JP2583504B2 - 超電導線材の製造方法 - Google Patents

超電導線材の製造方法

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正之 丹
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、超電導セラミックスからなる導体部にクラ
ックを生じさせることなく所望の超電導線材を製造する
方法に関する。
「従来の技術」 近来、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温度を示す酸化物系セ
ラミックスからなる超電導材料が種々発見されている。
この種の超電導材料は、従来の合金系超電導材料や金属
間化合物系超電導材料に比較して臨界温度が高く、より
有利な冷却条件で使用できるために、実用上極めて有望
な超電導材料とされている。
ところで、この種の超電導材料を用いて製造された超
電導線材の一構造例を第4図と第5図に示す。第4図と
第5図に示す超電導線材Bは、ステンレス鋼等の非磁性
金属材料からなる被覆管1の内部に酸化物系の超電導材
料からなる導体部2を設けて構成されている。
前記超電導線材Bを製造するには、口径の大きな被覆
管1の内部に、原料のまま、又は仮焼成した超電導セラ
ミックスの原料粉末を充填し、この後に全体に加熱処理
を施し、原料粉末の各元素を反応させて超電導セラミッ
クスからなる導体部2を焼成するとともに、この後に所
望の直径になるまで縮径加工を施して超電導線材Bを製
造している。
「発明が解決しようとする問題点」 ところが前述の製造方法にあっては、原料粉末を焼成
して超電導セラミックスとした後に縮径加工を施すため
に、剛性の高い、脆い超電導セラミックスに強加工を施
すことになり、超電導セラミックスからなる導体部2に
クラックを発生させ易い問題がある。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、超電導
セラミックスからなる導体部にクラックを生じることな
く酸化物系超電導線材を製造できる方法を提供すること
を目的とする。
「問題点を解決するための手段」 本発明は、前記問題点を解決するために、金属材料か
らなる被覆管の内部に酸化物系超電導材料の原料粉末を
充填し、次いでこの原料粉末に加熱処理を施して超電導
セラミックスからなる導体部を焼成することにより超電
導線材を製造する方法において、前記原料粉末を被覆管
に充填して複合管とした後でこの複合管を500〜800℃に
加熱する熱処理を施して原料粉末中の不要成分を複合管
の開口部からガスとして排出し、次いで複数のダイスを
用いて複合管を段階的に徐々に縮径加工するとともに、
ダイスによる縮径加工中または複数のダイスによる段階
的縮径加工の間に、800〜1100℃の間の温度で段階的縮
径加工の進行とともに複数回の加熱処理を施し、複数回
の加熱処理を段階的に徐々に処理温度を高くする加熱処
理として被覆管の内部に酸化物系超電導セラミックスを
生成させた後、全体を徐冷するものである。
「作用」 段階的縮径加工の間に順次加熱して超電導セラミック
スを順次焼成してゆくために、被覆管と原料粉末との間
の熱応力の残留を阻止しつつ超電導セラミックスを生成
させ、クラックの発生を防止する。また、縮径加工前
に、原料粉末を被覆管に充填して複合管とした後でこの
複合管を500〜800℃に加熱する熱処理を施して原料粉末
中の水分や炭素等の不要成分を複合管の開口部からガス
として排出することで、酸化物系超電導セラミックスの
生成に不要な成分を排除する。
「実施例」 第1図ないし第3図は、本発明方法の一例を説明する
ためのもので、超電導線材を製造するには、まず、第2
図に示すような被覆管10と酸化物系超電導材料の原料粉
末11を用意する。
前記原料粉末11は、酸化物系超電導セラミックスを構
成する元素を含有する複数の粉末の混合粉末が用いられ
る。ここで、例えば、A-B-Cu-O系(ただし、AはLa,Ce,
Y,Sc,Yb等の周期律表IIIa族元素の1種以上を示し、B
はSr,Ba等のアルカリ土類金属元素の1種以上を示
す。)の超電導セラミックスからなる導体部を備えた超
電導線材を製造する場合には、A元素の化合物粉末(酸
化物粉末、塩化物粉末、炭酸塩等)とB元素の化合物粉
末と酸化銅粉末の混合粉末を用いるか、または、予め製
造しておいた酸化物系超電導セラミックスを粉末化した
超電導セラミック粉末を用いるか、あるいは、前記混合
粉末と超電導セラミック粉末の混合粉末、更には、これ
らを約500〜800℃で仮焼成した粉末を用いる。
前記被覆管10は、銅、銀、白金、ステンレス鋼等の高
強度の非磁性耐熱金属材料から形成されるが、ステンレ
ス鋼からなる内管と銅等からなる外管などの複数金属を
クラッドした管体であっても差し支えない。
次に前記被覆管10の内部に第2図に示すように酸化物
系超電導セラミックスの原料粉末11を充填して複合管12
を作成する。
被覆管10に原料粉末を充填する場合は、複合管12を50
0〜800℃に1〜5時間程度加熱する1次熱処理を施す。
この1次熱処理により原料粉末中の炭酸塩や酸化物を分
解して水分や炭素等の不要成分を被覆管10の端部開口か
らガスとして排出させて除去する。
次に、1次熱処理を施した前記複合管12に縮径加工と
加熱処理を施す。本実施例において施す縮径加工と加熱
処理を行うには第1図に示すような装置を用いる。
第1図において、13はダイス、14はダイス13の外周部
に付設された加熱装置、15は加熱装置、16はダイス、17
は加熱装置を示している。前記加熱装置14はダイス13の
外周部に付設された誘導加熱装置であって、ダイス13の
内部を通過する線状体を加熱するものであり、加熱装置
15,17は内部を通過する線材を所要の温度に加熱する誘
導加熱装置あるいは電気炉等の加熱装置である。なお、
本実施例で用いる装置においては、2つのダイス13、16
と3つの加熱装置14,15,17を備えたが、ダイスの数と加
熱装置の数は、縮径加工率や加熱条件等に応じて所要数
備えることができる。
前記1次熱処理を施した複合管12を第3図に示すよう
にダイス13に通し、所定の線径まで縮径するとともに、
加熱装置14を作動させて縮径途中の原料粉末11を800〜1
000℃程度に所要時間加熱し、その後に加熱装置15とダ
イス16と加熱装置17を通過させて加熱処理と縮径加工を
行う。前記ダイス13,16による縮径加工は、複合管12を
段階的に徐々に縮径する加工であって、被覆管10の外径
を最終的に、1/10〜1/30程度に縮径するものとする。ま
た、加熱装置14,15,17で加熱する時間は、ダイスの引抜
き速度と加熱条件に応じて適宜設定されるが、各加熱装
置で加熱する時間の合計が10分〜1時間程度になるよう
に設定される。以上の工程において複合管12の内部の原
料粉末は徐々に縮径されつつ加熱されてその一部が酸化
物系超電導セラミックスとなる。
ダイス13,16によって複合管12を所望の線径まで縮径
したならば、900〜1100℃に2〜5時間加熱する加熱処
理を施して複合管12の内部の原料粉末11を更に反応さ
せ、被覆管10の内部に十分に酸化物系超電導セラミック
スを生成させて導体部を形成し、超電導線材を得る。以
上のように段階的に昇温して徐々に超電導セラミックス
を焼成すると、金属製の被覆管10と内部の超電導セラミ
ックスとの間に生じる熱応力を残留させることがないた
めに、超電導セラミック部分にクラックを生じさせるこ
となく超電導線材を製造できる効果がある。また、複合
管12を縮径しつつ連続的に加熱処理して原料粉末を焼結
し、超電導線材を製造できるために、縮径加工と加熱処
理を別個に行う場合に比較して製造時間を短縮すること
ができ、製造効率を向上できる効果がある。
前記加熱処理が終了したならば、超電導線材を徐冷す
る。この徐冷条件は、例えば、1100から700℃まで5時
間かけて徐冷するとともに、700℃から常温まで1時間
かけて徐冷する条件とする。この徐冷によって被覆管10
と超電導セラミック部分との熱膨張率の差異に起因する
熱応力残留を少なくすることができ、冷却時に超電導セ
ラミックスの導体部分にクラックを生じさせない効果が
ある。なお、徐冷することによって内部の超電導セラミ
ックスの結晶性を良好にして結晶をち密化することがで
きる。
以上説明した如く製造された超電導線材は、超電導セ
ラミックスからなる導体部にクラックを生じていないた
めに所望の超電導特性を発揮する。なお、この超電導線
材は、酸化物系超電導セラミックスから導体部を構成し
ているために、液体窒素等の冷媒で冷却することによっ
て超電導状態に遷移する優れた超電導線であり、従来の
合金系や化合物系超電導線に比較して有利な冷却条件で
使用することができる。
「発明の効果」 以上説明したように本発明は、被覆管に超電導セラミ
ックスの原料粉末を充填して段階的に縮径加工を施し、
段階的縮径加工中または縮径加工の間に複数回徐々に高
温になるように段階的に加熱して被覆管と原料粉末との
間の熱応力を徐々に緩和しつつ超電導セラミックスを生
成させるために、超電導セラミックスからなる導体部分
のクラックの発生を防止しつつ超電導線材を製造するこ
とができる。このため超電導線材の製造時における不良
の発生を抑えて製造効率を向上できる効果がある。ま
た、段階的に縮径しつつ順次加熱して連続的に原料粉末
を焼結するために超電導線材を連続製造することがで
き、製造時間を短縮できる効果がある。更に、最終段階
では徐冷によって冷却するので、この徐冷段階でもクラ
ックを生じる。また、縮径加工前に、原料粉末を被覆管
に充填して複合管とした後でこの複合管を500〜800℃に
加熱する熱処理を施して原料粉末中の水分や炭素等の不
要成分を複合管の開口部からガスとして排出すること
で、酸化物系超電導セラミックスの生成に不要な成分を
排除することができるので、不要成分の混入していない
酸化物系超電導セラミックスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は、本発明の一実施例を示すもの
で、第1図は超電導線材の製造工程を説明するための構
成図、第2図は被覆管の内部に超電導セラミックスの原
料粉末を充填した状態を示す縦断面図、第3図は縮径加
工と加熱処理状態を示す縦断面図、第4図と第5図は従
来の超電導線材を示すもので、第4図は横断面図、第5
図は縦断面図である。 10……被覆管、11……原料粉末、12……複合管、13,16
……ダイス、14,15,17……加熱装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹 正之 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 山之内 宏 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 名取 望 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉 電線株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−163910(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属材料からなる被覆管の内部に酸化物系
    超電導材料の原料粉末を充填し、次いでこの原料粉末に
    加熱処理を施して超電導セラミックスからなる導体部を
    焼成し、超電導線材を製造する方法において、 前記原料粉末を被覆管に充填して複合管とした後でこの
    複合管を500〜800℃に加熱する熱処理を施して原料粉末
    中の不要成分を複合管の開口部からガスとして排出し、 次いで複数のダイスを用いて複合管を段階的に徐々に縮
    径加工するとともに、ダイスによる縮径加工中または複
    数のダイスによる段階的縮径加工の間に、800〜1100℃
    の間の温度で段階的縮径加工の進行とともに複数回の加
    熱処理を施し、複数回の加熱処理を段階的に徐々に処理
    温度を高くする加熱処理として被覆管の内部に酸化物系
    超電導セラミックスを生成させた後、全体を徐冷するこ
    とを特徴とする超電導線材の製造方法。
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