本发明涉及连接多个超导线材的超导线材的连接结构。
背景技术：
本领域一直在进行利用在液氮温度下具有超导性的高温超导体的高温超导线材的开发。在使用这样的高温超导线材制作超导设备用的超导电缆或超导线圈等的情况下，需要长超导线材。长超导线材通过依次连接多个超导线材而获得。另外，在将超导线材应用于例如在磁共振成像(mri)装置或核磁共振(nmr)装置中使用的线圈的情况下，由于以永久电流模式通电，因此需要将超导线材的端部进行连接使其成为环状。
作为将超导线材彼此连接的现有技术，例如专利文献1中公开了以下技术：在超导薄膜的接合处，形成包括构成超导薄膜的金属的溶液的膜，通过对形成的溶液的膜进行加热处理，从而在接合处形成超导接合以连接高温超导薄膜线材。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-235699号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
然而，在专利文献1记载的现有技术中，在将超导薄膜线材的超导薄膜彼此连接时，由于在使超导薄膜彼此贴合了的状态下进行预烧制热处理(仮焼熱処理)以及正式烧制热处理，因此存在超导特性由于以下原因而降低的可能性。首先，由于在高温下进行烧成处理，因此存在不能向超导薄膜上形成的膜供给适当量的氧，从而膜不发生结晶的可能性。
另外，虽然在烧成后进行氧导入处理，但却存在不能向超导薄膜上形成的膜供给氧，从而不能确保连接超导薄膜线材后的超导特性的问题。
本发明是鉴于上述问题点而提出的，其目的在于提供能够实现良好的超导特性并将超导线材彼此连接的超导线材的连接结构。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的超导线材的连接结构是一种对多个将基板与超导层层叠形成的超导线材彼此进行叠加并连接的连接结构，其特征在于，在至少一个超导线材的超导层的表面的一部分，以从所述表面突出的方式设置有非超导体。
根据本发明，通过在至少一个超导线材的超导层的表面的一部分设置非超导体，从而在超导线材彼此的接合部位形成间隙。通过将氧从如此形成的间隙充分地供给到超导线材彼此的接合部位，从而能够在该接合部位的超导层结晶且不使电特性发生劣化的情况下将超导线材彼此连接。
另外，本发明所涉及的超导线材的连接结构的特征在于，优选所述非超导体的一部分被埋设于所述超导层的表面。
另外，本发明所涉及的超导线材的连接结构的特征在于，优选在所述基板与所述超导层之间，设置有中间层。
另外，本发明所涉及的超导线材的连接结构的特征在于，优选在包含所述非超导体突出的部分的所述超导层的表面上，形成连接用超导层，所述连接用超导层构成与其他的超导线材的接合部位。
另外，本发明所涉及的超导线材的连接结构的特征在于，优选非超导体包括cu、ba、al、y、gd、sm、eu、gd、dy、ho、er、tm、yb、lu、zr、hf中的至少1种元素。
另外，本发明所涉及的超导线材的连接结构的特征在于，优选所述非超导体包括cuox。
另外，本发明所涉及的超导线材的连接结构的特征在于，优选所述多个超导线材是两个超导线材，所述非超导体设置于至少一个超导线材的超导层的表面中成为接合部位的叠加部。
另外，本发明所涉及的超导线材的连接结构的特征在于，优选所述多个超导线材是3个超导线材，所述连接结构将第一超导线材及第二超导线材与第三超导线材彼此叠加并连接，所述第一超导线材及第二超导线材以所述超导层的表面同向的位置关系使端面彼此对接，所述第三超导线材以跨所述第一超导线材的所述超导层的表面以及所述第二超导线材的所述超导层的表面这两个表面而连接的位置关系，对置地配置超导层，所述非超导体设置于对置的至少一个超导线材的超导层的表面中成为接合部位的叠加部。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够实现良好的超导特性并将超导线材彼此连接的超导线材的连接结构。
附图说明
图1是示出超导线材的层叠结构的截面图。
图2是用于说明将超导线材彼此连接的连接工序的截面图。
图3中(a)是用于说明本发明所涉及的连接结构的截面图，图3中(b)是用于说明比较例所涉及的连接结构的截面图。
图4是用于说明变形例所涉及的非超导体的截面图。
图5是用于说明本实施方式所涉及的其他应用例的截面图。
具体实施方式
参考具体实施例对用于实施本发明的方式(以下称为本实施方式)进行说明。本实施方式涉及连接多个超导线材的超导线材的连接结构。首先，在关于超导线材的连接结构的具体说明之前，作为超导线材的具体实施例，利用图1的截面图对高温超导线材的结构进行说明。
(1.高温超导线材)
如图1中(a)所示，作为本发明所涉及的超导线材的实施方式之一，高温超导线材100包含基板101、中间层102、超导层103以及保护层104。
基板101形成为带状。作为该基板101，例如，使用低磁性的无取向金属基板和无取向陶瓷基板。对于金属基板的材料，例如使用强度以及耐热性优异的co、cu、ni、ti、mo、nb、ta、w、mn、fe、ag、cr等金属或者这些金属的合金。特别优选的是在耐腐蚀性以及耐热性方面优异的不锈钢、以hasteloy(注册商标)为代表的镍系合金。另外，对于陶瓷基板的材料，例如使用mgo、srtio3或者钇稳定氧化锆等。
中间层102是成为超导层103的基底的任意的层，是为了在超导层103中实现高双轴取向性而在基板101上形成的层。对于该中间层102，使用热膨胀系数和晶格常数等物理特性值显示基板101和构成超导层103的超导体的中间的值的材料，例如，mgo、ceo2。另外，中间层102既可以是单层结构，也可以是多层结构。需要说明的是，在基板101为金属基板的情况下，中间层102可以是陶瓷薄膜。
超导层103形成在中间层102的表面，以超导体为主体，由cu、ba、y、gd、sm、eu、gd、dy、ho、er、tm、yb、lu、zr、hf当中的至少1种元素构成。具体地，作为超导体，使用reba2cu3o7－λ(λ为0至6的整数)表示的re系超导体。re系超导体中的re是y、nd、sm、eu、gd、dy、ho、er、tm、yb、lu等单一的稀土类元素或者多个稀土类元素。
另外，如后所述，为了要实现良好的超导特性并将超导线材100、100彼此连接，如图1中(b)所示，在超导层103的表面103a，设置有例如cuxo等非超导体105。
具体而言，如图1中(b)所示，在通过化学气相蒸镀(cvd)法将超导层103形成为多层结构时，如果在从最下层到第6层的低层区域1031中，使每一层的膜厚薄于200nm，最上层1032(第7层)的膜厚增厚至200nm以上，则不会对超导层103的超导特性造成影响，并能够使非超导体105(例如，氧化铜)在超导层103的表面103a析出。更具体而言，在非超导体105的一部分埋设在超导层103的内部的状态下，剩余部分能够形成为从超导层103的表面103a突出。另外，非超导体105在超导层103的表面103a中的面积密度能够通过用电子显微鏡等观察超导层103的表面103a来进行确认乃至测量。
如上所述，在利用cvd法进行的超导层103的层叠工序中，通过将每一层的膜厚增厚至200nm以上，能够容易地生成非超导体105即氧化铜(cuxo)颗粒。需要说明的是，非超导体105不限于上述氧化铜(cuxo)，也可以由cu、ba、al、y、gd、sm、eu、gd、dy、ho、er、tm、yb、lu、zr、hf当中的至少1种元素构成。
另外，除了cvd法之外，也能够使用mod法、溶胶凝胶法等其他的方法，以从超导层103的表面103a突出的方式设置非超导体105。
保护层104为覆盖超导层103的表面的任意的层。对于保护层104，例如使用ag等。
(2.超导线材的连接结构)
接下来，准备两个具有上述层叠结构的超导线材100，参照图2说明将准备的超导线材100、100进行连接的连接工序。为了方便，将一个超导线材100称为超导线材100a，另一个超导线材100称为超导线材100b。
首先，如图2(a)所示，分别仅对超导线材100a和超导线材100b的保护层104中的连接所需的区域进行蚀刻，使超导层103露出。
接下来，通过金属有机分解(mod)法形成连接用超导层200。具体而言，首先，准备包括y、ba、cu等有机金属络合物的原料溶液20。将准备的原料溶液20涂敷于露出的超导层103的表面。在此，原料溶液20涂敷于露出的超导层103的整个表面，但涂敷量没有特别限制，能够适当地设定。需要说明的是，在本实施方式中，示出了通过mod法来涂敷原料溶液20的方法，但不限于此。
随后，如图2中(b)所示，分别对超导线材100a和超导线材100b进行预烧成，从而使涂布于超导层103的表面的原料溶液20中的有机溶剂蒸发。在此，预烧成例如通过在400～600℃下进行加热处理来进行。通过该预烧成，原料溶液20中含有的有机金属络合物进行分解。通过进行这样的预烧成，在包含非超导体105突出的部分的超导层103的整个表面，形成连接用超导层200。
随后，如图2(c)所示，将超导线材100a、100b的超导层103上分别形成的连接用超导层200互相叠加并以给定的压力按压。其后，保持按压状态，置于低氧浓度气氛中，例如置于氧浓度为50～1000ppm的ar气氛中，并在750℃～850℃左右的温度下进行正式烧成处理。通过该正式烧成处理，连接用超导层200结晶，由此连接用超导层200彼此互相接合。进而，作为通氧退火处理，通过在氧浓度为50％以上的ar气氛下进行降温，由此使氧导入正式烧成处理后的连接用超导层200中。通过导入氧，连接用超导层200成为表现超导特性的结构。
图3中(a)示出了将上述导入氧工序中的超导线材100a、100b的连接部位放大观察的结构。从图3(a)可以明显看出，在超导线材100a、100b中，由于在超导层103的表面103a设置有非超导体105，因此连接用超导层200的表面变得凹凸。如此，通过以使表面凹凸的连接用超导层200彼此对置的方式叠加超导线材100a、100b，从而如图3中(a)所示，在超导线材100a、100b的接合部位、即连接用超导层200、200之间形成间隙300。通过形成这样的间隙300，从而在氧导入时，氧被充分地供给到连接用超导层200、200，连接用超导层200、200结晶，并且在非超导体105的周围形成空隙301。
如上所述，非超导体105从超导层103的表面103a突出。非超导体105中的突出部优选平均直径为0.1～10μm，且平均高度为0.01～5μm。平均直径是在用sem观察并测量最长直径后，通过计算其平均值而获得。另外，平均高度能够通过在厚度方向上切断突出部，用sem观察截面来测量。如果平均直径以及平均高度过大，则非超导体的周围形成的空隙增多，存在连接强度下降的趋势。另一方面，如果平均直径以及平均高度过小，则由于形成的空隙小而不能充分地供给氧，从而不能获得良好的超导特性。
相对于上述本实施方式，图3中(b)中示出了对比较例所涉及的超导线材400a、400b的连接部位进行放大观察的结构。在比较例所涉及的超导线材400a、400b中，分别对设置于超导层403的表面的非超导体405进行研磨，使超导层403的表面变得平坦。当超导层403的表面平坦时，连接用超导层500、500的表面也变得平坦，从而几乎不会形成如图3中(a)所示的间隙300。其结果是，连接用超导层500、500不结晶，从而不能实现良好的超导特性。
从上述比较例和本实施方式的比较结果可以明显看出，根据本实施方式所涉及的超导线材100a、100b的连接结构，通过使分别形成于超导线材100a、100b的连接用超导层200、200可靠地结晶，从而能够在不使电特性发生劣化的情况下将超导线材100a、100b彼此连接。
另外，在通过mod法成膜的情况下，连接用超导层200的膜厚优选为10nm至5μm。这是因为如果过薄，则连接用超导层200、200彼此的连接面积减少，另一方面，如果过厚，则不能形成间隙300，从而难以结晶。
另外，根据本实施方式所涉及的超导线材100a、100b的连接结构，通过形成空隙301，能够充分地将氧供给到连接用超导层200，直到可靠地结晶为止，这一点是优选的。
另外，在本实施方式中，非超导体105从超导层103的表面103a突出，且埋设于超导层103的表面103a，因此能够提高连接强度。特别是，虽然由于上述空隙301的存在而导致连接强度的下降，但通过将非超导体105埋设于超导层103的表面103a，从而能够实现牢固的连接结构，这一点是优选的。
(3.变形例)
需要说明的是，本实施方式所涉及的非超导体105不限于从超导层103的表面103a突出且埋设于超导层103的表面103a的情况。例如，图4示出了变形例所涉及的非超导体105b。也就是说，如图4中(a)所示，在使表面变得平坦而生长的超导层103b的表面，也可以设置氧化铝等微粒作为非超导体105b。随后，如图4中(b)所示，通过在设置有非超导体105b的超导层103b涂敷原料溶液并对其进行预烧成，从而能够形成表面凹凸的连接用超导层200b。特别是，根据图4所示的变形例，在对超导层103的成膜条件不作任何改变的情况下，而通过调整微粒的密度等，即可容易地调整超导层103的表面103a的凹凸形状(凹凸的数量)。即，能够通过简单的方法，将超导层103的表面103a设置为适于连接用超导层200结晶的表面形状。
(4.其他的应用例)
另外，在本实施方式中，如上述图2以及图3所示，示出了如下情形：在将两个超导线材100a、100b以超导层103彼此对置的方式叠加并连接的连接结构中，非超导层105被设置于超导层表面中的叠加部，但在各种连接结构中也能够在实现良好的超导特性的情况下将超导线材彼此连接。需要说明的是，“超导层表面中的叠加部”是指成为之后与其他的超导层接合的接合部位的部分。具体而言，是指超导层表面中的、通过蚀刻去除保护层而露出的区域。
例如，作为其他的应用例，如图5所示，可举出将第一以及第二超导线材100c、100d与第三超导线材100e互相叠加并连接的连接结构，其中，所述第一以及第二超导线材100c、100d以超导层的表面同向的位置关系使端面彼此对接，所述第三超导线材100e以跨第一超导线材100c的超导层的表面以及第二超导线材100d的超导层的表面这两个表面而连接的位置关系对置地进行配置。在第一至第三超导线材100c、100d、100e中，分别通过在超导层103的表面设置非超导体105，从而能够实现良好的超导特性并将第一至第三超导线材100c、100d、100e三者之间连接起来。
应予说明，除了上述图5所示的应用例之外，例如，通过将一个超导线材的终端区域分为两个区域，分别在该区域对接两个不同的超导线材，也能够实现成为大致y字分支的连接结构。
(5.其他)
在本实施方式中，在成为连接对象的所有的超导线材的超导层的表面设置非超导体，但本发明不限于这样的方式。例如，也可以仅在对置的两个超导层中的一个超导层设置非超导体。只要一个超导线材的连接用超导层的表面变得凹凸，即可在连接用超导层间形成间隙，从而能够可靠地使连接用超导层结晶。另外，如图2中(c)所示，在将超导层的一部分彼此连接的情况下，不需要将非超导体设于超导层的整个表面，只要至少设于超导层表面的叠加部即可。
(标号说明)
100、100a、100b、100c、100d、100e超导线材
101基板
102中间层
103超导层
103a表面
104保护层
105非超导体
300间隙
301空隙