JP2001283654A

JP2001283654A - 酸化物超電導線材の製造方法

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Publication number: JP2001283654A
Application number: JP2000095130A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Tanaka; 和英田中; Michiya Okada; 道哉岡田; Kazumasa Togano; 一正戸叶; Hiroaki Kumakura; 浩明熊倉; Hitoshi Kitaguchi; 仁北口
Original assignee: Hitachi Ltd; National Institute for Materials Science
Current assignee: Hitachi Ltd; National Institute for Materials Science
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-12
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP3758455B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、製造工程が短縮でき、かつ高
い導体電流密度を維持し、更にコンパクト化が可能な酸
化物超電導線材とその製造方法を提供する。【解決手段】複数の酸化物超電導層が金属層を介して交
互に配置されている複数の集合構造体を有する酸化物超
電導線材であって、該線材はその長手方向に対して垂直
に切断した横断面において個々の前記集合構造体が互い
に３回以上の回転対称性を持って配置していること、更
に、酸化物超電導性粉末或いはその仮焼結体粉末を用
い、酸化物超電導体の理論密度に対して４０％以上の密
度で平板状の圧粉成型体を製造する工程と、前記平板状
の圧粉成型体と平板状の金属とを交互に複数枚積層して
積層体を形成する工程と、前記積層体を金属シース内に
充填する工程と、前記金属シースの断面形状を減少させ
る塑性加工する工程とを有することを特徴とする製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体ヘリウム、液
体窒素もしくは冷凍機等の冷媒を用いて運転する酸化物
超電導コイルもしくは酸化物超電導送電ケーブル等に適
用可能な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、超電導材料としてはＮｂＴｉ，Ｎ
ｂ₃Ｓｎ等の金属系のものが知られている。しかし、こ
れらの金属系超電導材料は臨界温度（Ｔｃ）が最も高い
Ｎｂ₃Ｇｅでも２３Ｋ（ケルビン）であり、その冷却に
高価な液体ヘリウムを用いる必要があった。

【０００３】ところが、１９８６年になって酸化物系超
電導体が発見され、続いて、Ｔｃが液体窒素の沸点（７
７Ｋ）を超えるイットリウム（Ｙ）系、ビスマス（Ｂ
ｉ）系、タリウム（Ｔｌ）系というような各酸化物系超
電導体が相次いで発見された。これらの酸化物超電導体
は、Ｔｃが高いため安価で入手が容易な液体窒素を冷媒
に用いることができるため、超電導線材を使用する各種
の技術分野に大きな影響を与えることになった。

【０００４】また、これらの酸化物超電導体は、Ｔｃが
高いだけでなく、上部臨界磁場（Ｈｃ２）が高いという
性質を兼ね備えている。特に、Ｂｉ系超電導体は、液体
ヘリウム温度（４．２Ｋ）以下の極低温におけるＨｃ２
が５０Ｔ（テスラー）乃至１００Ｔを超えるものであ
る。この性質を利用することにより、従来の金属系超電
導材料では達成が困難であった、２２Ｔを超えるような
強い磁場を発生する超電導マグネットの実現が可能とな
ってきた。

【０００５】現在、「第６１回１９９９年秋季低温工学
・超電導学会講演概要集」７頁に紹介されているよう
な、酸化物超電導原料粉末を銀（Ａｇ）等の金属パイプ
内に充填した後、それを伸線加工及び圧延加工した後、
再度金属パイプ内に組込んで作製した高性能の超電導線
材において、温度４．２Ｋ、印加磁場２８Ｔという条件
で、約１,０００Ａ／ｍｍ²の実用的な臨界電流密度（Ｊ
ｃ）が得られている。

【０００６】しかし、このような工程で作製した酸化物
超電導線材は加工工程が多く、コストの面では従来金属
系超電導線材と比較して高価なものになると予想され
る。また、上記線材内部のマトリックス中における酸化
物占積率が２０乃至３０％と比較的低く、線材を導体と
してみた場合の導体電流密度（Ｊｅ）はコア部の臨界電
流密度（Ｊｃ）と比べて約１／５程度まで減少する。

【０００７】

【発明が解決しょうとする課題】上記従来技術における
問題点を解決し、好適な酸化物超電導線材を得るために
は、工程の短縮による低コスト化が可能で、かつ高いＪ
ｅを有することが望まれる。

【０００８】しかし、これらを同時に実現することは極
めて困難である。すなわち、工程の短縮化については、
１パス当たりの加工度を大きくすることや、圧延工程を
なくすといったことが試されている。しかし、加工度を
上げると、線材表面に割れや亀裂が発生し、最悪のケー
スでは断線するという問題がある。また、圧延工程を経
ない場合には、Ｊｃの向上に不可欠な酸化物の高密度化
及び結晶配向化が達成しづらいという問題がある。この
ため、高い線材性能を保ちながら量産化を達成すること
は極めて困難であると考えられている。

【０００９】一方、Ｊｅを向上させる方法としては、超
電導体内に含有するカーボン量を低減させたり、熱処理
の温度や雰囲気を最適化する等の方法で、線材自身のＪ
ｃを向上させる検討がなされてきた。また、線材内部の
マトリックス中における酸化物の占積率を増大させる検
討も進められている。現状、超電導相の厚さ数μｍ以下
のもの、あるいは数ｃｍ長さの短尺線レベルのものでは
実用領域のＪｃを得ることができているが、実用的な線
材サイズや長さを確保しながら、その性能を達成するこ
とは難しいという問題がある。

【００１０】また、コイル等に用いる導体として実用化
するには、高いＪｅを確保する必要がある。特に、コイ
ル等の導体はコンパクト化により、コスト低減が図れる
が、これを実現するには、ＪｃよりもＪｅを向上させる
必要がある。例えば、Ｊｃが極めて高い線材を用いてコ
イルを製作する場合においても、実質的なＪｅが仮に１
／２に減少したなら、コイルのターン数は２倍にしなけ
ればならない。これでは、コイルサイズが増大し、実用
には不向きとなることが考えられる。

【００１１】本発明の目的は、高い導体電流密度を有
し、かつ製造工程を短縮出来る酸化物超電導線材及びそ
の製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の酸化物
超電導層が金属層を介して交互に配置されている複数の
集合構造体を有する酸化物超電導線材であって、該線材
はその長手方向に対して垂直に切断した横断面において
個々の前記集合構造体が互いに３回以上の回転対称性を
持って配置していること、又は前記各集合構造体の酸化
物超電導層はいずれもその幅方向が一方向に配列してお
り、前記各々の集合構造体が最密構造になるように配列
していること、又は前記酸化物超電導層はその長手方向
に対して垂直に切断した横断面において面積率で３０〜
７０％好ましくは３５〜６５％とすることを特徴とし、
又これらの組み合わせを有する。

【００１３】本発明は、熱処理後に超電導性を示す酸化
物粉末、酸化物超電導粉末、或いはその仮焼結体粉末を
用い、酸化物超電導体の理論密度に対して４０％以上の
密度で平板状の圧粉成型体を製造する工程と、前記平板
状の圧粉成型体と平板状の金属とを交互に複数枚積層し
て積層体を形成する工程と、前記積層体を金属シース内
に充填する工程と、前記金属シースを好ましくは円形、
楕円形、六角形又は平角形の横断面形状に減少させる塑
性加工する工程とを備えることである。又、本発明は、
前述の酸化物超電導粉末或いはその仮焼結体粉末を、当
該酸化物超電導体の理論密度に対して４０％以上の密度
となるように複数の平板状金属の間に配置した積層体を
形成する工程と、前記積層体を金属シース内に充填する
工程と、前記積層体を有する前記金属シースを好ましく
は円形、楕円形、六角形又は平角形の横断面形状に減少
させる塑性加工する工程とを有することである。酸化物
粉末は仮焼結したものであることが好ましい。

【００１４】また、本発明は、平板状の圧粉成型体と平
板状の金属とを積層して形成された各積層体の外形状を
概ね菱形形状に好ましくは金属フオイルで巻回する工程
と、複数の前記積層体を３回の回転対称性を持たせて金
属パイプに充填する工程を備えることである。３回の回
転対称性を持たせるということは、具体的には、平板状
の圧粉成型体と平板状の金属とを積層して形成された積
層体を３組作製し、これらの外形状を概ね菱形形状にし
た後、各々の積層体を隣接する積層体と、圧粉成型体の
積層方向が概ね１２０度の幾何学的回転対称性を有し、
かつ該菱形断面形状における少なくとも１辺が隣接する
積層体を接するようにして充填することである。そし
て、それを塑性加工して得られた酸化物超電導線材も同
様の３回の回転対称性を有するものが得られる。

【００１５】これは、言い換えるならば、円形断面の線
材の長手方向に対して、垂直の断面をみたとき、酸化物
のコアが、断面内で幾何学的な配置において回転対称で
あるといえる。円形断面で回転対称性を発現するには、
３回以外にも、4回、6回等の回転対称性が考えられる
が、正三角形を２つ合わせて作った菱形形状で３回の回
転対称性を持たせるのが最も効率よい充填率となる。

【００１６】本発明では、圧粉成型体と金属板の加工精
度等の制約から、理想的な形状は容易には得られないと
考え、概ね菱形形状や１２０度という表現を用いてい
る。但し、理想とする形状に近いほど高性能の線材を得
ることができる。理想状態からのずれは、酸化物の形状
の乱れを誘発し、性能を低下させる。角度の許容範囲
は、5度程度である。これを越えると、性能は少なくと
も１／２〜１／３低下する。

【００１７】また、本発明は、線材内部マトリックス中
における酸化物の占積率、即ち塑性加工後、前述の面積
率で３０〜７０％となるように製造する工程を備えるこ
と、アスペクト比が全て同じである圧粉成型体を金属パ
イプに充填する工程を備えること、平板状の圧粉成型体
のアスペクト比が全て同じである圧粉成型体を金属パイ
プに充填する工程を備えることがこのましい。平板状の
圧粉成型体のアスペクト比が同じということは、製造工
程の簡略化につながり、低コスト化が可能となる利点が
ある。

【００１８】また、本発明は、充填する金属パイプが銀
或いは銀基合金であること、充填する金属パイプの内形
状が六角形であること、積層体は直立するように積層し
た後に、菱形形状に切断する工程を備えることが好まし
い。である。

【００１９】さらにまた、本発明の他の特徴点は、酸化
物超電導粉末或いはその仮焼粉末を用い、複数の平板状
金属の間に所望の成型体が酸化物超電導体の理論密度に
対して４０％以上の密度となるように秤量した粉末を密
着させて積層体を形成する工程と、前記積層体を金属シ
ース内に充填する工程と、前記金属シースを円形、楕円
形、六角形又は平角形の横断面形状に減面加工する工程
を備えることである。

【００２０】上記のような製造プロセスを経た場合、円
形、楕円形、六角形又は平角形の横断面形状を有する金
属シース酸化物超電導線材において、高性能かつ量産化
が可能なものになる。また、テープ形状のものでも高性
能かつ量産化が可能である。

【００２１】発明者らはこれまで、酸化物超電導体の電
力機器への応用を目指して、主として酸化物超電導テー
プ線材、及びそのテープ線材を３回の回転対称を持つよ
うに金属パイプに組込んだ回転対称テープインチューブ
線材（ROSATwire，ROtationSymmetric Arranged Tape-i
n-tube wire）の通電性能の向上に注力してきた。その
結果、両者共に、２０Ｔを超えるような強磁場下におい
ても１,０００Ａ／ｍｍ²以上の実用的なＪｃを有する線
材が得られることを見出しなされたものである。

【００２２】しかし、このような線材では、金属系超電
導線材に比べて高価であり、また酸化物超電導体の占積
率も高々２０〜３０％と低いものであった。

【００２３】そこで発明者らは、鋭意研究を重ねた結
果、従来プロセスに比べて加工工程を大幅に短縮化する
と同時に、線材内部における酸化物超電導体の占積率を
２倍以上増大させることが容易な酸化物超電導線材の製
造方法を見い出したのでここにまとめた。しかも本発明
における製造方法で得られた酸化物超電導線材により、
ｋｍ級の長尺材においても、高い性能を有することを可
能にした。

【００２４】まず、加工工程の短縮に関しては、例え
ば、ROSATwireでｋｍ級の線材を製造することを想定し
た場合、押出し加工を少なくとも３回行う必要があっ
た。１回目はテープ状に加工する素線を製造する工程、
２回目は素線を３回の回転対称性を持たせて組込んだ３
セグメント型線材を製造する工程、３回目は３セグメン
ト型線材を複数本組込んで多芯化したマルチセグメント
型線材を製造する工程である。これに対して、本発明の
製造方法を用いることにより、押出し加工は１回行うだ
けでよいことになった。このように加工工程を短縮する
ことで、大幅なコスト低減が可能となった。

【００２５】また、線材を金属パイプに複数回組込む工
程がなくなることにより、酸化物超電導体の占積率は大
幅に増大させることが可能となった。但し、必要に応じ
て複数回の組込みを行うことは差し支えない。しかしこ
のような場合には、若干の性能低下を見込む必要があ
る。また、交流応用の場合は、交流損失の低減を目的
に、撚り線加工を施すことが望ましい。

【００２６】従来と同じ線径において、Ｊｅを２倍にす
ることが可能となれば、例えばコイルを製作する場合
に、ターン数が半分に減少するというメリットがある。
このため、実用導体としてのコンパクト化も実現でき
る。

【００２７】一般に、Ｂｉ系酸化物超電導線材は、熱処
理を行うことによって、超電導体のｃ軸に対して垂直に
結晶粒が成長する性質を持っている。このことから、磁
場の印加方向がフィラメントのｃ軸に対して平行な場
合、磁場をかけない場合の線材の臨界電流に比べて大き
く低下するという物性を有する。このため、圧粉成型体
と金属の積層体を組み込む際に例えば３回の回転対称性
を持たせると磁場の印加方向によらず、Ｊｅの低下を抑
制することが可能になる。

【００２８】さらに、円形、楕円形、六角形又は平角形
の横断面形状を有する金属シース酸化物超電導多芯線材
を用いてソレノイド巻きしたコイルを製作することによ
り、積層パンケーキコイルでは困難であった高い磁場均
一度の実現を可能にすることができるようになる。これ
は、上記形状の線材はテープ形状の線材に比して、容易
に加工精度を向上させることができるためである。この
ため、コイル巻線した場合に軸方向及び周方向でコイル
形状のずれを小さくすることが可能となる。これらのこ
とから、円形、楕円形、六角形又は平角形の横断面形状
を有する金属シース酸化物超電導線材を用いてソレノイ
ド巻きしたコイルは、高分解能ＮＭＲマグネット用のコ
イルとして使用できるものになる。

【００２９】また、本発明における金属シース材に関し
ては、熱処理に際して腐食等を生じない銀や銀合金にす
ることが好ましい。合金化を行う際の金属は、例えば、
金（Ａｕ）、アンチモン（Ｓｂ）、白金（Ｐｔ），マグ
ネシウム（Ｍｇ），チタン（Ｔｉ），マンガン（Ｍ
ｎ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），アルミニウム
（Ａｌ）等が好ましい。

【００３０】また、本発明の酸化物超電導粉末或いはそ
の仮焼粉末は、特に材料を限定するものではなく、例え
ばＹ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系、Ｈｇ系等の超電導体にも広く
適用可能である。

【００３１】本発明の製造方法により製造された酸化物
超電導線材は広く超電導機器に適用することが可能であ
って、例えば、超電導送電ケーブル、ブスバー、長尺導
体、永久電流スイッチ素子、大型マグネット、核磁気共
鳴分析装置、医療用磁気共鳴診断装置、超電導電力貯蔵
装置、磁気分離装置、磁場中単結晶引き上げ装置、冷凍
機冷却超電導マグネット装置、超電導エネルギー貯蔵、
超電導発電機、核融合炉用マグネット、加速器、電流リ
ード、限流器等の機器に利用することにより、高効率化
を達成できる効果がある。

【００３２】また、本発明の超電導体の冷却には、液体
ヘリウム以外にも液体窒素や冷凍機を用いることが可能
となるため、装置の運転コストの低減、クエンチ（超電
導状態から常電導状態への転移が急激に起こり破壊する
現象）を防止するための措置の簡略化等が達成でき、コ
ストを大幅に低減することが可能となる。また、同時
に、超電導特性の信頼性を高めることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】純度が９９％以上の酸化ストロン
チウム（ＳｒＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）及び酸化
銅（ＣｕＯ）の各酸化物を出発原料とし、ストロンチウ
ム（Ｓｒ），カルシウム（Ｃａ），銅（Ｃｕ）の原子モ
ル比がそれぞれ２．０：１．０：２．０の組成となるよ
うに秤量し、それらの混合体を作製した。次に、この混
合体を遠心ボールミルに入れ、２０分間にわたって混合
した後、大気中において、９００℃で、２０時間にわた
る熱処理を行う。次いで、熱処理した混合体を室温まで
冷却した後、再度、遠心ボールミルに入れ、２０分間に
わたって粉砕,混合し、粉末状態にする。

【００３４】得られた粉末にＢｉ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕの
原子モル比が、それぞれ２．０：２．０：１．０：２．
０の組成となるように酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃）を秤量
して加え、混合体を遠心ボールミルに入れ、２０分間に
わたって混合する。そして、得られた粉末を、大気中に
おいて、８００乃至８５０℃の温度で、１０時間にわた
って熱処理を行い、超電導粉末を作製する。この超電導
粉末は、粉末Ｘ線回折の結果及び走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）の観察結果によれば、超電導相以外にＳｒＯ，Ｃ
ｕＯのほか、同定できない未反応の非超電導相も若干認
められるものである。次に、この超電導粉末を遠心ボー
ルミルに入れ、平均粒径が３μｍ程度になるように粉砕
及び混合し、超電導微粉末を作製する。

【００３５】次いで、得られた超電導微粉末をＢｉ−２
２１２の理論密度である６．６５ｇ／ｃｍ³に対して６
５％となる密度（４．３２ｇ／ｃｍ³）で平板状の圧粉
成型体を作製した。このときの成型体のサイズは、幅１
２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ１００ｍｍである。この
圧粉成型体５枚と幅１２ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ、長さ１
００ｍｍの純銀板６枚とを交互に菱形形状となるように
重ね合わせ、これを厚さ５０μｍの純銀ホイルで包むこ
とにより、積層体を形成する。図１にその断面構成を示
す。図１において、１はＢｉ−２２１２超電導体を用い
て製造した平板状の圧粉成型体、２は純銀を使用した平
板状の金属板、３は純銀を使用した金属ホイルである。

【００３６】ここでは、各積層体内では、平板状の圧粉
成型体１と平板状の金属板２が階段状に段差をつけなが
ら積層されている。このような積層体を３つ作製し、こ
れらを束ね、全体を構成している。全体では概ね正六角
形の断面形状からなる。また、この断面を構成する３つ
の積層体は各々、１２０度の幾何学的な回転対称性を有
している。

【００３７】また、積層体を製造する別の方法として
は、平板状の圧粉成型体１と平板状の金属板２とを交互
に重ね合わせ、直立するように並べる。これを菱形形状
に切断するという手法を用いてもよい。この方法を用い
ることで、平板状圧粉成型体１及び平板状金属板２から
成る積層体が精度良く菱形形状に加工できる。また、そ
れら積層体と金属ホイル３に生じる隙間がなくなり、充
填密度が向上するメリットがある。

【００３８】さらにまた、予め圧粉成型体１を製造せ
ず、酸化物超電導粉末或いは仮焼粉末を用い、圧力を加
えて成型した際に酸化物超電導体の理論密度に対して４
０％以上の密度となるように秤量した粉末を複数枚の平
板状金属板２の間に配置し、それらをプレス等により密
着させて積層体を形成する工程を含んでもよい。この方
法を用いることにより、1枚ずつ圧粉成型体を製造する
必要がなくなり、製造工程の短縮化が可能となり、コス
ト低減につながるメリットがある。

【００３９】図１に示す圧粉成型体１は、上記に示すサ
イズとなるような金属の金型を用いて、プレス機等によ
って製造したものである。金属板２及び金属ホイル３
は、ロール圧延やカセットローラーダイス等で加工した
ものである。

【００４０】以上のような積層体を３組用意し、図２に
示すような配置となるように外径３０ｍｍ、内径２５ｍ
ｍ、長さ１１０ｍｍの円形の断面形状を有する純銀パイ
プに充填する。図２において、４は金属シース材であ
る。金属シース材４の内径側の形状は、丸に限らず多角
形としてもよい。特に、六角形にすることにより、組み
込む際の充填密度が向上するというメリットもある。

【００４１】本実施例では、圧粉成型体５枚を１組とし
た積層体が、３回の回転対称性を持って組み込まれてい
る。よって、芯数は５×３＝１５である。この芯数につ
いては、使用する材料の加工性や超電導体の占積率等に
よって、適宜最適な数にすることが望ましい。

【００４２】充填した線材は、室温で押し出し加工によ
り断面減少率１０〜１５％の伸線加工を施し、外径２．
０ｍｍ程度になるまで縮径する。加工方法は、他に線引
き加工、スエージング加工等で行う事が出来る。必要に
応じて、線材の横断面形状を楕円形、六角形、平角形又
は板状の横断面形状に減少させる塑性加工する。加工後
の線材は複数の酸化物超電導層が金属層を介して交互に
配置された３個の集合構造体を有する酸化物超電導線材
からなり、前記各集合構造体は最密構造になるように配
列しているものであった。

【００４３】円形、楕円形及び六角形の線材の外径は、
対辺の長さが最も短い部分で１〜２ｍｍ程度が実用上望
ましいが、用途や通電電流に応じて適切な外径とすれば
よく、特に限定されるものではない。

【００４４】次に、減面加工した線材に超電導特性を付
与するために以下の熱処理を施す。具体的には、線材を
純酸素（酸素分圧が１ａｔｍ）中において、Ｂｉ₂Ｓｒ₂
Ｃａ ₁Ｃｕ₂Ｏｘからなる組成の酸化物超電導体の分解温
度より僅かに高い温度である８７５〜９００℃の範囲内
の温度で、５〜６０分の範囲内にわたる熱処理を行い、
前記酸化物超電導体を部分溶融させ、その後、室温まで
冷却することにより、超電導体とする。また、必要に応
じて、１〜２０％（酸素分圧が０．０１〜０．２ａｔ
ｍ）の酸素濃度雰囲気中において、前記酸化物超電導体
の分解温度より僅かに低い温度である８００〜８４０℃
の範囲内の温度で、５乃至５０時間の範囲内におけるア
ニール処理を行うこともある。

【００４５】前記製造方法の実施例において、Ｂｉ₂Ｓ
ｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏｘからなる組成の酸化物超電導体の原
料粉末には、Ｂｉ化合物、Ｓｒ化合物、Ｃａ化合物及び
Ｃｕ化合物が用いられる。また、必要に応じて、鉛（Ｐ
ｂ）化合物やバリウム（Ｂａ）化合物が用いられる。各
原料粉末は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、ほう
酸塩、酢酸塩等の形ものが用いられる。

【００４６】また、前記製造方法の実施例において、酸
化物超電導粉末を合成したり、中間焼成を行ったりする
際の熱処理温度は、７００〜９５０℃の範囲内の温度が
利用される。また、必要に応じて、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃ
ｕ₂Ｏｘからなる組成に第３元素を添加、あるいは置換
し、得られた酸化物超電導体を部分溶融温度以上に加熱
した後、これを冷却する過程において、超電導相の結晶
粒内に非超電導相を分散させ、ピンニング力を高める方
法を用いてもよい。

【００４７】さらに、前記製造方法の実施例において
は、圧粉法を利用しているが、本発明の酸化物超電導線
材の製造方法における積層体の形成方法は、平板状の圧
粉成型体と平板状の金属板を交互に積層する方法に限定
されるものではなく、他の方法、例えば、ドクターブレ
ード法、ディップコート法、スプレーパイロリシス法、
スクリーン印刷法等により、金属板に酸化物超電導体を
形成した積層体を用いてもよい。

【００４８】また、前記製造方法の実施例における横断
面減面塑性加工は、線材の断面形状を所望のものにする
と同時に、金属シース酸化物超電導多芯線材のコア部に
充填されたＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏｘからなる組成の酸
化物超電導体を高密度化する働きも兼ね備える。

【００４９】表１は、本実施例によって製造された平板
状の圧粉成型体１の密度がＢｉ−２２１２超電導体の理
論密度（６．６５ｇ／ｃｍ³）に対して３０％乃至９５
％の範囲内として製造した場合のＪｅを測定した結果で
ある。測定は、温度４．２Ｋ，印加磁場２Ｔ中で行っ
た。Ｊｅは、線材のＩｃをシース材を含む線材全断面積
で除することにより求めた。

【００５０】圧粉成型体１の密度がＢｉ−２２１２超電
導体の理論密度に対して３０％及び３５％の場合は、Ｊ
ｅが１８０乃至１９０Ａ／ｍｍ²であったが、４０％を
超えると３００乃至３３０Ａ／ｍｍ²までＪｅが向上し
た。それぞれの線材について酸化物部分の密度を調査し
たところ、減面加工後の超電導体の密度が４０％以下の
場合と４０％以上の場合とではＪｅｈａ大きく異なるこ
とが分かった。なお、比較材として作製した直径２．０
ｍｍのROSATwireのＪｅは、１９０Ａ／ｍｍ²であった。

【００５１】このことから、本発明における平板状の圧
粉成型体１の密度は、Ｂｉ−２２１２超電導体の理論密
度（６．６５ｇ／ｃｍ³）に対して４０％以上に選ぶこ
とが効果的であって、Ｊｅの高い酸化物超電導線材が得
られるようになる。

【００５２】

【表１】

【００５３】表２は、本実施例によって製造された線材
のマトリックス中における圧粉成型体の占積率が２０％
〜７５％の範囲内として製造した場合のＪｅを測定した
結果である。測定は、温度４．２Ｋ，印加磁場２Ｔ中で
行った。なお、ここで製造した平板状の圧粉成型体の密
度は、Ｂｉ−２２１２の理論密度に対して６０％として
いる。Ｊｅは、線材のＩｃをシース材を含む線材全断面
積で除することにより求めた。

【００５４】占積率、即ち、線材の長手方向に対して垂
直に切断した横断面において面積率で２０％及び２５％
の場合は、Ｊｅが１５０乃至１７０Ａ／ｍｍ²であった
が、３０〜７０％では２７０〜３３０Ａ／ｍｍ²までＪ
ｅが向上した。しかし、７５％を超えると減面加工途中
に線材表面に割れが発生し、熱処理時に割れ部から超電
導体の融液が外部に流れ出すことによる減少が認められ
た。これにより、Ｊｅは大きく低下した。なお、比較材
として作製した直径２．０ｍｍのROSATwireのＪｅは、
１９０Ａ／ｍｍ²であった。

【００５５】このことから、本発明における圧粉成型体
１が線材内部マトリックス中における占積率を３０％以
上７０％以下となるようにすることが効果的であって、
Ｊｅの高い酸化物超電導線材が得られるようになる。

【００５６】

【表２】

【００５７】表３は、本実施例によって製造された金属
シースを純銀、銀−マグネシウム合金、銀−金合金、純
金、ニッケル、パラジウムの種々の金属を用いて、線材
を製造した場合のＪｅを測定した結果である。測定は、
温度４．２Ｋ，印加磁場２Ｔ中で行った。Ｊｅは、線材
のＩｃをシース材を含む線材全断面積で除することによ
り求めた。

【００５８】ここでは、平板状の圧粉成型体の密度はＢ
ｉ−２２１２の理論密度に対して５５％で、その占積率
は５０％としている。

【００５９】純銀及び銀合金シースの場合は、Ｊｅが２
８０乃至３００Ａ／ｍｍ²であったが、それ以外のシー
ス材ではＪｅが大きく低下した。

【００６０】このことから、本発明における金属シース
材は、銀或いは銀合金シースとすることが効果的であっ
て、Ｊｅの高い酸化物超電導線材が得られるようにな
る。

【００６１】

【表３】

【００６２】本発明は、これらの実施例に限定されるも
のではない。

【００６３】

【発明の効果】本発明の酸化物超電導線材とその製造方
法によれば、高い導体電流密度（Ｊｅ）を有し、更に製
造工程が短縮化され、よりコンパクトな酸化物超電導線
材を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる圧粉成型体と、金属板との積層
体を金属ホイルで巻回した積層体の断面構成を示す図で
ある。

【図２】本発明に係わる酸化物超電導線材の積層体を金
属パイプに充填した断面構成を示す図である。

【符号の説明】

１・・・圧粉成型体、２・・・金属板、３・・・金属ホ
イル、４・・・金属シース材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田道哉茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者戸叶一正茨城県つくば市千現一丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者熊倉浩明茨城県つくば市千現一丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者北口仁茨城県つくば市千現一丁目２番１号科学技術庁金属材料技術研究所内Ｆターム(参考） 5G321 AA01 BA01 BA03 BA04 BA05 CA09 CA32 DA02 DA03 DB11 DB17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の酸化物超電導層が金属層を介して交
互に配置されている複数の集合構造体を有する酸化物超
電導線材であって、該線材はその長手方向に対して垂直
に切断した横断面において個々の前記集合構造体が互い
に３回以上の回転対称性を持って配置していることを特
徴とする酸化物超電導線材。
【請求項２】複数の酸化物超電導層が金属層を介して交
互に配置された３固以上の集合構造体を有する酸化物超
電導線材であって、前記各集合構造体の酸化物超電導層
はいずれもその幅方向が一方向に配列しており、前記各
々の集合構造体は最密構造になるように配列しているこ
とを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項３】複数の酸化物超電導層が金属層を介して交
互に配置されている複数の集合構造体を有する酸化物超
電導線材であって、前記酸化物超電導層はその長手方向
に対して垂直に切断した横断面において面積率で３０〜
７０％を有することを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項４】酸化物超電導性粉末或いはその仮焼結体粉
末を、当該酸化物超電導体の理論密度に対して４０％以
上の密度で平板状の圧粉成型体を製造する工程と、前記
平板状の圧粉成型体と平板状の金属とを交互に複数枚積
層して積層体を形成する工程と、前記積層体を金属シー
ス内に充填する工程と、前記積層体を有する前記金属シ
ースの横断面形状を減少させる塑性加工する工程とを有
することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項５】酸化物超性電導粉末或いはその仮焼結体粉
末を、当該酸化物超電導体の理論密度に対して４０％以
上の密度となるように平板状金属の間に配置した積層体
を形成する工程と、前記積層体を金属シース内に充填す
る工程と、前記積層体を有する前記金属シースの横断面
形状を減少させる塑性加工する工程とを有することを特
徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項６】請求項４又は５において、前記積層体をそ
の長手方向に対して垂直に切断した横断面において個々
の前記積層体が互いに３回以上の回転対称性を持って配
置して、金属パイプ内に充填する工程を有することを特
徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項７】請求項４〜６のいずれかにおいて、前記平
板状の圧粉成型体は塑性加工後のその長手方向に対して
垂直に切断した横断面において面積率で３０〜７０％と
なるように前記金属シース内に充填する工程を有するこ
とを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項８】請求項４〜７のいずれかにおいて、アスペ
クト比が全て同じである前記圧粉成型体を金属パイプに
充填する工程を有することを特徴とする酸化物超電導線
材の製造方法。
【請求項９】請求項４〜８のいずれかにおいて、前記金
属パイプは、銀或いは銀基合金であることを特徴とする
酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１０】請求項４〜９のいずれかにおいて、前記
金属パイプはその長手方向に対して垂直に切断した横断
面において内側横断面形状が六角形であることを特徴と
する酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１１】請求項４〜１０のいずれかにおいて、前
記積層体を、その長手方向に対して垂直に切断した横断
面において横断面形状を菱形形状に切断する工程を含む
ことを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。