前駆体の製造方法、超電導線材の製造方法、前駆体および超電導線材
【課題】ヒステリシス損失を低減できる前駆体の製造方法、超電導線材の製造方法、前駆体および超電導線材を提供する。
【解決手段】超電導線材の製造方法は、以下の工程を備えている。第１の金属層と、第１の金属層上に形成されたＮｉ層とを有する積層金属を準備する。積層金属のＮｉ層上に中間層２０を形成する。中間層２０上に超電導層３０を形成する。中間層２０を形成する工程および超電導層３０を形成する工程の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成する。
【解決手段】超電導線材の製造方法は、以下の工程を備えている。第１の金属層と、第１の金属層上に形成されたＮｉ層とを有する積層金属を準備する。積層金属のＮｉ層上に中間層２０を形成する。中間層２０上に超電導層３０を形成する。中間層２０を形成する工程および超電導層３０を形成する工程の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前駆体の製造方法、超電導線材の製造方法、前駆体および超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板と、この基板上に形成された中間層と、この中間層上に形成された超電導層とを備えた超電導線材が用いられている。このような超電導線材の基板として、たとえば特開２００６−１２７８４７号公報（特許文献１）、特表平１１−５０４６１２号公報（特許文献２）などが用いられている。
【０００３】
上記特許文献１には、無配向で非磁性の第１の金属層と、表層が配向した集合組織を有する第２の金属層とを備え、第１の金属層は第２の金属層よりも高い強度を有する膜形成用配向基板が開示されている。上記特許文献２には、合金化された２軸配向組織を有する金属基板が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１２７８４７号公報
【特許文献２】特表平１１−５０４６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１および２の基板を用いて超電導線材を製造するためには、上記基板を形成した後に、中間層および超電導層を形成する必要がある。上記特許文献１の第１の金属層および上記特許文献２の金属基板がＮｉ（ニッケル）合金の場合、これらの上に中間層を形成しようとすると、第１の金属層および金属基板の表層が酸化されてしまう。表層が酸化されると、この表層上に中間層を形成することができないという問題があった。
【０００５】
また、上記特許文献１の第１の金属層がＮｉの場合には、第１の金属層の酸化が抑制される。このため、Ｎｉ層上に中間層を形成することができるので、超電導線材を形成することができる。しかし、Ｎｉは強磁性金属であるため、Ｎｉのヒステリシス損失によって超電導線材の幅方向端部への磁界が集中してしまう。このため、超電導線材のヒステリシス損失が大きくなるという問題があった。
【０００６】
それゆえ本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ヒステリシス損失を低減できる前駆体の製造方法、超電導線材の製造方法、前駆体および超電導線材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の前駆体の製造方法は、以下の工程を備えている。第１の金属層と、第１の金属層上に形成されたＮｉ層とを有する積層金属を準備する。積層金属のＮｉ層上に中間層を形成する。中間層を形成する工程後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成する。
【０００８】
本発明の前駆体は、非磁性Ｎｉ合金層と、非磁性Ｎｉ合金層上に形成された中間層とを備えている。非磁性Ｎｉ合金層において、中間層との界面から、界面と反対側の表面に向けてＮｉの濃度が単調減少している。
【０００９】
本発明の前駆体の製造方法および前駆体によれば、Ｎｉ層上に中間層を形成している。Ｎｉは酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である。このため、Ｎｉ層上に容易に中間層を形成することができる。この状態で、積層金属を熱処理することにより、Ｎｉ層を構成するＮｉと、第１の金属層を構成する第１の金属とが合金化されるので、Ｎｉ合金を形成することができる。Ｎｉ合金の磁性は、Ｎｉ単体の場合よりも小さくすることができる。つまり、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成することができる。このため、前駆体の中間層上に超電導層を形成して超電導線材を製造すると、非磁性Ｎｉ合金層により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる前駆体を実現できる。
【００１０】
なお、上記前駆体の製造方法により製造した前駆体は、中間層を形成する工程後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成している。このため、積層金属内でＮｉが拡散することによって、非磁性Ｎｉ合金層において、中間層との界面から、界面と反対側の表面に向けてＮｉの濃度が単調減少している。
【００１１】
上記前駆体の製造方法において好ましくは、積層金属を準備する工程では、第１の金属層下に、第１の金属層よりも強度の高い第２の金属層が形成された積層金属を準備する。
【００１２】
上記前駆体において好ましくは、非磁性Ｎｉ合金層下に形成され、かつ非磁性Ｎｉ合金層よりも強度の高い第２の金属層をさらに備えている。
【００１３】
第２の金属層が第１の金属層より高い強度を有しているため、前駆体の強度を第１の金属層単体の場合よりも向上することができる。
【００１４】
上記前駆体の製造方法において好ましくは、積層金属を準備する工程では、Ｎｉ層は１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する。
【００１５】
１μｍ以上の場合、中間層を形成する工程時にＮｉが拡散することを抑制できるので、Ｎｉ層の酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である機能を効果的に発現できる。１０μｍ以下の場合、非磁性Ｎｉ拡散層を形成する工程時に、Ｎｉ層を構成するＮｉが第１の金属層へ容易に拡散するので、Ｎｉ単体として残ることを効果的に抑制することができる。
【００１６】
本発明の超電導線材の製造方法は、以下の工程を備えている。第１の金属層と、第１の金属層上に形成されたＮｉ層とを有する積層金属を準備する。積層金属のＮｉ層上に中間層を形成する。中間層上に超電導層を形成する。中間層を形成する工程および超電導層を形成する工程の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成する。
【００１７】
本発明の超電導線材は、上記前駆体と、中間層上に形成された超電導層とを備えている。
【００１８】
本発明の超電導線材の製造方法および超電導線材によれば、Ｎｉ層上に中間層を形成している。Ｎｉは酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である。このため、Ｎｉ層上に容易に中間層を形成することができる。この状態、および、超電導層をさらに形成した状態の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することにより、Ｎｉ層を構成するＮｉと、第１の金属層を構成する第１の金属とが合金化されるので、Ｎｉ合金を形成することができる。Ｎｉ合金の磁性は、Ｎｉ単体の場合よりも小さくすることができる。つまり、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成することができる。このため、非磁性Ｎｉ合金層により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる超電導線材を実現できる。
【００１９】
上記超電導線材の製造方法において好ましくは、積層金属を準備する工程では、第１の金属層下に、第１の金属層よりも強度の高い第２の金属層が形成された積層金属を準備する。
【００２０】
第２の金属層が第１の金属層より高い強度を有しているため、超電導線材の強度を第１の金属層単体の場合よりも向上することができる。
【００２１】
上記超電導線材の製造方法において好ましくは、積層金属を準備する工程では、Ｎｉ層は１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する。
【００２２】
１μｍ以上の場合、中間層を形成する工程時にＮｉが拡散することを抑制できるので、Ｎｉ層の酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である機能を効果的に発現できる。１０μｍ以下の場合、非磁性Ｎｉ合金層を形成する工程時に、Ｎｉ層を構成するＮｉが第１の金属層へ容易に拡散するので、Ｎｉ単体として残ることを効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の前駆体の製造方法、超電導線材の製造方法、前駆体および超電導線材によれば、ヒステリシス損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態における前駆体を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態の前駆体を説明する。図１に示すように、前駆体は、第２の金属層１１と、第２の金属層１１上に形成された非磁性Ｎｉ合金層１２とを含む基板１０、および、非磁性Ｎｉ合金層１２上に形成された中間層２０を備えている。
【００２６】
基板１０は、長尺なテープ状の形状を有している。基板１０は、第２の金属層１１と、非磁性Ｎｉ合金層１２とを含んでいる。
【００２７】
非磁性Ｎｉ合金層１２は、非磁性金属である。非磁性Ｎｉ合金層１２を構成するＮｉ合金は、特に限定されないが、Ｃｕ（銅）−Ｎｉ合金およびＡｇ（銀）−Ｎｉ合金であることが好ましい。また非磁性Ｎｉ合金層は配向していることが好ましい。
【００２８】
非磁性Ｎｉ合金層１２は、Ｎｉ単体の磁性よりも低い。つまり、磁性が０Ｊ／ｍ3の場合と、０Ｊ／ｍ3を超えてＮｉ単体の磁性以下の低い磁性を有する場合とを含む。
【００２９】
非磁性Ｎｉ合金層１２内には、Ｎｉ濃度分布がある。具体的には、非磁性Ｎｉ合金層１２において、中間層２０との界面から、この界面と反対側の表面に向けてＮｉの濃度が単調減少している。単調減少とは、中間層２０との界面から、この界面と反対側の表面に向けて、Ｎｉの濃度が常に同じまたは減少しており、かつ中間層２０との界面よりも、この界面と反対側の表面の方がＮｉ濃度が低いことを意味する。つまり、単調減少とは、この方向に向けてＮｉ濃度が増加している部分が含まれていない。
【００３０】
第２の金属層１１は、非磁性Ｎｉ合金層１２下に形成され、かつ非磁性Ｎｉ合金層１２よりも高い機械的強度を有している。この第２の金属層１１の強度は、超電導層の形成時に高温でテンションをかけられた状態においても伸びない程度の強度であることが好ましい。このような第２の金属層１１として、ステンレスが好適に用いられる。なお、第２の金属層１１は、省略されてもよい。
【００３１】
中間層２０は、この表面上に超電導層が形成されるための層である。中間層２０は、１層または２層以上からなる。中間層２０が複数の層により構成される場合、中間層２０を構成するそれぞれの層は互いに異なる材質により構成されていてもよい。中間層２０は、たとえば、岩塩型、蛍石型、ペロブスカイト型、およびパイロクロア型の少なくともいずれか１つの結晶構造を有する酸化物であってもよい。このような結晶構造を有する材料としては、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化ホルミニウム（Ｈｏ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、および酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）などの希土類元素酸化物、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、ＢＺＯ（ＢａＺｒＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などのＬｎ−Ｍ−Ｏ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）が挙げられる。
【００３２】
また、中間層２０は、良好な結晶配向性を有していることが好ましい。また、中間層２０は、超電導層を構成する元素と反応および拡散を防止できる材料であることが好ましい。このような材料としては、たとえばＣｅＯ2が挙げられる。なお、中間層２０を構成する材料は、特に上記の材料に限定されない。
【００３３】
図２は、本実施の形態における前駆体の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図２を参照して、本実施の形態における前駆体の製造方法について説明する。
【００３４】
図３は、本実施の形態における積層基板を概略的に示す断面図である。図２および図３に示すように、まず、第１の金属層１３と、第１の金属層１３上に形成されたＮｉ層１４とを有する積層金属を準備する（ステップＳ１０）。本実施の形態では、第１の金属層１３下に、第１の金属層１３よりも強度の高い第２の金属層１１がさらに形成された積層金属を準備する。
【００３５】
具体的には、まず、第２の金属層１１を準備する（ステップＳ１１）。第２の金属層１１は、強度を持たせるための層である。このような第２の層１１として、たとえば上述した材料を用いることができる。第２の金属層１１の厚みは、たとえば１００μｍである。
【００３６】
次いで、第２の金属層１１上に第１の金属層１３を形成する（ステップＳ１２）。第１の金属層１３は、Ｃｕ、Ａｇなどの配向性が良好な金属であることが好ましい。また第１の金属層１３は、配向していることが好ましい。第１の金属層１３の厚みは、たとえば１８μｍである。
【００３７】
第１の金属層１３を形成する方法は特に限定されず、たとえば第１の金属層１３と第２の金属層１１とを貼り付ける方法を採用できる。
【００３８】
その後、第１の金属層１３上にＮｉ層１４を形成する（ステップＳ１３）。Ｎｉ層１４は、中間層を形成する際に、酸化を防止するための層である。第１の金属層１３が配向している場合には、その上に形成されるＮｉ層１４も配向する。Ｎｉ層１４の厚みは、たとえば１μｍである。Ｎｉ層１４を形成する方法は特に限定されず、たとえばめっき法を採用できる。
【００３９】
Ｎｉ層１４の厚みは１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。１μｍ以上の場合、後述する中間層２０を形成するステップＳ２０時に６００℃程度の熱が加えられても、Ｎｉが拡散することを抑制できる。このため、Ｎｉ層１４の酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である機能を効果的に発現できる。１０μｍ以下の場合、後述する非磁性Ｎｉ合金層１２を形成するステップＳ３０時に、Ｎｉ層１４を構成するＮｉが第１の金属層１３へ容易に拡散するので、Ｎｉ単体として残ることを効果的に抑制することができる。
【００４０】
上記ステップＳ１１〜Ｓ１３により、図３に示す積層金属を準備することができる（ステップＳ１０）。
【００４１】
図４は、本実施の形態における積層金属上に中間層を形成した状態を概略的に示す断面図である。図２および図４に示すように、次に、積層金属のＮｉ層１４上に中間層２０を形成する（ステップＳ２０）。Ｎｉ層１４は酸化されにくいため、中間層２０を容易に形成することができる。
【００４２】
第１の金属層１３が配向している場合には、その上に形成されるＮｉ層１４が配向するので、Ｎｉ層１４上に形成される中間層２０も配向する。このため、配向性の良好な中間層２０を形成することができる。
【００４３】
中間層２０を形成する方法は、特に限定されず、たとえばスパッタリング法を採用できる。また、たとえば上述した材料の中間層２０を形成する。
【００４４】
図２に示すように、次に、中間層２０を形成する工程（ステップＳ２０）後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成する（ステップＳ３０）。このステップＳ３０により、Ｎｉ層１４のＮｉを第１の金属層１３へ拡散させて、Ｎｉと第１の金属とを合金化して、非磁性Ｎｉ合金層１２を形成する。第１の金属層１３を構成する第１の金属がＣｕまたはＡｇの場合、非磁性Ｎｉ合金層１２はＮｉ−Ｃｕ合金またはＮｉ−Ａｇ合金である。
【００４５】
熱処理の条件は、積層金属において、Ｎｉ層１４を構成するＮｉと、第１の金属層１３を構成する第１の金属とが合金化されれば、特に限定されない。熱処理の条件の一例として、たとえば６００℃以上８００℃以下の温度で、Ａｒ（アルゴン）を含む雰囲気で、１０Ｐａ以下の圧力で、約１時間程度の処理時間である。
【００４６】
第１の金属層１３がＣｕであるとき、熱処理による合金化の際、第１の金属層１３を構成するＣｕに対してＮｉ層１４を構成するＮｉが５０％以下で非磁性のＮｉ−Ｃｕ合金層を形成することができる。
【００４７】
以上のステップＳ１０〜Ｓ３０を実施することにより、図１に示す前駆体を製造することができる。なお、製造する前駆体は、ステップＳ３０において熱処理により第１の金属層１３の一部が合金されない場合を含む。つまり、本発明の前駆体は、第２の金属層１１と、第２の金属層１１上に形成された第１の金属層１３と、第１の金属層１３上に形成された非磁性Ｎｉ合金層１２と、非磁性Ｎｉ合金層１２上に形成された中間層２０とを備えていてもよい。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態における前駆体およびその製造方法によれば、中間層２０を形成するステップＳ２０後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成している（ステップＳ３０）。
【００４９】
Ｎｉは酸化されにくく、かつ中間層２０との格子のマッチングが良好である。このため、Ｎｉ層１４上に容易に中間層２０を形成することができる。この状態で、積層金属を熱処理することにより、Ｎｉ層１４を構成するＮｉと、第１の金属層１３を構成する第１の金属とが合金化されるので、Ｎｉ合金を形成することができる。Ｎｉ合金の磁性は、Ｎｉ単体の場合よりも小さくすることができる。つまり、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成することができる。このため、前駆体の中間層２０上に超電導層を形成して超電導線材を製造すると、非磁性Ｎｉ合金層１２により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる前駆体を実現できる。
【００５０】
また、中間層２０を形成する際にＮｉ層１４の表層が酸化されることを抑制できる。このため、酸化が抑制された表層上に形成される中間層の配向性の低下を抑制できる。つまり、第１の金属層１３が良好な配向性を有している場合には、その上に形成される中間層２０の配向性も良好である。したがって、良好な結晶性の中間層２０および超電導層を形成することができる。よって、この前駆体を用いて超電導線材を製造すると、超電導特性の悪化を抑制することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態における超電導線材を概略的に示す断面図である。図５を参照して、本実施の形態における超電導線材を説明する。図５に示すように、本実施の形態における超電導線材は、実施の形態１における前駆体と、前駆体の中間層２０上に形成された超電導層３０とを備えている。つまり、第２の金属層１１と、第２の金属層１１上に形成された非磁性Ｎｉ合金層１２と、非磁性Ｎｉ合金層１２上に形成された中間層２０と、中間層２０上に形成された超電導層３０とを備えている。
【００５２】
超電導層３０は、長尺なテープ状の形状を有している。超電導層３０は、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy（ｙは６〜８、より好ましくはほぼ７、ＲＥとはＹ（イットリウム）、またはＧｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｈｏ（ホルミウム）などの希土類元素を意味する）として表される超電導体などであり、たとえばＧｄＢＣＯからなることが好ましい。ＧｄＢＣＯとは、ＧｄＢａ2Ｃｕ3Ｏy（ｙは６〜８、より好ましくはほぼ７）として表される。
【００５３】
なお、超電導線材は、超電導層３０上に形成された安定化層（図示せず）をさらに備えていてもよい。安定化層は、超電導層３０を保護するとともに、外部電極との接触部である。安定化層の材料は、特に限定されないが、たとえばＡｇ（銀）やＣｕ（銅）などを用いることができる。
【００５４】
図６は、本実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図６を参照して、本実施の形態における超電導線材の製造方法について説明する。
【００５５】
まず、実施の形態１と同様に、図１に示す前駆体を製造する（ステップＳ１０〜Ｓ３０）。
【００５６】
次に、図６に示すように、中間層２０上に超電導層３０を形成する（ステップＳ４０）。超電導層３０の形成方法は特に限定されず、たとえばＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition：パルスレーザー堆積法）法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition：有機金属堆積）法などを採用することができる。また、たとえば上述した材料の超電導層３０を形成する。
【００５７】
次に、超電導層３０上に、上述した材料の安定化層（図示せず）を形成してもよい。なお、この工程は省略されてもよい。
【００５８】
以上のステップＳ１０〜Ｓ４０を実施することにより、図５に示す超電導線材を製造することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態における超電導線材およびその製造方法は、超電導層を形成するステップＳ４０後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成している（ステップＳ４０）。
【００６０】
上述したように、Ｎｉ層１４上に容易に中間層２０を形成することができる。中間層２０を形成した（ステップＳ２０）後に、積層金属を熱処理する（ステップＳ３０）ことにより、非磁性Ｎｉ合金層１２を形成することができる。この状態で超電導層３０を形成する（ステップＳ４０）ので、超電導層３０を容易に形成することができる。このため、非磁性Ｎｉ合金層１２により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる超電導線材を実現できる。
【００６１】
（実施の形態３）
本実施の形態における超電導線材は、図５に示す実施の形態２における超電導線材と同様であるため、その説明を繰り返さない。
【００６２】
図７は、本実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図７を参照して、本実施の形態における超電導線材の製造方法を説明する。
【００６３】
図７に示すように、まず、第１の金属層１３と、第１の金属層１３上に形成されたＮｉ層１４とを有する積層金属を準備する（ステップＳ１０）。次に、積層金属のＮｉ層１４上に中間層２０を形成する（ステップＳ２０）。このステップＳ１０、Ｓ２０は、実施の形態１と同様であるので、その説明を繰り返さない。
【００６４】
図８は、本実施の形態における超電導層を形成した状態を概略的に示す断面図である。図７および図８に示すように、次に、中間層２０上に、超電導層３０を形成する（ステップＳ４０）。このステップＳ４０は、実施の形態２と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００６５】
次に、超電導層３０を形成するステップＳ４０後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成する（ステップＳ３０）。このステップＳ３０は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００６６】
以上のステップＳ１０〜Ｓ５０を実施することにより、図５に示す超電導線材を製造することができる。
【００６７】
なお、中間層２０を形成した後に、積層金属を熱処理してもよい。つまり、中間層２０を形成するステップＳ２０および超電導層３０を形成するステップＳ４０の後に、熱処理するステップＳ３０を実施してもよい。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態における超電導線材およびその製造方法は、中間層を形成するステップＳ２０後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成している（ステップＳ４０）。
【００６９】
上述したように、Ｎｉ層１４上に容易に中間層２０を形成することができる。このため、この中間層２０上に容易に超電導層３０を形成することができる。この超電導層３０を形成した（ステップＳ４０）後に、積層金属を熱処理する（ステップＳ３０）ことにより、非磁性Ｎｉ合金層１２を形成することができる。このため、非磁性Ｎｉ合金層１２により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる超電導線材を実現できる。
【実施例】
【００７０】
本実施例では、中間層を形成する工程および超電導層を形成する工程の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成する工程とを備えることによる効果について調べた。
【００７１】
（本発明例１）
本発明例１の超電導線材を、実施の形態２にしたがって、製造した。具体的には、まず、第１の金属層１３として、１８μｍの厚みを有するＣｕ基板を準備した（ステップＳ１２）。第１の金属層１３上に、めっき法により、１μｍの厚みを有するＮｉ層１４を形成した（ステップＳ１３）。これにより、第１の金属層１３であるＣｕ基板と、Ｎｉ層１４とが積層された積層金属を形成した。
【００７２】
次に、Ｎｉ層１４上に、スパッタリング法により、中間層２０としてＣｅＯ2を形成した（ステップＳ２０）。
【００７３】
次に、１０Ｐａ以下の圧力で、７００℃の温度で、Ａｒを含む雰囲気で、積層基板を熱処理した（ステップＳ３０）。これにより、積層金属から非磁性Ｎｉ−Ｃｕ合金層を形成した。
【００７４】
次に、中間層２０上に、ＰＬＤ法により、超電導層３０としてＧｄＢＣＯを形成した（ステップＳ４０）。
【００７５】
以上のステップＳ１０〜Ｓ４０を実施することにより、本発明例１の非磁性Ｎｉ合金層において、中間層との界面から、この界面と反対側の表面に向けてＮｉの濃度が単調減少している超電導線材を製造した。
【００７６】
（本発明例２）
本発明例２の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例１の超電導線材の製造方法と同様であったが、実施の形態３における超電導線材の製造方法にしたがって製造した点において異なっていた。つまり、本発明例２の超電導線材の製造方法は、超電導層３０を形成するステップＳ４０の後に熱処理するステップＳ３０を実施した点において本発明例１と異なっていた。
【００７７】
（比較例１）
比較例１の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例１の超電導線材の製造方法と同様であったが、熱処理をするステップＳ３０を実施しなかった点において異なっていた。
【００７８】
（測定方法）
本発明例１、２および比較例１の超電導線材について、ヒステリシス損失および臨界電流値Ｉｃをそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。
【００７９】
具体的には、温度が７７Ｋで、自己磁場中において、本発明例１、２および比較例１の超電導線材の臨界電流値Ｉｃを測定した。臨界電流値Ｉｃは、１０-6Ｖ／ｃｍの電界が発生したときの通電電流値とした。
【００８０】
また、本発明例１、２および比較例１の超電導線材を、室温で、超電導線材のテープ面に平行な方向に磁場を印加したときのヒステリシス損失を、振動磁化型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した。
【００８１】
【表１】
【００８２】
（測定結果）
本発明例１、２および比較例１では、Ｎｉ層上に中間層を形成したので、Ｎｉ層の酸化を抑制できた。このため、中間層を容易に形成することができた。
【００８３】
また、表１に示すように、中間層を形成した後に熱処理を行なった本発明例１、および超電導層を形成した後に熱処理を行なった本発明例２の超電導線材は、ＮｉとＣｕとを合金化して非磁性Ｎｉ−Ｃｕ合金層を形成できた。このため、本発明例１および２の超電導線材のヒステリシス損失は０Ｊ／ｍ3であった。一方、熱処理を行なわなかった比較例１の超電導線材のヒステリシス損失は５２Ｊ／ｍ3であった。このことから、中間層を形成するステップＳ２０および超電導層を形成するステップＳ４０の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することにより、ヒステリシス損失を低減できることが確認できた。
【００８４】
また、表１に示すように、本発明例１および２の超電導線材の臨界電流値Ｉｃは、比較例１の超電導線材の臨界電流値Ｉｃと同じ２５０Ａ／ｃｍであった。このことから、中間層を形成するステップＳ２０および超電導層を形成するステップＳ４０の少なくともいずれか一方の後に熱処理を行なっても、超電導層の超電導特性を悪化させないことが確認できた。
【００８５】
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実施の形態では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でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１における前駆体を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における前駆体の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１における積層基板を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における積層金属上に中間層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における超電導線材を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３における超電導層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 基板、１１ 第２の金属層、１２ 非磁性Ｎｉ合金層、１３ 第１の金属層、１４ Ｎｉ層、２０ 中間層、３０ 超電導層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前駆体の製造方法、超電導線材の製造方法、前駆体および超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板と、この基板上に形成された中間層と、この中間層上に形成された超電導層とを備えた超電導線材が用いられている。このような超電導線材の基板として、たとえば特開２００６−１２７８４７号公報（特許文献１）、特表平１１−５０４６１２号公報（特許文献２）などが用いられている。
【０００３】
上記特許文献１には、無配向で非磁性の第１の金属層と、表層が配向した集合組織を有する第２の金属層とを備え、第１の金属層は第２の金属層よりも高い強度を有する膜形成用配向基板が開示されている。上記特許文献２には、合金化された２軸配向組織を有する金属基板が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１２７８４７号公報
【特許文献２】特表平１１−５０４６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１および２の基板を用いて超電導線材を製造するためには、上記基板を形成した後に、中間層および超電導層を形成する必要がある。上記特許文献１の第１の金属層および上記特許文献２の金属基板がＮｉ（ニッケル）合金の場合、これらの上に中間層を形成しようとすると、第１の金属層および金属基板の表層が酸化されてしまう。表層が酸化されると、この表層上に中間層を形成することができないという問題があった。
【０００５】
また、上記特許文献１の第１の金属層がＮｉの場合には、第１の金属層の酸化が抑制される。このため、Ｎｉ層上に中間層を形成することができるので、超電導線材を形成することができる。しかし、Ｎｉは強磁性金属であるため、Ｎｉのヒステリシス損失によって超電導線材の幅方向端部への磁界が集中してしまう。このため、超電導線材のヒステリシス損失が大きくなるという問題があった。
【０００６】
それゆえ本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ヒステリシス損失を低減できる前駆体の製造方法、超電導線材の製造方法、前駆体および超電導線材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の前駆体の製造方法は、以下の工程を備えている。第１の金属層と、第１の金属層上に形成されたＮｉ層とを有する積層金属を準備する。積層金属のＮｉ層上に中間層を形成する。中間層を形成する工程後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成する。
【０００８】
本発明の前駆体は、非磁性Ｎｉ合金層と、非磁性Ｎｉ合金層上に形成された中間層とを備えている。非磁性Ｎｉ合金層において、中間層との界面から、界面と反対側の表面に向けてＮｉの濃度が単調減少している。
【０００９】
本発明の前駆体の製造方法および前駆体によれば、Ｎｉ層上に中間層を形成している。Ｎｉは酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である。このため、Ｎｉ層上に容易に中間層を形成することができる。この状態で、積層金属を熱処理することにより、Ｎｉ層を構成するＮｉと、第１の金属層を構成する第１の金属とが合金化されるので、Ｎｉ合金を形成することができる。Ｎｉ合金の磁性は、Ｎｉ単体の場合よりも小さくすることができる。つまり、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成することができる。このため、前駆体の中間層上に超電導層を形成して超電導線材を製造すると、非磁性Ｎｉ合金層により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる前駆体を実現できる。
【００１０】
なお、上記前駆体の製造方法により製造した前駆体は、中間層を形成する工程後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成している。このため、積層金属内でＮｉが拡散することによって、非磁性Ｎｉ合金層において、中間層との界面から、界面と反対側の表面に向けてＮｉの濃度が単調減少している。
【００１１】
上記前駆体の製造方法において好ましくは、積層金属を準備する工程では、第１の金属層下に、第１の金属層よりも強度の高い第２の金属層が形成された積層金属を準備する。
【００１２】
上記前駆体において好ましくは、非磁性Ｎｉ合金層下に形成され、かつ非磁性Ｎｉ合金層よりも強度の高い第２の金属層をさらに備えている。
【００１３】
第２の金属層が第１の金属層より高い強度を有しているため、前駆体の強度を第１の金属層単体の場合よりも向上することができる。
【００１４】
上記前駆体の製造方法において好ましくは、積層金属を準備する工程では、Ｎｉ層は１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する。
【００１５】
１μｍ以上の場合、中間層を形成する工程時にＮｉが拡散することを抑制できるので、Ｎｉ層の酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である機能を効果的に発現できる。１０μｍ以下の場合、非磁性Ｎｉ拡散層を形成する工程時に、Ｎｉ層を構成するＮｉが第１の金属層へ容易に拡散するので、Ｎｉ単体として残ることを効果的に抑制することができる。
【００１６】
本発明の超電導線材の製造方法は、以下の工程を備えている。第１の金属層と、第１の金属層上に形成されたＮｉ層とを有する積層金属を準備する。積層金属のＮｉ層上に中間層を形成する。中間層上に超電導層を形成する。中間層を形成する工程および超電導層を形成する工程の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成する。
【００１７】
本発明の超電導線材は、上記前駆体と、中間層上に形成された超電導層とを備えている。
【００１８】
本発明の超電導線材の製造方法および超電導線材によれば、Ｎｉ層上に中間層を形成している。Ｎｉは酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である。このため、Ｎｉ層上に容易に中間層を形成することができる。この状態、および、超電導層をさらに形成した状態の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することにより、Ｎｉ層を構成するＮｉと、第１の金属層を構成する第１の金属とが合金化されるので、Ｎｉ合金を形成することができる。Ｎｉ合金の磁性は、Ｎｉ単体の場合よりも小さくすることができる。つまり、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成することができる。このため、非磁性Ｎｉ合金層により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる超電導線材を実現できる。
【００１９】
上記超電導線材の製造方法において好ましくは、積層金属を準備する工程では、第１の金属層下に、第１の金属層よりも強度の高い第２の金属層が形成された積層金属を準備する。
【００２０】
第２の金属層が第１の金属層より高い強度を有しているため、超電導線材の強度を第１の金属層単体の場合よりも向上することができる。
【００２１】
上記超電導線材の製造方法において好ましくは、積層金属を準備する工程では、Ｎｉ層は１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する。
【００２２】
１μｍ以上の場合、中間層を形成する工程時にＮｉが拡散することを抑制できるので、Ｎｉ層の酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である機能を効果的に発現できる。１０μｍ以下の場合、非磁性Ｎｉ合金層を形成する工程時に、Ｎｉ層を構成するＮｉが第１の金属層へ容易に拡散するので、Ｎｉ単体として残ることを効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の前駆体の製造方法、超電導線材の製造方法、前駆体および超電導線材によれば、ヒステリシス損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態における前駆体を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態の前駆体を説明する。図１に示すように、前駆体は、第２の金属層１１と、第２の金属層１１上に形成された非磁性Ｎｉ合金層１２とを含む基板１０、および、非磁性Ｎｉ合金層１２上に形成された中間層２０を備えている。
【００２６】
基板１０は、長尺なテープ状の形状を有している。基板１０は、第２の金属層１１と、非磁性Ｎｉ合金層１２とを含んでいる。
【００２７】
非磁性Ｎｉ合金層１２は、非磁性金属である。非磁性Ｎｉ合金層１２を構成するＮｉ合金は、特に限定されないが、Ｃｕ（銅）−Ｎｉ合金およびＡｇ（銀）−Ｎｉ合金であることが好ましい。また非磁性Ｎｉ合金層は配向していることが好ましい。
【００２８】
非磁性Ｎｉ合金層１２は、Ｎｉ単体の磁性よりも低い。つまり、磁性が０Ｊ／ｍ3の場合と、０Ｊ／ｍ3を超えてＮｉ単体の磁性以下の低い磁性を有する場合とを含む。
【００２９】
非磁性Ｎｉ合金層１２内には、Ｎｉ濃度分布がある。具体的には、非磁性Ｎｉ合金層１２において、中間層２０との界面から、この界面と反対側の表面に向けてＮｉの濃度が単調減少している。単調減少とは、中間層２０との界面から、この界面と反対側の表面に向けて、Ｎｉの濃度が常に同じまたは減少しており、かつ中間層２０との界面よりも、この界面と反対側の表面の方がＮｉ濃度が低いことを意味する。つまり、単調減少とは、この方向に向けてＮｉ濃度が増加している部分が含まれていない。
【００３０】
第２の金属層１１は、非磁性Ｎｉ合金層１２下に形成され、かつ非磁性Ｎｉ合金層１２よりも高い機械的強度を有している。この第２の金属層１１の強度は、超電導層の形成時に高温でテンションをかけられた状態においても伸びない程度の強度であることが好ましい。このような第２の金属層１１として、ステンレスが好適に用いられる。なお、第２の金属層１１は、省略されてもよい。
【００３１】
中間層２０は、この表面上に超電導層が形成されるための層である。中間層２０は、１層または２層以上からなる。中間層２０が複数の層により構成される場合、中間層２０を構成するそれぞれの層は互いに異なる材質により構成されていてもよい。中間層２０は、たとえば、岩塩型、蛍石型、ペロブスカイト型、およびパイロクロア型の少なくともいずれか１つの結晶構造を有する酸化物であってもよい。このような結晶構造を有する材料としては、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化ホルミニウム（Ｈｏ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、および酸化イッテルビウム（Ｙｂ2Ｏ3）などの希土類元素酸化物、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、ＢＺＯ（ＢａＺｒＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などのＬｎ−Ｍ−Ｏ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）が挙げられる。
【００３２】
また、中間層２０は、良好な結晶配向性を有していることが好ましい。また、中間層２０は、超電導層を構成する元素と反応および拡散を防止できる材料であることが好ましい。このような材料としては、たとえばＣｅＯ2が挙げられる。なお、中間層２０を構成する材料は、特に上記の材料に限定されない。
【００３３】
図２は、本実施の形態における前駆体の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図２を参照して、本実施の形態における前駆体の製造方法について説明する。
【００３４】
図３は、本実施の形態における積層基板を概略的に示す断面図である。図２および図３に示すように、まず、第１の金属層１３と、第１の金属層１３上に形成されたＮｉ層１４とを有する積層金属を準備する（ステップＳ１０）。本実施の形態では、第１の金属層１３下に、第１の金属層１３よりも強度の高い第２の金属層１１がさらに形成された積層金属を準備する。
【００３５】
具体的には、まず、第２の金属層１１を準備する（ステップＳ１１）。第２の金属層１１は、強度を持たせるための層である。このような第２の層１１として、たとえば上述した材料を用いることができる。第２の金属層１１の厚みは、たとえば１００μｍである。
【００３６】
次いで、第２の金属層１１上に第１の金属層１３を形成する（ステップＳ１２）。第１の金属層１３は、Ｃｕ、Ａｇなどの配向性が良好な金属であることが好ましい。また第１の金属層１３は、配向していることが好ましい。第１の金属層１３の厚みは、たとえば１８μｍである。
【００３７】
第１の金属層１３を形成する方法は特に限定されず、たとえば第１の金属層１３と第２の金属層１１とを貼り付ける方法を採用できる。
【００３８】
その後、第１の金属層１３上にＮｉ層１４を形成する（ステップＳ１３）。Ｎｉ層１４は、中間層を形成する際に、酸化を防止するための層である。第１の金属層１３が配向している場合には、その上に形成されるＮｉ層１４も配向する。Ｎｉ層１４の厚みは、たとえば１μｍである。Ｎｉ層１４を形成する方法は特に限定されず、たとえばめっき法を採用できる。
【００３９】
Ｎｉ層１４の厚みは１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。１μｍ以上の場合、後述する中間層２０を形成するステップＳ２０時に６００℃程度の熱が加えられても、Ｎｉが拡散することを抑制できる。このため、Ｎｉ層１４の酸化されにくく、かつ中間層との格子のマッチングが良好である機能を効果的に発現できる。１０μｍ以下の場合、後述する非磁性Ｎｉ合金層１２を形成するステップＳ３０時に、Ｎｉ層１４を構成するＮｉが第１の金属層１３へ容易に拡散するので、Ｎｉ単体として残ることを効果的に抑制することができる。
【００４０】
上記ステップＳ１１〜Ｓ１３により、図３に示す積層金属を準備することができる（ステップＳ１０）。
【００４１】
図４は、本実施の形態における積層金属上に中間層を形成した状態を概略的に示す断面図である。図２および図４に示すように、次に、積層金属のＮｉ層１４上に中間層２０を形成する（ステップＳ２０）。Ｎｉ層１４は酸化されにくいため、中間層２０を容易に形成することができる。
【００４２】
第１の金属層１３が配向している場合には、その上に形成されるＮｉ層１４が配向するので、Ｎｉ層１４上に形成される中間層２０も配向する。このため、配向性の良好な中間層２０を形成することができる。
【００４３】
中間層２０を形成する方法は、特に限定されず、たとえばスパッタリング法を採用できる。また、たとえば上述した材料の中間層２０を形成する。
【００４４】
図２に示すように、次に、中間層２０を形成する工程（ステップＳ２０）後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成する（ステップＳ３０）。このステップＳ３０により、Ｎｉ層１４のＮｉを第１の金属層１３へ拡散させて、Ｎｉと第１の金属とを合金化して、非磁性Ｎｉ合金層１２を形成する。第１の金属層１３を構成する第１の金属がＣｕまたはＡｇの場合、非磁性Ｎｉ合金層１２はＮｉ−Ｃｕ合金またはＮｉ−Ａｇ合金である。
【００４５】
熱処理の条件は、積層金属において、Ｎｉ層１４を構成するＮｉと、第１の金属層１３を構成する第１の金属とが合金化されれば、特に限定されない。熱処理の条件の一例として、たとえば６００℃以上８００℃以下の温度で、Ａｒ（アルゴン）を含む雰囲気で、１０Ｐａ以下の圧力で、約１時間程度の処理時間である。
【００４６】
第１の金属層１３がＣｕであるとき、熱処理による合金化の際、第１の金属層１３を構成するＣｕに対してＮｉ層１４を構成するＮｉが５０％以下で非磁性のＮｉ−Ｃｕ合金層を形成することができる。
【００４７】
以上のステップＳ１０〜Ｓ３０を実施することにより、図１に示す前駆体を製造することができる。なお、製造する前駆体は、ステップＳ３０において熱処理により第１の金属層１３の一部が合金されない場合を含む。つまり、本発明の前駆体は、第２の金属層１１と、第２の金属層１１上に形成された第１の金属層１３と、第１の金属層１３上に形成された非磁性Ｎｉ合金層１２と、非磁性Ｎｉ合金層１２上に形成された中間層２０とを備えていてもよい。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態における前駆体およびその製造方法によれば、中間層２０を形成するステップＳ２０後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成している（ステップＳ３０）。
【００４９】
Ｎｉは酸化されにくく、かつ中間層２０との格子のマッチングが良好である。このため、Ｎｉ層１４上に容易に中間層２０を形成することができる。この状態で、積層金属を熱処理することにより、Ｎｉ層１４を構成するＮｉと、第１の金属層１３を構成する第１の金属とが合金化されるので、Ｎｉ合金を形成することができる。Ｎｉ合金の磁性は、Ｎｉ単体の場合よりも小さくすることができる。つまり、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成することができる。このため、前駆体の中間層２０上に超電導層を形成して超電導線材を製造すると、非磁性Ｎｉ合金層１２により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる前駆体を実現できる。
【００５０】
また、中間層２０を形成する際にＮｉ層１４の表層が酸化されることを抑制できる。このため、酸化が抑制された表層上に形成される中間層の配向性の低下を抑制できる。つまり、第１の金属層１３が良好な配向性を有している場合には、その上に形成される中間層２０の配向性も良好である。したがって、良好な結晶性の中間層２０および超電導層を形成することができる。よって、この前駆体を用いて超電導線材を製造すると、超電導特性の悪化を抑制することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態における超電導線材を概略的に示す断面図である。図５を参照して、本実施の形態における超電導線材を説明する。図５に示すように、本実施の形態における超電導線材は、実施の形態１における前駆体と、前駆体の中間層２０上に形成された超電導層３０とを備えている。つまり、第２の金属層１１と、第２の金属層１１上に形成された非磁性Ｎｉ合金層１２と、非磁性Ｎｉ合金層１２上に形成された中間層２０と、中間層２０上に形成された超電導層３０とを備えている。
【００５２】
超電導層３０は、長尺なテープ状の形状を有している。超電導層３０は、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy（ｙは６〜８、より好ましくはほぼ７、ＲＥとはＹ（イットリウム）、またはＧｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｈｏ（ホルミウム）などの希土類元素を意味する）として表される超電導体などであり、たとえばＧｄＢＣＯからなることが好ましい。ＧｄＢＣＯとは、ＧｄＢａ2Ｃｕ3Ｏy（ｙは６〜８、より好ましくはほぼ７）として表される。
【００５３】
なお、超電導線材は、超電導層３０上に形成された安定化層（図示せず）をさらに備えていてもよい。安定化層は、超電導層３０を保護するとともに、外部電極との接触部である。安定化層の材料は、特に限定されないが、たとえばＡｇ（銀）やＣｕ（銅）などを用いることができる。
【００５４】
図６は、本実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図６を参照して、本実施の形態における超電導線材の製造方法について説明する。
【００５５】
まず、実施の形態１と同様に、図１に示す前駆体を製造する（ステップＳ１０〜Ｓ３０）。
【００５６】
次に、図６に示すように、中間層２０上に超電導層３０を形成する（ステップＳ４０）。超電導層３０の形成方法は特に限定されず、たとえばＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition：パルスレーザー堆積法）法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition：有機金属堆積）法などを採用することができる。また、たとえば上述した材料の超電導層３０を形成する。
【００５７】
次に、超電導層３０上に、上述した材料の安定化層（図示せず）を形成してもよい。なお、この工程は省略されてもよい。
【００５８】
以上のステップＳ１０〜Ｓ４０を実施することにより、図５に示す超電導線材を製造することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態における超電導線材およびその製造方法は、超電導層を形成するステップＳ４０後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成している（ステップＳ４０）。
【００６０】
上述したように、Ｎｉ層１４上に容易に中間層２０を形成することができる。中間層２０を形成した（ステップＳ２０）後に、積層金属を熱処理する（ステップＳ３０）ことにより、非磁性Ｎｉ合金層１２を形成することができる。この状態で超電導層３０を形成する（ステップＳ４０）ので、超電導層３０を容易に形成することができる。このため、非磁性Ｎｉ合金層１２により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる超電導線材を実現できる。
【００６１】
（実施の形態３）
本実施の形態における超電導線材は、図５に示す実施の形態２における超電導線材と同様であるため、その説明を繰り返さない。
【００６２】
図７は、本実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図７を参照して、本実施の形態における超電導線材の製造方法を説明する。
【００６３】
図７に示すように、まず、第１の金属層１３と、第１の金属層１３上に形成されたＮｉ層１４とを有する積層金属を準備する（ステップＳ１０）。次に、積層金属のＮｉ層１４上に中間層２０を形成する（ステップＳ２０）。このステップＳ１０、Ｓ２０は、実施の形態１と同様であるので、その説明を繰り返さない。
【００６４】
図８は、本実施の形態における超電導層を形成した状態を概略的に示す断面図である。図７および図８に示すように、次に、中間層２０上に、超電導層３０を形成する（ステップＳ４０）。このステップＳ４０は、実施の形態２と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００６５】
次に、超電導層３０を形成するステップＳ４０後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成する（ステップＳ３０）。このステップＳ３０は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００６６】
以上のステップＳ１０〜Ｓ５０を実施することにより、図５に示す超電導線材を製造することができる。
【００６７】
なお、中間層２０を形成した後に、積層金属を熱処理してもよい。つまり、中間層２０を形成するステップＳ２０および超電導層３０を形成するステップＳ４０の後に、熱処理するステップＳ３０を実施してもよい。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態における超電導線材およびその製造方法は、中間層を形成するステップＳ２０後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層１２を形成している（ステップＳ４０）。
【００６９】
上述したように、Ｎｉ層１４上に容易に中間層２０を形成することができる。このため、この中間層２０上に容易に超電導層３０を形成することができる。この超電導層３０を形成した（ステップＳ４０）後に、積層金属を熱処理する（ステップＳ３０）ことにより、非磁性Ｎｉ合金層１２を形成することができる。このため、非磁性Ｎｉ合金層１２により、超電導線材の幅方向端部への磁界の集中を緩和することができる。したがって、ヒステリシス損失を低減できる超電導線材を実現できる。
【実施例】
【００７０】
本実施例では、中間層を形成する工程および超電導層を形成する工程の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することで、積層金属から非磁性Ｎｉ合金層を形成する工程とを備えることによる効果について調べた。
【００７１】
（本発明例１）
本発明例１の超電導線材を、実施の形態２にしたがって、製造した。具体的には、まず、第１の金属層１３として、１８μｍの厚みを有するＣｕ基板を準備した（ステップＳ１２）。第１の金属層１３上に、めっき法により、１μｍの厚みを有するＮｉ層１４を形成した（ステップＳ１３）。これにより、第１の金属層１３であるＣｕ基板と、Ｎｉ層１４とが積層された積層金属を形成した。
【００７２】
次に、Ｎｉ層１４上に、スパッタリング法により、中間層２０としてＣｅＯ2を形成した（ステップＳ２０）。
【００７３】
次に、１０Ｐａ以下の圧力で、７００℃の温度で、Ａｒを含む雰囲気で、積層基板を熱処理した（ステップＳ３０）。これにより、積層金属から非磁性Ｎｉ−Ｃｕ合金層を形成した。
【００７４】
次に、中間層２０上に、ＰＬＤ法により、超電導層３０としてＧｄＢＣＯを形成した（ステップＳ４０）。
【００７５】
以上のステップＳ１０〜Ｓ４０を実施することにより、本発明例１の非磁性Ｎｉ合金層において、中間層との界面から、この界面と反対側の表面に向けてＮｉの濃度が単調減少している超電導線材を製造した。
【００７６】
（本発明例２）
本発明例２の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例１の超電導線材の製造方法と同様であったが、実施の形態３における超電導線材の製造方法にしたがって製造した点において異なっていた。つまり、本発明例２の超電導線材の製造方法は、超電導層３０を形成するステップＳ４０の後に熱処理するステップＳ３０を実施した点において本発明例１と異なっていた。
【００７７】
（比較例１）
比較例１の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例１の超電導線材の製造方法と同様であったが、熱処理をするステップＳ３０を実施しなかった点において異なっていた。
【００７８】
（測定方法）
本発明例１、２および比較例１の超電導線材について、ヒステリシス損失および臨界電流値Ｉｃをそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。
【００７９】
具体的には、温度が７７Ｋで、自己磁場中において、本発明例１、２および比較例１の超電導線材の臨界電流値Ｉｃを測定した。臨界電流値Ｉｃは、１０-6Ｖ／ｃｍの電界が発生したときの通電電流値とした。
【００８０】
また、本発明例１、２および比較例１の超電導線材を、室温で、超電導線材のテープ面に平行な方向に磁場を印加したときのヒステリシス損失を、振動磁化型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定した。
【００８１】
【表１】
【００８２】
（測定結果）
本発明例１、２および比較例１では、Ｎｉ層上に中間層を形成したので、Ｎｉ層の酸化を抑制できた。このため、中間層を容易に形成することができた。
【００８３】
また、表１に示すように、中間層を形成した後に熱処理を行なった本発明例１、および超電導層を形成した後に熱処理を行なった本発明例２の超電導線材は、ＮｉとＣｕとを合金化して非磁性Ｎｉ−Ｃｕ合金層を形成できた。このため、本発明例１および２の超電導線材のヒステリシス損失は０Ｊ／ｍ3であった。一方、熱処理を行なわなかった比較例１の超電導線材のヒステリシス損失は５２Ｊ／ｍ3であった。このことから、中間層を形成するステップＳ２０および超電導層を形成するステップＳ４０の少なくともいずれか一方の後に、積層金属を熱処理することにより、ヒステリシス損失を低減できることが確認できた。
【００８４】
また、表１に示すように、本発明例１および２の超電導線材の臨界電流値Ｉｃは、比較例１の超電導線材の臨界電流値Ｉｃと同じ２５０Ａ／ｃｍであった。このことから、中間層を形成するステップＳ２０および超電導層を形成するステップＳ４０の少なくともいずれか一方の後に熱処理を行なっても、超電導層の超電導特性を悪化させないことが確認できた。
【００８５】
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実施の形態では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でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１における前駆体を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における前駆体の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１における積層基板を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における積層金属上に中間層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における超電導線材を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３における超電導層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 基板、１１ 第２の金属層、１２ 非磁性Ｎｉ合金層、１３ 第１の金属層、１４ Ｎｉ層、２０ 中間層、３０ 超電導層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属層と、前記第１の金属層上に形成されたニッケル層とを有する積層金属を準備する工程と、
前記積層金属の前記ニッケル層上に中間層を形成する工程と、
前記中間層を形成する工程後に、前記積層金属を熱処理することで、前記積層金属から非磁性ニッケル合金層を形成する工程とを備えた、前駆体の製造方法。
【請求項２】
前記積層金属を準備する工程では、前記第１の金属層下に、前記第１の金属層よりも強度の高い第２の金属層が形成された前記積層金属を準備する、請求項１に記載の前駆体の製造方法。
【請求項３】
前記積層金属を準備する工程では、前記ニッケル層は１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する、請求項１または２に記載の前駆体の製造方法。
【請求項４】
第１の金属層と、前記第１の金属層上に形成されたニッケル層とを有する積層金属を準備する工程と、
前記積層金属の前記ニッケル層上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上に超電導層を形成する工程と、
前記中間層を形成する工程および前記超電導層を形成する工程の少なくともいずれか一方の後に、前記積層金属を熱処理することで、前記積層金属から非磁性ニッケル合金層を形成する工程とを備えた、超電導線材の製造方法。
【請求項５】
前記積層金属を準備する工程では、前記第１の金属層下に、前記第１の金属層よりも強度の高い第２の金属層が形成された前記積層金属を準備する、請求項４に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項６】
前記積層金属を準備する工程では、前記ニッケル層は１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する、請求項４または５に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項７】
非磁性ニッケル合金層と、
前記非磁性ニッケル合金層上に形成された中間層とを備え、
前記非磁性ニッケル合金層において、前記中間層との界面から、前記界面と反対側の表面に向けてニッケルの濃度が単調減少している、前駆体。
【請求項８】
前記非磁性ニッケル合金層下に形成され、かつ前記非磁性ニッケル合金層よりも強度の高い第２の金属層をさらに備えた、請求項７に記載の前駆体。
【請求項９】
請求項７または８に記載の前駆体と、
中間層上に形成された超電導層とを備えた、超電導線材。
【請求項１】
第１の金属層と、前記第１の金属層上に形成されたニッケル層とを有する積層金属を準備する工程と、
前記積層金属の前記ニッケル層上に中間層を形成する工程と、
前記中間層を形成する工程後に、前記積層金属を熱処理することで、前記積層金属から非磁性ニッケル合金層を形成する工程とを備えた、前駆体の製造方法。
【請求項２】
前記積層金属を準備する工程では、前記第１の金属層下に、前記第１の金属層よりも強度の高い第２の金属層が形成された前記積層金属を準備する、請求項１に記載の前駆体の製造方法。
【請求項３】
前記積層金属を準備する工程では、前記ニッケル層は１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する、請求項１または２に記載の前駆体の製造方法。
【請求項４】
第１の金属層と、前記第１の金属層上に形成されたニッケル層とを有する積層金属を準備する工程と、
前記積層金属の前記ニッケル層上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上に超電導層を形成する工程と、
前記中間層を形成する工程および前記超電導層を形成する工程の少なくともいずれか一方の後に、前記積層金属を熱処理することで、前記積層金属から非磁性ニッケル合金層を形成する工程とを備えた、超電導線材の製造方法。
【請求項５】
前記積層金属を準備する工程では、前記第１の金属層下に、前記第１の金属層よりも強度の高い第２の金属層が形成された前記積層金属を準備する、請求項４に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項６】
前記積層金属を準備する工程では、前記ニッケル層は１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する、請求項４または５に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項７】
非磁性ニッケル合金層と、
前記非磁性ニッケル合金層上に形成された中間層とを備え、
前記非磁性ニッケル合金層において、前記中間層との界面から、前記界面と反対側の表面に向けてニッケルの濃度が単調減少している、前駆体。
【請求項８】
前記非磁性ニッケル合金層下に形成され、かつ前記非磁性ニッケル合金層よりも強度の高い第２の金属層をさらに備えた、請求項７に記載の前駆体。
【請求項９】
請求項７または８に記載の前駆体と、
中間層上に形成された超電導層とを備えた、超電導線材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１２９４３２（Ｐ２０１０−１２９４３２Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０４１５３（Ｐ２００８−３０４１５３）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（３９０００３１９３）東洋鋼鈑株式会社 (265)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（３９０００３１９３）東洋鋼鈑株式会社 (265)
【Ｆターム（参考）】
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