WO2020161909A1 - 超電導線材接続構造 - Google Patents

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superconducting
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intermediate layer
oxide superconductor
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康太郎 大木
永石　竜起
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住友電気工業株式会社
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    • 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
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present disclosure relates to a superconducting wire connection structure.
  • Patent Document 1 International Publication No. 2016/129469 describes a superconducting wire connecting structure.
  • the superconducting wire connecting structure described in Patent Document 1 has a first superconducting wire including a first superconducting layer, a second superconducting wire including a second superconducting layer, and a connecting layer.
  • the first superconducting layer, the second superconducting layer, and the connecting layer are made of an oxide superconductor such as REBa 2 CuO 7-x (RE is a rare earth element).
  • the first superconducting wire and the second superconducting wire are arranged such that the first superconducting layer and the second superconducting layer face each other with the connecting layer interposed therebetween.
  • the connection layer superconducts the first superconducting layer and the second superconducting layer.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2013-26188 describes a superconducting wire.
  • the superconducting wire described in Patent Document 2 has a superconducting layer formed of a single crystal body of an oxide superconductor such as REBa 2 CuO 7-x .
  • a superconducting wire connecting structure includes a first superconducting wire, a second superconducting wire, and a connecting layer.
  • the first superconducting wire has a first superconducting layer.
  • the second superconducting wire has a second superconducting layer.
  • the first superconducting layer, the second superconducting layer and the connecting layer are made of an oxide superconductor.
  • At least one of the first superconducting layer and the second superconducting wire is formed of a polycrystalline oxide superconductor.
  • the first superconducting wire and the second superconducting wire are arranged such that the first superconducting layer and the second superconducting layer face each other with the connecting layer interposed therebetween.
  • FIG. 5 is a process drawing showing the method of manufacturing the superconducting wire connection structure according to the first embodiment.
  • the superconducting layer of the superconducting wire described in Patent Document 2 is formed of a single crystal body of an oxide superconductor, oxygen penetrates into the superconducting layer during the oxygen reintroduction process. There are few routes. Therefore, when the superconducting wire rod described in Patent Document 2 is applied to the superconducting wire rod connection structure of Patent Document 1, the oxygen reintroduction process takes a long time.
  • the oxygen reintroduction process can be completed in a relatively short time.
  • the oxygen reintroduction process can be completed in a relatively short time.
  • the first superconducting layer may be formed of a polycrystalline oxide superconductor, and the second superconducting layer may be a single crystal oxide superconductor. May be formed of.
  • a superconducting wire connecting structure includes a first superconducting wire, a second superconducting wire, and a connecting layer.
  • the first superconducting wire has a first intermediate layer and a first superconducting layer formed immediately above the first intermediate layer.
  • the second superconducting wire has a second intermediate layer and a second superconducting layer formed immediately above the second intermediate layer.
  • the first superconducting layer, the second superconducting layer and the connecting layer are made of an oxide superconductor.
  • the first intermediate layer has higher oxygen permeability than the second intermediate layer.
  • the first superconducting wire and the second superconducting wire are arranged such that the first superconducting layer and the second superconducting layer face each other with the connecting layer interposed therebetween.
  • the oxygen reintroduction treatment is performed.
  • oxygen easily diffuses into the first superconducting layer, the second superconducting layer, and the connecting layer through the first intermediate layer. Therefore, according to the superconducting wire connecting structure of the above (2), the oxygen reintroduction process can be completed in a relatively short time.
  • the first superconducting wire is formed on the first base material, the third intermediate layer formed directly on the first base material, and on the third intermediate layer. It may further have the formed 4th intermediate
  • the second superconducting wire may further have a second base material.
  • the first intermediate layer may be formed directly on the fourth intermediate layer.
  • the second intermediate layer may be formed directly on the second base material.
  • the fourth intermediate layer may have higher oxygen permeability than the second intermediate layer.
  • the layer having relatively high oxygen permeability becomes relatively thick, so that the oxygen reintroduction process can be completed in a shorter time.
  • the first superconducting wire may be shorter than the second superconducting wire.
  • the intermediate layer of the second superconducting wire has a one-layer structure, while the intermediate layer of the first superconducting wire has a three-layer structure. 1
  • the manufacturing cost of the superconducting wire is relatively high.
  • the first superconducting wire is shorter than the second superconducting wire (that is, the first superconducting wire serves as a patch for connecting a plurality of superconducting wires. Therefore, the oxygen reintroduction process can be completed in a relatively short time while suppressing an increase in cost associated with the intermediate layer of the first superconducting wire having a three-layer structure.
  • the first superconducting layer may be formed of a polycrystalline oxide superconductor.
  • the second superconducting layer may be formed of a single crystal body of an oxide superconductor.
  • the first superconducting layer is formed of a polycrystalline body, when performing the oxygen reintroduction treatment, oxygen is transferred to the first side through the crystal grain boundaries of the polycrystalline body.
  • the first superconducting layer (second superconducting layer and connecting layer) easily diffuses into the inside. Therefore, according to the superconducting wire connecting structure of the above (6), the oxygen reintroduction process can be completed in a shorter time.
  • the oxide superconductor may be REBa 2 CuO 7-x (RE is a rare earth element).
  • FIG. 1 is a perspective view of a superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • the superconducting wire connecting structure according to the embodiment has a first superconducting wire 1, a second superconducting wire 2, and a connection layer 3 (not shown in FIG. 1). ..
  • FIG. 2 is a sectional view of the first superconducting wire 1 in the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • the first superconducting wire 1 has a base material 11, an intermediate layer 12a, an intermediate layer 12b and an intermediate layer 12c, and a superconducting layer 13 (first superconducting layer).
  • the base material 11 has a first layer 11a, a second layer 11b, and a third layer 11c.
  • the first layer 11a is made of stainless steel such as SUS316L.
  • the second layer 11b is formed on the first layer 11a.
  • the second layer 11b is made of, for example, copper (Cu) or the like.
  • the third layer 11c is formed on the second layer 11b.
  • the third layer 11c is made of, for example, nickel (Ni) or the like.
  • the intermediate layer 12a is formed immediately above the base material 11 (specifically, the third layer 11c).
  • the intermediate layer 12a is formed of, for example, yttria (Y 2 O 3 ).
  • the intermediate layer 12b is formed directly on the intermediate layer 12a.
  • the intermediate layer 12b is formed of, for example, stabilized zirconia (YSZ).
  • the intermediate layer 12c is formed immediately above the intermediate layer 12b.
  • the intermediate layer 12c is formed of, for example, ceria oxide (CeO 2 ).
  • the intermediate layers 12a to 12c are formed by, for example, a magnetron sputtering method.
  • the superconducting layer 13 is formed directly on the intermediate layer 12c.
  • the superconducting layer 13 is made of an oxide superconductor.
  • This oxide superconductor is, for example, REBa 2 CuO 7-x (RE is a rare earth element).
  • This rare earth element is, for example, yttrium (Y), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), eurobium (Eu), gadolinium (Gd), holmium (Ho), ytterbium (Yb).
  • the superconducting layer 13 is formed by, for example, a PLD (Pulsed Laser Deposition) method.
  • the superconducting layer 13 may be formed by a coating thermal decomposition (Metal Organic Deposition) method.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the second superconducting wire 2 in the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • the second superconducting wire 2 has a base material 21, an intermediate layer 22a, an intermediate layer 12b and an intermediate layer 12c, and a superconducting layer 23 (second superconducting layer).
  • the base material 21 is formed of Hastelloy (registered trademark), for example.
  • the intermediate layer 22a is formed directly on the base material 21.
  • the intermediate layer 22a is formed of yttria, for example.
  • the intermediate layer 22b is formed directly on the intermediate layer 22a.
  • the intermediate layer 22b is made of, for example, stabilized zirconia.
  • the intermediate layer 22c is formed immediately above the intermediate layer 22c.
  • the intermediate layer 22c is made of, for example, ceria.
  • the intermediate layers 22a to 22c are formed by, for example, the IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) method.
  • the superconducting layer 23 is made of an oxide superconductor.
  • the oxide superconductor forming the superconducting layer 23 is preferably the same as the oxide superconductor forming the superconducting layer 13.
  • the superconducting layer 23 is formed of a single crystal body of the oxide superconductor.
  • the superconducting layer 23 is formed by, for example, the PLD method or the MOD method.
  • the superconducting layer 13 is formed of a polycrystalline oxide superconductor and the superconducting layer 23 is formed of an oxide superconductor single crystal.
  • the superconducting layer 13 and the superconducting layer It suffices that any one of 23 be formed of a polycrystalline oxide superconductor.
  • the intermediate layers 22a to 22c are formed by the IBAD method, but the intermediate layers 22a to 22c formed by the IBAD method have extremely high crystal orientation. As a result, the superconducting layer 23 thus formed on the intermediate layers 22a to 22c is formed of a single crystal of an oxide superconductor.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment at the connecting portion between the first superconducting wire 1 and the second superconducting wire 2.
  • the first superconducting wire 1 and the second superconducting wire 2 are arranged such that the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 face each other with the connection layer 3 interposed therebetween.
  • connection layer 3 is made of an oxide superconductor.
  • the oxide superconductor forming the connection layer 3 is preferably the same as the oxide superconductor forming the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23.
  • the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 are superconductingly joined by being connected by the connection layer 3.
  • FIG. 5 is a process drawing showing the method for manufacturing the superconducting wire rod connection structure according to the first embodiment.
  • the method for manufacturing a superconducting wire according to the first embodiment includes a first superconducting wire preparing step S1, a second superconducting wire preparing step S2, a connecting step S3, and an oxygen introducing step S4.
  • the first superconducting wire preparation step S1 and the second superconducting wire preparation step S2 are prepared, respectively.
  • the organic compound film is formed on the superconducting layer 13.
  • This organic compound film contains the constituent elements of the superconductor forming the connection layer 3. That is, this organic compound film contains the constituent elements of the superconductors forming the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23.
  • the carbide contained in the calcined film is decomposed to form the microcrystal layer 3a containing the microcrystals of the superconductor forming the connection layer 3 (superconducting layer 13 and superconducting layer 23).
  • the heating/pressurizing step S32 is performed in an atmosphere of low oxygen concentration (for example, 10 ⁇ 4 atm). As a result, in the heating/pressurizing step S32, oxygen is desorbed from the superconducting layer 13, the superconducting layer 23, and the connecting layer 3 in the connecting portion, and the oxidation forming the superconducting layer 13, the superconducting layer 23, and the connecting layer 3 is performed.
  • the superconductor becomes a non-superconductor.
  • the superconducting layer 13 is formed of a polycrystalline oxide superconductor, when the oxygen reintroduction process is performed, the crystal grains of the polycrystalline body are formed. Oxygen easily diffuses into the inside of the superconducting layer 13 (the superconducting layer 23 and the connection layer 3) through the boundary. Therefore, according to the superconducting wire connecting structure of the first embodiment, the oxygen reintroduction process can be completed in a relatively short time.
  • the intermediate layer 22 is formed directly on the base material 21 (specifically, the third layer 21c).
  • the intermediate layer 22 is made of yttria, for example.
  • the intermediate layer of the second superconducting wire 2 has a one-layer structure.
  • the oxygen permeability of the intermediate layer 22 is lower than the oxygen permeability of the intermediate layers 12b and 12c.

Abstract

本開示の一態様に係る超電導線材接続構造は、第１超電導線材と、第２超電導線材と、接続層とを備える。第１超電導線材は、第１超電導層を有する。第２超電導線材は、第２超電導層を有する。第１超電導層、第２超電導層及び接続層は、酸化物超電導体で形成されている。第１超電導層及び第２超電導層の少なくとも一方は、酸化物超電導体の多結晶体で形成されている。第１超電導線材及び第２超電導線材は、第１超電導層及び第２超電導層が接続層を介して互いに対向するように配置されている。

Description

超電導線材接続構造
　本開示は、超電導線材接続構造に関する。
　特許文献１（国際公開第２０１６／１２９４６９号）には、超電導線材接続構造が記載されている。特許文献１に記載の超電導線材接続構造は、第１超電導層を含む第１超電導線材と、第２超電導層を含む第２超電導線材と、接続層とを有している。第１超電導層、第２超電導層及び接続層は、ＲＥＢａ２ＣｕＯ７－ｘ（ＲＥは希土類元素）等の酸化物超電導体で形成されている。
　特許文献１に記載の超電導線材接続構造において、第１超電導線材及び第２超電導線材は、第１超電導層及び第２超電導層が接続層を介して互いに対向するように配置されている。接続層は、第１超電導層及び第２超電導層を超電導接合している。
　特許文献２（特開２０１３－２６１８８号公報）には、超電導線材が記載されている。特許文献２に記載の超電導線材は、ＲＥＢａ２ＣｕＯ７－ｘ等の酸化物超電導体の単結晶体で形成された超電導層を有している。
国際公開第２０１６／１２９４６９号 特開２０１３－２６１８８号公報
　本開示の一態様に係る超電導線材接続構造は、第１超電導線材と、第２超電導線材と、接続層とを備える。第１超電導線材は、第１超電導層を有する。第２超電導線材は、第２超電導層を有する。第１超電導層、第２超電導層及び接続層は、酸化物超電導体で形成されている。第１超電導層及び第２超電導線材の少なくとも一方は、酸化物超電導体の多結晶体で形成されている。第１超電導線材及び第２超電導線材は、第１超電導層及び第２超電導層が接続層を介して互いに対向するように配置されている。
第１実施形態に係る超電導線材接続構造の斜視図である。 第１実施形態に係る超電導線材接続構造における第１超電導線材１の断面図である。 第１実施形態に係る超電導線材接続構造における第２超電導線材２の断面図である。 第１超電導線材１と第２超電導線材２との接続部における第１実施形態に係る超電導線材接続構造の断面図である。 第１実施形態に係る超電導線材接続構造の製造方法を示す工程図である。 微結晶層形成工程Ｓ３１における第１超電導線材１の断面図である。 第２実施形態に係る超電導線材接続構造における第２超電導線材２の断面図である。 第１実施形態及び第２実施形態の変形例に係る超電導線材接続構造の斜視図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　特許文献１に記載の超電導線材接続構造においては、接続層により第１超電導層及び第２超電導層を接続する際に、第１超電導層、第２超電導層及び接続層を構成する酸化物超電導体から酸素が脱離し、当該酸化物超電導体が非超電導体化してしまう。そのため、特許文献１に記載の超電導線材接続構造においては、第１超電導線材と第２超電導線材との接続部に位置する第１超電導層、第２超電導層及び接続層に酸素を再導入するための処理（以下「酸素再導入処理」という）が必要となる。
　上記のとおり、特許文献２に記載の超電導線材の超電導層は、酸化物超電導体の単結晶体で形成されているため、酸素再導入処理の際に当該超電導層中へと酸素が侵入するための経路が少ない。そのため、特許文献２に記載の超電導線材を特許文献１の超電導線材接続構造に適用した場合、酸素再導入処理が長時間化する。
　本開示は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、酸素再導入処理を相対的に短時間で完了可能な超電導線材接続構造を提供するものである。
　［本開示の効果］
　本開示に係る超電導線材接続構造によると、酸素再導入処理を相対的に短時間で完了することができる。
　［本開示の実施形態の概要］
　まず、本開示の実施形態を列挙して説明する。
　（１）本開示の一実施形態に係る超電導線材接続構造は、第１超電導線材と、第２超電導線材と、接続層とを備える。第１超電導線材は、第１超電導層を有する。第２超電導線材は、第２超電導層を有する。第１超電導層、第２超電導層及び接続層は、酸化物超電導体で形成されている。第１超電導層及び第２超電導層のいずれか一方は、酸化物超電導体の多結晶体で形成されている。第１超電導線材及び第２超電導線材は、第１超電導層及び第２超電導層が接続層を介して互いに対向するように配置されている。
　上記（１）の超電導線材接続構造においては、第１超電導層及び第２超電導層のいずれか一方が多結晶体で形成されているため、酸素再導入処理を行う際に、当該多結晶体の結晶粒界を介して酸素が第１超電導層、第２超電導層及び接続層の内部へと拡散しやすい。そのため、上記（１）の超電導線材接続構造によると、酸素再導入処理を相対的に短時間で完了することが可能となる。
　（２）上記（２）の超電導線材接続構造において、第１超電導層は、酸化物超電導体の多結晶体で形成されていてもよく、第２超電導層は、酸化物超電導体の単結晶体で形成されていてもよい。
　（３）本開示の他の実施形態に係る超電導線材接続構造は、第１超電導線材と、第２超電導線材と、接続層とを備える。第１超電導線材は、第１中間層と、第１中間層の直上に形成された第１超電導層とを有する。第２超電導線材は、第２中間層と、第２中間層の直上に形成された第２超電導層とを有する。第１超電導層、第２超電導層及び接続層は、酸化物超電導体で形成されている。第１中間層は、第２中間層よりも酸素透過性が高い。第１超電導線材及び第２超電導線材は、第１超電導層及び第２超電導層が接続層を介して互いに対向するように配置されている。
　上記（３）の超電導線材接続構造においては、第１中間層が第１超電導層に接しているとともに、第１中間層における酸素透過率が相対的に高くなっているため、酸素再導入処理を行う際に、第１中間層を介して酸素が第１超電導層、第２超電導層及び接続層の内部へと拡散しやすい。そのため、上記（２）の超電導線材接続構造によると、酸素再導入処理を相対的に短時間で完了することが可能となる。
　（４）上記（３）の超電導体接続構造において、第１超電導線材は、第１基材と、第１基材の直上に形成された第３中間層と、第３中間層の直上に形成された第４中間層とをさらに有していてもよい。第２超電導線材は、第２基材をさらに有していてもよい。第１中間層は、第４中間層の直上に形成されていてもよい。第２中間層は、第２基材の直上に形成されていてもよい。第４中間層は、第２中間層よりも酸素透過性が高くてもよい。
　上記（４）の超電導線材接続構造によると、酸素透過性が相対的に高い層が相対的に厚くなるため、酸素再導入処理をより短時間で完了することが可能となる。
　（５）上記（４）の超電導線材接続構造において、第１中間層は、酸化セリウムで形成されていてもよい。第２中間層及び第３中間層は、イットリアで形成されていてもよい。第４中間層は、イットリア安定化ジルコニアで形成されていてもよい。
　（６）上記（４）又は（５）の超電導線材接続構造において、第１超電導線材は、第２超電導線材よりも短くてもよい。
　上記（４）及び（５）の超電導線材接続構造において、第２超電導線材の中間層は１層構造となっている一方、第１超電導線材の中間層は３層構造となっているため、第１超電導線材の製造コストが相対的に高くなってしまう。しかしながら、上記（６）の超電導線材接続構造においては、第１超電導線材が第２超電導線材よりも短くなっている（すなわち、第１超電導線材が複数の超電導線材を接続するためのパッチとなっている）ため、第１超電導線材の中間層が３層構造となることに伴うコスト増を抑制しつつ、酸素再導入処理を相対的に短時間で完了することが可能となる。
　（７）上記（３）～（６）の超電導線材接続構造において、第１超電導層は、酸化物超電導体の多結晶体で形成されていてもよい。第２超電導層は、酸化物超電導体の単結晶体で形成されていてもよい。
　上記（６）の超電導線材接続構造においては、第１超電導層が多結晶体で形成されているため、酸素再導入処理を行う際に、当該多結晶体の結晶粒界を介して酸素が第１超電導層（第２超電導層及び接続層）の内部へと拡散しやすい。そのため、上記（６）の超電導線材接続構造によると、酸素再導入処理をさらに短時間で完了することが可能となる。
　（８）上記（１）～（７）の超電導接続構造において、酸化物超電導体は、ＲＥＢａ２ＣｕＯ７－ｘ（ＲＥは希土類元素）であってもよい。
　［本開示の実施形態の詳細］
　次に、本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
　（第１実施形態）
　以下に、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の構成を説明する。
　図１は、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の斜視図である。図１に示されるように、実施形態に係る超電導線材接続構造は、第１超電導線材１と、第２超電導線材２と、接続層３（図１中において図示せず）とを有している。
　図２は、第１実施形態に係る超電導線材接続構造における第１超電導線材１の断面図である。図２に示されるように、第１超電導線材１は、基材１１と、中間層１２ａ、中間層１２ｂ及び中間層１２ｃと、超電導層１３（第１超電導層）とを有している。
　基材１１は、第１層１１ａと、第２層１１ｂと、第３層１１ｃとを有している。第１層１１ａは、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼で形成されている。第２層１１ｂは、第１層１１ａ上に形成されている。第２層１１ｂは、例えば銅（Ｃｕ）等で形成されている。第３層１１ｃは、第２層１１ｂ上に形成されている。第３層１１ｃは、例えばニッケル（Ｎｉ）等で形成されている。
　中間層１２ａは、基材１１（具体的には、第３層１１ｃ）の直上に形成されている。中間層１２ａは、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）で形成されている。中間層１２ｂは、中間層１２ａの直上に形成されている。中間層１２ｂは、例えば、安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で形成されている。中間層１２ｃは、中間層１２ｂの直上に形成されている。中間層１２ｃは、例えば、酸化セリア（ＣｅＯ２）で形成されている。中間層１２ａ～中間層１２ｃは、例えば、マグネトロンスパッタ法により形成されている。
　超電導層１３は、中間層１２ｃの直上に形成されている。超電導層１３は、酸化物超電導体で形成されている。この酸化物超電導体は、例えば、ＲＥＢａ２ＣｕＯ７－ｘ（ＲＥは希土類元素）である。この希土類元素は、例えば、イットリウム（Ｙ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロビウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等である。超電導層１３は、例えばＰＬＤ（Pulsed　Laser　Deposition）法により形成されている。超電導層１３は、塗布熱分解（Metal　Organic　Deposition）法により形成されてもよい。
　超電導層１３は、上記の酸化物超電導体の多結晶体で形成されている。「超電導層１３が酸化物超電導体の多結晶体で形成されている」とは、超電導層１３のＸ線回折で評価した面内配向性（ΔΦ）が４°より大きいことをいう。基材１１の第２層１１ｂ及び第３層１１ｃを構成する結晶粒は、所定の方位に沿って配向しており、中間層１２ａ～中間層１２ｃは、当該所定の方位に沿って配向している結晶粒で構成される。その結果、中間層１２ｃ上に形成される超電導層１３も、当該所定の方位に沿って配向している結晶粒で構成されることになる。超電導層１３を構成する酸化物超電導体の結晶粒の平均粒径は、例えば、１００μｍ以上１５０μｍ以下である。
　図３は、第１実施形態に係る超電導線材接続構造における第２超電導線材２の断面図である。図３に示されるように、第２超電導線材２は、基材２１と、中間層２２ａ、中間層１２ｂ及び中間層１２ｃと、超電導層２３（第２超電導層）とを有している。
　基材２１は、例えばハステロイ（登録商標）で形成されている。中間層２２ａは、基材２１の直上に形成されている。中間層２２ａは、例えばイットリアで形成されている。中間層２２ｂは、中間層２２ａの直上に形成されている。中間層２２ｂは、例えば安定化ジルコニアで形成されている。中間層２２ｃは、中間層２２ｃの直上に形成されている。中間層２２ｃは、例えば酸化セリアで形成されている。中間層２２ａ～中間層２２ｃは、例えば、ＩＢＡＤ（Ion　Beam　Assisted　Deposition）法で形成される。
　超電導層２３は、酸化物超電導体で形成されている。超電導層２３を構成する酸化物超電導体は、超電導層１３を構成する酸化物超電導体と同一であることが好ましい。超電導層２３は、当該酸化物超電導体の単結晶体で形成されている。超電導層２３は、例えばＰＬＤ法、ＭＯＤ法で形成される。この例では、超電導層１３が酸化物超電導体の多結晶体で形成されているとともに、超電導層２３が酸化物超電導体の単結晶体で形成されているとしたが、超電導層１３及び超電導層２３のいずれか一方が酸化物超電導体の多結晶体で形成されていればよい。
　上記のとおり、中間層２２ａ～中間層２２ｃはＩＢＡＤ法で形成されているが、ＩＢＡＤ法で形成された中間層２２ａ～中間層２２ｃは結晶配向性が極めて高い。その結果、そのように中間層２２ａ～中間層２２ｃ上に形成された超電導層２３は、酸化物超電導体の単結晶体で形成されることになる。
　図４は、第１超電導線材１と第２超電導線材２との接続部における第１実施形態に係る超電導線材接続構造の断面図である。図４に示されるように、第１超電導線材１及び第２超電導線材２は、接続層３を介して超電導層１３及び超電導層２３が互いに対向するように配置されている。
　接続層３は、酸化物超電導体で形成されている。接続層３を構成している酸化物超電導体は、超電導層１３及び超電導層２３を構成している酸化物超電導体と同一であることが好ましい。超電導層１３及び超電導層２３は、接続層３で接続されることにより、超電導接合されている。
　以下に、第１実施形態に係る超電導接続構造の製造方法を説明する。
　図５は、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の製造方法を示す工程図である。図５に示されるように、第１実施形態に係る超電導線材の製造方法は、第１超電導線材準備工程Ｓ１と、第２超電導線材準備工程Ｓ２と、接続工程Ｓ３と、酸素導入工程Ｓ４とを有している。
　第１超電導線材準備工程Ｓ１及び第２超電導線材準備工程Ｓ２においては、第１超電導線材１及び第２超電導線材２がそれぞれ準備される。
　接続工程Ｓ３は、微結晶層形成工程Ｓ３１と、加熱・加圧工程Ｓ３２とを有している。図６は、微結晶層形成工程Ｓ３１における第１超電導線材１の断面図である。図６に示されるように、微結晶層形成工程Ｓ３１においては、超電導層１３上に、微結晶層３ａが形成される。
　微結晶層３ａの形成においては、第１に、超電導層１３上に、有機化合物膜が形成される。この有機化合物膜は、接続層３を構成する超電導体の構成元素を含有している。すなわち、この有機化合物膜は、超電導層１３及び超電導層２３を構成する超電導体の構成元素を含有している。
　微結晶層３ａの形成においては、第２に、有機化合物膜に対する仮焼成が行われる。仮焼成により、有機化合物膜は、接続層３を構成する超電導体の前駆体となる（以下においては、仮焼成が行われた有機化合物膜を、仮焼膜という）。仮焼成は、接続層３を構成する材料の生成温度未満の温度で行われる。
　微結晶層３ａの形成においては、第３に、仮焼成の後に、仮焼膜に対する熱処理が行われる。これにより、仮焼膜に含まれる炭化物が分解されて、接続層３（超電導層１３及び超電導層２３）を構成する超電導体の微結晶を含む微結晶層３ａが形成される。
　上記の例においては、微結晶層３ａが超電導層１３上に形成されるものとして説明を行ったが、微結晶層３ａは、超電導層１３上及び超電導層２３上の少なくとも一方に形成されていればよい。
　加熱・加圧工程Ｓ３２においては、接続層３が形成される。加熱・加圧工程Ｓ３２においては、第１に、第１超電導線材１及び第２超電導線材２は、超電導層１３及び超電導層２３が微結晶層３ａを挟んで対向するように重ね合わされる。加熱・加圧工程Ｓ３２においては、第２に、微結晶層３ａ並びにそれらを挟み込んでいる超電導層１３及び超電導層２３に対する加圧及び加熱が行われる。これにより、微結晶層３ａに含まれる超電導体が超電導層１３上及び超電導層２３上にエピタキシャル成長し、接続層３が形成される。
　加熱・加圧工程Ｓ３２は、低酸素濃度（例えば、１０－４ａｔｍ）の雰囲気下において行われる。その結果、加熱・加圧工程Ｓ３２においては、接続部にある超電導層１３、超電導層２３及び接続層３から酸素が脱離し、超電導層１３、超電導層２３及び接続層３を構成している酸化物超電導体が非超電導体化する。
　酸素導入工程Ｓ４においては、超電導層１３、超電導層２３及び接続層３への酸素再導入が行われる。この酸素再導入は、比較的酸素濃度が高い（例えば、１ａｔｍ）雰囲気下において加熱を行うことにより行われる。
　以下に、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の効果を説明する。
　仮に超電導層１３及び超電導層２３が酸化物超電導体の単結晶体で形成されている場合には、超電導層１３及び超電導層２３中に酸素が拡散するための経路が乏しいため、酸素再導入処理（酸素導入工程Ｓ４）に長時間を要する。
　しかしながら、第１実施形態に係る超電導線材接続構造においては、超電導層１３が酸化物超電導体の多結晶体で形成されているため、酸素再導入処理を行う際に、当該多結晶体の結晶粒界を介して酸素が超電導層１３（超電導層２３及び接続層３）の内部へと拡散しやすい。そのため、第１実施形態に係る超電導線材接続構造によると、酸素再導入処理を相対的に短時間で完了することが可能となる。
　（第２実施形態）
　以下に、第２実施形態に係る超電導線材接続構造の構成を説明する。但し、以下においては、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
　第２実施形態に係る超電導線材接続構造は、基材１１（第１層１１ａ、第２層１１ｂ及び第３層１１ｃ）と、中間層１２ａ（第３中間層）、中間層１２ｂ（第４中間層）及び中間層１２ｃ（第１中間層）と、超電導層１３とを有する第１超電導線材１と、第２超電導線材２と、接続層３とを有している。この点に関して、第２実施形態に係る超電導線材接続構造の構成は、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の構成と共通している。
　しかしながら、第２実施形態に係る超電導線材接続構造の構成は、第２超電導線材２の構成に関して、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の構成と異なっている。図７は、第２実施形態に係る超電導線材接続構造における第２超電導線材２の断面図である。図７に示されるように、第２超電導線材２は、基材２１と、中間層２２（第２中間層）と、超電導層２３とを有している。
　基材２１は、第１層２１ａと、第２層２１ｂと、第３層２１ｃとを有している。第１層２１ａは、例えばＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼で形成されている。第２層２１ｂは、第１層２１ａ上に形成されている。第２層２１ｂは、例えば銅等で形成されている。第３層２１ｃは、第２層２１ｂ上に形成されている。第３層２１ｃは、例えばニッケル等で形成されている。
　中間層２２は、基材２１（具体的には、第３層２１ｃ）の直上に形成されている。中間層２２は、例えばイットリアで形成されている。第２超電導線材２の中間層は、１層構造となっている。中間層２２の酸素透過率は、中間層１２ｂ及び中間層１２ｃの酸素透過性よりも低い。
　超電導層２３は、中間層２２の直上に形成されている。超電導層２３は、例えば超電導層１３を構成する酸化物超電導体と同一の酸化物超電導体で形成されている。超電導層２３は、酸化物超電導体の多結晶体で形成されている。なお、超電導層２３は、第１実施形態と同様に、酸化物超電導体の単結晶体で形成されていてもよい。
　第１超電導線材１は、第２超電導線材２よりも短いことが好ましい。すなわち、第１超電導線材１は、２本の第２超電導線材２を接続するためのパッチとしての超電導線材であることが好ましい。
　第２実施形態に係る超電導線材接続構造の製造方法は、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の製造方法と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。
　以下に、第２実施形態に係る超電導線材接続構造の効果を説明する。但し、以下においては、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
　第２実施形態に係る超電導線材接続構造においては、中間層１２ｃが超電導層１３に接しているとともに、中間層１２ｃにおける酸素透過率が中間層２２よりもに高くなっているため、酸素再導入処理を行う際に、中間層１２ｃを介して酸素が超電導層１３（超電導層２３及び接続層３）の内部へと拡散しやすい。そのため、第２実施形態に係る超電導線材接続構造によると、酸素再導入処理を相対的に短時間で完了することが可能となる。
　第２実施形態に係る超電導線材接続構造においては、中間層１２ｂが中間層１２ｃに接しているとともに、中間層１２ｂの酸素透過性が中間層２２よりも高くなっているため、高い酸素透過性を有する層が厚くなり、酸素再導入処理をより短時間で完了することが可能となる。
　第２実施形態に係る超電導線材接続構造においては、超電導層１３及び超電導層２３が酸化物超電導体の多結晶体で形成されているため、酸素再導入処理を行う際に、当該多結晶体の結晶粒界を介して酸素が超電導層１３、超電導層２３及び接続層３の内部へと拡散しやすい。
　第２実施形態に係る超電導線材接続構造においては、第２超電導線材２の中間層が１層構造となっている一方、第１超電導線材１の中間層が３層構造となっているため、第１超電導線材１の製造コストが相対的に上昇する。しかしながら、第２実施形態に係る超電導線材接続構造において第１超電導線材１が第２超電導線材２よりも短くなっている（第１超電導線材１が２本の第２超電導線材２を接続するためのパッチとしての超電導線材である）場合、第１超電導線材１の中間層を３層構造とすることに伴うコスト増は大きな問題とならない。そのため、この場合には、第１超電導線材１の中間層が３層構造となることに伴うコスト増を抑制しつつ、酸素再導入処理を相対的に短時間で完了することが可能となる。
　（変形例）
　上記の第１実施形態及び第２実施形態に係る超電導線材接続構造においては、２本の第２超電導線材２を平行に配置するとともに、第２超電導線材２の端部の各々を第１超電導線材１により接続する例を示した。
　図８は、第１実施形態及び第２実施形態の変形例に係る超電導線材接続構造の斜視図である。図８に示されるように、第１実施形態及び第２実施形態に係る超電導線材接続構造においては、２本の第２超電導線材２を直線状に配置するとともに、第２超電導線材２の端部の各々を第１超電導線材１により接続してもよい。
　今回開示された実施形態は全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実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　Ｓ１　第１超電導線材準備工程、Ｓ２　第２超電導線材準備工程、Ｓ３　接続工程、Ｓ４　酸素導入工程、Ｓ３１　微結晶層形成工程、Ｓ３２　加圧工程、１１　基材、１１ａ　第１層、１１ｂ　第２層、１１ｃ　第３層、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ　中間層、１３　超電導層、２１　基材、２１ａ　第１層、２１ｂ　第２層、２１ｃ　第３層、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ　中間層、２３　超電導層、３　接続層、３ａ　微結晶層、１　第１超電導線材、２　第２超電導線材。

Claims (8)

  1. 　第１超電導層を有する第１超電導線材と、
    　第２超電導層を有する第２超電導線材と、
    　接続層とを備え、
    　前記第１超電導層、前記第２超電導層及び前記接続層は、酸化物超電導体で形成されており、
    　前記第１超電導層及び前記第２超電導層の少なくとも一方は、前記酸化物超電導体の多結晶体で形成されており、
    　前記第１超電導線材及び前記第２超電導線材は、前記第１超電導層及び前記第２超電導層が前記接続層を介して互いに対向するように配置されている、超電導線材接続構造。
  2. 　前記第１超電導層は、前記酸化物超電導体の多結晶体で形成されており、
    　前記第２超電導層は、前記酸化物超電導体の単結晶体で形成されている、請求項１に記載の超電導線材接続構造。
  3. 　第１中間層と、前記第１中間層の直上に形成された第１超電導層とを有する第１超電導線材と、
    　第２中間層と、前記第２中間層の直上に形成された第２超電導層とを有する第２超電導線材と、
    　接続層とを備え、
    　前記第１超電導層、前記第２超電導層及び前記接続層は、酸化物超電導体で形成されており、
    　前記第１中間層は、前記第２中間層よりも酸素透過性が高く、
    　前記第１超電導線材及び前記第２超電導線材は、前記第１超電導層及び前記第２超電導層が前記接続層を介して互いに対向するように配置されている、超電導線材接続構造。
  4. 　前記第１超電導線材は、第１基材と、前記第１基材の直上に形成された第３中間層と、前記第３中間層の直上に形成された第４中間層とをさらに有し、
    　前記第２超電導線材は、第２基材をさらに有し、
    　前記第１中間層は、前記第４中間層の直上に形成されており、
    　前記第２中間層は、前記第２基材の直上に形成されており、
    　前記第４中間層は、前記第２中間層よりも酸素透過性が高い、請求項３に記載の超電導線材接続構造。
  5. 　前記第１中間層は、酸化セリウムで形成されており、
    　前記第２中間層及び前記第３中間層は、イットリアで形成されており、
    　前記第４中間層は、イットリア安定化ジルコニアで形成されている、請求項４に記載の超電導線材接続構造。
  6. 　前記第１超電導線材は、前記第２超電導線材よりも短い、請求項４又は請求項５に記載の超電導線材接続構造。
  7. 　前記第１超電導層は、前記酸化物超電導体の多結晶体で形成されており、
    　前記第２超電導層は、前記酸化物超電導体の単結晶体で形成されている、請求項３～請求項６のいずれか１項に記載の超電導線材接続構造。
  8. 　前記酸化物超電導体は、ＲＥＢａ２ＣｕＯ７－ｘ（ＲＥは希土類元素）である、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の超電導線材接続構造。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008140930A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導コイル
JP4728847B2 (ja) * 2006-03-14 2011-07-20 新日本製鐵株式会社 酸化物超電導体通電素子
JP2015230875A (ja) * 2014-06-06 2015-12-21 株式会社フジクラ 酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法、及び酸化物超電導線材の接続構造体
JP2016110816A (ja) * 2014-12-05 2016-06-20 株式会社フジクラ 超電導線材の接続構造体および超電導線材の接続構造体の製造方法
WO2016129469A1 (ja) * 2015-02-12 2016-08-18 住友電気工業株式会社 超電導線材の製造方法および超電導線材接合用部材
WO2017061563A1 (ja) * 2015-10-08 2017-04-13 古河電気工業株式会社 超電導コイル
WO2018211699A1 (ja) * 2017-05-19 2018-11-22 住友電気工業株式会社 超電導線材、超電導コイル、超電導マグネット及び超電導機器
WO2018211766A1 (ja) * 2017-05-19 2018-11-22 住友電気工業株式会社 超電導線材、超電導コイル、超電導マグネット及び超電導機器

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4728847B2 (ja) * 2006-03-14 2011-07-20 新日本製鐵株式会社 酸化物超電導体通電素子
JP2008140930A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導コイル
JP2015230875A (ja) * 2014-06-06 2015-12-21 株式会社フジクラ 酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法、及び酸化物超電導線材の接続構造体
JP2016110816A (ja) * 2014-12-05 2016-06-20 株式会社フジクラ 超電導線材の接続構造体および超電導線材の接続構造体の製造方法
WO2016129469A1 (ja) * 2015-02-12 2016-08-18 住友電気工業株式会社 超電導線材の製造方法および超電導線材接合用部材
WO2017061563A1 (ja) * 2015-10-08 2017-04-13 古河電気工業株式会社 超電導コイル
WO2018211699A1 (ja) * 2017-05-19 2018-11-22 住友電気工業株式会社 超電導線材、超電導コイル、超電導マグネット及び超電導機器
WO2018211766A1 (ja) * 2017-05-19 2018-11-22 住友電気工業株式会社 超電導線材、超電導コイル、超電導マグネット及び超電導機器

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