減圧された酸素分圧下における熱処理を用いた２世代高温超伝導線材の超伝導接合方法

专利摘要:
２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を直接当接させて溶融拡散することによって、１本に連結する２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法を提供する。基板部、緩衝層、超伝導体層及び安定化材層を含む２世代高温超伝導線材の接合方法に関するもので、２世代高温超伝導線材の２本に含まれた安定化材層の一部を除去し、安定化材層が除去されて露出された２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を当接させるように固定した後、超伝導体層の溶融点まで加熱することによって、当接させた超伝導体層を溶融拡散して２世代高温超伝導線材の２本を接合する。その後、接合部分を酸素雰囲気で酸化させ、２世代高温超伝導線材の超伝導特性を回復する。このような構成により、中間媒介体なしに直接超伝導体層を当接させて溶融拡散することによって、常伝導接合に比べて接合抵抗がほぼなく、充分に長い線材を製作することができ、特に、酸素分圧を真空に近い状態にして共融点を低下させることによって、銀（Ａｇ）を含有した安定化材層などが溶融されない状態で接合することができる。
公开号:JP2011515792A
申请号:JP2010547577
申请日:2009-08-04
公开日:2011-05-19
发明作者:イ・ヘグン；オ・ヨングン
申请人:ケイ．ジョインス カンパニー リミテッド；
IPC主号:H01B13-00

专利说明:

[0001] 本発明は、基板部、緩衝層、超伝導体層及び安定化材層を含む２世代高温超伝導線材の接合方法に関するもので、より詳細には、２世代高温超伝導線材の超伝導体層を直接当接させて接合し、酸素分圧調節下で溶融拡散することによって、１本に連結する２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法に関するものである。]
[0002] 特に、本発明は、酸素分圧を真空に近い状態にして共融点を低下させ、２世代高温超伝導線材を当接させて溶融拡散する酸素分圧調節を通した２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法に関するものである。]
[0003] また、本発明は、超伝導線材の安定化材層のエッチングによって露出された超伝導体層を互いに当接させてホルダーで固定した後、固定された部分を溶融拡散して酸素雰囲気で酸化させる２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法に関するものである。]
背景技術

[0004] 一般に、超伝導線材の接合は、次の場合、すなわち、第一に、コイルの巻線時、超伝導線材の長さが短いことから、長線材として使用するために線材を接合しなければならない場合、第二に、超伝導線材を巻線したコイルを互いに連結するために、超伝導マグネットコイル間の接合が必要である場合、第三に、永久電流モードマグネットシステムの製作のために、超伝導閉回路の製作時に両端子の端を連結する場合に必要である。]
[0005] 特に、永久電流モードの運転が必ず要求される超伝導応用機器で超伝導線材を連結して使用するためには、超伝導線材が１つの線材のように連結されなければならない。そして、全ての巻線が行われたとき、損失のない運転が行われなければならない。これは、例えば、ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）及びＳＭＥＳ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ）システムなどの超伝導マグネット及び超伝導応用機器の場合に該当する。]
[0006] ところが、一般に、超伝導線材間の接合部位が、接合されていない線材よりも低い特性を有するので、永久電流モードの運転時、臨界電流が接合部に大きく依存する。したがって、超伝導線材間の接合部位の臨界電流特性を向上させるのは、永久電流モード型超伝導応用機器の製作において非常に重要である。しかしながら、低温超伝導線材とは異なり、高温超伝導テープ線材の場合、超伝導体がセラミックであるので、超伝導状態を維持する接合が非常に難しい。]
[0007] 以下、図１及び図２を参照しながら、従来の２世代高温超伝導線材を接合する方法を説明する。] 図１ 図２
[0008] 図１は、２世代高温超伝導線材（ＹＢＣＯ—ＣＣ）の構造を示した図である。] 図１
[0009] 図２は、一般的な２世代高温超伝導線材（ＹＢＣＯ—ＣＣ）の常伝導接合の断面図及び電流の流れを表した図である。] 図２
[0010] 図１に示すように、２世代高温超伝導線材１０は、積層構造でテープ状に製造された線材である。超伝導線材１０の積層構造は、基板部１１、緩衝層１２、超伝導体層１３及び安定化材層１４を含んで構成される。] 図１
[0011] 基板部１１は、Ｎｉ又はＮｉ合金などの金属系物質の材質からなり、圧延及び熱処理によってキューブ集合組織を形成することによって製作される。]
[0012] 緩衝層１２は、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＹＳＺ、Ｙ２Ｏ３又はＨｆＯ２などの材質からなり、単一層又は多数の層で基板部１１上にエピタキシャルに積層される。]
[0013] 超伝導体層１３は、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ系で代表される酸化物超伝導物質からなる。すなわち、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕのモル比率は１：２：３で、これに対する酸素（Ｏ）のモル比率は一般的に６．４〜７でなければならない。超伝導体層１３を構成する酸化物超伝導体の酸素量の変動によって、超伝導体層１３の特性が大きく変化する。したがって、前記酸素のモル比率を一定に維持しなければならない。]
[0014] 安定化材層１４は、過電流時に超伝導体層１３を保護し、超伝導体層１３を電気的に安定化させるために超伝導体層１３の上部面に積層される。安定化材層１４は、過電流が流れる線材を保護するために、電気抵抗が相対的に低い金属物質で構成される。例えば、安定化材層１４は、銀又は銅などの電気抵抗が低い金属物質で構成され、ステンレスなどを用いることもできる。]
[0015] 図２は、図１に示した第２世代高温超伝導線材を接合する従来の技術を示している。図２に示すように、エッチングなどで超伝導体層１３の連結しようとする部位の安定化材層１４を除去し、その間にソルダー１５をはじめとする常伝導体層物質を媒介として接合する。このとき、電流の流れ１６が必ず常伝導体層を通過するようになり、接合抵抗の発生を避けられなくなる。] 図１ 図２
[0016] 接合抵抗により、電流が流れるときに熱が発生し、熱が発生すれば、接合部位の温度が上昇するようになる。最悪の場合、温度上昇により、低い温度で超伝導性質を示す超伝導体が常伝導に転移されることもある。また、温度を低下させるための冷却費用が多く要されるという問題が発生する。]
[0017] さらに、この場合、接合がソルダリングなどの抵抗接合を用いて行われるので、接合部位に抵抗が常在するようになり、厳密な意味での永久電流モードの運転は不可能である。]
[0018] 第２世代高温超伝導線材の材料（Ｙ１２３などのＹＢＣＯ物質）は、結晶が方向性を有するように成長すれば、相対的に臨界電流が高いという特性を有する。したがって、２本の第２世代線材を直接接触させて接合しようとする場合、接合部分でも互いに異なる２本の線材が互いに結晶の方向性を有するように、高温で溶融点まで熱処理する工程が必要である。しかしながら、高温でＹＢＣＯ物質を溶融点まで熱処理する場合、前記熱処理温度が非常に高いので、第２世代高温超伝導線材であるＹＢＣＯ—ＣＣに含まれた銀（Ａｇ）などが先に溶融されることもあり、この場合、高温での熱処理が不可能になる。]
[0019] また、２本の第２世代線材の接合部位を溶融工程で処理するためには、高温で熱処理しなければならない。ところが、製造された高温超伝導線材の接合部位全体が熱処理されなければならないので、第２世代高温超伝導線材に積層される安定化材層１４などが熱処理による高温で汚染及び変形されるという問題がある。]
先行技術

[0020] 特開２０００−１３３０６７号公報]
発明が解決しようとする課題

[0021] したがって、本発明が解決しようとする第一の課題は、基板部、緩衝層、超伝導体層及び安定化材層で構成された２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を直接当接させて溶融拡散することによって、１本に連結する２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法を提供することにある。]
課題を解決するための手段

[0022] 本発明は、前記第一の課題を達成するために、超伝導体層及び安定化材層を含む２世代高温超伝導線材を接合する方法において、前記２世代高温超伝導線材の２本に含まれた安定化材層の一部を除去し、前記安定化材層が除去されて露出された前記２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を当接させるように固定し、前記超伝導体層の溶融点まで加熱することによって、前記当接させた超伝導体層を溶融拡散して前記２世代高温超伝導線材の２本を接合し、前記接合部分を酸素雰囲気で酸化させることを含むことを特徴とする。]
[0023] また、前記２世代高温超伝導線材の２本を接合するのは、前記超伝導体層の溶融点が前記安定化材層の溶融点より低くなるまで酸素分圧を制御し、前記制御された酸素分圧下で前記２世代高温超伝導線材の２本を接合する。]
[0024] また、前記安定化材層の一部を除去するのは、前記安定化材層上にレジストを用いてパターニングすることによって前記安定化材層の一部を露出させ、前記露出された安定化材層の一部をエッチングによって除去することを含む。]
[0025] 一方、前記安定化材層の一部を除去するのは、前記２世代高温超伝導線材の終端から始まり、前記終端から一定距離だけ離れた部分に至る領域に存在する安定化材層を除去することを特徴とし、前記２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を当接させるように固定するのは、１本の２世代高温超伝導線材の終端が他の１本の２世代高温超伝導線材の段差部分に接触し、超伝導体層が互いに密着されるように固定されることを特徴とする。]
[0026] 本発明の一実施例によれば、前記２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を当接させるように固定するのは、前記２本の２世代高温超伝導線材の超伝導体層を接触させた後、上下２つの金属板を締結する締結手段を用いて前記２つの金属板を締結することを特徴とする。]
[0027] また、前記上下２つの金属板と前記締結手段は１，０００℃以上で耐熱性を有する物質で製造される。]
[0028] 本発明の他の実施例によれば、前記酸素雰囲気で酸化させるのは、炉の内部に４５０〜６５０℃で酸素を持続的に循環させながら流し込むことを特徴とする。]
[0029] また、前記雰囲気で酸化させるのは、前記超伝導体層を構成するＹ（イットリウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｃｕ（銅）がそれぞれ１、２、３モルであるときを基準にし、Ｏ（酸素原子）が６．４〜７モルになるまで酸素雰囲気で酸化させる。]
発明の効果

[0030] 本発明によれば、中間媒介体なしに直接超伝導体層を当接させて溶融拡散することによって、常伝導接合に比べて接合抵抗がほぼなく、充分に長い線材を製作することができる。また、本発明によれば、高温で溶融拡散した後、酸素雰囲気で酸化させることによって、高温での溶融拡散過程で超伝導体から損失された酸素を補償し、超伝導体の性質を維持することができる。さらに、本発明によれば、酸素分圧を真空に近い状態にして共融点を低下させ、銀（Ａｇ）などが含まれた安定化材層などが溶融されない状態で接合することができる。]
図面の簡単な説明

[0031] ２世代高温超伝導線材（ＹＢＣＯ—ＣＣ）の構造を示した図である。
一般的な２世代高温超伝導線材（ＹＢＣＯ—ＣＣ）の常伝導接合の断面図及び電流の流れを表した図である。
本発明の一実施例に係る酸素分圧調節を通した２世代超伝導線材の溶融拡散接合方法を説明するフローチャートである。
本発明の一実施例によって、超伝導線材の一端で安定化材層を除去した後の２世代高温超伝導線材（ＹＢＣＯ—ＣＣ）を示した図である。
本発明の一実施例によって、２本の超伝導線材を当接させる状態を示した図である。
本発明の一実施例に係る２本の超伝導線材を当接させて固定するホルダーの構成を示した図である。
酸素分圧の変化によるＹ１２３—ＡｇとＡｇの溶融点の変化を表したグラフである。
酸素分圧の変化によるＹ１２３—ＡｇとＡｇの溶融点の変化を表したグラフである。
酸素分圧の変化によるＹ１２３—ＡｇとＡｇの溶融点の変化を表したグラフである。
酸素分圧の変化によるＹ１２３—ＡｇとＡｇの溶融点の変化を表したグラフである。
酸素含量による超伝導線材（ＹＢＣＯ—ＣＣ）の格子変数の変化を示したグラフである。]
実施例

[0032] 以下、本発明の実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。これら実施例は、本発明をより具体的に説明するためのもので、本発明の範囲がこれによって制限されないことは、当業界で通常の知識を有する者にとって自明であろう。また、本発明を説明するにおいて、同一の部分には同一の符号を付し、それについての説明は省略する。]
[0033] 図３は、本発明の一実施例に係る酸素分圧調節を通した２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法を説明するフローチャートである。] 図３
[0034] 図４は、本発明の一実施例によって、超伝導線材の一端で安定化材層を除去した後の２世代高温超伝導線材（ＹＢＣＯ—ＣＣ）を示した図である。本発明の一実施例に係る２世代高温超伝導線材２０は、基板部２１、緩衝層２２、超伝導体層２３及び安定化材層２４を含んで構成される。] 図４
[0035] 図３に示すように、本発明の一実施例に係る２世代高温超伝導線材の接合方法は、段階１０で、超伝導線材２０の２本の一端をエッチングして安定化材層２４を除去し（Ｓ１０）、段階２０で、安定化材層２４が除去されて露出された超伝導体層２３を当接させた後、ホルダー３０で固定し（Ｓ２０）、段階３０で、前記固定した部分を炉に入れ、酸素分圧を調節した状態で超伝導体層の溶融点で加熱し、溶融拡散によって接合し（Ｓ３０）、段階４０で、前記接合部分を酸素雰囲気で酸化させる（Ｓ４０）。以上の各段階について図４〜図６を参照して詳細に説明する。] 図３ 図４ 図５ 図６
[0036] 段階１０は、超伝導線材２０の２本に対して、その各々の一端の所定長さ部分をエッチングして安定化材層２４を除去する工程である（Ｓ１０）。望ましくは、超伝導線材２０の一端から所定長さだけ離れた部分２５の内側部分にレジストを塗布し、超伝導線材２０の一端から所定長さだけ離れた部分２５までの領域をエッチングして安定化材層を除去することを含んで構成される。２世代高温超伝導線材（ＹＢＣＯ—ＣＣ）２０で永久電流が流れる超伝導体をなす超伝導体層２３は、緩衝層２２及び安定化材層２４などの常伝導体層間に積層されている。したがって、元の製造された状態では、超伝導体同士を接合することが不可能である。]
[0037] 超伝導体間の接合のために先行される工程は、超伝導体層２３を露出させるように、超伝導体層２３を覆っている常伝導層を除去することである。望ましくは、光学的方法又は化学的方法を通して超伝導体層２３を覆っている安定化材層２４を除去し、超伝導体層２３を露出させる。図４は、接合しようとする部分の安定化材層２４を除去し、超伝導体層２３が露出された状態を示している。] 図４
[0038] 安定化材層２４を化学的方法によって除去するためには、エッチングの方法が用いられる。まず、除去しようとする安定化材層２４を除いた部分にレジストを塗布する。接合しようとする部分は、超伝導線材２０の終端から超伝導線材２０の終端より所定長さだけ離れた部分２５までであり、この接合しようとする部分を除いた安定化材層２４上にレジストを塗布する。図４において、図面符号２５の地点が、超伝導線材２０の終端から所定長さだけ離れた部分であり、図面符号２５の地点から超伝導線材２０の終端の反対方向にレジストを塗布する。] 図４
[0039] レジストを塗布した後、エッチング薬品で安定化材層２４をエッチングする。エッチング薬品は、安定化材層２４をなす物質をエッチングできる化学物質である。このエッチング薬品としては、安定化材層２４をなす物質に応じて前記物質をエッチングできる薬品が選択される。前記エッチングは、本分野の公知技術であるので、それについての具体的な説明は省略する。一方、本発明では、超伝導線材の安定化材層２４を除去する工程をエッチング工程に限定しない。すなわち、安定化材層２４を部分的に除去できる技術であれば、いかなるものも適用可能である。]
[0040] 図５は、本発明の一実施例によって、２本の超伝導線材を当接させる状態を示した図で、図６は、本発明の一実施例に係る２本の超伝導線材を当接させて固定するホルダーの構成を示した図である。段階２０を、図３〜図６を参照してより詳細に説明する。] 図３ 図４ 図５ 図６
[0041] 段階２０は、超伝導線材２０の２本の一端を互いに重ねてホルダー３０で固定し、安定化材層２４が除去されて露出された超伝導体層２３を当接させるように固定する工程である（Ｓ２０）。望ましくは、１本の超伝導線材２０の終端が他の１本の超伝導線材の段差部分２５に接触し、超伝導体層２３が密着されるようにホルダー３０で固定する。]
[0042] 望ましくは、ホルダー３０は、上下２つの金属板３１及び２つの金属板３１を締結する締結手段を含み、段階２０で、上下２つの金属板３１間に接触した２本の超伝導線材２０を挟んで、前記締結手段で前記２つの金属板３１を締結する。特に、ホルダー３０は、少なくとも１，０００℃で耐熱性を有する物質で製造されることが望ましい。段階２０では、前記のように安定化材層２４を除去した２つの超伝導線材２０を、図５のように互いに当接させて重ねる。このとき、超伝導線材２０の１本の終端は、他の１本の段差２５部分に接触させる。２つの超伝導線材２０がいずれも同一の所定長さで、安定化材層２４を除去すれば、２本の露出された超伝導層２３が密接に接触される。] 図５
[0043] 次に、図６に示すように、安定化材層２４がエッチングされた超伝導線材２０の超伝導体層２３同士を対向させ、ホルダー３０で固定する。すなわち、ホルダー３０は、対向する２つの金属板３１、金属板３１に締結手段を連結するための締結ホール３２、締結手段であるボルト３３及びナット３４を含む。すなわち、ボルト３３とナット３４は、締結ホール３２を貫通して締結することによって、超伝導線材を接触させて固定する。] 図６
[0044] ホルダー３０は、いずれも高温での熱処理に耐えられなければならないので、耐熱性に強い物質で製作されなければならない。特に、溶融拡散温度が８００℃以上であるので、少なくとも１，０００℃を超える温度でも耐えられる耐熱性を有することが望ましい。]
[0045] 前記のような接合によれば、超伝導体層２３間に常伝導層が存在しなくなるので、接合抵抗によるジュール熱及びクエンチの発生が防止される。]
[0046] 段階３０は、段階２０で固定した部分を炉に入れ、酸素分圧が真空である状態で超伝導体層２３の超伝導体溶融点で加熱し、当接させた超伝導体層を溶融拡散する工程である（Ｓ３０）。このときの真空状態は、真空に近い状態も含み、このような真空に近い状態は、約１０Ｐａ以下である分圧状態に設定することが望ましい。すなわち、段階３０は、段階２０でホルダー３０で固定した２本の超伝導線材２０を炉に入れ、超伝導体層２３間で溶融拡散による結合を誘導する。]
[0047] このとき、酸素分圧による物質の溶融点変化を用いて、溶融拡散による結合を誘導するための温度を調節することができる。すなわち、溶融拡散のための加熱温度を調節する理由は、加熱温度で超伝導体層２３を除いた他の部分（又は層）で高温によって変形又は汚染が発生するおそれがあるためである。]
[0048] 例えば、大気圧状態（Ｐｏ２ ｏｆ ２１．３ｋＰａ）で、２世代高温超伝導線材の超伝導体物質であるＹＢＣＯは９８０℃付近で溶融されはじめる。すなわち、ＹＢＣＯの溶融点は約９８０℃である。したがって、段階２０で固定した超伝導線材の部分２６を溶融拡散するためには、９８０℃付近まで加熱しなければならない。]
[0049] ところが、安定化材層２４の物質として多く用いられる銀（Ａｇ）は、大気圧状態（Ｐｏ２ ｏｆ ２１．３ｋＰａ）で共融点が９３５℃〜９４０℃である。したがって、超伝導線材の部分２６を溶融拡散するために９８０℃付近まで加熱すれば、銀（Ａｇ）が先に溶融されてしまう。すなわち、超伝導線材の熱処理過程で超伝導体層２３の結合が行われる前に銀（Ａｇ）が溶融されることによって様々な問題が発生する。]
[0050] したがって、安定化材層２４に銀（Ａｇ）が含まれている場合は、銀（Ａｇ）が溶融されない状態で超伝導体層２３を溶融拡散しなければならない。]
[0051] このために、酸素分圧が真空に近い状態ではＹ１２３—Ａｇの溶融がＡｇの共融点より低い温度で発生する現象を用いる。すなわち、真空状態でＹ１２３—Ａｇの溶融点で熱処理することによって、Ｙ１２３—Ａｇの拡散や溶融で結合することができる。このとき、熱処理温度（又はＹ１２３—Ａｇの溶融点）は、Ａｇの共融点より低い温度であるので、Ａｇは溶融されない。]
[0052] 酸素分圧によってＹ１２３—ＡｇとＡｇの溶融点が互いに交差することを図７〜図１０を参照して説明する。図７と図８は、大気圧での溶融点の変化を表したグラフで、図９と図１０は、酸素分圧が低い場合における溶融点の変化を表したグラフである。図８と図１０は、図７と図９の特定温度区間（９００〜１０００℃）を拡大して示したグラフである。] 図１０ 図７ 図８ 図９
[0053] 図７と図８に示すように、大気圧では、銀（Ａｇ）の共融点のピーク地点（図８のｂ地点）が９３５〜９４０℃で、Ｙ１２３—Ａｇのピーク地点（図８のｃ地点）が９９０℃であることが分かる。すなわち、Ｙ１２３—Ａｇの溶融点が銀より高いことが分かる。] 図７ 図８
[0054] その一方、図９と図１０を参照すれば、酸素分圧が０．５５ｋＰａである状態では、銀（Ａｇ）の共融点、すなわち、３番目のピーク地点（図１０のｂ地点）が９６０℃で、Ｙ１２３—Ａｇの溶融点である２番目のピーク地点（図１０のｃ地点）が９５０〜９５５℃であることが分かる。すなわち、Ｙ１２３—Ａｇの溶融点がＡｇより低いことが分かる。] 図１０ 図９
[0055] これを比較して示せば、次の表１の通りである。]
[0056] ]
[0057] ただし、表１の結果は、実験による値であって、Ｙ１２３—Ａｇの状態、すなわち、Ａｇの含有量などによって測定温度にやや差があり得る。また、Ａｇの状態又は実験条件によって実験結果にやや差があり得る。]
[0058] したがって、超伝導体の形態（例えば、バルクタイプ又は薄膜タイプなど）又はＡｇの状態によって温度にやや差が出るとしても、本発明を適用することができ、本発明はその温度範囲も含む。本発明の一実施例では、酸素分圧によってＹ１２３—Ａｇ及びＡｇの溶融点（又は共融点）が互いに逆転する現象を用いる。すなわち、酸素分圧を低下させて熱処理することによって、Ａｇの溶融による問題なしに超伝導体層の結合を誘導することができる。]
[0059] 段階４０は、段階３０での接合部分を４５０〜６５０℃で酸素雰囲気で酸化させる（Ｓ４０）。望ましくは、炉の内部に酸素を持続的に循環させながら流し込む。また特に、段階４０では、超伝導体層を構成するＹ（イットリウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｃｕ（銅）がそれぞれ１、２、３モルであるときを基準にし、Ｏ（酸素原子）が６．４〜７モルになるまで周辺の酸素原子の超伝導体内部への拡散を誘導して酸化させる。]
[0060] 超伝導体層２３は、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ系で代表される酸化物超伝導物質からなる。すなわち、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕのモル比率は１：２：３で、これに対する酸素（Ｏ）のモル比率は、一般的に６．４〜７でなければならない。]
[0061] ところが、段階３０で熱処理するために９００℃以上の高温に維持すれば、このような高い温度で超伝導体層２３をなすＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの構成から酸素（Ｏ）が抜け出る。酸素が抜け出れば、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕのモル比率である１：２：３に対して、酸素（Ｏ）のモル比率は一般的に６．４以下に低下するようになる。]
[0062] このようになれば、超伝導体層２３においては、超伝導状態である斜方晶系構造から常伝導状態である正方晶系構造への相変化が生じる。すなわち、超伝導体層２３の超伝導性を失う現象が発生する。]
[0063] このような超伝導体層２３の構造変化を図１１を参照してより詳細に説明する。図１１に示すように、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ系の超伝導物質は、酸素の含量によって格子変数が変化するようになる。図１１のグラフにおいて、ｘ軸は酸素含量を表し、ｙ軸は、各格子変数の数値を表したものである。特に、ｘ軸の酸素含量はＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘにおける７−Ｘで示される値である。] 図１１
[0064] 図１１において、酸素含量が６．４より小さくなれば、格子変数ａとｂは同一になる。すなわち、格子変数ａとｂが同一であることは、正方晶系構造であることを示し、超伝導性を失うことを意味する。すなわち、Ｙ１２３とＡｇの溶融点変化のために真空状態で高温で熱処理すれば、超伝導体層２３は、酸素の損失による相変化のために超伝導性を失う。すなわち、段階４０は、これを解決するために、４５０〜６５０℃付近で酸素雰囲気で酸化させることによって酸素の損失を補償し、超伝導性を回復する２回目の熱処理工程である。] 図１１
[0065] 酸素雰囲気は、酸化をする炉の内部に酸素を持続的に循環させながら流し込んで作られる。特に、４５０〜６５０℃付近で熱処理して酸化させる理由は、この温度で斜方晶系が最も安定的であるためである。]
[0066] 段階４０では、酸化時間を調節しなければならないが、その理由は、一定時間を超えて長時間酸素雰囲気で酸化させる場合、酸素含量が高くなり、充分な時間の間酸化させない場合、酸素含量の不足によって超伝導性を失うためである。]
[0067] 一方、上述した発明は、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ系の酸化物超伝導物質からなる超伝導体層２３を対象にし、その上部に安定化材層２４を置いた場合の実施例を説明したが、この実施例に限定するわけではない。すなわち、超伝導線材の母材や安定化材層の種類と関係なしに常伝導層を除去できるなら、本発明によって熱処理を通して簡単に超伝導接合を行うことが可能である。また、本発明は、常伝導層を除去した後、熱処理を通して簡単に超伝導接合を行うことが可能であり、実際に超伝導システムの製作に用いるのに便利であるという長所もある。]
[0068] 以上、本発明について好適な各実施例に基づいて説明したが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明がその本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態で具現可能であることを理解するであろう。したがって、開示された各実施例は、限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は、上述した説明でなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等の範囲内にある全ての差異点は、本発明に含まれるものとして解釈されなければならない。]
[0069] 本発明は、２世代高温超伝導線材の２本を接合し、１本に連結する超伝導線材の接合に用いられる。本発明は、あらゆる超伝導マグネットシステムの開発に用いられる充分に長い超伝導線材を製作するのに用いられ、特に、ＭＲＩ、ＮＭＲ、ＳＭＥＳマグネットシステムなどのように永久電流モードの運転が必要な応用機器に適用される。]
[0070] １０、２０………超伝導線材
１１、２１………基板部
１２、２２………緩衝層
１３、２３………超伝導体層
１４、２４………安定化材層
１５………ソルダー
２５………段差部分、接合部位
３０………ホルダー
３１………金属板
３２………締結ホール
３３………ボルト
３４………ナット]

权利要求:

請求項1
超伝導体層及び安定化材層を含む２世代高温超伝導線材を接合する方法において、前記２世代高温超伝導線材の２本に含まれた安定化材層の一部を除去し、前記安定化材層が除去されて露出された前記２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を当接させるように固定し、前記超伝導体層の溶融点まで加熱することによって、前記当接させた超伝導体層を溶融拡散して前記２世代高温超伝導線材の２本を接合し、前記接合部分を酸素雰囲気で酸化させることを含むことを特徴とする２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法。
請求項2
前記２世代高温超伝導線材の２本を接合するのは、前記超伝導体層の溶融点が前記安定化材層の溶融点より低くなるまで酸素分圧を制御し、前記制御された酸素分圧下で前記２世代高温超伝導線材の２本を接合することを特徴とする、請求項１に記載の２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法。
請求項3
前記安定化材層の一部を除去するのは、前記安定化材層上にレジストを用いてパターニングすることによって前記安定化材層の一部を露出させ、前記露出された安定化材層の一部をエッチングによって除去することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法。
請求項4
前記安定化材層の一部を除去するのは、前記２世代高温超伝導線材の終端から始まり、前記終端から一定距離だけ離れた部分に至る領域に存在する安定化材層を除去することを特徴とし、前記２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を当接させるように固定するのは、１本の２世代高温超伝導線材の終端が他の１本の２世代高温超伝導線材の段差部分に接触し、超伝導体層が互いに密着されるように固定されることを特徴とする、請求項１に記載の２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法。
請求項5
前記２世代高温超伝導線材の２本の超伝導体層を当接させるように固定するのは、前記２本の２世代高温超伝導線材の超伝導体層を接触させた後、上下２つの金属板を締結する締結手段を用いて前記２つの金属板を締結することを特徴とする、請求項４に記載の２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法。
請求項6
前記上下２つの金属板と前記締結手段は１，０００℃以上で耐熱性を有する物質で製造されたことを特徴とする、請求項５に記載の２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法。
請求項7
前記接合部分を酸素雰囲気で酸化させるのは、炉の内部に４５０〜６５０℃で酸素を持続的に循環させながら流し込むことを特徴とする、請求項１に記載の２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法。
請求項8
前記接合部分を酸素雰囲気で酸化させるのは、前記超伝導体層を構成するＹ（イットリウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｃｕ（銅）がそれぞれ１、２、３モルであるときを基準にし、Ｏ（酸素原子）が６．４〜７モルになるまで酸素雰囲気で酸化させることを特徴とする、請求項１に記載の２世代高温超伝導線材の溶融拡散接合方法。