JP2009507358A - 高温超電導ワイヤ及びコイル - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
本願は、参照することによりその全体として本書に組み込まれる「高温超電導ワイヤ及びコイル(High Temperature Superconducting Wires and Coils)」と題されている2005年7月29日に出願された米国仮特許出願番号第60/703,815号の、米国特許法第119条(e)の下での利益を主張するものである。
本発明は概して、高温超電導線(ワイヤ)に関する。特に本発明は、第二世代とも呼ばれている被覆導体、つまり高温の超電導体ワイヤ及びテープに関する。本発明は、変化する磁場配向で定電流を維持できる超電導構造にも関する。
本発明は、同じ参照符号が同じ要素を指し示すと共に、説明のためだけに提示され、本発明の制限になることが意図されない以下の図を参照しつつ説明される。
1:2:3.34というY:Ba:Cuの化学量論を有するY−123前駆体溶液は、約4.85mlのメタノール(CH3OH)と約0.15mLのプロピオン酸(C2H6CO2)の中で、約0.83グラムのY(CF3CO2)3、約1.60グラムのBa(CF3CO2)2、及び約1.54グラムのCu(C2H5CO2)2を溶解することによって調製された。溶液の最終的な体積はメタノールを用いて約5mlに調整された。
前駆体溶液は、約4.85mlのメタノール(CH3OH)と約0.15mlのプロピオン酸(C2H6CO2)の中で、約0.83グラムのY(CF3CO2)3、約0.138グラムのEr(CH3CO2)3、約1.60グラムのBa(CF3CO2)2及び約1.28グラムのCu(C2H5CO2)2を溶解することによって調製された。溶液の最終的な体積はメタノールで約5mlに調整された。
1:2:3.23というY:Ba:Cuの化学量論を有するベースラインYBCO前駆体溶液は、約4.85mlのメタノール(CH3OH)と約0.15mlのプロピオン酸(C2H6CO2)の中で、約0.85グラムのY(CF3CO2)3、約1.45グラムのBa(CF3CO2)2、及び約1.35グラムのCu(C2H5CO2)2を溶解することによって調製された。溶液の最終的な体積は、約0.4モルのY濃度を有するようにメタノールを用いて調整された。
以下の文書は参照することにより本書に組み込まれている。つまり、参照することによりそのすべてが本書に引用されている、1993年7月27日に出願され、「MOD前駆体溶液からの高度にテクスチャ加工された酸化物超電導膜の作成(Preparation of High Textured Oxide Superconducting Films from MOD Precursor Solutions)」と題される米国特許第5,231,074号、2000年2月8日に発行され、「エピタキシャル層を用いて超電導体製品を製造するための低真空プロセス(Low Vacuum Process for Producing Superconductor Articles with Epitaxial Layers)」と題される米国特許第6,022,832号、2000年2月22日に発行され、「エピタキシャル層を製造するための低真空プロセス(Low Vacuum Process for Producing Epitaxial Layers)」と題される米国特許第6,027,564号、2001年2月20日に発行され、「無定形面に付着される岩塩状の構造を有する薄膜(Thin Films Having Rock−Salt−Like Structure Deposited on Amorphous Surface)」と題される米国特許第6,190,752号、2000年10月5日に公開され、「合金材料(Alloy Materials)」と題される公開番号第00/58530号国際公開公報、2000年10月5日に公開され、「合金材料(Alloy Materials)」と題される公開番号第58044号国際公開公報、1999年4月8日に公開され、「酸化抵抗が改善された基板(Substrates with Improved Oxidation Reistance)」と題される公開番号第99/17307号国際公開公報、1999年4月8日に公開され、「超電導体用基板」と題される国際公開公報第99/16941号、1998年12月23日に公開され、「金属オキシフルオライドの超電導酸化物への制御された変換(Controlled Conversion of Metal Oxylfluorides into Superconducting Oxides)」と題される国際公開公報第98/58415号、2001年2月15日に出版され、「多層製品及び銅を製造する方法(Multi−Layer Articles and Methods of Making Same)」と題される国際公開公報第01/11428号、2001年2月1日に公開された、「多層製品及び同を製造する方法(Multi−Layer Articles And Methods Of Making Same)」と題される国際公開公報第01/08232号、2001年2月1日に公開され、「多層製品を製造するための方法及び構成物(Methods and Compositions For Making A Multi−Layer Artricle)」と題される国際公開公報第01/08235号、2001年2月1日に公開され、「被覆導体厚膜前駆体(Coated Conductor Thick Film Precursor)」と題される国際公開公報第01/08236号、2001年2月1日に公開され、「A.C.損失が削減された被覆導体(Coated Conductors With Reduced A.C.Loss)」と題される国際公開公報第01/08169号、2001年3月1日に公開され、「表面制御合金基板及びその製造方法(Surface Control Alloy Substrates And Methods Of Manufacture Therefor)」と題される国際公開公報第01/15245号、2001年2月1日に公開され、「強化された純度酸化被膜の形成(Enhanced Purity Oxide Layer Formation)と題される国際公開公報第01/08170号、2001年4月12に公開され、「酸化被膜反応速度の制御(Control of Oxide Layer Reaction Rates)」と題される国際公開公報第01/26164号、2001年4月12日に公開され、「酸化被膜方法(Oxide Layer Method)」と題される国際公開公報第01/26165号、2001年2月1日に公開され、「強化された高温被膜超電導体(Enhanced High Temperature Coated Superconductors)」と題される国際公開公報第01/08233号、2001年2月1日に公開され、「超電導体を作る方法(Methods of Making A Superconductor)」と題される国際公開公報第01/08231号、2002年4月20日に公開され、「前駆体溶液及び同を使用する方法(Precursor Solutions and Method of Using Same)」と題される国際公開公報第02/35615号、2002年8月20日に発行され、「酸化物ブロンズ組成及びそれに従って製造されるテクスチャ加工された製品(Oxide Bronze Compositions and Textured Articles Manufactured in Accordance Therewith)」と題される米国特許第6,436,317号、2001年7月31日に出願され、「多層超電導体及び同を製造する方法(Multi−Layer Superconductors And Methods Of Making Same)」と題される米国仮特許出願出願番号第60/309,116号、2004年9月28日に発行され、「超電導体方法及びリアクタ(Superconductor Methods and Reactor)」と題される米国特許第6,797,313号、1999年11月18日に出願され、「超電導体製品及び構成物、ならびに同を製造するための方法(Superconductor Articles and Compositions and Methods for Making Same)」と題される米国仮特許出願出願番号第60/166,297号、2005年12月13日に発行され、「超電導体製品及び構成物、ならびに同を製造するための方法(Superconductor Articles and Methods for Making Same)」と題される、共同所有される米国特許第6,974,501号、2005年3月24日に公開され、「超電導体方法及びリアクタ(Superconductor Methods and Reactos)」と題される特許公報番号第2005−0065035号、2006年2月23日に公開され、「低AC損失フィラメント被覆超電導体(Low AC Loss Filamentary Coated Superconductors)」と題される米国特許公報番号第2006−0040830号、2004年9月29日に出願され、「スタック式フィラメント超電導体(Stacked Filamentary Superconductors)」と題される米国特許出願第10/955,801号、2006年7月21日に出願され、「密封高温超電導体線の製造(Fabrication of Sealed High Temperature Superconductor Wires)」と題される米国特許出願(番号はまだ割り当てられていない)、2006年7月21日に出願され、「高温超電導テープを含む大電流コンパクト可撓導体(High Current,Compact Flexible Conductors Containing High Temperature Superconducting Tapes)」と題される米国仮特許出願(番号はまだ割り当てられていない)、2006年7月21日に出願され、「高温超電導体線のための低抵抗スプライス(Low Resistance Splice for High Temperature Superconductgor Wires)」と題される米国仮特許出願(番号はまだ割り当てられていない)、及び2006年7月24日に出願され、「平面的な磁束ピンニング中心を有する高温超電導体及び同を製造するための方法(High Temperature Superconductors Having Planar Magnetic Flux Pinning Centers and Methods for Making the Same)」と題される米国仮特許出願(番号はまだ割り当てられていない)。
Claims (42)
- 積み重ねられた関係で1つまたは複数の基板の上に配置された第1の超電導層及び第2の超電導層を少なくとも備えてなる超電導ワイヤであって、
前記第1の超電導層は、当該超電導体層の表面に平行な臨界電流の、当該超伝導体層の表面に直角な臨界電流に対する第1の所定比率(Ic(ab)/Ic(c))を提供すべく選択された第1の高温超電導酸化物を備えており、
前記第2の超電導層は、当該超電導体層の表面に平行な臨界電流の、当該超電導体層の表面に直角な臨界電流に対する第2の所定比率(Ic(ab)/Ic(c))を提供すべく選択された第2の高温超電導層を備えており、
前記第1の超電導層と第2の超電導層とが組み合わされて、選択された磁場配向で所定の全体的な臨界電流Icを提供する、超電導ワイヤ。 - 前記第1又は第2の高温超電導体が、超電導層の表面に直角に配向された磁場(H//c)の存在下で強化された臨界電流(Ic(c))を提供するように選択されている、請求項1に記載の超電導ワイヤ。
- Ic(ab)/Ic(c)の前記第1の所定比率が、1テスラ以上の適用磁場において2.6以下である請求項2に記載の超電導ワイヤ。
- Ic(ab)/Ic(c)の前記第1の所定比率が、1テスラ以上の適用磁場において2.0未満である請求項2に記載の超電導ワイヤ。
- Ic(ab)/Ic(c)の前記第1の所定比率が、1テスラ以上の適用磁場において1.5未満である請求項2に記載の超電導ワイヤ。
- 前記適用磁場が、約1テスラから約6テスラの範囲内にある請求項3、4または5に記載の超電導ワイヤ。
- 前記高温超電導体が、希土類−アルカリ土類−銅の酸化物を備え、当該希土類が2つ以上の希土類元素を備える、請求項2に記載の超電導ワイヤ。
- 前記希土類−アルカリ土類−銅の酸化物が、化学量論的な希土類−アルカリ土類−銅に必要とされる量を超過したイットリウムを備える、請求項7に記載の超電導ワイヤ。
- 前記希土類元素が、エルビウムとホルミウムのうちの1つまたはそれ以上を備える、請求項7に記載の超電導ワイヤ。
- ホルミウムとエルビウムのうちの1つまたはそれ以上が、希土類−アルカリ土類−銅の酸化物の中の希土類の化学量論量の25%から150%の範囲内の量で存在する、請求項9に記載の超電導ワイヤ。
- 前記希土類元素がさらにイットリウムを備える、請求項10に記載の超電導ワイヤ。
- 前記高温超電導体が、希土類−アルカリ土類−銅の酸化物と、該酸化物超電導体の粒子内に位置する金属含有化合物を備える少なくとも1つの第2の位相ナノ粒子とを備える、請求項2に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第2の位相ナノ粒子が、希土類元素、アルカリ土類金属、及び遷移金属のうちの1つまたは複数を備える、請求項12に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第2の位相ナノ粒子が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、Y2Cu5O5、Y2BaCuO4、酸化マグネシウム、BaZrO3、銀、及びCeO2からなる群から選択されるものである、請求項12に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第1または第2の高温超電導体構成物が、超電導層の表面に平行に向けられた磁場(H//ab)の存在下で強化された臨界電流(Ic)を提供すべく選択されている、請求項2に記載の超電導ワイヤ。
- Ic(ab)/Ic(c)の前記第2の所定比率が、1テスラ以上の適用磁場において2.5を超える、請求項15に記載の超電導ワイヤ。
- Ic(ab)/Ic(c)の前記第2の所定比率が、1テスラ以上の適用磁場において3.5を超える、請求項15に記載の超電導ワイヤ。
- Ic(ab)/Ic(c)の前記第2の所定比率が、1テスラ以上の適用磁場において5.5を超える、請求項15に記載の超電導ワイヤ。
- 前記適用磁場が約1テスラから約6テスラの範囲内にある、請求項16、17又は18に記載の超電導ワイヤ。
- 前記高温超電導体が、希土類−アルカリ土類−銅の酸化物を備え、銅対アルカリ土類の比率が1.5を超える、請求項15に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第1及び第2の超電導層の厚さが異なる、請求項1に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第1及び第2の超電導層の厚さが、選択された磁場配向で所定の全体的な臨界電流を提供すべく選択されている、請求項1に記載の超電導ワイヤ。
- 選択された磁場配向が、0°(H//c)と90°(H//ab)の間である、請求項1に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第1の超電導層が基板の上面に配置され、前記第2の超電導層が基板の下面に配置されている、請求項1に記載の超電導ワイヤ。
- 少なくとも1つの第1の緩衝層が、前記基板の上面と前記第1の超導電層の間に配置されると共に、少なくとも1つの第2の緩衝層が、前記基板の下面と前記第2の超電導層の間に配置されている、請求項24に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第2の超電導層が前記第1の超電導層の上に重なっている、請求項1に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第1の超電導層と第2の超電導層の間には、導電層が配置されている、請求項26に記載の超電導ワイヤ。
- 前記導電層は銅を備える、請求項27に記載の超電導ワイヤ。
- 1つまたは複数の緩衝層が前記基板と前記第1の超電導層の間に配置されている、請求項26に記載の超電導ワイヤ。
- 請求項1に記載の超電導ワイヤは更に、
第1の基板、当該第1の基板上に配置され且つ前記第1の超電導層を支持する少なくとも1つの第1の緩衝層、及び、前記第1の超電導層に配置された第1の金属製保護層を備えてなる第1のコーティングされた素子、並びに、
第2の基板、当該第2の基板上に配置され且つ前記第2の超電導層を支持する少なくとも1つの第2の緩衝層、及び、前記第2の超電導層に配置された第2の金属製保護層を備えてなる第2のコーティングされた素子、
を備える請求項1に記載の超電導ワイヤ。 - 前記第1及び第2のコーティングされた素子が前記第1及び第2の基板で接合されるように、前記第1のコーティング素子と第2のコーティング素子の間に配置された介在バインダ層を更に備える、請求項30に記載の超電導ワイヤ。
- 前記第1及び第2のコーティングされた素子が前記第1の及び第2の金属製保護層で接合されるように、前記第1のコーティング素子と第2のコーティング素子の間に配置された介在バインダ層を更に備える、請求項31に記載の超電導ワイヤ。
- 高温超電導装置を製造する方法であって、
高いIc(c)の高温超電導体構成物を備えた第1の領域と、高いIc(ab)の高温超電導体構成物を備えた第2の領域と、前記高いIc(c)の高温超電導体構成物および前記高いIc(ab)の高温超電導体構成物の混合物を備えた第3の領域とを備える1本の超電導ワイヤを提供することと、
前記第1の領域が前記ワイヤに対し直角(0°)な磁場配向を経験する当該装置内の位置を占め、前記第2の領域が前記ワイヤに対し平行(90°)な磁場配向を経験する当該装置内の位置を占め、前記第3の領域が0°と90°の間の磁場配向を経験する当該装置内の位置を占めるように、当該装置内に超電導体を配置することと、
を備えた方法。 - 前記装置がコイルである、請求項33に記載の方法。
- 前記高温超電導体ワイヤの前記第1の領域が該コイルの端部に位置している、請求項34に記載の方法。
- 前記高温超電導体ワイヤの前記第2の領域が該コイルの内部に位置している、請求項35に記載の方法。
- 前記高温超電導体ワイヤの前記第3の領域が前記第1の領域と第2の領域の間に位置している、請求項36に記載の方法。
- 高温超電導体層を備えた超電導ワイヤを具備する製品であって、
その製品が、当該製品内のさまざまな位置で異なる配向の磁場を経験すると共に、前記高温超電導体層の構成物が、既定の位置での磁場の配向に対処するようにその長さに沿って変化する製品。 - 前記製品はコイルを備えており、
動作時に当該コイルが、前記超電導体層の平面に略平行から前記超電導体層の平面に略直角までの変化範囲を持った誘起磁場を経験する、請求項38に記載の製品。 - 前記超電導体ワイヤの構成物が、動作中に前記超電導層の表面に直角な磁場を経験する前記コイルの第1の領域において、主に高いIc(c)の高温超電導体構成物を備えている、請求項39に記載の製品。
- 前記超電導体ワイヤの構成物が、動作中に前記超電導層の表面に対しほぼ平行である磁場を経験する前記コイルの第2の領域において、主に高いIc(ab)の高温超電導体構成物を備えている、請求項40に記載の製品。
- 前記超電導体ワイヤの構成物が、動作中に前記超電導層の表面に対して0度と90度の間の角度となる磁場を経験する前記コイルの領域内に、高いIc(c)の高温超電導体構成物と、高いIc(ab)の高温超電導体構成物との混合物を備えている、請求項41に記載の製品。
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