이트륨계 고온초전도체 연속 성막
11만 암페어의 전류밀도 달성은 테이프 위에 장척화
東芝는 초전도공학연구소와 공동으로 방향이 일정한 은테이프 위에 집적, 이트륨(Y)계 고온초전도체를 연속 성막하는 간단한 제법을 이용, 10미터 길이에서 1평방센티미터당 11만 암페어 이상의 전류밀도를 달성했다. 은테이프의 강도를 높여, 장시간에 걸친 성막 온도의 안정화 등으로 실현했다. 자장에 강한 Y계는 비스마스계에 비해 선재화가 뒤쳐졌지만, 간단한 제법으로 장척화에 최초로 길을 열었다. 낮은 가격에 고성능의 고온초전도 선재의 실용화로 연결시켰다.
간단한 제법, 싼 가격에
이 방법은 결정방위가 일정한 은테이프 위에 직접 연속 성막한다. 은과 Y계는 잘 반응하지 않고, 은이 양호한 도전성을 나타내기 때문에 초전도가 손상되어도 은테이프가 그대로 안정화재가 되어, 단순구조이므로 가격이 낮아진다.
지금까지 전류밀도는 장척화의 기준이 되는 10미터 이상에서는 1자릿수에 이르지 못했다. 이것은 종래의 순은테이프인 경우에는 2개의 두루마리 릴 사이에 약 750℃의 고온에서 연속성막하기 때문에 늘어나거나, 변형되는 등 안정된 연속성막이 불가능했기 때문.
따라서 강도가 높은 니켈·은 합금 주위에 은·구리 합금을 조화시킨 고강도 은 클래드 테이프를 개발했다. 이것 때문에 강도가 고온에서 3 배 이상으로 늘어나며, 테이프 표면의 은·구리 합금의 구리가 Y계의 확산을 억제하는 작용을 한다. 또 은테이프를 압연·열처리·재결정화했을 때 은의 결정이 「210」으로 재생성 좋게 배향하기 때문에 그 위에 성막할 Y계 결정방위도 나란히 늘어서 높은 전류밀도를 얻을 수 있다.
Y계 초전도막이 성막에 이용하는 엑시머 레이저 성막(PLD)법의 프룸(증기)도 타깃의 구동으로 연구하여, 프룸의 크기와 방향을 항상 일정하게 유지하는 한편, 할로겐 램프에 의한 간접적인 테이프 가열수단을 채용, 장시간의 온도 안정성도 확립했다.
이로써 매시 1~10미터의 테이프 이동속도에서 동 10만~20암페어(액체질소온도 냉각 시)의 고전류 밀도가 안정되게 얻어졌다. 또한 은테이프 위에 구리 조성비가 약간 많은 Y계를 성막, 그 위에 초전도 성막 Y계를 성막하면, 성막 초기의 구리 부족도 해소. 은 기판 위의 Y계에서는 동 34만 암페어로 최고의 전류밀도를 얻을 수 있었다.
지금까지 Y계에서는 하스테로이나 니켈 테이프 위에 증간층을 성막하고, 그 위에 Y계 초전도막을 달고, 거기에 안정화층인 은을 성막할 필요가 있었다. 이미 10미터에서 동 40암페어의 전류밀도도 얻었으나, 방법이 복잡했다. 앞으로 초전도 박막의 후막화(厚膜化)를 추진, 전류밀도를 한 자릿수 더 높여서 실용화로 이어나갈 예정이다.
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