JP2583289B2 - 酸化物超電導線とその製造方法 - Google Patents

酸化物超電導線とその製造方法

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宏郎 高橋
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 『産業上の利用分野』 本発明は酸化物超電導線とその製造方法に関する。
『従来の技術』 一般に、Ln−Ba−Cu−O(Ln=Y,Eu,Dy,Hoなど)、ま
たは、Bi−Sr−Ca−Cu−Oなどの酸化物超電導体を線状
化する手段として、粉末固相法の一種である金属シース
法が採用されている。
かかる金属シース法の場合、超電導体となる酸化物粉
末を金属パイプ内に充填してこれを減面加工した後、そ
の減面加工物を熱処理する。
ちなみに、上述の手段で製造された酸化物超電導線1
は、第5図に示すごとく、軸心の酸化物超電導体2がそ
の外周の金属シース3により覆われた構成を有する。
『発明が解決しようとする課題』 上述した従来技術において、酸化物超電導線を容量の
大きい線材に適用するとき、酸化物超電導体の断面積を
大きくしなければならない。
しかるに、第5図に示した酸化物超電導線1におい
て、酸化物超電導体2の断面積を大きくした場合、その
酸化物超電導体2の可撓性がなくなり、わずかな曲げ変
形でも、酸化物超電導体2に破損(クラック)が生じ
る。
他にも、結晶構造が明らかであるY−Ba−Cu−O系の
ごとき超電導体では、c軸方向よりも、ab面内に電流が
流れやすいとされているが、既述の固相法では、結晶方
位のランダムな酸化物粉末を用いるので、臨界電流密度
(Jc)が向上しない。
本発明は上述した課題に鑑み、容量が大きく、かつ、
機械的特性(曲げ特性)の優れた酸化物超電導線と、当
該酸化物超電導線を合理的に製造することのできる方法
とを提供しようとするものである。
『課題を解決するための手段』 本発明に係る酸化物超電導線は所期の目的を達成する
ために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち本発
明に係る酸化物超電導線は、安定化金属層と酸化物超電
導体層とが半径方向にわたり交互に積層されており、か
つ、安定化金属層のうちの一つであって棒状またはパイ
プ状をなすものが当該積層構造の中心部に配されている
ことを特徴とする。
本発明に係る酸化物超電導線の製造方法は所期の目的
を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。す
なわち本発明に係る酸化物超電導体の製造方法は、同心
状に組み合わせることのできる棒状の安定化金属材およ
び/またはパイプ状の安定化金属材を用意して、該各安
定化金属材の周面に超電導体となる酸化物を付着させ、
かつ、これら酸化物を付させられた安定化金属材相互を
同心状に組み合わせて複合した後、当該酸化物付安定化
金属材の複合材を減面加工することを特徴とする。
『作 用』 本発明に係る酸化物超電導線の場合、安定化金属層と
酸化物超電導体層とが、半径方向にわたり、交互に積層
されている。
したがって、一層あたりの酸化物超電導体層の断面積
が大きくならず、かつ、各酸化物超電導体層が、これら
の上下に位置する安定化金属層により強度補償されるの
で、これら酸化物超電導体層は、曲げ変形により破損す
ることのない可撓性を保持することができ、もちろん、
各酸化物超電導体層の総合した場合、酸化物超電導体の
断面積が大きくなるから、酸化物超電導線としての容量
も確保することができる。
しかも、酸化物超電導体線の長さ方向をab面とするフ
レーク状酸化物粉末の集合体で酸化物超電導体層を構成
することにより、当該酸化物超電導体層の臨界電流密度
(Jc)を向上させることができる。
本発明に係る酸化物超電導線の製造方法は、各安定化
金属材の周面に超電導体となる酸化物を付着させ、か
つ、これら酸化物付の安定化金属材相互を同心状に組み
合わせて複合した後、当該酸化物付安定化金属材の複合
材を減面加工するだけであるから、上述した諸特性を有
する酸化物超電導体線を簡易かつ合理的に製造すること
ができる。
『実 施 例』 はじめ、本発明に係る酸化物超電導線の実施例につ
き、図面を参照して説明する。
第1図に例示した酸化物超電導線10は、断面環状から
なる大小複数の安定化金属層11、12、13、14と、同じ
く、断面環状からなる大小複数の酸化物超電導体層15、
16、17とで構成されており、これら安定化金属層11〜1
4、酸化物超電導体層15〜17が、酸化物超電導線10の中
心側から外周方向にわたり、安定化金属層11→酸化物超
電導体層15→安定化金属層12→酸化物超電導体層16→安
定化金属層13→酸化物超電導体層17→安定化金属層14の
ごとく、交互に積層されている。
第2図に例示した酸化物超電導線20も、基本的には、
前記第1図の酸化物超電導線10と同じであり、当該酸化
物超電導線20は、複数の安定化金属層21、22、23、24と
複数の酸化物超電導体層25、26、27とが、半径方向にわ
たり、交互に積層されて構成されているが、このうち、
軸心の安定化金属層11が充実した断面形状からなり、他
の安定化金属層22〜24、および、各酸化物超電導体層25
〜27が、前記と同じ環状の断面形状からなる。
上記において、各安定化金属層11〜14、21〜24は、た
とえば、銀、ニッケルベース合金等からなり、各酸化物
超電導体層15〜17、25〜27は、たとえば、Ln−Ba−Cu−
O、Bi−Sr−Ca−Cu−Oなど、公知の組成物からなる。
各酸化物超電導体層15〜17、25〜27は、第3図に示す
ごとく、酸化物超電導体層10、20の長さ方向をab面と
し、その厚さ方向をc軸とするフレーク状酸化物粉末の
重合体で構成されている場合、これら酸化物超電導体層
15〜17、25〜27の臨界電流密度(Jc)が向上する。
各酸化物超電導体層15〜17、25〜27の厚さとしては、
200μm以下のごとく、きわめて小さいことが望まし
い。
各安定化金属層11〜14、21〜24の厚さも、超電導線1
0、20の外径を小さくする必要上、できるだけ小さいこ
とが望ましいが、その厚さが小さすぎるとき、本来の安
定化機能が損なわれる。
したがって、安定化金属層11〜14、21〜24の厚さ(一
層あたり)は、各酸化物超電導体層15〜17、25〜27にお
ける厚さ(一層あたり)の数倍程度に設定されるのがよ
い。
酸化物超電導線10、20における酸化物超電導体層の層
数は、図示例の場合も含めて二以上の任意数に設定さ
れ、これに対応して安定化金属層の層数も設定される。
第1図の酸化物超電導線10は、その軸心部のみが中空
となっているが、第2図の酸化物超電導線20は、その軸
心部までも充実している。
第1図のごとく、酸化物超電導線10の軸心部が中空で
あるとき、その中空軸心部を冷媒流通路として活用する
ことで冷却能が高まり、より望ましい酸化物超電導線と
なる。
つぎに、本発明に係る酸化物超電導線の製造方法を説
明する。
超電導体となる酸化物として、フレーク状の酸化物粉
末をつくるとき、以下に例示する各手段が採用される。
たとえば、Y−Ba−Cu−O系のフレーク状酸化物粉末
をつくるとき、炭酸塩などの一次原料粉を、Y:Ba:Cu=
1:2:3(モル比)となるように配合ならびに混合した
後、これを酸化雰囲気中で仮焼成し、その仮焼成粉を12
00〜1500℃程度で加熱溶融した後、当該溶融物を急冷に
て凝固させる。
しかる後、上記凝固物を酸素雰囲気中で熱処理し、つ
いで、粉砕することにより、所要の酸化物粉末が得られ
る。
あるいは、上記仮焼成粉を加圧成形し、これを950〜1
150℃程度でアニールした後、その加圧焼結物を粉砕す
ることにより、所要の酸化物粉末が得られる。
かくて得られたフレーク状の酸化物粉末は、その長さ
方向をab面とし、その厚さ方向をc軸としている。
第4図には、上記フレーク状の酸化物粉末が付着され
る管状の安定化金属材30a、31、32、33、34、および、
棒状の安定化金属材30bが示されている。
これら安定化金属材30a、30b、31、32、33、34は、
銀、ニッケルベース合金等からなる。
前述した第1図の酸化物超電導線10をつくるときは、
安定化金属材30a、31、32、33、34が用いられ、かつ、
安定化金属材30aの外周面、安定化金属材31、32、33に
おける内外周面のいずれか一方または両方、安定化金属
材34の内周面など、これら各周面に上記フレーク状の酸
化物粉末をそれぞれ付着させる。
この際の粉末付着手段としては、フレーク状の酸化物
粉末とバインダとの混練物が供給されたコーティングダ
イスあるいは複合押出機を用いて安定化金属材の周面に
その混練物を付着させ、その後、安定化金属材に付着の
混練物からバインダのみを離脱させる。
かかる手段により、各安定化金属材30a、31、32、3
3、34の周面に所定の酸化物粉末が付着されるととも
に、これら安定化金属材30a、31、32、33、34が一体に
組み合わされて複合される。
以下は、上記複合材をスエージング加工、圧延加工な
どの減面加工手段により減面し、その減面後の複合材を
酸素雰囲気中で熱処理することにより、第1図の酸化物
超電導線10が得られる。
第2図の酸化物超電導線20も、管状の安定化金属材30
aを棒状の安定化金属材30bに変える以外は、上記に準じ
て製造される。
つぎに、本発明の具体例、比較例について説明する。
具体例1 はじめ、Y2O3−BaCO3−CuOなどの酸化物粉末を用い、
これをY:Ba:Cu=1:2:3(モル比)となるよう秤量かつ混
合した後、その混合粉末を920℃の酸素雰囲気中に20時
間入れて仮焼成した。
つぎに、上記仮焼成粉を1300℃で加熱溶融した後、そ
の溶融物を102/secの冷却速度で凝固させて、厚さ1mmの
板とした。
さらに、上記凝固板を950℃の酸素雰囲気中に50時間
入れて熱処理し、その熱処理後の凝固板を自動乳鉢によ
り4μmのフレーク状の酸化物粉末に粉砕した。
かくて得られたフレーク状の酸化物粉末をバインダと
ともに混練し、その混練物を、後記の表1に示す銀製安
定化金属材30a、31、32、33の外周面に、それぞれ20μ
mの厚さでコーティングした後、これら安定化金属材30
a、31、32、33に付着の混練物をそれぞれ脱バインダ処
理した。
その後、所定の酸化物粉末を担持した各安定化金属材
30a、31、32、33とその酸化物粉末のない銀製安定化金
属材34とを同心状に組み合わせ、その組合物を冷間減面
加工して、外径2mmの複合線を得た。
以下、上記複合線を830℃の酸素雰囲気中に20時間入
れて熱処理し、酸化物超電導線10を得た。
具体例2 安定化金属材30aを後記の表1に示す安定化金属材30b
に変えた以外、具体例1と同一の条件で酸化物超電導線
20を得た。
具体例3 フレーク状の酸化物粉末を粒径約5μmの仮焼成粉に
変えた以外、具体例1と同一の条件で酸化物超電導線10
を得た。
比較例 超電導体用の酸化物粉末として、具体例3と同様の仮
焼成粉を用い、金属シースとして、外径20mmφ、内径15
mmφの銀製パイプを用い、その銀製パイプ内に仮焼成粉
が充填されたものを、減面加工により外径0.5mmφにま
で引き落して、第5図の超電導線を得た。
これら具体例1〜3、比較例につき、臨界温度(T
c)、臨界電流密度(Jc)、曲げ特性をそれぞれ測定
し、その結果を表2に示した。
なお、表2における曲げ特性は、角酸化物超電導線
を、その外径の50倍の曲率半径で曲げ、その際、酸化物
超電導線が破損された否かを判定したものであり、破損
しないものは、○印、破損したものは×印で表示した。
上記表2を参照してから明らかなように、本発明の各
具体例は、曲げ特性がそれぞれ良好で比較例のごとき破
損が生じないほか、Jc値がいずれも比較例を上回ってお
り、特に具体例1、2の場合は、格段の特性を有してい
る。
『発明の効果』 以上説明した通り、本発明に係る酸化物超電導線は、
臨界電流密度(Jc)、機械的特性(曲げ特性)が優れて
いる。
さらに、本発明に係る酸化物超電導線の製造方法によ
れば、上述した特性のよい酸化物超電導線を合理的に製
造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明に係る酸化物超電導線の各種実
施例を示した断面図、第3図は本発明に係る酸化物超電
導線の要部を拡大視して示した断面図、第4図は本発明
に係る酸化物超電導線の製造方法に用いられる各種安定
化金属材の断面図、第5図は従来の酸化物超電導線を示
した断面図である。 10、20……超電導線 11〜14、21〜24……安定化金属層 15〜17、25〜27……酸化物超電導体層 30a、30b〜34……安定化金属材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 電源開発株式会社 東京都中央区銀座6丁目15番1号 (72)発明者 菊地 祐行 神奈川県横浜市西区岡野2―4―3 古 河電気工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 宇野 直樹 神奈川県横浜市西区岡野2―4―3 古 河電気工業株式会社横浜研究所内 (72)発明者 岡庭 潔 東京都調布市西つつじケ丘2―4―1 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 高橋 宏郎 宮城県仙台市中山7丁目2―1 東北電 力株式会社応用技術研究所内 (72)発明者 村上 裕美 北海道札幌市豊平区里▲塚▼461―6 北海道電力株式会社総合研究所内 (72)発明者 安田 正史 東京都中央区銀座6―15―1 電源開発 株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−24911(JP,A) 特開 平2−17807(JP,A) 特開 昭64−17312(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】安定化金属層と酸化物超電導体層とが半径
    方向にわたり交互に積層されており、かつ、安定化金属
    層のうちの一つであって棒状またはパイプ状をなすもの
    が当該積層構造の中心部に配されていることを特徴とす
    る酸化物超電導線。
  2. 【請求項2】同心状に組み合わせることのできる棒状の
    安定化金属材および/またはパイプ状の安定化金属材を
    用意して、該各安定化金属材の周面に超電導体となる酸
    化物を付着させ、かつ、これら酸化物を付着させられた
    安定化金属材相互を同心状に組み合わせて複合した後、
    当該酸化物付安定化金属材の複合材を減面加工すること
    を特徴とする酸化物超電導線の製造方法。
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