CN102834878B - 超导线材的电极部接合结构、超导线材及超导线圈 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超导线材的电极部接合结构，该超导线材的电极部接合结构具有：具有第1基材、设置在该第1基材上的第1超导层和设置在该第1超导层上的第1导电层的超导线材；设置在所述超导线材端部的所述第1导电层上的电极；具有第2基材、设置在该第2基材上的超导层和设置在该第2超导层上的第2导电层，设置成包覆所述电极的至少一部分的包覆用超导带材，所述包覆用超导带材的所述第2导电层配置在所述电极一侧，所述电极、所述超导线材和所述包覆用超导带材之间彼此电连接。

Description

超导线材的电极部接合结构、超导线材及超导线圈

技术领域

本发明涉及一种超导线材的电极部接合结构、超导线材及超导线圈。

本申请要求2010年4月16日在日本提交的专利申请第2010-095377号的优先权，并将其内容引入本说明书中。

背景技术

近年来，作为使用将超导体加工成线材而得的超导线材的电力应用器械，人们进行了各种器械装置的开发。例如，超导磁储能装置（Superconducting Magnetic EnergyStorage，下面简称为SMES）与其他能量存储装置相比，具有能量出入速度快等特征，其开发正活跃地进行着。此外，以变压器为代表的交流线圈、以电动机、发电机为代表的超导旋转电机、使用常导时呈高电阻的线材的限流器等的开发也在进行。作为这类超导体，已知的有金属系超导体、氧化物系超导体。

NbTi、Nb₃Sn等金属系超导体由于必须冷却至4.2K左右的极低温才能得到超导状态，因此，冷却成本高，成为实用化的障碍。此外，已经知道，金属系超导体在有超过临界电流的电流流过时会立即发生常导转移而无法维持超导状态。因此，如果将这类金属系超导体加工成线材、作为线圈应用到SMES中，则会存在线材中有超过临界电流的电流流入时，该线材会立即出现常导转移，蓄积在线圈中的能量会释放的问题。

另一方面，使用Bi（铋）系或Y（钇）系氧化物超导线材时，由于超导线材的超导转移温度较高，作为用于使线材处于超导状态的冷却剂，可以使用77.3K的液氮，因此，可以大幅降低冷却成本。此外，使用Bi系或Y系氧化物超导线材时，即使通入超过临界电流的电流，只要在称作磁通量流区域的温度范围内，就可维持超导状态而不出现常导转移。为此，利用这类氧化物超导线材的优点的应用正受到期待。

近年来，对于带状Y系氧化物超导线材，可以获得带宽5mm、具有用液氮冷却至77.3K、使外部磁场为0T时的临界电流约为100～300A这样的超导特性的线材。这类氧化物超导线材例如可用作扁平型线圈（扁平线圈）等。据揭示，该扁平线圈是一种将带状氧化物超导线材以同心圆状卷绕在筒状线圈架上而形成的线圈，是在超导线材的起始端部及终端部分别安装有外部连接用电极的超导线圈（例如可参见下述专利文献1）。

专利文献

专利文献1：日本特开2008-140930号公报

发明内容

上述专利文献1中所记载的超导线圈是一种将一个表面侧为超导层侧、另一个表面侧为基板侧的多层结构的薄膜超导线材卷绕而形成的扁平线圈，其薄膜超导线材最内圈的前端内周面上安装有内电极，最外圈的前端外周面上安装有外电极。

然而，上述专利文献1中所记载的那种结构的超导线圈存在以下问题：从外部励磁用电源通过电极进行通电时，由于来自外部的渗透热及连接部的发热而引起电极附近的温度上升，使得电极附近的超导体出现从超导状态转移至常导状态的常导转移，从而可能引起超导线圈烧损。

本发明是鉴于这种以往的实际情况而作出的，旨在提供一种能抑制电极附近的温度上升的超导线材的电极部接合结构、能抑制电极附近的常导转移的发生并能使烧损不出现的超导线材及超导线圈。

为了达到上述目的，本发明采用以下结构。

作为本发明一实施方式的超导线材的电极部接合结构具有：具有第1基材、设置在该第1基材上的第1超导层和设置在该第1超导层上的第1导电层的超导线材；设置在所述超导线材端部的所述第1导电层上的电极；具有第2基材、设置在该第2基材上的超导层和设置在该第2超导层上的第2导电层，设置成包覆所述电极的至少一部分的包覆用超导带材。所述包覆用超导带材的所述第2导电层配置在所述电极一侧，所述电极、所述超导线材和所述包覆用超导带材之间彼此电连接。

所述超导线材的电极部接合结构还可具有充填在所述超导线材、所述包覆用超导带材和所述电极之间的间隙中的缓冲部件。

所述缓冲部件可由热固性树脂形成。

所述电极、所述超导线材和所述包覆用超导带材之间可通过焊剂彼此电连接。

作为本发明另一实施方式的超导线材具有上述电极部接合结构。

作为本发明又一实施方式的超导线圈具有由超导线材形成的线圈体，所述超导线材以导电层一侧的表面为外侧进行卷绕，具有上述电极部接合结构。

根据上述作为本发明一实施方式的超导线材的电极部接合结构，其采用以下结构：设有包覆用超导带材，该包覆用超导带材包覆设置在超导线材端部的电极的上表面，超导线材的稳定化层（导电层）和包覆用超导带材的稳定化层（导电层）分别与电极上表面和下表面接合，电极、超导线材和包覆用超导带材之间彼此电连接。通过该结构，流入电极附近的超导线材的电流和流入包覆用超导带材的电流变小，可减小由电极与超导线材的接触电阻而产生的焦耳热。因此，可以抑制电极温度上升，从而抑制电极附近的超导线材的温度上升和常导转移，不使超导线材烧损。

此外，在超导线材用制冷剂等冷却时，其周围的部件也被传导冷却。在上述作为本发明一实施方式的超导线材的电极部接合结构中，采用了在电极的一侧表面配置超导线材、在电极的另一侧表面配置包覆用超导带材、使它们分别与电极电连接的构成。通过该构成，与以往的超导线材的电极部接合结构相比，可还通过包覆用超导带材使电极高效率地冷却，能抑制由来自外部的侵入热引起的电极温度上升，从而抑制超导线材的常导转移的发生，不使烧损出现。

此外，根据上述作为本发明一实施方式的超导材料的电极部接合结构，采用了在由超导线材、包覆用超导带材和电极形成的间隙中充填有缓冲部件的构成。通过该构成，即使在有弯曲、变形等机械力的情况下，也能防止超导线材的特性劣化。此外，通过上述缓冲部件充填，在超导线材及包覆用超导带材用制冷剂冷却时，缓冲部件也被传导冷却，因而能更有效地使电极冷却。

上述作为本发明另一实施方式的超导线材及又一实施方式的超导线圈具有上述作为本发明一实施方式的电极部接合结构。通过该构成，传导冷却时，可以高效率地使电极冷却。因此，可抑制电极附近的超导线材的温度上升及超导转移，不使烧损发生。

附图说明

图1A是显示作为本发明一实施方式的超导线材的电极部接合结构的截面图。

图1B是显示同一实施方式的超导线材的电极部接合结构的俯视图。

图2是显示图1A及图1B中所示的电极部接合结构所具有的超导线材的一个例子的立体示意图。

图3是显示作为本发明一实施方式的超导线圈的立体示意图。

图4是显示包覆用超导带材的基材表面曲率半径r与临界电流关系的图表。

具体实施方式

下面对作为本发明一实施方式的超导线材的电极部接合结构进行说明。

图1A是显示作为本发明一实施方式的超导线材的电极部接合结构的截面图。图1B是显示同一实施方式的超导线材的电极部接合结构的俯视图。此外，图2是显示图1A及图1B中所示的电极部接合结构所具有的超导线材的一个例子的立体示意图。图1A中，为了简化说明，省去了各超导线材的一部分层。

图1A及图1B所示的超导线材的电极部接合结构10具有超导线材1、设置在超导线材1上的电极3和设置在超导线材1上并包覆电极3一部分的包覆用超导带材2。

超导线材1及包覆用超导带材2分别设置成其与带状基材11相反一侧的表面（后述的各稳定化层19的表面）与电极3接触、并与电极3电连接。此外，在由超导线材1、包覆用超导带材2和电极3形成的间隙中充填有缓冲部件4。

如图2所示，超导线材1的大致结构是，在带状基材11上层积有基底层12、中间层15、覆盖层16和氧化物超导层17，并在氧化物超导层（超导层）17之上层积有稳定化基层18和稳定化层（导电层）19，其整体被绝缘性包覆层20包覆。此外，在超导线材1中，可省略基底层12。此外，如图1A及图1B所示，在超导线材1的端部，包覆层20被除去，在从包覆层20引出的电极连接端1a上配置有电极3、包覆用超导带材2和缓冲部件4。

可在本实施方式的超导线材1中使用的基材11可用作通常的超导线材的基材，只要是高强度即可，为制成长的电缆，优选基材为带状，并优选由耐热性金属构成。例如可以是银、铂、不锈钢、铜、哈氏合金之类的镍合金等各种金属材料或者在这些各种金属材料上配置有陶瓷的基材等。在各种耐热性金属中，优选镍合金。

其中，如果是市售品，哈氏合金（美国Haynes公司生产，商品名）可适宜使用。作为哈氏合金，钼、铬、铁、钴等成分的量可以不同，还可使用哈氏合金B、C、G、N、W等的任一种。基材11的厚度只要根据目的进行适当调整即可，通常为10～500μm。

基底层12是耐热性高、用于降低界面反应性的层，用于获得配置在其之上的膜的取向性。这种基底层12可根据需要进行配置，例如由氧化钇（Y₂O₃）、氮化硅（Si₃N₄）、氧化铝（Al₂O₃，也称作“矾土”）等构成。该基底层12例如通过溅射法等成膜法形成。该基底层12的厚度例如为10～200nm。

此外，在本发明中，超导线材1的结构不局限于图2所示的结构，也可以是在基材11和基底层12之间夹入有防扩散层的结构。防扩散层是为防止基材11的构成元素扩散而形成的层，由氮化硅（Si₃N₄）、氧化铝（Al₂O₃）或稀土类金属氧化物等构成。防扩散层的厚度例如为10～400nm。此外，由于与防扩散层的结晶性无关，因而只要用通常的溅射法等成膜法形成即可。

如上所述，在基材11与基底层12之间夹入防扩散层，可在形成后述的中间层15、覆盖层16及氧化物超导层17等其它层时，在必然被加热或作为加热处理的结果而经受热历程的情况下抑制基材11的构成元素的一部分通过基底层12扩散到氧化物超导层17一侧。此外，通过使用防扩散层和基底层12的双层结构，能有效抑制元素从基材11一侧扩散。作为在基材11与基底层12之间夹入防扩散层的情况的例子，可以列举使用Al₂O₃作为防扩散层、使用Y₂O₃作为基底层12的组合。

中间层15可以是单层结构，也可以是多层结构，为控制层积在其之上的氧化物超电导层17的结晶取向性，从双轴取向的物质中进行选择。作为中间层15的优选材质，具体而言，可以列举Gd₂Zr₂O₇、MgO、ZrO₂-Y₂O₃（YSZ）、SrTiO₃、CeO₂、Y₂O₃、Al₂O₃、Gd₂O₃、Zr₂O₃、Ho₂O₃、Nd₂O₃等金属氧化物。

如果用离子束辅助蒸镀法（IBAD法）使该中间层15以良好的结晶取向性（例如结晶取向度在15°以下）成膜，则能使形成在其之上的覆盖层16的结晶取向性呈良好的值（例如结晶取向度在5°左右）。由此，可使在覆盖层16上形成膜的氧化物超导层17的结晶取向性良好、发挥优异的超导特性。

中间层15的厚度只要根据目的进行适当调整即可，通常可使其在0.005～2μm的范围内。

中间层15可通过溅射法、真空蒸镀法、激光蒸镀法、电子束蒸镀法、离子束辅助蒸镀法（下面简称为IBAD法）、化学气相沉积法（CVD法）等物理蒸镀法，涂敷热分解法（MOD法）、热喷涂等形成氧化物薄膜的公知的方法进行层积。尤其是通过IBAD法形成的前述金属氧化物层的结晶取向性高，控制氧化物超导层17、覆盖层16的结晶取向性的效果好，从这方面考虑，是较理想的。IBAD法是指在蒸镀时在作为底材的蒸镀面上以规定的角度照射离子束、使结晶轴定向的方法。通常，作为离子束，使用氩（Ar）离子束。例如由Gd₂Zr₂O₇、MgO或ZrO₂-Y₂O₃（YSZ）构成的中间层15由于能减小作为表示IBAD法中的结晶取向度的指标的ΔΦ（FWHM：半高宽）的值，因而尤其优选。

覆盖层16优选为经过以下过程而形成的层：在中间层15表面外延生长，之后在横向（面方向）上晶粒生长（附生），结晶粒在面内方向上选择生长。这样的覆盖层16能获得比由前述金属氧化物层构成的中间层15高的面内取向度。

覆盖层16的材质只要是能显现上述功能的材料即可，无特殊限制。作为优选的材料，具体而言，可以列举CeO₂、Y₂O₃、Al₂O₃、Gd₂O₃、Zr₂O₃、Ho₂O₃、Nd₂O₃等。覆盖层的材质为CeO₂的情况下，覆盖层16可含有Ce的一部分被其他金属原子或金属离子置换的Ce-M-O系氧化物。

该CeO₂层可通过PLD法（脉冲激光蒸镀法）、溅射法等成膜，但从可获得大的成膜速度的角度考虑，优选使用PLD法。作为通过PLD法形成CeO₂层的成膜条件，可在基材温度约为500～1000℃、压力约为0.6～100Pa的氧气环境中进行。

CeO₂层的膜厚只要在50nm以上即可，但要获得充分的取向性，则优选在100nm以上，若在500nm以上则更为优选。然而，若膜厚过厚，则结晶取向性变差，因而，优选膜厚为500～1000nm。

氧化物超导层17可以是公知的层，具体而言，可以列举出由REBa₂Cu₃O_y（RE表示Y、La、Nd、Sm、Er、Gd等稀土类元素）构成的材质的层。作为该氧化物超导层17，可以列举出Y123（YBa₂Cu₃O_7-x）或Gd123（GdBa₂Cu₃O_7-x）等。此外，也可使用由其他的氧化物超导体、例如以Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_4+2n+δ构成的组成等为代表的临界温度高的其他氧化物超导体构成的层。

氧化物超导层17的厚度优选在0.5～5μm左右，并优选为均匀的厚度。

氧化物超导层17可通过溅射法、真空蒸镀法、激光蒸镀法、电子束蒸镀法、化学气相沉积法（CVD法）等物理蒸镀法，涂敷热分解法（MOD法）等进行层积。其中，从生产效率的角度考虑，优选使用TFA-MOD法（使用三氟醋酸盐的有机金属沉积法、涂敷热分解法）、PLD法或CVD法。

该MOD法是将金属有机酸盐涂敷后使其热分解的方法，是将均匀地溶解有金属成分的有机化合物的溶液涂敷在基材上之后对其进行加热、使其热分解而在基材上形成薄膜的方法。因此，无需真空过程，能低成本地高速成膜，因而适用于长的带状氧化物超导体的制造。

这里，如前述那样，若在具有良好取向性的覆盖层16上形成氧化物超导层17，则层积在该覆盖层16上的氧化物超导层17也会结晶化，并与覆盖层16的取向性匹配。因此，形成在覆盖层16上的氧化物超导层17基本上没有结晶取向性紊乱。此外，在构成该氧化物超导层17的结晶粒的一个一个中，不易通入电流的c轴定向在基材11的厚度方向上，a轴之间或b轴之间定向在基材11的长度方向上。因此，所得的氧化物超导层17在晶界的量子结合性方面优异，几乎没有晶界的超导特性的劣化，因此容易在基材11的长度方向上通电。因此，能得到充分高的临界电流密度。

层积在氧化物超导层17上的稳定化基层18以由Ag等导电性良好且与氧化物超导层17的接触电阻低、相容性好的金属材料构成的层的形式而形成。

稳定化层19由导电性良好的金属材料构成，在氧化物超导层17要由超导状态转移为常导状态时，与稳定化基层18一起作为氧化物超导层17的电流进行转流的旁路发挥作用。

作为构成稳定化层19的金属材料，只要是具有良好导电性的材料即可，无特殊限制，但优选使用Cu等比较廉价的材料。由此可在压低材料成本的同时使稳定化层19的膜厚变厚。从而能廉价地得到能耐受故障电流的超导线材1。

如图1A及图1B所示，在像上述那样构成的超导线材1的端部即电极连接端1a，电极3通过接合部5c接合在超导线材1的稳定化层19的表面上。此外，以包覆电极3的一部分的方式将包覆用超导带材2设置在超导线材1的电极连接端1a上。

电极3作为电极材料可以使用以往公知的材料，可以列举出具有高导电性的金属，例如金、铂、银、铜或含有这些金属中的至少一种的合金，其中优选铜。电极3的大小可在向着后述包覆用超导带材2的变形（弯曲）不过大、不使其超导特性显著劣化的范围内适当调整。此外，如图1B所示，电极3的超导线材1的短边方向的长度设定得比超导线材1的宽度长，电极3的一部分被后述包覆用超导带材2包覆，未被包覆用带材2包覆而露出的部分则起使电极3和外部励磁用电源（图中省略）之间导通的引线部3a的作用。这样，用一个板状金属（例如超导线材1的线宽为5mm时可使用宽20mm、长50mm、厚5mm的铜板）形成电极3和引线部3a，可以省略在电极3上设置引线部的工序。此外，还可将电极3的一部分或全部设置成被包覆用超导带材2包覆，设置由其他具有导电性的材料形成的引线部，并使其与电极3导通。在电极3上另设引线部时，只要通过使用焊接的接合等通常的接合方法将引线部设置在电极3上即可。

借助电极3与超导线材1之间的接合部5c的接合只要在电气和机械上连接即可，例如可通过钎焊、超声波焊接、电阻焊接、导电性粘合剂等进行接合。作为将电极3与超导线材1接合的接合部5c，从通用性、接合性、操作容易性的角度考虑，优选焊剂。作为焊剂，无特殊限制，例如可以是Pb-Sn系合金焊剂、Sn-Ag系合金、Sn-Bi系合金、Sn-Cu系合金、Sn-Zn系合金等无铅焊剂、共晶焊剂、低温焊剂等。可以使用这些焊剂中的一种或将两种以上组合使用。在这些焊剂中，优选使用熔点在300℃以下的焊剂。由此可在300℃以下的温度下进行钎焊，因此能抑制因钎焊的热量而导致的氧化物超导层17的氧脱离和特性劣化。

作为包覆用超导带材2，可以使用与超导线材1同样的材料。

这里，超导线材1和包覆用超导带材2可以是相同的层构成（所设置的层的种类及构成材料相同），也可以是不同层构成。若为相同层构成，则由于可将超导线材1的一部分切断或者将导线材1的端部弯曲、使稳定化层19为内侧，作为包覆用超导带材2使用，因而简便。在本实施方式中，作为包覆用超导带材2，以使用与超导线材1相同层构成的情况为例进行说明。包覆用超导带材2具有基材11、基底层12、中间层15、覆盖层16、氧化物超导层17、稳定化基层18和稳定化层（导电层）19。

将包覆用超导带材2的稳定化层19的表面与超导线材1的电极连接端1a的表面（超导线材1的稳定化层19的表面）及电极3的上表面对向配置。包覆用超导带材2两端部的稳定化层19的表面2a、2b通过接合部5a、5b与超导线材1的稳定化层19的表面接合，此外，包覆用超导带材2的稳定化层19的表面和电极3通过接合部5d接合。

通过包覆用超导带材2与电极3之间的接合部5d进行的接合只要在电气上和机械上连接即可，可用与上述超导线材1与电极3的接合同样的手法进行，作为接合部5d，可以是与接合部5c同样的接合。此外，通过包覆用超导带材2的两端部的稳定化层19的表面2a、2b与超导线材1的稳定化层19的表面之间的接合部5a、5b进行的接合也可用同样的手法进行，作为接合部5a、5b，可以是与接合部5c同样的接合。

超导线材1的稳定化层19的表面与电极3的下表面的接合（接合部5c）及包覆用超导带材2的稳定化层19与电极3的上表面的接合（接合部5d）优选用钎焊等同时进行。通过同时进行这些接合，能缩短连接操作所需的时间，从而能够抑制连接部5c、5d由于钎焊等受热而导致热量传导至氧化物超导层17、氧化物超导体的氧脱去、超导特性劣化。此外，同时进行这些接合，能够抑制接合部5c熔融、电极3发生错位。此外，在配设包覆用超导带材2时，由于电极3和超导线材1的稳定化层19通过接合部5c接合，因而可仅将包覆用超导带材2的两端部的表面2a、2b和超导线材1的表面通过接合部5a、5b接合，省略使包覆用超导带材2与电极3接合的接合部5d。这种情况下，包覆用超导带材2的稳定化层19与电极3接触，包覆用超导带材2必须配置成该接触状态得以保持、包覆用超导带材2与电极3电连接。

超导线材1与包覆用超导带材2的接合位置（包覆用超导带材2的两端部表面）2a、2b优选为与电极3隔开充分的距离。具体而言，优选以包覆用超导带材2的基材11的表面11a的曲率半径r超过11mm的方式设定接合位置2a、2b。曲率半径r在11mm以下时，包覆用超导带材2的曲率增大，会使包覆用超导带材2的氧化物超导层17出现大变形。因此，存在包覆用超导带材2的氧化物超导层17的超导特性劣化、接合性降低之虞。此外，由于电极3和接合位置2a、2b过分接近，因而存在接合位置2a、2b的发热和电极3的发热重叠、超导线材1的超导特性劣化的可能性。

以往公知的超导线材的电极部接合结构是，在超导线材的端部设置有电极，电极的接合面以外的面暴露于外部气体中。对具有这种以往结构的电极部接合结构的超导线材及超导线圈进行传导冷却时，有时会由于来自外部的侵入热或电极和超导线材的连接电阻引起的焦耳热的发生而出现电极温度上升、电极附近的超导线材温度上升。若超导线材的温度这样地上升，则有在接近电极的超导线材的部分发生从超导状态向常导状态的常导转移，该部分的电阻瞬间变大，引起超导线材烧损的可能。

与此相对，在本实施方式的超导线材的电极部接合结构10中，采用以下结构：将包覆用超导带材2设置成包覆在超导线材1的端部设置的电极3的上表面，将超导线材1的稳定化层19和包覆用超导带材2的稳定化层19分别与电极3的上表面和下表面接合，使它们彼此电接合。由此，分别流经电极3附近的超导线材1及包覆用超导带材2的电流减小，从而能减小由电极3和超导线材1之间的接触电阻产生的焦耳热。

因此，能抑制电极3的温度上升，从而可以抑制电极3附近的超导线材1的温度上升及常导转移，不使超导线材1烧损。

此外，由于在传导冷却时超导线材1被冷却，因此，如本实施方式那样，可在电极3的一个表面配置超导线材1、在电极3的另一个表面配置与超导线材1同样构成的包覆用超导带材2，通过这样的构成，与以往的超导线材的电极部接合结构相比，可以有效地冷却电解3。此外，能抑制由来自外部的侵入热引起的电极3的温度上升，并能抑制由超导线材1的常导转移引起的烧损。

在本实施方式的超导线材的电极部接合结构中，如图1A所示，优选在由超导线材1、包覆用超导带材2和电极3形成的间隙中充填有缓冲部件4。通过充填缓冲部件4，尤其是在有弯曲、变形等机械力时，能防止超导线材1的特性劣化。此外，通过这样充填缓冲部件4，在用制冷剂等冷却超导线材1及包覆用超导带材2时，缓冲部件4也被传导冷却，因而能更有效地冷却电极3。

缓冲部件4优选由热固性树脂形成，例如可以是掺入玻璃纤维的环氧树脂等，但只要是能充填超导线材1、电极3和包覆用超导带材2之间的间隙、提高电极部接合结构10的机械强度的材料即可。用热固性树脂形成缓冲部件4时，将热固性树脂加热、固化，可使电极部3及引线部3a与超导线材1及包覆用超导带材2一体化。由此能进一步提高机械强度。此外，在用热固性树脂形成缓冲部件4的情况下，优选在进行超导线材1、电极3和包覆用超导带材2之间的接合（电极-线材接合工序）之后，将热固性树脂充填到超导线材1、电极3和包覆用超导带材2之间的间隙中，在低于电极-线材接合工序的加热温度的温度下加热热固性树脂，使其固化。具体地，例如在电极-线材接合工序中，可在通过180℃的钎焊进行接合部5a～5d的接合之后，将热固性树脂充填到前述间隙中，在150℃加热3小时，由此形成缓冲部件4。可通过将缓冲部件4的形成工序的温度设定得较电极-线材接合工序的温度低来抑制电极3出现接合部熔融和错位的情况。

下面，对本发明一实施方式的超导线材进行说明。

本实施方式的超导线材10A在其端部具有前述超导线材的电极部接合结构10。本实施方式的超导线材10A的端部为与图1A及图1B所示的电极部接合结构10相同的层构成及结构，在端部以外的部分，为与图2所示的超导线材1同样的层构成及结构。

本实施方式的超导线材10A由于具有本实施方式的电极部接合结构10，因而可在传导冷却时有效地使电极3冷却。此外，由于可抑制电极3附近的超导线材1的温度上升及常导转移，因而能使烧损不发生。

接着，对本发明一实施方式的超导线圈进行说明。

图3是表示本发明一实施方式的超导线圈100的立体示意图。

超导线圈100通过在同轴上依次层积第1线圈体101、第2线圈体102、第3线圈体103及第4线圈体104而构成。

第1线圈体101是超导线材10A以稳定化层19的表面为外侧、在卷绕架107上以同心圆状顺时针多次卷绕而构成的扁平型线圈体。第2线圈体102是超导线材1以稳定化层19侧为外侧、在卷绕架107上以同心圆状逆时针多次卷绕而构成的扁平型线圈体，夹着由绝缘性预浸片（prepreg sheet）等构成的分隔框106而层积在第1线圈体101的上方。第3线圈体103是超导线材1以稳定化层19侧为外侧、在卷绕架107上以同心圆状顺时针多次卷绕而构成的扁平型线圈体，夹着分隔框106而层积在第2线圈体102的上方。第4线圈体104是超导线材10A以稳定化层19的表面为外侧、在卷绕架107上以同心圆状逆时针多次卷绕而构成的扁平型线圈体，夹着分隔框106而层积在第3线圈体103的上方。

第1线圈体101在作为卷绕终端的外周端部具有电极部接合结构10。配置在超导线材1上的电极3的结构是，其一部分被包覆用超导带材2包覆，超导线材1、电极3和包覆用超导带材2之间电连接。与电极3一体形成的引线部3a与图中未示出的外部励磁用电源连接。

第4线圈体101也与第1线圈体101同样，在其外周端部具有电极部接合结构10，并具有被包覆用超导带材2包覆的电极3及与电极3一体形成的引线部3a。第2线圈体102的外周端部102a及第3线圈体103的端部103a的结构分别是，图2所示的超导线材1的包覆层20被除去，从包覆层20引出的稳定化层19露在外侧。各端部102a、103a之间以彼此邻接的方式配置。而且，各端部102a、103a的各稳定化层19上配置有由铜等导电性高的材料构成的连接板105。第2线圈体102和第3线圈体103彼此电连接和机械连接。此外，在第1线圈体101的内周端部和第2线圈体102的内周端部以及在第3线圈体103的内周端部和第4线圈体104的内周端部，各线圈体的内周端部也同样通过连接板105电连接及机械连接。在这种结构的超导线圈100中，第1线圈体101～第4线圈体104电连接。例如，若向第1线圈体101的电极3输入励磁电流，则励磁电流依次流向第1线圈体101、第2线圈体102、第3线圈体103、第4线圈体104，并由第4线圈体104的电极3输出。

本实施方式的超导线圈100具有本实施方式的电极接合结构10，由此，在通过在液氮中的浸渍冷却或冷冻机传导冷却等使超导线圈100冷却时，可以有效地冷却电极3。此外，由于可以抑制电极3附近的超导线材1的温度上升及常导转移，因而能使烧损不发生。

此外，在本实施方式中以层积4个扁平型线圈体的超导线圈100为例进行了说明，但本发明不仅限于此，也可由1～3个线圈体形成，还可由5个以上的线圈体形成。

此外，各线圈体也可用以下方法形成：将超导线材1或10A与预浸带等兼具浸渍固定作用的绝缘带重叠，卷绕在卷绕架107上，制成扁平型线圈体，对其加热处理，固化成一体。线圈体的浸渍固定方法除了用预浸带进行浸渍之外，也可以是真空加压浸渍、在卷绕超导线材1或10A时涂布浸渍树脂进行浸渍等。

上面对本实施方式的超导线材的电极部接合结构、超导线材及超导线圈进行了说明，但在上述实施方式中，超导线材的电极部接合结构的各部分、超导线材的各部分、构成超导线圈的各部分只是一个例子，可在不脱离本发明范围的范围内做适当变更。

实施例

下面通过显示实施例进一步对本发明进行详细说明，但本发明并非仅局限于这些实施例。

（实施例1）

在宽5mm、厚0.1mm的带状哈氏合金（美国Haynes公司生产，商品名）基材上，用离子束辅助溅射法（IBAD法）形成1.2μm厚的Gd₂Zr₂O₇（GZO；中间层），然后用脉冲激光蒸镀法（PLD法）形成1.0μm厚的CeO₂膜（覆盖层）。接着，在Ce₂O层上用PLD法形成1.0μm厚的GdBa₂Cu₃O₇（超导层）。再在超导层上贴合由5～10μm的银层（稳定化基层）和0.1mm厚的铜层（稳定化层）构成的层积结构体，制成超导线材。在所得超导线材端部的稳定化层上如图1B所示配置由宽20mm×长50mm×厚5mm的无氧铜构成的电极。在该电极上配置与上述制成的超导线材相同构成的包覆用超导带材（宽5mm、长15cm），使包覆用超导线材的基材表面的曲率半径r为85mm，制成具有图1A及图1B所示的结构的电极部接合结构的超导线材。此外，超导线材、电极、包覆用超导带材的接合通过钎焊（Pb-Sn类合金焊剂；Sn60％，Pb40％，熔点180℃）进行。

在以与上述相同的方法制作多个超导线材及具有图1A及图1B所示的电极部接合结构的超导线材后，用这些超导线材制成图3所示结构的超导线圈。

在用冷冻机对所得的超导线圈进行传导冷却（冷却温度30K）、将励磁电流通入超导线圈后，电极及电极附近的超导线材电连接而没有发热。

以上结果表明，使用本发明的超导线材的电极部接合结构、超导线材及超导线圈，可以抑制电极附近的超导线材的温度上升及超导转移，因而能抑制烧损。

（实施例2）

除了将包覆用超导线材的基材表面的曲率半径改为6～19mm以外，按与实施例1相同的方法制得多个具有图1A及图1B所示结构的电极部接合结构的超导线材。

对于所得的多个超导线材，测定其在液氮温度（77K）下的临界电流（Ic），算出相对于接合包覆用超导带材之前的超导线材的临界电流（Ic0）的变化度（Ic/Ic0）。将Ic/Ic0与包覆用超导线材的基材表面的曲率半径r（mm）的关系示于图4。

如图4所示，包覆用超导线材的基材表面的曲率半径r在11mm以下时，临界电流降低。与此相对，经确认，曲率半径r超过11mm时，临界电流未降低，能够抑制超导特性的劣化。

1 超导线材

1a 电极连接端

2 包覆用超导带材

3 电极

3a 引线部

4 缓冲部件

5a、5b、5c、5d 接合部

10 超导线材的电极部接合结构

10A 超导线材

11 基材

12 基底层

15 中间层

16 覆盖层

17 氧化物超导层（超导层）

18 稳定化基层

19 稳定化层（导电层）

100 超导线圈

101 第1线圈体

102 第2线圈体

103 第3线圈体

104 第4线圈体

105 连接板

106 分隔框

107 卷绕架

Claims (6)

1.超导线材的电极部接合结构，其特征在于，具有：

具有第1基材、设置在该第1基材上的第1超导层和设置在该第1超导层上的第1导电层的超导线材；

设置在所述超导线材端部的所述第1导电层上的电极；

具有第2基材、设置在该第2基材上的第2超导层和设置在该第2超导层上的第2导电层，设置成将所述电极的至少一部分包覆的包覆用超导带材，

所述包覆用超导带材的所述第2导电层配置在所述电极一侧，

所述电极、所述超导线材和所述包覆用超导带材之间彼此电连接。

2.根据权利要求1所述的超导线材的电极部接合结构，其特征在于，还包括充填在所述超导线材、所述包覆用超导带材和所述电极之间的间隙中的缓冲部件。

3.根据权利要求2所述的超导线材的电极部接合结构，其特征在于，所述缓冲部件由热固性树脂形成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的超导线材的电极部接合结构，其特征在于，所述电极、所述超导线材和所述包覆用超导带材通过焊剂彼此电连接。

5.超导线材，其具有权利要求1～4中任一项所述的电极部接合结构。

6.超导线圈，其具有由超导线材形成的线圈体，

所述超导线材以导电层一侧表面作为外侧而卷绕，

具有权利要求1～4中任一项所述的电极部接合结构。