Сверхпроводник и способ его изготовления
Настоящее изобретение относится к сверхпроводнику и способу его изготовления. Сверхпроводник содержит: подложку, имеющую форму ленты, которая проходит в первом направлении, и поверхности, которые определены как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности; сверхпроводящий слой, расположенный на верхней поверхности подложки; первый стабилизирующий слой, расположенный на сверхпроводящем слое и содержащий первый металл; защитный слой, расположенный на первом стабилизирующем слое и содержащий второй металл, отличающийся от первого металла; и слой первого сплава, расположенный между стабилизирующим слоем и защитным слоем и содержащий первый и второй металлы. Изобретение обеспечивает высокую адгезионную прочность защитного слоя. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая патентная заявка США испрашивает приоритет в соответствии с параграфом §119 статьи 35 Кодекса законов США по патентной заявке Кореи №10-2013-0109146, поданной 11 сентября 2013, и заявке РСТ №PCT/KR2014/008044, поданной 28 августа 2014, содержание которых полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к сверхпроводнику и способу его изготовления, более конкретно к сверхпроводнику, содержащему защитный слой, обладающий очень высокой адгезионной прочностью и плоскостностью, и способу изготовления сверхпроводника, обеспечивающему возможность формирования защитной пленки простым способом.
Уровень техники
[0002] Оксидный сверхпроводник на основе RE-123 (REBa2Cu3O7-Х, RE является редкоземельным элементом, который содержит Y) обладает сверхпроводимостью при температуре жидкого азота. Оксидный сверхпроводник на основе RE-123 имеет низкие потери по току, и таким образом из него формируют сверхпроводящую проволоку и его изготавливают в качестве сверхпроводящего проводника или сверхпроводящей катушки для подачи электропитания. Способы изготовления из этого оксидного сверхпроводника проволоки включают способ, в котором формируют оксидный сверхпроводящий слой на основном материале металлической ленты по промежуточному оксидному слою и формируют стабилизирующий слой на указанном оксидном сверхпроводящем слое.
[0003] Согласно указанному типу оксидный сверхпроводник на основе RE-123 может от влаги ухудшать свои качества, и когда сверхпроводящая проволока хранится в условиях с большим количеством влаги или оставлена в положении, в котором влага взаимодействует со сверхпроводящей проволокой, влага проникает в оксидный сверхпроводящий слой и вызывает ухудшение сверхпроводящих свойств. Таким образом, для того, чтобы обеспечить долговременную надежность для сверхпроводящей проволоки, необходимо применить структуру, которая бы защищала исходную форму сверхпроводящего слоя.
[0004] В качестве обычной структуры для защиты всего сверхпроводящего слоя выложенная патентная заявка Японии №2009-503794 раскрывает структуру, в которой сверхпроводящую вставку, имеющую ламинированную структуру, покрывают двумя слоями проводящего непористого наполнителя. Эту высокотемпературную сверхпроводящую проволоку формируют с помощью обертывания сверхпроводника четыре раза стабилизирующей полоской, изготовленной из металла, и заполнения внутренней части стабилизирующей полоски проводящим непористым наполнителем.
[0005] Кроме того, патент Кореи №0682582 раскрывает структуру, в которой металлические ленты, имеющие большую ширину, чем сверхпроводящая лента, размещают на верхней поверхности и нижней поверхности сверхпроводящей ленты, и боковую часть сверхпроводящей ленты заполняют пористым паяльным швом для прикрепления металлических лент, расположенных на верхней поверхности и нижней поверхности, друг к другу.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема
[0006] Задачей настоящего изобретения является обеспечение сверхпроводника, у которого адгезионная прочность защитного слоя является очень высокой даже по отношению к поверхности, имеющей видимые под микроскопом неровности, плоскостность защитного слоя является очень хорошей таким образом, что процесс формирования пленки из другого материала поверх защитного слоя является легко осуществимым, и адгезионная прочность пленки из другого материала по отношению к защитному слою также является очень высокой.
[0007] Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа изготовления сверхпроводника, обеспечивающего возможность формирования защитного слоя простым способом.
Техническое решение
[0008] Сверхпроводник в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления идеи изобретения содержит подложку, имеющую форму ленты, которая проходит в первом направлении, и поверхности, которые определены как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности; сверхпроводящий слой, расположенный на верхней поверхности подложки; первый стабилизирующий слой, расположенный на сверхпроводящем слое и содержащий первый металл; защитный слой, расположенный на первом стабилизирующем слое и содержащий второй металл, отличающийся от первого металла; и слой первого сплава, расположенный между первым стабилизирующим слоем и защитным слоем и содержащий первый и второй металлы.
[0009] Второй металл может быть выполнен внутри слоя первого сплава, когда защитный слой расплавлен.
[0010] Защитный слой может быть расположен на обеих боковых поверхностях каждой из подложек, сверхпроводящем слое и первом стабилизирующем слое и на нижней поверхности подложки.
[0011] Первый металл первого стабилизирующего слоя может быть любым, выбранным из группы, состоящей из: золото, серебро, платина, палладий, медь и их сплавы.
[0012] Второй металл защитного слоя может быть любым, выбранным из группы, состоящей из: олово, свинец, сурьма, серебро и их сплавы.
[0013] Слой первого сплава может содержать сплав серебра с оловом или сплав серебра со свинцом.
[0014] Сверхпроводник может дополнительно содержать второй стабилизирующий слой, расположенный на защитном слое; и слой металла с низкой температурой плавления, расположенный между защитным слоем и вторым стабилизирующим слоем и содержащий третий металл, отличающийся от первого металла и второго металла.
[0015] Слой металла с низкой температурой плавления может прикреплять второй стабилизирующий слой к защитному слою.
[0016] Защитный слой может быть расположен на верхней поверхности, нижней поверхности и обеих боковых стенках защитного слоя.
[0017] Третий металл слоя металла с низкой температурой плавления может быть любым, выбранным из группы, состоящей из: олово, свинец, сурьма, серебро и их сплавы.
[0018] Второй стабилизирующий слой может быть любым, выбранным из группы, состоящей из: медь, цинк, латунь, никель, никелевый сплав, алюминий, нержавеющая сталь и их сплавы.
[0019] Второй стабилизирующий слой имеет форму ленты.
[0020] Сверхпроводник может дополнительно содержать слой из второго сплава, расположенный между защитным слоем и слоем металла с низкой температурой плавления и содержащий второй металл и третий металл.
[0021] Слой из второго сплава может содержать олово и свинец.
[0022] Температура плавления третьего металла слоя металла с низкой температурой плавления может быть ниже температуры плавления второго металла защитного слоя.
[0023] В соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления идеи изобретения способ изготовления сверхпроводника может включать подготовку подложки, имеющей форму ленты, которая проходит в первом направлении, и поверхности, которые определены как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности; формирование сверхпроводящего слоя на верхней поверхности подложки; формирование первого стабилизирующего слоя на сверхпроводящем слое, причем первый стабилизирующий слой содержит первый металл; и формирование защитного слоя на первом стабилизирующем слое, причем защитный слой содержит второй металл, отличающийся от первого металла, в котором формирование защитного слоя включает: плавление первого металла и покрытие первого стабилизирующего слоя расплавленным первым металлом для формирования слоя первого сплава, содержащего первый и второй металлы, между первым стабилизирующим слоем и защитным слоем.
[0024] Расплавленный первый металл наносят в виде покрытия на обе боковые поверхности каждой из подложек, сверхпроводящий слой и первый стабилизирующий слой и на нижнюю поверхность подложки.
[0025] Способ изготовления сверхпроводника может дополнительно включать формирование слоя металла с низкой температурой плавления, содержащего третий металл, на защитном слое и присоединение второго стабилизирующего слоя к слою металла с низкой температурой плавления.
[0026] Формирование слоя металла с низкой температурой плавления может включать формирование слоя из второго сплава, содержащего второй металл и третий металл, между защитным слоем и слоем металла с низкой температурой плавления.
[0027] Слой металла с низкой температурой плавления может быть сформирован на верхней поверхности, нижней поверхности и обеих боковых поверхностях защитного слоя.
Преимущественные эффекты
[0028] В сверхпроводнике согласно настоящему изобретению адгезионная способность защитного слоя по отношению к поверхности с микроскопическими неровностями является очень высокой, и плоскостность поверхности защитного слоя является особенно высокой таким образом, что процесс формирования пленки из другого материала на верхней поверхности защитного слоя легко осуществляется, и адгезионная способность пленки из другого материала по отношению к защитному слою является также очень хорошей.
[0029] Кроме того, в способе изготовления сверхпроводника согласно настоящему изобретению защитный слой может быть сформирован простым способом. Как правило, в формировании обычного защитного слоя может быть использован процесс гальванического меднения, и его производительность составляет несколько метров в минуту. Напротив, с применением способа изготовления согласно настоящему изобретению пленка равномерной толщины может быть сформирована на скорости, по отношению к той же толщине, десять метров в минуту, что по меньшей мере в десять раз больше.
Краткое описание чертежей
[0030] На фиг. 1 показан покомпонентный вид в перспективе сверхпроводника в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
[0031] На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении сверхпроводника, показанного на фиг. 1.
Осуществление изобретения
[0032] Здесь и далее настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на сопроводительные чертежи. Одинаковые ссылочные обозначения относятся к одинаковым элементам по всему тексту.
[0033] В описании, когда пленка из материала обозначена как расположенная над пленкой из другого материала или подложкой, указанная пленка из материала может быть сформирована непосредственно над пленкой из другого материала или подложкой, или может быть выполнена еще одна пленка из другого промежуточного материала.
[0034] Сверхпроводник в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления идеи изобретения содержит подложку в форме ленты, имеющую поверхности, определенные в продольном направлении как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности, сверхпроводящий слой, расположенный на верхней поверхности подложки, первый стабилизирующий слой, изготовленный из металла и расположенный на верхней поверхности сверхпроводящего слоя, и защитный слой, изготовленный из металла и расположенный на верхней поверхности первого стабилизирующего слоя, причем слой первого сплава изготовлен из сплава первого металла первого стабилизирующего слоя, а второй металл защитного слоя дополнительно содержится между первым стабилизирующим слоем и защитным слоем.
[0035] На фиг. 1 показан покомпонентный вид в перспективе сверхпроводника, и на фиг. 2 показан вид в поперечном сечении сверхпроводника по фиг. 1. Здесь и далее сверхпроводник описан со ссылкой на фиг. 1 и 2.
[0036] Сверхпроводник 1 содержит подложку 10, имеющую форму ленты, которая проходит в первом направлении, и имеющую поверхности, определенные как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности, сверхпроводящий слой 30, расположенный на верхней поверхности подложки 10, первый стабилизирующий слой 40, изготовленный из первого металла и расположенный на верхней поверхности сверхпроводящего слоя 30, и защитный слой 50, изготовленный из второго металла, отличающегося от первого металла, и расположенный на верхней поверхности первого стабилизирующего слоя 40. Сверхпроводник 1 выборочно может дополнительно содержать текстурированный буферный слой 20.
[0037] Подложка 10 может быть изготовлена из металла или металлического сплава, более конкретно может быть изготовлена из молибдена (Мо), хрома (Cr), кобальта (Со), вольфрама (W), никеля (Ni), нержавеющей стали или их сплавов (например, Хастеллой).
[0038] Подложка 10 может иметь форму ленты, которая имеет высокое отношение длины к ширине. Подложка 10 в форме ленты может иметь поверхности, определенные как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности, которые являются вертикальными в первом направлении. Например, ширина подложки 10 может быть от 0,4 до 10 см, и длина подложки 10 может быть по меньшей мере 100 м, и как правило составляет по меньшей мере 500 м. Таким образом, подложка 10 может иметь отношение длины к ширине по меньшей мере 103 или по меньшей мере 104. Отношение длины к ширине обозначает отношение ширины подложки 10 к длине подложки 10.
[0039] Подложка 10 может быть обработана так, чтобы иметь поверхностные свойства, которые желательны для формирования сверхпроводящего слоя 30. Например, поверхность подложки 10 может быть обработана с применением механического способа, такого как полировка, чтобы получить желаемую плоскостность и поверхностную шероховатость, и может быть также обработана с применением химического способа, такого как травление.
[0040] Кроме того, подложка 10 может быть обработана с применением технологии биаксиального текстурирования подложки с помощью прокатки (RABiTS) или ей подобной так, чтобы быть биаксиально текстурированной. Однако нижеприведенное описание главным образом раскрывает случай, в котором вместо самой биаксиально тукстурированной подложки 10 используют текстурированный буферный слой 20, который является биаксиально тукстурированным с помощью процесса, такого как осаждение с помощью ионных пучков (IBAD).
[0041] При этом сверхпроводник 1 может содержать предотвращающую диффузию пленку 21, расположенную на подложке 10. Предотвращающая диффузию пленка 21 может быть изготовлена из оксида металла, такого как оксид магния, и предпочтительно может быть сформирована с помощью напыления конденсацией из паровой фазы. Оксид металла может иметь стехиометрически недостаточное количество кислорода. Оксид металла может быть оксидом магния, и в этом случае оксид металла может быть представлен MgO1-x (здесь 0<x<1). Предотвращающая диффузию пленка 21, сформированная с помощью напыления конденсацией из паровой фазы, может быть кристаллической пленкой (например, монокристаллической, поликристаллической или микрокристаллической).
Предотвращающая диффузию пленка 21 может непосредственно контактировать с верхней поверхностью подложки 10.
[0042] Текстурированный буферный слой 20 представляет собой пленку, которая обеспечивает биаксиальную текстуру, подходящую для формирования сверхпроводящего слоя 30, имеющего желаемую кристаллографическую ориентацию. Текстурированный буферный слой 20 содержит зародышевый слой 23, шаблонный слой 24 и буферный слой 25.
[0043] Зародышевый слой 23 может быть сформирован на подложке 10 или предотвращающей диффузию пленке 21. Зародышевый слой 23 выполняет роль обеспечения поверхности для зародышеобразования шаблонного слоя 24 и отделения шаблонного слоя 24 от подложки 10, когда отсутствует предотвращающая диффузию пленка 21. Зародышевый слой 23, как правило, формируют из оксида, такого как оксид иттрия, но также могут формировать из не содержащего оксид вещества, такого как нитрид кремния. Зародышевый слой 23 может быть сформирован с применением химического осаждения из газовой фазы (CVD) или способа напыления конденсацией из паровой фазы, который включает распыление, но настоящее изобретение этим не ограничено.
[0044] Шаблонный слой 24 выполняет роль обеспечения биаксиальной текстуры для сверхпроводящего слоя 30. Таким образом, шаблонный слой 24 является биаксиально текстурированным слоем с кристаллической текстурой, которая, как правило, выровнена вдоль кристаллических осей как в плоскости, так и вне плоскости пленки. Такая биаксиальная текстура может быть сформирована с применением осаждения с помощью ионных пучков (IBAD), но настоящее изобретение этим не ограничено. Шаблонный слой 24 может быть изготовлен из оксида магния, представляющего собой оксид металла, который наиболее просто может быть использован в качестве материала для IBAD.
[0045] Буферный слой 25 выполняет роль улучшения свойства биаксиальной текстурированности шаблонного слоя 24. Например, буферный слой 25 может быть изготовлен из оксида металла, полученного гомоэпитаксией, и это является эффективным для увеличения толщины IBAD шаблонного слоя 24. Буферный слой 25 может быть выполнен с материалом, таким как оксид магния, который является тем же материалом, что и материал, использованный в шаблонном слое 24, или с материалом, который совместим с ним, и желательно может быть выполнен с применением ионно-лучевого напыления, но настоящее изобретение этим не ограничено.
[0046] При этом может существовать несоответствие параметров решетки между оксидом магния, который формирует большую часть шаблонного слоя 25, и материалом в сверхпроводящем слое 30. Для того, чтобы уменьшить такое несоответствие параметров решетки, текстурированный буферный слой 20 выборочно может дополнительно содержать слой 26 с защитным покрытием, расположенный на буферном слое 25. Таким образом, слой 26 с защитным покрытием может улучшать соответствие параметров решетки и химические свойства сверхпроводящего слоя 30 и шаблонного слоя 25. Например, слой 26 с защитным покрытием может быть изготовлен из керамического материала со структурой перовскита, такого как диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ), рутенат стронция, манганит лантана или титанат стронция (STO, SrTiO3). Слой 26 с защитным покрытием может быть сформирован с помощью различных технологий напыления конденсацией из паровой фазы, но настоящее изобретение этим не ограничено.
[0047] Сверхпроводящий слой 30 может быть расположен на текстурированном буферном слое 20. Сверхпроводящий слой 30 может иметь биаксиально текстурированные свойства из-за текстурированного буферного слоя 20.
[0048] Сверхпроводящий слой 30 может быть произвольно выбран из высокотемпературных сверхпроводящих материалов, которые, как правило, обладают сверхпроводящими свойствами при температуре жидкого азота, которая составляет 77 K (-196°С) или выше. Такие материлы могут содержать YBa2Cu3O7-x, который представлен REBa2Cu3O7-х (RE является редкоземельным элементом), Bi2Sr2Ca2Cu3O10+y, Ti2Ba2Ca2Cu3O10+y и HgBa2Ca2Cu3O8+y, и желательно может быть использован YBa2Cu3O7-x, который также называют YBCO. Здесь 0<x<1 и 0<y<1.
[0049] Сверхпроводящий слой 30 может быть сформирован с помощью одной из различных технологий, как правило. используемых для формирования тонкой пленки. Например, технология напыления конденсацией из паровой фазы тонкой пленки, такая как реактивное одновременное испарение (RCE) или импульсное лазерное напыление (PLD), может быть использована для высокой скорости осаждения или химическое осаждение из газовой фазы (CVD) может быть использовано для низкозатратной обработки большой площади поверхности. Кроме того, также могут быть использованы одновременное испарение, лазерная абляция, осаждение металлорганических соединений или золь-гель способы и им подобные.
[0050] Как правило, сверхпроводящий слой 30 может иметь толщину от 1 до 30 мкм, предпочтительно от 2 до 20 мкм и наиболее предпочтительно от 2 до 10 мкм для того, чтобы получить желаемый номинальный ток.
[0051] Первый стабилизирующий слой 40 может быть расположен на верхней поверхности сверхпроводящего слоя 30 для того, чтобы защитить сверхпроводящий слой 30. Первый стабилизирующий слой 40 обеспечивает возможность обхода для электрического заряда и таким образом непрерывного протекания, когда не достигнуто охлаждение сверхпроводника 1 или превышена критическая плотность тока, и выполняет роль предотвращения пропускания охлаждающего средства через сверхпроводящий слой 30, чтобы таким образом привести к деградации сверхпроводящего слоя 30.
[0052] Для эффективности первый стабилизирующий слой 40 может быть изготовлен из металла, выбранного из группы, состоящей из: золото (Au), серебро (Ag), платина (Pt), палладий (Pd), медь (Cu) и их сплавы, и желательно может быть изготовлен из драгоценного металла, такого как серебро. Соответственно из соображений стоимости первый стабилизирующий слой 40, как правило, формируют более тонким, чем защитный слой 50. Первый стабилизирующий слой 40 желательно может быть сформирован с помощью технологии напыления конденсацией из паровой фазы, такой как магнитное распыление при постоянном токе, но настоящее изобретение этим не ограничено.
[0053] Защитный слой 50 расположен на верхней поверхности первого стабилизирующего слоя 40. Кроме того, защитный слой 50 может быть сформирован так, чтобы окружать верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и обе боковые поверхности слоистого материала, который содержит подложку 10, сверхпроводящий слой 30 и первый стабилизирующий слой 40. Согласно фиг. 2 защитный слой 50 герметично окружает сверхпроводящий слой 30, более конкретно окружает сверхпроводящий слой 30 так, чтобы герметизировать верхнюю поверхность и обе боковые поверхности сверхпроводящего слоя 30. Для этого защитный слой 50 может быть сформирован так, чтобы покрывать верхнюю поверхность первого стабилизирующего слоя 40 и нижнюю поверхность подложки 10, и чтобы также покрывать боковые поверхности, которые соединяют верхнюю поверхность первого стабилизирующего слоя 40 с нижней поверхностью подложки 10.
[0054] Как и первый стабилизирующий слой 40, защитный слой 50 также обеспечивает возможность обхода для электрического заряда и таким образом непрерывного протекания, когда не достигнуто охлаждение сверхпроводника или превышена критическая плотность тока, и выполняет роль предотвращения пропускания охлаждающего средства через сверхпроводящий слой 30, чтобы таким образом привести к деградации сверхпроводящего слоя 30.
[0055] При этом сверхпроводник 1 дополнительно содержит слой 45 первого сплава между первым стабилизирующим слоем 40 и защитным слоем 50.
[0056] Защитный слой 50 сформирован путем покрытия слоистого материала, состоящего из подложки 10, сверхпроводящего слоя 30 и первого стабилизирующего слоя 40, расплавленным вторым металлом, и соответственно слой 45 первого сплава, выполненного из сплава первого металла первого стабилизирующего слоя 40 и второго металла защитного слоя 50, сформирован на поверхности раздела между первым стабилизирующим слоем 40 и защитным слоем 50.
[0057] Как правило, защитный слой 50 сформирован путем использования промежуточного адгезионного материала, такого как припой или флюс, для прикрепления медной ленты на сверхпроводящем слое 30, или с помощью технологии напыления конденсацией из паровой фазы, как правило распыления. Однако в способе, который использует промежуточный адгезионный материал, такой как припой, адгезионная способность защитного слоя 50 является низкой, производственные затраты высокими, а массовое производство экономически невыгодным. В настоящем изобретении путем покрытия расплавленным вторым металлом для формирования защитного слоя 50 слой 45 первого сплава, образованный из сплава первого металла первого стабилизирующего слоя 40 и второго металла защитного слоя 50, формируют таким образом, что пограничная адгезионная способность улучшается. Кроме того, поверхность первого стабилизирующего слоя 40 не является плоской при рассмотрении под микроскопом, но слой 45 первого сплава проникает в неравномерную поверхность первого стабилизирующего слоя 40, чтобы улучшить адгезионную способность между первым стабилизирующим слоем 40 и защитным слоем 50. Кроме того, защитный слой 50, сформированный с помощью вышеуказанного способа, имеет крайне плоскую поверхность таким образом, что процесс формирования пленки из другого материала на защитном слое легко осуществим, и адгезионная способность пленки из другого материала по отношению к защитному слою 50 также является очень высокой.
[0058] Второй металл защитного слоя 50 представляет собой металл, который может быть расплавлен при температуре, не являющейся чрезмерно высокой, и выбран из группы, состоящей из: олово, свинец, сурьма, серебро и предпочтительно могут быть использованы их сплавы. При учете эффективности, производственных затрат и тому подобного для защитного слоя может быть более желательно использование олова.
[0059] Соответственно слой 45 первого сплава может быть сплавом первого металла, выбранного из группы, состоящей из: золото, серебро, платина, палладий, медь и их сплавы, и второго металла, выбранного из группы, состоящей из: олово, свинец, сурьма, серебро и их сплавы. В частности, когда первый металл первого стабилизирующего слоя 40 представляет собой серебро, и второй металл защитного слоя 50 представляет собой олово или свинец, слой 45 первого сплава может быть изготовлен из сплава серебра и свинца или олова.
[0060] При этом сверхпроводник 1 может дополнительно содержать второй стабилизирующий слой 70, расположенный на верхней поверхности защитного слоя 50. Кроме того, второй стабилизирующий слой 70 может быть не только расположен на верхней поверхности защитного слоя 50, но также может быть расположен под нижней поверхностью подложки 10, и также может быть расположен как на верхней поверхности защитного слоя 50, так и под нижней поверхностью подложки 10.
[0061] Как и первый стабилизирующий слой 40, второй стабилизирующий слой 70 также выполняет роль обеспечения обхода и предотвращения пропускания охлаждающего средства. Второй стабилизирующий слой 70 может быть любым, выбранным из группы, состоящей из: медь, цинк, латунь, никель, никелевый сплав, алюминий, нержавеющая сталь и их сплавы, и с учетом стоимости может быть желательно использование латуни, которая представляет собой сплав меди с цинком. Латунь может содержать небольшие количества свинца, железа, олова или фосфора и им подобных. В качестве никелевого сплава может быть желательно использование Хастеллоя, который представляет собой сплав, содержащий никель в качестве основного компонента и небольшие количества вольфрама, молибдена, кобальта, хрома, марганца, железа, углерода или титана и им подобных. Нержавеющая сталь в общем относится к коррозионностойкой стали, изготовленной для улучшения главного недостатка железа, а именно недостаточной сопротивляемости коррозии, и может содержать железо в качестве основного компонента и небольшие количества углерода, кремния, марганца, фосфора, серы, никеля или хрома и им подобных.
[0062] Второй стабилизирующий слой 70 может быть металлом, имеющим форму ленты и поверхности, определенные как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности. В этом случае второй стабилизирующий слой 70 может быть прикреплен к верхней поверхности защитного слоя 50 с помощью слоя 60 металла с низкой температурой плавления, расположенного между защитным слоем 50 и вторым стабилизирующим слоем 70.
[0063] Слой 60 металла с низкой температурой плавления может быть сформирован путем покрытия верхней поверхности защитного слоя 50 расплавленным металлом с низкой температурой плавления. Здесь, поскольку верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности слоистого материала, который содержит подложку 10, сверхпроводящий слой 30, первый стабилизирующий слой 40 и защитный слой 50, покрыты расплавленным металлом с низкой температурой плавления таким образом, что сформирован слой 60 металла с низкой температурой плавления, окружающий верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и обе боковые поверхности слоистого материала, защитный слой 50 может быть герметизирован путем окружения его слоем 60 металла с низкой температурой плавления. Согласно фиг. 2 слой 60 металла с низкой температурой плавления может быть не только нанесен в виде покрытия на верхнюю поверхность защитного слоя 50, но также на верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и обе боковые поверхности слоистого материала, который содержит подложку 10, сверхпроводящий слой 30, первый стабилизирующий слой 40 и защитный слой 50.
[0064] Второй стабилизирующий слой 70 может быть прикреплен на слое 60 металла с низкой температурой плавления на верхней поверхности защитного слоя 50 до затвердевания расплавленного металла с низкой температурой плавления. Второй стабилизирующий слой 70 зафиксирован на слое 60 металла с низкой температурой плавления после затвердевания расплавленного металла с низкой температурой плавления.
[0065] Сверхпроводник 1 дополнительно содержит слой 50 из второго сплава, расположенный между защитным слоем 50 и слоем 60 металла с низкой температурой плавления, и изготовлен из сплава второго металла защитного слоя 50 и третьего металла слоя 60 металла с низкой температурой плавления. Третий металл слоя 60 металла с низкой температурой плавления отличается от второго металла защитного слоя 60. Слой 55 из второго сплава сформирован путем покрытия верхней поверхности защитного слоя 50 расплавленным металлом с низкой температурой плавления и соответственно изготовлен из сплава второго металла защитного слоя 50 и третьего металла слоя 60 металла с низкой температурой плавления.
[0066] Адгезионная способность между защитным слоем 50 и слоем 60 металла с низкой температурой плавления улучшена путем формирования слоя 55 из второго сплава между защитным слоем 50 и слоем 60 металла с низкой температурой плавления.
[0067] В качестве третьего металла, обеспечивающего возможность формирования слоя 60 металла с низкой температурой плавления, может быть желательно использование металла, обеспечивающего возможность плавления при низкой температуре и выбранного из группы, состоящей из: олово, свинец, сурьма, серебро и их сплавы. Для металла, имеющего низкую температуру плавления, желательно, чтобы второй металл защитного слоя 50 был выбран в качестве третьего металла слоя 60 металла с низкой температурой плавления. Это необходимо, поскольку температура плавления третьего металла слоя 60 металла с низкой температурой плавления должна быть ниже, чем температура плавления второго металла защитного слоя 50 для того, чтобы предотвратить плавление второго металла защитного слоя 50, когда верхняя поверхность защитного слоя 50 покрыта расплавленным металлом с низкой температурой плавления. Например, второй металл защитного слоя 50 может быть оловом, и третий металл слоя 60 металла с низкой температурой плавления может быть свинцом, имеющим более низкую температуру плавления, чем олово, и в этом случае слой 55 из второго сплава может быть изготовлен из сплава олова и свинца.
[0068] Сверхпроводник 1 может быть изготовлен с помощью операций подготовки подложки 10 в форме ленты, имеющей поверхности, определенные как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности; формирования сверхпроводящего слоя 30 на верхней поверхности подложки 10; формирования первого стабилизирующего слоя 40, изготовленного из металла, на верхней поверхности сверхпроводящего слоя 30; и формирования защитного слоя 50, изготовленного из металла, путем покрытия верхней поверхности первого стабилизирующего слоя 40 расплавленным вторым металлом.
[0069] Описания для каждой из операций являются такими же, как и описания, приведенные для сверхпроводника 1, и таким образом здесь исключено повторение его описаний.
[0070] Однако в формировании защитного слоя 50 верхнюю поверхность первого стабилизирующего слоя 40 покрывают расплавленным вторым металлом для формирования слоя 45 первого сплава, изготовленного из сплава первого металла первого стабилизирующего слоя 40 и второго металла защитного слоя 50, между первым стабилизирующим слоем 40 и защитным слоем 50.
[0071] Здесь, при формировании защитного слоя 50 верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности слоистого материала, который содержит подложку 10, сверхпроводящий слой 30 и первый стабилизирующий слой 40, также могут быть покрыты расплавленным вторым металлом таким образом, что защитный слой 50 окружает верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и обе боковые поверхности слоистого материала.
[0072] Способ покрытия слоистого материала расплавленным вторым металлом может включать нанесение каплями расплавленного второго металла на слоистый материал или простое погружение слоистого материала в расплавленный второй металл. Погружение может быть осуществлено при температуре от 100 до 300°С в течение времени от 1 до 120 секунд, желательно при температуре от 150 до 250°С в течение времени от 1 до 60 секунд. Затем слоистый материал, покрытый расплавленным вторым металлом, может быть охлажден при температуре от 0 до 250°С в течение времени от 0 до 120 минут, желательно при температуре от 0 до 100°С в течение времени от 0 до 60 минут и более желательно при температуре от 0 до 50°С в течение времени от 0 до 10 минут для формирования защитного слоя 50.
[0073] Способ изготовления сверхпроводника 1 может дополнительно содержать прикрепление второго стабилизирующего слоя 70 к верхней поверхности слоя 60 металла с низкой температурой плавления при формировании слоя 60 металла с низкой температурой плавления путем покрытия верхней поверхности защитного слоя 50 расплавленным металлом с низкой температурой плавления.
[0074] При прикреплении второго стабилизирующего слоя 70 верхняя поверхность защитного слоя 30 может быть покрыта расплавленным металлом с низкой температурой плавления для формирования слоя 55 из второго сплава, изготовленного из сплава второго металла защитного слоя 50 и третьего металла слоя 60 металла с низкой температурой плавления.
[0075] Здесь, верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности слоистого материала, который содержит подложку 10, сверхпроводящий слой 30, первый стабилизирующий слой 40 и защитный слой 30, также могут быть покрыты расплавленным металлом с низкой температурой плавления для формирования слоя 60 металла с низкой температурой плавления, который окружает верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и обе боковые поверхности слоистого материала.
[0076] Способ покрытия слоистого материала расплавленным металлом с низкой температурой плавления может включать нанесение каплями расплавленного металла с низкой температурой плавления на слоистый материал или простое погружение слоистого материала в раствор расплавленного металла с низкой температурой плавления. Погружение может быть осуществлено при температуре от 150 до 400°С в течение времени от 1 до 220 секунд, желательно при температуре от 150 до 350°С в течение времени от 1 до 10 секунд и более желательно при температуре от 150°С до 320°С в течение времени от 1 до 5 секунд. После удаления слоистого материала, покрытого расплавленным металлом с низкой температурой плавления, из раствора расплавленного металла с низкой температурой плавления и прикрепления ко второму стабилизирующему слою 70 слоистый материал может быть охлажден при температуре от 0 до 400°С в течение времени от 1 до 20 минут, желательно при температуре от 0 до 250°С в течение времени от 0 до 60 минут и более желательно при температуре от 0 до 50°С в течение времени от 0 до 10 минут для формирования слоя 60 металла с низкой температурой плавления.
Вариант осуществления изобретения
[0077] Здесь и далее, приведенный в качестве примера вариант осуществления идеи изобретения описан подробно для обеспечения возможности легкого осуществления настоящего изобретения специалистом с обычными знаниями в области техники. Однако настоящее изобретение может быть осуществлено в различных других формах и не ограничено описанными здесь вариантами осуществления.
[0078] [Пример: Изготовление сверхпроводника]
[0079] (Пример 1)
[0080] Предотвращающая неупорядоченную диффузию пленка, изготовленная из оксида алюминия (Al2O3), была сформирована на подложке из Хастеллоя с применением способа распыления. Зародышевый слой, изготовленный из оксида иттрия (Y2O3), был сформирован на предотвращающей диффузию пленке с применением способа распыления. Шаблонный слой, изготовленный из оксида магния, был сформирован на зародышевом слое с применением способа осаждения с помощью ионных пучков (IBAD). Буферный слой, изготовленный из оксида магния, был сформирован на шаблонном слое с применением способа ионно-лучевого осаждения. Слой с защитным покрытием, изготовленный из манганита лантана (LMO), был сформирован на буферном слое с применением способа распыления.
[0081] Для того, чтобы сформировать сверхпроводящий слой, керамическая пленка-предшественник была сформирована путем обеспечения пара металла, образованного путем испускания электронного луча на емкость, содержащую гадолиний (Gd), медь (Cu) и барий (Ва), на подложке, на которой был сформирован буферный слой, и затем подвергнута термообработке.
[0082] Способ магнетронного распыления на постоянном токе был использован для формирования первого стабилизирующего слоя, изготовленного из серебра, на сверхпроводящем слое, который был сформирован.
[0083] Подложка, имеющая сформированный на ней сверхпроводящий слой, была погружена на 2 секунды в расплав олова, имеющий температуру 230°С, и затем охлаждена для формирования защитного слоя, имеющего толщину 20 мкм.
[0084] Подложка, имеющая сформированный на ней защитный слой, была погружена на 3 секунды в расплав свинцового сплава, имеющий температуру 250°С, и изъята, и затем после прикрепления латуни в форме ленты охлаждена на воздухе при 50°С в течение 30 секунд для формирования слоя металла с низкой температурой плавления и второго стабилизирующего слоя.
[0085] Путем полировки поверхности изготовленного сверхпроводника было обнаружено с помощью методики энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS), что слой первого сплава был сформирован между первым стабилизирующим слоем и защитным слоем, и слой из второго сплава был сформирован между защитным слоем и слоем металла с низкой температурой плавления.
[0086] В результате наблюдения было подтверждено, что слой первого сплава был изготовлен из сплава серебра с оловом, и слой из второго сплава был изготовлен из сплава олова и свинцового сплава.
[0087] [Экспериментальный пример 1: Оценка свойств сверхпроводника]
[0088] Сверхпроводящая проволока шириной 12 мм была изготовлена со сверхпроводником, полученным в вышеприведенном примере, погруженным в жидкий азот, имеющий температуру 77 K (-196°С), при атмосферном давлении (на 5 минут в термически равновесном состоянии), и затем после многократного высушивания в течение 100 циклов, в результате оценки свойств сверхпроводника отсутствовало расширение боковых поверхностей и возникновение внешних дефектов у частей и тому подобное, и также было подтверждено отсутствие изменений в свойствах сверхпроводящего слоя.
[0089] Хотя приведенные в качестве примера варианты осуществления настоящего изобретения были подробно описаны выше, настоящее изобретение ими не ограничено, и различные изменения и модификации, выполненные специалистом с обычными знаниями в области техники с применением базовых принципов настоящего изобретения, как определено в нижеследующей формуле изобретения, также находятся в объеме охраны настоящего изобретения.
Промышленная применимость
[0090] Настоящее изобретение может обеспечить сверхпроводник, у которого адгезионная способность защитного слоя по отношению к поверхности, имеющей видимые под микроскопом неровности, является очень высокой, и плоскостность поверхности защитного слоя является особенно высокой таким образом, что процесс формирования пленки из другого материала на верхней поверхности защитного слоя легко осуществим, и адгезионная способность по отношению к защитному слою также очень хорошая.
1. Сверхпроводник, содержащий:
подложку, имеющую форму ленты, которая проходит в первом направлении, и имеющую поверхности, которые определены как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности;
сверхпроводящий слой, расположенный на верхней поверхности подложки;
первый стабилизирующий слой, расположенный на сверхпроводящем слое и содержащий первый металл;
защитный слой, расположенный на первом стабилизирующем слое и содержащий второй металл, отличающийся от первого металла; и
слой первого сплава, расположенный между первым стабилизирующим слоем и защитным слоем и содержащий первый и второй металлы.
2. Сверхпроводник по п. 1, в котором второй металл выполнен внутри слоя первого сплава, когда защитный слой расплавлен.
3. Сверхпроводник по п. 1, в котором защитный слой расположен на обеих боковых поверхностях каждой из подложек, сверхпроводящем слое и первом стабилизирующем слое и на нижней поверхности подложки.
4. Сверхпроводник по п. 1, в котором первый металл первого стабилизирующего слоя представляет собой любой металл, выбранный из группы, состоящей из: золото, серебро, платина, палладий, медь и их сплавы.
5. Сверхпроводник по п. 1, в котором второй металл защитного слоя представляет собой любой металл, выбранный из группы, состоящей из: олово, свинец, сурьма, серебро и их сплавы.
6. Сверхпроводник по п. 1, в котором слой первого сплава содержит сплав серебра с оловом или сплав серебра со свинцом.
7. Сверхпроводник по п. 1, дополнительно содержащий:
второй стабилизирующий слой, расположенный на защитном слое; и
слой металла с низкой температурой плавления, расположенный между защитным слоем и вторым стабилизирующим слоем и содержащий третий металл, отличающийся от первого металла и второго металла.
8. Сверхпроводник по п. 7, в котором слой металла с низкой температурой плавления присоединяет второй стабилизирующий слой к защитному слою.
9. Сверхпроводник по п. 7, в котором слой металла с низкой температурой плавления расположен на верхней поверхности, нижней поверхности и обеих боковых стенках защитного слоя.
10. Сверхпроводник по п. 7, в котором третий металл слоя металла с низкой температурой плавления представляет собой любой металл, выбранный из группы, состоящей из: олово, свинец, сурьма, серебро и их сплавы.
11. Сверхпроводник по п. 7, в котором второй стабилизирующий слой представляет собой любой слой, выбранный из группы, состоящей из: медь, цинк, латунь, никель, никелевый сплав, алюминий, нержавеющая сталь и их сплавы.
12. Сверхпроводник по п. 7, в котором второй стабилизирующий слой имеет форму ленты.
13. Сверхпроводник по п. 7, дополнительно содержащий слой из второго сплава, расположенный между защитным слоем и слоем металла с низкой температурой плавления и содержащий второй металл и третий металл.
14. Сверхпроводник по п. 13, в котором слой из второго сплава содержит олово и свинец.
15. Сверхпроводник по п. 7, в котором температура плавления третьего металла слоя металла с низкой температурой плавления ниже, чем температура плавления второго металла защитного слоя.
16. Способ изготовления сверхпроводника, включающий этапы, согласно которым:
подготавливают подложку в форме ленты, которая проходит в первом направлении, и имеющую поверхности, которые определены как верхняя поверхность, нижняя поверхность и обе боковые поверхности;
формируют сверхпроводящий слой на верхней поверхности подложки;
формируют первый стабилизирующий слой на сверхпроводящем слое, причем указанный первый стабилизирующий слой содержит первый металл; и
формируют защитный слой на первом стабилизирующем слое, причем указанный защитный слой содержит второй металл, отличающийся от первого металла,
в котором формирование защитного слоя включает:
плавление первого металла и
покрытие первого стабилизирующего слоя расплавленным первым металлом для формирования слоя первого сплава, содержащего первый и второй металлы, между первым стабилизирующим слоем и защитным слоем.
17. Способ по п. 16, согласно которому расплавленный первый металл наносят в виде покрытия на обе боковые поверхности каждой из подложек, сверхпроводящий слой и первый стабилизирующий слой и на нижнюю поверхность подложки.
18. Способ по п. 16, дополнительно включающий:
формирование слоя металла с низкой температурой плавления на защитном слое, причем указанный слой металла с низкой температурой плавления содержит третий металл; и
прикрепление второго стабилизирующего слоя к слою металла с низкой температурой плавления.
19. Способ по п. 18, согласно которому формирование слоя металла с низкой температурой плавления включает формирование слоя из второго сплава, содержащего второй металл и третий металл, между защитным слоем и слоем металла с низкой температурой плавления.
20. Способ по п. 18, согласно которому слой металла с низкой температурой плавления сформирован на верхней поверхности, нижней поверхности и обеих боковых поверхностях защитного слоя.
