JP2010049919A - Bi2223 OXIDE SUPERCONDUCTIVE MULTICORE PRECURSOR WIRE MATERIAL, Bi2223 OXIDE SUPERCONDUCTIVE WIRE MATERIAL, AND MANUFACTURING METHOD OF Bi2223 OXIDE SUPERCONDUCTIVE WIRE MATERIAL - Google Patents

Bi2223 OXIDE SUPERCONDUCTIVE MULTICORE PRECURSOR WIRE MATERIAL, Bi2223 OXIDE SUPERCONDUCTIVE WIRE MATERIAL, AND MANUFACTURING METHOD OF Bi2223 OXIDE SUPERCONDUCTIVE WIRE MATERIAL Download PDF

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Satoru Yamade
哲 山出
Hideo Takaune
秀雄 高畦
Jun Fujigami
純 藤上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multicore precursor wire material of an oxide superconductive wire material capable of improving superconductive characteristics. <P>SOLUTION: A Bi2223 oxide superconductive multicore precursor wire material is obtained by wire-drawing processing of a second metal tube after a plurality numbers of single core wires obtained by wire-drawing process are inserted into the second metal tube into which a first metal tube precursor powders of Bi2223 superconductive body are filled. The average value of Vickers hardness of the precursor powders after wire-drawing process measured by cross-sectional observation of the Bi2223 oxide superconductive multicore precursor wire material is 90 or more. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、超電導ケーブル、超電導コイル、超電導変圧器、超電導電力貯蔵装置等の超電導応用機器に用いられる(BiPb)SrCaCu10±δ(δは0.1程度の数:以下Bi2223とする)相を含む酸化物超電導線材の製造方法に関し、詳しくはBi2223超電導線材の臨界電流値向上を目的とする酸化物超電導線材の製造方法に関する。 The present invention is (BiPb) 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 ± δ (δ is a number of about 0.1: The present invention relates to a method for producing an oxide superconducting wire containing a phase (hereinafter referred to as Bi2223), and more particularly to a method for producing an oxide superconducting wire for the purpose of improving the critical current value of the Bi2223 superconducting wire.

近年、酸化物の焼結体が高い臨界温度で超電導特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。Bi2223超電導線材は、比較的安価で入手できる液体窒素等の冷却下でも高い臨界電流値を示す有用な線材である。   In recent years, it has been reported that sintered oxides exhibit superconducting properties at a high critical temperature, and the practical application of superconducting technology has been promoted using this superconductor. The Bi2223 superconducting wire is a useful wire that exhibits a high critical current value even under cooling of liquid nitrogen or the like that can be obtained at a relatively low cost.

このようなBi2223超電導線材の製造方法は、たとえば特開2007−26773号公報(特許文献1)および特表平11−506866号公報(特許文献2)に記載されている。具体的には、まず、(BiPb)SrCaCu8±δ(δは0.1に近い数:以下Bi2212と呼ぶ)相を主成分とする前駆体粉末を金属管に充填した後に、伸線加工して単芯材を形成する。その後に、単芯材を複数束ねて金属管に挿入し、伸線加工して多芯構造の多芯材を形成する。その多芯材を1次圧延して、テープ状線材を形成する。続いて、テープ状線材の熱処理を行ない、Bi2212相をBi2223相に相変態させて1次線材を得る。次に、1次線材を2次圧延した後に、2回目の熱処理を行ない、Bi2223超電導線材を製造している。 Such a manufacturing method of the Bi2223 superconducting wire is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-26773 (Patent Document 1) and Japanese Patent Publication No. 11-506866 (Patent Document 2). Specifically, first, a metal tube is filled with a precursor powder mainly composed of a (BiPb) 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O 8 ± δ (δ is a number close to 0.1: hereinafter referred to as Bi2212) phase. After that, a single core material is formed by drawing. Thereafter, a plurality of single core materials are bundled and inserted into a metal tube, and drawn to form a multicore material having a multicore structure. The multi-core material is primarily rolled to form a tape-shaped wire. Subsequently, heat treatment is performed on the tape-shaped wire, and the Bi2212 phase is transformed into the Bi2223 phase to obtain a primary wire. Next, after the primary wire is secondarily rolled, a second heat treatment is performed to produce a Bi2223 superconducting wire.

特開2007−26773号公報JP 2007-26773 A 特表平11−506866号公報Japanese National Patent Publication No. 11-506866

上記の技術によっても、臨界電流値向上の効果は認められる。しかしながら、今後の市場からのニーズを考えれば、さらなる臨界電流値の増大が望まれる。そこで本発明はより臨界電流値の高い酸化物超電導線材の製造方法を提供する。   The effect of improving the critical current value is also recognized by the above technique. However, considering the needs from the future market, further increase of the critical current value is desired. Therefore, the present invention provides a method for producing an oxide superconducting wire having a higher critical current value.

このため本発明は、より高い臨界電流値を有するBi2223酸化物超電導線材を製造するための前駆体線材及び、高い臨界電流値を有するBi2223酸化物超電導線材を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a precursor wire for producing a Bi2223 oxide superconducting wire having a higher critical current value and a Bi2223 oxide superconducting wire having a high critical current value.

本発明は、Bi2223超電導体の前駆体粉末を充填した第1の金属管を、伸線加工して得られる単芯線を、第2の金属管に複数本挿入した後、その第2の金属管を伸線加工して得られるBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材であって、前記Bi2223酸化物超電導多芯前駆体線材の断面観察によって測定される、伸線加工後の前記前駆体粉末のビッカース硬度の平均値が90以上であることを特徴とするBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材である。   In the present invention, after inserting a plurality of single core wires obtained by drawing a first metal tube filled with Bi2223 superconductor precursor powder into the second metal tube, the second metal tube Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire obtained by drawing a wire, and the Vickers of the precursor powder after wire drawing measured by cross-sectional observation of the Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire A Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire characterized by having an average hardness value of 90 or more.

本発明において、前記ビッカース硬度の標準偏差が20以下であることが好ましい。   In the present invention, the standard deviation of the Vickers hardness is preferably 20 or less.

本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、上記のBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材を、熱処理する第1の熱処理工程と、前記熱処理されたBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材を圧延する圧延工程と、前記圧延されたBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材を熱処理する第2の熱処理工程とを備えるものである。   The manufacturing method of the oxide superconducting wire of the present invention includes a first heat treatment step for heat-treating the Bi2223 oxide superconducting multicore precursor wire, and rolling the heat-treated Bi2223 oxide superconducting multicore precursor wire. A rolling step and a second heat treatment step for heat-treating the rolled Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire.

また本発明の酸化物超電導線材は、上記の製造方法により製造されたBi2223酸化物超電導線材である。   The oxide superconducting wire of the present invention is a Bi2223 oxide superconducting wire manufactured by the above manufacturing method.

本発明によれば、高い臨界電流値を有するBi2223酸化物超電導線材を得ることができる。   According to the present invention, a Bi2223 oxide superconducting wire having a high critical current value can be obtained.

(実施の形態)
図1は、Bi2223酸化物超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。酸化物超電導線材11は、長手方向に伸びる複数本の酸化物超電導体フィラメント12と、それらを被覆するシース部13とを有している。複数本の酸化物超電導体フィラメント12の各々の材質は、(Bi、Pb):Sr:Ca:Cuの原子比がほぼ2:2:2:3の比率で近似して表されるBi2223相からなっている。シース部13の材質は、例えば銀や銀合金等の金属から構成される。
(Embodiment)
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing the structure of a Bi2223 oxide superconducting wire. The oxide superconducting wire 11 has a plurality of oxide superconductor filaments 12 extending in the longitudinal direction and a sheath portion 13 covering them. The material of each of the plurality of oxide superconductor filaments 12 is from a Bi2223 phase in which the atomic ratio of (Bi, Pb): Sr: Ca: Cu is approximated by a ratio of 2: 2: 2: 3. It has become. The material of the sheath part 13 is comprised from metals, such as silver and a silver alloy, for example.

次に、上記の酸化物超電導線材の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of said oxide superconducting wire is demonstrated.

続いて、図2〜図7を参照して、本発明の実施の形態におけるBi2223超電導線材の製造方法について説明する。なお、図2は、本発明の実施の形態におけるBi2223超電導線材の製造方法を示すフロー図である。図3は本発明の実施の形態における単芯母線を得る工程(S1ステップ)を示す概略斜視図である。図4は本発明の実施の形態における単芯母線を伸線する工程(S2ステップ)を示す概略斜視図である。図5は本発明の実施の形態における多芯嵌合する工程(S3ステップ)を示す概略斜視図である。図6は本発明の実施の形態における多芯母線を伸線する工程(S4ステップ)を示す概略斜視図である。図7は本発明の実施の形態における多芯前駆体線材を圧延する工程(S6ステップ)を示す概略斜視図である。   Then, with reference to FIGS. 2-7, the manufacturing method of the Bi2223 superconducting wire in embodiment of this invention is demonstrated. In addition, FIG. 2 is a flowchart which shows the manufacturing method of Bi2223 superconducting wire in embodiment of this invention. FIG. 3 is a schematic perspective view showing a step (S1 step) of obtaining a single core bus in the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic perspective view showing a step (S2 step) of drawing a single core bus in the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic perspective view showing a multi-core fitting step (step S3) in the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic perspective view showing a step (step S4) of drawing the multicore bus in the embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic perspective view showing a step (S6 step) of rolling the multi-core precursor wire in the embodiment of the present invention.

図2および図3を参照して、まず、Bi2223酸化物超電導体の前駆体粉末31を金属管32に充填する(ステップS1)。この酸化物超電導体の前駆体粉末31は、Bi2212相を主超電導相とし、Bi2223相、アルカリ土類酸化物(例えば、(CaSr)CuO、(CaSr)CuO、(CaSr)14Cu2441等)、Pb酸化物(例えば、CaPbO、(BiPb)SrCaCu)を含む材質よりなっている。なお、金属管32としては銀や銀合金を用いることが好ましい。これは前駆体粉末31と金属管32が反応して化合物を形成することによる、前駆体粉末31の組成ずれを防ぐためである。 Referring to FIGS. 2 and 3, first, Bi2223 oxide superconductor precursor powder 31 is filled into metal tube 32 (step S1). The oxide superconductor precursor powder 31 has a Bi2212 phase as a main superconducting phase, a Bi2223 phase, an alkaline earth oxide (for example, (CaSr) CuO 2 , (CaSr) 2 CuO 3 , (CaSr) 14 Cu 24. O 41 and the like) and a Pb oxide (for example, Ca 2 PbO 4 , (BiPb) 3 Sr 2 Ca 2 Cu 1 O z ). The metal tube 32 is preferably made of silver or a silver alloy. This is to prevent compositional deviation of the precursor powder 31 due to the reaction between the precursor powder 31 and the metal tube 32 to form a compound.

次に、図2および図4に示すように、上記前駆体粉末が充填された単芯母線41を所望の直径まで伸線加工し、前駆体粉末31を芯材として銀などの金属に被覆された単芯前駆体線42を作製する(ステップS2)。   Next, as shown in FIGS. 2 and 4, the single core bus bar 41 filled with the precursor powder is drawn to a desired diameter, and the precursor powder 31 is coated with a metal such as silver as a core material. A single-core precursor wire 42 is prepared (step S2).

次に、図2および図5に示すように、この単芯前駆体線42を多数束ねて、例えば銀等からなる金属管51内に嵌合する(多芯嵌合:ステップS3)。これにより、前駆体粉末を芯材として有する多芯母線52が得られる。   Next, as shown in FIGS. 2 and 5, a large number of single-core precursor wires 42 are bundled and fitted into a metal tube 51 made of, for example, silver (multi-core fitting: step S3). Thereby, the multi-core bus 52 which has precursor powder as a core material is obtained.

次に、図2および図6に示すように、多芯母線52を所望の直径まで伸線加工し、前駆体粉末31が金属シース部61に埋め込まれ、断面形状が円状あるいは多角形状の多芯前駆体線材62を作製する(ステップS4)。本発明はこの多芯前駆体線材に特徴がある。この多芯前駆体線材の特徴については後に詳しく記載する。   Next, as shown in FIGS. 2 and 6, the multicore bus 52 is drawn to a desired diameter, the precursor powder 31 is embedded in the metal sheath portion 61, and the cross-sectional shape is circular or polygonal. A core precursor wire 62 is produced (step S4). The present invention is characterized by this multi-core precursor wire. The characteristics of this multi-core precursor wire will be described in detail later.

次に、図2に示すように、この多芯前駆体線材71に中間熱処理を施す。(ステップS5)。ステップS5では、熱処理することにより前駆体粉末31中のBi2212結晶を大きく成長させることを目的としている。   Next, as shown in FIG. 2, this multi-core precursor wire 71 is subjected to an intermediate heat treatment. (Step S5). The purpose of step S5 is to grow the Bi2212 crystal in the precursor powder 31 by heat treatment.

次に、図2および図7に示すように、中間熱処理後の多芯前駆体線材62を圧延する(1次圧延:ステップS6)。これによりテープ状前駆体線材71が得られる。   Next, as shown in FIGS. 2 and 7, the multi-core precursor wire 62 after the intermediate heat treatment is rolled (primary rolling: step S6). Thereby, the tape-shaped precursor wire 71 is obtained.

次に、テープ状前駆体線材を熱処理する(1次熱処理:ステップS7)。この熱処理は、たとえば大気圧下、または1MPa以上50MPa以下の加圧雰囲気において約830℃の温度で行われる。この熱処理によって前駆体粉末中に目的とするBi2223相が生成される。   Next, the tape-shaped precursor wire is heat-treated (primary heat treatment: step S7). This heat treatment is performed at a temperature of about 830 ° C., for example, under atmospheric pressure or in a pressurized atmosphere of 1 MPa to 50 MPa. By this heat treatment, the target Bi2223 phase is generated in the precursor powder.

その後、再び線材を圧延する(2次圧延:ステップS8)。このように、2次圧延を行うことにより、フィラメント内に1次熱処理で生じたボイドが除去される。   Thereafter, the wire is rolled again (secondary rolling: step S8). Thus, by performing secondary rolling, voids generated by the primary heat treatment in the filament are removed.

ステップS8に続いて、大気圧下または加圧雰囲気で例えば約830℃の温度で線材を熱処理する(2次熱処理:ステップS9)。以上の製造工程により、図1に示す酸化物超電導線材が得られる。   Subsequent to step S8, the wire is heat-treated at a temperature of, for example, about 830 ° C. under atmospheric pressure or a pressurized atmosphere (secondary heat treatment: step S9). The oxide superconducting wire shown in FIG. 1 is obtained by the above manufacturing process.

酸化物超電導線材において高臨界電流密度化を図るには超電導結晶粒の高度な配向化が重要である。最終的には、目的とするBi2223相のa−b面方向がテープ面と平行になるよう配向すればよい。   In order to achieve a high critical current density in an oxide superconducting wire, high orientation of superconducting crystal grains is important. Eventually, the target Bi2223 phase may be oriented so that the ab plane direction of the Bi2223 phase is parallel to the tape surface.

主として配向化が行われるのは、ステップS6の1次圧延工程である。1次圧延前には前駆体粉末は主超電導相としてBi2212相を含んでいる。1次圧延によってこのBi2212相結晶を配向化させる。Bi2212相結晶が高度に配向している圧延線材を熱処理しBi2223相を発生させることで、Bi2212相結晶の高配向性を引き継いだBi2223相の組織が得られる。   The orientation is mainly performed in the primary rolling process in step S6. Before the primary rolling, the precursor powder contains a Bi2212 phase as the main superconducting phase. This Bi2212 phase crystal is oriented by primary rolling. A Bi2223 phase structure that inherits the high orientation of the Bi2212 phase crystal is obtained by heat-treating the rolled wire rod in which the Bi2212 phase crystal is highly oriented to generate the Bi2223 phase.

Bi2212相結晶の高配向化のためには、圧延前にBi2212相結晶を大きく成長させることが重要である。それは以下の理由による。   In order to achieve high orientation of the Bi2212 phase crystal, it is important to grow the Bi2212 phase crystal greatly before rolling. The reason is as follows.

断面形状が円状の線材を圧延した際の、線材内部の結晶方位の変化を模式的に表した線材断面図を図8に示す。図8では単芯線のケースをモデルとして表す。図8(a)はBi2212相結晶が大きい場合である。断面が円形の前駆体線材81においては金属管82中に平板状のBi2212相結晶83が存在している。そのような状況において、Bi2212相結晶83が圧延する前に充分大きいサイズを有していれば圧延操作により、各結晶は長手方向(a−b面方向)が圧延時の外力方向に対して垂直になるように倒れてその方向がそろったテープ状前駆体線材84になる。一方、図8(b)に示すようにBi2212相結晶サイズ83が小さい場合、Bi2212相結晶83は倒れにくく配向化もおこりにくく、Bi2212相結晶83があまり配向していないテープ状前駆体線材84になる。よって、圧延前にできる限りBi2212相結晶83のサイズを大きくした方が、配向化には有利である。   FIG. 8 shows a wire cross-sectional view schematically showing a change in crystal orientation inside the wire when the wire having a circular cross-sectional shape is rolled. In FIG. 8, the case of a single core wire is represented as a model. FIG. 8A shows the case where the Bi2212 phase crystal is large. In the precursor wire 81 having a circular cross section, a flat Bi2212 phase crystal 83 exists in the metal tube 82. In such a situation, if the Bi2212 phase crystal 83 has a sufficiently large size before rolling, the longitudinal direction (a-b plane direction) of each crystal is perpendicular to the direction of external force during rolling. It becomes the tape-like precursor wire rod 84 that is tilted so as to be aligned. On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the Bi2212 phase crystal size 83 is small, the Bi2212 phase crystal 83 is not easily tilted and is not easily oriented, and the Bi2212 phase crystal 83 is not very oriented. Become. Therefore, increasing the size of the Bi2212 phase crystal 83 as much as possible before rolling is advantageous for orientation.

圧延前のBi2212相結晶サイズを大きくするために、ステップS5の中間熱処理が施されるが、本発明はこの中間熱処理によって、より大きなBi2212相結晶を成長させることができる多芯前駆体線材である。   In order to increase the size of the Bi2212 phase crystal before rolling, an intermediate heat treatment in step S5 is performed. The present invention is a multi-core precursor wire capable of growing a larger Bi2212 phase crystal by this intermediate heat treatment. .

以下、本発明の特徴であるステップS4で作製される多芯前駆体線材について詳細を記す。本発明の多芯前駆体線材はその断面観察によって測定される前駆体粉末のビッカース硬度の平均値が90以上を持つものである。ビッカース硬度が大きいということは硬いということであるが、これは前駆体粉末が密に詰まっているためである。前駆体粉末が密に詰まっていると、粉末同志が接触している部分が多く、続く中間熱処理で反応しやすい。そのため中間熱処理でBi2212相結晶が大きく成長する。よってより硬い、密に詰まった前駆体粉末の状態が好ましい。発明者らはビッカース硬度の平均値が90以上であると、高い臨界電流値が得られやすいことを見いだした。   Details of the multi-core precursor wire produced in step S4, which is a feature of the present invention, will be described below. The multi-core precursor wire of the present invention has an average value of 90 or more Vickers hardness of the precursor powder measured by cross-sectional observation. High Vickers hardness means that it is hard because the precursor powder is densely packed. When the precursor powder is densely packed, there are many portions where the powders are in contact with each other, and reaction is likely to occur in the subsequent intermediate heat treatment. Therefore, the Bi2212 phase crystal grows greatly by the intermediate heat treatment. Thus, a harder, densely packed precursor powder state is preferred. The inventors have found that a high critical current value is easily obtained when the average value of the Vickers hardness is 90 or more.

ビッカース硬度は通常用いられている手法で測定する。伸線後の多芯前駆体線材は直径が約2mm程度である。その多芯前駆体線材を任意の部分で線材長手方向に略垂直な方向に切断する。その断面を光学顕微鏡で観察しながら、前駆体粉末が存在する部分(フィラメント部)の硬度を複数点測定する。本発明で対象としている線材はフィラメントが50以上存在する多芯線材である。図9は61芯前駆体線材の断面図である。図9に示される断面において、中心からの距離がほぼ等しいフィラメント91を同じ層にあるとして(フィラメント91の場合は内から3層目となる)、各層からほぼ同じ数だけフィラメントを任意に選びそのフィラメントの硬度を測定する。測定点は20から50程度で充分である。そのデータから平均ビッカース硬度を算出する。また同データを用いてビッカース硬度の標準偏差も導出する。多芯前駆体線材の断面は図9のようではない場合もあるが、測定点としては内側、外側、それらの中間地点からそれぞれ均等数選べばよい。   Vickers hardness is measured by a commonly used technique. The multi-core precursor wire after drawing has a diameter of about 2 mm. The multi-core precursor wire is cut at an arbitrary portion in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the wire. While observing the cross section with an optical microscope, the hardness of the portion where the precursor powder is present (filament portion) is measured at a plurality of points. The wire targeted in the present invention is a multi-core wire having 50 or more filaments. FIG. 9 is a cross-sectional view of a 61-core precursor wire. In the cross section shown in FIG. 9, assuming that the filaments 91 having substantially the same distance from the center are in the same layer (in the case of the filament 91, the third layer from the inside) Measure the filament hardness. A measurement point of about 20 to 50 is sufficient. The average Vickers hardness is calculated from the data. The standard deviation of Vickers hardness is also derived using the same data. Although the cross section of the multi-core precursor wire may not be as shown in FIG. 9, it is sufficient to select an equal number of measurement points from the inside, the outside, and an intermediate point thereof.

本発明におけるさらに好ましい状態は、各フィラメントの硬度(密度)が揃っていることである。中間熱処理の最適条件はフィラメント部の状態と相関している。例えば、ビッカース硬度が90の部分と120の部分では最適熱処理条件が異なってくる。ビッカース硬度90の部分に合わせて熱処理を行った場合、ビッカース硬度120の部分のBi2212相結晶は最大には成長しない。そのため同一の熱処理条件が全てのフィラメントに適するようにするために、各フィラメントの硬度(密度)が揃っていることが好ましい。発明者らは、フィラメント硬度のばらつきを標準偏差で表した場合、その標準偏差が20以下である状態がより効果的であることを見いだした。   A more preferable state in the present invention is that the hardness (density) of each filament is uniform. The optimum condition for the intermediate heat treatment correlates with the state of the filament part. For example, the optimum heat treatment condition differs between the portion where the Vickers hardness is 90 and the portion where 120 is Vickers hardness. When heat treatment is performed in accordance with the portion having a Vickers hardness of 90, the Bi2212 phase crystal of the portion having a Vickers hardness of 120 does not grow to the maximum. Therefore, in order to make the same heat treatment condition suitable for all filaments, it is preferable that the hardness (density) of each filament is uniform. The inventors have found that when the variation of the filament hardness is expressed by a standard deviation, a state where the standard deviation is 20 or less is more effective.

上記のような、多芯前駆体線材に中間熱処理を施し、前駆体粉末中のBi2212相結晶を大きく成長させることで、続く圧延工程で高度な配向組織を持つテープ状前駆体線材が得られ、ひいては高い臨界電流値を有するBi2223超電導線材を製造することができる。   By performing an intermediate heat treatment on the multi-core precursor wire as described above, and growing the Bi2212 phase crystal in the precursor powder greatly, a tape-like precursor wire having a highly oriented structure is obtained in the subsequent rolling process, As a result, a Bi2223 superconducting wire having a high critical current value can be produced.

以下、実施例に基づき、本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated further more concretely.

原料粉末(Bi、PbO、SrCO、CaCO、CuO)をBi:Pb:Sr:Ca:Cu=1.8:0.3:1.9:2.0:3.0の比率で混合し、大気中で700℃×8時間の熱処理、粉砕、800℃×10時間の熱処理、粉砕、820℃×4時間の熱処理、粉砕の処理を施し前駆体粉末を得る。また、5種類の原料粉末が溶解した硝酸水溶液を、加熱された炉内に噴射することにより、金属硝酸塩水溶液の粒子の水分が蒸発し、硝酸塩の熱分解、そして金属酸化物同士の反応、合成を瞬時に起こさせる噴霧熱分解法で前駆体粉末を作製することもできる。こうして作製された前駆体粉末は、Bi2212相が主体となった粉末である。 Raw material powder (Bi 2 O 3 , PbO, SrCO 3 , CaCO 3 , CuO) is in a ratio of Bi: Pb: Sr: Ca: Cu = 1.8: 0.3: 1.9: 2.0: 3.0 The mixture is subjected to heat treatment at 700 ° C. for 8 hours, pulverization, heat treatment at 800 ° C. for 10 hours, pulverization, heat treatment at 820 ° C. for 4 hours, and pulverization in the air to obtain a precursor powder. In addition, by injecting a nitric acid aqueous solution in which five types of raw material powders are dissolved into a heated furnace, the water content of the metal nitrate aqueous solution particles evaporates, the thermal decomposition of the nitrate, and the reaction and synthesis of metal oxides. Precursor powder can also be produced by a spray pyrolysis method that instantly raises. The precursor powder thus produced is a powder mainly composed of the Bi2212 phase.

上記により作製された前駆体粉末を外径25mm、内径22mmの銀パイプに充填し、直径2.4mmまで伸線して単芯線を作製する。この単芯線を61本に束ねて外径25mm、内径22mmの銀パイプに挿入し多芯母線とする。この多芯母線を複数本用意し、それぞれを異なった条件(伸線に使用するダイス角度と伸線途中段階における200℃、1時間の中間軟化の回数を変えて)で直径1.5mmまで伸線する。こうして実施例1〜4、比較例1〜3の多芯(61芯)前駆体線材を得た。各多芯前駆体線材の伸線条件を表1に示す。   The precursor powder produced as described above is filled in a silver pipe having an outer diameter of 25 mm and an inner diameter of 22 mm, and drawn to a diameter of 2.4 mm to produce a single core wire. The single core wires are bundled into 61 wires and inserted into a silver pipe having an outer diameter of 25 mm and an inner diameter of 22 mm to form a multi-core bus bar. Prepare multiple multi-core busbars and stretch each to a diameter of 1.5 mm under different conditions (by changing the die angle used for wire drawing and the number of intermediate softening at 200 ° C for 1 hour in the middle of wire drawing). To line. Thus, the multi-core (61-core) precursor wires of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were obtained. Table 1 shows the drawing conditions of each multi-core precursor wire.

伸線後の多芯前駆体線材の端から1m部分で切断し、その断面を光学顕微鏡で観察しながら前駆体線材中のフィラメント部のビッカース硬度を測定した。断面は図9のようになっていた。測定点は前述したように中心を除く各層から各5フィラメントずつ抽出して、全20点とした。測定結果(平均値)を表1に示す。   The multicore precursor wire after drawing was cut at 1 m from the end, and the Vickers hardness of the filament part in the precursor wire was measured while observing the cross section with an optical microscope. The cross section was as shown in FIG. As described above, 5 filaments were extracted from each layer excluding the center as described above to obtain a total of 20 points. The measurement results (average values) are shown in Table 1.

この多芯前駆体線材に大気中760℃、2時間の熱処理(中間熱処理)を施す。熱処理後端から1mの部分で切断し、その断面を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、Bi2212相結晶のサイズを測定した。内層から外層にかけて各5フィラメントずつ、全20フィラメントを選び、その中に含まれるBi2212相結晶を任意に5個ずつ(全100個)選び、その長い方向のサイズを結晶サイズとしてカウントし、それらの平均値を求めた。その結果を表1に示す。
これら多芯前駆体線材を圧延し、厚み0.25mmのテープ状線材に加工する(1次圧延)。得られたテープ状線材を830℃で50時間、酸素分圧が8kPaで大気圧下の条件で熱処理する(1次熱処理)。
This multi-core precursor wire is subjected to heat treatment (intermediate heat treatment) at 760 ° C. for 2 hours in the atmosphere. It cut | disconnected in the 1-m part from the end after heat processing, the cross section was observed with the scanning electron microscope (SEM), and the size of the Bi2212 phase crystal was measured. Select all 20 filaments, 5 filaments each from the inner layer to the outer layer, arbitrarily select 5 Bi2212 phase crystals contained in it (100 in total), count the size in the long direction as the crystal size, The average value was obtained. The results are shown in Table 1.
These multi-core precursor wires are rolled and processed into a tape-like wire having a thickness of 0.25 mm (primary rolling). The obtained tape-shaped wire is heat-treated at 830 ° C. for 50 hours and under an atmospheric pressure with an oxygen partial pressure of 8 kPa (primary heat treatment).

次に1次熱処理後のテープ状線材に対し、厚みが0.22mmとなるよう再度圧延工程を施す(2次圧延)。再度圧延されたテープ状線材に対し、830℃で50時間、酸素分圧が8kPaで全圧30MPaの条件で熱処理を行ない最終的な超電導線材とする(2次熱処理)。得られた超電導線材の臨界電流値を評価した。臨界電流値は、温度が77Kで、自己磁場中において測定した。臨界電流値は、10−6V/cmの電界が発生したときの通電電流値とした。その測定結果を表1に示す。 Next, the tape-shaped wire after the primary heat treatment is subjected to a rolling process again so as to have a thickness of 0.22 mm (secondary rolling). The tape-shaped wire rolled again is heat-treated at 830 ° C. for 50 hours, under an oxygen partial pressure of 8 kPa and a total pressure of 30 MPa to obtain a final superconducting wire (secondary heat treatment). The critical current value of the obtained superconducting wire was evaluated. The critical current value was measured in a self-magnetic field at a temperature of 77K. The critical current value was defined as a current value when an electric field of 10 −6 V / cm was generated. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2010049919
Figure 2010049919

表1からわかるように、伸線時のダイス角度や中間軟化回数を変えると、多芯前駆体線材中のフィラメント硬度が変化する。ダイス角度を11°から9°のように小さくすることで、平均ビッカース硬度は大きくなる。また中間軟化の回数が少ないほど硬くなる傾向にある。好ましいのは3回以下である。これはシース部(銀)の加工硬化がフィラメント部の硬化に影響を及ぼしているからである。伸線時、銀が加工硬化して断線が起こる。一般的にはこれを防止するため、大きな角度のダイスを使用したり、中間軟化を頻繁に施したりするが、フィラメントの硬度を大きくするためにはこれらの操作は逆効果となっている。平均ビッカース硬度が90以上である実施例1〜4は、中間熱処理後Bi2212相結晶が2.5μm以上に大きく成長している。これによって、臨界電流値も170A以上の高い値が得られている。   As can be seen from Table 1, when the die angle during wire drawing and the number of intermediate softenings are changed, the filament hardness in the multicore precursor wire changes. By reducing the die angle from 11 ° to 9 °, the average Vickers hardness increases. Moreover, it tends to be harder as the number of intermediate softenings is smaller. Preferable is 3 times or less. This is because the work hardening of the sheath part (silver) affects the hardening of the filament part. During wire drawing, the silver hardens and breaks. Generally, in order to prevent this, a die with a large angle is used or intermediate softening is frequently performed. However, these operations are counterproductive in order to increase the hardness of the filament. In Examples 1 to 4 having an average Vickers hardness of 90 or more, the Bi2212 phase crystals are greatly grown to 2.5 μm or more after the intermediate heat treatment. As a result, a high critical current value of 170 A or more is obtained.

実施例2とほぼ同じ条件で、中間軟化の温度だけを変えた実施例5〜7を作製した。それらを用いて実施例2と同じ条件で超電導線材を作製し、平均ビッカース硬度、ビッカース硬度の標準偏差、Bi2212相結晶、臨界電流値を評価した。評価方法は実施例2と同じである。その結果を表2に示す。   Examples 5 to 7 were produced under the same conditions as in Example 2 except that only the temperature of intermediate softening was changed. Using them, superconducting wires were produced under the same conditions as in Example 2, and the average Vickers hardness, standard deviation of Vickers hardness, Bi2212 phase crystal, and critical current value were evaluated. The evaluation method is the same as in Example 2. The results are shown in Table 2.

Figure 2010049919
Figure 2010049919

表2からわかるように、中間軟化の有無、その温度によって、多芯前駆体線材中のフィラメント硬度のばらつき(標準偏差)が変化する。フィラメント硬度のばらつき(標準偏差)が20以下である実施例1、2、5は、中間熱処理後Bi2212相結晶が3.0μm以上に大きく成長している。これは多芯前駆体線材中のフィラメント状態が均一化されているため、Bi2212相結晶成長のために施した中間熱処理の条件(大気中760℃、2時間)が全体的に適合するからである。これによって、臨界電流値も180A以上の高い値が得られている。この結果から中間軟化は施さないか、200℃以下の低温で行われることが好ましい。   As can be seen from Table 2, the variation (standard deviation) in filament hardness in the multi-core precursor wire varies depending on the presence / absence of intermediate softening and its temperature. In Examples 1, 2, and 5 in which the variation (standard deviation) in the filament hardness is 20 or less, the Bi2212 phase crystal is greatly grown to 3.0 μm or more after the intermediate heat treatment. This is because the filament state in the multi-core precursor wire is uniform, and therefore the intermediate heat treatment conditions (760 ° C. in the atmosphere, 2 hours) applied for Bi2212 phase crystal growth are generally compatible. . As a result, a high critical current value of 180 A or more is obtained. From this result, it is preferable that the intermediate softening is not performed or is performed at a low temperature of 200 ° C. or lower.

今回開示された実施の形態および実施例は全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、上記した説明でなく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のすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

酸化物超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。It is a partial section perspective view showing typically the composition of an oxide superconducting wire. 本発明の実施の形態における酸化物超電導線材の製造工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the oxide superconducting wire in embodiment of this invention. 図2中S1ステップを示す図である。It is a figure which shows S1 step in FIG. 図2中S2ステップを示す図である。It is a figure which shows S2 step in FIG. 図2中S3ステップを示す図である。It is a figure which shows S3 step in FIG. 図2中S4ステップを示す図である。It is a figure which shows S4 step in FIG. 図2中S5ステップを示す図である。It is a figure which shows S5 step in FIG. 断面形状が円状の線材を圧延した際の、線材内部の結晶方位の変化を模式的に表した線材断面図である。FIG. 3 is a wire cross-sectional view schematically showing a change in crystal orientation inside a wire when a wire having a circular cross-sectional shape is rolled. 61芯前駆体線材の断面図である。It is sectional drawing of a 61-core precursor wire.

符号の説明Explanation of symbols

11 酸化物超電導線材
12 酸化物超電導フィラメント
13 シース部
31 前駆体粉末
32 金属管
41 単芯母線
42 単芯前駆体線材
51 金属管
52 多芯母線
61 金属シース部
62 多芯前駆体線材
71 テープ状前駆体線材
81 断面が円形の前駆体線材
82 金属管
83 Bi2212相結晶
84 テープ状前駆体線材
91 中心からの距離がほぼ等しいフィラメント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Oxide superconducting wire 12 Oxide superconducting filament 13 Sheath part 31 Precursor powder 32 Metal tube 41 Single core bus 42 Single core precursor wire 51 Metal tube 52 Multicore bus 61 Metal sheath part 62 Multicore precursor wire 71 Tape shape Precursor wire 81 Precursor wire 82 having a circular cross section Metal tube 83 Bi2212 phase crystal 84 Tape-like precursor wire 91 Filaments having substantially the same distance from the center

Claims (4)

Bi2223超電導体の前駆体粉末を充填した第1の金属管を伸線加工して得られる単芯線を、第2の金属管に複数本挿入した後、その第2の金属管を伸線加工して得られるBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材であって、
前記Bi2223酸化物超電導多芯前駆体線材の断面観察によって測定される、伸線加工後の前記前駆体粉末のビッカース硬度の平均値が90以上であることを特徴とするBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材。
After inserting a plurality of single core wires obtained by drawing a first metal tube filled with Bi2223 superconductor precursor powder into the second metal tube, the second metal tube is drawn. Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire obtained by
Bi2223 oxide superconducting multicore precursor, characterized in that an average value of Vickers hardness of the precursor powder after wire drawing is 90 or more, as measured by cross-sectional observation of the Bi2223 oxide superconducting multicore precursor wire. Body wire.
前記ビッカース硬度の標準偏差が20以下であることを特徴とする請求項1に記載のBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材。   The Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire according to claim 1, wherein the standard deviation of the Vickers hardness is 20 or less. 請求項1または2に記載のBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材を熱処理する第1の熱処理工程と、
前記熱処理されたBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材を圧延する圧延工程と、
前記圧延されたBi2223酸化物超電導多芯前駆体線材を熱処理する第2の熱処理工程とを備えることを特徴とするBi2223酸化物超電導線材の製造方法。
A first heat treatment step of heat treating the Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire according to claim 1 or 2;
A rolling step of rolling the heat treated Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire;
And a second heat treatment step for heat-treating the rolled Bi2223 oxide superconducting multi-core precursor wire. A method for producing a Bi2223 oxide superconducting wire.
請求項3に記載のBi2223酸化物超電導線材の製造方法により製造された、Bi2223酸化物超電導線材。   A Bi2223 oxide superconducting wire manufactured by the method for manufacturing a Bi2223 oxide superconducting wire according to claim 3.
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