WO2020165939A1 - 超電導線材接続構造 - Google Patents

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WO2020165939A1
WO2020165939A1 PCT/JP2019/004828 JP2019004828W WO2020165939A1 WO 2020165939 A1 WO2020165939 A1 WO 2020165939A1 JP 2019004828 W JP2019004828 W JP 2019004828W WO 2020165939 A1 WO2020165939 A1 WO 2020165939A1
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WO
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layer
superconducting
superconducting layer
superconducting wire
surface roughness
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PCT/JP2019/004828
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English (en)
French (fr)
Inventor
康太郎 大木
永石　竜起
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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    • 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
    • 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
    • H01R4/68—Connections to or between superconductive connectors
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 layer, a connecting layer formed on the first superconducting layer, and a second superconducting layer formed on the connecting layer.
  • a superconducting wire connecting structure includes a first superconducting layer, a connecting layer formed on the first superconducting layer, and a second superconducting layer formed on the connecting layer.
  • the first superconducting layer, the second superconducting layer and the connecting layer are formed of an oxide superconductor.
  • the value of the thickness of the connection layer is 1.1 times or more the larger value of the surface roughness of the first superconducting layer and the surface roughness of the second superconducting layer.
  • FIG. 1 is a perspective view of a superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of superconducting wire 1 in the superconducting connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is an enlarged view of II-B in FIG. 2A.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a method for measuring the surface roughness of the superconducting layer 13.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the superconducting wire 2 in the superconducting connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is an enlarged view of IV-B in FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a connecting portion between the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 in the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a process drawing showing the method for manufacturing the superconducting wire rod connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a sectional view of the superconducting wire 1 in the microcrystalline layer forming step S31.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a connecting portion between the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 in the superconducting wire connecting structure according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a connecting portion between the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 in the superconducting wire connecting structure according to the third embodiment.
  • the present disclosure has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional technology. More specifically, the present disclosure achieves a good connection between the first superconducting layer and the second superconducting layer even when the surface roughness of the first superconducting layer and the surface roughness of the second superconducting layer are large.
  • (EN) Provided is a superconducting wire connecting structure.
  • a superconducting wire connecting structure includes a first superconducting layer, a connecting layer formed on the first superconducting layer, and a second superconducting layer formed on the connecting layer. ing.
  • the first superconducting layer, the second superconducting layer and the connecting layer are formed of an oxide superconductor.
  • the value of the thickness of the connection layer is 1.1 times or more the larger value of the surface roughness of the first superconducting layer and the surface roughness of the second superconducting layer.
  • the superconducting wire connection structure of the above (1) even if the surface roughness of the first superconducting layer and the surface roughness of the second superconducting layer are large, a good connection is achieved between the first superconducting layer and the second superconducting layer. Can be achieved.
  • the thickness of the connecting layer is 100 times the larger value of the surface roughness of the first superconducting layer and the surface roughness of the second superconducting layer. It may be the following.
  • the first superconducting layer and the second superconducting layer may be PLD films.
  • the superconducting wire connecting structure according to (1) or (2) above may further include a first superconducting wire having a first superconducting layer and a second superconducting wire having a second superconducting layer.
  • the second superconducting wire may be shorter than the first superconducting wire.
  • the first superconducting layer may be a PLD film.
  • the second superconducting layer may be a MOD film.
  • a superconducting wire connecting structure includes a first superconducting layer, a connecting layer formed on the first superconducting layer, and a second superconducting layer formed on the connecting layer.
  • the first superconducting layer, the second superconducting layer and the connecting layer are formed of an oxide superconductor.
  • the surface roughness of the first superconducting layer and the surface roughness of the second superconducting layer are 0.4 ⁇ m or less.
  • the first superconducting layer and the second superconducting layer are PLD films. In a cross-sectional view, the number of inclusions on the surface of the first superconducting layer per mm and the number of precipitates on the surface of the second superconducting layer per mm are 500 or less.
  • the first superconducting layer and the second superconducting layer are thick and precipitates are likely to remain on the surface of the first superconducting layer and the surface of the second superconducting layer, the first superconducting layer And a good connection can be achieved between the second superconducting layer and.
  • the thickness of the first superconducting layer and the thickness of the second superconducting layer may be 4 ⁇ m or more.
  • 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 first embodiment includes a superconducting wire 1, a superconducting wire 2, and a connecting layer 3 (not shown in FIG. 1).
  • the superconducting wire 2 is preferably shorter than the superconducting wire 1. That is, the superconducting wire 2 may be a superconducting wire as a patch for connecting the two superconducting wires 1.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the superconducting wire 1 in the superconducting connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is an enlarged view of II-B in FIG. 2A.
  • the superconducting wire 1 has a base material 11, an intermediate layer 12, and a superconducting layer 13.
  • the base material 11 is formed of, for example, a clad material. More specifically, the base material 11 has a first layer, a second layer, and a third layer. The second layer is formed on the first layer. The third layer is formed on the second layer. The first layer is formed of stainless steel such as SUS316L. The second layer is formed of, for example, copper (Cu) or the like. The third layer is made of nickel (Ni) or the like.
  • the intermediate layer 12 is formed on the base material 11 (more specifically, the third layer of the base material 11).
  • the intermediate layer 12 is formed by sequentially stacking yttria (Y 2 O 3 ), ceria oxide (CeO 2 ) and yttria-stabilized zirconia (YSZ), for example.
  • the superconducting layer 13 is made of an oxide superconductor.
  • the oxide superconductor forming the superconducting layer 13 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) and the like.
  • the superconducting layer 13 is, for example, a PLD (Pulsed Laser Deposition) film.
  • the PLD film is a film of an oxide superconductor formed by the PLD method.
  • the PLD method is a method in which a target material is irradiated with a pulse laser and a target material evaporated by the irradiation is deposited to form a film.
  • the thickness T1 of the superconducting layer 13 may be 1 ⁇ m or more.
  • the thickness T1 of the superconducting layer 13 may be 2 ⁇ m or more.
  • the thickness T1 of the superconducting layer 13 may be 4 ⁇ m or more.
  • the thickness T1 is a distance between the surface of the superconducting layer 13 located farthest from the intermediate layer 12 and the intermediate layer 12.
  • the PLD film has a strong tendency that its surface roughness increases as the thickness increases.
  • the surface roughness of the superconducting layer 13 is preferably 0.01 ⁇ m or more, for example.
  • the surface roughness of the superconducting layer 13 is preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a method for measuring the surface roughness of the superconducting layer 13.
  • the boundary line between the superconducting layer 13 and the connecting layer 3 is specified in the connecting portion between the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2.
  • This boundary line is specified by microscopic observation using an SEM (Scanning Electron Microscope) or the like.
  • the boundary line is specified within a reference distance in an arbitrary cross section of the connecting portion between the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2. This reference distance is, for example, 5 ⁇ m.
  • the most protruding portion and the most depressed portion on the surface of the superconducting layer 13 are specified.
  • the distance between the most protruding portion and the most depressed portion on the surface of superconducting layer 13 is calculated. The distance is the surface roughness of the superconducting layer 13.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the superconducting wire 2 in the superconducting connection structure according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is an enlarged view of IV-B in FIG. 4A.
  • the superconducting wire 2 has a base material 21, an intermediate layer 22, and a superconducting layer 23.
  • the base material 21 is formed of, for example, a clad material. More specifically, the base material 21 has a first layer, a second layer, and a third layer. The second layer is formed on the first layer. The third layer is formed on the second layer. The first layer is formed of stainless steel such as SUS316L. The second layer is made of, for example, copper. The third layer is made of nickel or the like.
  • the intermediate layer 22 is formed on the base material 21 (more specifically, the third layer of the base material 21).
  • the intermediate layer 22 is formed, for example, by sequentially stacking yttria, ceria oxide, and yttria-stabilized zirconia.
  • the superconducting layer 23 is made of an oxide superconductor.
  • the oxide superconductor forming the superconducting layer 23 is, for example, the same as the oxide superconductor forming the superconducting layer 13.
  • the superconducting layer 23 is, for example, a PLD film.
  • the thickness T2 of the superconducting layer 23 may be 1 ⁇ m or more.
  • the thickness T2 of the superconducting layer 23 may be 2 ⁇ m or more.
  • the thickness T2 of the superconducting layer 23 may be 4 ⁇ m or more.
  • the thickness T2 is a distance between the surface of the superconducting layer 23 located farthest from the intermediate layer 22 and the intermediate layer 22.
  • the surface roughness of the superconducting layer 23 is preferably 0.01 ⁇ m or more.
  • the surface roughness of the superconducting layer 23 is preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • the surface roughness of superconducting layer 23 is measured by the same method as the surface roughness of superconducting layer 13.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a connecting portion between the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 in the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • the superconducting wire 1 and the 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.
  • the connection layer 3 is formed on the superconducting layer 13, and the superconducting layer 23 is formed on the connection layer 3.
  • the connection layer 3 is formed of the same oxide superconductor as the oxide superconductor forming the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23.
  • the connection layer 3 superconductingly connects the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23.
  • the value of the thickness T3 of the connection layer 3 is 1.1 times or more the larger value of the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23.
  • the thickness T3 is the distance between the surface of the superconducting layer 13 located closest to the intermediate layer 12 and the surface of the superconducting layer 23 located closest to the intermediate layer 22.
  • the value of the thickness T3 of the connection layer 3 is preferably 100 times or less the larger one of the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23.
  • FIG. 6 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 superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 are prepared, respectively.
  • the connecting step S3 has a microcrystalline layer forming step S31 and a heating/pressurizing step S32.
  • FIG. 7 is a sectional view of the superconducting wire 1 in the microcrystalline layer forming step S31. As shown in FIG. 7, in the microcrystalline layer forming step S31, the microcrystalline layer 3a is formed on the superconducting layer 13.
  • an 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 oxide superconductor that forms the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23.
  • the organic compound film is pre-baked.
  • the organic compound film becomes a precursor of the oxide superconductor forming the connection layer 3 (hereinafter, the calcinated organic compound film is referred to as a calcined film).
  • the calcination is performed at a temperature lower than the generation temperature of the material forming the connection layer 3.
  • the microcrystalline layer 3a a heat treatment is performed on the calcined film after the calcination.
  • the carbides contained in the calcined film are decomposed to form the microcrystalline layer 3a containing the microcrystals of the oxide superconductor forming the connection layer 3 (the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23).
  • connection layer 3 is formed.
  • the connection layer 3 is heated and pressed against the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 in a superposed state so that the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 face each other with the microcrystalline layer 3a in between. It is formed.
  • the heating and pressurization are performed in an atmosphere of low oxygen concentration (for example, 10 ⁇ 4 atm). Thereby, the oxide superconductor contained in the microcrystalline layer 3a is epitaxially grown on the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23, and the connection layer 3 is formed.
  • the heating/pressurizing step S32 is performed in an atmosphere of low oxygen concentration
  • oxygen is desorbed from the superconducting layer 13, the superconducting layer 23 and the connecting layer 3 in the connecting portion.
  • the oxide superconductors forming the superconducting layer 13, the superconducting layer 23, and the connection layer 3 become non-superconductors. Therefore, in the oxygen introduction step S4, oxygen is reintroduced into the superconducting layer 13, the superconducting layer 23, and the connection layer 3. This reintroduction of oxygen is performed by heating in an atmosphere with a relatively high oxygen concentration (for example, 1 atm).
  • connection layer 3 is relatively thin despite that the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23 are large, the connection layer 3 is interposed between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23. It is easy to get missing parts. As a result, connection failure may occur in the connection between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23.
  • the value of the thickness T3 of the connecting layer 3 is one of the larger value of the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23. Since it is 1 times or more, a portion where the connecting layer 3 is not interposed is unlikely to occur between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23. Therefore, according to the superconducting wire connection structure according to the first embodiment, even if the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23 are large, good connection can be achieved between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23. Can be achieved.
  • the thickness T1 of the superconducting layer 13 and the thickness T2 of the superconducting layer 23 were 4 ⁇ m, and the surface roughness of the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 was 1 ⁇ m. Further, in the example, the thickness T3 of the connection layer 3 was set to 1.1 ⁇ m. That is, in the embodiment, the relationship that the thickness T3 of the connection layer 3 is 1.1 times or more of the larger value of the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23 is satisfied. doing.
  • the values of the thickness T1 of the superconducting layer 13 and the thickness T2 of the superconducting layer 23 were 4 ⁇ m, and the surface roughness of the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 was 1 ⁇ m.
  • the thickness T3 of the connection layer 3 was set to 1 ⁇ m. That is, in the comparative example, the value of the thickness T3 of the connection layer 3 is 1.1 times or more of the larger value of the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23. Not satisfied with the relationship.
  • the value of the critical current in the example was 160 amps, while the value of the critical current in the comparative example was 80 amps.
  • the critical currents in the examples and comparative examples were measured by the four-terminal energization method.
  • Table 1 shows the thickness T1 of the superconducting layer 13, the thickness T2 of the superconducting layer 23, the thickness T3 of the connecting layer 3, the surface roughness of the superconducting layer 13, the surface roughness of the superconducting layer 23 in the examples and the comparative examples.
  • the value of the critical current is shown.
  • the thickness T3 of the connection layer 3 is 1.1 times or more of the larger value of the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23 is satisfied. Therefore, it was experimentally confirmed that good connection can be achieved between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 even when the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23 are large. ..
  • the superconducting wire connecting structure includes a superconducting wire 1, a superconducting wire 2, and a connecting layer 3.
  • the superconducting wire 2 is shorter than the superconducting wire 1.
  • the superconducting wire 1 has a base material 11, an intermediate layer 12, and a superconducting layer 13.
  • the superconducting wire 2 has a base material 21, an intermediate layer 22, and a superconducting layer 23.
  • the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 are arranged so that the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 face each other with the connecting layer 3 interposed therebetween (the connecting layer 3 is formed on the superconducting layer 13, and the superconducting layer 23 Are formed on the connection layer 3).
  • the thickness T3 of the connection layer 3 is 1.1 times or more the larger value of the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23.
  • the superconducting layer 13 is a PLD film.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a connecting portion between the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 in the superconducting wire connecting structure according to the second embodiment.
  • the superconducting layer 23 is a MOD (Metal Organic Deposition) film. As shown in FIG. 8, the surface of the superconducting layer 23 is flatter (the surface roughness is smaller) than the surface of the superconducting layer 13, and in this regard, the superconducting wire connection according to the second embodiment.
  • the structure of the structure is different from that of the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • the MOD film is a film of an oxide superconductor formed by the MOD method.
  • the MOD method is a method of applying a solution containing a precursor of an oxide superconductor, applying the solution on a base material, and pre-baking (the film formed by this is referred to as a precursor film). This is a method of performing oriented crystallization by firing.
  • the MOD film tends to have a small surface roughness even if it is formed thick.
  • the PLD film and the MOD film can be distinguished by the number of contained defects (precipitates).
  • the number of precipitates contained in the PLD film is larger than the number of precipitates contained in the MOD film.
  • the number of precipitates in the superconducting layer 13 which is a PLD film can be calculated by counting the number of precipitates based on a cross-sectional microscopic image of the superconducting layer 13 (superconducting layer 23).
  • the surface roughness of the MOD film tends not to increase even if it is formed thick. Therefore, by using the MOD film for the superconducting layer 23, the connectivity between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 can be improved. In this respect, since the MOD film has a higher film forming cost than the PLD film, replacing the superconducting layer 13 with the MOD film can cause an increase in the manufacturing cost of the superconducting wire connecting structure.
  • the superconducting wire connecting structure according to the second embodiment while the superconducting layer 23 is the MOD film, the superconducting layer 13 is the PLD film, and the superconducting wire 2 is shorter than the superconducting wire 1 (that is, MOD). Since the film is used only for the superconducting wire as a patch), the increase in manufacturing cost accompanying the replacement of the PLD film with the MOD film is slight. As described above, according to the superconducting wire connection structure of the second embodiment, it is possible to achieve good connection between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 while suppressing an increase in manufacturing cost.
  • the superconducting wire connecting structure includes a superconducting wire 1, a superconducting wire 2, and a connecting layer 3.
  • the superconducting wire 2 is shorter than the superconducting wire 1.
  • the superconducting wire 1 has a base material 11, an intermediate layer 12, and a superconducting layer 13.
  • the superconducting wire 2 has a base material 21, an intermediate layer 22, and a superconducting layer 23.
  • the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 are arranged so that the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 face each other with the connecting layer 3 interposed therebetween (the connecting layer 3 is formed on the superconducting layer 13, and the superconducting layer 23 Are formed on the connection layer 3).
  • the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 are PLD films. With respect to these points, the configuration of the superconducting wire connecting structure according to the third embodiment is common to the configuration of the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a connecting portion between the superconducting wire 1 and the superconducting wire 2 in the superconducting wire connecting structure according to the third embodiment.
  • the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23 are 0.4 ⁇ m or less.
  • the thickness T3 of the connection layer 3 is, for example, 0.55 ⁇ m or less.
  • the number of precipitates on the surface of superconducting layer 13 per mm and the number of precipitates on the surface of superconducting layer 23 per mm are 500 or less.
  • the number of precipitates on the surface of superconducting layer 13 per mm and the number of precipitates on the surface of superconducting layer 23 per mm are preferably 100 or less.
  • This precipitate is an oxide of the constituent element of the oxide superconductor that forms the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23.
  • the configuration of the superconducting wire connecting structure according to the third embodiment is different from the configuration of the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment.
  • the number of precipitates on the surface of the superconducting layer 13 (superconducting layer 23) per 1 mm is the number of precipitates within a predetermined distance based on the cross-sectional microscopic image of the superconducting layer 13 (superconducting layer 23). It is calculated by counting and dividing the number by the distance.
  • a method for manufacturing the superconducting wire connection structure according to the third embodiment will be described below.
  • the points different from the method for manufacturing the superconducting wire rod connection structure according to the first embodiment will be mainly described, and repeated description will not be repeated.
  • the method for manufacturing the superconducting wire connecting structure according to the third embodiment includes a first superconducting wire preparing step S1, a second superconducting wire preparing step S2, similar to the method for manufacturing the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment. It has a connecting step S3 and an oxygen introducing step S4.
  • the manufacturing method of the superconducting wire connecting structure according to the third embodiment is the same as the manufacturing method of the superconducting wire connecting structure according to the first embodiment with respect to the details of the first superconducting wire preparing step S1 and the second superconducting wire preparing step S2. Different.
  • the superconducting layer 13 in the portion used for connection with the superconducting wire 2 is polished. This polishing is performed by, for example, a chemical mechanical polishing method using a slurry containing abrasive grains. Further, also in the second superconducting wire preparing step S2, similarly, mechanical chemical polishing is performed on the portion of the superconducting layer 23 used for connection with the superconducting wire 1.
  • the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23 are reduced to 0.4 ⁇ m or less, and the number of precipitates per mm on the surface of the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 are reduced.
  • the number of precipitates on the surface per 1 mm is reduced to 100 or less.
  • the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 formed as PLD films are formed thick, the surface roughness increases.
  • the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 are formed thickly, Moreover, even if the connection layer 3 is formed relatively thin, the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 can be connected well.
  • the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 formed as PLD films are thickly formed, the number of precipitates deposited on their surfaces tends to increase. This precipitate becomes a cause of hindering a good connection between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23.
  • the superconducting wire connecting structure according to the third embodiment since the above-mentioned polishing also removes the precipitates deposited on the surfaces of the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23, the superconducting layer 13 as the PLD film is also removed. Even if the superconducting layer 23 is formed thick, the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 can be satisfactorily connected.
  • the thickness T1 of the superconducting layer 13 and the thickness T2 of the superconducting layer 23 were 3 ⁇ m, and the surface roughness of the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 was 0.4 ⁇ m.
  • the number of precipitates on the surface of the superconducting layer 13 per mm and the number of precipitates on the surface of the superconducting layer 23 per mm are 100 or less.
  • the thickness T3 of the connection layer 3 was 0.4 ⁇ m.
  • the thickness T1 of the superconducting layer 13 and the thickness T2 of the superconducting layer 23 were 3 ⁇ m, and the surface roughness of the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 was 1.5 ⁇ m.
  • the number of precipitates per mm on the surface of the superconducting layer 13 and the number of precipitates per mm on the surface of the superconducting layer 23 are 1000 or less.
  • the thickness T3 of the connection layer 3 was set to 0.5 ⁇ m.
  • the value of the critical current in the example was 88 amps, while the value of the critical current in the comparative example was 2 amps.
  • the critical currents in the examples and comparative examples were measured by the four-terminal energization method.
  • Table 2 the thickness T1 of the superconducting layer 13, the thickness T2 of the superconducting layer 23, the thickness T3 of the connecting layer 3, the surface roughness of the superconducting layer 13, the surface roughness of the superconducting layer 23 in Examples and Comparative Examples, The number of deposits per 1 mm on the surface of the superconducting layer 13, the number per 1 mm of deposits on the surface of the superconducting layer 23, and the value of the critical current are shown.
  • the surface roughness of the superconducting layer 13 and the surface roughness of the superconducting layer 23 are 0.4 ⁇ m or less, and the number of precipitates on the surface of the superconducting layer 13 per 1 mm and the surface of the superconducting layer 23. Since the number of the precipitates in 1 per mm is 500 or less, good connection can be achieved between the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 even if the superconducting layer 13 and the superconducting layer 23 are thick. Confirmed.

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Abstract

本開示の一態様に係る超電導線材接続構造は、第１超電導層と、第１超電導層上に形成された接続層と、接続層上に形成された第２超電導層とを備えている。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。接続層の厚さの値は、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上である。

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。
　例えば、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超電導層と、第１超電導層上に形成された接続層と、接続層上に形成された第２超電導層とを有している。
国際公開第２０１６／１２９４６９号
　本開示の一態様に係る超電導線材接続構造は、第１超電導層と、第１超電導層上に形成された接続層と、接続層上に形成された第２超電導層とを備えている。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。接続層の厚さの値は、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上である。
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２Ａは、第１実施形態に係る超電導接続構造における超電導線材１の断面図である。 図２Ｂは、図２Ａ中のＩＩ－Ｂにおける拡大図である。 図３は、超電導層１３の表面粗さの測定方法を説明する説明図である。 図４Ａは、第１実施形態に係る超電導接続構造における超電導線材２の断面図である。 図４Ｂは、図４Ａ中のＩＶ－Ｂにおける拡大図である。 図５は、第１実施形態に係る超電導線材接続構造における超電導線材１と超電導線材２との接続部の断面図である。 図６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７は、微結晶層形成工程Ｓ３１における超電導線材１の断面図である。 図８は、第２実施形態に係る超電導線材接続構造における超電導線材１と超電導線材２との接続部の断面図である。 図９は、第３実施形態に係る超電導線材接続構造における超電導線材１と超電導線材２との接続部の断面図である。
　［本開示の解決しようとする課題］
　第１超電導層及び第２超電導層の臨界電流の値を大きくするためには、第１超電導層及び第２超電導層の厚さを増加させる必要がある。第１超電導層及び第２超電導層の厚さが大きくなるにしたがい、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さが増加する傾向にある。
　発明者らが見出した知見によると、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さが増加すると、第１超電導層と第２超電導層との接続に不良が生じるおそれがある。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第１超電導層の厚さ及び第２超電導層の超電導層の厚さを増加させた場合、第１超電導層と第２超電導層との接続に不良が生じるおそれがある。
　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、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さが大きい場合でも、第１超電導層と第２超電導層との間で良好な接続が達成できる超電導線材接続構造を提供する。
　［本開示の効果］
　本開示の一態様に係る超電導線材接続構造によると、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さが大きい場合でも、第１超電導層と第２超電導層との間で良好な接続が達成できる。
　［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超電導層と、第１超電導層上に形成された接続層と、接続層上に形成された第２超電導層とを備えている。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。接続層の厚さの値は、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上である。
　上記（１）の超電導線材接続構造によると、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さが大きい場合でも、第１超電導層と第２超電導層との間で良好な接続が達成可能である。
　（２）上記（１）の超電導線材接続構造において、接続層の厚さの値は、第１超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さのうちの大きい方の値の１００倍以下であってもよい。
　上記（２）の超電導線材接続構造によると、接続部における超電導特性を確保しつつ、第１超電導層と第２超電導層との間で良好な接続が達成可能である。
　（３）上記（１）又は（２）の超電導線材接続構造において、第１超電導層及び第２超電導層は、ＰＬＤ膜であってもよい。
　（４）上記（１）又は（２）の超電導線材接続構造は、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超電導線材とをさらに備えていてもよい。第２超電導線材は、第１超電導線材よりも短くてもよい。第１超電導層は、ＰＬＤ膜であってもよい。第２超電導層は、ＭＯＤ膜であってもよい。
　上記（４）の超電導線材接続構造によると、製造コストの増加を抑制しつつ、第１超電導層と第２超電導層との間で良好な接続が達成可能である。
　（５）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超電導層と、第１超電導層上に形成された接続層と、接続層上に形成された第２超電導層とを備えている。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超電導層の表面粗さ及び第２超電導層の表面粗さは、０．４μｍ以下である。第１超電導層及び第２超電導層はＰＬＤ膜である。断面視において、第１超電導層の表面にある介在物の１ｍｍあたりの個数及び第２超電導層の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数は、５００個以下である。
　上記（５）の超電導線材接続構造によると、第１超電導層及び第２超電導層が厚く、第１超電導層の表面及び第２超電導層の表面に析出物が残りやすい場合でも、第１超電導層と第２超電導層との間で良好な接続が達成できる。
　（６）上記（１）～（５）の超電導線材接続構造において、第１超電導層の厚さ及び第２超電導層の厚さは、４μｍ以上であってもよい。
　（７）上記（１）～（６）の超電導線材接続構造において、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、図面を参酌しながら説明する。なお、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ものとする。
　（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、第１実施形態に係る超電導線材接続構造は、超電導線材１と、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。超電導線材２は、超電導線材１よりも短いことが好ましい。すなわち、超電導線材２は、２つの超電導線材１を接続するためのパッチとしての超電導線材であってもよい。
　図２Ａは、第１実施形態に係る超電導接続構造における超電導線材１の断面図である。図２Ｂは、図２Ａ中のＩＩ－Ｂにおける拡大図である。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、超電導線材１は、基材１１と、中間層１２と、超電導層１３とを有している。
　基材１１は、例えばクラッド材で形成されている。より具体的には、基材１１は、第１層と、第２層と、第３層とを有している。第２層は、第１層上に形成されている。第３層は、第２層上に形成されている。第１層は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼で形成されている。第２層は、例えば、銅（Ｃｕ）等で形成されている。第３層は、ニッケル（Ｎｉ）等で形成されている。
　中間層１２は、基材１１（より具体的には、基材１１の第３層）上に形成されている。中間層１２は、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、酸化セリア（ＣｅＯ２）及びイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を順次積層することにより形成されている。
　超電導層１３は、酸化物超電導体で形成されている。超電導層１３を構成する酸化物超電導体は、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）膜である。ここで、ＰＬＤ膜とは、ＰＬＤ法により形成された酸化物超電導体の膜である。ＰＬＤ法とは、ターゲット物質にパルスレーザを照射するとともに、その照射により蒸発したターゲット物質を堆積させて成膜を行う方法である。超電導層１３の厚さＴ１は、１μｍ以上であってもよい。超電導層１３の厚さＴ１は、２μｍ以上であってもよい。超電導層１３の厚さＴ１は、４μｍ以上であってもよい。厚さＴ１は、最も中間層１２から離れた位置にある超電導層１３の表面と中間層１２との間の距離である。なお、ＰＬＤ膜は、厚くなるほどその表面粗さが大きくなる傾向が強い。
　超電導層１３の表面粗さは、例えば、０．０１μｍ以上であることが好ましい。超電導層１３の表面粗さは、０．５μｍ以下であることが好ましい。
　超電導層１３の表面粗さは、以下のように測定される。図３は、超電導層１３の表面粗さの測定方法を説明する説明図である。図３に示されるように、超電導層１３の表面粗さの測定においては、第１に、超電導線材１と超電導線材２との接続部において、超電導層１３と接続層３との境界線が特定される。この境界線の特定は、ＳＥＭ（Scanning　Electron　Microscope）等による顕微鏡観察で行われる。この境界線の特定は、超電導線材１と超電導線材２との接続部の任意の断面において、基準距離の範囲で行われる。この基準距離は、例えば５μｍである。
　超電導層１３の表面粗さの測定においては、第２に、上記の境界線に基づき、超電導層１３の表面において最も突出している箇所と最も窪んでいる箇所とが特定される。超電導層１３の表面粗さの測定においては、第３に、超電導層１３の表面において最も突出している箇所と最も窪んでいる箇所との距離が算出される。当該距離が、超電導層１３の表面粗さとされる。
　図４Ａは、第１実施形態に係る超電導接続構造における超電導線材２の断面図である。図４Ｂは、図４Ａ中のＩＶ－Ｂにおける拡大図である。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、超電導線材２は、基材２１と、中間層２２と、超電導層２３とを有している。
　基材２１は、例えばクラッド材で形成されている。より具体的には、基材２１は、第１層と、第２層と、第３層とを有している。第２層は、第１層上に形成されている。第３層は、第２層上に形成されている。第１層は、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼で形成されている。第２層は、例えば、銅等で形成されている。第３層は、ニッケル等で形成されている。
　中間層２２は、基材２１（より具体的には、基材２１の第３層）上に形成されている。中間層２２は、例えば、イットリア、酸化セリア及びイットリア安定化ジルコニアを順次積層することにより形成されている。
　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、例えば、超電導層１３を構成する酸化物超電導体と同一である。超電導層２３は、例えば、ＰＬＤ膜である。超電導層２３の厚さＴ２は、１μｍ以上であってもよい。超電導層２３の厚さＴ２は、２μｍ以上であってもよい。超電導層２３の厚さＴ２は、４μｍ以上であってもよい。厚さＴ２は、最も中間層２２から離れた位置にある超電導層２３の表面と中間層２２との間の距離である。
　超電導層２３の表面粗さは、０．０１μｍ以上であることが好ましい。超電導層２３の表面粗さは、０．５μｍ以下であることが好ましい。超電導層２３の表面粗さは、超電導層１３の表面粗さと同様の方法で測定される。
　図５は、第１実施形態に係る超電導線材接続構造における超電導線材１と超電導線材２との接続部の断面図である。図５に示されるように、超電導線材１及び超電導線材２は、超電導層１３と超電導層２３とが接続層３を介して対向するように配置されている。このことを別の観点からいえば、接続層３は超電導層１３上に形成されており、超電導層２３は接続層３上に形成されている。接続層３は、超電導層１３及び超電導層２３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。接続層３は、超電導層１３及び超電導層２３を超電導接続している。
　接続層３の厚さＴ３の値は、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上である。厚さＴ３は、最も中間層１２に近い位置にある超電導層１３の表面と最も中間層２２に近い位置にある超電導層２３の表面との間の距離である。なお、接続層３の厚さＴ３の値は、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さのうちの大きい方の値の１００倍以下であることが好ましい。
　上記においては、２本の超電導線材のそれぞれの超電導層が接続層３を介して互いに超電導接続される例を示したが、１本の超電導線材の超電導層の異なる部分が接続層３を介して互いに超電導接続される場合も、第１実施形態に係る超電導線材接続構造を同様に適用することができる。
　以下に、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の製造方法を説明する。
　図６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６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、超電導線材１及び超電導線材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７は、微結晶層形成工程Ｓ３１における超電導線材１の断面図である。図７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を構成する酸化物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を構成する酸化物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）を構成する酸化物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。接続層３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超電導線材１及び超電導線材２が重ね合わされた状態でこれらに対して加熱及び加圧を行うことにより、形成される。この加熱及び加圧は、低酸素濃度（例えば、１０－４ａｔｍ）の雰囲気下で行われる。これにより、微結晶層３ａに含まれる酸化物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。
　上記のとおり、加熱・加圧工程Ｓ３２は低酸素濃度の雰囲気下において行われるため、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。そのため、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。
　超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さが大きいにもかかわらず、接続層３が相対的に薄い場合、超電導層１３と超電導層２３との間に接続層３が介在していない部分が生じやすい。その結果、超電導層１３と超電導層２３との接続に、接続不良が生じる場合がある。
　他方で、第１実施形態に係る超電導線材接続構造においては、接続層３の厚さＴ３の値が、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さのうち大きい方の値の１．１倍以上となっているため、超電導層１３と超電導層２３との間に接続層３が介在していない部分が生じにくい。したがって、第１実施形態に係る超電導線材接続構造によると、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さが大きい場合でも、超電導層１３と超電導層２３との間で良好な接続が達成できる。
　以下に、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の実施例を説明する。実施例においては、超電導層１３の厚さＴ１及び超電導層２３の厚さＴ２は４μｍとされ、超電導層１３及び超電導層２３の表面粗さは１μｍとされた。また、実施例においては、接続層３の厚さＴ３は、１．１μｍとされた。すなわち、実施例においては、接続層３の厚さＴ３が超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上であるとの関係を充足している。
　他方で、比較例においては、超電導層１３の厚さＴ１及び超電導層２３の厚さＴ２の値は、４μｍとされ、超電導層１３及び超電導層２３の表面粗さは、１μｍとされた。比較例においては、接続層３の厚さＴ３は、１μｍとされた。すなわち、比較例においては、接続層３の厚さＴ３の値が、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上であるとの関係を充足していない。
　臨界電流の値を測定したところ、実施例における臨界電流の値は１６０アンペアであった一方で、比較例における臨界電流の値は８０アンペアであった。なお、実施例及び比較例における臨界電流は、四端子通電法により測定された。表１に、実施例及び比較例における超電導層１３の厚さＴ１、超電導層２３の厚さＴ２、接続層３の厚さＴ３、超電導層１３の表面粗さ、超電導層２３の表面粗さ及び臨界電流の値が示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この臨界電流の比較から、接続層３の厚さＴ３が超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上であるとの関係を充足していることにより、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さが大きい場合でも超電導層１３と超電導層２３との間で良好な接続が達成できることが、実験的に確認された。
　（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。ここでは、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、超電導線材１と、超電導線材２と、接続層３とを有している。超電導線材２は、超電導線材１よりも短い。超電導線材１は、基材１１と、中間層１２と、超電導層１３とを有している。超電導線材２は、基材２１と、中間層２２と、超電導層２３とを有している。超電導線材１及び超電導線材２は、超電導層１３及び超電導層２３が接続層３を介して互いに対向するように配置されている（接続層３が超電導層１３上に形成されており、超電導層２３が接続層３上に形成されている）。
　接続層３の厚さＴ３は、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上となっている。超電導層１３は、ＰＬＤ膜である。これらの点に関して、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。
　図８は、第２実施形態に係る超電導線材接続構造における超電導線材１と超電導線材２との接続部の断面図である。第２実施形態に係る超電導線材接続構造においては、超電導層２３は、ＭＯＤ（Metal　Organic　Deposition）膜となっている。超電導層２３の表面は、図８に示されるように、超電導層１３の表面よりも平坦になっている（表面粗さが小さくなっている）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異なっている。
　ここで、ＭＯＤ膜とは、ＭＯＤ法により形成された酸化物超電導体の膜である。ＭＯＤ法とは、酸化物超電導体の前駆体を含む溶液を塗布して基材上に塗布して仮焼成するとともに（これにより形成される膜を前駆体膜という）、当該前駆体膜を本焼成することにより配向結晶化させる方法である。
　ＭＯＤ膜は、厚く形成されてもその表面粗さが大きくなりにくい傾向にある。ＰＬＤ膜とＭＯＤ膜とは、含有されている欠陥（析出物）の数により区別することができる。ＰＬＤ膜中に含まれる析出物の個数は、ＭＯＤ膜中に含まれる析出物の個数よりも多い。ＰＬＤ膜である超電導層１３中における析出物の数は、超電導層１３（超電導層２３）の断面顕微鏡像に基づいて析出物の個数を数えることで算出することができる。
　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。ここでは、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。
　上記のとおり、ＭＯＤ膜は、厚く形成されてもその表面粗さが大きくなりにくい傾向にある。そのため、超電導層２３にＭＯＤ膜を用いることにより、超電導層１３と超電導層２３との接続性を改善することが可能になる。この点、ＭＯＤ膜は、ＰＬＤ膜と比較して成膜コストが高いため、超電導層１３をＰＬＤ膜からＭＯＤ膜に置換することは、超電導線材接続構造の製造コストの増加の原因となりうる。
　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は、超電導層２３がＭＯＤ膜である一方で、超電導層１３がＰＬＤ膜であるともに、超電導線材２は超電導線材１よりも短い（すなわち、ＭＯＤ膜はパッチとしての超電導線材にのみ用いられている）ため、ＰＬＤ膜をＭＯＤ膜に置換することに伴う製造コストの増加は軽微である。このように、第２実施形態に係る超電導線材接続構造によると、製造コストの増加を抑制しつつ超電導層１３と超電導層２３との間で良好な接続を達成することができる。
　（第３実施形態）
　以下に、第３実施形態に係る超電導線材接続構造の構成を説明する。ここでは、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３実施形態に係る超電導線材接続構造は、超電導線材１と、超電導線材２と、接続層３とを有している。超電導線材２は、超電導線材１よりも短い。超電導線材１は、基材１１と、中間層１２と、超電導層１３とを有している。超電導線材２は、基材２１と、中間層２２と、超電導層２３とを有している。超電導線材１及び超電導線材２は、超電導層１３及び超電導層２３が接続層３を介して互いに対向するように配置されている（接続層３が超電導層１３上に形成されており、超電導層２３が接続層３上に形成されている）。
　超電導層１３及び超電導層２３は、ＰＬＤ膜である。これらの点に関して、第３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。
　図９は、第３実施形態に係る超電導線材接続構造における超電導線材１と超電導線材２との接続部の断面図である。図９に示されるように、第３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の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さは、０．４μｍ以下になっている。接続層３の厚さＴ３は、例えば０．５５μｍ以下である。
　また、断面視において、超電導層１３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数及び超電導層２３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数は、５００個以下になっている。断面視において、超電導層１３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数及び超電導層２３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数は、１００個以下であることが好ましい。この析出物は、超電導層１３及び超電導層２３を構成する酸化物超電導体の構成元素の酸化物である。例えば超電導層１３及び超電導層２３を構成する酸化物超電導体がＧｄＢａ２ＣｕＯ７－ｘである場合、この析出物は、Ｇｄ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＢａＣｕＯ等である。これらの点に関して、第３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異なっている。なお、超電導層１３（超電導層２３）の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数は、超電導層１３（超電導層２３）の断面顕微鏡像に基づいて所定の距離の範囲にある析出物の個数を数えるとともに、当該個数を当該距離で除することにより算出される。
　以下に、第３実施形態に係る超電導線材接続構造の製造方法を説明する。ここでは、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３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に、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。
　しかしながら、第３実施形態に係る超電導線材接続構造の製造方法は、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の詳細に関して、第１実施形態に係る超電導線材接続構造の製造方法と異なっている。
　より具体的には、第１超電導線材準備工程Ｓ１においては、超電導線材２との接続に供される部分の超電導層１３に対する研磨が行われる。この研磨は、例えば、砥粒を含有するスラリーを用いた化学的機械的研磨法により行われる。また、第２超電導線材準備工程Ｓ２においても、同様に、超電導線材１との接続に供される部分の超電導層２３に対する機械的化学的研磨が行われる。
　このような研磨により、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さが０．４μｍ以下に減少するとともに、超電導層１３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数及び超電導層２３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数が、１００個以下に減少する。
　以下に、第３実施形態に係る超電導線材接続構造の効果を説明する。ここでは、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。
　上記のとおり、ＰＬＤ膜として形成された超電導層１３及び超電導層２３は、厚く形成されると、表面粗さが増加する。しかしながら、第３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の表面及び超電導層２３の表面が研磨により平坦化されているため、超電導層１３及び超電導層２３が厚く形成されており、かつ接続層３が相対的に薄く形成されても、超電導層１３と超電導層２３とを良好に接続することができる。
　ＰＬＤ膜として形成された超電導層１３及び超電導層２３は、厚く形成されると、その表面に析出する析出物の個数が増加する傾向がある。この析出物は、超電導層１３と超電導層２３との良好な接続を妨げる原因となる。しかしながら、第３実施形態に係る超電導線材接続構造においては、上記の研磨により、超電導層１３及び超電導層２３の表面上に析出した析出物も合わせて除去されるため、ＰＬＤ膜としての超電導層１３及び超電導層２３を厚く形成しても、超電導層１３と超電導層２３とを良好に接続することができる。
　以下に、第３実施形態に係る超電導線材接続構造の実施例を説明する。実施例においては、超電導層１３の厚さＴ１及び超電導層２３の厚さＴ２は３μｍとされ、超電導層１３及び超電導層２３の表面粗さは０．４μｍとされた。実施例においては、超電導層１３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数及び超電導層２３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数は、１００個以下になっている。なお、実施例において、接続層３の厚さＴ３は、０．４μｍとされた。
　他方で比較例においては、超電導層１３の厚さＴ１及び超電導層２３の厚さＴ２は３μｍとされ、超電導層１３及び超電導層２３の表面粗さは１．５μｍとされた。比較例においては、超電導層１３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数及び超電導層２３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数は、１０００個以下になっている。比較例において、接続層３の厚さＴ３は、０．５μｍとされた。
　臨界電流の値を測定したところ、実施例における臨界電流の値は８８アンペアであった一方で、比較例における臨界電流の値は２アンペアであった。なお、実施例及び比較例における臨界電流は、四端子通電法により測定された。表２に、実施例及び比較例における超電導層１３の厚さＴ１、超電導層２３の厚さＴ２、接続層３の厚さＴ３、超電導層１３の表面粗さ、超電導層２３の表面粗さ、超電導層１３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数、超電導層２３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数及び臨界電流の値が示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　臨界電流の比較から、超電導層１３の表面粗さ及び超電導層２３の表面粗さが０．４μｍ以下であり、かつ超電導層１３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数及び超電導層２３の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数が５００個以下であることにより、超電導層１３及び超電導層２３が厚い場合でも超電導層１３と超電導層２３との間で良好な接続が達成できることが、実験的に確認された。
　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。
　１，２　超電導線材、３　接続層、３ａ　微結晶層、１１，２１　基材、１２，２２　中間層、１３，２３　超電導層、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　加熱・加圧工程、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３　厚さ。

Claims (7)

  1. 　第１超電導層と、
    　前記第１超電導層上に形成された接続層と、
    　前記接続層上に形成された第２超電導層とを備え、
    　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、
    　前記接続層の厚さの値は、前記第１超電導層の表面粗さ及び前記第２超電導層の表面粗さのうちの大きい方の値の１．１倍以上である、超電導線材接続構造。
  2. 　前記接続層の厚さの値は、前記第１超電導層の表面粗さ及び前記第２超電導層の表面粗さのうちの大きい方の値の１００倍以下である、請求項１に記載の超電導線材接続構造。
  3. 　前記第１超電導層及び前記第２超電導層は、ＰＬＤ膜である、請求項１又は請求項２に記載の超電導線材接続構造。
  4. 　前記第１超電導層を有する第１超電導線材と、
    　前記第２超電導層を有する第２超電導線材とをさらに備え、
    　前記第２超電導線材は、前記第１超電導線材よりも短く、
    　前記第１超電導層は、ＰＬＤ膜であり、
    　前記第２超電導層は、ＭＯＤ膜である、請求項１又は請求項２に記載の超電導線材接続構造。
  5. 　第１超電導層と、
    　前記第１超電導層上に形成された接続層と、
    　前記接続層上に形成された第２超電導層とを備え、
    　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超電導層の表面粗さ及び前記第２超電導層の表面粗さは、０．４μｍ以下であり、
    　前記第１超電導層及び前記第２超電導層は、ＰＬＤ膜であり、
    　断面視において、前記第１超電導層の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数及び前記第２超電導層の表面にある析出物の１ｍｍあたりの個数は、５００個以下である、超電導線材接続構造。
  6. 　前記第１超電導層の厚さ及び前記第２超電導層の厚さは、４μｍ以上である、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の超電導線材接続構造。
  7. 　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６のいずれか１項に記載の超電導線材接続構造。
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