超導(dǎo)電流引線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及使用了氧化物超導(dǎo)線材的超導(dǎo)電流引線，特別地，設(shè)及將超導(dǎo)線材及 金屬電極容納于強(qiáng)化部件中而構(gòu)成的超導(dǎo)電流引線。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，在超導(dǎo)電纜或超導(dǎo)磁體等利用了超導(dǎo)性的超導(dǎo)應(yīng)用設(shè)備的領(lǐng)域中，正在 積極地進(jìn)行面向?qū)嵱没难芯亢烷_發(fā)。一般來說，將超導(dǎo)應(yīng)用設(shè)備設(shè)置于低溫部（低溫容 器），通過電流引線與設(shè)置于常溫部的外部設(shè)備（例如電源）連接。
[0003] 由于在極低溫環(huán)境下進(jìn)行超導(dǎo)應(yīng)用設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此低溫部的隔熱性變得極其重 要。運(yùn)是因?yàn)?，若低溫部的隔熱性較差，向低溫部的熱侵入較大，則超導(dǎo)應(yīng)用設(shè)備的冷卻效 率降低而使得用于維持超導(dǎo)狀態(tài)的冷卻成本增加，在某些情況下會導(dǎo)致不能運(yùn)轉(zhuǎn)超導(dǎo)應(yīng)用 設(shè)備。作為該向低溫部的熱侵入的途徑，可W考慮通過低溫容器傳熱的途徑和通過電流引 線傳熱的途徑。
[0004] 作為用于防止通過低溫容器的熱侵入的方法，已知有具有制冷劑槽和真空槽的雙 重結(jié)構(gòu)的低溫容器，該制冷劑槽容納有液氮等制冷劑及超導(dǎo)應(yīng)用設(shè)備，該真空槽設(shè)置于制 冷劑槽的外側(cè)。根據(jù)該低溫容器，通過真空隔熱來降低向低溫部的熱侵入。 陽〇化]作為用于防止通過電流引線的熱侵入的方法，提出了使用氧化物超導(dǎo)體的超導(dǎo)電 流引線。氧化物超導(dǎo)體在液氮溫度W下時電阻為零，且熱傳導(dǎo)率較?。ㄣ~的幾十分之一）。 因此，在超導(dǎo)電流引線中，通電時不產(chǎn)生焦耳熱，向低溫部的傳熱量也極小。因此通過超導(dǎo) 電流引線，降低了向低溫部的熱侵入。
[0006] 一般來說，超導(dǎo)電流引線具備帶狀的超導(dǎo)線材、配置于超導(dǎo)線材的一端部（高溫 偵。的第一金屬電極、W及配置于超導(dǎo)線材的另一端部（低溫側(cè)）的第二金屬電極。例如 通過焊接來將超導(dǎo)線材與第一金屬電極及第二金屬電極接合。
[0007] 對于由超導(dǎo)線材、第一金屬電極、及第二金屬電極構(gòu)成的引線主體，在將其定位于 強(qiáng)化部件內(nèi)的狀態(tài)下對其進(jìn)行容納及支撐（例如專利文獻(xiàn)1)。強(qiáng)化部件由低導(dǎo)熱性的材料 (例如纖維增強(qiáng)塑料（GFRP:GlassFiberReinforcedPlastics)、不誘鋼合金、儀基合金、 鐵合金等）構(gòu)成。運(yùn)樣，在將引線主體容納于強(qiáng)化部件內(nèi)的情況下，一般將超導(dǎo)線材保持為 直線狀。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平07-297025號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】
W11] 發(fā)明要解決的問題
[0012] 但是，若在極低溫環(huán)境下使用上述的超導(dǎo)電流引線，則由于各個構(gòu)成部件進(jìn)行熱 收縮而產(chǎn)生W下那樣的不理想情況。
[0013] 例如，在超導(dǎo)線材的熱收縮率比強(qiáng)化部件的熱收縮率大的情況下，由于超導(dǎo)線材 大幅收縮，因此可能對超導(dǎo)線材與金屬電極之間的接合部（焊接部分）產(chǎn)生過大的負(fù)荷，并 使其損壞。而且，若接合部損壞則連接電阻變大，因此難W流過大電流。
[0014] 另一方面，在超導(dǎo)線材的熱收縮率比強(qiáng)化部件的熱收縮率小的情況下，僅在超導(dǎo) 線材產(chǎn)生曉曲，乍一看可W認(rèn)為，在超導(dǎo)線材與金屬電極之間的接合部未產(chǎn)生過大的負(fù)荷。 但是，由于超導(dǎo)線材的熱傳導(dǎo)率與強(qiáng)化部件的熱傳導(dǎo)率不同，因此冷卻的進(jìn)行程度也不同。 即，熱傳導(dǎo)率較高的超導(dǎo)線材的冷卻的進(jìn)行較快，對于冷卻初期的收縮量，超導(dǎo)線材比強(qiáng)化 部件大。從而，在超導(dǎo)線材與金屬電極之間的接合部依然產(chǎn)生過大的負(fù)荷。特別地，一般的 氧化物超導(dǎo)線材由于具有由熱傳導(dǎo)率較高的Ag或化構(gòu)成的穩(wěn)定化層，因此運(yùn)樣的問題顯 著。
[0015] 本發(fā)明的目的在于，提供能夠防止由于冷卻時的熱收縮而使超導(dǎo)線材與金屬電極 之間的接合部損壞的、可靠性較高的超導(dǎo)電流引線。
[0016] 解決問題的方案
[0017] 本發(fā)明的超導(dǎo)電流引線的特征在于，包括：
[0018] 帶狀的超導(dǎo)線材，其通過在金屬基板上將中間層、超導(dǎo)層、穩(wěn)定化層按順序?qū)盈B而 成；
[0019] 金屬電極，其接合于所述超導(dǎo)線材的兩端部；W及
[0020] 強(qiáng)化部件，其W具有規(guī)定的電極間距的方式定位并收容引線主體，所述引線主體 包含所述超導(dǎo)線材和所述金屬電極，
[0021] 所述超導(dǎo)線材在所述金屬電極間具有曉曲。 陽0巧發(fā)明效果
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，利用形成于超導(dǎo)線材的曉曲將在冷卻時產(chǎn)生于超導(dǎo)線材的熱收縮吸 收，因此不會在超導(dǎo)線材與金屬電極之間的接合部產(chǎn)生過大的負(fù)荷，確保較高的可靠性。
【附圖說明】
[0024] 圖1是表示使用了本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)電流引線的超導(dǎo)磁鐵裝置的圖。
[0025] 圖2是實(shí)施方式的超導(dǎo)引線的外觀圖。
[00%] 圖3是表示超導(dǎo)線材的一般結(jié)構(gòu)的圖。
[0027] 圖4是從Z方向前端側(cè)觀察超導(dǎo)電流引線的俯視圖。 陽02引圖5是圖6中的VI-VI向視剖面圖。
[0029] 圖6是從Y方向基端側(cè)觀察超導(dǎo)電流引線的主視圖。
[0030] 圖7是圖4中的IV-IV向視剖面圖。
[0031] 圖8中，圖8A是表示超導(dǎo)線材的露出長度（容納于強(qiáng)化部件之前的狀態(tài)）的圖， 圖8B是表示形成于超導(dǎo)線材的曉曲（容納于強(qiáng)化部件之后的狀態(tài)）的圖。 陽〇3引符號說明
[0033] 1超導(dǎo)磁鐵裝置
[0034] 10超導(dǎo)電流引線
[0035] 11超導(dǎo)線材
[0036] 111金屬基板
[0037] 112中間層
[0038] 113超導(dǎo)層
[0039] 114穩(wěn)定化層 |；0040] 12第一電極（金屬電極）
[0041] 13第二電極（金屬電極）
[0042] 14強(qiáng)化部件
[0043] 15正常傳導(dǎo)電流引線
[0044] 20超導(dǎo)線圈
[0045] 30 電源
[0046] 40低溫容器
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。 W48] 圖1是表示使用了本發(fā)明一實(shí)施方式的超導(dǎo)電流引線10的超導(dǎo)磁鐵裝置1的圖。 圖2是超導(dǎo)引線10的外觀圖。圖3是表示超導(dǎo)線材11的一般結(jié)構(gòu)的圖。圖4是從Z方向 前端側(cè)觀察超導(dǎo)電流引線的俯視圖。圖5是圖6中的VI-VI向視剖面圖。圖6是從Y方向 基端側(cè)觀察超導(dǎo)電流引線的主視圖。圖7是圖4中的IV-IV向視剖面圖。 W例如圖1所示，超導(dǎo)磁鐵裝置1具備超導(dǎo)電流引線10、正常傳導(dǎo)電流引線15、超導(dǎo)線 圈20、電源30W及低溫容器40等。
[0050] 低溫容器40具有由內(nèi)側(cè)的容器41和外側(cè)的真空槽42構(gòu)成的雙重結(jié)構(gòu)。容器41 與冷凍機(jī)（圖示略）連接，例如利用液氮使內(nèi)部保持極低溫（例如77K)。真空槽42與真空 累（圖示略）連接，使內(nèi)部保持真空狀態(tài)。
[0051] 超導(dǎo)線圈20是將超導(dǎo)線材纏繞而成的線圈。超導(dǎo)線圈20配置于作為低溫部的容 器41內(nèi)。超導(dǎo)線圈20具有用于與超導(dǎo)電流引線10連接的線圈電極21。
[0052] 電源30配置于作為常溫部的低溫容器40之外。電源30通過正常傳導(dǎo)電流引線 15及超導(dǎo)電流引線10向超導(dǎo)線圈20供給電流。正常傳導(dǎo)電流引線15例如是銅線。
[0053] 超導(dǎo)電流引線10具有超導(dǎo)線材11、第一電極12、第二電極13W及強(qiáng)化部件14。 超導(dǎo)電流引線10配置于容器41內(nèi)。超導(dǎo)線材11的作為高溫側(cè)的一端部與第一電極12連 接，作為低溫側(cè)的另一端與第二電極13連接。
[0054] 在本實(shí)施方式中，說明了使用一條超導(dǎo)線材11的超導(dǎo)電流引線10,但是本發(fā)明也 能夠如后述的實(shí)施例2那樣，適用于具有多條超導(dǎo)線材11的超導(dǎo)電流引線。
[0055] 如圖3所示，超導(dǎo)線材11是具有超導(dǎo)層113的帶狀線材。超導(dǎo)線材11具有例如 在帶狀的金屬基板111上按順序形成了中間層112、超導(dǎo)層113、穩(wěn)定化層114而得到的層 疊構(gòu)造。
[0056] 金屬基板111是WNi合金（例如哈氏合金（注冊商標(biāo)））、W-Mo類、Fe-化類（例 如奧氏體不誘鋼）、或化-Ni類的材料為代表的低磁性的無取向金屬基板。
[0057] 中間層112例如具有用于防止來自金屬基板111的元素的擴(kuò)散到達(dá)超導(dǎo)層113的 第一中間層（擴(kuò)散防止層）、和用于使超導(dǎo)層113的結(jié)晶在一定的方向上取向的第二中間層 (取向?qū)樱┑榷鄠€中間層。第一中間層例如由氧化鋒嫁層（GZO)或錠穩(wěn)定化氧化錯層（YSZ) 構(gòu)成。對于第一中間層的制膜，例如能夠適用離子束輔助沉積法（IBADJonBeamAssisted Deposition)。第二中間層例如由氧化姉層（Ce化）構(gòu)成。對于第二中間層的制膜，例如能 夠適用射頻瓣射法。
[0058] 超導(dǎo)層 113 例如由RE類超導(dǎo)體（RE:從Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及 Yb中選擇的一種或兩種W上的稀±元素）等氧化物超導(dǎo)體構(gòu)成。作為RE系超導(dǎo)體，W YBaz化3〇7表示的錠類超導(dǎo)體為代表。對于超導(dǎo)層113的制膜，能夠適用有機(jī)金屬沉積法 (MOD:Metal-〇rganicdeposition)、脈沖激光沉積法（PLD:PulsedLaserDeposition)、瓣 射法、或有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法（M0CVD:MetalOrganicQiemicalVaporDeposition)。
[0059] 優(yōu)選在超導(dǎo)層113中分散有至少包含Y、Zr、Sn、Ti、Ce中的一種的、50ymW下的 氧化物顆粒，作為磁通釘扎點(diǎn)。在該情況下，作為超導(dǎo)層113的制膜方法，適宜的是使用了 S氣乙酸鹽燈FA)的TFA-M孤法。例如，能夠通過向包含TFA的Ba溶液中混合與Ba的親 和性高的、含Zr的環(huán)燒酸鹽等，來使包含Zr的氧化物顆粒度aZr〇3)作為磁通釘扎點(diǎn)而分 散于由RE類超導(dǎo)體構(gòu)成的超導(dǎo)層113中。此外，對于在超導(dǎo)層113中分散磁通釘扎點(diǎn)的方 法，能夠適用公知的技術(shù)（例如日本特開2012-059468號公報(bào)）。
[0060] 通過在超導(dǎo)層113中分散磁通釘扎點(diǎn)，即使在發(fā)生彎曲的狀態(tài)下使用超導(dǎo)線材 11，也不易受到磁場的影響，而能發(fā)揮穩(wěn)定的超導(dǎo)特性。
[0061] 穩(wěn)定化層114是用于保護(hù)超導(dǎo)層113,并且在超導(dǎo)狀態(tài)被局部破壞而產(chǎn)生了電阻 (正常傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移）的情況下使電流迂回的層。優(yōu)選穩(wěn)定化層114由電阻率較低且熱傳導(dǎo)率 較高的材料構(gòu)成，例如由Ag或化構(gòu)成。對于穩(wěn)定化層114的制膜，例如能夠適用瓣射法。
[0062] 超導(dǎo)線材11的熱收縮率主要依賴于金屬基板111。從室溫冷卻至77K時的哈氏合 金的熱收縮率是0. 204%。另外，超導(dǎo)線材11的熱傳導(dǎo)率主要依賴于金屬基板111及穩(wěn)定 化層114。77K的哈氏合金的熱傳導(dǎo)率是5. 164W/(m'K) ,Ag的熱傳導(dǎo)率是237. 3W/(m'K)。
[0063] 第一電極12 (高溫側(cè)電極）及第二電極13 (低溫側(cè)電極）由銅或銅合金等金屬材 料構(gòu)成。第一電極12配置于容器41的底面附近，通過導(dǎo)體引出部（圖示略）與正常傳導(dǎo) 電流引線15連接。第一電極12的附近的溫度例如是77K。第二電極13配置于超導(dǎo)線圈 20的附近，與超導(dǎo)線圈20的線圈電極21連接。第二電極13的附近的溫度例