JP2527790B2 - 酸化物系超電導長尺材の製造装置 - Google Patents

酸化物系超電導長尺材の製造装置

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伸哉 青木
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知章 品田
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、超電導マグネットコイルや電力輸送用等
に使用される酸化物系超電導長尺材の製造装置に関す
る。
「従来の技術」 近時、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界温度
(Tc)が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化物系超電
導体が種々発見されつつある。
そして、例えばこのような酸化物系超電導体を備えた
超電導線を製造するには、Y−Ba−Cu−O系の超電導体
を有した超電導線の場合、Y2O3粉末とBaCO3粉末とCuO粉
末とを所望する比率で混合した混合粉末を仮焼・粉砕し
て仮焼粉末とし、さらにこの仮焼粉末を銅、銀などの金
属パイプ内に充填し、次いで縮径加工および熱処理を順
次行い、上記混合粉末を焼結せしめてこれを超電導体と
し、超電導線を得る方法が試みられている。
ところが、このような方法では、熱処理に際し、熱膨
張率の差に起因して金属パイプからなるシースと該シー
ス内の超電導体との間に応力が発生し、この応力により
超電導体内にクラックなどの欠陥部分が生じ易いため、
長手方向に沿って均一な超電導特性を示す超電導線が得
られにくいという問題がある。
また、このような問題に鑑み、金属パイプに充填する
ことなく、化学気相蒸着法(以下、CVD法と略称す
る。)等により線状の基材上に直接超電導体を形成する
方法なども提案されている。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記のCVD法を用いた超電導線の製造
方法にあっては、以下に述べるような不都合がある。
この製造方法において使用されるCVD装置は、通常高
い蒸気圧を有する揮発性化合物を気相源として用いるも
のである。ところで、酸化物系超電導体を作製するにあ
たっては、例えばY、Ba、Cuなどの元素を含む揮発性化
合物を気相源として使用するが、これらY、Ba、Cuなど
の元素を含む揮発性化合物は、一般に蒸気圧が低く、よ
ってこれら化合物を、所望する組成比の超電導体が形成
可能となるよう調整してCVD装置に供給するのが困難で
あり、したがって得られた超電導体はその組成比が所望
する適正なものとならず、十分な超電導特性を有するも
のとならない。また、上述した超電導線のごとく長尺材
を作製するには、特に連続してCVD処理を行うのが生産
上望ましいが、通常使用されるCVD装置は基板上への薄
膜形成などに用いるのが普通であり、長尺材を連続して
処理し得るような機構が設けられていないのが実状であ
る。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、優れた超電導特性を有する長尺な超
電導材を作製するのに好適に用いられる製造装置を提供
することにある。
「課題を解決するための手段」 この発明の酸化物系超電導長尺材の製造装置では、化
学気相蒸着処理装置本体とこの装置本体に設けられた気
相源供給系を具備してなる酸化物系超電導長尺材の製造
装置において、上記装置本体内に長尺基材を正逆方向に
移動せしめる送出装置および巻取装置を配し、上記気相
源供給系に上記A,B,Cuの各元素を含むそれぞれの気相源
の供給量を個々に調整し得る調整機構を設けたことを上
記課題の解決手段とした。
「作用」 この発明の酸化物系超電導長尺材の製造装置によれ
ば、気相源供給系に酸化物系超電導体の各構成元素を含
むそれぞれの気相源の供給量を個々に調整し得る調整機
構を設けたので、各気相源が所定比に調整されて処理室
内に供給される。また、装置本体内に長尺基材を正逆方
向に移動せしめる送出装置および巻取装置を配したの
で、長尺基材に連続してCVD処理による超電導体層の形
成が行える。なお、この発明において用いるCVD法とし
ては、プラズマCVD法、熱CVD法、光CVD法のいずれを用
いても良い。
「実施例」 以下、この発明の酸化物系超電導長尺材の製造装置の
一実施例を詳しく説明する。
第1図はこの発明の酸化物系超電導長尺材の製造装置
の一実施例を示す図であって、図中符号1は製造装置で
ある。この製造装置1は、プラズマ化学気相蒸着処理を
行うための装置本体2と、この装置本体2に設けられた
気相源供給系3とから構成されたものである。
装置本体2は、プラズマ発生容器4とこのプラズマ発
生容器4に連通する処理室5とからなっている。プラズ
マ発生容器4は、石英等の絶縁体からなる円筒状のもの
で、その外周部には高周波コイル6が巻回されている。
この高周波コイル6は、図示しない高周波電源に接続さ
れたものであり、高周波電磁誘導によってプラズマ発生
容器4内にプラズマを形成するものである。また、プラ
ズマ発生容器4の天井部の開口部には、プラズマ発生用
ガス供給管7がプラズマ発生容器4内に連通して固定体
8により気密に取り付け固定されている。プラズマ発生
用ガス供給管7は、図示しない供給源に接続されたもの
であり、酸素、亜酸化窒素(N2O)等の酸素源ガスと、
アルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスとの混合ガス
などをプラズマ発生容器4内に供給するためのものであ
る。さらに、このプラズマ発生容器4の底部の開口部に
は、上記処理室5が連設されている。
処理室5は、その中央部にて上記プラズマ発生容器4
に連通する横方向に長い密閉容器状のもので、この両端
部にはロール室9、9が配置されている。これらロール
室9、9内には、一方に送出装置10が、他方に巻取装置
11が収納されている。送出装置10および巻取装置11は、
それぞれ線材あるいはテープ材等の長尺基材を送り出
し、または処理後の長尺材を巻き取るためのもので、第
1図中矢印A方向に回転するものであるが、逆回転も可
能であり、これによって一旦処理した長尺材を容易に再
処理することが可能なようになっている。また、ロール
室9、9には、上記送出装置10および巻取装置11を取り
出しあるいは収納するための図示しない扉が気密に設け
られている。処理室5には、処理室5内およびこれに連
通するプラズマ発生容器4内を真空引きしあるいは減圧
するための排気口12が形成されており、この排気口12に
は図示しない負圧源が接続されている。また、この処理
室5内の中央部にはヒータ13が配設されており、これに
よって処理室5では上記送出装置10および巻取装置11に
巻架された長尺材を熱処理可能なようになっている。さ
らに、この処理室5には、該処理室5内にCVD処理を施
すための気相源を供給する気相源供給系3が、供給管14
を介して接続されている。ここで、供給管14は、その処
理室5内側の一端がプラズマ発生容器4の底部開口部に
臨んで開口しており、これによってプラズマ発生容器4
内で形成されたプラズマフレーム中に気相源を供給し得
るようになっている。
気相源供給系3は、第2図に示すように、酸化物系超
電導体の構成元素を含む各々の気相源を貯留する容器15
‥と、これら容器15‥内の気相源を上記供給管14を介し
て処理室5に導入するための配管系16と、該配管系16に
配設された複数のレギュレーター17…とからなってい
る。容器15‥には、それぞれに上記一般式A−B−Cu−
OにおけるA元素、B元素およびCu元素を含む気相源が
それぞれ貯留されている。ここで、これら気相源として
は、例えば酸化物系超電導体がY−Ba−Cu−O系の場
合、Y元素を含む気相源としてトリス−シクロペンタジ
エニルイットリウム等が、Ba元素を含む気相源としてビ
ス−ヘキサフルオロアセチルアセトンバリウム等が、さ
らにCu元素を含む気相源としてビス−ジピバロイルメタ
ナート銅等がそれぞれ用いられる。容器15‥は、ステン
レス等の金属製のものであって、その底部には容器15‥
内の気相源を加熱するための図示しないヒータが配設さ
れている。配管系16は、上記供給管14と容器15‥とを連
通せしめ、さらにこれらをキャリヤガス源18および真空
ポンプ19に連通せしめるものであり、キャリヤガス源18
からキャリヤガスを導入しあるいは真空ポンプ19で真空
引きすることにより、上記容器15‥内およびこれに連通
する配管内を10-2mmHg〜1.5Kg/cm2の範囲で制御可能と
したものである。すなわち、この配管系16には、その主
配管20の一端側にキャリヤガス源18が、また他端側に真
空ポンプ19が接続されており、真空ポンプ19側に主配管
20より分岐して上記供給管14が配設されている。主配管
20には一対の補助配管21、21が分岐して配設されてお
り、これら補助配管21、21間にはさらに分岐管22‥が配
設されている。分岐管22‥には、該分岐管22‥に上記容
器15‥を連通せしめるための容器用管23‥がそれぞれに
配設されている。レギュレーター17…は、配管系16の主
配管20、補助配管21、21、分岐管22‥および容器用管23
‥、さらには供給管14にそれぞれ配設されたもので、そ
れぞれの管内あるいは容器15‥内の圧力を一定にし得る
よう調節可能なものである。このような構成のもとに気
相源供給系3は、上記A,B,Cuの各元素を含むそれぞれの
気相源の供給量を個々に調整し得る調整機構を有したも
のとなっている。すなわち気相源供給系3は、キャリヤ
ガス源18から窒素、アルゴン等のキャリヤガスを容器15
‥に流入せしめ、容器15‥中の気相源をバブリングする
ことにより気相源を気化せしめ、これらを供給管14を介
して処理室5内に導入することができ、そして、その際
に容器用管23‥に配設されたレギュレーター17a‥およ
び17b‥を適宜調節することにより、個々の気相源の処
理室5内への導入量を調整することができるようになっ
ている。また、キャリヤガスの流入を停止し、真空ポン
プ19を駆動することにより、容器15‥内をそれぞれ減圧
して気相源を気化せしめ、その後真空ポンプ19側に配設
されたレギュレーター17cを閉塞し、処理室5の排気口1
2に接続された図示しない真空ポンプを駆動することに
よって上記の気化した気相源を処理室5内に導入する。
そして、この場合も容器用管23‥に配設されたレギュレ
ーター17a‥および17b‥を適宜調節することにより、個
々の気相源の処理室5内への導入量を調整することがで
きるようになっている。
このような構成の製造装置1によって超電導長尺材を
作製するには、まず線状あるいはテープ状等の長尺基材
Kを送出装置10に巻回し、その一端を巻取装置11に固定
する。ここで、長尺基材Kとしては、銅、ニッケル等の
金属、ステンレス等の合金、石英ガラス等のセラミック
スファイバ、炭素繊維等の非金属材、さらには金属の表
面上にセラミックス等をコートしてなる複合材などの材
質のものが用いられる。次に、高周波コイル6に通電
し、高周波電磁誘導によってプラズマ発生容器4内を加
熱するとともに、該プラズマ発生容器4内にプラズマ発
生用ガス供給管7よりプラズマ発生用のガスを導入し、
プラズマ発生容器4内にプラズマフレームFを発生させ
る。
次いで、処理室5内のヒータ13に通電して長尺基材K
を適宜な温度に加熱し、さらにこれと同時に気相源供給
系3より、酸化物系超電導体の構成元素を含む気相源を
所定比となるように調節して処理室5内に供給する。す
ると供給された各気相源は、プラズマフレームF中に導
入されてここで分解され、プラズマフレームF中に含ま
れる酸素と反応して酸化物系超電導体の各構成元素の酸
化物、例えばY2O3,BaO,CuOなどの酸化物の微粉末とな
る。この場合に各気相源の処理室5内への導入は、上述
ごとくキャリヤガスを容器15‥内に導入せしめ、あるい
は真空ポンプ19を駆動させて気相源を気化せしめる方法
によって行なわれ、その際予めレギュレーター17a、17b
を調節することにより各気相源の供給量の比率を所定比
に調整しておく。
次いで、処理室5の排気口12より排気しつつ、送出装
置10および巻取装置11を回転させ、長尺基材Kを適宜な
速度で移動させる。すると長尺基材Kでは、その表面上
に上記の酸化物系超電導体の構成元素の酸化物微粉末が
所定の比率で堆積し付着して超電導材料層が形成され、
さらにこの超電導材料層がプラズマフレームFおよびヒ
ータ13により800〜1000℃程度に加熱されて超電導体層
が形成される。
その後、長尺基材Kをさらに移動することによって形
成した超電導体層を徐冷し、順次巻取装置11に巻き取っ
て超電導長尺材を得る。
このような構成の製造装置1にあっては、酸化物系超
電導体の各構成元素を含む気相源を所定比で供給できる
ため、所望する組成比の超電導体を有した超電導長尺材
を作製することができる。また、処理室5内に送出装置
10および巻取装置11を配したので、長尺基材Kに連続し
てCVD処理による超電導体層の形成を行うことができ
る。さらに、得られた超電導長尺材にあっては、金属パ
イプなどをシース材として用いていないため、クラック
等の欠陥が生ずることなく、よって臨界電流密度などの
超電導特性に優れたものとなる。また、この超電導長尺
材では、長尺基材K上に薄膜状の超電導体層が形成され
るので、可撓性に優れよって容易にコイル化し得るもの
となる。
なお、上記例では、長尺基材K上に形成した超電導材
料層を連続的に加熱し、超電導体層としたが、一旦超電
導材料層を形成した長尺基材Kを巻取装置11に巻き取
り、その後別の加熱装置内で熱処理を施し、超電導体を
形成して超電導線を作製するようにしてもよい。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明の酸化物系超電導長尺
材の製造装置は、気相源供給系に酸化物系超電導体の各
構成元素を含むそれぞれの気相源の供給量を個々に調整
し得る調整機構を有しているので、各気相源を所定比に
調整して供給でき、よって所望する組成比の超電導体を
有した超電導長尺材を容易に作製することができる。ま
た、装置本体内に長尺基材を正逆方向に移動せしめる送
出装置および巻取装置を配したので、長尺基材に連続し
てCVD処理による超電導体層の形成を行うことができ、
よって生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はこの発明の酸化物系超電導長尺材
の製造装置の一実施例を示す図であって、第1図は製造
装置の概略構成図、第2図は気相源供給系の概略構成図
である。 1……製造装置、2……装置本体、 3……気相源供給系、9……ロール室、 10……送出装置、11……巻取装置、 15……容器、16……配管系、 17……レギュレーター。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 伸哉 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 河野 宰 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 小山内 裕 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (72)発明者 品田 知章 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の1 中部電力株式会社研究企画部内 (72)発明者 杉本 脩 広島県広島市南区大州4丁目4番32号 中国電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 渡辺 喜一郎 福岡県福岡市南区塩原2丁目1番47号 九州電力株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−241818(JP,A) 特開 平1−144518(JP,A) 特開 平1−220311(JP,A) 特開 昭64−17318(JP,A) 特開 昭64−31312(JP,A) 特開 平1−115009(JP,A) 特開 昭64−54614(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式A−B−Cu−O (ただし、AはY,Sc,La,Yb,Er,Eu,Ho,Dy等の周期律表第
    III a族元素およびBi,Sb等の周期律表第Vb族のうち1種
    あるいは2種以上を示し、BはSr,Ba,Ca等の周期律表第
    II a族元素のうち1種あるいは2種以上を示す。)とし
    て表される酸化物系超電導長尺材の製造装置であって、 化学気相蒸着処理装置本体とこの装置本体に設けられた
    気相源供給系を具備してなり、上記装置本体内に長尺基
    材を正逆方向に移動せしめる送出装置および巻取装置を
    配し、上記気相源供給系に上記A,B,Cuの各元素を含むそ
    れぞれの気相源の供給量を個々に調整し得る調整機構を
    設けたことを特徴とする酸化物系超電導長尺材の製造装
    置。
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