JP2001006455A - セラミックス複合超電導線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 臨界電流が大きく、交流損失の小さいセラミ
ックス複合超電導線を提供することを目的とする。 【解決手段】 複数のセラミックス超電導体と、１つ以
上のセラミックス非超電導体と、常電導金属体とを複合
化してなるセラミックス複合超電導線であって、長手方
向に垂直な断面において、セラミックス非超電導体の少
なくとも一つが、セラミックス超電導体の少なくとも２
つの間に介在し、かつセラミックス非超電導体がセラミ
ックス超電導体の全周を囲んでいないことを特徴とす
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、臨界電流が大き
く、交流損失が小さいセラミックス複合超電導線に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ビスマス系酸化物超電導体などのセラミ
ックス超電導体の前駆体を、常電導金属中に複数本埋設
した後、熱処理を施すことによって作成された複合超電
導線において、超電導体間が幾何学的及び／または電磁
気的に結合し、交流損失が増大する場合がある。このよ
うな複合超電導線の交流損失を低減させる方法として
は、超電導フィラメント径を小さくしたり、埋設する常
電導金属の比抵抗を大きくしたりすることのほかに、超
電導フィラメントにかけるツイストのピッチを小さくす
る方法がある。

【０００３】しかしながら、ツイストピッチを小さくし
過ぎると、超電導フィラメントが損傷し、輸送臨界電流
密度が低下するので、ツイストピッチは線材の等価線径
の５倍程度が限界である。

【０００４】一方、比抵抗が高く、酸素透過性に優れた
常電導金属は、金などの貴金属を銀に添加することによ
って容易に得られるが、コストが非常に高くなり、実用
超電導線材としては適当ではない。

【０００５】近年、セラミックス超電導多芯線におい
て、セラミックス非超電導体で覆われた超電導フィラメ
ントを銀等の常電導金属中に埋設し、これにツイスト加
工を施すことによって超電導フィラメント間の結合損失
を低減する試みが行われている。

【０００６】この方法は、セラミックス非超電導体が超
電導フィラメント間の結合電流を抑制する抵抗バリア材
として機能するだけでなく、セラミックス超電導結晶粒
の成長による幾何学的フィラメント接触（ブリッジン
グ）を防止し、その結果、フィラメント群の等価横抵抗
が増大し、フィラメント間の電磁気的結合を抑制する臨
界ツイストピッチを長くできるという利点があるとされ
ている。

【０００７】しかしながら、この方法によると、セラミ
ックス超電導体フィラメントの加工性が悪いため、フィ
ラメント形状の不均一性を生じ、その結果、等価的なフ
ィラメント径の増大を引き起こし、ヒステリシス損失が
増大する可能性がある。さらに、セラミックス非超電導
体によってセラミックス超電導前駆体が覆われているた
めに、熱処理条件の最適化が困難であり、低い輸送臨界
電流値に留まる危険性が高い。

【０００８】本発明は、このような事情の下になされ、
臨界電流が大きく、交流損失の小さいセラミックス複合
超電導線を提供することを目的とする。

【０００９】本発明の他の目的は、交流損失の小さいセ
ラミックス複合超電導線を低コストで製造する方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者らは、鋭意、研究を重ねた結果、複数のセ
ラミックス超電導体と、セラミックス非超電導体と、常
電導金属体とを複合化するに際し、従来のセラミックス
複合超電導線のように、セラミックス非超電導体が、セ
ラミックス超電導体の全周を覆うことが無いような構造
を考案した。

【００１１】すなわち、本発明は、複数のセラミックス
超電導体と、１つ以上のセラミックス非超電導体と、常
電導金属体とを複合化してなるセラミックス複合超電導
線であって、長手方向に垂直な断面において、前記セラ
ミックス非超電導体の少なくとも一つが、前記セラミッ
クス超電導体の少なくとも２つの間に介在し、かつ前記
セラミックス非超電導体が前記セラミックス超電導体の
全周を囲んでいないことを特徴とするセラミックス複合
超電導線を提供する。

【００１２】また、本発明は、複数のセラミックス超電
導体と、１個以上のセラミックス非超電導体とを常電導
金属体に埋設し、複合化してなるセラミックス複合超電
導線であって、長手方向に垂直な断面において、前記セ
ラミックス非超電導体の少なくとも一つが、前記セラミ
ックス超電導体の少なくとも２つの間に介在し、かつ前
記セラミックス超電導体と前記セラミックス非超電導体
が相似形であることを特徴とするセラミックス複合超電
導線を提供する。

【００１３】更に、本発明は、セラミックス超電導体と
なる粉末を成形して複数本の棒状体を形成し、かつセラ
ミックス非超電導体となる粉体を成形して１本以上の棒
状体を形成する工程と、これらの棒状体を常電導金属中
に配置して、混在複合体とする工程と、この混在複合体
に伸線加工と、ツイスト加工と、圧延加工と、熱処理と
を施す線材化工程とを具備することを特徴とするセラミ
ックス複合超電導線の製造方法を提供する。

【００１４】なお、本発明のセラミックス複合超電導線
において、セラミックス非超電導体の長手方向に垂直な
断面における軸長の和は、セラミックス超電導体の長手
方向に垂直な断面における軸長の和よりも小さいことが
望ましい。

【００１５】本発明のセラミックス複合超電導線におい
て、複数のセラミックス超電導体と、１つ以上のセラミ
ックス非超電導体と、常電導金属体との複合化は、以下
に示すような様々な形態で行うことが出来る。

【００１６】１．１つの幅の広いセラミックス非超電導
体の周囲に複数のセラミックス超電導体を配置し、常電
導金属体内に埋め込んだ構造。

【００１７】２．複数のセラミックス非超電導体と、複
数のセラミックス超電導体とを交互に、千鳥状に配置
し、常電導金属体内に埋め込んだ構造。

【００１８】３．複数のセラミックス非超電導体の周囲
に複数のセラミックス超電導体を配置し、常電導金属体
内に埋め込んだ構造。

【００１９】４．常電導金属体層上にセラミックス非超
電導体層を積層し、その表面に複数の帯状のセラミック
ス超電導体を、上面が露出するように配置した構造。

【００２０】５．セラミックス非超電導体層の表面に、
複数の帯状のセラミックス超電導体を、上面が露出する
ように配置し、更にその上に常電導金属体層で覆った構
造。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【００２２】（実施例１）（Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃ
ａ：Ｃｕ＝２：２：２：３に調整されたセラミックス超
電導前駆体からなる圧縮粉体を、図１（ａ）に示すよう
な、外径１０ｍｍの棒状体１に成形した後、内径１０．
５ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管２に挿入し、図１（ｂ）に
示すような複合体３を得た。この複合体３を伸線機によ
って加工し、図１（ｃ）に示すように、対辺寸法２．０
ｍｍの六角線材４を得た。

【００２３】次いで、ＭｇＯからなるセラミックス非超
電導体からなる圧縮粉体を、図２（ａ）に示すような、
外径１０ｍｍの棒状体１１に成形した後、内径１０．５
ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管１２に挿入し、図１（ｂ）に
示すように、複合体１３を得た。

【００２４】また、複合体１３を伸線機と圧延機によっ
て加工し、図２（ｃ）に示すように、幅１０ｍｍ、厚さ
１ｍｍのテープ線材１４を得た。

【００２５】次に、六角線材４を１４本とテープ線材１
４を１本とを、図３に示すように、内径１１ｍｍ、外径
１５ｍｍの銀管５に挿入して混在複合体とし、次いでこ
れを線径１．５ｍｍまで伸線加工を施した。

【００２６】その後、圧延加工、ツイスト加工、熱処理
を施し、図４に示すように、テープ幅３．３ｍｍ、テー
プ厚さ０．２４ｍｍ、ツイストピッチ１０ｍｍのセラミ
ックス複合超電導線６を得た。

【００２７】（実施例２）（Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃ
ａ：Ｃｕ＝２：２：２：３に調整されたセラミックス超
電導前駆体からなる圧縮粉体を、図５（ａ）に示すよう
な、外径１０ｍｍの棒状体２１に成形した後、内径１
０．５ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管２２に挿入し、図５
（ｂ）に示すように、複合体２３を得た。また、ＭｇＯ
からなるセラミックス非超電導体からなる圧縮粉体を、
図６（ａ）に示すような、外径１０ｍｍの棒状体３１に
成形した後、内径１０．５ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管３
２に挿入し、図６（ｂ）に示すように、複合体３３を得
た。

【００２８】複合体２３および複合体３３を伸線機によ
って加工し、図５（ｃ）および図６（ｃ）に示すよう
に、それぞれ対辺寸法２．０ｍｍの六角線材２４と六角
線材３４を得た。

【００２９】次に、六角線材２４を１０本と六角線材３
４を９本を、図７に示すように、内径１１ｍｍ、外径１
５ｍｍの銀管２５に、互いに分散させた状態で挿入して
混在複合体とし、次いでこれを線径１．５ｍｍまで伸線
加工を施した。

【００３０】その後、圧延加工、ツイスト加工、熱処理
を施し、図８に示すように、テープ幅３．３ｍｍ、テー
プ厚さ０．２４ｍｍ、ツイストピッチ１０ｍｍのセラミ
ックス複合超電導線２６を得た。このセラミックス複合
超電導線２６では、セラミックス超電導体２７と非セラ
ミックス超電導体２８とが交互に、即ちほぼ千鳥状に配
置され、常電導金属である銀管２９中に埋め込まれてい
る。

【００３１】（その他の実施例）図９，図１０，および
図１１に、本発明の他の実施例に係るセラミックス超電
導線を示す。

【００３２】即ち、図９に示すセラミックス超電導線４
０は、セラミックス超電導体４１が周辺部に配置され、
非セラミックス超電導体４２，４３が中央付近に配置さ
れた状態で常電導金属である銀４４に埋め込まれた例で
ある。なお、非セラミックス超電導体４２と４３はそれ
ぞれ寸法は異なるが、図２（ｃ）に示すテープ線材１４
に対応する。

【００３３】また、図１０に示すセラミックス超電導線
５０は、常電導金属層５３上にセラミックス非超電導体
５２が形成され、更にセラミックス非超電導体５２の表
面に帯状のセラミックス超電導体５１が配置されている
例を示す。

【００３４】更に、図１１に示すセラミックス超電導線
６０は、セラミックス非超電導体６２の表面に帯状のセ
ラミックス超電導体６１が配置され、その上に常電導金
属層６３が形成されている例を示す。

【００３５】（従来例）セラミックス非超電導体で覆わ
れた超電導フィラメントを銀等の常電導金属に埋設し
た、従来型のセラミックス複合超電導線の例を、図１２
および図１３に示す。即ち、図１２に示すセラミックス
複合超電導線７０は、銀等の常電導金属７３およびセラ
ミックス非超電導体７２で覆われた超電導フィラメント
７１を、銀等の常電導金属７４に埋設した例である。ま
た、図１３に示すセラミックス複合超電導線８０は、銀
等の常電導金属８３およびセラミックス非超電導体８２
で覆われた超電導フィラメント８１を、銀等の常電導金
属８４にセラミクス非超電導体８２同士が接する状態で
埋設した例である。

【００３６】（比較例）本発明の効果を説明するため
に、一般的なセラミックス複合超電導線を以下のように
して作製した。

【００３７】（Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：
２：２：３に調整されたセラミックス超電導の圧縮粉体
を外径１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外
径１５ｍｍの銀管に挿入して、複合体を得た。この複合
体を伸線機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加
工した。

【００３８】この六角線材１９本を内径１１ｍｍ、外径
１５ｍｍの銀管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工
を施した。その後、熱処理、ツイスト加工、圧延加工を
施し、テープ幅３．３ｍｍ、テープ厚さ０．２４ｍｍ、
ツイストピッチ１０ｍｍのテープ線材を得た。

【００３９】このようにして得た比較例に係るセラミッ
クス超電導線の横断面を、図１４に示す。即ち、図１４
に示す比較例に係るセラミックス複合超電導線９０は、
超電導フィラメント９１を、銀等の常電導金属９３に埋
設した構造を有する。

【００４０】以上のようにして作製した３つの線材（実
施例１、実施例２、比較例）の外部磁界中の交流損失と
自己磁界中の臨界電流を、液体窒素中で測定した。外部
磁界中の交流損失の測定は、磁化法を用いて行い、磁場
振幅を６０ｍＴ、周波数５０Ｈｚの変動磁場（サイン波
形）を線材長手方向に対して垂直、テープ面に対して平
行に印加した。一方、臨界電流は４端子を用いて測定
し、電圧タップ間に１μＶ／ｃｍの電圧が発生したとき
の電流値で定義した。臨界電流密度は、セラミックス超
電導体あたりの値とした。

【００４１】下記表１に、実施例１、実施例２、および
比較例に係るセラミックス超電導線の交流損失（単位体
積あたり）と臨界電流密度を示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】上記表１から明らかなように、実施例１お
よび２に係るセラミックス複合超電導線においては、臨
界電流密度を下げることなく交流損失を低減できる。こ
れは、セラミックス超電導体間に配置されたセラミック
ス非超電導体が、変動磁場によってセラミックス超電導
間に流れる遮蔽電流（結合電流）のバリア材として機能
し、結合損失時定数が小さくなったためだけではなく、
セラミックス超電導体同士の異常な接触がセラミックス
非超電導体によって防止されたり、個々のセラミックス
超電導体の形状が良好になったためであると考えられ
る。

【００４４】また、セラミックス超電導前駆体がセラミ
ックス非超電導体で覆われていないため、酸素等価性が
良好であり、従来の超電導線と同等以上の臨界電流密度
が得られたものと考えられる。

【００４５】なお、本発明は、以上で説明し、図示した
実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲から
逸脱しない限り、セラミックス超電導体からなるフィラ
メント形状や配置、線材の形状等を種々の形態にするこ
とも可能である。また、セラミックス超電導体は、ビス
マス系超電導体に限られるものでは無く、イットリウム
系超電導体やタリウム系超電導体等に関しても同様に適
用することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
セラミックス非超電導体の少なくとも一つが、セラミッ
クス超電導体の少なくとも２つの間に介在し、かつセラ
ミックス非超電導体がセラミックス超電導体の全周を囲
んでいない構成としたため、臨界電流密度を下げること
なく交流損失の低減が可能なセラミックス複合超電導線
を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るセラミックス複合超電
導線の製造工程を説明する図。

【図２】本発明の実施例１に係るセラミックス複合超電
導線の製造工程を説明する図。

【図３】本発明の実施例１に係るセラミックス複合超電
導線の製造工程を説明する図。

【図４】本発明の実施例１により得たセラミックス複合
超電導線を示す図。

【図５】本発明の実施例２に係るセラミックス複合超電
導線の製造工程を説明する図。

【図６】本発明の実施例２に係るセラミックス複合超電
導線の製造工程を説明する図。

【図７】本発明の実施例２に係るセラミックス複合超電
導線の製造工程を説明する図。

【図８】本発明の実施例２により得たセラミックス複合
超電導線を示す図。

【図９】本発明の他の実施例に係るセラミックス複合超
電導線を示す図。

【図１０】本発明の他の実施例に係るセラミックス複合
超電導線を示す図。

【図１１】本発明の他の実施例に係るセラミックス複合
超電導線を示す図。

【図１２】従来例に係るセラミックス複合超電導線を示
す図。

【図１３】従来例に係るセラミックス複合超電導線を示
す図。

【図１４】比較例に係るセラミックス複合超電導線を示
す図。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１…棒状体 ２，５，１２，２５…銀管 ３，１３，２３，３３…複合体 ４，２４…六角線材（セラミックス超電導体） ６，２６，４０，５０，６０…セラミックス複合超電導
線（本発明） １４…テープ線材 ２７，４１，５１，６１，７１，８１，９１…セラミッ
クス超電導体 ２８，４２，４３，５２，６２，７２，８２…セラミッ
クス非超電導体 ２９，４４，５３，６３，７３，７４，８３，８４，９
３…常電導金属体 ３４…六角線材（ラミックス非超電導体） ７０，８０…セラミックス複合超電導線（従来例） ９０…セラミックス複合超電導線（比較例）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のセラミックス超電導体と、１つ以上
   のセラミックス非超電導体と、常電導金属体とを複合化
   してなるセラミックス複合超電導線であって、長手方向
   に垂直な断面において、前記セラミックス非超電導体の
   少なくとも一つが、前記セラミックス超電導体の少なく
   とも２つの間に介在し、かつ前記セラミックス非超電導
   体が前記セラミックス超電導体の全周を囲んでいないこ
   とを特徴とするセラミックス複合超電導線。
2. 【請求項２】複数のセラミックス超電導体と、１つ以上
   のセラミックス非超電導体とを常電導金属体に埋設し、
   複合化してなるセラミックス複合超電導線であって、長
   手方向に垂直な断面において、前記セラミックス非超電
   導体の少なくとも一つが、前記セラミックス超電導体の
   少なくとも２つの間に介在し、かつ前記セラミックス超
   電導体と前記セラミックス非超電導体が相似形であるこ
   とを特徴とするセラミックス複合超電導線。
3. 【請求項３】セラミックス超電導体となる粉末を成形し
   て複数本の棒状体を形成し、かつセラミックス非超電導
   体となる粉体を成形して１本以上の棒状体を形成する工
   程と、 これらの棒状体を常電導金属中に配置して、混在複合体
   とする工程と、 この混在複合体に伸線加工と、ツイスト加工と、圧延加
   工と、熱処理とを施す線材化工程とを具備することを特
   徴とするセラミックス複合超電導線の製造方法。