[发明专利]氧化物超导线材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及对超导磁铁、超导电缆、限流器、发电机、电动机、变压器等超导应用设备有用的氧化物超导线材及其制造方法，特别是涉及可用于在超导磁铁等磁场下使用的超导应用设备的氧化物超导线材及其制造方法。

背景技术

氧化物超导体与以往的Nb₃Sn或Nb₃Al等金属系超导体比较，临界温度（Tc）高，可以在液氮温度下使用送电电缆、变压器、电动机等超导应用设备。因此，正在积极地进行关于其线材化的研究。

为将氧化物超导体应用于上述领域，需要制造临界电流密度（Jc）高且具有高的临界电流值（Ic）的长线材。另一方面，为得到长线材，从强度及挠性的观点考虑，需要在金属基体上形成氧化物超导体。另外，为了可以与以往的金属系超导体同等地在实用水平下使用，需要500A／cm－width（77K、自磁场中）左右的Ic值。

氧化物超导体中的REBa₂Cu₃O_z（在此，z＝6.2～7，RE表示选自Y(钇)、Nd(钕)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)及Ho(钬)中的至少一种以上的元素。以下称作“REBCO”，简称为RE系）氧化物超导体由于在高磁场区域中通电电流的衰减小且磁场特性优异，因此，作为新一代的超导材料，其线材化很受期待。

作为具有该REBCO氧化物超导体的氧化物超导线材（以下称作“超导线材”）的制造方法，已知有MOD（Metal Organic Deposition，金属有机沉积）法。

MOD法首先将形成有氧化物中间层的带状的基材浸渍于超导原料溶液（将有机金属盐溶解于有机溶剂而成的溶液）中，将该基材从超导原料溶液提起，从而在基材的表面附着超导膜。之后，通过进行煅烧及烧结，形成氧化物超导体。MOD法即使在非真空中也能够在长基材上连续地形成氧化物超导体，因此，相比PLD（Pulsed Laser Deposition，脉冲激光沉积）法及CVD（Chemical Vapor Deposition，化学汽相沉积）法等气相法，工艺简单且可低成本化，所以备受关注。

该MOD法中，已知有以含有氟的有机酸盐（例如TFA盐）为起始原料，在水蒸汽气氛中的水蒸汽分压的控制下进行热处理，由此经由氟化物的分解形成超导体的TFA－MOD（Trifluoro Acetate Metal Organic Deposition，三氟乙酸盐-金属有机化合物热解）法。

在将这样制造的超导线材在超导磁铁等那样的施加磁场环境下使用时，优选超导线材对所有的磁场施加角度均具有高的超导特性（临界电流密度Jc［MA／cm²］、临界电流Ic［A／cm－width］）。

例如，在由超导线材形成螺管线圈的情况下，为在线圈的两端部对基板面（超导面）以Jc降低的角度施加磁场，根据Jc的磁场施加角度依存性（Jc_，min）之值设计线圈。这对在高磁场下使用的超导变压器或超导电力贮存装置（Superconducting Magnetic Energy Storage：SMES）、超导飞轮电力贮存装置等电力设备中的应用成为大的问题。

另外，超导线材的超导体伴随施加磁场的增加侵入超导体内的量子化磁通的密度增大，它们运动而破坏超导状态，由此使Jc降低。

另外，起因于晶体构造，超导体具有对超导体沿c轴方向施加磁场时的Jc比沿a轴方向施加磁场时的Jc低这样的本质的特性。

因此，构成本申请人的申请人在先申请了如下方法（参照专利文献1），在TFA－MOD法中，为了防止超导体内的量子化磁通的移动，通过将在所有的磁场方向均有效的纳米尺寸的三维磁通钉扎点导入超导体内来应对。

该专利文献1中，在TFA－MOD法中在形成煅烧膜时使用的超导原料溶液中添加由与超导体不发生反应的元素构成的Zr(锆)等有机金属盐。然后，在烧结工序的反应热处理的过程中，与构成超导体的Ba(钡)发生反应，使非超导物质BaZrO₃（BZO）的微粒子作为磁通钉扎点均匀分散在超导薄膜中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－164010号公报

发明要解决的问题

专利文献1中，使Zr等有机金属盐与Ba反应，在超导层上形成磁通钉扎点，由此提高超导层中的Jc的磁场施加角度依存性（Jc_，min／Jc_，max）。