JP2001512282A

JP2001512282A - 微細かつ一様なフィラメント型超伝導体

Info

Publication number: JP2001512282A
Application number: JP2000505644A
Authority: JP
Inventors: ライリー，ギルバート・エヌ，ジュニア; リ，キ; ロバーツ，ピーター・アール; アンタヤ，ピーター・ディー; セウントジェンズ，ジェフリー・エム; ハンコック，スティーブン; デモランヴィル，ケネス・エル; クリストファーソン，クレイグ・ジェイ; ギャラント，ジェニフアー・エイチ; クレーブン，クリストファー・エイ
Original assignee: アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 2001-08-21
Also published as: AU8656998A; US6370405B1; CA2298611A1; WO1999007004A1; EP1025569A1; US20020142918A1

Abstract

(57)【要約】高いフィル・ファクタを有するマルチフィラメント型超伝導体複合材が、それぞれが低密度の超伝導体前駆物質モノフィラメントを含む複数のスタック状のモノフィラメント前駆物質要素から形成される。前駆物質要素は、すべて、実質的に等しい寸法と特性とを有し、直線で囲まれた構成でスタックされ統合されて、マルチフィラメント型の前駆物質複合材を提供する。複合材はその後で熱機械的に処理されて、それぞれのモノフィラメントの厚さが約５０ミクロン未満である超伝導体複合材が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】【発明の属する技術分野】

本発明は、高温セラミック超伝導体に関する。より詳しくは、本発明は、複数
の薄く一様なフィラメントを含むマルチフィラメント型超伝導体構造と、ほぼネ
ット状の前駆物質（ｎｅａｒｎｅｔｓｈａｐｅｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）から
そのような構造を製造する方法に関する。

【従来の技術】

超伝導体とは、臨界温度Ｔｃより低い温度では電流に対する抵抗値がほぼゼロ
であるような材料である。様々な酸化銅（銅酸化物）のセラミック材料が比較的
高い温度すなわち７７Ｋよりも高い温度で超伝導性を示すことは、以前から観察
されている。約１０年前に酸化銅ベースの超伝導体が最初に発見されて以来、こ
れらの超伝導性のセラミックは広い範囲で興味をもたれ、その物理的及び化学的
な性質が広く研究され、多くの刊行物に記載されてきた。超伝導材料と金属との複合材は、超伝導材料が単独で有しているよりも優れた
機械的及び電気的特性を得るために、よく用いられている。このような複合材は
、広く知られているパウダー・イン・チューブ（ＰＩＴ）プロセスなどの様々な
既知のプロセスや、様々な被覆導体（ＣＣ）プロセスによって、伸長したワイヤ
、要素及びケーブルの形態で用意されるのが典型的である。ＰＩＴプロセスでは
、金属容器が前駆物質の粉末で充填され、次に、この充填された容器が変形され
熱機械的処理がなされて、所望の超伝導特性を有するフィラメント型の複合材が
形成される。ＣＣプロセスでは、超伝導材料又はその前駆物質が基板の上に配置
され、この基板が処理されることによって、超伝導性のフィラメントを含む複合
材が形成される。どのようにして形成されたとしても、複数のフィラメントはバ
ンドル及び／又はケーブル状になっており、マルチフィラメント型の複合材を得
るには、追加的な変形及び熱機械的な処理ステップが必要である。商業的な実現性を有するには、高温超伝導体（ＨＴＳ）ワイヤは、高性能（す
なわち、超伝導体の高い臨海電流密度Ｊｃ）を有し、低コストでなければならな
い。過去には、超伝導グレインの高密度化（ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）や結
晶学的なアライメントによって超伝導性セラミックのＪｃを改善するためのかな
りの努力がなされてきたし、より最近では、価格対性能比（ｋＡｍ当たり何ドル
かによって測定される）がより高く商業的に容認可能である長さを有するＨＴＳ
ワイヤの製造技術への興味が高まりそのような技術を開発する努力がなされてい
る。現時点では、ＨＴＳの分野では、最も高性能のＢＳＣＣＯ（２２１２及び２２
２３の両方）は、寸法が１０×１００ミクロンのオーダーであるアスペクト比の
大きな（ｈｉｇｈｌｙａｓｐｅｃｔｅｄ）フィラメント（アスペクト比の大き
な（ａｓｐｅｃｔｅｄ）要素とは、横断面において幅が高さよりも大きいものを
いう）を含むことが知られている。また、ＰＩＴ技術を用いて作られたＢｉ−２
２２３の導体は、アスペクト比の大きな要素が結果的に得られる非対称変形が用
いられる場合には比較的高いＪｃ性能を達成できることも知られている。例えば
、非対称変形を用いると、７７Ｋで自己電磁場（ｓｅｌｆｆｉｅｌｄ）の場合
には６９０００Ａ／ｃｍ^２のＪｃ値が報告されている（Ｑ．Ｌｉｅｔａｌ．
，ＰｈｙｓｉｃａＣ，２１７（１９９３）３６０）し、超伝導性の層の厚さを
Ｌｉｅｔａｌ．の場合の３０ミクロンから３ミクロンのレベルまで減少すれ
ば、Ｂｉ−２２２３の導体のＪｃ性能は劇的に向上することが予測されている。
通常の方法によって作られた要素におけるＡｇに隣接するＢ１−２２２３の層（
約１．５ミクロンの厚さ）では、Ｊｃの値は、１０００００Ａ／ｃｍ２（７７Ｋ
，０Ｔ）を超えると考えられる。他のＨＴＳワイヤのタイプでは、ショート・レ
ングス性能（ｓｈｏｒｔｌｅｎｇｔｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を示してい
る。例えば、真空システム、レーザ及びイオン銃などの設備を用いるフィルム技
術によって作られたＹ−１２３ベースの被覆導体などである。非対称変形を用いて円形のマルチフィラメント型前駆物質を用意しその後に高
アスペクト比の要素に圧延する従来のＰＩＴ技術を用いる場合には、２つの主な
理由により、３ミクロン程度の厚さを有するフィラメントを達成することは困難
である。すなわち、第１に、それぞれのフィラメントのひずみ経路（ｓｔｒａｉ
ｎｐａｔｈ）は複合材の内部でのその位置の関数であり、最終要素のエッジにお
けるフィラメントは、その要素の中心部分におけるフィラメントよりも組織化の
程度が低く（ｌｅｓｓｔｅｘｔｕｒｅｄ）性能レベルが低いこと。第２に、そ
れぞれのフィラメントの変形前の断面は円形であるのが典型的であり、最初に円
形であるフィラメントを変形することによって薄く幅の広いフィラメントを達成
することは困難であること。これまでに様々な変形処理の手順が提案されている。１９９５年６月６日に出
願された同時出願中である″ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ−
ＳｉｎｔｅｒｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｆｏｒＯｘｉｄｅＳｕｐｅｒｃｏｎ
ｄｕｃｔｉｎｇＡｒｔｉｃｌｅｓ″と題する米国特許出願第０８／４６８，０
８９号には、複数のステップではなく単一の変形及びシンタリング・プロセスに
よって組織化の程度が高い酸化物超伝導体による品目を用意する方法が記載され
ている。この米国特許出願は、この出願において援用する。この米国特許出願に
記載されている手順では、前駆物質である品目であって、この品目の長さに沿っ
て延長する複数のフィラメントを含み、支配的な量の正方晶系（ｔｅｔｒａｇｏ
ｎａｌ）のＢＳＣＣＯ２２１２相を有する前駆物質である酸化物とそれぞれのフ
ィラメントを実質的に包囲する拘束部材とを備えている品目に対して、正方晶系
のＢＳＣＣＯ２２１２酸化物を斜方晶系の（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）ＢＳＣ
ＣＯ２２１２酸化物に変換するように選択された酸素分圧と温度とにおいて熱処
理が施される。その後で、この品目は、厚さの約４０％から９５％の範囲の単一
の大きな減少圧下（ｈｉｇｈｒｅｄｕｃｔｉｏｎｄｒａｆｔ）で圧延処理さ
れ、それによってフィラメントは酸化物超伝導体グレインの最大の寸法とほぼ等
しい拘束寸法を有するようになり、次に、シンタリング（焼結）がなされてＢＳ
ＣＣＯ２２１２又は２２０３の酸化物超伝導体が得られる。他の手順は、１９９
５年１１月１１日に出願された同時出願中である″ＩｍｐｒｏｖｅｄＢｒｅａ
ｋｄｏｗｎＰｒｏｃｅｓｓｆｏｒＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＣｅ
ｒａｍｉｃＣｏｍｐｏｓｉｔｅＣｏｎｄｕｃｔｏｒｓ″と題する米国特許出
願第０８／６５１，６８８号に開示されている。この米国特許出願は全体をこの
出願において援用する。実験室の外において現実的であるためには、ほとんどの電気的及び磁気的な応
用には、電流搬送容量が高いことに加えて、高いフィル・ファクタ（ｆｉｌｌ
ｆａｃｔｏｒ）を有する（すなわち、複合材であるマルチフィラメント構造にお
ける超伝導体の体積パーセンテージが高い）ように製造可能であり可撓性を有す
るケーブル状の長さを有する導体が要求される。従って、高いＪｃを有する個々
のフィラメントを作ることに加えて、複数のＨＴＳフィラメントを含むケーブル
等の製造方法にも多くの努力がなされてきた。例えば、１９９５年１１月１１日
に出願された同時出願中である″ＣａｂｌｅｄＣｏｎｄｕｃｔｏｒｓＣｏｎ
ｔａｉｎｉｎｇＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
ＣｏｍｐｏｕｎｄｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＭａｋｉｎｇＴｈｅｍ″
と題する米国特許出願第０８／５５４，８１４号には、複数の転置されたストラ
ンドであってそれぞれのストランドが好ましくはマトリクス材料によって包囲さ
れ指示されている１つ又は複数の好ましくはねじれたフィラメントを備えている
複数の転置されたストランドと、実質的に一方向を向いておりこのケーブル状の
導体におけるストランド及びフィラメントの回転方向とは独立である結晶学的な
グレイン・アライメントを有する組織化された異方性超伝導性化合物とを含むケ
ーブル状の導体が開示されている。この米国特許出願は全体をこの出願において
援用する。ケーブル状の導体は、複数の適切な複合ストランドを形成し、これら
のストランドを予め選択されたストランド撚りピッチ（ｌａｙｐｉｔｃｈ）で
導体の長軸の周りに転置することによってこれらのストランドからケーブル状の
中間物を形成し、ストランドを組織化することによって、作られる。この最後の
ストランドの組織化は、ケーブル状の中間物の最も幅の広い長軸方向の断面と直
交する方向の基本成分を用いた組織化プロセスを適用することを含む少なくとも
１つのステップを含む１つ又は複数のステップにおいてなされる。この直交方向
の組織化ステップの少なくとも１つは、ストランド転置ステップの後になされる
。ある実施例では、フィラメントの断面と、フィラメントのねじれピッチと、ス
トランドの撚りピッチとは、所望の異方性超伝導性化合物の典型的なグレインの
好適な方向の面積の常に少なくとも１０倍であるフィラメント転置面積を提供す
るように相互に関係して選択される。双軸組織（ｂｉａｘｉａｌｔｅｘｔｕｒ
ｅ）を要求する材料については、組織化（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）のステップは、
第２の基本成分を用いた組織化プロセスを導体の幅の最も広い長軸方向の断面に
おいて所定の方向に適用することを含みうる。例えば、米国特許第５，５０８，２５４号などの他の文献では、比較的厚い圧
延さえたテープを垂直方向に積み重ねることによってマルチフィラメント構造を
形成することが提案されている。しかし、この分野における過去になされた及び現在進行中の仕事にもかかわら
ず、コストと性能との両方が、ＨＴＳワイヤの市場における広範な使用を依然と
して制限する主な理由である。従って、ＨＴＳフィラメントのＪｃを増加させ、
より大きなフィル・ファクタと全体的な電流搬送能力とを有する様々な幾何学的
形状のマルチフィラメント複合材を提供し、より小さなコストによってこれらを
達成する、という必要性が依然として存在している。

【発明の概要】

本発明の特徴は、多数の超伝導体前駆物質要素から半連続的な手順によって作
られる高いフィル・ファクタ（例えば、３０％よりも大きく、好ましくは、３５
％から４０％よりも大きい）を有するマルチフィラメント型超伝導体である。こ
こで多数の超伝導体前駆物質要素のそれぞれは、全体的な形状が実質的に同一で
あり、同一の全体的構成を有する超伝導体前駆物質のモノフィラメントを含んで
いる。この超伝導体前駆物質のモノフィラメントは、金属成分の上又はその中に
与えられる。圧延の前には、前駆物質であるモノフィラメントは、密度が低い（
すなわち、２５から７０パーセント、好ましくは、３０から６５パーセント、最
も好ましくは、４０から０パーセントの理論的密度を有する）が、圧延の後では
、モノフィラメントの厚さは、約５０ミクロン未満（そして、好ましくは、約４
０ミクロン未満）である。これらの要素は、複合材に統合（ｃｏｎｓｏｌｉｄａ
ｔｅ）される。統合された複合材においては、複数の要素の空間的な関係は、す
べての要素が相互に対称的であり、また、複合材の外部的形状と以後の変形との
両方に対して対称的である。統合された前駆物質の複合材では、複合材の金属成
分が結合されたはしご構造を形成しており、隣接するはしごの横木の間の空間に
超伝導体前駆物質のモノフィラメントが存在している。統合の前後で、異なる前
駆物質要素のフィラメントの構成は、実質的に同一である。ここで用いている「前駆物質」（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）とは、適切な熱処理を
加えることによって所望の異方性超伝導体に変換させることができる任意の材料
（物質）を意味する。例えば、所望の異方性超伝導体が酸化物超伝導体である場
合には、前駆物質は、金属塩、酸化物、亜酸化物、所望の超伝導体への中間物で
ある酸化物超伝導体、所望の酸化物超伝導体の安定電磁場（ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｆｉｅｌｄ）において酸素の存在する場合に反応するとその超伝導体を生じる
それ以外の化合物などの要素の任意の組合せである。どのような特定の前駆物質
でも、本発明の実践においては、複合材とその中の超伝導体モノフィラメントと
の最終的なアスペクト比は、個々の前駆物質要素や超伝導体前駆物質フィラメン
トのアスペクト比からは切り離されている。ここで用いている「統合する」（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅ）とは、少なくとも
それ以後の処理の間にそのアセンブリの様々な要素に大きなスケールの変位が存
在しない程度に、複数の要素を１つのユニットとして機能するように組み立てる
ことを可能にする動作の実行を意味する。統合は、熱処理、化学的な接着、延伸
（ｄｒａｗｉｎｇ）又はそれ以外の変形プロセスなどを含む多数の手順によって
達成することができる。好適な手順には、超伝導体前駆物質の初期の相転移を達
成するのに十分な加熱が含まれる。本発明の１つの特徴においては、複合材前駆物質は、多数の前駆物質要素を含
み、そのそれぞれには、並んで整列しスタック状になっている少なくとも１つの
ＨＴＳ前駆物質モノフィラメントを含み、それによって、要素のトップ及びボト
ムと要素内のフィラメントとが複合材の幅にわたってほぼ整列されている層が形
成されている。金属（典型的には貴金属であるが、超伝導体成分との相互作用を
防止するために要求されるバッファ層を備えたそれ以外の金属も用いることがで
きる）が、前駆物質フィラメントのそれぞれの隣接する対の間に提供される。こ
の特徴による実施例では、複合材は、並んで構成された前駆物質要素の複数の層
を含み、その場合には、複数の層は垂直方向にスタック状になり、それぞれの前
駆物質フィラメントは垂直方向に整列しているか又は任意の他の層におけるＨＴ
Ｓ前駆物質要素の間の狭い空間の中央に位置する。異なる前駆物質要素における
すべてのＨＴＳ前駆物質フィラメントは本質的に同一のアスペクト比、幅及び厚
さを有する。スタック状の複合材構造は、典型的には周囲の金属ラップ（覆い）
又はさや（ｓｈｅａｔｈ）が提供され、加熱されることによってその様々な成分
が統合される。本発明の第２の特徴においては、それぞれの前駆物質要素は、この金属の少な
くとも一方の面の上に、好ましくはその対向する両方の面の上に積層されたＨＴ
Ｓ前駆物質の層を有する金属を含み、複合材金属においては、層でなければ露出
されている面とＨＴＳ前駆物質層のそれぞれのサイド・エッジとの両方が重なっ
ている。本発明の好適な実施例では、前駆物質複合材は、１ＤＳ又は２ＤＳ手順（後で
説明する）において、熱機械的に処理され、それによって、要素は、厚さが焼く
４０％から９５％まで減少し（それ以後、シンタリング・ステップの前には、約
５％を超えては減少することはない）、このように圧延された前駆物質複合材は
シンタリングされ、充分に一様なフィラメントを有する最終的な超伝導体複合材
構造が得られる。高パフォーマンスな構造では、ＨＴＳフィラメントは、その厚
さが、典型的には約１０ミクロン未満であり、好ましくは約２−７ミクロンであ
り、最も好ましくは５ミクロンである。好適な前駆物質複合材は、ＰＩＴ又は被覆導体プロセスによって作られる。そ
のプロセスでは、低い密度のＨＴＳ前駆物質モノフィラメントを有する複数のほ
ぼ同一な超伝導体前駆物質要素が、（引き延ばされた後であるがＰＩＴ要素のた
めに圧延される前に）スタック状に重ねられ、支持する微細グレイン金属を用い
て包囲される。それぞれの前駆物質要素において、ＨＴＳ前駆物質フィラメント
は、微細なグレイン金属の上又は中にある。ＰＩＴプロセスでは、要素は、頻繁
なアニーリングを含む手順において引き延ばされてサイズが小さくなり、微細な
グレイン・サイズや金属の変形特性を維持する。微細なグレインというのは、グ
レインのサイズが、典型的には約３００マイクロメータ、好ましくは約２００マ
イクロメータ未満、より好ましくは約１００マイクロメータ未満、そして最も好
ましくは約５０マイクロメータ未満である。スタック状の前駆物質要素とサポー
トとは、統合され熱機械的に処理される。前駆物質要素は、ＰＩＴプロセスを用
いて作られる。このプロセスでは、それぞれの要素は前駆物質の粉末で低密度に
充填された金属チューブから作られ、次に、これが引き延ばされて直径約６００
ミクロン未満の構造が得られる。ここで、超伝導体前駆物質モノフィラメントは
低密度であり厚さは３００ミクロンを超えない。このような引き延ばされた要素
は、次に圧延が施され、アスペクト比が高い要素となるが、用いられる手順によ
って、結果的に高い密度のＨＴＳ前駆物質フィラメントが生じることもありうる
。前駆物質要素はまた、それぞれの要素が低密度の前駆物質超伝導体層を有する
微細グレインの金属基板で構成されている積層／コーティング・プロセスを用い
ても作ることができる。後の場合には、前駆物質超伝導体層は、好ましくは、基
板の両側に提供され、複合材前駆物質は、隣接する前駆物質要素の間に微細なグ
レインの金属を含む。

【好適実施例の説明】

図１及び２には、例示的な超伝導体前駆物質複合材構造１０及び２０が図解さ
れており、それぞれに、複数のＨＴＳ前駆物質モノフィラメント要素１１から１
５及び２１から２５が含まれている。それぞれの要素は、ＨＴＳ前駆物質モノフ
ィラメント１１ａから１５ａ及び２１ａから２５ａを有し、複合材のそれぞれに
おいて、すべてのモノフィラメントは、実質的に同じサイズと断面構造とを有し
ている。更に注意すべきは、それぞれの複合材構造１０及び２０において、ＨＴ
Ｓ前駆物質モノフィラメントの隣接するそれぞれの対の間に例えばＡｇなどの貴
金属である金属層が存在することである。以下において論じるように、Ａｇの層
１６、２６は、ＰＩＴプロセスによって形成された要素の場合には、プロセスに
おいて用いられたさや（ｓｈｅａｔｈ）によって与えられる。それ以外の場合に
は、ＨＴＳ前駆物質フィラメントが金属基板の上に形成されるときに、隣接する
フィラメントの間のＡｇの一部が別個のスペーサによって提供されうる。ここで用いる「貴金属」という用語は、酸化物超伝導体及び前駆物質に対して
、また、酸素に対して、予測される条件（温度、圧力、気圧など）での製造及び
使用の際に実質的に反応性を有さない金属を意味する。銀とその合金とは、これ
らの材料の中で最も低価格であり、大規模な製造のために最も好適である。場合
によっては、銅などのように、所望の超伝導体セラミックの金属元素の１つの化
学量論的に過剰（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃｅｘｃｅｓｓ）である場合が
あることには注意すべきである。Ａｇなどの貴金属が好ましくても、特に超伝導
体の前駆物質をその上に配置する基板としては、他の変形可能な金属を用いるこ
とができる。ニッケル、ある種のニッケル合金又はステンレス・スチールなどの
金属を、多くの場合酸化物のバッファ層と共に用いることはこの技術分野におい
て知られている。米国特許第５，２８４，８２５号を参照のこと。ＨＴＳモノフィラメントが前駆物質であるような特定の超伝導体セラミックが
重要ではないことは明らかである。例えば、酸化物、硫化物、セレン化物、テル
ル化物、窒化物、炭化ホウ素又はオキシカーボネート型の超伝導体セラミックを
用いることができる。例えば、希土酸化物（ＲＢＣＯ）類の超伝導体、ビスマス
（ＢＳＣＣＯ）類の酸化物超伝導体、タリウム（ＴＢＳＣＣＯ）類の酸化物超伝
導体、水銀（ＨＢＳＣＣＯ）類の超伝導体などの超伝導体酸化物が好適である。
ビスマス及び希土類が、最も好ましい。理想的な化学量論的な比率からのタリウ
ム化（ｔｈａｌｌｉｎａｔｉｏｉｎ）による変動すなわちドーピング物質の追加
や所望の超伝導体酸化物の形成におけるそれ以外の変動を、この技術分野の当業
者に知られている態様で用いることができる。現在では、ＨＴＳ電気系での使用
にはＢＳＣＣＯ材料（２２１２又は２２２３のどちらか）とＹＢＣＯ材料とが最
も現実的な材料であると思われる。現時点で最も好適な材料は、ＢＳＣＣＯ２２
２３とＹＢＣＯ１２３とである。ＢＳＣＣＯ、ＹＢＣＯ及びそれ以外の材料の組
成はこの分野で広く知られており、また、これらの材料を用いて超伝導体前駆物
質を作る手順や、この前駆物質を熱機械的に処理して前駆物質から所望の超伝導
体を作る手順も広く知られている。例えば、上で引用した０８９及び８１４出願
やそこで参照されている様々な特許及び公開公報を参照のこと。図１に示されているように、前駆物質複合材１０の引き延ばされた（しかしま
だ圧延されていない）前駆物質要素１１から１５は、断面がほぼ正方形であり、
全体的な厚さ及び幅は約６００ミクロンである。それぞれの要素における超伝導
体前駆物質フィラメント１１ａから１５ａの密度は低く（例えば、理論的密度の
約６０％未満）であり全体的な厚さは約３００ミクロンである（例えば、モノフ
ィラメントの厚さは、前駆物質要素全体の全体的な厚さの約半分である。）５つ
の要素１１から１５は、側面同士が重ねられ、すべての要素のトップ及びボトム
は、実質的に同じ平行な平面に存在し、ＨＴＳ前駆物質フィラメントが同様に整
列されている。フィラメントの主軸は複合材の主軸と平行であり、また、以後の
変形の基本的な変位や負荷にも平行である。図１の複合材には５つの側面同士が
接したほぼ正方形の前駆物質要素が含まれているが、別の複合材では同様に側面
同士が接する（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ）ように同様に構成された異なる数の
前駆物質要素が含まれ、密度の高低にかかわらずそのような前駆物質を考えるこ
とができる。典型的には、この側面を接する前駆物質要素の幾何学的形状を有す
る複合材は、その幅にわたって、約５から約２０の前駆物質要素を含む。後に図
９を参照して論じるように、本発明に従って構成された複合材は、多数の垂直方
向にスタック状の層を含み、それぞれの層には、図１に示されるように多数の側
面同士を接する要素が含まれることは明らかである。別の例では、図２の前駆物質複合材２０の前駆物質要素２１から２５は、高い
アスペクト比を有するようになるように圧延（ｒｏｌｌ）される（すなわち、こ
れらは、厚さの少なくとも約２倍、好ましくは数倍の幅を有する）。圧延の前に
は、要素２１から２５のフィラメントの寸法及び密度は、要素１１から１５と同
じである。圧延の後では、要素２１から２５のそれぞれは、厚さが約１００以下
であり、それぞれの要素内のモノフィラメント２１ａから２５ａは、厚さが約５
０ミクロン未満であり、モノフィラメントは比較的高い密度を有している。図２
に示されているように、要素２１から２５は垂直方向にスタック状になっており
、すべての要素の対向する測方エッジは相互にほぼ整列され、要素のトップ及び
ボトムと、要素の前駆物質フィラメント２１ａから２５ａとはほぼ並行である。
図２の複合材には、５つの垂直方向にスタック状になっている要素が含まれてい
るが、他の複合材では異なる数を有しうることは明らかである。典型的には、こ
の垂直方向にスタック状のエッジが整列している前駆物質要素の幾何学的形状は
、２から１０の垂直方向のスタック状の層を含んでいる。どのような特定のスタック構造が用いられている場合でも、前駆物質要素の寸
法とスタック内の要素の配列とは、スタックのアスペクト比（すなわち、高さ：
幅）は１以下になっている。スタック状の要素は統合され、その後で熱機械的な
処理がなされ（後で論じるが、典型的にはこの技術分野において既知である手順
を用いて）、それによって最終的な所望のマルチフィラメント型超伝導体が得ら
れる。これは、例えば、複合材１０などの前駆物質複合材から作られる図１ｂに
示されているマルチフィラメント型超伝導体１０’や、又は、複合材２０などの
前駆物質複合材から作られる図２ｂに示されているマルチフィラメント型超伝導
体２０’などである。アスペクト比が大きすぎる場合には、複合材における要素
の統合性と構成とを維持しながらそれ以後の処理を施すことは困難である。図１
及び図２に示されているように、そして、後で更に詳細に論じるように、複合材
の複数の要素は、典型的には、少なくともこれらの要素が統合される時点まで要
素を相互に支持して位置を決定する例えば貴金属であるＡｇなどの金属要素によ
って包囲されている。次に図３及び４を参照するが、これらの図には、図１及び２のものなどの超伝
導体前駆物質複合材をＰＩＴプロセスに従って作られたモノフィラメント前駆物
質要素から製造する際のいくつかの特徴が図解されている。広く知られているように、ＰＩＴプロセスでは、（ａ）超伝導体前駆物質の粉
末を形成し、（ｂ）チューブ、ビレット（ｂｉｌｌｅｔ）又は溝付きのシートな
どの金属製容器を前駆物質の粉末で充填し、（ｃ）充填された容器に変形処理を
行い周囲の金属製マトリクスの中に超伝導体前駆物質のフィラメントを含む断面
が縮小された複合材を提供することによって、丸いワイヤが得られる。本発明で
は、マトリクスは微細なグレイン化された金属であり、変形処理は、典型的には
、多数の連続的な引っ張り（ｄｒａｗｓ）を含みそれによってワイヤの直径は例
えば０．３から０．６ｍｍに縮小され、フィル・ファクタは公称で４７％である
。次に、引き延ばされたワイヤは、引き延ばしの間に１回又は複数回アニーリン
グがなされ、Ａｇのさやを再結晶化し、更に柔軟化される（例えば、半時間の間
、４５０度を超える温度で）。アニーリングの目的は、過剰なグレイン成長を生
じさせずに貴金属を柔軟化させ、それによって、モノフィラメント要素の引き延
ばし（及びそれ以降の圧延）を通じて貴金属の微細グレインを維持するためであ
る。典型的には、要素は十分な頻度でアニーリングがなされるので、それによっ
て、要素に加えられる歪み（ｓｔｒａｉｎ）は、次のアニーリングが実行される
前には１を超えることがない。アニーリングは、典型的には、１５から６０分に
わたって２００から４００度の範囲で行われる。マトリクスに適した銀又は銀合
金の品目とチューブ・ストックとを作る方法は、特に、壁部の薄いチューブや断
面積が小さなそれ以外の品目のための方法は、現在同じものに属している″Ｓｉ
ｌｖｅｒａｎｄＳｉｌｖｅｒＡｌｌｏｙＡｒｔｉｃｌｅｓ″と称される
ＪｅｆｆｒｅｙＭ．Ｓｅｕｎｔｊｅｎによる米国特許出願第０８／８３１，５
０４に記載されている。この米国特許出願は全体を本出願において援用されるが
、欠陥がなく微細なグレイン・サイズを有し、一様な変形を行うことができ、超
伝導体モノフィラメント又はマルチフィラメント品目を作るのに用いることがで
きる構造の作成方法が開示されている。本発明を実現する際には、超伝導体製品が微細なモノフィラメントを含むこと
を保証することが重要である。これは、部分的には、直前に述べたように微細な
グレインによる金属マトリクスを提供し、貴金属におけるグレイン成長を回避す
るのに十分な頻度でアニーリングを行うことによって、達成される。更には、前
駆物質の粉末は、低い密度で金属チューブの中に入れられ、それによって、引き
延ばし（前駆物質フィラメントの直径は著しく減少するが、超伝導体前駆物質の
密度を著しく上昇させることはない）の後で、モノフィラメント超伝導体前駆物
質は、理論的密度の約２５％から７０％の範囲にある密度を有するようになる。
また、圧延された後に（圧延は、フィラメントの密度及び組織化を増加させるけ
れども、要素がスタックされてマルチフィラメント型の超伝導体前駆物質複合材
を形成する前又は後になされる）フィラメントの厚さが約５０ミクロンを超えな
いようにするためには、引き延ばされた前駆物質要素の厚さは、典型的には、６
００ミクロン以下であり、要素における前駆物質モノフィラメントの厚さは、約
３００ミクロン以下である。既に述べたように、ＰＩＴによって作られた要素の複合前駆物質スタックは、
図１との関係で論じたように、密度の低いＨＴＳ前駆物質フィラメントを有する
要素から作られる。その理由は、このような要素は、引き延ばされている（ｄｒ
ａｗｎ）が圧延されていない（ｎｏｔｒｏｌｌｅｄ）からである。複合材は、
図２の複合材２０の場合のように、例えば直径が２から５センチメートルの間の
ロールを用いて引き延ばした（従って、典型的には、８０％以上の理論的密度を
備えたフィラメントを有するようになる）後に、図３に示されるように圧延され
て薄い要素３０となっている要素から作られる。密度の低いフィラメント・コア
を有するワイヤを圧延すると、そのワイヤの厚さは、７０％から８５％減少する
。例えば、直径が約０．３から０．６ｍｍの引き延ばされた丸いワイヤ（ｒｏｕ
ｎｄｗｉｒｅ）は、公称の厚さが０．０７から０．１０ｍｍであり幅が約１．
５ｍｍというアスペクト比の高い要素になる。図３に明らかなように、要素３０
のＡｇさやの中の超伝導体前駆物質フィラメント３２（大部分が前駆物質の粉末
の形態で残っている）は、その幅のほとんどに沿ってほぼ平坦であるが、タブに
近づくと厚さが減少している。要素の幅のほとんどにわたって、フィラメント３
２は、全体の要素の３分の２未満であり好ましくは半分を超えない厚さを有して
いる（例えば、約５０ミクロン未満）。次に、前駆物質要素（圧延されていてもされていなくても）は、図１及び２に
示されているスタックなどの複合材スタックに形成される。先に論じたように、
図２は、５つの前駆物質要素２１ａから２１ｅ（それぞれは、直前に論じた要素
３０と同じ方法によって作られている）の複合材スタック４０を図解している。
スタックの全体は、薄い（例えば、０．０４ｍｍ×１．５ｍｍ）Ａｇ要素２６を
用いて覆われて（ラップされて）いる。スタックが形成される（図１に示されて
いるものと類似の構成で）態様は、図４に概略が示されている。そこに示されて
いるように、モノフィラメント要素２１ａから２１ｇの長さがスプール上に配置
され、複合材スタック２０におけるそれぞれの要素に１つという関係である。ス
プールは、典型的には、磁気ブレークスタンドの上に設置され、同一平面上の一
連のアイドラに向かう（ｐａｙｏｆｆ）。やはりスタンドの上に設置されてい
る矩形のガイド４４は、要素をコレート（ｃｏｌｌａｔｅ）スタック４０にする
。ガイド４４の下流側に形成されているスタックは、トルコ帽子（Ｔｕｒｋ’ｓ
Ｈｅａｄ）状の水平方向のケーブル・ライン４６の中心に向けられる。このケ
ーブル・ラインでは、Ａｇ要素のスプールは、ケーブル・ラインの回転部材上の
磁気ブレーキ・減衰シャフト上に配置されている。アイドラ・プーリ４７とガイ
ド・ダイ４８とが、Ａｇ要素２６をスタックにおいて並ぶ（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓ
ｉｄｅ）位置に導き、キャプスタン４９が、スタックを、ラップ要素２６を搬送
して所望のラップ・レイ・ピッチ（ｗｒａｐｌａｙｐｉｔｃｈ）を定義する
回転部材の回転に対して一定の速度で軸方向に引く。好ましくは、このピッチは
、覆われた要素４２が重なり合わず、また、隣接する回転の間のギャップが要素
の幅よりも小さくなるように、選択される。トルコ帽子状のラップ・ラインが、
前駆物質要素の成形的な変形が最小となるように、スタックを統合する。覆われ
たスタックは、次に、熱的に結合され（例えば、５００℃を超えても、前駆物質
の粉末に悪影響を与えない温度で）、要素３０のＡｇ要素４２とＡｇさや３４と
を相互にシンタリングし、結果的に、例えば、図２に示されている複合材２０や
図１に示されている複合材１０などのマルチフィラメント型の前駆物質複合材が
得られるが、この複合材は、最終的な熱処理及び変形処理の用意ができているも
のである。既に論じたように、さや３４と要素２６とは、銀以外の金属であるこ
とも可能である。注意すべきは、図４に示されているＡｇラップ要素２６は典型
的な場合よりもわずかに厚く、また、図４に示されているスタック４０内の特定
の要素３０におけるフィラメントもまた構成のための好ましい場合よりも幾分厚
いということである。更に注意すべきことは、複合材スタック１０及び２０のフィル・ファクタは典
型的には４０％よりも大きく、５０％を超える場合もあるということである。こ
れは、従来のＨＴＳマルチフィラメント型導体について達成される典型的な２５
から３５％のフィル・ファクタの範囲よりもかなり高い。また、オーバーラップ
要素２６は熱処理の間にその場で（インシトゥで、ｉｎｓｉｔｕ）結合される
まで、スタックを相互に保持するのに十分なほどに非常に薄いことがある。標準
的なマルチフィラメント型のさやとは異なり、ラップは、ブレーキダウン及び非
対称圧延の間にフィラメントと共に変形することは必要ない。フィル・ファクタ
が低下したことが導体の性能に否定的な影響を与えることはなく、Ｊｃを増加さ
せコストを低下させるという利点を有する。以上で述べた技術によると、コストの低減と同時に、必要となる資本設備、労
働力、処理時間及び原材料の歩留まりに関する大幅な節約を提供するという優れ
たパフォーマンスを演じる。次に掲げる表Ｉには、モノフィラメント・ワイヤに
始まり最終的な熱機械的処理の用意ができているマルチフィラメント前駆物質複
合材スタックに至る上述の手順（表の右側）を、標準的なマルチフィラメント処
理手順（表の左側）と比較している。それぞれのコラムに記載されているプロセ
スは、コイル形式であり１又は数ｍｍの直径の断面を有するモノフィラメントか
ら開始して、熱処理の用意ができているマルチフィラメント導体で終わっている
。明らかなように、本発明のプロセスの方が、はるかに少数のステップしか要求
していない。次に、図５ないし８を参照するが、これらの図には、以上のものとは異なる好
適な前駆物質成分とそれらを形成する手順とが図解されている。図５ないし８の手順によると、図５の前駆物質要素５０は、典型的にはＬ．Ｄ
．Ｗｏｏｌｆｅｔａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ５８（１９９１）
５３４に記載されているような電気泳動法、Ｓ．Ｅ．Ｄｏｒｒｉｓ，Ｎ．Ａｓｈ
ｃｏｍａｎｄＮ．Ｖａｓａｎｔｈａｍｏｈａｎ，ＡｒｇｏｎｎｅＮａｔｉ
ｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙＤｅｃｅｍｂｅｒ１９９６Ｓｕｐｅｒｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＱｕａｒｔｅｒｌｙＰｒｏｇｒ
ｅｓｓＲｅｐｏｒｔ、又は、スパッタリング若しくはイオン・ビーム支援積層
（ＩＢＡＤ、例えば、米国特許第５，０７９，２２４号を参照）などの物理的な
膜（フィルム）形成方法と化学蒸着法（ＣＶＤ、例えば、米国特許第５，２３１
，０７４号を参照）などの化学的膜形成方法とを含む厚膜積層のための多くの既
知の手順の中の任意のものを用いて、前駆物質の粉末を微細グレインのＡｇ又は
それ以外の貴金属基板５４上に配置することによって作られる。基板６４の上に前駆物質粉末層６２を形成するのに用いられる特定の技術は重
要ではない。更に、既に論じたように、ＢＳＣＣＯ２２２３及びＹＢＣＯ１２３
が好適であるのだが、非常に多くのそれ以外の超伝導体前駆物質、特に、ＲＢＣ
Ｏ、ＢＳＣＣＯ、ＴＢＳＣＣＯ及びＨＢＳＣＣＯのファミリに属する酸化物超伝
導体前駆物質の特定のメンバーを用いることもできる。図５に示されているように、Ａｇ基板５４は、所望の前駆物質要素５０とほぼ
等しい幅（例えば、典型的には約１５００ミクロン）を有しているが、極めて薄
い。典型的には、基板５４のアスペクト比（横断方向の断面の）は、１０：１（
例えば、約１５０ミクロンの厚さ）から２０：１（例えば、約７５ミクロンの厚
さ）の間である。前駆物質層５２は、基板５４の両側に側面エッジに沿って積層
されている。前駆物質が積層された後で、コーティングされた要素のエッジ部分
はスリットが作られ（例えば、図６に示された点線５６に沿って）、コーティン
グされたエッジ５８が除去された。用いられる特定の積層手順に依存して、前駆物質層５２は、要素のエッジに近
い部分では幾分厚くなっているが、層は、全体として、Ａｇ基板５４の長さを横
切る方向と長さに沿った方向との両方においてほぼ一様である。選択される特定
の厚さは、用いられる特定の前駆物質、前駆物質層が形成される態様と層の結果
的な密度、前駆物質が熱機械的に処理される態様、及び最終製品であるマルチフ
ィラメント型超伝導体の意図された使用法を含む様々なファクタに依存する。例
えば、前駆物質層５２の厚さは典型的には約１０から約１００ミクロンの範囲に
あるが、５ミクロン程度まで薄く、また、１０００ミクロン程度まで厚くなりう
る。前駆物質層が理論的密度の約４０％の密度で積層されたＢＳＣＣＯ−２２２
３前駆物質から構成されている好適な実現例では、典型的な厚さは約１５から２
０ミクロンである。図６には、例えばＡｇである微細グレインの金属内に配置された４つの要素５
０ａから５０ｄの複合材スタックが図解されており、その上にある溝６２は、例
えば、やはり典型的にはＡｇの箔６４である微細グレインの金属によって被覆さ
れている。注意すべきは、４つの要素が全体で８つのフィラメント前駆物質を提
供しているということである。溝の内部では、隣接する要素５０は、全体で３つ
の例えばＡｇである微細グレイン金属のスペーサ・ストリップ６６によって分離
されている。スタック構造の全体が加熱されて（先に述べた複合材２０の場合の
ように、前駆物質に悪影響を与えない温度まで）、要素と、中間的なストリップ
と、溝と、被覆箔とが相互に結合される。わずかに修正された手順において、コ
ーティングされた前駆物質であるＡｇストリップ対の集合が、適切な寸法のＡｇ
チューブの中に挿入され、次に、熱処理がなされてこれらの成分は相互に結合さ
れる。ただし、熱結合の質はそれほど重要ではない。いずれの手順においても、
結合された８つのフィラメント複合材前駆物質構造６７０は、最終的な熱処理と
変形処理との用意ができている。注意すべきは、図６は分解図であるので、複合
材６０の幅の全体を示してはいないということである。既に述べたように、複合
材の完全な幅は、少なくとも、その完全な幅と同じくらいであり、典型的には、
それよりもかなり大きい。図７には、１５個の要素５０ａから５０ｅ、５０ａ’から５０ｅ’、５０ａ’
’から５０ｅ’’の複合材７０が図解されており、これらは、３つの層５６、５
６’、５６’’として構成されている。それぞれの層には、並んだ構成に配置さ
れている５つの要素が含まれる。複合材の全体は、金属箔の層７２によって覆わ
れている。注意すべきは、それぞれの要素は２つの前駆物質フィラメントを提供
し、従って１５個の要素は全部で３０個の前駆物質フィラメントを有する複合材
を提供していることである。比較すると、ＰＩＴ手順によって形成された要素の
同様の構成では、これまで議論から明らかなように、多くても半分の前駆物質フ
ィラメントを提供するだけである。複合材７０のそれぞれの層においては、例え
ばＡｇである金属のスペーサ７４が、要素５０のそれぞれの対の隣接する側面の
間に配置されている。次に図８を参照する。この図は、やや概略的に、本発明のこの特徴によるマル
チフィラメント型超伝導体複合材を製造するプロセスの全体を図解している。一
般に、前駆物質製造ステーション８０が提供され、所望の数のここの前駆物質要
素５０のそれぞれを作る。ただ１つのステーション８０だけしか示されていない
が、ステーションの総数は、もちろん、完全な複合材を形成するのに用いられる
要素の数に依存する。それぞれのステーションにおいて、微細グレインＡｇの基
板ストリップ５４がスラリ・バス（ｓｌｕｒｒｙｂａｔｈ）８２を通過して、
前駆物質の層５２を基板上に積層して基板５０を形成する。次に、要素はヒータ
８３によってシンタリングされ、そのエッジ部分が除去された後で、微細グレイ
ンＡｇのスペーサ・ストリップが、垂直方向のスタックにおける要素５０のトッ
プ及びボトム表面の一方又は両方の上の、又は、並んだスタックにおける隣接す
る要素５０の間に、しかるべき位置に配置される。次に、要素及びスペーサによ
って形成されているサンドイッチ８４ａが、複合材製造ステーション８６に送ら
れる。複合材製造ステーション８６への入口においては、要素サンドイッチ８４ａは
、ほぼ同一な要素サンドイッチ８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ及び８４ｆと並置され（
要素が垂直方向にスタックされるときには、それぞれの要素サンドイッチは要素
の下側においてただ１つのスペーサ・ストリップを必要とし、水平方向に並んで
スタックされるときには、隣接する要素の間だけにスペーサが必要とされる）、
要素サンドイッチをスタックし整列する溝付きの入口ロール８６を通過して送ら
れる。結果的なマルチ要素構造が、微細グレイン・コンジット溝７２の中に配置
され、要素５０とスペーサ７６とを有する溝７２は、微細グレイン箔７４によっ
て被覆され、次に、構造の全体はロールによって統合され、ヒータ８９によって
熱結合され、従って、図７に示されているような結合されたマルチフィラメント
複合材前駆物質構造７０が得られる。これは、最終的な熱処理及び変形処理の用
意ができているものである。図８に概要が示されているように、前駆物質構造６０、７０は熱機械的に処理
される、すなわち、所望の数の変形（例えば、圧延されて、変形によって生じる
組織化が得られる）及びシンタリング（例えば、加熱により、反応によって生じ
る組織化が得られる）ステップを行い、最終的なマルチフィラメント超伝導体に
おける所望の密度及び組織化の程度とが達成され、巻き取りロールによって巻か
れる。後でいくらか詳しく論じるのであるが、ここで論じられている残りの前駆
物質複合材は、同様に熱機械的に処理がなされて、図１及び２に示されているよ
うな超伝導体複合材が得られる。次の表ＩＩは、ＰＩＴ手順を用いて複合材前駆物質を作る手順との関係で既に
論じた表Ｉの場合よりも一般的に、マルチフィラメント型超伝導体複合材を形成
する上述した被覆導体手順をマルチフィラメント型ＰＩＴ構造を形成する従来の
手順と比較している。明らかなように、被覆導体複合材前駆物質手順は、ＰＩＴ
ベースのモノフィラメント要素を用いる本発明による手順よりも大きな程度で、
著しい節約を可能にする。注意すべきは、図８に示された積層／被覆導体手順によると、個々の要素６４
に対して用いられる微細なグレインＡｇ又はそれ以外の金属基板の圧延から始ま
り、反応の済んだ複合マルチフィラメント型超伝導体複合材で終了するほぼ連続
的な製造手順を可能にする。更に、これらの積層又は被覆導体技術を用いて形成
された複合材構造７０は引き延ばされたのではなく単に圧延されただけであるか
ら、ＰＩＴ手順において用いられる引っ張り負荷及び力を支持するのに必要であ
る高い銀（又は他の金属）の度合いは、必要ではない。結果的に、基板６４とコ
ンジットの溝７２とは極めて薄くでき、製品に用いられる銀又はそれ以外の金属
の全体量を著しく減少させることができる。これによって、フィル・ファクタの
更なる上昇が可能となる。典型的には約３０％であるが、４０％以上にまで上昇
させることができる。どのようなタイプの前駆物質要素が用いられるとしても、本発明のプロセスに
よると、製造業者は、複合材において組み立てられているストランドの数を変動
させることによって、複合材のＩｃを選択することが可能になる。これによって
、製造業者は大きな融通性を得ることができる。というのは、広い範囲の商業的
な導体の必要に応じて、ただ１つのタイプのストランド（モノフィラメント）を
在庫とすればよいからである。これによって、また、共通のストランドと類似の
ストランド変形経路とから異なるＩｃを有する複合材を作ることが可能になるか
らである。比較をすると、標準的なマルチフィラメント複合材プロセスでは、製
造業者は、異なる応用例に対して開発された複数の異なるマルチフィラメント・
ビレット構造を有していなければならず、また、中間又は最終の処理段階におい
て様々なマルチフィラメント複合材の在庫を維持しなければならない。従来のプ
ロセスにおいてＪｃを変化させるには、ビレットのサイズ、モノフィラメントの
リスタック（ｒｅｓｔａｃｋ）サイズ、フィラメントの個数、マルチフィラメン
トの設計又はマルチフィラメントの歪みなどの中の１つ又は複数を変動させなけ
ればならない。本発明によると、単に、共通のストランドを複合材においてスタ
ックしその後に変形させ熱処理する態様を変動させることによって、このほとん
どすべてが達成されうる。例えば、導体のＪｃ要件は、複合材ケーブルに対して最小で１４０Ａである。
応用例における巻数の要求により、積層材料を全く含まないで、最大の複合材の
厚さは０．２ｍｍである。最適なモノフィラメント・ストランドの寸法は、厚さ
が０．１ｍｍで幅が１．５ｍｍであり、再生可能な長軸のＪｅレベルは１２００
０Ａ／ｃｍ^２である。これらの寸法に対しては、このＪｅのレベルは、複合材に
おける１８Ａ／ストランドのＩｃと等しい。従って、幅が４つのストランドであ
り厚さが２つのストランドという構成では、強化部材を含まずに、公称０．２×
６ｍｍの断面において１４４ＡのＩｃを生じる。そのような導体では、この複合材導体から作られる前駆物質要素は水平方向及
び垂直方向の両方の構成で配置され、要素は、典型的には、図１及び２に関して
言及した態様でスタックされる、すなわち、要素の水平方向のロー及び層は、異
なるローにおける要素のフィラメントが垂直方向に整列されるように配置される
。煉瓦塀における煉瓦の配置と同様に、異なるローにおける要素のフィラメント
は、すべてが垂直方向に整列しているとは限らない。このような煉瓦塀構成に配
列された要素伸すタックは、より大きな安定性を提供し、それによって、スタッ
クがそれ以外の場合に望まれるのが通常であるより高いアスペクト比を有するこ
とが可能となる。図９は、そのような代替的な配列を図解している。図９の複合材９０は、全部
で１５個の前駆物質要素９２を含んでおり、それぞれは、図３の要素３０と実質
的に同一である。ただし、図１、６及び７に示されているような要素を用いるこ
ともできる。要素９２は、３つの垂直方向にスタック状となった層として配列さ
れている。すなわち、層ａからｃである。ただし、４以上の層を含むスタックを
用いることもできる。図解されているように、それぞれの層は、図１の複合材１
０における要素と同様の並んだ構成として配列されている５つの前駆物質要素９
２を含む。層ａにおける要素９２ａと層ｃにおける要素９２ｃとは、相互に垂直
方向に整列されている。層ｂにおける要素９２ｂは、要素９２ａ及び９２ｃとは
ずれている。すなわち、前駆物質複合材の様々な層における要素は、垂直方向に
離間している異なる層における前駆物質ＨＴＳフィラメントは相互に実質的に整
列している（層ａ及びｃにおけるフィラメントのように）か、隣接する層は、１
つの層（すなわち、薄い金属製のさや又はモノフィラメントの間のスペーサ）に
おける隣接するフィラメントの間の相対的な狭い空間の中心が隣接する層におけ
るフィラメントの中心に対して垂直方向に整列（場合によって上又は下）されて
いる。隣接する層のフィラメントの中心は、例えば、層ｂにおける隣接したフィ
ラメントの間のＡｇは、層ａ及びｃにおけるフィラメントの中心と、またその逆
と整列されている。上述した米国特許出願第０８／４６８，０８９号において論じられているよう
に、超伝導体前駆物質の熱機械的な処理のためには多数の既知の手順が存在する
。これらには、典型的には、用いられる特定事項に依存して変動する圧力及び温
度において変形及びシンタリングを行うステップを反復することが含まれる。こ
れらのプロセスは、多くの場合に、ｎＤＳと称される。ここで、Ｄは変形ステッ
プを意味し、Ｓはシンタリング又は加熱ステップを意味し、ｎは変形及びシンタ
リングの反復的なプロセスが反復される回数を意味する。典型的な従来技術によ
るプロセスは、２ＤＳ及び３ＤＳプロセスである。特定の熱機械的な処理手順は本発明の実現に重要ではないが、好適な実現例で
は、’０８９出願に記載されているように１ＤＳやそれが不可能な場合には２Ｄ
Ｓプロセスなどのように、可能な限り少ない反復回数を用いる変形／シンタリン
グ反復プロセスを用いることである。好適な１ＤＳの実現例では、結合されたマ
ルチフィラメント複合材前駆物質構造、例えば、ＰＩＴ手順を用いて作られた低
密度のモノフィラメントの複合材や被覆導体手順を用いて作られた低密度のモノ
フィラメントの複合材などは、約４０％から９５％の厚さの範囲の大きな減少ド
ラフトにおいて圧延処理される。大きな減少ドラフト・ステップの後からシンタ
リング・ステップの前に置いては、約５％＆を超える厚さの減少はなく、このよ
うに圧延された複合材構造は、最終的な酸化物超伝導体複合材マルチフィラメン
ト型製品となる。同様の厚さの減少は、２ＤＳの方法を用いて達成される。この
複合材は圧延されたモノフィラメント要素から作られており、従って、複合材に
形成される前に低密度ではなく高密度を有するので、複合材のそれ以降の熱機械
的処理の結果として、厚さの減少ははるかに小さくなる。しかし、どのようなタ
イプの前駆物質要素が用いられるとしても、本発明によれば、個々の前駆物質要
素の処理を、統合されたマルチ要素の前駆物質複合材の以後の処理から切り離し
、従って、それとはかなり独立的な態様で達成することが可能となる。モノフィラメント型超伝導体前駆物質が低密度を有する超伝導体前駆物質複合
材と共に用いられると、このような単一の大きなドラフト変形は、複合材４０、
７０における超伝導体前駆物質の厚さを、例えば１から３ミクロン程度大きく減
少させ、同時にシンタリング・ステップによると、密度を理論的密度の９５％程
度にまで減少させる。後でより詳細に論じるＪｃとフィラメントの厚さとの間の
関係を示している図１０及び１１のグラフに示されているように、超伝導体フィ
ラメントのＪｃはフィラメントの厚さに大きく依存している。他がすべて同じで
ある場合には、より薄いフィラメントのようなより厚いフィラメントよりもはる
かに大きなＪｃを有する。本発明によると非常に薄い（例えば、厚さが３ミクロ
ン未満）モノフィラメントを用いた複合材構造を作ることが可能であるから、本
発明によって作られたＢＳＣＣＯ−２２２３の複合材構造は、１００，０００Ａ
／ｃｍ^２（７７Ｋ，０Ｔ）を超えるレベルのＪｃレベルを達成することが予測さ
れる。本発明の好適な実現例によると、超伝導体前駆物質複合材は、それを、超伝導
体前駆物質複合材の対向する側に接触する２つの伸長した制約部材の間に配置す
ることによって、圧延の間拘束される。複合材は、接触している２つの拘束部材
と共にローラの間を通過し、組織化された超伝導体複合材を形成する。前駆物質
超伝導体複合材テープの単一通貨用の圧延アセンブリは、第１及び第２のロール
と２つの拘束部材とを含む。第１のロールは、第１の軸の周囲を回転するように
整列され、第２の溝付きロールは第１の軸に平行な第２の軸の周囲を回転する用
に整列されている。これらのロールは、選択された距離だけ離間しており、その
間に通路が形成されている。２つの拘束部材は、前駆物質超伝導体複合材と類似
する機械的な特性を有しており、前駆物質超伝導体複合材がローラの間を通過し
て組織化された超伝導体複合材が形成されるときに前駆物質超伝導体の対向する
側面上で前駆物質超伝導体ワイヤと接触するように配置される。第１及び第２の
ロールの間に前駆物質超伝導体複合材と拘束部材とを前進させる固定具には、こ
の前駆物質超伝導体複合材と拘束部材とを受け取る大きさを有するスロットを含
む。この固定具は、前駆物質超伝導体複合材と拘束部材とを第１及び第２のロー
ルの間に導くテーパ状の表面を含む。拘束付きの圧延によって、他の変形技術と比較してフィラメントの品質を向上
させながら大きな面積の削減を伴う変形が可能となる。拘束付きの圧延によると
、特に、変形の間にクラッキング／剪断に敏感な超伝導体複合材の組織化が容易
になり、他の技術と比較して寸法の制御が向上する。この手順は、共にＤｅＭｏ
ｒａｎｖｉｌｌｅｅｔａｌによってこの出願と同日に出願され同一人に所属
する同時出願中の″ＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄＲｏｌｌｉｎｇａｎｄＳｕｐ
ｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒＷｉｒｅＦｏｒｍｅｄＴｈｅｒｅｂｙ″及び″Ｃ
ｏｎｓｔｒａｉｎｅｄＲｏｌｌｉｎｇａｎｄＴｅｘｔｕｒｅｄＳｕｐｅ
ｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒＷｉｒｅＦｏｒｍｅｄＴｈｅｒｅｂｙ″と題する米
国特許出願第０８／９０２，５８７号及び第０８／９０２，５８８号により詳細
に記載されている。これらの出願は全体をこの出願において援用する。例ＩＰＩＴ手順を用いて作られたモノフィラメントに対して厚さとＪｃとの間の関
係を調べるために、上述した″ＳｉｌｖｅｒａｎｄＳｉｌｖｅｒＡｌｌｏ
ｙＡｒｔｉｃｌｅｓ″の特許出願に従って製造された微細グレイン銀チューブ
を用いて作られたモノフィラメントＢＳＣＣＯ−２２２３は、直径が公称で０．
６、０．４５及び０．３ｃｍに引き延ばされ、３００℃で３０分間張力の増加が
１．０でアニーリングがなされＡｇさやの再結晶がなされた。１及び１０ｃｍの
直径のロールを用いた圧延の検査が行われ、約７０％から約９０％マスタ・デバ
イスの様々な厚さの縮小が得られた。図１０には、シンボルによってインチを単
位としてロールの直径／モノフィラメント・ワイヤの直径が定義されており、こ
の検査の結果を示されている。異なるロールの直径によって異なる幅が生じてい
るにもかかわらず、２及び１０ｃｍ上のＪｅの結果はフィラメントの厚さに相関
している。１４，５００Ａ／ｃｍ^２程度の高いＪｅが得られた。例ＩＩケーブル開発に向けられた計画の一部として、ケーブル内の超伝導体フィラメ
ントの最終的な厚さとフィラメントのＪｃとの間の関係が検査された。図１１は
、Ｊｅ（７７Ｋ、自己電磁界、１マイクロボルト／ｃｍ）を縦軸にフィラメント
（モノフィラメント・ストランドとマルチフィラメントとの両方）の厚さを横軸
に撮ったグラフである。例Ｉの場合と同様に、Ｊｅはフィラメントの厚さに大き
く依存し、フィラメントの厚さが減少すると大きく増加している。例ＩＩＩ最適化されていないＢｉ−２２２３の粉末を用いて、電気泳動積層によって被
覆要素前駆物質が作られた。Ｂｉ−２２２３前駆物質の厚さは約２０ミクロンで
あり、微細グレインＡｇストリップの幅にわたり及び長さに沿って寸法的な一様
性が維持されている。前駆物質の密度は理論的には４０％以下と評価された。被
覆前駆物質の２０個の１２’’の長さが組み立てられ、互いの上にスタックされ
、それぞれを微細グレインＡｇストリップによって分離している。このマルチフ
ィラメント型スタックは、矩形の微細グレインＡｇ溝の中に配置され、微細グレ
インＡｇストリップを用いて被覆され、複合材の要素を相互に拡散結合させる。
複合材は、次に、圧延され、セラミック・フィラメント内で高レベルの密度及び
組織化を達成する。フィラメントは１から５ミクロンの範囲の厚さを有する。第
１の組の熱処理において、２０，０００Ａ／ｃｍ２（７７Ｋ、０Ｔ）というＪｃ
の値が達成された。例ＩＶ約７５ミクロンの厚さの銀合金基板の対向する側の上の約１５ミクロンの厚さ
のＨＴＳ層（密度は３０％の理論値に等しい）を含む複合材上での高密度化（ｄ
ｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）が計算された。それ以後の熱機械的処理の間のその
ような複合材のすべての変形が高密度化である場合には、ＨＴＳ層の厚さは約５
ミクロンまで減少される。例ＶＢＳＣＣＯ−２２２３超伝導体フィラメントと微細グレインＡｇ基板及びスペ
ーサとを有する１８フィラメントの超微細ＨＴＳフィラメント複合材が、図６か
ら８を参照して一般的に論じた被覆導体プロセスを用いて作られた。複合材は、
２０，０００Ａ／ｃｍ^２のＪｃと２０Ａ（７７Ｋ、０Ｔ）のＩｃとを有した。例ＶＩ微細グレイン銀を含む正方形のモノフィラメント要素が、０．０２３９’’ま
での引き延ばしを用いて作られた。より微細なフィラメントの寸法を達成するに
は、後で、０．０１８’’までトルコ帽子型に構成された（Ｔｕｒｋ’ｓＨｅ
ａｄｅｄ）。１１の要素が図１と一貫するように整列され、熱処理を用いて統合
された。統合された前駆物質は、０．０２１’’の測方拘束ワイヤを用いて１回
の通過で圧延だれ、結果的に、薄いＨＴＳフィラメントが生じた（５０ミクロン
）。この材料のＪｅは、６，７００Ａ／ｃｍ^２（７７、ｓｆ）であった。例ＶＩＩ例ＶＩと同じ手順が行われたが、引き延ばしが用いられ、０．０１８’’の正
方形の要素が作られた。Ｊｅは、７，５００Ａ／ｃｍ^２であった。例ＶＩＩＩ例ＶＩＩと同じ手順が行われたが、引き延ばしと熱処理とを含む統合が実行さ
れた。例ＩＸ引き延ばしを用いて矩形のモノフィラメント要素が作られ、要素は、図２と一
貫するように整列され、引き延ばしと熱処理とを含む熱機械的なプロセスを用い
て統合が実行された。統合された前駆物質は１回の通過で圧延だれ、結果的に、
薄いＨＴＳフィラメントが生じた（ｍ１０ミクロン）。この材料のＪｃは、４２
，０００Ａ／ｃｍ^２（７７、ＳＦ）であった。例Ｘ例ＩＸと同じ手順が行われたが、引き延ばしを含む機械的プロセスを用いて統
合が実行された。アニーリング温度は、３００℃未満に維持された。例ＸＩ例Ｘと同じ手順が行われたが、７８５℃、０．０７５ａｔｍ０２、１時間とい
う条件で熱処理を用いて統合が実行された。例ＸＩＩバッファされた（ＹＳＺ）微細グレイン化されたＮｉ基板をＹＢＣＯを用いて
ディップ・コーティングすることによって、被覆前駆物質が作られた。被覆前駆
物質要素は、焼成して（ｃａｌｃｉｎｅｄ）７０％未満の被覆密度が得られた。
２つの前駆物質要素が図２に従ってスタックされ、Ａｇ合金を用いてラップされ
た。前駆物質複合材は、熱プロセスを用いて統合された。例ＸＩＩＩ圧延されたモノフィラメント・テープの長さが、スタック内のそれぞれのスト
ランドに対して１つの割合でスプール上に配置された。これらのスプールは、磁
気ブレーキ・スタンド上に設置され、同一平面にある一連のアイドラに向けられ
た。矩形のガイドもまたスタンドの上に設置され、複数のテープをスタックの中
に送られた。テープ・ストランドのスタックは、ダイを通過して水平方向のケー
ブリング・ラインの中心まで送られ、ケーブリング・ラインは、スタックに重な
るように設定された。厚く（０．０５ｍｍ）微細なＡｇテープのスプールが、回
転部材上の磁気ブレーキ減衰シャフト上に配置された。アイドラのプーリが、Ａ
ｇ箔のラップをスタック上に導いた。キャプスタンがスタック固定率をラップ回
転に引き上げ、固定されたラップ・レイ・ピッチを定義した。Ａｇラップ材料が、アニーリングされたＡｇワイヤを大きな張力の下で圧延す
ることによって作られた。ラップ材料は、典型的には０．０４ｍｍ×１．５ｍｍ
の断面を有する。水平方向のケーブリング・ラインからラッピング・ラインへの
再構成は、直接的であった。システムは、７つのモノフィラメント・テープに対して構成され、ラインは、
事故もなく動作した。モノフィラメント・テープの逆張力は、タイト（０．７Ｎ
以下）なラップを作るのに適するように調整された。最初の動作は、ラップが０
．０５ｍｍの厚さでありラップの回転の間に公称で５０％のギャップが生じるよ
うに配置された。ラップの厚さが最適の場合よりも大きいことにより、ラップは
、製品において卵形（オーバル）の形状のまま維持された。ラップは、モノフィ
ラメント・テープ上での成形的な変形が最小となるようにトルコ帽子状にするこ
とにより統合することができる。長さの短いスタック・ケーブルが、固定された
採取的な熱処理に対する第１の熱処理（ＨＴ１）条件と中間的な歪みとを調査す
る小規模の検査において用いられた。図１２は、３Ｄプロットであるが、最適な
変数を示している。すなわち、ＨＴ１時間（２０及び４０時間）、ＨＴ１温度（
８２０及び８２７℃）及び中間的な圧延歪み（１０％及び２０％）が３つの軸を
形成している。立方体のコーナーが、適切な条件に対する最終的なＪｅデータを
含む。自動化されたダンサー・カセット巻き取りシステムが、一様で低い張力によっ
て巻き取りを行うように構築されている。図１３に概略が示されているように、
このシステムは、デッド・ウェイト１３２に接続された線形ベアリング上の移動
プーリ１３１と、モータ駆動のドライブとから構成されている。モータ駆動は、
リミット・スイッチ１３３、１３４によってプーリ移動のトップ及びボトムにお
いて制御されている。カセットの巻き取りによって、スプールの横断に起因する
テープにおけるハード・ウェイの曲げが除去されており、曲げ歪みを最小化する
大きなハブ直径を有している。このユニットは、任意の圧延ミルと共に潜在的に
用いるためにカート上に設置されている。再スプーリング・プロセスとスタッキング・ライン上でのペイオフ経路とを修
正することによって曲げ歪みが縮小された。Ａｇラップの厚さは、０．０３ｍｍ
に縮小され、タイトなラップを得るためのスタッキング・プロセスの間の逆張力
の必要性が低下された。マルチストランド超伝導体は、これらの改善点を備えているように作られた。
圧延ミル巻き取り（ｔａｋｅ−ｕｐ）システムは、５ｍ／分を超える速度でテー
プ上を０．９８Ｎの負荷でうまく動作した。このマシンは、高速の際に０．２４
Ｎの張力の能力を有していると考えられる。巻き取りカセットから取られたモノ
フィラメント・サンプルは、横断方向のクラッキングを示さない。これらのサン
プルのＪｅレベルは、自己電磁界において７７Ｋで５０００Ａ／ｃｍ^２を達成し
た。超伝導体前駆物質モノフィラメントと超伝導体前駆物質複合材との構造は本発
明の実現にとって重要であると考えられる。最終的な超伝導体製品が所望の高性
能を有するためには、その超伝導体フィラメントのそれぞれは、本質的に微細か
つ一様な寸法を有し、好ましくは、実質的に矩形でなければならない。また、マ
ルチフィラメント型の製品における異なるフィラメントの寸法及び特性はほぼ同
一であることが非常に好ましい。本発明によると、これは、ほぼ同一な微細寸法
及び特性を有する前駆物質要素を提供し、これらの要素を横断方向の断面が複合
材スタックとなるように矩形（正方形を含む）に組み立てることによって達成さ
れる。変形力に対するスタック構成によって、その後の熱機械的な処理の間に、
複合材スタックにほぼ垂直方向（すなわち、幅に垂直で高さに平行）に力を加え
る１対のロール等の間にスタックが押しつけられるときに、スタック内のそれぞ
れのフィラメントには、実質的に同じ変形処理がなされ、従って、その中のすべ
てのフィラメントが所望の実質的に同一の超伝導体特性を有するようなマルチフ
ィラメント超伝導体が得られる。更に、前駆物質フィラメントとスタックとの主
軸は、前駆物質と製品との主軸と平行でなければならない。既に述べたように、
超伝導体前駆物質モノフィラメントは、複合材スタックにおいて配列され、フィ
ラメントは整列され、フィラメントのトップ及びボトムはほぼ並行であり、金属
層が、典型的には複合材スタックの全体の外部を包囲しているフィラメントのそ
れぞれの対の間に提供される。金属層は、例えば、Ａｇさや３４、Ａｇ基板６４
、Ａｇラップ４２、溝７０、箔７４及び／又はスペーサ・ストリップなどによっ
て提供される。既に述べたように、前駆物質要素は単一の垂直方向の（図２及び６に図示され
ているように）又は単一の水平方向の（図１に図示されているように）ローとし
てスタックすることが可能である。多数の垂直方向のスタックは、並んで配置す
ることもでき、例えば、フィラメントの相互関係が図７に示されているような配
列にすることができるし、又は、多数の水平方向に相互に上下に配置して図７及
び９に図示されているような構造にすることもできる。それぞれの場合に注意す
べきであるが、複合材のフィラメントは、後の熱機械的な処理の間に圧力がほぼ
垂直方向に加えられるときに、それぞれのフィラメントに実質的に同じ力と変形
を受けるように配置されるべきである。更に注意すべきは、既に述べたように、
それぞれの複合材の幅が複合材の高さよりも小さく、それによって、以後の処理
の間の安定性が保証されるようにすべきであるということである。どのような特定の前駆物質が用いられたとしても、以下の規準が高いパフォー
マンスのためには重要である。１．適切な寸法：フィラメントの寸法は、複合材の全体を通じてほぼ一様であ
るべきである。このためには、超伝導体前駆物質要素内のフィラメントが同様に
ほぼ一様な寸法（任意の特定の要素の内部においてと、複数の要素にわたってと
の両方で）を有することと、更に、最終的な製品内のＨＴＳフィラメントが高い
アスペクト比を有することとが要求される。特定の前駆物質の特定の寸法は、も
ちろん、前駆物質複合材の全体的な構造や、その前駆物質複合材を熱機械的に処
理するのに用いられる特定のｎＤＳ手順などに依存する。典型的には、圧延され
ていない前駆物質要素は、厚さが、２５から１２５０ミクロンの間、好ましくは
３０から６００ミクロンの間、最も好適な実施例では３０から２５０ミクロンの
間にある。前駆物質複合材の幅は、大きく変動する可能性がある。複合材の幅は
少なくとも高さと同じ程度の大きさを有することが常に望ましいが、例えば全体
的な幅が、２５０００ミクロン程度の大きさを有するなどのように、数倍も幅が
広くなることがあるが、多くの場合には、２５００ミクロン以上である。既に述
べたように、前駆物質要素と前駆物質複合材における典型的にはＡｇ等の金属層
の厚さは、それほどには重要でない。典型的には、ＰＩＴ手順において用いられ
る要素においては、既に述べた理由によって、より厚い層が必要となる。２．密度：圧延の前に、前駆物質フィラメントの密度は約２５％から７０％程
度の範囲、好ましくは３０％から６５％の範囲程度に低くあるべきである。前駆
物質要素の前駆物質フィラメントが３５％から６０％の範囲での積層／コーティ
ング手順を用いて作られる場合には、特にそういえる。低い密度の前駆物質フィ
ラメントと低い程度の組織化とによって、後の熱機械的処理の間に生じる超伝導
体フィラメントの特性が最適化される。３．厚さ：前駆物質モノフィラメントは薄くあるべきである。ＰＩＴプロセス
において圧延がなされた後で、前駆物質フィラメントは、５０ミクロンの厚さを
超えるべきではない。積層された超伝導体前駆物質は、著しく薄い場合もある。
特に、高いパフォーマンスを得るためには、最終的な製品におけるそれぞれの超
伝導体フィラメントは、約１０ミクロンの厚さを超えるべきではない（好ましく
は、２から７ミクロンの厚さ）。ただし、既に論じたように、より厚いフィラメ
ント（例えば、５０以下、好ましくは、４０ミクロンの厚さ以下）を適切な状況
で用いることもできる。最終的な超伝導体構造の幅は、典型的には、任意のＨＴ
Ｓフィラメントの厚さよりも大きい。４．寸法上の一様性：前駆物質フィラメントと前駆物質要素とは両方共に、ほ
ぼ矩形であり、フィラメント及び要素の幅にわたってほぼ一様であるだけではな
く、前駆物質の長さに沿ってほぼ一様であるべきである。特に、フィラメント及
び前駆物質スタックの主軸は、前駆物質及び製品の主軸と平行であるべきである
。５．フィル・ファクタ：前駆物質要素、特に、ＰＩＴ技術ではなく積層／コー
ティング・プロセスを用いて作られたものは、貴金属の量に対して高いパーセン
テージの超伝導体前駆物質フィラメントを含むのが典型的である。これによって
、複合材前駆物質と最終的な超伝導体複合材との両方においてフィル・ファクタ
が高くなる。達成可能なフィル・ファクタは更に減少するが、その理由は、複合
材前駆物質が、通常のマルチフィラメント型ケーブルの場合よりも少ない貴金属
（例えばＡｇ）の充填しか必要としないからである。積層／コーティング前駆物
質要素の場合には、より大きな程度そういえる。理由は、引き延ばしの間に構造
的な支持に必要となる貴金属の量が、更に減少するからである。６．金属成分：さや、スペーサ及び／又は箔は、少なくともスタッキング・プ
ロセスを通して微細グレインによる変形可能な金属であるべきである。既に述べ
たように、金属は、微細なグレイン・サイズを維持するように選択された条件下
では、引き延ばしのあいだ頻繁にアニーリングされるべきである。微細グレイン
金属は、高パフォーマンスの超伝導体要素の製造には必要であるが、その理由は
、それらによって、高いＪｃに関連する微細フィラメント・サイズの形成が可能
になるからである。ＰＩＴプロセスでは、そのような金属によって、前駆物質粉
末を包む微細で一様なチューブの製造が可能になる。被覆導体プロセスでは、微
細グレイン金属は、フィル・ファクタを改善するために一様で微細な寸法の基板
を作るのに必要である。前駆物質複合材をモノフィラメント前駆物質要素を用いて構築する態様もまた
重要である。重要な規準には以下のものが含まれる。１．マルチフィラメント複合材におけるすべてのモノフィラメントに以後の熱
機械的処理の間に実質的に同一の圧力／変形条件を与えることができるように、
要素を相互に形成し配列すること。２．銀などの貴金属である微細グレイン金属層が隣接するＨＴＳフィラメント
の間に提供されることを保証すること。この層の厚さが、処理の間に十分な構造
上の一体性を適するのに必要となるよりも著しく大きくならないように制御する
こと。３．個々の要素と複合材の要素との両方が高いフィル・ファクタを適する構成
を保証すること。これは、個々の要素における相対的な金属／ＨＴＳ材料の両方
の関数であり、任意の追加的な金属が複合材を形成する際に用いられる。本発明
の前駆物質要素は、特に、ＰＩＴ技術ではなく積層／コーティング・プロセスを
用いて作られた場合には、金属の量に比較して高いパーセンテージの超伝導体前
駆物質フィラメントを含むのが典型的である。これによって、複合材前駆物質と
最終的な超伝導体複合材との両方におけるフィル・ファクタが高くなる。達成可
能なフィル・ファクタは更に上昇するが、その理由は、複合材前駆物質が、通常
ののマルチフィラメント型ケーブルの場合よりも少ない貴金属（例えばＡｇ）の
充填しか必要としないからである。積層／コーティング前駆物質要素の場合には
、より大きな程度そういえる。理由は、引き延ばしの間に構造的な支持に必要と
なる貴金属の量が、更に減少するからである。前駆物質複合材は、複合材が形成されたが熱機械的な処理がなされる前の適切
な処理の後には、比較的低い揮発性の内容しか有していないので、熱処理の間に
ブリスタやそれ以外の欠陥が形成されることはない。この分野の当業者には明らかなことであるが、本発明の方法及び効果は、様々
な構成及び組成を有するマルチフィラメント型の超伝導体品目において用いるこ
とができるが、これには、超伝導体前駆物質と今日知られ好適である超伝導性の
セラミックやこれまでに発見され開発されてきたものも含む。本発明は、以上で
行った特定の説明や例示のいずれによっても限定されない。それらの説明や例示
は、説明のためだけにこの明細書において与えらのであって、それ以外の構造、
方法及び実施例も特許請求の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

本発明の以上の及びそれ以外の目的、特徴及び効果は、好適実施例に関する以
上の説明を以下の図面を参照しながら読むことによって明らかになる。

【図１】本発明による複合材超伝導体前駆物質構造の断面である。図１ａは、図１の前
駆物質構造から作られたマルチフィラメント型超伝導体構造の断面である。

【図２】本発明による複合材超伝導体前駆物質構造の断面である。図２ａは、図２の前
駆物質構造から作られたマルチフィラメント型超伝導体構造の断面である。

【図３】本発明の実現において用いられるＰＩＴ手順を用いて作られたモノフィラメン
ト前駆物質要素の断面である。

【図４】図１及び図２の複合材を形成するための手順の概略的な図解である。

【図５】本発明の実現において用いられる被覆導体技術（ｃｏａｔｅｄｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いて作られたモノフィラメント前駆物質要素の
断面である。

【図６】図５のモノフィラメント前駆物質要素を複数含む複合材スタックの断面である
。

【図７】図５のモノフィラメント前駆物質要素を複数含む第２の複合材スタックの断面
である。

【図８】図６の前駆物質と図６及び図７の複合材構造とを形成する手順の概略的な図解
である。

【図９】別の超伝導体前駆物質構造の断面である。

【図１０】フィラメントの厚さとＪｅ（ＨＴＳ及びそれ以外の構造の両方を含む超伝導体
全体の断面積上の技術（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）電流密度）との間の関係を図
解するグラフである。

【図１１】フィラメントの厚さとＪｅ（ＨＴＳ及びそれ以外の構造の両方を含む超伝導体
全体の断面積上の技術（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）電流密度）との間の関係を図
解するグラフである。

【図１２】Ｊｅのデータの図解である。

【図１３】張力巻き取りシステムの図解である。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年３月２８日（２０００．３．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】微細かつ一様なフィラメント型超伝導体

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温セラミック超伝導体に関する。より詳しくは、本発明は、複数
の薄く一様なフィラメントを含むマルチフィラメント型超伝導体構造と、ほぼネ
ット状の前駆物質（near net shape precursor）からそのような構造を製造する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超伝導体とは、臨界温度Ｔｃより低い温度では電流に対する抵抗値がほぼゼロ
であるような材料である。様々な酸化銅（銅酸化物）のセラミック材料が比較的
高い温度すなわち７７Ｋよりも高い温度で超伝導性を示すことは、以前から観察
されている。約１０年前に酸化銅ベースの超伝導体が最初に発見されて以来、こ
れらの超伝導性のセラミックは広い範囲で興味をもたれ、その物理的及び化学的
な性質が広く研究され、多くの刊行物に記載されてきた。

【０００３】超伝導材料と金属との複合材は、超伝導材料が単独で有しているよりも優れた
機械的及び電気的特性を得るために、よく用いられている。このような複合材は
、広く知られているパウダー・イン・チューブ（ＰＩＴ）プロセスなどの様々な
既知のプロセスや、様々な被覆導体（ＣＣ）プロセスによって、伸長したワイヤ
、要素及びケーブルの形態で用意されるのが典型的である。ＰＩＴプロセスでは
、金属容器が前駆物質の粉末で充填され、次に、この充填された容器が変形され
熱機械的処理がなされて、所望の超伝導特性を有するフィラメント型の複合材が
形成される。ＣＣプロセスでは、超伝導材料又はその前駆物質が基板の上に配置
され、この基板が処理されることによって、超伝導性のフィラメントを含む複合
材が形成される。どのようにして形成されたとしても、複数のフィラメントはバ
ンドル及び／又はケーブル状になっており、マルチフィラメント型の複合材を得
るには、追加的な変形及び熱機械的な処理ステップが必要である。

【０００４】商業的な実現性を有するには、高温超伝導体（ＨＴＳ）ワイヤは、高性能（す
なわち、超伝導体の高い臨海電流密度Ｊｃ）を有し、低コストでなければならな
い。過去には、超伝導グレインの高密度化（densification）や結晶学的なアライメントによって超伝導性セラミックのＪｃを改善するためのかなりの努力がな
されてきたし、より最近では、価格対性能比（ｋＡｍ当たり何ドルかによって測
定される）がより高く商業的に容認可能である長さを有するＨＴＳワイヤの製造
技術への興味が高まりそのような技術を開発する努力がなされている。

【０００５】現時点では、ＨＴＳの分野では、最も高性能のＢＳＣＣＯ（２２１２及び２２
２３の両方）は、寸法が１０ｘ１００ミクロンのオーダーであるアスペクト比の
大きな（highly aspected）フィラメント（アスペクト比の大きな（aspected）要素とは、横断面において幅が高さよりも大きいものをいう）を含むことが知ら
れている。また、ＰＩＴ技術を用いて作られたＢｉ−２２２３の導体は、アスペ
クト比の大きな要素が結果的に得られる非対称変形が用いられる場合には比較的
高いＪｃ性能を達成できることも知られている。例えば、非対称変形を用いると
、７７Ｋで自己電磁場（self field）の場合には６９０００Ａ／ｃｍ²のＪｃ値が報告されている（Q. Li et al., Physica C, 217 (1993) 360）し、超伝導性の層の厚さをLi et al.の場合の３０ミクロンから３ミクロンのレベルまで減少すれば、Ｂｉ−２２２３の導体のＪｃ性能は劇的に向上することが予測されてい
る。通常の方法によって作られた要素におけるＡｇに隣接するＢ１−２２２３の
層（約１．５ミクロンの厚さ）では、Ｊｃの値は、１０００００Ａ／ｃｍ２（７
７Ｋ，０Ｔ）を超えると考えられる。他のＨＴＳワイヤのタイプでは、ショート
・レングス性能（short length performance）を示している。例えば、真空シス
テム、レーザ及びイオン銃などの設備を用いるフィルム技術によって作られたＹ
−１２３ベースの被覆導体などである。

【０００６】非対称変形を用いて円形のマルチフィラメント型前駆物質を用意しその後に高
アスペクト比の要素に圧延する従来のＰＩＴ技術を用いる場合には、２つの主な
理由により、３ミクロン程度の厚さを有するフィラメントを達成することは困難
である。すなわち、第１に、それぞれのフィラメントのひずみ経路（strain pat
h）は複合材の内部でのその位置の関数であり、最終要素のエッジにおけるフィラメントは、その要素の中心部分におけるフィラメントよりも組織化の程度が低
く（less textured）性能レベルが低いこと。第２に、それぞれのフィラメントの変形前の断面は円形であるのが典型的であり、最初に円形であるフィラメント
を変形することによって薄く幅の広いフィラメントを達成することは困難である
こと。

【０００７】これまでに様々な変形処理の手順が提案されている。１９９５年６月６日に出
願された同時出願中である"Simplified Deformation-Sintering Process for Ox
ide Superconducting Articles"と題する米国特許出願第０８／４６８，０８９号には、複数のステップではなく単一の変形及びシンタリング・プロセスによっ
て組織化の程度が高い酸化物超伝導体による品目を用意する方法が記載されてい
る。この米国特許出願は、この出願において援用する。この米国特許出願に記載
されている手順では、前駆物質である品目であって、この品目の長さに沿って延
長する複数のフィラメントを含み、支配的な量の正方晶系（tetragonal）のＢＳ
ＣＣＯ２２１２相を有する前駆物質である酸化物とそれぞれのフィラメントを実
質的に包囲する拘束部材とを備えている品目に対して、正方晶系のＢＳＣＣＯ２
２１２酸化物を斜方晶系の（orthorhombic）ＢＳＣＣＯ２２１２酸化物に変換す
るように選択された酸素分圧と温度とにおいて熱処理が施される。その後で、こ
の品目は、厚さの約４０％から９５％の範囲の単一の大きな減少圧下（high red
uction draft）で圧延処理され、それによってフィラメントは酸化物超伝導体グ
レインの最大の寸法とほぼ等しい拘束寸法を有するようになり、次に、シンタリ
ング（焼結）がなされてＢＳＣＣＯ２２１２又は２２０３の酸化物超伝導体が得
られる。他の手順は、１９９５年１１月１１日に出願された同時出願中である"I
mproved Breakdown Process for Superconducting Ceramic Composite Conducto
rs"と題する米国特許出願第０８／６５１，６８８号に開示されている。この米国特許出願は全体をこの出願において援用する。

【０００８】実験室の外において現実的であるためには、ほとんどの電気的及び磁気的な応
用には、電流搬送容量が高いことに加えて、高いフィル・ファクタ（fill facto
r）を有する（すなわち、複合材であるマルチフィラメント構造における超伝導体の体積パーセンテージが高い）ように製造可能であり可撓性を有するケーブル
状の長さを有する導体が要求される。従って、高いＪｃを有する個々のフィラメ
ントを作ることに加えて、複数のＨＴＳフィラメントを含むケーブル等の製造方
法にも多くの努力がなされてきた。例えば、１９９５年１１月１１日に出願され
た同時出願中である"Cabled Conductors Containing Anisotropic Superconduct
ing Compounds and Method for Making Them"と題する米国特許出願第０８／５５４，８１４号には、複数の転置されたストランドであってそれぞれのストラン
ドが好ましくはマトリクス材料によって包囲され指示されている１つ又は複数の
好ましくはねじれたフィラメントを備えている複数の転置されたストランドと、
実質的に一方向を向いておりこのケーブル状の導体におけるストランド及びフィ
ラメントの回転方向とは独立である結晶学的なグレイン・アライメントを有する
組織化された異方性超伝導性化合物とを含むケーブル状の導体が開示されている
。この米国特許出願は全体をこの出願において援用する。ケーブル状の導体は、
複数の適切な複合ストランドを形成し、これらのストランドを予め選択されたス
トランド撚りピッチ（lay pitch）で導体の長軸の周りに転置することによってこれらのストランドからケーブル状の中間物を形成し、ストランドを組織化する
ことによって、作られる。この最後のストランドの組織化は、ケーブル状の中間
物の最も幅の広い長軸方向の断面と直交する方向の基本成分を用いた組織化プロ
セスを適用することを含む少なくとも１つのステップを含む１つ又は複数のステ
ップにおいてなされる。この直交方向の組織化ステップの少なくとも１つは、ス
トランド転置ステップの後になされる。ある実施例では、フィラメントの断面と
、フィラメントのねじれピッチと、ストランドの撚りピッチとは、所望の異方性
超伝導性化合物の典型的なグレインの好適な方向の面積の常に少なくとも１０倍
であるフィラメント転置面積を提供するように相互に関係して選択される。双軸
組織（biaxial texture）を要求する材料については、組織化（texturing）のス
テップは、第２の基本成分を用いた組織化プロセスを導体の幅の最も広い長軸方
向の断面において所定の方向に適用することを含みうる。

【０００９】例えば、米国特許第５，５０８，２５４号などの他の文献では、比較的厚い圧
延さえたテープを垂直方向に積み重ねることによってマルチフィラメント構造を
形成することが提案されている。

【００１０】しかし、この分野における過去になされた及び現在進行中の仕事にもかかわら
ず、コストと性能との両方が、ＨＴＳワイヤの市場における広範な使用を依然と
して制限する主な理由である。従って、ＨＴＳフィラメントのＪｃを増加させ、
より大きなフィル・ファクタと全体的な電流搬送能力とを有する様々な幾何学的
形状のマルチフィラメント複合材を提供し、より小さなコストによってこれらを
達成する、という必要性が依然として存在している。

【００１１】

【発明の概要】本発明の特徴は、多数の超伝導体前駆物質要素から半連続的な手順によって作
られる高いフィル・ファクタ（例えば、３０％よりも大きく、好ましくは、３５
％から４０％よりも大きい）を有するマルチフィラメント型超伝導体である。こ
こで多数の超伝導体前駆物質要素のそれぞれは、全体的な形状が実質的に同一で
あり、同一の全体的構成を有する超伝導体前駆物質のモノフィラメントを含んで
いる。この超伝導体前駆物質のモノフィラメントは、金属成分の上又はその中に
与えられる。圧延の前には、前駆物質であるモノフィラメントは、密度が低い（
すなわち、２５から７０パーセント、好ましくは、３０から６５パーセント、最
も好ましくは、４０から０パーセントの理論的密度を有する）が、圧延の後では
、モノフィラメントの厚さは、約５０ミクロン未満（そして、好ましくは、約４
０ミクロン未満）である。これらの要素は、複合材に統合（consolidate）される。統合された複合材においては、複数の要素の空間的な関係は、すべての要素
が相互に対称的であり、また、複合材の外部的形状と以後の変形との両方に対し
て対称的である。統合された前駆物質の複合材では、複合材の金属成分が結合さ
れたはしご構造を形成しており、隣接するはしごの横木の間の空間に超伝導体前
駆物質のモノフィラメントが存在している。統合の前後で、異なる前駆物質要素
のフィラメントの構成は、実質的に同一である。

【００１２】ここで用いている「前駆物質」（precursor）とは、適切な熱処理を加えることによって所望の異方性超伝導体に変換させることができる任意の材料（物質）
を意味する。例えば、所望の異方性超伝導体が酸化物超伝導体である場合には、
前駆物質は、金属塩、酸化物、亜酸化物、所望の超伝導体への中間物である酸化
物超伝導体、所望の酸化物超伝導体の安定電磁場（stability field）において酸素の存在する場合に反応するとその超伝導体を生じるそれ以外の化合物などの
要素の任意の組合せである。どのような特定の前駆物質でも、本発明の実践にお
いては、複合材とその中の超伝導体モノフィラメントとの最終的なアスペクト比
は、個々の前駆物質要素や超伝導体前駆物質フィラメントのアスペクト比からは
切り離されている。

【００１３】ここで用いている「統合する」（consolidate）とは、少なくともそれ以後の処理の間にそのアセンブリの様々な要素に大きなスケールの変位が存在しない程
度に、複数の要素を１つのユニットとして機能するように組み立てることを可能
にする動作の実行を意味する。統合は、熱処理、化学的な接着、延伸（drawing ）又はそれ以外の変形プロセスなどを含む多数の手順によって達成することがで
きる。好適な手順には、超伝導体前駆物質の初期の相転移を達成するのに十分な
加熱が含まれる。

【００１４】本発明の１つの特徴においては、複合材前駆物質は、多数の前駆物質要素を含
み、そのそれぞれには、並んで整列しスタック状になっている少なくとも１つの
ＨＴＳ前駆物質モノフィラメントを含み、それによって、要素のトップ及びボト
ムと要素内のフィラメントとが複合材の幅にわたってほぼ整列されている層が形
成されている。金属（典型的には貴金属であるが、超伝導体成分との相互作用を
防止するために要求されるバッファ層を備えたそれ以外の金属も用いることがで
きる）が、前駆物質フィラメントのそれぞれの隣接する対の間に提供される。こ
の特徴による実施例では、複合材は、並んで構成された前駆物質要素の複数の層
を含み、その場合には、複数の層は垂直方向にスタック状になり、それぞれの前
駆物質フィラメントは垂直方向に整列しているか又は任意の他の層におけるＨＴ
Ｓ前駆物質要素の間の狭い空間の中央に位置する。異なる前駆物質要素における
すべてのＨＴＳ前駆物質フィラメントは本質的に同一のアスペクト比、幅及び厚
さを有する。スタック状の複合材構造は、典型的には周囲の金属ラップ（覆い）
又はさや（sheath）が提供され、加熱されることによってその様々な成分が統合
される。

【００１５】本発明の第２の特徴においては、それぞれの前駆物質要素は、この金属の少な
くとも一方の面の上に、好ましくはその対向する両方の面の上に積層されたＨＴ
Ｓ前駆物質の層を有する金属を含み、複合材金属においては、層でなければ露出
されている面とＨＴＳ前駆物質層のそれぞれのサイド・エッジとの両方が重なっ
ている。

【００１６】本発明の好適な実施例では、前駆物質複合材は、１ＤＳ又は２ＤＳ手順（後で
説明する）において、熱機械的に処理され、それによって、要素は、厚さが焼く
４０％から９５％まで減少し（それ以後、シンタリング・ステップの前には、約
５％を超えては減少することはない）、このように圧延された前駆物質複合材は
シンタリングされ、充分に一様なフィラメントを有する最終的な超伝導体複合材
構造が得られる。高パフォーマンスな構造では、ＨＴＳフィラメントは、その厚
さが、典型的には約１０ミクロン未満であり、好ましくは約２−７ミクロンであ
り、最も好ましくは５ミクロンである。

【００１７】好適な前駆物質複合材は、ＰＩＴ又は被覆導体プロセスによって作られる。そ
のプロセスでは、低い密度のＨＴＳ前駆物質モノフィラメントを有する複数のほ
ぼ同一な超伝導体前駆物質要素が、（引き延ばされた後であるがＰＩＴ要素のた
めに圧延される前に）スタック状に重ねられ、支持する微細グレイン金属を用い
て包囲される。それぞれの前駆物質要素において、ＨＴＳ前駆物質フィラメント
は、微細なグレイン金属の上又は中にある。ＰＩＴプロセスでは、要素は、頻繁
なアニーリングを含む手順において引き延ばされてサイズが小さくなり、微細な
グレイン・サイズや金属の変形特性を維持する。微細なグレインというのは、グ
レインのサイズが、典型的には約３００マイクロメータ、好ましくは約２００マ
イクロメータ未満、より好ましくは約１００マイクロメータ未満、そして最も好
ましくは約５０マイクロメータ未満である。スタック状の前駆物質要素とサポー
トとは、統合され熱機械的に処理される。前駆物質要素は、ＰＩＴプロセスを用
いて作られる。このプロセスでは、それぞれの要素は前駆物質の粉末で低密度に
充填された金属チューブから作られ、次に、これが引き延ばされて直径約６００
ミクロン未満の構造が得られる。ここで、超伝導体前駆物質モノフィラメントは
低密度であり厚さは３００ミクロンを超えない。このような引き延ばされた要素
は、次に圧延が施され、アスペクト比が高い要素となるが、用いられる手順によ
って、結果的に高い密度のＨＴＳ前駆物質フィラメントが生じることもありうる
。前駆物質要素はまた、それぞれの要素が低密度の前駆物質超伝導体層を有する
微細グレインの金属基板で構成されている積層／コーティング・プロセスを用い
ても作ることができる。後の場合には、前駆物質超伝導体層は、好ましくは、基
板の両側に提供され、複合材前駆物質は、隣接する前駆物質要素の間に微細なグ
レインの金属を含む。

【００１８】

【好適実施例の説明】図１及び２には、例示的な超伝導体前駆物質複合材構造１０及び２０が図解さ
れており、それぞれに、複数のＨＴＳ前駆物質モノフィラメント要素１１から１
５及び２１から２５が含まれている。それぞれの要素は、ＨＴＳ前駆物質モノフ
ィラメント１１ａから１５ａ及び２１ａから２５ａを有し、複合材のそれぞれに
おいて、すべてのモノフィラメントは、実質的に同じサイズと断面構造とを有し
ている。更に注意すべきは、それぞれの複合材構造１０及び２０において、ＨＴ
Ｓ前駆物質モノフィラメントの隣接するそれぞれの対の間に例えばＡｇなどの貴
金属である金属層が存在することである。以下において論じるように、Ａｇの層
１６、２６は、ＰＩＴプロセスによって形成された要素の場合には、プロセスに
おいて用いられたさや（sheath）によって与えられる。それ以外の場合には、Ｈ
ＴＳ前駆物質フィラメントが金属基板の上に形成されるときに、隣接するフィラ
メントの間のＡｇの一部が別個のスペーサによって提供されうる。

【００１９】ここで用いる「貴金属」という用語は、酸化物超伝導体及び前駆物質に対して
、また、酸素に対して、予測される条件（温度、圧力、気圧など）での製造及び
使用の際に実質的に反応性を有さない金属を意味する。銀とその合金とは、これ
らの材料の中で最も低価格であり、大規模な製造のために最も好適である。場合
によっては、銅などのように、所望の超伝導体セラミックの金属元素の１つの化
学量論的に過剰（stoichiometric excess）である場合があることには注意すべきである。Ａｇなどの貴金属が好ましくても、特に超伝導体の前駆物質をその上
に配置する基板としては、他の変形可能な金属を用いることができる。ニッケル
、ある種のニッケル合金又はステンレス・スチールなどの金属を、多くの場合酸
化物のバッファ層と共に用いることはこの技術分野において知られている。米国
特許第５，２８４，８２５号を参照のこと。

【００２０】ＨＴＳモノフィラメントが前駆物質であるような特定の超伝導体セラミックが
重要ではないことは明らかである。例えば、酸化物、硫化物、セレン化物、テル
ル化物、窒化物、炭化ホウ素又はオキシカーボネート型の超伝導体セラミックを
用いることができる。例えば、希土酸化物（ＲＢＣＯ）類の超伝導体、ビスマス
（ＢＳＣＣＯ）類の酸化物超伝導体、タリウム（ＴＢＳＣＣＯ）類の酸化物超伝
導体、水銀（ＨＢＳＣＣＯ）類の超伝導体などの超伝導体酸化物が好適である。
ビスマス及び希土類が、最も好ましい。理想的な化学量論的な比率からのタリウ
ム化（thallinatioin）による変動すなわちドーピング物質の追加や所望の超伝導体酸化物の形成におけるそれ以外の変動を、この技術分野の当業者に知られて
いる態様で用いることができる。現在では、ＨＴＳ電気系での使用にはＢＳＣＣ
Ｏ材料（２２１２又は２２２３のどちらか）とＹＢＣＯ材料とが最も現実的な材
料であると思われる。現時点で最も好適な材料は、ＢＳＣＣＯ２２２３とＹＢＣ
Ｏ１２３とである。ＢＳＣＣＯ、ＹＢＣＯ及びそれ以外の材料の組成はこの分野
で広く知られており、また、これらの材料を用いて超伝導体前駆物質を作る手順
や、この前駆物質を熱機械的に処理して前駆物質から所望の超伝導体を作る手順
も広く知られている。例えば、上で引用した０８９及び８１４出願やそこで参照
されている様々な特許及び公開公報を参照のこと。

【００２１】図１に示されているように、前駆物質複合材１０の引き延ばされた（しかしま
だ圧延されていない）前駆物質要素１１から１５は、断面がほぼ正方形であり、
全体的な厚さ及び幅は約６００ミクロンである。それぞれの要素における超伝導
体前駆物質フィラメント１１ａから１５ａの密度は低く（例えば、理論的密度の
約６０％未満）であり全体的な厚さは約３００ミクロンである（例えば、モノフ
ィラメントの厚さは、前駆物質要素全体の全体的な厚さの約半分である。）５つ
の要素１１から１５は、側面同士が重ねられ、すべての要素のトップ及びボトム
は、実質的に同じ平行な平面に存在し、ＨＴＳ前駆物質フィラメントが同様に整
列されている。フィラメントの主軸は複合材の主軸と平行であり、また、以後の
変形の基本的な変位や負荷にも平行である。図１の複合材には５つの側面同士が
接したほぼ正方形の前駆物質要素が含まれているが、別の複合材では同様に側面
同士が接する（side-by-side）ように同様に構成された異なる数の前駆物質要素
が含まれ、密度の高低にかかわらずそのような前駆物質を考えることができる。
典型的には、この側面を接する前駆物質要素の幾何学的形状を有する複合材は、
その幅にわたって、約５から約２０の前駆物質要素を含む。後に図９を参照して
論じるように、本発明に従って構成された複合材は、多数の垂直方向にスタック
状の層を含み、それぞれの層には、図１に示されるように多数の側面同士を接す
る要素が含まれることは明らかである。

【００２２】別の例では、図２の前駆物質複合材２０の前駆物質要素２１から２５は、高い
アスペクト比を有するようになるように圧延（roll）される（すなわち、これら
は、厚さの少なくとも約２倍、好ましくは数倍の幅を有する）。圧延の前には、
要素２１から２５のフィラメントの寸法及び密度は、要素１１から１５と同じで
ある。圧延の後では、要素２１から２５のそれぞれは、厚さが約１００以下であ
り、それぞれの要素内のモノフィラメント２１ａから２５ａは、厚さが約５０ミ
クロン未満であり、モノフィラメントは比較的高い密度を有している。図２に示
されているように、要素２１から２５は垂直方向にスタック状になっており、す
べての要素の対向する測方エッジは相互にほぼ整列され、要素のトップ及びボト
ムと、要素の前駆物質フィラメント２１ａから２５ａとはほぼ並行である。図２
の複合材には、５つの垂直方向にスタック状になっている要素が含まれているが
、他の複合材では異なる数を有しうることは明らかである。典型的には、この垂
直方向にスタック状のエッジが整列している前駆物質要素の幾何学的形状は、２
から１０の垂直方向のスタック状の層を含んでいる。

【００２３】どのような特定のスタック構造が用いられている場合でも、前駆物質要素の寸
法とスタック内の要素の配列とは、スタックのアスペクト比（すなわち、高さ：
幅）は１以下になっている。スタック状の要素は統合され、その後で熱機械的な
処理がなされ（後で論じるが、典型的にはこの技術分野において既知である手順
を用いて）、それによって最終的な所望のマルチフィラメント型超伝導体が得ら
れる。これは、例えば、複合材１０などの前駆物質複合材から作られる図１ｂに
示されているマルチフィラメント型超伝導体１０’や、又は、複合材２０などの
前駆物質複合材から作られる図２ｂに示されているマルチフィラメント型超伝導
体２０’などである。アスペクト比が大きすぎる場合には、複合材における要素
の統合性と構成とを維持しながらそれ以後の処理を施すことは困難である。図１
及び図２に示されているように、そして、後で更に詳細に論じるように、複合材
の複数の要素は、典型的には、少なくともこれらの要素が統合される時点まで要
素を相互に支持して位置を決定する例えば貴金属であるＡｇなどの金属要素によ
って包囲されている。

【００２４】次に図３及び４を参照するが、これらの図には、図１及び２のものなどの超伝
導体前駆物質複合材をＰＩＴプロセスに従って作られたモノフィラメント前駆物
質要素から製造する際のいくつかの特徴が図解されている。

【００２５】広く知られているように、ＰＩＴプロセスでは、（ａ）超伝導体前駆物質の粉
末を形成し、（ｂ）チューブ、ビレット（billet）又は溝付きのシートなどの金
属製容器を前駆物質の粉末で充填し、（ｃ）充填された容器に変形処理を行い周
囲の金属製マトリクスの中に超伝導体前駆物質のフィラメントを含む断面が縮小
された複合材を提供することによって、丸いワイヤが得られる。本発明では、マ
トリクスは微細なグレイン化された金属であり、変形処理は、典型的には、多数
の連続的な引っ張り（draws）を含みそれによってワイヤの直径は例えば０．３から０．６ｍｍに縮小され、フィル・ファクタは公称で４７％である。次に、引
き延ばされたワイヤは、引き延ばしの間に１回又は複数回アニーリングがなされ
、Ａｇのさやを再結晶化し、更に柔軟化される（例えば、半時間の間、４５０度
を超える温度で）。アニーリングの目的は、過剰なグレイン成長を生じさせずに
貴金属を柔軟化させ、それによって、モノフィラメント要素の引き延ばし（及び
それ以降の圧延）を通じて貴金属の微細グレインを維持するためである。典型的
には、要素は十分な頻度でアニーリングがなされるので、それによって、要素に
加えられる歪み（strain）は、次のアニーリングが実行される前には１を超える
ことがない。アニーリングは、典型的には、１５から６０分にわたって２００か
ら４００度の範囲で行われる。マトリクスに適した銀又は銀合金の品目とチュー
ブ・ストックとを作る方法は、特に、壁部の薄いチューブや断面積が小さなそれ
以外の品目のための方法は、現在同じものに属している"Silver and Silver All
oy Articles"と称されるJeffrey M. Seuntjenによる米国特許出願第０８／８３１，５０４に記載されている。この米国特許出願は全体を本出願において援用さ
れるが、欠陥がなく微細なグレイン・サイズを有し、一様な変形を行うことがで
き、超伝導体モノフィラメント又はマルチフィラメント品目を作るのに用いるこ
とができる構造の作成方法が開示されている。

【００２６】本発明を実現する際には、超伝導体製品が微細なモノフィラメントを含むこと
を保証することが重要である。これは、部分的には、直前に述べたように微細な
グレインによる金属マトリクスを提供し、貴金属におけるグレイン成長を回避す
るのに十分な頻度でアニーリングを行うことによって、達成される。更には、前
駆物質の粉末は、低い密度で金属チューブの中に入れられ、それによって、引き
延ばし（前駆物質フィラメントの直径は著しく減少するが、超伝導体前駆物質の
密度を著しく上昇させることはない）の後で、モノフィラメント超伝導体前駆物
質は、理論的密度の約２５％から７０％の範囲にある密度を有するようになる。
また、圧延された後に（圧延は、フィラメントの密度及び組織化を増加させるけ
れども、要素がスタックされてマルチフィラメント型の超伝導体前駆物質複合材
を形成する前又は後になされる）フィラメントの厚さが約５０ミクロンを超えな
いようにするためには、引き延ばされた前駆物質要素の厚さは、典型的には、６
００ミクロン以下であり、要素における前駆物質モノフィラメントの厚さは、約
３００ミクロン以下である。

【００２７】既に述べたように、ＰＩＴによって作られた要素の複合前駆物質スタックは、
図１との関係で論じたように、密度の低いＨＴＳ前駆物質フィラメントを有する
要素から作られる。その理由は、このような要素は、引き延ばされている（draw
n）が圧延されていない（not rolled）からである。複合材は、図２の複合材２０の場合のように、例えば直径が２から５センチメートルの間のロールを用いて
引き延ばした（従って、典型的には、８０％以上の理論的密度を備えたフィラメ
ントを有するようになる）後に、図３に示されるように圧延されて薄い要素３０
となっている要素から作られる。密度の低いフィラメント・コアを有するワイヤ
を圧延すると、そのワイヤの厚さは、７０％から８５％減少する。例えば、直径
が約０．３から０．６ｍｍの引き延ばされた丸いワイヤ（round wire）は、公称
の厚さが０．０７から０．１０ｍｍであり幅が約１．５ｍｍというアスペクト比
の高い要素になる。図３に明らかなように、要素３０のＡｇさやの中の超伝導体
前駆物質フィラメント３２（大部分が前駆物質の粉末の形態で残っている）は、
その幅のほとんどに沿ってほぼ平坦であるが、タブに近づくと厚さが減少してい
る。要素の幅のほとんどにわたって、フィラメント３２は、全体の要素の３分の
２未満であり好ましくは半分を超えない厚さを有している（例えば、約５０ミク
ロン未満）。

【００２８】次に、前駆物質要素（圧延されていてもされていなくても）は、図１及び２に
示されているスタックなどの複合材スタックに形成される。先に論じたように、
図２は、５つの前駆物質要素２１ａから２１ｅ（それぞれは、直前に論じた要素
３０と同じ方法によって作られている）の複合材スタック４０を図解している。
スタックの全体は、薄い（例えば、０．０４ｍｍｘ１．５ｍｍ）Ａｇ要素２６を
用いて覆われて（ラップされて）いる。スタックが形成される（図１に示されて
いるものと類似の構成で）態様は、図４に概略が示されている。そこに示されて
いるように、モノフィラメント要素２１ａから２１ｇの長さがスプール上に配置
され、複合材スタック２０におけるそれぞれの要素に１つという関係である。ス
プールは、典型的には、磁気ブレークスタンドの上に設置され、同一平面上の一
連のアイドラに向かう（pay off）。やはりスタンドの上に設置されている矩形のガイド４４は、要素をコレート（collate）スタック４０にする。ガイド４４の下流側に形成されているスタックは、トルコ帽子（Turk's Head）状の水平方向のケーブル・ライン４６の中心に向けられる。このケーブル・ラインでは、Ａ
ｇ要素のスプールは、ケーブル・ラインの回転部材上の磁気ブレーキ・減衰シャ
フト上に配置されている。アイドラ・プーリ４７とガイド・ダイ４８とが、Ａｇ
要素２６をスタックにおいて並ぶ（side-by-side）位置に導き、キャプスタン４
９が、スタックを、ラップ要素２６を搬送して所望のラップ・レイ・ピッチ（wr
ap lay pitch）を定義する回転部材の回転に対して一定の速度で軸方向に引く。
好ましくは、このピッチは、覆われた要素４２が重なり合わず、また、隣接する
回転の間のギャップが要素の幅よりも小さくなるように、選択される。トルコ帽
子状のラップ・ラインが、前駆物質要素の成形的な変形が最小となるように、ス
タックを統合する。覆われたスタックは、次に、熱的に結合され（例えば、５０
０℃を超えても、前駆物質の粉末に悪影響を与えない温度で）、要素３０のＡｇ
要素４２とＡｇさや３４とを相互にシンタリングし、結果的に、例えば、図２に
示されている複合材２０や図１に示されている複合材１０などのマルチフィラメ
ント型の前駆物質複合材が得られるが、この複合材は、最終的な熱処理及び変形
処理の用意ができているものである。既に論じたように、さや３４と要素２６と
は、銀以外の金属であることも可能である。注意すべきは、図４に示されている
Ａｇラップ要素２６は典型的な場合よりもわずかに厚く、また、図４に示されて
いるスタック４０内の特定の要素３０におけるフィラメントもまた構成のための
好ましい場合よりも幾分厚いということである。

【００２９】更に注意すべきことは、複合材スタック１０及び２０のフィル・ファクタは典
型的には４０％よりも大きく、５０％を超える場合もあるということである。こ
れは、従来のＨＴＳマルチフィラメント型導体について達成される典型的な２５
から３５％のフィル・ファクタの範囲よりもかなり高い。また、オーバーラップ
要素２６は熱処理の間にその場で（インシトゥで、in situ）結合されるまで、スタックを相互に保持するのに十分なほどに非常に薄いことがある。標準的なマ
ルチフィラメント型のさやとは異なり、ラップは、ブレーキダウン及び非対称圧
延の間にフィラメントと共に変形することは必要ない。フィル・ファクタが低下
したことが導体の性能に否定的な影響を与えることはなく、Ｊｃを増加させコス
トを低下させるという利点を有する。

【００３０】以上で述べた技術によると、コストの低減と同時に、必要となる資本設備、労
働力、処理時間及び原材料の歩留まりに関する大幅な節約を提供するという優れ
たパフォーマンスを演じる。次に掲げる表Ｉには、モノフィラメント・ワイヤに
始まり最終的な熱機械的処理の用意ができているマルチフィラメント前駆物質複
合材スタックに至る上述の手順（表の右側）を、標準的なマルチフィラメント処
理手順（表の左側）と比較している。それぞれのコラムに記載されているプロセ
スは、コイル形式であり１又は数ｍｍの直径の断面を有するモノフィラメントか
ら開始して、熱処理の用意ができているマルチフィラメント導体で終わっている
。明らかなように、本発明のプロセスの方が、はるかに少数のステップしか要求
していない。

【００３１】

【表Ｉ】次に、図５ないし８を参照するが、これらの図には、以上のものとは異なる好
適な前駆物質成分とそれらを形成する手順とが図解されている。

【００３２】図５ないし８の手順によると、図５の前駆物質要素５０は、典型的にはL. D.
Woolf et al.,Appl. Phys. Let 58 (1991) 534に記載されているような電気泳動
法、S.E. Dorris, N. Ashcom and N. Vasanthamohan, Argonne National Labora
tory December 1996 Superconductor Development Quarterly Progress Report 、又は、スパッタリング若しくはイオン・ビーム支援積層（ＩＢＡＤ、例えば、
米国特許第５，０７９，２２４号を参照）などの物理的な膜（フィルム）形成方
法と化学蒸着法（ＣＶＤ、例えば、米国特許第５，２３１，０７４号を参照）な
どの化学的膜形成方法とを含む厚膜積層のための多くの既知の手順の中の任意の
ものを用いて、前駆物質の粉末を微細グレインのＡｇ又はそれ以外の貴金属基板
５４上に配置することによって作られる。

【００３３】基板６４の上に前駆物質粉末層６２を形成するのに用いられる特定の技術は重
要ではない。更に、既に論じたように、ＢＳＣＣＯ２２２３及びＹＢＣＯ１２３
が好適であるのだが、非常に多くのそれ以外の超伝導体前駆物質、特に、ＲＢＣ
Ｏ、ＢＳＣＣＯ、ＴＢＳＣＣＯ及びＨＢＳＣＣＯのファミリに属する酸化物超伝
導体前駆物質の特定のメンバーを用いることもできる。

【００３４】図５に示されているように、Ａｇ基板５４は、所望の前駆物質要素５０とほぼ
等しい幅（例えば、典型的には約１５００ミクロン）を有しているが、極めて薄
い。典型的には、基板５４のアスペクト比（横断方向の断面の）は、１０：１（
例えば、約１５０ミクロンの厚さ）から２０：１（例えば、約７５ミクロンの厚
さ）の間である。前駆物質層５２は、基板５４の両側に側面エッジに沿って積層
されている。前駆物質が積層された後で、コーティングされた要素のエッジ部分
はスリットが作られ（例えば、図６に示された点線５６に沿って）、コーティン
グされたエッジ５８が除去された。

【００３５】用いられる特定の積層手順に依存して、前駆物質層５２は、要素のエッジに近
い部分では幾分厚くなっているが、層は、全体として、Ａｇ基板５４の長さを横
切る方向と長さに沿った方向との両方においてほぼ一様である。選択される特定
の厚さは、用いられる特定の前駆物質、前駆物質層が形成される態様と層の結果
的な密度、前駆物質が熱機械的に処理される態様、及び最終製品であるマルチフ
ィラメント型超伝導体の意図された使用法を含む様々なファクタに依存する。例
えば、前駆物質層５２の厚さは典型的には約１０から約１００ミクロンの範囲に
あるが、５ミクロン程度まで薄く、また、１０００ミクロン程度まで厚くなりう
る。前駆物質層が理論的密度の約４０％の密度で積層されたＢＳＣＣＯ−２２２
３前駆物質から構成されている好適な実現例では、典型的な厚さは約１５から２
０ミクロンである。

【００３６】図６には、例えばＡｇである微細グレインの金属内に配置された４つの要素５
０ａから５０ｄの複合材スタックが図解されており、その上にある溝６２は、例
えば、やはり典型的にはＡｇの箔６４である微細グレインの金属によって被覆さ
れている。注意すべきは、４つの要素が全体で８つのフィラメント前駆物質を提
供しているということである。溝の内部では、隣接する要素５０は、全体で３つ
の例えばＡｇである微細グレイン金属のスペーサ・ストリップ６６によって分離
されている。スタック構造の全体が加熱されて（先に述べた複合材２０の場合の
ように、前駆物質に悪影響を与えない温度まで）、要素と、中間的なストリップ
と、溝と、被覆箔とが相互に結合される。わずかに修正された手順において、コ
ーティングされた前駆物質であるＡｇストリップ対の集合が、適切な寸法のＡｇ
チューブの中に挿入され、次に、熱処理がなされてこれらの成分は相互に結合さ
れる。ただし、熱結合の質はそれほど重要ではない。いずれの手順においても、
結合された８つのフィラメント複合材前駆物質構造６７０は、最終的な熱処理と
変形処理との用意ができている。注意すべきは、図６は分解図であるので、複合
材６０の幅の全体を示してはいないということである。既に述べたように、複合
材の完全な幅は、少なくとも、その完全な幅と同じくらいであり、典型的には、
それよりもかなり大きい。

【００３７】図７には、１５個の要素５０ａから５０ｅ、５０ａ’から５０ｅ’、５０ａ’
’から５０ｅ’’の複合材７０が図解されており、これらは、３つの層５６、５
６’、５６’’として構成されている。それぞれの層には、並んだ構成に配置さ
れている５つの要素が含まれる。複合材の全体は、金属箔の層７２によって覆わ
れている。注意すべきは、それぞれの要素は２つの前駆物質フィラメントを提供
し、従って１５個の要素は全部で３０個の前駆物質フィラメントを有する複合材
を提供していることである。比較すると、ＰＩＴ手順によって形成された要素の
同様の構成では、これまで議論から明らかなように、多くても半分の前駆物質フ
ィラメントを提供するだけである。複合材７０のそれぞれの層においては、例え
ばＡｇである金属のスペーサ７４が、要素５０のそれぞれの対の隣接する側面の
間に配置されている。

【００３８】次に図８を参照する。この図は、やや概略的に、本発明のこの特徴によるマル
チフィラメント型超伝導体複合材を製造するプロセスの全体を図解している。一
般に、前駆物質製造ステーション８０が提供され、所望の数のここの前駆物質要
素５０のそれぞれを作る。ただ１つのステーション８０だけしか示されていない
が、ステーションの総数は、もちろん、完全な複合材を形成するのに用いられる
要素の数に依存する。それぞれのステーションにおいて、微細グレインＡｇの基
板ストリップ５４がスラリ・バス（slurry bath）８２を通過して、前駆物質の層５２を基板上に積層して基板５０を形成する。次に、要素はヒータ８３によっ
てシンタリングされ、そのエッジ部分が除去された後で、微細グレインＡｇのス
ペーサ・ストリップが、垂直方向のスタックにおける要素５０のトップ及びボト
ム表面の一方又は両方の上の、又は、並んだスタックにおける隣接する要素５０
の間に、しかるべき位置に配置される。次に、要素及びスペーサによって形成さ
れているサンドイッチ８４ａが、複合材製造ステーション８６に送られる。

【００３９】複合材製造ステーション８６への入口においては、要素サンドイッチ８４ａは
、ほぼ同一な要素サンドイッチ８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ及び８４ｆと並置され（
要素が垂直方向にスタックされるときには、それぞれの要素サンドイッチは要素
の下側においてただ１つのスペーサ・ストリップを必要とし、水平方向に並んで
スタックされるときには、隣接する要素の間だけにスペーサが必要とされる）、
要素サンドイッチをスタックし整列する溝付きの入口ロール８６を通過して送ら
れる。結果的なマルチ要素構造が、微細グレイン・コンジット溝７２の中に配置
され、要素５０とスペーサ７６とを有する溝７２は、微細グレイン箔７４によっ
て被覆され、次に、構造の全体はロールによって統合され、ヒータ８９によって
熱結合され、従って、図７に示されているような結合されたマルチフィラメント
複合材前駆物質構造７０が得られる。これは、最終的な熱処理及び変形処理の用
意ができているものである。

【００４０】図８に概要が示されているように、前駆物質構造６０、７０は熱機械的に処理
される、すなわち、所望の数の変形（例えば、圧延されて、変形によって生じる
組織化が得られる）及びシンタリング（例えば、加熱により、反応によって生じ
る組織化が得られる）ステップを行い、最終的なマルチフィラメント超伝導体に
おける所望の密度及び組織化の程度とが達成され、巻き取りロールによって巻か
れる。後でいくらか詳しく論じるのであるが、ここで論じられている残りの前駆
物質複合材は、同様に熱機械的に処理がなされて、図１及び２に示されているよ
うな超伝導体複合材が得られる。

【００４１】次の表ＩＩは、ＰＩＴ手順を用いて複合材前駆物質を作る手順との関係で既に
論じた表Ｉの場合よりも一般的に、マルチフィラメント型超伝導体複合材を形成
する上述した被覆導体手順をマルチフィラメント型ＰＩＴ構造を形成する従来の
手順と比較している。明らかなように、被覆導体複合材前駆物質手順は、ＰＩＴ
ベースのモノフィラメント要素を用いる本発明による手順よりも大きな程度で、
著しい節約を可能にする。

【００４２】

【表ＩＩ】注意すべきは、図８に示された積層／被覆導体手順によると、個々の要素６４
に対して用いられる微細なグレインＡｇ又はそれ以外の金属基板の圧延から始ま
り、反応の済んだ複合マルチフィラメント型超伝導体複合材で終了するほぼ連続
的な製造手順を可能にする。更に、これらの積層又は被覆導体技術を用いて形成
された複合材構造７０は引き延ばされたのではなく単に圧延されただけであるか
ら、ＰＩＴ手順において用いられる引っ張り負荷及び力を支持するのに必要であ
る高い銀（又は他の金属）の度合いは、必要ではない。結果的に、基板６４とコ
ンジットの溝７２とは極めて薄くでき、製品に用いられる銀又はそれ以外の金属
の全体量を著しく減少させることができる。これによって、フィル・ファクタの
更なる上昇が可能となる。典型的には約３０％であるが、４０％以上にまで上昇
させることができる。

【００４３】どのようなタイプの前駆物質要素が用いられるとしても、本発明のプロセスに
よると、製造業者は、複合材において組み立てられているストランドの数を変動
させることによって、複合材のＩｃを選択することが可能になる。これによって
、製造業者は大きな融通性を得ることができる。というのは、広い範囲の商業的
な導体の必要に応じて、ただ１つのタイプのストランド（モノフィラメント）を
在庫とすればよいからである。これによって、また、共通のストランドと類似の
ストランド変形経路とから異なるＩｃを有する複合材を作ることが可能になるか
らである。比較をすると、標準的なマルチフィラメント複合材プロセスでは、製
造業者は、異なる応用例に対して開発された複数の異なるマルチフィラメント・
ビレット構造を有していなければならず、また、中間又は最終の処理段階におい
て様々なマルチフィラメント複合材の在庫を維持しなければならない。従来のプ
ロセスにおいてＪｃを変化させるには、ビレットのサイズ、モノフィラメントの
リスタック（restack）サイズ、フィラメントの個数、マルチフィラメントの設計又はマルチフィラメントの歪みなどの中の１つ又は複数を変動させなければな
らない。本発明によると、単に、共通のストランドを複合材においてスタックし
その後に変形させ熱処理する態様を変動させることによって、このほとんどすべ
てが達成されうる。

【００４４】例えば、導体のＪｃ要件は、複合材ケーブルに対して最小で１４０Ａである。
応用例における巻数の要求により、積層材料を全く含まないで、最大の複合材の
厚さは０．２ｍｍである。最適なモノフィラメント・ストランドの寸法は、厚さ
が０．１ｍｍで幅が１．５ｍｍであり、再生可能な長軸のＪｅレベルは１２００
０Ａ／ｃｍ²である。これらの寸法に対しては、このＪｅのレベルは、複合材における１８Ａ／ストランドのＩｃと等しい。従って、幅が４つのストランドであ
り厚さが２つのストランドという構成では、強化部材を含まずに、公称０．２ｘ
６ｍｍの断面において１４４ＡのＩｃを生じる。

【００４５】そのような導体では、この複合材導体から作られる前駆物質要素は水平方向及
び垂直方向の両方の構成で配置され、要素は、典型的には、図１及び２に関して
言及した態様でスタックされる、すなわち、要素の水平方向のロー及び層は、異
なるローにおける要素のフィラメントが垂直方向に整列されるように配置される
。煉瓦塀における煉瓦の配置と同様に、異なるローにおける要素のフィラメント
は、すべてが垂直方向に整列しているとは限らない。このような煉瓦塀構成に配
列された要素伸すタックは、より大きな安定性を提供し、それによって、スタッ
クがそれ以外の場合に望まれるのが通常であるより高いアスペクト比を有するこ
とが可能となる。

【００４６】図９は、そのような代替的な配列を図解している。図９の複合材９０は、全部
で１５個の前駆物質要素９２を含んでおり、それぞれは、図３の要素３０と実質
的に同一である。ただし、図１、６及び７に示されているような要素を用いるこ
ともできる。要素９２は、３つの垂直方向にスタック状となった層として配列さ
れている。すなわち、層ａからｃである。ただし、４以上の層を含むスタックを
用いることもできる。図解されているように、それぞれの層は、図１の複合材１
０における要素と同様の並んだ構成として配列されている５つの前駆物質要素９
２を含む。層ａにおける要素９２ａと層ｃにおける要素９２ｃとは、相互に垂直
方向に整列されている。層ｂにおける要素９２ｂは、要素９２ａ及び９２ｃとは
ずれている。すなわち、前駆物質複合材の様々な層における要素は、垂直方向に
離間している異なる層における前駆物質ＨＴＳフィラメントは相互に実質的に整
列している（層ａ及びｃにおけるフィラメントのように）か、隣接する層は、１
つの層（すなわち、薄い金属製のさや又はモノフィラメントの間のスペーサ）に
おける隣接するフィラメントの間の相対的な狭い空間の中心が隣接する層におけ
るフィラメントの中心に対して垂直方向に整列（場合によって上又は下）されて
いる。隣接する層のフィラメントの中心は、例えば、層ｂにおける隣接したフィ
ラメントの間のＡｇは、層ａ及びｃにおけるフィラメントの中心と、またその逆
と整列されている。

【００４７】上述した米国特許出願第０８／４６８，０８９号において論じられているよう
に、超伝導体前駆物質の熱機械的な処理のためには多数の既知の手順が存在する
。これらには、典型的には、用いられる特定事項に依存して変動する圧力及び温
度において変形及びシンタリングを行うステップを反復することが含まれる。こ
れらのプロセスは、多くの場合に、ｎＤＳと称される。ここで、Ｄは変形ステッ
プを意味し、Ｓはシンタリング又は加熱ステップを意味し、ｎは変形及びシンタ
リングの反復的なプロセスが反復される回数を意味する。典型的な従来技術によ
るプロセスは、２ＤＳ及び３ＤＳプロセスである。

【００４８】特定の熱機械的な処理手順は本発明の実現に重要ではないが、好適な実現例で
は、’０８９出願に記載されているように１ＤＳやそれが不可能な場合には２Ｄ
Ｓプロセスなどのように、可能な限り少ない反復回数を用いる変形／シンタリン
グ反復プロセスを用いることである。好適な１ＤＳの実現例では、結合されたマ
ルチフィラメント複合材前駆物質構造、例えば、ＰＩＴ手順を用いて作られた低
密度のモノフィラメントの複合材や被覆導体手順を用いて作られた低密度のモノ
フィラメントの複合材などは、約４０％から９５％の厚さの範囲の大きな減少ド
ラフトにおいて圧延処理される。大きな減少ドラフト・ステップの後からシンタ
リング・ステップの前に置いては、約５％＆を超える厚さの減少はなく、このよ
うに圧延された複合材構造は、最終的な酸化物超伝導体複合材マルチフィラメン
ト型製品となる。同様の厚さの減少は、２ＤＳの方法を用いて達成される。この
複合材は圧延されたモノフィラメント要素から作られており、従って、複合材に
形成される前に低密度ではなく高密度を有するので、複合材のそれ以降の熱機械
的処理の結果として、厚さの減少ははるかに小さくなる。しかし、どのようなタ
イプの前駆物質要素が用いられるとしても、本発明によれば、個々の前駆物質要
素の処理を、統合されたマルチ要素の前駆物質複合材の以後の処理から切り離し
、従って、それとはかなり独立的な態様で達成することが可能となる。

【００４９】モノフィラメント型超伝導体前駆物質が低密度を有する超伝導体前駆物質複合
材と共に用いられると、このような単一の大きなドラフト変形は、複合材４０、
７０における超伝導体前駆物質の厚さを、例えば１から３ミクロン程度大きく減
少させ、同時にシンタリング・ステップによると、密度を理論的密度の９５％程
度にまで減少させる。後でより詳細に論じるＪｃとフィラメントの厚さとの間の
関係を示している図１０及び１１のグラフに示されているように、超伝導体フィ
ラメントのＪｃはフィラメントの厚さに大きく依存している。他がすべて同じで
ある場合には、より薄いフィラメントのようなより厚いフィラメントよりもはる
かに大きなＪｃを有する。本発明によると非常に薄い（例えば、厚さが３ミクロ
ン未満）モノフィラメントを用いた複合材構造を作ることが可能であるから、本
発明によって作られたＢＳＣＣＯ−２２２３の複合材構造は、１００，０００Ａ
／ｃｍ²（７７Ｋ，０Ｔ）を超えるレベルのＪｃレベルを達成することが予測される。

【００５０】本発明の好適な実現例によると、超伝導体前駆物質複合材は、それを、超伝導
体前駆物質複合材の対向する側に接触する２つの伸長した制約部材の間に配置す
ることによって、圧延の間拘束される。複合材は、接触している２つの拘束部材
と共にローラの間を通過し、組織化された超伝導体複合材を形成する。前駆物質
超伝導体複合材テープの単一通貨用の圧延アセンブリは、第１及び第２のロール
と２つの拘束部材とを含む。第１のロールは、第１の軸の周囲を回転するように
整列され、第２の溝付きロールは第１の軸に平行な第２の軸の周囲を回転する用
に整列されている。これらのロールは、選択された距離だけ離間しており、その
間に通路が形成されている。２つの拘束部材は、前駆物質超伝導体複合材と類似
する機械的な特性を有しており、前駆物質超伝導体複合材がローラの間を通過し
て組織化された超伝導体複合材が形成されるときに前駆物質超伝導体の対向する
側面上で前駆物質超伝導体ワイヤと接触するように配置される。第１及び第２の
ロールの間に前駆物質超伝導体複合材と拘束部材とを前進させる固定具には、こ
の前駆物質超伝導体複合材と拘束部材とを受け取る大きさを有するスロットを含
む。この固定具は、前駆物質超伝導体複合材と拘束部材とを第１及び第２のロー
ルの間に導くテーパ状の表面を含む。

【００５１】拘束付きの圧延によって、他の変形技術と比較してフィラメントの品質を向上
させながら大きな面積の削減を伴う変形が可能となる。拘束付きの圧延によると
、特に、変形の間にクラッキング／剪断に敏感な超伝導体複合材の組織化が容易
になり、他の技術と比較して寸法の制御が向上する。この手順は、共にDeMoranv
ille et alによってこの出願と同日に出願され同一人に所属する同時出願中の"C
onstrained Rolling and Superconductor Wire Formed Thereby"及び"Constrain
ed Rolling and Textured Superconductor Wire Formed Thereby"と題する米国特許出願第０８／９０２，５８７号及び第０８／９０２，５８８号により詳細に
記載されている。これらの出願は全体をこの出願において援用する。

【００５２】例ＩＰＩＴ手順を用いて作られたモノフィラメントに対して厚さとＪｃとの間の関
係を調べるために、上述した"Silver and Silver Alloy Articles"の特許出願に
従って製造された微細グレイン銀チューブを用いて作られたモノフィラメントＢ
ＳＣＣＯ−２２２３は、直径が公称で０．６、０．４５及び０．３ｃｍに引き延
ばされ、３００℃で３０分間張力の増加が１．０でアニーリングがなされＡｇさ
やの再結晶がなされた。１及び１０ｃｍの直径のロールを用いた圧延の検査が行
われ、約７０％から約９０％マスタ・デバイスの様々な厚さの縮小が得られた。
図１０には、シンボルによってインチを単位としてロールの直径／モノフィラメ
ント・ワイヤの直径が定義されており、この検査の結果を示されている。異なる
ロールの直径によって異なる幅が生じているにもかかわらず、２及び１０ｃｍ上
のＪｅの結果はフィラメントの厚さに相関している。１４，５００Ａ／ｃｍ²程度の高いＪｅが得られた。

【００５３】例ＩＩケーブル開発に向けられた計画の一部として、ケーブル内の超伝導体フィラメ
ントの最終的な厚さとフィラメントのＪｃとの間の関係が検査された。図１１は
、Ｊｅ（７７Ｋ、自己電磁界、１マイクロボルト／ｃｍ）を縦軸にフィラメント
（モノフィラメント・ストランドとマルチフィラメントとの両方）の厚さを横軸
に撮ったグラフである。例Ｉの場合と同様に、Ｊｅはフィラメントの厚さに大き
く依存し、フィラメントの厚さが減少すると大きく増加している。

【００５４】例ＩＩＩ最適化されていないＢｉ−２２２３の粉末を用いて、電気泳動積層によって被
覆要素前駆物質が作られた。Ｂｉ−２２２３前駆物質の厚さは約２０ミクロンで
あり、微細グレインＡｇストリップの幅にわたり及び長さに沿って寸法的な一様
性が維持されている。前駆物質の密度は理論的には４０％以下と評価された。被
覆前駆物質の２０個の１２’’の長さが組み立てられ、互いの上にスタックされ
、それぞれを微細グレインＡｇストリップによって分離している。このマルチフ
ィラメント型スタックは、矩形の微細グレインＡｇ溝の中に配置され、微細グレ
インＡｇストリップを用いて被覆され、複合材の要素を相互に拡散結合させる。
複合材は、次に、圧延され、セラミック・フィラメント内で高レベルの密度及び
組織化を達成する。フィラメントは１から５ミクロンの範囲の厚さを有する。第
１の組の熱処理において、２０，０００Ａ／ｃｍ２（７７Ｋ、０Ｔ）というＪｃ
の値が達成された。

【００５５】例ＩＶ約７５ミクロンの厚さの銀合金基板の対向する側の上の約１５ミクロンの厚さ
のＨＴＳ層（密度は３０％の理論値に等しい）を含む複合材上での高密度化（de
nsification）が計算された。それ以後の熱機械的処理の間のそのような複合材のすべての変形が高密度化である場合には、ＨＴＳ層の厚さは約５ミクロンまで
減少される。

【００５６】例ＶＢＳＣＣＯ−２２２３超伝導体フィラメントと微細グレインＡｇ基板及びスペ
ーサとを有する１８フィラメントの超微細ＨＴＳフィラメント複合材が、図６か
ら８を参照して一般的に論じた被覆導体プロセスを用いて作られた。複合材は、
２０，０００Ａ／ｃｍ²のＪｃと２０Ａ（７７Ｋ、０Ｔ）のＩｃとを有した。

【００５７】例ＶＩ微細グレイン銀を含む正方形のモノフィラメント要素が、０．０２３９’’ま
での引き延ばしを用いて作られた。より微細なフィラメントの寸法を達成するに
は、後で、０．０１８’’までトルコ帽子型に構成された（Turk's Headed）。１１の要素が図１と一貫するように整列され、熱処理を用いて統合された。統合
された前駆物質は、０．０２１’’の測方拘束ワイヤを用いて１回の通過で圧延
だれ、結果的に、薄いＨＴＳフィラメントが生じた（５０ミクロン）。この材料
のＪｅは、６，７００Ａ／ｃｍ²（７７、ｓｆ）であった。

【００５８】例ＶＩＩ例ＶＩと同じ手順が行われたが、引き延ばしが用いられ、０．０１８’’の正
方形の要素が作られた。Ｊｅは、７，５００Ａ／ｃｍ²であった。

【００５９】例ＶＩＩＩ例ＶＩＩと同じ手順が行われたが、引き延ばしと熱処理とを含む統合が実行さ
れた。

【００６０】例ＩＸ引き延ばしを用いて矩形のモノフィラメント要素が作られ、要素は、図２と一
貫するように整列され、引き延ばしと熱処理とを含む熱機械的なプロセスを用い
て統合が実行された。統合された前駆物質は１回の通過で圧延だれ、結果的に、
薄いＨＴＳフィラメントが生じた（ｍ１０ミクロン）。この材料のＪｃは、４２
，０００Ａ／ｃｍ²（７７、ＳＦ）であった。

【００６１】例Ｘ例ＩＸと同じ手順が行われたが、引き延ばしを含む機械的プロセスを用いて統
合が実行された。アニーリング温度は、３００℃未満に維持された。

【００６２】例ＸＩ例Ｘと同じ手順が行われたが、７８５℃、０．０７５ａｔｍ０２、１時間とい
う条件で熱処理を用いて統合が実行された。

【００６３】例ＸＩＩバッファされた（ＹＳＺ）微細グレイン化されたＮｉ基板をＹＢＣＯを用いて
ディップ・コーティングすることによって、被覆前駆物質が作られた。被覆前駆
物質要素は、焼成して（calcined）７０％未満の被覆密度が得られた。２つの前
駆物質要素が図２に従ってスタックされ、Ａｇ合金を用いてラップされた。前駆
物質複合材は、熱プロセスを用いて統合された。

【００６４】例ＸＩＩＩ圧延されたモノフィラメント・テープの長さが、スタック内のそれぞれのスト
ランドに対して１つの割合でスプール上に配置された。これらのスプールは、磁
気ブレーキ・スタンド上に設置され、同一平面にある一連のアイドラに向けられ
た。矩形のガイドもまたスタンドの上に設置され、複数のテープをスタックの中
に送られた。テープ・ストランドのスタックは、ダイを通過して水平方向のケー
ブリング・ラインの中心まで送られ、ケーブリング・ラインは、スタックに重な
るように設定された。厚く（０．０５ｍｍ）微細なＡｇテープのスプールが、回
転部材上の磁気ブレーキ減衰シャフト上に配置された。アイドラのプーリが、Ａ
ｇ箔のラップをスタック上に導いた。キャプスタンがスタック固定率をラップ回
転に引き上げ、固定されたラップ・レイ・ピッチを定義した。

【００６５】Ａｇラップ材料が、アニーリングされたＡｇワイヤを大きな張力の下で圧延す
ることによって作られた。ラップ材料は、典型的には０．０４ｍｍｘ１．５ｍｍ
の断面を有する。水平方向のケーブリング・ラインからラッピング・ラインへの
再構成は、直接的であった。

【００６６】システムは、７つのモノフィラメント・テープに対して構成され、ラインは、
事故もなく動作した。モノフィラメント・テープの逆張力は、タイト（０．７Ｎ
以下）なラップを作るのに適するように調整された。最初の動作は、ラップが０
．０５ｍｍの厚さでありラップの回転の間に公称で５０％のギャップが生じるよ
うに配置された。ラップの厚さが最適の場合よりも大きいことにより、ラップは
、製品において卵形（オーバル）の形状のまま維持された。ラップは、モノフィ
ラメント・テープ上での成形的な変形が最小となるようにトルコ帽子状にするこ
とにより統合することができる。長さの短いスタック・ケーブルが、固定された
採取的な熱処理に対する第１の熱処理（ＨＴ１）条件と中間的な歪みとを調査す
る小規模の検査において用いられた。図１２は、３Ｄプロットであるが、最適な
変数を示している。すなわち、ＨＴ１時間（２０及び４０時間）、ＨＴ１温度（
８２０及び８２７℃）及び中間的な圧延歪み（１０％及び２０％）が３つの軸を
形成している。立方体のコーナーが、適切な条件に対する最終的なＪｅデータを
含む。

【００６７】自動化されたダンサー・カセット巻き取りシステムが、一様で低い張力によっ
て巻き取りを行うように構築されている。図１３に概略が示されているように、
このシステムは、デッド・ウェイト１３２に接続された線形ベアリング上の移動
プーリ１３１と、モータ駆動のドライブとから構成されている。モータ駆動は、
リミット・スイッチ１３３、１３４によってプーリ移動のトップ及びボトムにお
いて制御されている。カセットの巻き取りによって、スプールの横断に起因する
テープにおけるハード・ウェイの曲げが除去されており、曲げ歪みを最小化する
大きなハブ直径を有している。このユニットは、任意の圧延ミルと共に潜在的に
用いるためにカート上に設置されている。

【００６８】再スプーリング・プロセスとスタッキング・ライン上でのペイオフ経路とを修
正することによって曲げ歪みが縮小された。Ａｇラップの厚さは、０．０３ｍｍ
に縮小され、タイトなラップを得るためのスタッキング・プロセスの間の逆張力
の必要性が低下された。

【００６９】マルチストランド超伝導体は、これらの改善点を備えているように作られた。
圧延ミル巻き取り（take-up）システムは、５ｍ／分を超える速度でテープ上を０．９８Ｎの負荷でうまく動作した。このマシンは、高速の際に０．２４Ｎの張
力の能力を有していると考えられる。巻き取りカセットから取られたモノフィラ
メント・サンプルは、横断方向のクラッキングを示さない。これらのサンプルの
Ｊｅレベルは、自己電磁界において７７Ｋで５０００Ａ／ｃｍ²を達成した。

【００７０】超伝導体前駆物質モノフィラメントと超伝導体前駆物質複合材との構造は本発
明の実現にとって重要であると考えられる。最終的な超伝導体製品が所望の高性
能を有するためには、その超伝導体フィラメントのそれぞれは、本質的に微細か
つ一様な寸法を有し、好ましくは、実質的に矩形でなければならない。また、マ
ルチフィラメント型の製品における異なるフィラメントの寸法及び特性はほぼ同
一であることが非常に好ましい。本発明によると、これは、ほぼ同一な微細寸法
及び特性を有する前駆物質要素を提供し、これらの要素を横断方向の断面が複合
材スタックとなるように矩形（正方形を含む）に組み立てることによって達成さ
れる。変形力に対するスタック構成によって、その後の熱機械的な処理の間に、
複合材スタックにほぼ垂直方向（すなわち、幅に垂直で高さに平行）に力を加え
る１対のロール等の間にスタックが押しつけられるときに、スタック内のそれぞ
れのフィラメントには、実質的に同じ変形処理がなされ、従って、その中のすべ
てのフィラメントが所望の実質的に同一の超伝導体特性を有するようなマルチフ
ィラメント超伝導体が得られる。更に、前駆物質フィラメントとスタックとの主
軸は、前駆物質と製品との主軸と平行でなければならない。既に述べたように、
超伝導体前駆物質モノフィラメントは、複合材スタックにおいて配列され、フィ
ラメントは整列され、フィラメントのトップ及びボトムはほぼ並行であり、金属
層が、典型的には複合材スタックの全体の外部を包囲しているフィラメントのそ
れぞれの対の間に提供される。金属層は、例えば、Ａｇさや３４、Ａｇ基板６４
、Ａｇラップ４２、溝７０、箔７４及び／又はスペーサ・ストリップなどによっ
て提供される。

【００７１】既に述べたように、前駆物質要素は単一の垂直方向の（図２及び６に図示され
ているように）又は単一の水平方向の（図１に図示されているように）ローとし
てスタックすることが可能である。多数の垂直方向のスタックは、並んで配置す
ることもでき、例えば、フィラメントの相互関係が図７に示されているような配
列にすることができるし、又は、多数の水平方向に相互に上下に配置して図７及
び９に図示されているような構造にすることもできる。それぞれの場合に注意す
べきであるが、複合材のフィラメントは、後の熱機械的な処理の間に圧力がほぼ
垂直方向に加えられるときに、それぞれのフィラメントに実質的に同じ力と変形
を受けるように配置されるべきである。更に注意すべきは、既に述べたように、
それぞれの複合材の幅が複合材の高さよりも小さく、それによって、以後の処理
の間の安定性が保証されるようにすべきであるということである。

【００７２】どのような特定の前駆物質が用いられたとしても、以下の規準が高いパフォー
マンスのためには重要である。

【００７３】１．適切な寸法：フィラメントの寸法は、複合材の全体を通じてほぼ一様であ
るべきである。このためには、超伝導体前駆物質要素内のフィラメントが同様に
ほぼ一様な寸法（任意の特定の要素の内部においてと、複数の要素にわたってと
の両方で）を有することと、更に、最終的な製品内のＨＴＳフィラメントが高い
アスペクト比を有することとが要求される。特定の前駆物質の特定の寸法は、も
ちろん、前駆物質複合材の全体的な構造や、その前駆物質複合材を熱機械的に処
理するのに用いられる特定のｎＤＳ手順などに依存する。典型的には、圧延され
ていない前駆物質要素は、厚さが、２５から１２５０ミクロンの間、好ましくは
３０から６００ミクロンの間、最も好適な実施例では３０から２５０ミクロンの
間にある。前駆物質複合材の幅は、大きく変動する可能性がある。複合材の幅は
少なくとも高さと同じ程度の大きさを有することが常に望ましいが、例えば全体
的な幅が、２５０００ミクロン程度の大きさを有するなどのように、数倍も幅が
広くなることがあるが、多くの場合には、２５００ミクロン以上である。既に述
べたように、前駆物質要素と前駆物質複合材における典型的にはＡｇ等の金属層
の厚さは、それほどには重要でない。典型的には、ＰＩＴ手順において用いられ
る要素においては、既に述べた理由によって、より厚い層が必要となる。

【００７４】２．密度：圧延の前に、前駆物質フィラメントの密度は約２５％から７０％程
度の範囲、好ましくは３０％から６５％の範囲程度に低くあるべきである。前駆
物質要素の前駆物質フィラメントが３５％から６０％の範囲での積層／コーティ
ング手順を用いて作られる場合には、特にそういえる。低い密度の前駆物質フィ
ラメントと低い程度の組織化とによって、後の熱機械的処理の間に生じる超伝導
体フィラメントの特性が最適化される。

【００７５】３．厚さ：前駆物質モノフィラメントは薄くあるべきである。ＰＩＴプロセス
において圧延がなされた後で、前駆物質フィラメントは、５０ミクロンの厚さを
超えるべきではない。積層された超伝導体前駆物質は、著しく薄い場合もある。
特に、高いパフォーマンスを得るためには、最終的な製品におけるそれぞれの超
伝導体フィラメントは、約１０ミクロンの厚さを超えるべきではない（好ましく
は、２から７ミクロンの厚さ）。ただし、既に論じたように、より厚いフィラメ
ント（例えば、５０以下、好ましくは、４０ミクロンの厚さ以下）を適切な状況
で用いることもできる。最終的な超伝導体構造の幅は、典型的には、任意のＨＴ
Ｓフィラメントの厚さよりも大きい。

【００７６】４．寸法上の一様性：前駆物質フィラメントと前駆物質要素とは両方共に、ほ
ぼ矩形であり、フィラメント及び要素の幅にわたってほぼ一様であるだけではな
く、前駆物質の長さに沿ってほぼ一様であるべきである。特に、フィラメント及
び前駆物質スタックの主軸は、前駆物質及び製品の主軸と平行であるべきである
。

【００７７】５．フィル・ファクタ：前駆物質要素、特に、ＰＩＴ技術ではなく積層／コー
ティング・プロセスを用いて作られたものは、貴金属の量に対して高いパーセン
テージの超伝導体前駆物質フィラメントを含むのが典型的である。これによって
、複合材前駆物質と最終的な超伝導体複合材との両方においてフィル・ファクタ
が高くなる。達成可能なフィル・ファクタは更に減少するが、その理由は、複合
材前駆物質が、通常のマルチフィラメント型ケーブルの場合よりも少ない貴金属
（例えばＡｇ）の充填しか必要としないからである。積層／コーティング前駆物
質要素の場合には、より大きな程度そういえる。理由は、引き延ばしの間に構造
的な支持に必要となる貴金属の量が、更に減少するからである。

【００７８】６．金属成分：さや、スペーサ及び／又は箔は、少なくともスタッキング・プ
ロセスを通して微細グレインによる変形可能な金属であるべきである。既に述べ
たように、金属は、微細なグレイン・サイズを維持するように選択された条件下
では、引き延ばしのあいだ頻繁にアニーリングされるべきである。微細グレイン
金属は、高パフォーマンスの超伝導体要素の製造には必要であるが、その理由は
、それらによって、高いＪｃに関連する微細フィラメント・サイズの形成が可能
になるからである。ＰＩＴプロセスでは、そのような金属によって、前駆物質粉
末を包む微細で一様なチューブの製造が可能になる。被覆導体プロセスでは、微
細グレイン金属は、フィル・ファクタを改善するために一様で微細な寸法の基板
を作るのに必要である。

【００７９】前駆物質複合材をモノフィラメント前駆物質要素を用いて構築する態様もまた
重要である。重要な規準には以下のものが含まれる。

【００８０】１．マルチフィラメント複合材におけるすべてのモノフィラメントに以後の熱
機械的処理の間に実質的に同一の圧力／変形条件を与えることができるように、
要素を相互に形成し配列すること。

【００８１】２．銀などの貴金属である微細グレイン金属層が隣接するＨＴＳフィラメント
の間に提供されることを保証すること。この層の厚さが、処理の間に十分な構造
上の一体性を適するのに必要となるよりも著しく大きくならないように制御する
こと。

【００８２】３．個々の要素と複合材の要素との両方が高いフィル・ファクタを適する構成
を保証すること。これは、個々の要素における相対的な金属／ＨＴＳ材料の両方
の関数であり、任意の追加的な金属が複合材を形成する際に用いられる。本発明
の前駆物質要素は、特に、ＰＩＴ技術ではなく積層／コーティング・プロセスを
用いて作られた場合には、金属の量に比較して高いパーセンテージの超伝導体前
駆物質フィラメントを含むのが典型的である。これによって、複合材前駆物質と
最終的な超伝導体複合材との両方におけるフィル・ファクタが高くなる。達成可
能なフィル・ファクタは更に上昇するが、その理由は、複合材前駆物質が、通常
ののマルチフィラメント型ケーブルの場合よりも少ない貴金属（例えばＡｇ）の
充填しか必要としないからである。積層／コーティング前駆物質要素の場合には
、より大きな程度そういえる。理由は、引き延ばしの間に構造的な支持に必要と
なる貴金属の量が、更に減少するからである。

【００８３】前駆物質複合材は、複合材が形成されたが熱機械的な処理がなされる前の適切
な処理の後には、比較的低い揮発性の内容しか有していないので、熱処理の間に
ブリスタやそれ以外の欠陥が形成されることはない。

【００８４】この分野の当業者には明らかなことであるが、本発明の方法及び効果は、様々
な構成及び組成を有するマルチフィラメント型の超伝導体品目において用いるこ
とができるが、これには、超伝導体前駆物質と今日知られ好適である超伝導性の
セラミックやこれまでに発見され開発されてきたものも含む。本発明は、以上で
行った特定の説明や例示のいずれによっても限定されない。それらの説明や例示
は、説明のためだけにこの明細書において与えらのであって、それ以外の構造、
方法及び実施例も特許請求の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】本発明の以上の及びそれ以外の目的、特徴及び効果は、好適実施例に関する以
上の説明を以下の図面を参照しながら読むことによって明らかになる。

【図５】本発明の実現において用いられる被覆導体技術（coated conductor technique
）を用いて作られたモノフィラメント前駆物質要素の断面である。

【図９】別の超伝導体前駆物質構造の断面である。

【図１０】フィラメントの厚さとＪｅ（ＨＴＳ及びそれ以外の構造の両方を含む超伝導体
全体の断面積上の技術（engineering）電流密度）との間の関係を図解するグラフである。

【図１１】フィラメントの厚さとＪｅ（ＨＴＳ及びそれ以外の構造の両方を含む超伝導体
全体の断面積上の技術（engineering）電流密度）との間の関係を図解するグラフである。

【図１２】Ｊｅのデータの図解である。

【図１３】張力巻き取りシステムの図解である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】要約書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【要約】高いフィル・ファクタを有するマルチフィラメント型超伝導体複合材
が、それぞれが低密度の超伝導体前駆物質モノフィラメントを含む複数のスタッ
ク状のモノフィラメント前駆物質要素から形成される。前駆物質要素は、すべて
、実質的に等しい寸法と特性とを有し、直線で囲まれた構成でスタックされ統合
されて、マルチフィラメント型の前駆物質複合材を提供する。複合材はその後で
熱機械的に処理されて、それぞれのモノフィラメントの厚さが約５０ミクロン未
満である超伝導体複合材が得られる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

【手続補正７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバーツ，ピーター・アールアメリカ合衆国マサチューセッツ州01540 −3027，グロトン，ピー・オー・ボックス 1027 (72)発明者アンタヤ，ピーター・ディーアメリカ合衆国マサチューセッツ州01590, サットン，ウーブリッジ・ロード 109 (72)発明者セウントジェンズ，ジェフリー・エムシンガポール国809352，ジャラン・バンガウ (72)発明者ハンコック，スティーブンアメリカ合衆国マサチューセッツ州01606 ウースター，サントロ・ロード 47 (72)発明者デモランヴィル，ケネス・エルアメリカ合衆国マサチューセッツ州01522, ジェファーソン，ノース・ストリート 157 (72)発明者クリストファーソン，クレイグ・ジェイアメリカ合衆国マサチューセッツ州01604, ウースター，ウォール・ストリート６, アパートメントナンバー２ (72)発明者ギャラント，ジェニフアー・エイチアメリカ合衆国マサチューセッツ州01760, ナティック，ポンド・ストリート 35，アパートメントナンバー１ (72)発明者クレーブン，クリストファー・エイアメリカ合衆国マサチューセッツ州01730, ベッドフォード，ハートウェル・ロード 106 Ｆターム(参考） 5G321 AA01 CA05 CA24 CA27 DD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マルチフィラメント型高温超伝導体の前駆物質複合材であっ
て、相互に水平又は垂直方向に整列して構成された複数の前駆物質要素を備えて
おり、前記要素のそれぞれはＨＴＳ（高温超伝導体）前駆物質モノフィラメント
を含み、前記モノフィラメントのそれぞれは約３０％から約７０％の理論的密度
の範囲にある密度を有し、この超伝導体前駆物質複合材は、更に、前記モノフィ
ラメント型ＨＴＳ前駆物質を包囲する微細グレイン金属成分を含み、前記金属成
分が統合されていることを特徴とする複合材。
【請求項２】請求項１記載の複合材において、前記モノフィラメントは低
レベルの組織化を有することを特徴とする複合材。
【請求項３】請求項１記載の複合材において、前記密度は約６０％の理論
的密度未満であることを特徴とする複合材。
【請求項４】マルチフィラメント型高温超伝導体の前駆物質複合材であっ
て、相互に水平又は垂直方向に整列して構成された複数の前駆物質要素を備えて
おり、前記要素のそれぞれは金属成分によって包囲されたＨＴＳ前駆物質モノフ
ィラメントを含み、前記モノフィラメントのそれぞれは横断面において厚さより
も大きな幅を有し、前記厚さは約５０ミクロン未満であり、前記金属成分は重ね
られていることを特徴とする複合材。
【請求項５】請求項１又は請求項４記載の複合材において、複数の前記前
駆物質要素はこの前駆物質複合材の幅を横断する方向に延長する層内に構成され
、前記層における前記要素はこの複合材の幅にわたって相互に実質的に整列され
ており、この複合材は、前記層における隣接するＨＴＳ前駆物質モノフィラメン
トのそれぞれの対の隣接する側方エッジの間に配置された金属を含むことを特徴
とする複合材。
【請求項６】請求項５記載の複合材において、前記層は少なくとも５つの
前記ＨＴＳ前駆物質モノフィラメントを含むことを特徴とする複合材。
【請求項７】請求項６記載の複合材において、前記層は少なくとも５つの
前記ＨＴＳ前駆物質要素を含むことを特徴とする複合材。
【請求項８】請求項１記載の複合材において、前記要素のそれぞれはただ
１つの前記モノフィラメントを含むことを特徴とする複合材。
【請求項９】請求項１記載の複合材において、前記要素のそれぞれは２つ
の前記モノフィラメントを含むことを特徴とする複合材。
【請求項１０】請求項１記載の複合材において、その幅は少なくともその
高さと同じ程度の大きさを有することを特徴とする複合材。
【請求項１１】請求項５記載の複合材において、複数の前記層は相互に上
下の関係に配置され、前記層のそれぞれにおける要素はすべての残りの要素のそ
れぞれにおける要素の方向に向いており、この複合材におけるすべてのＨＴＳ前
駆物質モノフィラメントは相互に対称的であることを特徴とする複合材。
【請求項１２】請求項１１記載の複合材において、前記層のそれぞれにお
ける要素は、前記層のそれぞれにおけるＨＴＳ前駆物質モノフィラメントは、前
記層のそれ以外の層それぞれにおけるＨＴＳ前駆物質モノフィラメントに対して
、（ｉ）垂直方向に整列している、（ｉｉ）その中心と垂直方向に整列している
側方エッジと整列している、のいずれか一方であることを特徴とする複合材。
【請求項１３】請求項１１記載の複合材において、前記モノフィラメント
のそれぞれは幅が厚さよりも大きく、前記層のそれぞれにおける要素は、その幅
の広い寸法が相互にかつこの複合材の横断方向の幅に平行である方向に向いてい
ることを特徴とする複合材。
【請求項１４】請求項１１記載の複合材において、前記モノフィラメント
のそれぞれは幅が厚さよりも大きく、複数の前記前駆物質要素は相互に実質的に
垂直方向に整合されたモノフィラメントと垂直に構成され、この複合材は、前記
モノフィラメントの隣接するものの間に配置され、この複合材の全体的な幅はこ
の複合材の全体的な高さよりも小さくないことを特徴とする複合材。
【請求項１５】請求項１４記載の複合材において、少なくとも５つの前記
垂直に構成された要素を含むことを特徴とする複合材。
【請求項１６】請求項１４記載の複合材において、前記要素のそれぞれは
２以下の前記前駆物質モノフィラメントを含むことを特徴とする複合材。
【請求項１７】請求項１又は請求項４記載の超伝導体前駆物質複合材を処
理することによって形成されるマルチフィラメント型超伝導体であって、複数の
超伝導体モノフィラメントのそれぞれは横断方向の断面において厚さの少なくと
も５倍の幅を有し、前記超伝導体モノフィラメントのそれぞれの厚さは約５０ミ
クロン未満であることを特徴とするマルチフィラメント型超伝導体。
【請求項１８】請求項１７記載の複合材において、前記モノフィラメント
のそれぞれは横断方向の断面においてその厚さよりも大きな幅を有し、前記厚さ
は約５０ミクロン以下であることを特徴とする複合材。
【請求項１９】請求項１８記載の複合材において、前記厚さは約４０ミク
ロン以下であることを特徴とする複合材。
【請求項２０】請求項１８記載の複合材において、前記前駆物質複合材は
約３０％よりも大きなフィル・ファクタを有することを特徴とする複合材。
【請求項２１】請求項１７記載の複合材において、前記フィル・ファクタ
は約４０％よりも大きいことを特徴とする複合材。
【請求項２２】請求項１７記載の超伝導体において、前記超伝導体モノフ
ィラメントのそれぞれの厚さは約１０ミクロン未満であることを特徴とする超伝
導体。
【請求項２３】請求項２２記載の超伝導体において、前記超伝導体モノフ
ィラメントのそれぞれの厚さは約２から７ミクロンの範囲にあることを特徴とす
る超伝導体。
【請求項２４】請求項２３記載の超伝導体において、前記超伝導体モノフ
ィラメントのそれぞれの厚さは約５ミクロンであることを特徴とする超伝導体。
【請求項２５】請求項１７記載の超伝導体において、前記超伝導体モノフ
ィラメントの厚さと同じ方向において測定された前記超伝導体の高さは前記マル
チフィラメント型超伝導体複合材の対応する高さの６０％未満であることを特徴
とする超伝導体。
【請求項２６】請求項２４記載のマルチフィラメント型超伝導体において
、その高さは前記対応する高さの５％から６０％の範囲にあることを特徴とする
マルチフィラメント型超伝導体。
【請求項２７】請求項１記載の複合材において、前記前駆物質要素のそれ
ぞれは金属基板と前記基板の少なくとも一方の面の上に積層されたＨＴＳ前駆物
質層とを含むことを特徴とする複合材。
【請求項２８】請求項１記載の複合材において、前記金属は貴金属である
ことを特徴とする複合材。
【請求項２９】請求項２８記載の複合材において、前記前駆物質要素のそ
れぞれは金属基板と前記基板の２つの対向する面の上に積層されたＨＴＳ前駆物
質層とを含むことを特徴とする複合材。
【請求項３０】請求項２９記載の複合材において、前記金属基板は前記前
駆物質要素のそれぞれの側面エッジにおいて露出されていることを特徴とする複
合材。
【請求項３１】請求項２７記載の超伝導体前駆物質において、前記金属基
板はＡｇ又はＡｇ合金であることを特徴とする超伝導体前駆物質。
【請求項３２】相互に水平方向及び垂直方向に整列して配列された複数の
前駆物質要素を備えているマルチフィラメント型高温超伝導体前駆物質複合材を
製造する方法であって、複数の前記前駆物質要素を提供するステップであって、前記要素のそれぞれは
ＨＴＳ前駆物質モノフィラメントを含む、ステップと、前記複数の前駆物質要素を相互にスタックし、それによって、前記モノフィラ
メントが相互に対称的になり微細グレイン成分によって包囲されるようにするス
テップと、前記スタックされた要素を、統合し熱機械的に処理して、それぞれが約５０ミ
クロン未満の厚さを有する複数のＨＴＳモノフィラメントから構成されるマルチ
フィラメント型超伝導体を提供するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】請求項３２記載の方法において、前記モノフィラメントの
それぞれは高さよりも大きな幅を有し、前記モノフィラメントは幅が前記複合材
を横断する方向に延長しているように前記複合材において配列されていることを
特徴とする方法。
【請求項３４】請求項３３記載の方法において、前記前駆物質要素のそれ
ぞれはそのモノフィラメントに隣接する金属成分を含んでおり、前記スタッキン
グの前に前記前駆物質要素を引き延ばすステップと、前記引き延ばしの間に前記
金属における微細グレインを維持する条件下で前記要素を複数回アニーリングす
るステップと、を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３５】請求項３３記載の方法において、前記スタッキングの前に
前記前駆物質要素を圧延するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】請求項３２記載の方法において、前記モノフィラメントの
それぞれは約１０ミクロン以下の厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項３７】請求項３２記載の方法において、ＨＴＳ超伝導体前駆物質
の少なくとも１つの層を金属基板の上に積層して前記要素を提供するステップを
更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】請求項３７記載の方法において、ＨＴＳ超伝導体前駆物質
の層を前記金属基板の対向する両側に積層して前記基板を提供するステップと、
複数の前記そのようにして作られた基板を相互に隣接して配列し前記超伝導体前
駆物質層のそれぞれの対の間には金属層が存在するようにするステップと、を更
に含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】請求項３８記載の方法において、複数の前記そのようにし
て作られた基板は相互に垂直方向に整列するように配列されていることを特徴と
する方法。
【請求項４０】請求項３２記載の方法において、前記要素は前記複合材の
幅に対して横断する方向に延長する層において配列され、前記要素は前記複合材
の幅にわたって相互に実質的に整列されており、金属成分が前記層における前記
ＨＴＳ前駆物質モノフィラメントの隣接するものの間に配置されていることを特
徴とする方法。
【請求項４１】請求項３２記載の方法において、前記要素のそれぞれはＰ
ＩＴ手順を用いて作られ、金属製のさやの中に低密度のＨＴＳ前駆物質フィラメ
ントを備えており、前記前駆物質要素を前記スタッキングの前に引き延ばすステ
ップと、前記要素を前記引き延ばしの間に複数回アニーリングするステップと、
を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】請求項３２記載の方法において、前記モノフィラメントの
それぞれは約３０％から約７０％の範囲の理論的密度を有していることを特徴と
する方法。
【請求項４３】相互に水平方向又は垂直方向に整列して配列された複数の
モノフィラメント型伝導体モノフィラメントから構成されるマルチフィラメント
型高温超伝導体前駆物質を製造する方法であって、複数の前駆物質要素を提供するステップであって、前記要素のそれぞれはＨＴ
Ｓ前駆物質モノフィラメントを含み、前記モノフィラメント前駆物質のそれぞれ
は約３０％から約７０％の理論的密度の範囲の密度と、低い程度の組織化とを有
する、ステップと、前記複数のモノフィラメント前駆物質要素を相互にスタックし、それによって
、前記モノフィラメントが相互に対称的になるようにするステップと、前記複合材に変形処理を施し、て前記超伝導体フィラメントのそれぞれを約５
０ミクロン以下の厚さまで縮小させ、前記前駆物質モノフィラメントを前記超伝
導体フィラメントに変換する、ステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項４４】請求項４３記載の方法において、前記要素を複合材に統合
するステップを更に含み、前記前駆物質要素のそれぞれの前記ＨＴＳ前駆物質モ
ノフィラメントのそれぞれは、断面を横断する方向にその厚さの少なくとも２倍
の幅を有し、前記複合材はその幅よりも大きくない高さを有することを特徴とす
る方法。
【請求項４５】請求項３４記載の方法において、前記アニーリングは前記
要素における歪みが１未満であるときに実行されることを特徴とする方法。