專利名稱：超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)線材及超導(dǎo)線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)線材及超導(dǎo)線圈。本申請(qǐng)要求2010年4月16日在日本提交的專利申請(qǐng)第2010-095377號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容引入本說明書中。
背景技術(shù)：
近年來，作為使用將超導(dǎo)體加工成線材而得的超導(dǎo)線材的電力應(yīng)用器械，人們進(jìn)行了各種器械裝置的開發(fā)。例如，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能裝置(Superconducting Magnetic Energy Storage，下面簡(jiǎn)稱為SMES)與其他能量存儲(chǔ)裝置相比，具有能量出入速度快等特征，其開發(fā)正活躍地進(jìn)行著。此外，以變壓器為代表的交流線圈、以電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)為代表的超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、使用常導(dǎo)時(shí)呈高電阻的線材的限流器等的開發(fā)也在進(jìn)行。作為這類超導(dǎo)體，已知的有金屬系超導(dǎo)體、氧化物系超導(dǎo)體。NbTi, Nb3Sn等金屬系超導(dǎo)體由于必須冷卻至4. 2K左右的極低溫才能得到超導(dǎo)狀態(tài)，因此，冷卻成本高，成為實(shí)用化的障礙。此外，已經(jīng)知道，金屬系超導(dǎo)體在有超過臨界電流的電流流過時(shí)會(huì)立即發(fā)生常導(dǎo)轉(zhuǎn)移而無法維持超導(dǎo)狀態(tài)。因此，如果將這類金屬系超導(dǎo)體加工成線材、作為線圈應(yīng)用到SMES中，則會(huì)存在線材中有超過臨界電流的電流流入時(shí)，該線材會(huì)立即出現(xiàn)常導(dǎo)轉(zhuǎn)移，蓄積在線圈中的能量會(huì)釋放的問題。另一方面，使用Bi (鉍)系或Y (釔)系氧化物超導(dǎo)線材時(shí)，由于超導(dǎo)線材的超導(dǎo)轉(zhuǎn)移溫度較高，作為用于使線材處于超導(dǎo)狀態(tài)的冷卻劑，可以使用77. 3K的液氮，因此，可 以大幅降低冷卻成本。此外，使用Bi系或Y系氧化物超導(dǎo)線材時(shí)，即使通入超過臨界電流的電流，只要在稱作磁通量流區(qū)域的溫度范圍內(nèi)，就可維持超導(dǎo)狀態(tài)而不出現(xiàn)常導(dǎo)轉(zhuǎn)移。為此，利用這類氧化物超導(dǎo)線材的優(yōu)點(diǎn)的應(yīng)用正受到期待。近年來，對(duì)于帶狀Y系氧化物超導(dǎo)線材，可以獲得帶寬5mm、具有用液氮冷卻至77. 3K、使外部磁場(chǎng)為OT時(shí)的臨界電流約為100 300A這樣的超導(dǎo)特性的線材。這類氧化物超導(dǎo)線材例如可用作扁平型線圈(扁平線圈)等。據(jù)揭示，該扁平線圈是一種將帶狀氧化物超導(dǎo)線材以同心圓狀卷繞在筒狀線圈架上而形成的線圈，是在超導(dǎo)線材的起始端部及終端部分別安裝有外部連接用電極的超導(dǎo)線圈(例如可參見下述專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2008-140930號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
上述專利文獻(xiàn)I中所記載的超導(dǎo)線圈是一種將一個(gè)表面?zhèn)葹槌瑢?dǎo)層側(cè)、另一個(gè)表面?zhèn)葹榛鍌?cè)的多層結(jié)構(gòu)的薄膜超導(dǎo)線材卷繞而形成的扁平線圈，其薄膜超導(dǎo)線材最內(nèi)圈的前端內(nèi)周面上安裝有內(nèi)電極，最外圈的前端外周面上安裝有外電極。然而，上述專利文獻(xiàn)I中所記載的那種結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線圈存在以下問題從外部勵(lì)磁用電源通過電極進(jìn)行通電時(shí)，由于來自外部的滲透熱及連接部的發(fā)熱而引起電極附近的溫度上升，使得電極附近的超導(dǎo)體出現(xiàn)從超導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)移至常導(dǎo)狀態(tài)的常導(dǎo)轉(zhuǎn)移，從而可能引起超導(dǎo)線圈燒損。本發(fā)明是鑒于這種以往的實(shí)際情況而作出的，旨在提供一種能抑制電極附近的溫度上升的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)、能抑制電極附近的常導(dǎo)轉(zhuǎn)移的發(fā)生并能使燒損不出現(xiàn)的超導(dǎo)線材及超導(dǎo)線圈。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)具有具有第I基材、設(shè)置在該第I基材上的第I超導(dǎo)層和設(shè)置在該第I超導(dǎo)層上的第I導(dǎo)電層的超導(dǎo)線材；設(shè)置在所述超導(dǎo)線材端部的所述第I導(dǎo)電層上的電極；具有第2基材、設(shè)置在該第2基材上的超導(dǎo)層和設(shè)置在該第2超導(dǎo)層上的第2導(dǎo)電層，設(shè)置成包覆所述電極的至少一部分的包覆用超導(dǎo)帶材。所述包覆用超導(dǎo)帶材的所述第2導(dǎo)電層配置在所述電極一側(cè)，所述電極、所述超導(dǎo)線材和所述包覆用超導(dǎo)帶材之間彼此電連接。
所述超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)還可具有充填在所述超導(dǎo)線材、所述包覆用超導(dǎo)帶材和所述電極之間的間隙中的緩沖部件。所述緩沖部件可由熱固性樹脂形成。所述電極、所述超導(dǎo)線材和所述包覆用超導(dǎo)帶材之間可通過焊劑彼此電連接。作為本發(fā)明另一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材具有上述電極部接合結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明又一實(shí)施方式的超導(dǎo)線圈具有由超導(dǎo)線材形成的線圈體，所述超導(dǎo)線材以導(dǎo)電層一側(cè)的表面為外側(cè)進(jìn)行卷繞，具有上述電極部接合結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述作為本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)，其采用以下結(jié)構(gòu)設(shè)有包覆用超導(dǎo)帶材，該包覆用超導(dǎo)帶材包覆設(shè)置在超導(dǎo)線材端部的電極的上表面，超導(dǎo)線材的穩(wěn)定化層(導(dǎo)電層)和包覆用超導(dǎo)帶材的穩(wěn)定化層(導(dǎo)電層)分別與電極上表面和下表面接合，電極、超導(dǎo)線材和包覆用超導(dǎo)帶材之間彼此電連接。通過該結(jié)構(gòu)，流入電極附近的超導(dǎo)線材的電流和流入包覆用超導(dǎo)帶材的電流變小，可減小由電極與超導(dǎo)線材的接觸電阻而產(chǎn)生的焦耳熱。因此，可以抑制電極溫度上升，從而抑制電極附近的超導(dǎo)線材的溫度上升和常導(dǎo)轉(zhuǎn)移，不使超導(dǎo)線材燒損。此外，在超導(dǎo)線材用制冷劑等冷卻時(shí)，其周圍的部件也被傳導(dǎo)冷卻。在上述作為本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)中，采用了在電極的一側(cè)表面配置超導(dǎo)線材、在電極的另一側(cè)表面配置包覆用超導(dǎo)帶材、使它們分別與電極電連接的構(gòu)成。通過該構(gòu)成，與以往的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)相比，可還通過包覆用超導(dǎo)帶材使電極高效率地冷卻，能抑制由來自外部的侵入熱引起的電極溫度上升，從而抑制超導(dǎo)線材的常導(dǎo)轉(zhuǎn)移的發(fā)生，不使燒損出現(xiàn)。此外，根據(jù)上述作為本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)材料的電極部接合結(jié)構(gòu)，采用了在由超導(dǎo)線材、包覆用超導(dǎo)帶材和電極形成的間隙中充填有緩沖部件的構(gòu)成。通過該構(gòu)成，即使在有彎曲、變形等機(jī)械力的情況下，也能防止超導(dǎo)線材的特性劣化。此外，通過上述緩沖部件充填，在超導(dǎo)線材及包覆用超導(dǎo)帶材用制冷劑冷卻時(shí)，緩沖部件也被傳導(dǎo)冷卻，因而能更有效地使電極冷卻。上述作為本發(fā)明另一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材及又一實(shí)施方式的超導(dǎo)線圈具有上述作為本發(fā)明一實(shí)施方式的電極部接合結(jié)構(gòu)。通過該構(gòu)成，傳導(dǎo)冷卻時(shí)，可以高效率地使電極冷卻。因此，可抑制電極附近的超導(dǎo)線材的溫度上升及超導(dǎo)轉(zhuǎn)移，不使燒損發(fā)生。


圖IA是顯示作為本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)的截面圖。圖IB是顯示同一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖2是顯示圖IA及圖IB中所示的電極部接合結(jié)構(gòu)所具有的超導(dǎo)線材的一個(gè)例子的立體示意圖。圖3是顯示作為本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線圈的立體示意圖。圖4是顯示包覆用超導(dǎo)帶材的基材表面曲率半徑r與臨界電流關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)作為本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖IA是顯示作為本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)的截面圖。圖IB是顯示同一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)的俯視圖。此外，圖2是顯示圖IA及圖IB中所示的電極部接合結(jié)構(gòu)所具有的超導(dǎo)線材的一個(gè)例子的立體示意圖。圖IA中，為了簡(jiǎn)化說明，省去了各超導(dǎo)線材的一部分層。圖IA及圖IB所示的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)10具有超導(dǎo)線材I、設(shè)置在超導(dǎo)線材I上的電極3和設(shè)置在超導(dǎo)線材I上并包覆電極3 —部分的包覆用超導(dǎo)帶材2。超導(dǎo)線材I及包覆用超導(dǎo)帶材2分別設(shè)置成其與帶狀基材11相反一側(cè)的表面(后述的各穩(wěn)定化層19的表面)與電極3接觸、并與電極3電連接。此外，在由超導(dǎo)線材I、包覆用超導(dǎo)帶材2和電極3形成的間隙中充填有緩沖部件4。如圖2所示，超導(dǎo)線材I的大致結(jié)構(gòu)是，在帶狀基材11上層積有基底層12、中間層15、覆蓋層16和氧化物超導(dǎo)層17，并在氧化物超導(dǎo)層(超導(dǎo)層)17之上層積有穩(wěn)定化基層18和穩(wěn)定化層(導(dǎo)電層)19，其整體被絕緣性包覆層20包覆。此外，在超導(dǎo)線材I中，可省略基底層12。此外，如圖IA及圖IB所示，在超導(dǎo)線材I的端部，包覆層20被除去，在從包覆層20引出的電極連接端Ia上配置有電極3、包覆用超導(dǎo)帶材2和緩沖部件4。可在本實(shí)施方式的超導(dǎo)線材I中使用的基材11可用作通常的超導(dǎo)線材的基材，只要是高強(qiáng)度即可，為制成長(zhǎng)的電纜，優(yōu)選基材為帶狀，并優(yōu)選由耐熱性金屬構(gòu)成。例如可以是銀、鉬、不銹鋼、銅、哈氏合金之類的鎳合金等各種金屬材料或者在這些各種金屬材料上配置有陶瓷的基材等。在各種耐熱性金屬中，優(yōu)選鎳合金。其中，如果是市售品，哈氏合金(美國(guó)Haynes公司生產(chǎn)，商品名)可適宜使用。作為哈氏合金，鑰、鉻、鐵、鈷等成分的量可以不同，還可使用哈氏合金B(yǎng)、C、G、N、W等的任一種?；?1的厚度只要根據(jù)目的進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整即可，通常為10 500μπι。基底層12是耐熱性高、用于降低界面反應(yīng)性的層，用于獲得配置在其之上的膜的取向性。這種基底層12可根據(jù)需要進(jìn)行配置，例如由氧化釔(Υ203)、氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3，也稱作“礬土”)等構(gòu)成。該基底層12例如通過濺射法等成膜法形成。該基底層12的厚度例如為10 200nm。此外，在本發(fā)明中，超導(dǎo)線材I的結(jié)構(gòu)不局限于圖2所示的結(jié)構(gòu)，也可以是在基材11和基底層12之間夾入有防擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)。防擴(kuò)散層是為防止基材11的構(gòu)成元素?cái)U(kuò)散而形成的層，由氮化硅(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)或稀土類金屬氧化物等構(gòu)成。防擴(kuò)散層的厚度例如為10 400nm。此外，由于與防擴(kuò)散層的結(jié)晶性無關(guān)，因而只要用通常的濺射法等成膜法形成即可。如上所述，在基材11與基底層12之間夾入防擴(kuò)散層，可在形成后述的中間層15、覆蓋層16及氧化物超導(dǎo)層17等其它層時(shí)，在必然被加熱或作為加熱處理的結(jié)果而經(jīng)受熱歷程的情況下抑制基材11的構(gòu)成元素的一部分通過基底層12擴(kuò)散到氧化物超導(dǎo)層17 —偵U。此外，通過使用防擴(kuò)散層和基底層12的雙層結(jié)構(gòu)，能有效抑制元素從基材11 一側(cè)擴(kuò)散。作為在基材11與基底層12之間夾入防擴(kuò)散層的情況的例子，可以列舉使用Al2O3作為防擴(kuò)散層、使用Y2O3作為基底層12的組合。中間層15可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)，為控制層積在其之上的氧化物超電導(dǎo)層17的結(jié)晶取向性，從雙軸取向的物質(zhì)中進(jìn)行選擇。作為中間層15的優(yōu)選材質(zhì)，具體而言，可以列舉 Gd2Zr2O7、MgO、ZrO2-Y2O3 (YSZ )、SrTiO3、CeO2、Y2O3、Al2O3、Gd 2O3、Zr2O3、Ho2O3、Nd2O3等金屬氧化物。如果用離子束輔助蒸鍍法(IBAD法)使該中間層15以良好的結(jié)晶取向性(例如結(jié)晶取向度在15°以下)成膜，則能使形成在其之上的覆蓋層16的結(jié)晶取向性呈良好的值(例如結(jié)晶取向度在5°左右)。由此，可使在覆蓋層16上形成膜的氧化物超導(dǎo)層17的結(jié)晶取向性良好、發(fā)揮優(yōu)異的超導(dǎo)特性。中間層15的厚度只要根據(jù)目的進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整即可，通?？墒蛊湓贠. 005 2 μ m的范圍內(nèi)。中間層15可通過濺射法、真空蒸鍍法、激光蒸鍍法、電子束蒸鍍法、離子束輔助蒸鍍法(下面簡(jiǎn)稱為IBAD法)、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)等物理蒸鍍法，涂敷熱分解法(MOD法)、熱噴涂等形成氧化物薄膜的公知的方法進(jìn)行層積。尤其是通過IBAD法形成的前述金屬氧化物層的結(jié)晶取向性高，控制氧化物超導(dǎo)層17、覆蓋層16的結(jié)晶取向性的效果好，從這方面考慮，是較理想的。IBAD法是指在蒸鍍時(shí)在作為底材的蒸鍍面上以規(guī)定的角度照射離子束、使結(jié)晶軸定向的方法。通常，作為離子束，使用氬(Ar)離子束。例如由Gd2Zr207、MgO或ZrO2-Y2O3 (YSZ)構(gòu)成的中間層15由于能減小作為表示IBAD法中的結(jié)晶取向度的指標(biāo)的Λ Φ (FffHM :半高寬)的值，因而尤其優(yōu)選。覆蓋層16優(yōu)選為經(jīng)過以下過程而形成的層在中間層15表面外延生長(zhǎng)，之后在橫向(面方向)上晶粒生長(zhǎng)(附生)，結(jié)晶粒在面內(nèi)方向上選擇生長(zhǎng)。這樣的覆蓋層16能獲得比由前述金屬氧化物層構(gòu)成的中間層15高的面內(nèi)取向度。覆蓋層16的材質(zhì)只要是能顯現(xiàn)上述功能的材料即可，無特殊限制。作為優(yōu)選的材料，具體而言，可以列舉Ce02、Y203、Al203、Gd203、Zr203、Ho203、Nd203等。覆蓋層的材質(zhì)為CeO2的情況下，覆蓋層16可含有Ce的一部分被其他金屬原子或金屬離子置換的Ce-M-O系氧化物。該CeO2層可通過PLD法(脈沖激光蒸鍍法)、濺射法等成膜，但從可獲得大的成膜速度的角度考慮，優(yōu)選使用PLD法。作為通過PLD法形成CeO2層的成膜條件，可在基材溫度約為500 1000°C、壓力約為O. 6 IOOPa的氧氣環(huán)境中進(jìn)行。CeO2層的膜厚只要在50nm以上即可，但要獲得充分的取向性，則優(yōu)選在IOOnm以上，若在500nm以上則更為優(yōu)選。然而，若膜厚過厚，則結(jié)晶取向性變差，因而，優(yōu)選膜厚為500 lOOOnm。氧化物超導(dǎo)層17可以是公知的層，具體而言，可以列舉出由REBa2Cu3Oy (RE表示Y、La、Nd、Sm、Er、Gd等稀土類元素)構(gòu)成的材質(zhì)的層。作為該氧化物超導(dǎo)層17，可以列舉出Y123 (YBa2Cu3CVx)或Gdl23 (GdBa2Cu307_x)等。此外，也可使用由其他的氧化物超導(dǎo)體、例如以Bi2Sr2CalriCunCV2nM構(gòu)成的組成等為代表的臨界溫度高的其他氧化物超導(dǎo)體構(gòu)成的層。氧化物超導(dǎo)層17的厚度優(yōu)選在O. 5 5 μ m左右，并優(yōu)選為均勻的厚度。氧化物超導(dǎo)層17可通過濺射法、真空蒸鍍法、激光蒸鍍法、電子束蒸鍍法、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)等物理蒸鍍法，涂敷熱分解法(MOD法)等進(jìn)行層積。其中，從生產(chǎn)效率的角度考慮，優(yōu)選使用TFA-MOD法(使用三氟醋酸鹽的有機(jī)金屬沉積法、涂敷熱分解法)、PLD法或CVD法。
該MOD法是將金屬有機(jī)酸鹽涂敷后使其熱分解的方法，是將均勻地溶解有金屬成分的有機(jī)化合物的溶液涂敷在基材上之后對(duì)其進(jìn)行加熱、使其熱分解而在基材上形成薄膜的方法。因此，無需真空過程，能低成本地高速成膜，因而適用于長(zhǎng)的帶狀氧化物超導(dǎo)體的制造。這里，如前述那樣，若在具有良好取向性的覆蓋層16上形成氧化物超導(dǎo)層17，則層積在該覆蓋層16上的氧化物超導(dǎo)層17也會(huì)結(jié)晶化，并與覆蓋層16的取向性匹配。因此，形成在覆蓋層16上的氧化物超導(dǎo)層17基本上沒有結(jié)晶取向性紊亂。此外，在構(gòu)成該氧化物超導(dǎo)層17的結(jié)晶粒的一個(gè)一個(gè)中，不易通入電流的c軸定向在基材11的厚度方向上，a軸之間或b軸之間定向在基材11的長(zhǎng)度方向上。因此，所得的氧化物超導(dǎo)層17在晶界的量子結(jié)合性方面優(yōu)異，幾乎沒有晶界的超導(dǎo)特性的劣化，因此容易在基材11的長(zhǎng)度方向上通電。因此，能得到充分高的臨界電流密度。層積在氧化物超導(dǎo)層17上的穩(wěn)定化基層18以由Ag等導(dǎo)電性良好且與氧化物超導(dǎo)層17的接觸電阻低、相容性好的金屬材料構(gòu)成的層的形式而形成。穩(wěn)定化層19由導(dǎo)電性良好的金屬材料構(gòu)成，在氧化物超導(dǎo)層17要由超導(dǎo)狀態(tài)轉(zhuǎn)移為常導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，與穩(wěn)定化基層18 —起作為氧化物超導(dǎo)層17的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)流的旁路發(fā)揮作用。作為構(gòu)成穩(wěn)定化層19的金屬材料，只要是具有良好導(dǎo)電性的材料即可，無特殊限制，但優(yōu)選使用Cu等比較廉價(jià)的材料。由此可在壓低材料成本的同時(shí)使穩(wěn)定化層19的膜厚變厚。從而能廉價(jià)地得到能耐受故障電流的超導(dǎo)線材I。如圖IA及圖IB所示，在像上述那樣構(gòu)成的超導(dǎo)線材I的端部即電極連接端la，電極3通過接合部5c接合在超導(dǎo)線材I的穩(wěn)定化層19的表面上。此外，以包覆電極3的一部分的方式將包覆用超導(dǎo)帶材2設(shè)置在超導(dǎo)線材I的電極連接端Ia上。電極3作為電極材料可以使用以往公知的材料，可以列舉出具有高導(dǎo)電性的金屬，例如金、鉬、銀、銅或含有這些金屬中的至少一種的合金，其中優(yōu)選銅。電極3的大小可在向著后述包覆用超導(dǎo)帶材2的變形(彎曲)不過大、不使其超導(dǎo)特性顯著劣化的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整。此外，如圖IB所示，電極3的超導(dǎo)線材I的短邊方向的長(zhǎng)度設(shè)定得比超導(dǎo)線材I的寬度長(zhǎng)，電極3的一部分被后述包覆用超導(dǎo)帶材2包覆，未被包覆用帶材2包覆而露出的部分則起使電極3和外部勵(lì)磁用電源(圖中省略)之間導(dǎo)通的引線部3a的作用。這樣，用一個(gè)板狀金屬(例如超導(dǎo)線材I的線寬為5mm時(shí)可使用寬20mm、長(zhǎng)50mm、厚5mm的銅板)形成電極3和引線部3a，可以省略在電極3上設(shè)置引線部的工序。此外，還可將電極3的一部分或全部設(shè)置成被包覆用超導(dǎo)帶材2包覆，設(shè)置由其他具有導(dǎo)電性的材料形成的引線部，并使其與電極3導(dǎo)通。在電極3上另設(shè)引線部時(shí)，只要通過使用焊接的接合等通常的接合方法將引線部設(shè)置在電極3上即可。借助電極3與超導(dǎo)線材I之間的接合部5c的接合只要在電氣和機(jī)械上連接即可，例如可通過釬焊、超聲波焊接、電阻焊接、導(dǎo)電性粘合劑等進(jìn)行接合。作為將電極3與超導(dǎo)線材I接合的接合部5c，從通用性、接合性、操作容易性的角度考慮，優(yōu)選焊劑。作為焊劑，無特殊限制，例如可以是Pb-Sn系合金焊劑、Sn-Ag系合金、Sn-Bi系合金、Sn-Cu系合金、Sn-Zn系合金等無鉛焊劑、共晶焊劑、低溫焊劑等?？梢允褂眠@些焊劑中的一種或?qū)煞N以上組合使用。在這些焊劑中，優(yōu)選使用熔點(diǎn)在300°C以下的焊劑。由此可在300°C以下的溫度下進(jìn)行釬焊，因此能抑制因釬焊的熱量而導(dǎo)致的氧化物超導(dǎo)層17的氧脫離和特性劣化。作為包覆用超導(dǎo)帶材2，可以使用與超導(dǎo)線材I同樣的材料。
這里，超導(dǎo)線材I和包覆用超導(dǎo)帶材2可以是相同的層構(gòu)成(所設(shè)置的層的種類及構(gòu)成材料相同)，也可以是不同層構(gòu)成。若為相同層構(gòu)成，則由于可將超導(dǎo)線材I的一部分切斷或者將導(dǎo)線材I的端部彎曲、使穩(wěn)定化層19為內(nèi)側(cè)，作為包覆用超導(dǎo)帶材2使用，因而簡(jiǎn)便。在本實(shí)施方式中，作為包覆用超導(dǎo)帶材2，以使用與超導(dǎo)線材I相同層構(gòu)成的情況為例進(jìn)行說明。包覆用超導(dǎo)帶材2具有基材11、基底層12、中間層15、覆蓋層16、氧化物超導(dǎo)層17、穩(wěn)定化基層18和穩(wěn)定化層(導(dǎo)電層)19。將包覆用超導(dǎo)帶材2的穩(wěn)定化層19的表面與超導(dǎo)線材I的電極連接端Ia的表面(超導(dǎo)線材I的穩(wěn)定化層19的表面)及電極3的上表面對(duì)向配置。包覆用超導(dǎo)帶材2兩端部的穩(wěn)定化層19的表面2a、2b通過接合部5a、5b與超導(dǎo)線材I的穩(wěn)定化層19的表面接合，此外，包覆用超導(dǎo)帶材2的穩(wěn)定化層19的表面和電極3通過接合部5d接合。通過包覆用超導(dǎo)帶材2與電極3之間的接合部5d進(jìn)行的接合只要在電氣上和機(jī)械上連接即可，可用與上述超導(dǎo)線材I與電極3的接合同樣的手法進(jìn)行，作為接合部5d，可以是與接合部5c同樣的接合。此外，通過包覆用超導(dǎo)帶材2的兩端部的穩(wěn)定化層19的表面2a、2b與超導(dǎo)線材I的穩(wěn)定化層19的表面之間的接合部5a、5b進(jìn)行的接合也可用同樣的手法進(jìn)行，作為接合部5a、5b，可以是與接合部5c同樣的接合。超導(dǎo)線材I的穩(wěn)定化層19的表面與電極3的下表面的接合(接合部5c)及包覆用超導(dǎo)帶材2的穩(wěn)定化層19與電極3的上表面的接合(接合部5d)優(yōu)選用釬焊等同時(shí)進(jìn)行。通過同時(shí)進(jìn)行這些接合，能縮短連接操作所需的時(shí)間，從而能夠抑制連接部5c、5d由于釬焊等受熱而導(dǎo)致熱量傳導(dǎo)至氧化物超導(dǎo)層17、氧化物超導(dǎo)體的氧脫去、超導(dǎo)特性劣化。此夕卜，同時(shí)進(jìn)行這些接合，能夠抑制接合部5c熔融、電極3發(fā)生錯(cuò)位。此外，在配設(shè)包覆用超導(dǎo)帶材2時(shí)，由于電極3和超導(dǎo)線材I的穩(wěn)定化層19通過接合部5c接合，因而可僅將包覆用超導(dǎo)帶材2的兩端部的表面2a、2b和超導(dǎo)線材I的表面通過接合部5a、5b接合，省略使包覆用超導(dǎo)帶材2與電極3接合的接合部5d。這種情況下，包覆用超導(dǎo)帶材2的穩(wěn)定化層19與電極3接觸，包覆用超導(dǎo)帶材2必須配置成該接觸狀態(tài)得以保持、包覆用超導(dǎo)帶材2與電極3電連接。超導(dǎo)線材I與包覆用超導(dǎo)帶材2的接合位置(包覆用超導(dǎo)帶材2的兩端部表面)2a、2b優(yōu)選為與電極3隔開充分的距離。具體而言，優(yōu)選以包覆用超導(dǎo)帶材2的基材11的表面Ila的曲率半徑r超過Ilmm的方式設(shè)定接合位置2a、2b。曲率半徑r在Ilmm以下時(shí)，包覆用超導(dǎo)帶材2的曲率增大，會(huì)使包覆用超導(dǎo)帶材2的氧化物超導(dǎo)層17出現(xiàn)大變形。因此，存在包覆用超導(dǎo)帶材2的氧化物超導(dǎo)層17的超導(dǎo)特性劣化、接合性降低之虞。此外，由于電極3和接合位置2a、2b過分接近，因而存在接合位置2a、2b的發(fā)熱和電極3的發(fā)熱重疊、超導(dǎo)線材I的超導(dǎo)特性劣化的可能性。以往公知的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)是，在超導(dǎo)線材的端部設(shè)置有電極，電極的接合面以外的面暴露于外部氣體中。對(duì)具有這種以往結(jié)構(gòu)的電極部接合結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線材及超導(dǎo)線圈進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻時(shí)，有時(shí)會(huì)由于來自外部的侵入熱或電極和超導(dǎo)線材的連接電阻引起的焦耳熱的發(fā)生而出現(xiàn)電極溫度上升、電極附近的超導(dǎo)線材溫度上升。若超導(dǎo)線材的溫度這樣地上升，則有在接近電極的超導(dǎo)線材的部分發(fā)生從超導(dǎo)狀態(tài)向常導(dǎo)狀 態(tài)的常導(dǎo)轉(zhuǎn)移，該部分的電阻瞬間變大，引起超導(dǎo)線材燒損的可能。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)10中，采用以下結(jié)構(gòu)將包覆用超導(dǎo)帶材2設(shè)置成包覆在超導(dǎo)線材I的端部設(shè)置的電極3的上表面，將超導(dǎo)線材I的穩(wěn)定化層19和包覆用超導(dǎo)帶材2的穩(wěn)定化層19分別與電極3的上表面和下表面接合，使它們彼此電接合。由此，分別流經(jīng)電極3附近的超導(dǎo)線材I及包覆用超導(dǎo)帶材2的電流減小，從而能減小由電極3和超導(dǎo)線材I之間的接觸電阻產(chǎn)生的焦耳熱。因此，能抑制電極3的溫度上升，從而可以抑制電極3附近的超導(dǎo)線材I的溫度上升及常導(dǎo)轉(zhuǎn)移，不使超導(dǎo)線材I燒損。此外，由于在傳導(dǎo)冷卻時(shí)超導(dǎo)線材I被冷卻，因此，如本實(shí)施方式那樣，可在電極3的一個(gè)表面配置超導(dǎo)線材I、在電極3的另一個(gè)表面配置與超導(dǎo)線材I同樣構(gòu)成的包覆用超導(dǎo)帶材2，通過這樣的構(gòu)成，與以往的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)相比，可以有效地冷卻電解3。此外，能抑制由來自外部的侵入熱引起的電極3的溫度上升，并能抑制由超導(dǎo)線材I的常導(dǎo)轉(zhuǎn)移引起的燒損。在本實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)中，如圖IA所示，優(yōu)選在由超導(dǎo)線材
I、包覆用超導(dǎo)帶材2和電極3形成的間隙中充填有緩沖部件4。通過充填緩沖部件4，尤其是在有彎曲、變形等機(jī)械力時(shí)，能防止超導(dǎo)線材I的特性劣化。此外，通過這樣充填緩沖部件4，在用制冷劑等冷卻超導(dǎo)線材I及包覆用超導(dǎo)帶材2時(shí)，緩沖部件4也被傳導(dǎo)冷卻，因而能更有效地冷卻電極3。緩沖部件4優(yōu)選由熱固性樹脂形成，例如可以是摻入玻璃纖維的環(huán)氧樹脂等，但只要是能充填超導(dǎo)線材I、電極3和包覆用超導(dǎo)帶材2之間的間隙、提高電極部接合結(jié)構(gòu)10的機(jī)械強(qiáng)度的材料即可。用熱固性樹脂形成緩沖部件4時(shí)，將熱固性樹脂加熱、固化，可使電極部3及引線部3a與超導(dǎo)線材I及包覆用超導(dǎo)帶材2 —體化。由此能進(jìn)一步提高機(jī)械強(qiáng)度。此外，在用熱固性樹脂形成緩沖部件4的情況下，優(yōu)選在進(jìn)行超導(dǎo)線材I、電極3和包覆用超導(dǎo)帶材2之間的接合(電極-線材接合工序)之后，將熱固性樹脂充填到超導(dǎo)線材I、電極3和包覆用超導(dǎo)帶材2之間的間隙中，在低于電極-線材接合工序的加熱溫度的溫度下加熱熱固性樹脂，使其固化。具體地，例如在電極-線材接合工序中，可在通過180°C的釬焊進(jìn)行接合部5a 5d的接合之后，將熱固性樹脂充填到前述間隙中，在150°C加熱3小時(shí)，由此形成緩沖部件4?？赏ㄟ^將緩沖部件4的形成工序的溫度設(shè)定得較電極-線材接合工序的溫度低來抑制電極3出現(xiàn)接合部熔融和錯(cuò)位的情況。下面，對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線材進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的超導(dǎo)線材IOA在其端部具有前述超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)10。本實(shí)施方式的超導(dǎo)線材IOA的端部為與圖IA及圖IB所示的電極部接合結(jié)構(gòu)10相同的層構(gòu)成及結(jié)構(gòu)，在端部以外的部分，為與圖2所示的超導(dǎo)線材I同樣的層構(gòu)成及結(jié)構(gòu)。本實(shí)施方式的超導(dǎo)線材IOA由于具有本實(shí)施方式的電極部接合結(jié)構(gòu)10，因而可在傳導(dǎo)冷卻時(shí)有效地使電極3冷卻。此外，由于可抑制電極3附近的超導(dǎo)線材I的溫度上升及常導(dǎo)轉(zhuǎn)移，因而能使燒損不發(fā)生。接著，對(duì)本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線圈進(jìn)行說明。圖3是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)線圈100的立體示意圖。 超導(dǎo)線圈100通過在同軸上依次層積第I線圈體101、第2線圈體102、第3線圈體103及第4線圈體104而構(gòu)成。第I線圈體101是超導(dǎo)線材IOA以穩(wěn)定化層19的表面為外側(cè)、在卷繞架107上以同心圓狀順時(shí)針多次卷繞而構(gòu)成的扁平型線圈體。第2線圈體102是超導(dǎo)線材I以穩(wěn)定化層19側(cè)為外側(cè)、在卷繞架107上以同心圓狀逆時(shí)針多次卷繞而構(gòu)成的扁平型線圈體，夾著由絕緣性預(yù)浸片(prepreg sheet)等構(gòu)成的分隔框106而層積在第I線圈體101的上方。第3線圈體103是超導(dǎo)線材I以穩(wěn)定化層19側(cè)為外側(cè)、在卷繞架107上以同心圓狀順時(shí)針多次卷繞而構(gòu)成的扁平型線圈體，夾著分隔框106而層積在第2線圈體102的上方。第4線圈體104是超導(dǎo)線材IOA以穩(wěn)定化層19的表面為外側(cè)、在卷繞架107上以同心圓狀逆時(shí)針多次卷繞而構(gòu)成的扁平型線圈體，夾著分隔框106而層積在第3線圈體103的上方。第I線圈體101在作為卷繞終端的外周端部具有電極部接合結(jié)構(gòu)10。配置在超導(dǎo)線材I上的電極3的結(jié)構(gòu)是，其一部分被包覆用超導(dǎo)帶材2包覆，超導(dǎo)線材I、電極3和包覆用超導(dǎo)帶材2之間電連接。與電極3 —體形成的引線部3a與圖中未示出的外部勵(lì)磁用電源連接。第4線圈體101也與第I線圈體101同樣,在其外周端部具有電極部接合結(jié)構(gòu)10,并具有被包覆用超導(dǎo)帶材2包覆的電極3及與電極3 —體形成的引線部3a。第2線圈體102的外周端部102a及第3線圈體103的端部103a的結(jié)構(gòu)分別是，圖2所示的超導(dǎo)線材I的包覆層20被除去，從包覆層20引出的穩(wěn)定化層19露在外側(cè)。各端部102a、103a之間以彼此鄰接的方式配置。而且，各端部102a、103a的各穩(wěn)定化層19上配置有由銅等導(dǎo)電性高的材料構(gòu)成的連接板105。第2線圈體102和第3線圈體103彼此電連接和機(jī)械連接。此夕卜，在第I線圈體101的內(nèi)周端部和第2線圈體102的內(nèi)周端部以及在第3線圈體103的內(nèi)周端部和第4線圈體104的內(nèi)周端部，各線圈體的內(nèi)周端部也同樣通過連接板105電連接及機(jī)械連接。在這種結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線圈100中，第I線圈體101 第4線圈體104電連接。例如，若向第I線圈體101的電極3輸入勵(lì)磁電流，則勵(lì)磁電流依次流向第I線圈體101、第2線圈體102、第3線圈體103、第4線圈體104，并由第4線圈體104的電極3輸出。本實(shí)施方式的超導(dǎo)線圈100具有本實(shí)施方式的電極接合結(jié)構(gòu)10，由此，在通過在液氮中的浸潰冷卻或冷凍機(jī)傳導(dǎo)冷卻等使超導(dǎo)線圈100冷卻時(shí)，可以有效地冷卻電極3。此夕卜，由于可以抑制電極3附近的超導(dǎo)線材I的溫度上升及常導(dǎo)轉(zhuǎn)移，因而能使燒損不發(fā)生。此外，在本實(shí)施方式中以層積4個(gè)扁平型線圈體的超導(dǎo)線圈100為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不僅限于此，也可由I 3個(gè)線圈體形成，還可由5個(gè)以上的線圈體形成。此外，各線圈體也可用以下方法形成將超導(dǎo)線材I或IOA與預(yù)浸帶等兼具浸潰固定作用的絕緣帶重疊，卷繞在卷繞架107上，制成扁平型線圈體，對(duì)其加熱處理，固化成一體。線圈體的浸潰固定方法除了用預(yù)浸帶進(jìn)行浸潰之外，也可以是真空加壓浸潰、在卷繞超導(dǎo)線材I或IOA時(shí)涂布浸潰樹脂進(jìn)行浸潰等。上面對(duì)本實(shí)施方式的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)線材及超導(dǎo)線圈進(jìn)行了說明，但在上述實(shí)施方式中，超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)的各部分、超導(dǎo)線材的各部分、構(gòu)成超導(dǎo)線圈的各部分只是一個(gè)例子，可在不脫離本發(fā)明范圍的范圍內(nèi)做適當(dāng)變更。實(shí)施例下面通過顯示實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但本發(fā)明并非僅局限于這些實(shí)施例。
(實(shí)施例I)在寬5mm、厚O. Imm的帶狀哈氏合金(美國(guó)Haynes公司生產(chǎn)，商品名)基材上,用離子束輔助濺射法(IBAD法)形成I. 2 μ m厚的Gd2Zr2O7 (GZ0沖間層)，然后用脈沖激光蒸鍍法(PLD法)形成I. O μ m厚的CeO2膜(覆蓋層)。接著，在Ce2O層上用PLD法形成I. O μ m厚的GdBa2Cu3O7 (超導(dǎo)層)。再在超導(dǎo)層上貼合由5 10 μ m的銀層(穩(wěn)定化基層)和O. Imm厚的銅層(穩(wěn)定化層)構(gòu)成的層積結(jié)構(gòu)體，制成超導(dǎo)線材。在所得超導(dǎo)線材端部的穩(wěn)定化層上如圖IB所示配置由寬20mmX長(zhǎng)50mmX厚5mm的無氧銅構(gòu)成的電極。在該電極上配置與上述制成的超導(dǎo)線材相同構(gòu)成的包覆用超導(dǎo)帶材(寬5mm、長(zhǎng)15cm)，使包覆用超導(dǎo)線材的基材表面的曲率半徑r為85mm，制成具有圖IA及圖IB所示的結(jié)構(gòu)的電極部接合結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線材。此外，超導(dǎo)線材、電極、包覆用超導(dǎo)帶材的接合通過釬焊(Pb-Sn類合金焊劑；Sn60%，Pb40%，熔點(diǎn) 180°C)進(jìn)行。在以與上述相同的方法制作多個(gè)超導(dǎo)線材及具有圖IA及圖IB所示的電極部接合結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線材后，用這些超導(dǎo)線材制成圖3所示結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線圈。在用冷凍機(jī)對(duì)所得的超導(dǎo)線圈進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻(冷卻溫度30K)、將勵(lì)磁電流通入超導(dǎo)線圈后，電極及電極附近的超導(dǎo)線材電連接而沒有發(fā)熱。以上結(jié)果表明，使用本發(fā)明的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)線材及超導(dǎo)線圈，可以抑制電極附近的超導(dǎo)線材的溫度上升及超導(dǎo)轉(zhuǎn)移，因而能抑制燒損。(實(shí)施例2)除了將包覆用超導(dǎo)線材的基材表面的曲率半徑改為6 19_以外，按與實(shí)施例I相同的方法制得多個(gè)具有圖IA及圖IB所示結(jié)構(gòu)的電極部接合結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)線材。對(duì)于所得的多個(gè)超導(dǎo)線材，測(cè)定其在液氮溫度(77K)下的臨界電流(Ic)，算出相對(duì)于接合包覆用超導(dǎo)帶材之前的超導(dǎo)線材的臨界電流(IcO)的變化度(Ic/IcO)。將Ic/IcO與包覆用超導(dǎo)線材的基材表面的曲率半徑r (mm)的關(guān)系示于圖4。如圖4所示，包覆用超導(dǎo)線材的基材表面的曲率半徑r在Ilmm以下時(shí)，臨界電流降低。與此相對(duì)，經(jīng)確認(rèn)，曲率半徑r超過Ilmm時(shí)，臨界電流未降低，能夠抑制超導(dǎo)特性的劣化。I超導(dǎo)線材Ia電極連接端
2包覆用超導(dǎo)帶材3 電極3a弓丨線部4緩沖部件5a、5b、5c、5d 接合部10超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)IOA超導(dǎo)線材11 基材
12基底層15中間層16覆蓋層17氧化物超導(dǎo)層(超導(dǎo)層)18穩(wěn)定化基層19穩(wěn)定化層(導(dǎo)電層)100超導(dǎo)線圈101第I線圈體102第2線圈體103第3線圈體104第4線圈體105連接板106分隔框107卷繞架
權(quán)利要求
1.超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有 具有第I基材、設(shè)置在該第I基材上的第I超導(dǎo)層和設(shè)置在該第I超導(dǎo)層上的第I導(dǎo)電層的超導(dǎo)線材； 設(shè)置在所述超導(dǎo)線材端部的所述第I導(dǎo)電層上的電極； 具有第2基材、設(shè)置在該第2基材上的第2超導(dǎo)層和設(shè)置在該第2超導(dǎo)層上的第2導(dǎo)電層，設(shè)置成將所述電極的至少一部分包覆的包覆用超導(dǎo)帶材， 所述包覆用超導(dǎo)帶材的所述第2導(dǎo)電層配置在所述電極ー側(cè)， 所述電極、所述超導(dǎo)線材和所述包覆用超導(dǎo)帶材之間彼此電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括充填在所述超導(dǎo)線材、所述包覆用超導(dǎo)帶材和所述電極之間的間隙中的緩沖部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述緩沖部件由熱固性樹脂形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電極、所述超導(dǎo)線材和所述包覆用超導(dǎo)帶材通過焊劑彼此電連接。
5.超導(dǎo)線材，其具有權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的電極部接合結(jié)構(gòu)。
6.超導(dǎo)線圈，其具有由超導(dǎo)線材形成的線圈體， 所述超導(dǎo)線材以導(dǎo)電層ー側(cè)表面作為外側(cè)而卷繞， 具有權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的電極部接合結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)，該超導(dǎo)線材的電極部接合結(jié)構(gòu)具有具有第1基材、設(shè)置在該第1基材上的第1超導(dǎo)層和設(shè)置在該第1超導(dǎo)層上的第1導(dǎo)電層的超導(dǎo)線材；設(shè)置在所述超導(dǎo)線材端部的所述第1導(dǎo)電層上的電極；具有第2基材、設(shè)置在該第2基材上的超導(dǎo)層和設(shè)置在該第2超導(dǎo)層上的第2導(dǎo)電層，設(shè)置成包覆所述電極的至少一部分的包覆用超導(dǎo)帶材，所述包覆用超導(dǎo)帶材的所述第2導(dǎo)電層配置在所述電極一側(cè)，所述電極、所述超導(dǎo)線材和所述包覆用超導(dǎo)帶材之間彼此電連接。
文檔編號(hào)H01R4/68GK102834878SQ20118001843
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者原口正志, 藤田真司, 大保雅載 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉