[发明专利]氧化物超导体及其制造方法

说明书

实施方式的氧化物超导体具备氧化物超导层，该氧化物超导层含有单晶、2.0×10¹⁵原子/cc以上5.0×10¹⁹原子/cc以下的氟和1.0×10¹⁷原子/cc以上5.0×10²⁰原子/cc以下的碳，所述单晶具有含有选自钇、镧、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱及镥中的至少1种稀土类元素、钡、以及铜的连续的钙钛矿结构，钙钛矿结构的稀土元素的位点的一部分中含有镨，相对于至少1种稀土类元素与镨的总量，镨的摩尔比在0.00000001以上0.2以下。

技术领域

本发明的实施方式涉及氧化物超导体及其制造方法。

背景技术

超导是指，开发了冷冻机的荷兰人Kamerring Onnes使用汞而发现的电阻值完全为0的现象。之后，基于BCS(Bardeen Cooper Schrieffer)理论的上限超导转变温度(Tc)为39K，此为第1种超导体的Tc。

1986年Bednorz等发现的第2种超导体呈现了高于39K的结果，促成了能够在液氮温度下使用的氧化物超导体开发。该氧化物超导体是超导状态和非超导状态共存的第2种超导体。目前可在液氮温度下使用的高温氧化物超导体已经能够以500m长的批量进行大量销售。超导线材在超导输电线、核聚变反应堆、磁悬浮列车、加速器、磁诊断装置(MRI)等各种各样的大型仪器中的应用受到了期待。

作为高温氧化物超导体，主要开发了称作第1代的铋类超导线材和称作第2代的钇类超导线材。需要60体积％以上的银的第1代的制造商相继退出，目前全世界仅有极少数的公司在制造。

另一方面，基材便宜且物理强度优良的第2代的裸线的总销售长度超过了3000km。使用大量的线材制造的50MVA的直流输电线缆系统在2015年08月的时间点已有3年以上的运行业绩，从2014年9月起具有500MVA的容量的直流输电线缆系统开始了应用。500MVA的输电容量是相当于标准核反应堆近50％的功率的大规模输电系统。

虽然累积销售了3000km以上的线材，但裸线长在20km以上的大型合约、交付以及应用业绩全部基于使用三氟乙酸盐的金属有机沉积(TFA-MOD)法。TFA-MOD法是能够稳定制造且大量供给500m长的线材、并具有应用业绩的最初的方法。作为第2代的其他主要制造方法，有脉冲激光沉积(PLD)法和金属有机化学气相沉积(MOCVD)法，但是由于存在组成控制方面的技术问题，现阶段还无法稳定量产500m的长线材。因此，现阶段的线材份额中，TFA-MOD法几乎为100％。

这种现状并未否定PLD法和MOCVD法的前景。物理蒸镀法难以控制组成，但是如果开发出通过低成本的方法以及TFA-MOD法将飞向真空中的原子量2倍以上的不同3种元素的组成偏差控制在1％以下的技术，则能够量产。但是，该技术问题在1987年以来的28年以上的期间并未得到解决。

另一方面，在需要磁场特性的线圈应用中，PLD法和MOCVD法的线材先行得到使用。这是因为容易导入改善磁场特性所需的人工钉扎(日文：人工ピン)。但是，使用由PLD法和MOCVD法制造的超导线材制得的线圈目前尚无实用记录。其制造数量虽然达到了20-30，但尚无完成了良好的线圈的报告。

有意见指出，由PLD法和MOCVD法制造的超导线材无法顺利地用作线圈的原因之一在于强度不足导致的超导层的破坏。但是，强度不足导致的超导层的破坏的情况下，特性降低至接近于0。作为线圈，存在能够通电但产生了不良的线圈，因此认为作为线圈无法成功的主要原因并不是超导层的破坏。

关于不能成功地作为线圈，认为无法获得所设计的磁场这一现象给出了重要的启示。线圈设计中，在计算了超导电流和卷数等的基础上再制造线圈，但是大量报告了使用了仅能获得设计磁场的70％左右的YBCO超导线材。认为这与超导线材内部的不均匀性有关。