WO2013002372A1 - Re123系超電導線材およびその製造方法 - Google Patents
Re123系超電導線材およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013002372A1 WO2013002372A1 PCT/JP2012/066701 JP2012066701W WO2013002372A1 WO 2013002372 A1 WO2013002372 A1 WO 2013002372A1 JP 2012066701 W JP2012066701 W JP 2012066701W WO 2013002372 A1 WO2013002372 A1 WO 2013002372A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- layer
- oxide
- superconducting layer
- oxide superconducting
- superconducting wire
- Prior art date
Links
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
- H10N60/80—Constructional details
- H10N60/85—Superconducting active materials
- H10N60/855—Ceramic materials
- H10N60/857—Ceramic materials comprising copper oxide
-
- 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
-
- 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
- H01B12/04—Single wire
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G1/00—Methods of preparing compounds of metals not covered by subclasses C01B, C01C, C01D, or C01F, in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G27/00—Compounds of hafnium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G3/00—Compounds of copper
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
-
- 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 superconductor layers
- H10N60/0521—Processes for depositing or forming superconductor layers by pulsed laser deposition, e.g. laser sputtering; laser ablation
-
- 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
- H10N60/0828—Introducing flux pinning centres
Abstract
Description
本願は、2011年6月30日に、日本に出願された特願2011-146025号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一般に、RE123系の酸化物超電導体を用いて良好な結晶配向性を持つように成膜された超電導体は、自己磁場下で高臨界電流特性を示す。しかしながら、超電導状態の超電導体に磁場を印加し、電流を流すと、超電導体に侵入している量子化磁束にローレンツ力が生じる。ローレンツ力によって量子化磁束が移動すると、電流の方向に電圧が生じ、抵抗が生じる。ローレンツ力は、電流値が増加するほど、また磁場が強くなるほど大きくなるので、外部磁場が強くなると臨界電流特性が低下する。
図13に、PLD法により製造したRE123系超電導線材における、GdBa2Cu3O7-δ(GdBCO)超電導層の膜厚と、臨界電流最小値(Icmin)との関係をプロットしたグラフを示す。図13に示すように、GdBCO超電導層にBaZrO3(BZO)の人工ピンを導入すると、膜厚1μmの超電導層では臨界電流最小値(Icmin)が向上している。しかし、RE123系超電導層の膜厚が厚くなるにつれて臨界電流特性の向上度合いが減少する傾向にあり、膜厚3μmの超電導層では人工ピンを導入しない場合とほぼ同等の臨界電流特性が示される。これは、PLD法を用いて人工ピンを導入したRE123系超電導層を成膜する場合、異相(超電導層とは異なる相)である人工ピンがRE123系超電導層の結晶成長に影響を与えるためであると推察される。このように、RE123系超電導線材では、臨界電流値Icが膜厚に対して直線的に増加しない問題がある。
ところが、長尺のRE123系超電導線材を得るためには、長尺の基材を長尺の基材の長手方向に搬送することにより、成膜装置内の成膜領域を通過させて超電導層を連続して成膜する必要がある。しかしながら、移動する基材に対して超電導層を連続して成膜する場合には、成膜する超電導層の膜厚が厚くなるにつれて、成膜面の温度の制御が難しくなる。従って、成膜条件を最適に保つことが容易でなく、人工ピン導入による臨界電流特性の向上効果が得られ難い。
上記の一態様によれば、Hfを含む化合物が人工ピン(以下では、磁束ピンニング点、または、ピン止め点とも記載する)として機能し、酸化物超電導層の膜厚が1μm超の場合であっても磁場中の臨界電流特性の低下を抑制できる。
本RE123系超電導線材のさらなる一態様において、Hfを含む化合物が、MHfO3(MはBa、Sr又はCaを表す。)であることが好ましい。
上記の一態様によれば、REがGd、Y及びSmのいずれか1種または2種以上であるRE1Ba2Cu3O7-δから酸化物超電導層が形成されることにより、RE123系超電導線材の超電導特性がより良好となる。
本RE123系超電導線材の一態様において、Mが、Baであることがより好ましい。
上記の一態様によれば、BaHfO3の添加により酸化物超電導層に導入されたHfを含む化合物が人工ピンとして効果的に機能し、外部磁場印加による臨界電流特性の低下を抑制する効果がより向上する。
本RE123系超電導線材の一態様において、酸化物超電導層に、1.5~7.5mol%、または、1.5~5.0mol%のハフニウム複合酸化物MHfO3(MはBa、Sr又はCaを表す。)が分散されていることも好ましい。
上記の一態様によれば、酸化物超電導層の膜厚が1μm超の場合であっても、磁場中の臨界電流特性の低下を抑制できる、新規なRE123系超電導線材を提供できる。
本RE123系超電導線材の製造方法の一態様は、パルスレーザ蒸着法により、基材を移動させながら、基材上に形成された中間層上に、酸化物超電導線材を形成する方法であってもよい。
図1は、本発明に係るRE123系超電導線材の一実施形態を示す概略構成図である。
図1に示すRE123系超電導線材10は、長尺の基材11と、基材11上に形成された中間層12と、中間層12上に成膜されたキャップ層13と、キャップ層13上に形成された酸化物超電導層14と、酸化物超電導層14上に形成された安定化層15とを含む。
中間層12の厚みは、例えば、1nm~1.0μm程度が好ましい。
キャップ層13の材料としては、例えば、CeO2、LMO(LaMnO3)、SrTiO3、Y2O3、Al2O3等が好ましい。
キャップ層13の適正な膜厚は、材料によって異なる。例えば、CeO2によってキャップ層13を形成する場合には、50nm~1μmの範囲であればよい。
キャップ層13を成膜するには、PLD法、スパッタリング法等を用いることができるが、大きな成膜速度を得られる点でPLD法を用いることが望ましい。
人工ピンであるHfを含む異相は、酸化物超電導層14の形成時に、RE123系の酸化物超電導体にHfを含む化合物を添加することにより形成される。Hfを含む化合物としては、ハフニウム複合酸化物MHfO3(MはBa、Sr又はCaを表す。)またはハフニウム酸化物HfO2が好ましく、具体的には、BaHfO3、SrHfO3、CaHfO3が挙げられる。中でも、ピン止め点として効果的に機能し、外部磁場印加による臨界電流特性の低下を抑制する効果が高いことから、BaHfO3が特に好ましい。
酸化物超電導層14中の異相は、XRD(X線回折)法又は電子線回折法により同定できる。
酸化物超電導層14の組成の比率は、例えば、ICP発光分光分析により特定できる。また、酸化物超電導層14中の異相の形状やロッド径は、断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することにより特定できる。
また、酸化物超電導層14に分散された磁束ピンニング点(人工ピン)としては、上述した化合物に加え、RE1+xBa2-xCu3O7-δなどのRE123系超電導体の組成が変化して常電導体となった化合物や、上述したMの酸化物であるBaO、SrO、CaOなども含む場合がある。
酸化物超電導層14中に人工ピンとして分散されているHfを含む異相の割合は、酸化物超電導層14に添加したHfを含む化合物の割合とほぼ同等となる。そのため、酸化物超電導層14中のHfを含む異相の割合は、Hfを含む化合物の添加量と同様に、0.5~10mol%の範囲が好ましく、1.5~7.5mol%の範囲がより好ましく、1.5~5.0mol%の範囲がさらに好ましい。
本実施形態のRE123系超電導線材10では、酸化物超電導層14に0.5~10mol%のHfを含む化合物が添加されて、酸化物超電導層14中にHfを含む異相が分散している。このHfを含む異相がピン止め点(磁束ピンニング点)として機能し、酸化物超電導層14の膜厚がd>1μmであっても、Jcd/Jc1≧0.9の電流特性を示す。ここで、Jc1は酸化物超電導層14の厚さが1μmの時の臨界電流密度を表し、Jcdは酸化物超電導層14の厚さがdμmの時の臨界電流密度を表す。
このように酸化物超電導層14の膜厚が増加する場合にも臨界電流密度が低下し難いため、後述の実施例にて図8に示すように、酸化物超電導層14にBaHfO3(BHO)を添加した本実施形態の超電導線材10では、膜厚の増加に比例して臨界電流値が直線的に増加する傾向を示す。
CVD法は、原料ガスの種類や流量を制御することによって、形成される酸化物超電導層14中のHfを含む異相の導入割合を制御できる。
PLD法は、使用するターゲットの組成比を調整することにより、形成される酸化物超電導層14中のHfを含む異相の導入割合を制御できる。
また、ターゲットとして、RE1Ba2Cu3O7-δの組成式で表されるRE123系の酸化物超電導体の粉末、或いはRE123系の酸化物超電導体の構成元素を含む粉末に対し、ハフニウム複合酸化物MHfO3の構成元素を含む粉末(例えば、HfO2など)を、Hfの混入量が0.5~10mol%となるように混入して焼結させた焼結体を用いることもできる。
図2は、PLD法による酸化物超電導層14の成膜に使用されるレーザ蒸着装置の一例を示す概略斜視図である。なお、本レーザ蒸着装置で成膜する前に、拡散防止層や中間層12、キャップ層13を上述した成膜法によりそれぞれ基材11上に形成しておき、その後、図2に示すレーザ蒸着装置により酸化物超電導層14を形成できる。
ターゲット20にレーザビームBを照射することにより、ターゲット20から叩き出された若しくは蒸発した蒸着粒子の噴流F1は、ターゲット20に対向する領域を通過中の基材11上のキャップ層13の表面に堆積し、従って酸化物超電導層14が形成される。
図13に示すように、RE123系の酸化物超電導層にBaZrO3の人工ピンを導入した従来の超電導線材では、図2に示すような装置を用いて、長尺基材を搬送しながら連続して成膜を行うPLD法により酸化物超電導層を成膜すると、酸化物超電導層の膜厚が増加するにつれて、人工ピン導入による効果が低減し、臨界電流値の向上度合いが鈍化する傾向にあった。
一方、本実施形態のRE123系超電導線材10は、基材を搬送しながらPLD法により膜厚の大きな酸化物超電導層14を成膜した場合であっても、図8に示すように、酸化物超電導層14の膜厚の増加に伴って臨界電流が低下することを抑制でき、優れた臨界電流特性が示される。
酸化物超電導層14の上に積層される安定化層15は、酸化物超電導層14の一部領域が常電導状態に転移しようとした場合に、酸化物超電導層14を流れる電流が転流する電流のバイパス路として機能することで、酸化物超電導層14を安定化させて焼損に至らないようにする、主な構成要素である。
安定化層15は、導電性が良好な金属から形成されていることが好ましく、具体的には、銀又は銀合金、銅などがある。安定化層15の構成は、1層でも2層以上の積層構造でもよい。
安定化層15は、公知の方法で積層できるが、銀層をメッキやスパッタ法で形成し、その上に銅テープなどを貼り合わせるなどの方法を用いることができる。安定化層15の厚さは、0.1~300μmの範囲であればよい。
また、実施例で後述する図4に示すように、酸化物超電導層14中に0.5~10mol%のハフニウム複合酸化物MHfO3が添加された本実施形態のRE123系超電導線材10は、酸化物超電導層中にMHfO3が添加されて形成されたナノオーダーサイズ(ロッド径約5nm)の柱状結晶(ナノロッド)が多数析出して分散している。これにより、BaZrO3の人工ピンが導入された超電導線材と比較して、ナノロッドがあらゆる角度(方向)の磁束のピン止め点として機能していると推察され、全磁場印加角度領域において臨界電流特性の改善が可能となる。
<超電導線材用基材の作製>
本実施例および比較例において、超電導線材用基材として、以下の基材を使用した。
幅10mm、厚さ0.1mm、長さ約10cmのハステロイ(登録商標)C276(米国ヘインズ社商品名)製の基材上に、スパッタ法により厚さ110nmのGd2Zr2O7(GZO)層を形成し、さらにその上にIBAD法により厚さ3nmのMgOを形成して中間層を成膜した。次に、MgO層上にスパッタ法により厚さ8nmのLaMnO3(LMO)を形成し、LMO層の上にPLD法により厚さ500nmのCeO2層を形成して中間層上にキャップ層を成膜した。以上の工程により、超電導線材用基材を作製した。
上記作製した超電導線材用基材のCe2O層上に、以下の手順で、図2に示すレーザ蒸着装置を用いて、PLD法により膜厚1.0μmのRE123系の酸化物超電導層を成膜した。
図2に示すレーザ蒸着装置の供給リールに、ダミー基材として長尺金属基材を巻回した。長尺金属基材の端部を引き出して巻取リールに固定し、供給リールから巻取リールへ長尺金属基材を長手方向に搬送できるように設置した。次に、この一対のリール間に設置したダミー基材である長尺金属基材の、供給リール側に、上記作製した超電導線材用基材をCeO2層が成膜面となるように接続した。
次いで、供給リールおよび巻取リールを連動させて駆動し、長尺金属基材を長手方向に搬送するとともに、長尺金属基材に固定した超電導線材用基材を供給リールから巻取リール側へ搬送した。超電導線材用基材がターゲットと対向する成膜領域を通過する間に、CeO2層上に膜厚1.6μmのRE123系の酸化物超電導層を成膜した。
なお、酸化物超電導層の成膜には、GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaHfO3を1.5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用した。成膜条件は、加熱装置(ヒータ)温度1070℃、圧力80Pa、レーザ出力34W、酸素100%雰囲気下、超電導線材用基材の搬送速度20m/hである。この条件のもとで、基材の搬送方向の変更を繰り返して、成膜領域に基材を複数回通過させた。
次に、酸化物超電導層上に厚さ5μmのAg(安定化層)をスパッタしてRE123系超電導線材導を作製した。
さらに、ターゲットへのBaHfO3の混入量を2.5mol%、3.5mol%、5mol%、または7mol%に変更した以外は、上記と同様の条件にて酸化物超電導層を成膜してRE123系超電導線材を作製した。
ターゲットとして、GdBa2Cu3O7-δの焼結体を用いて酸化物超電導層を成膜した以外は、実施例1と同様にしてRE123系超電導線材を作製した。
(比較例2)
ターゲットとして、GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaZrO3を3.5mol%、5mol%、または7.5mol%混入させた粉末を焼結させた焼結体を用いて酸化物超電導層を成膜した以外は、実施例1と同様にしてRE123系超電導線材を作製した。
(比較例3)
ターゲットとして、GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaSnO3を3.5mol%、5mol%、7.5mol%、または10mol%混入させた粉末を焼結させた焼結体を用いて酸化物超電導層を成膜した以外は、実施例1と同様にしてRE123系超電導線材を作製した。
この結果より、RE123系の酸化物超電導層にBaHfO3を1.5mol%~7.5mol%の範囲で添加することにより、臨界電流特性の低下を抑制できることがわかる。
比較例2のRE123系超電導線材のうちBaZrO3(BZO)の添加量が5mol%の超電導線材と、比較例3のRE123系超電導線材のうちBaSnO3(BSO)の添加量が7.5mol%の超電導線材と、について、77K、3Tの磁場下における臨界電流密度を測定した。図4に、各超電導線材について、臨界電流密度の磁場印加角度依存性をプロットした結果を示す。なお、図4に「BHO3.5mol%」で示す実施例1の超電導線材の77K、3Tの磁場下における臨界電流密度の最小値は、0.33MA/cm2であった。同様に、「ピンなし」、「BZO5mol%」、「BSO7.5%」の最小値はそれぞれ、0.14MA/cm2,0.28MA/cm2,0.33MA/cm2であった。
図5Aに示すように、実施例1のRE123系超電導線材では、酸化物超電導層中にロッド径約5nmの柱状結晶(ナノロッド)がピン止め点として多数分散している。
また、図4と同じ実施例1および比較例2,3のRE123系超電導線材について、酸化物超電導層の断面をTEMにより観察した結果を図5Bに示す。ここで、平均ナノロッド径は、実施例1において4.5nm、比較例1において5.6nm、比較例1において9.4nmであった。
図5Bからわかるように、添加量が最も少ない実施例1において、比較例2,3の場合よりも、径の小さいナノロッドが多数分散している。従って、実施例1RE123系超電導線材を用いることで、効果的に磁場中の臨界電流密度を向上させることが可能である。
図6Aに示すように、実施例1の超電導線材の酸化物超電導層には、GdBa2Cu3O7-δ(GdBCO)の結晶中にBaHfO3の結晶が分散されている。また、ICP発光分光分析の結果、実施例1の超電導線材(BaHfO3添加量が3.5mol%)の酸化物超電導層の組成比は、Gd:Ba:Cu=1.0:2.0:3.0、Hf/Gd=3.5mol%であった。すなわち、実施例1のRE123系超電導線材では、酸化物超電導中に人工ピンとしてBaHfO3が分散されており、酸化物超電導層におけるHfを含む人工ピンの導入割合は、ターゲットに添加したHfを含む化合物の割合と同等となっていた。
一方、図6Bに示すように、比較例2の超電導線材の酸化物超電導層には、GdBa2Cu3O7-δ(GdBCO)の結晶中にBaZrO3の結晶が分散されている。また、図6Cに示すように、比較例3の超電導線材の酸化物超電導層には、同様に、BaSnO3の結晶が分散されている。
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaHfO3(BHO)を3.5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用し、酸化物超電導層の膜厚を1.2μmにした以外は、実施例1と同様の手順および条件でRE123系超電導線材を作製した。
(実施例3)
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaHfO3(BHO)を3.5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用し、酸化物超電導層の膜厚を2.2μmにした以外は、実施例1と同様の手順および条件でRE123系超電導線材を作製した。
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaZrO3(BZO)を5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用し、酸化物超電導層の膜厚を1.1μmにした以外は、比較例2と同様の手順および条件でRE123系超電導線材を作製した。
(比較例5)
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaZrO3(BZO)を5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用し、酸化物超電導層の膜厚を2.1μmにした以外は、比較例2と同様の手順および条件でRE123系超電導線材を作製した。
一方、BaZrO3(BZO)を添加して人工ピンを導入した比較例4、5の超電導線材では、酸化物超電導層の膜厚を1.1μmから2.1μmに増加させると、臨界電流密度が大きく低下していた。従って、BaHfO3(BHO)を添加して人工ピンを導入した本RE123系超電導線材は、酸化物超電導層の膜厚を1μm超にした場合であっても、磁場中の臨界電流の低下を抑制し、良好な臨界電流特性を有することが明らかである。
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaHfO3(BHO)を3.5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用した以外は、実施例1と同様の手順および条件で、酸化物超電導層の膜厚を1.1μm~2.9μmに変化させた複数のRE123系超電導線材を作製した。
比較例1と同様に、ターゲットとして、GdBa2Cu3O7-δの焼結体を用いて酸化物超電導層を成膜し、酸化物超電導層の膜厚を0.5μm~5.2μmに変化させた複数のRE123系超電導線材を作製した。
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaZrO3(BZO)を5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用した以外は、比較例2と同様の手順および条件で、酸化物超電導層の膜厚を0.9μm~3.2μmに変化させた複数のRE123系超電導線材を作製した。
(比較例8)
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaSnO3(BSO)を7.5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用した以外は、比較例3と同様の手順および条件で、酸化物超電導層の膜厚を0.9μm~3.2μmに変化させた複数のRE123系超電導線材を作製した。
さらに、比較例6~8の超電導線材においても、各線材の酸化物超電導層の膜厚が1μmの時の臨界電流密度Jc1を測定し、上記と同様にして、Jcd/Jc1を算出した。
実施例4および比較例6~8のRE123系超電導線材について、酸化物超電導層の膜厚に対してJcd/Jc1をプロットした結果を図9に示す。
また、人工ピンを導入しない比較例6の超電導線材では、酸化物超電導層の膜厚が5.2μmで臨界電流値70Aであったが、本発明に係る実施例4の超電導線材では、酸化物超電導層の膜厚が2.9μmで臨界電流値85Aを達成している。すなわち、高い臨界電流値を薄い酸化物超電導層で実現できていることがわかる。
従って、実施例4の酸化物超電導層の膜厚について、1μm~3μmの範囲が好ましいが、1μm~5μmの範囲であってもよい。
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaHfO3(BHO)を3.5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用し、酸化物超電導層の膜厚を1.2μmにした以外は、実施例1と同様の手順および条件でRE123系超電導線材を作製した。
(実施例6)
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaHfO3(BHO)を3.5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用し、酸化物超電導層の膜厚を2.2μmにした以外は、実施例1と同様の手順および条件でRE123系超電導線材を作製した。
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaZrO3(BZO)を5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用し、酸化物超電導層の膜厚を1.2μmにした以外は、比較例2と同様の手順および条件でRE123系超電導線材を作製した。
(比較例10)
GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaZrO3(BZO)を5mol%混入させた粉末を焼結させたターゲットを使用し、酸化物超電導層の膜厚を2.6μmにした以外は、比較例2と同様の手順および条件でRE123系超電導線材を作製した。
一方、RE123系の酸化物超電導体にBaZrO3(BZO)を添加して人工ピンを導入した比較例9,10の超電導線材では、酸化物超電導層の膜厚が増加すると、臨界電流値の増加度合いが鈍化している。
以下の検討例において、超電導線材用基材として、上記の超電導線材で使用した超電導線材用基材と同様の基材を使用した。
酸化物超電導層の成膜は、搬送成膜および固定成膜のいずれの場合も、ターゲットとして、GdBa2Cu3O7-δの粉末にBaZrO3を5mol%混入させた粉末を焼結させた焼結体を使用した。成膜は、加熱装置(ヒータ)温度1070℃、圧力80Pa、レーザ出力34W、酸素100%雰囲気下の条件にて行った。
図2に示すレーザ蒸着装置を用いたPLD法により、超電導線材用基材を搬送速度20m/hで搬送しながら酸化物超電導層を成膜した。
図2に示すレーザ蒸着装置の供給リールに、ダミー基材として長尺金属基材を巻回した。長尺金属基材の端部を引き出して巻取リールに固定し、供給リールから巻取リールへ長尺金属基材を長手方向に搬送できるように設置した。次に、この一対のリール間に設置したダミー基材である長尺金属基材の、供給リール側に、上記作製した超電導線材用基材をCeO2層が成膜面となるように接続した。
次いで、供給リールおよび巻取リールを連動させて駆動し、長尺金属基材を長手方向に搬送するとともに、長尺金属基材に固定した超電導線材用基材を供給リールから巻取リール側へと搬送した。超電導線材用基材がターゲットと対向する成膜領域を通過する間に、CeO2層上に膜厚1.6μmのRE123系の酸化物超電導層を成膜した。なお、酸化物超電導層の膜厚が1.6μmになるまで、基材の搬送方向の変更を繰返して、成膜領域に基材を複数回通過させた。
次に、酸化物超電導層上に厚さ5μmのAg(安定化層)をスパッタしてRE123系超電導線材導を作製した。
超電導線材用基材を、CeO2層がターゲットと対向するように固定して配置し、超電導線材用基材を搬送せずに固定したままでCeO2層上に膜厚2μmのRE123系の酸化物超電導層を成膜した。
次に、酸化物超電導層上に厚さ5μmのAg(安定化層)をスパッタしてRE123系超電導線材導を作製した。
図11に示すように、固定成膜により作製した超電導線材では、酸化物超電導層の膜厚が2μmの場合、臨界電流値Icminが60Aである。搬送成膜(RTR成膜)により作製した超電導線材では、酸化物超電導層の膜厚が1.6μmの場合、臨界電流値Icminが16.9Aである。
本検討例で得られた固定成膜の特性値を図13に示すグラフと対比してみると、固定成膜ではBaZrO3の人工ピン導入によっても、膜厚が1μmから2μmに増加した場合、臨界電流は膜厚に比例して増加するように見受けられる。しかし、搬送成膜により作製されたBaZrO3の人工ピン導入線材では、膜厚を増加させると臨界電流特性の増加が鈍化している。なお、図13に示す各超電導線材の特性は、搬送成膜により酸化物超電導層が形成された線材の超電導特性である。
以上の結果より、BaZrO3の人工ピン導入線材では、PLD法による搬送成膜(RTR成膜)で酸化物超電導層を成膜すると、膜厚の増加に伴い臨界電流特性の増加が鈍化することがわかる。
一方、BaHfO3の添加により人工ピンを導入した上記実施例1~7の線材では、PLD法による搬送成膜(RTR成膜)で酸化物超電導層を成膜しても、膜厚の増加による界電流特性の低下を効果的に抑制できている。
11 基材
12 中間層
13 キャップ層
14 酸化物超電導層
15 安定化層
20 ターゲット
21 供給リール
22 巻取リール
23 加熱装置
Claims (8)
- 基材と、前記基材上に形成された中間層と、前記中間層上に形成され、RE1Ba2Cu3O7-δ(REは希土類元素のうちの1種又は2種以上を表す。)の組成式で表される酸化物超電導体を含む酸化物超電導層と、を備え、
前記酸化物超電導層は、人工ピンとして前記酸化物超電導層中に分散している、0.5~10mol%のHfを含む化合物を有し、
前記酸化物超電導層の膜厚dは、d>1μmであり、
Jcd/Jc1≧0.9(Jc1は前記酸化物超電導層の厚さが1μmの時の臨界電流密度を表し、Jcdは前記酸化物超電導層の厚さがdμmの時の臨界電流密度を表す。)の電流特性を満たす、
RE123系超電導線材。 - 前記Hfを含む化合物が、MHfO3(MはBa、Sr又はCaを表す。)である、請求項1に記載のRE123系超電導線材。
- 前記REが、Gd、Y及びSmのいずれか1種又は2種以上である、請求項1または2に記載のRE123系超電導線材。
- 前記Mが、Baである、請求項1~3のいずれか一項に記載のRE123系超電導線材。
- 前記酸化物超電導層に、1.5~7.5mol%のHfを含む化合物が添加されている、請求項1~4のいずれか一項に記載のRE123系超電導線材。
- 前記酸化物超電導層に、1.5~5.0mol%のHfを含む化合物が添加されている、請求項1~4のいずれか一項に記載のRE123系超電導線材。
- ターゲットを用いた物理気相蒸着法により、基材上に形成された中間層上に、Hfを含む化合物を人工ピンとして分散させ、
前記ターゲットには、RE1Ba2Cu3O7-δ(REは希土類元素のうちの1種又は2種以上を表す。)の組成式で表される酸化物超電導体、又は前記酸化物超電導体の粉末に対し、0.5~10mol%のHfの酸化物が添加されており、
前記酸化物超電導層は、Jcd/Jc1≧0.9(Jc1は前記酸化物超電導層の厚さが1μmの時の臨界電流密度を表し、Jcdは前記酸化物超電導層の厚さがdμmの時の臨界電流密度を表す。)の電流特性を満たし、
前記酸化物超電導層の膜厚dがd>1μmである、
酸化物超電導層を形成する、
RE123系超電導線材の製造方法。 - パルスレーザ蒸着法により、前記基材を移動させながら、前記基材上に形成された前記中間層上に、前記酸化物超電導線材を形成する、請求項7に記載のRE123系超電導線材の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201280029838.2A CN103620702B (zh) | 2011-06-30 | 2012-06-29 | Re123系超导线材及其制造方法 |
KR1020137032912A KR20140037121A (ko) | 2011-06-30 | 2012-06-29 | Re123계 초전도 선재 및 그 제조 방법 |
EP12805141.4A EP2728589A4 (en) | 2011-06-30 | 2012-06-29 | SUPRENEES OF THE RE-123 WIRE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
US14/141,218 US20140148343A1 (en) | 2011-06-30 | 2013-12-26 | Re123-based superconducting wire and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011-146025 | 2011-06-30 | ||
JP2011146025 | 2011-06-30 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
US14/141,218 Continuation US20140148343A1 (en) | 2011-06-30 | 2013-12-26 | Re123-based superconducting wire and method of manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2013002372A1 true WO2013002372A1 (ja) | 2013-01-03 |
Family
ID=47424257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2012/066701 WO2013002372A1 (ja) | 2011-06-30 | 2012-06-29 | Re123系超電導線材およびその製造方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20140148343A1 (ja) |
EP (1) | EP2728589A4 (ja) |
JP (1) | JPWO2013002372A1 (ja) |
KR (1) | KR20140037121A (ja) |
CN (1) | CN103620702B (ja) |
WO (1) | WO2013002372A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103367626A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-23 | 西北有色金属研究院 | 一种涂层导体超导膜及其制备方法 |
WO2014103995A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 公益財団法人国際超電導産業技術研究センター | Re123系超電導線材およびその製造方法 |
JP7445238B2 (ja) | 2018-11-29 | 2024-03-07 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 超電導線材及び超電導線材の製造方法 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11107967B2 (en) * | 2018-10-16 | 2021-08-31 | Imam Abdulrahman Bin Faisal University | Yttrium-based superconductors with tungsten nano-structures |
CN111768926B (zh) * | 2020-07-31 | 2021-04-30 | 西北有色金属研究院 | 一种Bi-2212超导涂层的制备方法 |
CN112259673B (zh) * | 2020-10-19 | 2021-07-13 | 上海超导科技股份有限公司 | 一种含混合人工钉扎相的(re,y)-123超导膜及其制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0532452A (ja) * | 1991-07-30 | 1993-02-09 | Toshiba Corp | 酸化物超電導体の製造方法 |
JP2005054210A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Fujikura Ltd | 薄膜の製造装置 |
JP2006062896A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Nippon Steel Corp | 酸化物超電導材料及びその製造方法 |
JP2008130291A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 超電導体膜及びその製造方法 |
WO2009044637A1 (ja) | 2007-09-14 | 2009-04-09 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Re123系酸化物超電導体とその製造方法 |
JP2010086796A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Fujikura Ltd | 多結晶薄膜とその製造方法及び酸化物超電導導体 |
US7737087B2 (en) | 2004-07-27 | 2010-06-15 | Los Alamos National Security, Llc | Enhanced pinning in YBCO films with BaZrO3 nanoparticles |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1481953A3 (de) * | 2003-02-19 | 2006-03-01 | Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. | Hochtemperatursupraleitender Körper und Verfahren zu dessen Herstellung |
-
2012
- 2012-06-29 KR KR1020137032912A patent/KR20140037121A/ko not_active Application Discontinuation
- 2012-06-29 WO PCT/JP2012/066701 patent/WO2013002372A1/ja active Application Filing
- 2012-06-29 CN CN201280029838.2A patent/CN103620702B/zh active Active
- 2012-06-29 JP JP2013522974A patent/JPWO2013002372A1/ja active Pending
- 2012-06-29 EP EP12805141.4A patent/EP2728589A4/en not_active Withdrawn
-
2013
- 2013-12-26 US US14/141,218 patent/US20140148343A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0532452A (ja) * | 1991-07-30 | 1993-02-09 | Toshiba Corp | 酸化物超電導体の製造方法 |
JP2005054210A (ja) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Fujikura Ltd | 薄膜の製造装置 |
US7737087B2 (en) | 2004-07-27 | 2010-06-15 | Los Alamos National Security, Llc | Enhanced pinning in YBCO films with BaZrO3 nanoparticles |
JP2006062896A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Nippon Steel Corp | 酸化物超電導材料及びその製造方法 |
JP2008130291A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 超電導体膜及びその製造方法 |
WO2009044637A1 (ja) | 2007-09-14 | 2009-04-09 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Re123系酸化物超電導体とその製造方法 |
JP2010086796A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Fujikura Ltd | 多結晶薄膜とその製造方法及び酸化物超電導導体 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP2728589A4 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014103995A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 公益財団法人国際超電導産業技術研究センター | Re123系超電導線材およびその製造方法 |
CN103367626A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-23 | 西北有色金属研究院 | 一种涂层导体超导膜及其制备方法 |
JP7445238B2 (ja) | 2018-11-29 | 2024-03-07 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 超電導線材及び超電導線材の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103620702A (zh) | 2014-03-05 |
KR20140037121A (ko) | 2014-03-26 |
JPWO2013002372A1 (ja) | 2015-02-23 |
US20140148343A1 (en) | 2014-05-29 |
EP2728589A4 (en) | 2015-04-15 |
EP2728589A1 (en) | 2014-05-07 |
CN103620702B (zh) | 2016-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2013002372A1 (ja) | Re123系超電導線材およびその製造方法 | |
US20130231250A1 (en) | Oxide superconducting conductor and method of manufacturing the same | |
US8772201B2 (en) | Oxide superconducting conductor and method of manufacturing the same | |
JP6422342B2 (ja) | 酸化物超電導薄膜 | |
JP5757718B2 (ja) | 酸化物超電導線材の製造方法 | |
US20190318849A1 (en) | Oxide superconducting wire and method for manufacturing same | |
US20110034338A1 (en) | CRITICAL CURRENT DENSITY ENHANCEMENT VIA INCORPORATION OF NANOSCALE Ba2(Y,RE)TaO6 IN REBCO FILMS | |
JP5736522B2 (ja) | Re123系超電導線材およびその製造方法 | |
JP6155402B2 (ja) | 超電導線材及びその製造方法 | |
WO2012111678A1 (ja) | 超電導線材及び超電導線材の製造方法 | |
WO2013015328A1 (ja) | 超電導薄膜用基材、超電導薄膜及び超電導薄膜の製造方法 | |
WO2013179443A1 (ja) | 酸化物超電導薄膜とその製造方法 | |
JP6276523B2 (ja) | 酸化物超電導導体及び酸化物超電導導体の製造方法 | |
WO2021241282A1 (ja) | 超電導体およびその製造方法 | |
JP5764421B2 (ja) | 酸化物超電導導体 | |
JP2012174564A (ja) | 酸化物超電導薄膜とその製造方法 | |
JP2013037838A (ja) | 酸化物超電導線材およびその製造方法 | |
JP2012204190A (ja) | 酸化物超電導薄膜 | |
WO2002093590A1 (fr) | Supraconducteur oxyde sous forme de ruban et son mode de fabrication | |
JP2012018870A (ja) | 酸化物超電導導体用基材と該基材を備えた酸化物超電導導体およびそれらの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12805141 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2013522974 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 20137032912 Country of ref document: KR Kind code of ref document: A |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2012805141 Country of ref document: EP |