JP2020055711A - Oxide superconducting bulk conductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化物超電導バルク体を利用した酸化物超電導バルク導体に関する。 The present invention relates to an oxide superconducting bulk conductor using a bulk oxide superconducting body.
電気を通す導体として、現在、銅が最も多く使用されている。これは、室温での比抵抗が銀とほぼ同程度で他の物質に比べ最も低く、かつ比較的安価であることによる。導体の比抵抗を下げる方法には、導体を冷却する方法がある。銅の場合、液体窒素温度(77K)に冷却すると、比抵抗は、室温での比抵抗に対して約1/7の約2.5×10−9Ωmとなる。銅の導体としての形態は、線状あるいはテープ状の線材と、板状あるいは棒状のブスバー(導体棒)がある。銅製線材は、ケーブルや電磁石のコイル、同期モータの界磁巻線等に用いられる。一方、銅製ブスバーは、配電盤や制御盤の分岐導体、誘導モータの導体等に用いられる。大容量の電流用の導体としては、銅線よりも銅ブスバーの方が効率的な場合が多い。 Currently, copper is most often used as a conductor for conducting electricity. This is because the resistivity at room temperature is almost the same as that of silver, the lowest as compared with other materials, and it is relatively inexpensive. As a method of lowering the specific resistance of the conductor, there is a method of cooling the conductor. In the case of copper, when cooled to liquid nitrogen temperature (77 K), the specific resistance becomes about 2.5 × 10 −9 Ωm, which is about 1/7 of the specific resistance at room temperature. The form of the copper conductor includes a linear or tape-shaped wire, and a plate or rod-shaped bus bar (conductor bar). Copper wires are used for cables, coils of electromagnets, field windings of synchronous motors, and the like. On the other hand, copper busbars are used for branch conductors of switchboards and control boards, conductors of induction motors, and the like. As a conductor for a large-capacity current, a copper bus bar is often more efficient than a copper wire.
超電導材料は、臨界温度Tc以下に冷却する必要はあるものの、電気抵抗がほぼゼロであり、理想的な導体である。金属系超電導材料は、臨界温度Tcが低く、極低温への冷却の必要性から広く普及するに至っていない。そのため、臨界温度Tcが液体窒素温度以上と高く、冷却の負担が比較的小さい酸化物超電導材料が実用化されると、酸化物超電導材料が広く普及することが期待される。酸化物超電導体の材料形態としては、線材と塊状のバルク体がある。酸化物超電導線材は、銅製線材が用いられている応用分野に適用することができる。一方、酸化物超電導バルク材料から板状あるいは棒状の導体を切り出せば、銅製ブスバーが用いられている応用分野に適用することができる。ここでは、酸化物超電導バルク材料から板状あるいは棒状に切り出した酸化物超電導バルク体が利用された導体のことを酸化物超電導バルク導体と呼ぶことにする。 Superconductive material, although the need to cool below a critical temperature T c is an electrical resistance is substantially zero, an ideal conductor. Metal-based superconducting materials, low critical temperature T c, not led to widespread the need for cooling to cryogenic temperatures. For this reason, when the critical temperature Tc is as high as the liquid nitrogen temperature or higher and an oxide superconducting material having a relatively small cooling burden is put into practical use, it is expected that the oxide superconducting material will be widely used. As the material form of the oxide superconductor, there are a wire and a bulk bulk. The oxide superconducting wire can be applied to an application field in which a copper wire is used. On the other hand, if a plate-shaped or rod-shaped conductor is cut out from an oxide superconducting bulk material, it can be applied to an application field in which a copper bus bar is used. Here, a conductor using an oxide superconducting bulk material cut into a plate shape or a rod shape from an oxide superconducting bulk material is referred to as an oxide superconducting bulk conductor.
酸化物超電導バルク導体に用いる酸化物超電導バルク材料としては、臨界温度Tcが高く、大電流を流せる超電導バルク材料、すなわち臨界電流密度Jcが高い超電導バルク材料が望ましい。RE−Ba−Cu−O系酸化物超電導体(REは、Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される1種又は2種以上の元素である。)の臨界温度Tcは、90K程度と高い。しかしながら、酸化物の一般的な製法である焼結法で作製されるRE−Ba−Cu−O系酸化物超電導体のバルク材料は、多数の結晶粒からなる多結晶状の超電導バルク材料であり、酸化物超電導バルク材料が多結晶である場合には、内部に存在する多数の結晶粒界が超電導電流を阻害するため、臨界電流密度Jcは77Kで1.0×103A/cm2以下であり、低い値となる。 The oxide superconducting bulk material used for the oxide superconductive bulk conductor, high critical temperature T c, the superconducting bulk material can flow a large current, i.e. critical current density J c is higher superconducting bulk material is desirable. RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductor (RE is one or two selected from the group consisting of Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu. The critical temperature Tc is as high as about 90K. However, the bulk material of the RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductor produced by a sintering method, which is a general oxide production method, is a polycrystalline superconducting bulk material composed of many crystal grains. oxide when superconductive bulk material is polycrystalline, since a large number of grain boundaries existing therein inhibit superconducting current, the critical current density J c is 1.0 × 10 3 a / cm 2 at 77K Below, which is a low value.
臨界電流密度Jcを改善するために、例えば、以下の特許文献1で開示されているような、溶融結晶成長プロセスが開発されている。このような溶融結晶成長プロセスを適用することにより、結晶方位の揃ったRE1Ba2Cu3Oy(式中のyは、6.8≦y≦7.1を満足する。)中にRE2BaCuO5が微細分散した組織を有する、酸化物超電導バルク材料を得ることができる。内部に微細分散したRE2BaCuO5相は、磁力線をピン止めする機能を有する。かかる酸化物超電導バルク材料は、温度が77Kである1Tの磁場中において、臨界電流密度Jcが1.0×104A/cm2以上という、磁場中でも高い特性を示す。ここで、「結晶方位の揃った」とは、内部に大傾角粒界を含まない単結晶状であることと同義である。
To improve the critical current density J c, for example, as disclosed in
上述したように、酸化物超電導バルク材料から板状あるいは棒状にバルク体を切り出せば、銅製ブスバーのような導体を製造することは可能である。しかしながら、酸化物超電導材料は脆性材料であり、細長く切り出された酸化物超電導バルク体は、そのままでは破損しやすいという問題があった。更に、細長く切り出された酸化物超電導バルク体を高強度の部材と半田や樹脂等で接着して単純に一体化し、酸化物超電導バルク導体としたとしても、反りや剥離の問題があった。すなわち、酸化物超電導バルク体の片面だけに高強度部材を接着して一体化し、酸化物超電導バルク導体とした場合には、冷却時に酸化物超電導バルク体と高強度部材間の長手方向の熱収縮率の差が原因で酸化物超電導バルク体に反りが生じる。一方、酸化物超電導バルク体の両面に高強度部材を接着して一体化し、酸化物超電導バルク導体とした場合には、熱収縮率の差による反りは相殺されるが、酸化物超電導バルク体と高強度部材間の接着面で剥離が生じやすい。このような反りや剥離の問題は、酸化物超電導バルク体と熱収縮率が同じ高強度部材を使用すれば解決できる可能性はあるが、汎用的な部材でない場合には、高価になり現実的ではない。 As described above, a conductor such as a copper bus bar can be manufactured by cutting a bulk body into a plate shape or a rod shape from an oxide superconducting bulk material. However, the oxide superconducting material is a brittle material, and there has been a problem that a thin and long cut oxide superconducting bulk is easily broken as it is. Furthermore, even if the oxide superconducting bulk body cut into a long and thin shape is simply integrated with a high-strength member by soldering, resin or the like to form an oxide superconducting bulk conductor, there is a problem of warpage or peeling. In other words, when a high-strength member is bonded and integrated only to one surface of the bulk oxide superconductor to form an oxide superconductor bulk conductor, the heat shrinkage in the longitudinal direction between the bulk oxide superconductor and the high-strength member during cooling is reduced. The difference in the rates causes the bulk of the oxide superconducting body to warp. On the other hand, when a high-strength member is bonded and integrated on both surfaces of the oxide superconducting bulk body to form an oxide superconducting bulk conductor, the warpage due to the difference in heat shrinkage is offset, but the oxide superconducting bulk body and Peeling is likely to occur on the bonding surface between high-strength members. Such a problem of warpage and peeling may be solved by using a high-strength member having the same heat shrinkage as that of the oxide superconducting bulk body, but if it is not a general-purpose member, it becomes expensive and practical. is not.
そこで、本発明では、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、RE−Ba−Cu−O(REは、Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される1種又は2種以上の元素)の組成を含む希土類系酸化物超電導バルク体を利用した酸化物超電導バルク導体において、臨界温度TC以下に冷却しても破損しにくい酸化物超電導バルク導体を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide RE—Ba—Cu—O (RE is Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy). , Ho, Er, Tm, Yb, and Lu), the critical temperature T of the oxide superconducting bulk conductor using a rare earth-based oxide superconducting bulk material containing a composition of at least one element selected from the group consisting of It is an object of the present invention to provide an oxide superconducting bulk conductor that is hardly damaged even when cooled to C or less.
本発明の酸化物超電導バルク導体は、以下のとおりである。
(1)組成式がRE1Ba2Cu3Oy(式中のREは、Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される1種又は2種以上の元素であり、yは、6.8≦y≦7.2を満足する。)で表され、結晶方位の揃ったRE1Ba2Cu3Oy相中に、組成式がRE2BaCuO5で表されるRE2BaCuO5相が分散した組織を有すると共に、棒状又は板状の形状を有する酸化物超電導バルク体と、前記酸化物超電導バルク体の長手方向の少なくとも一面に重ねられる1以上の補強部材と、前記酸化物超電導バルク体に前記補強部材が重ねられた方向に、前記酸化物超電導バルク体と前記補強部材とを固定する剥離防止部材とを、備えたことを特徴とする、酸化物超電導バルク導体。
(2)前記酸化物超電導バルク体の長手方向の面のうち、前記補強部材が重ねられた前記面とは反対側の面に、重ねて設置された補強部材を更に有することを特徴とする、(1)に記載の酸化物超電導バルク導体。
(3)前記補強部材は、電気的良導体の金属板であり、前記金属板と接着する前記酸化物超電導バルク体は、その表面に銀被膜を有しており、前記酸化物超電導バルク体と前記金属板とは、半田あるいは銀ペーストにて接着されていることを特徴とする、(1)又は(2)に記載の酸化物超電導バルク導体。
(4)前記酸化物超電導バルク体の厚さが100μm以上であることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の酸化物超電導バルク導体。
The oxide superconducting bulk conductor of the present invention is as follows.
(1) The composition formula is RE 1 Ba 2 Cu 3 O y (where RE is selected from the group consisting of Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. One or two or more elements, y satisfies 6.8 ≦ y ≦ 7.2), and in the RE 1 Ba 2 Cu 3 O y phase having a uniform crystal orientation, An oxide superconducting bulk having a rod-shaped or plate-shaped bulk having a structure in which a RE 2 BaCuO 5 phase represented by a composition formula of RE 2 BaCuO 5 is dispersed, and at least a longitudinal direction of the oxide superconducting bulk. One or more reinforcing members stacked on one surface, and a separation preventing member that fixes the oxide superconducting bulk member and the reinforcing member in a direction in which the reinforcing member is stacked on the oxide superconducting bulk member. An oxide superconducting bar characterized by the following: Click conductor.
(2) Among the longitudinal surfaces of the oxide superconducting bulk body, a reinforcing member is further provided on the surface on the opposite side to the surface on which the reinforcing member is superimposed, The oxide superconducting bulk conductor according to (1).
(3) The reinforcing member is a metal plate of a good electrical conductor, and the bulk oxide superconductor adhered to the metal plate has a silver coating on a surface thereof. The oxide superconducting bulk conductor according to (1) or (2), wherein the metal superconductor is bonded with a solder or a silver paste.
(4) The bulk oxide superconductor according to any one of (1) to (3), wherein the thickness of the bulk oxide superconductor is 100 μm or more.
本発明によれば、RE−Ba−Cu−Oの組成からなる希土類系酸化物超電導バルク導体において、臨界温度TC以下に冷却しても破損しにくい酸化物超電導バルク導体を提供することができる。 According to the present invention can be provided in rare earth-based oxide superconducting bulk conductor having the composition RE-Ba-Cu-O, the damaged hard oxide superconducting bulk conductor be cooled below the critical temperature T C .
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図中の各構成要素の比率、寸法は、実際の各構成要素の比率、寸法を表すものではない。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The ratios and dimensions of the components in the drawings do not represent the actual ratios and dimensions of the components. Further, in this specification and the drawings, a plurality of components having substantially the same function and configuration may be distinguished from each other by adding different alphabets after the same reference numeral. However, when it is not necessary to particularly distinguish each of a plurality of components having substantially the same functional configuration, only the same reference numeral is assigned.
<超電導バルク体の概要について>
本実施形態で用いる結晶方位の揃った酸化物超電導バルク体(以下、「超電導バルク体」ともいう。)は、RE−Ba−Cu−O系酸化物超電導体である。より詳細には、本実施形態で用いる結晶方位の揃った酸化物超電導バルク体は、単結晶状のRE1Ba2Cu3O7−x相(123相)中に、RE2BaCuO5相(211相)等に代表される非超電導相が分散した組織を有するものである(以下、「QMG材料」ともいう。)。特に、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体は、直径20μm以下の非超電導相が微細分散した組織を有するものであることが望ましい。ここで、「結晶方位の揃った」とは、超電導電流が大幅に低下する粒界である大傾角粒界を内部に含まない単結晶状であることを意味する。また、「単結晶状」とは、完全な単結晶のみを指すのではなく、単結晶中に小傾角粒界等のような実用に差し支えない欠陥が存在するものも包含するものとする。大傾角粒界とは、例えば、粒界を挟んで隣り合う領域の結晶方位の角度が15°よりも大きい粒界をいう。また、小傾角粒界とは、例えば、粒界を挟んで隣り合う領域の結晶方位の角度が15°以下である粒界をいう。123相及び211相における構成元素REは、Y及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも1種以上から選択される。ただし、希土類元素としてCe、Pr、Pm及びTbを含有する場合には、超電導体とはならないため、Ce、Pr、Pm及びTbは、上記REからは除外される。すなわち、123相及び211相における構成元素REは、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luからなる希土類元素、Y及びこれら元素の組み合わせから選択される。ただし、La、Nd、Sm、Eu、又はGdの少なくともいずれかを含む123相は、1:2:3の化学量論組成から外れ、REのサイトにBaが一部置換した状態になることもある。また、非超電導相である211相においても、La、Ndは、Y、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luとは幾分異なり、金属元素の比が非化学量論的組成であったり、結晶構造が異なったりすることが知られている。
<Overview of superconducting bulk body>
The oxide superconducting bulk body having a uniform crystal orientation (hereinafter, also referred to as “superconducting bulk body”) used in the present embodiment is a RE—Ba—Cu—O-based oxide superconductor. More specifically, the oxide superconducting bulk body having a uniform crystal orientation used in the present embodiment includes a single-crystal RE 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x phase (123 phase) and a RE 2 BaCuO 5 phase (123 phase). Non-superconducting phase represented by a non-superconducting phase (hereinafter, also referred to as a “QMG material”). In particular, it is desirable that the bulk oxide superconductor according to the present embodiment has a structure in which a non-superconducting phase having a diameter of 20 μm or less is finely dispersed. Here, “having a uniform crystal orientation” means a single crystal state that does not include a large-angle grain boundary, which is a grain boundary at which the superconducting current is significantly reduced. Further, the term “single crystal” does not only indicate a perfect single crystal, but also includes a single crystal having a defect such as a small-angle grain boundary that is inconvenient for practical use. The large angle grain boundary refers to, for example, a grain boundary in which the crystal orientation angle of a region adjacent to the grain boundary is larger than 15 °. In addition, the small-angle grain boundary refers to, for example, a grain boundary in which the crystal orientation angle of a region adjacent to the grain boundary is 15 ° or less. The constituent element RE in the 123 phase and the 211 phase is selected from at least one or more selected from the group consisting of Y and rare earth elements. However, when Ce, Pr, Pm and Tb are contained as a rare earth element, Ce, Pr, Pm and Tb are excluded from the RE because they do not become superconductors. That is, the constituent elements RE in the 123 phase and the 211 phase are selected from rare earth elements including La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, Y, and combinations of these elements. However, the 123 phase containing at least one of La, Nd, Sm, Eu, and Gd deviates from the stoichiometric composition of 1: 2: 3, and may be in a state in which Ba is partially substituted at the RE site. is there. Also, in the 211 phase which is a non-superconducting phase, La and Nd are somewhat different from Y, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, and the ratio of metal elements is non-stoichiometric. It is known that they have stoichiometric compositions or have different crystal structures.
前述のBa元素の置換は、臨界温度を低下させる傾向がある。また、より酸素分圧の小さい環境においては、Ba元素の置換が抑制される傾向にある。 The aforementioned substitution of Ba element tends to lower the critical temperature. In an environment having a lower oxygen partial pressure, the substitution of Ba element tends to be suppressed.
このような単結晶状の酸化物超電導バルク体は、セラミックスの一般的な製法である焼結法ではなく、以下で詳述するような、焼結温度よりも高い溶融温度以上に成形体を昇温して半溶融状態にした後、徐冷中に結晶成長させるという、溶融結晶成長法で製造される。 Such a single crystal oxide superconducting bulk body is not formed by sintering, which is a general method for producing ceramics, but is formed by raising the formed body to a melting temperature higher than the sintering temperature as described in detail below. It is manufactured by a molten crystal growth method in which after heating to a semi-molten state, crystals are grown during slow cooling.
123相は、以下に示すような、211相と、BaとCuとの複合酸化物からなる液相との包晶反応により生成する。
211相+液相(BaとCuの複合酸化物)→123相
The 123 phase is generated by a peritectic reaction between the 211 phase and a liquid phase composed of a composite oxide of Ba and Cu as described below.
211 phase + liquid phase (composite oxide of Ba and Cu) → 123 phase
そして、この包晶反応により、123相が生成する温度(Tf:123相生成温度)は、ほぼRE元素のイオン半径に関連し、RE元素のイオン半径の減少に伴いTfも低くなる。また、低酸素雰囲気及びAg添加に伴い、Tfは低下する傾向にある。 The temperature at which the 123 phase is formed by this peritectic reaction (Tf: 123 phase formation temperature) is substantially related to the ionic radius of the RE element, and the Tf also decreases as the ionic radius of the RE element decreases. Further, Tf tends to decrease with a low oxygen atmosphere and the addition of Ag.
単結晶状の123相中に211相が微細分散した材料は、123相が結晶成長する際、未反応の211粒が123相中に取り残されるためにできる。即ち、上記バルク材は、以下に示す反応により生成する。
211相+液相(BaとCuの複合酸化物)→123相+211相
The material in which the 211 phase is finely dispersed in the single crystal 123 phase is formed because unreacted 211 grains are left in the 123 phase when the 123 phase grows. That is, the bulk material is generated by the following reaction.
211 phase + liquid phase (composite oxide of Ba and Cu) → 123 phase + 211 phase
QMG材料中の211相の微細分散は、臨界電流密度Jc向上の観点から、極めて重要である。QMG材料中には、上記のような構成元素に加えて、Pt、Rh又はCeの少なくとも一つを微量に含有することも可能である。Pt、Rh又はCeの少なくとも一つを微量に含有することで、半溶融状態(すなわち、211相と液相とからなる状態)での211相の粒成長が抑制され、結果的に、QMG材料中の211相の粒径を約1μm程度に微細化することができる。これらの元素の含有量は、微細化効果が現れる量が含有されることが好ましい。また、材料コストの観点から、これらの元素の含有量は、例えば、それぞれ、Pt:0.2〜2.0質量%、Rh:0.01〜0.5質量%、Ce:0.5〜2.0質量%であることが好ましい。より好ましくは、Ptの含有量は、0.4〜0.8質量%、Rhの含有量は、0.05〜0.4質量%、及びCeの含有量は、0.1〜0.3質量%である。また、Pt、Rh又はCeのうちの複数を用いる場合、含有されるPt、Rh又はCeの合計量は、酸化物超電導バルク材料の質量に対して、好ましくは、0.1質量%以上2.0質量%以下であり、更に好ましくは、0.2質量%以上1.5質量%以下である。QMG材料が含有するPt、Rh及びCeは、123相中に一部固溶する。また、QMG材料が含有するPt、Rh及びCeのうち、固溶できなかった残分は、BaやCuとの複合酸化物を形成し、材料中に点在することになる。QMG材料は、バルク体全体として、4回回転対称性の結晶構造を有している。 Fine dispersion of QMG 211 phase in the material, in view of the critical current density J c improved, is extremely important. The QMG material may contain a trace amount of at least one of Pt, Rh and Ce in addition to the above-mentioned constituent elements. By containing at least one of Pt, Rh or Ce in a trace amount, the grain growth of the 211 phase in a semi-molten state (ie, a state composed of the 211 phase and the liquid phase) is suppressed, and as a result, the QMG material The grain size of the 211 phase in the inside can be reduced to about 1 μm. It is preferable that the content of these elements is contained in such an amount that a miniaturization effect appears. From the viewpoint of material cost, the content of these elements is, for example, 0.2 to 2.0% by mass of Pt, 0.01 to 0.5% by mass of Rh, and 0.5 to 100% of Ce, respectively. Preferably it is 2.0% by mass. More preferably, the content of Pt is 0.4 to 0.8% by mass, the content of Rh is 0.05 to 0.4% by mass, and the content of Ce is 0.1 to 0.3%. % By mass. When a plurality of Pt, Rh or Ce is used, the total amount of Pt, Rh or Ce contained is preferably 0.1% by mass or more based on the mass of the oxide superconducting bulk material. 0 mass% or less, more preferably 0.2 mass% or more and 1.5 mass% or less. Pt, Rh and Ce contained in the QMG material partially dissolve in the 123 phase. Further, of Pt, Rh, and Ce contained in the QMG material, a residue that could not form a solid solution forms a composite oxide with Ba and Cu, and is scattered throughout the material. The QMG material has a four-fold rotationally symmetric crystal structure as a whole bulk body.
ここで、123相中の211相の割合は、臨界電流密度Jcの特性及び機械強度の観点から、例えば、5〜35体積%であることが望ましい。更に好ましくは、15体積%以上30体積%以下である。また、超電導バルク体中には、50〜500μm程度のボイド(気泡)が5〜20体積%程度存在することが一般的である。更に、超電導バルク体中に、上記のような元素に加えてAgを更に添加することも可能である。Agを更に添加した場合、超電導バルク体は、Agの添加量に応じて、粒径が1〜500μm程度のAg又はAg化合物を0体積%超25体積%以下含むようになる。 Here, 211 phase ratio of 123 phase, from the viewpoint of properties and mechanical strength of the critical current density J c, for example, it is desirable that 5 to 35% by volume. More preferably, the content is 15% by volume or more and 30% by volume or less. Further, it is general that a void (bubble) of about 50 to 500 μm exists in about 5 to 20% by volume in the superconducting bulk body. Further, it is possible to further add Ag to the superconducting bulk body in addition to the above elements. When Ag is further added, the superconducting bulk body contains more than 0% by volume to 25% by volume or less of Ag or an Ag compound having a particle size of about 1 to 500 μm depending on the amount of Ag added.
また、結晶成長後のバルク体は、酸素欠損量(x)が0.5〜0.8程度となることで、半導体的あるいは絶縁材料的な抵抗率の温度変化を示す。このような結晶成長後のバルク体を、各RE系に応じて623K〜873Kの温度で100時間程度、酸素雰囲気中においてアニールすることにより、酸素が超電導バルク体中に取り込まれ、酸素欠損量(x)は、0.2以下、すなわち酸素量y(=7−x)は、6.8以上となり、良好な超電導特性を示す。このとき、超電導相中には、双晶構造が生成する。しかしながら、このような双晶構造も含め、本明細書においては、「単結晶状」と称することとする。 Further, the bulk body after crystal growth exhibits a temperature change in resistivity as a semiconductor or an insulating material when the oxygen deficiency (x) is about 0.5 to 0.8. By annealing the bulk body after such crystal growth in an oxygen atmosphere at a temperature of 623 K to 873 K for about 100 hours in accordance with each RE system, oxygen is taken into the superconducting bulk body, and the amount of oxygen deficiency ( x) is 0.2 or less, that is, the amount of oxygen y (= 7−x) is 6.8 or more, indicating good superconducting properties. At this time, a twin structure is generated in the superconducting phase. However, such a twin structure is also referred to as “single crystal” in this specification.
また、かかる酸化物超電導バルク体を、酸化物超電導バルク導体として利用するには、結晶成長後の酸化物超電導バルク体を、棒状又は板状といった所定の形状に加工した上で、上記のような酸化物超電導バルク体の酸素アニールを行うことが求められる。 Further, in order to utilize such an oxide superconducting bulk body as an oxide superconducting bulk conductor, the oxide superconducting bulk body after crystal growth is processed into a predetermined shape such as a rod shape or a plate shape, and then, as described above. It is required to perform oxygen annealing of the bulk oxide superconductor.
<本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の詳細な説明>
以下では、本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体について、図に沿って説明する。
<Detailed description of oxide superconducting bulk conductor according to this embodiment>
Hereinafter, an oxide superconducting bulk conductor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の一例を示す概念図である。本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体1は、組成式がRE1Ba2Cu3Oy(式中のREは、Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選択される1種又は2種以上の元素、6.8≦y≦7.2)で表され、結晶方位の揃ったRE1Ba2Cu3Oy相中に、組成式がRE2BaCuO5で表されるRE2BaCuO5相が分散した組織から細長く板状又は棒状に切り出された酸化物超電導バルク体10の長手方向(x軸方向)の少なくとも一面に1以上の補強部材20が重ねて配置されている。酸化物超電導バルク導体1に用いられる酸化物超電導バルク体10としては、細長く板状又は棒状に切り出されたものであれば断面形状に特に制限を設けるものではないが、断面形状が矩形状、四角形状の方が補強部材20との重ね合せが容易であり好ましい。更に、酸化物超電導バルク導体1は、酸化物超電導バルク体10と補強部材20とを、重ねられた方向(z軸方向)に固定する剥離防止部材30を備えている。すなわち、剥離防止部材30は、酸化物超電導バルク体10と補強部材20とを、補強部材20が重ねられた面に垂直な方向に固定する。剥離防止部材30は、酸化物超電導バルク体10と補強部材20とが重ねられた積層体の周囲を囲む環を有している。そして、剥離防止部材30の中空部に当該積層体が嵌め込まれる。酸化物超電導バルク体10は、脆性材料で細長い形状であるにもかかわらず、少なくとも一面に重ねられた高強度の補強部材20とともに、剥離防止部材30で両面を固定されているため破損しにくい。更に、剥離防止部材30は、重ねられた方向には酸化物超電導バルク体10及び補強部材20を固定しているが、長手方向には固定していないので、酸化物超電導バルク体10と補強部材20の長手方向の熱収縮率が異なっていても、冷却時に長手方向に酸化物超電導バルク体10と補強部材20が互いに少しずれるだけであり、反りや剥離が起こり難い。ここで酸化物超電導バルク導体1に用いられる酸化物超電導バルク体10の厚さは、好ましくは、100μm以上である。酸化物超電導材料の導体としては、同じ材料系のものをテープ状の金属基材上に形成した超電導テープ線材もあるが、超電導部分の厚さは1μm程度であり、酸化物超電導バルク導体の超電導部分の厚さが酸化物超電導バルク体10の厚さと全く異なるため、その性質や挙動も大きく異なる。また、酸化物超電導バルク体10から100μmよりも薄く導体を切り出すことは困難であり、初めから金属基材上に形成される酸化物超電導テープ線材とは異なるものである。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of the oxide superconducting bulk conductor according to the present embodiment. The oxide
図2は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例を示す概念図である。図2では、酸化物超電導バルク体10の長手方向の向かい合う両面に補強部材20が重ねて配置されている。更に、酸化物超電導バルク導体1Aは、酸化物超電導バルク体10と補強部材20を、重ねられた方向に固定する剥離防止部材30を備えている。酸化物超電導バルク体10は、脆性材料で細長い形状であるにもかかわらず、高強度の補強部材20と剥離防止部材30で両面を固定されているため、片面補強の場合よりも破損しにくい。更に、剥離防止部材30は、重ねられた方向には酸化物超電導バルク体10及び補強部材20を固定しているが、長手方向には固定していないので、酸化物超電導バルク10体と補強部材20の長手方向の熱収縮率が異なっていても、冷却時に長手方向に酸化物超電導バルク体10と補強部材20が互いに少しずれるだけであり、反りや剥離が起こり難い。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing another example of the oxide superconducting bulk conductor according to the present embodiment. In FIG. 2, reinforcing
補強部材20としては、銅や銅合金、アルミ、アルミ合金などの金属、あるいはガラス繊維強化プラスチック(GFRP)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP)などの機械的に高強度の部材であればよい。酸化物超電導バルク体10は、脆性材料で細長い形状であるにもかかわらず、高強度の補強部材20と剥離防止部材30で固定されているため、破損しにくい。更に、剥離防止部材30は、重ねられた方向には酸化物超電導バルク体10及び補強部材20を固定しているが、長手方向には固定していないので、酸化物超電導バルク体10と補強部材20の長手方向の熱収縮率が異なっていても、冷却時に長手方向に酸化物超電導バルク体10と補強部材20が互いに少しずれるだけであり、反りや剥離が起こり難く、酸化物超電導バルク体10が破損することもない。補強部材20の厚さについて制約を設けるものではないが、薄すぎると補強の効果が小さくなるので、補強部材20の厚さとしては0.5mm以上が好ましい。また、厚すぎると導体として嵩張るので、補強部材20の厚さとしては、酸化物超電導バルク体10の厚さの2倍以下が好ましい。
The reinforcing
図1や図2の説明において、これまでは、酸化物超電導バルク体10と補強部材20とは、特に接着されておらず、剥離防止部材30でのみ固定されていた例を挙げていたが、酸化物超電導バルク体10と補強部材20の間を半田や樹脂等で接着して一体化してもよい。図1のように、酸化物超電導バルク体10の片側のみに補強部材20を重ね、酸化物超電導バルク体10と補強部材20とを接着して一体化した場合には、互いにずれが生じないために、酸化物超電導バルク体10と補強部材20の熱収縮率差による冷却時の反りは剥離防止部材30で固定しても防ぐことはできない。しかし、酸化物超電導バルク体10と補強部材20の間の反りに起因した剥離は防止できる。図2のように、酸化物超電導バルク体10の両側のそれぞれに補強部材20を重ね、酸化物超伝導バルク体10と補強部材20とを接着して一体化した場合には、互いにずれることがなくても酸化物超電導バルク体10と補強部材20の熱収縮率差による冷却時の反りは起こりにくく、逆に酸化物超電導バルク体10と補強部材20との間の剥離が起こり易くなる。しかしながら、酸化物超電導バルク体10と補強部材20とは、剥離防止部材30によって、重ねられた方向に固定されているため、効果的に剥離を防止できる。更に、補強部材20を銅やアルミ等の電気の良導体とし、半田付けや銀ペースト等で酸化物超電導バルク体10と接着一体化すると、酸化物超電導バルク体10と補強部材20との間は電気的に接続される。これにより、万が一、酸化物超電導バルク体10が破損した際にも、電気の良導体である補強部材20が電流のバイパス機能を有することなる。その結果、酸化物超電導バルク体10が破損した場合にも、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体は、導体としての機能を完全に失うことはない。したがって、酸化物超電導バルク導体に接続されている機器を保護する機能が増すという効果が得られる。酸化物超電導バルク体10と補強部材20の間を半田付けする際には、酸化物超電導バルク体10の表面に銀被膜を設けた方が、電気的な接触抵抗が著しく低下するので好ましい。ここで電気の良導体とは、銅やアルミと同程度の電気抵抗率を有するもので、室温付近では1×10−7Ωm以下のものが好ましい。
In the description of FIGS. 1 and 2, an example has been given so far in which the oxide
剥離防止部材30としては、酸化物超電導バルク体10と補強部材20を、重ねられた方向に固定するものであればよく、その形成方法及び形状は限定されない。図3〜図9に、両側に補強部材を設けた酸化物超電導バルク導体の長手方向から見た剥離防止部材の例を示す。図3は、剥離防止部材が一体成型された例である。図4は、複数の剥離防止部材の部品を組み合わせて中空構造にした例である。図3に示した、一体ものの中空構造の剥離防止部材30に酸化物超電導バルク体10や補強部材20を嵌め込む場合に比べて、図4に示したように、剥離防止部材30Aを、剥離防止部材部品301及び剥離防止部材部品302を含む組み合わせ構造にすることによって嵌め込みが容易になる。複数の剥離防止部材部品を組み合わせる場合には、例えば、図5に示すように、例えば、ボルト303で剥離防止部材部品301及び剥離防止部材部品302を固定して剥離防止部材30Bとしてもよく、あるいは図6に示すように、半田や樹脂等の接着剤304で接着してもよい。図7は、剥離防止部材30Cがコの字構造の例である。すなわち、剥離防止部材30Cは、環の一部が省略された構造となっている。コの字構造の剥離防止部材30Cの場合には、長手方向に隣り合う剥離防止部材30Cを互いに逆向きに嵌め合わせることによって、剥離防止部材30Cから酸化物超電導バルク体10や補強部材20を外れにくくすることができる。図8に示した剥離防止部材30Dは、コの字構造の剥離防止部材305に堰306を設けて酸化物超電導バルク体10や補強部材20が剥離防止部材30Dから外れにくくした例である。図9は、薄いテープ状の剥離防止部材307を巻き付けた例である。
As the
剥離防止部材30の熱収縮率としては、酸化物超電導バルク体10と補強部材20が重ねられた方向の全体の熱収縮率と同じか、あるいはそれより大きい方が、冷却時に酸化物超電導バルク体10と補強部材20とに圧縮応力が作用することで固定力が増すので好ましい。1つの酸化物超電導バルク導体1での剥離防止部材30の数量について限定するものではないが、例えば、図1のように、酸化物超電導バルク体10と補強部材20とが重ねられた積層体の両端付近にそれぞれ1か所ずつ計2箇所は設けた方が好ましい。1つの酸化物超電導バルク導体となる積層体の長さが長い場合には、中央部にも剥離防止部材30を設けるなど適宜数量を増やせばよい。剥離防止部材30としては、銅や銅合金、アルミ、アルミ合金などの金属、あるいはガラス繊維強化プラスチック(GFRP)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP)などの機械的に高強度の部材であればよいが、テープ状の剥離防止部材の場合には薄い金属や樹脂のテープであっても多層巻にすることによって高強度にすることができる。剥離防止部材30は、酸化物超電導バルク体10や補強部材20と半田や樹脂等で接着してもよいが、酸化物超電導バルク体10と補強部材20とが互いに接着されていない場合には、酸化物超電導バルク体10の長手方向の面、又は補強部材20の長手方向の面のどちらか一方のみと固定した方が、冷却時に酸化物超電導バルク体10と補強部材20とが互いにずれることが可能となるので好ましい。
The thermal contraction rate of the peeling
続いて、図10及び図11を参照して、ブスバー導体接続の従来例と本発明例とを比較する、図10は、従来の銅ブスバー導体2で銅端子Aと銅端子Bを結んだ場合であり、図11は、本発明に係る酸化物超電導バルク導体1で銅端子Aと銅端子Bとを結んだ場合である。どちらの場合も、銅端子A及び銅端子Bとは半田付などで電気的に接続されるが、本発明に係る酸化物超電導バルク導体1の場合には、例えば、酸化物超電導バルク体10と銅端子A及び銅端子Bとが半田付される。この場合、剥離防止部材30は、半田付け面を避ける位置に取り付けられることになる。図10の従来の銅ブスバー導体2で銅端子Aと銅端子Bとを結んだ場合に比べて、図11の本発明のように酸化物超電導バルク導体1で銅端子Aと銅端子Bとを結んだ場合の方が、酸化物超電導バルク導体1の電気抵抗が銅ブスバー導体2の電気抵抗と比較して小さいため、同一電流を流すときには、全体的にコンパクトにすることが可能となり、更に、通電時のジュール発熱が大幅に低減する。
Next, referring to FIGS. 10 and 11, a conventional example of busbar conductor connection and an example of the present invention will be compared. FIG. 10 shows a case where a copper terminal A and a copper terminal B are connected by a conventional
図12は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の例を示す概念図である。図12では、酸化物超電導バルク導体1Eの長手方向の向かい合う両面に補強部材が重ねて配置されているが、図2の例と異なり、片側の補強部材20Aが短くなっている。このような構造にすることによって、図11のように、A地点とB地点の銅端子の間を酸化物超電導バルク導体1Eで接続する場合に、A地点とB地点の銅端子と酸化物超電導バルク体10とを直接半田付けすることができる。図12では、片側の補強部材20Aが短くなって、酸化物超電導バルク体10の端部の片面が外部端子に直接接続できるようになっていたが、両側の補強部材が短くなっていて、酸化物超電導バルク体10の端部の両面が直接外部端子に接続できる構造にしてもよい。また、図2のような両側の補強部材20の長さが同じである酸化物超電導バルク導体1Aの場合であっても、補強部材20が電気良導体であって、かつ酸化物超電導バルク体10と補強部材20とが半田等で電気的に接続されていれば、補強部材20を介して酸化物超電導バルク導体1AをA地点とB地点の銅端子に接続してもよい。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing another example of the oxide superconducting bulk conductor according to the present embodiment. In FIG. 12, the reinforcing members are superposed and arranged on both surfaces facing each other in the longitudinal direction of the oxide
図13は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体1の別の例を示す概念図である。図13では、酸化物超電導バルク体10Aと補強部材20Bの一部に剥離防止部材30の大きさに合わせて凹み部を設けており、剥離防止部材30を当該凹み部に嵌合することで、剥離防止部材30が出っ張らない構造になっている。図14では、補強部材20Cの長さを酸化物超電導バルク体10より短くし、酸化物超電導バルク体10の断端部にコの字形状の剥離防止部材30Dを設けており、剥離防止部材30が出っ張らない構造になっている。図14のような、剥離防止部材30Dがコの字形状の場合においても、補強部材20Cと剥離防止部材30Dとが一部重なる構造になっているため、図13と同様に、補強部材20Cが酸化物超電導バルク体10から剥離することを防止することができる。
FIG. 13 is a conceptual diagram showing another example of the oxide
図15は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の例を示す概念図である。図15では、複数の酸化物超電導バルク体10のZ軸方向の両面に、片側それぞれ1つずつの補強部材20が重ねられ、複数の剥離防止部材30によって固定されている。実用的な酸化物超電導バルク導体1Hの長さは、数cm〜1m程度であり、銅やFRP(繊維強化プラスチック)等の補強部材30は、工業的に一体ものの製造は可能である。一方、高い臨界電流密度Jcを有する酸化物超電導バルク体10は、結晶成長工程によって製造されるために、長さは10cm程度であり、長尺な酸化物超電導バルク導体1Hとするためには、複数個の酸化物超電導バルク体10を使用することになる。その場合には、図15のように、それぞれの酸化物超電導バルク体10に少なくとも1個の剥離防止部材30を設けた方が十分に固定されるので好ましい。
FIG. 15 is a conceptual diagram showing another example of the oxide superconducting bulk conductor according to the present embodiment. In FIG. 15, one reinforcing
以上、本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の種々の例について説明した。 As above, various examples of the oxide superconducting bulk conductor according to the embodiment of the present invention have been described.
なお、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体は、図1〜図15に示した例に限定されない。すなわち、酸化物超電導バルク体と、酸化物超電導バルク体の長手方向の少なくとも一面に補強部材が重ねて設置され、酸化物超電導バルク体と補強部材を重ねられた方向に固定する剥離防止部材を備えている酸化物超電導バルク導体であれば、酸化物超電導バルク導体の態様は特に限定されない。 The oxide superconducting bulk conductor according to the present embodiment is not limited to the examples shown in FIGS. In other words, the oxide superconducting bulk body, the reinforcing member is placed on at least one surface in the longitudinal direction of the oxide superconducting bulk body, is provided, provided with a peeling prevention member that fixes the oxide superconducting bulk body and the reinforcing member in the overlapping direction The form of the oxide superconducting bulk conductor is not particularly limited as long as the oxide superconducting bulk conductor is used.
以下に、実施例を示しながら、本発明の実施形態について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明のあくまでも一例であって、本発明が、下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to examples. The embodiments described below are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
本実施例では、図16を用いて、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の有効性について説明する。図16(a)は、補強部材がない棒状の酸化物超電導バルク体のみの酸化物超電導バルク導体である。図16(b)は、片側に補強部材を設けた酸化物超電導バルク導体であり、図16(c)は、片側に補強部材を設けた酸化物超電導バルク導体である。図16(b)と(c)ともに剥離防止部材がないために、酸化物超電導バルク体と補強部材は半田付けで一体化している。図16(d)は、片側補強部材に剥離防止部材を設けた酸化物超電導バルク導体であり、図16(e)は、両側補強部材に剥離防止部材を設けた酸化物超電導バルク導体である。図ともに剥離防止部材があるために、酸化物超電導バルク体と補強部材は一体化していない。ここで、図16(a)に示した酸化物超電導バルク導体を試料A、図16(b)に示した酸化物超電導バルク導体を試料B、図16(c)に示した酸化物超電導バルク導体を試料C、図16(d)に示した酸化物超電導バルク導体を試料D、図16(e)に示した酸化物超電導バルク導体を試料Eと呼ぶ。
(Example 1)
Example In this example, the effectiveness of the oxide superconducting bulk conductor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16A shows an oxide superconducting bulk conductor having only a rod-shaped oxide superconducting bulk body without a reinforcing member. FIG. 16B shows an oxide superconducting bulk conductor provided with a reinforcing member on one side, and FIG. 16C shows an oxide superconducting bulk conductor provided with a reinforcing member on one side. 16 (b) and 16 (c), since there is no separation preventing member, the oxide superconducting bulk body and the reinforcing member are integrated by soldering. FIG. 16D shows an oxide superconducting bulk conductor in which a one-side reinforcing member is provided with a peel-off preventing member, and FIG. 16E shows an oxide superconducting bulk conductor in which both-side reinforcing members are provided with a peel-off preventing member. In both figures, the bulk superconducting oxide body and the reinforcing member are not integrated because of the presence of the separation preventing member. Here, the oxide superconducting bulk conductor shown in FIG. 16A is sample A, the oxide superconducting bulk conductor shown in FIG. 16B is sample B, and the oxide superconducting bulk conductor shown in FIG. Is referred to as Sample C, the oxide superconducting bulk conductor illustrated in FIG. 16D is referred to as Sample D, and the oxide superconducting bulk conductor illustrated in FIG.
まず、試料A〜試料Eを構成する棒状の酸化物超電導バルク体を切り出す母材である酸化物超電導バルク体の製造方法について述べる。市販されている純度99.9質量%のガドリニウム(Gd)、バリウム(Ba)、銅(Cu)のそれぞれの酸化物の粉末を、Gd:Ba:Cu=1.6:2.3:3.3のモル比で秤量し、それに酸化セリウムを1質量%及び酸化銀を銀換算で10質量%加えた。この秤量粉を2時間かけて十分混練してから、大気中にて1173Kで8時間仮焼した。次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を1423Kまで加熱して溶融状態にし、30分間保持した後、降温途中で種付けを行い、1278K〜1252Kの温度領域を100時間かけて徐冷して結晶成長させ、直径60mm、高さ20mmの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。そして、この直径60mmの単結晶状の酸化物超電導バルク体から、長さ50mm×幅3mm×厚さ1mmの細長い棒状試料を、結晶のc軸が1mm長の辺と平行になるように切り出した。細長い棒状試料は、表面に銀を2μm程度の厚さで成膜した後、酸素気流中において673Kで100時間熱処理した。 First, a method for manufacturing a bulk oxide superconducting body, which is a base material from which rod-shaped bulk oxide superconducting bodies constituting Samples A to E are cut, will be described. A commercially available powder of each oxide of gadolinium (Gd), barium (Ba), and copper (Cu) having a purity of 99.9% by mass was obtained by adding Gd: Ba: Cu = 1.6: 2.3: 3. The mixture was weighed at a molar ratio of 3, and 1% by mass of cerium oxide and 10% by mass of silver oxide in terms of silver were added thereto. The weighed powder was sufficiently kneaded for 2 hours, and then calcined in the atmosphere at 1173K for 8 hours. Next, the calcined powder was formed into a disk shape using a mold. The molded body is heated to 1423K to be in a molten state, held for 30 minutes, seeded in the course of cooling, and gradually cooled in a temperature region of 1278K to 1252K over 100 hours to grow a crystal, and has a diameter of 60 mm and a height of 60 mm. A 20 mm single crystal oxide superconducting bulk body was obtained. Then, an elongated rod-shaped sample having a length of 50 mm, a width of 3 mm and a thickness of 1 mm was cut out from the single-crystal oxide superconducting bulk material having a diameter of 60 mm so that the c-axis of the crystal became parallel to the 1-mm long side. . The elongated rod-shaped sample was formed by depositing silver on the surface to a thickness of about 2 μm and then heat-treated at 673 K for 100 hours in an oxygen stream.
試料Aについては、この細長い棒状試料を酸化物超電導バルク導体とした。試料Bについては、酸化物超電導バルク体の片側に長さ50mm×幅3mm×厚さ1mmの銅板を補強部材として半田付けで接着した。試料Cについては、酸化物超電導バルク体の両側に長さ50mm×幅3mm×厚さ1mmの銅板を補強部材として半田付けで接着した。試料Dについては、酸化物超電導バルク体の片側に補強部材である銅板を重ねたものを、3mm×2mmの中空サイズを有する銅製の剥離防止部材2個に嵌め合わせた。試料Eについては、酸化物超電導バルク体の両側に銅板を補強部材として重ねたものを、3mm×3mmの中空サイズを有する銅製の剥離防止部材2個に嵌め合わせた。試料Dと試料Eは、上述したように、剥離防止部材があるために、酸化物超電導バルク体と補強部材は一体化していない(接着していない)。また、本実施例では、剥離防止部材は嵌め合わせただけで、特に接着は行っていない。 For sample A, this elongated rod-shaped sample was used as an oxide superconducting bulk conductor. For sample B, a copper plate having a length of 50 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 1 mm was adhered to one side of the bulk oxide superconductor by soldering as a reinforcing member. For sample C, a copper plate having a length of 50 mm, a width of 3 mm, and a thickness of 1 mm was bonded to both sides of the bulk oxide superconductor by soldering as a reinforcing member. For sample D, a copper plate as a reinforcing member was superimposed on one side of the bulk oxide superconducting body, and fitted to two copper peel preventing members having a hollow size of 3 mm × 2 mm. For sample E, a copper plate superposed on both sides of the bulk oxide superconducting body as a reinforcing member was fitted to two copper peel preventing members having a hollow size of 3 mm × 3 mm. As described above, in Samples D and E, the bulk oxide superconductor and the reinforcing member are not integrated (not bonded) because of the presence of the separation preventing member. Further, in the present embodiment, the separation preventing members are merely fitted, and no particular bonding is performed.
試料A〜Eを各5個ずつ準備して、室温から液体窒素温度への冷却試験を10回繰り返した。試料Aについては、冷却繰り返し試験の取扱い中に5個中1個が破損したが、補強部材がある試料B〜Eについては、冷却繰り返し試験の取扱い中に酸化物超電導バルク導体が破損することはなかった。試料Bについては、冷却時に酸化物超電導バルク体と補強部材との長手方向の熱収縮率の差によって反りが生じた。1回目の冷却では試料全体が反るだけで、剥離は見られなかったが、冷却を10回繰り返した後では、5個中4個に酸化物超電導バルク体と補強部材間に剥離が生じた。試料Cについては、試料全体の反りはなかったが、1回目の冷却後に5個中2個に酸化物超電導バルク体と補強部材間に剥離が生じた。5回目の冷却後には5個全ての試料に剥離が生じ、冷却を繰り返すにつれて剥離具合が大きくなった。試料Dについては、冷却しても試料全体の反りや剥離は生じず、10回冷却後も特に異常はなかった。試料Eについては、冷却しても試料全体の反りや剥離は生じず、10回冷却後も特に異常はなかった。 Five samples A to E were prepared, and a cooling test from room temperature to liquid nitrogen temperature was repeated 10 times. For sample A, one out of five pieces was damaged during the handling of the cooling repetition test. However, for samples B to E having the reinforcing member, the oxide superconducting bulk conductor was damaged during the handling of the cooling repetition test. Did not. Sample B was warped during cooling due to the difference in the thermal shrinkage in the longitudinal direction between the bulk oxide superconductor and the reinforcing member during cooling. In the first cooling, no peeling was observed because the entire sample was warped, but after cooling was repeated 10 times, peeling occurred between the oxide superconducting bulk body and the reinforcing member in 4 out of 5 samples. . For sample C, there was no warping of the entire sample, but after the first cooling, exfoliation occurred between two of the five bulk oxide superconductors and the reinforcing member. After the fifth cooling, peeling occurred in all five samples, and the degree of peeling increased as cooling was repeated. With respect to Sample D, no warping or peeling of the entire sample occurred even after cooling, and there was no particular abnormality even after cooling 10 times. Regarding the sample E, the entire sample did not warp or peel even when cooled, and there was no particular abnormality even after cooling 10 times.
従って、本結果から、酸化物超電導バルク導体を、酸化物超電導バルク体の長手方向の少なくとも一面に補強部材が重ねて設置され、酸化物超電導バルク体と補強部材とが重ねられた方向に、酸化物超電導バルク体と補強部材とを固定する剥離防止部材を備えている構成にすることにより、RE−Ba−Cu−Oの組成を含む希土類系酸化物超電導バルク導体において、臨界温度TC以下に冷却しても破損しにくい酸化物超電導バルク導体を提供することができる。 Therefore, from this result, the oxide superconducting bulk conductor, the reinforcing member is placed on at least one surface in the longitudinal direction of the oxide superconducting bulk body, and oxidized in the direction in which the oxide superconducting bulk body and the reinforcing member overlap. by the arrangement comprises a peeling preventing member for fixing the object superconducting bulk body and the reinforcing member, in the rare earth-based oxide superconducting bulk conductor comprising the composition of RE-Ba-Cu-O, below the critical temperature T C An oxide superconducting bulk conductor that is not easily damaged even when cooled can be provided.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is apparent that those skilled in the art to which the present invention pertains can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H 酸化物超電導バルク導体
2 銅ブスバー
10、10A 酸化物超電導バルク体
20、20A、20B、20C 補強部材
30、30A、30B、30C、30D、305、307 剥離防止部材
301、302 剥離防止部材部品
303 ボルト
304 接着剤
306 堰
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H Oxide
20, 20A, 20B,
Claims (4)
前記酸化物超電導バルク体の長手方向の少なくとも一面に重ねられる1以上の補強部材と、
前記酸化物超電導バルク体に前記補強部材が重ねられた方向に、前記酸化物超電導バルク体と前記補強部材とを固定する剥離防止部材と、を備えたことを特徴とする、酸化物超電導バルク導体。 The composition formula is RE 1 Ba 2 Cu 3 O y (where RE is one selected from the group consisting of Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. Or two or more elements, and y satisfies 6.8 ≦ y ≦ 7.2), and the composition formula is expressed in the RE 1 Ba 2 Cu 3 O y phase having a uniform crystal orientation. and has a structure in which RE 2 BaCuO 5 phase represented by RE 2 BaCuO 5 are dispersed, and the oxide superconductive bulk body having a rod-like or plate-like shape,
One or more reinforcing members stacked on at least one surface in the longitudinal direction of the bulk oxide superconductor,
An oxide superconducting bulk conductor, comprising: a direction in which the reinforcing member is superimposed on the oxide superconducting bulk body, and a separation preventing member that fixes the oxide superconducting bulk body and the reinforcing member. .
前記金属板と接着する前記酸化物超電導バルク体は、その表面に銀被膜を有しており、
前記酸化物超電導バルク体と前記金属板とは、半田あるいは銀ペーストにて接着されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の酸化物超電導バルク導体。 The reinforcing member is a metal plate of a good electrical conductor,
The oxide superconducting bulk body bonded to the metal plate has a silver coating on its surface,
The oxide superconducting bulk conductor according to claim 1, wherein the oxide superconducting bulk body and the metal plate are adhered with solder or silver paste.
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