酸化物超電導線材用基材および酸化物超電導線材
【課題】良好な密着性で金属安定化層を形成できる酸化物超電導線材用基材、および該酸化物超電導超電導用基材を備えた酸化物超電導線材の提供。
酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができる酸化物超電導線材、及び該酸化物超電導線材を良好な生産性で製造できる酸化物超電導線材の製造方法の提供。
【解決手段】本発明の酸化物超電導線材用基材１は、金属基材１の一方の面上に中間層２と酸化物超電導層３と保護層４がこの順に積層されて超電導積層体７が構成され、この超電導積層体７の周囲に金属安定化層５が形成されて酸化物超電導線材１０を構成するための金属基材１であって、ニッケル合金よりなり、酸化物超電導層３が積層される側の面１Ａとは反対側の面１Ｂの表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。
酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができる酸化物超電導線材、及び該酸化物超電導線材を良好な生産性で製造できる酸化物超電導線材の製造方法の提供。
【解決手段】本発明の酸化物超電導線材用基材１は、金属基材１の一方の面上に中間層２と酸化物超電導層３と保護層４がこの順に積層されて超電導積層体７が構成され、この超電導積層体７の周囲に金属安定化層５が形成されて酸化物超電導線材１０を構成するための金属基材１であって、ニッケル合金よりなり、酸化物超電導層３が積層される側の面１Ａとは反対側の面１Ｂの表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であ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、酸化物超電導線材用基材および酸化物超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
実用的な超電導導体として酸化物超電導線材を使用するためには、金属基材上に、結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を成膜する必要がある。一般には、金属基材そのものが多結晶であり、その結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、金属基材上に結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を直接成膜することは難しい。そこで、表面を平滑に研磨したテープ状の金属基材上に、ＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法によって結晶配向性の良い中間層を形成し、その上にＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥはＹを含む希土類元素）の酸化物超電導層を積層形成する技術が知られている。
【０００３】
このような構造の酸化物超電導線材において、優れた超電導特性を得るためには、単結晶に近い結晶配向性で酸化物超電導層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の表面は凹凸の少ない平滑な面とする必要がある。
また、金属基材は、圧延(冷間・熱間)によって金属テープ線材に成形加工されるが、得られたテープ線材は加工時の圧延痕や傷、格子欠陥が表面に残存しており、これらを除去して平滑化しないと目的の結晶配向性を有する機能性薄膜が得られない。そのため、予め、酸化物超電導層を形成する前に、金属基材表面をナノメートルオーダーで平坦かつ平滑に研磨しておくことが重要である。
【０００４】
通常、金属基材の表面の平滑化処理は、機械研磨、化学研磨、電解研磨またはこれらの複合研磨などの研磨加工により行われるか、あるいは、金属基材上にセラミックスを形成するペースト状の材料を複数回浸漬塗布し、これを焼き固めることでペーストの表面張力により金属基材上に形成されるセラミックス層表面を平滑化する方法により行われている。
このように、金属基材の表面は平滑化処理されるのに対して、金属基材の裏面は特に平滑化処理されず、圧延加工されたままの表面粗さであるのが一般的である。
【０００５】
ところで、ＲＥ−１２３系酸化物超電導層の特定組成のものは水分により劣化しやすく、線材を水分の多い環境に保管した場合や、線材に水分が付着した状態のまま放置した場合に、酸化物超電導層に水分が浸入すると、超電導特性が低下する要因となる。そこで、酸化物超電導線材をめっき処理してその外周を銅などの金属からなる金属安定化層で保護する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５２６５９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７６８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化物超電導線材の信頼性を高める観点で、上記しためっき処理により外周を銅などの金属安定化層で保護する方法は有効である。しかし、金属基材として多用されている耐熱性ニッケル合金は難めっき性であり、金属基材と金属安定化層の密着性が十分に得られないという問題がある。
そこで、特許文献２に記載の技術のように、酸化物超電導線材の外周に銀などの金属を付与した後にめっき処理する方法も行われているが、この方法によっても高い信頼性を得るために十分な密着力は得られていない。
【０００８】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、良好な密着性で金属安定化層を形成できる酸化物超電導線材用基材、および該酸化物超電導超電導用基材を備えた酸化物超電導線材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、本発明の酸化物超電導線材用基材は、金属基材の一方の面上に中間層と酸化物超電導層と保護層がこの順に積層されて超電導積層体が構成され、この超電導積層体の周囲に金属安定化層が形成されて酸化物超電導線材を構成するための金属基材であって、ニッケル合金よりなり、酸化物超電導層が積層される側の面とは反対側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導線材用基材は、酸化物超電導層が形成されない側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下に設定されている。そのため、めっきにより超電導積層体の周囲に金属安定化層を形成する際に、金属安定化層を構成する銅などの金属が、表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下に粗面化された金属基材の凹凸部に深く入り込んだ状態で形成される。これにより、アンカー効果が発現し、金属基材と金属安定化層との密着性を向上させることができる。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の酸化物超電導線材は、金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層がこの順に積層されて超電導積層体が構成され、この超電導積層体の少なくとも前記保護層上に金属安定化層が形成され、前記金属基材がニッケル合金よりなり、かつ、前記酸化物超電導層が積層される側の面とは反対側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導線材は、前記金属安定化層が前記超電導積層体の周囲にめっきにより形成されてなることが好ましい。
この場合、本発明の酸化物超電導線材は、上述の本発明の酸化物超電導線材用基材を備える構成であるため、金属基材と金属安定化層との密着性が良好であり、超電導積層体の外周全体を覆う金属安定化層は良好な密着性を有する。また、本発明の酸化物超電導線材は、超電導積層体の周囲に金属安定化層が形成されていることにより、酸化物超電導層の安定化効果が高い。さらに、超電導積層体の外周が金属安定化層により保護されているので、酸化物超電導層に外部から水分が浸入することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、良好な密着性で金属安定化層を形成できる酸化物超電導線材用基材、および該酸化物超電導超電導用基材を備えた酸化物超電導線材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る酸化物超電導線材用基材を備える酸化物超電導線材の一実施形態を示す断面斜視図である。
【図２】本発明に係る酸化物超電導線材用基材を備える酸化物超電導線材の他の実施形態を示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材用基材および酸化物超電導線材の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る酸化物超電導線材用基材を備える酸化物超電導線材の一実施形態を示す断面模式図である。
図１に示す酸化物超電導線材１０は、本発明に係る酸化物超電導線材用基材である金属基材１を備え、この金属基材１の一方の面（表面）１Ａの上に、中間層２と酸化物超電導層３と保護層４が順次積層された超電導積層体７の周囲を覆うように金属安定化層５が形成された構造となっている。
【００１４】
金属基材１は、耐熱性のニッケル合金から構成されている。金属基材１は、長尺のプレート状、シート状又はテープ状であることが好ましく、長尺のケーブルとするためにテープ状であることがより好ましい。
金属基材１としては、市販品であればハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）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。また、金属基材１として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ基板のような配向金属基材や、ニッケル合金上にセラミックスを配したものを用いることもできる。
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であることが好ましく、１０〜２００μｍであることがより好ましく、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。下限値以上とすることで強度が一層向上し、上限値以下とすることで酸化物超電導線材１０のオーバーオールの臨界電流密度を一層向上させることができる。
【００１５】
金属基材１の中間層２や酸化物超電導層３などが積層形成される側の面（一方の面；表面）１Ａとは反対側の面（他方の面；裏面）１Ｂの表面粗さＲａは５０ｎｍ以上１μｍ以下に設定されている。ここで、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である。また、以下の説明において、金属基材１の酸化物超電導層３が形成されない側の面１Ｂを、裏面１Ｂと称する。
【００１６】
図１に示す如く、その表面１Ａ上に中間層２と酸化物超電導層３と保護層４とが積層された超電導積層体７の周囲を覆うように金属安定化層５を形成して、金属安定化層５により外周が保護された酸化物超電導線材１０を得る場合、通常、金属安定化層５は電気めっきなどのめっきにより形成される。ハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）などのニッケル合金からなる金属基材は難めっき材であるため、従来、金属基材の裏面とめっきにより形成される金属安定化層との密着性が十分に得られないという問題があった。
【００１７】
本実施形態の金属基材１は、酸化物超電導層３が形成されない側の面である裏面１Ｂの表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下に設定されているため、めっきにより金属安定化層５を形成する際に、金属安定化層５を構成する銅などの金属が粗面化された金属基材１Ｂの凹凸部に深く入り込んだ状態で形成される。すなわち、アンカー効果により金属基材１の裏面１Ｂと金属安定化層５との密着性を向上させることができる。そのため、本実施形態の金属基材１の裏面１Ｂ側に形成される金属安定化層５は、引き剥がされる力に対してせん断方向の力が加わるので、金属基材１の裏面１Ｂと金属安定化層５の密着性が向上する。
【００１８】
なお、金属基材１は、その側面も粗面化処理して金属基材１の側面と金属安定化層５との密着性を向上させてもよい。しかし、後述する銀などの保護層４がスパッタ法などの気相法により形成される際に、銀などのスパッタ粒子が厚さ数十〜数百μｍの金属基材１の側面側に回り込んで付着する傾向がある。そのため、金属基材１の側面においては、側面上に付着した銀上にめっきによる金属安定化層５が形成されるので、めっきの付きまわりが良好であり、良好な密着性で金属安定化層５が形成される。
【００１９】
金属基材１の裏面１Ｂの表面粗Ｒａが５０ｎｍ未満の場合、金属基材１の裏面１Ｂと金属安定化層５との密着性が不十分になる場合がある。
金属基材１の裏面１Ｂの表面粗Ｒａが１μｍを超えると、金属安定化層５を形成する際のめっきの付きまわりが悪くなる上、金属安定化層５の凹凸が顕著となり外観が悪くなる。また、裏面１Ｂの表面粗Ｒａが１μｍを超えると、金属基材１自体の強度が低下して、酸化物超電導線材用基材としての機能を果たし難くなるおそれがある。
【００２０】
金属基材１の裏面１Ｂの表面粗さＲａを５０ｎｍ以上１μｍ以下に設定する方法としては、前記範囲内に裏面１Ｂを粗面化できる方法であれば特に限定されず、例えば、機械研磨方式により使用する研磨シートの番手により表面粗さを調整する方法や、表面が荒れた金属材料やセラミックス上に金属基材１の裏面１Ｂを押し付けながら、テープ状の金属基材１を長手方向に走行させることにより裏面１Ｂに傷を付けてその表面粗さを調整する方法などが挙げられる。
なお、市販品として入手可能なハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）の表面粗さＲａは通常１０〜２０ｎｍ程度である場合が多く、このような表面粗さＲａの金属基材１を上述のような方法で加工することにより、その裏面１Ｂの表面粗さＲａを前記範囲とすることができる。
【００２１】
通常、酸化物超電導線材の基材として使用されるテープ状の金属基材は、冷間圧延や熱間圧延により加工されており、圧延時の圧延痕などにより、その表面粗Ｒａは１０〜２０ｎｍ程度である場合が多い。このような金属基材は、その上に形成する中間層および酸化物超電導層の結晶配向性を向上させる目的で、使用前にその表面（一方の面）に、研磨加工を施して表面が平滑化されている。通常、金属基材１の表面１Ａの表面粗さＲａは１０ｎｍ以下に加工されている。
【００２２】
中間層２は、酸化物超電導層３の結晶配向性を制御し、金属基材１中の金属元素の酸化物超電導層３への拡散を防止するものである。さらに、金属基材１と酸化物超電導層３との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、その材質は、物理的特性が金属基材１と酸化物超電導層３との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層２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等の金属酸化物が例示できる。
中間層２は、単層でも良いし、複数層でも良い。例えば、前記金属酸化物からなる層（金属酸化物層）は、結晶配向性を有していることが好ましく、複数層である場合には、最外層（最も酸化物超電導層３に近い層）が少なくとも結晶配向性を有していることが好ましい。
【００２３】
中間層２は、金属基材１側にベッド層が介在された複数層構造でもよい。ベッド層は、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は、必要に応じて配され、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。このベッド層は、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１０〜２００ｎｍである。
【００２４】
さらに、本発明において、中間層２は、金属基材１側に拡散防止層とベッド層が積層された複数層構造でもよい。この場合、金属基材１とベッド層との間に拡散防止層が介在された構造となる。拡散防止層は、金属基材１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは希土類金属酸化物等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。なお、拡散防止層の結晶性は問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
このように金属基材１とベッド層との間に拡散防止層を介在させることにより、中間層２を構成する他の層や酸化物超電導層３等を形成する際に、必然的に加熱されたり、熱処理される結果として熱履歴を受ける場合に、金属基材１の構成元素の一部がベッド層を介して酸化物超電導層３側に拡散することを効果的に抑制することができる。金属基材１とベッド層との間に拡散防止層を介在させる場合の例としては、拡散防止層としてＡｌ２Ｏ３、ベッド層としてＹ２Ｏ３を用いる組み合わせを例示することができる。
【００２５】
また中間層２は、前記金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複数層構造でも良い。キャップ層は、酸化物超電導層３の配向性を制御する機能を有するとともに、酸化物超電導層３を構成する元素の中間層２への拡散や、酸化物超電導層３積層時に使用するガスと中間層２との反応を抑制する機能等を有するものである。
【００２６】
キャップ層は、前記金属酸化物層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、前記金属酸化物層よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層の材質は、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。
【００２７】
キャップ層は、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法を用いることが好ましい。例えば、ＰＬＤ法によるＣｅＯ２のキャップ層の成膜は、温度５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
キャップ層を設ける場合、その膜厚は５０ｎｍ以上が好ましく、十分な配向性を得るためには１００ｎｍ以上がより好ましく、５００ｎｍ以上がさらに好ましい。キャップ層の膜厚が厚くなりすぎると、その上に形成される酸化物超電導層３の配向性が低下する傾向があるため、キャップ層の膜厚は５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００２８】
中間層２の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．１〜５μｍである。
中間層２が、前記金属酸化物層の上にキャップ層が積層された複数層構造である場合には、キャップ層の厚さは、通常は、０．１〜１．５μｍである。
【００２９】
中間層２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、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）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）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された前記金属酸化物層は、結晶配向性が高く、酸化物超電導層３やキャップ層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、蒸着時に、結晶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２は、ＩＢＡＤ法における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。
【００３０】
酸化物超電導層３は通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、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、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層３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）等で積層でき、なかでもレーザ蒸着法が好ましい。
酸化物超電導層３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。
【００３１】
保護層４は、銀などの良電気伝導性かつ酸化物超電導層３との接触抵抗が低くなじみのよい金属材料からなる。保護層４は、スパッタ法などの気相法により成膜されており、その厚さを１〜３０μｍ程度とされる。
銀などの保護層４を備える構成とする理由としては、銀は良導電性かつ酸化物超電導層３と接触抵抗が低くなじみの良い点、及び、酸化物超電導層３に酸素をドープするアニール工程においてドープした酸素を酸化物超電導層３から逃避し難くする性質を有する点を挙げることができる。
【００３２】
超電導積層体７の周囲を覆う金属安定化層５は、酸化物超電導層３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、保護層４とともに、酸化物超電導層３の電流が転流するバイパスとして機能する。
金属安定化層５は、電気めっきなどのめっき法により形成されている。金属安定化層５を構成する材質としては、良導電性の金属が好ましく、Ｃｕ、Ａｌなどが挙げられ、高い導電性を有するためＣｕが特に好ましい。金属安定化層５の厚さは特に限定されず、適宜変更可能であるが、１０〜１００μｍ程度とすることができ、２０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下とすることがより好ましい。金属安定化層５の厚さを１０μｍ以上とすることにより酸化物超電導層３を安定化する一層高い効果が得られ、１００μｍ以下とすることにより酸化物超電導線材１０を薄型化できる。
金属安定化層５をＣｕのめっきより形成する場合、超電導積層体７を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬させて電気めっきを行うことにより、超電導積層体７の全周を覆ってＣｕの金属安定化層５を形成することができる。
【００３３】
図１に示す酸化物超電導線材１０は、その全周にポリイミドなどの絶縁材料のテープが巻回されてなる絶縁層により被覆され、絶縁被覆付きの酸化物超電導線材となる。
【００３４】
本実施形態の酸化物超電導線材１０は、上述の本発明に係る酸化物超電導線材用基材である金属基材１を備える構成であるため、金属基材１の裏面１Ｂと金属安定化層５との密着性が良好であり、超電導積層体７の外周全体を覆う金属安定化層５は良好な密着性を有する。
本実施形態の酸化物超電導線材１０は、超電導積層体７の周囲に金属安定化層５が形成されていることにより、酸化物超電導層３の安定化効果が高い。さらに、超電導積層体７の外周が金属安定化層５により保護されているので、酸化物超電導層３に外部から水分が浸入することを抑制できる。
【００３５】
以上、本発明の酸化物超電導線材用基材である金属基材を備える酸化物超電導線材の一実施形態について説明したが、本発明の酸化物超電導線材用基材は、図１に示す構成の酸化物超電導線材への適用のみに限定されない。
図２は、本発明に係る酸化物超電導線材用基材を備える酸化物超電導線材の他の実施形態を示す断面模式図である。
図２に示す酸化物超電導線材２０は、本発明に係る酸化物超電導線材用基材である上述の金属基材１を備え、この金属基材１の表面１Ａの上に、中間層２と酸化物超電導層３と保護層４と金属安定化層１５が順次積層された構造となっている。なお、図２において、図１に示す酸化物超電導線材１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一要素の説明は省略する。
【００３６】
金属安定化層１５は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、保護層４とともに、酸化物超電導層３の電流が転流するバイパスとして機能する。
金属安定化層１５を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることがら銅製が好ましい。
【００３７】
金属安定化層１５の形成方法は特に限定されず、例えば、銅などの良導電性材料よりなる金属テープを半田などの接合剤を介して保護層４上に積層することにより形成できる。
金属安定化層１５の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることが好ましい。下限値以上とすることにより酸化物超電導層３を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることにより酸化物超電導線材２０を薄型化できる。
【００３８】
以上、本発明の酸化物超電導線材用基材および酸化物超電導線材について説明したが、上記実施形態において、酸化物超電導線材の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】
【００３９】
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。
【００４０】
（実施例１〜４、比較例１〜４）
「酸化物超電導線材用基材の作製」
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社製商品名）製のテープ状の金属基材の裏面（酸化物超電導層を形成しない側の面）を、機械研磨により粗面化加工して表１に示す表面粗さＲａとして、酸化物超電導線材用基材を作製した。
なお、表面粗さＲａは、機械研磨で使用する研磨シートの番手を変更することにより調整した。また、機械研磨後の金属基材裏面の表面粗さＲａは、ミツトヨ社製の表面性状測定機フォームトレーサＣＳ−３２００により測定した。
【００４１】
「酸化物超電導積層体の作製」
上記で作製した酸化物超電導線材用基材を用い、この基材の粗面化加工されていない面（表面）上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、ＩＢＡＤ法によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（保護層）を形成して超電導積層体を作製した。
【００４２】
次に、得られた超電導積層体を、硫酸銅水溶液のめっき浴中に、超電導積層体を陰極とし、電極を正極として浸漬して電気めっきを行い、厚さ１０μｍの銅の金属安定化層を超電導積層体の周囲に形成した。硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬する際、超電導積層体をリールから繰り出してめっき浴に浸漬後、めっき浴から引き出して他のリールに巻き取るようにして超電導積層体の全長にわたり、銅からなる金属安定化層を形成した。
なお、銅の電気めっきは、被めっき体（超電導積層体）の電流密度が５Ａ／ｄｍ２となるように設定し、めっき浴温度２５℃、浸漬時間１０分で行った。
以上の工程により、酸化物超電導線材を作製した。
【００４３】
「評価１」
実施例１〜４および比較例１〜４の酸化物超電導線材用基材について、島津製作所製のオートグラフにより、引張強度を測定した。結果を表１に併記した。なお、表１に示す引張強度は、実施例１の酸化物超電導線材用基材の引張強度を「１．０」とした場合の、相対的な引張強度を表す。
【００４４】
「評価２」
実施例１〜４および比較例１〜４の酸化物超電導線材について、酸化物超電導線材用基材の裏面（金属基材の粗面化加工された面）上に形成された銅層（金属安定化層）の密着性をクロスカット試験により評価した。評価は、ＪＩＳ Ｋ−５６００に準拠し、酸化物超電導線材用基材の裏面上に形成された銅層に対して、基盤状に１０×１０マスの切込みを入れ、この１０×１０マスにテープを貼り付けた後に引き剥がし、その後、剥離したマス数を数えることにより評価した。結果を表１に併記した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１の結果より、酸化物超電導線材用基材（金属基材）の裏面の表面粗さＲａが５０ｎｍ〜１μｍである実施例１〜４は、金属基材の裏面上の銅層（金属安定化層）の密着性は良好であり、また、金属基材の強度も良好であった。
これに対し、金属基材の表面粗さＲａが５０ｎｍ未満である比較例１〜３では、金属基材の裏面上の銅層の密着性が低かった。また、金属基材の表面粗さＲａが１μｍを超える比較例４では、金属基材の強度が実施例１〜４よりも低くなっていた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、例えば超電導モータ、限流器など、各種超電導機器に用いられる酸化物超電導線材に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…金属基材（酸化物超電導線材用基材）、１Ａ…表面、１Ｂ…裏面、２…中間層、３…酸化物超電導層、４…保護層、５、１５…金属安定化層、７…超電導積層体、１０、２０…酸化物超電導線材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材用基材および酸化物超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
実用的な超電導導体として酸化物超電導線材を使用するためには、金属基材上に、結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を成膜する必要がある。一般には、金属基材そのものが多結晶であり、その結晶構造も酸化物超電導体と大きく異なるために、金属基材上に結晶配向性の良好な酸化物超電導体の薄膜を直接成膜することは難しい。そこで、表面を平滑に研磨したテープ状の金属基材上に、ＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法によって結晶配向性の良い中間層を形成し、その上にＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥはＹを含む希土類元素）の酸化物超電導層を積層形成する技術が知られている。
【０００３】
このような構造の酸化物超電導線材において、優れた超電導特性を得るためには、単結晶に近い結晶配向性で酸化物超電導層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の表面は凹凸の少ない平滑な面とする必要がある。
また、金属基材は、圧延(冷間・熱間)によって金属テープ線材に成形加工されるが、得られたテープ線材は加工時の圧延痕や傷、格子欠陥が表面に残存しており、これらを除去して平滑化しないと目的の結晶配向性を有する機能性薄膜が得られない。そのため、予め、酸化物超電導層を形成する前に、金属基材表面をナノメートルオーダーで平坦かつ平滑に研磨しておくことが重要である。
【０００４】
通常、金属基材の表面の平滑化処理は、機械研磨、化学研磨、電解研磨またはこれらの複合研磨などの研磨加工により行われるか、あるいは、金属基材上にセラミックスを形成するペースト状の材料を複数回浸漬塗布し、これを焼き固めることでペーストの表面張力により金属基材上に形成されるセラミックス層表面を平滑化する方法により行われている。
このように、金属基材の表面は平滑化処理されるのに対して、金属基材の裏面は特に平滑化処理されず、圧延加工されたままの表面粗さであるのが一般的である。
【０００５】
ところで、ＲＥ−１２３系酸化物超電導層の特定組成のものは水分により劣化しやすく、線材を水分の多い環境に保管した場合や、線材に水分が付着した状態のまま放置した場合に、酸化物超電導層に水分が浸入すると、超電導特性が低下する要因となる。そこで、酸化物超電導線材をめっき処理してその外周を銅などの金属からなる金属安定化層で保護する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５２６５９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７６８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
酸化物超電導線材の信頼性を高める観点で、上記しためっき処理により外周を銅などの金属安定化層で保護する方法は有効である。しかし、金属基材として多用されている耐熱性ニッケル合金は難めっき性であり、金属基材と金属安定化層の密着性が十分に得られないという問題がある。
そこで、特許文献２に記載の技術のように、酸化物超電導線材の外周に銀などの金属を付与した後にめっき処理する方法も行われているが、この方法によっても高い信頼性を得るために十分な密着力は得られていない。
【０００８】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、良好な密着性で金属安定化層を形成できる酸化物超電導線材用基材、および該酸化物超電導超電導用基材を備えた酸化物超電導線材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、本発明の酸化物超電導線材用基材は、金属基材の一方の面上に中間層と酸化物超電導層と保護層がこの順に積層されて超電導積層体が構成され、この超電導積層体の周囲に金属安定化層が形成されて酸化物超電導線材を構成するための金属基材であって、ニッケル合金よりなり、酸化物超電導層が積層される側の面とは反対側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導線材用基材は、酸化物超電導層が形成されない側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下に設定されている。そのため、めっきにより超電導積層体の周囲に金属安定化層を形成する際に、金属安定化層を構成する銅などの金属が、表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下に粗面化された金属基材の凹凸部に深く入り込んだ状態で形成される。これにより、アンカー効果が発現し、金属基材と金属安定化層との密着性を向上させることができる。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の酸化物超電導線材は、金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層がこの順に積層されて超電導積層体が構成され、この超電導積層体の少なくとも前記保護層上に金属安定化層が形成され、前記金属基材がニッケル合金よりなり、かつ、前記酸化物超電導層が積層される側の面とは反対側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導線材は、前記金属安定化層が前記超電導積層体の周囲にめっきにより形成されてなることが好ましい。
この場合、本発明の酸化物超電導線材は、上述の本発明の酸化物超電導線材用基材を備える構成であるため、金属基材と金属安定化層との密着性が良好であり、超電導積層体の外周全体を覆う金属安定化層は良好な密着性を有する。また、本発明の酸化物超電導線材は、超電導積層体の周囲に金属安定化層が形成されていることにより、酸化物超電導層の安定化効果が高い。さらに、超電導積層体の外周が金属安定化層により保護されているので、酸化物超電導層に外部から水分が浸入することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、良好な密着性で金属安定化層を形成できる酸化物超電導線材用基材、および該酸化物超電導超電導用基材を備えた酸化物超電導線材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る酸化物超電導線材用基材を備える酸化物超電導線材の一実施形態を示す断面斜視図である。
【図２】本発明に係る酸化物超電導線材用基材を備える酸化物超電導線材の他の実施形態を示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材用基材および酸化物超電導線材の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る酸化物超電導線材用基材を備える酸化物超電導線材の一実施形態を示す断面模式図である。
図１に示す酸化物超電導線材１０は、本発明に係る酸化物超電導線材用基材である金属基材１を備え、この金属基材１の一方の面（表面）１Ａの上に、中間層２と酸化物超電導層３と保護層４が順次積層された超電導積層体７の周囲を覆うように金属安定化層５が形成された構造となっている。
【００１４】
金属基材１は、耐熱性のニッケル合金から構成されている。金属基材１は、長尺のプレート状、シート状又はテープ状であることが好ましく、長尺のケーブルとするためにテープ状であることがより好ましい。
金属基材１としては、市販品であればハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）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。また、金属基材１として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ基板のような配向金属基材や、ニッケル合金上にセラミックスを配したものを用いることもできる。
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であることが好ましく、１０〜２００μｍであることがより好ましく、１０〜１００μｍであることがさらに好ましい。下限値以上とすることで強度が一層向上し、上限値以下とすることで酸化物超電導線材１０のオーバーオールの臨界電流密度を一層向上させることができる。
【００１５】
金属基材１の中間層２や酸化物超電導層３などが積層形成される側の面（一方の面；表面）１Ａとは反対側の面（他方の面；裏面）１Ｂの表面粗さＲａは５０ｎｍ以上１μｍ以下に設定されている。ここで、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である。また、以下の説明において、金属基材１の酸化物超電導層３が形成されない側の面１Ｂを、裏面１Ｂと称する。
【００１６】
図１に示す如く、その表面１Ａ上に中間層２と酸化物超電導層３と保護層４とが積層された超電導積層体７の周囲を覆うように金属安定化層５を形成して、金属安定化層５により外周が保護された酸化物超電導線材１０を得る場合、通常、金属安定化層５は電気めっきなどのめっきにより形成される。ハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）などのニッケル合金からなる金属基材は難めっき材であるため、従来、金属基材の裏面とめっきにより形成される金属安定化層との密着性が十分に得られないという問題があった。
【００１７】
本実施形態の金属基材１は、酸化物超電導層３が形成されない側の面である裏面１Ｂの表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下に設定されているため、めっきにより金属安定化層５を形成する際に、金属安定化層５を構成する銅などの金属が粗面化された金属基材１Ｂの凹凸部に深く入り込んだ状態で形成される。すなわち、アンカー効果により金属基材１の裏面１Ｂと金属安定化層５との密着性を向上させることができる。そのため、本実施形態の金属基材１の裏面１Ｂ側に形成される金属安定化層５は、引き剥がされる力に対してせん断方向の力が加わるので、金属基材１の裏面１Ｂと金属安定化層５の密着性が向上する。
【００１８】
なお、金属基材１は、その側面も粗面化処理して金属基材１の側面と金属安定化層５との密着性を向上させてもよい。しかし、後述する銀などの保護層４がスパッタ法などの気相法により形成される際に、銀などのスパッタ粒子が厚さ数十〜数百μｍの金属基材１の側面側に回り込んで付着する傾向がある。そのため、金属基材１の側面においては、側面上に付着した銀上にめっきによる金属安定化層５が形成されるので、めっきの付きまわりが良好であり、良好な密着性で金属安定化層５が形成される。
【００１９】
金属基材１の裏面１Ｂの表面粗Ｒａが５０ｎｍ未満の場合、金属基材１の裏面１Ｂと金属安定化層５との密着性が不十分になる場合がある。
金属基材１の裏面１Ｂの表面粗Ｒａが１μｍを超えると、金属安定化層５を形成する際のめっきの付きまわりが悪くなる上、金属安定化層５の凹凸が顕著となり外観が悪くなる。また、裏面１Ｂの表面粗Ｒａが１μｍを超えると、金属基材１自体の強度が低下して、酸化物超電導線材用基材としての機能を果たし難くなるおそれがある。
【００２０】
金属基材１の裏面１Ｂの表面粗さＲａを５０ｎｍ以上１μｍ以下に設定する方法としては、前記範囲内に裏面１Ｂを粗面化できる方法であれば特に限定されず、例えば、機械研磨方式により使用する研磨シートの番手により表面粗さを調整する方法や、表面が荒れた金属材料やセラミックス上に金属基材１の裏面１Ｂを押し付けながら、テープ状の金属基材１を長手方向に走行させることにより裏面１Ｂに傷を付けてその表面粗さを調整する方法などが挙げられる。
なお、市販品として入手可能なハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）の表面粗さＲａは通常１０〜２０ｎｍ程度である場合が多く、このような表面粗さＲａの金属基材１を上述のような方法で加工することにより、その裏面１Ｂの表面粗さＲａを前記範囲とすることができる。
【００２１】
通常、酸化物超電導線材の基材として使用されるテープ状の金属基材は、冷間圧延や熱間圧延により加工されており、圧延時の圧延痕などにより、その表面粗Ｒａは１０〜２０ｎｍ程度である場合が多い。このような金属基材は、その上に形成する中間層および酸化物超電導層の結晶配向性を向上させる目的で、使用前にその表面（一方の面）に、研磨加工を施して表面が平滑化されている。通常、金属基材１の表面１Ａの表面粗さＲａは１０ｎｍ以下に加工されている。
【００２２】
中間層２は、酸化物超電導層３の結晶配向性を制御し、金属基材１中の金属元素の酸化物超電導層３への拡散を防止するものである。さらに、金属基材１と酸化物超電導層３との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、その材質は、物理的特性が金属基材１と酸化物超電導層３との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層２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等の金属酸化物が例示できる。
中間層２は、単層でも良いし、複数層でも良い。例えば、前記金属酸化物からなる層（金属酸化物層）は、結晶配向性を有していることが好ましく、複数層である場合には、最外層（最も酸化物超電導層３に近い層）が少なくとも結晶配向性を有していることが好ましい。
【００２３】
中間層２は、金属基材１側にベッド層が介在された複数層構造でもよい。ベッド層は、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は、必要に応じて配され、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。このベッド層は、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１０〜２００ｎｍである。
【００２４】
さらに、本発明において、中間層２は、金属基材１側に拡散防止層とベッド層が積層された複数層構造でもよい。この場合、金属基材１とベッド層との間に拡散防止層が介在された構造となる。拡散防止層は、金属基材１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは希土類金属酸化物等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。なお、拡散防止層の結晶性は問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
このように金属基材１とベッド層との間に拡散防止層を介在させることにより、中間層２を構成する他の層や酸化物超電導層３等を形成する際に、必然的に加熱されたり、熱処理される結果として熱履歴を受ける場合に、金属基材１の構成元素の一部がベッド層を介して酸化物超電導層３側に拡散することを効果的に抑制することができる。金属基材１とベッド層との間に拡散防止層を介在させる場合の例としては、拡散防止層としてＡｌ２Ｏ３、ベッド層としてＹ２Ｏ３を用いる組み合わせを例示することができる。
【００２５】
また中間層２は、前記金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複数層構造でも良い。キャップ層は、酸化物超電導層３の配向性を制御する機能を有するとともに、酸化物超電導層３を構成する元素の中間層２への拡散や、酸化物超電導層３積層時に使用するガスと中間層２との反応を抑制する機能等を有するものである。
【００２６】
キャップ層は、前記金属酸化物層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、前記金属酸化物層よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層の材質は、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。
【００２７】
キャップ層は、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法を用いることが好ましい。例えば、ＰＬＤ法によるＣｅＯ２のキャップ層の成膜は、温度５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
キャップ層を設ける場合、その膜厚は５０ｎｍ以上が好ましく、十分な配向性を得るためには１００ｎｍ以上がより好ましく、５００ｎｍ以上がさらに好ましい。キャップ層の膜厚が厚くなりすぎると、その上に形成される酸化物超電導層３の配向性が低下する傾向があるため、キャップ層の膜厚は５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００２８】
中間層２の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．１〜５μｍである。
中間層２が、前記金属酸化物層の上にキャップ層が積層された複数層構造である場合には、キャップ層の厚さは、通常は、０．１〜１．５μｍである。
【００２９】
中間層２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、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）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）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された前記金属酸化物層は、結晶配向性が高く、酸化物超電導層３やキャップ層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、蒸着時に、結晶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２は、ＩＢＡＤ法における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。
【００３０】
酸化物超電導層３は通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、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、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層３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）等で積層でき、なかでもレーザ蒸着法が好ましい。
酸化物超電導層３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。
【００３１】
保護層４は、銀などの良電気伝導性かつ酸化物超電導層３との接触抵抗が低くなじみのよい金属材料からなる。保護層４は、スパッタ法などの気相法により成膜されており、その厚さを１〜３０μｍ程度とされる。
銀などの保護層４を備える構成とする理由としては、銀は良導電性かつ酸化物超電導層３と接触抵抗が低くなじみの良い点、及び、酸化物超電導層３に酸素をドープするアニール工程においてドープした酸素を酸化物超電導層３から逃避し難くする性質を有する点を挙げることができる。
【００３２】
超電導積層体７の周囲を覆う金属安定化層５は、酸化物超電導層３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、保護層４とともに、酸化物超電導層３の電流が転流するバイパスとして機能する。
金属安定化層５は、電気めっきなどのめっき法により形成されている。金属安定化層５を構成する材質としては、良導電性の金属が好ましく、Ｃｕ、Ａｌなどが挙げられ、高い導電性を有するためＣｕが特に好ましい。金属安定化層５の厚さは特に限定されず、適宜変更可能であるが、１０〜１００μｍ程度とすることができ、２０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下とすることがより好ましい。金属安定化層５の厚さを１０μｍ以上とすることにより酸化物超電導層３を安定化する一層高い効果が得られ、１００μｍ以下とすることにより酸化物超電導線材１０を薄型化できる。
金属安定化層５をＣｕのめっきより形成する場合、超電導積層体７を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬させて電気めっきを行うことにより、超電導積層体７の全周を覆ってＣｕの金属安定化層５を形成することができる。
【００３３】
図１に示す酸化物超電導線材１０は、その全周にポリイミドなどの絶縁材料のテープが巻回されてなる絶縁層により被覆され、絶縁被覆付きの酸化物超電導線材となる。
【００３４】
本実施形態の酸化物超電導線材１０は、上述の本発明に係る酸化物超電導線材用基材である金属基材１を備える構成であるため、金属基材１の裏面１Ｂと金属安定化層５との密着性が良好であり、超電導積層体７の外周全体を覆う金属安定化層５は良好な密着性を有する。
本実施形態の酸化物超電導線材１０は、超電導積層体７の周囲に金属安定化層５が形成されていることにより、酸化物超電導層３の安定化効果が高い。さらに、超電導積層体７の外周が金属安定化層５により保護されているので、酸化物超電導層３に外部から水分が浸入することを抑制できる。
【００３５】
以上、本発明の酸化物超電導線材用基材である金属基材を備える酸化物超電導線材の一実施形態について説明したが、本発明の酸化物超電導線材用基材は、図１に示す構成の酸化物超電導線材への適用のみに限定されない。
図２は、本発明に係る酸化物超電導線材用基材を備える酸化物超電導線材の他の実施形態を示す断面模式図である。
図２に示す酸化物超電導線材２０は、本発明に係る酸化物超電導線材用基材である上述の金属基材１を備え、この金属基材１の表面１Ａの上に、中間層２と酸化物超電導層３と保護層４と金属安定化層１５が順次積層された構造となっている。なお、図２において、図１に示す酸化物超電導線材１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一要素の説明は省略する。
【００３６】
金属安定化層１５は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、保護層４とともに、酸化物超電導層３の電流が転流するバイパスとして機能する。
金属安定化層１５を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることがら銅製が好ましい。
【００３７】
金属安定化層１５の形成方法は特に限定されず、例えば、銅などの良導電性材料よりなる金属テープを半田などの接合剤を介して保護層４上に積層することにより形成できる。
金属安定化層１５の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることが好ましい。下限値以上とすることにより酸化物超電導層３を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることにより酸化物超電導線材２０を薄型化できる。
【００３８】
以上、本発明の酸化物超電導線材用基材および酸化物超電導線材について説明したが、上記実施形態において、酸化物超電導線材の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】
【００３９】
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。
【００４０】
（実施例１〜４、比較例１〜４）
「酸化物超電導線材用基材の作製」
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社製商品名）製のテープ状の金属基材の裏面（酸化物超電導層を形成しない側の面）を、機械研磨により粗面化加工して表１に示す表面粗さＲａとして、酸化物超電導線材用基材を作製した。
なお、表面粗さＲａは、機械研磨で使用する研磨シートの番手を変更することにより調整した。また、機械研磨後の金属基材裏面の表面粗さＲａは、ミツトヨ社製の表面性状測定機フォームトレーサＣＳ−３２００により測定した。
【００４１】
「酸化物超電導積層体の作製」
上記で作製した酸化物超電導線材用基材を用い、この基材の粗面化加工されていない面（表面）上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、ＩＢＡＤ法によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（保護層）を形成して超電導積層体を作製した。
【００４２】
次に、得られた超電導積層体を、硫酸銅水溶液のめっき浴中に、超電導積層体を陰極とし、電極を正極として浸漬して電気めっきを行い、厚さ１０μｍの銅の金属安定化層を超電導積層体の周囲に形成した。硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬する際、超電導積層体をリールから繰り出してめっき浴に浸漬後、めっき浴から引き出して他のリールに巻き取るようにして超電導積層体の全長にわたり、銅からなる金属安定化層を形成した。
なお、銅の電気めっきは、被めっき体（超電導積層体）の電流密度が５Ａ／ｄｍ２となるように設定し、めっき浴温度２５℃、浸漬時間１０分で行った。
以上の工程により、酸化物超電導線材を作製した。
【００４３】
「評価１」
実施例１〜４および比較例１〜４の酸化物超電導線材用基材について、島津製作所製のオートグラフにより、引張強度を測定した。結果を表１に併記した。なお、表１に示す引張強度は、実施例１の酸化物超電導線材用基材の引張強度を「１．０」とした場合の、相対的な引張強度を表す。
【００４４】
「評価２」
実施例１〜４および比較例１〜４の酸化物超電導線材について、酸化物超電導線材用基材の裏面（金属基材の粗面化加工された面）上に形成された銅層（金属安定化層）の密着性をクロスカット試験により評価した。評価は、ＪＩＳ Ｋ−５６００に準拠し、酸化物超電導線材用基材の裏面上に形成された銅層に対して、基盤状に１０×１０マスの切込みを入れ、この１０×１０マスにテープを貼り付けた後に引き剥がし、その後、剥離したマス数を数えることにより評価した。結果を表１に併記した。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１の結果より、酸化物超電導線材用基材（金属基材）の裏面の表面粗さＲａが５０ｎｍ〜１μｍである実施例１〜４は、金属基材の裏面上の銅層（金属安定化層）の密着性は良好であり、また、金属基材の強度も良好であった。
これに対し、金属基材の表面粗さＲａが５０ｎｍ未満である比較例１〜３では、金属基材の裏面上の銅層の密着性が低かった。また、金属基材の表面粗さＲａが１μｍを超える比較例４では、金属基材の強度が実施例１〜４よりも低くなっていた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、例えば超電導モータ、限流器など、各種超電導機器に用いられる酸化物超電導線材に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…金属基材（酸化物超電導線材用基材）、１Ａ…表面、１Ｂ…裏面、２…中間層、３…酸化物超電導層、４…保護層、５、１５…金属安定化層、７…超電導積層体、１０、２０…酸化物超電導線材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材の一方の面上に中間層と酸化物超電導層と保護層がこの順に積層されて超電導積層体が構成され、この超電導積層体の周囲に金属安定化層が形成されて酸化物超電導線材を構成するための金属基材であって、
ニッケル合金よりなり、酸化物超電導層が積層される側の面とは反対側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする酸化物超電導線材用基材。
【請求項２】
金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層がこの順に積層されて超電導積層体が構成され、この超電導積層体の少なくとも前記保護層上に金属安定化層が形成され、
前記金属基材がニッケル合金よりなり、かつ、前記酸化物超電導層が積層される側の面とは反対側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項３】
前記金属安定化層が前記超電導積層体の周囲にめっきにより形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の酸化物超電導線材。
【請求項１】
金属基材の一方の面上に中間層と酸化物超電導層と保護層がこの順に積層されて超電導積層体が構成され、この超電導積層体の周囲に金属安定化層が形成されて酸化物超電導線材を構成するための金属基材であって、
ニッケル合金よりなり、酸化物超電導層が積層される側の面とは反対側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする酸化物超電導線材用基材。
【請求項２】
金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層がこの順に積層されて超電導積層体が構成され、この超電導積層体の少なくとも前記保護層上に金属安定化層が形成され、
前記金属基材がニッケル合金よりなり、かつ、前記酸化物超電導層が積層される側の面とは反対側の面の表面粗さＲａが５０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項３】
前記金属安定化層が前記超電導積層体の周囲にめっきにより形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の酸化物超電導線材。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２５２８２５（Ｐ２０１２−２５２８２５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３２５２（Ｐ２０１１−１２３２５２）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【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１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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