酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法
【課題】良好な超電導特性の酸化物超電導導体を提供可能な酸化物超電導導体用基材、及び該酸化物超電導導体用基材を工程時間を短縮して効率的に製造することができる酸化物超電導導体用基材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、良好な超電導特性の酸化物超電導導体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の酸化物超電導導体用基材１０は、金属基材１上に、第１拡散防止層１１と、第２拡散防止層１２と、第３拡散防止層１３と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層４とがこの順に設けられてなり、第２拡散防止層１２の表面粗さＲａが、金属基材１の表面粗さＲａよりも低く設定されてなることを特徴とする。
【解決手段】本発明の酸化物超電導導体用基材１０は、金属基材１上に、第１拡散防止層１１と、第２拡散防止層１２と、第３拡散防止層１３と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層４とがこの順に設けられてなり、第２拡散防止層１２の表面粗さＲａが、金属基材１の表面粗さＲａよりも低く設定されてなることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になって発見されたＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥは希土類元素）は、液体窒素温度以上で超電導性を示すことから実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体として用いることが強く要望されている。中でも、Ｙ系酸化物超電導体（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）やＧｄ系酸化物超電導体（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）を用いた超電導線材は、外部磁界に対して強く、強磁界内でも高い電流密度を維持することができるため、超電導コイル用導体としての利用、あるいは電力供給用ケーブルとしての利用の他、超電導線材への通電時に発生するおそれのある故障電流の遮断を目的とした超電導限流器用の導体としての研究開発も進められている。
【０００３】
この種のＲＥ−１２３系酸化物超電導線材の一構造例として、図８に示す如くテープ状の金属基材１０１上に、ＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition；イオンビームアシスト蒸着）法によって成膜された中間層１０２と、その上に成膜されたキャップ層１０３と、酸化物超電導層１０４とを積層形成した酸化物超電導線材Ａが知られている。
前記構造においてキャップ層１０３の結晶面内配向性が高い方が、更にその上に成膜される酸化物超電導層１０４も高い結晶配向性となり、この酸化物超電導層１０４の結晶面内配向性が高くなる程、臨界電流値等の超電導特性が優れた酸化物超電導線材Ａを得ることができる。
【０００４】
ＩＢＡＤ法は、スパッタリング法によりターゲットから叩き出した構成粒子を基材上に堆積させる際に、イオンガンから発生された希ガスイオンと酸素イオンとの混合イオンを同時に斜め方向（例えば４５度）から照射しながら堆積させるもので、この方法によれば、基材上に厚さ数〜数十ｎｍという薄膜の中間層１０２を良好な結晶配向性で形成することができる。
図８に示す構造の酸化物超電導線材Ａにおいて、中間層１０２及びキャップ層１０３は、酸化物超電導層１０４の結晶配向性を整え、成膜時の加熱処理に伴う元素の不要拡散を抑制するとともに、金属基材１０１と酸化物超電導層１０４の中間の膨張係数を有して熱ストレスを緩和するなどの複合的な効果を得るための層であって、これらの層を順序に積層することで始めて単結晶に近い結晶配向性であって、超電導特性の優れた酸化物超電導層１０４を得ることができる。
【０００５】
また、図９に示す酸化物超電導線材Ｂのように、金属基材１０１上に拡散防止層１１１、ベッド層１１２を順に積層し、その上に中間層１０２をＩＢＡＤ法により形成する検討も行われている。中間層１０２は、ベッド層１１２上に形成されることにより、その結晶配向状態をさらに良好なものとすることができる。また、拡散防止層１１１は、酸化物超電導導体の製造時の高温プロセスにおいて、金属基材１０１から酸化物超電導層１０４へ金属基材構成元素が拡散する問題を防ぐために設けられている。
【０００６】
上述のような単結晶に近い結晶配向性の中間層１０２とキャップ層１０３と酸化物超電導層１０４を成長させる必要があるため、成膜の土台となる金属基材１０１の表面は凹凸の少ない平滑な面とする必要がある。特に、ＩＢＡＤ法により成膜される中間層１０２の膜厚は数〜数十ｎｍと薄いため、基材１０２の表面を平滑化することは重要である。
酸化物超電導導体の基材表面の凹凸を小さくするための技術として、従来、電解研磨により基材の表面粗さＲａを９ｎｍ以下に研磨する方法（特許文献１参照）、超電導層に接する中間層の表面粗さを電解研磨法、酸を用いた化学研磨法、圧延ロールを用いた鏡面転写法などにより２０ｎｍ以下とする方法（特許文献２参照）、基板上に形成された中間薄膜層表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により表面粗さＲａ２０ｎｍ以下にすることで臨界電流密度の優れた超電導層を生成しようとする方法（特許文献３）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２８０７１０号公報
【特許文献２】特開２００９−１６２５７号公報
【特許文献３】特開２００６−２７９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、酸化物超電導線材の金属基材は、中間層や超電導層等の成膜前に、予め研磨され平坦化されたものが使用される。しかしながら、金属基材の元々の表面粗さが大きい場合、金属基材の研磨に長時間を要し、生産効率が低下してしまうという問題があった。
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、良好な超電導特性の酸化物超電導導体を提供可能な酸化物超電導導体用基材、及び該酸化物超電導導体用基材を工程時間を短縮して効率的に製造することができる酸化物超電導導体用基材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、良好な超電導特性の酸化物超電導導体及びその製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の酸化物超電導導体用基材は、金属基材上に、第１拡散防止層と、第２拡散防止層と、第３拡散防止層と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層とがこの順に設けられてなり、前記第２拡散防止層の表面粗さＲａが、前記金属基材の表面粗さＲａよりも低く設定されてなることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記第２拡散防止層はＡｌの酸化物よりなることが好ましい。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記金属基材の表面粗さＲａは１３．５ｎｍ以上とすることができる。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記金属基材の表面粗さＲａは１７ｎｍ以下とすることもできる。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記第２拡散防止層はＡｌ２Ｏ３よりなり、前記第１拡散防止層と前記第３拡散防止層はアモルファスＡｌ２Ｏ３よりなることもできる。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記第３拡散防止層と前記中間層との間にベッド層が介在されてなることもできる。
また、本発明は、上記酸化物超電導導体用基材の上に、キャップ層と酸化物超電導層とを備えてなることを特徴とする酸化物超電導導体を提供する。
【００１０】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、金属基材上に、第１拡散防止層と、第２拡散防止層と、第３拡散防止層と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層とがこの順に設けられてなる酸化物超電導導体用基材の製造方法であって、前記金属基材上に前記第１拡散防止層を形成する第１拡散防止層形成工程と、前記第１拡散防止層上に第２拡散防止層を形成する第２拡散防止層形成工程と、前記第２拡散防止層上に前記第３拡散防止層を形成する工程と、イオンビームアシスト蒸着法により中間層を成膜する工程と、を備え、前記第２拡散防止層形成工程が、前記第１拡散防止層の表面にＡｌよりなる金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層を溶融させる金属層形成工程と、前記金属層を酸化させて前記第２拡散防止層を形成する金属層酸化工程と、前記第２拡散防止層の表面を研磨して表面粗さＲａを前記金属基材の表面粗さＲａよりも低くする研磨工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法において、前記金属基材の表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上とすることもできる。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法において、前記金属基材の表面粗さＲａが１７ｎｍ以下とすることもできる。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法において、前記第２拡散防止層はＡｌ２Ｏ３よりなり、前記第１拡散防止層と前記第３拡散防止層はアモルファスＡｌ２Ｏ３よりなることも好ましい。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法において、前記第３拡散防止層と前記中間層との間にベッド層を介在させることもできる。
本発明の酸化物超電導導体の製造方法は、上記酸化物超電導導体用基材の製造方法により得られる酸化物超電導導体用基材の上に、キャップ層と酸化物超電導層とを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の酸化物超電導基材の製造方法による製造される酸化物超電導導体用基材は、表面粗さＲａが金属基材よりも小さい第２拡散防止層上にＩＢＡＤ法による中間層が形成されているため、中間層の結晶配向性が良好であり、その上に形成されるキャップ層及び酸化物超電導層の結晶配向性を良好なものとすることができる。さらに、本発明の酸化物超電導導体の製造方法によれば、前記したように良好な結晶配向性の中間層を備える酸化物超電導導体用基材上にキャップ層及び酸化物超電導層が形成されるので、超電導特性が良好な酸化物超電導導体となる。
また、本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法によれば、金属層酸化工程により形成される第２拡散防止層の表面粗さＲａは、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなる。そのため、所定の表面粗さＲａとなるまでの研磨工程の時間は、通常の金属基材を同じ表面粗さＲａとなるまで研磨する場合と比較して短縮することができる。したがって、金属基材よりも低い表面粗さＲａの第２拡散防止層上に形成される第３拡散防止層を介して形成される中間層の結晶配向性は良好となり、良好な超電導特性の酸化物超電導導体を提供可能な酸化物超電導導体用基材を、工程時間を短縮して効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る酸化物超電導導体の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】イオンビームアシスト蒸着法により成膜する装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】図３に示す成膜装置に適用されるイオンガンの構造の一例を示す概略構成図である。
【図６】Ａｌ層の厚さと酸化熱処理に要する時間の関係をプロットしたグラフである。
【図７】熱処理時間と、金属基材の構成元素であるＣｒがＡｌ２Ｏ３層中を拡散する距離との関係をプロットしたグラフである。
【図８】従来の酸化物超電導線材の一例を示す概略構成図である。
【図９】従来の酸化物超電導線材の他例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
（酸化物超電導導体用基材）
図１は、本発明に係る酸化物超電導導体用基材の実施形態の一例を示す概略構成図である。
図１に示す酸化物超電導導体用基材１０は、金属基材１上に、第１拡散防止層１１と、第２拡散防止層１２と、第３拡散防止層１３と、ベッド層３と、中間層４とがこの順に積層されて構成されている。本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０において、第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、金属基材１の表面粗さＲａよりも低く設定されている。なお、本発明の明細書および特許請求の範囲において、「表面粗さＲａ」はＪＩＳ Ｂ０６０１の算術平均粗さＲａであり、「最大高さＲｙ」はＪＩＳ Ｂ０６０１の最大高さＲｙである。
【００１５】
金属基材１は、通常の超電導線材の基材として使用することができ、高強度であれば良く、長尺のケーブルとするためにテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。例えば、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金等の各種金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配したもの、等が挙げられる。各種耐熱性の金属の中でも、ニッケル合金が好ましい。なかでも、市販品であれば、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）が好適であり、ハステロイとして、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。金属基材１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００１６】
金属基材１の表面粗さＲａは１７ｎｍ以下であることが好ましい。金属基材１の表面粗さＲａが大きくなると、金属基材１の最大高さＲｙも大きくなる。後述する第２拡散防止層１２形成工程において、金属層の厚さは金属基材１の凹凸を埋めるために金属基材１の最大高さＲｙよりも大きくする必要があるが、金属基材１の表面粗さＲａおよび最大粗さＲｙが大きくなると金属層の厚さが厚くなり、金属層酸化工程での加熱時間が増加し、金属基材１の構成元素が拡散しやすくなるため、第１拡散防止層１１を厚膜化する必要が生じる。第１拡散防止層１１の厚さが３００ｎｍを超えると表面剥離頻度が増す傾向があるが、金属基材１の表面粗さＲａを１７ｎｍ以下とすることにより、金属基材１の最大粗さＲｙを１００ｎｍ以下にすることができ、金属層の厚さが厚くなりすぎることがなく、第１拡散防止層１１の厚さを３００ｎｍ以下に抑えることができる。そのため、金属基材１表面の最大高さＲｙは１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
また、金属基材１の表面粗さＲａを、１０ｎｍ以上とすることにより、後述する製造方法において形成される第２拡散防止層１２の研磨工程前の表面粗さＲａを金属基材１よりも小さくすることができるため好ましい。さらに、金属基材１の表面粗さＲａを１３．５ｎｍ以上とすることにより、後述する製造方法において、金属基材の表面を研磨して平坦化する通常の製造方法と比較して、研磨工程を含む金属基材上に拡散防止層を形成する工程全体の時間を短縮し、酸化物超電導層１７の結晶配向性を向上可能な酸化物超電導導体用基材を効率的に製造することができるため好ましい。以上の理由により、金属基材１の表面粗さＲａは１３．５ｎｍ以上１７ｎｍ以下が、特に好ましい。
【００１７】
第１拡散防止層１１は、後述する製造方法において、その上に第２拡散防止層１２を形成する際に、金属層を溶融させる熱処理工程の加熱により、金属基材１の構成元素が金属層へと拡散し、該構成元素と金属層の金属元素とが金属間化合物を形成することを防止する目的で設けられている。第１拡散防止層１１を設けずに、金属基材１上に直接金属層を形成して溶融させると、金属層に金属間化合物が形成されるため、その後の酸化処理により形成される第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、金属基材１よりも遥かに大きくなってしまう。
第１拡散防止層１１は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成され、中でも、アモルファスのＡｌ２Ｏ３より構成されていることが好ましい。第１拡散防止層１１の厚さは、２００〜３００ｎｍとすることが好ましく、２５５〜３００ｎｍとすることがより好ましい。
第１拡散防止層１１の厚さが２００ｎｍ未満となると、第２拡散防止層１２を形成する際の加熱により、金属基材１の構成元素が金属層へと拡散することを十分に防止できなくなる虞がある。一方、第１拡散防止層１１の厚さが３００ｎｍを超えると、拡散防止層１１の内部応力が増大し、これにより、他の層を含めて全体が金属基材１から剥離しやすくなる虞がある。また、第１拡散防止層１１は、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
【００１８】
第２拡散防止層１２は、その表面粗さＲａが金属基材１の表面粗さＲａよりも低く設定されている。第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、６ｎｍ以下とすることが好ましく、２ｎｍ以下とすることがより好ましい。第２拡散防止層１２の表面粗さＲａを６ｎｍ以下とすることにより、後述する中間層４の結晶配向性が良好となり、その上に形成される後述のキャップ層１６及び酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとすることができる酸化物超電導導体用基材１０とすることができる。
第２拡散防止層１２は、融点が８００℃以下の金属の酸化物より構成され、具体的には、Ａｌ２Ｏ３より構成されていることが好ましい。第２拡散防止層１２の厚さは、後述する第２拡散防止層１２形成工程において成膜する金属層、金属基材１の表面粗さ、および第２拡散防止層１２形成工程の研磨工程において研磨する厚さ等により決定される。なお、第２拡散防止層１２の形成方法については、後述の製造方法の実施形態にて詳述する。
【００１９】
第３拡散防止層１３は、金属基材１の構成元素が第１拡散防止層１１及び第２拡散防止層１２を超えて後述する酸化物超電導層１７側へと拡散することを防止する目的で形成されたものである。金属層の溶融および酸化により形成された第２拡散防止層１２はアモルファスではないため、通常、アモルファスである第１拡散防止層１１に比べて、元素の拡散スピードが速い。本実施形態のように、第３拡散防止層１３を設けることにより、金属基材１の構成元素が後述する酸化物超電導層１７側へと拡散することをより効果的に防ぐことができる。
第３拡散防止層１３は、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成され、中でも、アモルファスのＡｌ２Ｏ３より構成されていることが好ましい。第３拡散防止層１３の厚さは、１０〜１００ｎｍとすることが好ましい。
第３拡散防止層１３の厚さが１０ｎｍ未満となると、金属基材１の構成元素が第２拡散防止層１２を超えて酸化物超電導層１７側へと拡散する虞がある。一方、第３拡散防止層１３の厚さが１００ｎｍを超えると、第３拡散防止層１３の形成工程に長時間を要する虞がある。なお、拡散防止層１３は、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
【００２０】
ベッド層３は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層３は、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）などの希土類酸化物であり、組成式（α１Ｏ２）２ｘ（β２Ｏ３）（１−ｘ）で示されるものが例示できる。より具体的には、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等を例示することができる。このベッド層３は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜１００ｎｍである。なお、ベッド層３は省略することもできる。
【００２１】
中間層４は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層される後述のキャップ層１６の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から選択される。中間層４の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示することができる。
中間層４の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、５〜３００ｎｍの範囲とすることができる。
【００２２】
中間層４は、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する。）で積層する。ＩＢＡＤ法で形成された中間層４は、結晶配向性が高く、その上に成膜する後述するキャップ層１６や酸化物超電導層１７の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、先にも説明した如く蒸着時に、下地の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層４は、ＩＢＡＤ法における結晶配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
中間層４をＩＢＡＤ法により良好な結晶配向性（例えば結晶配向度１５゜以下）で成膜するならば、その上に形成するキャップ層１６の結晶配向性を良好な値（例えば結晶配向度５゜前後）とすることができ、これによりキャップ層１６の上に成膜する酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとして優れた超電導特性を発揮できる酸化物超電導層１７を得るようにすることができる。
【００２３】
（酸化物超電導導体）
図２は、本発明に係る酸化物超電導導体の実施形態の一例を示す概略構成図である。
図２に示す酸化物超電導導体２０は、図１に示す酸化物超電導導体用基材１０の中間層４の上に、キャップ層１６と、酸化物超電導層１７と、安定化層１８とがこの順に積層されて構成されている。図２に示す酸化物超電導導体２０において、図１に示す酸化物超電導導体用基材１０と同じ構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２４】
キャップ層１６は、酸化物超電導導体用基材１０の中間層４の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層は、中間層４よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層１６の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層１６の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
【００２５】
キャップ層１６であるＣｅＯ２層は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが望ましい。ＰＬＤ法によるＣｅＯ２層の成膜条件としては、基材温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
ＣｅＯ２層の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲、より好ましくは１００〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００２６】
酸化物超電導層１７は公知のもので良く、具体的には、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のものを例示できる。この酸化物超電導層１７として、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）などを例示することができる。
酸化物超電導層１７は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着）法、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法）又はＣＶＤ法を用いることが好ましい。
酸化物超電導層１７の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００２７】
ここで前述のように、良好な配向性を有するキャップ層１６上に酸化物超電導層１７を形成すると、このキャップ層１６上に積層される酸化物超電導層１７もキャップ層１６の配向性に整合するように結晶化する。よって前記キャップ層１６上に形成された酸化物超電導層１７は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層１７を構成する結晶粒の１つ１つにおいては、金属基材１の厚さ方向に電気を流しにくいｃ軸が配向し、金属基材１の長さ方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どうしが配向している。従って得られた酸化物超電導層１７は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、金属基材１の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流密度が得られる。
【００２８】
安定化層１８は、酸化物超電導層１７の一部領域が常電導状態に遷移しようとした場合に、酸化物超電導層１７からの電流のバイパス路として機能する。
安定化層１８は、導電性が良好な金属からなるものが好ましく、具体的には、銀又は銀合金、銅などからなるものが例示できる。安定化層１８は１層構造でも良いし、２層以上の積層構造であってもよい。
安定化層１８は、公知の方法で積層できるが、銀層をメッキやスパッタ法で形成し、その上に銅テープなどを貼り合わせるなどの方法を採用できる。安定化層１８の厚さは、３〜３００μｍの範囲とすることができる。
【００２９】
（酸化物超電導導体用基材の製造方法）
図３は、本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０の製造方法は、図３に示すように、金属基材準備工程Ｓ１０と、第１拡散防止層形成工程Ｓ２０と、第２拡散防止層形成工程Ｓ３０と、第３拡散防止層形成工程Ｓ４０と、ベッド層形成工程Ｓ５０と、中間層形成工程Ｓ６０と、を有する。
【００３０】
金属基材準備工程Ｓ１０においては、前述した材質及び厚さの金属基材１を準備する。金属基材１は、その表面粗さＲａが１７ｎｍ以下のものを使用することが好ましい。金属基材１の表面粗さＲａが大きくなると、金属基材１の最大高さＲｙも大きくなる。後述する第２拡散防止層１２形成工程において、金属層の厚さは金属基材１の凹凸を埋めるために金属基材１の最大高さＲｙよりも大きくする必要があるが、金属基材１の表面粗さＲａおよび最大粗さＲｙが大きくなると金属層の厚さが厚くなり、金属層酸化工程での加熱時間が増加し、金属基材１の構成元素が拡散しやすくなるため、第１拡散防止層１１を厚膜化する必要が生じる。第１拡散防止層１１の厚さが３００ｎｍを超えると表面剥離頻度が増す傾向があるが、金属基材１の表面粗さＲａを１７ｎｍ以下とすることにより、金属基材１の最大粗さＲｙを１００ｎｍ以下にすることができ、金属層の厚さが厚くなりすぎることがなく、第１拡散防止層１１の厚さを３００ｎｍ以下に抑えることができる。そのため、金属基材１表面の最大高さＲｙは１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
また、金属基材１の表面粗さＲａが１０ｎｍ以上１７ｎｍ以下のものを使用することにより、第２拡散防止層形成工程Ｓ３０の金属層酸化工程Ｓ３３で形成される第２拡散防止層１２の研磨工程Ｓ３４前の表面粗さＲａを金属基材１よりも小さくすることができるため好ましい。さらに、金属基材１の表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上１７ｎｍ以下のものを使用することにより、金属基材の表面を研磨して平坦化する通常の製造方法と比較して、研磨工程を含む金属基材上に拡散防止層を形成する工程全体の時間（基材準備工程Ｓ１０から第３拡散防止層形成工程Ｓ４０までの総時間）を短縮し、酸化物超電導層１７の結晶配向性を向上可能な酸化物超電導導体用基材を効率的に製造することができるため好ましい。なお、表面粗さＲａが１３〜２５ｎｍ程度の金属基材１は、市販品として入手可能である。
【００３１】
第１拡散防止層形成工程Ｓ２０においては、通常のスパッタ法等の成膜法により第１拡散防止層１１を金属基材１上に形成する。第１拡散防止層１１は、第２拡散防止層形成工程Ｓ３０の金属層溶融工程Ｓ３３における加熱により、金属基材１の構成元素が金属層へと拡散し、該構成元素と金属層の金属元素とが金属間化合物を形成することを防止する目的で形成される。本工程において、第１拡散防止層１１は、前述した材質より形成すればよく、第１拡散防止層１１の厚さは、２００〜３００ｎｍとすることが好ましく、２５５〜３００ｎｍとすることがより好ましい。
第１拡散防止層１１の厚さが２００ｎｍ未満となると、第２拡散防止層形成工程Ｓ３０における加熱により、金属基材１の構成元素が金属層へと拡散することを十分に防止できなくなる虞がある。一方、第１拡散防止層１１の厚さが３００ｎｍを超えると、拡散防止層１１の内部応力が増大し、これにより、他の層を含めて全体が金属基材１から剥離しやすくなる虞がある。
【００３２】
第２拡散防止層形成工程Ｓ３０は、金属層形成工程Ｓ３１と、金属層溶融工程Ｓ３２と、金属層酸化工程Ｓ３３と、研磨工程Ｓ３４とを有する。
金属層形成工程Ｓ３１においては、金属基材１上に形成された第１拡散防止層１１上に、通常のスパッタ法等の成膜法により、融点が８００℃以下の金属を成膜して金属層を形成する。ここで、融点が８００℃以下の金属を採用するのは、次の金属層溶融工程Ｓ３２で金属層を溶融させる際に、融点が高い金属を用いることにより溶融温度が高くなり、金属基材１の構成元素の拡散速度が上昇することを防ぐためである。金属基材１の構成元素の拡散を防ぐためには、第１拡散防止層１１を厚膜化することも有効であるが、第１拡散防止層１１が厚すぎると第１拡散防止層１１の形成に長時間を要し、生産性が低下する虞がある。融点が８００℃以下の金属としては、具体的には、Ａｌ等が挙げられ、中でも純Ａｌ（純度９９．０％以上）が好ましい。
【００３３】
金属層形成工程Ｓ３３において形成する金属層の厚さは、金属基材１表面の凹凸を埋めるために、金属基材１表面の最大高さＲｙよりも大きくなるように設定する。
図６に金属層がＡｌ層の場合、Ａｌ層の厚さと、酸化工程の８００℃での熱処理に要する時間との関係をプロットしたグラフを示す。図７に、８００での熱処理時間と、金属基材１の構成元素の一例であるＣｒが、Ａｌ２Ｏ３よりなる拡散防止層中を拡散する距離との関係をプロットしたグラフを示す。図７に示すように、熱処理時間が長くなるほど、金属基材１の構成元素であるＣｒの拡散距離が長くなる。前述のように、第１拡散防止層１１の厚さを３００ｎｍ以下として、第１拡散防止層の剥離頻度の増加を抑えるためには、後述する金属層酸化工程Ｓ３３において、金属基材１の構成元素の拡散距離が３００ｎｍ未満となる条件で熱処理を行う必要がある。図７より３５時間未満の熱処理を行うことにより、金属基材１の構成元素の拡散距離を３００ｎｍ未満に抑えることができることがわかる。また、図６より、後述する金属層酸化工程Ｓ３３において、３５時間未満の熱処理で金属層であるＡｌ層を酸化するためには、金属層であるＡｌ層の厚さを１１５ｎｍ以下にする必要がある。このため、金属層の厚さは１１５ｎｍ以下とすることが好ましく、１０５ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００３４】
金属層溶融工程Ｓ３２においては、金属基材１上に第１拡散防止層１１を介して形成した金属層を、金属層を構成する金属の融点以上の温度で、無酸素雰囲気中にて溶融させる。金属層溶融工程Ｓ３２における熱処理条件は、金属層が溶融することができれば特に限定されないが、例えば、金属層がＡｌよりなる場合、８００℃程度の温度で３〜１５分間の熱処理を行えばよい。製造する酸化物超電導導体用基材１０が長尺である場合は、長尺の金属基材１上に第１拡散防止層１１と金属層とが形成された長尺の積層体テープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過して、所定の時間熱処理されるようにすればよい。
【００３５】
金属層酸化工程Ｓ３３においては、金属層溶融工程Ｓ３２で溶融された後の金属層を、金属層を構成する金属の融点以下の温度で、酸素雰囲気中で熱処理することにより酸化させて金属酸化物層である第２拡散防止層１２を形成する。金属層酸化工程Ｓ３３における熱処理条件は、金属層を構成する金属全体が酸化されて金属酸化物となり、金属酸化物層である第２拡散防止層１２となれば特に限定されない。図６に金属層がＡｌ層の場合、Ａｌ層の厚さと、酸化工程の熱処理に要する時間との関係をプロットしたグラフを示す。図６に示すように、金属層であるＡｌ層の厚さが厚くなるほど、酸化工程の熱処理に要する時間も長くなる。金属層の熱処理条件の一例として、金属層が厚さ１００ｎｍのＡｌよりなる場合、６００℃程度の温度で２５時間程度の熱処理を行えば、Ａｌ層全体が酸化されてＡｌ２Ｏ３層とすることができる。製造する酸化物超電導導体用基材１０が長尺である場合は、長尺の金属基材１上に第１拡散防止層１１と一度溶融された金属層とが形成された長尺の積層体テープを、該積層体テープ全体が酸素雰囲気に暴露されるように熱処理炉内に収容して、所定の時間熱処理すればよい。このようなバッチ式の熱処理炉にて熱処理を行うことにより、工程時間を短縮することができるため好ましい。
【００３６】
研磨工程Ｓ３４においては、金属層酸化工程Ｓ３３において酸化された金属酸化物層である第２拡散防止層１２を研磨加工により研磨して、第２拡散防止層１２を金属基材１の表面粗さよりも低く設定する。本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０の製造方法によれば、金属層酸化工程Ｓ３３により形成される第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、金属基材１の表面粗さＲａよりも小さくなる。そのため、所定の表面粗さＲａとなるまでの研磨工程Ｓ３４の時間は、通常の金属基材１を同じ表面粗さＲａとなるまで研磨する場合と比較して短縮することができる。
研磨工程Ｓ３４において、第２拡散防止層１２の表面粗さＲａを、６ｎｍ以下とすることが好ましく、２ｎｍ以下とすることがより好ましい。第２拡散防止層１２の表面粗さＲａを６ｎｍ以下とすることにより、中間層４の結晶配向性が良好となり、その上に形成されるキャップ層１６及び酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとすることができる酸化物超電導導体用基材１０とすることができる。
【００３７】
研磨工程Ｓ３４において、第２拡散防止層１２の表面を研磨加工により研磨する際、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子の粒径として平均粒径３μｍの研磨粒子を用いて研磨することにより第２拡散防止層１２の表面粗さＲａを６ｎｍ以下とすることができる。
以上の金属層形成工程Ｓ３１、金属層溶融工程Ｓ３２、金属層酸化工程Ｓ３３、研磨工程Ｓ３４により、表面粗さＲａが金属基材１よりも低く設定された第２酸化防止層１２を形成することができる。
【００３８】
第３拡散防止層形成工程Ｓ４０においては、通常のスパッタ法等の成膜法により第３拡散防止層１３を第２拡散防止層１２上に形成する。第３拡散防止層１３は、金属基材１の構成元素が第１拡散防止層１１及び第２拡散防止層１２を超えて酸化物超電導層１７側へと拡散することを防止する目的で形成されたものである。金属層の溶融および酸化により形成された第２拡散防止層１２はアモルファスではないため、通常、アモルファスである第１拡散防止層１１に比べて、元素の拡散スピードが速い。本実施形態のように、第３拡散防止層１３を設けることにより、金属基材１の構成元素が酸化物超電導層１７側へと拡散することをより効果的に防ぐことができる。
本工程において、第３拡散防止層１３は、前述した材質より形成すればよく、第３拡散防止層１３の厚さは、１０〜１００ｎｍとすることが好ましい。第３拡散防止層１３の厚さが１０ｎｍ未満となると、金属基材１の構成元素が第２拡散防止層１２を超えて酸化物超電導層１７側へと拡散する虞がある。一方、第３拡散防止層１３の厚さが１００ｎｍを超えると、第３拡散防止層１３の形成工程に長時間を要する虞がある。
【００３９】
ベッド層形成工程Ｓ５０においては、例えばスパッタリング法等の成膜法によりベッド層３を形成する。その際、ベッド層３の厚さは例えば１０〜１００ｎｍとする。なお、ベッド層形成工程Ｓ５０は省略することもできる
【００４０】
中間層形成工程Ｓ６０においては、ＩＢＡＤ法により前述した材質よりなる中間層４を形成する。
図４は、イオンビームアシスト蒸着法により成膜する装置の一例を示す概略構成図であり、図５は、図４に示す成膜装置に適用されるイオンガンの構造の一例を示す概略構成図である。
【００４１】
図４に示す如く、中間層４を製造するイオンビームアシストスパッタ装置３０は、テープ状の基材などが配置される成膜領域３１に面するようにターゲット３２が配置され、このターゲット３２に対して斜め方向に対向するようにスパッタイオンソース源３３が配置されるとともに、成膜領域３１の法線に対し所定の角度で（例えば４５゜など）斜め方向から対向するようにアシストイオンソース源３５を配置し構成される。
この例のイオンビームアシストスパッタ装置３０は、真空チャンバに収容される形態で設けられる成膜装置であり、テープ状の基材３７が対向配置された第１のロール３８と第２のロール３９とに複数回往復巻回されて成膜領域３１を往復走行される構造などを例示することができる。
この実施形態において適用されるイオンソース源３３、３５であるイオンガンは、図５に示す如く、容器２４の内部に、引出電極２１とフィラメント２２とＡｒガス等の導入管２３とを備えて構成され、容器２４の先端からイオンをビーム状に平行に照射できる装置である。
【００４２】
実施形態で用いる真空チャンバは、外部と成膜空間とを仕切る容器であり、気密性を有するとともに、内部が高真空状態とされるため耐圧性を有するものとされる。この真空チャンバには、真空チャンバ内にキャリアガス及び反応ガスを導入するガス供給手段と、真空チャンバ内のガスを排気する排気手段が接続されているが、図４ではこれら供給手段と排気手段を略し、各装置の配置関係のみを示している。
ここで用いるターゲット３２とは、前述した材料の中間層４を形成する場合に見合った組成のターゲットとすることができる。
図４に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置３０を用いることでＩＢＡＤ法を実現し、目的の中間層４を成膜することができる。
以上の工程により、本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０を製造することができる。
【００４３】
（酸化物超電導導体の製造方法）
次に、本発明に係る酸化物超電導導体の製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態の酸化物超電導導体２０は、上記した本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法により製造された酸化物超電導導体用基材１０の中間層４上に、キャップ層１６と、酸化物超電導層１７と、安定化層１８とを、この順に積層して製造される。
【００４４】
まず、酸化物超電導導体用基材１０の中間層上にキャップ層１６を形成する。キャップ層１６は前述した材質よりなり、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが望ましい。ＰＬＤ法によりキャップ層１６としてＣｅＯ２層を成膜する場合の成膜条件としては、基材温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。キャップ層１６の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲、より好ましくは１００〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００４５】
次に、酸化物超電導導体用基材１０上に形成されたキャップ層１６上に、酸化物超電導層１７を形成する。酸化物超電導層１７は前述した材質よりなる。酸化物超電導層１７は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着）法、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法）又はＣＶＤ法を用いることが好ましい。
酸化物超電導層１７の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００４６】
次いで、導電性が良好な金属からなる安定化層１８を形成する。安定化層１８は１層構造でも良いし、２層以上の積層構造であってもよい。
安定化層１８は、公知の方法で積層できるが、銀層をメッキやスパッタ法で形成し、その上に銅テープなどを貼り合わせるなどの方法を採用できる。安定化層１８の厚さは、３〜３００μｍの範囲とすることができる。
以上の工程により、本実施形態の酸化物超電導導体２０を製造することができる。
【００４７】
本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０の製造方法によれば、金属層酸化工程Ｓ３３により形成される第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、金属基材１の表面粗さＲａよりも小さくなる。そのため、所定の表面粗さＲａとなるまでの研磨工程Ｓ３４の時間は、通常の金属基材１を同じ表面粗さＲａとなるまで研磨する場合と比較して短縮することができる。本発明者の検討の結果、後述の実施例に示す如く、本実施形態の製造方法により金属基材１上に拡散防止層１１、１２、１３を形成するまでの工程時間は、金属基材を所定の表面粗さＲａとなるまで研磨して拡散防止層を形成する通常の方法と比較して短縮することができる。したがって、金属基材よりも低い表面粗さＲａの第２拡散防止層上に形成される第３拡散防止層を介して形成される中間層の結晶配向性は良好となり、良好な超電導特性の酸化物超電導導体を提供可能な酸化物超電導導体用基材を、工程時間を短縮して効率的に製造することができる。
また、本発明の酸化物超電導基材の製造方法による製造される酸化物超電導導体用基材１０は、表面粗さＲａが金属基材１よりも小さい第２拡散防止層１２上にＩＢＡＤ法による中間層４が形成されているため、中間層４の結晶配向性が良好であり、その上に形成されるキャップ層１６及び酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとすることができる。さらに、本発明の酸化物超電導導体の製造方法によれば、前記したように良好な結晶配向性の中間層４を備える酸化物超電導導体用基材１０上にキャップ層１６及び酸化物超電導層１７が形成されるので、超電導特性が良好な酸化物超電導導体となる。
【００４８】
以上、本発明の酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法の一実施形態について説明したが、上記実施形態において、酸化物超電導導体用基材及び酸化物超電導導体を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５０】
「実施例１」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ１７ｎｍ、最大高さＲｙ（ＪＩＳ Ｂ０６０１）９８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２８０ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１００ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００５１】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて２５時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．３ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００５２】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。
次に、図４に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置を用いてＩＢＡＤ法を実施し、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。この際、アシストイオンビームの入射角度は、テープ状基材成膜面の法線に対し、４５゜とした。ＩＢＡＤ法の実施にあたりテープ状の基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、ＭｇＯの配向層を形成した。以上の方法により、酸化物超電導導体用基材を製造した。
【００５３】
続いてパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した。パルスレーザー蒸着法の実施にあたり成膜装置内部でテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜するようにした。
次に、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。このスパッタ法においてもテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜できるようにしている。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７０Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００５４】
「実施例２」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ１０ｎｍ、最大高さＲｙ７０ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２００ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ７０ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００５５】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて１２時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．２ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００５６】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。
次に、実施例１と同様の手法にて、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。
【００５７】
続いてパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した。パルスレーザー蒸着法の実施にあたり成膜装置内部でテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜するようにした。
次に、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。このスパッタ法においてもテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜できるようにしている。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７０Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００５８】
「実施例３」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ１５０ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ４０ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００５９】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて４時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．２ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも大きくなってしまっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００６０】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。
次に、実施例１と同様の手法にて、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。
【００６１】
続いてパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した。パルスレーザー蒸着法の実施にあたり成膜装置内部でテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜するようにした。
次に、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。このスパッタ法においてもテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜できるようにしている。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７５Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００６２】
「実施例４」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ１８ｎｍ、最大高さＲｙ１０３ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ３２５ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１０８ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００６３】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて２７時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは１１．４ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００６４】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、実施例１と同様にして、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した後、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。
【００６５】
次に、実施例１と同様にして、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成し、更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した後、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７０Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００６６】
「実施例５」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ２５ｎｍ、最大高さＲｙ１２０ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ３５７ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１２５ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００６７】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて３８時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは１２．１ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００６８】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、実施例１と同様にして、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した後、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。
【００６９】
次に、実施例１と同様にして、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成し、更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した後、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７０Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００７０】
実施例１〜５における研磨前の第２拡散防止層（Ａｌ２Ｏ３層）の表面粗さＲａの変化を表１に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１の結果より、表面粗さＲａが１０ｎｍ以上の金属基材を用いて、本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法を実施した場合（実施例１及び２）では、研磨前の第２拡散防止層の表面粗さＲａが金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっており、研磨工程時間を短縮する効果があることが確認された。また、第１拡散防止層の厚さが３００ｎｍを超えている実施例４および５では、拡散防止層の表面剥離の頻度が高くなっていた。
【００７３】
「実施例６」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１３ｎｍ、最大高さＲｙ７８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２５０ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ８３ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００７４】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて１７時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．３ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成した。
【００７５】
「比較例１」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１３ｎｍ、最大高さＲｙ７８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、このテープ状金属基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、研磨速度５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高低差Ｒｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
次に、研磨後の金属基材上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの拡散防止層を形成した。
【００７６】
「実施例７」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１３．５ｎｍ、最大高さＲｙ７８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２５５ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ８５ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００７７】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて１８時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．３ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成した。
【００７８】
「比較例２」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１３．５ｎｍ、最大高さＲｙ７８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、このテープ状金属基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、研磨速度２０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高低差Ｒｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は５００時間であった。
次に、研磨後の金属基材上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの拡散防止層を形成した。
【００７９】
「実施例８」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１７ｎｍ、最大高さＲｙ９８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２８０ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１００ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００８０】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて２５時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．３ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成した。
【００８１】
「比較例３」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１７ｎｍ、最大高さＲｙ９８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、このテープ状金属基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、研磨速度２０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高低差Ｒｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は５００時間であった。
次に、研磨後の金属基材上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの拡散防止層を形成した。
【００８２】
「実施例９」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１８ｎｍ、最大高さＲｙ１０３ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ３２５ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１０８ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００８３】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて２７時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは１１．４ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成した。
【００８４】
「比較例４」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１８ｎｍ、最大高さＲｙ１０３ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、このテープ状金属基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、研磨速度２０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高低差Ｒｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は５００時間であった。
次に、研磨後の金属基材上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの拡散防止層を形成した。
【００８５】
実施例６〜９および比較例１〜４について、研磨工程を含む拡散防止層形成工程までの合計時間を表２に示す。また、実施例６〜９および比較例１〜４について、使用する金属基材の表面粗さ毎に、各実施例および各比較例において拡散防止層形成までに要する時間差（各比較例の合計時間から各実施例の合計時間を引いた時間）を表２に併記した。
【００８６】
【表２】
【００８７】
表２の結果より、本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法は、従来のように金属基材を研磨する方法と比較して、研磨工程を含む金属基材上に拡散防止層を形成するまでの工程時間を短縮する効果があり、特に、表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上の金属基材を使用する場合に、工程時間を短縮できることが確認された。
【符号の説明】
【００８８】
１…金属基材、３…ベッド層、４…中間層、１０…酸化物超電導導体用基材、１１…第１拡散防止層、１２…第２拡散防止層、１３…第３拡散防止層、１６…キャップ層、１７…酸化物超電導層、１８…安定化層、２０…酸化物超電導導体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になって発見されたＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥは希土類元素）は、液体窒素温度以上で超電導性を示すことから実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体として用いることが強く要望されている。中でも、Ｙ系酸化物超電導体（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）やＧｄ系酸化物超電導体（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）を用いた超電導線材は、外部磁界に対して強く、強磁界内でも高い電流密度を維持することができるため、超電導コイル用導体としての利用、あるいは電力供給用ケーブルとしての利用の他、超電導線材への通電時に発生するおそれのある故障電流の遮断を目的とした超電導限流器用の導体としての研究開発も進められている。
【０００３】
この種のＲＥ−１２３系酸化物超電導線材の一構造例として、図８に示す如くテープ状の金属基材１０１上に、ＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition；イオンビームアシスト蒸着）法によって成膜された中間層１０２と、その上に成膜されたキャップ層１０３と、酸化物超電導層１０４とを積層形成した酸化物超電導線材Ａが知られている。
前記構造においてキャップ層１０３の結晶面内配向性が高い方が、更にその上に成膜される酸化物超電導層１０４も高い結晶配向性となり、この酸化物超電導層１０４の結晶面内配向性が高くなる程、臨界電流値等の超電導特性が優れた酸化物超電導線材Ａを得ることができる。
【０００４】
ＩＢＡＤ法は、スパッタリング法によりターゲットから叩き出した構成粒子を基材上に堆積させる際に、イオンガンから発生された希ガスイオンと酸素イオンとの混合イオンを同時に斜め方向（例えば４５度）から照射しながら堆積させるもので、この方法によれば、基材上に厚さ数〜数十ｎｍという薄膜の中間層１０２を良好な結晶配向性で形成することができる。
図８に示す構造の酸化物超電導線材Ａにおいて、中間層１０２及びキャップ層１０３は、酸化物超電導層１０４の結晶配向性を整え、成膜時の加熱処理に伴う元素の不要拡散を抑制するとともに、金属基材１０１と酸化物超電導層１０４の中間の膨張係数を有して熱ストレスを緩和するなどの複合的な効果を得るための層であって、これらの層を順序に積層することで始めて単結晶に近い結晶配向性であって、超電導特性の優れた酸化物超電導層１０４を得ることができる。
【０００５】
また、図９に示す酸化物超電導線材Ｂのように、金属基材１０１上に拡散防止層１１１、ベッド層１１２を順に積層し、その上に中間層１０２をＩＢＡＤ法により形成する検討も行われている。中間層１０２は、ベッド層１１２上に形成されることにより、その結晶配向状態をさらに良好なものとすることができる。また、拡散防止層１１１は、酸化物超電導導体の製造時の高温プロセスにおいて、金属基材１０１から酸化物超電導層１０４へ金属基材構成元素が拡散する問題を防ぐために設けられている。
【０００６】
上述のような単結晶に近い結晶配向性の中間層１０２とキャップ層１０３と酸化物超電導層１０４を成長させる必要があるため、成膜の土台となる金属基材１０１の表面は凹凸の少ない平滑な面とする必要がある。特に、ＩＢＡＤ法により成膜される中間層１０２の膜厚は数〜数十ｎｍと薄いため、基材１０２の表面を平滑化することは重要である。
酸化物超電導導体の基材表面の凹凸を小さくするための技術として、従来、電解研磨により基材の表面粗さＲａを９ｎｍ以下に研磨する方法（特許文献１参照）、超電導層に接する中間層の表面粗さを電解研磨法、酸を用いた化学研磨法、圧延ロールを用いた鏡面転写法などにより２０ｎｍ以下とする方法（特許文献２参照）、基板上に形成された中間薄膜層表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により表面粗さＲａ２０ｎｍ以下にすることで臨界電流密度の優れた超電導層を生成しようとする方法（特許文献３）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２８０７１０号公報
【特許文献２】特開２００９−１６２５７号公報
【特許文献３】特開２００６−２７９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、酸化物超電導線材の金属基材は、中間層や超電導層等の成膜前に、予め研磨され平坦化されたものが使用される。しかしながら、金属基材の元々の表面粗さが大きい場合、金属基材の研磨に長時間を要し、生産効率が低下してしまうという問題があった。
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、良好な超電導特性の酸化物超電導導体を提供可能な酸化物超電導導体用基材、及び該酸化物超電導導体用基材を工程時間を短縮して効率的に製造することができる酸化物超電導導体用基材の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、良好な超電導特性の酸化物超電導導体及びその製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の酸化物超電導導体用基材は、金属基材上に、第１拡散防止層と、第２拡散防止層と、第３拡散防止層と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層とがこの順に設けられてなり、前記第２拡散防止層の表面粗さＲａが、前記金属基材の表面粗さＲａよりも低く設定されてなることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記第２拡散防止層はＡｌの酸化物よりなることが好ましい。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記金属基材の表面粗さＲａは１３．５ｎｍ以上とすることができる。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記金属基材の表面粗さＲａは１７ｎｍ以下とすることもできる。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記第２拡散防止層はＡｌ２Ｏ３よりなり、前記第１拡散防止層と前記第３拡散防止層はアモルファスＡｌ２Ｏ３よりなることもできる。
本発明の酸化物超電導導体用基材において、前記第３拡散防止層と前記中間層との間にベッド層が介在されてなることもできる。
また、本発明は、上記酸化物超電導導体用基材の上に、キャップ層と酸化物超電導層とを備えてなることを特徴とする酸化物超電導導体を提供する。
【００１０】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法は、金属基材上に、第１拡散防止層と、第２拡散防止層と、第３拡散防止層と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層とがこの順に設けられてなる酸化物超電導導体用基材の製造方法であって、前記金属基材上に前記第１拡散防止層を形成する第１拡散防止層形成工程と、前記第１拡散防止層上に第２拡散防止層を形成する第２拡散防止層形成工程と、前記第２拡散防止層上に前記第３拡散防止層を形成する工程と、イオンビームアシスト蒸着法により中間層を成膜する工程と、を備え、前記第２拡散防止層形成工程が、前記第１拡散防止層の表面にＡｌよりなる金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層を溶融させる金属層形成工程と、前記金属層を酸化させて前記第２拡散防止層を形成する金属層酸化工程と、前記第２拡散防止層の表面を研磨して表面粗さＲａを前記金属基材の表面粗さＲａよりも低くする研磨工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法において、前記金属基材の表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上とすることもできる。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法において、前記金属基材の表面粗さＲａが１７ｎｍ以下とすることもできる。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法において、前記第２拡散防止層はＡｌ２Ｏ３よりなり、前記第１拡散防止層と前記第３拡散防止層はアモルファスＡｌ２Ｏ３よりなることも好ましい。
本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法において、前記第３拡散防止層と前記中間層との間にベッド層を介在させることもできる。
本発明の酸化物超電導導体の製造方法は、上記酸化物超電導導体用基材の製造方法により得られる酸化物超電導導体用基材の上に、キャップ層と酸化物超電導層とを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の酸化物超電導基材の製造方法による製造される酸化物超電導導体用基材は、表面粗さＲａが金属基材よりも小さい第２拡散防止層上にＩＢＡＤ法による中間層が形成されているため、中間層の結晶配向性が良好であり、その上に形成されるキャップ層及び酸化物超電導層の結晶配向性を良好なものとすることができる。さらに、本発明の酸化物超電導導体の製造方法によれば、前記したように良好な結晶配向性の中間層を備える酸化物超電導導体用基材上にキャップ層及び酸化物超電導層が形成されるので、超電導特性が良好な酸化物超電導導体となる。
また、本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法によれば、金属層酸化工程により形成される第２拡散防止層の表面粗さＲａは、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなる。そのため、所定の表面粗さＲａとなるまでの研磨工程の時間は、通常の金属基材を同じ表面粗さＲａとなるまで研磨する場合と比較して短縮することができる。したがって、金属基材よりも低い表面粗さＲａの第２拡散防止層上に形成される第３拡散防止層を介して形成される中間層の結晶配向性は良好となり、良好な超電導特性の酸化物超電導導体を提供可能な酸化物超電導導体用基材を、工程時間を短縮して効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る酸化物超電導導体の一例を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】イオンビームアシスト蒸着法により成膜する装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】図３に示す成膜装置に適用されるイオンガンの構造の一例を示す概略構成図である。
【図６】Ａｌ層の厚さと酸化熱処理に要する時間の関係をプロットしたグラフである。
【図７】熱処理時間と、金属基材の構成元素であるＣｒがＡｌ２Ｏ３層中を拡散する距離との関係をプロットしたグラフである。
【図８】従来の酸化物超電導線材の一例を示す概略構成図である。
【図９】従来の酸化物超電導線材の他例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
（酸化物超電導導体用基材）
図１は、本発明に係る酸化物超電導導体用基材の実施形態の一例を示す概略構成図である。
図１に示す酸化物超電導導体用基材１０は、金属基材１上に、第１拡散防止層１１と、第２拡散防止層１２と、第３拡散防止層１３と、ベッド層３と、中間層４とがこの順に積層されて構成されている。本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０において、第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、金属基材１の表面粗さＲａよりも低く設定されている。なお、本発明の明細書および特許請求の範囲において、「表面粗さＲａ」はＪＩＳ Ｂ０６０１の算術平均粗さＲａであり、「最大高さＲｙ」はＪＩＳ Ｂ０６０１の最大高さＲｙである。
【００１５】
金属基材１は、通常の超電導線材の基材として使用することができ、高強度であれば良く、長尺のケーブルとするためにテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。例えば、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金等の各種金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配したもの、等が挙げられる。各種耐熱性の金属の中でも、ニッケル合金が好ましい。なかでも、市販品であれば、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）が好適であり、ハステロイとして、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。金属基材１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００１６】
金属基材１の表面粗さＲａは１７ｎｍ以下であることが好ましい。金属基材１の表面粗さＲａが大きくなると、金属基材１の最大高さＲｙも大きくなる。後述する第２拡散防止層１２形成工程において、金属層の厚さは金属基材１の凹凸を埋めるために金属基材１の最大高さＲｙよりも大きくする必要があるが、金属基材１の表面粗さＲａおよび最大粗さＲｙが大きくなると金属層の厚さが厚くなり、金属層酸化工程での加熱時間が増加し、金属基材１の構成元素が拡散しやすくなるため、第１拡散防止層１１を厚膜化する必要が生じる。第１拡散防止層１１の厚さが３００ｎｍを超えると表面剥離頻度が増す傾向があるが、金属基材１の表面粗さＲａを１７ｎｍ以下とすることにより、金属基材１の最大粗さＲｙを１００ｎｍ以下にすることができ、金属層の厚さが厚くなりすぎることがなく、第１拡散防止層１１の厚さを３００ｎｍ以下に抑えることができる。そのため、金属基材１表面の最大高さＲｙは１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
また、金属基材１の表面粗さＲａを、１０ｎｍ以上とすることにより、後述する製造方法において形成される第２拡散防止層１２の研磨工程前の表面粗さＲａを金属基材１よりも小さくすることができるため好ましい。さらに、金属基材１の表面粗さＲａを１３．５ｎｍ以上とすることにより、後述する製造方法において、金属基材の表面を研磨して平坦化する通常の製造方法と比較して、研磨工程を含む金属基材上に拡散防止層を形成する工程全体の時間を短縮し、酸化物超電導層１７の結晶配向性を向上可能な酸化物超電導導体用基材を効率的に製造することができるため好ましい。以上の理由により、金属基材１の表面粗さＲａは１３．５ｎｍ以上１７ｎｍ以下が、特に好ましい。
【００１７】
第１拡散防止層１１は、後述する製造方法において、その上に第２拡散防止層１２を形成する際に、金属層を溶融させる熱処理工程の加熱により、金属基材１の構成元素が金属層へと拡散し、該構成元素と金属層の金属元素とが金属間化合物を形成することを防止する目的で設けられている。第１拡散防止層１１を設けずに、金属基材１上に直接金属層を形成して溶融させると、金属層に金属間化合物が形成されるため、その後の酸化処理により形成される第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、金属基材１よりも遥かに大きくなってしまう。
第１拡散防止層１１は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成され、中でも、アモルファスのＡｌ２Ｏ３より構成されていることが好ましい。第１拡散防止層１１の厚さは、２００〜３００ｎｍとすることが好ましく、２５５〜３００ｎｍとすることがより好ましい。
第１拡散防止層１１の厚さが２００ｎｍ未満となると、第２拡散防止層１２を形成する際の加熱により、金属基材１の構成元素が金属層へと拡散することを十分に防止できなくなる虞がある。一方、第１拡散防止層１１の厚さが３００ｎｍを超えると、拡散防止層１１の内部応力が増大し、これにより、他の層を含めて全体が金属基材１から剥離しやすくなる虞がある。また、第１拡散防止層１１は、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
【００１８】
第２拡散防止層１２は、その表面粗さＲａが金属基材１の表面粗さＲａよりも低く設定されている。第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、６ｎｍ以下とすることが好ましく、２ｎｍ以下とすることがより好ましい。第２拡散防止層１２の表面粗さＲａを６ｎｍ以下とすることにより、後述する中間層４の結晶配向性が良好となり、その上に形成される後述のキャップ層１６及び酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとすることができる酸化物超電導導体用基材１０とすることができる。
第２拡散防止層１２は、融点が８００℃以下の金属の酸化物より構成され、具体的には、Ａｌ２Ｏ３より構成されていることが好ましい。第２拡散防止層１２の厚さは、後述する第２拡散防止層１２形成工程において成膜する金属層、金属基材１の表面粗さ、および第２拡散防止層１２形成工程の研磨工程において研磨する厚さ等により決定される。なお、第２拡散防止層１２の形成方法については、後述の製造方法の実施形態にて詳述する。
【００１９】
第３拡散防止層１３は、金属基材１の構成元素が第１拡散防止層１１及び第２拡散防止層１２を超えて後述する酸化物超電導層１７側へと拡散することを防止する目的で形成されたものである。金属層の溶融および酸化により形成された第２拡散防止層１２はアモルファスではないため、通常、アモルファスである第１拡散防止層１１に比べて、元素の拡散スピードが速い。本実施形態のように、第３拡散防止層１３を設けることにより、金属基材１の構成元素が後述する酸化物超電導層１７側へと拡散することをより効果的に防ぐことができる。
第３拡散防止層１３は、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成され、中でも、アモルファスのＡｌ２Ｏ３より構成されていることが好ましい。第３拡散防止層１３の厚さは、１０〜１００ｎｍとすることが好ましい。
第３拡散防止層１３の厚さが１０ｎｍ未満となると、金属基材１の構成元素が第２拡散防止層１２を超えて酸化物超電導層１７側へと拡散する虞がある。一方、第３拡散防止層１３の厚さが１００ｎｍを超えると、第３拡散防止層１３の形成工程に長時間を要する虞がある。なお、拡散防止層１３は、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
【００２０】
ベッド層３は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層３は、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）などの希土類酸化物であり、組成式（α１Ｏ２）２ｘ（β２Ｏ３）（１−ｘ）で示されるものが例示できる。より具体的には、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等を例示することができる。このベッド層３は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜１００ｎｍである。なお、ベッド層３は省略することもできる。
【００２１】
中間層４は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層される後述のキャップ層１６の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から選択される。中間層４の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示することができる。
中間層４の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、５〜３００ｎｍの範囲とすることができる。
【００２２】
中間層４は、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する。）で積層する。ＩＢＡＤ法で形成された中間層４は、結晶配向性が高く、その上に成膜する後述するキャップ層１６や酸化物超電導層１７の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、先にも説明した如く蒸着時に、下地の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層４は、ＩＢＡＤ法における結晶配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
中間層４をＩＢＡＤ法により良好な結晶配向性（例えば結晶配向度１５゜以下）で成膜するならば、その上に形成するキャップ層１６の結晶配向性を良好な値（例えば結晶配向度５゜前後）とすることができ、これによりキャップ層１６の上に成膜する酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとして優れた超電導特性を発揮できる酸化物超電導層１７を得るようにすることができる。
【００２３】
（酸化物超電導導体）
図２は、本発明に係る酸化物超電導導体の実施形態の一例を示す概略構成図である。
図２に示す酸化物超電導導体２０は、図１に示す酸化物超電導導体用基材１０の中間層４の上に、キャップ層１６と、酸化物超電導層１７と、安定化層１８とがこの順に積層されて構成されている。図２に示す酸化物超電導導体２０において、図１に示す酸化物超電導導体用基材１０と同じ構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２４】
キャップ層１６は、酸化物超電導導体用基材１０の中間層４の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層は、中間層４よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層１６の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層１６の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
【００２５】
キャップ層１６であるＣｅＯ２層は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが望ましい。ＰＬＤ法によるＣｅＯ２層の成膜条件としては、基材温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
ＣｅＯ２層の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲、より好ましくは１００〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００２６】
酸化物超電導層１７は公知のもので良く、具体的には、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のものを例示できる。この酸化物超電導層１７として、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）などを例示することができる。
酸化物超電導層１７は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着）法、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法）又はＣＶＤ法を用いることが好ましい。
酸化物超電導層１７の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００２７】
ここで前述のように、良好な配向性を有するキャップ層１６上に酸化物超電導層１７を形成すると、このキャップ層１６上に積層される酸化物超電導層１７もキャップ層１６の配向性に整合するように結晶化する。よって前記キャップ層１６上に形成された酸化物超電導層１７は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層１７を構成する結晶粒の１つ１つにおいては、金属基材１の厚さ方向に電気を流しにくいｃ軸が配向し、金属基材１の長さ方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どうしが配向している。従って得られた酸化物超電導層１７は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、金属基材１の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流密度が得られる。
【００２８】
安定化層１８は、酸化物超電導層１７の一部領域が常電導状態に遷移しようとした場合に、酸化物超電導層１７からの電流のバイパス路として機能する。
安定化層１８は、導電性が良好な金属からなるものが好ましく、具体的には、銀又は銀合金、銅などからなるものが例示できる。安定化層１８は１層構造でも良いし、２層以上の積層構造であってもよい。
安定化層１８は、公知の方法で積層できるが、銀層をメッキやスパッタ法で形成し、その上に銅テープなどを貼り合わせるなどの方法を採用できる。安定化層１８の厚さは、３〜３００μｍの範囲とすることができる。
【００２９】
（酸化物超電導導体用基材の製造方法）
図３は、本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０の製造方法は、図３に示すように、金属基材準備工程Ｓ１０と、第１拡散防止層形成工程Ｓ２０と、第２拡散防止層形成工程Ｓ３０と、第３拡散防止層形成工程Ｓ４０と、ベッド層形成工程Ｓ５０と、中間層形成工程Ｓ６０と、を有する。
【００３０】
金属基材準備工程Ｓ１０においては、前述した材質及び厚さの金属基材１を準備する。金属基材１は、その表面粗さＲａが１７ｎｍ以下のものを使用することが好ましい。金属基材１の表面粗さＲａが大きくなると、金属基材１の最大高さＲｙも大きくなる。後述する第２拡散防止層１２形成工程において、金属層の厚さは金属基材１の凹凸を埋めるために金属基材１の最大高さＲｙよりも大きくする必要があるが、金属基材１の表面粗さＲａおよび最大粗さＲｙが大きくなると金属層の厚さが厚くなり、金属層酸化工程での加熱時間が増加し、金属基材１の構成元素が拡散しやすくなるため、第１拡散防止層１１を厚膜化する必要が生じる。第１拡散防止層１１の厚さが３００ｎｍを超えると表面剥離頻度が増す傾向があるが、金属基材１の表面粗さＲａを１７ｎｍ以下とすることにより、金属基材１の最大粗さＲｙを１００ｎｍ以下にすることができ、金属層の厚さが厚くなりすぎることがなく、第１拡散防止層１１の厚さを３００ｎｍ以下に抑えることができる。そのため、金属基材１表面の最大高さＲｙは１００ｎｍ以下とすることが好ましい。
また、金属基材１の表面粗さＲａが１０ｎｍ以上１７ｎｍ以下のものを使用することにより、第２拡散防止層形成工程Ｓ３０の金属層酸化工程Ｓ３３で形成される第２拡散防止層１２の研磨工程Ｓ３４前の表面粗さＲａを金属基材１よりも小さくすることができるため好ましい。さらに、金属基材１の表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上１７ｎｍ以下のものを使用することにより、金属基材の表面を研磨して平坦化する通常の製造方法と比較して、研磨工程を含む金属基材上に拡散防止層を形成する工程全体の時間（基材準備工程Ｓ１０から第３拡散防止層形成工程Ｓ４０までの総時間）を短縮し、酸化物超電導層１７の結晶配向性を向上可能な酸化物超電導導体用基材を効率的に製造することができるため好ましい。なお、表面粗さＲａが１３〜２５ｎｍ程度の金属基材１は、市販品として入手可能である。
【００３１】
第１拡散防止層形成工程Ｓ２０においては、通常のスパッタ法等の成膜法により第１拡散防止層１１を金属基材１上に形成する。第１拡散防止層１１は、第２拡散防止層形成工程Ｓ３０の金属層溶融工程Ｓ３３における加熱により、金属基材１の構成元素が金属層へと拡散し、該構成元素と金属層の金属元素とが金属間化合物を形成することを防止する目的で形成される。本工程において、第１拡散防止層１１は、前述した材質より形成すればよく、第１拡散防止層１１の厚さは、２００〜３００ｎｍとすることが好ましく、２５５〜３００ｎｍとすることがより好ましい。
第１拡散防止層１１の厚さが２００ｎｍ未満となると、第２拡散防止層形成工程Ｓ３０における加熱により、金属基材１の構成元素が金属層へと拡散することを十分に防止できなくなる虞がある。一方、第１拡散防止層１１の厚さが３００ｎｍを超えると、拡散防止層１１の内部応力が増大し、これにより、他の層を含めて全体が金属基材１から剥離しやすくなる虞がある。
【００３２】
第２拡散防止層形成工程Ｓ３０は、金属層形成工程Ｓ３１と、金属層溶融工程Ｓ３２と、金属層酸化工程Ｓ３３と、研磨工程Ｓ３４とを有する。
金属層形成工程Ｓ３１においては、金属基材１上に形成された第１拡散防止層１１上に、通常のスパッタ法等の成膜法により、融点が８００℃以下の金属を成膜して金属層を形成する。ここで、融点が８００℃以下の金属を採用するのは、次の金属層溶融工程Ｓ３２で金属層を溶融させる際に、融点が高い金属を用いることにより溶融温度が高くなり、金属基材１の構成元素の拡散速度が上昇することを防ぐためである。金属基材１の構成元素の拡散を防ぐためには、第１拡散防止層１１を厚膜化することも有効であるが、第１拡散防止層１１が厚すぎると第１拡散防止層１１の形成に長時間を要し、生産性が低下する虞がある。融点が８００℃以下の金属としては、具体的には、Ａｌ等が挙げられ、中でも純Ａｌ（純度９９．０％以上）が好ましい。
【００３３】
金属層形成工程Ｓ３３において形成する金属層の厚さは、金属基材１表面の凹凸を埋めるために、金属基材１表面の最大高さＲｙよりも大きくなるように設定する。
図６に金属層がＡｌ層の場合、Ａｌ層の厚さと、酸化工程の８００℃での熱処理に要する時間との関係をプロットしたグラフを示す。図７に、８００での熱処理時間と、金属基材１の構成元素の一例であるＣｒが、Ａｌ２Ｏ３よりなる拡散防止層中を拡散する距離との関係をプロットしたグラフを示す。図７に示すように、熱処理時間が長くなるほど、金属基材１の構成元素であるＣｒの拡散距離が長くなる。前述のように、第１拡散防止層１１の厚さを３００ｎｍ以下として、第１拡散防止層の剥離頻度の増加を抑えるためには、後述する金属層酸化工程Ｓ３３において、金属基材１の構成元素の拡散距離が３００ｎｍ未満となる条件で熱処理を行う必要がある。図７より３５時間未満の熱処理を行うことにより、金属基材１の構成元素の拡散距離を３００ｎｍ未満に抑えることができることがわかる。また、図６より、後述する金属層酸化工程Ｓ３３において、３５時間未満の熱処理で金属層であるＡｌ層を酸化するためには、金属層であるＡｌ層の厚さを１１５ｎｍ以下にする必要がある。このため、金属層の厚さは１１５ｎｍ以下とすることが好ましく、１０５ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００３４】
金属層溶融工程Ｓ３２においては、金属基材１上に第１拡散防止層１１を介して形成した金属層を、金属層を構成する金属の融点以上の温度で、無酸素雰囲気中にて溶融させる。金属層溶融工程Ｓ３２における熱処理条件は、金属層が溶融することができれば特に限定されないが、例えば、金属層がＡｌよりなる場合、８００℃程度の温度で３〜１５分間の熱処理を行えばよい。製造する酸化物超電導導体用基材１０が長尺である場合は、長尺の金属基材１上に第１拡散防止層１１と金属層とが形成された長尺の積層体テープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過して、所定の時間熱処理されるようにすればよい。
【００３５】
金属層酸化工程Ｓ３３においては、金属層溶融工程Ｓ３２で溶融された後の金属層を、金属層を構成する金属の融点以下の温度で、酸素雰囲気中で熱処理することにより酸化させて金属酸化物層である第２拡散防止層１２を形成する。金属層酸化工程Ｓ３３における熱処理条件は、金属層を構成する金属全体が酸化されて金属酸化物となり、金属酸化物層である第２拡散防止層１２となれば特に限定されない。図６に金属層がＡｌ層の場合、Ａｌ層の厚さと、酸化工程の熱処理に要する時間との関係をプロットしたグラフを示す。図６に示すように、金属層であるＡｌ層の厚さが厚くなるほど、酸化工程の熱処理に要する時間も長くなる。金属層の熱処理条件の一例として、金属層が厚さ１００ｎｍのＡｌよりなる場合、６００℃程度の温度で２５時間程度の熱処理を行えば、Ａｌ層全体が酸化されてＡｌ２Ｏ３層とすることができる。製造する酸化物超電導導体用基材１０が長尺である場合は、長尺の金属基材１上に第１拡散防止層１１と一度溶融された金属層とが形成された長尺の積層体テープを、該積層体テープ全体が酸素雰囲気に暴露されるように熱処理炉内に収容して、所定の時間熱処理すればよい。このようなバッチ式の熱処理炉にて熱処理を行うことにより、工程時間を短縮することができるため好ましい。
【００３６】
研磨工程Ｓ３４においては、金属層酸化工程Ｓ３３において酸化された金属酸化物層である第２拡散防止層１２を研磨加工により研磨して、第２拡散防止層１２を金属基材１の表面粗さよりも低く設定する。本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０の製造方法によれば、金属層酸化工程Ｓ３３により形成される第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、金属基材１の表面粗さＲａよりも小さくなる。そのため、所定の表面粗さＲａとなるまでの研磨工程Ｓ３４の時間は、通常の金属基材１を同じ表面粗さＲａとなるまで研磨する場合と比較して短縮することができる。
研磨工程Ｓ３４において、第２拡散防止層１２の表面粗さＲａを、６ｎｍ以下とすることが好ましく、２ｎｍ以下とすることがより好ましい。第２拡散防止層１２の表面粗さＲａを６ｎｍ以下とすることにより、中間層４の結晶配向性が良好となり、その上に形成されるキャップ層１６及び酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとすることができる酸化物超電導導体用基材１０とすることができる。
【００３７】
研磨工程Ｓ３４において、第２拡散防止層１２の表面を研磨加工により研磨する際、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子の粒径として平均粒径３μｍの研磨粒子を用いて研磨することにより第２拡散防止層１２の表面粗さＲａを６ｎｍ以下とすることができる。
以上の金属層形成工程Ｓ３１、金属層溶融工程Ｓ３２、金属層酸化工程Ｓ３３、研磨工程Ｓ３４により、表面粗さＲａが金属基材１よりも低く設定された第２酸化防止層１２を形成することができる。
【００３８】
第３拡散防止層形成工程Ｓ４０においては、通常のスパッタ法等の成膜法により第３拡散防止層１３を第２拡散防止層１２上に形成する。第３拡散防止層１３は、金属基材１の構成元素が第１拡散防止層１１及び第２拡散防止層１２を超えて酸化物超電導層１７側へと拡散することを防止する目的で形成されたものである。金属層の溶融および酸化により形成された第２拡散防止層１２はアモルファスではないため、通常、アモルファスである第１拡散防止層１１に比べて、元素の拡散スピードが速い。本実施形態のように、第３拡散防止層１３を設けることにより、金属基材１の構成元素が酸化物超電導層１７側へと拡散することをより効果的に防ぐことができる。
本工程において、第３拡散防止層１３は、前述した材質より形成すればよく、第３拡散防止層１３の厚さは、１０〜１００ｎｍとすることが好ましい。第３拡散防止層１３の厚さが１０ｎｍ未満となると、金属基材１の構成元素が第２拡散防止層１２を超えて酸化物超電導層１７側へと拡散する虞がある。一方、第３拡散防止層１３の厚さが１００ｎｍを超えると、第３拡散防止層１３の形成工程に長時間を要する虞がある。
【００３９】
ベッド層形成工程Ｓ５０においては、例えばスパッタリング法等の成膜法によりベッド層３を形成する。その際、ベッド層３の厚さは例えば１０〜１００ｎｍとする。なお、ベッド層形成工程Ｓ５０は省略することもできる
【００４０】
中間層形成工程Ｓ６０においては、ＩＢＡＤ法により前述した材質よりなる中間層４を形成する。
図４は、イオンビームアシスト蒸着法により成膜する装置の一例を示す概略構成図であり、図５は、図４に示す成膜装置に適用されるイオンガンの構造の一例を示す概略構成図である。
【００４１】
図４に示す如く、中間層４を製造するイオンビームアシストスパッタ装置３０は、テープ状の基材などが配置される成膜領域３１に面するようにターゲット３２が配置され、このターゲット３２に対して斜め方向に対向するようにスパッタイオンソース源３３が配置されるとともに、成膜領域３１の法線に対し所定の角度で（例えば４５゜など）斜め方向から対向するようにアシストイオンソース源３５を配置し構成される。
この例のイオンビームアシストスパッタ装置３０は、真空チャンバに収容される形態で設けられる成膜装置であり、テープ状の基材３７が対向配置された第１のロール３８と第２のロール３９とに複数回往復巻回されて成膜領域３１を往復走行される構造などを例示することができる。
この実施形態において適用されるイオンソース源３３、３５であるイオンガンは、図５に示す如く、容器２４の内部に、引出電極２１とフィラメント２２とＡｒガス等の導入管２３とを備えて構成され、容器２４の先端からイオンをビーム状に平行に照射できる装置である。
【００４２】
実施形態で用いる真空チャンバは、外部と成膜空間とを仕切る容器であり、気密性を有するとともに、内部が高真空状態とされるため耐圧性を有するものとされる。この真空チャンバには、真空チャンバ内にキャリアガス及び反応ガスを導入するガス供給手段と、真空チャンバ内のガスを排気する排気手段が接続されているが、図４ではこれら供給手段と排気手段を略し、各装置の配置関係のみを示している。
ここで用いるターゲット３２とは、前述した材料の中間層４を形成する場合に見合った組成のターゲットとすることができる。
図４に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置３０を用いることでＩＢＡＤ法を実現し、目的の中間層４を成膜することができる。
以上の工程により、本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０を製造することができる。
【００４３】
（酸化物超電導導体の製造方法）
次に、本発明に係る酸化物超電導導体の製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態の酸化物超電導導体２０は、上記した本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法により製造された酸化物超電導導体用基材１０の中間層４上に、キャップ層１６と、酸化物超電導層１７と、安定化層１８とを、この順に積層して製造される。
【００４４】
まず、酸化物超電導導体用基材１０の中間層上にキャップ層１６を形成する。キャップ層１６は前述した材質よりなり、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが望ましい。ＰＬＤ法によりキャップ層１６としてＣｅＯ２層を成膜する場合の成膜条件としては、基材温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。キャップ層１６の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲、より好ましくは１００〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００４５】
次に、酸化物超電導導体用基材１０上に形成されたキャップ層１６上に、酸化物超電導層１７を形成する。酸化物超電導層１７は前述した材質よりなる。酸化物超電導層１７は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着）法、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法）又はＣＶＤ法を用いることが好ましい。
酸化物超電導層１７の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００４６】
次いで、導電性が良好な金属からなる安定化層１８を形成する。安定化層１８は１層構造でも良いし、２層以上の積層構造であってもよい。
安定化層１８は、公知の方法で積層できるが、銀層をメッキやスパッタ法で形成し、その上に銅テープなどを貼り合わせるなどの方法を採用できる。安定化層１８の厚さは、３〜３００μｍの範囲とすることができる。
以上の工程により、本実施形態の酸化物超電導導体２０を製造することができる。
【００４７】
本実施形態の酸化物超電導導体用基材１０の製造方法によれば、金属層酸化工程Ｓ３３により形成される第２拡散防止層１２の表面粗さＲａは、金属基材１の表面粗さＲａよりも小さくなる。そのため、所定の表面粗さＲａとなるまでの研磨工程Ｓ３４の時間は、通常の金属基材１を同じ表面粗さＲａとなるまで研磨する場合と比較して短縮することができる。本発明者の検討の結果、後述の実施例に示す如く、本実施形態の製造方法により金属基材１上に拡散防止層１１、１２、１３を形成するまでの工程時間は、金属基材を所定の表面粗さＲａとなるまで研磨して拡散防止層を形成する通常の方法と比較して短縮することができる。したがって、金属基材よりも低い表面粗さＲａの第２拡散防止層上に形成される第３拡散防止層を介して形成される中間層の結晶配向性は良好となり、良好な超電導特性の酸化物超電導導体を提供可能な酸化物超電導導体用基材を、工程時間を短縮して効率的に製造することができる。
また、本発明の酸化物超電導基材の製造方法による製造される酸化物超電導導体用基材１０は、表面粗さＲａが金属基材１よりも小さい第２拡散防止層１２上にＩＢＡＤ法による中間層４が形成されているため、中間層４の結晶配向性が良好であり、その上に形成されるキャップ層１６及び酸化物超電導層１７の結晶配向性を良好なものとすることができる。さらに、本発明の酸化物超電導導体の製造方法によれば、前記したように良好な結晶配向性の中間層４を備える酸化物超電導導体用基材１０上にキャップ層１６及び酸化物超電導層１７が形成されるので、超電導特性が良好な酸化物超電導導体となる。
【００４８】
以上、本発明の酸化物超電導導体用基材及びその製造方法と酸化物超電導導体及びその製造方法の一実施形態について説明したが、上記実施形態において、酸化物超電導導体用基材及び酸化物超電導導体を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５０】
「実施例１」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ１７ｎｍ、最大高さＲｙ（ＪＩＳ Ｂ０６０１）９８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２８０ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１００ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００５１】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて２５時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．３ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００５２】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。
次に、図４に示す構造のイオンビームアシストスパッタ装置を用いてＩＢＡＤ法を実施し、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。この際、アシストイオンビームの入射角度は、テープ状基材成膜面の法線に対し、４５゜とした。ＩＢＡＤ法の実施にあたりテープ状の基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、ＭｇＯの配向層を形成した。以上の方法により、酸化物超電導導体用基材を製造した。
【００５３】
続いてパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した。パルスレーザー蒸着法の実施にあたり成膜装置内部でテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜するようにした。
次に、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。このスパッタ法においてもテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜できるようにしている。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７０Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００５４】
「実施例２」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ１０ｎｍ、最大高さＲｙ７０ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２００ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ７０ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００５５】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて１２時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．２ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００５６】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。
次に、実施例１と同様の手法にて、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。
【００５７】
続いてパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した。パルスレーザー蒸着法の実施にあたり成膜装置内部でテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜するようにした。
次に、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。このスパッタ法においてもテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜できるようにしている。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７０Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００５８】
「実施例３」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ１５０ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ４０ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００５９】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて４時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．２ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも大きくなってしまっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００６０】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した。
次に、実施例１と同様の手法にて、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。
【００６１】
続いてパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成した。更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した。パルスレーザー蒸着法の実施にあたり成膜装置内部でテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜するようにした。
次に、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。このスパッタ法においてもテープ状の基材をリールからリールへ供給する間に成膜できるようにしている。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７５Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００６２】
「実施例４」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ１８ｎｍ、最大高さＲｙ１０３ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ３２５ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１０８ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００６３】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて２７時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは１１．４ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００６４】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、実施例１と同様にして、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した後、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。
【００６５】
次に、実施例１と同様にして、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成し、更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した後、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７０Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００６６】
「実施例５」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１５０ｍ、表面粗さＲａ２５ｎｍ、最大高さＲｙ１２０ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ３５７ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１２５ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００６７】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて３８時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは１２．１ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速１００ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。
【００６８】
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、実施例１と同様にして、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成し、更にその上にイオンビームスパッタ法を用いてＹ２Ｏ３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層を形成した後、イオンビームアシスト蒸着によりベッド層上に厚さ５〜１０ｎｍのＭｇＯの配向層を形成した。
【００６９】
次に、実施例１と同様にして、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いてＭｇＯの配向層上にＣｅＯ２の厚さ５００ｎｍのキャップ層を形成し、更に、このキャップ層上にパルスレーザー蒸着法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した後、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ１０μｍのＡｇの安定化基層を形成した。次に、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。以上の方法により、酸化物超電導導体を製造した。得られた酸化物超電導導体の平均臨界電流値Ｉｃは３７０Ａであり、良好な超電導特性を示した。
【００７０】
実施例１〜５における研磨前の第２拡散防止層（Ａｌ２Ｏ３層）の表面粗さＲａの変化を表１に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
表１の結果より、表面粗さＲａが１０ｎｍ以上の金属基材を用いて、本発明の酸化物超電導導体用基材の製造方法を実施した場合（実施例１及び２）では、研磨前の第２拡散防止層の表面粗さＲａが金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっており、研磨工程時間を短縮する効果があることが確認された。また、第１拡散防止層の厚さが３００ｎｍを超えている実施例４および５では、拡散防止層の表面剥離の頻度が高くなっていた。
【００７３】
「実施例６」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１３ｎｍ、最大高さＲｙ７８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２５０ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ８３ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００７４】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて１７時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．３ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成した。
【００７５】
「比較例１」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１３ｎｍ、最大高さＲｙ７８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、このテープ状金属基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、研磨速度５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高低差Ｒｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
次に、研磨後の金属基材上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの拡散防止層を形成した。
【００７６】
「実施例７」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１３．５ｎｍ、最大高さＲｙ７８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２５５ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ８５ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００７７】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて１８時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．３ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成した。
【００７８】
「比較例２」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１３．５ｎｍ、最大高さＲｙ７８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、このテープ状金属基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、研磨速度２０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高低差Ｒｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は５００時間であった。
次に、研磨後の金属基材上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの拡散防止層を形成した。
【００７９】
「実施例８」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１７ｎｍ、最大高さＲｙ９８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２８０ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１００ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００８０】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて２５時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは９．３ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成した。
【００８１】
「比較例３」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１７ｎｍ、最大高さＲｙ９８ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、このテープ状金属基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、研磨速度２０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高低差Ｒｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は５００時間であった。
次に、研磨後の金属基材上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの拡散防止層を形成した。
【００８２】
「実施例９」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１８ｎｍ、最大高さＲｙ１０３ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、イオンビームスパッタ法を用いてテープ基材の表面にＡｌ２Ｏ３からなる厚さ３２５ｎｍの第１拡散防止層を形成し、更に第１拡散防止層上にイオンビームスパッタ法により純Ａｌ（純度９９．０％）からなる厚さ１０８ｎｍの金属層（Ａｌ層）を成膜した。イオンビームスパッタ法の実施にあたりテープ状の金属基材はスパッタ装置の内部においてリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に成膜できるようにしてテープ状基材の全長にわたり、第１拡散防止層と金属層を形成した。
次に、温度域が１０ｍの熱処理炉を使用し、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体を、８００℃の無酸素雰囲気中で５分間熱処理をして金属層を溶融させた。この際、金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体のテープをリールに巻回しておき、一方のリールから他方のリールに繰り出す間に熱処理炉を通過できるようにしてテープ状積層体の全長にわたり、熱処理を行った。
【００８３】
次に、バッチ式の熱処理炉を使用し、熱処理炉内に金属基材と第１拡散防止層と金属層との積層体全体を収容し、６００℃の酸素雰囲気中にて２７時間熱処理を行い、金属層（Ａｌ層）全体を酸化させてＡｌ２Ｏ３層である第２拡散防止層を形成した。形成されたＡｌ２Ｏ３層の表面粗さＲａは１１．４ｎｍであり、金属基材の表面粗さＲａよりも小さくなっていた。
次いで、形成した第２拡散防止層であるＡｌ２Ｏ３層の表面を、平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、線速５０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高さＲｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は２００時間であった。
続いて、研磨後の第２拡散防止層上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの第３拡散防止層を形成した。
【００８４】
「比較例４」
ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｋｍ、表面粗さＲａ１８ｎｍ、最大高さＲｙ１０３ｎｍのテープ状の金属基材を用意し、このテープ状金属基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナ砥粒を用いて、研磨速度２０ｍ／Ｈで、表面粗さＲａ５ｎｍ、最大高低差Ｒｙ４０ｎｍになるまで研磨した。研磨工程時間は５００時間であった。
次に、研磨後の金属基材上に、イオンビームスパッタ法を用いてＡｌ２Ｏ３からなる厚さ２０ｎｍの拡散防止層を形成した。
【００８５】
実施例６〜９および比較例１〜４について、研磨工程を含む拡散防止層形成工程までの合計時間を表２に示す。また、実施例６〜９および比較例１〜４について、使用する金属基材の表面粗さ毎に、各実施例および各比較例において拡散防止層形成までに要する時間差（各比較例の合計時間から各実施例の合計時間を引いた時間）を表２に併記した。
【００８６】
【表２】
【００８７】
表２の結果より、本発明に係る酸化物超電導導体用基材の製造方法は、従来のように金属基材を研磨する方法と比較して、研磨工程を含む金属基材上に拡散防止層を形成するまでの工程時間を短縮する効果があり、特に、表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上の金属基材を使用する場合に、工程時間を短縮できることが確認された。
【符号の説明】
【００８８】
１…金属基材、３…ベッド層、４…中間層、１０…酸化物超電導導体用基材、１１…第１拡散防止層、１２…第２拡散防止層、１３…第３拡散防止層、１６…キャップ層、１７…酸化物超電導層、１８…安定化層、２０…酸化物超電導導体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材上に、第１拡散防止層と、第２拡散防止層と、第３拡散防止層と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層とがこの順に設けられてなり、前記第２拡散防止層の表面粗さＲａが、前記金属基材の表面粗さＲａよりも低く設定されてなることを特徴とする酸化物超電導導体用基材。
【請求項２】
前記第２拡散防止層はＡｌの酸化物よりなることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項３】
前記金属基材の表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項４】
前記金属基材の表面粗さＲａが１７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項５】
前記第２拡散防止層はＡｌ２Ｏ３よりなり、前記第１拡散防止層と前記第３拡散防止層はアモルファスＡｌ２Ｏ３よりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項６】
前記第３拡散防止層と前記中間層との間にベッド層が介在されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材の上に、キャップ層と酸化物超電導層とを備えてなることを特徴とする酸化物超電導導体。
【請求項８】
金属基材上に、第１拡散防止層と、第２拡散防止層と、第３拡散防止層と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層とがこの順に設けられてなる酸化物超電導導体用基材の製造方法であって、
前記金属基材上に前記第１拡散防止層を形成する第１拡散防止層形成工程と、
前記第１拡散防止層上に第２拡散防止層を形成する第２拡散防止層形成工程と、
前記第２拡散防止層上に前記第３拡散防止層を形成する工程と、
イオンビームアシスト蒸着法により中間層を成膜する工程と、を備え、
前記第２拡散防止層形成工程が、
前記第１拡散防止層の表面にＡｌよりなる金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層を溶融させる金属層形成工程と、
前記金属層を酸化させて前記第２拡散防止層を形成する金属層酸化工程と、
前記第２拡散防止層の表面を研磨して表面粗さＲａを前記金属基材の表面粗さＲａよりも低くする研磨工程と、
を備えることを特徴とする酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項９】
前記金属基材の表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１０】
前記金属基材の表面粗さＲａが１７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８または９に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１１】
前記第２拡散防止層はＡｌ２Ｏ３よりなり、前記第１拡散防止層と前記第３拡散防止層はアモルファスＡｌ２Ｏ３よりなることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１２】
前記第３拡散防止層と前記中間層との間にベッド層を介在させることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法により得られる酸化物超電導導体用基材の上に、キャップ層と酸化物超電導層とを形成することを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法。
【請求項１】
金属基材上に、第１拡散防止層と、第２拡散防止層と、第３拡散防止層と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層とがこの順に設けられてなり、前記第２拡散防止層の表面粗さＲａが、前記金属基材の表面粗さＲａよりも低く設定されてなることを特徴とする酸化物超電導導体用基材。
【請求項２】
前記第２拡散防止層はＡｌの酸化物よりなることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項３】
前記金属基材の表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項４】
前記金属基材の表面粗さＲａが１７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項５】
前記第２拡散防止層はＡｌ２Ｏ３よりなり、前記第１拡散防止層と前記第３拡散防止層はアモルファスＡｌ２Ｏ３よりなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項６】
前記第３拡散防止層と前記中間層との間にベッド層が介在されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材の上に、キャップ層と酸化物超電導層とを備えてなることを特徴とする酸化物超電導導体。
【請求項８】
金属基材上に、第１拡散防止層と、第２拡散防止層と、第３拡散防止層と、イオンビームアシスト蒸着法により成膜された中間層とがこの順に設けられてなる酸化物超電導導体用基材の製造方法であって、
前記金属基材上に前記第１拡散防止層を形成する第１拡散防止層形成工程と、
前記第１拡散防止層上に第２拡散防止層を形成する第２拡散防止層形成工程と、
前記第２拡散防止層上に前記第３拡散防止層を形成する工程と、
イオンビームアシスト蒸着法により中間層を成膜する工程と、を備え、
前記第２拡散防止層形成工程が、
前記第１拡散防止層の表面にＡｌよりなる金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層を溶融させる金属層形成工程と、
前記金属層を酸化させて前記第２拡散防止層を形成する金属層酸化工程と、
前記第２拡散防止層の表面を研磨して表面粗さＲａを前記金属基材の表面粗さＲａよりも低くする研磨工程と、
を備えることを特徴とする酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項９】
前記金属基材の表面粗さＲａが１３．５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１０】
前記金属基材の表面粗さＲａが１７ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８または９に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１１】
前記第２拡散防止層はＡｌ２Ｏ３よりなり、前記第１拡散防止層と前記第３拡散防止層はアモルファスＡｌ２Ｏ３よりなることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１２】
前記第３拡散防止層と前記中間層との間にベッド層を介在させることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体用基材の製造方法により得られる酸化物超電導導体用基材の上に、キャップ層と酸化物超電導層とを形成することを特徴とする酸化物超電導導体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−６４５１９（Ｐ２０１２−６４５１９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０９５５４（Ｐ２０１０−２０９５５４）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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