JP2005056754A - 超電導線材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 配向金属基板の表面層内における２軸配向性を保持しつつ、基板表面が平坦化することにより、超電導性能の高い超電導線材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 表面から３００ｎｍまでの深さの表面層１ａ内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板１上に、超電導層３を形成されていることを特徴とする超電導線材およびその製造方法。ここで、前記配向金属基板１上に中間層２を形成し、前記中間層２上に超電導層３を形成することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】 表面から３００ｎｍまでの深さの表面層１ａ内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板１上に、超電導層３を形成されていることを特徴とする超電導線材およびその製造方法。ここで、前記配向金属基板１上に中間層２を形成し、前記中間層２上に超電導層３を形成することができる。
【選択図】 図１
Description
本発明は、超電導線材の製造方法に関し、より詳しくは、平坦化された配向金属基板上に、超電導層、または中間層および超電導層を順次形成する超電導線材およびその製造方法に関する。
高温超電導体の発見以来、ケーブル、限流器、マグネットなどの電力機器への応用を目指した高温超電導線材の開発が活発に行なわれている。ここで、優れた高温超電導線材を得るためには、配向性の高い超電導層を形成する必要がある。
超電導層の配向性を向上させるためには、２軸配向性を有する配向金属基板上に、超電導層、または中間層および超電導層を順次形成する方法が提案されている（たとえば、非特許文献１〜４参照。）。
ここでは、金属基板として基板を構成する金属原子が２軸配向した配向金属基板を用いて、前記配向金属基板の上に中間層をエピタキシャル成長させることにより配向金属基板と同じ２軸配向性を有する中間層を形成し、前記中間層の上にさらに超電導層をエピタキシャル成長させることにより中間層と同じ２軸配向性を有する超電導層を形成する。かかる製造方法により、超電導に適した２軸配向性を有する超電導層を有する高温超電導線材の製造が容易になる。
一方、基板表面の平坦さも、基板上に形成される超電導層、または中間層および超電導層の配向性に大きな影響を及ぼすため、超電導線材の製造には表面粗さの小さい平坦化された基板が用いられている（たとえば、特許文献１参照。）。
しかし、基板として２軸配向性を有する配向金属基板上を用いても、平坦化処理の方法によっては、平坦化処理によって表面から３００ｎｍまでの表面層における２軸配向性が失われ、超電導に適した２軸配向性を有する超電導層、または２軸配向性を有する中間層および超電導層を形成することができないという問題があった。
特許第２８０３１２３号明細書
J.H.Je、他７名，"Microstructure of RE2O3 layers on cube textured Ni substrates"，Physica C，(2003)，384，p.54-60
B.W.Kang、他５名、"Comparative study of thickness dependence of critical current density of YBa2Cu3O7-δon (100)SrTiO3 and on rolling-assisted biaxially textured substrates"，J.Mater.Res.，Jul. 2002，Vol.17，No.7，p.1750-1757
D.Eyidi、他２名，"Growth of CeO2thin film deposited on biaxially textured nickel substrates"，J.Mater.Res.，Jan. 2003，Vol.18，No.1，p.14-26
藤野、他６名，「ＩＳＤ法による高温超電導薄膜線材の開発」，ＳＥＩテクニカルレビュー，1999年9月、第155号、p.131-135
本発明は、上記問題点を解決するため、配向金属基板の表面層内における２軸配向性を保持しつつ、基板表面が平坦化することにより、超電導性能の高い超電導線材およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明にかかる超電導線材は、表面から３００ｎｍまでの深さの表面層内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板上に、超電導層が形成されていることを特徴とする。本発明にかかる超電導線材において、上記配向金属基板上に中間層を形成し、前記中間層上に超電導層を形成することができる。
本発明にかかる超電導線材の製造方法は、表面から３００ｎｍまでの深さの表面層内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板上に、超電導層を形成することを特徴とする。本発明にかかる超電導線材の製造方法において、上記配向金属基板上に中間層を形成し、前記中間層上に超電導層を形成することができる。
本発明にかかる超電導線材の製造方法は、表面から３００ｎｍまでの深さの表面層内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板上に、超電導層を形成することを特徴とする。本発明にかかる超電導線材の製造方法において、上記配向金属基板上に中間層を形成し、前記中間層上に超電導層を形成することができる。
また、本発明にかかる超電導線材の製造方法において、鏡面ロール法、メカノケミカル法、電解研磨法および化学研磨の中から少なくとも１つの方法を用いて配向金属基板の平坦化処理を行なうことができる。
また、本発明にかかる超電導線材の製造方法において、配向金属基板の平坦化後、平坦化された配向金属基板上に超電導層または中間層を形成する前に、配向金属基板を還元雰囲気下で１回以上熱処理することができる。
さらに、本発明にかかる超電導線材の製造方法において、配向金属基板の平坦化後、平坦化された配向金属基板上に超電導層または中間層を形成する前に、配向金属基板を真空雰囲気下で１回以上熱処理することができる。
上記のように、本発明によれば、表面から３００ｎｍまでの深さの表面層内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板上に、超電導層、または中間層および超電導層を順次形成することにより、超電導性能の高い超電導線材が得られる。
本発明にかかる一の超電導線材は、図１における図１（ｃ）を参照して、表面から３００ｎｍまでの深さの表面層１ａ内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板１上に、中間層２が形成され、前記中間層２上に超電導層３が形成されている。表面層の２軸配向性が維持されたまま、表面が平坦化されている配向金属基板上に、中間層および超電導層を順次形成することにより、２軸配向性の高い中間層および超電導層が形成され、超電導性能の高い超電導線材が得られる。
ここで、表面層内における結晶軸のずれ角とは、基板の表面層面に平行な方向にある一の結晶軸の表面層面に平行な面内におけるずれ角であって、表面層内におけるずれ角の平均値で示したものをいう。表面層内における結晶軸のずれ角は２５°以下である。表面層内における結晶軸のずれ角が２５°を超えると、２軸配向性の高い中間層および超電導層の形成が阻害される。上記観点から、表面層内における結晶軸のずれ角は、１２°以下がより好ましく、１０°以下がさらに好ましい。また、配向金属基板の種類によっては、上記配向金属基板の上に、上記中間層を設けずに、直接超電導層を形成することもできる。
ここで、本発明に用いられる配向金属基板１とは、基板を構成する金属原子が２軸配向している金属基板をいい、完全な２軸配向基板のみならず、基板内における結晶軸のずれ角が２５°以下の基板が含まれる。ここで、２軸配向の２軸とは、基板面に垂直な方向の結晶軸と基板面に平行な方向の一の結晶軸とをいい、基板内における結晶軸のずれ角とは、基板面に平行な方向にある一の結晶軸の基板面に平行な面内におけるずれ角であって、基板内におけるずれ角の平均値で示したものをいう。さらに、上記のように、表面から３００ｎｍまでの深さの表面層１ａ内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板１である。内部層（配向金属基板における表面層以外の層）１ｂ内における結晶軸のずれが２５°以下であっても、表面層１ａ内における結晶軸のずれ角が２５°を超える配向金属基板、または表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍを超える配向金属基板を用いると、２軸配向性の高い中間層および超電導層を形成することができない。また、配向の方向は、＜１００＞軸が基板面に垂直な方向に、＜０１０＞軸が基板の長さ方向に配向していることが好ましい。
ここで、表面粗さＲP-Vは、表面の最大凸部頂点から最大凹部頂点までの表面に対して垂直方向の距離をいう。表面粗さＲP-Vは、１５０ｎｍ以下である。表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍを超えると、２軸配向性の高い中間層および超電導層の形成が阻害される。また、表面の凸部頂点から凹部頂点までの表面に対して垂直方向の距離の平均値である表面粗さＲaは５０ｎｍ以下であることが、表面粗さＲP-Vを１５０ｎｍ以下にする観点から好ましい。
配向金属基板としては、前記のような２軸配向を有する基板であれば特に制限はないが、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕまたはこれらのうち２以上の金属からなる合金が好ましく用いられる。また、前記の金属または合金の単体だけでなく、前記の金属または合金を他の金属または合金と積層することもできる。たとえば、高強度材料であるＳＵＳに配向Ｎｉ薄膜層を設けて配向金属基板とすることもできる。
本発明にかかる超電導線材の一の製造方法は、図１を参照して、図１（ａ）に示すように表面から３００ｎｍまでの深さの表面層１ａ内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板１上に、図１（ｂ）に示すように中間層２を形成し、さらに図１（ｃ）に示すように中間層２上に超電導層３を形成する。表面層の２軸配向性が維持されたまま、表面が平坦化されている配向金属基板上に、中間層および超電導層を順次形成することにより、２軸配向性の高い中間層および超電導層が形成され、超電導性能の高い超電導線材が得られる。また、配向金属基板の種類によっては、上記配向金属基板の上に、上記中間層を設けずに、直接超電導層を形成することもできる。
図１（ｂ）において、上記配向金属基板１上に形成される中間層２としては、パイロクロア型、螢石型、岩塩型またはペロブスカイト型の結晶構造をもつ、１種以上の金属元素を有する金属酸化物が好ましく用いられる。具体的には、ＣｅＯ2などの希土類元素酸化物、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＢＺＯ（ＢａＺｒＯ3）、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）、Ａｌ2Ｏ3、ＹＡｌＯ3、ＭｇＯ、Ｌｎ−Ｍ−Ｏ系化合物（Ｌｎは１種以上のランタノイド元素、ＭはＳｒ、ＺｒおよびＧａの中から選ばれる１種以上の元素、Ｏは酸素）などが挙げられる。かかる酸化物は、結晶定数、結晶配向の観点から配向金属基板および超電導層の差を緩和するとともに配向金属基板から超電導層への金属原子の流出を防止する役割を果たす。また、中間層として２層以上の中間層を形成することもできる。なお、金属原子の流出が少ない配向金属基板、たとえば配向Ａｇ基板などにおいては、上記中間層を設けずに、配向Ａｇ基板の上に直接超電導層を形成させることもできる。
中間層となる酸化物薄膜の形成方法としては、本発明の目的に反さない限り特に制限はなく、スパッタ法、ＥＢＤ（電子線ビーム蒸着；Electron Beam Deposition）法、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着；Pulse Laser Deposition）法、熱蒸着法などの方法が好ましく用いられる。
上記配向金属基板１、たとえば、＜１００＞軸が基板面に垂直な方向に、＜０１０＞軸が基板の長さ方向に、２軸配向している配向Ｎｉ基板上に、中間層２としてＣｅＯ2層をエピタキシャル成長させると、＜１００＞軸が基板面に垂直な方向に、＜０１１＞軸が基板の長さ方向に配向したＣｅＯ2薄膜が形成され、２軸配向性の高いＣｅＯ2層が得られる。
図１（ｃ）において、上記中間層２の上に形成される超電導層３としては、特に制限はないが、ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-δなどが好ましく用いられる。超電導層の形成方法としては、本発明の目的に反さない限り特に制限はなく、ＰＬＤ法、ＭＯＤ（有機金属成膜；Metal Organic Deposition）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などの方法が好ましく用いられる。
上記中間層２、たとえば、＜１００＞軸が基板面に垂直な方向に、＜０１１＞軸が基板の長さ方向に、２軸配向しているＣｅＯ2層上に、超電導層３としてＨｏ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ層をエピタキシャル成長させると、＜１００＞軸が基板面に垂直な方向に、＜０１０＞軸が基板の長さ方向に配向したＨｏ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ層が形成され、２軸配向性の高いＨｏ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ層が得られる。
さらに、超電導層３を保護するため、必要に応じて、超電導層３の上に保護層を形成することもできる。保護層としては、電導性の高いものであれば特に制限はないが、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌまたはこれらの合金などが好ましく用いられる。保護層の形成方法としては、特に制限はないが、スパッタ法、ＥＢＤ法、ＰＬＤ法、熱蒸着法、ＭＯＤ法、ＭＯＣＶＤ法、めっき法などの方法が好ましく用いられる。
本発明にかかる超電導線材の製造方法において、基板上への超電導層または中間層の形成前に、鏡面ロール法、メカノケミカル法、電解研磨法および化学研磨の中から少なくとも１つの方法を用いて、図１（ａ）に示すような平坦化処理１１がされた配向金属基板１を用いることができる。上記の方法により、表面層１ａの２軸配向性を維持したまま平坦化処理１１された配向金属基板１が得られる。
ここで、鏡面ロール法とは、ロール表面が鏡面加工された圧延ロールを用いて配向金属基板を圧延加工することにより、ロール表面の鏡面を配向金属基板の表面に転写して配向金属基板表面を平坦化する方法をいう。
メカノケミカル法とは、たとえば、図２を参照して、侵食性のある酸性または塩基性の液体中にＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などの研磨粒子を分散させた研磨スラリー２９を研磨スラリー供給装置２８から供給しながら、押さえ具２１を用いて研磨シート２７に配向金属基板１を押さえつけることによって、機械的かつ化学的な研磨により配向金属基板の表面を平坦化する方法をいう。ここで、研磨シート２７が配置されている研磨シート台２４を回転軸２３により回転させることにより、研磨シート２７が回転する。また、研磨シート供給ロール２５および研磨シート巻取りロール２６が回転することにより、新しい研磨シート面が供給される。
電解研磨法とは、たとえば、図３を参照して、濃リン酸または濃硫酸などの電解液３６中に、配向金属基板１を陽極として浸漬し、電解液３６に配置された陰極３５との間に直流電流を流して、電気化学的に配向金属基板１の表面を研磨する方法をいう。ここで、配向金属基板１は、基板供給ロール３１、基板浸漬ロール３２および基板巻取りロール３３によって、連続的に電解研磨され巻き取られる。
化学研磨法とは、たとえば、リン酸、硝酸、フッ酸−硝酸（ＨＦ−ＨＮＯ3）混合溶液、フッ酸−過酸化水素水（ＨＦ−Ｈ2Ｏ2）混合溶液、シュウ酸−過酸化水素水（(ＣＯＯＨ)2−Ｈ2Ｏ2）混合溶液などの化学研磨液に、配向金属基板を浸漬することにより、化学反応により配向金属基板の表面を研磨する方法をいう。
本発明にかかる超電導線材の製造方法において、平坦化処理された配向金属基板上に超電導層または中間層を形成する前に、配向金属基板を還元雰囲気下で１回以上熱処理することができる。上記還元雰囲気下における熱処理は、配向金属基板の表面層の上に形成される酸化層を除去して２軸配向性を有する表面層を露出させることを目的の１つとする。また、平坦化処理によって配向金属基板の表面層の２軸配向性が低下しても、上記還元雰囲気下における熱処理により、表面層の２軸配向性を回復することが可能である。
ここで、平坦化処理された配向金属基板を還元雰囲気下で熱処理するとは、平坦化処理によって生じた表面層の２軸配向性の低下を回復するのに十分な還元雰囲気で熱処理することをいい、たとえば、Ｈ2ガスなどの還元性ガスの存在下を意味する。熱処理雰囲気ガス中のＨ2ガスのモル％は大きいほど還元性が高くなるので好ましく、たとえば、還元性ガスとしてＨ2ガスとＡｒガスとを併用する場合は、Ｈ2ガスは１モル％以上が好ましく、より好ましくは３モル％以上である。
本発明にかかる超電導線材の製造方法において、配向金属基板の平坦化後、平坦化された配向金属基板上に超電導層または中間層を形成する前に、配向金属基板を真空雰囲気下で１回以上熱処理することができる。上記真空雰囲気下における熱処理は、配向金属基板の表面層の上に形成される酸化層を除去して２軸配向性を有する表面層を露出させることを目的の１つとする。また、平坦化処理によって配向金属基板の表面層の２軸配向性が低下しても、上記真空雰囲気下における熱処理により、表面層の２軸配向性を回復することが可能である。
ここで、平坦化処理された配向金属基板を真空雰囲気下で熱処理するとは、平坦化処理によって生じた表面層の２軸配向性の低下を回復するのに十分な真空雰囲気で熱処理することをいい、たとえば、真空度が１．３３×１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気で熱処理することをいう。
上記配向金属基板の還元雰囲気下または真空雰囲気下での熱処理の温度は、配向金属基板の融点未満であれば特に制限はないが、５００℃〜８００℃であることが好ましい。熱処理温度が５００℃未満であると配向金属基板における表面層の２軸配向性の回復が不十分となり、８００℃を超えると配向金属基板全体の２軸配向性を低下させる場合がある。上記観点から、熱処理温度は、６００℃〜７００℃がより好ましい。
上記配向金属基板の還元雰囲気下または真空雰囲気下での熱処理の時間は、特に制限はないが、２分間以上であることが好ましい。熱処理時間が２分間未満であると配向金属基板における表面層の２軸配向性の回復が不十分となる。
また、上記配向金属基板の還元雰囲気下または真空雰囲気下での熱処理は、特に制限はないが、配金属基板基板上に超電導層または中間層を形成する直前に行なうのが、熱処理後の配向金属基板における表面層の２軸配向性の再低下を防止する観点から好ましい。また、熱処理は、１回に限られず、２回以上行なうこともできる。熱処理を２回以上行なうことにより、配向金属基板における表面層の２軸配向性の回復を高めることができる。また、熱処理を２回以上行なう場合は、還元雰囲気下での熱処理および真空雰囲気下での熱処理を併用することもできる。
たとえば、平坦化処理後、配向金属基板上に超電導層または中間層を形成する前の、事前および直前に２回の配向金属基板の還元雰囲気下または真空雰囲気下における熱処理を行なう場合は、事前熱処理は、５００℃〜８００℃の雰囲気温度で２分間以上行なうのが好ましい。さらに好ましくは５分間以上、最も好ましくは１０分間以上である。また、直前熱処理は、５００℃〜８００℃の雰囲気温度で２分間以上行なうのが好ましい。さらに好ましくは３分間以上、最も好ましくは７分間以上である。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
長さ４０ｃｍ×幅１０ｍｍ×厚さ１００μｍのＮｉ−Ｆｅ合金（組成：Ｎｉ５０モル％、Ｆｅ５０モル％）の２軸配向金属基板（＜１００＞軸が基板面に垂直な方向に、＜０１０＞軸が基板の長さ方向に２軸配向したもの。結晶軸のずれ角は９°、表面粗さＲP-Vは５１３ｎｍ、表面粗さＲaは６２ｎｍ）について、１次の平坦化工程を省略し、図２を参照して、２次の平坦化工程として過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を３質量％含有する水溶液に粒径７２ｎｍの研磨粒子を３６体積％分散させた研磨スラリー２９（ｐＨ８．８）を供給しながら、押さえ具２１を用いて配向金属基板１に１５Ｎ／ｃｍ2の荷重をかけて研磨シート２７を１８０ｒｐｍで回転させることにより３分間研磨を行い、さらに３次の平坦化工程としてＨ2Ｏ2を１．４質量％含有する水溶液に粒径１２ｎｍの研磨粒子を３０体積％分散させた研磨スラリー２９（ｐＨ１０．１）を供給しながら、押さえ具２１を用いて配向金属基板１に１５Ｎ／ｃｍ2の荷重をかけて研磨シート２７を１８０ｒｐｍで回転させることにより３分間研磨を行なった。
長さ４０ｃｍ×幅１０ｍｍ×厚さ１００μｍのＮｉ−Ｆｅ合金（組成：Ｎｉ５０モル％、Ｆｅ５０モル％）の２軸配向金属基板（＜１００＞軸が基板面に垂直な方向に、＜０１０＞軸が基板の長さ方向に２軸配向したもの。結晶軸のずれ角は９°、表面粗さＲP-Vは５１３ｎｍ、表面粗さＲaは６２ｎｍ）について、１次の平坦化工程を省略し、図２を参照して、２次の平坦化工程として過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を３質量％含有する水溶液に粒径７２ｎｍの研磨粒子を３６体積％分散させた研磨スラリー２９（ｐＨ８．８）を供給しながら、押さえ具２１を用いて配向金属基板１に１５Ｎ／ｃｍ2の荷重をかけて研磨シート２７を１８０ｒｐｍで回転させることにより３分間研磨を行い、さらに３次の平坦化工程としてＨ2Ｏ2を１．４質量％含有する水溶液に粒径１２ｎｍの研磨粒子を３０体積％分散させた研磨スラリー２９（ｐＨ１０．１）を供給しながら、押さえ具２１を用いて配向金属基板１に１５Ｎ／ｃｍ2の荷重をかけて研磨シート２７を１８０ｒｐｍで回転させることにより３分間研磨を行なった。
上記平坦化処理後の配向金属基板の表面粗さＲP-Vは１４３ｎｍ、表面粗さＲaは１６ｎｍであり、表面層における結晶軸のずれ角は９°であった。ここで、表面粗さＲP-Vおよび表面粗さＲaは、原子間力顕微鏡により測定し、結晶軸のずれ角は、Ｘ線極点図測定法により測定した。
また、上記平坦化処理前後における配向金属基板の表面層の（２００）面配向性を、低角入射Ｘ線法を用いて評価した。評価基準は、平坦化処理後の低角入射Ｘ線回折測定図を平坦化処理前の低角入射Ｘ線回折測定図に対比して、（２００）面からの回折ピークの相対強度がほぼ維持されているものを○、（２００）面からの回折ピークが低下し、（１１１）面からの回折ピークが明確に発現しているものを△、（２００）面からの回折ピークが消失し、（１１１)面からの回折ピークの相対強度が大きくなっているものを×とした。ここで、（２００）面からの回折ピークの相対強度の大きいものほど２軸配向性が高いことを示す。本実施例においては、平坦化処理後における配向金属基板の表面層の（２００）面配向性は○であった。
次に、上記配向金属基板を、還元性ガスとしてＨ2ガスとＡｒガスとの混合ガス（組成：Ｈ2ガス３モル％、Ａｒガス９７モル％）を用いて、圧力１．３３Ｐａの還元雰囲気下で、表１に示す処理温度、処理時間で事前と直前の２回の熱処理を行なった。本実施例においては、上記熱処理後における配向金属基板の表面層の（２００）面配向性は○であった。
次に、上記２回目の熱処理の直後に、スパッタ法により、還元性ガスとしてＨ2ガスとＡｒガスとの混合ガス（組成：Ｈ2ガス３モル％、Ａｒガス９７モル％）を用いて、圧力１．３３Ｐａの還元雰囲気下、基板温度６５０℃で、上記配向金属基板上に中間層としてＣｅＯ2層を、０．１μｍ形成した。前記中間層の（２００）面配向性を低角入射Ｘ線法により評価した。評価基準は、中間層の低角入射Ｘ線回折測定図において、（２００）面からの回折ピークの相対強度が大きく、（１１１）面からの回折ピークがないものを○、（２００）面からの回折ピークおよび（１１１）面からの回折ピークが明確に発現しているものを△、（２００）面からの回折ピークがなく、（１１１)面からの回折ピークの相対強度が大きいものを×とした。本実施例においては、中間層の（２００）面配向性は○であった。
さらに、ＰＬＤ法により、レーザ周波数が１５０Ｈｚ、レーザエネルギーが０．６５Ｊ、Ｏ2ガス圧が１３．３Ｐａ、基板および中間層の温度が７５０℃の条件下で、上記中間層上に超電導層としてＨｏ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-δ層を、０．５μｍ形成して、超電導線材を得た。得られた超電導線材について、雰囲気温度７７Ｋ、外部磁束密度０Ｔ下における臨界電流密度は、０．１ＭＡ／ｃｍ2であった。結果を表１にまとめる。
（比較例１）
配向金属基板の平坦化処理を行なわなかった他は、実施例１と同様に、還元雰囲気下における２回の熱処理、中間層および超電導層の形成を行なった。結果を表１にまとめる。
配向金属基板の平坦化処理を行なわなかった他は、実施例１と同様に、還元雰囲気下における２回の熱処理、中間層および超電導層の形成を行なった。結果を表１にまとめる。
（比較例２）
配向金属基板の１次の平坦化工程として、配向金属基板１に７Ｎ／ｃｍ2の荷重をかけて＃２０００のペーパを１８０ｒｐｍで回転させることにより３分間研磨を行った後、実施例１と同様に、２次および３次の平坦化処理、還元雰囲気下における２回の熱処理、中間層および超電導層の形成を行なった。結果を表１にまとめる。なお、平坦化処理後の配向金属基板における表面層のずれ角は測定限界である２５°を超え、ずれ角の測定ができなかった。
配向金属基板の１次の平坦化工程として、配向金属基板１に７Ｎ／ｃｍ2の荷重をかけて＃２０００のペーパを１８０ｒｐｍで回転させることにより３分間研磨を行った後、実施例１と同様に、２次および３次の平坦化処理、還元雰囲気下における２回の熱処理、中間層および超電導層の形成を行なった。結果を表１にまとめる。なお、平坦化処理後の配向金属基板における表面層のずれ角は測定限界である２５°を超え、ずれ角の測定ができなかった。
（実施例２）
配向金属基板の２次の平坦化工程において、処理時間を３分間から９分間とした他は、実施例１と同様に、２次および３次の平坦化処理、還元雰囲気下における２回の熱処理、中間層および超電導層の形成を行なった。結果を表１にまとめる。
配向金属基板の２次の平坦化工程において、処理時間を３分間から９分間とした他は、実施例１と同様に、２次および３次の平坦化処理、還元雰囲気下における２回の熱処理、中間層および超電導層の形成を行なった。結果を表１にまとめる。
（実施例３〜実施例６）
図２を参照して、１次の平坦化工程として硝酸アルミニウム（Ａｌ(ＮＯ)3）を４質量％含有する水溶液に粒径８５０ｎｍの研磨粒子を１８体積％分散させた研磨スラリー２９（ｐＨ３．４）を供給しながら、押さえ具２１を用いて配向金属基板１に１５Ｎ／ｃｍ2の荷重をかけて研磨シート２７を１８０ｒｐｍで回転させることにより、表２に示すように３分間または６分間研磨した。次に、２次および３次の平坦化工程を、実施例２と同様に行なった。さらに、表２に示す条件で還元雰囲気下における２回の熱処理を行ない、中間層および超電導層の形成を実施例１と同様に行なった。結果を表２にまとめる。
図２を参照して、１次の平坦化工程として硝酸アルミニウム（Ａｌ(ＮＯ)3）を４質量％含有する水溶液に粒径８５０ｎｍの研磨粒子を１８体積％分散させた研磨スラリー２９（ｐＨ３．４）を供給しながら、押さえ具２１を用いて配向金属基板１に１５Ｎ／ｃｍ2の荷重をかけて研磨シート２７を１８０ｒｐｍで回転させることにより、表２に示すように３分間または６分間研磨した。次に、２次および３次の平坦化工程を、実施例２と同様に行なった。さらに、表２に示す条件で還元雰囲気下における２回の熱処理を行ない、中間層および超電導層の形成を実施例１と同様に行なった。結果を表２にまとめる。
（実施例７，実施例８）
基板の１次から３次までの平坦化処理を実施例５と同様に行なった後、真空度が１．３３×１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気下において表３に示す条件で２回の熱処理を行ない、中間層および超電導層の形成を実施例１と同様に行なった。結果を表３にまとめる。
基板の１次から３次までの平坦化処理を実施例５と同様に行なった後、真空度が１．３３×１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気下において表３に示す条件で２回の熱処理を行ない、中間層および超電導層の形成を実施例１と同様に行なった。結果を表３にまとめる。
比較例１においては、配向金属基板の表面層内における結晶軸のずれ角は９°であり（２００）面配向性も高いが、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍより大きいため、中間層の（２００）面配向性が低下し、臨界電流密度も０ＭＡ／ｃｍ2となった。また、比較例２においては、配向金属基板の表面粗さＲP-Vは１５０ｎｍよりも小さいが、表面層内における結晶軸のずれ角が２５°を超え、（２００）面配向性がないため、中間層の（２００）面配向性がなく、臨界電流密度も０ＭＡ／ｃｍ2となった。また、平坦化処理の際に、表面層の表面層の（２００）面配向性が全く失われてしまうと、還元雰囲気下で熱処理を行なっても、表面層の配向性を回復させることはできなかった。
これに対して、実施例１および実施例２においては、いずれも配向金属基板の表面層内における結晶軸のずれ角が２５°以下であり、表面層の（２００）面配向性が高く、かつ、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下であるため、（２００）面配向性の高く２軸配向性の高い中間層が形成され、２軸配向性の高い超電導層が形成されるため、それぞれの臨界電流密度が０．１ＭＡ／ｃｍ2、０．５ＭＡ／ｃｍ2の超電導線材が得られた。
また、実施例３〜実施例６に示すように、配向金属基板の平坦化処理によって、結晶軸のずれ角が１０．５°〜１１°となり、表面層の（２００）面配向性が低下しても、（２００）面配向性が完全に失われない限り、還元雰囲気下で配向金属基板を熱処理することによって、表面層の（２００）面配向性が向上し、（２００）面配向性が高く２軸配向性の高い中間層が形成され、２軸配向性の高い超電導層が形成されるため、臨界電流密度が０．５ＭＡ／ｃｍ2〜２．０ＭＡ／ｃｍ2の超電導線材が得られた。
また、実施例７および実施例８に示すように、配向金属基板の平坦化処理によって、結晶軸のずれ角が１１°となり、表面層の（２００）面配向性が低下しても、（２００）面配向性が完全に失われない限り、真空雰囲気下で配向金属基板を熱処理することによっても、表面層の（２００）面配向性が向上し、（２００）面配向性が高く２軸配向性の高い中間層が形成され、２軸配向性の高い超電導層が形成されるため、臨界電流密度が０．７ＭＡ／ｃｍ2〜１．５ＭＡ／ｃｍ2の超電導線材が得られた。
今回開示された実施の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、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
上記のように、本発明は、配向金属基板上に、超電導層、または中間層および超電導層を順次形成する超電導線材およびその製造方法に広く利用でき、２軸配向性の高い超電導層が形成されることにより、臨界電流密度が高く超電導性能の高い超電導線材を得ることができる。
１ 配向金属基板、１ａ 表面層、１ｂ 内部層、２ 中間層、３ 超電導層、１０ 超電導線材、１１ 平坦化処理、２０ メカノケミカル研磨装置、２１ 押さえ具、２３ 回転軸、２４ 研磨シート台、２５ 研磨シート供給ロール、２６ 研磨シート巻取りロール、２７ 研磨シート、２８ 研磨スラリー供給装置、２９ 研磨スラリー、３０ 電解研磨装置、３１ 基板供給ロール、３２ 基板浸漬ロール、３３ 基板巻取りロール、３４ 電解槽、３５ 陰極、３６ 電解液。
Claims (7)
- 表面から３００ｎｍまでの深さの表面層内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板上に、超電導層が形成されていることを特徴とする超電導線材。
- 配向金属基板上に中間層が形成され、前記中間層上に超電導層が形成されている請求項１に記載の超電導線材。
- 表面から３００ｎｍまでの深さの表面層内における結晶軸のずれ角が２５°以下で、表面粗さＲP-Vが１５０ｎｍ以下に平坦化された配向金属基板上に、超電導層を形成することを特徴とする超電導線材の製造方法。
- 配向金属基板上に中間層を形成し、前記中間層上に超電導層を形成する請求項３に記載の超電導線材の製造方法。
- 鏡面ロール法、メカノケミカル法、電解研磨法および化学研磨の中から少なくとも１つの方法を用いて、配向金属基板の平坦化処理を行なう請求項３または請求項４に記載の超電導線材の製造方法。
- 配向金属基板の平坦化後、平坦化された配向金属基板上に超電導層または中間層を形成する前に、配向金属基板を還元雰囲気下で１回以上熱処理する請求項３〜請求項５のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
- 配向金属基板の平坦化後、平坦化された配向金属基板上に超電導層または中間層を形成する前に、配向金属基板を真空雰囲気下で１回以上熱処理する請求項３〜請求項５のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
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