(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層型超伝導体線材であって、
第１の表面及び前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する第１の高温超伝導体層と、
前記第１の高温超伝導体層の前記第１の表面を覆い物理的に直接接触している第１の導電性キャップ層と、
前記第１の高温超伝導体層の前記第２の表面を覆い物理的に直接接触している第２の導電性キャップ層と、
前記第１の導電性キャップ層を覆い付着された第１の積層体層と、
第１の表面及び前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する安定化材層であり、前記安定化材層の前記第１の表面が前記第２の導電性キャップ層を覆い付着される、安定化材層と、
第１の表面及び前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する第２の高温超伝導体層と、
前記第２の高温超伝導体層の前記第１の表面を覆い物理的に直接接触している第３の導電性キャップ層と、
前記第２の高温超伝導体層の前記第２の表面を覆い物理的に直接接触している第４の導電性キャップ層と、
前記第４の導電性キャップ層を覆い付着された第２の積層体層と
を備え、
前記安定化材層の前記第２の表面が、前記第３の導電性キャップ層を覆い付着され、
前記積層型超伝導体線材の第１の端部に沿って配置され前記第１の積層体層及び前記第２の積層体層に接続された第１のフィレットと、前記積層型超伝導体線材の第２の端部に沿って配置され前記第１の積層体層及び前記第２の積層体層に接続された第２のフィレットとを備える、積層型超伝導体線材。
【請求項２】
前記第１及び第２の高温超伝導体層が、希土類−アルカリ土類−銅酸化物をそれぞれ含む、請求項１に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項３】
前記第１、第２、第３及び第４の導電性キャップ層が、銀又は銀合金又は銀層及び銅層をそれぞれ含む、請求項１に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項４】
前記第１及び第２の積層体層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含む、請求項１に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項５】
前記第１及び第２の積層体層が、前記第１及び第２の高温超伝導体層の幅よりも大きい幅を有する、請求項３に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項６】
前記第１及び第２の積層体層の前記幅が、前記第１及び第２の高温超伝導体層の前記幅よりも０．０１と２ｍｍとの間だけ大きい、請求項５に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項７】
前記安定化材層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含む、請求項１に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項８】
前記第２の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して前記安定化材層の前記第１の表面に付着され、前記第４の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して前記安定化材層の前記第２の表面に付着され、前記第１の積層体が、エポキシ又ははんだを介して前記第１の導電性キャップ層に付着され、前記第２の積層体が、エポキシ又ははんだを介して前記第４の導電性キャップ層に付着され、前記第１及び第２のフィレットが、エポキシ又ははんだから形成される、請求項１に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項９】
前記エポキシは、前記エポキシを導電性、熱伝導性又は導電性且つ熱伝導性にさせる材料をドープされている、請求項８に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１０】
積層型超伝導体線材であって、
第１の表面及び前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する高温超伝導体層と、
前記高温超伝導体層の前記第１の表面を覆い物理的に直接接触している第１の導電性キャップ層と、
前記高温超伝導体層の前記第２の表面を覆い物理的に直接接触している第２の導電性キャップ層と、
前記第１の導電性キャップ層を覆い付着された第１の積層体層と、
第１の表面及び前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する安定化材層であり、前記安定化材層の前記第１の表面が前記第２の導電性キャップ層を覆い付着される、安定化材層と、
前記安定化材層の前記第２の表面を覆い付着された第２の積層体層と
を備え、
前記積層型超伝導体線材の第１の端部に沿って配置され前記第１の積層体層及び前記第２の積層体層に接続された第１のフィレットと、前記積層型超伝導体線材の第２の端部に沿って配置され前記第１の積層体層及び前記第２の積層体層に接続された第２のフィレットとを備える、積層型超伝導体線材。
【請求項１１】
前記高温超伝導体層が、希土類−アルカリ土類−銅酸化物を含む、請求項１０に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１２】
前記第１及び第２の導電性キャップ層が、銀又は銀合金又は銀層及び銅層をそれぞれ含む、請求項１０に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１３】
前記第１及び第２の積層体層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含む、請求項１０に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１４】
前記第１及び第２の積層体層が、前記第１及び第２の高温超伝導体層の幅よりも大きい幅を有する、請求項１３に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１５】
前記第１及び第２の積層体層の前記幅が、前記第１の高温超伝導体層の前記幅よりも０．０１と２ｍｍとの間だけ大きい、請求項１４に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１６】
前記安定化材層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含む、請求項１０に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１７】
前記第２の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して前記安定化材層の前記第１の表面に付着され、前記第１の積層体が、エポキシ又ははんだを介して前記第１の導電性キャップ層に付着され、前記第２の積層体が、エポキシ又ははんだを介して前記安定化材層の前記第２の表面に張り合わせられ、前記第１及び第２のフィレットが、エポキシ又ははんだから形成される、請求項１０に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１８】
前記エポキシは、前記エポキシを導電性、熱伝導性又は導電性且つ熱伝導性にさせる材料がドープされている、請求項１７に記載の積層型超伝導体線材。
【請求項１９】
積層型超伝導体線材を作る方法であって、
第１の二軸テクスチャ付き基板を覆い物理的に直接接触している第１の表面を有する第１の高温超伝導体層と、前記第１の超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している第１の導電性キャップ層とを有する第１の超伝導体インサートを準備するステップと、
第２の二軸テクスチャ付き基板の第１の表面を覆い物理的に直接接触している第１の表面を有する第２の高温超伝導体層と、前記第２の超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している第２の導電性キャップ層とを有する第２の超伝導体インサートを準備するステップと、
安定化材層の第１の表面に前記第１の超伝導体インサートの前記第１の導電性キャップ層を付着させ、前記安定化材層の前記第１の表面とは反対側の安定化材層の第２の表面に前記第２の超伝導体インサートの前記第２の導電性キャップ層を付着させるステップと、
前記第１の超伝導体層の前記第１の表面を露出させるために前記第１の超伝導体層から前記第１の二軸テクスチャ付き基板を除去し、前記第２の超伝導体層の前記第１の表面を露出させるために前記第２の超伝導体層から前記第２の二軸テクスチャ付き基板を除去するステップと、
前記第１の超伝導体層の前記第１の表面に第３の導電性キャップ層を付着し、前記第２の超伝導体層の前記第１の表面に第４の導電性キャップ層を付着するステップと、
前記第３の導電性キャップ層に第１の積層体層を付着し、前記第４の導電性キャップ層に第２の積層体層を付着するステップと
を含み、
前記第１及び第２の積層体層を付着する前記ステップが、前記積層型超伝導体線材の第１の端部に沿って前記第１の積層体層及び前記第２の積層体層に接続された第１のフィレットを配置するステップと、前記積層型超伝導体線材の第２の端部に沿って前記第１の積層体層及び前記第２の積層体層に接続された第２のフィレットを配置するステップとを含む、方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２の高温超伝導体層が、希土類−アルカリ土類−銅酸化物をそれぞれ含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の二軸テクスチャ付き基板が、ハステロイ又はニッケル合金のうちの一方をそれぞれ含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２の二軸テクスチャ付き基板が、少なくとも１つのバッファ層をそれぞれさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１、第２、第３及び第４の導電性キャップ層が、銀又は銀合金又は銀の層及び銅の層をそれぞれ含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２の積層体層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１及び第２の積層体層が、前記第１及び第２の高温超伝導体層の幅よりも大きい幅を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１及び第２の積層体層の前記幅が、前記第１及び第２の高温超伝導体層の前記幅よりも０．０１と２ｍｍとの間だけ大きい、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記安定化材層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して前記安定化材層の前記第１の表面に付着され、前記第４の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して前記安定化材層の前記第２の表面に付着され、前記第１の積層体が、エポキシ又ははんだを介して前記第１の導電性キャップ層に付着され、前記第２の積層体が、エポキシ又ははんだを介して前記第２の導電性キャップ層に付着され、前記第１及び第２のフィレットが、エポキシ又ははんだから形成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記除去した第１及び第２の二軸テクスチャ付き基板のうちの一方を覆い直接接触している表面を有する高温超伝導体層をそれぞれ有する２つの超伝導体インサートを作製するために、前記第１及び第２の超伝導体層から除去した前記第１及び第２の二軸テクスチャ付き基板を再使用するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
積層型超伝導体線材を作る方法であって、
第１の表面及び前記第１の表面とは反対側の第２の表面を有する高温超伝導体層を有する超伝導体インサートを準備するステップであり、前記第１の表面が二軸テクスチャ付き基板を覆い直接接触しており、第１の導電性キャップ層が前記超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している、超伝導体インサートを準備するステップと、
安定化材層の第１の表面に前記超伝導体インサートの前記第１の導電性キャップ層を付着させるステップと、
前記第１の超伝導体層の前記第１の表面を露出させるために前記第１の超伝導体層から前記二軸テクスチャ付き基板を除去するステップと、
前記超伝導体層の前記第１の表面に第３の導電性キャップ層を付着させるステップと、
前記第２の導電性キャップ層に第１の積層体層を付着させ、前記安定化材層の第２の表面に第２の積層体層を付着させるステップと
を含み、
前記第１及び第２の積層体層を付着させる前記ステップが、前記積層型超伝導体線材の第１の端部に沿って前記第１の積層体層及び前記第２の積層体層に接続された第１のフィレットを配置するステップと、前記積層型超伝導体線材の第２の端部に沿って前記第１の積層体層及び前記第２の積層体層に接続された第２のフィレットを配置するステップとを含む、方法。
【請求項３１】
前記高温超伝導体層が、希土類−アルカリ土類−銅酸化物を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記二軸テクスチャ付き基板が、ハステロイ又はニッケル合金のうちの一方を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記二軸テクスチャ付き基板が、少なくとも１つのバッファ層をさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１及び第２の導電性キャップ層が、銀又は銀合金又は銀の層及び銅の層をそれぞれ含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１及び第２の積層体層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１及び第２の積層体層が、前記高温超伝導体層の幅よりも大きい幅を有する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１及び第２の積層体層の前記幅が、前記高温超伝導体層の前記幅よりも０．０１と２ｍｍとの間だけ大きい、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記安定化材層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して前記安定化材層の前記第１の表面に付着され、前記第１の積層体が、エポキシ又ははんだを介して前記第１の導電性キャップ層に張り合わせられ、前記第２の積層体が、エポキシ又ははんだを介して前記安定化材層の前記第２の表面に張り合わせられ、前記第１及び第２のフィレットが、エポキシ又ははんだから形成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】
前記除去した二軸テクスチャ付き基板と重なりを覆い直接接触している表面を有する高温超伝導体層を有する超伝導体インサートを作製するために、前記第１の超伝導体層から除去した前記二軸テクスチャ付き基板を再使用するステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広い意味でいうと長さの長い高温超伝導（「ＨＴＳ）線材に関し、特にエンジニアリング電流密度を高めたＨＴＳ線材に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＴＳ材料（７７Ｋの液体窒素温度よりも高い温度で超伝導特性を維持できる材料）の発見以来、ＨＴＳ材料を使用する様々なエンジニアリング用途を開発するための努力が行われている。薄膜超伝導デバイス及び線材では、ＹＢａ２ＣｕＯ７−ｙ（以降、Ｙ１２３又はＹＢＣＯと呼ぶ）の良く知られている基本組成のイットリウム、バリウム、銅及び酸素を含んでいる酸化物超伝導体を利用するデバイスの製造で最も発展しており、この酸化物超伝導体は、軍用、高エネルギー物理学用、材料加工用、交通用、及び医療使用のためのケーブル、モータ、発電機、同期進相機、変圧器、電流制限器、及び磁石システムを含め、多くの用途にとって依然として好ましい材料である。
【０００３】
一般に被覆導体又は第二世代（２Ｇ：Second Generation）線材と呼ばれるこれらのＹＢＣＯ材料に基づくＨＴＳ線材は、ロール−ツー−ロール生産ラインを使用して７７Ｋ及び自己場で３ＭＡ／ｃｍ２以上の臨界電流密度、Ｊｃ、を有する数百メートル以上の連続する長さで製造されている。基板及び安定化材材料の厚さを考慮すると、８ＫＡ／ｃｍ２を超えるエンジニアリング電流密度（Ｊｅ）が、長尺で実現されている。
【０００４】
様々な電力用途に対してＨＴＳ線材をより望ましく作り続けるために、エンジニアリング電流密度を高めることが非常に重要である。ＨＴＳ層が上に配置される１つ又は複数のバッファ層をともなう基板を有する２Ｇ線材の構造が長く確立されており高性能２Ｇ線材に必要であるので、興味の中心は、Ｊｃを高めること、Ｊｅを高めることに置かれている。結果として、Ｊｅの増加は、ＨＴＳ  ２Ｇ線材の全断面積が基板及び安定化材層の厚さのために安定なままであるので幾分か穏やかである。
【０００５】
加えて、ニッケル・タングステン（Ｎｉ５Ｗ）などのＨＴＳ線材で使用されるある種の基板は、磁気的性質を有し、ＡＣ用途では最適な電気的性能よりも劣るという結果になっている。努力は、磁性のより小さな材料（例えば、Ｎｉ９Ｗ）を使用することにより係る基板の磁気的性質を低下させることに集中しているが、同等の総合的な電気的性能特性を維持する際の難題が存続している。
【０００６】
そのため、エンジニアリング電流密度を高めたＨＴＳ線材並びにＡＣ用途において電気的性能を改善したＨＴＳ線材に対する必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／００６２０９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エンジニアリング電流密度を高めたＨＴＳ線材を作製することが本発明の目的である。
【０００９】
ＡＣ用途において電気的性能を改善したＨＴＳ線材を作製することが本発明のさらなる目的である。
【００１０】
テクスチャ付き基板が線材製造プロセスにおいて除去され、別のＨＴＳ線材を作製するためにこの除去したテクスチャ付き基板を再使用可能であるＨＴＳ線材を作製することが、本発明のさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つの態様では、本発明は、積層型超伝導体線材アセンブリを含み、第１の表面及び第１の表面とは反対側の第２の表面を有する第１の高温超伝導体層と、第１の高温超伝導体層の第１の表面を覆い物理的に直接接触している第１の導電性キャップ層とを備える。第１の高温超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している第２の導電性キャップ層と、第１の導電性キャップ層を覆い付着された第１の積層体層とがある。また、第１の表面及び第１の表面とは反対側の第２の表面を有する安定化材層であって、安定化材層の第１の表面が第２の導電性キャップ層を覆い付着される、安定化材層がある。また、第１の表面及び第１の表面とは反対側の第２の表面を有する第２の高温超伝導体層と、第２の高温超伝導体層の第１の表面を覆い物理的に直接接触している第３の導電性キャップ層とがある。さらに、第２の高温超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している第４の導電性キャップ層と、第４の導電性キャップ層を覆い付着された第２の積層体層とがある。安定化材層の第２の表面が、第３の導電性キャップ層を覆い付着され、積層型超伝導体線材アセンブリの第１の端部に沿って配置され第１の積層体層及び第２の積層体層に接続された第１のフィレットが含まれる。積層型超伝導体線材アセンブリの第２の端部に沿って配置され第１の積層体層及び第２の積層体層に接続された第２のフィレットがある。
【００１２】
本発明の他の態様では、下記の特徴のうちの１つ又は複数が含まれてもよい。第１及び第２の高温超伝導体層が、希土類−アルカリ土類−銅酸化物をそれぞれ含んでもよい。第１、第２、第３及び第４の導電性キャップ層が、銀又は銀合金又は銀層及び銅層をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の積層体層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の積層体層が、第１及び第２の高温超伝導体層の幅よりも大きい幅を有することがある。第１及び第２の積層体層の幅が、第１及び第２の高温超伝導体層の幅よりも０．０１と２ｍｍとの間だけ大きいことがある。安定化材層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含んでもよい。第２の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して安定化材層の第１の表面に付着されてもよく、第４の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して安定化材層の第２の表面に付着されてもよく、第１の積層体が、エポキシ又ははんだを介して第１の導電性キャップ層に付着されてもよく、第２の積層体が、エポキシ又ははんだを介して第４の導電性キャップ層に付着されてもよく、第１及び第２のフィレットが、エポキシ又ははんだから形成されてもよい。エポキシが、エポキシを導電性、熱伝導性又は導電性且つ熱伝導性にさせる材料でドープされてもよい。
【００１３】
別の態様では、本発明は、積層型超伝導体線材アセンブリを特徴づけ、第１の表面及び第１の表面とは反対側の第２の表面を有する高温超伝導体層を備える。高温超伝導体層の第１の表面を覆い物理的に直接接触している第１の導電性キャップ層がある。また、高温超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している第２の導電性キャップ層と、第１の導電性キャップ層を覆い付着された第１の積層体層とがある。第１の表面及び第１の表面とは反対側の第２の表面を有する安定化材層であって、安定化材層の第１の表面が第２の導電性キャップ層を覆い付着される、安定化材層と、安定化材層の第２の表面を覆い付着された第２の積層体層とがさらに含まれる。積層型超伝導体線材アセンブリの第１の端部に沿って配置され第１の積層体層及び第２の積層体層に接続された第１のフィレットと、積層型超伝導体線材アセンブリの第２の端部に沿って配置され第１の積層体層及び第２の積層体層に接続された第２のフィレットとが含まれる。
【００１４】
本発明のさらに他の態様では、下記の特徴のうちの１つ又は複数が含まれてもよい。高温超伝導体層が、希土類−アルカリ土類−銅酸化物を含んでもよい。第１及び第２の導電性キャップ層が、銀又は銀合金又は銀層及び銅層をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の積層体層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の積層体層が、第１及び第２の高温超伝導体層の幅よりも大きい幅を有することがある。第１及び第２の積層体層の幅が、第１の高温超伝導体層の幅よりも０．０１と２ｍｍとの間だけ大きいことがある。安定化材層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含んでもよい。第２の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して安定化材層の第１の表面に付着されてもよく、第１の積層体が、エポキシ又ははんだを介して第１の導電性キャップ層に付着されてもよく、第２の積層体が、エポキシ又ははんだを介して安定化材層の第２の表面に張り合わせられてもよく、第１及び第２のフィレットが、エポキシ又ははんだから形成されてもよい。エポキシが、エポキシを導電性、熱伝導性、又は導電性且つ熱伝導性にさせる材料でドープされてもよい。
【００１５】
１つの態様では、本発明は、積層型超伝導体線材を作る方法を含む。本方法は、第１の二軸テクスチャ付き基板を覆い物理的に直接接触している第１の表面を有する第１の高温超伝導体層と、第１の超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している第１の導電性キャップ層とを有する第１の超伝導体インサートを準備するステップを含む。本方法はまた、第２の二軸テクスチャ付き基板の第１の表面を覆い物理的に直接接触している第１の表面を有する第２の高温超伝導体層と、第２の超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している第２の導電性キャップ層とを有する第２の超伝導体インサートを準備するステップを含む。本方法はまた、安定化材層の第１の表面に第１の超伝導体インサートの第１の導電性キャップ層を付着し、安定化材層の第１の表面とは反対側の安定化材層の第２の表面に第２の超伝導体インサートの第２の導電性キャップ層を付着するステップを含む。本方法は加えて、第１の超伝導体層の第１の表面を露出させるために第１の超伝導体層から第１の二軸テクスチャ付き基板を除去し、第２の超伝導体層の第１の表面を露出させるために第２の超伝導体層から第２の二軸テクスチャ付き基板を除去するステップを含む。本方法は、第１の超伝導体層の第１の表面に第３の導電性キャップ層を付着し、第２の超伝導体層の第１の表面に第４の導電性キャップ層を付着するステップと、第３の導電性キャップ層に第１の積層体層を付着し、第４の導電性キャップ層に第２の積層体層を付着するステップとをさらに含む。第１及び第２の積層体層を付着するステップが、積層型超伝導体線材アセンブリの第１の端部に沿い第１の積層体層及び第２の積層体層に接続された第１のフィレットを配置するステップと、積層型超伝導体線材アセンブリの第２の端部に沿い第１の積層体層及び第２の積層体層に接続された第２のフィレットを配置するステップとを含む。
【００１６】
本発明の他の態様では、下記の特徴のうちの１つ又は複数が含まれてもよい。第１及び第２の高温超伝導体層が、希土類−アルカリ土類−銅酸化物をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の二軸テクスチャ付き基板が、ハステロイ又はニッケル合金のうちの一方をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の二軸テクスチャ付き基板が、少なくとも１つのバッファ層をそれぞれさらに含んでもよい。第１、第２、第３及び第４の導電性キャップ層が、銀又は銀合金又は銀の層及び銅の層をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の積層体層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の積層体層が、第１及び第２の高温超伝導体層の幅よりも大きい幅を有することがある。第１及び第２の積層体層の幅が、第１及び第２の高温超伝導体層の幅よりも０．０１と２ｍｍとの間だけ大きいことがある。安定化材層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含んでもよい。第２の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して安定化材層の第１の表面に付着されてもよく、第４の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して安定化材層の第２の表面に付着されてもよく、第１の積層体が、エポキシ又ははんだを介して第１の導電性キャップ層に付着されてもよく、第２の積層体が、エポキシ又ははんだを介して第２の導電性キャップ層に付着されてもよく、第１及び第２のフィレットが、エポキシ又ははんだから形成されてもよい。本方法はまた、除去した第１及び第２の二軸テクスチャ付き基板のうちの一方を覆い直接接触している表面を有する高温超伝導体層をそれぞれ有する２つの超伝導体インサートを作製するために、第１及び第２の超伝導体層から除去した第１及び第２の二軸テクスチャ付き基板を再使用するステップを含んでもよい。
【００１７】
さらに別の態様では、本発明は、積層型超伝導体線材を作る方法を含み、本方法は、第１の表面及び第１の表面とは反対側の第２の表面を有する高温超伝導体層を有する超伝導体インサートを準備するステップを含む。第１の表面が二軸テクスチャ付き基板を覆い直接接触し、第１の導電性キャップ層が超伝導体層の第２の表面を覆い物理的に直接接触している。本方法は、安定化材層の第１の表面に超伝導体インサートの第１の導電性キャップ層を付着するステップと、第１の超伝導体層の第１の表面を露出させるために第１の超伝導体層から二軸テクスチャ付き基板を除去するステップとを含む。本方法はまた、超伝導体層の第１の表面に第３の導電性キャップ層を付着するステップと、第２の導電性キャップ層に第１の積層体層を付着し、安定化材層の第２の表面に第２の積層体層を付着するステップとを含む。第１及び第２の積層体層を付着するステップが、積層型超伝導体線材アセンブリの第１の端部に沿い第１の積層体層及び第２の積層体層に接続された第１のフィレットを配置するステップと、積層型超伝導体線材アセンブリの第２の端部に沿い第１の積層体層及び第２の積層体層に接続された第２のフィレットを配置するステップとを含む。
【００１８】
本発明のさらなる態様では、下記の特徴のうちの１つ又は複数が含まれてもよい。高温超伝導体層が、希土類−アルカリ土類−銅酸化物を含んでもよい。二軸テクスチャ付き基板が、ハステロイ又はニッケル合金のうちの一方を含んでもよい。二軸テクスチャ付き基板が、少なくとも１つのバッファ層をさらに含んでもよい。第１及び第２の導電性キャップ層が、銀又は銀合金又は銀の層及び銅の層をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の積層体層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含んでもよい。第１及び第２の積層体層が、高温超伝導体層の幅よりも大きい幅を有することがある。第１及び第２の積層体層の幅が、高温超伝導体層の幅よりも０．０１と２ｍｍとの間だけ大きいことがある。安定化材層が、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含んでもよい。第２の導電性キャップ層が、エポキシ又ははんだを介して安定化材層の第１の表面に付着されてもよく、第１の積層体が、エポキシ又ははんだを介して第１の導電性キャップ層に張り合わせられてもよく、第２の積層体が、エポキシ又ははんだを介して安定化材層の第２の表面に張り合わせられてもよく、第１及び第２のフィレットが、エポキシ又ははんだから形成されることがある。本方法は、除去した二軸テクスチャ付き基板を覆い直接接触している表面を有する高温超伝導体層を有する超伝導体インサートを作製するために、第１の超伝導体層から除去した二軸テクスチャ付き基板を再使用するステップをさらに含んでもよい。
【００１９】
さらなる特徴、利点、及び本発明の実施例を、下記の詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲の検討から明らかにすることができる。その上、前述の本開示の概要及び下記の詳細な説明は、例示的であり権利を主張する本開示の範囲をさらに限定することなくさらなる説明を提供するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】先行技術の２Ｇ  ＨＴＳ線材の構成の図である。
【図２】ＲＡＢｉＴＳ／ＭＯＤプロセスにより図１の２Ｇ  ＨＴＳ線材を製造するための先行技術のリール−ツー−リール・プロセスの図である。
【図３】この発明の実施例による両面ＨＴＳ線材を製造するためのリール・ツー・リール・プロセスの図である。
【図４】図３のリール・ツー・リール・プロセスにしたがって製造した両面ＨＴＳ線材の断面図である。
【図５】この発明の別の実施例による片面ＨＴＳ線材を製造するためのリール・ツー・リール・プロセスの図である。
【図６】図５のリール・ツー・リール・プロセスにしたがって製造した片面ＨＴＳ線材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
先行技術のＨＴＳ線材１０の例示的な構成が、図１に描かれている。この構成では、ＨＴＳ線材１０は、基板１６を覆って配置され基板により支持された多結晶超伝導体層１２を含み、これらの間には１つ又は複数のバッファ層１４がある。基板１６は、任意の適した金属含有材料から形成することができる柔軟な金属箔を含む。１つの実施例によれば、柔軟な金属基板は、ニッケル・タングステン合金などの、ニッケル含有合金である。
【００２２】
基板１６は、超伝導体層１２に転写されるテクスチャを含むことができる。本明細書において説明されるように、テクスチャは、結晶面配列を含んでいるマイクロ構造を呼ぶ。超伝導体層内の高度な結晶面配列は、多結晶超伝導体層１２が単結晶のような性能を示すことを可能にする。テクスチャ付き基板１６を、上に説明した他の層のうちの１つをともなう柔軟な金属膜とすることができる。或いは、テクスチャ付き基板１６を、被覆導体内の別の層とすることができる。
【００２３】
テクスチャ付き基板１６を、任意の適切なプロセスにより作製ずることができる。１つの実施例によれば、テクスチャ付き基板１６を、圧延支援型二軸テクスチャ付き基板（ＲＡＢｉＴＳ：rolling-assisted biaxially textured substrate）プロセスにより作製することができる。ＲＡＢｉＴＳプロセスは、圧延支援型プロセスによる二軸テクスチャ付き金属箔の作製を含む。少なくとも１つの酸化物バッファ層１４を次いで、金属基板と同じ二軸テクスチャ付きマイクロ構造を示している酸化物バッファ層とともに、テクスチャ付き金属基板１６の上に設ける。二軸テクスチャ付き高温超伝導体層１２を次いで、酸化物バッファ層１４を覆って堆積する。酸化物バッファ層１４は、膜から超伝導体層への金属の拡散を防止する。
【００２４】
別の実施例によれば、テクスチャ付き基板を、イオン−ビーム支援型堆積（ＩＢＡＤ：ion-beam assisted deposition）を利用するプロセスにより作製することができる。ＩＢＡＤプロセスは、テクスチャを付けていない金属箔の表面へのテクスチャ付きセラミック・バッファ層のイオン−ビーム支援型堆積を含む。超伝導体層を次いで、テクスチャ付きセラミック・バッファ層を覆って堆積する。追加のバッファ層を、テクスチャ付きセラミック・バッファ層と超伝導体層との間及び／又は金属膜とテクスチャ付きセラミック・バッファ層との間に設けることができる。ＩＢＡＤ被覆導体は、金属膜基板、テクスチャ付きセラミック酸化物バッファ層、酸化物バッファ層、超伝導体層、金属保護層、及び安定化材層を含む。
【００２５】
超伝導体層を、任意の適したプロセスにより被覆導体構造の基板を覆って堆積することができる。１つの実施例によれば、超伝導体層を、有機金属堆積プロセスにより堆積することができる。別の実施例によれば、超伝導体層を、パルス・レーザ堆積（ＰＬＤ：pulsed laser deposition）、反応性共蒸着（ＲＣＥ：reactive co-evaporation）、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：metal-organic chemical vapor deposition）、電子線堆積、化学気相堆積（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）、又はスパッタリング・プロセスにより堆積することができる。超伝導体層は、任意の適切な厚さを有することができる。１つの実施例によれば、超伝導体層は、１μｍよりも大きな厚さを有する。別の実施例では、超伝導体層は、約１μｍから約２μｍの範囲内の厚さを有する。いくつかの実施例によれば、超伝導体は、約５μｍ未満の厚さを有することができる。
【００２６】
本分野において知られているように、ＨＴＳ線材１０はまた、超伝導体層１２の上に配置されたＡｇ層などの金属保護層１８ａ及びこの金属層１８ａの上に配置された安定化材層２０ａを含むことができる。ＨＴＳ線材１０はまた、バッファ層１４が配置される表面とは反対側の基板１６の表面の上に配置されたＡｇ層などの金属保護層１８ｂを含むことができる。安定化材層２０ｂを、金属層１８ｂの上に配置することができる。保護層及び安定化材層を、本明細書では組み合わせでキャップ層と呼ぶことができる。
【００２７】
保護金属層（又はキャップ層）１８ａ／１８ｂを、超伝導体層／基板を保護する目的で超伝導体層１４及び基板１６を覆って堆積し、任意の適した金属含有材料とすることができる。１つの実施例によれば、保護金属層は銀層である。保護層は、任意の適切な厚さを有することができる。１つの実施例によれば、保護層は、３μｍの厚さを有する。別の実施例によれば、保護層は、約１μｍの厚さを有する。別の実施例によれば、保護層は、約０．５μｍの厚さを有する。
【００２８】
１つの実施例によれば、安定化材層２０ａ／２０ｂは、任意の適した金属含有材料を含むことができ、２５μｍよりも大きな厚さを有することができる。別の実施例では、安定化材層は、１０から２５μｍの厚さを有することができる。別の実施例では、安定化材層は、約０．５μｍの厚さを有することができる。１つの実施例では、安定化材層は、銅である。他の実施例では、安定化材層は、ステンレス鋼、真鍮、又は任意の他の適した金属含有材料である。１つの実施例では、安定化材層の幅は、ＨＴＳ層１２の厚さと同じである。別の実施例では、安定化材層の幅は、ＨＴＳ層１２の幅よりも大きい。別の実施例では、安定化材層は、ＨＴＳ線材１０のすべての側面の周りを包むことができる。
【００２９】
超伝導体層１２を、任意の適切な超伝導体から形成することができる。１つの実施例によれば、超伝導体層を、希土類金属−アルカリ土類金属−遷移金属−酸化物超伝導体とすることができる。１つの実施例によれば、超伝導体層１２は、一般式：
（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ
を有する超伝導体を含有することができ、ここで、ＲＥは、少なくとも１種の希土類金属を含み、０≦δ≦０．６５である。別の実施例によれば、超伝導体層は、一般式：
（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７
を有する超伝導体を含有することができ、ここで、ＲＥは、少なくとも１種の希土類金属を含む。１つの実施例では、ＲＥはイットリウムを含むことができ、一般式ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（ＹＢＣＯ）の超伝導体層を生成することがある。超伝導体層が便利さのためにＹＢＣＯ超伝導体層として本明細書では呼ばれるだろうが、この出願において論じる方法は、他の適切な超伝導体材料に同等に当てはまる。いくつかのケースでは、ＲＥを、２種以上の希土類金属の混合物とすることができる。
【００３０】
超伝導体層１２はまた、主希土類金属に加えてドーパントを含むことができる。ドーパントは、希土類金属であってもよい。１つの実施例によれば、ＹＢＣＯ超伝導体層は、ジスプロシウム・ドーパントを含むことができる。ドーパントは、主希土類金属に対して７５％までの量で存在することができる。１つの実施例によれば、主希土類金属の少なくとも約１％であり多くとも約５０％の量で存在する。別の実施例によれば、ドーパントを、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ又はＡｕなどの遷移金属とすることができる。ドーパントは、単一又は混合金属酸化物を形成するように超伝導体内の他の元素と組み合わせられることがある。
【００３１】
１つの実施例では、ＨＴＳ線材１０を、その長さに沿って多数のストリップへと区切ることができる。区切ることを、レーザ切断、ロール・スリッティング又は打抜加工を含め任意の適切な手段により行うことができる。その上、ＨＴＳ線材１０がその長さに沿って多数のストリップへと区切られた後で、下記に説明するように、ストリップを次いで、安定化材層２０ａと２０ｂの外側表面上の積層体同士の間に挟むことができる。
【００３２】
積層体並びに安定化材層２０ａと２０ｂを含むことにより、ＨＴＳ線材構造は、好適に機械的に強化され、ＨＴＳ層１２が電気的に安定化されるようにＨＴＳ層１２からの電気的経路を設けられている。これゆえ、例えば、ＨＴＳ電力ケーブルにおけるなどの電力用途において直接的に利用されるように構成される。ある種のケースでは、望まれるものすべてが、積層体層のない図１のＨＴＳ線材構造を含むいわゆる「インサート」線材である。下記に説明されるように、この発明によるＨＴＳ線材は、プロセスの開始点としてＨＴＳインサート（金属の少ない層１８ｂ及び安定化材２０ｂ）から構築される。
【００３３】
図２には、テンプレート用のＲＡＢｉＴＳ基板及びＹＢＣＯ層用のＭＯＤプロセスを使用して、ＨＴＳ線材１０、図１、などの超伝導線材を作製するためのロール−ツー−ロール製造プロセス３０が示されている。プロセスは、基板１６、図１、などの基板を作製するためのプロセス・ステップ３２における基板圧延及びテクスチャ・アニーリングを含み、バッファ層堆積及びバッファ層のスパッタ・バッファ堆積が、それぞれステップ３４と３６に示され、これが図１のバッファ層１４などのバッファ層を作製する。ステップ３８、４０と４２において、ＨＴＳ層（例えば、ＨＴＳ層１２、図１）を、溶液系の（ＲＥ）ＢＣＯ前駆物質を用いてバッファ処理した基板を被覆することにより堆積し、この前駆物質が分解され、（ＲＥ）ＢＣＯ層が成長する。次に、ステップ４４において、Ａｇ保護層（例えば、層１８ａ／１８ｂ、図１）を、ＨＴＳ層及び基板の上に堆積し、ステップ４６のところには、実行した酸素添加熱処理がある。プロセスにおける任意選択のステップは、イオン照射ステップ４８であり、これを、特に印加した磁場において、電気的性能を向上させるためにＨＴＳ層内のミクロ構造をピンニングする一様な分布を生成するために使用することができる。このプロセス・ステップは、本明細書に援用されている米国特許出願公開第２０１７／００６２０９８号にさらに十分に説明されている。プロセスのステップ５０においては、図１の安定化材層２０ａ／２０ｂなどの安定化材層を堆積し、それぞれステップ５２と５４のところのスリッティング及び積層体の貼り付けが続く。
【００３４】
他のプロセスがテンプレート、ＹＢＣＯ堆積、又は安定化のために使用されるときには、図２に描かれた個々のプロセス・ステップを、置き換えることができることが理解される。
【００３５】
上に説明した基本的なＨＴＳ線材製造プロセスを使用して、追加の／異なる処理ステップをこの発明にしたがって組み込むことができ、エンジニアリング電流密度を高めたＨＴＳ線材並びにＡＣ用途における電気的性能を向上させたＨＴＳ線材を作製することができる。追加の処理ステップ及びＨＴＳ線材構成を、下記の図３〜図７に関して説明する。
【００３６】
図３には、この発明のある実施例による連続リール・ツー・リール・プロセス６０が、それぞれＨＴＳインサート線材１０ａと１０ｂを搬送するリール６２と６４を含むように描かれており、これらのＨＴＳインサート線材は、（金属層１８ｂ及び安定化材２０ｂを除いて）図１に関して上に説明したＨＴＳインサート線材と同等であってもよい。安定化材材料７０を搬送する追加のリール６８がある。１つの実施例では、安定化材材料７０は、任意の適した金属含有材料を含むことができ、１０μｍよりも大きな厚さを有することがある。別の実施例では、安定化材層は、１から２μｍの厚さを有することがある。１つの実施例では、安定化材層は銅である。他の実施例では、安定化材層７０は、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含む。プロセス６０が連続プロセスであるように示されているが、プロセスは、代わりに２つ以上の個別のステップを使用して実行されることがあることに留意されたい。
【００３７】
ＨＴＳインサート線材１０ａは、そのキャップ層７２ａが安定化材材料７０の上面に面するようにリール６２を払い出される。ＨＴＳインサート線材１０ｂは、そのキャップ層７２ｂが安定化材材料７０の底面に面するようにリール６４を払い出される。キャップ層７２ａと７２ｂとは反対側の表面が、それぞれ、ＨＴＳインサート線材１０ａと１０ｂの基板層７４ａと７４ｂである。基板層７４ａ／７４ｂはまた、１つ又は複数のバッファ層を含むことができる。ＨＴＳインサート線材１０ａと１０ｂは、安定化材７０の両側に設置され、３つの材料が接合装置７６を通って送られ、この接合装置７６は、両面ＨＴＳ線材構造８０を作製するために、Ｓｎ系のはんだ材料の薄い層を介して安定化材７０の反対側表面に２つのＨＴＳインサート線材１０ａ／１０ｂを接合する。別の実施例では、エポキシを導電性、熱伝導性、又は導電性且つ熱伝導性にさせる材料でドープされることがある薄いエポキシが、安定化材７０の反対側表面にＨＴＳインサート１０ａ／１０ｂを張り合わせるために使用される。
【００３８】
両面ＨＴＳ線材構造８０は、剥離装置８２へと導入され、バッファ層を含んでいる基板層７４ａと７４ｂが各線材１０ａと１０ｂから離され又は剥離されて、ＨＴＳ層７５ａと７５ｂを露出させる。剥離プロセスは、２つのＨＴＳインサート・ストリップ１０ａと１０ｂが安定化材７０に張り合わせられるときに、複合ストリップ８０内の最も弱い界面が、ＨＴＳインサート・ストリップ１０ａと１０ｂ内のＨＴＳ層と酸化物バッファ層との間であるという事実に依存する。この界面は、＜１ＭＰａの非常に低い剥がれ応力又はへき開応力を有する。複合ストリップ８０が剥離装置８２へ送られるときには、剥離したインサート７４ａと７４ｂは、安定化材９０の表面に対して５から８５度の間の角度で剥がれることにより安定化材９０のそれぞれの側のＨＴＳ層７５ａと７５ｂから分離される。代替の実施例では、インサート７４ａと７４ｂが、複合ストリップ８０を加熱することにより安定化材９０のそれぞれの側のＨＴＳ層７５ａと７５ｂから分離されるので、インサート７４ａと７４ｂの間に追加の応力の導入によって、剥離を助長することができる。別の実施例では、複合ストリップ８０を冷却することによって、剥離を助長することができる。剥離プロセスは、米国、コロラド州アスペンでのＣｏａｔｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  Ｆｏｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ２０１６（ＣＣＡ２０１６）会議において、２０１６年９月１３日の「Ｒｅａｃｅｎｔ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｏｎ  ＳｕＮＡＭ‘ｓ  Ｃｏａｔｅｄ  Ｃｏｎｃｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，  Ｐｒｉｃｅ  ＆  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ｗａｙｓ“という名称の韓国、ＳｕＮＡＭ  Ｃｏ．ＬＴＤにより行われた発表で説明された。
【００３９】
剥離された基板７４ａと７４ｂは、連続プロセス６０の一部としてリール８４と８６に集められ、複合線材構造９０を残す。複合線材構造９０は、安定化材７０に付着されたキャップ層７２ａと７２ｂ、及び露出し安定化材７０から外に向かって面しているＨＴＳ層７５ａと７５を含む。新しいＨＴＳ層を上に成長させるためのテンプレートとして剥離されバッファ処理した基板７４ａと７４ｂを再使用することができ、以前に使用され剥離された基板を有するＨＴＳ線材を、連続プロセス６０を通して送ることができ、この発明によるＨＴＳ線材を作製することができるようにもう１度剥離されることに留意されたい。１つの実施例では、金属基板１６が新たなＨＴＳ層を成長させるためのテンプレートとして使用される前に、最上部の二軸テクスチャ付き酸化物バッファ層１４を、金属基板１６の上に再堆積することができる。１つの実施例では、最上部バッファ層１４は、ＣｅＯ２である。
【００４０】
キャップ層を、複合線材構造９０のＨＴＳ層７５ａと７５ｂの外側表面の上に堆積する。キャップ層は、銀又は銀合金又は銀層及び銅層をそれぞれ含むことができる。銅の層と組み合わせた銀の層のケースでは、２つの堆積ステップを使用するはずである。１つの実施例では、銀層を真空堆積法により堆積することができ、銅層を電気化学堆積プロセスにより堆積することができる。銀層及び銅層の実例を、銅層２０ａと組み合わせた銀層１８ａとして、先行技術の図１に示している。
【００４１】
プロセスにおける任意選択のステップは、イオン照射ステップ４８、図２、であり、特に印加された磁場において、電気的性能を改善するためにＨＴＳ層内のミクロ構造をピンニングする一様な分布を生成するために使用することができる。１つの実施例では、イオン照射ステップ４８を、銀又は銀合金層１７０の堆積の前に導入することができる。代替の実施例では、イオン照射ステップ４８を、銀又は銀合金層１７０の堆積の後で導入することができる。
【００４２】
キャップ層を有する複合線材構造９３が、線材スリッタ９４に送られ、線材スリッタ９４は、例えば、積層装置９９へと送られる複数の個別の細いＨＴＳ線材９５へとレーザ・スリッタを使用して線材構造９３を細長く切る。積層装置９９は、本発明の実施例にしたがって、複数の複合二重ＨＴＳ層線材１００を形成するために細長く切ったＨＴＳ線材９５の上側表面及び下側表面の上にそれぞれリール９７と９８から送られた積層体９６ａと９６ｂを配置する。
【００４３】
１つの実施例では、積層装置９９は、複合線材構造９５に積層体を接着させるためはんだの層を形成するはんだ槽である。積層体層は、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含むことができることに留意されたい。また、積層体層は、０．０１と２ｍｍとの間だけＨＴＳ層よりも大きい幅を有することができる。
【００４４】
代替の実施例では、積層装置９９は、エポキシを介してそれぞれのキャップ層に積層体層９６ａ／９６ｂを接着し、このエポキシは、エポキシを導電性、熱伝導性又は導電性且つ熱伝導性にさせる材料でドープされてもよい。
【００４５】
図４に示したような二重ＨＴＳ層線材１００の横断面の模式図は、はんだ又はエポキシ層１０２ａにより安定化材７０の上側表面に接着された銀／銅キャップ層７２ａによりキャップされたＨＴＳ層７５ａの第１の表面を含む。やはり示されたものは、はんだ又はエポキシ層１０２ｂにより安定化材７０の下側表面に接着された銀／銅キャップ層７２ｂによりキャップされたＨＴＳ層７５ｂの第１の表面である。キャップ層１０４ａによりキャップされたＨＴＳ層７５ａの、第１の表面とは反対側の第２の表面が、はんだ又はエポキシ１０６ａにより積層体９６ａに接着された。キャップ層１０４ｂによりキャップされたＨＴＳ層７５ｂの、第１の表面とは反対側の第２の表面が、はんだ又はエポキシ１０６ｂにより積層体９６ｂに接着された。積層装置９９、図３、による積層プロセス中に、はんだ又はエポキシ・フィレット１０８ａと１０８ｂを、積層体９６ａと９６ｂを機械的且つ電気的に接続している複数の線材１００の各々の長さ及び端部に沿って配置する。
【００４６】
はんだを使用する代わりに、ＨＴＳ線材のキャップ層に積層体を接着させるためにエポキシを塗るように、積層装置９９を構成することができることに留意すべきである。その上、そのケースでは、ＨＴＳ線材の長さ及び端部に沿ったフィレット１０８ａ／１０８Ｂが、やはりエポキシから形成される。このエポキシは、エポキシを導電性、熱伝導性、又は導電性且つ熱伝導性基板にさせる材料でドープされてもよい。
【００４７】
図４から明らかなように、基板／バッファ層７４ａと７４ｂは、図３に示したような剥離プロセスのために二重ＨＴＳ層線材１００上には存在しない。結果として、非剥離線材７０と同じ薄板寸法で同じＨＴＳインサート幅で構築された二重層ＨＴＳ線材１００のＩｃは２倍になる。二重ＨＴＳ層線材１００の厚さは、各ＨＴＳ層７４ａと７４ｂについて基板とバッファ層との厚さの差プラス２つの薄板層の厚さ及び安定化材層７０の厚さだけ減少する。このことが、それゆえ、このような標準単一ＨＴＳ層非剥離線材に対して二重ＨＴＳ層１００のエンジニアリング電流密度、Ｊｅ、の増加をもたらす。また重要な記録に値するものは、最終線材製品から強磁性基板を排除することにより、強磁性の磁性基板を利用している線材に関係する電気的性能問題が排除される。
【００４８】
１．２μｍ厚のＨＴＳ層、７５μｍ厚の基板、１５０ｎｍ厚のバッファ層、及び１２ｘ０．０５ｍｍの寸法を有する薄板を含んでいる１０ｍｍ幅のＨＴＳインサートを含む標準ＨＴＳ線材は、７７Ｋ、自己場で約３５０Ａの最小臨界電流（Ｉｃ）を有する。このことが、約１５５Ａ／ｍｍ２の最小Ｊｅという結果をもたらす。２５ｎｍ厚の安定化材ストリップとともに同じ開始ＨＴＳインサート及び薄板から作製された新たな二重層線材１００、図４、は、７７Ｋ、自己場で約７００Ａの最小Ｉｃを有することができる。このことが、約４００Ａ／ｍｍ２への最小Ｊｅの増加という結果をもたらす。図５には、図１に関して上に説明したＨＴＳインサート線材と同等であってもよいＨＴＳインサート線材１５４を搬送する単一リール１５２を含むこの発明の別の実施例による連続リール・ツー・リール・プロセス１５０が示されている。プロセス１５０が連続プロセスとして示されているが、プロセスは、代替で、２つ以上の個別のステップを使用して実行されてもよいことに留意すべきである。
【００４９】
安定化材材料１５８を搬送する追加のリール１５６がある。１つの実施例では、安定化材材料１５８は、任意の適した金属含有材料を含むことができ、２５μｍよりも大きな厚さを有することがある。別の実施例では、安定化材は、１０から２５μｍの厚さを有することがある。１つの実施例では、安定化材は銅である。他の実施例では、安定化材層１５８は、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属を含む。
【００５０】
ＨＴＳインサート線材１５４は、そのキャップ層１６０が安定化材材料１５８の上面に面するようにリール１５２を払い出される。キャップ層１６０の反対側の表面は、ＨＴＳインサート線材１５４の基板１６２である。基板１６２はまた、１つ又は複数のバッファ層を含むことができる。安定化材１５８  ４の一方の側のＨＴＳインサート線材１５４は、接合装置１６４を通って送られ、この接合装置は、片面ＨＴＳ線材構造１６６を作製するために、Ｓｎ系のはんだ材料の薄い層を介して安定化材１５８にＨＴＳインサート１５４を接合する。
【００５１】
別の実施例では、エポキシを導電性、熱伝導性、又は導電性且つ熱伝導性にさせる材料でドープされることがある薄いエポキシが、片面ＨＴＳ線材構造１６６を作製するために安定化材１５８にＨＴＳインサート１５４を張り合わせるために使用される。
【００５２】
片面ＨＴＳ線材構造１６６は、剥離装置１６８へと導入され、バッファ層を含んでいる基板層１６２がＨＴＳ線材１５２から離され又は剥離されて、ＨＴＳ層１７０を露出させる。剥離された基板１６２は、連続プロセス１５０の一部としてリール１７２に集められ、複合線材構造１７４を残す。複合線材構造１７４は、安定化材１５８に付着されたキャップ層１６０、及び露出し安定化材層１５８から外に向かって面しているＨＴＳ層１７０を含む。新しいＨＴＳ層を上に成長させるためのテンプレートとして、剥離されバッファ処理された基板１６２を再使用することができ、以前に使用され剥離された基板を有するＨＴＳ線材を、連続プロセス１５０を通して送ることができ、この発明によるＨＴＳ線材を作製することができるようにもう１度剥離されることに留意されたい。１つの実施例では、金属基板１６が新たなＨＴＳ層を成長させるためのテンプレートとして使用される前に、最上部二軸テクスチャ付き酸化物バッファ層１４を、金属基板１６の上に再堆積することができる。１つの実施例では、最上部バッファ層１４は、ＣｅＯ２である。
【００５３】
複合線材構造１７４は、ＨＴＳ層１７０の最上部にキャップ層を作製するために金属槽１７６へと送られる。キャップ層は、銀又は銀合金又は銀層及び銅層をそれぞれ含むことができる。銅の層と組み合わせた銀の層のケースでは、２つの別々の槽が使用されるはずである。銀層及び銅層の実例が、銅層２０ａと組み合わせた銀層１８ａとして、先行技術の図１に示されている。
【００５４】
プロセスにおける任意選択のステップは、イオン照射ステップ４８、図２、であり、特に印加された磁場において、電気的性能を改善するためにＨＴＳ層内のミクロ構造をピンニングする一様な分布を生成するために使用することができる。１つの実施例では、イオン照射ステップ４８を、銀又は銀合金層１７０の堆積の前に導入することができる。代替の実施例では、イオン照射ステップ４８を、銀又は銀合金層１７０の堆積の後で導入することができる。
【００５５】
キャップ層を有する複合線材構造１７８が、線材スリッタ１８０へ送られ、線材スリッタ１８０は、例えば、積層装置１８４へと送られる複数の個別の細いＨＴＳ線材１８２へとレーザ・スリッタを使用して線材構造１７８を細長く切る。積層装置１８４は、複数の複合片面ＨＴＳ層線材１９０を形成するために細長く切られたＨＴＳ線材１８２の上側表面及び下側表面の上にそれぞれリール１８７と１８９から送られた積層体層１８６と１８８を配置する。
【００５６】
１つの実施例では、積層装置１８４は、複合線材構造１８２に積層体を接着させるためにはんだの層を形成するはんだ槽である。積層体層は、アルミニウム、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、及び鉄合金の群から選択される金属をそれぞれ含むことができることに留意されたい。また、積層体層は、０．０１と２ｍｍとの間だけＨＴＳ層よりも大きい幅を有することができる。
【００５７】
代替の実施例では、積層装置１８４は、エポキシを介してそれぞれのキャップ層に積層体層１８６／１８８を接着させ、このエポキシは、エポキシを導電性、熱伝導性又は導電性且つ熱伝導性にさせる材料でドープされてもよい。
【００５８】
片面ＨＴＳ層線材１９０の横断面模式図が、はんだ又はエポキシ層１９２により安定化材１５８の上側表面に接着されたＨＴＳ層１７０の第１の銀／銅キャップ層１６０を含むように図６に示されている。やはり示されたものは、ＨＴＳ層１７０上の第２の銀／銅キャップ層１９４である。キャップ層１９４は、はんだ又はエポキシ層１９８により積層体１８６に接着される。安定化材１５８の第１の表面とは反対側の第２の表面上に、積層体１８８がはんだ又はエポキシ層２００により付着される。積層装置１８４、図５、による積層プロセス中に、はんだ又はエポキシ・フィレット２０２と２０４が、積層体１８６と１８８を機械的且つ電気的に接続している複数の線材１９０の各々の長さ及び端部に沿って配置される。
【００５９】
図４から明らかなように、基板／バッファ層１６２は、図５に示したような剥離プロセスのために片面ＨＴＳ層線材１９０上には存在しない。結果として、片面ＨＴＳ層線材１９０の厚さは、約７５μｍの基板とバッファ層厚さ及び約２５μｍの安定化材層厚さについて、基板及びバッファ層の厚さと安定化材層厚さとの間の差だけ減少し、これが、５０μｍの厚さ減少の大きさになる。このことが、それゆえ、同じ薄板寸法を使用する非剥離線材を使用しているこのような片面層構造に対して片面ＨＴＳ層１９０のエンジニアリング電流密度、Ｊｅ、の［［非剥離ＨＴＳ線材厚さ］／［非剥離ＨＴＳ線材厚さ−５０μｍ］］ｘ１００％の量までの増加をもたらす。また、上に説明したように、最終線材製品内の基板を排除することにより、磁性基板を通常利用している線材では、磁性基板に関係する電気的性能問題が克服される。
【００６０】
１．２μｍ厚のＨＴＳ層、７５μｍ厚の基板と１５０ｎｍ厚のバッファ層、及び４．４ｘ０．１５ｍｍの寸法を有する薄板を含んでいる４ｍｍ幅のＨＴＳインサートを含む標準ＨＴＳ線材は、７７Ｋ、自己場で１５０Ａの最小臨界電流（Ｉｃ）を有することができる。このことが、８５Ａ／ｍｍ２の最小Ｊｅという結果をもたらす。２５ｎｍ厚の安定化材ストリップとともに同じ開始ＨＴＳインサート及び薄板から作製された新たな単一層１９０、図６、は、１５０ＡのＩ２を有することができる。このことが、約１００Ａ／ｍｍ２の最小Ｊｅという結果をもたらす。
【００６１】
本発明の好ましい実施例が、本明細書において示され説明されてきているが、様々な修正を、本発明の独創的な着想から逸脱せずに本発明に行うことができる。したがって、本発明が例示として限定ではなく説明されていることを理解されたい。他の実施例は、別記の特許請求の範囲の範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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