JP2000348546A - 酸化物超電導線材およびその製造方法 - Google Patents

酸化物超電導線材およびその製造方法

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勉 小泉
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 臨界電流密度が極めて高い長尺線材を提供す
る。 【解決手段】 酸化物超電導線材10は、複数のBi系
酸化物超電導層11の間にAg基板12を配置した積層
体13の外周をAg−Mg合金フォイル14で包囲し、
この積層体13の一側の面にAg−Mg合金板からなる
バリア材15を配置して、その外周をフォイル14で包
囲するとともに、フォイル14の突合わせ部分14aが
バリア材15側に位置するように構成することにより、
部分溶融温度域の加熱時に突合わせ部からの溶融酸化物
の溶出を防止し、超電導体の組成変動がなく、かつ、均
一な特性を有する長尺の線材を得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は酸化物超電導線材お
よびその製造方法に係り、さらに詳しくは、主として、
電力貯蔵、発電機、モーター、限流器。変圧器、超電導
ケーブル等の酸化物超電導線材を用いた応用機器に使用
される酸化物超電導線材とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、大容量用の酸化物超電導線材とし
て各種の線材が開発されている。このような大容量線材
のなかでも、複数の酸化物超電導層の間に基板を配置し
た積層体の外周を金属板で包囲した酸化物超電導線材が
その臨界電流密度(Jc)の高いことで実用線材として
注目されている。
【0003】この線材1は、第2図に示すように、複数
のBi系(2212)相(Bi:Sr:Ca:Cu=
2:2:1:2の元素数比を有するBi−Sr−Ca−
Cu−O系酸化物超電導体)からなる超電導層2の間に
銀または銀合金からなる基板3を配置した積層体4の外
周を金属板(金属フォイル)5で包囲したものである。
【0004】このような線材1は、基板3の両面にBi
系(2212)相を構成する元素を所定の比率で含むペ
ーストを塗布したものの上に、基板3の片面に同様のペ
ーストを塗布したものの複数本を積層して、複数のペー
スト層の間に基板3が配置されるようにした後、この外
周を銀または銀合金からなる金属フォイル5で包囲し、
次いで超電導体生成の熱処理を施すものである。この熱
処理により、金属フォイル5と超電導層2および基板3
は一体化する。
【0005】この場合、金属フォイル5の突合わせ部5
aが開放されているため、熱処理工程で発生するC
2、H2O、CO2等のガスが容易に外部に放出され、
ガスの発生による線材の膨れを防止することができる。
【0006】しかしながら、以上の酸化物超電導線材に
おいては、上述のように、金属フォイル5の突合わせ部
5aが開放されており、また熱処理工程に、部分溶融−
徐冷過程(部分溶融温度域に加熱した後、徐冷する過
程)を含むため、パンケーキ状に巻回してバッチ式の熱
処理炉で熱処理を施す場合、金属フォイル5の突合わせ
部5aから溶融酸化物が溶出してしまい、組成が変動す
る結果、所定の均一な特性を有する長尺の線材を得るこ
とが困難であった。
【0007】さらに、金属フォイル5外に溶出した凝固
酸化物の生成や熱処理時に隣接する線材同志の融着によ
り、線材としての使用が不可能となるという問題があっ
た。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の問題を
解決するためになされたもので、複数の酸化物超電導層
の間に基板を配置した積層体の外周を金属板で包囲した
酸化物超電導線材およびその製造方法において、その熱
処理時に金属フォイル5の突合わせ部5aからの溶融酸
化物の溶出を防止し、組成変動がなく、かつ所定の均一
な特性を有する長尺の線材を得ることをその目的とす
る。
【0009】さらに本発明の他の目的は、機械的強度を
より向上させた酸化物超電導線材およびその製造方法を
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明の請求項1に係る酸化物超電導線材は、複
数の酸化物超電導層の間に基板を配置した積層体の外周
を金属板で包囲した酸化物超電導線材において、この積
層体の一側の面にバリア材を配置して、その外周を金属
板で包囲するとともに、金属板の突合わせ部分がバリア
材側に位置するように構成したものである。
【0011】また、本発明の請求項5に係る酸化物超電
導線材の製造方法は、銀合金からなるバリア材上にビス
マス系酸化物超電導体を構成する元素を所定の比率で含
むペーストを塗布した積層板(A)と、銀または銀合金
からなる基板上に酸化物超電導体を構成する元素を所定
の比率で含むペーストを塗布した積層板(B)とを準備
し、積層板(A)のペースト層の上側に積層板(B)の
複数本を基板とペースト層とが交互に位置するように配
置した後、この外側を、その突合わせ部分がバリア材側
に位置するように金属板で包囲し、次いでビスマス系酸
化物超電導体の部分溶融温度域に加熱した後、徐冷する
ようにしたものである。
【0012】以上の発明において、バリア材および金属
板として、AgにMg、Sb、Mn、Alから選択され
たいずれか1種以上の元素を添加した銀合金を用いるこ
とが好ましい。
【0013】上記の銀合金は、その添加元素量が、0.
1〜1.0at%の範囲内のものを使用することが好ま
しい。その理由は、添加元素量が0.1at%未満であ
るとバリア材としては機能するが、同時に強度を向上さ
せることはできず、また、添加元素量が1.0at%を
越えると添加元素の拡散により酸化物超電導体が汚染さ
れ、その結果、超電導特性が低下するためである。
【0014】上記の基板としては、銀または銀合金を用
いることができ、また、酸化物超電導層または酸化物超
電導体としては、Bi系(2212)相を選択すること
が好ましい。このBi系(2212)相は、部分溶融−
徐冷過程で容易に結晶が配向して超電導特性を向上させ
ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
【0016】図1は本発明の酸化物超電導線材10を示
したもので、酸化物超電導線材10は、複数のBi系
(2212)相からなる酸化物超電導層11の間にAg
基板12を配置した積層体13の一側の面にAg−Mg
合金板からなるバリア材15を配置して、その外周をフ
ォイル14で包囲するとともに、フォイル14の突合わ
せ部分14aがバリア材15側に位置するように構成し
たものである。
【0017】このような、酸化物超電導線材10は以下
の方法により製造される。
【0018】即ち、Ag−Mg合金板からなるバリア材
15の片面にBi系(2212)相を構成する元素を所
定の比率で含むペーストを塗布した積層板(A)と、A
g基板上にBi系(2212)相を構成する元素を所定
の比率で含むペーストを塗布した積層板(B)とを準備
し、積層板(A)のペースト層の上側に積層板(B)の
複数本を基板とペースト層とが交互に位置するように配
置した後、この外側を、その突合わせ部分14aがバリ
ア材15側に位置するようにAg−Mg合金フォイル1
4で包囲し、次いでビスマス系酸化物超電導体の部分溶
融温度域に加熱した後、徐冷して酸化物超電導線材10
を製造する。
【0019】
【実施例】以下、本発明の一実施例および比較例につい
て説明する。
【0020】実施例 幅4mm、厚さ15μmのAg−0.22at%Mg合
金からなるバリア材の片面にBi系(2212)相を構
成する元素を所定の比率で含むペーストを50μmの厚
さに塗布して積層板(A)を形成し、一方、幅4mm、
厚さ20μmのAg基板上にBi系(2212)相を構
成する元素を所定の比率で含むペーストを50μmの厚
さに塗布して積層板(B)を形成した。
【0021】この超電導ペーストは、Bi23、SrC
3、CaCO3およびCuOの各粉末を、Bi:Sr:
Ca:Cu=2:2:1:2の元素数比で配合し有機バ
インダーで混合したものである。
【0022】次に、積層板(A)のペースト層の上側に
積層板(B)の3本をバリア材およびAg基板とペース
ト層とが交互に位置するように配置した後、この外側を
幅10mm、厚さ20μmのAg−0.22at%Mg
合金からなるフォイルで包囲した。このとき、フォイル
の突合わせ部分がバリア材側に位置するようにフォイル
で包囲した。
【0023】次いで、860℃で30時間の予備焼成し
た後、冷間圧延加工を施した。
【0024】その後、890℃の部分溶融温度域に加熱
した後、冷却速度1℃/hrで徐冷して長さ200mの
酸化物超電導線材を製造した。
【0025】このようにして製造した図1に示す構造の
酸化物超電導線材の有効条長(線材として使用可能長
さ)、臨界電流密度(Jc:4.2K、0T)および引
張り強度を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】比較例 実施例の積層板(A)の代わりに、幅4mm、厚さ20
μmのAg基板の両面にBi系(2212)相を構成す
る元素を所定の比率で含むペーストを50μmの厚さに
塗布して積層板(C)を形成し、一方、実施例と同様の
方法により積層板(B)を形成した。
【0028】次いで、積層板(C)と積層板(B)の2
本をAg基板とペースト層とが交互に位置するように配
置した他は、実施例と同様の方法により酸化物超電導線
材を製造した。
【0029】このようにして製造した図2に示す構造の
酸化物超電導線材の有効条長、臨界電流密度(Jc:
4.2K、0T)および引張り強度を表1に示した。
【0030】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
酸化物超電導線材およびその製造方法によれば、熱処理
時に金属フォイルの突合わせ部側にバリア材を配置した
ことにより、部分溶融温度域の加熱時に突合わせ部から
の溶融酸化物の溶出を防止することができるため、酸化
物超電導体の組成変動を防止することができ、これによ
り所定の均一な特性を有する長尺の線材を得ることがで
きる。さらに、バリア材として銀合金を用いることによ
り、線材の機械的強度をより向上させることができ、熱
処理後のハンドリングも容易になるため、超電導特性を
劣化させることなく長尺の線材を取扱いが可能となる。
【0031】以上により、本発明の酸化物超電導線材お
よびその製造方法によれば、その臨界電流密度が極めて
高い長尺線材が得られ、その工業的価値は非常に高いも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸化物超電導線材の一実施例を示す横
断面図である。
【図2】従来の酸化物超電導線材の一比較例を示す横断
面図である。
【符号の説明】
1、10………酸化物超電導線材 2………超電導層 3………基板 4、13………積層体 5………金属フォイル 5a、14a……突合せ部 11……Bi系(2212)相 12……Ag基板 14……Ag−Mg合金フォイル 15……バリア材

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の酸化物超電導層の間に基板を配置し
    た積層体の外周を金属板で包囲した酸化物超電導線材に
    おいて、前記積層体の一側の面にバリア材を配置して、
    その外周を金属板で包囲するとともに、前記金属板の突
    合わせ部分が前記バリア材側に位置するように構成した
    ことを特徴とする酸化物超電導線材。
  2. 【請求項2】バリア材および金属板は、AgにMg、S
    b、Mn、Alから選択されたいずれか1種以上の元素
    を添加した銀合金よりなる請求項1記載の酸化物超電導
    線材。
  3. 【請求項3】基板は、銀からなる請求項1または2記載
    の酸化物超電導線材。
  4. 【請求項4】酸化物超電導層は、Bi系(2212)相
    からなる請求項1乃至3いずれか1項記載の酸化物超電
    導線材。
  5. 【請求項5】銀合金からなるバリア材上にビスマス系酸
    化物超電導体を構成する元素を所定の比率で含むペース
    トを塗布した積層板(A)と、銀または銀合金からなる
    基板上に酸化物超電導体を構成する元素を所定の比率で
    含むペーストを塗布した積層板(B)とを、前記積層板
    (A)のペースト層の上側に前記積層板(B)の複数本
    を基板とペースト層とが交互に位置するように配置した
    後、この外側を、その突合わせ部分が前記バリア材側に
    位置するように金属板で包囲し、次いで前記ビスマス系
    酸化物超電導体の部分溶融温度域に加熱した後、徐冷す
    ることを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
  6. 【請求項6】バリア材および金属板は、AgにMg、S
    b、Mn、Alから選択されたいずれか1種以上の元素
    を添加した銀合金よりなる請求項5記載の酸化物超電導
    線材の製造方法。
  7. 【請求項7】ビスマス系酸化物超電導体は、Bi系(2
    212)相からなる請求項5または6いずれか1項記載
    の酸化物超電導線材の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101923923A (zh) * 2010-09-14 2010-12-22 重庆大学 片层状结构的铋系高温超导带材及制备方法
CN101923922A (zh) * 2010-09-14 2010-12-22 重庆大学 同心圆型结构的铋系高温超导线材或带材及制备方法
KR101484166B1 (ko) 2013-08-08 2015-01-21 한국전기연구원 초전도 박막 선재를 이용한 원형 케이블도체의 제조 방법과 그 제조 방법에 의한 원형 케이블도체

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