專利名稱：超導線材用帶基材和超導線材的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超導線材用帶基材，所述超導線材用帶基材用于超導電纜和超導磁體等超導設備，特別涉及在金屬基板上所形成的中間層的構成。
背景技術：
以往，作為在液氮溫度(77K)以上顯示超導性的高溫超導體的一種，RE系超導體 (RE 稀土類元素)是眾所周知的。特別是，以化學式YBa2Cu3CVy表示的釔系超導體(以下， Y系超導體或YBC0)為代表。使用RE系超導體的超導線材(以下，RE系超導線材)一般具有在帶狀的金屬基板上以中間層、由RE系超導體構成的層(以下，RE系超導層)、穩(wěn)定化層的順序所形成的層積結構。該RE系超導線材可如下制造，例如，在低磁性的無取向金屬基板(例如，哈斯特羅伊鎳基耐蝕耐熱合金(注冊商標))上形成雙軸取向的中間層，在該雙軸取向中間層上， 通過脈沖激光沉積法(PLD =Pulsed Laser Deposition)和有機金屬氣相成長法(M0CVD Metal Organic Chemical Vapor D印osition)等，形成RE系超導層，從而制造上述的RE系超導線材。眾所周知，這樣的高溫超導線材的通電特性很大程度地依賴于該超導體的晶體取向，特別是雙軸取向性。因此，為了得到具有高雙軸取向性的超導層，需要提高作為基底的中間層的結晶性。作為其中的一個方法，在專利文獻1、2中公開了離子束輔助沉積法 (IBAD =Ion Beam Assisted D印osition)。所謂IBAD法，就是從成膜面的斜向照射輔助離子束，同時使來自蒸鍍源的蒸鍍顆粒堆積成膜的方法。在專利文獻1中，作為可適用于IBAD法的蒸鍍源，可以舉出釔穩(wěn)定化氧化鋯 (YSZ)、氧化鎂(MgO)、鈦酸鍶(SrTiO3)。另外，在專利文獻2中，作為可適用于IBAD法的蒸鍍源，可以舉出螢石型材料(Ce02、YSZ等)、燒綠石型材料(GZ0(Gd2&207)等)、稀土 C型材料(Y2O3等)、巖鹽型材料(MgO等),ReO3型材料(WO3等)、鈣鈦礦型材料(LaAlO3等)。特別是由巖鹽型的MgO構成的薄膜，因為可以得到高雙軸取向性，所以成為開發(fā)的主流。在以往的超導線材中，為了使來自金屬基板的陽離子(Ni、Mo、Mn等)的擴散不向超導層波及，在金屬基板上具有防擴散層(以下稱阻隔層)，進一步，還形成有抑制防擴散層與MgO反應的反應抑制層(以下稱床層)。另外，為了保護由與大氣容易反應的MgO構成的雙軸取向層，同時為了提高與超導層(例如YBC0)的晶格匹配性，在雙軸取向層上形成有由CeO2等構成的保護層。因此，如圖4所示，以往的超導線材中的中間層50由阻隔層51、床層52、雙軸取向層53、54、保護層55構成。需要說明的是，在圖4中，雙軸取向層53是通過IBAD法形成的 MgO層，雙軸取向層M是在IBAD-MgO層53上使用PLD法等形成的MgO層。在下文中，將由金屬基板和中間層構成的長條形的帶基材稱為超導線材用帶基材。在該超導線材用帶基材的上面(圖4中保護層55的上面)形成TOCO等超導層。
現(xiàn)有專利文獻專利文獻1 日本特開平4-331795號公報專利文獻2 日本特表2007-532775號公報

發(fā)明內容
發(fā)明要解決的問題如上所述，中間層的雙軸取向層由MgO構成的情況下，因為MgO與大氣容易反應， 在大氣暴露下不穩(wěn)定，所以超導線材的耐蝕性和剝離強度有可能產生問題。本發(fā)明的目的在于提供一種超導線材用帶基材和超導線材，所述超導線材用帶基材通過中間層的簡化使超導線材成本降低，同時可以提高超導線材的特性(通電特性和處理性)。用于解決問題的手段方案1所述的發(fā)明涉及一種為達到上述目的所做的超導線材用帶基材，其特征在于，其是在金屬基板上形成中間層而得到的超導線材用帶基材，所述中間層具有由一氧化鈮(NbO)構成的雙軸取向層，該一氧化鈮(NbO)通過使來自蒸鍍源的蒸鍍顆粒在成膜面堆積而形成。方案2所述的發(fā)明的特征在于，在方案1所述的超導線材用帶基材中，上述雙軸取向層的厚度以平均膜厚計為0. 4 500nm。方案3所述的發(fā)明的特征在于，在方案1或2所述的超導線材用帶基材中，上述中間層具有在上述金屬基板表面所形成的防擴散層。此處，所謂的“防擴散層”意味的是具有使來自金屬基板的陽離子(Ni、Mo、Mn等) 的擴散不波及到超導層的功能的層，但也包括在具有防止擴散功能同時還具有例如提高雙軸取向性等其他功能的情況。方案4所述的發(fā)明的特征在于，在方案3所述的超導線材用帶基材中，上述防擴散層由Al2O3或Cr2O3構成。方案5所述的發(fā)明的特征在于，在方案1 4任一項所述的超導線材用帶基材中， 上述雙軸取向層是通過從成膜面的斜向照射離子束，同時使來自蒸鍍源的蒸鍍顆粒在成膜面堆積而形成的。方案6所述的發(fā)明的特征在于，在方案1 5任一項所述的超導線材用帶基材中， 上述中間層具有在上述雙軸取向層表面所形成的保護層。方案7所述的發(fā)明涉及一種超導線材，其特征在于，其通過在方案1 6任一項所述的超導線材用帶基材表面形成超導層而得到。以下，關于本發(fā)明完成經過進行說明。本發(fā)明人摸索一種作為超導線材的雙軸取向層而成為開發(fā)主流的MgO的代替物質，著眼于沒有公開例的鈮氧化物。而且，因為一氧化鈮(NbO)在大氣暴露下穩(wěn)定，所以可以期待超導線材的耐蝕性和剝離強度的提高，因此認為其適合作為MgO的代替物質。另外， 巖鹽型NbO的晶格常數a與MgO大致相同(aMgO = 0. 421 lnm、aNbO = 0. 421 Onm)，從與超導層的晶格匹配性的方面考慮也得到了能夠適用的見解。但是，因為鈮氧化物可以采用Nb0、Nb02、Nb203、Nb205等多種氧化狀態(tài)，成膜窗變窄，
4成膜條件變得苛刻。另外，也有報告指出NbO在巖鹽型以外還具有密度低的CsCl型結構。 因此，擔心巖鹽型NbO作為雙軸取向層能否實用化。對于所擔心事項探討研究，以往，通過雙軸取向層的成膜中所利用的IBAD法，在供給氧氣量少的一側能夠得到更良好的雙軸取向膜。因此，認為通過為形成高品質雙軸取向層而原來所追求的低氧供給，可以形成由NbO構成的雙軸取向層。另外，IBAD法除雙軸取向層的成膜之外，也被用于高密度形成無定形層的情況。實際上，在形成超導線材的Al2O3阻隔層的時侯使用IBAD法。因此，認為若使用IBAD法使NbO 成膜，不會形成低密度的CsCl型結構的NbO，而是形成高密度巖鹽型結構的NbO。而且，關于雙軸取向層由NbO構成時的中間層的層積結構進行了反復探討研究， 在制成超導線材時，通過實驗確認了例如使用臨界電流值評價的通電特性等超導特性高， 從而完成了本發(fā)明。發(fā)明效果根據本發(fā)明的超導線材用帶基材，因為雙軸取向層是由與大氣難以反應的NbO構成的，所以雙軸取向層的取向性不容易破壞，耐蝕性和剝離強度提高，因此可以提高通電特性和處理性等超導線材的特性。


圖1是實施方式的超導線材的層積結構的示意圖。圖2是實施方式的超導線材用帶基材的截面結構的示意圖。圖3是使用IBAD法時所用的濺射裝置的概略構成的示意圖。圖4是以往的超導線材用帶基材的結構的示意圖。
具體實施例方式以下，關于本發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。圖1是本實施方式的超導線材的層積結構的示意圖。另外，圖2是本實施方式的超導線材用帶基材的截面結構的示意圖。如圖1所示，Y系超導線材1具有在帶狀的金屬基板10上以中間層20、超導層30、 穩(wěn)定化層40的順序而形成的層積結構。圖1中的帶狀的金屬基板10和中間層20構成本發(fā)明的超導線材用帶基材2。在本實施方式中，金屬基板10為低磁性的無取向金屬基板(例如，哈斯特洛伊鎳基耐蝕耐熱合金(注冊商標)、奧氏體系不銹鋼等)。如圖2所示，中間層20具備阻隔層 21、雙軸取向層22、保護層23，并由其構成。超導層30是由RE系超導體構成的RE系超導層，例如為通過MOCVD法形成的YBCO超導層。在超導層30的上面，例如使用濺射法形成由銀構成的穩(wěn)定化層40。構成中間層20的阻隔層21是為了防止金屬基板10的構成元素擴散的層，例如使用濺射法形成。作為阻隔層21的材料，可以使用GZ0、YAW、YSZJ203、Gd203、Al203、&03、 Sc2O3、Cr2O3、REZrO以及RE2O3等。此處，RE至少由一種稀土元素構成，以及可以由選自由其組合構成的組中的材料構成。需要說明的是，阻隔層21具有防止擴散功能，同時也可以具有例如提高雙軸取向性等其他的功能。需要說明的是，為了使其具有提高雙軸取向性的功能，優(yōu)選使用GZO作為阻隔層21的材料。雙軸取向層22是由為使超導層30的結晶在一定的方向取向的NbO構成的多晶薄膜，通過后述的IBAD法形成。保護層23保護雙軸取向層 22，同時還是為提高與超導層30的晶格匹配性的層，例如通過濺射法形成。作為保護層23 的材料，可以由CeO2、LaMnO3(LMO) ,SrTiO3(STO)的任意1種或者2種的組合構成。但是，和 MgO相比NbO與大氣不容易反應，因此在使用NbO作為雙軸取向層22的情況下，保護層23 未必是必要的。圖3是使用IBAD法時所用的濺射裝置的概略構成的示意圖。如圖3所示，濺射裝置100具備濺射離子源101、輔助離子源102、靶材(沉積源)103、基材傳送器104，并由其構成。該濺射裝置100被收容在真空容器(圖示略)中，在真空中使蒸鍍顆?？梢远逊e在成膜面DA上。另外，濺射裝置100具有沒有圖示的加熱器，可以將成膜面DA加熱到所希望的溫度。在形成雙軸取向層22時，在帶狀的金屬基板10上形成有阻隔層21的基材作為基材110，通過基材傳送器104使其傳送進濺射裝置內。濺射離子源101和輔助離子源102各自具備可以加速并放出由離子發(fā)生器發(fā)生的離子的離子槍，可以向靶材103或成膜面DA照射所期望的離子。一旦從濺射離子源101向靶材103照射離子束，靶材103的構成顆粒被彈出。該被彈出的顆粒(沉積顆粒)堆積在相對的基材110的成膜面DA上，形成多晶薄膜。此時， 通過輔助離子源102，從基材110的成膜面的斜向(例如相對于成膜面的法線方向為45° ) 照射輔助離子束。那樣的話，在基材110的成膜面DA上形成的多晶薄膜的a軸和b軸被取向，形成雙軸取向層。通過基材傳送器104—邊使基材110移動一邊成膜，從而在長條形的基材110上同樣可以形成雙軸取向層。圖2所示的雙軸取向層22可以使用圖3所示的濺射裝置100形成。在本實施方式中，因為雙軸取向層22由巖鹽型NbO構成，所以NbO被用于靶材103。需要說明的是，雙軸取向層22的厚度以平均膜厚計為0. 4 500nm。膜厚為未滿 0. 4nm時在厚度方向不能確保1晶格厚，因此雙軸取向層的形成變得困難。另外，若膜厚超過500nm在上下的層間可能產生剝離。因此，優(yōu)選上述的數值范圍。更優(yōu)選的是，雙軸取向層22的厚度以平均膜厚計為5 50nm。在該范圍內時，保護層23等在雙軸取向層22上形成的層的面內取向度提高，所以優(yōu)選。中間層20的總厚度為lOOnm，與由MgO構成的雙軸取向層(參照圖4)相比，格外地被薄膜化。實施例在表1中表示實施例和比較例。
權利要求
1.一種超導線材用帶基材，其特征在于，其是在金屬基板上形成中間層而得到的超導線材用帶基材，上述中間層具有由一氧化鈮構成的雙軸取向層，該一氧化鈮通過使來自蒸鍍源的蒸鍍顆粒在成膜面堆積而形成。
2.如權利要求1所述的超導線材用帶基材，其特征在于，上述雙軸取向層的厚度以平均膜厚計為0. 4nm 500nm。
3.如權利要求1或2所述的超導線材用帶基材，其特征在于，上述中間層具有在上述金屬基板表面所形成的防擴散層。
4.如權利要求3所述的超導線材用帶基材，其特征在于，上述防擴散層由Al2O3或Cr2O3 構成。
5.如權利要求1 4中任一項所述的超導線材用帶基材，其特征在于，上述雙軸取向層是通過從成膜面的斜向照射離子束，同時在成膜面堆積來自蒸鍍源的蒸鍍顆粒而形成的。
6.如權利要求1 5中任一項所述的超導線材用帶基材，其特征在于，上述中間層具有在上述雙軸取向層表面形成的保護層。
7.一種超導線材，其特征在于，其通過在權利要求1 6中任一項所述的超導線材用帶基材的表面形成超導層而得到。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超導線材用帶基材和超導線材，所述超導線材用帶基材通過中間層的簡化可以使超導線材成本降低，同時可以提高超導線材的特性(通電特性和處理性)。一種在金屬基板上形成中間層而得到的超導線材用帶基材，其中，中間層的雙軸取向層由一氧化鈮(NbO)層構成，該一氧化鈮(NbO)層通過使來自蒸鍍源的蒸鍍顆粒在成膜面堆積而形成。
文檔編號C01G33/00GK102217008SQ201080003237
公開日2011年10月12日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權日2009年9月7日
發(fā)明者福島弘之 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社