(57)【要約】  ワイヤの機械的な完全性を維持する一方で、２本の積層ワイヤを共に接合する２面ジョイントが開示されている。２面ジョイントは、テーパ端部を有した２本の積層ＨＴＳワイヤを接合することができ、底部ストラップおよび頂部ストラップを備えている。一態様では、積層した繋いだ超伝導体ワイヤは、超伝導体ジョイントを備えており、それは、第１および第２超伝導体ワイヤを備えている。各ワイヤは、ラミネート層と、該ラミネート層上の基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の空隙層と、該空隙層上のラミネート層とを備えている。各ワイヤは、第１積層ワイヤの第２ラミネート層と第２積層ワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続する第１ＨＴＳストラップと、第１ラミネート層に近接したバッキング・ストラップを備えている。
2011529255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントにおいて、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、該第１積層ワイヤの幅に亘るテーパを持つテーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該緩衝層上の空隙層と、該空隙層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、該第２積層ワイヤの幅に亘るテーパを持つテーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の空隙層と、該空隙層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部に隣接し且つ結合している、第２積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている第１ＨＴＳストラップと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接したバッキング・ストラップとを備える２面ジョイント。
【請求項２】
第１ＨＴＳストラップは、空隙層と、該空隙層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の緩衝層と、該緩衝層上の基板層とを備え、該空隙層は、第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに隣接するとともに電気的に接続されている請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３】
第１ＨＴＳストラップは、その基板層上のラミネート層をさらに備える請求項２記載の２面ジョイント。
【請求項４】
第１ＨＴＳストラップは、導電性の空隙層と前記第１および第２ＨＴＳワイヤとの間に介在する第２ラミネート層をさらに備える請求項３記載の２面ジョイント。
【請求項５】
前記バッキング・ストラップは、第１ＨＴＳストラップの厚さの約５０％〜約１５０％になるように選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項６】
第１ＨＴＳストラップおよび前記バッキング・ストラップは、それぞれ第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤの幅の約９０％〜約１０５％となるように選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項７】
前記バッキング・ストラップは、前記バッキング・ストラップにおいて０．５％の引張歪みを与える第１負荷が、第１ＨＴＳストラップに０．５％の引張歪みを与えるのに必要な第２負荷の３０％〜１５０％の範囲内になるように選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項８】
前記バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラップは、前記バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラップの組合せにおいて０．５％の引張歪みを与えるのに必要な第１負荷が、第１積層ワイヤまたは第２積層ＨＴＳワイヤのいずれかにおいて０．５％の歪みを与えるのに必要な第２負荷未満となるように選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項９】
電気的な接続は、溶融温度が２４０℃未満の金属または合金を含む請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１０】
電気的な接続は、常温抵抗が５０μΩｃｍ未満の金属または合金を含む請求項１記載の
２面ジョイント。
【請求項１１】
電気的な接続は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、またはＩｎのうちのいずれかを含有する金属または合金である請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１２】
前記バッキング・ストラップは、第２ＨＴＳストラップを備える請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１３】
第２ＨＴＳストラップは、基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の空隙層とを備え、該空隙層は、第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに隣接するとともに電気的に接続されている請求項１２記載の２面ジョイント。
【請求項１４】
第２ＨＴＳストラップは、その基板層に近接したラミネート層をさらに備える請求項１３記載の２面ジョイント。
【請求項１５】
第２ＨＴＳストラップは、導電性の空隙層と第１および第２ＨＴＳワイヤとの間に介在する第２ラミネート層をさらに備える請求項１４記載の２面ジョイント。
【請求項１６】
第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤは各々、その第１ラミネート層とその基板層との間に介在する非積層ＨＴＳワイヤをさらに備え、該非積層ＨＴＳワイヤは、該第１ラミネート層上の第２空隙層と、該空隙層上の第２ＨＴＳ膜層と、該第２ＨＴＳ膜層上の第２緩衝層と、該第２緩衝層上の第２基板層とを備え、前記非積層ＨＴＳワイヤの空隙層は該第１ラミネート層と電気的に接続されている請求項１２記載の２面ジョイント。
【請求項１７】
第２ＨＴＳストラップは第１ラミネート層と電気的に接続されている請求項１６記載の２面ジョイント。
【請求項１８】
前記バッキング・ストラップは、アルミニウム、亜鉛、銅、銀、ニッケル、鉄、クロム、鉛、銀、またはモリブデンを含有する金属または合金を含む請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１９】
第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤは各々、約２５０μｍ以上の厚さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２０】
第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤは各々、約３００μｍ以上の厚さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２１】
第１ＨＴＳストラップは、約２５０μｍ未満の厚さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２２】
第１ＨＴＳストラップは、約５０μｍ〜約２００μｍの厚さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２３】
第１ＨＴＳストラップの長さは、前記バッキング・ストラップの長さよりも約２％〜約７０％長い請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２４】
第１ＨＴＳストラップの長さは、前記バッキング・ストラップの長さよりも約２０％〜約５０％長い請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２５】
厚肉の積層ワイヤに対する各々の第１テーパ端部の角度は、約３度〜約５０度の範囲である請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２６】
前記テーパ端部の各々は、約０．４ｃｍ〜約１０ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２７】
前記ＨＴＳストラップは、約２ｃｍ〜２６ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２８】
前記ＨＴＳストラップは、約５ｃｍ〜２６ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２９】
前記バッキング・ストラップは、約６ｃｍ〜約１６ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３０】
前記バッキング・ストラップは、約１．５ｃｍ〜２５ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３１】
前記各積層ワイヤの積層部は、真鍮、ステンレス鋼、もしくは銅からなる材料、または、亜鉛、鉛、銀、錫、ニッケル、鉄、およびアルミニウムを含有する合金から選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３２】
前記ジョイントを介した抵抗は、７７Ｋ〜２９３Ｋの温度範囲において３．０μΩ未満である請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３３】
前記２面ジョイントを１０ｃｍ以下の直径に曲げることによって前記ジョイントに物理的な欠陥が生じない請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３４】
前記ジョイントを１０ｃｍ以下の直径に曲げることによって臨界電流が１５％以上減少しない請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３５】
前記ジョイントを１０ｃｍ以下の直径に曲げることによってジョイントの抵抗が５％以上増大しない請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３６】
前記２面ジョイントは形成器上に螺旋状に巻かれ、前記形成器は、５ｃｍ以下の直径を有し、前記２面ジョイントと形成器との間の空隙が１．５ｍｍ未満であるように、第１および第２厚肉積層ワイヤにおける約０．１ｋｇ〜７ｋｇの軸方向張力と、６５ｍｍ以上のピッチとを有する、請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３７】
ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントにおいて、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、該第１積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、該第２積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部がは第２積層ＨＴＳワイヤの角度を持ったテーパ端部に隣接し且つ結合している、第２積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている上部サポートと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接した下部サポートとを備え、
前記ジョイントの材料および寸法は、第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤのＨＴＳ膜に中立軸を提供するように選択される２面ジョイント。
【請求項３８】
ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントにおいて、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部に隣接し且つ結合している、第２積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている第１ＨＴＳストラップと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接したバッキング・ストラップとを備え、
前記ジョイントの材料および寸法は、前記ジョイントに亘り連続した機械的応力を提供するように選択される２面ジョイント。
【請求項３９】
超伝導体ケーブルであって、
形成器と、
複数のＨＴＳワイヤであって、少なくとも１つのワイヤが、１つ以上の２面ジョイントと、該２面ジョイントの各々と前記形成器との間の１つ以上の空隙とを有する、複数のＨＴＳワイヤと、を備え、
前記１つ以上の２面ジョイントは、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、該第１積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、該第２積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤの角度を持ったテーパ端部に隣接し且つ結合している、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている上部サポートと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接した下部サポートとを備える、超伝導体ケーブル。
【請求項４０】
前記形成器は、５ｃｍ以下の直径を有する請求項３９記載の超伝導体ケーブル。
【請求項４１】
前記空隙は、１．５ｍｍ未満である請求項３９記載の超伝導体ケーブル。
【請求項４２】
前記複数のワイヤは、約１ｋｇ〜約５ｋｇの軸方向張力および６５ｍｍ以上のピッチで形成器に螺旋状に巻かれている請求項３９記載の超伝導体ケーブル。
【請求項４３】
超電導ワイヤを巻く方法であって、
１つ以上の２面ジョイントを形成すべく１つ以上のＨＴＳワイヤを接合する工程と、
前記１つ以上のＨＴＳワイヤを形成器の周囲に螺旋状のパターンで巻く工程と、
前記２面ジョイントと前記形成器との間に空隙を形成する工程とを含み、
前記１つ以上の２面ジョイントは、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、該第１積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、該第２積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤの角度を持ったテーパ端部に隣接し且つ結合している、第２積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている上部サポートと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接した下部サポートとを備える、超電導ワイヤを巻く方法。
【請求項４４】
前記複数のワイヤは、約１ｋｇ〜約５ｋｇの軸方向張力および６５ｍｍ以上のピッチで形成器に螺旋状に巻かれる請求項４３記載の超電導ワイヤを巻く方法。
【請求項４５】
前記空隙は、約１．５ｍｍ未満である請求項４３記載の超電導ワイヤを巻く方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、高温超伝導体の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温超伝導体（ＨＴＳ）材料は、極めて低い損失で非常に大量の電流を運ぶ手段を提供する。ＨＴＳ材料は、臨界温度以下に冷やされたときに、直流の電流に対する全抵抗を失い、交流の流れに対するほぼ全抵抗を失う。これらの材料を使用するＨＴＳワイヤ（用語「ワイヤ」は、テープ状の導体を含む様々な導体に対してここでは使用されている）の開発は、高効率で、コンパクトで、且つ環境にやさしい電気機器の新しい世代を約束する。それは、電力グリッド、輸送、材料処理、および他の産業の革新のための可能性を有している。しかしながら、商業ベースに乗った製品には、厳格な工業要求があり、それは、商用用途での技術の実施を複雑にしてきた。
【０００３】
現在開発中の第２世代のＨＴＳワイヤ（コーティングを施した導体）技術では、ＨＴＳ材料は、一般に、多結晶の希土類／アルカリ土類／酸化銅（例えばイットリウム・バリウム酸化銅（ＹＢＣＯ））である。ＨＴＳ材料が現在有する能力は、その結晶配列または構造と強い関係がある。周辺の結晶の超伝導体粒の配列異常によって形成された結晶粒界は、超伝導流の流れに対する障害を形成するものとして知られているが、この障害は、配列または構造の程度の増加に伴って減少する。したがって、その材料を商業ベースに乗った製品（例えば、ＨＴＳワイヤ）にするために、超伝導材料は、比較的長距離に亘って高い結晶配列または構造の程度を維持しなければならない。さもなければ、超伝導電流容量（臨界電流密度）は制限されてしまう。
【０００４】
典型的な第２世代のＨＴＳワイヤ１００の模式図が図１に示される。ワイヤは、基板１１０と、緩衝層１２０（複数の緩衝層を備えることができる）と、超伝導体層１３０と、空隙またはキャップ層１４０とを備えており、下で述べるように製作される。この図およびすべての後の図では、寸法は実測するためのものではないことを注記しておく。超伝導体材料は、柔軟なテープ形状の基板１１０および緩衝層１２０の上に材料の薄層１３０をエピタキシャル成長させることにより、大きい領域に亘って高度の結晶配列または構造で製作されることができる。それは、最も上の層の表面がその表面で高度の結晶構造を有するように製作される。結晶の超伝導体材料がこの表面でエピタキシャル成長される場合、その結晶配列は、基板の構造と一致するように成長する。換言すれば、基板構造は、結晶の超伝導体材料のエピタキシャル成長のためのテンプレートを提供する。さらに、基板は、超伝導体層に構造的な完全性を与える。
【０００５】
基板１１０および／または緩衝層１２０は、高臨界電流密度などの優れた超伝導特性を持ったエピタキシャル超伝導体層１３０を得るテンプレートを提供するように構造化されることができる。ニッケル、銅、銀、鉄、銀合金、ニッケル合金、鉄合金、ステンレス鋼合金、および銅合金などの材料が、特に基板において使用されることができる。基板１１０は、基板の圧延加工などを含む塑性変形加工および再結晶（アニール）を使用して構造化されることができる。そのような処理の一例は、圧延支援２軸構造化基板（ＲＡＢｉＴＳ）処理である。この場合、大量の金属が、塑性変形加工およびアニールによって経済的に加工され、高度の構造を実現することができる。
【０００６】
１つ以上の緩衝層１２０は、超伝導体層１３０を成長させるための適切な結晶学的なテンプレートを備えた基板１１０の表面上に堆積させるかまたは成長させることができる。さらに、緩衝層１２０は、超伝導体材料１３０の結晶格子中への基板１１０からの原子の
、または、基板材料中の酸素の、長時間に亘る拡散を防止する追加の利点を提供することができる。この拡散すなわち「汚染（ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ）」は、結晶配列を分裂させ、そのため、超伝導体材料の電気的性質を低下させる。さらに、緩衝層１２０は、基板１１０と超伝導体層１３０との間の付着を強めることがある。さらに、緩衝層１２０は、超伝導体材料のそれによく一致する熱膨脹係数を有することがある。この技術の商用用途における実施のために、ワイヤが応力に晒される場合、それが基板から超伝導体層の形成間剥離を防止するのを助けることができるので、この特徴は望ましい。
【０００７】
代わりに、ハステロイ（ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ）（ヘインズ・インターナショナル社（インディアナ州ココモ）によって製造される耐食合金）などの非構造化基板１１０を使用することができ、イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）または傾斜基板堆積（ＩＳＤ）などによって堆積された緩衝層１２０を構造化することができる。追加の緩衝層１２０が、ＨＴＳ層１３０のエピタキシャル堆積に対する最終的なテンプレートを提供するために、ＩＢＡＤまたはＩＳＤ層に随意にエピタキシャル堆積されることが可能である。
【０００８】
テンプレートとして基板１１０および１つ以上の緩衝層１２０の適切な組合せを使用することによって、超伝導体層１３０は、優れた結晶配列または構造で、テンプレート表面への付着も良好であり、基板からの原子による汚染に対して十分な障壁を持って、エピタキシャル成長することができる。超伝導体層１３０は、様々な方法のうちのいずれかによって堆積されることができ、有機金属堆積（ＭＯＤ）処理、有機金属化学堆積法（ＭＯＣＶＤ）、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ）、熱または電子ビーム堆積、または他の適切な方法を含んでいる。最後に、キャップ層１４０が、多層アセンブリに追加されることができ、それは、上からの超伝導体層の汚染を防止するのを助ける。キャップ層１４０は、例えば、銀または銀−金合金であることができ、例えばスパッタリングによって超伝導体層１３０上に堆積されることができる。積層後にスリット形成が行なわれる場合、キャップ層は、さらに、例えばハンダ付けによってキャップ層に接合された銅またはステンレス鋼の層などの追加の積層金属の「スタビライザ」層を備えることが可能であり、空隙層を形成する。
【０００９】
典型的な製作したままの多層ＨＴＳワイヤ１００は、５％のタングステン合金を有したニッケル製の２軸構造化基板１１０と、Ｙ２Ｏ３、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）およびＣｅＯ２を連続して堆積したエピタキシャル緩衝層１２０と、ＹＢＣＯのエピタキシャル層１３０と、Ａｇの空隙層１４０とを備えている。これらの層の典型的な厚さは次の通りである：約２５〜７５μｍの基板、各々約７５ｎｍの緩衝層、約１μｍのＹＢＣＯ層、および約１〜３μｍの空隙層。１００ｍまでの長さのＨＴＳワイヤ１００が、上述したような技術を使用して製造されている。
【００１０】
使用中に、ＨＴＳワイヤが曲げ歪みを許容することができることは望ましい。曲げは、その曲げの外側凸面上の引張歪みと、その曲げの内側凹面上の圧縮歪みとを誘引し、それによって、ＨＴＳ層を、ワイヤが曲げられている方向に依存して引張または圧縮歪みに晒す。適度な大きさの圧縮応力は、ＨＴＳ層の電流容量を実際に強めることができるが、一般には、アセンブリ全体を応力（特に、繰返し応力）に晒すことは、ワイヤを機械的損傷の危険に晒すことになる。例えば、ＨＴＳ層中でクラックが形成され且つ伝播されることがあり、その機械的および電気的性質を低下させるか、または、異なる層が互いからまたは基板から剥離することがある。
【００１１】
ＨＴＳ層中の応力を低減する方法は、例えば、特許文献１および特許文献２において記述されている。例えば、基板と同様の厚さおよび機械的な特徴を持つように選択された銅ストリップは、インサートの上面に接合されることができる。全体的な構造の凡そ真ん中にＨＴＳ層を挟むことは、もしアセンブリが曲げられた場合、ＨＴＳ層は、その曲げの外
側面でも内側面でもない。これらのアセンブリのうちの２つもまた、単一のＨＴＳワイヤ・アセンブリを形成するためにそれぞれの銅ストリップに共に接合することができる。この場合、２つの基板は外方に面し、銅テープはアセンブリの真ん中にある。この場合、第２アセンブリの包含は、追加の電流容量を提供するが、ＨＴＳ層への電気的な接触は、ワイヤを開いて結合するか、または、接触部分におけるインサートのうちの１つを部分的に除去することを必要とする。
【００１２】
コーティングを施した導体ＨＴＳワイヤのさらなる問題点は、そのワイヤが使用されるときの環境汚染である。環境暴露は、ＨＴＳ層の電気的な性能をゆっくりと低下させることがある。さらに、ワイヤに接触する液体窒素などの低温液体の存在下で、その液体は、ワイヤ内の穴に拡散することができ、そして、暖まることによってワイヤを破損させることがある「バルーン」を形成することがある。ワイヤの密閉は、ＨＴＳ層の環境暴露またはワイヤへの液体の起寒剤の浸透のいずれかを防止するために望ましい。ＨＴＳアセンブリ用のシールは、例えば特許文献３に記述されている。
【００１３】
コーティングを施した導体の手法は、強化されたテープの長尺製造が確立されるまでに近年非常に進んでいる。しかしながら、これらのテープの実用性は、機械的に強健で、厳しい幾何公差に従う低抵抗ジョイントを介して任意の必要な長さにそれらを作ることができるならば、大幅に増大されるであろう。
【００１４】
ＨＴＳワイヤは、現場で互いに、終端に、およびリーダに接合されなければならない。同様に、生産量およびワイヤ品質は、工場での接合によって改善されることができ、それによって、ワイヤ価格を低減し、固有の生産限界を超えた長さのワイヤの出荷を可能にする。これらの接合部は、ワイヤと同様の要求を満たさなければならない。
【００１５】
初期の接合部は、ラップジョイントであった。ラップジョイントは、２つの材料を重畳させることによって接合する処理である。このように、ＨＴＳワイヤの場合、２本のＨＴＳワイヤは、設定距離に亘ってワイヤの端部を重畳させて、次に、ワイヤを共にハンダ付けすることにより接合されることができる。ラップジョイント法は、元のワイヤの厚さの約２．０〜２．２倍である接合部を生じさせる。
【００１６】
ラップ法は、第１世代のワイヤまたはテープには適しているが、第２世代のテープ（絶縁層がＹＢＣＯ膜と基板との間にある）は、接合される親ワイヤの元の配向を保持するために、また、接合部抵抗を最小限にするために、各端部でラップジョイントによる直接ストラップまたは導電性ブリッジの使用を必要とする。同時係属中の米国特許出願第１１／８８０，５８６号明細書は、導電性ブリッジ接合部をより詳細に開示しており、その開示が参照によってここにその全体を援用される。しかしながら、導電性ブリッジ構造は、単純なラップジョイントを作るのに対して２倍の時間が掛かる。なぜならば、本質的に、２つのラップジョイントを作らなければならないからである（例えば、ストラップの各端部に対して１つ。接合部抵抗を２倍にし、１つの接合部当たりワイヤに２つの塊を取り込む）。第１世代のワイヤでのように、導電性ブリッジが親と同じ材料ならば、接合部は、典型的には親ワイヤの厚さの２．０〜２．２倍になる。より剛性のある厚い領域が配線におけるよりも大きい張力を必要とし、曲げにおける接合部分離の可能性を増大させるので、また、ケーブル・ピッチからの局所的な偏差を最小限にするために可及的に短い長さであるので、接合部は、より良い配線のために親と厚さおよび機械的性質で同様であるべきである。これらの問題は、ケーブル中の適切なワイヤ安定化のためにより厚い積層ストリップが必要になることから悪化する。したがって、物理的且つ機械的にほぼ対称（２面）であり、機械的に強健であるが、規格に適合した、１つの接合部当たり１つのジョイントのみを必要とする接合部の必要性がある一方で、結合されたワイヤの各々の機械的および電気的性質を依然として維持する接合部の必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第６，７４５，０５９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，８２８，５０７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４４４，９１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
これらの考察の観点から、１つ以上の実施形態は、次の接合技術に関する。それは、ダブルラップ導電性ブリッジ接合部をなすために使用される技術よりも２倍速く、その軸について対称な機械的応答を持ったワイヤを提供し、接合部剛性を低減する一方で接合部の強健さを改善する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
２面で、低価格で、低抵抗で、機械的に強健で、薄く、幾何学的に均一な、厚い超伝導体ワイヤ用のジョイントが記述されている。
ここに開示された実施形態は、ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントに関する。該２面ジョイントは、第１積層ＨＴＳワイヤ（第１積層ワイヤの幅に亘るテーパを持つテーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の空隙層と、該空隙層上の第２ラミネート層とを備える）と、第２積層ＨＴＳワイヤ（第２積層ワイヤの幅に亘るテーパを持つテーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該緩衝層上の空隙層と、該空隙層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部に隣接し且つ結合している）と、第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている第１ＨＴＳストラップと、第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接したバッキング・ストラップとを備えている。
【００２０】
第１ＨＴＳストラップは、空隙層と、該空隙層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の緩衝層と、該緩衝層上の基板層とを備えることができ、該空隙層は、第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに隣接するとともに電気的に接続されている。加えて、第１ＨＴＳストラップは、その基板層上のラミネート層、および／または、導電性の空隙層と第１および第２ＨＴＳワイヤとの間に介在する第２ラミネート層を備えることができる。
【００２１】
バッキング・ストラップは、第１ＨＴＳストラップの厚さの約５０％〜約１５０％または約９０％〜約１０５％にあるように選択されてもよく、アルミニウム、亜鉛、銅、銀、ニッケル、鉄、クロム、鉛、銀、またはモリブデンを含有する金属または合金を含むことができる。加えて、バッキング・ストラップは、第２ＨＴＳストラップを備えてもよい。第２ＨＴＳストラップは、基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の空隙層とを備えることができ、該空隙層は、第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに隣接するとともに電気的に接続されている。第２ＨＴＳストラップは、その基板層に近接したラミネート層、および／または、導電性の空隙層と第１および第２ＨＴＳワイヤとの間に介在する第２ラミネート層をさらに備えることができる。加えて、バッキング・ストラップは、バッキング・ストラップにおいて０．５％の引張歪みを与える第１負荷が、第１ＨＴＳストラップに０．５％の引張歪みを与えるのに必要な第２負荷の３０％〜１５０％の範囲内になるように選択されることができる。さらに、バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラッ
プは、バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラップの組合せにおいて０．５％の引張歪みを与えるのに必要な第１負荷が、第１積層ワイヤまたは第２積層ＨＴＳワイヤのいずれかにおいて０．５％の歪みを与えるのに必要な第２負荷未満となるように選択されることができる。
【００２２】
１つ以上の実施形態では、電気的な接続は、２４０℃未満の溶融温度を持った金属または合金を含むことができ、該金属または合金は、５０μΩｃｍ未満の常温抵抗を持つことができる。加えて、金属または合金は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、またはＩｎのうちのいずれかを含むことができる。
【００２３】
１つ以上の実施形態では、第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤの各々は、さらに、その第１ラミネート層とその基板層との間に介在する非積層ＨＴＳワイヤを備えている。該非積層ＨＴＳワイヤは、該第１ラミネート層上の第２空隙層と、該空隙層上の第２ＨＴＳ膜層と、該第２ＨＴＳ膜層上の第２緩衝層と、該第２緩衝層上の第２基板層とを備えている。非積層ＨＴＳワイヤの空隙層は第１ラミネート層に電気的に接続されている。加えて、第２ＨＴＳストラップも第１ラミネート層に電気的に接続されてよい。
【００２４】
幾つかの実施形態では、第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤは、各々、約２５０μｍ以上、または、約３００μｍ以上の厚さを有している。さらに、第１ＨＴＳストラップは、約２５０μｍ未満、または、約５０μｍ〜約２００μｍの厚さを有することができる。幾つかの実施形態では、第１ＨＴＳストラップは、バッキング・ストラップの長さよりも約２％〜約７０％長い、および／または、バッキング・ストラップの長さよりも約２０％〜約５０％長いことがある。
【００２５】
幾つかの実施形態では、厚肉の積層ワイヤに対する第１テーパ端部の各々の角度は、約３度〜約５０度の範囲である。さらに、テーパ端部の長さは、約０．４ｃｍ〜約１０ｃｍの範囲であることができる。ＨＴＳストラップは、約２ｃｍ〜２６ｃｍ、または、約５ｃｍ〜２６ｃｍの長さを有することができる。バッキング・ストラップは、約６ｃｍ〜約１６ｃｍ、または、約１．５ｃｍ〜２５ｃｍの長さを有することができる。
【００２６】
１つ以上の実施形態では、各積層ワイヤの積層部は、真鍮、ステンレス鋼、もしくは銅からなる材料、または、亜鉛、鉛、銀、錫、ニッケル、鉄、およびアルミニウムを含有する合金から選択されることができる。
【００２７】
１つ以上の実施形態では、ジョイントを介した抵抗は、７７Ｋ〜２９３Ｋの温度範囲で３．０μΩ未満であることができる。
１つ以上の実施形態では、２面ジョイントを１０ｃｍ以下の直径に曲げることによって、該ジョイントにおける物理的な欠陥が生じず、臨界電流が１５％以上減少せず、接合部抵抗が５％以上増大しない。さらに、２面ジョイントは形成器上に螺旋状に巻かれ、形成器は、５ｃｍ以下の直径を有し、第１および第２厚肉積層ワイヤにおける１ｋｇ〜５ｋｇ未満の軸方向張力と、６５ｍｍ以上のピッチとを有し、その結果、２面ジョイントと形成器との間の空隙は、１．５ｍｍ未満である。
【００２８】
１つ以上の実施形態では、ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントは、第１積層ＨＴＳワイヤ（該第１積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える）と、第２積層ＨＴＳワイヤ（該第２積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤの角度を持ったテ
ーパ端部に隣接し且つ結合している）と、第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている上部サポートと、第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層近傍の下部サポートとを備えている。ジョイントの材料および寸法は、第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤのＨＴＳ膜に中立軸を提供するように選択される。
【００２９】
１つ以上の実施形態では、ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントは、第１積層ＨＴＳワイヤ（第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える）と、第２積層ＨＴＳワイヤ（第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部に隣接し且つ結合している）と、第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている第１ＨＴＳストラップと、第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接したバッキング・ストラップとを備えている。ジョイントの材料および寸法は、ジョイントに亘り連続した機械的応力を提供するように選択される。
【００３０】
別の態様は、５ｃｍ以下の直径を有した形成器と、複数のＨＴＳワイヤとを備える、超伝導体ケーブルに関する。ここで開示されるように、実施形態によれば、少なくとも１つのワイヤは、１つ以上の２面ジョイントと、該２面ジョイントの各々と形成器との間の１つ以上の空隙とを有している。該空隙は、１．５ｍｍ未満である。超伝導体ケーブルは、約０．１ｋｇ〜約７ｋｇ（好ましくは、約５ｋｇ）の軸方向張力で、且つ、６５ｍｍ以上のピッチで形成器に螺旋状に巻かれた複数のワイヤを有することができる。
【００３１】
別の態様は、超電導ワイヤを巻く方法に関し、ここに開示される実施形態によれば、１つ以上の２面ジョイントを形成するために１つ以上のＨＴＳワイヤを接合することと、螺旋状のパターンで形成器の周囲に１つ以上のＨＴＳワイヤを巻くことと、２面ジョイントと形成器との間に空隙を形成することを含んでいる。空隙は、約１．５ｍｍ未満である。本方法の１つ以上の実施形態では、複数のワイヤは、約０．１ｋｇ〜約７ｋｇの軸方向張力および６５ｍｍ以上のピッチで形成器に螺旋状に巻かれる。  用語「ＨＴＳワイヤ」または「ＨＴＳテープ」は、電流を運ぶのに使用される多層構造を示すように意図されている。ワイヤまたはテープは、実質的に密閉されているか、または、環境から分離されていることが可能である。ＨＴＳワイヤまたはテープは、典型的には、基板と、１つ以上の緩衝層と、超伝導体層と、空隙層と、随意に、空隙層の一部と考えることができるスタビライザ層とを備えている。一般に、このＨＴＳワイヤまたはテープでは、超伝導体層は、緩衝層によって金属基板から電気的に分離されることができる。しかしながら、導電性の緩衝層が使用される場合、超伝導体層は、金属基板に電気的に接続されることができる。代わりに、導電性の空隙層は、超伝導体層および基板の両方に接触することができ、これら２つの間の電気的な接触を提供することができる。
【００３２】
用語「ＨＴＳ膜」は、機械的な支持部またはシールに関係しないＨＴＳワイヤまたはテープの層を示すように意図されている。典型的には、ＨＴＳ膜は、１つ以上の緩衝層と、超伝導体層と、空隙層とを備えている。
【００３３】
用語「密閉される」は、実質的に囲まれ、実質的に物理的に環境から分離されることを意味するように意図されている。用語「密閉される」は、通常の状況下の気体または液体による浸透に対する実質的な不浸透性を含むことが可能であるが、これに限定されない。
【００３４】
ケーブル化したワイヤの典型的な動作圧は、最大２ＭＰａ（２０ｂａｒ）であるが、ワ
イヤは、典型的には最大３ＭＰａ（３０ｂａｒ）までの信頼性を試験される。
用語「Ｉｃ」は、超電導ワイヤの臨界電流を指し示している。臨界電流は、超伝導体が保持することができる最大電流である。超伝導体中の電流が臨界電流を超える場合、超電導ワイヤはその超伝導性を失う。
【００３５】
用語「テーパ縁部」は、超電導ワイヤの幅に沿ったテーパを指し、ワイヤの幅は変化し、ワイヤの厚さはテーパに沿って一定のままである。
「欠陥」は、３ｃｍ未満の直径を持ったワイヤにおける局所的な曲げ（屈曲）である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】典型的なＨＴＳワイヤの断面図。
【図２】本発明の１つ以上の実施形態にかかるテーパ端部を有した積層ＨＴＳワイヤの斜視図。
【図３】本発明の１つ以上の実施形態にかかる頂部ストラップおよび底部ストラップによって第２積層ＨＴＳワイヤに結合された第１積層ＨＴＳワイヤの断面図。
【図４】本発明の１つ以上の実施形態にかかる第１ＨＴＳストラップおよび底部ストラップによって第２積層ＨＴＳワイヤに結合された第１積層ＨＴＳワイヤの側断面図。
【図５】本発明の１つ以上の実施形態にかかる第１ＨＴＳストラップおよび第２ＨＴＳストラップによって第２積層ＨＴＳワイヤに結合された第１積層ＨＴＳワイヤの側断面図。
【図６】本発明の１つ以上の実施形態にかかる４プライの積層ＨＴＳワイヤの側断面図。
【図７】２本のＨＴＳワイヤを製造し、本発明の１つ以上の実施形態にかかる２面ジョイントでそれらを結合する方法のフローチャート。
【図８ａ】本発明の１つ以上の実施形態にかかる、ＨＴＳワイヤに対するＬＮ２  ＰＴ−ケーブル敷設サイクル試験におけるＩｃ保持を示すグラフ。
【図８ｂ】本発明の１つ以上の実施形態にかかる、ＨＴＳワイヤに対するＬＮ２  ＰＴ−ケーブル敷設サイクルにおける正規化された接合部抵抗を示すグラフ。
【図９ａ】本発明の１つ以上の実施形態にかかる、平均初期Ｉｃが７７．２Ａである、厚さ０．４ｍｍの真鍮積層・ケーブル・ワイヤ接合部に対する保持Ｉｃ対形成器直径のグラフ。
【図９ｂ】本発明の１つ以上の実施形態にかかる、７７Ｋで平均初期接合部抵抗が０．３９μΩのときの、厚さ０．４ｍｍの真鍮積層・ケーブル・ワイヤに対する最終および初期の接合部抵抗の比対形成器直径のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
積層高温超伝導体（ＨＴＳ）ワイヤは、任意の長さのワイヤを形成するためにジョイントで結合される。各ＨＴＳワイヤは、別のＨＴＳワイヤに結合するテーパ縁部を有している。頂部ストラップおよび底部ストラップは、機械的安定性を提供し、その結果、ジョイントは、ワイヤ間の電気的接続およびワイヤのＨＴＳ層の破損なしに、湾曲または屈曲させることができる。頂部ストラップまたは底部ストラップのいずれかまたは両方がＨＴＳストラップであることができる。さらに、ここに示される実施形態は、超電導ワイヤ用のケーブルまたはコイル巻線中の張力を低減し、コイルおよびケーブルへの塊衝撃を低減し、ジョイントを通じたＨＴＳワイヤ配向を維持し、ジョイントを通じて緩和した機械的応答を提供する（欠陥および電流低下の可能性を低減する）。形状および材質選定の柔軟性は、異なるワイヤおよび用途に対して最適化されたバージョンを提供する。
【００３８】
図２は、テーパ端部２５０を有した積層ＨＴＳワイヤ２００を示している。積層ＨＴＳワイヤ２００は、第１ラミネート層２１０と、基板層２２０と、緩衝層２２５と、超伝導体層２３０と、空隙層２３５と、第２ラミネート層２４０とを備えている。積層ワイヤ２
００は、第２積層ＨＴＳワイヤ（図示せず）の相補的なテーパ端部を結合するテーパ端部２５０を備えている。ここで使用されるそれらの用語「相補的な」または「結合する」は、２本のワイヤのテーパ縁部が、同様であるが反対の配向であることを示すように意図されている。その結果、テーパ縁部を互いに対向させて配置したとき、２つのテーパはＨＴＳワイヤと実質的に同様の寸法（例えば、幅、厚さ）のジョイント領域を形成する。第１ラミネート層２１０および第２ラミネート層２４０は、真鍮、ステンレス鋼、または銅、あるいは、亜鉛、鉛、錫、ニッケル、鉄、またはアルミニウムを含んだ合金であることができ、ワイヤを強化することができる。緩衝層２２５および空隙層２３５は、図１を参照して議論する緩衝層１２０および空隙層１４０と実質的に同様である。基板層２２０は、図１に示され、上で議論したＨＴＳワイヤにおける基板層１１０と同様であり、例えば、５％のタングステンを含むニッケル合金の２軸構造化基板であることができる。ＨＴＳ膜層は、連続して堆積した緩衝層２２５（例えば、エピタキシャル堆積させたＹ２Ｏ３、ＹＳＺ、およびＣｅＯ２の層）と、ＨＴＳ酸化物層２３０（例えば、ＹＢＣＯのエピタキシャル層（超伝導体層２３０））と、空隙層２３５（例えば、図１に示され、上で議論したようなＡｇおよびハンダ）とを備えている。電流は、超伝導体層２３０によって運ばれる。
【００３９】
テーパ端部２５０は、３度〜５０度の範囲の様々な角度を持つことができる（好ましくは、約５〜約１０度の間の角度範囲）。テーパ端部２５０は、約０．４ｃｍ〜約１０ｃｍの範囲の長さを有し、好ましくは、約１ｃｍ〜約５ｃｍである（テーパ角およびワイヤ厚に依存する）。第２ＨＴＳワイヤ（図示せず）は、このＨＴＳワイヤ２００のテーパ端部２５０に結合する相補的なテーパ端部を有することができる。テーパ端部２５０の使用は、ジョイントの外形を減少させる。ワイヤの２つの部分が互いの上に積層される代わりに結合されるので、ワイヤの外形は、接合範囲で２倍にならない。代わりに、２つのサポート・ストラップの使用であっても、接合範囲でのワイヤの外形厚さは、元のワイヤの外形厚さの２倍未満であり、好ましくは１．６倍未満の厚さである。
【００４０】
積層ＨＴＳワイヤ２００は、厚肉積層ＨＴＳワイヤであることができ、ラミネート層の厚さの増大から生じる追加の厚さを伴う。厚肉積層ＨＴＳワイヤは、少なくとも２５０μｍ、好ましくは３００μｍ超であり、例えば、３６０μｍ〜４４０μｍまたは５５０μｍ〜６５０μｍの間の厚さを有したワイヤである。薄い積層ＨＴＳは、２５０μｍ未満の厚さを持ったワイヤであり、好ましくは、約５０μｍ〜約２００μｍの間である。厚肉積層ワイヤは、例えば電流制限ワイヤとして使用されることができる。厚肉積層ワイヤは、（１）電気的および熱的安定性の増大、（２）より大きい熱容量による故障電流状況における温度上昇の低減、（３）バックリングを生じさせる軸方向圧縮歪みに対する抵抗の増大、（４）軸方向引張荷重許容範囲および応力許容範囲の増大、（５）衝撃または表面接触劣化に対する抵抗の増大、に対して望ましいものである。
【００４１】
より厚肉積層材は、強化した強健さを持ったＨＴＳワイヤを提供し、それは、ケーブル敷設の用途において重要である。ワイヤは、撚り線および使用中に複数のサイクルの複雑な捩れ、曲げ、ならびに軸方向応力および歪みに晒される。積層の追加の被覆層の適用は、圧縮応力を加え、それは、ワイヤを局所的に変形させることができ、その結果、それが巻かれる円筒形に丸められたケーブル形成器の表面上の任意の凹凸に馴染む。
【００４２】
さらに、より厚いテープは、曲げられたケーブルの内側での典型的な条件である、軸方向の圧縮応力／歪み状態におけるバックリングに対する遥かに大きい抵抗を示す。しかしながら、ワイヤおよび接合部の厚さが増大すると、それらの曲げ剛性が厚さの３乗で増大し、積層の焼戻しがアニール状態まで低減されることができなければ、より厚いワイヤおよび接合部は、ケーブル敷設することが急速に困難になる。
【００４３】
さらに、厚肉積層・ケーブルは、実質的な性能劣化なしに、使用中に複数回曲げたり引っ張ったりされることができるので、それは、ケーブル化したＨＴＳワイヤを応力および歪みに晒すべく、より強健である。ＨＴＳワイヤが曲げ引きされる場合、曲げられたケーブルの外側および内側のワイヤ部分は、巻きに加えて、軸方向の引張および圧縮歪みを受ける。さらに、一旦ケーブルが作られると、このケーブルは、約２０気圧までの圧力で液体窒素により冷却されることができ、ＨＴＳワイヤを低温および高圧に晒す。ケーブルが冷却後に加熱されると、液体窒素は、沸騰して無くなり、これ以上ケーブルおよび付随するＨＴＳワイヤを冷却することがない。このように、ＨＴＳワイヤは、典型的なケーブル寿命の間、幾度となく熱的且つ圧力的循環を繰り返す（つまり、冷却および加熱段階）。
【００４４】
電流制限ケーブルの用途では、積層ストリップは、ヒートシンクとしても機能する。したがって、より厚い材料のそれに比例して高くなる熱容量は、障害中のワイヤにおける温度上昇を同様に減少させ、それによって、ワイヤの電流制限特性を改善し、障害によってもたらされる温度上昇で液体窒素が沸騰する可能性を低減させる。
【００４５】
図３は、第２テーパ端部積層ＨＴＳワイヤ３００に結合された第１テーパ端部積層ＨＴＳワイヤ２００を示している（第１積層ＨＴＳワイヤ２００と同様に、第１ラミネート層３１０と、基板層３２０と、緩衝層３２５と、超伝導体層３３０と、空隙層３３５と、第２ラミネート層３４０とを有している）。第２積層ＨＴＳワイヤ３００のテーパ端部は、先端３５０を有し、結合されたジョイントは、第２積層ＨＴＳワイヤ３００の先端３５０から第１積層ＨＴＳワイヤ２００の先端３６５（仮想線で示されている）に延びる長さ３６０を有している。ジョイント３６０の長さは、典型的には、約１ｃｍ〜約６ｃｍの範囲である。
【００４６】
２本のワイヤは、頂部ストラップ３７０および底部ストラップ３８０によって互いに保持されることができ、ここでは「バッキング・ストラップ」と呼ばれている。テーパ端部を持った積層ＨＴＳワイヤと頂部および底部ストラップの使用は、個々のワイヤの厚さ２倍未満（好ましくは、その厚さの１．６倍未満）であるジョイントを生じさせる。頂部ストラップ３７０は、第１積層ＨＴＳワイヤ２００および第２積層ＨＴＳワイヤ３００の第２ラミネート層に電気的に接続されてよい。底部ストラップ３８０は、第１積層ＨＴＳワイヤ２００および第２積層ＨＴＳワイヤ３００の第１ラミネート層２１０および３１０と電気的に接続されてよい。ハンダ層３７２が、電気的接続または連絡として使用されることも可能である。ハンダは、２本のＨＴＳワイヤのテーパ面を接合するために使用されることも可能である。さらに、ジョイントは、頂部および底部ストラップの端部に、低抵抗ハンダの縁部シール３７２を備えている。頂部および底部ストラップ３７０および３８０の各々は、導電性金属（例えば、アルミニウム、真鍮、銅、銀、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金、銀合金、ニッケル合金、鉄合金、またはそれらの混合物）からなることができる。さらに、頂部および底部ストラップ３７０および３８０の各々は、下で詳細に議論するように、ＨＴＳワイヤ・ストラップであることができる。
【００４７】
作動中、電流は第１超伝導体層２３０から流れ、空隙層２３５を通じて第１積層ＨＴＳワイヤ２００のラミネート層２４０へ流れ、ハンダ３７４を通じて頂部ストラップ３７０に流れ、そして、ハンダ３７４を通じて第２積層ＨＴＳワイヤ３００のラミネート層３４０に流れ戻り、そして、空隙層３３５を通じて第２超伝導体層３３０に流れる。加えて、電流の一部は、第１積層ＨＴＳワイヤの超伝導体層２３０から第２積層ワイヤの超伝導体層３３０に直接流れることが可能である。対照的に、基板層２２０および３２０と緩衝層２２５および２３５とは、比較的高い電気抵抗を有しており、絶縁性であることが可能である。したがって、ワイヤ２１０および３１０の基板側と接触する底部ストラップ３８０は、不十分に抵抗性である場合があり、電流は、超伝導層２３０から緩衝層２２５および基板層２２０を通じて底部ジョイント３８０および第２ワイヤ３００に流れないであろう
。
【００４８】
この種類の薄型２面ジョイントは、非対称ＨＴＳワイヤにとって特に有用であり、ワイヤの片側面が、その反対側よりも遥かに低い電気抵抗を有している。２つのそのようなワイヤを頂部ストラップ３７０に接合すること、例えば、図３に示すように、電流が２本のワイヤ２００および３００の各々の低抵抗側と頂部ストラップ３７０とを通じて流れることを可能にし、ワイヤの全体的な対称性も維持し、その結果、基板２２０および３２０は、一般に、ジョイントの両側のワイヤの同じ側に残るであろう。対照的に、２本のワイヤ間の単純なラップジョイントでは、基板がジョイントの一側でワイヤの反対側になってしまう。また、２本のワイヤ間の突合せジョイントは、高い抵抗および低い機械的安定性を呈する。
【００４９】
頂部および底部ストラップのさらなる態様は、ジョイントが構造的対称性を有しているということである。積層ＨＴＳワイヤの上方および下方の両方のジョイントの対称性は、巻きおよびケーブル敷設作業を改善し、ジョイントの機械的強度および安定性を高める。頂部ストラップ３７０および底部ストラップ３８０は、同じ長さまたは異なる長さを有することが可能である。典型的には、頂部ストラップ３７０および底部ストラップ３８０は、約１．５インチ〜約３０インチの範囲の長さを有している。頂部ストラップ３７０は、底部ストラップ３８０よりも長くすることができる。例えば、頂部ストラップの長さは、底部ストラップの長さよりも約２％〜約７０％長くすることができ、好ましくは、底部ストラップの長さよりも約２０％〜約５０％長くすることができる。例えば、頂部ストラップ３７０は、約６ｃｍ〜約２４ｃｍの範囲であることができる一方で、底部ストラップ３８０は、約６ｃｍ〜約１６ｃｍの範囲であることができる。典型的な長さ組合せは、下記のテーブル１やテーブル２およびテーブル３に列挙されている。
【００５０】
【表１】
2011529255.tif 000003
【００５１】
頂部および底部ストラップの各々は、約２５０μｍ未満の厚さを有し、好ましくは、約３０μｍ〜約２００μｍである。底部ストラップは、頂部ストラップの厚さの約５０％〜約１５０％の間で選択されることができる。さらに、頂部ストラップおよび底部ストラップは、第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤの幅の約９０％〜約１０５％の間で選択されることが可能である。ジョイントまたは接合部を通じた標準状態の抵抗は、長さの増大によって減少するが、長さが増大した場合、対応する剛性の増大がある。
【００５２】
ジョイント自体は比較的長く、長い電気的経路（つまり、大きい接触領域）を提供し、
それに亘って、電流が、第１積層ＨＴＳワイヤ２００から頂部ストラップ３７０に、そして、第２積層ＨＴＳワイヤ３００に送られ、したがって、接合部抵抗を低減する。ジョイントの長さの限定因子は、テーパ縁部の角度である。例えば、ジョイント３６０は、１．５ｃｍ〜約４０ｃｍの範囲の長さを有することが可能である。この場合、ジョイントは、単一のＨＴＳワイヤほどの導電性を有しないことがあるが、ジョイントの電気抵抗は、結合されたワイヤが通常の動作電流を流すことを可能にする程度に、低く作られることが可能である。
【００５３】
上述のように、低抵抗ハンダ３７４は、頂部ストラップ３７０と第２ラミネート層２４０および３４０との間の、および、底部ストラップ３８０と第１ラミネート層２１０および３１０との間の結合または電気的接続を提供する。幾つかの実施形態では、電気的接続は、２４０℃未満の溶融温度および／または５０μΩｃｍ未満の常温抵抗を持った金属または合金であることが可能である。例えば、電気的接続は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｓ、またはＣｄのうちのいずれか１つの金属またはそれらのうちのいずれか１つを含んだ合金であることが可能である。幾つかの実施形態では、ハンダは、インジウム、Ｐｂ−Ｓｎ、またはＰｂ−Ｓｎ：Ａｇであることが可能である。ハンダ３７４の湿潤は、機械的摩耗を誘引する表面の活性化またはプラズマ・エッチングなどの表面処理によって、そのままであるいは溶融に先立って適用される化学的フラックスと共に、強められることが可能である。ストラップからワイヤまでの４つの遷移領域は、ストラップの端部での出っ張りの頂部からワイヤへおよびそのワイヤに沿ってハンダ縁部シールまたはハンダ「傾斜（ｒａｍｐ）」３７２を形成することによって随意に処理されることができる。これは、環境端部を実質的に密閉し、また、ワイヤが被る応力および歪みを低減する。それは、幾つかの状況では、さもなければ、超伝導体層およびその臨界電流の欠陥、層間剥離、および／または劣化を生じさせることがある。しかしながら、より詳しく下で議論するように、或る材料および構造の使用は、ジョイントにおける機械的応力を低減し、それによって、幾つかの用途でハンダ縁部シールを提供する必要性を排除する。
【００５４】
しかしながら、図３に示されるようなハンダ「傾斜」３７２がすべての実施形態に含まれる必要はない。例えば、ストラップ３７０および３８０の端部が、その代りに、任意形状のハンダ・ビードで密閉されることができる。あるいは、例えば、縁部シール３７２を使用してストラップ３７０および３８０の端部を密閉する必要はまったくないが、むしろ充填材の存在が端部を密閉するために使用されることができる。縁部シールが電流を運ぶのに必要ではないので、追加の材料が、ストラップ３７０および３８０の端部への充填材の付着を強めるために使用されることができる。
【００５５】
図４は、頂部ストラップが第１ＨＴＳストラップ４００で或る実施形態を示している。ＨＴＳストラップ４００は、随意のラミネート層４１０と、空隙層４１５と、超伝導体層４２０と、緩衝層４３０と、基板層４３５と、随意の第２ラミネート層４４０とを備えることができる。１つ以上の実施形態では、ＨＴＳストラップ４００は、ＨＴＳワイヤ２００および３００よりも薄い。例えば、ＨＴＳストラップ４００は、約２５０μｍより少なくなることができ、好ましくは、約５０μｍ〜約２００μｍの間である。超伝導体層４２０は、該超伝導体層４２０が空隙層４１５およびハンダ３７４を介して第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤの超伝導体層２３０および３３０と空隙層４１５を通じて電気的に接続するように配置される。したがって、ＨＴＳストラップ４００の基板４３０は、ＨＴＳワイヤ２００および３００から離隔配置され、その間に、空隙層４１５と、超伝導層４２０と、緩衝層４３０とが配置される。ＨＴＳストラップ４００は、第１積層ＨＴＳワイヤ２００および第２積層ＨＴＳワイヤ３００と同じまたは同様の材料からなることができる。好ましくは、ＨＴＳストラップ４００は、高強度基板（例えば、ヘインズ・インターナショナル社（インディアナ州ココモ）によって製造される耐食合金「ハステロイ」、または、アメリカン・スーパーコンダクター社（米国マサチューセッツ州ディベ
ンス）によって製造されるサイド積層ＨＴＳテープ（ＰＮ  ８６００）当たりの２５μｍ３１６Ｌステンレス鋼）上のＨＴＳ膜を含んでいる。さらに、ＨＴＳストラップ４００は、イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）でコーティングを施した導体ＨＴＳストラップであることができる。さらに、ＨＴＳストラップ４００は、スーパーパワー社（米国ニューヨーク州スケネクタディ）によって製造されるＨＴＳワイヤの部分であることができる。ＨＴＳストラップ４００は、頂部ストラップ３７０と同様の長さおよび幅を有することができる。
【００５６】
ＨＴＳストラップ４００は、頂部ストラップが第２ラミネート層に取り付けられた方法と同様に、ハンダ・ストリップ３７４によって第１および第２積層ワイヤの第２積層２４０および３４０にハンダ付けされることができる。さらに、ＨＴＳストラップ４００は、ハンダ傾斜３７２を有することができる。
【００５７】
ＨＴＳストラップ４００を備えたジョイントの抵抗は、平坦な金属ストラップ（図３）を備えたジョイントの抵抗よりも低い。ＨＴＳストラップ４００の使用は、ジョイントを通じた抵抗を７７Ｋ〜２９３Ｋの温度範囲で３．０μΩ未満に低減することができる。
【００５８】
ＨＴＳストラップ４００は、１つ以上の積層ストリップ４１０および４４０を備えることができる。第１積層ストリップ４４０は、基板４３５上にあることが可能である。第２積層ストリップ４１０は、空隙層４１５と、第１および第２積層ＨＴＳワイヤ２００および３００の第２ラミネート層２４０および３４０との間に配置されることが可能である。積層ストリップまたは層４１０，４４０は、真鍮、ステンレス鋼、銅、または、亜鉛、鉛、銀、錫、ニッケル、鉄、もしくはアルミニウムを含んだ合金からなることが可能であり、ＨＴＳストラップ４００に追加の機械的強度を与えるために加えられることがある。
【００５９】
ＨＴＳストラップが先に積層されたワイヤから構築される場合、ワイヤの各々の片側面の積層ストリップは、例えば、エッチング、機械的な摩耗、または溶解（剥離）によって、除去されるか、または、各端部の意図した重畳領域から厚さを低減されることが可能である。積層ストリップは、ジョイントの長さに亘って望ましいものよりも幾らか高い抵抗を有することが可能であるので、積層ストリップの厚さを除去または低減することは、接合部抵抗を低減する。代わりに、積層ストリップは、ワイヤ中に残されるか、または、積層ストリップを有していないワイヤに加えられる。また、オーバーラップ・ジョイントは、積層ストリップがもたらす接合部抵抗による追加を補償するために、実際的な範囲内で延長されることが可能である。より高い抵抗ジョイントが望まれる場合（故障電流制限ワイヤ）、接合部間のステンレス鋼または他の高抵抗値金属の層は、接合部の全体的な抵抗を上昇させるのに使用される。また、例えば、電気的絶縁コーティングを施したおよび／または密閉されたＨＴＳワイヤは、ここで記述した方法を使用して接合されることができる。ここで、絶縁は、接合作業の前にまたは作業中に重畳領域から除去される。絶縁は、接合部ジョイントが接合領域を電気的に絶縁および／または密閉した後で適用されるかまたは再適用されることが可能である。
【００６０】
幾つかの実施形態では、底部ストラップ３８０は、図５に示されるようなＨＴＳストラップ５００であることもできる。底部ＨＴＳストラップ５００は、頂部ＨＴＳストラップ４００と同じ特性および構成を有することができ、随意の第１ラミネート層５１０と、空隙層５１５と、超伝導体層５２０と、緩衝層５３０と、基板層５３５と、随意の第２ラミネート層５４０とを備えている（底部ＨＴＳストラップ５００の空隙層が、第１ＨＴＳワイヤ２００および第２ＨＴＳワイヤ３００の第１ラミネート層２１０および第２ラミネート層３１０に面することができ、その結果、底部ＨＴＳストラップ５００のキャップ層が、第１および第２積層ＨＴＳワイヤ２００および３００のラミネート層２１０および３１０と電気的に接続すること以外は）。さらに、底部ＨＴＳストラップ５００は、積層スト
リップが頂部ＨＴＳストラップ４００に挿入されるのと同様の方法で、底部ＨＴＳストラップ５００に挿入された積層ストリップを有するように構成されることができる。
【００６１】
図６に示される実施形態では、第１積層ＨＴＳワイヤ２００および第２積層ＨＴＳワイヤは、４プライのワイヤであり、基板層２２０および３２０に加えて、緩衝層２２５および３２５と、超伝導体層２３０および３３０と、空隙層２３５および３３５と、第１ラミネート層２１０および３１０上の第２空隙層６００および６０５と、空隙層６００および６０５上の第２超伝導体層６１０および６１５と、第２超伝導体層６１０および６１５上の第２緩衝層６２０および６２５と、第２緩衝層６２０および６２５上の第２基板層６３０および６３５とを備えている。この実施形態では、頂部ストラップおよび底部ストラップの両方が、ＨＴＳストラップ６２０および６３０である。第２ＨＴＳストラップ６２０は、電流の第２空隙層６００から第２ＨＴＳストラップ６２０へ、そして第２空隙層６０５への流れを可能にすることができる。上述したように、ＨＴＳストラップ６２０および６３０の配向は、ストラップを通じた導電経路を提供するように選択される。さらに、図６に示すようなＨＴＳストラップ６２０および６３０は、ラミネート層を含んでいない。しかしながら、上で示したように、ＨＴＳストラップ層の各々は、１つ以上のラミネート層を備えることができる。
【００６２】
図２〜図６に示した実施形態では、材料および寸法は、積層ワイヤのＨＴＳ膜に中立軸を提供するように選択されることができる。例えば、頂部および底部ストラップの長さ、そして各々における積層量は、ＨＴＳ膜上の機械的応力を低減するように調節されることができる。加えて、材料および寸法は、第１および第２ワイヤ間の機械的連続性を与えるように選択されることができる。
【００６３】
１つ以上の実施形態では、頂部および底部ストラップの長さは、接合部と積層ＨＴＳワイヤとの間の機械的性質の徐々の遷移を提供するように選択される。それは、同様に、例えば、接合領域が３０〜１００ｍｍ曲げ直径範囲で曲げられる際に欠陥を低減する。欠陥は、ここでは、直径約３ｃｍ未満の接合またはワイヤ領域の或る部分の局所的な屈曲として定義されている（たとえその領域の全体的な曲げ直径が５ｃｍ以上であっても多くの場合、直径１ｃｍよりもずっと小さい）。例えば、１０ｃｍ以下（例えば５ｃｍまたは３ｃｍ）の直径に曲げられる場合、ここで開示する２面ジョイントは、ジョイントにおける物理的な欠陥を生じさせず、臨界電流を１５％以上減少させず、接合部抵抗を５％以上増大させない。
【００６４】
さらに、前のジョイントを使用するＨＴＳワイヤは、超伝導体ケーブル用途で使用される場合（超電導ワイヤがケーブルを形成するために形成器に巻きつけられる場合）、ケーブルと形成器との間に約２ｍｍよりも大きい大空隙を生じさせる。これらの大空隙は、ジョイントまたは接合部における剛性によってもたらされる場合があり、超電導ワイヤを弱め、電流の流れに負の影響を与えることがある。しかしながら、ここで開示するような２面ジョイントを有したＨＴＳワイヤの使用は、超伝導体ケーブル用途で、ワイヤと形成器との間の空隙のサイズを低減し、それによって、ワイヤの強度および電流性能を高めることができる。例えば、直径５ｃｍの形成器上にここで開示するような１つ以上の以下２面ジョイントを有した１つ以上の超電導ワイヤを螺旋状に巻くことによって超伝導体ケーブルを形成する場合、ジョイント領域と形成器との間の空隙は、１．５ｍｍ未満である。巻線のパラメータは、約０．１ｋｇ〜７ｋｇの間の第１および第２積層ＨＴＳワイヤにおける軸方向張力と、６５ｍｍ以上のピッチとを含むことができる。
【００６５】
さらに、バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラップ４００は、超伝導層に中立軸を生成するための、ジョイントに亘る最適な負荷を実現するように選択されることができる。超伝導層に対する中立軸の生成は、それがケーブル敷設され歪められる場合（つ
まり、ケーブル敷設用途での通常動作中に）、超伝導層に対する応力および歪みを低減する。この通常動作中における超伝導層上の応力および歪みの低減は、超電導ワイヤを通じた最適な電流の流れを可能にする。例えば、バッキング・ストラップは、該バッキング・ストラップに約０．３％〜０．５％の引張歪みを与える負荷が、第１ＨＴＳストラップに０．５％の引張歪みを与えるのに必要な第２負荷の３０％〜１５０％の範囲内となるように、選択されることができる。このように、バックストラップに同じ歪みを取り込む負荷は、ＨＴＳストラップに同じ歪みを取り込む負荷とは異なることがある。加えて、バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラップは、バッキング・ストラップおよびＨＴＳストラップの両方における歪みを取り込む負荷が、積層ＨＴＳワイヤ上で同じ負荷を与えるのに必要な負荷未満となるように、選択されることができる。例えば、バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラップの組合せにおける０．５％の引張歪みを与えるのに必要な負荷は、第１積層ワイヤまたは第２積層ＨＴＳワイヤのいずれかにおける０．５％の歪みを与えるのに必要な第２負荷未満となる。このように、第１ＨＴＳストラップおよびバッキング・ストラップは、それらがジョイントの剛性を実質的に増大させず、ジョイントの機械的連続性に実質的に影響しないように、選択される。
【００６６】
幾つかの実施形態では、ストラップ端部から厚いテープ延長部までの遷移でのハンダ傾斜は、ジョイントを通じた機械的連続性を与えることができる。この傾斜は、再度ハンダを流し、厚いテープ表面に沿って約５〜１０ｍｍ、ストラップの端部からビードを引くことによって形成される。この傾斜は、厚い結合領域から積層ＨＴＳワイヤまでの機械的性質の徐々の遷移を強める。
【００６７】
図２〜図６に示した実施形態では、基板の裏面（ＨＴＳの反対側）は、充填材によって基板の湿潤を強めるために処理されることができる。例えば、２００５年７月１９日に出願され、「高温超伝導体ワイヤのための構造」と題する米国特許出願第１１／１９３，２６２号明細書に記述されるように（それらの全内容は参照によって援用される）、幾つかの有用な湿潤層は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびＴｉＮを含んでおり、例えばスパッタリングを使用して基板上にコーティングを施すことができる。
【００６８】
電流がジョイントを通過する際に積層ストリップを通じて流れる実施形態では、積層ストリップの表面は、ジョイントの抵抗、および／または、積層ストリップへの充填材またはハンダの付着を改善するために、積層に先立って修正されることができる。例えば、Ｃｕ積層ストリップについては、ハンダまたはＳｎなどの低融点金属の層は、より速い結合を可能にするためにストリップに適用されることができる。あるいは、例えば、ステンレス鋼積層ストリップについては、他の低融点合金を使用することができるが、Ｎｉストライキ層および純粋なＳｎの層を適用することができる。Ｎｉストライキ層は、ステンレス鋼へのＳｎの付着を改善するために使用される。Ｓｎ層は、超伝導体ワイヤへの後の積層中に、ハンダによるステンレス鋼の湿潤性を改善する。Ｓｎ層の厚さは、例えば、４０μインチ〜２００μインチ以上の範囲であることができる（例えば、５０μインチ）。ＮｉおよびＳｎ層の適用前に、ステンレス鋼積層ストリップが、例えば、完全に活性化されたステンレス鋼フラックスの使用によって、または、砥石車で表面を擦ることによって、表面を電気的に、化学的に、または機械的に清掃することによって、作成される。この作成は、ステンレス鋼を活性化させ、表面からＣｒ２Ｏ３酸化物を除去し、したがって、表面の抵抗を低減する。あるいは、例えば、真鍮ラミネート層ストリップについては、そのような厳格な活性化は必要ではない。真鍮は、例えば、中性洗剤で清掃され、Ｓｎ、Ｓｎ：Ｐｂ、またはＣｕでめっきされることができる。
【００６９】
異なる実施形態では、異なる材料が、ジョイントおよび／またはワイヤにおける充填材および／またはハンダとしての使用に適している。例えば、下で述べるワイヤ例の多くは、インジウム製のハンダを使用するが、Ｓｎ：ＰｂおよびＳｎ−Ｐｂ−Ａｇもまた適切で
ある場合がある。アセンブリへの積層ストリップを強化するために使用される充填材によっては、Ｓｎ：ＰｂおよびＳｎ−Ｐｂ−Ａｇは、充填材と同様の融点および同様の機械的強度を有することが可能であり、したがって、応力による層間剥離を生じさせることがあるハンダと充填材との間の熱的および機械的な誤った組合せを減少させることが可能である。例えば、使用される充填材およびハンダの両方がＳｎ：Ｐｂである場合、誤った組合せは無視でき、したがって、特に強いジョイントをもたらす。このように、幾つかの実施形態では、ハンダ「傾斜」３７２は、超伝導体層の欠陥、層間剥離、および／または劣化を緩和するために、図３に示されるものと同じ構成を有する必要はない。
【００７０】
より低い電気抵抗を持った接合部を形成することは有利であり、これが、電流が接合部を通過する間の、エネルギ損失、冷却コスト、および局所的な過熱を低減する。電気接続材料のより低い電気抵抗は、接合部抵抗を低減する。同時に、接合部が、ＨＴＳ材料を破損せず（最大約３００℃）、且つ、厚肉積層・テープの構造的完全性を、異なる成分を取り付けた積層ハンダを過度に溶かすことによって害することがないような、ハンダ付け方法によって接合がなされる場合、電気接続材料の溶融温度は、十分に低くなければならない。
【００７１】
例えば、積層ＨＴＳテープは、１７０〜１８０℃の範囲で溶けるＳｎ−Ｐｂ−Ａｇベースのハンダで作ることができる（Ｓｎ：３６％±３％、Ｐｂ：２％±１％、Ａｇ）。より高い溶融温度およびより低い電気抵抗を持った追加のハンダが、使用に関して試験された。これらの積層ハンダは、２１５℃〜２２５℃の範囲で溶けるＳｎ：３．５％±１．５％およびＡｇ、２１２℃〜２２２℃の範囲で溶けるＳｎ：３．８％±１．５％、Ａｇ：０．７％±０．３％およびＣｕ、ならびに２３０〜２５０℃の範囲で溶けるＳｎ：５％±１．５％およびＳｂを含んでいる。
【００７２】
しかしながら、接合部接続ハンダは、積層ハンダのほぼ溶融温度以下の溶融温度を持った材料を必要とする。Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ積層ハンダについては、上述したような、１５５〜１６５℃の範囲で溶けるＩｎベースのハンダと、１７０〜１８０℃の溶融温度を持った積層ハンダ自体との両方が、接合ハンダとして使用される。したがって、上述したハンダはすべて、積層ハンダの溶融温度が実質的に接合ハンダの溶融温度以上である限り、接合ハンダとして使用されることができる。
【００７３】
さらに、上記のハンダは、それらの比較的低い電気抵抗（いずれも室温で２５μΩｃｍを超えず、そのうち幾つかは１２μΩｃｍ程度である）、およびそれらの比較的高い強度（３５〜５５ＭＰａ）のために選択される。さらに、Ｉｎなどの無鉛ハンダまたは上で列挙した高溶融温度のハンダを利用することもまた有利である。
【００７４】
接合部およびワイヤの特性および信頼性を低下させることがある接合ハンダ／積層ハンダの互換性および汚染問題を制限するために、積層および接合の両方に同じハンダを使用することも可能である。要約すると、熟考されたハンダの範囲は、室温で１０〜２５μΩであり、引張強さが３５ＭＰａを超え、溶融温度が１５５℃〜２４０℃の範囲である。
【００７５】
図７は、図２〜図６に示した接合されたＨＴＳワイヤを生産する典型的な方法を示している。まず、第１ＨＴＳワイヤが製作される。基板が提供され（７００）、ＨＴＳ膜（緩衝層、超伝導体、およびキャップ層を備える）がワイヤを形成するために基板上に配置され（７１０）、基板およびＨＴＳ膜層が積層され（７２０）、テーパ縁部が積層ワイヤにカットされる（７３０）。これとは別に、第２ＨＴＳワイヤが基板（７００’）を提供することによって製作され、ワイヤを形成するために基板上にＨＴＳ膜（緩衝層、超伝導体、およびキャップ層を備える）を堆積し（７１０’）、基板およびＨＴＳ膜層を積層し（７２０’）、テーパ縁部を積層ワイヤにカットする（７３０’）。鋸引きを使用すること
も可能であるが、テーパ端部は、精密シヤーリングツールまたはクリッパで実現されることができる。次に、構成要素の表面は、拭取り清浄され、フラックスをつけられ、接合ハンダを再度流され、接合部固定具の必要な構造に配置される。
【００７６】
次に、第１ＨＴＳワイヤおよび第２ＨＴＳワイヤは、それぞれのテーパ縁部に結合される（７４０）。次に、頂部ストラップおよび底部ストラップは、第３ＨＴＳワイヤまたは金属ストラップから提供される（７５０）。接合部用のストラップが製造され、必要な長さにカットされる（好ましくは、カット端で著しいバリを発生させず、超伝導性または機械的性質を低下させないように）。ストラップの長さは、ジョイントの全長に亘って満足な電気抵抗を提供するように選択される。次に、頂部および底部ストラップは、例えばハンダ付け（７６０）を通じて、２つの対になった積層ＨＴＳワイヤに接合される。次に、固定圧が熱と共に加えられ、局所的な構成要素の温度を適切に増大させて接合ハンダを溶かし、その部分を圧縮し、圧縮しつつ冷却することによってハンダを凝固させる。各テープ端部の横方向およびテープを通じた位置決めが、接合ハンダ付け、エッジ・ガイドまたはチャネルによる、また、スレッドまたは圧力棒、あるいは上面および下面用の固定具による再度流し中に、維持される。次に、接合部寸法Ｉｃおよび抵抗は、典型的には、接合部品質および標準仕様への適合を評価するために測定され、それらは、さらに、構造的完全性を視覚的に検査される。
【００７７】
ＨＴＳストラップ（頂部または底部）が下で述べるように積層ストリップで強化される場合、接合部および再流れ温度は、材料の初期溶融温度未満に維持され、それは、ＨＴＳ膜に対して積層ストリップを強化する（例えば、ハンダ、またはキャップ層および積層ストリップとのハンダ相互作用から形成された、その関連する相）。
【００７８】
［積層］
積層ストリップを互いに積層する方法は、積層するワイヤ（ＨＴＳ／基板）を最初の清掃およびフラックス塗布ステーションからなるハンダ積層ラインに供給すること、溶融ハンダバス中に液浸させる一方で、積層ストリップおよびワイヤが工具によって結び付けられ、それらの横方向の位置決めを適切に維持する。次に、アセンブリは、ハンダ・チャンバから出て、ハンダを凝固すべく急速に冷却され、完全に接合した複合物を形成する。幾つかの構造の変形形態は、この方法によって容易に形成されることができ、それらは、４プライ（下で議論する）、３プライ、２プライ、および１プライＨＴＳワイヤを含んでいる。３プライ構造は、２つの積層ストリップを備えることができ、１つは、ハンダによってＨＴＳ／基板ワイヤの一側に取り付けられ、ＨＴＳ部分は、緩衝層と超伝導層とを備えることができる。基板ワイヤは、さらに、強化した湿潤および保護のための銀製「キャップ」層を含むことが可能である。２プライ構造は、ＨＴＳ／基板ワイヤの基板側に積層された単一の積層ストリップ・ハンダを含むことができる（例えば、ＨＴＳストラップ・テープとして使用するために）。１プライ構造は、単にＨＴＳ／基板テープであることができ、０〜５μｍの厚さ範囲の銀製の内側層と、約２５μｍの厚さのＣｕ製の外側層（５０μｍ程度の厚さである可能性がある）とを備える可能性がある。
【００７９】
４プライの変形形態では、２つのＨＴＳ／基板テープが、それぞれＨＴＳ／基板アセンブリの各側に対して、２つの積層ストリップと共に積層ラインに供給され、２つのラミネート層の間にはさまれた２つのＨＴＳ／基板テープを生じさせ、その結果、基板側は、互いに隣接し、ＨＴＳ膜は、積層ストリップに面する。
【００８０】
必要に応じて、代わりに、電気的絶縁被膜などのシール材が、結合されたワイヤを一側または両側に適用されるか、または、結合されたワイヤを完全に囲むことができる。
一般に、本方法の工程は、与えられたものとは異なる順に実行されることができる。本方法の工程は、手動および／または自動で行なうことができる。例えば、ワイヤの端部の
カットは、手動で行なわれ、ハンダで湿潤した導電性ブリッジおよびワイヤを互いに押すことは、例えば、型の中で自動的に行なれることができる。なお、ジョイントは、２つの別々に製作したワイヤを接合するために単独で使用される必要がなく、ジョイントは、単一のワイヤの切れ目を補修するのに、または、一般には任意の２本のＨＴＳワイヤ間の低抵抗電気的接続を提供するのにも有用である。
【００８１】
ここで記述した方法を使用して接合されることができるＹＢＣＯ  ＨＴＳワイヤを作る方法が記述される。他の種類のＨＴＳワイヤは、ここで記述した方法を使用して接合されることができ、接合部、第１ワイヤ、および第２ワイヤは、同一である必要がない。例えば、ＨＴＳワイヤは、ビスマス・ストロンチウム・カルシウム酸化銅（ＢＳＣＣＯ）超伝導体またはＭｇＢ超伝導体であることができる。
【００８２】
［ＨＴＳワイヤの製造および結合］
［構造化金属基板］
テンプレートは、約１〜１０ｃｍあるいはこれよりも大きい幅で提供される。随意に、それは構造化される。ＨＴＳワイヤ用の基板としての使用に適した構造化金属基板を作成する方法がまず記述される。第１ステーションでは、基板は、２軸構造を得るように処理される。好ましくは、基板表面は、比較的明確に定義された結晶学的な配向を有している。例えば、その表面は、２軸構造化面（例えば、（１１３）［２１１］面）または立方体構造化面（例えば、（１００）［０１１］面または（１００）［００１］面）であることができる。好ましくは、表面１１０のＸ線回折極点図におけるピークは、約２０°未満のＦＷＨＭを有している（例えば、約１５°未満、約１０°未満、または約５°〜約１０°）。
【００８３】
基板の表面は、例えば、圧延加工およびアニールによって作成されることができる。表面は、例えば、任意に配向した多結晶面上の２軸構造化面を形成するために、イオンビーム支援堆積、傾斜基板堆積、および、本技術分野で知られている他の真空技術などの真空処理を使用して作成されることもできる。或る実施形態では（例えば、イオンビーム支援堆積が使用される場合）、基板の表面は、構造化される必要はない（例えば、その表面は、任意に配向した多結晶であることができるか、または、その表面は、無定形であることが可能である）。
【００８４】
基板は、緩衝層スタックおよび／または超伝導体材料の層を支持することができる任意の材料から作られることができる。基板として使用されることができる基板材料の例は、例えば、金属、および／またはニッケル、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、鉄、クロム、バナジウム、パラジウム、モリブデン、および／またはそれらの合金などの合金を含んでいる。幾つかの実施形態では、基板は、スーパーアロイから形成されることができる。或る実施形態では、基板は、比較的大きい表面積（例えば、テープまたはウェハ）を有した物体の形態をなすことができる。これらの実施形態では、基板は、好ましくは、比較的柔軟な材料から作られる。
【００８５】
これらの実施形態のうちの幾つかでは、基板は、次の金属のうちの２つを含んだ二元合金である：銅、ニッケル、クロム、バナジウム、アルミニウム、銀、鉄、パラジウム、モリブデン、タングステン、金、および亜鉛。例えば、二元合金は、ニッケルおよびクロムから作ることができる（例えば、ニッケルおよび最大２０原子百分率のクロム、ニッケルおよび約５〜約１８原子百分率のクロム、またはニッケルおよび約１０〜約１５原子百分率のクロム）。別の例として、二元合金は、ニッケルおよび銅から作ることができる（例えば、銅および約５〜約４５原子百分率のニッケル、銅および約１０〜約４０原子百分率のニッケル、または銅および約２５〜約３５原子百分率のニッケル）。さらに次の例として、二元合金は、ニッケルおよびタングステンを含むことができる（例えば、約１原子百
分率のタングステン〜約２０原子百分率のタングステン、約２原子百分率のタングステン〜約１０原子百分率のタングステン、約３原子百分率のタングステン〜約７原子百分率のタングステン、約５原子百分率のタングステン）。二元合金は、さらに比較的少量の不純物を含むことができる（例えば、約０．１原子百分率未満の不純物、約０．０１原子百分率の不純物、または約０．００５原子百分率未満の不純物）。
【００８６】
これらの実施形態に或るものでは、基板は、２つを超える金属を含んでいる（例えば、三元合金または四元合金）。これらの実施形態のうちの幾つかでは、合金は、１つ以上の酸化物形成器を含むことができる（例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｓｉ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｂｅ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｙｂ、および／またはＬａであり、Ａｌは、好ましい酸化物形成器である）と共に、次の金属のうちの２つを含むことができる：銅、ニッケル、クロム、バナジウム、アルミニウム、銀、鉄、パラジウム、モリブデン、金、および亜鉛。これらの実施形態の或るものでは、合金は、次の金属のうちの２つを含むことができる：銅、ニッケル、クロム、バナジウム、アルミニウム、銀、鉄、パラジウム、モリブデン、金、および亜鉛。そして、合金では、前述の酸化物形成器のうちのいずれかが実質的に欠けていてもよい。
【００８７】
合金が酸化物形成器を含んでいる実施形態では、合金は、少なくとも約０．５原子百分率の酸化物形成器（例えば、少なくとも約１原子百分率の酸化物形成器または少なくとも約２原子百分率の酸化物形成器）と、最大約２５原子百分率の酸化物形成器（例えば、最大約１０原子百分率の酸化物形成器または最大約４原子百分率の酸化物形成器）とを含むことができる。例えば、合金は、銅が平衡した、約２５原子百分率〜約５５原子百分率のニッケル（例えば、約３５原子百分率〜約５５原子百分率のニッケルまたは約４０原子百分率〜約５５原子百分率のニッケル）の酸化物形成器（例えば、少なくとも約０．５のアルミニウム）を含むことができる。別の例として、合金は、ニッケルが平衡した、約５原子百分率〜約２０原子百分率のクロム（例えば、約１０原子百分率〜約１８原子百分率のクロムまたは約１０原子百分率〜約１５原子百分率のクロム）の酸化物形成器（例えば、少なくとも約０．５の原子のアルミニウム）を含むことができる。合金は、比較的少量の追加の金属（例えば、約０．１原子百分率未満の追加の金属、約０．０１原子百分率未満の追加の金属、または約０．００５原子百分率未満の追加の金属）を含むことができる。
【００８８】
合金から形成される基板は、例えば、粉末形態の構成物質を組合せ、溶融し、および冷却することによって、または、例えば、粉末成分を互いに固形状態において拡散することによって、形成されることができる。次に、合金は、構造化面（例えば、２軸構造化または立方体構造化）を形成するために変形構造化されること（例えば、アニール、圧延、加締め、押出し、および／または引抜き）によって形成されることができる。代わりに、合金構成物質は、ゼリーロール（ロールケーキ）構成にスタックされ、次に、変形構造化されることができる。幾つかの実施形態では、比較的低い熱膨脹係数を持った材料（例えば、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｓｂ、ＮｂＴｉ、または、ＮｉＡｌもしくはＮｉ３Ａｌなどの金属間化合物、または、それらの混合物）は、ロッドに成形され、変形構造化される前に合金に埋め込まれることができる。
【００８９】
幾つかの実施形態では、基板の表面上に配置された中間層を使用して、第１エピタキシャル（例えば、緩衝層）層が２軸構造化合金表面上に形成されるまで、表面の安定した酸化物層は低減されることができる。中間層は、エピタキシャル緩衝層膜の初期成長に必要なＰＯ２および温度によって確立されるような条件に晒されたときに、表面の酸化物を形成しない中間層のエピタキシャル金属または合金層を含んでいる。加えて、緩衝層は、基板要素が中間層の表面へ移動し、エピタキシャル層の初期成長中に酸化物を形成するのを防止するための障壁として作用する。そのような中間層がない限り、基板における１つ以
上の要素が、例えば、この酸化物層における構造の不足によって、エピタキシャル層の堆積を著しく阻害することがある基板表面に熱力学的に安定した酸化物を形成すると予想される。
【００９０】
これらの実施形態のうちの幾つかでは、中間層は、本来過渡的なものである。ここで使用される「過渡」とは、エピタキシャル膜の初期の核形成および成長に続いて、全体的または部分的に２軸構造化基板に組み込まれるかまたは該基板と組み合わされる中間層を指し示している。これらの状況下でさえ、堆積した膜のエピタキシャルな性質が確立されるまで、中間層および２軸構造化基板は、別体のままである。中間層が或る程度の望ましくない特性を有している場合（例えば、中間層がニッケルのように磁性を有している場合）、過渡的な中間層の使用が好ましいことがある。
【００９１】
典型的な中間金属層は、ニッケル、金、銀、パラジウム、およびそれらの合金を含んでいる。追加の金属または合金は、ニッケルおよび／または銅の合金を含むことが可能である。中間層に堆積したエピタキシャル膜または層は、金属酸化物、カルコゲニド、ハロゲン化物、および窒化物を含むことができる。幾つかの実施形態では、中間金属層は、エピタキシャル膜堆積条件下では酸化しない。
【００９２】
初期緩衝層構造の核形成および成長がエピタキシャル層を確立する前に、堆積した中間層が基板に完全には組み込まれないかまたは完全には基板に拡散しないことに注意すべきである。これは、基板合金における拡散定数、実際的なエピタキシャル緩衝層の成長条件下での酸化に対する熱力学的安定性、およびエピタキシャル層との格子一致などの適切な属性のに対して金属（または合金）を選択した後で、堆積した金属層の厚さは、エピタキシャル層堆積条件（特に、温度に）に適応されなければならないことを意味している。
【００９３】
中間金属層の堆積は、蒸着またはスパッタリングのような真空処理で、または電気めっき（電極ありまたは電極なし）などの電気化学手段によって行われることができる。これらの堆積した中間金属層は、堆積後のエピタキシャルであってもそうでなくてもよいが（堆積中の基板温度に依存する）、エピタキシャルの配向は、堆積後熱処理中に順次得られることができる。
【００９４】
或る実施形態では、硫黄が、表面処理において基板の表面上に形成されることができる。硫黄は、例えば、硫黄（例えば、Ｈ２Ｓ）および水素（例えば、水素、または５％の水素／アルゴンガス混合物などの水素と不活性ガスとの混合物）の源を含んだガス環境に、一定の期間（例えば、約１０秒〜約１時間、約１分〜約３０分、約５分〜約１５分）、中間層を晒すことによって、基板の表面上に形成されることができる。これは、高い温度（例えば、約４５０℃〜約１１００℃、約６００℃〜約９００℃、８５０℃の温度）で行なわれることができる。水素（または水素／不活性ガス混合物）の圧力は、比較的低くなるか（例えば、約１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）未満、約１３３ｍＰａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）未満、約１３３×１０−６Ｐａ（１×１０−６Ｔｏｒｒ）未満）、または比較的高くなることができる（例えば、約１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）超、約１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）超、約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）超）。
【００９５】
理論によって拘束されずに、これらの条件下の硫黄源に構造化基板表面を暴露することは、構造化基板表面上の硫黄の上部構造（例えば、ｃ（２×２）上部構造）の形成をもたらすことができると考えられる。さらに、上部構造は、中間層の表面を安定させる（例えば、化学的および／または物理的に安定させる）のに有効である場合があると考えられる。
【００９６】
硫黄上部構造の形成に対する１つの手法が記述されているが、そのような上部構造を形
成する他の方法も使用されることができる。例えば、硫黄上部構造（例えば、ｃ（２×２））は、中間層の表面に適切な有機溶液を塗布して適切なガス環境中で適切な温度で加熱することによって、形成されることができる。さらに、それは、基板材料に添加されることがある硫黄を、基板の表面に拡散させることによって得ることができる。
【００９７】
中間層の表面上の硫黄上部構造の形成が記述されているが、さらに、他の上部構造が、その表面を安定させる（例えば、化学的および／または物理的に安定させる）のに有効である場合があると考えられる。例えば、その表面上に配置された、酸素上部構造、窒素上部構造、炭素上部構造、カリウム上部構造、セシウム上部構造、リチウム上部構造、またはセレン上部構造が、その表面の安定性を強めるのに有効である場合があると考えられる。
【００９８】
さらに、基板は、例えば、ハステロイ（ヘインズ・インターナショナル社（インディアナ州ココモ）によって製造される耐食合金）または他の商用金属を使用して構造化されないことが可能である。
【００９９】
［緩衝層］
第２処理ステーションでは、緩衝層は、構造化基板上に形成される。
緩衝材の例は、銀、ニッケル、ＴｂＯ、ＣｅＯ２、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＬａＡｌＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＬａＣｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＮｄＡｌＯ３、および／または当業者に知られているような窒化物のような、金属および金属酸化物を含んでいる。
【０１００】
或る実施形態では、エピタキシャル緩衝層は、低真空蒸気堆積処理（例えば、少なくとも約１３３ｋＰａ（１×１０３Ｔｏｒｒ）の圧力で行なわれる処理）を使用して形成されることができる。本処理は、緩衝層材料の比較的高い速度および／または集中させたガス・ビームを使用して、エピタキシャル層を形成することを含むことができる。
【０１０１】
ガス・ビームにおける緩衝層材料は、毎秒約１ｍ超（例えば、毎秒約１００ｍ超または毎秒約１０ｍ超）の速度を持つことができる。ビーム中の緩衝層材料の少なくとも約５０％が、対象面に入射することができる（例えば、ビーム中の緩衝層材料の少なくとも約７５％が対象面に入射することができるか、または、ビーム中の緩衝層材料の少なくとも約９０％が対象面に入射することができる）。
【０１０２】
本方法は、低真空環境に対象面（例えば、基板表面または緩衝層表面）を配置し、閾値温度よりも高い温度に対象面を加熱し、それによって、高真空環境（例えば、約１３．３ｍＰａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）未満など、約１３３ｍＰａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）未満）において、さもなければ同一の条件下で、対象面上に所望の材料のエピタキシャル層を形成することを含むことができる。緩衝層材料（随意に、不活性キャリアガス）を含んだガス・ビームは、少なくとも毎秒約１ｍの速度で対象面に向けられる。コンディショニング・ガスが、低真空環境では提供される。コンディショニング・ガスは、ガス・ビームに含まれることができるか、または、コンディショニング・ガスは、異なる方法（例えば、環境への漏洩）で低真空環境に導入されることができる。コンディショニング・ガスは、対象面に存在する種（例えば、汚染物質）と反応することができ、それによって、その種を除去する。それは、エピタキシャル緩衝層の核形成を促進することができる。
【０１０３】
エピタキシャル緩衝層は、高真空（例えば、最大約１３．３ｍＰａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ））での物理蒸着を使用してエピタキシャル層を成長させるのに使用する温度よりも低い表面温度で低真空（例えば、少なくとも約１３３ｍＰａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）、少なくとも約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）、または少なくとも約１３３Ｐａ（１Ｔｏ
ｒｒ））を使用して、対象面で成長されることができる。対象面の温度は、例えば、約２５℃〜約８００℃（例えば、約５００℃〜約８００℃または約５００℃〜約６５０℃）であることができる。
【０１０４】
エピタキシャル層は、例えば少なくとも毎秒約５ｎｍ（５０オングストローム）などの比較的速い速度で成長することができる。
これらの方法は、２０００年２月２２日に発行された「エピタキシャル層を形成するための低真空処理」と題する米国特許第６，０２７，５６４号明細書、２０００年２月８日に発行された「エピタキシャル層を備えた超伝導体物を形成するための低真空処理」と題する米国特許第６，０２２，８３２号明細書、および１９９８年１月１５日に出願された「半導体材料のエピタキシャル層を形成するための低真空処理」と題する同一出願人の米国特許出願第０９／００７，３７２号明細書に記述されており、それらのすべては参照によってここに援用される。
【０１０５】
幾つかの実施形態では、エピタキシャル緩衝層は、高スループットで金属または金属酸化物の対象からスパッタリングによって堆積されることができる。基板の加熱は、エピタキシャル形態を得るために、抵抗加熱法またはバイアスおよび電位によって達成されることができる。堆積ドウェルは、金属または金属酸化物の対象から酸化物エピタキシャル膜を形成するために使用されることも可能である。
【０１０６】
基板上に典型的に存在する酸化物層は、イオンビーム・エッチングとして知られる還元環境内のエネルギ・イオンへの基板表面の暴露によって除去されることができる。イオンビーム・エッチングは、基板から残留酸化物または不純物を除去し、本質的に酸化物のない２軸構造化基板表面を生産することによって、膜堆積に先立って基板を清掃するために使用されることができる。これは、基板と続いて堆積した材料との間の接触を改善する。エネルギ・イオンは、様々なイオン銃（例えば、Ａｒ＋などのイオンを基板表面に向かって加速する）によって生成されることができる。好ましくは、１５０ｅＶ超のビーム電圧を持った格子付きイオン源が利用される。代わりに、プラズマが、基板表面近傍の領域に確立されることもできる。この領域内では、イオンは、実質的に酸化物なしの金属面を生成するために、その表面（金属酸化物を含む）から材料を除去するように基板表面と化学的に相互作用する。
【０１０７】
基板から酸化物層を除去するための別の方法は、基板に電気的にバイアスを掛けることである。基板が陽極電位に対して負とされる場合、それは、堆積（対象がシャッタされる場合）に先立って、または、膜全体の堆積中に、ガスからのイオンによって安定した照射に晒される。このイオン照射は、吸収されたガスについて基板表面を清掃することができ、それは、さもなければ膜に取り込まれ、さらに、高い堆積温度に基板を加熱することが可能である。そのようなイオン照射は、エピタキシャル膜の密度または平滑性の改善によってさらに有利である場合がある。
【０１０８】
適切に構造化された、実質的に酸化物なしの基板表面の形成に際して、緩衝層の堆積が開始される場合がある。単一の金属または酸化物層を含んだ１つ以上の緩衝層の各々を使用することができる。幾つかの好ましい実施形態では、基板は、これらの実施形態の堆積方法の工程を行なうように構成された装置を通過させられる。例えば、基板がテープの形態をなしている場合、基板は、払出しリールから巻取りリールへと直線的に渡されることができ、リール間を通る際に基板に対して工程を行なうことができる。
【０１０９】
幾つかの実施形態によれば、基板材料は、該基板材料の融点の約９０％未満であるが、所定の堆積速度で、真空環境中の基板材料上で所望の材料のエピタキシャル層を形成するための閾値温度よりも高い高温に加熱される。適切な緩衝層結晶構造および緩衝層平滑性
を形成するために、高い基板温度が一般に好ましい。金属上に酸化物層を成長するための典型的な下限温度は、約２００℃〜８００℃、好ましくは５００℃〜８００℃、より好ましくは６５０℃〜８００℃である。放射加熱、対流加熱、および伝導加熱などの様々な周知の方法が、短い長さの基板の（２ｃｍ〜１０ｃｍ）に適している。しかしながら、より長い長さ（１ｍ〜１００ｍ）に対しては、これらの技術はよく適さないことがある。さらに、製造工程における所望の高スループット率を得るために、基板は、その処理中に堆積ステーション間を移動されるかまたは移送されなければならない。特定の実施形態によれば、基板は、抵抗加熱によって（つまり、金属基板を通じた電流を通すことによって）加熱される。それは、長寸の製造工程に容易に拡張可能である。この手法は、これらの工程ゾーン間の迅速な移動を瞬間的に可能にする際に功を奏する。温度制御は、加熱される基板に供給される電力を制御するために、光高温計および閉ループ・フィードバック・システムを使用することによって達成されることができる。電流は、基板の少なくとも２つの異なるセグメントにおいて基板と接触する電極によって基板に供給されることができる。例えば、テープの形態の基板がリール間を渡される場合、リールは、それ自体電極として作用することができる。
【０１１０】
代わりに、ガイドがリール間の基板を移送のために採用される場合、そのガイドは、電極として作用することができる。さらに、電極は、如何なるガイドまたはリールから完全に独立することも可能である。幾つかの好ましい実施形態では、電流は、電流ホイール間の基板テープに加えられる。
【０１１１】
堆積が適切な温度にある基板に対して行なわれるために、基板上に堆積された金属または酸化物材料は、電流ホイール間の領域に望ましく堆積される。電流ホイールが効率的なヒートシンクになることができ、このようにホイール近傍の領域においてテープを冷却することができるので、材料は、望ましいように、ホイール近傍の領域には堆積されない。スパッタリングの場合、基板上に堆積した荷電材料は、望ましいように、スパッタリング・フラックス経路近傍の他の荷電表面または材料によって影響を受けない。このような理由から、スパッタリング室は、好ましくは、堆積ゾーンから離れた位置に、室壁を含むスパッタリング・フラックスおよび他の堆積要素に影響を及ぼすかまたは反らすことがある構成要素および表面を配置するように、構成される。その結果、それらが適切な堆積温度でテープの領域における金属または金属酸化物の所望の線形のフラックス経路および堆積を変更させない。
【０１１２】
より多くの詳細が、２０００年２月９日に出願された「酸化物層方法」と題する同一出願人の米国特許出願第０９／５００，７０１号明細書、および２０００年７月１４日に出願された「酸化物層方法」と題する同一出願人の米国特許出願第０／６１５，６６９号明細書において提供され、それらの両方が参照によって全体にここに援用される。
【０１１３】
好ましい実施形態では、３つの緩衝層が使用される。Ｙ２Ｏ３またはＣｅＯ２の層（例えば、約２０ナノメータ〜約７５ナノメータの厚さ）が、基板表面上に堆積される（例えば、電子ビーム蒸着を使用して）。ＹＳＺの層（例えば、約７５ナノメータの厚さなど、約０．２０ナノメータ〜約７００ナノメータの厚さ）が、スパッタリングを使用して（例えば、マグネトロン・スパッタリングを使用して）Ｙ２Ｏ３またはＣｅＯ２層の表面上に堆積される。ＣｅＯ２層（例えば、約２０ナノメータの厚さ）が、ＹＳＺ表面上に堆積される（例えば、マグネトロン・スパッタリングを使用して）。これらの層の１つ以上の表面は、ここで記述するように化学的および／または熱的に調整されることができる。
【０１１４】
或る実施形態では、緩衝層材料は、当業者に知られる、有機金属堆積を含む液相技術を使用して作成されることができる。そのような技術は、例えば、Ｓ．Ｓ．ＳｈｏｕｐらのＪ．Ａｍ．Ｃｅｒ．Ｓｏｃ．，Ｃｏｌ．８１，３０１９と、Ｄ．ＢｅａｃｈらのＭａｔ．
Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，ｃｏｌ．４９５，２６３（１９８８）と、Ｍ．ＰａｒａｎｔｈａｍａｎらのＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，ｖｏｌ．１２，３１９（１９９９）と、Ｄ．Ｊ．ＬｅｅらのＪａｐａｎｅｓｅ  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３８，Ｌ１７８（１９９９）と、Ｍ．Ｗ．ＲｕｐｉｃｈらのＩ．Ｅ．Ｅ．Ｅ．Ｔｒａｎｓ．ｏｎＡｐｐｌ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎ．ｖｏｌ．９，１５２７とに開示されている。
【０１１５】
或る実施形態では、溶液コーティング工程が、構造化基板上の酸化物層のうちの１つまたはいずれかの組合せの堆積に使用されることができるが、それらは、構造化金属基板上の初期の（シード）層の堆積に特に適用可能である。シード層の役割は、１）基板に対して酸化雰囲気中で実行されるときに、次の酸化物層の堆積中に酸化から基板を保護すること（例えば、酸化対象からのイットリア安定化ジルコニアのマグネトロン・スパッタ堆積）、および２）次の酸化物層の成長のためのエピタキシャル・テンプレートを提供することである。これらの要求を満たすために、シード層は、金属基板の表面全体に亘ってエピタキシャル成長し、次のエピタキシャル酸化物層の堆積に干渉する如何なる汚染物質を伴わない。
【０１１６】
或る実施形態では、緩衝層は、イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）を使用して形成されることができる。この技術では、緩衝層材料は、蒸発した緩衝層材料が堆積される基板の滑らかな無定形表面にイオンビーム（例えば、アルゴンのイオンビーム）が向けられている間、例えば、電子ビーム堆積、スパッタリング堆積、またはパルスレーザ堆積を使用して蒸着される。
【０１１７】
例えば、緩衝層は、イオンビームで、岩塩状の構造を有した緩衝層材料（例えば、ＭｇＯを含む酸化物または窒化物などの岩塩構造を有した材料）を基板の滑らかで無定形の表面（例えば、約１０ｎｍ（１００オングストローム）未満の二乗平均平方根粗さを有した表面）上に蒸着させることによって、形成されることができる。その結果、緩衝層材料は、面内および面外の両方でほぼ整合（例えば、約１３°以下）した表面を有する。
【０１１８】
緩衝層材料の堆積中に使用される条件は、例えば、約０℃〜約７５０℃の基板温度（例えば、約０℃〜約４００℃、約室温〜約７５０℃、約室温〜約４００℃）、毎秒約０．１ｎｍ（１．０オングストローム）〜毎秒約０．４４ｎｍ（４．４オングストローム）の堆積速度、約２００ｅＶ〜約１２００ｅＶのイオン・エネルギ、および／または約１１０μＡ／ｃｍ２〜約１２０μＡ／ｃｍ２のイオン束を含むことができる。
【０１１９】
幾つかの実施形態では、ＩＢＡＤを使用する場合、基板は、異なる材料（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）から形成された滑らかな無定形の表面で、多結晶の非無定形の下部構造（例えば、ニッケル合金などの合金）を有した材料から形成される。
【０１２０】
或る実施形態では、複数の緩衝層は、元のＩＢＡＤ表面上のエピタキシャル成長によって堆積されることができる。各緩衝層は、面内および面外の両方でほぼ整合（例えば、約１３°以下）させることができる。
【０１２１】
酸化物緩衝層の形成は、下の基板層の湿潤を促進するように行われることができる。加えて、特定の実施形態では、金属酸化物層の形成は、金属アルコキシドまたはカルボン酸塩前駆体（例えば、「ゾル・ゲル」前駆体）を使用して行われることができる。
【０１２２】
上述したように、必要に応じて、緩衝層（複数可）は、それらの堆積中にまたはその後にパターン化されることができる。
［前駆体層］
一旦緩衝層を備えた構造化基板が作成されると、前駆体溶液が、上述したようなステーションに堆積される。１つ以上の層は、所望の厚さおよび全体組成を有した前駆体層を形成するように堆積される。
【０１２３】
適切な前駆体成分は、１つ以上の希土類元素、１つ以上のアルカリ土類金属、および１つ以上の遷移金属の可溶性化合物を含んでいる。ここで使用される、希土類元素、アルカリ土類金属、および遷移金属の「可溶性化合物」は、前駆体溶液に含まれる溶剤に溶けることができるそれらの金属の化合物を指し示している。そのような化合物は、例えば、これらの金属の、塩類（例えば、硝酸塩、酢酸塩、アルコキシド、ハロゲン化物、硫酸塩、およびトリフルオロ酢酸塩）、酸化物および水酸化物を含んでいる。その化合物の少なくとも１つは、トリフルオロ酢酸塩などのフッ素含有化合物である。
【０１２４】
使用されることができる金属塩溶液の例は、次の通りである。
幾つかの実施形態では、金属塩溶液は、比較的少量の遊離酸を有することがある。水溶液では、これは、比較的中性のｐＨ（例えば、強酸性でも強アルカリ性でもない）を持った金属塩溶液に対応することがある。金属塩溶液は、超伝導体層が形成される下の層として使用されることができる種々様々な材料を使用して多層超伝導体を作成するために使用されることができる。
【０１２５】
金属塩溶液の全遊離酸濃度は、１×１０−３モル未満（例えば、約１×１０−５モルまたは約１×１０−７モル未満）であることができる。金属塩溶液に含有することができる遊離酸の例は、トリフルオロ酢酸、酢酸、硝酸、硫酸、ヨウ化物の酸、臭化物の酸および硫酸塩の酸を含んでいる。
【０１２６】
金属塩溶液が水を含有している場合、前駆体組成は、少なくとも約３（例えば、少なくとも約５または約７）のｐＨを有することができる。
幾つかの実施形態では、金属塩溶液は、比較的小さい水含有量を有することができる（例えば、約５０体積％未満の水、約３５体積％未満の水、約２５体積％未満の水）。
【０１２７】
一般に、希土類金属塩は、前駆体溶液に含有される溶剤に溶けることができる、および、中間物（例えば、金属オキシハライド中間物）を形成するために処理される場合、希土類酸化物（例えば、Ｙ２Ｏ３）を形成する、任意の希土類金属塩であることができる。希土類元素は、イットリウム、セリウム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテチウムのグループから選択されることが可能である。典型的には、アルカリ土類金属は、バリウム、ストロンチウム、またはカルシウムである。そのような塩類は、例えば、構造式Ｍ（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＸＸ’Ｘ’’）（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＸ’’’Ｘ’’’’Ｘ’’’’’）（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｐ−ＣＸ’’’’’’Ｘ’’’’’’’Ｘ’’’’’’’’）またはＭ（ＯＲ）３を有することができる。Ｍは、希土類金属である。ｎ、ｍ、およびｐは、それぞれ少なくとも１であるが、塩類を溶剤に溶けないようにする数（例えば、１〜１０）よりも少ない。Ｘ、Ｘ’、Ｘ’’、Ｘ’’’、Ｘ’’’’、Ｘ’’’’’、Ｘ’’’’’’、Ｘ’’’’’’’、およびＸ’’’’’’’’の各々は、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩである。Ｒは、ハロゲン化可能な（例えば、ＣＨ２ＣＦ３）または非ハロゲン化可能な炭素含有族である。そのような塩類の例は、ハロゲン化されていないカルボン酸塩、ハロゲン化された酢酸塩（例えば、トリフルオロ酢酸塩、トリクロロ酢酸塩、トリブロモ酢酸塩、トリヨード酢酸塩）、ハロゲン化されたアルコキシド、およびハロゲン化されていないアルコキシドを含んでいる。そのようなハロゲン化されていないカルボン酸塩の例は、ハロゲン化されていない酢酸塩（例えば、Ｍ（Ｏ２Ｃ−ＣＨ３）３）を含んでいる。一般に、アルカリ土類金属塩は、前駆体溶液に含有される溶剤に溶けることができ、および、中間物（例えば、金属オキシハライド中間物
）を形成するために処理される場合、アルカリ土類酸化物（例えば、ＢａＯ）を形成する前にアルカリ土類ハロゲン化物化合物（例えば、ＢａＦ２、ＢａＣｌ２、ＢａＢｒ２、ＢａＩ２）を形成する、任意のアルカリ土類金属塩であることができる。そのような塩類は、例えば、構造式Ｍ’（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＸＸ’Ｘ’’（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＸ’’’Ｘ’’’’Ｘ’’’’’）またはＭ’（ＯＲ）２を有することができる。Ｍ’は、アルカリ土類金属である。ｎおよびｍは、それぞれ少なくとも１つであるが、塩類を溶剤に溶けないようにする数（例えば、１〜１０）よりも少ない。Ｘ、Ｘ’、Ｘ’’、Ｘ’’’、Ｘ’’’’、およびＸ’’’’’の各々は、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂ、またはＩである。Ｒは、ハロゲン化または非ハロゲン化炭素含有族であることができる。そのような塩類の例は、ハロゲン化された酢酸塩（例えば、トリフルオロ酢酸塩、トリクロロ酢酸塩、トリブロモ酢酸塩、トリヨード酢酸塩）を含んでいる。一般に、遷移金属は、銅である。遷移金属塩は、前駆体溶液に含有される溶剤に溶けるべきである。本発明の１つ以上の実施形態では、希土類およびアルカリ土類は、希土類酸化物およびアルカリ土類フッ化物に代えてまたは加えて、金属または混合金属オキシフルオライドを形成することができる。
【０１２８】
適切な銅の前駆体溶液は、溶剤中に適切な濃度で溶けている銅塩類を含んでいる。そのような化合物は、硝酸銅、カルボン酸塩、アルコキシド、ハロゲン化物、硫酸塩、またはトリフルオロ酢酸塩を含んでいる。好ましくは、中間物（例えば、金属オキシハライド）への前駆体の変換中に、最小の交さ結合が、個別の遷移金属分子（例えば、銅分子）間に生じる。そのような遷移金属塩類は、例えば、構造式Ｍ’’（ＣＸＸ’Ｘ’’−ＣＯ（ＣＨ）ａＣＯ−ＣＸ’’’Ｘ’’’’Ｘ’’’’’）（ＣＸ’’’’’’Ｘ’’’’’’’Ｘ’’’’’’’’−ＣＯ（ＣＨ）ｂＣＯＣＸ’’’’’’’’’Ｘ’’’’’’’’’’Ｘ’’’’’’’’’’’），Ｍ’’（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＸＸ’Ｘ’’）（Ｏ２Ｃ−（ＣＨ２）ｍ−ＣＸ’’’Ｘ’’’’Ｘ’’’’’）またはＭ’’（ＯＲ）２を有することができる。Ｍ’’は、遷移金属である。ａおよびｂは、それぞれ少なくとも１つであるが、塩類を溶剤に溶けないようにする数（例えば、１〜５）よりも少ない。一般に、ｎとｍは、それぞれ少なくとも１つであるが、塩類を溶剤に溶けないようにする数（例えば、１〜１０）よりも少ない。Ｘ、Ｘ’、Ｘ’’、Ｘ’’’、Ｘ’’’’、Ｘ’’’’’、Ｘ’’’’’’、Ｘ’’’’’’’、Ｘ’’’’’’’’、Ｘ’’’’’’’’’、Ｘ’’’’’’’’’’、Ｘ’’’’’’’’’’’の各々は、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩである。Ｒは、ハロゲン化された（例えばＣＨ２ＣＦ３）またはハロゲン化されていない炭素含有族である。これらの塩類は、例えば、ハロゲン化されていない酢酸塩（例えば、Ｍ’’（Ｏ２Ｃ−ＣＨ３）２）、ハロゲン化された酢酸塩、ハロゲン化されたアルコキシド、またハロゲン化されていないアルコキシドを含んでいる。そのような塩類の例は、トリクロロ酢酸銅、トリブロモ酢酸銅、トリヨード酢酸銅、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＦ３）２、Ｃｕ（ＯＯＣＣ７Ｈ１５）２、Ｃｕ（ＣＦ３ＣＯＣＨＣＯＦ３）２、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）２、Ｃｕ（ＣＨ３ＣＨ２ＣＯ２ＣＨＣＯＣＨ３）２、ＣｕＯ（Ｃ５Ｈ６Ｎ）２、およびＣｕ３Ｏ３Ｂａ２（Ｏ−ＣＨ２ＣＦ３）４を含んでいる。適切な化合物は、銅のプロピオン酸である。遷移金属のハロゲン化されていないプロピオン酸塩の一例は、Ｃｕ（Ｏ２ＣＣ２Ｈ５）２である。幾つかの実施形態では、遷移金属塩は、硫酸銅、硝酸銅、ヨウ化銅、および／またはシュウ酸銅のような単純な塩である。幾つかの実施形態では、ｎおよび／またはｍは、０の値を持つことができる。或る実施形態では、ａおよび／またはｂは、０の値を持つことができる。ルイス塩基の例示した非限定の列挙は、アンモニアおよびアミンなどの窒素含有化合物を含んでいる。アミンの例は、ＣＨ３ＣＮ、Ｃ５Ｈ５Ｎ、およびＲ１Ｒ２Ｒ３Ｎを含んでいる。Ｒ１Ｒ２Ｒ３の各々は、独立して、Ｈ、アルキル基（例えば、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、脂肪族アルキル基、非脂肪族アルキル基、および／または置換アルキル基）などである。理論によって拘束されずに、金属塩溶液中のルイス塩基の存在は、中間物の形成中に銅の交さ結合を軽減することができると考えられる。これは、ルイス塩基が銅イオンと配位（例えば、選択的配位）することができ、それによって、銅の交さ結合の能力を軽減するので、実現されると
考えられる。
【０１２９】
前駆体溶液は、典型的には、化学量論量の成分金属化合物（つまり、３：２：１のＣｕ：Ｂａ：ＲＥ）を含んでいるが、幾つかの実施形態では、過剰な銅または不足したバリウムが使用される。アルカリ土類金属に対する遷移金属の比は、１．５超であることができ、前駆体溶液は、少なくとも約５ｍｏｌ％超の銅または少なくとも約２０ｍｏｌ％超の銅を含むことができる。
【０１３０】
希土類／アルカリ土類金属／遷移金属酸化物の形成のための前駆体成分に加えて、前駆体溶液は、追加の成分を含むことが可能であり、および／または、磁束ピニングサイトの形成のためのドーパント成分は、ピニングセンタを有した超電導膜を得るための溶液に基づいた方法で使用される。追加の化合物は、金属酸化物または酸化物超電導体膜中の金属を形成する、希土類、アルカリ土類、または遷移金属、セリウム、ジルコニウム、銀、アルミニウム、またはマグネシウムの可溶性化合物などの金属化合物であることができる。前駆体溶液は、該前駆体溶液の前駆体成分の金属を部分的に置換するドーパント金属を提供することができる。一般に、ドーパント成分は、前駆体溶液に含有される溶剤に溶けることができ、酸化物超電導体を形成するために処理されるときに、酸化物超電導体の要素を置換するドーパント金属を提供される、任意の金属化合物であることができる。
【０１３１】
前駆体溶液で使用される溶剤または溶剤の組合せは、金属塩類（例えば、金属カルボン酸塩）を溶かすことができる任意の溶剤または溶剤の組合せを含むことができる。そのような溶剤は、例えば、アルコール、または酸を含み、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールおよびブタノール、プロピオン酸または水を含んでいる。
【０１３２】
金属塩溶液がトリフルオロ酢酸塩イオンおよびアルカリ土類金属陽イオン（例えば、バリウム）を含有する実施形態では、金属塩溶液に含有されるアルカリ土類金属（例えば、バリウム・イオン）に対する金属塩溶液（例えば、トリフルオロ酢酸塩の形態）に含有されるフッ素のモル比が、少なくとも約２：１（例えば、約２：１〜約１８．５：１または約２：１〜約１０：１）であるように、トリフルオロ酢酸塩イオンの全量が選択されることができる。
【０１３３】
下の層（例えば、その上に１つ以上の緩衝層を配置された合金層を有する基板などの、基板の表面）上に超伝導組成を配置する方法は、スピンコーティング、浸漬コーティング、スロットコーティング、ウェブコーティング、および本技術分野で知られている他の技術を含んでいる。
【０１３４】
［前駆体層の分解］
次のステーションでは、前駆体成分が分解される。酸化物超電導体への前駆体成分の変換は、連続した厚い前駆体膜に対して以前報告されたように行なわれる。少なくとも１つのフッ化物含有塩類を含んだ前駆体成分の場合、加熱工程の第１工程が、所望の超伝導体材料の１つ以上のオキシフルオライド中間物に有機金属分子を分解するために行なわれる。
【０１３５】
中間のオキシフルオライド膜は、希土類金属アルカリ土類金属遷移金属酸化物超電導体（以下、ＲＥ−１２３）膜に対する前駆体である任意の膜であると考えられる。ＲＥ−１２３は、次のものから構成される：（１）ＢａＦ２、希土類酸化物またはフッ化物、および／または遷移金属、遷移金属酸化物、または遷移金属フッ化物の混合物、（２）ＲＥ−Ｂａ−Ｏ−Ｆ相の希土類酸化物またはフッ化物および／または遷移金属酸化物またはフッ化物から構成された化合物の混合物、あるいは、（３）Ｂａ−Ｏ−Ｆ相の希土類酸化物またはフッ化物および／遷移金属酸化物またはフッ化物から構成された化合物の混合物。次
に、中間膜は、ＲＥ−１２３酸化物超電導体膜を形成するためにさらに処理されることができる。また、酸化物超電導体膜は、小さいが検出可能なフッ化物残留物を示している。
【０１３６】
典型的には、この工程の初期温度は、ほぼ室温であり、最終温度は、約１９０℃〜約２１０℃、好ましくは約２００℃までの温度である。好ましくは、この工程は、少なくとも毎分約５℃温度傾斜、より好ましくは少なくとも毎分約１０℃の温度傾斜、そして最も好ましくは少なくとも毎分約１５℃温度傾斜を使用して行なわれる。この工程中、公称ガス環境中の水蒸気の分圧は、好ましくは約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）、より好ましくは約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）〜約４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）、そして最も好ましくは、約２．６７ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）〜約４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）に維持される。公称ガス環境中の酸素の分圧は、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）、好ましくは約９７．３〜９８．６ｋＰａ（７３０〜７４０Ｔｏｒｒ）に維持される。
【０１３７】
次に、加熱が、毎分約０．０５℃〜毎分約５℃（例えば、毎分約０．５℃〜毎分約１℃）の温度傾斜を使用して、約２００℃〜約２９０℃の温度に継続される。好ましくは、この加熱工程中のガス環境は、サンプルが初期温度から約１９０℃〜約２１５℃に加熱されるときに使用する公称ガス環境と実質的に同じである。
【０１３８】
加熱は、オキシフルオライド中間物を形成するために、約６５０℃の温度まで、より好ましくは約４００℃の温度まで、さらに継続される。この工程は、少なくとも毎分約２℃、より好ましくは少なくとも毎分約３℃、そして最も好ましくは少なくとも毎分約５℃の温度傾斜を使用して好ましくは行なわれる。好ましくは、この加熱工程中のガス環境は、サンプルが初期温度から約１９０℃〜約２１５℃に加熱されるときに使用される公称ガス環境と実質的に同じである。
【０１３９】
代替の実施形態では、フッ化バリウムは、約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）の水蒸気（例えば、約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）〜約４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の水蒸気または約１．３３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）〜約３．３３ｋＰａ（２５Ｔｏｒｒ）の水蒸気）の水蒸気圧で、初期温度（例えば、室温）から約１９０℃〜約２１５℃（例えば、約２１０℃）の温度にドライ溶液を加熱することによって形成される。酸素の公称分圧は、例えば、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）であることができる。これらの実施形態では、次に、加熱は、約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）の水蒸気（例えば、約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）〜約４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の水蒸気または約１．３３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）〜約３．３３ｋＰａ（２５Ｔｏｒｒ）の水蒸気）の水蒸気圧で、約２２０℃〜約２９０℃（例えば、約２２０℃）の温度まで継続される。酸素の公称分圧は、例えば、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）であることができる。これに続いて、フッ化バリウムを形成するために、約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）の水蒸気（例えば、約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）〜約４ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の水蒸気または約１．３３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）〜約３．３３ｋＰａ（２５Ｔｏｒｒ）の水蒸気）の水蒸気圧で、少なくとも毎分約２℃（例えば、少なくとも毎分約３℃または少なくとも毎分約５℃）の割合で、約４００℃まで加熱する。酸素の公称分圧は、例えば、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）であることができる。
【０１４０】
或る実施形態では、フッ化バリウムを形成するためにドライ溶液を加熱することは、予熱された炉にコーティングを施したサンプルを入れることを含むことができる（例えば、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、少なくとも約２００℃、最大約３００℃、最大約２５０℃、約２００℃の予熱温度）。炉中のガス環境は、例えば、酸素分子が平
衡した、約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）の全ガス圧で、所定分圧の水蒸気（例えば、少なくとも約１．３３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）、少なくとも約２．００ｋＰａ（１５Ｔｏｒｒ）、最大約３．３３ｋＰａ（２５Ｔｏｒｒ）、最大約２．６７ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）、約２．２７ｋＰａ（１７Ｔｏｒｒ））を有することができる。コーティングを施したサンプルが炉温度に達した後、炉温度は、所定温度傾斜率（例えば、少なくとも毎分約０．５℃、少なくとも毎分約０．７５℃、最大毎分約２℃、最大毎分約１．５℃、毎分約１℃）で上昇されることができる（例えば、少なくとも約２２５℃、少なくとも約２４０℃、最大約２７５℃、最大約２６０℃、約２５０℃に）。この工程は、第１加熱工程で使用されるものと同じ公称ガス環境で行なわれることができる。次に、炉の温度は、所定温度傾斜率（例えば、少なくとも毎分約５℃、少なくとも毎分約８℃、最大毎分約２０℃、最大毎分約１２℃、毎分約１０℃）で、さらに上昇されることができる（例えば、少なくとも約３５０℃、少なくとも３７５℃、最大約４５０℃、最大約４２５℃、約４５０℃）。この工程は、第１加熱工程で使用されるものと同じ公称ガス環境で行なわれることができる。
【０１４１】
金属塩溶液の先の処理は、構成する金属酸化物および金属フッ化物が膜の全体に亘って均質的に分配されたオキシフルオライド中間膜を生じさせることができる。好ましくは、前駆体は、比較的低い欠陥密度を有しており、中間物の厚さを通じたクラックが本質的にない。フッ化バリウム層に対する溶液化学は開示されているが、他の方法もまた他の前駆体溶液に使用されることができる。
【０１４２】
［酸化物超電導体の形成］
次に、超伝導体中間膜は、さらなる処理ステーションで所望の超伝導体層を形成するために加熱されることができる。典型的には、この工程は、毎分約２５℃超の温度傾斜、好ましくは毎分約１００℃超の温度傾斜率、より好ましくは毎分約２００℃超の温度傾斜率で、約室温から、約７００℃〜約８２５℃の温度、好ましくは約７４０℃〜８００℃の温度、より好ましくは約７５０℃〜約７９０℃の温度への加熱によって行なわれる。この工程は、中間のオキシフルオライド膜を形成するために使用される約４００〜６５０℃の最終温度から開始されることもできる。この工程中、処理ガスは、膜にガス状反応物を供給し、膜からガス状反応生成物を除去するために、膜面に亘って流される。この工程中の公称ガス環境は、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）の全圧を有しており、約１２．０Ｐａ（０．０９Ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）の酸素と、約１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜約２０．０ｋＰａ（１５０Ｔｏｒｒ）の水蒸気と、約０Ｐａ（０Ｔｏｒｒ）〜約１００ｋＰａ（７５０Ｔｏｒｒ）の不活性ガス（窒素またはアルゴン）とから構成される。より好ましくは、公称ガス環境は、約２０．０Ｐａ（０．１５Ｔｏｒｒ）〜約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）の全圧を有しており、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の酸素と、約６．６７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）〜約５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）の水蒸気とを含んでいる。
【０１４３】
次に、膜は、約７００℃〜８２５℃の温度、好ましくは約７４０℃以上〜８００℃の温度、より好ましくは約７５０℃〜約７９０℃の温度で、少なくとも約５分〜約１２０分の時間、好ましくは少なくとも約１５分〜約６０分の時間、より好ましくは少なくとも約１５分〜約３０分の時間、保持される。この工程中、処理ガスは、膜にガス状反応物を供給し、膜からガス状反応生成物を除去するために、膜面に亘って流される。この工程中の公称ガス環境は、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）の全圧を有しており、約１１．２Ｐａ（０．０９Ｔｏｒｒ）〜約６．６７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）の酸素と、約１．３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）〜約２０．０ｋＰａ（１５０Ｔｏｒｒ）の水蒸気と、約０Ｐａ（０Ｔｏｒｒ）〜約１００ｋＰａ（７５０Ｔｏｒｒ）の不活性ガス（窒素またはアルゴン）とから構成される。より好ましくは、公称ガス環境は、約２０．０Ｐａ（０．１５Ｔｏｒｒ）〜約６６７Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）の全圧を有しており
、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）の酸素と、約６．６７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）〜約５３３Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）の水蒸気とから構成される。
【０１４４】
次に、膜は、約６．６７Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）〜約２０．０ｋＰａ（１５０Ｔｏｒｒ）、好ましくは、約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、より好ましくは約１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜約２６．７Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ）の酸素圧を持った公称ガス環境中で、室温に冷却される。
【０１４５】
結果として生じる超伝導体層は、よく整っている（例えば、面内で２軸構造化されているか、または、面からのｃ−軸であり、面内で２軸構造化されている）。実施形態では、超伝導体材料の大部分が、２軸構造化される。超伝導体層は、少なくとも約１μｍの厚さである（例えば、少なくとも約２μｍの厚さ、少なくとも約３μｍの厚さ、少なくとも約４μｍの厚さ、少なくとも約５μｍの厚さ）。酸化物超電導体は、その幅に亘って実質的に一定のｃ−軸配向を有しており、その超伝導体のｃ−軸配向は、ワイヤまたはテープの表面に実質的に垂直である。
【０１４６】
超伝導体層は、レーザ・アブレーション、ＭＯＣＶＤ、または本技術分野で知られている他の技術によって、そのまま堆積されることもできる（前駆体堆積および個別の反応工程なしに）。
【０１４７】
［さらなる処理］
キャップ層堆積、酸素アニール、および第２ワイヤへの接合によるさらなる処理が行なわれる。低抵抗で機械的に強健なジョイントを使用してワイヤを接合することによって、脆い酸化物超電導体膜への損傷なしに、通電用途において使用可能な長さのワイヤが形成される。
【０１４８】
［実施例］
低抵抗で薄型の２面接合部は、厚い強化ＹＢＣＯでコーティングを施した導体テープ（つまり、図２〜図６に示したＨＴＳワイヤ）を接続するために作られる。典型的な結合されたワイヤは、真鍮、銅、またはステンレス鋼を積層したストリップを有し、より詳しく下で記述するように、様々なハンダで形成される。さらに、幾つかの接合部は、スーパーパワー社のワイヤからなるＹＢＣＯワイヤと、基板（基板は、ヘインズ・インターナショナル社（インディアナ州ココモ）によって製造される耐食合金であるハステロイである）と、緩衝層と、ＹＢＣＯシステムと、３．０μｍのＡｇ層と、約１μｍ〜約５０μｍ、好ましくは約２０μｍ〜約３０μｍの厚さを持った随意のＣｕ層とから構成される。
【０１４９】
［実施例１：基本構造および材料］
様々な２面接合部ジョイントは、テーブル２に記述されるような異なるバッキングおよびＨＴＳストラップ材料で作られ、試験された。テーブル２に記述される基本構造が製作および評価された。テーブル２は、様々な実施例、範囲の例、および様々な実施例において想定される範囲を列挙している。
【０１５０】
【表２】
2011529255.tif 000004
【０１５１】
様々な２面接合部ジョイントは、第１厚肉積層ワイヤ端部の第１ラミネート層および第２厚肉積層ワイヤ端部の第１ラミネート層に近接したバックストラップと、第１厚肉および第２積層ＨＴＳワイヤ端部の接合テーパと、第１および第２厚肉積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と電気的に接続するストラップとからなる２面接合部を作る実現可能性を実証するために、テーブル２に記述された利用可能な材料で製作された。
【０１５２】
幾つかの試験は、これらの２面接合部の幾何学的、機械的、および電気的性質を確立するために、これらのサンプルのうちの幾つかに対して行なわれた。これらの試験の結果は、より詳細に下で議論する。
【０１５３】
［実施例２：２面接合部］
接合されたサンプルは、上述したテープ（テーブル２）で作られた。テーブル３中のデータは、頂部および底部ストラップの相対的な厚さおよび幅の範囲を示している。このテーブルは、様々なサンプル・セット（１〜１１）、接合部の種類、厚肉積層テープの材料、ＨＴＳストラップ、およびバックストラップのほか、それらのそれぞれの厚さおよび長さを列挙している。例えば、このテーブルに示すように、ＨＴＳストラップに対するバックストラップの相対的な厚さは、５２％〜１００％の範囲にあった。さらに、ストラップはすべて、厚肉積層ＨＴＳテープに対して９０％〜１０５％幅の範囲内であった。さらに、テーブル３では、ＳＳは、３１６Ｌステンレス鋼のワイヤを表わし、３プライは、積層−ＨＴＳ−積層ワイヤ構造を表わし、ＳＰは、ヘインズ・インターナショナル社（インディアナ州ココモ）によって製造される耐食合金ＨＡＳＴＡＬＬＯＹの基板、ＨＴＳ膜を表わす（〜３ｕｍのＡｇ層、サイドワイヤ当たり〜２５ｕｍのＣｕ外側層）。ＮＭ（通常金属）バックストラップ幅は、約４．３１ｍｍであり、厚肉積層テープ幅は、約４．４ｍｍであり、積層ＨＴＳストラップ幅は、約４．４ｍｍであり、ＳＰ  ＨＴＳストラップ幅は、約４．０ｍｍであり、ｕｍは、μｍと同義である。
【０１５４】
【表３】
2011529255.tif 000005
【０１５５】
テーブル４は、ここで開示される実施形態にかかるＨＴＳワイヤおよびテープの積層および接合に使用されるハンダ組成のほか、近似融点、引張強さ、および各組成に対する室温での抵抗を列挙している。公称値は、各組成に対して列挙されている。しかしながら、重要な組成の変形形態が、これらの公称値に関して生じる場合がある。
【０１５６】
【表４】
2011529255.tif 000006
【０１５７】
２面ジョイントがここで開示される実施形態に従って作られた後、２面ジョイントは、信頼性試験をされた。信頼性試験は、ケーブル敷設またはケーブル作業の臨界条件を模倣することができ、ＨＴＳワイヤ特性への臨界条件の影響を規定する。実施例４〜実施例６について下で記述するカスタム試験は、必要に応じてワイヤに行なう統計的に受容可能な条件を定義する。
【０１５８】
［実施例３：接合加圧液体窒素（ＬＮ２）循環または「密閉性」試験］
この試験は、ケーブル敷設がＨＴＳワイヤを最大２０気圧のＬＮ２に暴露するので、ＨＴＳワイヤに対する適切な試験である。このように、ＨＴＳワイヤが低い温度および圧力にどれくらい良く耐えることができるかを判断するために有用である場合がある。試験装置は、ＨＴＳワイヤを含んだプレートと、プレートおよび加圧したＬＮ２を含んだ内側ＬＮ２タンクと、７７Ｋに加圧タンクを維持するために１．０気圧のＬＮ２を含んだ外側タンクとからなる。
【０１５９】
テーブル３のセット１からの接合ワイヤのサンプル（例えば、厚さ６２０μｍの積層ワイヤ、２５０μｍ（１面当たり）のステンレス、２５μｍのＳＳ（１面当たり）の８ｃｍのＨＴＳストラップ、厚さ１００μｍの６ｃｍのバックストラップ、５ｃｍのテーパ）が、３０気圧に循環する加圧した液体窒素を含むケーブル信頼性試験を１６時間行なわれ、長いケーブル敷設サイクルをシミュレートした。臨界電流（Ｉｃ）、接合部抵抗、および物理的な完全性が、各サイクルの前後に評価された。図８ａおよび図８ｂは、Ｉｃ保持（図８ａに示される）および抵抗（図８ｂに示される）に関する、累積的な液体窒素圧力・温度サイクルおよびケーブル敷設サイクルを通じた２面ジョイントの信頼性の棒グラフを図示しており、平均初期接合部抵抗は、７７Ｋで１．８μΩであり、平均初期Ｉｃは、８７．３Ａであった。
【０１６０】
保持Ｉｃに対するこれらの試験の影響は、図８ａに示されており、それは、ＬＮ２加圧処理（ＰＴ）−ケーブル敷設サイクルにおけるＩｃ保持を表わしている。図８ａに示すように、ＨＴＳワイヤのＩｃは、ＬＮ２  ＰＴおよびケーブル敷設処理によっては著しく低下されてはいない。第１の棒グラフは、平均保持Ｉｃ％を表わし、第２の棒グラフは、９７．７％の信頼レベルを表わしている。棒グラフの各セットは、ＬＮ２  ＰＴおよびケーブル敷設サイクルを含む、循環試験の全体に亘る異なる計側点を表わしている。
【０１６１】
図８ｂは、ＬＮ２  ＰＴ−ケーブル敷設サイクルを通じて正規化された接合部抵抗を示し、測定は、初期値に正規化されている。第１の棒グラフは、初期抵抗に関する平均抵抗である。第２の棒グラフは、９７．７％の信頼レベルである。図８ｂのデータは、ＬＮ２
ＰＴおよびケーブル敷設サイクルの信頼性処理の全体に亘る接合部抵抗の小さな増大を
示すが、依然として３μΩ未満のレベルである。
【０１６２】
［実施例４：接合部ケーブル敷設試験］
ＨＴＳワイヤに対して行なわれた第２試験は、接合部ケーブル敷設試験であった。この試験では、１ｍの長さの結合されたＨＴＳテープは、ケーブル敷設の前後に試験されたＩｃおよび接合部抵抗でケーブル形成器上に螺旋状に巻かれる。次に、Ｉｃおよび接合部抵抗は、張力、形成器直径、およびケーブル敷設ピッチに相関付けられた。この試験の変形形態は、長いワイヤについて、シミュレートされたケーブル試験を行なうことである。
【０１６３】
テーブル３のセット３の接合ワイヤのサンプル（例えば、厚さ４００μｍの積層ワイヤ、１５０μｍ（１面当たり）の真鍮、２５μｍのＳＳ（１面当たり）の８ｃｍのＨＴＳストラップ、厚さ７５μｍの６ｃｍバックストラップ、５ｃｍのテーパ）が、接合部ケーブル敷設試験を行なわれた。図９ａおよび９ｂは、この試験の結果を表示し、初期Ｉｃは、７７．２Ａであり、７７Ｋでの接合部抵抗は、０．３９μΩであった。図９ａは、３４４Ｂ真鍮積層ワイヤの１３０ｍｍピッチおよび６５ｍｍのピッチに対する、保持Ｉｃ％対ケーブル形成器直径のグラフである。図９ｂは、１３ｃｍピッチおよび６．５ｃｍピッチに対する、Ｙ軸上の初期抵抗対最終抵抗の比と、Ｘ軸上の形成器直径とのグラフである。６．５ｃｍのピッチを備えた１６ｍｍの形成器上でさえ、図９ａで見られるように、結合された２Ｇワイヤのケーブル敷設限界には到達しなかった。これらのデータは、ケーブル敷設用途に対して本発明に従って製造された２Ｇ積層強化ワイヤの機械的な適合性を示している。さらに、接合部抵抗は、僅かに増大したが、試験中の接合部損傷の証拠はなかった。
【０１６４】
［実施例５：引張荷重試験］
この試験では、テーブル５に示されるように、テーブル３に記述された結合サンプルを作るのに使用されるストラップ材料の引張荷重が評価された。テーブル５は、ＨＴＳストラップの種類、バックストラップの種類、同様の歪み％でのＨＴＳストラップ負荷と比較して０．５％歪みのバックストラップ負荷を列挙している。テーブル５に列挙した範囲は、欠陥の緩和を含む、改善された曲げ特性を持った２面接合部構成を提供した。
【０１６５】
【表５】
2011529255.tif 000007
【０１６６】
ジョイントを作る代替の方法は、ハンダおよびワイヤの両方を共に保持し、傾斜を形成することができる金型を使用することを含んでいる。これは、切断技術を置換することができる。
【０１６７】
超音波溶接は、頂部および底部ストラップにワイヤをハンダ付けする代わりに使用されることができる。簡潔に、当業者に知られているように、超音波溶接は、金属部分を共に溶接するためにトランスデューサ（例えば、圧電変換器）によって生成される高周波振動
を使用する。ソノトロードは、１つのワークの別のワークに対する振動を引き起こすために使用され、それは、ワーク間に多量の摩擦を生じさせる。この摩擦は、ワーク表面の不純物を除去し、その表面で共に金属を拡散させ、多量のワークの加熱をもたらさない結合を形成する。
【０１６８】
さらに、冷間圧接が、頂部および底部ストラップにワイヤをハンダ付けする代わりに使用されることもできる。金属層を冷間圧接するシステムおよび方法は、本技術分野で公知である。
【０１６９】
［参照による援用］
次の文献が、参照によってその全体をここに援用される：１９９３年７月２７日に発行された「ＭＯＤ前駆体溶液からの高度に構造化された酸化物超電導膜の作成」と題する米国特許５，２３１，０７４号明細書；２０００年２月８日に発行された「エピタキシャル層を備えた超伝導体物を形成する低真空処理」と題する米国特許第６，０２２，８３２号明細書；２０００年２月２２日に発行された「エピタキシャル層を形成するための低真空処理」と題する米国特許第６，０２７，５６４号明細書；２００１年２月２０日に発行された「無定形の表面堆積した岩塩状の構造を有した薄膜」と題する米国特許第６，１９０，７５２号明細書；２００３年３月２５日に発行された「配向した終端平面を備えた緩衝層を有する多層超伝導体」と題する米国特許第６，５３７，６８９号明細書；２０００年１０月５日に発行された「合金材料」と題する国際公開第００／５８５３０号；２０００年１０月５日に発行された「合金材料」と題する国際公開第／５８０４４号；１９９９年４月８日に発行された「改善された酸化抵抗を有した基板」と題する国際公開第９９／１７３０７号；１９９９年４月８日に発行された「超伝導体用の基板」と題する国際公開第９９／１６９４１号；１９９８年１２月２３日に発行された「酸化物伝導体への金属オキシフルオライドの制御された変換」と題する国際公開第９８／５８４１５号；２００１年２月１５日に発行された「多層物および該多層物を作る方法」と題する国際公開第０１／１１４２８号；２００１年２月１日に発行された「多層物および該多層物を作る方法」と題する国際公開第０１／０８２３２号；２００１年２月１日に発行された「多層物を作るための方法および組成」と題する国際公開第０１／０８２３５号；２００１年２月１日に発行された「コーティングを施した導体厚膜前駆体」と題する国際公開第０１／０８２３６号；２００１年２月１日に発行された「Ａ．Ｃ．損失を減少させたコーティングを施した導体」と題する国際公開第０１／０８１６９号；２００１年３月１日に発行された「表面制御合金基板およびそのための製造方法」と題する国際公開第０１／１５２４５号；２００１年２月１日に発行された「強化した清浄度の酸化物層の形成」と題する国際公開第０１／０８１７０号；２００１年４月１２日に発行された「酸化物層反応速度の制御」と題する国際公開第０１／２６１６４号；２００１年４月１２日に発行された「酸化物層方法」と題する国際公開第０１／２６１６５号；２００１年２月１日に発行された「強化した高温コーティングを施した超伝導体」と題する国際公開第０１／０８２３３号；２００１年２月１日に発行された「超伝導体を作る方法」と題する国際公開第０１／０８２３１号；２００２年４月２０日に発行された「前駆体溶液および該前駆体溶液を作る方法」と題する国際公開第０２／３５６１５号；２００５年１２月２２日に発行された「構造化金属面上の緩衝層の堆積」と題する国際公開第２００５／１２１４１４号；２００５年９月９日に発行された「ナノドット磁束ピニングセンタを備えた酸化皮膜」と題する国際公開第２００５／０８１７１０号；２００２年８月２０日に発行された「酸化物青銅組成および該酸化物青銅組成で製造された構造化物」と題する米国特許第６，４３６，３１７号明細書；２００１年７月３１日に出願された「多層超伝導体および該多層超伝導体を作る方法」と題する米国仮特許出願第６０／３０９，１１６号；２００４年９月２８日に発行された「超伝導体方法および反応器」と題する米国特許第６，７９７，３１３号明細書；２００１年７月３１日に出願された「超伝導体方法および反応器」と題する米国仮特許出願第６０／３０８，９５７号；１９９９年１１月１８日に出願された「超伝導体物および組
成ならびに該超伝導体物を作る方法」と題する米国仮特許出願第６０／１６６，２９７号；２００５年１２月１３日に発行された「超伝導体物および組成ならびに該超伝導体物を作る方法」と題する米国特許第６，９７４，５０１号明細書；２００４年９月２９日に出願された「パターン化した酸化物超電導体の結露堆積」と題する米国特許出願第１０／９５５，８６６号明細書；２００５年９月３０日に出願された「改善された性能を持った厚肉超伝導体膜」と題する米国特許出願第１１／２４１，６３６号明細書；２００４年９月２９日に出願された「低交流損失の繊条質コーティングを施した超伝導体」と題する米国特許出願第１０／９５５，８７５号明細書；２００４年９月２９日に出願された「スタックした繊条質コーティングを施した超伝導体」と題する米国特許出願第１０／９５５，８０１号明細書；２００５年３月３１日に出願された「繊条質コーティングを施した超伝導体用のメッシュ型スタビライザ」と題する米国仮特許出願第６０／６６７００１号；２００５年７月２９日に出願された「高温超電導ワイヤ用の構造」と題する米国特許出願第１１／１９３，２６２号明細書；２００５年７月２９日に出願された「高温超電導ワイヤおよびコイル」と題する米国仮特許出願第６０／７０３，８１５号；２００５年７月２９日に出願された「改善された性能を備えた厚肉超伝導体膜」と題する米国仮特許出願第６０／７０３８３６号；２００５年８月１９日に発行された「スタックした繊条質コーティングを施した超伝導体」と題する国際公開第０６／０２１００３号；２００５年８月１９日に発行された「低交流損失の繊条質コーティングを施した超伝導体」と題する国際公開第０６／０２３８２６号；２００６年１月１０日に出願された「酸化物超電導膜をパターン化する方法」と題する米国仮特許出願第６０／７５７８５５号；２００６年３月３０日に出願された「繊条質コーティングを施した超伝導体用のメッシュ型スタビライザ」と題する米国特許出願第１１／３９３６２６号明細書；２００６年７月２１日に出願された「密封した高温超伝導体ワイヤの製造」と題する米国特許出願第１１／４９０７７９号明細書；２００６年７月２１日に出願された「高電流で小型の柔軟な導体を包含した高温超伝導テープ」と題する米国仮特許出願第６０／８３２７１６号；２００６年７月２１日に出願された「高温超伝導体ワイヤ用の低抵抗接合部」と題する米国仮特許出願第６０／８３２７２４号；２００６年７月２５日に出願された「平面磁束ピニングセンタを有した高温超伝導体および該高温超伝導体を作るための方法」と題する米国仮特許出願第６０／８３２８７１号；２００６年１１月１６日に出願された「高温超伝導体における電気めっきを施した高抵抗スタビライザおよびその方法」と題する米国仮特許出願第６０／８６６１４８号；２００７年３月２３日に出願された「高温超伝導体ワイヤ用の金属キャップ層の溶液ベースの堆積のためのシステムおよび方法」と題する米国特許出願第１１／７２８１０８号明細書；２００７年４月６日に出願された「改善した特性を有した高温超伝導体のための複合基板」と題する米国仮特許出願第６０／９２２１４５号；２００７年７月２３日に出願された「高温超伝導体ワイヤ用の低抵抗接合部」と題する米国特許出願第１１／８８０，５８６号明細書；および２００６年７月２１日に出願された「高温超伝導体ワイヤ用の低抵抗接合部」と題する米国特許出願第６０／８３２，７２４号明細書。
【０１７０】
本発明は、その精神または本質的な特質から逸脱することなく他の特定の形態で具現化されることが可能である。したがって、本実施形態は、例示であり、限定的なものではないと考えられるべきである。
【図１】
2011529255.tif 000008
【図２】
2011529255.tif 000009
【図３】
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【図４】
2011529255.tif 000011
【図５】
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【図６】
2011529255.tif 000013
【図７】
2011529255.tif 000014
【図９ａ】
2011529255.tif 000015
【図９ｂ】
2011529255.tif 000016
【図８ａ】
2011529255.tif 000017
【図８ｂ】
2011529255.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月30日(2011.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントにおいて、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、該第１積層ワイヤの幅に亘るテーパを持つテーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の空隙層と、該空隙層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、該第２積層ワイヤの幅に亘るテーパを持つテーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の空隙層と、該空隙層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部に隣接し且つ結合している、第２積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている第１ＨＴＳストラップと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接したバッキング・ストラップとを備える２面ジョイント。
【請求項２】
第１ＨＴＳストラップは、空隙層と、該空隙層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の緩衝層と、該緩衝層上の基板層とを備え、該空隙層は、第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに隣接するとともに電気的に接続されている請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３】
第１ＨＴＳストラップは、その基板層上のラミネート層をさらに備える請求項２記載の２面ジョイント。
【請求項４】
第１ＨＴＳストラップは、該ＨＴＳストラップの空隙層と前記第１および第２ＨＴＳワイヤとの間に介在する第２ラミネート層をさらに備える請求項３記載の２面ジョイント。
【請求項５】
前記バッキング・ストラップは、第１ＨＴＳストラップの厚さの５０％〜１５０％になるように選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項６】
第１ＨＴＳストラップおよび前記バッキング・ストラップは、それぞれ第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤの幅の９０％〜１０５％となるように選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項７】
前記バッキング・ストラップは、前記バッキング・ストラップにおいて０．５％の引張歪みを与える第１負荷が、第１ＨＴＳストラップに０．５％の引張歪みを与えるのに必要な第２負荷の３０％〜１５０％の範囲内になるように選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項８】
前記バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラップは、前記バッキング・ストラップおよび第１ＨＴＳストラップの組合せにおいて０．５％の引張歪みを与えるのに必要な第１負荷が、第１積層ワイヤまたは第２積層ＨＴＳワイヤのいずれかにおいて０．５％の歪みを与えるのに必要な第２負荷未満となるように選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項９】
電気的な接続は、溶融温度が２４０℃未満の金属または合金を含む請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１０】
電気的な接続は、常温抵抗が５０μΩｃｍ未満の金属または合金を含む請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１１】
電気的な接続は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｕ、またはＩｎのうちのいずれかを含有する金属または合金である請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１２】
前記バッキング・ストラップは、第２ＨＴＳストラップを備える請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１３】
第２ＨＴＳストラップは、基板層と、該基板層上の緩衝層と、該緩衝層上の超伝導体層と、該超伝導体層上の空隙層とを備え、該空隙層は、第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに隣接するとともに電気的に接続されている請求項１２記載の２面ジョイント。
【請求項１４】
第２ＨＴＳストラップは、その基板層に近接したラミネート層をさらに備える請求項１３記載の２面ジョイント。
【請求項１５】
第２ＨＴＳストラップは、導電性の空隙層と第１および第２ＨＴＳワイヤとの間に介在する第２ラミネート層をさらに備える請求項１４記載の２面ジョイント。
【請求項１６】
第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤは各々、その第１ラミネート層とその基板層との間に介在する非積層ＨＴＳワイヤをさらに備え、該非積層ＨＴＳワイヤは、該第１ラミネート層上の第２空隙層と、該空隙層上の第２ＨＴＳ膜層と、該第２ＨＴＳ膜層上の第２緩衝層と、該第２緩衝層上の第２基板層とを備え、前記非積層ＨＴＳワイヤの空隙層は該第１ラミネート層と電気的に接続されている請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１７】
第２ＨＴＳストラップは第１ラミネート層と電気的に接続されている請求項１２記載の２面ジョイント。
【請求項１８】
前記バッキング・ストラップは、アルミニウム、亜鉛、銅、銀、ニッケル、鉄、クロム、鉛、またはモリブデンを含有する金属または合金を含む請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項１９】
第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤは各々、２５０μｍ以上の厚さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２０】
第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤは各々、３００μｍ以上の厚さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２１】
第１ＨＴＳストラップは、２５０μｍ未満の厚さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２２】
第１ＨＴＳストラップは、５０μｍ〜２００μｍの厚さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２３】
第１ＨＴＳストラップの長さは、前記バッキング・ストラップの長さよりも２％〜７０％長い請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２４】
第１ＨＴＳストラップの長さは、前記バッキング・ストラップの長さよりも２０％〜５０％長い請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２５】
前記積層ワイヤの長手方向軸に対する各々の第１テーパ端部の角度は、３度〜５０度の範囲である請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２６】
前記テーパ端部の各々は、０．４ｃｍ〜１０ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２７】
前記ＨＴＳストラップは、２ｃｍ〜２６ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２８】
前記ＨＴＳストラップは、５ｃｍ〜２６ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項２９】
前記バッキング・ストラップは、６ｃｍ〜１６ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３０】
前記バッキング・ストラップは、１．５ｃｍ〜２５ｃｍの長さを有する請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３１】
前記各積層ワイヤの積層部は、真鍮、ステンレス鋼、もしくは銅からなる材料、または、亜鉛、鉛、銀、錫、ニッケル、鉄、およびアルミニウムを含有する合金から選択される請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３２】
前記ジョイントを介した抵抗は、７７Ｋ〜２９３Ｋの温度範囲において３．０μΩ未満である請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３３】
前記２面ジョイントを１０ｃｍ以下の直径に曲げることによって前記ジョイントに物理的な欠陥が生じない請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３４】
前記ジョイントを１０ｃｍ以下の直径に曲げることによって臨界電流が１５％以上減少しない請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３５】
前記ジョイントを１０ｃｍ以下の直径に曲げることによってジョイントの抵抗が５％以上増大しない請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３６】
前記２面ジョイントは形成器上に螺旋状に巻かれ、前記形成器は、５ｃｍ以下の直径を有し、前記２面ジョイントと形成器との間の空隙が１．５ｍｍ未満であるように、第１および第２厚肉積層ワイヤにおける０．１ｋｇ〜７ｋｇの軸方向張力と、６５ｍｍ以上のピッチとを有する、請求項１記載の２面ジョイント。
【請求項３７】
ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントにおいて、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、該第１積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、該第２積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部がは第２積層ＨＴＳワイヤの角度を持ったテーパ端部に隣接し且つ結合している、第２積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている上部サポートと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接した下部サポートとを備え、
前記ジョイントの材料および寸法は、第１積層ＨＴＳワイヤおよび第２積層ＨＴＳワイヤのＨＴＳ膜に中立軸を提供するように選択される２面ジョイント。
【請求項３８】
ＨＴＳ積層ワイヤ用の２面ジョイントにおいて、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤのテーパ端部に隣接し且つ結合している、第２積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている第１ＨＴＳストラップと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接したバッキング・ストラップとを備え、
前記ジョイントの材料および寸法は、前記ジョイントに亘り連続した機械的応力を提供するように選択される２面ジョイント。
【請求項３９】
超伝導体ケーブルであって、
形成器と、
複数のＨＴＳワイヤであって、少なくとも１つのワイヤが、１つ以上の２面ジョイントと、該２面ジョイントの各々と前記形成器との間の１つ以上の空隙とを有する、複数のＨＴＳワイヤと、を備え、
前記１つ以上の２面ジョイントは、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、該第１積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、該第２積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤの角度を持ったテーパ端部に隣接し且つ結合している、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている上部サポートと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接した下部サポートとを備える、超伝導体ケーブル。
【請求項４０】
前記形成器は、５ｃｍ以下の直径を有する請求項３９記載の超伝導体ケーブル。
【請求項４１】
前記空隙は、１．５ｍｍ未満である請求項３９記載の超伝導体ケーブル。
【請求項４２】
前記複数のワイヤは、１ｋｇ〜５ｋｇの軸方向張力および６５ｍｍ以上のピッチで形成器に螺旋状に巻かれている請求項３９記載の超伝導体ケーブル。
【請求項４３】
超電導ワイヤを巻く方法であって、
１つ以上の２面ジョイントを形成すべく１つ以上のＨＴＳワイヤを接合する工程と、
前記１つ以上のＨＴＳワイヤを形成器の周囲に螺旋状のパターンで巻く工程と、
前記２面ジョイントと前記形成器との間に空隙を形成する工程とを含み、
前記１つ以上の２面ジョイントは、
第１積層ＨＴＳワイヤであって、該第１積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備える、第１積層ＨＴＳワイヤと、
第２積層ＨＴＳワイヤであって、該第２積層ＨＴＳワイヤの幅に亘るテーパを持つ第１テーパ端部を有し、第１ラミネート層と、該第１ラミネート層上の基板層と、該基板層上のＨＴＳ膜層と、該ＨＴＳ膜層上の第２ラミネート層とを備え、第１積層ＨＴＳワイヤの第１テーパ端部は第２積層ＨＴＳワイヤの角度を持ったテーパ端部に隣接し且つ結合している、第２積層ＨＴＳワイヤと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第２ラミネート層とに電気的に接続されている上部サポートと、
第１積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層と第２積層ＨＴＳワイヤの第１ラミネート層とに近接した下部サポートとを備える、超電導ワイヤを巻く方法。
【請求項４４】
前記複数のワイヤは、１ｋｇ〜５ｋｇの軸方向張力および６５ｍｍ以上のピッチで形成器に螺旋状に巻かれる請求項４３記載の超電導ワイヤを巻く方法。
【請求項４５】
前記空隙は、１．５ｍｍ未満である請求項４３記載の超電導ワイヤを巻く方法。
【国際調査報告】
2011529255.tif 000019