JPH04179004A - 酸化物超電導テープ導体 - Google Patents

酸化物超電導テープ導体

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JPH04179004A
JPH04179004A JP2304944A JP30494490A JPH04179004A JP H04179004 A JPH04179004 A JP H04179004A JP 2304944 A JP2304944 A JP 2304944A JP 30494490 A JP30494490 A JP 30494490A JP H04179004 A JPH04179004 A JP H04179004A
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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】 「産業上の利用分野」 この発明は、電カケープル、超電導マグネット、超電導
電力貯蔵、変圧器、超電導発電機等で用いる電力応用超
電導導体として酸化物超電導体を利用するために、テー
プ状の基材上に酸化物超電導薄膜を形成したものである
「従来の技術」 西暦1987年に発見された90に級の酸化物超電導体
は、液体窒素温度(77K)を上回る超電導遷移温度を
持つことから、電力およびエレクトロニクスへの広範囲
な応用が期待されている。
ところがこの種の酸化物超電導体は、コヒーレンス長さ
が短いことから、多結晶粒界や不純物が障害となり易い
とともに、結晶の特定の方向に電流を流し易く、特定の
方向に流しにくい電気的異方性が大きいことから、電力
応用などの面で実用的な電流密度を得るためには、でき
る限り結晶粒界を少なくするとともに、緻密で高い結晶
配向性を存する状態の酸化物超電導導体を製造する必要
がある。
そこで従来、粉末を混合して焼結することで酸化物超電
導体を得る方法とは異なり、焼結過程を経ることなく酸
化物超電導体を作製することができるiiJ膜プロセス
が有力な酸化物超電導導体の製造方法として注目されて
いる。
この種の成膜プロセスとして、従来、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、レーザ蒸着法、MBE法(分子線エビタ
キシー法)、CVD法(化学気相蒸着法)、IVD法(
イオン気相成長法)などが知られているが、これらの成
膜プロセスにおいて重要なことは、得られた酸化物超電
導薄膜の結晶の配向性が十分に整っていることである。
前記結晶の配向性を考慮して成膜プロセスを実施する場
合、酸化物超電導薄膜の結晶構造に類似した結晶構造の
単結晶からなる基板を用い、熱処理温度などの成膜条件
を適切に設定し、基板上で理想的なエピタキシャル成長
を行わせて酸化物超電導薄膜を製造することが行なわれ
ている。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、酸化物超電導薄膜を送電線用あるいは超電導
マグネット用などの電力応用面で利用しようとした場合
、酸化物超電導薄膜を長尺の可撓性の基材上に形成する
必要がある。しかもこの可撓性の基材は、熱処理に耐え
得るような耐熱性のものであることか必要であり、前述
のように酸化物超電導薄膜の結晶と類似構造のものであ
ることが有利である。
ところが、長尺の耐熱性の基材として使用できるものは
、現在のところ、ハステロイなどの耐熱金属製のテープ
材か有力であるが、この種の耐へ金属は結晶構造の面で
酸化物超電導薄膜の結晶とは整合性が悪く、しかも、成
膜時の熱処理時において、酸化物超電導薄膜との間に相
互拡散反応を生しさせてしまい、酸化物超電導薄膜の組
成が崩れる結果、その超電導特性を劣化させてしまう問
題かあった。
本発明は府記課題を解決するためになされたもので、酸
化物超電導薄膜との間の結晶整合性が十分ではない長尺
の金属製の基材の外方に、優れた超電導特性を示す酸化
物超電導薄膜を備えさせることかできる酸化物超電導テ
ープ導体を提供することを目的とする。
「課題を解決するための手段」 本発明は、前述の課題を解決するために、耐熱金属製の
可撓性のテープ状の基材と、この基材上に形成されたP
t、Auなどからなる賃金yAMと、この貴金属層上に
500℃以下の成膜温度で厚さ1.5 μtrr以下l
以下酸されたS rT jo s、Mgoなどの絶縁酸
化物層と、この絶縁酸化物層上に成膜された酸化物超電
導′FI膜とからなるものである。
「作用j iltl全熱製のテープ状の基材上に形成された貴金属
層と絶縁酸化物層が、基材と酸化物超電導薄膜との拡散
反応を抑制する。また、貴金属層の存在により絶縁酸化
物層と基材との密着性が向上する。更に、酸化物超電導
薄膜の結晶と整合性の良好な絶縁酸化物層上に、酸化物
超電導4膜が形成されるので、酸化物超電導薄膜の結晶
の整合性も良好になり、超電導特性の優秀な酸化物超電
導導体が絶縁酸化物層上に形成される。
「実施例」 第1図は本発明の酸化物超電導導体の一実施例を示すも
ので、この酸化物超電導テープ導体lは、耐熱金属製の
長尺のテープ状の基材2と、この基材2の上面に被覆さ
れた貴金属層3と、この貴金属層3の上面に被覆された
絶縁酸化物層4と、この絶縁酸化物層4の上面に被覆さ
れた酸化物超電導薄膜5とから構成されている。なお、
図面では省略されているが、必要に応して酸化物超電導
薄膜5の上にコーティング処理を行って被覆層を形成し
、酸化物超電導薄膜5の経時的あるいは環境的な超電導
特性劣化現象を阻止するようにしても良い。
前記基材2を構成する材料としては、耐熱性と耐酸化性
に優れたハステロイなどの耐熱合金が好ましい。これは
、後に説明する如く酸化性超電導薄膜を製造する場合、
600〜850’C程度で好ましくは酸素ガス雰囲気中
で熱処理することから、この熱処理後においても基材2
の強度が低下しないようにするためである。また、基材
2の厚さは、0.5mm以下が好ましい。基材2の厚さ
を0,5■以下にすることで、基材の可撓性を確保し、
酸化物超電導導体Iを撓曲させた場合に酸化物超電導1
1i5に作用する歪を少なくすることができるが、0.
5+mより厚く形成すると、基材2の可撓性が損なわれ
るとともに、曲げに伴う歪が増大するので好ましくない
貴金属層3は、Pt、Auなどの貴金属あるいは貴金属
の合金からなり、スパッタリング、CVD法、レーザ蒸
着法などの成膜法によって基材2の上面に被覆されたも
のである。この貴金属層3は、後述する熱処理時に基材
2と酸化物超電導薄膜5との拡散反応を抑制するために
設けられるもので、更に、基材2と絶縁酸化物層4の密
着性を考慮して被覆される。前記拡散反応の抑制効果と
密着性の向上効果を考慮すると、貴金属R3の厚さは、
0.1〜0.5μlの範囲が好ましい。また、貴命14
83が、0.1μmより薄いようであると拡散反応の抑
制効果が不十分であり、0.5μmより厚い場合は絶縁
酸化物s4の密着性の面で問題を生じるおそれがある。
絶縁酸化物層4は、スパッタリング法、CVD法、レー
ザ蒸着法などの成膜法で製造されたもので、5rTiO
s、MgO、イツトリア安定化ジルコニア(YSZ)な
どの絶縁酸化物からなる薄膜であり、基材1と酸化物超
電導薄膜5との拡散反応をD制するためと、剥離を防止
する目的で形成される。前記拡散反応の抑制と剥離現象
の防止のためには、絶縁酸化物層4を成膜する際に、5
00℃以下の基材処理温度で15μm以下の厚さに成膜
することが重要である。50Q℃を越える温度で形成す
ると、基材との相互拡散反応のために好ましくなく、1
.5μ藺を越える厚さIこ形成すると、クラックの生成
のために好ましくない。
酸化物超電導薄膜5はスパッタリング法、CVD法、レ
ーザ蒸着法などの成膜法で形成されたものであり、具体
的には、Y −B a−Cu−,0系、Bi−P b−
5r−Ca−Cu−0系、T IB a−Ca−Cu−
0系のものなどであり、数μm−数lOμm程度の厚さ
に形成されている。
以下に前記酸化物超電導テープ導体1の製造方法につい
て説明する。
テープ状の基材2を用意したならば、この基材2の表面
にスパッタリング法あるいは真空蒸着法などの成膜法に
よって貴金属層3を形成する。なお、長尺の基材2の上
面全部に貴金属層3を形成するには、基材2をローラ状
の送出装置に巻き付けておき、この送出装置から巻取装
置に巻き取る過程において成膜装置の成膜室を通過させ
、成膜室内で長平方向に順次成膜してゆくことで基材2
の全長に貴金属層3を形成することができる。
貴金属層3を形成したならば、貴金属層3を形成した基
材2を再び成膜装置にセットして前記と同様の方法で貴
金属層3の上面に絶縁酸化物層4を形成する。
絶縁酸化物層4を形成したならば、貴金属層3と絶縁酸
化物層4を形成した基材2を更に成膜装置にセットして
絶縁酸化物R4の上面に酸化物超電導薄膜の前駆体N膜
を形成する。この前駆体薄膜を形成する場合、成膜室に
おいて成膜したままの状態の薄膜は、結晶化されてはい
るものの超電導体ではない場合、あるいは、非晶質状惑
の場合があるので、この場合には熱処理を施す。熱処理
は成膜と同時に成膜室において行っても良いし、成膜後
に別途に加熱炉において行っても良い。この熱処理を行
う場合、Y −B a−Cu−0系とTI−Ba−Ca
−Cu−0系などのものにあっては、酸素ガス雰囲気中
で熱処理することが好ましい。更に、熱処理温度は60
0〜850℃で数分〜数十時間か好ましい。
前記のように絶縁酸化物54上に前駆体薄膜を成膜する
場合、酸化物超電導薄膜5の結晶が、絶縁酸化物層4の
結晶と整合性良好であるので、絶縁酸化物層4上には前
駆体薄膜が良好な整合性でもって成膜される。従ってこ
のような整合性の良好な前駆体薄膜を熱処理することで
結晶整合性の良好な酸化物層[導N膜5が生成する。
ここで前記のように熱処理する場合において、基材2と
酸化物超電導薄膜5の熱拡散反応が問題となる。
この点において、本発明の構造では、基材2と酸化物超
電導薄膜5の間に、貴金属層3と絶縁酸化物層4が設け
られており、貴金属層3か高融点であって熱処理温度に
おける基材2と貴金属層3の相互拡散反応が少なく、絶
縁酸化物層4と貴金属層3との間の相互拡散反応も少な
いとともに、絶縁酸化物層4は更に融点が高いので酸化
物超電導薄膜5に元素拡散による悪影響を与えない。従
って熱処理後に結品配同性の良好な酸化物超電導薄膜5
が得られる。
以上のように製造された酸化物超電導テープ導体1は、
液体ヱ素などの冷媒で冷却することで酸化物超電導薄膜
5の電気抵抗が0になるので、電力輸送用として使用す
ることができる。
前記構成の酸化物超電導テープ導体lは、耐熱金属製の
基材2を使用しているので、熱処理後であっても高い強
度を維持している。また、基材2は厚さ0.5+em以
下のテープ状であるので可撓性に優れ、曲げ応力が作用
した場合であっても酸化物超電導薄膜5に作用する歪は
少ない。
「製造例」 Ni合金(ハステロイC276)製の幅5 l11m、
厚さ0 、5 amのテープ状の基材と、ptのターゲ
ットとS rT io sのターゲットとY −B a
−Cu−0系のターゲットを用意し、それぞれのターゲ
ットを用い、順次基打上に高周波スパッタ装置によって
貴金属層と絶縁酸化物層と酸化物超電導N膜の前駆体薄
膜を形成した。
貴金属層と絶縁酸化物層を形成するスパッタ装置では、
ホルダにターゲットを装着するとともに、酸化物超電導
薄膜を形成するスパッタ装置では、基材を真空容器内の
送出装置と巻取装置にセットし、真空容器内を真空引き
するとともに、送出装置から巻取装置に基材を送り出し
つつスパッタリングを行って成膜した。
前述の操作により碁打上に、厚さ0.2μ閾の貴金属層
と、厚さ0.5μ囚の絶縁酸化物層と、厚さ3μlの前
駆体薄膜を順次形成した。スパッタ装置の成H室の内部
には、ロール状の送出装置と巻取装置を設け、送出装置
から出された基材がターゲットの近傍を連通した後に巻
取装置に巻き取られるようにした。
この際、スパッタリング装置の真空容器の圧力はtX+
O′□’Pa、100%アルゴンガス雰囲気に設定した
。更に、前駆体薄膜の形成とともに、基材において前駆
体N膜の形成部分を加熱ヒータによって700℃に加熱
しながら成膜した。
得られた酸化物超電導テープ導体の超電導特性を基材の
長さ方向の複数の箇所で測定したところ、いずれの部分
においてもTc=85に、77Kにおける臨界電流密度
J c= 5000 A/am’を示しん。この酸化物
超電導薄膜は、C軸配向しているが、多結晶体であった
。また、得られた酸化物超電導テープ導体を湾曲させて
みたが、酸化物超電導薄膜の部分に剥離部分を生じるこ
とはなかった。
「発明の効果」 以上説明したように本発明は、基材上に貴金属層と絶縁
酸化物層と酸化物超電導薄膜を順次形成したので、熱処
理を行って酸化物超電導薄膜を得た場合であっても基材
と酸化物超電導薄膜との間に相互を散反応が生じない。
従って熱処理後であっても組成の変動がない酸化物層1
[導N膜を備えた臨界電流密度の高い酸化物超電導テー
プ導体を得ることができる。また、基材を耐熱金属から
構成したため、熱処理後であっても基材の強度が低下す
ることはない。更に、絶縁酸化物層を形成する前に基材
に貴金属層を形成するたゎに、基材に対して貴金属層が
良好な密着性で接合し、貴金属層に絶縁酸化物層が良好
な密着性で接合するので、基材を曲げた場合であっても
、曲げによる剥離に強い酸化物超電導テープ導体を提供
することができる。更にまた、絶縁酸化物層上に超電導
NIIIを形成するので、結晶の整合性に優れた酸化物
超電導NMが生成し、超電導特性の優れた酸化物超電導
テープ導体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図である。 1・・・酸化物超電導テープ導体、2・・・基材、3・
・貴金属層、4・・絶縁酸化物層、5・・酸化物超電導
薄膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  耐熱金属製の可撓性のテープ状の基材と、この基材上
    に形成されたPt、Auなどからなる貴金属層と、この
    貴金属層上に500℃以下の成膜温度で厚さ1.5μm
    以下に形成されたSrTiO_3、MgOなどの絶縁酸
    化物層と、この絶縁酸化物層上に成膜された酸化物超電
    導薄膜とからなることを特徴とする酸化物超電導テープ
    導体。
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