층 및 중간층(11b)에서도, 결정립이 배향되어 있다. 그 결과, 제 1 초전도층(12)의 REBCO의 결정립은, 이축 배향되어 있다. 즉, 제 1 초전도층(12)의 REBCO의 a축 및 c축은, 각각, 제 2 면(12b)의 법선에 직교하는 방향 및 제 2 면(12b)의 법선 방향으로 연장된다.
제 1 기판(11)은, 상기의 예로 제한되는 것이 아니다. 기재(11a)는 하스텔로이(등록상표) 재질의 테이프이더라도 좋고, 중간층(11b)은 당해 테이프 상에 IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)에 의해 형성되어 있더라도 좋다.
또, 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 제 1 기판(11)의 종류, 두께 T1, 제 1 초전도층(12)의 성막 방법, 제 1 초전도층(12)의 성막 온도 등을 적당하게 변경하는 것에 의해, 조정할 수 있다. 예컨대, 제 1 초전도층(12)을 MOD로 성막하는 것에 의해, 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 작아진다. 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 제 1 초전도 선재(10)의 길이 방향을 따라 상기의 조건을 변화시키는 것에 의해, 부분적으로 변화시키는 것이 가능하다. 보다 구체적으로는, 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 접속층(30)에 의한 제 2 초전도 선재(20)와의 접속에 제공되는 부분에 있어서만 부분적으로 변화시키는 것이 가능하다. 또, 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이를 제 1 초전도 선재(10)의 길이 방향에 있어서 대략 균일하게 하는 경우, 제조 조건의 제어가 용이해지기 때문에, 제 1 초전도 선재(10)의 제조 비용을 저감할 수 있다.
제 1 보호층(13)의 구성 재료는, 예컨대, 은(Ag)을 포함하고 있다. 제 1 보호층(13)의 구성 재료는, 구리를 포함하고 있더라도 좋다. 제 1 보호층(13)의 구성 재료의 주재료는, 은 또는 구리이더라도 좋다. 또, 주재료란, 구성 재료 중의 50질량 퍼센트 이상을 차지하는 재료이다. 제 1 보호층(13)은, 예컨대, 스퍼터링에 의해 형성되어 있다. 제 1 보호층(13)은, 제 1 초전도층(12) 상에 배치되어 있다. 제 1 보호층(13)의 두께를, 두께 T2로 한다. 두께 T2는, 제 1 보호층(13)의 구성 재료가 은인 경우에는, 1.0㎛ 이상이더라도 좋고, 1.0㎛ 미만이더라도 좋다.
제 1 안정화층(14)의 구성 재료는, 예컨대, 구리를 포함하고 있다. 제 1 안정화층(14)의 구성 재료는, 구리 합금이더라도 좋다. 제 1 안정화층(14)의 구성 재료의 주재료는, 구리이더라도 좋다. 제 1 안정화층(14)은, 제 1 보호층(13) 상에 배치되어 있다. 제 1 안정화층(14)은, 예컨대 도금에 의해 형성되어 있다.
제 2 초전도 선재(20)는, 제 2 기판(21)과, 제 2 초전도층(22)과, 제 2 보호층(23)과, 제 2 안정화층(24)을 갖고 있다.
제 2 기판(21)은, 기재(21a)와, 중간층(21b)을 갖고 있다. 중간층(21b)은, 기재(21a) 상에 배치되어 있다. 기재(21a)는, 예컨대, 구리의 층 및 니켈의 층이 스테인리스강으로 이루어진 테이프 상에 적층되어 있는 피복재이다. 중간층(21b)은, 예컨대 산화세륨의 층, 이트리아 안정화 지르코니아의 층 및 이트리아의 층이 적층되어 있는 층이다. 중간층(21b)은, 예컨대 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성된다.
제 2 초전도층(22)은, 제 2 기판(21) 상에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 제 2 초전도층(22)은, 중간층(21b) 상에 배치되어 있다. 제 2 초전도층(22)의 구성 재료는, 예컨대, REBCO이다. 제 2 초전도층(22)을 구성하고 있는 REBCO 중의 희토류 원소는, 이트륨, 란타넘, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 디스프로슘, 홀뮴, 어븀, 툴륨, 루테튬 및 이터븀으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 원소이다.
제 2 초전도층(22)은, 예컨대, PLD에 의해 형성되어 있다. 제 2 초전도층(22)은, MOD, MOCVD 또는 진공 증착에 의해 형성되더라도 좋다.
제 2 초전도층(22)은, 제 3 면(22a)과 제 4 면(22b)을 갖고 있다. 제 3 면(22a)은, 중간층(21b)을 향하고 있다. 제 4 면(22b)은 제 3 면(22a)의 반대 면이다. 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기는, 20㎚ 이상이다. 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기는, 25㎚ 이상, 30㎚ 이상, 40㎚ 이상, 60㎚ 이상, 70㎚ 이상 또는 80㎚ 이상이더라도 좋다.
제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이는, 0.25㎛ 이상이다. 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이는, 0.5㎛ 이상 또는 1.0㎛ 이상이더라도 좋다. 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이의 상한은, 특별히 한정되지 않는다. 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이는, 제 2 보호층(23) 및 제 2 안정화층(24)으로부터 제 2 초전도층(22)이 노출되지 않는 범위에서 선택되면 된다. 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이는, 예컨대, 제 2 보호층(23)의 두께 및 제 2 안정화층(24)의 두께의 합계 이하이다. 또, 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이는, 각각 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이와 동일한 방법에 의해 측정된다.
제 4 면(22b)은, 그 전체 면에 걸쳐서, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 및 0.25㎛ 이상으로 되어 있을 필요는 없다. 제 4 면(22b)은, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 및 0.25㎛ 이상으로 되어 있는 부분을 갖고 있으면 된다. 보다 구체적으로는, 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 접속층(30)과 겹치는 위치에 있어서, 각각 20㎚ 이상 및 0.25㎛ 이상으로 되어 있으면 된다.
제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기가 60㎚ 이상인 경우에는, 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이는, 0.25㎛ 미만이더라도 좋다.
제 2 초전도층(22)의 두께를, 두께 T3으로 한다. 두께 T3은, 4.5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
기재(21a)의 구리의 층에서는, 결정립이 배향되어 있다. 그 때문에, 기재(21a)의 니켈의 층 및 중간층(21b)에서도, 결정립이 배향되어 있다. 그 결과, 제 2 초전도층(22)의 REBCO의 결정립은, 이축 배향되어 있다. 즉, 제 2 초전도층(22)의 REBCO의 a축 및 c축은, 각각, 제 4 면(22b)의 법선에 직교하는 방향 및 제 4 면(22b)의 법선 방향으로 연장된다.
제 2 기판(21)은, 상기의 예로 제한되는 것이 아니다. 기재(21a)는 하스텔로이(등록상표) 재질의 테이프이더라도 좋고, 중간층(21b)은 당해 테이프 상에 IBAD에 의해 형성되어 있더라도 좋다.
또, 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 제 2 기판(21)의 종류, 두께 T3, 제 2 초전도층(22)의 성막 방법, 제 2 초전도층(22)의 성막 온도 등을 적당하게 변경하는 것에 의해, 조정할 수 있다. 예컨대, 제 2 초전도층(22)을 MOD로 성막하는 것에 의해, 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 작아진다. 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 제 2 초전도 선재(20)의 길이 방향을 따라 상기의 조건을 변화시키는 것에 의해, 부분적으로 변화시키는 것이 가능하다. 보다 구체적으로는, 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이는, 접속층(30)에 의한 제 1 초전도 선재(10)와의 접속에 제공되는 부분에 있어서만 부분적으로 변화시키는 것이 가능하다. 또, 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이를 제 2 초전도 선재(20)의 길이 방향에 있어서 대략 균일하게 하는 경우, 제조 조건의 제어가 용이해지기 때문에, 제 2 초전도 선재(20)의 제조 비용을 저감할 수 있다.
제 2 보호층(23)의 구성 재료는, 예컨대 은을 포함하고 있다. 제 2 보호층(23)의 구성 재료는 구리를 포함하고 있더라도 좋다. 제 2 보호층(23)의 구성 재료의 주재료는, 은 또는 구리이더라도 좋다. 제 2 보호층(23)은, 예컨대, 스퍼터링에 의해 형성되어 있다. 제 2 보호층(23)은, 제 2 초전도층(22) 상에 배치되어 있다. 제 2 보호층(23)의 두께를, 두께 T4로 한다. 두께 T4는, 제 2 보호층(23)이 은에 의해 형성되어 있는 경우에는, 1.0㎛ 이상이더라도 좋고, 1.0㎛ 미만이더라도 좋다.
제 2 안정화층(24)의 구성 재료는, 예컨대, 구리를 포함하고 있다. 제 2 안정화층(24)의 구성 재료는, 구리 합금이더라도 좋다. 제 2 안정화층(24)의 구성 재료의 주재료는, 구리이더라도 좋다. 제 2 안정화층(24)은, 제 2 보호층(23) 상에 배치되어 있다. 제 2 안정화층(24)은, 예컨대, 도금에 의해 형성되어 있다.
도 2는 변형예에 따른 초전도 선재 접속 구조(100)의 단면도이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 제 1 초전도 선재(10)는 제 1 안정화층(14)을 갖고 있지 않더라도 좋고, 제 2 초전도 선재(20)는 제 2 안정화층(24)을 갖고 있지 않더라도 좋다. 즉, 제 1 초전도 선재(10)에서는 제 1 보호층(13)이 가장 바깥쪽의 층으로 되어 있더라도 좋고, 제 2 초전도 선재(20)에서는 제 2 보호층(23)이 가장 바깥쪽의 층으로 되어 있더라도 좋다. 이 경우, 두께 T2 및 두께 T4는, 1.0㎛ 이상인 것이 바람직하다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 제 1 초전도 선재(10)는, 적어도 부분적으로, 제 2 초전도 선재(20)에 겹쳐 배치되어 있다. 제 1 안정화층(14)은, 적어도 부분적으로, 제 2 안정화층(24)을 마주 보고 있다. 보다 구체적으로는, 제 1 초전도 선재(10)의 길이 방향에 있어서의 단부에 있는 제 1 안정화층(14)은, 제 2 초전도 선재(20)의 길이 방향에 있어서의 단부에 있는 제 2 안정화층(24)을 마주 보고 있다.
접속층(30)은, 예컨대, 주석(Sn) 합금 등의 땜납 합금이다. 접속층(30)은, 서로 마주 보고 있는 제 1 안정화층(14) 및 제 2 안정화층(24)의 사이에 배치되는 것에 의해 제 1 안정화층(14)과 제 2 안정화층(24)을 접속하고 있다. 이것에 의해, 제 1 초전도층(12)과 제 2 초전도층(22)이, 정상 전도 상태에서 접속되어 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 제 1 초전도 선재(10)가 제 1 안정화층(14)을 갖고 있지 않고, 제 2 초전도 선재(20)가 제 2 안정화층(24)을 갖고 있지 않은 경우, 접속층(30)은, 서로 마주 보고 있는 제 1 보호층(13) 및 제 2 보호층(23)의 사이에 배치되는 것에 의해, 제 1 보호층(13)과 제 2 보호층(23)을 접속하고 있다.
제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률은, 200nΩ·㎠ 이하인 것이 바람직하다. 또, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률은, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항에 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 접속 면적을 곱한 값이다. 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20)를 접속층(30)에 의해 접속한 샘플을 3개 제작하고, 각각의 샘플에 대하여 측정한 접속 저항률의 평균값이 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 된다. 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률은, 4단자법에 의해 측정된다.
도 3은 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률의 측정 방법을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다. 도 4는 4단자법에 의해 얻은 초전도 선재 접속 구조(100)의 전류-전압 특성을 나타내는 예시적인 플롯이다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률의 측정에서는, 첫째로, 전원에 접속되어 있는 제 1 단자 및 제 2 단자가, 각각, 제 1 안정화층(14) 및 제 2 안정화층(24)에 접속된다. 둘째로, 전압계에 접속되어 있는 제 3 단자 및 제 4 단자가, 각각, 제 1 안정화층(14) 및 제 2 안정화층(24)에 접속된다. 제 3 단자의 접속 위치는 제 1 단자의 접속 위치보다 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 접속부에 가깝고, 제 4 단자의 접속 위치는 제 2 단자의 접속 위치보다 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 접속부에 가깝다. 상기의 전압계는, 예컨대, KEITHLEY에서 제조한 2182A NANOVOLTMETER이다.
셋째로, 초전도 선재 접속 구조(100)를 액체질소에 의해 77K로 냉각한 상태에서, 전원이 제 1 단자와 제 2 단자의 사이에 흐르는 전류를 변화시키면서, 전압계가 제 3 단자와 제 4 단자의 사이에 있어서의 전압을 측정한다. 이것에 의해, 도 4에 도시되는 바와 같은 전류-전압 특성의 플롯이 획득된다. 획득된 전류-전압 특성의 플롯에 기초하여, 전류-전압 특성의 기울기가 산출된다. 이 기울기가, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항이 된다. 넷째로, 이 접속 저항에 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 접속 면적을 곱하는 것에 의해, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 획득된다. 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 접속 면적은, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)가 접속층(30)에 의해 접속되어 있는 면적이다. 또한, 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20)의 폭이 동일하고, 제 1 초전도 선재 및 제 2 초전도 선재(20)가 폭 방향의 전체에 걸쳐서 접속층(30)에 의해 접속되어 있는 경우, 제 1 초전도 선재와 제 2 초전도 선재(20)의 접속 면적은, 제 1 초전도 선재(10)(제 2 초전도 선재(20))의 폭과 접속 길이의 곱이다. 접속 길이는, 접속층(30)에 의해 접속되어 있는 제 1 초전도 선재(10)(제 2 초전도 선재(20))의 부분의 길이이다. 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20) 중 한쪽의 폭이 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20) 중 다른 쪽의 폭보다 작은 경우, 접속 면적은, 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20) 중 폭이 작은 쪽의 폭과 접속 길이의 곱이다. 또, 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20)가 각각 제 1 안정화층(14) 및 제 2 안정화층(24)을 갖지 않는 경우, 상기의 제 1 단자 및 제 3 단자는 제 1 보호층(13)에 접속되고, 제 2 단자 및 제 4 단자는 제 2 보호층(23)에 접속된다. 상기의 접속 길이는, 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20)의 폭에 따라 달라지지만, 예컨대, 0.5㎝ 이상 10㎝ 이하이다. 또한, 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20)의 폭은, 예컨대, 0.3㎜ 이상 5㎜ 이하이다.
(실시형태에 따른 초전도 선재 접속 구조의 효과)
이하에, 초전도 선재 접속 구조(100)의 효과를 설명한다.
본 발명자가 집중적으로 검토한 바에 따르면, 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이와 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 작으면, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)를 접속층(30)에 의해 접속하였을 때에 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 커진다.
초전도 선재 접속 구조(100)에서는, 제 2 면(12b)에 있어서의 산술 평균 거칠기 및 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기가 각각 20㎚ 이상으로 되어 있고, 제 2 면(12b)에 있어서의 최대 높이 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이가 각각 0.25㎛ 이상으로 되어 있다. 그 때문에, 초전도 선재 접속 구조(100)에 의하면, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률을 저감할 수 있다.
제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)를 땜납 합금에 의해 접속할 때, 제 1 초전도 선재(10)의 가장 바깥쪽의 층 및 제 2 초전도 선재(20)의 가장 바깥쪽의 층이, 용융된 땜납 합금 중에 용해된다. 이 용해가 진행되고, 용해된 땜납 합금이 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)까지 도달하면, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 접속이 달성되지 않는 일이 있다.
제 1 안정화층(14)의 구성 재료가 구리 또는 구리 합금인 경우에는, 제 1 초전도 선재(10)의 가장 바깥쪽의 층은, 구리를 주성분으로 하는 층이 된다. 또한, 제 2 안정화층(24)의 구성 재료가 구리 또는 구리 합금인 경우에는, 제 2 초전도 선재(20)의 가장 바깥쪽의 층은, 구리를 주성분으로 하는 층이 된다. 구리는, 은에 비하여, 용융된 땜납 합금 중에 용해되기 어렵다.
그 때문에, 제 1 안정화층(14)의 구성 재료 및 제 2 안정화층(24)의 구성 재료가 구리 또는 구리 합금인 경우에는, 상기의 용해로 인한 접속 불량의 발생을 억제할 수 있다. 제 1 보호층(13)의 구성 재료 및 제 2 보호층(23)의 구성 재료가 구리를 포함하고 있는 경우에는, 상기의 용해가 더 진행되기 어려워진다.
제 1 초전도 선재(10)의 가장 바깥쪽의 층의 구성 재료 및 제 2 초전도 선재(20)의 가장 바깥쪽의 층의 구성 재료가 은을 포함하고 있는 경우, 즉, 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20)가 각각 제 1 안정화층(14) 및 제 2 안정화층(24)을 갖고 있지 않고, 제 1 보호층(13)의 구성 재료 및 제 2 보호층(23)의 구성 재료가 은을 포함하고 있는 경우에는, 땜납 합금에 의한 접속을 행하기 쉽다. 한편, 은은 용융된 땜납 합금 중에 용해되기 쉽기 때문에, 두께 T2 및 두께 T4가 작으면, 용융된 땜납 합금이 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 근방까지 도달하여 버린다. 용융된 땜납 합금이 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 근방까지 도달하면, 땜납 합금과 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 밀착성이 낮기 때문에, 접속 불량을 발생시킬 우려가 있다. 두께 T2 및 두께 T4를 1㎛ 이상으로 하는 것에 의해, 상기의 용해로 인한 접속 불량의 발생을 억제할 수 있다.
두께 T1 및 두께 T3이 4.5㎛ 이하인 경우에는, 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20)를 얇게 할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 제 1 초전도 선재(10) 및 제 2 초전도 선재(20)의 제조 비용을 저감할 수 있다.
(제 1 시험)
이하에, 제 1 시험을 설명한다.
제 1 시험에는, 초전도 선재 접속 구조의 샘플로서, 샘플 1 내지 샘플 19가 제공되었다. 샘플 1 내지 샘플 19에서는, 제 1 기판(11) 및 제 2 기판(21)의 종류, 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 성막 방법, 두께 T1 및 두께 T3, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이, 접속 길이가 변화되었다. 샘플 1 내지 샘플 19의 상세는, 표 1 및 표 2에 나타나 있다. 또, 샘플 1 내지 샘플 19에서는, 제 1 보호층(13)의 구성 재료 및 제 2 보호층(23)의 구성 재료가 은이고, 제 1 안정화층(14)의 구성 재료 및 제 2 안정화층(24)의 구성 재료가 구리였다. 샘플 1 내지 샘플 19에서는, 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 폭은 4㎜이고, 이것에 표 1 및 표 2에 나타내어지는 접속 길이를 곱한 값이, 접속 저항률의 산출에 이용되는 접속 면적이었다.
또, 표 1 및 표 2 중의 "배향 금속"은, 기재(11a) 및 기재(21a)에 스테인리스강으로 이루어진 테이프에 구리의 층 및 니켈의 층이 피복되어 있는 피복재가 이용되고 있는 것을 의미하고 있다. 또한, 표 1 및 표 2 중의 "IBAD"는, 중간층(11b) 및 중간층(21b)이 IBAD에 의해 형성되어 있는 것을 의미하고 있다.
제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기가 20㎚ 이상인 것을, 조건 A로 한다. 또한, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이가 0.25㎛ 이상인 것을, 조건 B로 한다. 샘플 1 내지 샘플 16 및 샘플 19에서는, 조건 A 및 조건 B의 양쪽이 충족되었다. 샘플 17 및 샘플 18에서는, 조건 A 및 조건 B 중 적어도 한쪽이 충족되지 않았다.
제 1 시험에서는, 샘플 1 내지 샘플 19에 있어서의 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 측정되었다. 샘플 1 내지 샘플 16 및 샘플 19에 있어서는, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 200nΩ·㎠ 이하였다. 샘플 17 및 샘플 18에 있어서는, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 200nΩ·㎠를 넘었다. 이 비교로부터, 조건 A 및 조건 B의 양쪽이 충족되는 것에 의해 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 저감되는 것이, 실험적으로 분명해졌다.
(제 2 시험)
제 2 시험에는, 초전도 선재 접속 구조의 샘플로서 샘플 20 내지 샘플 29가 제공되었다. 샘플 20 내지 샘플 29에서는, 제 1 기판(11) 및 제 2 기판(21)의 종류, 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 성막 방법, 두께 T1 및 두께 T3, 두께 T2 및 두께 T4, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이, 접속 길이가 변화되었다. 샘플 20 내지 샘플 29의 상세는, 표 3에 나타나 있다. 표 3에는 나타나 있지 않지만, 비교예로서, 샘플 30이 준비되었다. 비교예에서는, 두께 T2 및 두께 T4가, 0.5㎛였다. 샘플 20 내지 샘플 29에서는, 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 폭은 4㎜이고, 이것에 표 3에 나타내어지는 접속 길이를 곱한 값이, 접속 저항률의 산출에 이용되는 접속 면적이었다.
샘플 20 내지 샘플 30에서는, 제 1 초전도 선재(10)가 제 1 안정화층(14)을 갖고 있지 않고, 제 2 초전도 선재(20)가 제 2 안정화층(24)을 갖고 있지 않다. 샘플 20 내지 샘플 30에서는, 제 1 보호층(13) 및 제 2 보호층(23)이, 은에 의해 형성되었다. 즉, 샘플 20 내지 샘플 30은, 도 2에 도시되는 구조를 갖고 있다.
샘플 20 내지 샘플 28에서는, 조건 A 및 조건 B의 양쪽이 충족되고 있는 것에 더하여, 두께 T2 및 두께 T4가 1.0㎛ 이상이었다. 또한, 샘플 20 내지 샘플 28에 있어서는, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 200nΩ·㎠ 이하로 되어 있었다.
샘플 29에서는, 조건 A 및 조건 B 중 한쪽이 충족되지 않았다. 샘플 29에 있어서는, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속은 달성되었지만, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 200nΩ·㎠를 넘었다. 샘플 30에서는, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속이 달성되지 않았다.
이 비교로부터, 제 1 초전도 선재(10)의 가장 바깥쪽의 층인 제 1 보호층(13)의 구성 재료 및 제 2 초전도 선재(20)의 가장 바깥쪽의 층인 제 2 보호층(23)의 구성 재료가 은을 포함하고 있는 경우에도, 두께 T2 및 두께 T4를 1.0㎛ 이상으로 하는 것에 의해 제 1 보호층(13) 및 제 2 보호층(23)의 용해로 인한 접속 불량의 발생을 억제할 수 있는 것이, 실험적으로 분명해졌다.
샘플 1, 샘플 2, 샘플 3, 샘플 4 및 샘플 5는, 제 1 기판(11) 및 제 2 기판(21)의 종류, 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 성막 방법, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)의 산술 평균 거칠기 및 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)의 최대 높이에 관하여, 각각, 샘플 22, 샘플 23, 샘플 24, 샘플 25 및 샘플 26과 동일하다.
샘플 1, 샘플 2, 샘플 3, 샘플 4 및 샘플 5는, 제 1 초전도 선재(10)의 가장 바깥쪽의 층이 제 1 안정화층(14)인 것 및 제 2 초전도 선재(20)의 가장 바깥쪽의 층이 제 2 안정화층(24)인 것, 즉, 제 1 초전도 선재(10)의 가장 바깥쪽의 층의 구성 재료 및 제 2 초전도 선재(20)의 가장 바깥쪽의 층의 구성 재료가 구리를 포함하고 있는 것에 관하여, 각각, 샘플 22, 샘플 23, 샘플 24, 샘플 25 및 샘플 26과 상이하다.
샘플 1, 샘플 2, 샘플 3, 샘플 4 및 샘플 5는, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이, 각각, 샘플 22, 샘플 23, 샘플 24, 샘플 25 및 샘플 26보다 낮게 되어 있다.
이 비교로부터, 제 1 초전도 선재(10)의 가장 바깥쪽의 층의 구성 재료 및 제 2 초전도 선재(20)의 가장 바깥쪽의 층의 구성 재료가 구리를 포함하고 있는 것에 의해, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속성이 개선되고, 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 저감되는 것이, 실험적으로 분명해졌다.
(제 3 시험)
이하에, 제 3 시험을 설명한다.
제 3 시험에는, 초전도 선재 접속 구조의 샘플로서 샘플 31 및 샘플 32가 제공되었다. 샘플 31 및 샘플 32에서는, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이, 접속 길이가 변화되었다. 샘플 31 및 샘플 32에서는, 두께 T1 및 두께 T2가 3㎛이고, 중간층(11b) 및 중간층(21b)이 IBAD에 의해 형성되고, 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)이 MOD에 의해 성막되었다.
샘플 31 및 샘플 32의 상세는, 표 4에 나타나 있다. 샘플 31 및 샘플 32에서는, 제 1 보호층(13)의 구성 재료 및 제 2 보호층(23)의 구성 재료가 은이고 제 1 안정화층(14)의 구성 재료 및 제 2 안정화층(24)의 구성 재료가 구리였다. 샘플 31 및 샘플 32에서는, 제 1 초전도층(12) 및 제 2 초전도층(22)의 폭은 4㎜이고, 이것에 표 4에 나타내어지는 접속 길이를 곱한 값이, 접속 저항률의 산출에 이용되는 접속 면적이었다.
샘플 31 및 샘플 32에서는, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기가 60㎚ 이상이었지만, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이가 0.25㎛ 미만이었다. 샘플 31 및 샘플 32의 접속 저항률은, 200nΩ·㎠ 이하였다. 이 비교로부터, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 산술 평균 거칠기가 60㎚ 이상인 경우에는, 제 2 면(12b) 및 제 4 면(22b)에 있어서의 최대 높이가 0.25㎛ 미만이더라도 제 1 초전도 선재(10)와 제 2 초전도 선재(20)의 사이의 접속 저항률이 저감되는 것이, 실험적으로 분명해졌다.
상기의 실시형태는, 이하와 같은 양태를 포함한다.
[부기 1]
초전도 선재는, 기판과, 기판 상에 배치되어 있는 초전도층을 구비한다. 초전도층은, 기판을 향하고 있는 제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대 면인 제 2 면을 갖는다. 제 2 면은, 산술 평균 거칠기가 60㎚ 이상인 부분을 갖는다.
[부기 2]
초전도 선재 접속 구조는, 제 1 초전도 선재와, 제 2 초전도 선재와, 접속층을 구비한다. 제 1 초전도 선재는, 제 1 기판과, 제 1 기판 상에 배치되어 있는 제 1 초전도층과, 제 1 초전도층 상에 배치되어 있는 제 1 보호층을 갖는다. 제 2 초전도 선재는, 제 2 기판과, 제 2 기판 상에 배치되어 있는 제 2 초전도층과, 제 2 초전도층 상에 배치되어 있는 제 2 보호층을 갖는다. 제 1 초전도층은, 제 1 기판을 향하고 있는 제 1 면과, 제 1 면의 반대 면인 제 2 면을 갖는다. 제 2 초전도층은, 제 2 기판을 향하고 있는 제 3 면과, 제 3 면의 반대 면인 제 4 면을 갖는다. 제 1 보호층은, 접속층에 의해 제 2 보호층에 접속되어 있다. 제 2 면은, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 0.25㎛ 이상이 되는 부분을 갖는다. 제 4 면은, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 0.25㎛ 이상이 되는 부분을 갖는다.
[부기 3]
부기 2에 기재된 초전도 선재 접속 구조에서는, 제 1 보호층의 구성 재료 및 제 2 보호층의 구성 재료가, 은을 포함하고 있다.
[부기 4]
부기 3에 기재된 초전도 선재 접속 구조에서는, 제 1 보호층의 두께 및 제 2 보호층의 두께가, 1.0㎛ 이상으로 되어 있다.
이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이고, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태가 아닌 청구의 범위에 의해 나타내어지고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
10: 제 1 초전도 선재, 11: 제 1 기판, 11a: 기재, 11b: 중간층, 12: 제 1 초전도층, 12a: 제 1 면, 12b: 제 2 면, 13: 제 1 보호층, 14: 제 1 안정화층, 20: 제 2 초전도 선재, 21: 제 2 기판, 21a: 기재, 21b: 중간층, 22: 제 2 초전도층, 22a: 제 3 면, 22b: 제 4 면, 23: 제 2 보호층, 24: 제 2 안정화층, 30: 접속층, 100: 초전도 선재 접속 구조, T1, T2, T3, T4: 두께
Claims (8)
- 초전도 선재로서,
기판과,
상기 기판 상에 배치되어 있는 초전도층
을 구비하고,
상기 초전도층은, 상기 기판을 향하고 있는 제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대 면인 제 2 면을 갖고,
상기 제 2 면은, 산술 평균 거칠기가 20㎚ 이상이고, 최대 높이가 0.25㎛ 이상인 부분을 갖는
초전도 선재. - 제 1 항에 있어서,
상기 부분은, 산술 평균 거칠기가 60㎚ 이상이고, 최대 높이가 0.25㎛ 이상인 초전도 선재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 초전도층 상에 배치되어 있는 보호층을 더 구비하고,
상기 보호층의 구성 재료는, 구리를 포함하는
초전도 선재. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 초전도층 상에 배치되어 있는 보호층을 더 구비하고,
상기 보호층의 구성 재료는, 은을 포함하는
초전도 선재. - 제 4 항에 있어서,
상기 보호층은, 상기 초전도 선재의 가장 바깥쪽의 층을 이루고 있고,
상기 보호층의 두께는, 1.0㎛ 이상인
초전도 선재. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 보호층 상에 배치되어 있는 안정화층을 더 구비하고,
상기 안정화층의 구성 재료는, 구리 또는 구리 합금인
초전도 선재. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초전도층의 두께는, 4.5㎛ 이하인 초전도 선재. - 제 1 초전도 선재와,
제 2 초전도 선재와,
접속층
을 구비하고,
상기 제 1 초전도 선재는, 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 배치되어 있는 제 1 초전도층과, 상기 제 1 초전도층 상에 배치되어 있는 제 1 보호층과, 상기 제 1 보호층 상에 배치되어 있는 제 1 안정화층을 갖고,
상기 제 2 초전도 선재는, 제 2 기판과, 상기 제 2 기판 상에 배치되어 있는 제 2 초전도층과, 상기 제 2 초전도층 상에 배치되어 있는 제 2 보호층과, 상기 제 2 보호층 상에 배치되어 있는 제 2 안정화층을 갖고,
상기 제 1 초전도층은, 상기 제 1 기판을 향하고 있는 제 1 면과, 상기 제 1 면의 반대 면인 제 2 면을 갖고,
상기 제 2 초전도층은, 상기 제 2 기판을 향하고 있는 제 3 면과, 상기 제 3 면의 반대 면인 제 4 면을 갖고,
상기 제 1 안정화층은, 상기 접속층에 의해 상기 제 2 안정화층에 접속되어 있고,
상기 제 2 면은, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 0.25㎛ 이상이 되는 부분을 갖고 있고,
상기 제 4 면은, 산술 평균 거칠기 및 최대 높이가 각각 20㎚ 이상 0.25㎛ 이상이 되는 부분을 갖고 있는
초전도 선재 접속 구조.
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