JPH0393110A - 超電導線材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、酸化物超電導体を使用した超電導線材に関す
る。

（従来の技術） １９８８年にＢａ−Ｌａ−Ｃｕ−０系の層状ペロブス力
イト型の酸化物が４０Ｋ以上の高い臨界温度を有するこ
とが発表されて以来、酸化物系の超電導体が注目を集め
、新材料探索の研究が活発に行われている。

その中でも、液体窒素温度以上の高い臨界温度を有する
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系で代表される欠陥ペロプス力イト
型の酸化物超電導体や、ａｔ−ｓｒ−ｃａ”ｃｕ−ｏ系
およびＴＩ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の酸化物超電導体
は、冷媒として高価な液体ヘリウムに代えて、安価な液
体窒素を利用できるため、工業的にも重要な価値を有し
ている。

このような酸化物超電導体のエネルギー分野への応用を
考えた場合、まず線材化することが必要となる。そこで
、各種方法を用いて酸化物超電導体を線材化する試みが
なされている。

酸化物超電導体を用いた超電導線材の作製方法としては
、 （ａ）　　金属管内に酸化物超電導体を封入し、これを
線引き加工することによって線材化する方法、 （ｂ）　　酸化物超電導体粉末と有機バインダとを混合
し、ノズルから押し出して線材化する方法、 （ｅ）　　金属テープ上に溶射法や各種膜形成方法によ
って酸化物超電導体層を形成し、線材化する方法 などが知られている。

これら酸化物超電導体を用いた超電導線材の臨界電流密
度は徐々に向上する傾向にあり、上記方法の中で特に（
Ｃ）の方法が配同性に優れた酸化物超電導体層が得やす
く、超電導特性の向上が期待できることから特に注目を
集めている。

しかしながら、上記（ｅ）の方法を適用し、直接金属基
体上に酸化物超電導体層をスバッタ法や蒸着法などで形
成したのでは、κ向した酸化物超電導体層を得ることは
非常に困難である。たとえば耐熱材料であるハステロイ
系合金からなる基体上にスパッタ法を用いて酸化物超電
導体層を形成することが試みられているが、基体と酸化
物超電導体が反応して界面に反応物を生成したり、また
配向膜が得られないなどの不都合が生じる。

そこで、配向層を得るための現実的な手法としては、酸
化物超電導体と格子定数が近似したＭｇＯ層などを、金
属基体上にバッファ層として形成し、このバッファ層上
に酸化物超電導体層を薄膜形成する方法が採用されてい
る。

このようなバッファ層を介した酸化物超電導体層の形成
方法によれば、界面での反応を防ぐことができると共に
、配向した酸化物超電導体層が得られ、臨界電流密度の
向上を図ることができる半面、酸化物超電導体層と金属
基体との界面にＭｇＯのような絶縁層が介在するため、
酸化物超電導体層と金属基体との電気的な導通をとるこ
とができないという欠点がある。したがって、使用中に
酸化物超電導体層の一部が常電導状態に転移した場合に
、金属基体へ電流をバイパスさせて超電導体を保護する
、いわゆる安定化材として金属基体を機能させることが
できない。

（発明が解決しようとする課題〉 上述したように、従来の薄膜法を適用した超電導線材で
は、酸化物超電導体の配向層を得るためにＭｇＯなどの
バッファ層を介在させているために、金属基体を安定化
材として機能させることができないという難点があった
。

本発明は、このような従来技術の課題に対処するために
なされたもので、金属基体上に配向性に優れた酸化物超
電導体層を形成し、臨界電流密度の向上を図ると共に、
金属基体を安定化材として機能させることを可能にした
超電導線材を提供することを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、長尺な金属基体と、この金属基体上
に長手方向に連続して形成された酸化物超電導体層との
複合体からなる超電導線材において、前記金属基体の少
なくとも酸化物超電導体層形成面は、銀の（１００）結
晶面および／または（ｌｉｅ）結晶面が、前記酸化物超
電導体層形成面に対して平行に配向した面により構成さ
れていることを特徴としている。

酸化物超電導体としては、多数のものが知られているが
、本発明においては希土類元素含有のペロブスカイト型
の酸化物超電導体や、旧−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系酸化
物超電導体、ＴＩ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系酸化物超電
導体などが適用される。

希土類元素を含有しベロブスカイト型構造を有する酸化
物超電導体は、超電導状態を実現できるものであればよ
く、たとえばＲＥＭＣｕＯ　　　系２　３　７−δ （ＲＥは、Ｙ　ＳＬａｓ　Ｓｅｓ　Ｎｄ，　８１％　Ｅ
ＬＩＳＧｄＳＤＦ％　ＨＯ、Ｅｒｓ　Ｔｔｓｓ　ＹｂＳ
Ｌｕなどの希土類元素から選ばれた少なくとも１種の元
素を、ＨはＢａｓ　Ｓｒ，　Ｃａから選ばれた少なくと
も　１種の元素を、δは酸素欠陥を表し通常１以下の数
、Ｃｕの一部はＴ１％　Ｖ　ｓ　Ｃｒ、Ｍｎ，Ｆｅ，　
ＣＯ％　Ｎｉｑ　Ｚｎなどで置換可能。）の酸化物など
が例示される。なお、希土類元素は広義の定義とし、Ｓ
ｅ％ＹおよびＬａ系を含むものとする。

また、Ｂｌ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の酸化物超電導体
は、化学式：　Ｂｌ２　Ｓｒｚ　Ｃａ２Ｃｕ３０ｘ　　
　　−−＝　（　Ｉ　）：Ｂｉｚ（Ｓｒ．Ｃａ）ｘｃｕ
；＋Ｏｘ　　　−−（ｎ）（式中、Ｂｌの一部はｐｂな
どで置換可能。）などで表されるものであり、ＴＩ−Ｂ
ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系酸化物超電導体は、 化学式：　Ｔｌ２　Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕｘ　Ｏｘ　　　　
＝　（ＩＩＩ）：ＴＩ２（Ｂａ．Ｃａ）３Ｃｕ２０ｘ　
　　　−（ＩＶ）などで表されるものである。

本発明に使用される金属基体は、少なくとも酸化物超電
導体層の形成面が銀により構成されているものであり、
金属基体全体を銀で構成してもよいし、また銀と固溶し
にくい鉄、二・ツケル、クロムおよびこれらの合金から
なる芯村上に銀層を形成したものを用いることも可能で
ある。また、金属基体の形状としては、テープ状、ワイ
ヤ状など各種形状のものを用いることが可能である。

そして、これらいずれの場合においても酸化物超電導体
層の形成面を、銀の（１００）結晶面または（１１Ｇ）
結晶面が形成面に対して平行に配向した面、もしくはこ
れらの混７Ｅシた配向面により構成する。

このように、酸化物超電導体層の形威面を銀の（１００
）結晶面や（１１Ｇ）結晶面とすることによって、この
形成面に対してＣ面配向させた酸化物超電導体層を得る
ことが可能となり、特に（１００）結晶面が酸化物超電
導体層を配向させるのに適している。

なお、銀と他の金属との複合体によって金属基体を構成
する際の銀層の厚さは特に限定されるものではないが、
銀の配向性を考慮して実用的にはｌμ膳以上とすること
が好ましい。また、複合方法としては、芯材となる金属
部材表面に銀層をメッキ法や各種膜形成・法によって形
成したり、機械的に芯材と銀とを一体化するなどの方法
を採用することができる。

これら銀の結晶面の配向度は、（１００）結晶面もしく
は（１１０）結晶面、あるいはこれらが混在した状態で
、酸化物超電導体層の形成面に対して６０％以上平行に
配向させる必要があり、特に銀の（１００）結晶面が８
０％以上となるように配向させることが好ましい。

このような銀の（１００）結晶面や（　１．１０　）結
晶面による配向面は、配向面方向に対して銀に圧延加工
を施し、すべり面によって結晶方位を揃えることによっ
て得ることができる。そして、圧延加工によって得られ
る結晶面は、（１１Ｇ）結晶面が揃いやすいため、この
後、熱処理を施すことによって再結晶させることが好ま
しい。この再結晶化によって、銀の結晶粒が粗大化する
と共に、（１００）結晶面の配向度が向上し、より酸化
物超電導体の結晶方位を配向しやすくなる。

また、上記少なくとも表面を銀により構成した金属基体
への酸化物超電導体層の形成方法としては、物理的蒸着
法であるスバッタ法、反応性蒸着法、レーザ蒸着法、あ
るいは化学的蒸着法であるＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法など
、各種薄膜形成方法を用いることが可能である。

（作　用） 本発明の超電導線材においては、金属基体の酸化物超電
導体形成面が銀の（１００）結晶面もしくは（１１Ｇ）
結晶面による配向面により構成されている。これら銀の
結晶面の格子定数（ａ軸−４．０９Ａ）は、酸化物超電
導体結晶のａ軸およびｂ軸の格子定数（３．８λ〜３，
９入）に近似しているため、上記銀の結晶面上に酸化物
超電導体層を薄膜形成法により形成することによって、
金属基体表面に直接酸化物超電導体結晶のＣ面を配向さ
せた酸化物超電導体層を得ることが可能となる。したが
って、臨界電流密度の向上が図れると共に、金属基体を
超電導体に対する安定化材として機能させることが可能
となる。

（実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ まず、銀素材に対して一定方向に圧延加工を施しつつ線
引き加工を行い、幅１０ｍｓＸ厚さ　ｌｍｓの長尺なテ
ープ状基体を作製した。このようにして得た銀製テープ
状基体の主面（圧力印加面）の結晶方位をＸ線回折によ
り解析したところ、主面長手方向に対してほぼ平行とな
るように（１１Ｇ）面が配向していた。

次いで、この銀製テープ状基体に対してＴＯＯ℃×６０
分の条件で再結晶化のための熱処理を施した。

熱処理後の同一面の結晶方位および結晶粒の大きさをＸ
線回折により調べたところ、（１００）面が配向してお
り、その配向度は８０％であり、他は（１１０）面であ
った。また、結晶粒は０．５厘一〜２ｍｓに粗大化して
いた。

なお、この結晶面の配向度は、Ｘ線回折による各結晶面
の強度比により測定した結果である。

次に、上記銀製テープ状基体を（１００）面による配向
面が蒸着源に対向するよう成膜装置内に設置し、この銀
製テープ状基体を約７００℃に加熱しつつ、Ｙ％Ｈａ％
Ｃｕをそれぞれ加熱蒸発させ、膜厚モニターで膜厚を１
μ一に制御しながら銀製テープ状基体の（１００）面に
よる配向面上に連続して堆積させて超電導線材を作製し
た。

なお、成膜の際に銀製テーブ状基体の表面近傍に酸素を
ノズルから吹付け、さらに高周波で励起しつつ供給した
。また、各蒸発元素はクラスター化させてイオン化し、
加速して着膜させると共に、膜組成がＹＢａ２Ｃｕ３０
　７−δとなるように各蒸発元素の量を調整した。

このようにして得た超電導線材の酸化物超電導体層の結
晶方位をＸ線回折により解析したところ、第１図に示す
ように、銀製テープ状基体の（１００）面による配向面
においてＣ面が平行に配向されていることを確認した。

また超電導特性は、臨界温度が８５Ｋで、７７Ｋにおけ
る臨界電流密度はｌ×１０’Ａ／ｃｊであった。

実施例２ 芯材としてニッケルを用い、まずニッケル素材の表面に
銀をメッキにより被覆し、次いでこの複合材に対して一
定方向に圧延加工を施しつつ線引き加工を行い、幅１ｈ
ｍＸ厚さ　ｌｌｌＩ１の長尺なテープ状基体を作製した
。なお、表面の銀層の厚さは５μ一であった。次いで、
この複合テープ状基体に対して７００℃×３０分の条件
で再結晶化のための熱処理を施した後、銀表面の結晶方
位および結晶粒の大きさをＸ線回折により調べたところ
、結晶粒が１〜２Ｉ朧に粗大化していると共に、実施例
１と同様に主面長手方向に対して平行に（１００）面が
配向しており、その配向度は７０％であった。

次に、上記複合テープ状基体をその銀層が蒸着源に対向
するよう成膜装置内に設置し、実施例１と同一条件で厚
さ約ｌμ圃のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系酸化物超電導体層を
連続して形威して超電導線材を作製した。

このようにして得た超電導線材の酸化物超電導体層の結
晶方位をＸ線回折により解析したところ、銀層表面に対
して酸化物超電導体のＣ面が平行に配向されていること
を確認した。また超電導特性は、臨界温度が８５Ｋで、
７７Ｋにおける臨界電流密度は８ＸｌＯ”＾／ｃノであ
った。

比較例１ まず、板状のステンレス芯材の表面に銀を電気メッキに
よって被覆して複合金属基体を作製した。

得られた複合金属基体の銀層の結晶方位をＸ線回折によ
り解析したところ、銀の結晶面は（Ｉｌｌ）方向に配向
していた。

次に、上記複合基体の銀層上に実施例１と同一条件でＹ
−Ｂａ−Ｃｕ−０系酸化物超電導体層を形成して超電導
線材を作製した。

得られた酸化物超電導体層は、８２Ｋで超電導状態を示
したが、その結晶方位をＸ線回折によって解析したとこ
ろ、粉末Ｘ線回折パターンと同様な回折ピークが得られ
、特にＣ面の配向は認められなかった。

［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかなように、本発明の超電導線
材は、酸化物超電導体の超電導電流が流れやすいＣ面が
金属基体の長手方向に配向したものとなり、しかもこの
ような配同性を有する酸化物超電導体層が金属基体上に
直接形成されたものである。したがって、臨界電流密度
のような超電導特性に優れると共に、金属基体が安定化
材として機能するため、安定して超電導特性を発揮させ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の超電導線材のＸ線回折結果
を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）長尺な金属基体と、この金属基体上に長手方向に
   連続して形成された酸化物超電導体層との複合体からな
   る超電導線材において、 前記金属基体の少なくとも酸化物超電導体層形成面は、
   銀の（１００）結晶面および／または（１１０）結晶面
   が、前記酸化物超電導体層形成面に対して平行に配向し
   た面により構成されていることを特徴とする超電導線材
   。