JP3883665B2

JP3883665B2 - Method for producing intermediate insertion layer on metal substrate

Info

Publication number: JP3883665B2
Application number: JP26891897A
Authority: JP
Inventors: 中一瀬; 調秋田; 恭治太刀川; 章弘菊池
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Tokai University Educational System
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Tokai University Educational System
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2017-10-01
Also published as: JPH11111079A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法に関する。更に詳述すると、本発明は可撓性のある高温超電導テープ線材の作製に必要な高温超電導材と金属基板の間の中間挿入層の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温超電導材を超電導機器で使用するために可撓性のあるテープ状にした高温超電導テープ線材がある。この高温超電導テープ線材は、ＭＲＩ医療診断装置や磁気浮上高速列車等の広い用途に利用可能である。
【０００３】
この高温超電導テープ線材は、可撓性の有るテープ状の金属基板をベースとして、この金属基板上に作製された中間挿入層と、この中間挿入層上に作製された超電導膜とを備えている。このような積層状の高温超電導テープ線材の製造において、金属基板上に中間挿入層を作製する方法は主に２通りある。
【０００４】
第１の方法は、金属基板としての２軸配向したニッケル（以下Ｎｉという）基板上に中間挿入層として２軸配向したＣｅＯ₂（酸化セリウム）を作製する方法である。この方法では、Ｎｉの酸化を防ぐために、水素を含んだ不活性ガス中で中間挿入層を作製する。また、この方法では、中間挿入層のＣｅＯ₂が超電導膜と反応してその超電導特性を劣化させてしまうことを防ぐため、中間挿入層と超電導膜との間にＹＳＺ（イットリウムを添加した安定化ジルコニア）の第２の中間挿入層を作製する（D.P.Norton et al.,ＳＣＩＥＮＣＥ，２７４，７５５（１９９６））。
【０００５】
第２の方法は、金属基板としてのＮｉ合金であるハステロイ製の基板上に中間挿入層として２軸配向したＹＳＺを作製する方法である。この第２の方法では、例えばイオンビームをハステロイ基板上に一定角度で照射することにより２軸配向したＹＳＺ膜を作製することができる（Y.Iijima et al.,Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０，７６９（１９９２））。または、この第２の方法では、例えばハステロイ基板の基板電極に垂直補助電極を設けてプラズマを湾曲させることにより２軸配向したＹＳＺ膜を作製することができる（M.Fukutomi et al.,ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，２３９，１２３（１９９４））。さらには、この第２の方法では、イオン等を用いず、例えばハステロイ基板を傾けることにより２軸配向したＹＳＺ膜を作製することができる（長谷川勝哉他，第５５回１９９６年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集，１９（１９９６））。
【０００６】
この第２の方法では、中間挿入層のＹＳＺが超電導膜と反応することを防止してさらに特性の優れた超電導テープ線材を得るために、ＹＳＺ中間挿入層と超電導膜との間に第２の中間挿入層として酸化イットリウム（以下Ｙ₂Ｏ₃という）の層を作製する方法もある（保坂真理子他，第５６回１９９７年度春季低温工学・超電導学会講演概要集，２０７（１９９７））。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した超電導テープ線材の各製造方法では、金属基板と超電導膜との間に第１の中間挿入層とＹＳＺ若しくはＹ₂Ｏ₃の第２の中間挿入層を作製する２つの工程を要してしまう。このため、超電導テープ線材の製造に長時間を費やしてしまい、その製造コストが高価なものとなってしまう。さらに、超電導テープ線材の第１の製造方法では、中間挿入層の作製のために取扱いに注意を要する水素を使用しているので、製造作業に慎重を要して煩雑なものになってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、金属基板と超電導膜との間に多層膜を作製する必要が無く、しかも取扱いに注意を要する水素を使用せずに金属基板上に超電導特性上最も好ましい希土類金属酸化物の中間挿入層の作製方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明者が種々実験・研究した結果、イットリウム（以下Ｙという）金属の超低酸素分圧下での強い酸化作用、即ち高真空中（１×１０^-6〜１×１０^-3ｔｏｒｒ）でもＹ金属と酸素とから容易にＹ₂Ｏ₃が生成される性質を利用して、Ｎｉ金属基板は酸化せずＹ金属のみが酸化する気圧環境を真空度の制御で作り出すことにより、Ｙ金属を蒸発させて酸素と反応させ２軸配向したＮｉ金属基板上に２軸配向したＹ₂Ｏ₃を蒸着させて中間挿入層を直接作製することに成功した。
【００１０】
そして、中間挿入層の原料に使用できる金属は、高真空中でも容易に酸化物を生成できると共にその酸化物がＣ型希土構造を有するものであれば良いので、Ｙ金属の他の酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属、例えばＳｍ，Ｅｕ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃも使用可能である。また、金属基板としてはＮｉ以外にも２軸配向した金属または合金、例えば銀や銅、鉄も使用可能である。
【００１１】
そこで、請求項１の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法は、２軸配向した金属基板上に、酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属を蒸発させ酸素と反応させて２軸配向した希土類金属酸化物を蒸着させることにより中間挿入層を作製するようにしている。蒸発した希土類金属は、金属基板上に付着する以前に酸化しても良いし、金属基板上に付着後に酸化しても良い。
【００１２】
ここで、本明細書中で「希土類金属」とは、ランタニド元素５７Ｌａから７１Ｌｕまでの１５元素にスカンジウムとイットリウムを加えた１７元素を意味している。
【００１３】
したがって、請求項１の発明によれば、酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属は容易に酸化する性質を有しているので、金属基板は酸化することなく希土類金属のみが酸化して中間挿入層を作製することができる。このとき、真空度および基板表面温度のみを制御することにより２軸配向した希土類金属酸化物を作製することができるので、この作製方法を利用して高温超電導材を製造したときにその製造工程を著しく簡素化することができる。
【００１４】
また、金属基板と高温超電導膜との間に希土類金属酸化物から成る中間挿入層のみを作製しているので、高温超電導材の製造工程を削減して製造時間を短縮化できると共に製造コストの低減を図ることができる。しかも、この中間挿入層は２軸配向した希土類金属酸化物であるので、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。
【００１５】
さらに、中間挿入層は希土類金属酸化物を蒸着させることにより作製されるので、取扱いに注意を要する水素を使用せずに中間挿入層を作製することができる。また、中間挿入層であるＣ型希土構造の希土類金属酸化物は立方晶であるので、高温超電導体の一例であるＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子と接合する面が４回回転軸を持った正方形となる。このため、中間挿入層と高温超電導膜との接合性を高くすることができる。
【００１６】
そして、請求項２の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法では、希土類金属酸化物の蒸着は、抵抗加熱、電子ビーム、レーザー、イオンビームのいずれかにより希土類金属を蒸発させて行うようにしている。したがって、中間挿入層を作製すべく希土類金属を蒸発させるために各種の方法を選択することができるので、蒸発させる希土類金属や金属基板の材質に対して最も適した方法を選択することができる。
【００１７】
ところで、本発明者が更に実験・研究を重ねた結果、中間挿入層を電子ビーム蒸着法により作製した場合、金属基板の表面温度が４５０℃未満であると作製した希土類金属酸化物はアモルファスになってしまいほとんど結晶化せず結晶性が著しく低下してしまうことが判明した。
【００１８】
また、中間挿入層を電子ビーム蒸着法により作製する雰囲気の全圧が１×１０^-6ｔｏｒｒ以下の高い真空度であると、例えば表１の比較例１に示すように、作製した希土類金属酸化物の結晶組織の大部分は金属基板の垂直方向に対して＜１１１＞配向して金属基板の水平面内には配向しない状態、即ち｛１１１｝// ＜００１＞に示す配列となってしまうことが判明した。この場合、中間挿入層の希土類金属酸化物と超電導膜のＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xとが適合せず超電導膜が２軸配向しなくなるので、高温超電導材の超電導特性を著しく劣化させてしまう。
【００１９】
さらに、中間挿入層を電子ビーム蒸着法により作製する雰囲気の全圧が１×１０^-3ｔｏｒｒより大きい低い真空度であると、希土類金属の蒸発が不安定になってしまうことが判明した。
【００２０】
また、中間挿入層を電子ビーム蒸着法により作製する際に、例えば表１の比較例２に示すように、Ｎｉ金属基板の表面温度が６５０℃であると雰囲気の酸素分圧が約１×１０^-17ｔｏｒｒより小さいと希土類金属を酸化するための酸素が不足してしまい中間挿入層を作製できなくなってしまう。さらに、この温度下で酸素分圧が２．４×１０^-5ｔｏｒｒより大きいとＮｉ金属基板が酸化し易くなってしまう。金属基板が酸化すると表面構造が変化して、その上に２軸配向しない希土類金属酸化物が生じてしまう。
【００２１】
そこで、請求項３の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法では、希土類金属酸化物の蒸着は電子ビームにより希土類金属を蒸発させて行うと共に、この蒸発は、金属基板の表面温度は４５０℃以上かつ希土類金属酸化物の溶融温度または金属基板の溶融温度の低い方の温度以下の温度範囲中で、尚かつ雰囲気の全圧が１×１０^-6ｔｏｒｒを超えて１×１０^-3ｔｏｒｒ以下の範囲中で、希土類金属は酸化するのに対し金属基板は酸化しない温度及び酸素分圧の範囲中で行うようにしている。したがって、作製した希土類金属酸化物の結晶性を良好にすることができると共に、その結晶組織のほとんどが金属基板の垂直方向に対して＜１００＞配向し、かつ金属基板の水平面内に配向した２軸配向にできる。しかも、希土類金属の蒸発を安定に行うことができると共に、金属基板の酸化を防止することができる。
【００２２】
ここで、希土類金属酸化物は立方晶であるため、１軸が金属基板に対し垂直に配向して、かつ他の１軸が金属基板の平行面内で９０度刻みで配向した結晶組織となることにより、２軸配向した状態となる。
【００２３】
また、請求項４の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法では、金属基板はニッケルまたはニッケル合金であるようにしている。
【００２４】
Ｎｉ及びＮｉ合金は再結晶集合組織を作りやすい材料であり、また曲げ強さ等の機械特性や常温及び高温における耐酸化性や耐蝕性に優れた材料であるので、高温超電導材の製造の際に金属基板の各種の耐性を特に考慮せずに容易に製造することができる。
【００２５】
さらに、請求項５の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法では、希土類金属はイットリウムであるようにしている。
【００２６】
したがって、中間挿入層はイットリウム酸化物（Ｙ₂Ｏ₃）となる。ここで、このＹ₂Ｏ₃の最近接原子間距離は約０．３７４９ｎｍである。これに対し、高温超電導膜の一例であるＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子定数は０．３８２６ｎｍである。よって、これらの値は極めて近似してミスマッチは約２％である。また、金属基板に対し１軸が垂直方向に配向した場合、Ｙ₂Ｏ₃の原子の配列はＹ層とＯ層が交互に積層した形を取るため、Ｙ層のみを見るとＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子内のＹ層と同様の配置となる。これにより、中間挿入層と高温超電導膜とがほぼ等しい原子間距離となることにより、高温超電導膜における超電導特性を良好なものにすることができる。
【００２７】
一方、上述した請求項１の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法によれば、２軸配向した金属基板と、この金属基板上に作製すると共に酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属の酸化物を２軸配向して成る中間挿入層と、この中間挿入層上に作製した高温超電導膜との３層のみから成る高温超電導材を製造することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。本実施形態の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法は、２軸配向した金属基板上に、酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属を蒸発させ酸素と反応させて２軸配向した希土類金属酸化物を蒸着させることにより中間挿入層を作製するようにしている。蒸発した希土類金属は、金属基板上に付着する以前に酸化しても良いし、金属基板上に付着後に酸化しても良い。そして、金属基板をＮｉ金属基板とし、希土類金属をＹ金属としている。このため、希土類金属酸化物は、イットリウム酸化物となる。
【００２９】
そして、Ｙ金属酸化物の蒸着は電子ビーム蒸着法により行っている。本実施形態ではＹ金属酸化物の蒸着を電子ビーム蒸着法により行っているが、これには限られず例えば抵抗加熱やレーザーやイオンビームによりＹ金属を加熱して蒸着させても良い。このため、希土類金属を蒸発させるために各種の方法を選択することができるので、蒸発させる希土類金属や金属基板の材質に対して最も適した方法を選択することができる。
【００３０】
電子ビーム蒸着法により蒸着を行う際は、金属基板の表面温度は４５０℃以上かつ希土類金属酸化物の溶融温度または金属基板の溶融温度の低い方の温度以下の温度範囲中で、尚かつ雰囲気の全圧が１×１０^-6ｔｏｒｒを超えて１×１０^-3ｔｏｒｒ以下の範囲中で、希土類金属は酸化するのに対し金属基板は酸化しない温度及び酸素分圧の範囲中で行う。ここでは金属基板をＮｉ金属基板とし希土類金属をＹ金属としているので、蒸着の温度範囲は４５０〜１４５５℃となる。
【００３１】
中間挿入層を作製する雰囲気はＮ₂の不活性ガスを導入している。このため、Ｎｉの酸化を防止することができる。本実施形態では中間挿入層の作製をＮ₂の不活性ガス中で行っているが、これには限られず例えばＡｒの不活性ガス中で行っても良い。この場合もＮｉの酸化防止を図ることができる。また、Ｎｉが酸化しない温度及び酸素分圧であれば約２０％の酸素が残留した通常の空気中で中間挿入層を作製しても良い。
【００３２】
上述した高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法によれば、酸化物がＣ型希土構造を有するＹ金属は容易に酸化する性質を有しているので、Ｎｉ金属基板は酸化することなくＹ金属のみが酸化して中間挿入層を作製することができる。このとき、真空度および基板表面温度のみを制御することにより２軸配向したＹ₂Ｏ₃を作製することができるので、この作製方法を利用して高温超電導線材を製造したときにその製造工程を著しく簡素化することが可能となる。このため、高温超電導線材を低コストで、かつ短時間で製造することができる。
【００３３】
そして、Ｎｉ金属基板と高温超電導膜との間にＹ₂Ｏ₃から成る中間挿入層のみを作製しているので、高温超電導線材の製造工程を削減して製造時間を短縮化できると共に製造コストの低減を図ることができる。さらに、中間挿入層はＹ金属を真空中で蒸着させることにより作製されるので、取扱いに注意を要する水素を使用せずに中間挿入層の作製作業を容易に行うことができる。
【００３４】
また、中間挿入層は２軸配向したＹ₂Ｏ₃であるので、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。さらに、中間挿入層のＹ₂Ｏ₃はＣ型希土構造で立方晶であるので、高温超電導体のＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子と接合する面が４回回転軸を持った正方形となる。このため、中間挿入層と高温超電導膜との接合性を高くすることができるので、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。しかも、高温超電導膜及び中間挿入層を薄くしても高温超電導膜は中間挿入層から剥離し難くなるので、高温超電導線材を可撓性に富むものにすることができる。
【００３５】
本実施形態では、金属基板をＮｉ金属としているので、Ｎｉ及びＮｉ合金は再結晶集合組織を作りやすい材料であり、常温及び高温における耐酸化性や耐蝕性に優れた材料であることから、高温超電導材の製造の際に金属基板の各種の耐性を特に考慮せずに容易に製造することができる。また、Ｎｉ及びＮｉ合金は曲げ強さ等の機械特性に優れた材料であるので、高強度の超電導テープ線材を製造することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、希土類金属がＹ金属であるようにしているので、中間挿入層はＹ₂Ｏ₃となる。ここで、このＹ₂Ｏ₃の最近接原子間距離は約０．３７４９ｎｍである。これに対し、高温超電導膜の一例であるＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子定数は０．３８２６ｎｍである。よって、これらの値は極めて近似してミスマッチは約２％である。また、金属基板に対し１軸が垂直方向に配向した場合、Ｙ₂Ｏ₃の原子の配列はＹ層とＯ層が交互に積層した形を取るため、Ｙ層のみを見るとＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子内のＹ層と同様の配置となる。これにより、中間挿入層と高温超電導膜とがほぼ等しい原子間距離となることにより、高温超電導膜における超電導特性を良好なものにすることができる。
【００３７】
そして、上述した高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法を利用して、２軸配向した金属基板と、この金属基板上に作製すると共に酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属、例えばＹ金属の希土類金属酸化物を２軸配向して成る中間挿入層と、この中間挿入層上に作製した高温超電導膜とを備える高温超電導材を製造することができる。
【００３８】
この高温超電導材によれば、金属基板と高温超電導膜との間に希土類金属酸化物から成る中間挿入層のみを有しているので、希土類金属を蒸発させ酸素と反応させて２軸配向した金属基板上に２軸配向した希土類金属酸化物を蒸着させることにより中間挿入層を作製することができる。このため、高温超電導材の製造工程を削減して製造時間を短縮化できると共に製造コストの低減を図ることができる。しかも、この中間挿入層は２軸配向した希土類金属酸化物であるので、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。
【００３９】
また、中間挿入層の作製を希土類金属酸化物を蒸着させることにより行えるので、取扱いに注意を要する水素を使用せずに中間挿入層を作製することができる。さらに、中間挿入層であるＣ型希土構造の希土類金属酸化物は立方晶であるので、高温超電導体のＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子と接合する面が４回回転軸を持った正方形となる。このため、中間挿入層と高温超電導膜との接合性を高くすることができる。
【００４０】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属としてＹ金属を使用しているが、これには限られずＳｍ，Ｅｕ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃ等の希土類金属全般のいずれを使用しても良い。これらの金属も、高真空中でも容易に酸化物を生成できると共に、酸化物がＣ型希土構造を有するので、希土類金属酸化物を金属基板に蒸着させて、金属基板を酸化させることなく希土類金属のみを酸化させて中間挿入層を作製することができる。また、中間挿入層であるＣ型希土構造の希土類金属酸化物は立方晶であるので中間挿入層と高温超電導膜との接合性を高くすることができるのは勿論である。
【００４１】
本実施形態では金属基板としてＮｉ金属を使用しているが、これには限られずＮｉ以外の２軸配向した金属または合金、例えば銀や銅、鉄であっても使用することができる。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属であるＹ金属を電子ビーム蒸着法により蒸発させて酸素と反応させてＹ₂Ｏ₃を生成した。そして、このＹ₂Ｏ₃を２軸配向したＮｉ金属基板上に蒸着して２軸配向したＹ₂Ｏ₃の中間挿入層である膜を作製した。蒸着の際のＮｉ金属基板の表面温度は６５０℃であった。また、雰囲気の気圧は８×１０^-4ｔｏｒｒであり、導入ガスとしてＮ₂を使用した。
【００４３】
そして、この試料についてＸ線（Ｃｕｋα）回折の測定を行った。この回折パターンを図１に示す。また、（２２２）の回折ピークの極点図を図２に示す。
【００４４】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で、２軸配向したＹ₂Ｏ₃の中間挿入層である膜を作製した。蒸着の際のＮｉ金属基板の表面温度は６５０℃であった。また、雰囲気の気圧は５×１０^-4ｔｏｒｒであり、導入ガスとしてＮ₂を使用した。
【００４５】
そして、この試料についてＸ線（Ｃｕｋα）回折の測定を行った。この回折パターンを図３に示す。同図では測定範囲２θを２５〜５５度の範囲としている。
【００４６】
（実施例３）
実施例１と同様の方法で、２軸配向したＹ₂Ｏ₃の中間挿入層である膜を作製した。蒸着の際のＮｉ金属基板の表面温度は６５０℃であった。また、雰囲気の気圧は１．２×１０^-4ｔｏｒｒであり、雰囲気には導入ガスを導入せず大気を減圧して使用した。この試料についてＸ線（Ｃｕｋα）回折の測定を行った。
【００４７】
（実施例４）
実施例１と同様の方法で、２軸配向したＹ₂Ｏ₃の中間挿入層である膜を作製した。蒸着の際のＮｉ金属基板の表面温度は６７０℃であった。また、雰囲気の気圧は１×１０^-5ｔｏｒｒであり、雰囲気には導入ガスを導入せず大気を減圧して使用した。
【００４８】
そして、この試料についてＸ線（Ｃｕｋα）回折の測定を行った。その（２２２）の回折ピークの極点図を図５に示す。
【００４９】
（比較例１）
実施例１と同様の方法で、２軸配向したＹ₂Ｏ₃の中間挿入層である膜を作製した。蒸着の際のＮｉ金属基板の表面温度は６７０℃であった。また、雰囲気の気圧は１×１０^-6ｔｏｒｒであり、雰囲気には導入ガスを導入せず大気を減圧して使用した。このため、気圧以外の作製条件を実施例４と全て一致させている。
【００５０】
そして、この試料についてＸ線（Ｃｕｋα）回折の測定を行った。その（２２２）の回折ピークの極点図を図６に示す。
【００５１】
（比較例２）
実施例１と同様の方法で、２軸配向したＹ₂Ｏ₃の中間挿入層である膜を作製した。蒸着の際のＮｉ金属基板の表面温度は６５０℃であった。また、雰囲気の気圧は５×１０^-4ｔｏｒｒであり、雰囲気には導入ガスを導入せず大気を減圧して使用した。したがって、導入ガス以外の作製条件を実施例２と全て一致させている。
【００５２】
そして、この試料についてＸ線（Ｃｕｋα）回折の測定を行った。この回折パターンを図４に示す。同図では測定範囲２θを２５〜５５度の範囲としている。
【００５３】
上述した実施例１〜４と比較例１，２の蒸着の際のＮｉ金属基板の表面温度と気圧と導入ガスとの条件を表１に示す。
【００５４】
【表１】

【００５５】
そして、各実施例及び比較例で作製された各試料について、Ｘ線回折の回折パターンからＮｉ金属基板の垂直方向に対してＹ₂Ｏ₃のどの軸が配向しているかを算出した。その結果を（４００）面からの回折ピークの強度Ｉ（４００）を（４００）面および（２２２）面からの回折ピーク強度の和Ｉ（４００）＋Ｉ（２２２）で割った値として表１に示す。
【００５６】
ここで、この値が１であるときはＩ（２２２）が０であるのでＹ₂Ｏ₃はＮｉ金属基板の垂直方向に対して＜１００＞配向であると判断できる。また、この値が０であるときはＩ（４００）が０であるのでＹ₂Ｏ₃はＮｉ金属基板の垂直方向に対して＜１１１＞配向であると判断できる。
【００５７】
また、各実施例及び比較例で作製された各試料について、Ｘ線回折による（２２２）の回折ピークの極点図からＮｉ金属基板の平行面内での配向度を測定した。その結果を表１の面内配向の欄に示す。
【００５８】
さらに、各実施例及び比較例で作製された各試料について、Ｘ線回折の回折パターンからＮｉＯ相の生成を同定してＮｉ金属基板が酸化されたか否かを測定した。その結果を表１のＮｉＯ相の欄に示す。
【００５９】
実施例１のＸ線回折パターン（図１）に示すように、Ｙ₂Ｏ₃の回折ピークは（４００）面からの回折ピークのみ測定された。このため、Ｙ₂Ｏ₃はＮｉ金属基板の垂直方向に対して＜１００＞配向していることが分かる。
【００６０】
また、実施例１の（２２２）の回折ピークの極点図（図２）に示すように、（２２２）はα角（あおり角）４０度付近のみに測定されたと共に、水平面内でβ角（面内角）の９０度毎に回折ピークが測定された。このため、Ｙ₂Ｏ₃はＮｉ金属基板の平行面内に配向していることが分かる。
【００６１】
したがって、実施例１では立方晶であるＹ₂Ｏ₃の１軸がＮｉ金属基板に垂直に配向し、他の１軸がＮｉ金属基板の平行面内で配向している。すなわち、実施例１のＹ₂Ｏ₃は完全な２軸配向膜である。
【００６２】
また、実施例２のＸ線回折パターン（図３）に示すように、４３．５度付近に回折ピークが存在していないので、Ｎｉ金属基板は酸化されていないことが分かる。ここではＮ₂ガスを導入しているので、酸素分圧が４×１０^-6ｔｏｒｒ程度にまで小さくなっていることにより、Ｎｉは酸化しなかったと考えられる。
【００６３】
これに対し、比較例２では実施例２とは導入ガス以外の作製条件を全て一致させている。そして、比較例２のＸ線回折パターン（図４）に示すように、４３．５度付近にＮｉＯによる回折ピークが測定されたので、Ｎｉ金属基板が酸化されたことが分かる。これは、作製雰囲気の全圧が５×１０^-4ｔｏｒｒであり、酸素分圧が約１×１０^-4ｔｏｒｒであることにより、温度６５０℃の条件と相まってＮｉが酸化したものと考えられる。一方、実施例２ではＮ₂ガスを導入しているので全圧は比較例２と同じでも酸素分圧が４×１０^-6ｔｏｒｒ程度にまで小さくなっていることにより、Ｎｉは酸化しなかった。
【００６４】
なお、Ｎｉ金属基板を酸化させるか否かは温度及び酸素分圧により変化するので、酸素分圧が約１×１０^-4ｔｏｒｒであっても基板表面温度を下げることによりＮｉ金属基板の酸化を防止し得る。逆に、酸素分圧を約１×１０^-4ｔｏｒｒより下げても基板表面温度を上げることによりＮｉ金属基板が酸化することがあり得る。
【００６５】
また、比較例２では、Ｎｉ金属基板の表面にＮｉＯが生成していることにより、図４に示すようにＹ₂Ｏ₃の結晶性が低下している。すなわち、表１に示すようにＩ（４００）／（Ｉ（４００）＋Ｉ（２００））の値が実施例２の場合に比べて低下している。これは、比較例２ではＮｉ金属基板が酸化したために表面構造が変化して２軸配向しないＹ₂Ｏ₃が生じたためと考えられる。
【００６６】
さらに、実施例４の（２２２）の回折ピークの極点図（図５）に示すように、Ｙ₂Ｏ₃は大部分がＮｉ金属基板の垂直方向に対して＜１００＞配向し、Ｎｉ金属基板の平行面内でも配向している。
【００６７】
これに対し、比較例１では実施例４とは気圧以外の作製条件を全て一致させている。そして、比較例１の（２２２）の回折ピークの極点図（図６）に示すように、Ｙ₂Ｏ₃の結晶の約９０％がＮｉ金属基板の垂直方向に対して＜１１１＞配向しており、Ｎｉ金属基板の平行面内ではＹ₂Ｏ₃の結晶の１０％程度しか＜００１＞配向していない。これは、Ｙ₂Ｏ₃を電子ビーム蒸着法により作製する雰囲気の気圧が１×１０^-6ｔｏｒｒ以下の高い真空度であるためと考えられる。このように２軸配向していないＹ₂Ｏ₃を中間挿入層とすると中間挿入層のＹ₂Ｏ₃と超電導膜のＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xとが適合せず超電導膜が２軸配向しなくなるので、高温超電導材の超電導特性を著しく劣化させてしまう。また、比較例１のＩ（４００）／（Ｉ（４００）＋Ｉ（２００））の値は実施例４の値よりも非常に小さくなってしまう。
【００６８】
したがって、実施例４と比較例１とは気圧以外全て同じ作製条件であるので、気圧の大きさがＹ₂Ｏ₃を２軸配向したものにできるか否かを決定する１つの要件であることが分かる。
【００６９】
上述したように、実施例１〜４では、Ｎｉ金属基板の表面温度を４５０℃以上かつＮｉ金属基板の溶融温度（１４５５℃）以下の温度範囲中にし、蒸着の雰囲気の全圧を１×１０^-6ｔｏｒｒを超えて１×１０^-3ｔｏｒｒ以下の範囲中とし、Ｎｉ金属基板の表面温度を６５０〜６７０℃として雰囲気の酸素分圧を４×１０^-6ｔｏｒｒから２．４×１０^-5ｔｏｒｒまでの範囲中とした条件下でＹ金属を電子ビーム蒸着法によりＮｉ金属基板に蒸着させた。したがって、実施例１〜４では、Ｉ（４００）／（Ｉ（４００）＋Ｉ（２００））の値が１または１に近い値であると共に大部分のＹ₂Ｏ₃結晶が２軸配向して、尚かつＮｉ金属基板の酸化の無い高温超電導材の中間挿入層として適したＹ₂Ｏ₃層を得ることができた。
【００７０】
これに対し、比較例１では蒸着の雰囲気の全圧を１×１０^-6ｔｏｒｒとしたので、Ｙ₂Ｏ₃の結晶の約９０％がＮｉ金属基板の垂直方向に対して＜１１１＞配向しており、Ｎｉ金属基板の平行面内ではＹ₂Ｏ₃の結晶の１０％程度しか＜００１＞配向せず、高温超電導材の中間挿入層のＹ₂Ｏ₃層としては不適切なものとなった。また、比較例２ではＮｉ金属基板の表面温度を６５０℃とすると共に蒸着の雰囲気の酸素分圧を約１×１０^-4ｔｏｒｒとしたので、Ｎｉ金属基板が酸化してしまった。このため、高温超電導材の中間挿入層のＹ₂Ｏ₃層としては不適切なものとなった。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法は、２軸配向した金属基板上に、酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属を蒸発させ酸素と反応させて２軸配向した希土類金属酸化物を蒸着させることにより中間挿入層を作製するようにしているので、酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属は容易に酸化する性質を有していることから、金属基板は酸化することなく希土類金属のみが酸化して中間挿入層を作製することができる。このとき、真空度および基板表面温度のみを制御することにより２軸配向した希土類金属酸化物を作製することができるので、この作製方法を利用して高温超電導線材を製造したときにその製造工程を著しく簡素化することができる。このため、高温超電導線材を低コストで、かつ短時間で製造することができる。
【００７２】
また、金属基板と高温超電導膜との間に希土類金属酸化物から成る中間挿入層のみを作製しているので、高温超電導線材の製造工程を削減して製造時間を短縮化できると共に製造コストの低減を図ることができる。しかも、この中間挿入層は２軸配向した希土類金属酸化物であるので、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。
【００７３】
さらに、中間挿入層は希土類金属酸化物を蒸着させることにより作製されるので、取扱いに注意を要する水素を使用せずに中間挿入層の作製作業を容易に行うことができる。また、中間挿入層であるＣ型希土構造の希土類金属酸化物は立方晶であるので、高温超電導体のＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子と接合する面が４回回転軸を持った正方形となる。このため、中間挿入層と高温超電導膜との接合性を高くすることができるので、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。しかも、高温超電導膜及び中間挿入層を薄くしても高温超電導膜は中間挿入層から剥離し難くなるので、高温超電導線材を可撓性に富むものにすることができる。
【００７４】
そして、請求項２の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法では、希土類金属酸化物の蒸着は、抵抗加熱、電子ビーム、レーザー、イオンビームのいずれかにより希土類金属を蒸発させて行うようにしているので、中間挿入層を作製すべく希土類金属を蒸発させるために各種の方法を選択することができる。このため、蒸発させる希土類金属や金属基板の材質に対して最も適した方法を選択することができる。
【００７５】
また、請求項３の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法では、希土類金属酸化物の蒸着は電子ビームにより希土類金属を蒸発させて行うと共に、この蒸発は、金属基板の表面温度は４５０℃以上かつ希土類金属酸化物の溶融温度または金属基板の溶融温度の低い方の温度以下の温度範囲中で、尚かつ雰囲気の全圧が１×１０^-6ｔｏｒｒを超えて１×１０^-3ｔｏｒｒ以下の範囲中で、希土類金属は酸化するのに対し金属基板は酸化しない温度及び酸素分圧の範囲中で行うようにしているので、作製した希土類金属酸化物の結晶性を良好にすることができると共に、その結晶組織のほとんどが金属基板の垂直方向に対して＜１００＞配向し、かつ金属基板の水平面内に配向した２軸配向にできる。しかも、希土類金属の蒸発を安定に行うことができると共に、金属基板の酸化を防止することができる。このため、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。
【００７６】
さらに、請求項４の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法では、金属基板はニッケルまたはニッケル合金であるようにしているので、Ｎｉ及びＮｉ合金は再結晶集合組織を作りやすい材料であり、また曲げ強さ等の機械特性や常温及び高温における耐酸化性や耐蝕性に優れた材料であることから、高温超電導材の製造の際に金属基板の各種の耐性を特に考慮せずに容易に製造することができる。また、Ｎｉ及びＮｉ基合金は曲げ強さ等の機械特性に優れた材料であるので、高強度の超電導テープ線材を製造することができる。
【００７７】
さらに、請求項５の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法では、希土類金属はイットリウムであるようにしているので、中間挿入層はイットリウム酸化物となって中間挿入層はイットリウム酸化物Ｙ₂Ｏ₃となって中間挿入層と高温超電導膜とがほぼ等しい原子間距離を持つことにより、高温超電導膜における超電導特性を良好なものにすることができる。
【００７８】
一方、上述した請求項１の高温超電導材の金属基板上への中間挿入層の作製方法によれば、２軸配向した金属基板と、この金属基板上に作製すると共に酸化物がＣ型希土構造を有する希土類金属の希土類金属酸化物を２軸配向して成る中間挿入層と、この中間挿入層上に作製した高温超電導膜との３層のみから成る高温超電導材を製造することができる。
【００７９】
この高温超電導材によれば、金属基板と高温超電導膜との間に希土類金属酸化物から成る中間挿入層のみを有しているので、希土類金属を蒸発させ酸素と反応させて２軸配向した金属基板上に２軸配向した希土類金属酸化物を蒸着させることにより中間挿入層を作製することができる。このため、高温超電導材の製造工程を削減して製造時間を短縮化できると共に製造コストの低減を図ることができる。
【００８０】
また、中間挿入層を希土類金属酸化物を真空中で蒸着させることにより作製することができるので、取扱いに注意を要する水素を使用せずに中間挿入層の作製作業を容易に行うことができる。
【００８１】
さらに、中間挿入層は２軸配向した希土類金属酸化物であるので、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。この中間挿入層であるＣ型希土構造の希土類金属酸化物は立方晶であるので、高温超電導体のＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの格子と接合する面が４回回転軸を持った正方形となる。このため、中間挿入層と高温超電導膜との接合性を高くすることができるので、高温超電導材の特性を優れたものにすることができる。しかも、高温超電導膜及び中間挿入層を薄くしても高温超電導膜は中間挿入層から剥離し難くなるので、高温超電導材を可撓性のあるものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図２】実施例１の（２２２）の回折ピークを示す極点図である。
【図３】実施例２のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図４】比較例２のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図５】実施例４の（２２２）の回折ピークを示す極点図である。
【図６】比較例１の（２２２）の回折ピークを示す極点図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate of a high-temperature superconducting material. More specifically, the present invention relates to a method for producing an intermediate insertion layer between a high-temperature superconducting material and a metal substrate necessary for producing a flexible high-temperature superconducting tape wire.
[0002]
[Prior art]
There is a high-temperature superconducting tape wire that is formed into a flexible tape in order to use the high-temperature superconducting material in a superconducting device. This high-temperature superconducting tape wire can be used for a wide range of applications such as MRI medical diagnostic equipment and magnetic levitation high-speed trains.
[0003]
The high-temperature superconducting tape wire includes an intermediate insertion layer made on a metal substrate and a superconducting film made on the intermediate insertion layer based on a flexible tape-like metal substrate. . In the production of such a laminated high temperature superconducting tape wire, there are mainly two methods for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate.
[0004]
The first method is a biaxially oriented CeO as an intermediate insertion layer on a biaxially oriented nickel (hereinafter referred to as Ni) substrate as a metal substrate. ₂ This is a method for producing (cerium oxide). In this method, the intermediate insertion layer is formed in an inert gas containing hydrogen in order to prevent oxidation of Ni. Also, in this method, CeO of the intermediate insertion layer ₂ A second intermediate insertion layer of YSZ (stabilized zirconia doped with yttrium) is formed between the intermediate insertion layer and the superconducting film in order to prevent the superconducting film from reacting and degrading its superconducting properties. (DPNorton et al., SCIENCE, 274, 755 (1996)).
[0005]
The second method is a method of producing YSZ biaxially oriented as an intermediate insertion layer on a Hastelloy substrate that is a Ni alloy as a metal substrate. In this second method, a biaxially oriented YSZ film can be produced, for example, by irradiating an ion beam onto a Hastelloy substrate at a certain angle (Y. Iijima et al., Appl. Phys. Lett. 60, 769 (1992)). Alternatively, in this second method, a biaxially oriented YSZ film can be produced by, for example, providing a vertical auxiliary electrode on a substrate electrode of a Hastelloy substrate and bending the plasma (M. Fukutomi et al., Thin Solid). Films, 239, 123 (1994)). Furthermore, in this second method, it is possible to produce a biaxially oriented YSZ film by tilting a Hastelloy substrate, for example, without using ions or the like (Katsuya Hasegawa et al., 55th Autumn 1996 Low Temperature Engineering / Superconductivity Annual Meeting of the Society, 19 (1996)).
[0006]
In the second method, in order to prevent the YSZ of the intermediate insertion layer from reacting with the superconducting film and to obtain a superconducting tape wire having further excellent characteristics, the second insertion is performed between the YSZ intermediate insertion layer and the superconducting film. Yttrium oxide (hereinafter Y ₂ O _Three There is also a method of producing the layer (Mariko Hosaka et al., 56th Annual Spring Cryogenic Engineering and Superconductivity Society, 207 (1997)).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in each manufacturing method of the superconducting tape wire described above, the first intermediate insertion layer and YSZ or Y between the metal substrate and the superconducting film. ₂ O _Three Two processes for producing the second intermediate insertion layer are required. For this reason, it takes a long time to manufacture the superconducting tape wire, and the manufacturing cost becomes expensive. Furthermore, in the first method for producing a superconducting tape wire, hydrogen that requires attention in handling for the production of the intermediate insertion layer is used, so that the production work becomes cautious and complicated.
[0008]
Therefore, the present invention eliminates the need for forming a multilayer film between the metal substrate and the superconducting film, and is the most preferable rare earth metal oxide in terms of superconducting properties on the metal substrate without using hydrogen that requires careful handling. An object is to provide a method for producing an intermediate insertion layer.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various experiments and researches by the present inventor in order to achieve such an object, a strong oxidation action of yttrium (hereinafter referred to as Y) metal under an ultra-low oxygen partial pressure, that is, in a high vacuum (1 × 10 ^-6 ~ 1x10 ^-3 torr) easily from Y metal and oxygen ₂ O _Three By utilizing the property that the Ni metal substrate is not oxidized and the atmospheric pressure environment in which only the Y metal is oxidized is created by controlling the degree of vacuum, the Y metal is evaporated and reacted with oxygen to cause biaxially oriented Ni. Biaxially oriented Y on metal substrate ₂ O _Three Was successfully produced by directly depositing the intermediate insertion layer.
[0010]
The metal that can be used as the raw material for the intermediate insertion layer may be any oxide that can easily generate an oxide even in a high vacuum and that the oxide has a C-type rare earth structure. Rare earth metals having a C-type rare earth structure such as Sm, Eu, Dy, Ho, Er, Tb, Tm, Yb, and Sc can also be used. In addition to Ni, a biaxially oriented metal or alloy such as silver, copper, or iron can be used as the metal substrate.
[0011]
Therefore, in claim 1 High temperature superconducting material A method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate includes a biaxially oriented rare earth metal oxide in which a rare earth metal having a C-type rare earth structure is evaporated and reacted with oxygen on a biaxially oriented metal substrate. The intermediate insertion layer is produced by vapor-depositing. The evaporated rare earth metal may be oxidized before being deposited on the metal substrate, or may be oxidized after being deposited on the metal substrate.
[0012]
Here, “rare earth metal” in the present specification means 17 elements obtained by adding scandium and yttrium to 15 elements from lanthanide elements 57La to 71Lu.
[0013]
Therefore, according to the invention of claim 1, since the rare earth metal whose oxide has a C-type rare earth structure has the property of being easily oxidized, only the rare earth metal is oxidized without oxidizing the metal substrate. An intermediate insertion layer can be produced. At this time, since the biaxially oriented rare earth metal oxide can be produced by controlling only the degree of vacuum and the substrate surface temperature, the production process is performed when a high-temperature superconducting material is produced using this production method. It can be greatly simplified.
[0014]
In addition, since only the intermediate insertion layer made of rare earth metal oxide is produced between the metal substrate and the high-temperature superconducting film, the manufacturing process of the high-temperature superconducting material can be reduced to shorten the manufacturing time and reduce the manufacturing cost. Can be achieved. In addition, since the intermediate insertion layer is a biaxially oriented rare earth metal oxide, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be improved.
[0015]
Furthermore, the intermediate insertion layer is a rare earth metal Oxide Therefore, the intermediate insertion layer can be produced without using hydrogen that requires attention in handling. In addition, since the rare earth metal oxide having a C-type rare earth structure, which is an intermediate insertion layer, is a cubic crystal, YBa is an example of a high-temperature superconductor. ₂ Cu _Three O _7-X The surface to be joined to the grid is a square having a rotation axis four times. For this reason, the bondability between the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film can be increased.
[0016]
And claim 2 High temperature superconducting material In a method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate, a rare earth metal Oxide The vapor deposition is performed by evaporating the rare earth metal by any one of resistance heating, electron beam, laser, and ion beam. Therefore, since various methods can be selected for evaporating the rare earth metal to produce the intermediate insertion layer, a method most suitable for the material of the rare earth metal to be evaporated and the metal substrate can be selected.
[0017]
By the way, as a result of further experiments and researches by the present inventor, when the intermediate insertion layer is produced by the electron beam evaporation method, the rare earth metal oxide produced when the surface temperature of the metal substrate is less than 450 ° C. becomes amorphous. As a result, it was found that the crystallinity was remarkably lowered with little crystallization.
[0018]
The total pressure of the atmosphere in which the intermediate insertion layer is produced by the electron beam evaporation method is 1 × 10 ^-6 If the degree of vacuum is less than torr, for example, as shown in Comparative Example 1 of Table 1, most of the crystal structure of the produced rare earth metal oxide is <111> oriented with respect to the vertical direction of the metal substrate and the metal It was found that the substrate was not aligned in the horizontal plane, that is, the arrangement shown in {111} // <001>. In this case, the rare earth metal oxide of the intermediate insertion layer and the YBa of the superconducting film ₂ Cu _Three O _7-X And the superconducting film is not biaxially oriented, so that the superconducting properties of the high-temperature superconducting material are significantly degraded.
[0019]
Furthermore, the total pressure of the atmosphere in which the intermediate insertion layer is produced by the electron beam evaporation method is 1 × 10 ^-3 It was found that the evaporation of the rare earth metal becomes unstable when the degree of vacuum is higher than torr.
[0020]
Further, when the intermediate insertion layer is produced by the electron beam evaporation method, for example, as shown in Comparative Example 2 of Table 1, when the surface temperature of the Ni metal substrate is 650 ° C., the oxygen partial pressure of the atmosphere is about 1 × 10 10. ^-17 If it is smaller than torr, oxygen for oxidizing the rare earth metal is insufficient, and the intermediate insertion layer cannot be produced. Further, at this temperature, the oxygen partial pressure is 2.4 × 10. ^-Five If it is larger than torr, the Ni metal substrate is likely to be oxidized. When the metal substrate is oxidized, the surface structure is changed, and a rare earth metal oxide that is not biaxially oriented is formed thereon.
[0021]
Therefore, in claim 3 High temperature superconducting material In a method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate, a rare earth metal Oxide The evaporation is performed by evaporating the rare earth metal with an electron beam, and this evaporation is performed at a surface temperature of the metal substrate of 450 ° C. or higher and below the melting temperature of the rare earth metal oxide or the lower melting temperature of the metal substrate. Within the range, and the total pressure of the atmosphere is 1 × 10 ^-6 1 × 10 beyond torr ^-3 In a range below torr, the rare earth metal is oxidized while the metal substrate is not oxidized, and the oxygen partial pressure is in the range. Accordingly, the crystallinity of the produced rare earth metal oxide can be improved, and most of the crystal structure thereof is <100> oriented with respect to the vertical direction of the metal substrate and is oriented in the horizontal plane of the metal substrate. Can be axially oriented. Moreover, the rare earth metal can be stably evaporated and the oxidation of the metal substrate can be prevented.
[0022]
Here, since the rare earth metal oxide is a cubic crystal, it has a crystal structure in which one axis is oriented perpendicular to the metal substrate and the other axis is oriented in 90 degree increments in the parallel plane of the metal substrate. Thus, a biaxially oriented state is obtained.
[0023]
Further, in claim 4 High temperature superconducting material In the method for producing the intermediate insertion layer on the metal substrate, the metal substrate is made of nickel or a nickel alloy.
[0024]
Ni and Ni alloys are materials that easily form recrystallized textures, and are excellent in mechanical properties such as bending strength, oxidation resistance and corrosion resistance at normal and high temperatures. In addition, the metal substrate can be easily manufactured without particularly considering various resistances of the metal substrate.
[0025]
Furthermore, in claim 5 High temperature superconducting material In the method for producing the intermediate insertion layer on the metal substrate, the rare earth metal is yttrium.
[0026]
Therefore, the intermediate insertion layer is made of yttrium oxide (Y ₂ O _Three ) Where this Y ₂ O _Three The closest interatomic distance is about 0.3749 nm. In contrast, YBa, which is an example of a high-temperature superconducting film ₂ Cu _Three O _7-X Has a lattice constant of 0.3826 nm. Thus, these values are very close and the mismatch is about 2%. If one axis is oriented perpendicular to the metal substrate, Y ₂ O _Three The arrangement of atoms of Y takes the form of alternating layers of Y and O, so when looking at only the Y layer, YBa ₂ Cu _Three O _7-X This is the same arrangement as the Y layer in the lattice. As a result, the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film have substantially the same interatomic distance, whereby the superconducting characteristics in the high-temperature superconducting film can be improved.
[0027]
On the other hand, the above-mentioned claim 1 High temperature superconducting material According to the method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate, a biaxially oriented metal substrate and a rare earth metal oxide having a C-type rare earth structure that is produced on the metal substrate and biaxially oriented. It is possible to manufacture a high-temperature superconducting material consisting of only three layers, that is, the intermediate insertion layer thus formed and the high-temperature superconducting film produced on the intermediate insertion layer.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment. Of this embodiment High temperature superconducting material A method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate includes a biaxially oriented rare earth metal oxide in which a rare earth metal having a C-type rare earth structure is evaporated and reacted with oxygen on a biaxially oriented metal substrate. The intermediate insertion layer is produced by vapor-depositing. The evaporated rare earth metal may be oxidized before being deposited on the metal substrate, or may be oxidized after being deposited on the metal substrate. The metal substrate is a Ni metal substrate, and the rare earth metal is a Y metal. For this reason, rare earth metal oxide turns into yttrium oxide.
[0029]
And Y metal Oxide The vapor deposition is performed by an electron beam vapor deposition method. In this embodiment, Y metal Oxide However, the present invention is not limited to this, and for example, Y metal may be heated and deposited by resistance heating, laser or ion beam. For this reason, since various methods can be selected to evaporate the rare earth metal, the most suitable method can be selected for the material of the rare earth metal to be evaporated and the metal substrate.
[0030]
When performing deposition by the electron beam deposition method, the surface temperature of the metal substrate is 450 ° C. or higher and within the temperature range below the melting temperature of the rare earth metal oxide or the lower melting temperature of the metal substrate, and the atmosphere. Total pressure is 1 × 10 ^-6 1 × 10 beyond torr ^-3 In the range below torr, the rare earth metal oxidizes while the metal substrate does not oxidize. Here, since the metal substrate is a Ni metal substrate and the rare earth metal is a Y metal, the temperature range of vapor deposition is 450 to 1455 ° C.
[0031]
The atmosphere for producing the intermediate insertion layer is N ₂ Inert gas is introduced. For this reason, oxidation of Ni can be prevented. In this embodiment, the intermediate insertion layer is produced by N ₂ However, the present invention is not limited to this. For example, it may be performed in an inert gas of Ar. Also in this case, Ni oxidation can be prevented. Further, the intermediate insertion layer may be formed in normal air in which about 20% of oxygen remains at a temperature at which Ni does not oxidize and an oxygen partial pressure.
[0032]
Mentioned above High temperature superconducting material According to the method for producing the intermediate insertion layer on the metal substrate, since the Y metal having the C-type rare earth structure is easily oxidized, the Ni metal substrate is not oxidized and the Y metal is not oxidized. Only can be oxidized to produce an intermediate insertion layer. At this time, the biaxially oriented Y is controlled by controlling only the degree of vacuum and the substrate surface temperature. ₂ O _Three Therefore, when a high-temperature superconducting wire is manufactured using this manufacturing method, the manufacturing process can be remarkably simplified. For this reason, a high-temperature superconducting wire can be manufactured at a low cost and in a short time.
[0033]
And Y between the Ni metal substrate and the high temperature superconducting film ₂ O _Three Since only the intermediate insertion layer made of is produced, the manufacturing process of the high-temperature superconducting wire can be reduced, the manufacturing time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since the intermediate insertion layer is produced by vapor-depositing Y metal in a vacuum, the intermediate insertion layer can be easily produced without using hydrogen that requires careful handling.
[0034]
The intermediate insertion layer is biaxially oriented Y ₂ O _Three Therefore, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be improved. Furthermore, Y of the intermediate insertion layer ₂ O _Three Is a C-type rare earth structure and cubic, so YBa of high-temperature superconductor ₂ Cu _Three O _7-X The surface to be joined to the grid is a square having a rotation axis four times. For this reason, since the bondability between the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film can be enhanced, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be improved. Moreover, even if the high-temperature superconducting film and the intermediate insertion layer are thinned, the high-temperature superconducting film is difficult to peel from the intermediate insertion layer, so that the high-temperature superconducting wire can be made flexible.
[0035]
In this embodiment, since the metal substrate is made of Ni metal, Ni and Ni alloy are materials that easily form a recrystallized texture, and are materials that are excellent in oxidation resistance and corrosion resistance at room temperature and high temperature. The superconducting material can be easily manufactured without particularly considering various resistances of the metal substrate. Moreover, since Ni and Ni alloy are materials excellent in mechanical properties such as bending strength, a high-strength superconducting tape wire can be manufactured.
[0036]
Furthermore, in this embodiment, since the rare earth metal is Y metal, the intermediate insertion layer is Y ₂ O _Three It becomes. Where this Y ₂ O _Three The closest interatomic distance is about 0.3749 nm. In contrast, YBa, which is an example of a high-temperature superconducting film ₂ Cu _Three O _7-X Has a lattice constant of 0.3826 nm. Thus, these values are very close and the mismatch is about 2%. If one axis is oriented perpendicular to the metal substrate, Y ₂ O _Three Since the arrangement of atoms of Y takes the form of alternating layers of Y and O, ₂ Cu _Three O _7-X This is the same arrangement as the Y layer in the lattice. As a result, the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film have substantially the same interatomic distance, so that the superconducting characteristics in the high-temperature superconducting film can be improved.
[0037]
And as mentioned above High temperature superconducting material Using a method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate, a biaxially oriented metal substrate, and a rare earth metal produced on this metal substrate and having an oxide having a C-type rare earth structure, for example, a rare earth of Y metal A high-temperature superconducting material comprising an intermediate insertion layer formed by biaxially aligning a metal oxide and a high-temperature superconducting film formed on the intermediate insertion layer can be manufactured.
[0038]
According to this high temperature superconducting material, only the intermediate insertion layer made of rare earth metal oxide is provided between the metal substrate and the high temperature superconducting film. An intermediate insertion layer can be produced by depositing biaxially oriented rare earth metal oxides on the substrate. For this reason, the manufacturing process of the high-temperature superconducting material can be reduced, the manufacturing time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the intermediate insertion layer is a biaxially oriented rare earth metal oxide, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be improved.
[0039]
In addition, the production of intermediate insertion layer Oxide Therefore, the intermediate insertion layer can be produced without using hydrogen that requires attention in handling. Further, since the rare earth metal oxide having a C-type rare earth structure, which is an intermediate insertion layer, is cubic, YBa of high-temperature superconductor ₂ Cu _Three O _7-X The surface to be joined to the grid is a square having a rotation axis four times. For this reason, the bondability between the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film can be increased.
[0040]
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, Y metal is used as the rare earth metal whose oxide has a C-type rare earth structure. However, the present invention is not limited to this. Sm, Eu, Dy, Ho, Er, Tb, Tm, Yb, Sc Any of the rare earth metals in general may be used. These metals can easily generate oxides even in a high vacuum, and the oxides have a C-type rare earth structure. Oxide Can be deposited on the metal substrate, and only the rare earth metal can be oxidized without oxidizing the metal substrate to produce the intermediate insertion layer. Further, since the rare earth metal oxide having a C-type rare earth structure, which is an intermediate insertion layer, is cubic, it is needless to say that the bonding property between the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film can be improved.
[0041]
In this embodiment, Ni metal is used as the metal substrate. However, the present invention is not limited to this, and a biaxially oriented metal or alloy other than Ni, such as silver, copper, or iron, can also be used.
[0042]
【Example】
Example 1
Y metal, which is a rare earth metal having a C-type rare earth structure, is evaporated by an electron beam evaporation method and reacted with oxygen. ₂ O _Three Was generated. And this Y ₂ O _Three Was deposited on a biaxially oriented Ni metal substrate and biaxially oriented Y ₂ O _Three A film which is an intermediate insertion layer was prepared. The surface temperature of the Ni metal substrate during vapor deposition was 650 ° C. The atmospheric pressure is 8 × 10 ^-Four torr and N as the introduced gas ₂ It was used.
[0043]
Then, X-ray (Cukα) diffraction measurement was performed on this sample. This diffraction pattern is shown in FIG. Moreover, the pole figure of the diffraction peak of (222) is shown in FIG.
[0044]
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, biaxially oriented Y ₂ O _Three A film which is an intermediate insertion layer was prepared. The surface temperature of the Ni metal substrate during vapor deposition was 650 ° C. The atmospheric pressure is 5 × 10 ^-Four torr and N as the introduced gas ₂ It was used.
[0045]
Then, X-ray (Cukα) diffraction measurement was performed on this sample. This diffraction pattern is shown in FIG. In the figure, the measurement range 2θ is in the range of 25 to 55 degrees.
[0046]
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, biaxially oriented Y ₂ O _Three A film which is an intermediate insertion layer was prepared. The surface temperature of the Ni metal substrate during vapor deposition was 650 ° C. The atmospheric pressure is 1.2 × 10 ^-Four Torr, the atmosphere was decompressed and used without introducing the introduced gas. This sample was measured for X-ray (Cukα) diffraction.
[0047]
Example 4
In the same manner as in Example 1, biaxially oriented Y ₂ O _Three A film which is an intermediate insertion layer was prepared. The surface temperature of the Ni metal substrate during vapor deposition was 670 ° C. The atmospheric pressure is 1 × 10 ^-Five Torr, the atmosphere was decompressed and used without introducing the introduced gas.
[0048]
Then, X-ray (Cukα) diffraction measurement was performed on this sample. The pole figure of the diffraction peak of (222) is shown in FIG.
[0049]
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1, biaxially oriented Y ₂ O _Three A film which is an intermediate insertion layer was prepared. The surface temperature of the Ni metal substrate during vapor deposition was 670 ° C. The atmospheric pressure is 1 × 10 ^-6 Torr, the atmosphere was decompressed and used without introducing the introduced gas. For this reason, all the production conditions other than the atmospheric pressure are made to coincide with those in Example 4.
[0050]
Then, X-ray (Cukα) diffraction measurement was performed on this sample. The pole figure of the diffraction peak of (222) is shown in FIG.
[0051]
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Example 1, biaxially oriented Y ₂ O _Three A film which is an intermediate insertion layer was prepared. The surface temperature of the Ni metal substrate during vapor deposition was 650 ° C. The atmospheric pressure is 5 × 10 ^-Four Torr, the atmosphere was decompressed and used without introducing the introduced gas. Therefore, the production conditions other than the introduced gas are all made the same as in Example 2.
[0052]
Then, X-ray (Cukα) diffraction measurement was performed on this sample. This diffraction pattern is shown in FIG. In the figure, the measurement range 2θ is in the range of 25 to 55 degrees.
[0053]
Table 1 shows the conditions of the surface temperature, the atmospheric pressure, and the introduced gas of the Ni metal substrate during the vapor deposition of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 described above.
[0054]
[Table 1]

[0055]
And about each sample produced by each Example and a comparative example, it is Y with respect to the perpendicular direction of a Ni metal substrate from the diffraction pattern of X-ray diffraction. ₂ O _Three Which axis of the orientation was calculated. The result is shown in Table 1 as a value obtained by dividing the intensity I (400) of the diffraction peak from the (400) plane by the sum I (400) + I (222) of the diffraction peak intensity from the (400) plane and the (222) plane. Show.
[0056]
Here, when this value is 1, I (222) is 0, so Y ₂ O _Three Can be determined to be <100> orientation with respect to the vertical direction of the Ni metal substrate. When this value is 0, I (400) is 0, so Y ₂ O _Three Can be determined to be <111> oriented with respect to the vertical direction of the Ni metal substrate.
[0057]
Further, the degree of orientation in the parallel plane of the Ni metal substrate was measured for each sample prepared in each example and comparative example from the pole figure of the diffraction peak of (222) by X-ray diffraction. The results are shown in the in-plane orientation column of Table 1.
[0058]
Furthermore, for each sample produced in each example and comparative example, the formation of a NiO phase was identified from the diffraction pattern of X-ray diffraction, and whether or not the Ni metal substrate was oxidized was measured. The results are shown in the NiO phase column of Table 1.
[0059]
As shown in the X-ray diffraction pattern of Example 1 (FIG. 1), Y ₂ O _Three Only the diffraction peak from the (400) plane was measured. For this reason, Y ₂ O _Three It can be seen that <100> is oriented with respect to the vertical direction of the Ni metal substrate.
[0060]
Further, as shown in the pole figure (FIG. 2) of the diffraction peak of (222) in Example 1, (222) was measured only in the vicinity of an α angle (tilt angle) of 40 degrees, and a β angle ( A diffraction peak was measured every 90 degrees (in-plane angle). For this reason, Y ₂ O _Three It can be seen that is oriented in the parallel plane of the Ni metal substrate.
[0061]
Therefore, in Example 1, Y is cubic. ₂ O _Three One axis is oriented perpendicular to the Ni metal substrate, and the other axis is oriented in the parallel plane of the Ni metal substrate. That is, Y in Example 1 ₂ O _Three Is a complete biaxially oriented film.
[0062]
Further, as shown in the X-ray diffraction pattern of Example 2 (FIG. 3), it can be seen that the Ni metal substrate is not oxidized because there is no diffraction peak around 43.5 degrees. N here ₂ Since the gas is introduced, the oxygen partial pressure is 4 × 10 ^-6 It is considered that Ni was not oxidized due to the reduction to about torr.
[0063]
On the other hand, in Comparative Example 2, all the production conditions other than the introduced gas are the same as in Example 2. Then, as shown in the X-ray diffraction pattern of Comparative Example 2 (FIG. 4), the diffraction peak due to NiO was measured at around 43.5 degrees, which indicates that the Ni metal substrate was oxidized. This is because the total pressure of the production atmosphere is 5 × 10 ^-Four torr and oxygen partial pressure of about 1 × 10 ^-Four It is considered that Ni was oxidized due to the condition of 650 ° C. due to being torr. On the other hand, in Example 2, N ₂ Since gas is introduced, the total pressure is the same as in Comparative Example 2, but the oxygen partial pressure is 4 × 10 ^-6 Ni did not oxidize because it was as small as torr.
[0064]
Whether or not the Ni metal substrate is oxidized varies depending on the temperature and the oxygen partial pressure, so that the oxygen partial pressure is about 1 × 10. ^-Four Even at torr, the Ni metal substrate can be prevented from being oxidized by lowering the substrate surface temperature. Conversely, the oxygen partial pressure is about 1 × 10 ^-Four Even if the temperature is lower than torr, the Ni metal substrate may be oxidized by raising the substrate surface temperature.
[0065]
Further, in Comparative Example 2, since NiO is generated on the surface of the Ni metal substrate, as shown in FIG. ₂ O _Three The crystallinity of is reduced. That is, as shown in Table 1, the value of I (400) / (I (400) + I (200)) is lower than that in Example 2. This is because in Comparative Example 2, since the Ni metal substrate was oxidized, the surface structure changed and the biaxial orientation did not occur. ₂ O _Three This is thought to be caused by this.
[0066]
Furthermore, as shown in the pole figure (FIG. 5) of the diffraction peak of (222) in Example 4, Y ₂ O _Three Is mostly <100> oriented with respect to the vertical direction of the Ni metal substrate, and is also oriented in the parallel plane of the Ni metal substrate.
[0067]
On the other hand, in Comparative Example 1, all the production conditions other than the atmospheric pressure are made to match those of Example 4. And as shown in the pole figure (FIG. 6) of the diffraction peak of (222) of Comparative Example 1, Y ₂ O _Three About 90% of the crystals are <111> oriented with respect to the vertical direction of the Ni metal substrate. ₂ O _Three Only about 10% of the crystals are <001> oriented. This is Y ₂ O _Three The atmospheric pressure of the atmosphere in which the electron beam evaporation is prepared is 1 × 10 ^-6 This is considered to be due to the high degree of vacuum below torr. Thus, Y that is not biaxially oriented ₂ O _Three Is the intermediate insertion layer, Y of the intermediate insertion layer ₂ O _Three And YBa of superconducting film ₂ Cu _Three O _7-X And the superconducting film is not biaxially oriented, so that the superconducting properties of the high-temperature superconducting material are significantly degraded. Further, the value of I (400) / (I (400) + I (200)) in Comparative Example 1 is much smaller than the value in Example 4.
[0068]
Therefore, since Example 4 and Comparative Example 1 all have the same manufacturing conditions except the atmospheric pressure, the magnitude of the atmospheric pressure is Y ₂ O _Three It can be seen that this is one requirement for determining whether or not can be biaxially oriented.
[0069]
As described above, in Examples 1 to 4, the surface temperature of the Ni metal substrate is in the temperature range of 450 ° C. or higher and the melting temperature of the Ni metal substrate (1455 ° C.) or lower, and the total pressure of the deposition atmosphere is 1 × 10 10. ^-6 1 × 10 beyond torr ^-3 The surface temperature of the Ni metal substrate is 650 to 670 ° C., and the oxygen partial pressure of the atmosphere is 4 × 10 6. ^-6 2.4 × 10 from torr ^-Five Y metal was vapor-deposited on a Ni metal substrate by electron beam vapor deposition under the conditions up to torr. Therefore, in Examples 1 to 4, the value of I (400) / (I (400) + I (200)) is 1 or a value close to 1, and most of Y ₂ O _Three Y suitable as an intermediate insertion layer for high temperature superconducting materials in which crystals are biaxially oriented and there is no oxidation of Ni metal substrate ₂ O _Three A layer could be obtained.
[0070]
In contrast, in Comparative Example 1, the total pressure of the vapor deposition atmosphere was 1 × 10. ^-6 Torr, so Y ₂ O _Three About 90% of the crystals are <111> oriented with respect to the vertical direction of the Ni metal substrate. ₂ O _Three Only about 10% of the crystal of <001> is oriented, and Y of the intermediate insertion layer of the high-temperature superconducting material ₂ O _Three It became inappropriate as a layer. In Comparative Example 2, the surface temperature of the Ni metal substrate is set to 650 ° C. and the oxygen partial pressure of the vapor deposition atmosphere is set to about 1 × 10. ^-Four Since it was set to torr, the Ni metal substrate was oxidized. For this reason, Y of the intermediate insertion layer of the high-temperature superconducting material ₂ O _Three It became inappropriate as a layer.
[0071]
【The invention's effect】
As is clear from the above explanation, High temperature superconducting material A method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate includes a biaxially oriented rare earth metal oxide in which a rare earth metal having a C-type rare earth structure is evaporated and reacted with oxygen on a biaxially oriented metal substrate. Since the intermediate insertion layer is made by vapor-depositing, the rare earth metal having the C-type rare earth structure has the property of being easily oxidized, so that the metal substrate is not oxidized. Only the rare earth metal can be oxidized to produce the intermediate insertion layer. At this time, since the biaxially oriented rare earth metal oxide can be produced by controlling only the degree of vacuum and the substrate surface temperature, the production process is performed when a high-temperature superconducting wire is produced using this production method. It can be greatly simplified. For this reason, a high-temperature superconducting wire can be manufactured at a low cost and in a short time.
[0072]
In addition, since only the intermediate insertion layer made of rare earth metal oxide is produced between the metal substrate and the high-temperature superconducting film, the manufacturing process of the high-temperature superconducting wire can be reduced to shorten the manufacturing time and reduce the manufacturing cost. Can be achieved. In addition, since the intermediate insertion layer is a biaxially oriented rare earth metal oxide, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be improved.
[0073]
Furthermore, the intermediate insertion layer is a rare earth metal Oxide Therefore, the intermediate insertion layer can be easily prepared without using hydrogen that requires attention in handling. Further, since the rare earth metal oxide having a C-type rare earth structure, which is an intermediate insertion layer, is a cubic crystal, YBa of a high-temperature superconductor is used. ₂ Cu _Three O _7-X The surface to be joined to the grid is a square having a rotation axis four times. For this reason, since the bondability between the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film can be enhanced, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be improved. Moreover, even if the high-temperature superconducting film and the intermediate insertion layer are thinned, the high-temperature superconducting film is difficult to peel from the intermediate insertion layer, so that the high-temperature superconducting wire can be made flexible.
[0074]
And claim 2 High temperature superconducting material In a method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate, a rare earth metal Oxide Since the rare earth metal is evaporated by resistance heating, electron beam, laser, or ion beam, various methods are selected to evaporate the rare earth metal to produce an intermediate insertion layer. can do. For this reason, the most suitable method can be selected for the material of the rare earth metal to be evaporated or the metal substrate.
[0075]
Further, in claim 3 High temperature superconducting material In a method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate, a rare earth metal Oxide The evaporation is performed by evaporating the rare earth metal with an electron beam, and this evaporation is performed at a surface temperature of the metal substrate of 450 ° C. or higher and below the melting temperature of the rare earth metal oxide or the lower melting temperature of the metal substrate. Within the range, and the total pressure of the atmosphere is 1 × 10 ^-6 1 × 10 beyond torr ^-3 In the range below torr, the rare earth metal is oxidized while the metal substrate is not oxidized at a temperature and oxygen partial pressure range, so that the produced rare earth metal oxide has good crystallinity. In addition, most of the crystal structure can be biaxially oriented in the <100> orientation with respect to the vertical direction of the metal substrate and in the horizontal plane of the metal substrate. Moreover, the rare earth metal can be stably evaporated and the oxidation of the metal substrate can be prevented. For this reason, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be made excellent.
[0076]
Furthermore, in claim 4 High temperature superconducting material In the method for producing the intermediate insertion layer on the metal substrate, the metal substrate is made of nickel or a nickel alloy. Therefore, Ni and the Ni alloy are materials that easily form a recrystallized texture, and the bending strength, etc. Since the material is excellent in mechanical properties, oxidation resistance at normal temperature and high temperature, and corrosion resistance, it can be easily manufactured without particularly considering various resistances of the metal substrate when manufacturing the high temperature superconducting material. Further, since Ni and Ni-based alloys are materials excellent in mechanical properties such as bending strength, a high-strength superconducting tape wire can be produced.
[0077]
Furthermore, in claim 5 High temperature superconducting material In the method for producing the intermediate insertion layer on the metal substrate, since the rare earth metal is yttrium, the intermediate insertion layer becomes yttrium oxide and the intermediate insertion layer becomes yttrium oxide Y. ₂ O _Three Thus, since the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film have substantially the same interatomic distance, the superconducting characteristics in the high-temperature superconducting film can be improved.
[0078]
On the other hand, the above-mentioned claim 1 High temperature superconducting material According to the method for producing the intermediate insertion layer on the metal substrate, the biaxially oriented metal substrate and the rare earth metal oxide of the rare earth metal that is produced on the metal substrate and the oxide has a C-type rare earth structure are provided. A high-temperature superconducting material consisting of only three layers, that is, an axially-oriented intermediate insertion layer and a high-temperature superconducting film formed on the intermediate insertion layer can be manufactured.
[0079]
According to this high temperature superconducting material, only the intermediate insertion layer made of rare earth metal oxide is provided between the metal substrate and the high temperature superconducting film. An intermediate insertion layer can be produced by depositing biaxially oriented rare earth metal oxides on the substrate. For this reason, the manufacturing process of the high-temperature superconducting material can be reduced, the manufacturing time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.
[0080]
Also, the intermediate insertion layer is made of rare earth metal Oxide Therefore, the intermediate insertion layer can be easily prepared without using hydrogen that requires attention in handling.
[0081]
Furthermore, since the intermediate insertion layer is a biaxially oriented rare earth metal oxide, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be improved. Since the rare earth metal oxide having a C-type rare earth structure as the intermediate insertion layer is cubic, YBa of the high-temperature superconductor is used. ₂ Cu _Three O _7-X The surface to be joined to the grid is a square having a rotation axis four times. For this reason, since the bondability between the intermediate insertion layer and the high-temperature superconducting film can be enhanced, the characteristics of the high-temperature superconducting material can be improved. In addition, even if the high-temperature superconducting film and the intermediate insertion layer are thinned, the high-temperature superconducting film is difficult to peel from the intermediate insertion layer, so that the high-temperature superconducting material can be made flexible.
[Brief description of the drawings]
1 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of Example 1. FIG.
2 is a pole figure showing a diffraction peak at (222) in Example 1. FIG.
3 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of Example 2. FIG.
4 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of Comparative Example 2. FIG.
5 is a pole figure showing the diffraction peak at (222) in Example 4. FIG.
6 is a pole figure showing a diffraction peak at (222) in Comparative Example 1. FIG.

Claims

An intermediate insertion layer is formed on a biaxially oriented metal substrate by evaporating a rare earth metal having a C-type rare earth structure and reacting with oxygen to deposit a biaxially oriented rare earth metal oxide. A method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate of a high-temperature superconducting material as a feature.

2. The high-temperature superconducting material according to claim 1, wherein the rare earth metal oxide is deposited by evaporating the rare earth metal by any one of resistance heating, electron beam, laser, and ion beam. A method for producing the intermediate insertion layer.

The deposition of the rare earth metal oxide is performed by evaporating the rare earth metal with an electron beam. The evaporation is performed at a surface temperature of the metal substrate of 450 ° C. or higher and the melting temperature of the rare earth metal oxide or the melting of the metal substrate. In contrast, the rare earth metal oxidizes in the temperature range below the lower temperature and in the range where the total pressure of the atmosphere exceeds 1 × 10 ⁻⁶ torr and not more than 1 × 10 ⁻³ torr. The method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate of a high-temperature superconducting material according to claim 1 or 2, wherein the metal substrate is carried out in a range of a temperature at which the metal substrate is not oxidized and an oxygen partial pressure.

The method for producing an intermediate insertion layer on the metal substrate of the high-temperature superconducting material according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal substrate is nickel or a nickel alloy.

The method for producing an intermediate insertion layer on a metal substrate of a high-temperature superconducting material according to any one of claims 1 to 4, wherein the rare earth metal is yttrium.