Title:
Supraleitender Draht
Kind Code:
T5


Abstract:

Supraleitender Draht (10), umfassend eine laminierte Struktur (20), die ein Substrat (1) enthält, das eine Hauptfläche und eine supraleitende Materialschicht (5), die auf der Hauptfläche ausgebildet ist, aufweist, wobei eine Verstärkungsschicht (12) auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur (20) in der Breitenrichtung des Substrats (1) angeordnet ist. Die Verstärkungsschicht (12) hat eine frei liegende Endfläche, die auf mindestens einer Seite der Unterseite (20B) und der Oberseite (20A) der laminierten Struktur (20) positioniert ist. In einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats (1) beträgt das Verhältnis der Gesamtbreite der Verstärkungsschicht (12) zur Breite der laminierten Struktur (20) mindestens 1 % und maximal 15 %.




Inventors:
Yoshihara, Tatsuhiko (Osaka-shi, JP)
Nagaishi, Tatsuoki (Osaka-shi, JP)
Yamaguchi, Takashi (Osaka-shi, JP)
Application Number:
DE112016002194T
Publication Date:
01/25/2018
Filing Date:
02/24/2016
Assignee:
Sumitomo Electric Industries Ltd. (Osaka, Osaka-shi, JP)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
CBDL Patentanwälte, 47051, Duisburg, DE
Claims:
1. Supraleitender Draht, umfassend:
eine laminierte Struktur, die ein Substrat enthält, das eine Hauptfläche und eine supraleitende Materialschicht, die auf der Hauptfläche ausgebildet ist, aufweist, und
eine Verstärkungsschicht, die auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur in einer Breitenrichtung des Substrats angeordnet ist,
wobei die laminierte Struktur eine Unterseite, auf der das Substrat positioniert ist, und eine Oberseite auf einer der Unterseite gegenüberliegenden Seite aufweist,
wobei die Verstärkungsschicht eine Fläche auf mindestens einer Unterflächenseite und der Oberseite der laminierten Struktur aufweist, wobei die Fläche frei liegt, und
wobei in einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats ein Verhältnis einer Gesamtbreite der Verstärkungsschicht zu einer Breite der laminierten Struktur mindestens 1 % und maximal 15 % beträgt.

2. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, der ferner eine Überzugsschicht umfasst, die auf mindestens einer Seite der Oberseite und der Unterseite der laminierten Struktur angeordnet ist, wobei
in einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats eine Breite der Überzugsschicht größer ist als eine Breite der laminierten Struktur, und
die Verstärkungsschicht ein leitfähiges Bondungselement ist, das die laminierte Struktur und die Überzugsschicht miteinander verbondet.

3. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, wobei
die Verstärkungsschicht enthält:
ein Metallelement, das an beide Seitenflächen der laminierten Struktur gebondet ist, und
eine Überzugsschicht, die eine Außenumfangsfläche der laminierten Struktur und das Metallelement bedeckt.

4. Supraleitender Draht nach Anspruch 3, wobei die Verstärkungsschicht ferner eine Bondungsschicht enthält, die das Metallelement, das sich entlang einer Richtung erstreckt, in der sich die laminierte Struktur erstreckt, an beide Seitenflächen der laminierten Struktur bondet.

5. Supraleitender Draht nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Überzugsschicht aus einer Folie oder einer Plattierungsschicht aus einem Metallmaterial gebildet ist, die so angeordnet ist, dass sie eine Außenumfangsfläche der laminierten Struktur und das Metallelement bedeckt.

6. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsschicht eine Metallschicht ist, die ferner einen Verlängerungsabschnitt enthält, der sich von auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur auf einen Teil der Unterseite und der Oberseite erstreckt.

7. Supraleitender Draht nach Anspruch 6, der ferner eine Überzugsschicht umfasst, das die Oberseite und die Unterseite der laminierten Struktur bedeckt, wobei die Metallschicht integral mit der Überzugsschicht ausgebildet ist.

8. Supraleitender Draht nach Anspruch 7, wobei die Metallschicht und die Überzugsschicht aus einer Plattierungsschicht gebildet sind.

9. Supraleitender Draht nach Anspruch 1, der ferner eine Überzugsschicht umfasst, die die Oberseite und die Unterseite der laminierten Struktur bedeckt, wobei die Verstärkungsschicht integral mit der Überzugsschicht ausgebildet ist.

10. Supraleitender Draht nach Anspruch 9, wobei die Überzugsschicht aus einer Lotschicht gebildet ist.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft einen supraleitenden Draht, und betrifft insbesondere einen supraleitenden Draht, der eine supraleitende Materialschicht aufweist, die auf einem Substrat ausgebildet ist.

STAND DER TECHNIK

In der jüngeren Vergangenheit sind supraleitende Drähte entwickelt worden, die eine supraleitende Materialschicht auf einem Metallsubstrat aufweisen. Unter diesen hat ein supraleitender Oxiddraht Aufmerksamkeit auf sich gezogen, der eine supraleitende Materialschicht enthält, die aus einem Oxid-Supraleiter besteht, der ein Hochtemperatur-Supraleiter ist, dessen Übergangstemperatur mindestens so hoch ist wie die Temperatur flüssigen Stickstoffs.

Ein solcher supraleitender Oxiddraht wird allgemein durch Ausbilden einer supraleitenden Materialschicht auf einem Metallsubstrat und ferner durch Ausbilden einer Metallschicht aus Silber (Ag) oder Kupfer (Cu) gebildet (siehe zum Beispiel WO 2001/008234 (PTD 1) und die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2012-84478 (PTD 2)).

Zitierungsliste Patentdokumente

  • PTD 1: WO 2001/008234
  • PTD 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2012-84478

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG Technisches Problem

Wenn ein supraleitender Oxiddraht, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, in die Form einer Spule gewickelt wird und auf eine kritische Temperatur abgekühlt wird, so wirkt aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Metallschicht und der supraleitenden Materialschicht eine Zugspannung auf die supraleitende Materialschicht in der radialen Richtung der Spule, wodurch eine lokale Ablösung in der supraleitenden Materialschicht verursacht wird. Somit kommt es in einem Teil der supraleitenden Materialschicht leicht zu einem Brechen oder Verformen, was eine Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften zur Folge hat.

Als Maßnahmen gegen das Ablösen einer supraleitenden Materialschicht kann zum Beispiel der gesamte Außenumfang des supraleitenden Drahtes mit einem dicken Metallband überzogen werden. In der oben beschriebenen Konfiguration vergrößert jedoch die Dicke des Metallbandes die Querschnittsfläche des gesamten supraleitenden Drahtes und reduziert somit die kritische Stromdichte (Ic).

Die vorliegende Erfindung dient der Lösung des oben beschriebenen Problems, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines supraleitenden Drahtes, bei dem die Ablösung des supraleitenden Drahtes unterdrückt werden kann, ohne die kritische Stromdichte des supraleitenden Drahtes zu reduzieren.

Lösung des Problems

Ein supraleitender Draht gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält eine laminierte Struktur, die ein Substrat enthält, das eine Hauptfläche und eine supraleitende Materialschicht, die auf der Hauptfläche ausgebildet ist, aufweist, und eine Verstärkungsschicht, die auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur in einer Breitenrichtung des Substrats angeordnet ist. Die laminierte Struktur hat eine Unterseite, auf der das Substrat positioniert ist, und eine Oberseite auf einer der Unterseite gegenüberliegenden Seite. Die Verstärkungsschicht hat eine frei liegende Fläche auf mindestens einer Unterflächenseite und der Oberseite der laminierten Struktur. In einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats beträgt ein Verhältnis einer Gesamtbreite der Verstärkungsschicht zu einer Breite der laminierten Struktur mindestens 1 % und maximal 15 %.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung

Gemäß dem oben Dargelegten kann eine Ablösung des supraleitenden Drahtes unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte des supraleitenden Drahtes zu reduzieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.

2 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einem Beispiel zeigt.

3 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 zeigt.

4 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einem Vergleichsbeispiel 2 zeigt.

5 ist ein Schaubild zum Erläutern einer Zugspannung, die auf den supraleitenden Draht wirkt.

6 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.

7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.

8 ist ein Querschnittsschaubild zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der zweiten Ausführungsform.

9 ist ein Querschnittsschaubild zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der zweiten Ausführungsform.

10 ist ein Querschnittsschaubild zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der zweiten Ausführungsform.

11 ist ein Querschnittsschaubild zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der zweiten Ausführungsform.

12 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einer Modifizierung der zweiten Ausführungsform zeigt.

13 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.

14 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

15 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einer Modifizierung der dritten Ausführungsform zeigt.

16 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.

17 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.

18 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine Maskenschicht in der vierten Ausführungsform ausgebildet wird.

19 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.

20 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.

21 ist ein Schaubild zum Erläutern eines Verfahrens zur Herstellung eines supraleitenden Drahtes gemäß der fünften Ausführungsform.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung

Zuerst werden nacheinander Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

  • (1) Ein supraleitender Draht 10 (siehe 1) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine laminierte Struktur 20 und eine Verstärkungsschicht 12. Die laminierte Struktur 20 enthält ein Substrat 1, die eine Hauptfläche und eine supraleitende Materialschicht 5, die auf der Hauptfläche ausgebildet ist, aufweist. Die Verstärkungsschicht 12 ist auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 in einer Breitenrichtung des Substrats 1 angeordnet. Die laminierte Struktur 20 hat eine Unterseite 20B, auf der das Substrat 1 positioniert ist, und eine Oberseite 20A auf der der Unterseite 20B gegenüberliegenden Seite. Die Verstärkungsschicht 12 hat eine frei liegende Fläche auf mindestens einer Unterflächenseite 20B und der Oberseite 20A der laminierten Struktur 20. In einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats 1 beträgt das Verhältnis der Gesamtbreite der Verstärkungsschicht 12 zur Breite der laminierten Struktur 20 mindestens 1 % und maximal 15 %.

Auf diese Weise kann die Zugspannung, die auf die laminierte Struktur 20 wirkt, zu der Verstärkungsschicht 12 verteilt werden, die auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 angeordnet ist, wodurch die Zugfestigkeit des supraleitenden Drahtes 10 verbessert wird. Wenn also der supraleitende Draht 10 in die Form einer Spule gewickelt wird und auf eine extrem niedrige Temperatur von mindestens der kritischen Temperatur abgekühlt wird, so kann das Auftreten einer lokalen Ablösung in der laminierten Struktur 20 unterdrückt werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit eines dicken Metallbandes, das die Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 bedeckt, wodurch eine Zunahme des Querschnitts des supraleitenden Drahtes zur Verbesserung der Zugfestigkeit unterdrückt wird. Im Ergebnis kann das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte zu reduzieren.

In einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats 1 beträgt das Verhältnis der Gesamtbreite der Verstärkungsschicht 12 zur Breite der laminierten Struktur 20 mindestens 1 % und maximal 15 %, bevorzugt mindestens 3 % und maximal 15 %, besonders bevorzugt mindestens 5 % und maximal 12 %.

  • (2) Ein supraleitender Draht 10A (siehe 6) gemäß (1) oben enthält ferner bevorzugt eine Überzugsschicht 9, die auf mindestens einer Seite der Oberseite 20A und der Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 angeordnet ist. In einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats 1 ist die Breite der Überzugsschicht 9 größer als die Breite der laminierten Struktur 20. Die Verstärkungsschicht 12 ist ein leitfähiges Bondungselement 28, das die laminierte Struktur 20 und die Überzugsschicht 9 miteinander verbondet. Da das Bondungselement 28 als die Verstärkungsschicht 12 fungiert, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht selbst in einer Konfiguration unterdrückt werden, in der die Überzugsschicht 9 auf einer Seite der Oberseite und der Unterseite der laminierten Struktur 20 angeordnet ist.
  • (3) Bei einem supraleitenden Draht 10B (siehe 13) gemäß (1) oben enthält die Verstärkungsschicht 12 bevorzugt ein Metallelement 30, das an beide Seitenflächen der laminierten Struktur 20 gebondet ist, und eine Überzugsschicht 34, die die Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 und das Metallelement 30 bedeckt. Da das Metallelement 30 als die Verstärkungsschicht 12 fungiert, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10B selbst in einer Konfiguration unterdrückt werden, in der eine Dünnfilm-Überzugsschicht 34 vorhanden ist.
  • (4) Bei dem supraleitenden Draht 10B gemäß (3) oben enthält die Verstärkungsschicht 12 ferner bevorzugt eine Bondungsschicht 32, die das Metallelement 30, das sich entlang der Richtung erstreckt, in der sich die laminierte Struktur 20 erstreckt, an beide Seitenflächen der laminierten Struktur 20 bondet. Da das Metallelement 30 und die Bondungsschicht 32 als die Verstärkungsschicht 12 fungieren, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10B unterdrückt werden.
  • (5) Bei dem supraleitenden Draht 10B gemäß (3) oder (4) oben wird die Überzugsschicht 34 bevorzugt aus einer Folie oder einer Plattierungsschicht aus einem Metallmaterial gebildet, die so angeordnet wird, dass sie die Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 und das Metallelement 30 bedeckt.

Da die Überzugsschicht 34 als ein Dünnfilm gebildet werden kann, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10B unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte zu reduzieren.

  • (6) Bei einem supraleitenden Draht 10C (siehe 16) gemäß (1) oben ist die Verstärkungsschicht 12 bevorzugt eine Metallschicht 38, die ferner einen Verlängerungsabschnitt enthält, der sich von auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 auf einen Teil der Unterseite 20B und der Oberseite 20A erstreckt.

Da die Metallschicht 38 als die Verstärkungsschicht 12 fungiert, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10C unterdrückt werden.

  • (7) Der supraleitende Draht 10C gemäß (6) oben enthält ferner bevorzugt eine Überzugsschicht 36, die die Oberseite 20A und die Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 bedeckt. Die Metallschicht 38 wird integral mit der Überzugsschicht 36 ausgebildet.

Da die Metallschicht 38 und die Überzugsschicht 36 als die Verstärkungsschicht 12 fungieren, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10C unterdrückt werden.

  • (8) In dem supraleitenden Draht 10C gemäß (7) oben werden die Metallschicht 38 und die Überzugsschicht 36 bevorzugt aus einer Plattierungsschicht gebildet.

Da die Überzugsschicht 36 als ein Dünnfilm ausgebildet werden kann, während die Metallschicht 38 eine Dicke hat, die für die Verstärkungsschicht 12 erforderlich ist, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10C unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte zu reduzieren.

  • (9) Ein supraleitender Draht 10D (siehe 19) gemäß (1) oben enthält ferner bevorzugt eine Überzugsschicht 42, die die Oberseite 20A und die Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 bedeckt. Die Verstärkungsschicht 12 wird integral mit der Überzugsschicht 42 ausgebildet.

Da die auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positionierte Überzugsschicht 42 als die Verstärkungsschicht 12 fungiert, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10D unterdrückt werden.

  • (10) Bei dem supraleitenden Draht 10D gemäß (9) oben wird die Überzugsschicht 42 bevorzugt aus einer Lotschicht gebildet.

Da die auf der Oberseite und der Unterseite der laminierten Struktur 20 positionierte Überzugsschicht 42 als ein Dünnfilm ausgebildet werden kann, während die auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positionierte Überzugsschicht 42 eine Dicke hat, die für die Verstärkungsschicht 12 erforderlich ist, kann auf diese Weise das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10D unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte zu reduzieren.

Details von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen unten werden gleiche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.

Erste Ausführungsform

In einer ersten Ausführungsform wird eine Grundkonfiguration eines supraleitenden Drahtes 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, und anschließend werden in zweiten bis vierten Ausführungsformen eine konkrete Konfiguration des supraleitenden Drahtes 10 und ein Verfahren zur Herstellung desselben beschrieben.

(Grundkonfiguration des supraleitenden Drahtes)

1 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 1 zeigt einen Querschnitt entlang der Richtung, welche die Richtung kreuzt, in der sich der supraleitende Draht 10 gemäß der ersten Ausführungsform erstreckt. Darum ist die Richtung, die das Zeichnungsblatt kreuzt, die Längsrichtung des supraleitenden Drahtes, und es wird angenommen, dass supraleitender Strom von der supraleitenden Materialschicht 5 entlang der Richtung fließt, die das Zeichnungsblatt kreuzt. In den Querschnittsschaubildern in 1 und den anschließenden Zeichnungen ist zwar die Differenz bei der Länge zwischen der Oben-unten-Richtung (im Weiteren auch als "Dickenrichtung" bezeichnet) und der Links-rechts-Richtung (im Weiteren auch als "Breitenrichtung" bezeichnet) in einem rechteckigen Querschnitt zur besseren Übersichtlichkeit der Zeichnungen reduziert, doch in Wirklichkeit ist die Länge in der Dickenrichtung des Querschnitts hinreichend kleiner als die Länge in der Breitenrichtung.

Wie in 1 gezeigt, hat der supraleitende Draht 10 gemäß der ersten Ausführungsform eine längliche Form (bandartige Form) mit rechteckigem Querschnitt, und hier ist eine relativ große Oberfläche, die sich in der Längsrichtung der länglichen Form erstreckt, die Hauptfläche. Der supraleitende Draht 10 enthält ein Substrat 1, eine Zwischenschicht 3, eine supraleitende Materialschicht 5, eine Schutzschicht 7, eine Überzugsschicht 9 und eine Verstärkungsschicht 12.

Das Substrat 1 hat eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche. Die zweite Hauptfläche ist auf der der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite positioniert. Es ist bevorzugt, dass das Substrat 1 zum Beispiel aus Metall besteht und in einer länglichen Form (bandartigen Form) mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet wird. Um zu einer Spule gewickelt zu werden, ist das Substrat 1 bevorzugt länglich, zum Beispiel bis etwa 2 km.

Es ist ferner bevorzugt, dass ein texturiertes Metallsubstrat als das Substrat 1 verwendet wird. Ein "texturiertes Metallsubstrat" meint ein Substrat, bei dem die Kristallorientierung mit Bezug auf zwei Achsenrichtungen in einer Ebene der Substratoberfläche ausgerichtet ist. Als ein texturiertes Metallsubstrat wird zum Beispiel bevorzugt eine Legierung verwendet, die aus mindestens zwei Metallen besteht, die unter Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Kobalt (Co), Eisen (Fe), Palladium (Pd), Silber (Ag) und Gold (Au) ausgewählt sind. Diese Metalle können auf ein anderes Metall oder eine andere Legierung laminiert werden, und zum Beispiel kann auch eine Legierung wie zum Beispiel SUS, die ein hochfestes Material ist, verwendet werden. Das Material des Substrats 1 ist nicht auf das oben Genannte beschränkt, und zum Beispiel kann auch ein anderes Material als Metall verwendet werden.

Die Länge in der Breitenrichtung des supraleitenden Drahtes 10 ist zum Beispiel etwa 4 mm bis 10 mm. Um die Dichte des Stroms zu erhöhen, der durch den supraleitenden Draht 10 fließt, ist eine kleinere Querschnittsfläche des Substrats 1 bevorzugt. Es ist anzumerken, dass, wenn die Dicke des Substrats 1 (die Oben-unten-Richtung in 1) zu dünn ist, sich die Festigkeit des Substrats 1 verschlechtern kann. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Dicke des Substrats 1 zum Beispiel etwa 100 µm beträgt.

Die Zwischenschicht 3 wird auf der ersten Hauptfläche des Substrats 1 ausgebildet. Die supraleitende Materialschicht 5 wird auf der Hauptfläche (der oberen Hauptfläche in 1) der Zwischenschicht 3 auf der der Hauptfläche gegenüberliegenden Seite gegenüber dem Substrat 1 ausgebildet. Das heißt, die supraleitende Materialschicht 5 wird auf der ersten Hauptfläche des Substrats 1 mit der Zwischenschicht 3 dazwischen ausgebildet. Das Material, das die Zwischenschicht 3 bildet, ist bevorzugt zum Beispiel Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ), Zeroxid (CeO2), Magnesiumoxid (MgO), Yttriumoxid (Y2O3) und Strontiumtitanat (SrTiO3). Diese Materialien haben eine extrem niedrige Reaktionsbereitschaft mit der supraleitenden Materialschicht 5 und mindern nicht die supraleitenden Eigenschaften der supraleitenden Materialschicht 5 selbst an der Grenzfläche in Kontakt mit der supraleitenden Materialschicht 5. Insbesondere dient dann, wenn Metall als ein Material verwendet wird, das das Substrat 1 bildet, die Zwischenschicht 3 dem Zweck, die Orientierungsdifferenz zwischen dem Substrat 1, das eine Kristallorientierung in ihrer Oberfläche aufweist, und der supraleitenden Materialschicht 5 zu reduzieren, und wenn die supraleitende Materialschicht 5 bei hoher Temperatur gebildet wird, zu verhindern, dass Metallatome des Substrats 1 zu der supraleitenden Materialschicht 5 fließen. Das Material, das die Zwischenschicht 3 bildet, ist nicht auf das oben Dargelegte beschränkt.

Die Zwischenschicht 3 kann mit mehreren Schichten gebildet werden. Wenn die Zwischenschicht 3 mit mehreren Schichten gebildet wird, so können die in der Zwischenschicht 3 enthaltenen Schichten aus Materialien gebildet werden, die voneinander verschieden sind oder teilweise das gleiche Material sind.

Die supraleitende Materialschicht 5 ist eine Dünnfilm-Schicht, um das Fließen von supraleitendem Strom durch sie hindurch in dem supraleitenden Draht 10 zu erlauben. Das supraleitende Material ist bevorzugt, aber nicht ausschließlich, zum Beispiel RE-123-basierter Oxid-Supraleiter. "RE-123-basierter Oxid-Supraleiter" meint einen Supraleiter, der als REBa2Cu3Oy darstellt wird (y ist 6 bis 8, besonders bevorzugt 6,8 bis 7, RE meint Yttrium oder ein Seltenerdenelement wie zum Beispiel Gd, Sm, Ho). Um den Wert von supraleitendem Strom, der durch die supraleitende Materialschicht 5 fließt, zu verbessern, beträgt die Dicke der supraleitenden Materialschicht 5 bevorzugt 0,5 µm bis 10 µm.

Die Schutzschicht 7 wird auf der Hauptfläche (der oberen Hauptfläche in 1) der supraleitenden Materialschicht 5 auf der der Hauptfläche gegenüberliegenden Seite gegenüber der Zwischenschicht 3 ausgebildet. Die Schutzschicht 7 besteht zum Beispiel aus Silber oder Silberlegierung. Die Dicke der Schutzschicht 7 beträgt bevorzugt mindestens 0,1 µm und maximal 50 µm.

Die laminierte Struktur 20 wird mit dem Substrat 1, der Zwischenschicht 3, der supraleitenden Materialschicht 5 und der Schutzschicht 7 ausgebildet, wie oben beschrieben. Die laminierte Struktur 20 hat eine Unterseite 20B, auf der das Substrat 1 positioniert ist, und eine Oberseite 20A auf der der Unterseite 20B gegenüberliegenden Seite. Die Überzugsschicht 9 wird auf der Oberseite 20A dieser laminierten Struktur 20 ausgebildet. Die Überzugsschicht 9 kann auf der Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 anstelle der Oberseite 20A oder zusätzlich zur Oberseite 20A gebildet werden. In einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats 1 ist es bevorzugt, dass die Breite W2 der Überzugsschicht 9 die gleiche wie die Breite W1 der laminierten Struktur 20 ist oder größer als die Breite W1 der laminierten Struktur 20 ist (W2 ≥ W1).

Die Überzugsschicht 9 wird aus einer Folie oder einer Plattierungsschicht aus einem Metallmaterial mit guter Leitfähigkeit gebildet. Die Überzugsschicht 9 fungiert zusammen mit der Schutzschicht 7 als eine Umgehung, durch die Strom der supraleitenden Materialschicht 5 kommutiert wird, wenn die supraleitende Materialschicht 5 von einem supraleitenden Zustand zu einem normal-leitenden Zustand übergeht. Das Material, das die Überzugsschicht 9 bildet, ist bevorzugt zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierung oder Lot. Die Dicke der Überzugsschicht 9 beträgt bevorzugt etwa 20 µm bis 100 µm im Hinblick auf die Reduzierung der Querschnittsfläche des supraleitenden Drahtes 10, während die Schutzschicht 7 und die supraleitende Materialschicht 5 physisch geschützt werden.

Die Verstärkungsschicht 12 ist auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 in der Breitenrichtung des Substrats 1 angeordnet. Die Verstärkungsschicht 12 besteht aus einem Metallmaterial mit guter Leitfähigkeit. Das Material, das die Verstärkungsschicht 12 bildet, ist bevorzugt zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierung, Nickel oder Nickellegierung oder Lot.

In dem in 1 gezeigten supraleitenden Draht 10 ist die Breite W2 der Überzugsschicht 9 größer als die Breite W1 der laminierten Struktur 20 (W2 > W1). Somit stehen beide Endabschnitte in der Breitenrichtung der Überzugsschicht 9 von beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 hervor. Die Verstärkungsschicht 12 wird so ausgebildet, dass sie sich mit beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 und den vorstehenden Abschnitten der Überzugsschicht 9 verbindet. Dementsprechend entspricht die Gesamtbreite W3 der Verstärkungsschicht 12 der Differenz zwischen der Breite W2 der Überzugsschicht 9 und der Breite W1 der laminierten Struktur 20 (W3×2 = W2 – W1).

Die Verstärkungsschicht 12 hat eine frei liegende Fläche auf mindestens einer Seite der Oberseite 20A und der Unterseite 20B der laminierten Struktur 20. In dem in 1 gezeigten supraleitenden Draht 10 ist die Überzugsschicht 9, die breiter ist als die laminierte Struktur 20, auf der Oberseite 20A der laminierten Struktur 20 angeordnet, wodurch eine Fläche auf der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 frei gelegt wird. Obgleich nicht gezeigt, werden, wenn die Breite W2 der Überzugsschicht 9 die gleiche ist wie die Breite W1 der laminierten Struktur 20 (W1 = W2), beide Flächen der Verstärkungsschicht 12 frei gelegt.

In einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats 1 beträgt das Verhältnis der Gesamtbreite W3 der Verstärkungsschicht 12 zur Breite W1 der laminierten Struktur 20 (W3×2/W1) bevorzugt mindestens 1 % und maximal 15 %. Das Verhältnis kann besonders bevorzugt mindestens 3 % und maximal 15 % und ganz besonders bevorzugt mindestens 5 % und maximal 12 % betragen.

Auf diese Weise ist in dem supraleitenden Draht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verstärkungsschicht 12 auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 angeordnet. Wenn also der supraleitende Draht 10 in die Form einer Spule gewickelt wird und auf eine extrem niedrige Temperatur von mindestens der kritischen Temperatur abgekühlt wird, so kann das Auftreten einer lokalen Ablösung in der laminierten Struktur 20 unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte (Ic) des supraleitenden Drahtes 10 zu reduzieren.

Im Folgenden werden unter Bezug auf das in 2 gezeigte Beispiel und die in 3 und 4 gezeigten Vergleichsbeispiele die funktionalen Auswirkungen des supraleitenden Drahtes 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Es ist anzumerken, dass der supraleitende Draht gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht durch diese Beispiele beschränkt wird.

(Beispiel)

2 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einem Beispiel zeigt. 2 zeigt einen Querschnitt des supraleitenden Drahtes entlang der Breitenrichtung.

Wie in 2 gezeigt, wurde ein supraleitender Draht, der die laminierte Struktur 20, die Verstärkungsschicht 12 und die Überzugsschicht 9 enthält, als ein Beispiel hergestellt. In dem supraleitenden Draht gemäß einem Beispiel hat die laminierte Struktur 20 eine Breite von 4 mm (W1 = 4 mm) und eine Dicke von 100 µm (L1 = 100 µm). Die Verstärkungsschicht 12 besteht aus Kupfer und hat eine Breite von 0,2 mm (W3 = 0,2 mm) und eine Dicke gleich der Dicke der laminierten Struktur 20. Die Überzugsschicht 9 hat eine Breite von 4,4 mm (W2 = 4,4 mm) und eine Dicke von 30 µm (L2 = 30 µm). Das heißt, in dem Beispiel beträgt das Verhältnis der Gesamtbreite W3 der Verstärkungsschicht 12 zur Breite W1 der laminierten Struktur 20 10 % (W3×2/W1 = 10 %).

(Vergleichsbeispiel 1)

3 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 zeigt. Wie in 3 gezeigt, wurde ein herkömmlicher supraleitender Draht mit einer dreilagigen Struktur als Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. Die dreilagige Struktur wird, wie zum Beispiel in PTD 1 gezeigt, durch Laminieren von Metallbändern, die breiter als ein supraleitendes Band auf der Oberseite und der Unterseite des supraleitenden Bandes sind, und anschließendes Integrieren des supraleitenden Bandes und der Metallbänder gebildet.

Bei Vergleichsbeispiel 1 hat die laminierte Struktur 20 eine Struktur ähnlich der laminierten Struktur 20 in dem Beispiel. Die Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 ist mit Metallbändern 23, 25 bedeckt. Das Metallband 23 ist auf jeder der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 angeordnet. Die Breite W2 des Metallbandes 23 ist größer als die Breite W1 der laminierten Struktur 20, und beide Endabschnitte des Metallbandes 23 stehen von beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 hervor. Das Metallband 25 ist zwischen den vorstehenden Abschnitten des Metallbandes 23 angeordnet. Das Metallband 23 hat eine Breite von 4,4 mm (W2 = 4,4 mm) und eine Dicke von 200 µm (L3 = 200 µm).

Das heißt, das Metallband 25 in Vergleichsbeispiel 1 hat die gleiche Form wie die Verstärkungsschicht 12 in dem Beispiel. Andererseits ist in Vergleichsbeispiel 1 das Metallband 23 auf jeder der Oberseite und der Unterseite der laminierten Struktur 20 angeordnet, wodurch die Dicke des supraleitenden Drahtes im Vergleich zu dem Beispiel erhöht wird.

(Vergleichsbeispiel 2)

4 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes gemäß einem Vergleichsbeispiel 2 zeigt. Wie in 4 gezeigt, wurde die laminierte Struktur 20, die eine Struktur ähnlich dem Beispiel aufweist, als Vergleichsbeispiel 2 hergestellt. In Vergleichsbeispiel 2 ist also die Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 nicht bedeckt.

Für das Beispiel und die Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden jeweils die Zugfestigkeit und die kritische Stromdichte des supraleitenden Drahtes durch Simulation evaluiert. Das Simulationsergebnis jedes supraleitenden Drahtes ist in Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

Dicke des supraleitenden Drahtes (mm) Zugfestigkeit (MA) Kritische Stromdichte (A/mm2) Beispiel 0,2 22 480 Vergleichsbeispiel 1 0,5 22 90 Vergleichsbeispiel 2 0,1 10 500

Wie in 5 gezeigt, wenn der in die Form einer Spule gewickelte supraleitende Draht auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlt wird, wirkt in der laminierten Struktur 20 eine Zugspannung F1 auf der Oberseite und der Unterseite der laminierten Struktur 20 aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Metallmaterial, das das Substrat 1 und die Schutzschicht 7 bildet, und dem keramischen Material, das die Zwischenschicht 3 und die supraleitende Materialschicht 5 bildet. Die laminierte Struktur 20 hat eine Zugfestigkeit von zum Beispiel etwa 1 Mpa (1 N/mm2).

Wenn die Zugspannung F1 auf die laminierte Struktur 20 wirkt, so wirkt die Zugspannung F2 auch auf die Verstärkungsschicht 12, die auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 angeordnet ist. Die Verstärkungsschicht 12 besteht aus einem Metallmaterial und hat darum eine Zugfestigkeit, die höher ist als die Zugfestigkeit der laminierten Struktur 20. Wenn zum Beispiel die Verstärkungsschicht 12 aus Kupfer besteht, so hat die Verstärkungsschicht 12 eine Zugfestigkeit von etwa 220 MPa.

In dem Beispiel wurde die Zugfestigkeit des supraleitenden Drahtes durch Summieren der Zugfestigkeit der laminierten Struktur 20 und der Zugfestigkeit der Verstärkungsschicht 12 durch das Flächenverhältnis zwischen der laminierten Struktur 20 und der Verstärkungsschicht 12 in der Hauptfläche des supraleitenden Drahtes berechnet. Gleichermaßen wurde die Zugfestigkeit des supraleitenden Drahtes gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 durch Summieren der Zugfestigkeit der laminierten Struktur 20 und der Zugfestigkeit des Metallbandes 25 durch das Flächenverhältnis zwischen der laminierten Struktur 20 und dem Metallband 25 in der Hauptfläche des supraleitenden Drahtes berechnet. Wenn das Metallband 25 aus Kupfer besteht, so hat das Metallband 25 eine Zugspannung von etwa 220 MPa.

Darüber hinaus wurde die kritische Stromdichte jedes supraleitenden Drahtes durch Einstellen des kritischen Stroms Ic, der durch die laminierte Struktur 20 fließt, auf 200 A und Teilen des eingestellten kritischen Stroms Ic durch die Querschnittsfläche jedes supraleitenden Drahtes berechnet.

Wie in Tabelle 1 zu sehen, hat das Beispiel eine hohe Zugfestigkeit im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 2, das nicht die Verstärkungsschicht 12 hat. Das liegt daran, dass in dem Beispiel die Verstärkungsschicht 12, die eine Zugfestigkeit aufweist, die höher ist als die laminierte Struktur 20, auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 angeordnet ist, wodurch die Verstärkungsschicht 12 den größten Teil der auf die laminierte Struktur 20 ausgeübten Zugspannung aufnimmt, und folglich kann die Zugspannung zu der Verstärkungsschicht 12 verteilt werden. Auch in Vergleichsbeispiel 1 wird die auf die laminierte Struktur 20 ausgeübte Zugspannung zu dem Metallband 25, das auf den Seitenflächen der laminierten Struktur 20 angeordnet ist, in derselben Weise verteilt wie in dem Beispiel, und darum kann eine Zugfestigkeit erreicht werden, die der des Beispiels entspricht.

Die kritische Stromdichte des supraleitenden Drahtes ist allerdings beim Vergleichsbeispiel 2 am höchsten und ist beim Beispiel und beim Vergleichsbeispiel 1 niedriger. In dem Beispiel ist die Dicke der auf der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 angeordneten Metallschicht im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 dünn, dergestalt, dass die Dicke des supraleitenden Drahtes reduziert wird. Darum erreicht das Beispiel eine kritische Stromdichte, die höher ist als beim Vergleichsbeispiel 1, während eine Zugfestigkeit gewährleistet wird, die der von Vergleichsbeispiel 1 entspricht.

Die Querschnittsfläche des supraleitenden Drahtes ist in dem Beispiel kleiner als in Vergleichsbeispiel 1. Wenn also der supraleitende Draht gewickelt wird, um eine Spule zu bilden, so ist der Durchmesser der Spule in dem Beispiel selbst bei gleicher Windungszahl kleiner als in Vergleichsbeispiel 1. Wenn der Durchmesser der Spule der gleiche ist, so gibt es mehr Windungen des supraleitenden Drahtes in dem Beispiel als in Vergleichsbeispiel 1.

Wie oben beschrieben, kann in dem supraleitenden Draht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn der supraleitende Draht in die Form einer Spule gewickelt wird und auf eine sehr niedrige Temperatur von mindestens der kritischen Temperatur abgekühlt wird, das Auftreten einer Ablösung in der laminierten Struktur 20 unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte zu reduzieren.

In dem supraleitenden Draht 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es bevorzugt, dass das Verhältnis der Gesamtbreite W3 der Verstärkungsschicht 12 zur Breite W1 der laminierten Struktur 20 (W3×2/W1) mindestens 1 % und maximal 15 % in einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats 1 beträgt. Das Verhältnis kann besonders bevorzugt mindestens 3 % und maximal 15 % und ganz besonders bevorzugt mindestens 5 % und maximal 12 % betragen.

Zweite Ausführungsform

Bei den zweiten bis fünften Ausführungsformen werden eine konkrete Konfiguration zur Implementierung des supraleitenden Drahtes 10 gemäß der ersten Ausführungsform (siehe 1) und ein Verfahren zur Herstellung desselben beschrieben.

(Konfiguration des supraleitenden Drahtes)

6 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes 10A gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 6 zeigt einen Querschnitt des supraleitenden Drahtes 10A entlang der Breitenrichtung.

Wie in 6 gezeigt, enthält der supraleitende Draht 10A eine laminierte Struktur 20, eine Überzugsschicht 9 und ein Bondungselement 28. Die Überzugsschicht 9 ist auf einer Oberseite 20A der laminierten Struktur 20 angeordnet. Die Breite der Überzugsschicht 9 ist größer als die Breite der laminierten Struktur 20.

Die laminierte Struktur 20 und die Überzugsschicht 9 werden durch ein leitfähiges Bondungselement 28 miteinander verbondet. Als das Material des Bondungselements 28 wird zum Beispiel Lot verwendet. Wie in 6 gezeigt, erstreckt sich das Bondungselement 28 von zwischen der Überzugsschicht 9 und der Oberseite 20A der laminierten Struktur 20 auf die Seitenflächen der laminierten Struktur 20.

Bei dem supraleitenden Draht 10A bildet das auf den Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positionierte Bondungselement 28 die Verstärkungsschicht 12 in dem in 1 gezeigten supraleitenden Draht 10. Die Verstärkungsschicht 12 hat eine frei liegende Fläche auf der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20.

Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann in der zweiten Ausführungsform, wenn der in die Form einer Spule gewickelte supraleitende Draht 10A auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlt wird, die auf die laminierte Struktur 20 wirkende Zugspannung zu dem auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positionierten Bondungselement 28 verteilt werden. Somit kann das Auftreten einer Ablösung in der laminierten Struktur 20 unterdrückt werden. Da die Dünnfilm-Überzugsschicht 9 nur auf der Oberseite 20A der laminierten Struktur 20 angeordnet ist, kann eine Vergrößerung des Querschnitts des supraleitenden Drahtes zur Verbesserung der Zugfestigkeit unterdrückt werden. Im Ergebnis kann das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10A unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte zu reduzieren.

(Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes)

7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10A gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in 7 gezeigt, enthält das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10A einen Laminatstruktur-Bildungsschritt (S10) und eine Überzugsschicht-Laminierungsschritt (S20).

In dem Laminatstruktur-Bildungsschritt (S10) wird zuerst ein Substratherstellungsschritt (S11) ausgeführt. Genauer gesagt wird, wie in 8 zu sehen, das aus einem texturierten Metallsubstrat gebildete Substrat 1 hergestellt. Das Substrat 1 hat eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche, die auf der der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden Seite positioniert ist. Die Dicke des Substrats 1 kann entsprechend dem Zweck justiert werden und wird in der Regel in einen Bereich von 10 µm bis 500 µm eingestellt.

Als Nächstes wird ein Zwischenschicht-Bildungsschritt (S12 in 7) ausgeführt. Genauer gesagt wird, wie in 9 zu sehen, die Zwischenschicht 3 auf der ersten Hauptfläche des Substrats 1 ausgebildet. Als ein Abscheidungsprozess für die Zwischenschicht 3 kann jeder beliebige Abscheidungsprozess verwendet werden. Zum Beispiel kann ein physikalischer Aufdampfungsprozess wie zum Beispiel Impulslaserabscheidung (PLD) verwendet werden. Als Nächstes eine Supraleitmaterialschicht-Bildungsschritt (S13 in 7) ausgeführt wird. Genauer gesagt wird, wie in 10 zu sehen, die aus einem RE-123-basierten Oxid-Supraleiter bestehende supraleitende Materialschicht 5 auf der Hauptfläche der Zwischenschicht 3 auf der der Hauptfläche gegenüberliegenden Seite gegenüber dem Substrat 1 ausgebildet. Als ein Abscheidungsprozess für die supraleitende Materialschicht 5 kann jeder beliebige Abscheidungsprozess verwendet werden. Zum Beispiel können ein Dampfphasenprozess und ein Flüssigphasenprozess oder eine Kombination davon verwendet werden. Zu Beispielen des Dampfphasenprozess gehören Laseraufdampfung, Sputtern und Elektronenstrahlaufdampfung.

Als Nächstes wird ein Schutzschicht-Bildungsschritt (S14 in 7) ausgeführt. Genauer gesagt wird, wie in 11 zu sehen, die aus Silber (Ag) oder Silberlegierung bestehende Schutzschicht 7 auf der Hauptfläche der supraleitenden Materialschicht 5 auf der der Hauptfläche gegenüberliegenden Seite gegenüber der Zwischenschicht 3 zum Beispiel durch physikalische Aufdampfung wie zum Beispiel Sputtern oder Elektroplattierung ausgebildet. Anschließend wird eine Sauerstoff-Ausheilung mit Erwärmen unter Sauerstoffatmosphäre (Sauerstoffeinarbeitungsschritt) ausgeführt, um Sauerstoff in die supraleitende Materialschicht 5 einzuarbeiten. Die Schritte S11 bis S14 oben werden ausgeführt, um die laminierte Struktur 20 zu bilden.

Als Nächstes wird ein Überzugsschicht-Laminierungsschritt (S20 in 7) ausgeführt. Genauer gesagt wird zuerst die Überzugsschicht 9 hergestellt, die eine größere Breite aufweist als die Breite der laminierten Struktur 20. Die Überzugsschicht 9 ist eine Folie, die zum Beispiel aus Kupfer oder Kupferlegierung besteht und eine Dicke von zum Beispiel 30 µm hat.

Als Nächstes wird die Überzugsschicht 9 auf eine der Oberseite 20A und der Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 unter Verwendung des Bondungselements 28, wie zum Beispiel Lot, laminiert. Die Überzugsschicht 9 kann durch jedes beliebige Verfahren laminiert werden. Das Bondungselement 28 kann durch Erwärmen geschmolzen und erforderlichenfalls gepresst werden. Wenn zum Beispiel die Überzugsschicht 9 auf die Oberseite 20A der laminierten Struktur 20 laminiert wird, so wird zuerst eine Maskenschicht ausgebildet, um die Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 zu bedecken. Die Maskenschicht kann durch jedes beliebige Verfahren gebildet werden und kann zum Beispiel aufbeschichtet oder aufgesprüht werden. Als Nächstes werden die laminierte Struktur 20 und die Überzugsschicht 9 durch ein Lotbad geführt. Anschließend wird die Maskenschicht von der Unterseite 20B entfernt, und die laminierte Struktur 20 und die Überzugsschicht 9 werden integral zwischen einem Paar Heiz- und Presswalzen hindurchgeführt.

Alternativ wird zuerst das Bondungselement 28 auf der Hauptfläche der Überzugsschicht 9 auf der Seite gegenüber der Oberseite 20A der laminierten Struktur 20 ausgebildet. Anschließend werden die laminierte Struktur 20, das Bondungselement 28 und die Überzugsschicht 9 integral zwischen einem Paar Heiz- und Presswalzen hindurchgeführt.

Da die Überzugsschicht 9 von beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 vorsteht, wird in jedem dieser zwei oben beschriebenen Verfahren der Raum zwischen der Überzugsschicht 9 und beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 mit Lot ausgefüllt. Die Verstärkungsschicht 12 (1) wird somit auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 gebildet.

(Modifizierung der zweiten Ausführungsform)

12 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes 10A# gemäß einer Modifizierung der zweiten Ausführungsform zeigt. Der supraleitende Draht 10A# gemäß der Modifizierung der zweiten Ausführungsform hat im Grunde eine ähnliche Struktur wie der in 6 gezeigte supraleitende Draht 10A, aber unterscheidet sich von dem in 6 gezeigten supraleitenden Draht 10A dadurch, dass die Überzugsschicht 9 auf der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 angeordnet ist. Mit einer solchen Struktur kann ein ähnlicher Effekt wie in dem in 6 gezeigten supraleitenden Draht 10A erreicht werden.

Der supraleitende Draht 10A# gemäß der vorliegenden Modifizierung kann durch Laminieren der Überzugsschicht 9 auf die Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 in dem Überzugsschicht-Laminierungsschritt (S20 in 7) hergestellt werden.

Dritte Ausführungsform (Konfiguration des supraleitenden Drahtes)

13 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes 10B gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. 13 zeigt einen Querschnitt entlang der Richtung, welche die Richtung kreuzt, in der sich der supraleitende Draht 10B erstreckt.

Wie in 13 gezeigt, enthält der supraleitende Draht 10B eine laminierte Struktur 20, ein Metallelement 30, eine Bondungsschicht 32 und eine Überzugsschicht 34. Das Metallelement 30 hat eine prismatische äußere Form, die sich in der Richtung erstreckt, in der sich die laminierte Struktur 20 erstreckt. Die Form des Querschnitts in der Richtung vertikal zu der Richtung, in der sich das Metallelement 30 erstreckt, ist rechteckig. Das Material des Metallelements 30 ist bevorzugt zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierung, Nickel oder Nickellegierung und dergleichen.

Das prismatische Metallelement 30 ist an beide Seitenflächen der laminierten Struktur 20 zum Beispiel durch ein leitfähiges Bondungsmaterial, wie zum Beispiel ein Lot-Bondungsmaterial oder einen leitfähigen Klebstoff, gebondet. Die Bondungsschicht 32 wird zwischen dem Metallelement 30 und beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 ausgebildet.

Die Überzugsschicht 34 wird so ausgebildet, dass sie die Oberseite 20A und die Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 bedeckt und auch die Außenumfangsfläche des Metallelements 30 bedeckt. Die Überzugsschicht 34 wird aus einer Folie oder einer Plattierungsschicht aus einem Metallmaterial gebildet. Die Dicke der Überzugsschicht 34 beträgt etwa 20 µm bis 100 µm. Das Metallmaterial, das die Überzugsschicht 34 bildet, ist bevorzugt zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierung.

Bei dem supraleitenden Draht 10B bilden die auf der Außenumfangsfläche des Metallelements 30 positionierte Überzugsschicht 34, die Bondungsschicht 32 und das Metallelement 30 die Verstärkungsschicht 12 in dem in 1 gezeigten supraleitenden Draht 10. Die Verstärkungsschicht 12 ist so konfiguriert, dass die Flächen auf der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 frei liegen.

Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann in der dritten Ausführungsform, wenn der in die Form einer Spule gewickelte supraleitende Draht 10B auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlt wird, die auf die laminierte Struktur 20 wirkende Zugspannung vor allem zu dem auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positionierten Metallelement 30 verteilt werden. Somit kann das Auftreten einer Ablösung in der laminierten Struktur 20 reduziert werden. Dementsprechend kann die Dicke der Überzugsschicht 34 dergestalt reduziert werden, dass eine Vergrößerung des Querschnitts des supraleitenden Drahtes zur Verbesserung der Zugfestigkeit unterdrückt werden kann. Im Ergebnis kann das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10B unterdrückt werden, ohne kritische Stromdichte Ic zu reduzieren.

(Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes)

14 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10B gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Wie in 14 gezeigt, enthält das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10B einen Laminatstruktur-Bildungsschritt (S10), einen Metallelement-Laminierungsschritt (S30) und einen Überzugsschicht-Plattierungsschritt (S40).

Zuerst wird der in 7 gezeigte Laminatstruktur-Bildungsschritt (S10) ausgeführt, um die laminierte Struktur 20 zu bilden. Als Nächstes wird der Metallelement-Laminierungsschritt (S20) ausgeführt. In dem Metallelement-Laminierungsschritt (S20) kann das Metallelement 30 durch jedes beliebige Verfahren laminiert werden. Ein leitfähiges Bondungsmaterial kann geschmolzen und erforderlichenfalls gepresst werden. Zum Beispiel wird die laminierte Struktur 20 durch ein Lotbad geleitet, und anschließend werden die laminierte Struktur 20 und das Metallelement 30 integral zwischen einem Paar Heiz- und Presswalzen hindurchgeführt.

Alternativ wird zuerst die aus einem leitfähigen Bondungselement hergestellte Bondungsschicht 32 auf der Oberfläche des Metallelements 30 auf der Seite gegenüber der Seitenfläche der laminierten Struktur 20 ausgebildet. Anschließend werden die laminierte Struktur 20 und das Metallelement 30 integral zwischen einem Paar Heiz- und Presswalzen hindurchgeführt. Somit wird das Metallelement 30 an beide Seitenflächen der laminierten Struktur 20, mit der aus Lot bestehenden Bondungsschicht 32 dazwischen, gebondet.

Zum Schluss wird die Überzugsschicht-Plattierungsschritt (S40) ausgeführt. Genauer gesagt wird die aus einer Metallschicht (Plattierungsschicht) gebildete Überzugsschicht 34 auf der Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 und dem Metallelement 30 ausgebildet. Als der Schritt des Bildens der Überzugsschicht 34 kann anstelle des oben beschriebenen Plattierungsschrittes auch ein Schritt des integralen Bedeckens der Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 und des Metallelements 30 mit einer Folie aus einem Metallmaterial ausgeführt werden.

(Modifizierung der dritten Ausführungsform)

15 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes 10B# gemäß einer Modifizierung der dritten Ausführungsform zeigt. 15 zeigt einen Querschnitt entlang der Richtung, welche die Richtung kreuzt, in der sich der supraleitende Draht 10B# erstreckt.

Wie in 15 gezeigt, hat der supraleitende Draht 10B# gemäß der vorliegenden Modifizierung im Grunde eine Struktur ähnlich dem in 13 gezeigten supraleitenden Draht 10B, aber unterscheidet sich von dem in 13 gezeigten supraleitenden Draht 10B in der Form des Metallelements 30. In dem supraleitenden Draht 10B# gemäß der vorliegenden Modifizierung ist die Form eines Querschnitts in der Richtung vertikal zu der Richtung, in der sich das Metallelement 30 erstreckt, kreisförmig. Somit wird die Seitenfläche des supraleitenden Drahtes 10B# entsprechend bogenförmig ausgebildet. Ferner kann mit einer solchen Konfiguration ein ähnlicher Effekt wie in dem in 13 gezeigten supraleitenden Draht 10B erreicht werden. Die Form eines Querschnitts in der Richtung vertikal zu der Richtung, in der sich das Metallelement 30 erstreckt, ist nicht auf eine rechteckige Form oder eine Kreisform beschränkt und kann jede Form sein, einschließlich anderer polygonaler Formen als einer rechteckigen Form und einer ovalen Form.

Vierte Ausführungsform (Konfiguration des supraleitenden Drahtes)

16 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes 10C gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. 16 zeigt einen Querschnitt entlang der Breitenrichtung des supraleitenden Drahtes 10C. Wie in 16 gezeigt, enthält der supraleitende Draht 10C eine laminierte Struktur 20, eine Überzugsschicht 36 und eine Metallschicht 38.

Die Überzugsschicht 36 wird so ausgebildet, dass sie die Oberseite 20A und die Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 bedeckt und auch die Seitenflächen der laminierten Struktur 20 bedeckt. Die Überzugsschicht 36 wird aus einer Plattierungsschicht aus einem Metallmaterial gebildet. Die Dicke der Überzugsschicht 36 beträgt etwa 20 µm bis 100 µm. Das Metallmaterial, das die Überzugsschicht 36 bildet, ist zum Beispiel bevorzugt Kupfer oder Kupferlegierung.

Die Metallschicht 38 ist auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 angeordnet. Die Metallschicht 38 hat einen Verlängerungsabschnitt, der sich oberhalb eines Teils der Unterseite 20B und der Oberseite 20A der laminierten Struktur 20 erstreckt. Das heißt, die Metallschicht 38 wird integral mit der Überzugsschicht 36 ausgebildet, die die Oberseite 20A und die Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 bedeckt. Die Metallschicht 38 wird aus einer Plattierungsschicht gebildet, die aus einem Metallmaterial besteht. Das Material, das die Metallschicht 38 bildet, ist bevorzugt zum Beispiel Kupfer oder Kupferlegierung.

Bei dem supraleitenden Draht 10C bilden die Überzugsschicht 36 und die Metallschicht 38, die auf den Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positioniert sind, die Verstärkungsschicht 12 in dem in 1 gezeigten supraleitenden Draht 10. Dann wird die Verstärkungsschicht 12 so konfiguriert, dass die Flächen auf der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 frei liegen.

Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann in der vierten Ausführungsform, wenn der in die Form einer Spule gewickelte supraleitende Draht 10C auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlt wird, die auf die laminierte Struktur 20 wirkende Zugspannung zu der Metallschicht 38 und der Überzugsschicht 36 verteilt werden, die auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positioniert sind. Somit kann das Auftreten einer Ablösung in der laminierten Struktur 20 unterdrückt werden. Darüber hinaus ist die Dünnfilm-Überzugsschicht 36 auf der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 angeordnet, wodurch eine Vergrößerung des Querschnitts des supraleitenden Drahtes zur Verbesserung der Zugfestigkeit unterdrückt werden kann. Im Ergebnis kann das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10C unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte zu reduzieren.

(Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes)

17 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10C gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Wie in 17 gezeigt, enthält das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10C einen Laminatstruktur-Bildungsschritt (S10), einen Überzugsschicht-Plattierungsschritt (S50) und einen Metallschicht-Plattierungsschritt (S60).

Zuerst wird der in 7 gezeigte Laminatstruktur-Bildungsschritt (S10) ausgeführt, um die laminierte Struktur 20 zu bilden. Als Nächstes wird der Überzugsschicht-Plattierungsschritt (S50) ausgeführt. Genauer gesagt, wird die Überzugsschicht 36, die aus der Metallschicht (Plattierungsschicht) gebildet wird, auf der Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 durch Plattieren ausgebildet. In dem Schritt des Bildens der Überzugsschicht 36 kann ein Schritt des integralen Bedeckens der Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 mit einer Folie aus einem Metallmaterial anstelle des Schrittes des Bildens einer Plattierungsschicht, wie oben beschrieben, ausgeführt werden.

Als Nächstes wird der Metallschicht-Plattierungsschritt (S60) ausgeführt. Genauer gesagt wird zuerst, wie in 18 gezeigt, eine Maskenschicht 40 ausgebildet, um einen Teil der Überzugsschicht 36 zu bedecken. Die Maskenschicht 40 kann durch jedes beliebige Verfahren gebildet werden und kann zum Beispiel durch Aufbeschichten oder Aufsprühen aufgebracht werden. Die Maskenschicht 40 wird auf jeder der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 angeordnet und hat eine geringere Breite als die Breite der laminierten Struktur 20.

Anschließend wird eine Plattierungsschicht (Metallschicht 38) ausgebildet, um die Überzugsschicht 36 zu bedecken, auf der die Maskenschicht 40 ausgebildet ist. Die Plattierungsschicht hat einen Verlängerungsabschnitt, der sich auf einen Teil der Oberseite 20A und der Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 erstreckt. Es ist anzumerken, dass die Plattierungsschicht nicht auf der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 ausgebildet zu werden braucht, solange sie auf beiden Seiteflächenseiten der laminierten Struktur 20 ausgebildet wird. Die Plattierungsschicht kann durch jedes beliebige Verfahren gebildet werden, zum Beispiel durch Elektroplattierung. Anschließend wird die Maskenschicht 40 entfernt. Die Maskenschicht 40 kann durch jedes beliebige Verfahren entfernt werden, zum Beispiel durch Ätzen. Somit kann die Metallschicht 38, die aus einer Plattierungsschicht besteht, auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 ausgebildet werden.

In dem Flussdiagramm in 17 wird zwar die Konfiguration beschrieben, in der der Metallschicht-Plattierungsschritt (S60) ausgeführt wird, nachdem der Überzugsschicht-Plattierungsschritt (S50) ausgeführt wurde, aber der Überzugsschicht-Plattierungsschritt (S50) kann auch ausgeführt werden, nachdem der Metallschicht-Plattierungsschritt (S60) ausgeführt wurde. In diesem Fall wird, nachdem eine Plattierungsschicht, die als die Metallschicht 38 dient, auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 ausgebildet wurde, eine Plattierungsschicht, die als die Überzugsschicht 36 dient, ausgebildet, um die Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 und die Metallschicht 38 zu bedecken.

Fünfte Ausführungsform

19 ist ein Querschnittsschaubild, das eine Konfiguration eines supraleitenden Drahtes 10D gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. 19 zeigt einen Querschnitt entlang der Breitenrichtung des supraleitenden Drahtes 10D.

Wie in 19 gezeigt, enthält der supraleitende Draht 10D eine laminierte Struktur 20 und eine Überzugsschicht 42.

Die Überzugsschicht 42 wird so ausgebildet, dass sie die Außenumfangsfläche der laminierten Struktur 20 bedeckt. Die Überzugsschicht 42 wird aus einer Lotschicht gebildet. In einem Querschnitt in der Breitenrichtung des Substrats 1 ist die Dicke der auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positionierten Überzugsschicht 42 dicker als die Dicke der Überzugsschicht 42, die auf der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 positioniert ist.

Bei dem supraleitenden Draht 10D wird die Verstärkungsschicht 12 mit der auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positionierten Überzugsschicht 42 ausgebildet. Oder anders ausgedrückt: Die Verstärkungsschicht 12 wird integral mit der Überzugsschicht 42 ausgebildet.

Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann in der fünften Ausführungsform, wenn der in die Form einer Spule gewickelte supraleitende Draht 10D auf eine sehr niedrige Temperatur abgekühlt wird, die auf die laminierte Struktur 20 wirkende Zugspannung zu der auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positionierten Überzugsschicht 42 (Lotschicht) verteilt werden. kann Somit das Auftreten einer Ablösung in der laminierten Struktur 20 unterdrückt werden. Darüber hinaus ist die Dünnfilm-Überzugsschicht 36 auf der Oberflächenseite und der Unterflächenseite der laminierten Struktur 20 angeordnet, wodurch eine Vergrößerung des Querschnitts des supraleitenden Drahtes zur Verbesserung der Zugfestigkeit erhöht werden kann. Im Ergebnis kann das Auftreten einer Ablösung in dem supraleitenden Draht 10D unterdrückt werden, ohne die kritische Stromdichte zu reduzieren.

(Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes)

20 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10D gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. Wie in 20 gezeigt, enthält das Verfahren zur Herstellung des supraleitenden Drahtes 10D einen Laminatstruktur-Bildungsschritt (S10) und einen Lotschicht-Bildungsschritt (S70).

Zuerst wird der in 7 gezeigte Laminatstruktur-Bildungsschritt (S10) ausgeführt, um die laminierte Struktur 20 zu bilden. Als Nächstes wird der Lotschicht-Bildungsschritt (S70) ausgeführt. In dem Lotschicht-Bildungsschritt (S70), wie in 21 gezeigt, wird die gesamte laminierte Struktur 20 mittels Rollen 112, 114 durch ein Lotbad 100 geleitet, während sie in geschmolzener Lotflüssigkeit 110 in dem Lotbad 100 getränkt wird. Auf der Austrittsseite des Lotbades 100 sind ein Paar Quetschrollen 116, 118 angeordnet. Das Lot, das an der Oberseite 20A und der Unterseite 20B der laminierten Struktur 20 anhaftet, wird durch ein Paar Quetschrollen 116, 118 gequetscht, wodurch die aus einer Lotschicht bestehende Überzugsschicht 42 gebildet wird. Die Dicke der Lotschicht, die auf der Oberseite und der Unterseite der laminierten Struktur 20 positioniert ist, und die Dicke der Lotschicht, die auf beiden Seitenflächen der laminierten Struktur 20 positioniert ist, können zum Beispiel über den Presszustand in dem Paar Quetschrollen 116, 118 und die Geschwindigkeit, mit der die laminierte Struktur 20 transportiert wird, justiert werden.

Es versteht sich, dass die im vorliegenden Text offenbarten Ausführungsformen und Beispiele in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele, sondern durch die Ansprüche umrissen, und es ist beabsichtigt, dass alle Äquivalente zu den Ansprüchen und Modifizierungen, die innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, darin aufgenommen sind.

Bezugszeichenliste

1
Substrat
3
Zwischenschicht
5
supraleitende Materialschicht
7
Schutzschicht
9, 34, 36
Überzugsschicht
10, 10A bis 10D
supraleitender Draht
12
Verstärkungsschicht
20
laminierte Struktur
30
Metallelement
32
Bondungsschicht
38
Metallschicht
40
Maskenschicht
100
Lotbad
110
Lotflüssigkeit
112, 114
Rolle
116, 118
Quetschrolle