[發明專利]氧化物超導線材及其制造方法

無效

• 申請號: 201180052212.9
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN103189934A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 吉積正晃;中岡晃一;高橋保夫;和泉輝郎;鹽原融;青木裕治;上林克壽
• 申請（專利權）人: 昭和電線電纜系統株式會社;公益財團法人國際超電導產業技術研究中心
• 主分類號: H01B12/06
• 分類號: H01B12/06;C01G1/00;C01G3/00;H01B13/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 姜虎;陳英俊

技術領域

本發明涉及對超導磁鐵、超導電纜、限流器、發電機、電動機、變壓器等超導應用設備有用的氧化物超導線材及其制造方法，特別是涉及可用于在超導磁鐵等磁場下使用的超導應用設備的氧化物超導線材及其制造方法。

背景技術

氧化物超導體與以往的Nb₃Sn或Nb₃Al等金屬系超導體比較，臨界溫度（Tc）高，可以在液氮溫度下使用送電電纜、變壓器、電動機等超導應用設備。因此，正在積極地進行關于其線材化的研究。

為將氧化物超導體應用于上述領域，需要制造臨界電流密度（Jc）高且具有高的臨界電流值（Ic）的長線材。另一方面，為得到長線材，從強度及撓性的觀點考慮，需要在金屬基體上形成氧化物超導體。另外，為了可以與以往的金屬系超導體同等地在實用水平下使用，需要500A／cm－width（77K、自磁場中）左右的Ic值。

氧化物超導體中的REBa₂Cu₃O_z（在此，z＝6.2～7，RE表示選自Y(釔)、Nd(釹)、Sm(釤)、Eu(銪)、Gd(釓)及Ho(鈥)中的至少一種以上的元素。以下稱作“REBCO”，簡稱為RE系）氧化物超導體由于在高磁場區域中通電電流的衰減小且磁場特性優異，因此，作為新一代的超導材料，其線材化很受期待。

作為具有該REBCO氧化物超導體的氧化物超導線材（以下稱作“超導線材”）的制造方法，已知有MOD（Metal?Organic?Deposition，金屬有機沉積）法。

MOD法首先將形成有氧化物中間層的帶狀的基材浸漬于超導原料溶液（將有機金屬鹽溶解于有機溶劑而成的溶液）中，將該基材從超導原料溶液提起，從而在基材的表面附著超導膜。之后，通過進行煅燒及燒結，形成氧化物超導體。MOD法即使在非真空中也能夠在長基材上連續地形成氧化物超導體，因此，相比PLD（Pulsed?Laser?Deposition，脈沖激光沉積）法及CVD（Chemical?Vapor?Deposition，化學汽相沉積）法等氣相法，工藝簡單且可低成本化，所以備受關注。

該MOD法中，已知有以含有氟的有機酸鹽（例如TFA鹽）為起始原料，在水蒸汽氣氛中的水蒸汽分壓的控制下進行熱處理，由此經由氟化物的分解形成超導體的TFA－MOD（Trifluoro?Acetate?Metal?Organic?Deposition，三氟乙酸鹽-金屬有機化合物熱解）法。

在將這樣制造的超導線材在超導磁鐵等那樣的施加磁場環境下使用時，優選超導線材對所有的磁場施加角度均具有高的超導特性（臨界電流密度Jc［MA／cm²］、臨界電流Ic［A／cm－width］）。

例如，在由超導線材形成螺管線圈的情況下，為在線圈的兩端部對基板面（超導面）以Jc降低的角度施加磁場，根據Jc的磁場施加角度依存性（Jc_，min）之值設計線圈。這對在高磁場下使用的超導變壓器或超導電力貯存裝置（Superconducting?Magnetic?Energy?Storage：SMES）、超導飛輪電力貯存裝置等電力設備中的應用成為大的問題。

另外，超導線材的超導體伴隨施加磁場的增加侵入超導體內的量子化磁通的密度增大，它們運動而破壞超導狀態，由此使Jc降低。

另外，起因于晶體構造，超導體具有對超導體沿c軸方向施加磁場時的Jc比沿a軸方向施加磁場時的Jc低這樣的本質的特性。

因此，構成本申請人的申請人在先申請了如下方法（參照專利文獻1），在TFA－MOD法中，為了防止超導體內的量子化磁通的移動，通過將在所有的磁場方向均有效的納米尺寸的三維磁通釘扎點導入超導體內來應對。

該專利文獻1中，在TFA－MOD法中在形成煅燒膜時使用的超導原料溶液中添加由與超導體不發生反應的元素構成的Zr(鋯)等有機金屬鹽。然后，在燒結工序的反應熱處理的過程中，與構成超導體的Ba(鋇)發生反應，使非超導物質BaZrO₃（BZO）的微粒子作為磁通釘扎點均勻分散在超導薄膜中。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2009－164010號公報

發明要解決的問題

專利文獻1中，使Zr等有機金屬鹽與Ba反應，在超導層上形成磁通釘扎點，由此提高超導層中的Jc的磁場施加角度依存性（Jc_，min／Jc_，max）。