JP2006237010A - 酸化物高温超電導線材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導線の外周部に位置する金属が超電導体内へ拡散せずに臨界電流密度の低下を抑制できる酸化物高温超電導線材を提供する。
【解決手段】酸化物高温超電導線材は、酸化物高温超電導体１と、酸化物高温超電導体１を被覆し、銀を含む材料からなるシース体２と、シース体２を被覆する耐熱性酸化物セラミックス材料３と、高温酸化性雰囲気中で耐熱性酸化物セラミックス材料３に対して不活性な被覆体４とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、酸化物高温超電導線材およびその製造方法に関し、特に、電力、輸送、高エネルギ、医療などの分野で用いられる酸化物高温超電導線材とその製造方法に関するものである。

近年、酸化物の焼結体が高い臨界温度で超電導性を示すことが報告され、この超電導体を利用して超電導技術の実用化が促進されている。イットリウム系の酸化物は９０Ｋで、ビスマス系の酸化物は１１０Ｋで超電導現象を示すことが報告されている。これらの酸化物超電導体は、比較的安価で入手できる液体窒素中で超電導特性を示すため、実用化が期待されている。

このような超電導体にたとえば電力供給用の交流電流を流すためには、超電導体を銀シースで被覆し、その銀シースを絶縁体（高抵抗体）で被覆し、その絶縁体をさらに金属で被覆したような超電導線材が用いられる。

超電導線材を銀シースで被覆するのは伸線加工などを施した際に超電導体の結晶構造が崩れるのを防ぐためである。銀シースを絶縁体で被覆するのは、交流損失を低下させるためである。絶縁体を金属で被覆するのは、超電導線材に必要とされる可撓性を得るためである。

このような構造の超電導線材は、たとえば、国際公開公報ＷＯ９６／２８８５３号（特許文献１）や特開平１０−５０１５２号公報（特許文献２）に記載されている。

国際公開公報ＷＯ９６／２８８５３号に記載された方法では、超電導体の周囲を銀などで取囲み、さらにその周囲を金属で取囲み、その金属を酸化させることにより銀と金属との間に金属酸化物からなる絶縁体を形成している。

また、特開平１０−５０１５２号公報に記載された方法では、超電導体を銀で取囲み、その周囲を抵抗性合金（高抵抗体）で取囲み、その抵抗性合金を酸化させることにより銀と抵抗性合金の間に絶縁性酸化物を形成している。
国際公開公報ＷＯ９６／２８８５３号 特開平１０−５０１５２号公報

しかしながら、上述の２つの公報に記載された技術では、ともに、絶縁性の酸化物を形成する際には金属を酸化するため、この酸化の際に金属が超電導体へ拡散し、超電導体の結晶構造が変化する。そのため、超電導線の臨界電流密度が低下するという問題があった。

そこで、この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、超電導線の外周部に位置する金属が超電導体内に拡散せず臨界電流密度の低下を抑制できる酸化物高温超電導線材とその製造方法を提供することである。

酸化物高温超電導線材は、酸化物高温超電導体と、酸化物高温超電導体を被覆し、銀を含む材料からなるシース体と、シース体を被覆し、耐熱性酸化物セラミックス粉末を原料とする高抵抗体と、高温酸化性雰囲気中で高抵抗体に対して不活性な材料からなり、高抵抗体を被覆する被覆体とを備え、シース体は複数本存在し、複数本のシース体のそれぞれの間には高抵抗体が介在しており、酸化物高温超電導体、シース体および高抵抗体を被覆体に嵌合させて少なくとも一回塑性加工を施すことで得られる。

好ましくは、塑性加工は伸線加工である。
好ましくは、シース体を構成する材料は、Ａｇ、Ａｇ−Ａｕ合金およびＡｇ−Ｓｂ合金からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む。

上記の酸化物高温超電導線材の製造方法であって、耐熱性酸化物セラミックス粉末の平均粒径が１０μｍ以下である。

耐熱性酸化物セラミックス粉末の平均粒径が１μｍ以下である。

この発明に従えば、超電導線の外周部に位置する金属が超電導体内に拡散せず、臨界電流密度の低下を防止できる酸化物高温超電導材を提供できる。

以下、実施例について述べる。

Ｂｉ₂Ｏ₃と、ＰｂＯと、ＳｒＣＯ₃と、ＣａＣＯ₃と、ＣｕＯとを混合して、組成比（原子比）がＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：０．４：２．０：２．０：３．０の粉末を得た。得られた粉末を温度７００℃で１２時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８００℃で８時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８５０℃で４時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。

粉砕により得られた粉末を温度８００℃で２時間加熱処理して脱気した後、外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの第１のパイプとしての銀パイプに粉末を充填した。粉末を充填した銀パイプを外径が２０ｍｍφとなるように伸線加工した。表１で示す高抵抗体としての平均粒径１μｍのセラミックス粉末とともに外径２３ｍｍφ、内径２２ｍｍφの第２のパイプとしての銀パイプに伸線加工後の線材を充填し、銀パイプの外径が１．４４ｍｍφとなるまで伸線加工を施し線材を得た。得られた線材を切断して線材の本数を６１本にし、この６１本の線材を束ねて外径１４ｍｍφ、内径１３ｍｍφの第３のパイプとしての銀パイプに嵌合し、外径が１．２５ｍｍφとなるまで伸線加工を施した。得られた線材の厚さが０．２５ｍｍとなるように圧延加工を施しテープ状の線材を得た。この線材に温度８４５℃で５０時間熱処理を施した後室温まで冷却し、次いで厚さが０．２２ｍｍとなるように圧延加工を施した後に温度８４０℃で５０時間熱処理して酸化物高温超電導線材を得た。

得られた酸化物高温超電導線材について、線材中のセラミックス粉末を除去して液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。得られた測定結果を表１に示す。

表１より、酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどを高抵抗体として用いれば臨界電流密度が特に高くなることがわかる。また、サンプル１とサンプル７について交流損失を測定したところ、サンプル７についての交流損失はサンプル１についての交流損失の１／１０以下であった。

図１は、サンプル７の断面を模式的に示す図である。
図１を参照して、銀からなるシース体２がビスマス系の酸化物高温超電導体１を被覆していた。耐熱性酸化物セラミックス３（Ａｌ₂Ｏ₃）がシース体２を被覆していた。銀からなる被覆体４が耐熱性酸化物セラミックス３を被覆していた。

実施例１では、第１のパイプとして外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの銀パイプを用いたが、実施例２では、第１のパイプとして外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの表２で示す組成の銀合金パイプを用いた。また、実施例１では、高抵抗体をさまざまに変化させたが、実施例２では、高抵抗体は平均粒径が０．８μｍの酸化アルミニウムとした。その他の工程についてすべて実施例１と同様にした。

このようにして得られた酸化物高温超電導線材について実施例１と同様にして臨界電流密度を測定した。得られた結果を表２に示す。

表２中Ａｇ−１０ａｔ％Ｍｇとは、マグネシウム原子の個数の割合が全体の１０％であることを示す。表２よりサンプル２２では、マグネシウムの添加量が多いために臨界電流密度が低下していることがわかる。

実施例３では、セラミックス粒子として平均粒径１．２μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用い、さらに、第２と第３のパイプの材質をさまざまに変化させて超電導線材の臨界電流密度を測定した。

すなわち、まず実施例１と同様の組成のＢｉ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ₃、ＣａＣＯ₃、ＣｕＯの混合粉末を作製した。この混合粉末を実施例１と同様の第１のパイプとしての銀パイプに充填し、銀パイプの外径が２０ｍｍφになるまで伸線加工を施した。伸線加工後の銀パイプと平均粒径１．２μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末とを表３で示す組成の外径２３ｍｍφ、内径２２ｍｍφの第２のパイプに充填し、パイプの外径が１．４４ｍｍφとなるまで伸線加工を施し線材を得た。得られた線材を切断して線材の本数を６１本とし、これら６１本の線材を束ねて外径が１４ｍｍφ、内径１３ｍｍφで表３で示す組成の第３のパイプとしてのパイプに嵌合し、パイプの外径が１．２５ｍｍφとなるまで伸線加工を施した。その後、実施例１と同様の熱処理や圧延加工を施し超電導線材を作製し、この超電導線材の臨界電流密度を実施例１と同様の方法により測定した。得られた結果を表３に示す。

表３中、サンプル４５の「インコネル６００」は、組成が原子比でＮｉ：Ｆｅ：Ｃｒ：Ｃｕ＝０．７５８：０．０８：０．１６：０．００２の合金を示し、サンプル４６の「インコロイ」は、組成が原子比でＮｉ：Ｆｅ：Ｃｒ＝０．３４：０．４６：０．２の合金を示す。表３より、サンプル３２と３３の臨界電流密度が低下していることがわかる。

実施例４では、実施例１で示すセラミックス粉末に導電性金属粉末を添加してサンプルを作製した。

すなわち、実施例１で第２のパイプにセラミックス粉末を充填する工程において表４中のセラミックス粉末と導電性金属粉末とを混合した粉末を充填し、その後、実施例１と同様の手法により超電導線材を製造してサンプル５１〜５６を得た。サンプル５３〜サンプル５６では、銀や金などの導電性金属粉末を添加したことにより、線材の表面と中心部の超電導フィラメント部とで導電性が得られた。そのため、耐熱性酸化物セラミックスとしてのセラミックス粉末を除去せずに液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。サンプル５１および５２については、セラミックス粉末を除去して液体窒素中で直流４端子法により臨界電流密度を測定した。その結果を表４に示す。

表４より、導電性金属粉末を添加した場合でも臨界電流密度が低下しないことがわかる。

図２は、サンプル５３の断面を模式的に示す図である。
図２を参照して、銀からなるシース体７がビスマス系の酸化物高温超電導体６を被覆していた。耐熱性酸化物セラミックス８（Ａｌ₂Ｏ₃）と導電性金属粉末９がシース体７を被覆していた。銀からなる被覆体１０が耐熱性酸化物セラミックス８と導電性金属粉末９とを被覆していた。

実施例５では、実施例１で用いたアルミナの表面に金または銀を蒸着させた粉末を用意し、この粉末を第２のパイプに充填した。

すなわち、実施例５では、実施例１中の第２のパイプにセラミックス粉末を充填する工程において、表５で示すように、蒸着金属材料を有さない酸化アルミニウムまたは蒸着金属材料が蒸着された酸化アルミニウムの粉末を充填した。その後、実施例１と同様の工程に従いサンプル６１〜６３で示す超電導線材を得た。

得られたサンプル６２および６３については実施例４で得られたサンプルと同様に超電導線材の表面と中心部の超電導フィラメント部とで導電性が得られたのでセラミックス粉末を除去せずに液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。また、サンプル６１については、セラミックス粉末を除去して液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。得られた結果を表５に示す。

表５より、蒸着金属材料を用いても臨界電流密度がほとんど低下しないことがわかる。

Ｂｉ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ₃、ＣａＣＯ₃、ＣｕＯを混合して組成比（原子比）がＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：０．４：２．０：２．０：３．０の粉末を得た。得られた粉末を温度７００℃で１２時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕した後の粉末を温度８００℃で８時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕した粉末を温度８５０℃で４時間熱処理した後ボールミルで粉砕した。

粉砕して得られた粉末を温度８００℃で２時間加熱処理して脱気した。この粉末を外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの第１のパイプとしての銀パイプに充填し、粉末を充填した銀パイプを外径が１．３０ｍｍφとなるように伸線加工した。伸線加工により得られた線材を切断して線材の本数を６１本とした。

平均粒径が０．８μｍで表６で示す組成の高抵抗体としてのセラミックス粉末を用いて外径が１２．９ｍｍφの円柱状の圧粉体を作製し、その圧粉体に内径が１．３０ｍｍφの孔を６１個あけた。この孔のそれぞれに上述の工程で得られた６１本の線材を挿入した。線材が挿入された圧粉体を外径が１４ｍｍφ、内径が１３ｍｍφの第２のパイプとしての銀パイプに挿入し、銀パイプの外径が１．２５ｍｍφとなるまで伸線加工を施した。さらに、銀パイプの厚さが０．２５ｍｍとなるまで圧延加工を施しテープ状の線材を得た。

このテープ状の線材を温度８４５℃で５０時間熱処理した後室温まで冷却しテープ状の線材の厚さが０．２２ｍｍとなるように圧延加工を施した後に温度８４０℃で５０時間熱処理して酸化物高温超電導線材を得た。

得られた線材について、線材内のセラミックス粉末を除去して液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。得られた結果を表６に示す。

表６より、酸化物セラミックスを用いていない場合には、臨界電流密度が低下していることがわかる。

図３は、サンプル７７の断面を模式的に示す図である。
図３を参照して、サンプル７７では、ビスマス系の酸化物高温超電導体１をシース体１２が被覆していた。高抵抗体としての耐熱性酸化物セラミックス１３（Ａｌ₂Ｏ₃）がシース体１２を被覆していた。銀からなる被覆体１４が耐熱性酸化物セラミックス１３を被覆していた。

Ｂｉ₂Ｏ₃と、ＰｂＯと、ＳｒＣＯ₃と、ＣａＣＯ₃とＣｕＯを混合して組成比（原子比）がＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：０．４：２．０：２．０：３．０の粉末を得た。得られた粉末を温度７００℃で１２時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８００℃で８時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８５０℃で４時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。

粉砕により得られた粉末を温度８００℃で２時間加熱処理して脱気した後に粉末を外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの第１のパイプとしての銀パイプに充填した。粉末を充填した銀パイプを外径が１．３０ｍｍφとなるように伸線加工した。伸線加工を施した線材を切断して線材の本数を６１本とした。

平均粒径が０．５μｍで表７に示す組成の高抵抗体としてのセラミックス粉末を厚さが０．１ｍｍの銀からなる板の一方の面の上に塗布し、セラミックス粉末と銀からなる板状体を作製した。この板状体を上述の６１本のそれぞれの線材に巻付けて、板状体が巻付けられた６１本の線材を束ねて外径が１４ｍｍφ、内径が１３ｍｍφの第２のパイプとしての銀パイプ内に嵌合し、この銀パイプの外径が１．２５ｍｍφとなるように伸線加工を施した。さらに、伸線加工後の銀パイプの厚さが０．２５ｍｍとなるように圧延加工を施しテープ状の線材を得た。このテープ状の線材を温度８４５℃で５０時間熱処理した後、室温まで冷却し、厚さが０．２２ｍｍとなるように圧延加工を施した。その後、温度８４０℃で５０時間熱処理してサンプル９１〜１０３で示す超電導線材を得た。

得られたサンプル９２〜１０３については、線材中のセラミックス粉末を除去して液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。サンプル９１については、得られた線材の状態のままで液体窒素中で臨界電流密度を４端子法により測定した。得られた結果を表７に示す。

表７よりセラミックス粉末が酸化物以外のサンプルについては臨界電流密度が低下していることがわかる。

また、サンプル９１とサンプル９７について交流損失を調べたところ、サンプル９７の交流損失はサンプル９１の交流損失の１／１０以下であった。

図４はサンプル９７の断面を模式的に示す図である。図４を参照して、ビスマス系の酸化物高温超電導体２１をシース体２２が被覆していた。シース体２２を板状体が被覆していた。板状体のセラミックス部分２３の端部２３ａおよび２３ｂは互いに接触していなかった。銀からなる被覆体２４が板状体を覆っていた。

Ｂｉ₂Ｏ₃と、ＰｂＯと、ＳｒＣＯ₃と、ＣａＣＯ₃とＣｕＯを混合して組成比（原子比）がＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：０．４：２．０：２．０：３．０の粉末を得た。得られた粉末を温度７００℃で１２時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８００℃で８時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８５０℃で４時間熱処理した後ボールミルで粉砕した。

粉砕により得られた粉末を温度８００℃で２時間加熱処理して脱気した後に、粉末を外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの第１のパイプとしての銀パイプに充填した。粉末を充填した銀パイプを外径が２０ｍｍφとなるように伸線加工をした後に平均粒径が０．５μｍの高抵抗体としての酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末とともに外径２３ｍｍφ、内径２２ｍｍφの銀パイプに充填し、銀パイプの外径が１．４４ｍｍφとなるように伸線加工して線材を得た。

得られた線材を切断して線材の本数を６１本とし、この６１本の線材を束ねて外径が１４ｍｍφ、内径が１３ｍｍφの銀パイプに嵌合し、銀パイプの外径が１．２５ｍｍφとなるように伸線加工を施して線材を得た。

さらに、この線材に、ツイストピッチ１０ｍｍでツイスト加工を施し、厚さ０．２５ｍｍとなるように圧延加工を施しテープ状の線材を得た。このテープ状の線材を温度８４５℃で５０時間熱処理した後室温まで冷却し厚さが０．２２ｍｍとなるように圧延加工を施した。圧延加工後に温度８４０℃で５０時間熱処理をして酸化物高温超電導線材を得た。

得られた線材について酸化アルミニウムを除去して液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。また、従来のように、酸化物超電導体が銀のみによって覆われている銀シース線材についても液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。その結果、銀シース線材の臨界電流密度は３３０００Ａ／ｃｍ²であり、本発明による線材の臨界電流密度は３２５００Ａ／ｃｍ²であり、両者の差は認められなかった。また、上述の工程で得られた線材の交流損失を液体窒素中で測定した。さらに、銀シース線材の交流損失を液体窒素中で測定した。その結果、本発明の線材の交流損失は銀シース線材の交流損失の１／１０であった。

Ｂｉ₂Ｏ₃と、ＰｂＯと、ＳｒＣＯ₃と、ＣａＣＯ₃と、ＣｕＯとを混合して組成比（原子比）がＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：０．４：２．０：２．０：３．０の粉末を得た。得られた粉末を温度７００℃で１２時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８００℃で８時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８５０℃で４時間熱処理した後にボールミルで粉砕した。

粉砕により得られた粉末を温度８００℃で２時間加熱処理して脱気した後、粉末を外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの第１のパイプとしての銀パイプに充填した。粉末を充填した銀パイプを外径が２０ｍｍφとなるように伸線加工した後に平均粒径が０．５μｍの高抵抗体としての酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末とともに外径２３ｍｍ、内径２２ｍｍの銀パイプに充填し、銀パイプの外径が０．４４ｍｍφとなるまで伸線加工を施した。

伸線加工により得られた線材を切断して線材の本数を６１本とし、６１本の線材を束ねて外径が１４ｍｍφ、内径が１３ｍｍφの銀パイプに嵌合し、銀パイプの外径が１．２５ｍｍφとなるように伸線加工を施した。同様の工程を経て、外径が１．２５ｍｍφの線材を６本準備した。６本の線材を束ねて撚りピッチ７０ｍｍで撚線加工を施し、この撚線の厚さを０．５ｍｍとなるように圧延加工を施しテープ状の線材を得た。

この線材を温度８４５℃で５０時間熱処理した後に室温まで冷却し、テープ状の線材の厚が０．４５ｍｍとなるように圧延加工を施した後に温度８４０℃で５０時間熱処理して酸化物高温超電導線材を得た。

得られた線材について、酸化マグネシウムを除去した後に液体窒素中で臨界電流密度を直流４端子法により測定した。また、従来の銀シース線材を用意し、この銀シース線材の臨界電流密度を液体窒素中で直流４端子法により測定した。その結果、銀シース線材の臨界電流密度は３５０００Ａ／ｃｍ²であり、本発明による線材の臨界電流密度は３４５００Ａ／ｃｍ²と両者に差は認められなかった。

また、本発明による線材の交流損失を液体窒素中で測定した。また、従来の銀シース線材の交流損失を液体窒素中で測定した。その結果、本発明による線材の交流損失は銀シース線材の交流損失の１／５であった。

Ｂｉ₂Ｏ₃と、ＰｂＯと、ＳｒＣＯ₃と、ＣａＣＯ₃と、ＣｕＯとを混合して組成比（原子比）がＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：０．４：２．０：２．０：３．０の粉末を得た。得られた粉末を温度７００℃で１２時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８００℃で８時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。粉砕後の粉末を温度８５０℃で４時間熱処理した後、ボールミルで粉砕した。

粉砕により得られた粉末を温度８００℃で２時間熱処理して脱気した後に外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの第１のパイプとしてのＡｇ−１０ａｔ％Ａｕ合金パイプに充填し、粉末を充填したパイプを外径が１．３０ｍｍφとなるように伸線加工して線材を得た。得られた線材を切断して線材の本数を６１本とした。

平均粒径が０．８μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末を用いて外径が１２．９ｍｍφの円柱状の圧粉体を作製し、その圧粉体の内側に内径が１．３０ｍｍφの孔を６１個あけた。この孔に上述の工程で作製した６１本の線材のそれぞれを挿入し、線材が挿入された圧粉体を外径１４ｍｍφ、内径１３ｍｍφの第２のパイプとしてのＡｇ−１０ａｔ％Ａｕ合金パイプに挿入し、合金パイプの外径が１．２５ｍｍφとなるように伸線加工を施し線材を得た。

さらに、線材の厚さが０．２５ｍｍとなるまで圧延加工を施してテープ状の線材を得た。このテープ状の線材を温度８４５℃で５０時間熱処理した後に室温まで冷却し、次いで、厚さが０．２２ｍｍとなるように圧延加工を施しテープ状の線材を得た。得られたテープ状の線材を１０枚重ねて温度８４０℃で５０時間熱処理して酸化物高温超電導線材リードを得た。

得られたリードについて温度４．２Ｋ〜７７．３Ｋまでの熱侵入量の測定を行なった。また、同じ条件で、従来の銀シース線材について熱侵入量を測定した。従来の銀シース線材による電流リードでは５００Ａで熱侵入量は０．２８Ｗ／ｋＡであったが、本発明のよるリードでは、５００Ａで熱侵入量は０．０５Ｗ／ｋＡであり、熱侵入量を従来の１／５以下に低減できた。

この発明の１つの局面に従った酸化物高温超電導線材は、酸化物高温超電導体と、シース体と、高抵抗体と、被覆体とを備える。シース体は、酸化物高温超電導体を被覆し、銀を含む材料からなる。高抵抗体は、シース体を被覆し、耐熱性酸化物セラミックスを含む材料からなる。被覆体は、高温酸化性雰囲気中で高抵抗体に対して不活性な材料からなり、高抵抗体を被覆する。

このように構成された酸化物高温超電導線材においては、高温酸化性雰囲気において高抵抗体と被覆体が不活性であるため、すなわち、高抵抗体と被覆体とが反応しにくいため、熱処理時に被覆体を構成する材料が酸化物高温超電導体へ拡散するのを防止することができる。そのため、酸化物高温超電導体の結晶構造が変化せず、臨界電流密度の低下を抑制することができる。

シース体は複数本存在し、複数本のシース体のそれぞれの間には高抵抗体が介在していることが好ましい。この場合、交流電流を流した場合にさらに交流損失を低下させることができる。

酸化物高温超電導体はフィラメント状であることが好ましい。
耐熱性酸化物セラミックスは、温度８００℃以上の酸化性雰囲気中で安定なセラミックス材料であることが好ましい。

耐熱性酸化物セラミックスは、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ₃Ｏ₄、ＳｉＯ₂、Ｂｉ₂Ｓｒ₂ＣｕＯ_Xおよび（Ｓｒ，Ｃａ）₂ＣｕＯ₃からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。

被覆体を構成する材料は、銀、銀合金、酸化物分散銀、ステンレス鋼およびニッケル合金からなる群より選ばれ少なくとも１種を含むことが好ましい。ここで、「酸化物分散銀」とは、金属の銀の中に酸化物の粒子が分散したものをいう。

銀合金は、Ａｇ−Ｍｇ合金、Ａｇ−Ｍｎ合金、Ａｇ−Ａｕ合金、Ａｇ−Ｓｂ合金およびＡｇ−Ｐｄ合金からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。

酸化物分散銀は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂Ｏからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む酸化物の粒子を銀の中に分散したものであることが好ましい。ここで、これらの酸化物分散銀については、［Ａｇ−Ａｌ₂Ｏ₃］のように表示し、金属の銀の中にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が均一に分散したものであることを示す。他のものについても同様である。

ステンレス鋼は、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ呼称）またはＳＵＳ３１０（ＪＩＳ呼称）であることが好ましい。

ニッケル合金は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金であることが好ましい。
耐熱性酸化物セラミックスには導電性金属が添加されていることが好ましい。

導電性金属は、銀、銀合金、金および金合金からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。

シース体を構成する材料は、Ａｇ、Ａｇ−Ａｕ合金およびＡｇ−Ｓｂ合金からなる群より選ばれた少なくとも１種を含むことが好ましい。

酸化物高温超電導体は、Ｂｉ（Ｐｂ）−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系高温超電導体であることが好ましい。

上述のような酸化物高温超電導線材は、酸化物高温超電導電流リード線であることが好ましい。

この発明の１つの局面に従った酸化物高温超電導線材の製造方法は、銀を含む材料からなる第１のパイプに、熱処理により酸化物高温超電導体となる原料粉末または酸化物高温超電導体の粉末を充填する工程と、原料粉末または酸化物高温超電導体の粉末を充填した第１のパイプを第２のパイプ内に配置する工程と、第１のパイプの外周面と第２のパイプの内周面との間に耐熱性酸化物セラミックス粉末を充填する工程とを備える。第２のパイプは高温酸化性雰囲気中で耐熱性酸化物セラミックス粉末に対して不活性な材料からなる。酸化物高温超電導線材の製造方法は、耐熱性酸化物セラミックス粉末を充填した第２のパイプに塑性加工と熱処理とを施す工程をさらに備える。

このような工程に従った酸化物高温超電導線材の製造方法においては、第２のパイプは高温酸化性雰囲気中で耐熱性酸化物セラミックスに対して不活性であるため、すなわち反応しにくいため、熱処理中に第２のパイプを構成する材料が耐熱性酸化物セラミックス粉末を介して第１のパイプ内の原料粉末か酸化物高温超電導体の粉末へ拡散することがない。そのため、原料粉末や酸化物高温超電導体の粉末の組成が変化せず、臨界電流密度の低下を抑制することができる。

この発明の別の局面に従った酸化物高温超電導線材の製造方法は、銀を含む材料からなる第１のパイプに、熱処理により酸化物高温超電導体となる原料粉末または酸化物高温超電導体の粉末を充填する工程と、孔を有する圧粉体を耐熱性酸化物セラミックス粉末から作製する工程と、原料粉末または酸化物高温超電導体の粉末が充填された第１のパイプを圧粉体の孔に挿入する工程と、第１のパイプが挿入された圧粉体を第２のパイプ内に配置する工程とを備える。第２のパイプは、高温酸化性雰囲気中で耐熱性酸化物セラミックス粉末に対して不活性な材料からなる。酸化物高温超電導線材の製造方法は、圧粉体が配置された第２のパイプに塑性加工と熱処理とを施す工程をさらに備える。

このような工程に従った酸化物高温超電導線材の製造方法は、第２のパイプは高温酸化性雰囲気中で耐熱性酸化物セラミックス粉末に対して不活性であるため、すなわち反応しにくいため、熱処理中に第２のパイプを構成する材料が耐熱性酸化物セラミックス粉末を介して第１のパイプ内の原料粉末や酸化物高温超電導体の粉末へ拡散することがない。そのため、原料粉末や酸化物高温超電導体の粉末の組成が変化せず、臨界電流密度の低下を抑制することができる。

この発明のさらに別の局面に従った酸化物高温超電導線材の製造方法は、銀を含む材料からなる第１のパイプに、熱処理により酸化物高温超電導体となる原料粉末または酸化物高温超電導体の粉末を充填する工程と、金属板の表面に耐熱性酸化物セラミックス粉末を付着させて板状体を形成する工程とを備える。金属板は、高温酸化性雰囲気中で耐熱性酸化物セラミックス粉末に対して不活性な材料からなる。酸化物高温超電導線材の製造方法は、原料粉末または酸化物高温超電導体の粉末が充填された第１のパイプに板状体を巻付けて第２のパイプ内に配置する工程をさらに備える。第２のパイプは、高温酸化性雰囲気中で耐熱性酸化物セラミックス粉末に対して不活性な材料からなる。酸化物高温超電導線材の製造方法は、板状体が配置された第２のパイプに塑性加工と熱処理とを施す工程をさらに備える。

このような工程に従った酸化物高温超電導線材の製造方法においては、金属板と第２のパイプを構成する材料は、いずれも高温酸化性雰囲気中で耐熱性酸化物セラミックス粉末に対して不活性であるため、すなわち反応しにくいため、金属板を構成する金属や第２のパイプを構成する材料は熱処理時に耐熱性酸化物セラミックス粉末を介して第１のパイプ中の原料粉末や酸化物高温超電導体の粉末へ拡散することがない。その結果、原料粉末や酸化物高温超電導体の粉末の組成が変化せず、臨界電流密度の低下を抑制することができる。

耐熱性酸化物セラミックス粉末の平均粒径が１０μｍ以下であることが好ましく、さらに、平均粒径が１μｍ以下であることが好ましい。

耐熱性酸化物セラミックス粉末の表面に導電性金属が蒸着していることが好ましい。耐熱性酸化物セラミックス粉末には導電性金属粉末が混入していることが好ましい。

第２のパイプに塑性加工と熱処理とを施す工程は、第２のパイプにツイスト加工を施した後に圧縮加工および熱処理を施すことを含むことが好ましい。

第２のパイプに塑性加工と熱処理とを施す工程は、第２のパイプに伸線加工またはツイスト加工を施して複数本の線材を形成し、複数本の線材を束ねて撚線加工を施しさらに圧縮加工と熱処理を施すことを含むことが好ましい。

第１のパイプに原料粉末または酸化物高温超電導体の粉末を充填する工程は、複数の第１のパイプを準備し、複数の第１のパイプのそれぞれに原料粉末または酸化物高温超電導体の粉末を充填することを含むことが好ましい。

今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施例１のサンプル７の断面を模式的に示す図である。 実施例４のサンプル５３の断面を模式的に示す図である。 実施例６のサンプル７７の断面を模式的に示す図である。 実施例７のサンプル９７の断面を模式的に示す図である。

符号の説明

１，６，１１，２１ 酸化物高温超電導体、２，７，１２，２２ シース体、３，８，１３ 耐熱性酸化物セラミックス、４，１０，１４，２４ 被覆体、２３ 板状体のセラミックス部分。

Claims (5)

1. 酸化物高温超電導体と、
   前記酸化物高温超電導体を被覆し、銀を含む材料からなるシース体と、
   前記シース体を被覆し、耐熱性酸化物セラミックス粉末を原料とする高抵抗体と、
   高温酸化性雰囲気中で前記高抵抗体に対して不活性な材料からなり、前記高抵抗体を被覆する被覆体とを備え、
   前記シース体は複数本存在し、複数本の前記シース体のそれぞれの間には前記高抵抗体が介在しており、
   前記酸化物高温超電導体、前記シース体および前記高抵抗体を前記被覆体に嵌合させて少なくとも一回塑性加工を施すことで得られる、酸化物高温超電導線材。
2. 前記塑性加工は伸線加工である、請求項１に記載の酸化物高温超電導線材。
3. 前記シース体を構成する材料は、Ａｇ、Ａｇ−Ａｕ合金およびＡｇ−Ｓｂ合金からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項１または２に記載の酸化物高温超電導線材。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の酸化物高温超電導線材の製造方法であって、前記耐熱性酸化物セラミックス粉末の平均粒径が１０μｍ以下である、酸化物高温超電導線材の製造方法。
5. 前記耐熱性酸化物セラミックス粉末の平均粒径が１μｍ以下である、請求項４に記載の酸化物高温超電導線材の製造方法。

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