WO2023176194A1 - 超電導線材および超電導機器 - Google Patents

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WO2023176194A1
WO2023176194A1 PCT/JP2023/003942 JP2023003942W WO2023176194A1 WO 2023176194 A1 WO2023176194 A1 WO 2023176194A1 JP 2023003942 W JP2023003942 W JP 2023003942W WO 2023176194 A1 WO2023176194 A1 WO 2023176194A1
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WO
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layer
superconducting
substrate
superconducting wire
roughness
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/003942
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
高史 山口
Original Assignee
住友電気工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 住友電気工業株式会社 filed Critical 住友電気工業株式会社
Publication of WO2023176194A1 publication Critical patent/WO2023176194A1/ja

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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
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor

Definitions

  • the present disclosure relates to superconducting wires and superconducting equipment.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-039196, which is a Japanese patent application filed on March 14, 2022. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 JP 2014-220194 A discloses a superconducting wire having a substrate and a superconducting layer.
  • a superconducting wire according to the present disclosure includes a substrate and a superconducting layer.
  • the substrate includes a first surface and a second surface.
  • the second side is opposite the first side.
  • the superconducting layer faces the first surface.
  • the maximum height roughness of the second surface is less than 5 ⁇ m.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a superconducting wire according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a superconducting wire according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a superconducting wire according to a third embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a superconducting wire according to a fourth embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a superconducting device according to a fifth embodiment.
  • holes may be formed in the insulating resin layer.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a superconducting wire that can suppress the formation of holes in an insulating resin layer. [Effects of this disclosure] According to the present disclosure, it is possible to provide a superconducting wire that can suppress the formation of holes in an insulating resin layer.
  • a superconducting wire 100 includes a substrate 1 and a superconducting layer 3.
  • the substrate 1 has a first surface 11 and a second surface 12.
  • the second surface 12 is on the opposite side of the first surface 11.
  • Superconducting layer 3 faces first surface 11 .
  • the maximum height roughness of the second surface 12 is less than 5 ⁇ m.
  • the superconducting wire 100 according to (1) above may further include a stabilizing layer 5.
  • the stabilizing layer 5 may surround the substrate 1 and the superconducting layer 3.
  • the stabilizing layer 5 may have a third surface 13 and a fourth surface 14.
  • the third surface 13 may face the second surface 12.
  • the fourth surface 14 may be on the opposite side of the third surface 13.
  • the maximum height roughness of the fourth surface 14 may be less than 8 ⁇ m.
  • the superconducting wire 100 according to (1) or (2) above may further include an insulating resin layer 6.
  • the insulating resin layer 6 may face the second surface 12.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 may be less than the thickness H2 of the insulating resin layer 6 in the direction perpendicular to the second surface 12.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 is 0.5 times or less the thickness H2 of the insulating resin layer 6 in the direction perpendicular to the second surface 12. It may be.
  • the superconducting wire 100 according to (1) above may further include a stabilizing layer 5 and an insulating resin layer 6.
  • the stabilizing layer 5 may surround the substrate 1 and the superconducting layer 3.
  • the insulating resin layer 6 may face the second surface 12.
  • the stabilizing layer 5 may have a third surface 13 and a fourth surface 14.
  • the third surface 13 may face the second surface 12.
  • the fourth surface 14 may be on the opposite side of the third surface 13.
  • the fourth surface 14 may be in contact with the insulating resin layer 6.
  • the maximum height roughness of the fourth surface 14 may be equal to or less than the thickness H2 of the insulating resin layer 6 in the direction perpendicular to the second surface 12.
  • a superconducting device 200 according to the present disclosure includes the superconducting wire 100 according to any one of (1) to (5) above.
  • the superconducting wire 100 includes a substrate 1, an intermediate layer 2, a superconducting layer 3, a protective layer 4, and a stabilizing layer 5.
  • Intermediate layer 2 is provided on substrate 1 .
  • Superconducting layer 3 is provided on intermediate layer 2 . From another point of view, the intermediate layer 2 is provided between the substrate 1 and the superconducting layer 3.
  • the protective layer 4 is provided on the superconducting layer 3. From another point of view, the superconducting layer 3 is provided between the intermediate layer 2 and the protective layer 4.
  • Stabilizing layer 5 surrounds substrate 1 , intermediate layer 2 , superconducting layer 3 and protective layer 4 .
  • the width D of the superconducting wire 100 is, for example, 4 mm.
  • the width D may be, for example, 2 mm or more and 10 mm or less.
  • the thickness (first thickness H1) of the superconducting wire 100 is, for example, 0.1 mm.
  • the first thickness H1 may be, for example, 0.05 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the value (aspect ratio) obtained by dividing the width D by the first thickness H1 is, for example, 10 or more.
  • the aspect ratio of the superconducting wire 100 may be, for example, 50 or more, or 100 or more.
  • the substrate 1 has a first surface 11 and a second surface 12.
  • the second surface 12 is on the opposite side of the first surface 11.
  • the first surface 11 is the surface of the substrate 1.
  • the second surface 12 is the back surface of the substrate 1.
  • the substrate 1 is a clad material in which a layer made of copper (Cu) or Ni is provided on a tape made of, for example, nickel (Ni), stainless steel, or Hastelloy (trademark).
  • a layer made of Cu or Ni crystal grains are biaxially oriented. In other words, the crystal grains on the first surface 11 of the substrate 1 are biaxially oriented.
  • the intermediate layer 2 is in contact with first surface 11 of substrate 1 .
  • the intermediate layer 2 includes a seed layer (not shown), a diffusion prevention layer (not shown), and a lattice matching layer (not shown).
  • the seed layer is in contact with the first surface 11.
  • the seed layer has the role of epitaxially growing the superconducting layer 3 by taking over the orientation of crystal grains in the substrate 1.
  • the seed layer is made of, for example, cerium oxide (CeO 2 ).
  • the diffusion prevention layer is provided on the seed layer.
  • the diffusion prevention layer has a role of preventing the metal elements contained in the substrate 1 from diffusing above the diffusion prevention layer.
  • the upper side refers to the direction from the second surface 12 to the first surface 11.
  • the lower side is the direction from the first surface 11 to the second surface 12.
  • the diffusion prevention layer is made of, for example, yttria-stabilized zirconia (YSZ).
  • the lattice matching layer is provided on the anti-diffusion layer.
  • the lattice matching layer has the role of biaxially aligning the crystal grains of the superconducting layer 3 when the superconducting layer 3 is formed by epitaxial growth.
  • the lattice matching layer is made of, for example, yttrium oxide (Y 2 O 3 ).
  • the superconducting layer 3 is in contact with the intermediate layer 2.
  • Superconducting layer 3 faces first surface 11 of substrate 1 .
  • “facing” refers to cases where two surfaces are in direct contact with each other, and where an object is provided between the two surfaces so as to be in contact with the two surfaces, and the two surfaces are in direct contact with each other. This includes cases where two surfaces are facing each other in indirect contact.
  • the superconducting layer 3 is made of REBCO, for example.
  • REBCO is an oxide superconductor having the composition formula REBa 2 Cu 3 O 7-X . Note that RE in REBCO indicates a rare earth element.
  • the superconducting layer 3 is made of REBCO such as YBCO (YBa 2 Cu 3 O 7-X ) or GdBCO (GdBa 2 Cu 3 O 7-X ).
  • the rare earth element in REBCO constituting the superconducting layer 3 is at least one selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, neodymium, samarium, europium, gadolinium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, lutetium, and ytterbium. It is an element.
  • the REBCO crystal grains of the superconducting layer 3 are biaxially oriented.
  • the protective layer 4 is in contact with the superconducting layer 3.
  • the protective layer 4 has the role of suppressing chemical reactions occurring between the superconducting layer 3 and other layers, and suppressing the composition of the superconducting layer 3 from collapsing.
  • the protective layer 4 is made of, for example, silver (Ag), an Ag alloy, or Cu.
  • the stabilizing layer 5 has a third surface 13 and a fourth surface 14.
  • the third surface 13 faces the second surface 12 of the substrate 1 .
  • the third surface 13 may be in contact with the second surface 12 of the substrate 1.
  • the fourth surface 14 is on the opposite side of the third surface 13. In other words, the fourth surface 14 is below the third surface 13.
  • the fourth surface 14 is the back surface of the superconducting wire 100.
  • the stabilizing layer 5 has the role of bypassing overcurrent that occurs when the superconducting state in the superconducting layer 3 becomes partially unstable.
  • the stabilizing layer 5 is made of, for example, Cu or a Cu alloy.
  • the arithmetic mean roughness (Ra) of the second surface 12 of the substrate 1 may be greater than the arithmetic mean roughness of the first surface 11 of the substrate 1.
  • the arithmetic mean roughness of the second surface 12 of the substrate 1 is, for example, greater than 0.02 ⁇ m.
  • the lower limit of the arithmetic mean roughness of the second surface 12 is not particularly limited, but may be, for example, 0.03 ⁇ m or more, 0.65 ⁇ m or more, or 1 ⁇ m or more.
  • the arithmetic mean roughness of the second surface 12 is, for example, less than 3 ⁇ m.
  • the upper limit of the arithmetic mean roughness of the second surface 12 is not particularly limited, but may be, for example, 2 ⁇ m or less, 1.5 ⁇ m or less, or 1 ⁇ m or less.
  • the arithmetic mean roughness (Ra) is a surface texture parameter defined in JIS (Japanese Industrial Standards) B0601:2013.
  • Arithmetic mean roughness is a value determined by the following method. Specifically, first, a roughness curve is measured using a roughness meter. A portion of the measured roughness curve is extracted. In the measurement direction, the length of the extracted roughness curve is a predetermined reference length. In the extracted roughness curve, the average value of the height is determined. The height at any point on the extracted roughness curve is determined by setting the average value of the height to 0. The average value of the unevenness in the extracted roughness curve is defined as the arithmetic mean roughness. Specifically, the average value of the absolute values of the heights in the extracted roughness curve is taken as the arithmetic mean roughness.
  • the maximum height roughness (Rz) of the second surface 12 may be larger than the maximum height roughness of the first surface 11.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 is less than 5 ⁇ m.
  • the upper limit of the maximum height roughness of the second surface 12 is not particularly limited, but may be, for example, 3 ⁇ m or less, or 1 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the maximum height roughness of the second surface 12 is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 ⁇ m or more, 0.2 ⁇ m or more, or 0.5 ⁇ m or more. good.
  • the maximum height roughness (Rz) is a surface texture parameter defined in JIS B0601:2013.
  • the maximum height roughness is a value determined by the following method. Specifically, first, a roughness curve is measured using a roughness meter. A portion of the measured roughness curve is extracted. In the measurement direction, the length of the extracted roughness curve is a predetermined reference length. In the extracted roughness curve, the average value of the height is determined. The height at any point on the extracted roughness curve is determined by setting the average value of the height to 0. In the extracted roughness curve, the sum of the absolute value of the height of the highest part (maximum peak height) and the absolute value of the height of the deepest part (maximum valley depth) is the maximum height roughness. be done.
  • each of the arithmetic mean roughness and maximum height roughness of the second surface 12 can be measured using, for example, a laser microscope equipped with a white interferometer manufactured by Keyence, "VK-X3000". I can do it.
  • each of the arithmetic mean roughness and maximum height roughness of the first surface 11 can be measured using, for example, "VK-X3000", a laser microscope equipped with a white interferometer manufactured by Keyence.
  • each of the arithmetic mean roughness and maximum height roughness of the second surface 12 can be measured.
  • the protective layer 4, the superconducting layer 3 and the intermediate layer 2 each of the arithmetic mean roughness and maximum height roughness of the first surface 11 can be measured.
  • VK-X3050 can be used as the measurement section (head section) of VK-X3000.
  • the magnification of the objective lens is, for example, 50 times.
  • the measurement mode is, for example, a laser confocal mode.
  • the surface shape of the surface to be measured (measurement surface) within the field of view of the measurement unit is acquired.
  • the tilt of the measurement surface is corrected using the image processing function.
  • a surface shape in a wider range (measurement range) than the field of view of the measurement unit is acquired.
  • the length of the measurement range in the vertical direction is, for example, five times or more the length of the field of view of the measurement unit in the vertical direction.
  • the length of the measurement range in the lateral direction is, for example, five times or more the length of the field of view of the measuring section in the lateral direction.
  • a roughness curve between two points on the acquired surface shape is acquired.
  • the cutoff value ⁇ s is, for example, none.
  • the cutoff value ⁇ c is 0.08 mm as defined in JIS.
  • the reference length is, for example, five times or more (for example, 0.4 mm or more) the cutoff value ⁇ c.
  • five roughness curves are obtained by changing the positions of two points on the obtained surface shape.
  • the arithmetic mean roughness and maximum height roughness are determined.
  • the average value of the arithmetic mean roughness of the five roughness curves is taken as the arithmetic mean roughness on the measurement surface.
  • the average value of the maximum height roughness in the five roughness curves is taken as the maximum height roughness on the measurement surface.
  • the arithmetic mean roughness of the fourth surface 14 of the stabilizing layer 5 is, for example, greater than 0.02 ⁇ m.
  • the lower limit of the arithmetic mean roughness of the fourth surface 14 is not particularly limited, but may be, for example, 0.05 ⁇ m or more, 0.1 ⁇ m or more, or 0.5 ⁇ m or more. .
  • the arithmetic mean roughness of the fourth surface 14 is, for example, less than 1.5 ⁇ m.
  • the upper limit of the arithmetic mean roughness of the fourth surface 14 is not particularly limited, but may be, for example, 1.3 ⁇ m or less, or 1 ⁇ m or less.
  • the maximum height roughness of the fourth surface 14 is, for example, less than 8 ⁇ m.
  • the upper limit of the maximum height roughness of the fourth surface 14 is not particularly limited, but may be, for example, 6 ⁇ m or less, 4 ⁇ m or less, or 2 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the maximum height roughness of the fourth surface 14 is not particularly limited, but may be, for example, 0.2 ⁇ m or more, 0.5 ⁇ m or more, or 1 ⁇ m or more.
  • each of the arithmetic mean roughness and maximum height roughness of the fourth surface 14 is calculated using, for example, the "VK-X3000" which is a laser microscope equipped with a white interferometer manufactured by Keyence. ” can be used for measurement.
  • a step of forming a laminate is performed. Specifically, a substrate 1 is prepared. Ra and Rz of the second surface 12 of the substrate 1 are adjusted as described above by, for example, polishing. Next, intermediate layer 2 is formed on substrate 1 using, for example, a high frequency sputtering method.
  • the superconducting layer 3 is formed by, for example, pulsed laser deposition (PLD), metal organic decomposition (MOD), or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Chemical Vapor Deposition) or vacuum evaporation method It is formed.
  • PLD pulsed laser deposition
  • MOD metal organic decomposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • a protective layer 4 is formed on the superconducting layer 3.
  • the protective layer 4 is formed by, for example, a sputtering method. After forming the protective layer 4, heat treatment in an oxygen atmosphere (oxygen annealing) may be performed.
  • oxygen annealing oxygen annealing
  • a laminate including the substrate 1, intermediate layer 2, superconducting layer 3, and protective layer 4 is produced.
  • the produced laminate may be thinned. Specifically, for example, seven laminates each having a width of 4 mm may be produced by thinning a 30 mm wide laminate. For thinning, for example, mechanical slitting using a rotary blade or laser slitting using a laser is used.
  • Stabilizing layer 5 is formed, for example, by plating.
  • the composition of the plating solution includes, for example, 100 g of copper sulfate and 150 g of sulfuric acid per 1 liter of the plating solution.
  • the current density in plating is, for example, 1 A/dm 2 or more and 10 A/dm 2 or less. As described above, superconducting wire 100 is produced.
  • the substrate 1 and the intermediate layer 2 are not limited to the above configurations.
  • the substrate 1 may be made of stainless steel or Hastelloy (trademark).
  • the intermediate layer 2 may be composed of a crystal orientation layer (not shown) and a lattice matching layer (not shown).
  • the crystal orientation layer has a role of controlling the orientation of crystal grains in each of the lattice matching layer and the superconducting layer 3.
  • the crystal orientation layer is made of, for example, gadolinium zirconate (Gd 2 Zr 2 O 7 ).
  • the intermediate layer 2 may be formed using, for example, ion beam assisted deposition (IBAD).
  • IBAD ion beam assisted deposition
  • the configuration of the superconducting wire 100 according to the second embodiment differs from the configuration of the superconducting wire 100 according to the first embodiment mainly in that it has an insulating resin layer 6.
  • the structure is similar to that of the superconducting wire 100 according to the first embodiment.
  • the differences from the configuration of the superconducting wire 100 according to the first embodiment will be mainly explained.
  • the superconducting wire 100 may further include an insulating resin layer 6.
  • An insulating resin layer 6 surrounds the stabilizing layer 5. From another point of view, the insulating resin layer 6 surrounds the substrate 1 , the intermediate layer 2 , the superconducting layer 3 and the protective layer 4 .
  • Stabilizing layer 5 is between substrate 1 and insulating resin layer 6.
  • the insulating resin layer 6 is in contact with the fourth surface 14 of the stabilizing layer 5. Insulating resin layer 6 faces second surface 12 of substrate 1 .
  • the thickness of the insulating resin layer 6 in the direction perpendicular to the second surface 12 is a second thickness H2.
  • the second thickness H2 is the thickness of the portion of the insulating resin layer 6 facing the second surface 12.
  • the second thickness H2 is, for example, 15 ⁇ m or less.
  • the upper limit of the second thickness H2 is not particularly limited, but may be, for example, 10 ⁇ m or less, or 8 ⁇ m or less.
  • the insulating resin layer 6 is made of an electrically insulating resin such as polyimide or epoxy resin.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 is, for example, less than the second thickness H2.
  • the upper limit of the maximum height roughness of the second surface 12 is not particularly limited, but may be, for example, 0.5 times or less of the second thickness H2, or 0.25 times or less of the second thickness H2. It may be 0.1 times or less of the second thickness H2.
  • the lower limit of the maximum height roughness of the second surface 12 is not particularly limited, but may be, for example, 0.01 times or more the second thickness H2, or 0.05 times or more the second thickness H2. Good too.
  • the maximum height roughness of the fourth surface 14 is, for example, equal to or less than the second thickness H2.
  • the upper limit of the maximum height roughness of the fourth surface 14 is not particularly limited, but may be, for example, 0.5 times or less of the second thickness H2, or 0.25 times or less of the second thickness H2. Good too.
  • the lower limit of the maximum height roughness of the fourth surface 14 is not particularly limited, but may be, for example, 0.025 times or more the second thickness H2, or 0.1 times or more the second thickness H2. Good too.
  • the configuration of the superconducting wire 100 according to the third embodiment differs from the configuration of the superconducting wire 100 according to the first embodiment mainly in that the protective layer 4 surrounds the substrate 1 and the superconducting layer 3, and other points. In this respect, the configuration is the same as that of the superconducting wire 100 according to the first embodiment.
  • the differences from the configuration of the superconducting wire 100 according to the first embodiment will be mainly explained.
  • the protective layer 4 surrounds the substrate 1, the intermediate layer 2, and the superconducting layer 3.
  • the protective layer 4 is in contact with the second surface 12 of the substrate 1 .
  • the protective layer 4 is in contact with the third surface 13 of the stabilizing layer 5.
  • Stabilizing layer 5 is separated from second side 12 of substrate 1 by protective layer 4 .
  • the stabilizing layer 5 is separated from the intermediate layer 2 by a protective layer 4 .
  • Stabilizing layer 5 is separated from superconducting layer 3 by protective layer 4 .
  • the configuration of the superconducting wire 100 according to the fourth embodiment differs from the configuration of the superconducting wire 100 according to the second embodiment mainly in that the protective layer 4 surrounds the substrate 1 and the superconducting layer 3.
  • the structure is the same as that of the superconducting wire 100 according to the second embodiment.
  • the differences from the configuration of the superconducting wire 100 according to the second embodiment will be mainly explained.
  • the protective layer 4 surrounds the substrate 1, the intermediate layer 2, and the superconducting layer 3.
  • the protective layer 4 is in contact with the second surface 12 of the substrate 1 .
  • the protective layer 4 is in contact with the third surface 13 of the stabilizing layer 5.
  • Stabilizing layer 5 is separated from second side 12 of substrate 1 by protective layer 4 .
  • the stabilizing layer 5 is separated from the intermediate layer 2 by a protective layer 4 .
  • Stabilizing layer 5 is separated from superconducting layer 3 by protective layer 4 .
  • the superconducting device 200 includes a superconducting wire 100 and a winding frame 21.
  • Superconducting equipment 200 is, for example, a superconducting coil.
  • the superconducting wire 100 is wound around a winding frame 21.
  • the superconducting wire 100 is wound, for example, in a double pancake shape.
  • two coil bodies in which the superconducting wire 100 is wound in a single pancake shape are stacked along the axial direction of the coil bodies.
  • the winding directions of the two coil bodies are opposite to each other. Ends of each of the two coil bodies located on the inner peripheral side are electrically connected via a connecting portion (not shown). In other words, the ends of each of the two coil bodies located on the outer peripheral side are electrically connected to each other in series.
  • the substrate 1 of the superconducting wire 100 is located, for example, on the outer peripheral side of the superconducting device 200 with respect to the superconducting layer 3.
  • the superconducting wire 100 is wound with the substrate 1 disposed on the outer circumferential side and the superconducting layer 3 disposed on the inner circumferential side.
  • the superconducting wire 100 may be wound into a single pancake coil.
  • the insulating resin layer 6 surrounds the wound superconducting wire 100.
  • the thickness of the thinnest portion of the portion of the insulating resin layer 6 facing the second surface 12 in the direction perpendicular to the second surface 12 is the second thickness H2.
  • the insulating resin layer 6 is formed by impregnating the superconducting wire 100 wound around the winding frame 21 with a resin and then curing the resin.
  • the superconducting device 200 is not limited to a superconducting coil.
  • the superconducting device 200 may be, for example, a superconducting cable.
  • the superconducting wire 100 is used with the insulating resin layer 6 facing the second surface 12 of the substrate 1 formed thereon.
  • superconducting wire 100 is cooled with a coolant such as liquid nitrogen, and after use, superconducting wire 100 is returned to room temperature. Holes were sometimes formed in the insulating resin layer 6 due to shrinkage of the insulating resin layer 6 due to changes in environmental temperature.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 influences the surface properties of other layers surrounding the substrate 1. Specifically, when the maximum height roughness of the second surface 12 is excessively large, for example, the maximum height roughness of the fourth surface 14 of the stabilizing layer 5 becomes excessively large. In this case, the fourth surface 14 has a locally protruding portion. This makes it easier to form holes in the insulating resin layer 6 around the protruding portion.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 of the substrate 1 is less than 5 ⁇ m. This suppresses the maximum height roughness of the second surface 12 from becoming excessively large. Therefore, the maximum height roughness of the fourth surface 14 of the stabilizing layer 5 can be prevented from becoming excessively large, and the formation of holes in the insulating resin layer 6 can be suppressed.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 of the substrate 1 is less than the second thickness H2 of the insulating resin layer 6.
  • the ratio of the maximum height roughness of the second surface 12 to the second thickness H2 is excessively large, the ratio of the maximum height roughness of the fourth surface 14 to the second thickness H2 becomes large. In this case, holes are likely to be formed in the insulating resin layer 6.
  • the ratio of the maximum height roughness of the second surface 12 to the second thickness H2 is suppressed from becoming excessively large. Thereby, formation of holes in the insulating resin layer 6 can be suppressed.
  • the maximum height roughness of the fourth surface 14 of the stabilizing layer 5 is less than 8 ⁇ m. This suppresses the maximum height roughness of the fourth surface 14 from becoming excessively large. Therefore, formation of holes in the insulating resin layer 6 can be suppressed.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 is 0.5 times or less the second thickness H2 of the insulating resin layer 6. This suppresses the ratio of the maximum height roughness of the second surface 12 to the second thickness H2 from becoming excessively large. Therefore, formation of holes in the insulating resin layer 6 can be suppressed.
  • the maximum height roughness of the fourth surface 14 is equal to or less than the second thickness H2 of the insulating resin layer 6. This suppresses the ratio of the maximum height roughness of the fourth surface 14 to the second thickness H2 from becoming excessively large. Therefore, formation of holes in the insulating resin layer 6 can be suppressed.
  • a superconducting device 200 according to the present disclosure includes the superconducting wire 100 according to the present disclosure. Therefore, formation of holes in the insulating resin layer 6 can be suppressed.
  • each of the superconducting wires 100 according to samples 1 to 9 was produced using the manufacturing method according to the second embodiment described above. Specifically, first, the substrate 1 was prepared. The thickness of the substrate 1 was 100 ⁇ m. The width of the substrate 1 was 30 mm. The length of the substrate 1 was 100 m. The substrate 1 was a clad material in which a Cu layer and a Ni layer were provided on a tape made of stainless steel.
  • intermediate layer 2 was formed on substrate 1 using a sputtering method.
  • the thickness of the intermediate layer 2 was 0.5 ⁇ m.
  • the seed layer of intermediate layer 2 was composed of CeO2 .
  • the thickness of the seed layer was 0.1 ⁇ m.
  • the diffusion prevention layer of intermediate layer 2 was composed of YSZ.
  • the thickness of the diffusion prevention layer was 0.2 ⁇ m.
  • the lattice matching layer of intermediate layer 2 was composed of Y2O3 .
  • the thickness of the lattice matching layer was 0.2 ⁇ m.
  • superconducting layer 3 was formed using the PLD method.
  • the superconducting layer 3 was made of GdBCO.
  • the thickness of the superconducting layer 3 was 3 ⁇ m.
  • a protective layer 4 was formed using a sputtering method.
  • the thickness of the protective layer 4 was 3 ⁇ m.
  • a laminate having a width of 30 mm and comprising a substrate 1, an intermediate layer 2, a superconducting layer 3, and a protective layer 4 was thinned. Specifically, the laminate was thinned using mechanical slitting so that the width of the laminate was 4 mm.
  • the stabilizing layer 5 was formed by plating the outer surface of the laminate.
  • the composition of the plating solution included 100 g of copper sulfate and 150 g of sulfuric acid per 1 liter of the plating solution.
  • the current density for plating was 10 A/dm 2 .
  • an insulating resin layer 6 was formed by coating the outer surface of the stabilizing layer 5 with polyimide. As described above, superconducting wires 100 according to samples 1 to 9 were created.
  • the thickness of the insulating resin layer 6 (second thickness H2) was 8 ⁇ m.
  • the second thickness H2 was 5 ⁇ m.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 was 0.1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. In samples 1 to 6, the maximum height roughness of the fourth surface 14 was 0.2 ⁇ m or more and 8 ⁇ m or less.
  • the maximum height roughness of the second surface 12 was 0.1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. In samples 7 to 9, the maximum height roughness of the fourth surface 14 was 0.2 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less.
  • the critical current value (Ic) of the superconducting wire 100 was measured in all samples. Specifically, the critical current value Ic was measured before and after the heat cycle evaluation described above. In measuring the critical current value Ic, the superconducting wire 100 was cooled to 77 K by immersion in liquid nitrogen. The measurement of the critical current value Ic of the superconducting wire 100 was carried out under a self-magnetic field. Note that "under a self-magnetic field" means a state in which no magnetic field is applied from the outside.

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Abstract

超電導線材（１００）は、基板（１）と、超電導層（３）とを有している。基板（１）は、第１面（１１）と、第２面（１２）とを有している。第２面（１２）は、第１面の反対側にある。超電導層（３）は、第１面に対面している。第２面（１２）の算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．０２μｍより大きい。第２面（１２）の最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、５μｍ未満である。

Description

超電導線材および超電導機器
　本開示は、超電導線材および超電導機器に関する。本出願は、２０２２年３月１４日に出願した日本特許出願である特願２０２２－０３９１９６号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　特開２０１４－２２０１９４号公報（特許文献１）には、基板と超電導層とを有する超電導線材が開示されている。
特開２０１４－２２０１９４号公報
　本開示に係る超電導線材は、基板と、超電導層とを備えている。基板は、第１面と、第２面とを含んでいる。第２面は、第１面の反対側にある。超電導層は、第１面に対面している。第２面の最大高さ粗さは、５μｍ未満である。
図１は、第１実施形態に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。 図２は、第２実施形態に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。 図３は、第３実施形態に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。 図４は、第４実施形態に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。 図５は、第５実施形態に係る超電導機器の構成を示す断面模式図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　特許文献１に開示されている超電導線材においては、絶縁樹脂層において穴が形成されるおそれがある。
　本開示は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、その目的は、絶縁樹脂層における穴の形成を抑制可能な超電導線材を提供することである。
[本開示の効果]
　本開示によれば、絶縁樹脂層における穴の形成を抑制可能な超電導線材を提供することができる。
　[本開示の実施形態の説明]
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示に係る超電導線材１００は、基板１と、超電導層３とを有している。基板１は、第１面１１と、第２面１２とを有している。第２面１２は、第１面１１の反対側にある。超電導層３は、第１面１１に対面している。第２面１２の最大高さ粗さは、５μｍ未満である。
　（２）上記（１）に係る超電導線材１００は、安定化層５をさらに有していてもよい。安定化層５は、基板１および超電導層３を取り囲んでいてもよい。安定化層５は、第３面１３と第４面１４とを有していてもよい。第３面１３は、第２面１２に対面していてもよい。第４面１４は、第３面１３の反対側にあってもよい。第４面１４の最大高さ粗さは、８μｍ未満であってもよい。
　（３）上記（１）または（２）に係る超電導線材１００は、絶縁樹脂層６をさらに有していてもよい。絶縁樹脂層６は、第２面１２に対面していてもよい。第２面１２の最大高さ粗さは、第２面１２に垂直な方向における絶縁樹脂層６の厚みＨ２未満であってもよい。
　（４）上記（３）に係る超電導線材１００によれば、第２面１２の最大高さ粗さは、第２面１２に垂直な方向における絶縁樹脂層６の厚みＨ２の０．５倍以下であってもよい。
　（５）上記（１）に係る超電導線材１００は、安定化層５と、絶縁樹脂層６とをさらに有していてもよい。安定化層５は、基板１および超電導層３を取り囲んでいてもよい。絶縁樹脂層６は、第２面１２に対面していてもよい。安定化層５は、第３面１３と第４面１４とを有していてもよい。第３面１３は、第２面１２に対面していてもよい。第４面１４は、第３面１３の反対側にあってもよい。第４面１４は、絶縁樹脂層６に接していてもよい。第４面１４の最大高さ粗さは、第２面１２に垂直な方向における絶縁樹脂層６の厚みＨ２以下であってもよい。
　（６）本開示に係る超電導機器２００は、上記（１）から（５）のいずれかに係る超電導線材１００を有している。
　[本開示の実施形態の詳細]
　以下、図面に基づいて、本開示の実施形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
　（第１実施形態）
　まず、本開示の第１実施形態に係る超電導線材の構成について説明する。図１に示されるように、超電導線材１００は、基板１と、中間層２と、超電導層３と、保護層４と、安定化層５とを有している。中間層２は、基板１上に設けられている。超電導層３は、中間層２上に設けられている。別の観点から言えば、中間層２は、基板１と超電導層３との間に設けられている。保護層４は、超電導層３上に設けられている。別の観点から言えば、超電導層３は、中間層２と保護層４との間に設けられている。安定化層５は、基板１、中間層２、超電導層３および保護層４を取り囲んでいる。
　超電導線材１００の幅Ｄは、たとえば４ｍｍである。幅Ｄは、たとえば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であってもよい。超電導線材１００の厚み（第１厚みＨ１）は、たとえば０．１ｍｍである。第１厚みＨ１は、たとえば０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であってもよい。幅Ｄを第１厚みＨ１で除した値（アスペクト比）は、たとえば１０以上である。超電導線材１００のアスペクト比は、たとえば５０以上であってもよいし、１００以上であってもよい。
　基板１は、第１面１１と第２面１２とを有している。第２面１２は、第１面１１の反対側にある。第１面１１は、基板１の表面である。第２面１２は、基板１の裏面である。
　基板１は、たとえばニッケル（Ｎｉ）、ステンレス鋼またはハステロイ（商標）により形成されているテープ上に、銅（Ｃｕ）またはＮｉにより構成されている層が設けられているクラッド材である。ＣｕまたはＮｉにより構成されている層において、結晶粒が２軸配向されている。言い換えれば、基板１の第１面１１において、結晶粒が２軸配向されている。
　中間層２は、基板１の第１面１１に接している。中間層２は、シード層（図示せず）と、拡散防止層（図示せず）と、格子整合層（図示せず）とによって構成されている。シード層は、第１面１１に接している。シード層は、基板１における結晶粒の配向を引き継いで超電導層３をエピタキシャル成長させる役割を有している。シード層は、たとえば酸化セリウム（ＣｅＯ２）によって構成されている。
　拡散防止層は、シード層上に設けられている。拡散防止層は、基板１に含まれる金属元素が、拡散防止層より上側に拡散することを防止する役割を持つ。なお、本明細書において、上側とは、第２面１２から第１面１１に向かう方向である。下側とは、第１面１１から第２面１２に向かう方向である。拡散防止層は、たとえばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）によって構成されている。
　格子整合層は、拡散防止層上に設けられている。格子整合層は、超電導層３をエピタキシャル成長により形成する際に、超電導層３の結晶粒を２軸配向させる役割を有している。格子整合層は、たとえば酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）によって構成されている。
　超電導層３は、中間層２に接している。超電導層３は、基板１の第１面１１に対面している。本明細書において、「対面している」とは、２つの面が互いに直接接触している場合と、２つの面の間において物体が当該２つの面に接するように設けられており、且つ当該２つの面が間接的に接した状態で向かい合っている場合とを含んでいる。超電導層３は、たとえばＲＥＢＣＯによって構成されている。ＲＥＢＣＯとは、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－Ｘによって示される組成式を持つ酸化物超電導体である。なお、ＲＥＢＣＯにおけるＲＥは希土類元素を示している。具体的には、超電導層３は、たとえばＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－Ｘ）またはＧｄＢＣＯ（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－Ｘ）等のＲＥＢＣＯによって構成されている。超電導層３を構成しているＲＥＢＣＯ中の希土類元素は、イットリウム、ランタン、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、ルテチウムおよびイッテルビウムからなる群から選択された少なくとも１種以上の元素である。超電導層３のＲＥＢＣＯの結晶粒は、２軸配向されている。
　保護層４は、超電導層３に接している。保護層４は、超電導層３と他の層との間で起こる化学反応を抑制し、超電導層３の組成が崩れることを抑制する役割を有している。保護層４は、たとえば銀（Ａｇ）、Ａｇ合金またはＣｕによって構成されている。
　安定化層５は、第３面１３と、第４面１４とを有している。第３面１３は、基板１の第２面１２に対面している。第３面１３は、基板１の第２面１２に接していてもよい。第４面１４は、第３面１３の反対側にある。言い換えれば、第４面１４は、第３面１３の下側にある。第４面１４は、超電導線材１００の裏面である。
　安定化層５は、超電導層３における超電導状態が部分的に不安定になった場合に発生する過電流をバイパスする役割を有している。安定化層５は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金によって構成されている。
　（基板の表面性状）
　基板１の第２面１２の算術平均粗さ（Ｒａ）は、基板１の第１面１１の算術平均粗さより大きくてもよい。基板１の第２面１２の算術平均粗さは、たとえば０．０２μｍより大きい。第２面１２の算術平均粗さの下限は、特に限定されないが、たとえば０．０３μｍ以上であってもよいし、０．６５μｍより大きくてもよいし、１μｍ以上であってもよい。第２面１２の算術平均粗さは、たとえば３μｍ未満である。第２面１２の算術平均粗さの上限は、特に限定されないが、たとえば２μｍ以下であってもよいし、１．５μｍ以下であってもよいし、１μｍ以下であってもよい。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）　Ｂ０６０１：２０１３に規定される表面性状パラメータである。
　算術平均粗さ（Ｒａ）は、以下の方法によって求められる値である。具体的には、まず、粗さ計を用いて粗さ曲線が測定される。測定された粗さ曲線の一部が抜き出される。測定方向において、抜き出された粗さ曲線の長さは、事前に決められた基準長さとされる。抜き出された粗さ曲線において、高さの平均値が求められる。高さの平均値を０として、抜き出された粗さ曲線上の任意の点における高さが求められる。抜き出された粗さ曲線における凹凸の平均値が、算術平均粗さとされる。具体的には、抜き出された粗さ曲線における高さの絶対値の平均値が、算術平均粗さとされる。
　第２面１２の最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、第１面１１の最大高さ粗さより大きくてもよい。第２面１２の最大高さ粗さは、５μｍ未満である。第２面１２の最大高さ粗さの上限は、特に限定されないが、たとえば３μｍ以下であってもよいし、１μｍ以下であってもよい。第２面１２の最大高さ粗さの下限は、特に限定されないが、たとえば０．１μｍ以上であってもよいし、０．２μｍ以上であってもよいし、０．５μｍ以上であってもよい。なお、最大高さ粗さ（Ｒｚ）は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２０１３に規定される表面性状パラメータである。
　最大高さ粗さは、以下の方法によって求められる値である。具体的には、まず、粗さ計を用いて粗さ曲線が測定される。測定された粗さ曲線の一部が抜き出される。測定方向において、抜き出された粗さ曲線の長さは、事前に決められた基準長さとされる。抜き出された粗さ曲線において、高さの平均値が求められる。高さの平均値を０として、抜き出された粗さ曲線上の任意の点における高さが求められる。抜き出された粗さ曲線において、最も高い部分の高さ（最大山高さ）の絶対値と、最も深い部分の高さ（最大谷深さ）の絶対値との和が、最大高さ粗さとされる。
　粗さ計として、たとえばキーエンス製の白色干渉計搭載レーザ顕微鏡である「ＶＫ－Ｘ３０００」を使用できる。別の観点から言えば、たとえば第２面１２の算術平均粗さおよび最大高さ粗さの各々は、たとえばキーエンス製の白色干渉計搭載レーザ顕微鏡である「ＶＫ－Ｘ３０００」を用いて測定することができる。同様に、第１面１１の算術平均粗さおよび最大高さ粗さの各々は、たとえばキーエンス製の白色干渉計搭載レーザ顕微鏡である「ＶＫ－Ｘ３０００」を用いて測定することができる。具体的には、安定化層５を除去した後に、第２面１２の算術平均粗さおよび最大高さ粗さの各々を測定することができる。安定化層５、保護層４、超電導層３および中間層２の各々を除去した後に、第１面１１の算術平均粗さおよび最大高さ粗さの各々を測定することができる。ＶＫ－Ｘ３０００の測定部（ヘッド部）としては、「ＶＫ－Ｘ３０５０」を用いることができる。対物レンズの倍率は、たとえば５０倍とされる。測定モードは、たとえばレーザーコンフォーカルモードとされる。
　算術平均粗さおよび最大高さ粗さの各々の測定において、測定部の視野の範囲内における測定対象である面（測定面）の表面形状が取得される。画像処理機能を用いて、測定面の傾きが補正される。取得された表面形状が連結されることによって、測定部の視野よりも広い範囲（測定範囲）の表面形状が取得される。具体的には、測定範囲の縦方向の長さは、たとえば測定部の視野の縦方向の長さの５倍以上とされる。測定範囲の横方向の長さは、たとえば測定部の視野の横方向の長さの５倍以上とされる。
　線粗さ計測機能を用いて、取得された表面形状における２点間の粗さ曲線が取得される。カットオフ値λｓは、たとえば、なしとされる。カットオフ値λｃは、ＪＩＳに規定されるように０．０８ｍｍとされる。基準長さは、たとえばカットオフ値λｃの５倍以上（たとえば０．４ｍｍ以上）とされる。取得された表面形状における２点の位置を変更することによって、たとえば５本の粗さ曲線が取得される。５本の粗さ曲線の各々において、算術平均粗さおよび最大高さ粗さが求められる。５本の粗さ曲線における算術平均粗さの平均値が、測定面における算術平均粗さとされる。５本の粗さ曲線における最大高さ粗さの平均値が、測定面における最大高さ粗さとされる。
　（安定化層の表面性状）
　安定化層５の第４面１４の算術平均粗さは、たとえば０．０２μｍより大きい。第４面１４の算術平均粗さの下限は、特に限定されないが、たとえば０．０５μｍ以上であってもよいし、０．１μｍ以上であってもよいし、０．５μｍ以上であってもよい。第４面１４の算術平均粗さは、たとえば１．５μｍ未満である。第４面１４の算術平均粗さの上限は、特に限定されないが、たとえば１．３μｍ以下であってもよいし、１μｍ以下であってもよい。
　第４面１４の最大高さ粗さは、たとえば８μｍ未満である。第４面１４の最大高さ粗さの上限は、特に限定されないが、たとえば６μｍ以下であってもよいし、４μｍ以下であってもよいし、２μｍ以下であってもよい。第４面１４の最大高さ粗さの下限は、特に限定されないが、たとえば０．２μｍ以上であってもよいし、０．５μｍ以上であってもよいし、１μｍ以上であってもよい。
　第１面１１および第２面１２の各々と同様に、第４面１４の算術平均粗さおよび最大高さ粗さの各々は、たとえばキーエンス製の白色干渉計搭載レーザ顕微鏡である「ＶＫ－Ｘ３０００」を用いて測定することができる。
　（超電導線材の製造方法）
　次に、第１実施形態に係る超電導線材１００の製造方法について説明する。
　まず、積層体を形成する工程が実施される。具体的には、基板１が準備される。基板１の第２面１２のＲａおよびＲｚは、たとえば研磨などによって上述のように調整されている。次に、たとえば高周波スパッタリング法を用いて、基板１上に中間層２が形成される。
　次に、中間層２上に超電導層３が形成される。超電導層３は、たとえばパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、塗布熱分解法（ＭＯＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または真空蒸着法により形成される。
　次に、超電導層３上に保護層４が形成される。保護層４は、たとえばスパッタ法により形成される。保護層４の形成後、酸素雰囲気中での熱処理（酸素アニール）が行われてもよい。以上のように、基板１、中間層２、超電導層３および保護層４によって構成されている積層体が作製される。作製された積層体は、細線化されてもよい。具体的には、たとえば幅が３０ｍｍである積層体を細線化することによって、幅が４ｍｍである積層体が７本作製されてもよい。細線化において、たとえば回転刃を用いた機械スリット加工またはレーザを用いたレーザスリット加工が用いられる。
　次に、安定化層５を形成する工程が実施される。安定化層５は、たとえばめっきにより形成される。めっき液の組成として、たとえばめっき液１ｌあたりにおいて、硫酸銅１００ｇと硫酸１５０ｇとが含まれる。めっきにおける電流密度は、たとえば１Ａ／ｄｍ２以上１０Ａ／ｄｍ２以下とされる。以上のように、超電導線材１００が作製される。
　（第１実施形態の変形例）
　なお、基板１および中間層２の各々の構成は、上記の構成に限られない。基板１は、ステンレス鋼またはハステロイ（商標）によって構成されていてもよい。中間層２は、結晶配向層（図示せず）と、格子整合層（図示せず）によって構成されていてもよい。結晶配向層は、格子整合層および超電導層３の各々の結晶粒の配向性を制御する役割を有している。結晶配向層は、たとえばジルコン酸ガドリニウム（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）によって構成されている。中間層２は、たとえばイオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ：Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ａｓｓｉｓｔｅｄ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて形成されてもよい。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る超電導線材１００の構成について説明する。第２実施形態に係る超電導線材１００の構成は、主に絶縁樹脂層６を有している点において、第１実施形態に係る超電導線材１００の構成と異なっており、その他の点については、第１実施形態に係る超電導線材１００の構成と同様である。以下、第１実施形態に係る超電導線材１００の構成と異なる点を中心に説明する。
　図２に示されるように、超電導線材１００は、絶縁樹脂層６をさらに有していてもよい。絶縁樹脂層６は、安定化層５を取り囲んでいる。別の観点から言えば、絶縁樹脂層６は、基板１、中間層２、超電導層３および保護層４を取り囲んでいる。安定化層５は、基板１と絶縁樹脂層６との間にある。絶縁樹脂層６は、安定化層５の第４面１４に接している。絶縁樹脂層６は、基板１の第２面１２に対面している。
　第２面１２に垂直な方向における絶縁樹脂層６の厚みは、第２厚みＨ２とされる。具体的には、第２厚みＨ２は、第２面１２に対面している絶縁樹脂層６の部分の厚みである。第２厚みＨ２は、たとえば１５μｍ以下である。第２厚みＨ２の上限は、特に限定されないが、たとえば１０μｍ以下であってもよいし、８μｍ以下であってもよい。第２厚みＨ２が薄いほど、超電導線材１００を用いて作製された超電導機器の電流密度を高めることができる。絶縁樹脂層６は、たとえばポリイミドまたはエポキシ樹脂などの電気絶縁性を有する樹脂によって構成されている。
　第２面１２の最大高さ粗さは、たとえば第２厚みＨ２未満である。第２面１２の最大高さ粗さの上限は、特に限定されないが、たとえば第２厚みＨ２の０．５倍以下であってもよいし、第２厚みＨ２の０．２５倍以下であってもよいし、第２厚みＨ２の０．１倍以下であってもよい。第２面１２の最大高さ粗さの下限は、特に限定されないが、たとえば第２厚みＨ２の０．０１倍以上であってもよいし、第２厚みＨ２の０．０５倍以上であってもよい。
　第４面１４の最大高さ粗さは、たとえば第２厚みＨ２以下である。第４面１４の最大高さ粗さの上限は、特に限定されないが、たとえば第２厚みＨ２の０．５倍以下であってもよいし、第２厚みＨ２の０．２５倍以下であってもよい。第４面１４の最大高さ粗さの下限は、特に限定されないが、たとえば第２厚みＨ２の０．０２５倍以上であってもよいし、第２厚みＨ２の０．１倍以上であってもよい。
　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態に係る超電導線材１００の構成について説明する。第３実施形態に係る超電導線材１００の構成は、主に保護層４が基板１および超電導層３を取り囲んでいる点において、第１実施形態に係る超電導線材１００の構成と異なっており、その他の点については、第１実施形態に係る超電導線材１００の構成と同様である。以下、第１実施形態に係る超電導線材１００の構成と異なる点を中心に説明する。
　図３に示されるように、保護層４は、基板１、中間層２および超電導層３を取り囲んでいる。保護層４は、基板１の第２面１２に接している。保護層４は、安定化層５の第３面１３に接している。安定化層５は、保護層４によって基板１の第２面１２から隔てられている。安定化層５は、保護層４によって中間層２から隔てられている。安定化層５は、保護層４によって超電導層３から隔てられている。
　（第４実施形態）
　次に、第４実施形態に係る超電導線材１００の構成について説明する。第４実施形態に係る超電導線材１００の構成は、主に保護層４が基板１および超電導層３を取り囲んでいる点において、第２実施形態に係る超電導線材１００の構成と異なっており、その他の点については、第２実施形態に係る超電導線材１００の構成と同様である。以下、第２実施形態に係る超電導線材１００の構成と異なる点を中心に説明する。
　図４に示されるように、保護層４は、基板１、中間層２および超電導層３を取り囲んでいる。保護層４は、基板１の第２面１２に接している。保護層４は、安定化層５の第３面１３に接している。安定化層５は、保護層４によって基板１の第２面１２から隔てられている。安定化層５は、保護層４によって中間層２から隔てられている。安定化層５は、保護層４によって超電導層３から隔てられている。
　（第５実施形態）
　次に、第５実施形態に係る超電導機器２００の構成について説明する。
　図５に示されるように、超電導機器２００は、超電導線材１００と、巻枠２１とを有している。超電導機器２００は、たとえば超電導コイルである。超電導線材１００は、巻枠２１に巻き回されている。超電導線材１００は、たとえばダブルパンケーキ状に巻き回されている。具体的には、超電導線材１００がシングルパンケーキ状に巻き回された２個のコイル体が、コイル体の軸方向に沿って重ねられている。２個のコイル体の巻き回し方向は、互いに逆である。２個のコイル体の各々の内周側に位置する端部は、接続部（図示せず）を介して電気的に接続されている。言い換えれば、２個のコイル体の各々の外周側に位置する端部は、互いに電気的に直列に接続されている。
　超電導線材１００の基板１は、超電導層３に対して、たとえば超電導機器２００の外周側に位置している。言い換えれば、超電導線材１００は、基板１を外周側に配置し且つ超電導層３を内周側に配置した状態で巻き回されている。なお、超電導線材１００は、シングルパンケーキコイル状に巻き回されていてもよい。
　図５に示されるように、絶縁樹脂層６は、巻き回された超電導線材１００を取り囲んでいる。本実施形態によれば、第２面１２に垂直な方向において、第２面１２に対面している絶縁樹脂層６の部分の内、最も薄い部分の厚みは、第２厚みＨ２とされる。巻枠２１に巻き回された超電導線材１００に対して樹脂を含浸させた後に、当該樹脂を硬化させることによって、絶縁樹脂層６が形成される。
　なお上記においては、超電導機器２００が超電導コイルの場合について説明したが、超電導機器２００は超電導コイルに限定されない。超電導機器２００は、たとえば超電導ケーブルなどであってもよい。
　次に、本開示に係る超電導線材１００の作用効果について説明する。
　通常、基板１の第２面１２に対面している絶縁樹脂層６が形成された状態で、超電導線材１００は使用される。一般に、使用時において超電導線材１００は液体窒素などの冷媒により冷却され、使用後において超電導線材１００は室温に戻される。環境温度の変化による絶縁樹脂層６の収縮によって、絶縁樹脂層６において穴が形成されることがあった。
　発明者は、絶縁樹脂層６における穴の形成について種々の検討を行った結果、基板１の第２面１２の表面性状が絶縁樹脂層６における穴の形成に影響していることを見出した。第２面１２の最大高さ粗さは、基板１を取り囲む他の層の表面性状に影響を与える。具体的には、第２面１２の最大高さ粗さが過度に大きい場合、たとえば安定化層５の第４面１４の最大高さ粗さが過度に大きくなる。この場合、第４面１４は、局所的に突出した部分を有している。これによって、当該突出した部分の周囲における絶縁樹脂層６において、穴が形成されやすくなる。
　本開示に係る超電導線材１００によれば、基板１の第２面１２の最大高さ粗さは５μｍ未満である。これにより、第２面１２の最大高さ粗さが過度に大きくなることが抑制されている。このため、安定化層５の第４面１４の最大高さ粗さが過度に大きくなることを抑制でき、絶縁樹脂層６における穴の形成を抑制できる。
　本開示に係る超電導線材１００によれば、基板１の第２面１２の最大高さ粗さは、絶縁樹脂層６の第２厚みＨ２未満である。第２厚みＨ２に対する第２面１２の最大高さ粗さの比率が過度に大きい場合、第２厚みＨ２に対する第４面１４の最大高さ粗さの比率が大きくなる。この場合、絶縁樹脂層６において穴が形成されやすくなる。本開示に係る超電導線材１００によれば、第２厚みＨ２に対する第２面１２の最大高さ粗さの比率が過度に大きくなることが抑制されている。これによって、絶縁樹脂層６における穴の形成を抑制できる。
　本開示に係る超電導線材１００によれば、安定化層５の第４面１４の最大高さ粗さは８μｍ未満である。これにより、第４面１４の最大高さ粗さが過度に大きくなることが抑制されている。このため、絶縁樹脂層６における穴の形成を抑制できる。
　本開示に係る超電導線材１００によれば、第２面１２の最大高さ粗さは、絶縁樹脂層６の第２厚みＨ２の０．５倍以下である。これにより、第２厚みＨ２に対する第２面１２の最大高さ粗さの比率が過度に大きくなることが抑制されている。このため、絶縁樹脂層６における穴の形成を抑制できる。
　本開示に係る超電導線材１００によれば、第４面１４の最大高さ粗さは、絶縁樹脂層６の第２厚みＨ２以下である。これにより、第２厚みＨ２に対する第４面１４の最大高さ粗さの比率が過度に大きくなることが抑制されている。このため、絶縁樹脂層６における穴の形成を抑制できる。
　本開示に係る超電導機器２００によれば、本開示に係る超電導線材１００を有している。このため、絶縁樹脂層６における穴の形成を抑制できる。
　（実施例）
　（サンプル準備）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、サンプルを用いた試験について説明する。まず、サンプル１からサンプル９に係る超電導線材１００が準備された。サンプル６およびサンプル９の各々は比較例である。サンプル１からサンプル５、サンプル７およびサンプル８の各々は実施例である。
　サンプル１からサンプル９に係る超電導線材１００の各々は、上記の第２実施形態に係る製造方法を用いて作製された。具体的には、まず、基板１が準備された。基板１の厚みは１００μｍとされた。基板１の幅は３０ｍｍとされた。基板１の長さは１００ｍとされた。基板１は、ステンレス鋼により形成されているテープ上にＣｕ層とＮｉ層とが設けられているクラッド材とされた。
　次に、基板１上にスパッタ法を用いて中間層２が形成された。中間層２の厚みは０．５μｍとされた。中間層２のシード層は、ＣｅＯ２によって構成された。シード層の厚みは、０．１μｍとされた。中間層２の拡散防止層は、ＹＳＺによって構成された。拡散防止層の厚みは、０．２μｍとされた。中間層２の格子整合層は、Ｙ２Ｏ３によって構成された。格子整合層の厚みは、０．２μｍとされた。
　次に、ＰＬＤ法を用いて超電導層３が形成された。超電導層３は、ＧｄＢＣＯによって構成された。超電導層３の厚みは３μｍとされた。次に、スパッタ法を用いて保護層４が形成された。保護層４の厚みは３μｍとされた。基板１、中間層２、超電導層３および保護層４によって構成された幅３０ｍｍの積層体が細線化された。具体的には、機械スリット加工を用いて、積層体の幅が４ｍｍとなるように細線化された。
　次に、積層体の外表面に対してめっきを実施することにより、安定化層５が形成された。めっき液の組成として、めっき液１ｌあたり、１００ｇの硫酸銅と１５０ｇの硫酸とが含まれた。めっきの電流密度は、１０Ａ／ｄｍ２とされた。
　次に、安定化層５の外表面に対して、ポリイミドを被覆することにより、絶縁樹脂層６が形成された。以上のように、サンプル１からサンプル９に係る超電導線材１００が作成された。
　表１に示されるように、サンプル１からサンプル６において、絶縁樹脂層６の厚み（第２厚みＨ２）は８μｍとされた。サンプル７からサンプル９において、第２厚みＨ２は５μｍとされた。
　サンプル１からサンプル６において、第２面１２の最大高さ粗さは、０．１μｍ以上５μｍ以下とされた。サンプル１からサンプル６において、第４面１４の最大高さ粗さは、０．２μｍ以上８μｍ以下とされた。
　サンプル７からサンプル９において、第２面１２の最大高さ粗さは、０．１μｍ以上５μｍ以下とされた。サンプル７からサンプル９において、第４面１４の最大高さ粗さは、０．２μｍ以上６μｍ以下とされた。
　（評価方法）
　全てのサンプルにおいて、絶縁樹脂層６のヒートサイクル評価が実施された。具体的には、超電導線材１００を液体窒素に１分程度浸漬して冷却した後、液体窒素から取り出して室温まで戻すという操作が５回繰り返された。その後、目視によって絶縁樹脂層６の穴の有無が調べられた。
　さらに、全てのサンプルにおいて、超電導線材１００の臨界電流値（Ｉｃ）が測定された。具体的には、上述のヒートサイクル評価の前後において、臨界電流値Ｉｃが測定された。臨界電流値Ｉｃの測定において、液体窒素への浸漬によって、超電導線材１００は７７Ｋまで冷却された。超電導線材１００の臨界電流値Ｉｃの測定は、自己磁場下において実施された。なお、自己磁場下とは、外部から磁場の印加を受けていない状態を意味している。
　（評価結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示されるように、サンプル６およびサンプル９の各々において、絶縁樹脂層６の穴が確認された。表２に示されるように、絶縁樹脂層６の穴が確認されたサンプル（サンプル６および９）においては、他のサンプルと比較して、ヒートサイクル評価後における臨界電流値Ｉｃの低下が確認された。
　以上の結果によれば、第２面１２の最大高さ粗さが５μｍ未満である場合（サンプル１から５、７および８）において、絶縁樹脂層６における穴の形成を抑制でき、臨界電流値Ｉｃの低下を抑制できることが確認された。
　今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した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、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１　基板、２　中間層、３　超電導層、４　保護層、５　安定化層、６　絶縁樹脂層、１１　第１面、１２　第２面、１３　第３面、１４　第４面、２１　巻枠、１００　超電導線材、２００　超電導機器、Ｄ　幅、Ｈ１　第１厚み、Ｈ２　第２厚み。

Claims (6)

  1. 　第１面と前記第１面の反対側にある第２面とを含む基板と、
    　前記第１面に対面している超電導層とを備え、
    　前記第２面の最大高さ粗さは、５μｍ未満である、超電導線材。
  2. 　前記基板および前記超電導層を取り囲む安定化層をさらに備え、
    　前記安定化層は、前記第２面に対面している第３面と、前記第３面の反対側にある第４面とを含み、
    　前記第４面の最大高さ粗さは、８μｍ未満である、請求項１に記載の超電導線材。
  3. 　前記第２面に対面している絶縁樹脂層をさらに備え、
    　前記第２面の最大高さ粗さは、前記第２面に垂直な方向における前記絶縁樹脂層の厚み未満である、請求項１または請求項２に記載の超電導線材。
  4. 　前記第２面の最大高さ粗さは、前記第２面に垂直な方向における前記絶縁樹脂層の厚みの０．５倍以下である、請求項３に記載の超電導線材。
  5. 　前記基板および前記超電導層を取り囲む安定化層と、
    　前記第２面に対面している絶縁樹脂層とをさらに備え、
    　前記安定化層は、前記第２面に対面している第３面と、前記第３面の反対側にあり且つ前記絶縁樹脂層に接する第４面とを含み、
    　前記第４面の最大高さ粗さは、前記第２面に垂直な方向における前記絶縁樹脂層の厚み以下である、請求項１に記載の超電導線材。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導線材を備える、超電導機器。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064519A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Fujikura Ltd 酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法
JP2012241234A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Fujikura Ltd 超電導線材用基材の製造方法
WO2013129568A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 株式会社フジクラ 超電導線材および超電導コイル
WO2014003049A1 (ja) * 2012-06-27 2014-01-03 古河電気工業株式会社 超電導線

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064519A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Fujikura Ltd 酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法
JP2012241234A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Fujikura Ltd 超電導線材用基材の製造方法
WO2013129568A1 (ja) * 2012-02-29 2013-09-06 株式会社フジクラ 超電導線材および超電導コイル
WO2014003049A1 (ja) * 2012-06-27 2014-01-03 古河電気工業株式会社 超電導線

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