JP2009295458A - 酸化物超電導線材の製造方法および酸化物超電導線材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化物超電導材料を主成分とする粉末を熱処理した後、銀または銀合金製の第1のシースに充填し、伸線加工を施して得られる単芯線の複数本を銀または銀合金製の第2のシースに挿入した後、伸線加工を施して多芯線とし、前記多芯線にツイスト加工を施した後、圧延加工を施し、さらに熱処理する酸化物超電導線材の製造方法であって、前記ツイスト加工は、ツイストと軟化とを繰り返して行うツイスト加工であることを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【選択図】図7
Description
酸化物超電導材料を主成分とする粉末を熱処理した後、銀または銀合金製の第1のシースに充填し、伸線加工を施して得られる単芯線の複数本を銀または銀合金製の第2のシースに挿入した後、伸線加工を施して多芯線とし、前記多芯線にツイスト加工を施した後、圧延加工を施し、さらに熱処理する酸化物超電導線材の製造方法であって、
前記ツイスト加工は、ツイストと軟化とを繰り返して行うツイスト加工であることを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法である。
前記ツイスト加工は、ツイスト後に前記第2のシースの硬度を測定し、硬度が所定範囲にあれば軟化を行った後、再度ツイストを行い、前記ツイストと第2のシースの硬度の測定と軟化とを繰り返して行うツイスト加工であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導線材の製造方法である。
前記硬度の所定範囲がビッカース硬度(Hv)で60〜95であることを特徴とする請求項2に記載の酸化物超電導線材の製造方法である。
前記硬度の所定範囲がビッカース硬度(Hv)で60〜75であることを特徴とする請求項2に記載の酸化物超電導線材の製造方法である。
前記軟化は、酸素分圧が5.07×103Pa以下の雰囲気下で行われることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材の製造方法である。
前記酸化物超電導材料がビスマス系酸化物超電導材料であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材の製造方法である。
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材である。
ビスマス系酸化物超電導線材であることを特徴とする請求項7に記載の酸化物超電導線材である。
図1〜図8は、本発明による酸化物超電導線材の製造工程を示す図である。以下、図を参照して、本発明の酸化物超電導線材の製造方法について説明する。
先ず図1、図2を用いて単芯線の作製について説明する。Bi2O3、PbO、SrCO3、CaCO3およびCuOを用いて、Bi:Pb:Sr:Ca:Cu=1.81:0.40:1.98:2.21:3.03の組成比になるように、これらを配合する。配合して得られた原料粉末を、大気中において、750℃で12時間、800℃で8時間、さらに、減圧雰囲気133Pa(1Torr)において、760℃で8時間、の順に熱処理を施す。なお、各熱処理後において、粉砕を行なう。このような熱処理および粉砕を経て得られた粉末を、さらに、ボールミルにより粉砕し、サブミクロンの粉末1を得る。前記粉末1を800℃で2時間熱処理を施した後、図1に示すように外径12mm、内径9mmの銀製の第1のシース2中に充填する。次いで図2に示すように前記粉末1が充填された第1のシース2を、1mmまで伸線加工し、単芯線(素線)3を作製する。
次に図3〜図5を用いて多芯線の作製について説明する。得られた単芯線3の61本を、図3に示すように、外径12mm、内径9mmの銀合金製の第2のシース2’中に挿入する。次に、図4に示すように、この線を直径1.0mmになるまでさらに伸線加工し、図5に示す61芯の多芯線4とする。なお、図面が煩雑になるのを避けるため、図3〜図5においては芯数を実際より少なく記載している。このようにして得られる多芯線4は、銀からなるマトリクス5中に、超電導材料からなるフィラメント6が、61本埋込まれて構成される。
続いて、図6を用いてツイスト加工について説明する。前記伸線加工を施した多芯線4に、図6に示すように丸線の状態においてツイストを施し、ツイストを行った後前記第2のシースのビッカース硬度を測定し、硬度が所定の範囲にあれば中間軟化を行った後再度ツイストを行う。そして、所定のツイストピッチ(ここでいうツイストピッチとは、第2シースの捩れピッチをいう)になるまで、ツイストと第2のシースのビッカース硬度と軟化とを繰り返し行う。
次に、ツイスト加工を施した多芯線を1mmφまで軽く伸線加工を施し、テープ幅3.0mm、厚さ0.22mmになるように圧延加工し、850℃で50時間の熱処理を施す。その後、さらに、厚さ0.20mmになるまで圧延加工し、850℃で50時間の熱処理を施してテープ状酸化物超電導線材とする。
次に、上記の製造方法を基に以下のイ、ロの実験を行った結果について記載する。
図9に、ツイストピッチを10mm/回に設定したときの実際の短ピッチ化の例を示した。1度にツイストピッチ5mmまでツイストすると断線した。しかし、中間軟化を入れてツイストを複数回行うと、断線することなく、ツイストピッチは10mm(1回目)、5mm(2回目)、3.3mm(3回目)となった。以上より、設備能力が限界ピッチ10mmであっても、3回に分けてツイストを行い、ツイストと中間軟化を繰り返し行うことによりツイストピッチ3mmまでツイストを行えることが分かる。
図10に、設定ピッチ6.5mm/回でツイスト→軟化→ツイスト→軟化→・・・の操作を繰り返し加えたときの、シース部のビッカース硬度を示した。縦軸はビッカース硬度(Hv)、横軸はビッカース硬度を測定した時点を示す(例えばTw1:1回ツイスト後、Tw1軟化:1回ツイストした後の軟化後を表す。)。なお、未加工の純銀のビッカース硬度は50であり、図10より軟化によりビッカース硬度が十分に元の状態に戻っていることが分かる。このため、図に示したプロセスでは断線の発生のない領域でツイストを施すことができる。
実施例1は、ツイスト加工後のツイストピッチが2mmなるように、ツイストを2回行った例である。
前記製造方法に記載した丸線(直径1mm)と同じ丸線を用い、各試料毎に1回目のツイストピッチを変えてツイスト加工を行い、1回目と2回目のツイスト後の第2シースのビッカース硬度(Hv)と液体窒素温度、外部磁場0における臨界電流密度Je(kA/cm2)を測定し、断線の発生の有無を調べた。また、1回目と2回目のツイストの間に中間軟化を行った。なお、中間軟化の加熱温度、時間は220℃、3時間とし、大気雰囲気にて行った。その結果を表1および図11に示す。
実施例2は、実施例1において1回目のツイストでビッカース硬度が75を超えなかった試料No.2について、ツイストピッチを変えて2回目のツイストを行い、さらに2回目のツイストでビッカース硬度が75を超えなかった試料の中から1種を選び3回目のツイストを行った例である。
即ち、ツイスト→中間軟化→ツイストを繰り返し行ってツイスト加工を行うことにより、断線を防止しつつツイストピッチを短くすることができるため、交流損失を低下することができ、またツイストによる加工硬化を抑制することによりJeの低下を抑制できることが分かる。
実施例3は中間軟化を行うときの雰囲気を変えた例である。具体的には表2に示した試料No.11において2回目の中間軟化を表4に示す5.07Pa(0.05atm)の低酸素雰囲気下で行った。その他の条件は試料No.11と同じである。結果を表4に示す。
上記の結果より、中間軟化は低酸素雰囲気下で行うことが好ましいことが分かる。
次に、ツイストピッチを小さくしたことによる交流損失低減の効果を確認するために、ツイストピッチが約10mmの酸化物超電導線材と本発明に係る約4mmの酸化物超電導線材を用いて磁化法により77Kでの交流損失を調べた。具体的には、超電導線材に対してテープ面に平行な方向に振幅0.07T、周波数50Hzの交流外部磁場を印加し、その際に発生する交流損失を測定した。測定結果を図13に示す。なお、交流損失をIcで規格化した値を縦軸とした。図13に示すように、ツイストピッチが約4mmの試料は約10mmの試料に比べて交流損失が大幅に低減されていることが分かる。この結果からツイストピッチを小さくすることにより交流損失を低減できることが確認できる。
2 第1のシース
2’ 第2のシース
3 単芯線
4 多芯線
5 マトリックス
6 フィラメント
7 酸化物超電導線材
Claims (8)
- 酸化物超電導材料を主成分とする粉末を熱処理した後、銀または銀合金製の第1のシースに充填し、伸線加工を施して得られる単芯線の複数本を銀または銀合金製の第2のシースに挿入した後、伸線加工を施して多芯線とし、前記多芯線にツイスト加工を施した後、圧延加工を施し、さらに熱処理する酸化物超電導線材の製造方法であって、
前記ツイスト加工は、ツイストと軟化とを繰り返して行うツイスト加工であることを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。 - 前記ツイスト加工は、ツイスト後に前記第2のシースの硬度を測定し、硬度が所定範囲にあれば軟化を行った後、再度ツイストを行い、前記ツイストと第2のシースの硬度の測定と軟化とを繰り返して行うツイスト加工であることを特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
- 前記硬度の所定範囲がビッカース硬度(Hv)で60〜95であることを特徴とする請求項2に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
- 前記硬度の所定範囲がビッカース硬度(Hv)で60〜75であることを特徴とする請求項2に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
- 前記軟化は、酸素分圧が5.07×103Pa以下の雰囲気下で行われることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
- 前記酸化物超電導材料がビスマス系酸化物超電導材料であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材。
- ビスマス系酸化物超電導線材であることを特徴とする請求項7に記載の酸化物超電導線材。
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