JP2002343160A - 酸化物超電導線及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】テープ面上に酸化物超電導体の結晶が成長し易
く、これにより臨界電流が長手方向に流れる酸化物超電
導線及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】酸化ニッケルからなる円筒状のシース管２
と、シース管２内の中心に挿入され該シース管よりも硬
度を有する材料からなる円柱状の芯棒７と、シース管内
であって７の外周側に配設された円筒状のビスマス系酸
化物超電導層４と、この超電導層４内に埋設され、管軸
方向に結晶が成長した状態の銀からなる一枚以上の金属
製テープ５からなる酸化物超電導線。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に臨界電流密度
の高い酸化物超電導線及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、酸化物超電導線の製造方法の一例
として、次のような第１〜第４の工程によるものがあ
る。すなわち、第１の工程は銀製の管内に酸化物超電導
粉末を充填し、これに減面加工を施して、断面円形状又
は断面六角形状の素線を得る。第２の工程は、大電流用
とするため第１の工程で得られた素線を多数本束ね、こ
れを更に銀製の管に挿入し一体化する。第３の工程は第
２の工程で一体化した線を、第１の工程で得られた素線
と同じように減面加工した後、圧延機でテープ状に圧延
し、多数の素線が存在するマルチ線にする。第４の工程
は第３の工程で得られたマルチ線を、大気中８４０℃〜
８５０℃で、５０〜１００時間熱処理を行う。

【０００３】ここで、第３の工程で得られた線の断面を
観察すると、素線の銀製の管はマルチ線としてのマトリ
ックス材に相当する。また、第４の工程で得られたテー
プ状の線を液体窒素中で臨界電流を測定してみると、４
０Ａの電流が流れることが確認できた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた従来の方法では、製造上銀マトリックスの圧延方向
や、比較的ロール圧延による圧力が伝わり易いテープ表
面にのみ結晶成長が進み易い。その他の部分では圧延に
よる圧力が伝わりにくくなるため、結晶の方向が乱れ電
流値が小さくなり、実用に供するには電流値をさらに上
げる必要があった。

【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、テープ面上に酸化物超電導体の結晶が一定
の方向に成長し易く、これにより臨界電流が長手方向に
流れる酸化物超電導線及びその製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、銀、ニッケル、非磁性
ニッケル合金、ステンレスの中から選択された一つの材
料からなる円筒状のシース管と、該シース管内の中心に
挿入され該シース管よりも硬度を有する材料からなる円
柱状の芯棒と、該シース管内であって該芯棒の外周側に
配設された円筒状のビスマス系酸化物超電導層と、該ビ
スマス系酸化物超電導層内に埋設され、管軸方向に結晶
が成長した状態の銀、ニッケル、チタンの中から選択さ
れた一つの材料からなる一枚以上の金属製テープからな
る酸化物超電導線である。

【０００７】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、銀、ニッケル、非磁性ニッケル合金、ステ
ンレスの中から選択された一つの材料からなる円筒状の
シース管内に、該シース管中心に該シース管よりも硬度
を有する材料からなる円柱状の芯棒を挿入する第１の工
程と、該シース管内であって該芯棒との空間に配設さ
れ、銀、ニッケル、チタンの中から選択された一つの材
料からなる一枚以上の金属製テープを挿入した後、該シ
ース管と該芯棒と該金属製テープとの空間内にビスマス
系酸化物超電導粉末を充填する第２の工程と、前記シー
ス管と前記酸化物超電導体粉末と前記各金属製テープを
圧縮加工機又は引張り加工機により、前記シース管の外
周面並びに内周面に対して互いに接近する方向に圧縮荷
重又は引張り荷重を与えて一体化する第３の工程と、該
第３の工程で得られた一体化した管体に対して該圧縮加
工機又は引張り加工機により圧縮荷重又は引張り荷重を
与えると共に、熱処理を繰り返しを行い、前記各金属製
テープに管軸方向に結晶を成長させる第４の工程からな
る酸化物超電導線の製造方法である。

【０００８】本発明によれば、芯棒となる材料があり、
それが圧縮加工工程又は引張り加工工程時の圧力は、挿
入したテープ面上の酸化物超電導体に伝わり易く、この
結果、テープ面上に酸化物超電導体の結晶が一定方向に
成長し易く、これにより臨界電流が長手方向に流れる酸
化物超電導線及びその製造方法を提供することができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について図面を参照して説明する。

【００１０】図１は、本発明に係る酸化物超電導線及び
その製造方法の第１の実施形態を説明するための図であ
る。具体的には、図１（ａ）は、酸化物超電導線に対し
て圧縮加工工程又は引張り加工工程を施さず、かつ熱処
理前の状態を説明するための概略断面図であり、図１
（ｂ）は酸化物超電導線に対して圧縮加工工程又は引張
り加工工程を施し、かつこの工程後に熱処理した状態を
説明するための概略断面図である。

【００１１】ニッケルからなる円筒状のシース管２内の
中心位置に、該シース管２より硬度を有する、すなわ
ち、該シース管より更に硬い酸化ニッケルからなる円柱
状の芯棒７を挿入し、シース管２内であって芯棒７との
空間内に、酸化ニッケルからなる一枚以上（ここでは４
枚）の金属製テープ５を挿入した後、該シース管２内で
芯棒７と金属製テープ５との空間内に、最終的には円筒
状のビスマス系酸化物超電導層を構成するビスマス系酸
化物超電導粉末（Ｂｉ─２２１３の仮焼粉末）４を充填
する。

【００１２】この後、シース管２にシース管外側雰囲気
と、酸化物超電導粉末４とが連通するように複数の穴６
を形成する。但し、この穴６には、予め酸化物超電導粉
末４が出てこないように、しかも内部の酸化物超電導粉
末４に対して酸素が供給できるように銀で栓をする。

【００１３】このように各穴６の栓として銀を用いてい
るのは、酸化物超電導粉末４に酸素を供給しなければな
らないにもかかわらず、シース管２がニッケルで構成さ
れているだけでは酸素透過がまったく行われないからで
ある。

【００１４】このようにした状態でシース管２と酸化物
超電導体粉末４と各金属製テープ５を圧縮加工機又は引
張り加工機（例えば、スウェージングマシン）により、
シース管２の外周面並びに内周面に対して互いに接近す
る方向に圧縮荷重又は引張り荷重を与えて一体化する
（いわゆる、伸線処理を行う）。そして、該工程で一体
化した管体に対して該圧縮加工機又は引張り加工機によ
り圧縮荷重又は引張り荷重を与えると共に、熱処理を繰
り返しを行う。

【００１５】このようにすることにより、各金属製テー
プ５上の管軸方向に結晶１を成長（つまり結晶の層が増
える）させることができる。また、芯棒７としてシース
管２より硬度を有する、すなわち、さらに硬い材料で構
成したことにより、圧縮加工又は引張り加工する場合金
属製テープ５が波打ちすることなく、金属製テープ５の
長手方向に結晶が揃う。逆に言えば、芯棒７がシース管
２より軟らかい材料で構成すると、圧縮加工又は引張り
加工する場合金属製テープ５が波打ちすることがあり、
金属製テープ５の長手方向に結晶が揃わなくなる。な
お、金属製テープ５は圧縮加工又は引張り加工する場
合、これに伴う圧力の伝達がテープ表面に均等になるよ
うに芯棒７の円周方向に配設されている。

【００１６】圧縮加工機又は引張り加工機の一例とし
て、図２に示すようにスウェージングマシン１０を用い
る。この場合、スウェージングマシン１０は、図１
（ａ）の圧縮荷重を図１の超電導体に加える複数段から
なる圧縮荷重印加部８と、最後の圧縮荷重印加部８から
超電導体を引抜くダイス部９とからなり、各圧縮荷重印
加部８に超電導体を通過させることにより、順次その直
径を小さくしてゆく。このようなスウェージングマシン
１０で加工した後、所定の熱処理を施し、これらの繰返
しで酸化物超電導線を得る様にしたものである。

【００１７】このような製造方法によってできた酸化物
超電導線は、金属製テープ５の管軸方向に夫々結晶成長
した部分が存在することから、この部分において臨界電
流が管軸方向に流れるため、長い超電導線の製造に適し
ている。

【００１８】また、シース管２内に複数の金属製テープ
５を挿入したことにより、シース管２と金属製テープ５
の間に存在する酸化物超電導層４は、スウェージングマ
シン１０により圧縮荷重又は引張り荷重が伝わり易く、
金属製テープ５の管軸方向（長手方向）に結晶の整列
（結晶が長手方向に並ぶこと）がし易い。

【００１９】更に、引抜き加工時に応力が伝わりにく
く、金属製テープ５面から２０〜３０ミクロン離れたと
ころの酸化物超電導物質はランダムな方向のみしか結晶
が成長しないために、高抵抗層になり交流電流損失の低
減につながる。

【００２０】ここで、以上述べた第１の実施形態の製造
方法の具体例について説明する。

【００２１】８００℃で３５時間大気中で酸化したＮｉ
（ニッケル）管からなるシース管２（直径１０ｍｍ、長
さ３００ｍｍ）の中心部に、同じく酸化した直径８ｍ
ｍ、長さ３５０ｍｍのＮｉ棒７を挿入し、図示しない治
具を用いて中心に位置させＮｉ芯棒７とする。シース管
２内部と芯棒７との間には、幅４ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ
の同じく酸化した酸化Ｎｉテープを挿入する。最後に、
Ｂｉ（ビスマス）系酸化物超電導体（Ｂｉ─２２１３）
の仮焼粉末を充填する。

【００２２】そして、図２に示すスウェージングマシン
１０により一体化したところで、スェージングマシンに
より減面加工を繰り返し、直径２ｍｍにした。その後、
図１（ｂ）に示すようにその線表面から線の肉厚に相当
する部分に０．３ｍｍの穴６を３０ｍｍから５０ｍｍ間
隔で穿けた後、該各穴を銀で埋めて酸素供給口とした。

【００２３】このような方法で製造された酸化物超電導
線（試料）を観察すると、充填した酸化物超電導体はマ
トリックス状態になっている。間隙に挿入した酸化Ｎｉ
テープは、円周に沿って円弧を描くように円周状に配置
されており、テープ面上に約１５ミクロンの幅で長手方
向に結晶が成長していた。この線の臨界電流を液体窒素
中で測定してみると、６０．４Ａであった。この線と、
比較のために間隙にテープを挿入していない線について
臨界電流を測定したところ、２０．５Ａだった。従っ
て、本実施形態の有効性が確認できた。

【００２４】図３は、本発明に係る酸化物超電導線及び
その製造方法の第２の実施形態を説明するための図であ
る。具体的には、図３（ａ）は、酸化物超電導線に対し
て圧縮加工工程又は引張り加工工程を施さず、かつ熱処
理前の状態を説明するための概略断面図であり、図３
（ｂ）は酸化物超電導線に対して圧縮加工工程又は引張
り加工工程を施し、かつこの工程後に熱処理した状態を
説明するための概略断面図である。

【００２５】この実施形態の場合の酸化物超電導線は、
銀（Ａｇ）からなる円筒状のシース管１２内の中心に、
ニッケルからなる円柱状の芯棒１７に配設し、シース管
１２内であって芯棒１７との空間内に銀からなる一枚以
上（ここでは４枚）の金属製テープ１５を収納し、該シ
ース管１２内で芯棒１７と金属製テープ１５との空間内
に、最終的には円筒状のビスマス系酸化物超電導層を構
成するビスマス系酸化物超電導粉末（Ｂｉ─２２１３の
仮焼粉末）１４を充填する。

【００２６】このようにした状態でシース管１２と酸化
物超電導体粉末１４と各金属製テープ５を、図２に示す
スウェージングマシン１０により、シース管２の外周面
並びに内周面に対して互いに接近する方向に圧縮荷重を
与えて一体化する（伸線処理を行う）。そして、該工程
で一体化した管体に対してスウェージングマシン１０に
より圧縮荷重を与えると共に、熱処理を繰り返しを行
う。このようにすることにより、各金属製テープ１５に
おいて管軸方向に結晶１１を成長させることができる。

【００２７】この場合、シース管１２は酸素を透過する
機能を有する銀で形成されているので、前述の実施形態
のように、酸化物超電導粉末に酸素を供給するための複
数の穴６を形成する必要はない。

【００２８】ここで、以上述べた第２の実施形態の製造
方法の具体例について説明する。

【００２９】Ａｇ（銀）管（直径１２ｍｍ、内径１０ｍ
ｍ、長さ３００ｍｍ）からなるシース管１２の中心部に
直径８ｍｍ、長さ３５０ｍｍのＮｉ棒を挿入し、これを
図示しない治具を用いて中心に位置させ芯棒１７とす
る。シース管１２内部と芯棒１７との間隙には、幅４ｍ
ｍ、厚さ０．５ｍｍの銀テープからなる金属製テープ１
５を円周上に沿って挿入する。最後に、間隙部分にＢｉ
（ビスマス）系酸化物超電導体（Ｂｉ─２２２３）の仮
焼粉末を充填する。Ａｇは酸素を透過するための材料と
して有効である。Ｎｉ、非磁性Ｎｉ合金では管内側の長
手方向に沿って酸化物超電導体が結晶成長し易いため用
いる。

【００３０】そして、スウェージングマシン１０により
一体化したところで、再びスウェージングマシン１０に
より減面加工を繰り返し、直径２ｍｍにした。これを大
気中で８４０℃で５０時間熱処理し、さらに減面加工を
繰り返し、１．５４ｍｍの直径にした。２回目の熱処理
として大気中で８４０℃で５０時間熱処理を行った。

【００３１】このような方法で製造された酸化物超電導
線（試料）の断面を観察すると、間隙に挿入した銀テー
プは、円周に沿って円弧を描くように円周状に配置され
ており、テープ面上に約１１ミクロンの幅で長手方向に
結晶が成長していた。この線の臨界電流を液体窒素中で
測定してみると、６７Ａであった。この線と、比較のた
めに間隙にテープを挿入していない線について臨界電流
を測定したところ、２３．５Ａだった。従って、本実施
形態の有効性が確認できた。

【００３２】前述の実施形態で用いた結晶を整列（結晶
を成長）させるためのスウェージングマシン１０は、こ
れ以外の圧縮加工機（材料が主に圧縮荷重を受ける加工
を行う機械）であってもよく、更には圧縮加工機以外の
引抜き加工機などの引張り加工機（材料が主に引張り荷
重を受ける加工を行う機械）であってもよい。

【００３３】又、前述の実施形態において、シース管
２，１２は、銀、ニッケル以外に、非磁性ニッケル合
金、ステンレスの中から選択された一つの材料からなる
ものであってもよい。この場合のステンレスは、補強材
の役目を果たす。

【００３４】さらに、芯棒７，１７は、酸化ニッケル、
ニッケル以外に、シース管２，１２より硬い材料例えば
チタンであってもよい。このように芯棒７，１７は、シ
ース管２，１２より高強度で軽量なチタン金属で構成す
れば、酸化物超電導線の重量は従来の酸化Ｎｉシース
線、銀シース線と比べ軽量化と高強度化が図れる。

【００３５】また、金属製テープの材料として、酸化物
超電導体の結晶が成長し易い材料である銀、ニッケル以
外に、チタンで構成してもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、芯棒となる材料があ
り、それが圧縮加工工程又は引張り加工工程時の圧力
は、挿入したテープ面上の酸化物超電導体に伝わり易
く、この結果、テープ面上に酸化物超電導体の結晶が一
定方向に成長し易く、これにより臨界電流が長手方向に
流れる酸化物超電導線及びその製造方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸化物超電導線及びその製造方法の第
１の実施形態を説明するための図。

【図２】図１の実施形態の製造方法に使用するスェージ
ングマシンを説明するための図。

【図３】本発明の酸化物超電導線及びその製造方法の第
２の実施形態を説明するための図。

【符号の説明】

１…結晶 ２…シース管 ４…ビスマス系酸化物超電導粉末 ５…金属製テープ ６…穴 ７…芯棒 ８…圧縮荷重印加部 ９…ダイス部 １０…スウェージングマシン １１…結晶 １２…シース管 １４…ビスマス系酸化物超電導粉末 １５…金属製テープ １７…芯棒

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G321 AA01 BA01 CA03 CA04 CA19 CA30 CA52 DA01 DA02 DA03 DB44

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銀、ニッケル、非磁性ニッケル合金、ス
   テンレスの中から選択された一つの材料からなる円筒状
   のシース管と、 該シース管内の中心に挿入され該シース管よりも硬度を
   有する材料からなる円柱状の芯棒と、 該シース管内であって該芯棒の外周側に配設された円筒
   状のビスマス系酸化物超電導層と、 該ビスマス系酸化物超電導層内に埋設され、管軸方向に
   結晶が成長した状態の銀、ニッケル、チタンの中から選
   択された一つの材料からなる一枚以上の金属製テープか
   らなる酸化物超電導線。
2. 【請求項２】 銀、ニッケル、非磁性ニッケル合金、ス
   テンレスの中から選択された一つの材料からなる円筒状
   のシース管内に、該シース管中心に該シース管よりも硬
   度を有する材料からなる円柱状の芯棒を挿入する第１の
   工程と、 該シース管内であって該芯棒との空間に配設され、銀、
   ニッケル、チタンの中から選択された一つの材料からな
   る一枚以上の金属製テープを挿入した後、該シース管と
   該芯棒と該金属製テープとの空間内にビスマス系酸化物
   超電導粉末を充填する第２の工程と、 前記シース管と前記酸化物超電導体粉末と前記各金属製
   テープを圧縮加工機又は引張り加工機により、前記シー
   ス管の外周面並びに内周面に対して互いに接近する方向
   に圧縮荷重又は引張り荷重を与えて一体化する第３の工
   程と、 該第３の工程で得られた一体化した管体に対して該圧縮
   加工機又は引張り加工機により圧縮荷重又は引張り荷重
   を与えると共に、熱処理を繰り返しを行い、前記各金属
   製テープに管軸方向に結晶を成長させる第４の工程から
   なる酸化物超電導線の製造方法。