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JP2532986B2 - 酸化物超電導線材及びそれを用いたコイル - Google Patents

酸化物超電導線材及びそれを用いたコイル

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JP2532986B2
JP2532986B2 JP2256828A JP25682890A JP2532986B2 JP 2532986 B2 JP2532986 B2 JP 2532986B2 JP 2256828 A JP2256828 A JP 2256828A JP 25682890 A JP25682890 A JP 25682890A JP 2532986 B2 JP2532986 B2 JP 2532986B2
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JP
Japan
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metal
superconductor
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superconducting
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JP2256828A
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俊秀 生田目
幸雄 斉藤
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Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物超電導線材に係わり、さらに詳しく
は、高いJcを有する酸化物超電導体がクエンチした場合
の電流パスを有する酸化物超電導線材に関する。
〔従来の技術〕
層状ペロブスカイト構造を有するY−Ba−Cu−O係、
Bi−Sr−Ca−Cu−O係、Ti−Ba−Ca−Cu−C系の酸化物
超電導材料では、臨界温度(Tc)が液体窒素温度(77
K)以上であるため、超電導磁石、コイル或いはエレク
トロニクスデバイスへの広い応用が期待されている。
セラミックス単結晶基板を用いた酸化物超電導体の合
成方法で、これまで106A/cm2オーダの高いJcを得てお
り、例えばアプライド、フィジックス、レターズ(App
l.Phys.Lett.)53(16),1557(1988)に記載されてい
るとおりである。
さらにその他のn型,P型の超電導線材もすでに公知で
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記に示したセラミックス単結晶基板
を用いた酸化物超電導体は、高いJcを得ることが比較的
容易である反面、酸化物超電導体のテープ状線材におい
て、超電導体がクエンチした場合の電流パスについて考
慮されておらず、実用面で問題があった。
本発明の目的は、高いJcを有する酸化物超電導線材に
おいて、超電導体がクエンチした場合の電流パスを有す
る酸化物超電導線材及びそれを用いたコイルを提供する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明では、酸化物超電
導体と導電性セラミックスと金属とが連続的に形成さ
れ、前記酸化物超電導体と金属とで導電性セラミックス
をはさんだ構造を有すると共に、前記導電性セラミック
スが、ReO3、TiO、CrO2から選ばれた1種以上からなる
ことを特徴とする酸化物超電導線材としたものである。
また、上記目的を達成するために、本発明では、酸化
物超電導体と導電性セラミックスと金属とが連続的に形
成され、前記導電性セラミックスの長手方向に形成され
た凹部及び/又は 部に金属が連続して形成されており、かつ前記導電性セ
ラミックスと金属の共有する面が平坦であり、該平坦な
基板面に酸化物超電導体が形成されていることを特徴と
する酸化物超電導線材としたものであり、また、本発明
では、うずまき状に凹部が形成されたセラミックス基板
の該凹部に金属を連続して形成した基板において、前記
金属とセラミックスにまたがって酸化物超電導体がうず
まき状に形成されているディスク状コイル構造を有する
ことを特徴とする酸化物超電導線材としたものである。
上記において、導電性セラミックスとしては、ReO2
TiO、CrO2から選ばれた1種以上からなるセラミックス
を用いるのが好適であり、光アシストゾルゲル法で製造
されたものがよい。
セラミックスとしては、MgO、SrTiO3、YSZ、Ta2O3
ら選ばれた1種以上からなるものを用いるのがよく、ま
た、フレキシブルYSZテープからなるものも使用でき
る。
また、本発明において使用できる金属としては、Au、
Ag、Cu、Ni−Cr合金(ハステロイ)から選ばれた1種以
上を用いるのがよいが、他の金属でも導電性をもち、超
電導体と反応しない金属なら使用することができる。
本発明の酸化物超電導線材は、コイル状に巻くことに
より酸化物超電導コイルとなり、また、前記のうずまき
状に形成したディスク状コイルを、超電導材で上下連結
して多層構造の超電導コイルとすることができる。
〔作 用〕
セラミックスのMgO(100)又はSrTiO3(100)単結晶
基板上へ酸化物超電導体を合成すると、基板の影響を受
けて、基板の格子定数と比較的近い結晶の配向した超電
導体が形成できる。また、両者の熱膨張係数が近いた
め、熱処理に伴うクラック等を制御でき、さらにセラミ
ックスと超電導体の反応性も小さいため、超電導特性を
向上でき、高いJcを示す。
一方、直接金属基板への超電導体の形成は、熱膨張係
数の違いによるクラックの発生及び金属と超電導体の高
反応性、さらに超電導体の無配向化により、高いJcは得
られない。しかし、金属基板は、超電導体がクエンチし
た場合の電流パス等の安定化材としての働きがある。従
って、このセラミックスと金属を組み合せた基板へ酸化
物超電導体を形成することで、超電導体がクエンチした
場合の電流パスを有する、配向した高Jcな超電導体を形
成できる。
また、超電導体と金属との間の中間体として、導電性
セラミックスを用いると、基板と超電導体の反応の抑
制、配向した超電導結晶及び超電導体と金属間の電流パ
スとしての働きがある。従って、前記中間体として導電
性セラミックスを用いた場合に、高Jcな超電導体が形成
でき、さらに超電導体がクエンチした場合の電流パス等
の安定化材としての働きがある。
金属へのセラミックス膜の形成方法は、低温度で光ア
シストゾルゲル法により行える。また、広い温度領域で
金属へのセラミックス膜或いはセラミックスの金属膜の
形成方法は、各種スパッタ法、蒸着法、レーザ・デポジ
ション法等のPVD法及び化学気相成長法(CVD)等の通常
の成膜法で行える。
前記金属とセラミックスで構成された基板への酸化物
超電導体の形成は、前記PVD法及びCVD法などの通常の成
膜法、及びドクターブレード法の塗布技術、さらには粉
末を出発原料とした線引き−圧延法により行える。
〔実施例〕
以下、本発明を具体的実施例によりさらに詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されない。
参考例1 本発明の参考例を第1図に斜視図として示す。MgO1の
側面にまずRFスパッタリング法により、Au膜2を0.1mm
厚で成膜し、MgO−Au基板とした。次にRFマグネトロン
スパッタリング法により、表1に示す条件下で、前記Mg
O−Au基板上へ、Y1Ba2Cu3O7- δ酸化物超電導膜の形成を
行った。
第2図に、成膜したY1Ba2Cu3O7- δ酸化物超電導膜の
微小部X回折パターンを示す。MgO基板上の前記超電導
膜3は、(oon)面に基づく回折ピークのみが明瞭に認
められ、基板面に対してC軸配向した膜であることがわ
かる。さらに、基板と超電導膜の反応層は10nm以下であ
ることが、SEM像より観察できた。一方、Au基板上の前
記超電導膜4は、(oon)ピーク以外に各方位の面ピー
クが同定できることにより、無配向な膜であることがわ
かる。この超電導膜の抵抗が零となる臨界温度(Tc)及
び77Kでの臨界電流密度(Jc)の測定を、四端子法を用
いて行った。Tcは87K、零磁場のJcは7.2×105A/cm2であ
った。また、前記超電導膜に機械的にクラックを導入
し、大電流を流した場合のクラック前後での電圧測定し
たところ、Auの抵抗に値する電圧を測定できた。
以上、セラミックス−金属基板へ酸化物超電導膜を形
成するとC軸配向した高Jcな膜を形成でき、しかも、金
属が、前記超電導体がクエンチした場合の電流パス等の
安定化材として働くことが明らかである。
参考例2 SrTiO3、YSZ、Ta2O3セラミックスへ、金属としてAgを
参考例1に示す方法で、0.25〜2mm厚で成膜し、セラミ
ックス−Ag基板とした。次に、Y1Ba2Cu3O7- δ超電導膜
を参考例1に示す条件下で、前記基板上へ形成した。い
ずれの基板上でも超電導膜が形成されたが、SrTiO2−Ag
基板の場合に最もよい特性、Tc=87K、77KにおけるJc=
8.0×105A/cm2が得られた。また、超電導膜を幅20μm
で前記基板の長手方向と垂直にエッチングして、超電導
膜を完全に消失させた状態で、このエッチング前後で電
圧測定をしたところ、Agの抵抗に値する電圧を測定でき
た。
以上、セラミックス−金属基板を用いることで、高Jc
な超電導膜を形成でき、しかも、金属が電流パス等の安
定化材として働くことが明らかである。
実施例1 Ni−Cr合金(ハステロイX)テープへReO3、TiO、CrO
2セラミックス膜を酸素分圧2〜3mtorr下、RF−スパッ
タリング法により約10μm厚で成膜した。ReO3、TiO、C
rO2を形成したハステロイXテープ上へ、Y1Ba2Cu3O7- δ
粉末をドクターブレード法により塗布し、900℃で5時
間熱処理後、450℃で50時間酸素アリールして超電導膜
を形成した。
この膜の斜視図を第3図に示す。第3図において、2
はNi−Cu合金、5は導電性セラミックスである。いずれ
の導電性セラミックスを用いた場合でも、C軸配向して
おり、Tc>83K、Jc>104A/cm2の超電導特性を示した。
前記超電導膜及びReO3、TiO、CrO2膜まで機械的にクラ
ックを導入して、このクラック前後で電圧測定をしたと
ころ、各々の導電性セラミックスの抵抗及びハステロイ
X抵抗に値する電圧を測定できた。
以上、金属と超電導体の間に導電性セラミックスを形
成することで、高いJcの超電導膜を形成でき、しかも超
電導体がクエンチした場合の電流パスとして導電性セラ
ミックスが中間役の働きをすることが明らかである。
参考例3 押し出し成型法により凹に成型したフレキシブルなYS
Zテープ上のくぼみへCuアルコキシドを用いたゾル−ゲ
ルを流し込み、このゾル−ゲルを水銀ランプの紫外線照
射することで分解・結晶させ、200℃の低温度でCu膜を
形成した。このYSZ−Cu面を研磨して平坦にして基板と
した。700℃に加熱した前記基板上へレーザ・デボジシ
ョン凹により、Bi1.8(Pb0.4)Sr2Ca2Cu3Oxを形成した
後、大気中845℃で50時間アニールして超電導膜を得
た。
この膜の斜視図を第4図に示す。第4図において、1
はYSZテープ、2はSu膜、3の超電導膜はC軸配向して
おり、Tcが108K、Jcが1.2×105A/cm2であった。また、C
u面上の超電導膜を参考例1に示す方法で、クラックを
導入して電圧測定したところ、Cuの抵抗に値する電圧を
計測できた。
以上、前記形状のYSZ−Cu基板を用いることでC軸配
向した高Lcな超電導膜を形成でき、しかも超電導体がク
エンチした場合の電流パスとしてCuが働くことが明らか
である。
実施例2 Siウェハーに先づRFスパッタリングによりMgの膜を厚
さ0.5μmで成膜した。幅1mmでくり抜かれているうずま
き状のパターンを用いて、レーザ光で前記ウェハー全体
を照射し、前記パターン形状に沿ってMgO膜をエッチン
グしてパターン成型を行った。次に、前記パターンを用
いてAg膜をMgO膜の厚さと同一になるまで、RFスパッタ
リングにより成膜した。前記MgO−Ag−Si基板へ幅3mmの
うずまき状パターンを用いて、参考例1に示す条件でY1
Ba2Cu3O7- δ膜を形成した。
この膜の構成断面図を第5図に示す。第5図におい
て、1はMgO、2はAgで、6は超電導膜である。四端子
法による超電導特性はTc=84K、Jc=1.4×104A/cm2(77
K,0T)であった。また超電導膜の一部を電子ビームでエ
ッチングした後、前記エッチング前後で電圧測定したと
ころAgの抵抗に値する電圧が計測された。
以上、前記うずまき形状のAg膜を用いることで比較的
高いJcの超電導膜を形成でき、しかも超電導体がクエン
チした場合の電流パスとしてAgが働くことが明らかであ
る。
実施例3 実施例2で得られたうずまき状の超電導膜の端部の超
電導膜6で接続して多層に重ね、第6図に示す構造にす
ることで多層型ディスク状コイルを形成でき、前記ディ
スク状コイルの77Kの磁場は1.0T発生した。また、実施
例1で得られた超電導テープを導体に巻きつけることで
テープ状コイルを作成し、77Kの磁場は0.9T発生した。
〔発明の効果〕
本発明によれば、セラミックスと金属の両者にまたが
って酸化物超電導体を形成することで、セラミックスと
前記超電導体の間では両者の反応を抑制でき、しかもC
軸配向した超電導体が形成できたので、77K,0Tで高いJc
が得られた。また、前記超電導体が金属としているの
で、超電導体がクエンチした場合の電流パスとして前記
金属が働く効果がある。さらに、金属と超電導体の間に
導電性セラミックスを用いることにより、セラミックス
と超電導体の反応が抑制され、しかもC軸配向した膜で
あることにより、77K,0Tで高いJcが得られた。また、超
電導体がクエンチした場合に、電流が導電性セラミック
スを通して金属へ通電できることより、安定化材として
働く効果がある。
以上、高Jcな超電導体が形成でき、しかも超電導体が
クエンチした場合の電流パスとして働くことより、超電
導コイル等の線材への応用がはかれる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、参考例1の超電導線材の斜視図、第2図は、
参考例1のMgO、Au板上に形成した超電導膜のX線回折
パターン図、第3図は、本発明の超電導体と金属の間に
導電性セラミックスを有する超電導線材の斜視図、第4
図は、参考例3の超電導線材の斜視図、第5図は、本発
明の金属をうずまき状に形成したセラミックス板に超電
導体を形成した模式図、第6図は、本発明の多層型ディ
スク状コイルの模式図である。 1……セラミックス、2……金属、3……C軸配向した
超電導膜、4……無配向な超電導膜、5……導電性セラ
ミックス、6……超電導膜、7……Siウェハー

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化物超電導体と導電性セラミックスと金
    属とが連続的に形成され、前記酸化物超電導体と金属と
    で導電性セラミックスをはさんだ構造を有すると共に、
    前記導電性セラミックスが、ReO3、TiO、CrO2から選ば
    れた1種以上からなることを特徴とする酸化物超電導線
    材。
  2. 【請求項2】酸化物超電導体と導電性セラミックスと金
    属とが連続的に形成され、前記導電性セラミックスの長
    手方向に形成された凹部及び/又は に金属が連続して形成されており、かつ前記導電性セラ
    ミックスと金属の共有する面が平坦であり、該平坦な基
    板面に酸化物超電導体が形成されていることを特徴とす
    る酸化物超電導線材。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載において、前記導電性
    セラミックスが光アシストゾルゲル法で製造されたもの
    であることを特徴とする酸化物超電導線材。
  4. 【請求項4】うずまき状に凹部が形成されたセラミック
    ス基板の該凹部に金属を連続して形成した基板におい
    て、前記金属とセラミックスにまたがって酸化物超電導
    体がうずまき状に形成されているディスク状コイル構造
    を有することを特徴とする酸化物超電導線材。
  5. 【請求項5】請求項4記載の酸化物超電導線材のディス
    ク状コイルを、超電導材で上下連結して多層構造とした
    ことを特徴とする酸化物超電導コイル。
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