專利名稱：：制造氧化物超導(dǎo)線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種制造氧化物超導(dǎo)線的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種制造包括淀積在金屬帶上的氧化物超導(dǎo)層的氧化物超導(dǎo)線的方法。
背景技術(shù)：
：氧化物超導(dǎo)線具有能在與其他超導(dǎo)材料相比相對(duì)高的溫度(77K)下獲得至少1MA/cm2的臨界電流密度(Jc)的特性，且因此其大規(guī)模生產(chǎn)的期望值增加了。在常規(guī)技術(shù)中，已經(jīng)采用具有短長(zhǎng)度的超導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)了大于1MA/cm2的Jc。然而，今后應(yīng)該發(fā)展對(duì)于具有長(zhǎng)的長(zhǎng)度的氧化物超導(dǎo)線來獲得至少1MA/cm2的Jc的方法。此處描述對(duì)于具有長(zhǎng)的長(zhǎng)度的氧化物超導(dǎo)線Jc不能增加的原因。因?yàn)楫?dāng)氧化物超導(dǎo)線制得長(zhǎng)時(shí)，采用的氧化物變得長(zhǎng)，這使得難于保持在同一方向的晶體定向?？朔藛栴}的措施之一是通過激光燒蝕(laserablation)在膜形成腔中淀積氧化物薄膜的方法，然后此氧化物超導(dǎo)薄膜在氧引入腔中被連續(xù)進(jìn)行熱處理。采用此方法，氧化物超導(dǎo)薄膜的本征特性被顯現(xiàn)出來(日本專利未審公開No.2001-357739專利文獻(xiàn)1)。此外，存在在金屬帶上預(yù)先設(shè)置Ag層作為基層材料，且多個(gè)氧化物超導(dǎo)層淀積在Ag層上的技術(shù)。還有用于在化學(xué)氣相淀積(CVD)方法中供應(yīng)反應(yīng)溶液的成分的技術(shù)，使得在淀積在Ag層側(cè)面的氧化物超導(dǎo)層中的Cu成分變得遠(yuǎn)超過淀積在其上面的氧化物超導(dǎo)層中的Cu成分(見日本專利未審公開No.2003-092036專利文獻(xiàn)2)。此外，存在采用物理氣相淀積(PVD)形成均勻膜的方法，其中將多個(gè)帶組合并設(shè)置在作為目標(biāo)的金屬帶與靶之間，以選擇性地將從靶產(chǎn)生的粒子淀積在作為目標(biāo)的金屬帶上(見日本專利未審公開No.2003-171764專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)1日本專利未審公開No.2001-357739專利文獻(xiàn)2日本專利未審公開No.2003-092036專利文獻(xiàn)3日本專利未審公開No.2003-171764
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明有待解決的問題如果在具有短的長(zhǎng)度的氧化物超導(dǎo)線中的大的臨界電流密度(Jc)能在長(zhǎng)的長(zhǎng)度中保持，則氧化物超導(dǎo)線的大規(guī)模生產(chǎn)是可能的。雖然在上述各種制造方法中每個(gè)的公開中都描述了一些成功，但還需要性能的進(jìn)一步提高?？疾炝瞬捎闷渌椒ǖ拇胧＝鉀Q問題的方法本發(fā)明的發(fā)明人仔細(xì)研究了制造條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了更好的制造方法。即，在本發(fā)明中，當(dāng)采用氣相淀積法將氧化物超導(dǎo)層形成在金屬帶上時(shí)，金屬帶的傳輸速度設(shè)為至少5m/h，且?guī)c用于產(chǎn)生氧化物的鈀之間的距離設(shè)為最大100mm。雖然采用低于5m/h的帶傳輸速度，膜的形成是可能的，但傳輸速度優(yōu)選設(shè)為至少5m/h，以增加所得的氧化物超導(dǎo)線的Jc。此外，雖然金屬帶與靶之間的距離大于100mm膜的形成是可能的，但隨著金屬帶與靶之間的距離增加，氧化物的薄膜變薄且Jc不能增加。根據(jù)本發(fā)明制造氧化物超導(dǎo)線的方法包括在與用于產(chǎn)生氧化物的靶最多100mm距離的位置設(shè)置金屬帶的步驟，和采用氣相淀積法在金屬帶上形成氧化物超導(dǎo)層的步驟，同時(shí)保持金屬帶與靶之間最大100mm的距離以最少5m/h的傳輸速度傳輸金屬帶。氣相淀積法優(yōu)選脈沖激光淀積(PDL)法。此外，當(dāng)氧化物超導(dǎo)層是稀土鋇銅基超導(dǎo)氧化物時(shí)(RE123；RE＝稀土元素，Y)，該制造方法變得更優(yōu)選。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供能獲得更好的臨界電流密度的制造氧化物超導(dǎo)線的方法。圖1是用于根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行氧化物超導(dǎo)線的制造的方法的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明所制造的氧化物超導(dǎo)線的截面圖。參考標(biāo)號(hào)的描述1膜形成器件，2基底供應(yīng)部分，3基底收取部分，4膜形成腔，5、9箭頭，6金屬帶，7靶，8激光，11中間層，12氧化物超導(dǎo)層。實(shí)施本發(fā)明的最好模型下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是用于根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行氧化物超導(dǎo)線的制造的方法的示意圖。參照?qǐng)D1，膜形成器件1包括基底供應(yīng)部分2和基底收取部分3。在膜形成器件1中，膜形成腔4設(shè)置在基底供應(yīng)部分2與基底收取部分3之間?；坠?yīng)部分2、基底收取部分3和膜形成腔4優(yōu)選形成為具有各自封閉的空間或基本封閉的空間。作為柔性的和長(zhǎng)的基底的金屬帶6被從基底供應(yīng)部分2引出，如箭頭5所示，經(jīng)過膜形成腔4，然后在基底收取部分3中被收取。更具體地，采用激光燒蝕從供應(yīng)部分2引出的金屬帶6，氧化物超導(dǎo)薄層形成在膜形成腔4中，。在膜形成腔4中，靶7設(shè)置得面對(duì)作為基底的金屬帶6，且靶7被照射來自膜形成腔4的外側(cè)的激光8。靶7包括氧化物超導(dǎo)物質(zhì)的成分。由形成靶7的物質(zhì)所制成的顆粒從被激光8照射的靶7中釋放，如箭頭9所示，且該粒子淀積在金屬帶6上以形成氧化物超導(dǎo)層。具有淀積其上的氧化物超導(dǎo)層的金屬帶6在基底收取部分3中被收取。具有形成在其上的氧化物超導(dǎo)薄膜的、在基底收取部分3中被收取的金屬帶6隨后從基底收取部分3移除并在熱處理爐中的氧氛圍中進(jìn)行熱處理。這樣，獲得了包括具有長(zhǎng)的長(zhǎng)度、具有形成于其上的氧化物超導(dǎo)層的金屬帶6的氧化物超導(dǎo)線。圖2是根據(jù)本發(fā)明所制造的氧化物超導(dǎo)線的截面圖。參照?qǐng)D2，薄膜狀的中間層11形成在金屬帶6上。氧化物超導(dǎo)層12形成在中間層11上。當(dāng)氧化物超導(dǎo)層12形成時(shí)，靶7與金屬帶6之間的距離保持為最多100mm。此外，沿箭頭5所示方向的金屬帶6的傳輸速度設(shè)為至少5m/h。在根據(jù)本發(fā)明制造氧化物超導(dǎo)線的方法中，由于增加了常規(guī)的膜形成速度，所形成的氧化物超導(dǎo)層的晶體取向沿同一方向?qū)?zhǔn)，且因此可以在長(zhǎng)的長(zhǎng)度內(nèi)保持大的臨界電流值(Jc)。為了以高速進(jìn)行膜形成，其上自然淀積氧化物超導(dǎo)物質(zhì)的基底表面(線表面)的條件變得重要。在本發(fā)明中，容易制成具有長(zhǎng)的長(zhǎng)度的金屬帶被用作氧化物超導(dǎo)線的基材料。金屬帶6的優(yōu)選材料包括Ni-Fe合金、不銹鋼、包括Ni的合金的復(fù)合材料等。在金屬帶6上，優(yōu)選設(shè)置中間層11而不是直接淀積氧化物超導(dǎo)層12。氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(Yttria-stablizedzirconia)、CeO2等可以被選擇作為用于幫助氧化物超導(dǎo)層12的晶體定向的中間層。雖然用于在金屬帶6上淀積中間層11的各種方法都是可能的，但用于在長(zhǎng)的長(zhǎng)度范圍內(nèi)保持氧化物超導(dǎo)層12的定向的性能取決于中間層11的定向。優(yōu)選采用傾斜基底淀積(ISD)方法或作為ISD的改進(jìn)方法的反轉(zhuǎn)ISD方法。在反轉(zhuǎn)ISD方法中，中間層淀積先為具有設(shè)計(jì)值一半的厚度，且剩下的一半部分在反轉(zhuǎn)傾斜的條件下制造。由于采用這種方法可以糾正晶體偏角，可以淀積具有更高取向性的氧化物超導(dǎo)層，且結(jié)果可以增加Jc。此外，取向基底優(yōu)選用作金屬帶。中間層優(yōu)選堆疊在取向基底上以防止元素?cái)U(kuò)散并增加與氧化物超導(dǎo)層的晶格對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的制造方法是上述在具有淀積于其上的中間層的金屬帶上淀積超導(dǎo)層的方法。特別優(yōu)選在高的溫度下顯示出超導(dǎo)特性的稀土鋇銅基超導(dǎo)氧化物(RE123，RE＝稀土元素，Y)作為用于淀積的氧化物超導(dǎo)層材料。氣相淀積法用作淀積的方法。當(dāng)包括將淀積在中間層上的超導(dǎo)物質(zhì)的靶離中間層遠(yuǎn)時(shí)，不能保證足夠的淀積厚度，因?yàn)榻饘賻У膫鬏斔俣雀摺Ｒ虼?，靶與被淀積的中間層之間的距離必須設(shè)為至少100mm。然后，金屬帶的傳輸速度設(shè)為至少5m/h。采用低于5m/h的傳輸速度，臨界電流密度(Jc)不能增加。這是因?yàn)橥ㄟ^在氧化物超導(dǎo)層淀積過程中的氣氛加熱而施加到中間層和金屬帶的熱史影響Jc的值。當(dāng)傳輸速度低時(shí)，熱史的影響大，且當(dāng)傳輸速度超過5m/h時(shí)，熱史對(duì)氧化物超導(dǎo)層的形成沒有大的影響。根據(jù)本發(fā)明制造氧化物超導(dǎo)線的方法包括在與用于產(chǎn)生氧化物的靶至少100mm的距離L的位置設(shè)置金屬帶6的步驟，和在金屬帶6上采用氣相淀積方法形成氧化物超導(dǎo)層12同時(shí)保持金屬帶6與所述靶7之間最大100mm的距離L以最少5m/h的傳輸速度傳輸所述金屬帶6。雖然下面描述了本發(fā)明的范例，但本發(fā)明不局限于這些范例。(范例1)制備具有1μm厚的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)淀積于其上作為中間層的Ni族合金的取向基底(0.1mm厚×10mm寬×50m長(zhǎng))。在此基底上，淀積HoBa2Cu3O7-x(HoBCO)的氧化物超導(dǎo)層。作為制造條件，采用具有600mJ激光能量的激光淀積法。采用氧作為膜形成氣體，氣壓設(shè)為26.7kPa(200Torr)，且淀積目標(biāo)(金屬帶)與靶之間的距離保持在80mm。采用會(huì)聚透鏡把在靶上的照射面積設(shè)為4mm×6mm，以形成矩形羽流(plume)。在上述條件下，在調(diào)節(jié)激光頻率的情況下，如上的特鎳合金(Hastelloy)帶通過羽流傳輸形成膜，從而獲得期望的在整個(gè)膜上的0.25μm厚度。通過在不傳輸特鎳合金帶的情況下，即以0傳輸速度淀積超導(dǎo)膜的方法來制備作為參考的樣品，在該方法中當(dāng)達(dá)到期望的0.25μm厚度時(shí)除去特鎳合金帶。制造了具有分別以5m/h、10m/h和15m/h三種傳輸速度淀積于其上的氧化物超導(dǎo)層的樣品。與上述具有0傳輸速度的樣品一起測(cè)量了臨界電流值(Ic)。采用獲得的Ic計(jì)算了Jc。結(jié)果在表1中示出。在表1中示出的結(jié)果顯示Jc的值隨著在氧化物超導(dǎo)層淀積過程中傳輸速度的增加而增加的趨勢(shì)。表1(范例2)采用范例1中具有淀積在其上的中間層的Ni族合金取向基底，且如范例1一樣在其上淀積HoBCO膜。作為制造條件，淀積目標(biāo)(金屬帶)與靶之間的距離變?yōu)?0mm，且采用會(huì)聚透鏡把在靶上的照射面積設(shè)為0.6mm×40mm，以形成線羽流。其他條件與范例1中的類似。在范例2中，分別以1.7m/h、2.5m/h、5m/h和6.6m/h的四種傳輸速度形成氧化物超導(dǎo)層以獲得樣品。測(cè)量了樣品的臨界電流值(Ic)。采用獲得的Ic測(cè)量了臨界電流密度(Jc)。結(jié)果在表2中示出。表2顯示，在范例2中，也顯示出Jc隨著傳輸速度的增加而增加的趨勢(shì)，如范例1一樣。特別是，Jc的值在至少5m/h的傳輸速度增加。表2<tablesid="table2"num="002"><tablewidth="844">傳輸速度(m/h)1.72.556.6臨界電流密度(MA/cm2)1.091.171.612.07</table></tables>如上所述，由于采用根據(jù)本發(fā)明的制造氧化物超導(dǎo)線的方法，傳輸速度增加且獲得足夠大的臨界電流密度值，此方法與常規(guī)方法相比，在制造具有更長(zhǎng)的長(zhǎng)度的氧化物超導(dǎo)線中更有效。工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明可以應(yīng)用于制造氧化物超導(dǎo)線的方法的技術(shù)中。權(quán)利要求1.一種制造氧化物超導(dǎo)線的方法，包括在與用于產(chǎn)生氧化物的靶(7)最多100mm的距離(L)的位置設(shè)置金屬帶(6)的步驟；和采用氣相淀積法在所述金屬帶(6)上形成氧化物超導(dǎo)層(12)的步驟，同時(shí)保持所述金屬帶(6)與所述靶(7)之間最大100mm的距離(L)以最少5m/h的傳輸速度傳輸所述金屬帶(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造氧化物超導(dǎo)線的方法，其中所述氣相淀積方法是脈沖激光淀積(PLD)方法。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造氧化物超導(dǎo)線的方法，其中所述氧化物超導(dǎo)層(12)是稀土金屬鋇銅基超導(dǎo)氧化物(RE123；RE＝稀土元素，Y)。全文摘要一種用于制造氧化物超導(dǎo)線的方法，包括在與用于氧化物制備的靶(7)最多100mm的距離(L)的位置設(shè)置金屬帶(6)的步驟；和采用氣相淀積法在所述金屬帶(6)上形成氧化物超導(dǎo)層的步驟，同時(shí)保持所述金屬帶(6)與所述靶(7)之間保持最多100mm的距離(L)以5m/h或以上的速度傳輸所述金屬帶(6)。文檔編號(hào)H01B13/00GK1823393SQ200480020328公開日2006年8月23日申請(qǐng)日期2004年7月1日優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日發(fā)明者母?jìng)}修司,大松一也,小西昌也,藤野剛?cè)暾?qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社