JP2011129521A - 超伝導体の製造方法および該超伝導体 - Google Patents

Abstract

【課題】超伝導材料としてセラミック材料を有する超伝導体の製造のための方法が提供される。
【解決手段】金属製帯状体３を、超伝導セラミック材料で被覆された支持体の多数の平坦な細片１の周りに、長手方向に延びるよう成形して、該長手方向に伸長するスリットを有する管９とし、該スリットに沿って並んでいる該管の両エッジを、互いに溶接する。その後、該溶接処理によって閉じられた管の直径を、該管内に存在するすべての細片を包む覆いにほぼ対応する直径にまで減じる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超伝導材料としてセラミック材料を有する超伝導体の製造方法、および該超伝導体に関する（特許文献２）。

本発明に従う方法を使用して製造されることのできる超伝導体は、その超伝導セラミック材料が十分低い温度で超伝導状態に転移する複合材料から構成される。特定の電流レベルを超えない限り、このような材料から形成される導体の直流抵抗は、相応の冷却が与えられるとき、ゼロとなる。適切なセラミック材料として、たとえば、ＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物）、またはＲｅＢＣＯ（希土・バリウム・銅酸化物）、より具体的にはＹＢＣＯ（イットリウム・バリウム・銅酸化物）がある。一例として、このような材料を超伝導状態に転移させるのに十分低い温度は、６７Ｋから１１０Ｋの間である。これに適した冷媒は、たとえば、窒素、ヘリウム、ネオン、水素、またはこれらの成分の混合物である。

特許文献１は、帯(ribbon,リボン)状であり、高温超伝導体と呼ばれる導体の様々な製造方法を記述している。ＢＳＣＣＯ超伝導体の場合、ＢＳＣＣＯ材料は、たとえば、粉末状で銀製の管に取り入れられ、圧縮される。超伝導状態は、該管の機械的変形と、それに続く熱処理（アニーリング）によって達成される。ＹＢＣＯ超伝導体は、その優れた電気的特性のために電気ケーブルおよびコイルにとりわけ適しているが、この超伝導体の場合、たとえば二軸に配向組織化された（biaxially textured）金属製の帯状体を基材として、まずその上にやはり金属製の緩衝（バッファ）層が被覆され、さらにその上にＹＢＣＯ材料が被覆される。該基材は、たとえば、ニッケル、銅、または鉄、またはこれらの材料の合金からなる。一例として、銅または銀が、緩衝層に使用される。最後に、該ＹＢＣＯ材料は、熱処理によって同様に超伝導状態に転移する。このようにして製造された超伝導体は、既に述べたように、電動機や電磁石のための電気ケーブルおよびコイルに有利に使用されることができる。しかしながら、この超伝導体の場合、帯状をなしているので、一方向にしか曲げることができない。

冒頭に引用した特許文献２に従う方法では、円形の超伝導体が製造され、これは、曲げる際に特定の方向に限られることなく、従来のワイヤと同じ方法で加工されることができる。この既知の方法を用いると、まず、帯状の、配向組織化された(textured)金属基材を、その長手方向に、円形断面を持って長く延びる金属支持体の周りに成形して、該長手方向に伸長する両エッジであって、１本のスリット（細長い隙間）に接して並ぶ両エッジを有するスリット付き管とすることができる。その後、該スリット付き管は、該スリットを溶接することによって閉じられる。閉じられた管は、該支持体に密着するまで、引き抜き加工される。次に、超伝導セラミック材料により、該管の周りが被覆され、最後に熱処理が実行される。この方法は、既に実証されている。しかしながら、この方法は、比較的多大な労力を必要とする。さらに、外側に位置する超伝導材料は、何らかの付加的な処置が行われない限り、容易に損傷を受けるおそれがある。

米国特許第５７３９０８６号（US-A-5 739 086） 欧州特許第１９１６７２０号（EP 1 916 720 B1）

本発明の目的は、上記の方法を簡略化するとともに、さらに、該方法を用いて製造された導体の超伝導材料が機械的損傷に対して確実に保護されるようにすることである。

本発明によると、この目的は、以下の点で達成される：
−金属製帯状体を、超伝導セラミック材料で被覆された支持体の多数の平坦な細片の周りに、長手方向に延びるよう成形して、該長手方向に延びるスリットを有する管とし、該スリットに沿って並んでいる該管の両エッジを、互いに溶接する点、および、
−その後、該溶接処理によって閉じられた該管の直径を、該管内に存在するすべての細片を包む覆いにほぼ対応する直径にまで減じる点。

この方法が使用されるとき、必要なすべてのことは、超伝導材料で被覆された支持体を有する事前加工済みの帯状体を、複数の細片に分割する（切り離す）こと、および、これらを管内に取り入れること、である。一例として、該管は、ＥＰ特許第１９１６７２０号で既知の技術を使用して、長手方向に延びる金属製帯状体から成形され、その後、これが溶接されて、閉じられた管を形成する。最後に、該閉じられた管の直径は、該管が、細片上に圧力をかけることなく、できるだけ近くですべての細片を取り囲むまで、減じられる。完成した導体において、超伝導材料は、管内に収容されており、機械的損傷に対して保護されることとなる。よって、この方法を使用して生成された導体は、何らかの特別な予防策を必要とすることなく使用されることができ、市販の装置を用いて加工されることができる。さらに、管内に存在する超伝導材料を備えた多数の細片により、導体の使用中、対応するケーブルでの交流損失をより少なくすることができる、という有利な点が生じる。

細片に加えて充填材料を管内に取り入れるのが有利であり、該充填材料は、細片と共に、管の遮られていない部分（空間）を満たす。このような材料として、好ましくは、低温で溶ける金属があり、これにより、まだ開いている管が、液体または粘性状態で充填される。完成した導体において、充填材料は、超伝導材料を備える細片を固体状態で取り囲むこととなり、こうして、該導体が、従来の接続エレメントによって他の導体に電気的に接続されることを可能にする。

本発明に従う方法および該方法を用いて製造される導体を、図面を参照しつつ、典型的な実施形態を用いて以下説明する。

本発明に従う方法を実行するための装置を概略的に示す図。 図１の線ＩＩ−ＩＩで切った断面の拡大図。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩで切った断面の拡大図であり、本発明に従う導体を示す図。 図２および図３に示されるものとは異なる形の断面形状を備える導体を示す図。

一般に、以下の説明において、ＲｅＢＣＯが、本発明に従う導体のための超伝導材料として用いられ、より具体的には、ＹＢＣＯ（これは、特殊なＲｅＢＣＯ材料とみなされる）が用いられる。

ＹＢＣＯがその上に堆積された支持体を備える帯状体(ribbon)の生成が、たとえば、冒頭に引用された特許文献１（米国特許５７３９０８６号）に基づいてなされる。そのような帯状体は市販されており、たとえば、４ｃｍから１０ｃｍの間の幅を有している。

本発明に従う方法を実行するため、ＹＢＣＯで被覆された、事前加工済みの帯状体が、たとえば０．２ｍｍから４ｍｍの幅を持つ複数の細片（strip、ストリップ）に切断される。ここでの説明で用いられる用語「細片」は、ＹＢＣＯで被覆された支持体を備える上記細片のように、幅の狭い平坦な細片である。この細片は、まず帯状体から切り離されることができ、スプール(spool、巻き枠)に巻かれることができる。しかしながら、該細片を、該切り離しプロセスに続けて直接的に処理してもよい。

一例として、本発明に従う方法は、以下のように実行される。

比較的多数の細片１が、引き出し装置（図示せず）によって、矢印２の方法に動かされる。細片１と同じ引き出し装置によってスプール４から引き出される金属製帯状体３が、成形装置７において、長手方向に延びる細片１の周りに成形される。成形装置７は、２つのローラ５および６により示されているが、これにより、金属製帯状体３は、長手方向に延びる１本のスリットを備えた管となる。ここで、該スリットに沿って、金属製帯状体３の両エッジは並んでいる。該スリットは、その後、溶接装置８において溶接される。このようにして閉じられた管９が、図２に示されている。細片１は、管９の下部領域に存在しており、管９は、溶接ビード１０によって上部領域で閉じられている。

一例として、金属製帯状体３を、銅、アルミニウム、またはステンレス鋼、または青銅のような何らかの合金から構成してもよい。

管９が、実質的に何の圧力も細片１にかけることなく該細片１に接触するように、管９は、引き抜き装置１１（これは、引き出し方向（矢印２）に従う）において、管９内に存在するすべての細片１を包む覆い(envelope、エンベロープ、外郭)にほぼ対応するまで、その直径が減じられる。このようにして製作された超伝導体１２が、図３に示されている。

さらに、管がまだ開いているとき、管は、供給装置１３によって充填材料で充填されることができる。好ましくは、低融点金属が充填材料として用いられ、これにより、管は、液体または粘性状態で充填される。該充填材料は、室温において、とりわけ、超伝導を生成するのに使用される低温において、固体である。一例として、そのような金属の一つは、ウッドメタル(Wood’s metal)であり、これは、７３℃〜７７℃で溶ける。あるいは、ローズメタル(Roses metal)であり、これは、約９５℃の融点を持つ。

図２および図３は、それぞれ、円形である導体９および１２を示す。しかしながら、導体は、円形ではない断面を持つこともでき、たとえば、多角形の断面形状を持つことができる。有利な方法では、それぞれの断面形状を、引き抜き装置１１で成形することができる。一つの好ましい実施形態が図４に示されているが、この形態では、導体１２は、互いに対向する２つのカーブした側面を有するほぼ台形の断面を有する。このような導体は、多種多様な導体から導体ケーブルを構成する際の個々のエレメントとして、特に適している。

１ 細片
３ 金属製帯状体
４ スプール
５，６ ローラ
７ 成形装置
８ 溶接装置
９ 管
１０ 溶接ビード
１１ 引き抜き装置
１２ 超伝導体

Claims (6)

1. 超伝導材料としてセラミック材料を有する超伝導体を製造する方法であって、
   金属製帯状体（３）を、超伝導セラミック材料で被覆された支持体の多数の平坦な細片（１）の周りに、長手方向に延びるよう成形して、該長手方向に延びるスリットを有する管とし、該スリットに沿って並んでいる該管の両エッジを、互いに溶接し、
   その後、該溶接処理によって閉じられた前記管（９）の直径を、該管内に存在するすべての細片を包む覆いにほぼ対応する直径にまで減じる、方法。
2. 前記管が、前記細片（１）に加え、充填材料で充填される、請求項１に記載の方法。
3. 前記充填材料として、低融点金属が用いられる、請求項２に記載の方法。
4. 請求項１に記載の方法を用いて製造される超伝導体であって、
   超伝導セラミック材料で被覆された支持体の多数の平坦な細片（１）が、金属製の管（１２）内に配置され、該管の遮られていない断面が、実質的に、前記細片によって完全に満たされる、超伝導体。
5. 前記導体が、円形の断面を有する、請求項４に記載の超伝導体。
6. 前記導体が、互いに対向する２つのカーブした側面を備える台形の断面を有する、請求項４に記載の超伝導体。

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