WO2011004684A1 - 基板および超電導線材の製造方法 - Google Patents

基板および超電導線材の製造方法 Download PDF

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treating
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肇 太田
昌也 小西
高史 山口
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住友電気工業株式会社
東洋鋼鈑株式会社
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a substrate and a method for manufacturing a superconducting wire.
  • a ceramic thin film intermediate layer is formed on a metal substrate, and a superconducting layer is formed thereon.
  • a superconducting layer is formed thereon.
  • Patent Document 1 an oxide layer on the surface of an oriented metal substrate is removed, and thin films such as an intermediate layer and a superconducting layer are epitaxially grown while maintaining the biaxial orientation of the oriented metal substrate. How to do is described.
  • an object of the present invention is to provide a method for producing a substrate and a method for producing a superconducting wire capable of improving the orientation and flatness of the nickel plating layer surface.
  • the present invention provides a nickel layer after a step of preparing a substrate having a nickel layer formed on a copper layer using a plating method, a step of heat-treating the nickel layer at 800 to 1000 ° C., and a step of heat-treating the nickel layer And a step of epitaxially growing an intermediate layer thereon.
  • a substrate having improved orientation and flatness of the nickel layer surface can be obtained by heat-treating the nickel layer at 800 to 1000 ° C. Moreover, it can suppress that a copper atom diffuses from a copper layer to the nickel layer surface in the case of heat processing.
  • the step of heat-treating the nickel layer is preferably performed in a reducing atmosphere.
  • the oxide film formed on the surface of the nickel layer can be removed.
  • the step of heat-treating the nickel layer is performed under an atmosphere of a gas containing hydrogen under reduced pressure.
  • the oxide film formed on the nickel layer surface can be more effectively removed.
  • the present invention provides a nickel layer after a step of preparing a substrate having a nickel layer formed on a copper layer using a plating method, a step of heat-treating the nickel layer at 800 to 1000 ° C., and a step of heat-treating the nickel layer
  • a method of manufacturing a superconducting wire comprising a step of epitaxially growing an intermediate layer thereon and a step of forming a superconducting layer on the intermediate layer.
  • a substrate having improved nickel layer surface orientation and flatness can be obtained by heat-treating the nickel layer at 800 to 1000 ° C.
  • a superconducting wire with improved flatness can be obtained.
  • a substrate with improved orientation and flatness of the nickel layer surface and a superconducting wire with improved orientation and flatness of the superconducting layer can be obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing a substrate 1 according to an embodiment of the present invention.
  • substrate 1 in one embodiment of this invention uses the plating method as shown in FIG.1 (b) on Cu layer 2 as shown in FIG.1 (a).
  • Step of preparing a substrate> As shown in FIG.1 (b), specifically, the base material with which the Ni layer 3 was formed on the Cu layer 2 using the plating method is prepared first.
  • the Cu layer 2 is suitable for an alignment substrate because Cu atoms are biaxially oriented.
  • the term “biaxially oriented” includes not only complete biaxial orientation but also a case where the crystal axis shift angle is 25 ° or less.
  • the orientation is preferably such that the ⁇ 100> axis is oriented in the direction perpendicular to the substrate surface and the ⁇ 010> axis is oriented in the length direction of the substrate.
  • the Cu layer 2 can be laminated on another metal or alloy.
  • the Cu layer 2 can be provided on stainless steel (hereinafter referred to as SUS), which is a high-strength material.
  • the Cu layer 2 can have a long tape-like shape.
  • the Ni layer 3 is formed on the Cu layer 2 using a plating method. Examples of the plating method include an electrolytic plating method and an electroless plating method. In consideration of efficient and continuous processing, the electrolytic plating method is preferable.
  • the Ni layer 3 is a layer for preventing oxidation when the intermediate layer 4 is formed. When the Cu layer 2 is oriented, the Ni layer 3 formed thereon is also oriented.
  • the thickness of the Ni layer 3 is preferably 1 to 10 ⁇ m, and more preferably 1 to 3 ⁇ m.
  • the thickness is 1 ⁇ m or more, Cu atoms can be prevented from diffusing to the surface of the Ni layer even when heat of about 800 to 1000 ° C. is applied in the step of heat-treating the Ni layer 3 described later. For this reason, it is possible to effectively exhibit the function of the Ni layer 3 that is not easily oxidized and has good lattice matching with the intermediate layer 4. If the thickness of the Ni layer 3 exceeds 10 ⁇ m, the orientation of the epitaxial growth of the Ni layer 3 may be greatly broken, which is not preferable.
  • the step of heat-treating the Ni layer 3 is preferably performed in a reducing atmosphere.
  • the heat treatment in a reducing atmosphere refers to heat treatment in a reducing atmosphere sufficient to remove the oxide layer formed on the surface of the oriented metal substrate.
  • Under reducing atmosphere means, for example, the presence of a reducing gas such as hydrogen (H 2 ) gas under reduced pressure.
  • Under reduced pressure is a pressure lower than atmospheric pressure, and is preferably 1 to 10 Pa, for example.
  • the H 2 gas should be 1 mol% or more. Preferably, it is 3 mol% or more.
  • the temperature for heat-treating the Ni layer 3 is preferably 800 to 1000 ° C.
  • the heat treatment temperature is less than 800 ° C.
  • the orientation and flatness of the Ni layer 3 are not sufficiently improved.
  • the temperature exceeds 1000 ° C. Ni and Cu diffuse and form a complete alloy, so that Cu diffuses on the Ni layer surface. Since Cu is easily oxidized, the orientation and flatness of the surface of the Ni layer 3 cannot be improved.
  • the time for heat-treating the Ni layer 3 is not particularly limited, but is preferably 15 minutes or more. If the heat treatment time is less than 15 minutes, the orientation and flatness of the Ni layer 3 are not sufficiently improved.
  • the intermediate layer 4 is epitaxially grown on the heat-treated Ni layer 3 to obtain the substrate 1.
  • a metal oxide having one or more metal elements having a pyrochlore type, a meteorite type, a rock salt type or a perovskite type crystal structure is preferably used.
  • the rare earth element oxide such as CeO 2, YSZ (yttria-stabilized zirconia), BZO (BaZrO 3), STO (SrTiO 3), Al 2 O 3, YAlO 3, MgO, Ln-M-O -based Compounds (Ln is one or more lanthanoid elements, M is one or more elements selected from Sr, Zr and Ga, and O is oxygen).
  • Such an oxide alleviates the difference in crystal constant and crystal orientation between the Cu layer 2 which is an oriented metal substrate and the superconducting layer 5 formed on the intermediate layer 4, and metal atoms from the Cu layer 2 to the superconducting layer. It plays a role in preventing the outflow.
  • the method for forming the oxide thin film to be the intermediate layer 4 is not particularly limited as long as it does not contradict the object of the present invention.
  • a method such as a pulse laser deposition method or a thermal evaporation method is preferably used.
  • a CeO 2 thin film is formed as an intermediate layer 4 on the Ni layer 3 that is biaxially oriented in the direction in which the ⁇ 100> axis after the heat treatment is perpendicular to the substrate surface and the ⁇ 010> axis is in the length direction of the substrate. is grown epitaxially, the ⁇ 100> axis is the direction perpendicular to the substrate surface, ⁇ 011> axes CeO 2 thin film is formed which is aligned in a lengthwise direction of the substrate, high CeO 2 thin film biaxial orientation is obtained It is done.
  • the intermediate layer 4 has good orientation and flatness, so that the superconducting layer 5 having high biaxial orientation can be obtained.
  • Superconducting layer 5 has a long tape-like shape.
  • the superconducting layer 5 is made of REBa 2 Cu 3 O y (y is 6 to 8, more preferably about 7, RE is Y (yttrium), or rare earth such as Gd (gadolinium), Sm (samarium), Ho (holmium), etc.
  • GdBCO is expressed as GdBa 2 Cu 3 O y (y is 6 to 8, more preferably approximately 7).
  • the method for forming the oxide thin film to be the superconducting layer 5 is not particularly limited as long as it does not contradict the purpose of the present invention.
  • PLD method, MOD (Metal Organic Deposition) method, MOCVD (Organic Metal Vapor Phase) A method such as growth; Metal Organic Chemical Vapor Deposition) is preferably used.
  • a protective layer (not shown) can be formed on the superconducting layer 5 as necessary.
  • the protective layer is not particularly limited as long as it has high conductivity, but Ag, Au, Pt, Al, or an alloy thereof is preferably used.
  • Methods such as a sputtering method, EBD method, PLD method, thermal evaporation method, MOD method, MOCVD method, a plating method, are used preferably.
  • Example 1 a substrate having a Cu layer with a thickness of 18 ⁇ m on a SUS substrate was prepared.
  • the substrate having the Cu layer was subjected to electrolytic nickel plating to form a Ni layer having a thickness shown in Table 1.
  • the Ni layer is formed under a pressure of 8.1 Pa atmosphere using a mixed gas of H 2 gas and Ar gas (composition: H 2 gas 3 mol%, Ar gas 97 mol%) as a reducing gas.
  • the heat treatment was performed at the heat treatment temperature shown in 1 for 16 minutes.
  • a mixed gas of H 2 gas and Ar gas composition: H 2 gas 3 mol%, Ar gas 97 mol%) was used as the reducing gas, under a pressure of 5.2 Pa atmosphere, and the substrate temperature.
  • a CeO 2 thin film having a thickness of 0.15 ⁇ m was formed on the nickel layer as a first intermediate layer.
  • a YSZ thin film having a thickness of 0.25 ⁇ m was formed as a second intermediate layer to prevent element diffusion. Further, a CeO 2 thin film having a thickness of 0.05 ⁇ m was formed as a third intermediate layer for lattice matching with the superconducting film.
  • a GdBCO film was formed as a superconducting layer on the intermediate layer consisting of the three layers by the PLD method.
  • the obtained substrate was measured for the biaxial orientation, surface roughness (Ra) and Ni—Cu diffusion of the CeO 2 thin film as the first intermediate layer. Further, the critical current value Ic was measured for the obtained superconducting wire.
  • the X-ray diffraction peak intensity from the (200) plane is the amount of crystals in which the ⁇ 100> axis is biaxially oriented in the direction perpendicular to the substrate surface and the ⁇ 011> axis is biaxially oriented in the length direction of the substrate.
  • the X-ray diffraction peak intensity from the (111) plane indicates the amount of crystals in which the ⁇ 111> axis is uniaxially oriented in the direction perpendicular to the substrate surface.
  • Ra Surface roughness
  • Ni-Cu diffusion is performed by 2A (°) of (A) copper layer (200) plane (Cu (200) plane) and (B) Ni layer (200) plane (Ni (200) plane). ), Measured by the XRD method, and evaluated by the numerical values of (B)-(A), the smaller the numerical value, the more the alloying of Ni and Cu progresses. Further, when the value is 0, it indicates that the alloy is completely alloyed.
  • the critical current value Ic was measured in a self-magnetic field at a temperature of 77 K, and was defined as an energization current value when an electric field of 10 ⁇ 6 V / cm was generated.
  • Examples 1 to 4 are substrates obtained by heat-treating the Ni layer at a temperature in the range of 850 to 950 ° C. Compared to Comparative Examples 1 and 2 in which the Ni layer was not heat-treated, the biaxial orientation of the CeO 2 thin film as the first intermediate layer could be improved. Further, the thicker the Ni layer, the higher the heat treatment temperature is required for improving the biaxial orientation of the CeO 2 thin film as the first intermediate layer. Furthermore, the surface roughness can be reduced and the surface flatness is improved as compared with Comparative Examples 1 and 2 in which the Ni layer is not heat-treated. Cu and Ni were only partially alloyed, and Cu did not diffuse on the Ni layer surface.

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Abstract

 本発明は、めっき法を用いて銅層(2)上にニッケル層(3)が形成された基材を準備する工程と、前記ニッケル層(3)を800~1000℃で熱処理する工程と、前記ニッケル層(3)を熱処理する工程の後に前記ニッケル層(3)上に中間層(4)をエピタキシャル成長させる工程とを備えた、基板の製造方法に関する。本発明によれば、ニッケル層(3)表面の配向性および平坦性を向上しうる基板およびその製造方法を提供することができる。

Description

基板および超電導線材の製造方法
 本発明は、基板の製造方法および超電導線材の製造方法に関する。
 高温超電導体の発見以来、ケーブル、マグネット、限流器等の電力機器用途への適用を目指して高温超電導線材の開発が活発に行われている。高温超電導線材としては、大別してビスマス系銀シース線材とRE123系の薄膜線材(RE=希土類元素)の2種類がある。
 薄膜超電導線材の一般的な構造としては、金属基板の上にセラミックスの薄膜中間層が形成され、その上に超電導層が形成される。薄膜超電導線材において、優れた超電導特性を引き出すためには、超電導層の結晶方位を三次元的に揃える事が必要である。そのためには、前記の薄膜中間層について配向性の高い薄膜を形成する必要がある。
 特開2005-1935号公報(特許文献1)には、配向金属基板表面の酸化層を除去して、配向金属基板の2軸配向性を維持したまま、中間層および超電導層などの薄膜をエピタキシャル成長する方法が記載されている。
特開2005-1935号公報
 しかし、特許文献1のように、配向金属基板上に直接中間層を形成した場合、配向金属基板の酸化の防止が不十分であるという問題があった。
 そこで、金属基板上にニッケルめっき層を形成し、金属基板の酸化を防止する技術が通常採用されている。
 しかしこの場合、金属基板上に形成されたニッケルめっき層の表面は配向性が悪いという問題があった。またニッケルめっき層の表面にはピットなどが存在し、平坦性が悪いという問題があった。
 したがって本発明の目的は、ニッケルめっき層表面の配向性および平坦性を向上しうる基板の製造方法および超電導線材の製造方法を提供することである。
 本発明は、めっき法を用いて銅層上にニッケル層が形成された基材を準備する工程と、ニッケル層を800~1000℃で熱処理する工程と、ニッケル層を熱処理する工程の後にニッケル層上に中間層をエピタキシャル成長させる工程とを備えた、基板の製造方法である。本発明の基板の製造方法によれば、ニッケル層を800~1000℃で熱処理することで、ニッケル層表面の配向性および平坦性が向上した基板を得ることができる。また、熱処理の際に銅層から銅原子がニッケル層表面にまで拡散することを抑制することができる。
 本発明に係る基板の製造方法において好ましくは、ニッケル層を熱処理する工程を還元雰囲気下にて行う。ニッケル層を熱処理する工程を還元雰囲気下で行うことによって、ニッケル層表面に形成された酸化膜を除去することができる。
 本発明に係る基板の製造方法において好ましくは、ニッケル層を熱処理する工程を減圧下で水素を含むガスの雰囲気下にて行う。ニッケル層を熱処理する工程を減圧下で水素を含むガスの雰囲気下にて行うことによって、ニッケル層表面に形成された酸化膜をより効果的に除去することができる。
 本発明は、めっき法を用いて銅層上にニッケル層が形成された基材を準備する工程と、ニッケル層を800~1000℃で熱処理する工程と、ニッケル層を熱処理する工程の後にニッケル層上に中間層をエピタキシャル成長させる工程と、中間層上に超電導層を形成する工程とを備えた、超電導線材の製造方法である。本発明の超電導線材の製造方法によれば、ニッケル層を800~1000℃で熱処理することで、ニッケル層表面の配向性および平坦性が向上した基板を得ることができるため、超電導層の配向性および平坦性が向上した超電導線材を得ることができる。
 本発明によれば、ニッケル層表面の配向性および平坦性が向上した基板および超電導層の配向性および平坦性が向上した超電導線材を得ることができる。
本発明の一実施の形態における基板および超電導線材の製造方法を概略的に示す断面図である。
 以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
 図1は、本発明の一実施の形態における基板1の製造方法を概略的に示す断面図である。図1を参照して、本発明の一実施の形態における基板1の製造方法は、図1(a)に示すようなCu層2上に、図1(b)に示すようにめっき法を用いてNi層3が形成された基材を準備する工程と、前記Ni層3を800~1000℃で熱処理する工程と、図1(c)に示すように前記Ni層3を熱処理する工程の後に前記Ni層3上に中間層4をエピタキシャル成長させる工程とを備える。
 <基材を準備する工程>
 図1(b)に示すように、具体的には、まず、めっき法を用いてCu層2上にNi層3が形成された基材を準備する。
 Cu層2は、Cu原子が2軸配向しているため、配向基板に適している。なお2軸配向しているとは、完全な2軸配向のみならず、結晶軸のずれ角が25°以下の場合も含まれる。また、配向の方向は、<100>軸が基板面に垂直な方向に、<010>軸が基板の長さ方向に配向していることが好ましい。
 Cu層2は、他の金属または合金上に積層することもできる。たとえば、高強度材料であるステンレス鋼(以下SUSという)上にCu層2を設けることもできる。
 Cu層2は、長尺なテープ状の形状を有することができる。
 Ni層3は、Cu層2上に、めっき法を用いて形成する。めっき法の方法としては、電解めっき法、無電解めっき法などの方法が挙げられる。特に効率よく、連続処理することを考慮すると、電解めっき法が好ましい。Ni層3は、中間層4を形成する際に、酸化を防止するための層である。Cu層2が配向している場合には、その上に形成されるNi層3も配向する。
 Ni層3の厚みは、1~10μmであることが好ましく、1~3μmであることがより好ましい。1μm以上の場合、後述するNi層3を熱処理する工程において800~1000℃程度の熱が加えられても、Cu原子がNi層表面に拡散することを抑制できる。このため、Ni層3の、酸化されにくく、かつ中間層4との格子のマッチングが良好である機能を効果的に発現できる。Ni層3の厚みが10μmを超えると、Ni層3のエピタキシャル成長の配向が大きく崩れるおそれがあるため好ましくない。
 <熱処理する工程>
 次に、Ni層3を熱処理する。この工程により、Ni層3の配向性および平坦性が向上する。
 Ni層3を熱処理する工程は、還元雰囲気下で行うことが好ましい。還元雰囲気下で熱処理するとは、配向金属基板の表面に形成された酸化層を除去するに十分な還元性雰囲気で熱処理することをいう。還元雰囲気下とは、たとえば、減圧下で水素(H2)ガスなどの還元性ガスの存在下を意味する。減圧下とは、大気圧より低い圧力のことであり、たとえば1~10Paが好ましい。熱処理雰囲気ガス中のH2ガスのモル%は大きいほど還元性が高くなるので好ましく、たとえば、還元性ガスとしてH2ガスとArガスとを併用する場合は、H2ガスは1モル%以上が好ましく、より好ましくは3モル%以上である。
 Ni層3を熱処理する温度は、800~1000℃であることが好ましい。熱処理温度が800℃未満であるとNi層3の配向性および平坦性の向上が不十分である。1000℃を超えると、NiとCuが拡散して完全合金化するため、Ni層表面にCuが拡散する。Cuは酸化されやすいため、Ni層3表面の配向性および平坦性を向上することができない。
 Ni層3を熱処理する時間は、特に制限はないが、15分間以上であることが好ましい。熱処理時間が15分間未満であるとNi層3の配向性および平坦性の向上が不十分である。
 <エピタキシャル成長させる工程>
 図1(c)に示すように、次に、熱処理を行ったNi層3上に中間層4をエピタキシャル成長させて、基板1を得る。中間層4としては、パイロクロア型、螢石型、岩塩型またはペロブスカイト型の結晶構造をもつ、1種以上の金属元素を有する金属酸化物が好ましく用いられる。具体的には、CeO2などの希土類元素酸化物、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、BZO(BaZrO3)、STO(SrTiO3)、Al23、YAlO3、MgO、Ln-M-O系化合物(Lnは1種以上のランタノイド元素、MはSr、ZrおよびGaの中から選ばれる1種以上の元素、Oは酸素)などが挙げられる。かかる酸化物は、配向金属基板であるCu層2と、中間層4上に形成される超電導層5の、結晶定数および結晶配向の差を緩和するとともに、Cu層2から超電導層への金属原子の流出を防止する役割を果たす。中間層4となる酸化物薄膜の形成方法としては、本発明の目的に反さない限り特に制限はなく、スパッタ法、EBD(電子線ビーム蒸着;Electron Beam Deposition)法、PLD(パルスレーザー蒸着;Pulse Laser Deposition)法、熱蒸着法などの方法が好ましく用いられる。
 たとえば、熱処理後の<100>軸が基板面に垂直な方向に、<010>軸が基板の長さ方向に、2軸配向しているNi層3上に、中間層4としてCeO2薄膜をエピタキシャルに成長させると、<100>軸が基板面に垂直な方向に、<011>軸が基板の長さ方向に配向したCeO2薄膜が形成され、2軸配向性の高いCeO2薄膜が得られる。
 <超電導層の形成>
 得られた基板1の中間層4の上に超電導層5を形成した場合、中間層4は配向性および平坦性が良好であるため、2軸配向性の高い超電導層5を得ることができる。
 超電導層5は、長尺なテープ状の形状を有している。超電導層5は、REBa2Cu3y(yは6~8、より好ましくはほぼ7、REとはY(イットリウム)、またはGd(ガドリニウム)、Sm(サマリウム)、Ho(ホルミウム)などの希土類元素を意味する)として表される超電導体などであり、たとえばGdBCOからなることが好ましい。GdBCOとは、GdBa2Cu3y(yは6~8、より好ましくはほぼ7)として表される。超電導層5となる酸化物薄膜の形成方法としては、本発明の目的に反さない限り特に制限はなく、PLD法、MOD(有機金属成膜;Metal Organic Deposition)法、MOCVD(有機金属気相成長;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などの方法が好ましく用いられる。
 さらに、超電導層5を保護するため、必要に応じて、超電導層5の上に保護層(図示せず)を形成することもできる。保護層としては、電導性の高いものであれば特に制限はないが、Ag、Au、Pt、Alまたはこれらの合金などが好ましく用いられる。保護層の形成方法としては、特に制限はないが、スパッタ法、EBD法、PLD法、熱蒸着法、MOD法、MOCVD法、めっき法などの方法が好ましく用いられる。
 (実施例1~4)
 まず、SUS基板上に18μmの厚みのCu層を有する基板を準備した。前記Cu層を有する基板を電解ニッケルめっきを行い、表1に示す厚みのNi層を形成した。
 次に、上記Ni層を、還元性ガスとしてH2ガスとArガスの混合ガス(組成:H2ガス3モル%、Arガス97モル%)を用いて、圧力8.1Pa雰囲気下で、表1に示す熱処理温度で、16分間熱処理を行った。その直後に、スパッタ法により、還元性ガスとしてH2ガスとArガスの混合ガス(組成:H2ガス3モル%、Arガス97モル%)を用いて、圧力5.2Pa雰囲気下、基板温度700℃で、上記ニッケル層上に第1の中間層としてCeO2薄膜を0.15μmの厚さで形成した。その上に、第2の中間層として元素拡散防止のためにYSZ薄膜を0.25μmの厚さで形成した。さらに第3の中間層として、超電導膜との格子整合のためにCeO2薄膜を0.05μmの厚さで形成した。
 次に、前記の3層からなる中間層上に、PLD法により、超電導層としてGdBCO膜を形成した。
 (比較例1~2)
 Ni層の熱処理を行わない以外は、上記実施例1~4と同様にして3層からなる中間層および超電導層を形成した。
 (比較例3~4)
 上記実施例1~4と同様にして3層からなる中間層および超電導層を形成した。
 (測定方法)
 得られた基板について、第1の中間層であるCeO2薄膜の2軸配向性、表面粗さ(Ra)およびNi-Cu拡散について測定を行った。さらに、得られた超電導線材について、臨界電流値Icについて測定を行った。
 第1の中間層であるCeO2薄膜の2軸配向性は、CeO2薄膜の(200)面および(111)面からのX線回折ピーク強度(I(200)およびI(111))を測定し、I(200)/(I(200)+I(111))の数値により評価した。かかる数値が大きいほど、第1の中間層であるCeO2薄膜の2軸配向性が高く、好ましい。なお、(200)面からのX線回折ピーク強度は、<100>軸が基板面に垂直な方向に、<011>軸が基板の長さ方向に2軸配向している結晶量を、(111)面からのX線回折ピーク強度は、<111>軸が基板面に垂直な方向に1軸配向している結晶量を示す。
 表面粗さ(Ra)は、JIS B 0601に規定される算術平均粗さRaをいい、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの距離(偏差の絶対値)を合計し平均した値と定義される。表面粗さRaは、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて10μm角の範囲で測定した。
 Ni-Cu拡散は、(A)銅層の(200)面(Cu(200)面)の2θ(°)および(B)Ni層の(200)面(Ni(200)面)の2θ(°)、をそれぞれXRD法で測定し、(B)-(A)の数値により評価した、かかる数値が小さいほど、NiとCuの合金化が進んでいることを示す。さらに数値が0の時は完全合金化していることを示す。
 臨界電流値Icについては、温度が77Kで、自己磁場中において測定を行い、10-6V/cmの電界が発生したときの通電電流値とした。
 結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 (測定結果)
 実施例1~4は、Ni層を850~950℃の範囲の温度で熱処理した基板である。Ni層の熱処理を行わない比較例1および2に比べて、第1の中間層であるCeO2薄膜の2軸配向性を向上することができた。また、Ni層が厚いほど、第1の中間層であるCeO2薄膜の2軸配向性の向上には高い熱処理温度が必要であった。さらに、Ni層の熱処理を行わない比較例1および2に比べて、表面粗さを小さくすることができ、表面平坦性が向上した。またCuとNiは一部のみ合金化し、Ni層表面にCuは拡散しなかった。
 比較例3および4は、Ni層を1000℃超の温度で熱処理したのでCuとNiが完全合金化し、Ni層表面にCuが拡散した。したがって第1の中間層であるCeO2薄膜の2軸配向性を十分に向上することが困難であった。
 今回開示された実施の形態および実施例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請求の範囲によって示され、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。
 1 基板、2 Cu層、3 Ni層、4 中間層、5 超電導層、6 超電導線材。

Claims (4)

  1.  めっき法を用いて銅層(2)上にニッケル層(3)が形成された基材を準備する工程と、
     前記ニッケル層(3)を800~1000℃で熱処理する工程と、
     前記ニッケル層(3)を熱処理する工程の後に前記ニッケル層(3)上に中間層(4)をエピタキシャル成長させる工程とを備えた、基板(1)の製造方法。
  2.  前記ニッケル層(3)を熱処理する工程を還元雰囲気下にて行う、請求の範囲1に記載の基板(1)の製造方法。
  3.  前記ニッケル層(3)を熱処理する工程を減圧下で水素を含むガスの雰囲気下にて行う、請求の範囲1に記載の基板(1)の製造方法。
  4.  めっき法を用いて銅層(2)上にニッケル層(3)が形成された基材を準備する工程と、
     前記ニッケル層(3)を800~1000℃で熱処理する工程と、
     前記ニッケル層(3)を熱処理する工程の後に前記ニッケル層(3)上に中間層(4)をエピタキシャル成長させる工程と、
     前記中間層(4)上に超電導層(5)を形成する工程とを備えた、超電導線材(6)の製造方法。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012132128A1 (ja) * 2011-03-28 2012-10-04 株式会社村田製作所 検出デバイスおよびその製造方法、センサ電極、ならびに、空隙配置構造体およびそれを用いた検出方法
JP2013089354A (ja) * 2011-10-14 2013-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導薄膜線材用の中間層付基材とその製造方法、および超電導薄膜線材
WO2015033808A1 (ja) 2013-09-04 2015-03-12 東洋鋼鈑株式会社 酸化物層の成膜方法、並びにエピタキシャル成長用積層基材及びその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005001935A (ja) 2003-06-11 2005-01-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 酸化物薄膜の製造方法
JP2006127847A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 膜形成用配向基板および超電導線材
JP2007165153A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Internatl Superconductivity Technology Center 厚膜テープ状re系(123)超電導体の製造方法。
JP2007188756A (ja) * 2006-01-13 2007-07-26 Internatl Superconductivity Technology Center 希土類系テープ状酸化物超電導体
JP2010192349A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Chubu Electric Power Co Inc 超電導線材

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1208850C (zh) * 1999-07-23 2005-06-29 美国超导公司 增强的涂布高温超导体
KR100352976B1 (ko) * 1999-12-24 2002-09-18 한국기계연구원 전기도금법에 의한 2축 집합조직을 갖는 니켈 도금층 및 그 제조방법
GB0010494D0 (en) * 2000-04-28 2000-06-14 Isis Innovation Textured metal article
US6500568B1 (en) * 2001-06-06 2002-12-31 3M Innovative Properties Company Biaxially textured metal substrate with palladium layer
AU2002365423A1 (en) 2001-07-31 2003-09-02 American Superconductor Corporation Methods and reactors for forming superconductor layers
US7816303B2 (en) 2004-10-01 2010-10-19 American Superconductor Corporation Architecture for high temperature superconductor wire
US7781376B2 (en) 2005-07-29 2010-08-24 American Superconductor Corporation High temperature superconducting wires and coils
US7674751B2 (en) * 2006-01-10 2010-03-09 American Superconductor Corporation Fabrication of sealed high temperature superconductor wires
JP5074083B2 (ja) * 2007-04-17 2012-11-14 中部電力株式会社 エピタキシャル薄膜形成用のクラッド配向金属基板及びその製造方法
JP5324763B2 (ja) * 2007-08-21 2013-10-23 中部電力株式会社 エピタキシャル膜形成用配向基板及びエピタキシャル膜形成用配向基板の表面改質方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005001935A (ja) 2003-06-11 2005-01-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 酸化物薄膜の製造方法
JP2006127847A (ja) * 2004-10-27 2006-05-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 膜形成用配向基板および超電導線材
JP2007165153A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Internatl Superconductivity Technology Center 厚膜テープ状re系(123)超電導体の製造方法。
JP2007188756A (ja) * 2006-01-13 2007-07-26 Internatl Superconductivity Technology Center 希土類系テープ状酸化物超電導体
JP2010192349A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Chubu Electric Power Co Inc 超電導線材

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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