JP2584989B2

JP2584989B2 - 超電導セラミツクス材料を用いたパイプ

Info

Publication number: JP2584989B2
Application number: JP62063391A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1997-02-26
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JPS63231807A

Description

【発明の詳細な説明】「発明の利用分野」本発明はセラミックス系超電導材料を応用したパイプ
（管状の内部を中空としたもの）に関する。本発明は超
電導マグネットまたは電力蓄積装置に用いられるコイル
を構成させるためのパイプに関する。

「従来の技術」従来、超電導材料はNb-Ge（例えばNb₃Ge）等の金属材
料が用いられている。この材料は金属であるため、延
性、展性または曲げ性を高く有し、超電導マグネット用
コイル、また電力蓄積用コイルとして用いることが可能
である。

しかし、この金属の超電導材料はTc（超電導臨界温度
を以下Tcという）オンセットが小さく、23゜Kまたはそれ
以下でしかなかった。しかしその工業的応用を考えるな
らば、このTcが100゜Kまたはそれ以上を有し、Tco（電気
抵抗が零となる温度）が77゜Kまたはそれ以上であること
がきわめて重要である。

最近、かかる超電導材料として、銅の酸化物セラミッ
クス材料が注目されている。しかしこの銅の酸化物セラ
ミックスは延性、展性および曲げ性に乏しい。加えて成
型した後の加工がきわめて困難であるという他の欠点を
有する。

「従来の問題点」このため、銅の酸化物セラミックスを用い、コイル状
に設けるとともに、このコイル構造を有しつつ、同時に
自らに冷媒を有し冷却する構造およびその作製方法はま
ったく知られていない。

「問題を解決すべき手段」本発明は金属または金属化合物の中空支持体を用材と
して用いる。さらにこの中空の内部に超電導セラミック
ス材料となるべき材料を混合または溶かした、またはゲ
ル状にした溶液を中空パイプの一方を一次的に塞いで他
方より注入する。

次にこの中空パイプ全体を加熱し、液体成分である溶
媒全体を気化して除去する。するとこの超電導セラミッ
クス材料は中空パイプの内壁にコーティングされる。こ
れを加熱し、焼成させるとともに、酸化または還元を繰
り返し行うことにより、超電導性を有するセラミックス
材料、例えば銅の酸化物セラミックスである(A_1-xBx)yC
uOz ｘ＝0.01〜0.3,y＝1.3〜2.2,z＝2.0〜4.0で示され
る分子構造を有し、ＡがＹ（イットリューム）,Ga（ガ
リューム）,Zr（ジルコニューム）,Nb（ニオブ）,Ge
（ゲルマニューム）,Yb（イッテルビューム）またはそ
の他のランタノドより選ばれ、ＢはBa（バリューム）ま
たはSr（ストロンチューム）,Ga（カルシューム）,Mg
（マグネシューム）,Be（ベリリューム）より選ばれた
ものを形成する。

本発明で用いられるセラミックスは上記以外の元素を
A,Bに加えることが可能である。

本発明において、中空支持体の内壁に第１の層として
超電導セラミックス材料がコーティングされるが、さら
にその上側にこの第１の層のセラミックス材料を十分固
化した後、第２層のセラミックス材料をコーティングす
べく、同一工程を繰り返しすることは有効である。また
その場合、ＡまたはＢの種類、X,Y,Zの値の一部を変更
してもよい。

本発明において、さらにこれを繰り返して多層構造と
してもよいことはいうまでもない。

「作用」これまでの金属の超電導材料を用いてパイプまたはコ
イルを作らんとする場合、その工程としてまず線材を作
る。そしてこれを所定の基体に巻いてゆくことによりコ
イルを構成せしめる。

しかしセラミックス超電導体に関しては、かかる線材
化また基体にまいてゆくことがきわめて困難である。

そのため、本発明の如く、予め所定のパイプ、コイ
ル、または始点と終点が互いに連結したエンドレスコイ
ル等の形状に作られた金属または金属化合物のパイプを
用いて、その内部を超電導セラミックス材料を混合また
は溶かして溶液を導入することにより、充填し、それを
パイプの内壁に超電導特性を有してコーティングするこ
とにより、セラミックス材料を最終形状である実質的な
パイプ形状とすることが可能となった。

また本発明において、超電導セラミックスを中空支持
体にコーティングした後、このパイプをしてコイルとせ
んとする時、この中空部分を電気抵抗が零となるTcoを
有する温度に冷却するための冷媒のパス（通路）として
用いることができる。

また本発明のパイプを用い複数ケをコイル状に巻くこ
とにより、超電導マグネットを作り得る。またこのコイ
ル状の始点と終点を互いに電気的に抵抗が零であるセラ
ミックスで連結することにより、エンドレスコイルとし
得る。このコイルは電流損失のないコイル、即ち電気エ
ネルギの蓄積用装置として用いることが可能となる。

以下図面に従って本発明の実施例を示す。

「実施例１」この実施例では(A_1-xBx)yCuOzにおいてＡとしてＹをY
₂O₃、ＢとしてBaをBaCO₃またCuとしてCuOを用いた。そ
れぞれ高純度化学社製の99.95％以上のものを用いた。
これらをｘ＝0.05,x＝0.075及びｘ＝0.1,y＝1.8,y＝2.
0,y＝2.2とした。これらを混合して９種類の混合物を作
った。これらを一度3Kg/cm²の圧力で加圧しタブレット
とし700℃、３時間さらに1000℃10時間で大気中で仮焼
成した。さらにこれらを再び粉砕した。そしてその平均
粒径が100μｍ以下、例えば10μｍ程度となるようにし
た。この混合物をカプセル内に封入し、再びこれを5Kg/
cm²の圧力でプレスし、タブレット状とした。そしてこ
れを1000℃、10時間酸化性雰囲気例えば大気中で本焼成
した。するとこの構造はペルプスカイト構造もみられる
が、変性K₂NiF₄型がＸ線解析像から観察された。

次にこの本焼成したTcオンセットが40゜K以上好ましく
は90゜K,Tcoが77゜K以上あることを電圧−電流−温度特性
より確認する。

再びこのタブレットを微粉末とした。そしてこの平均
粒径が100μｍ以下〜５μｍ例えば30μｍになるように
した。この工程において、この粉砕の際、その結晶構造
が基本的に破壊しないように努めた。

この粉末を液体、例えばフロン液またはアルコール例
えばエタノールその他の液体中に混合、または溶かし
た。

この溶液を中空の支持体である第１図に示した金属パ
イプ（２）、例えば銅または銅の化合物（例えばNiCu化
合物）の内部に他方を塞いで注いだ。このパイプをセラ
ミックス粒子が内壁に均一な厚さに付着すべく、回転、
上下振動をしつつ全体を100〜400℃の温度に加熱した。

かくしてこの中空パイプの内部の溶媒を除去すること
ができ、その内壁にセラミックス粒をコーティング
（３）した。

この時内壁とより密着させやすくするため、エポキシ
系、アクリル系の樹脂をとかした溶媒、例えばトルエン
等を用いてもよい。

この後この内壁に付着し乾燥させたセラミックスに対
して、その中空部に酸素または酸素とアルゴンの混合気
体を導入して、酸化させつつ500〜1100℃、例えば600℃
３時間さらに800℃５時間の加熱焼成を行った。

かかる工程をさらに１〜５回繰り返すことにより、こ
のセラミックス材を50μｍ〜1cm（代表的には0.5〜5m
m）の平均厚さにパイプ内に付着させることが可能とな
った。かくして第１図に示す如く中空支持体（２）の内
側に超電導セラミックス（３）を中空（４）を有して本
発明の超電導セラミックスを用いたパイプ（１）を作る
ことができた。

この実施例において、パイプは円環型中空支持体を用
いた。しかしその形状は角型中空支持体を用いてもよ
い。また他の形とすることも可能である。

かかる超電導セラミックスパイプにおいて、Tcはタブ
レット等で作られた時のTcよりは５〜20゜K低い値が得ら
た。しかしこれは初期のタブレットでのTcを向上させる
とともにより改良が可能である。

またこの長さは数cm〜数十ｍにまでその設計により変
形が可能である。また太さも直径数mm〜数cmまで変形が
可能である。

「実施例２」この実施例はエンドレスコイルの例である。

第２図はその縦断面図を示す。このエンドレスコイル
は太陽電池等で発電した電気エネルギのバッテリーとし
て用いることができる。

図面より明らかなごとく、予め中空を実施例１と同様
に有するパイプをコイル（７）形状に作る。さらにこの
始点（５），終点（６）も同様に中空パイプで連結す
る。このエンドレスコイルは注入口（８）を有する。こ
の注入口は電気エネルギの入力および出力端子として用
いることができる。

ここに実施例１と同様の方法で超電導セラミックスを
混合またはとかした溶液を注ぎ込む。

これを乾燥し、不要溶媒を気体として（８），
（８′）より放出し、パイプの内部を乾燥させる。さら
に実施例１と同様に酸化物気体を導入し、セラミックス
を乾燥させる。

かくして内部が中空、かつその内壁に超電導セラミッ
クスがコーティングされたパイプ（１）を用いたエンド
レスコイル（７）を作ることができた。このTcoは実験
では45゜Kであった。しかし超電導材料の選択によりTco
を向上させ得る。また、この中空部に液体水素を導入す
ることにより、このエンドレスコイルをして抵抗零の閉
回路を作る構造とし得たため、電気エネルギ蓄積装置と
して用いることができた。

「実施例３」この実施例は(A_1-xBx)yCuOzにおいてＡとしてYb、Ｂ
としてBaを用いた。するとパイプ形状とした後もTcoを7
2゜Kに保つことができた。その他は実施例１と同様であ
る。

「効果」本実施例はかかるパイプ形状とした後、これらをその
内部の中空部に冷却材である液体、例えば液体窒素また
は液体水素を封入し、連続的にこのパイプを内部より最
も温度が重要なセラミックスを直接冷やす手段と同時に
なり得る。

また、この外側の金属を銅または銅の化合物とするこ
とにより、外部との溶接も可能であり、電気装置の一部
として用いることが可能である。この金属または金属化
合物として銅または銅化合物とすることにより、特にそ
の部品としての用途をひろげることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導セラミックスパイプを示す。第２図は本発明のパイプを用いた電気蓄積装置の一例を
示す。〔符号の説明〕（１）……超電導セラミックスがコーティングされたパ
イプ（２）……金属パイプ（３）……コーティング部（４）……中空部分（５）……始点（６）……終点（７）……コイル（８）……注入口

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の形状に形成された金属または金属化
合物の中空支持体の内側に超電導セラミックスが溶液に
よりコーティングされて設けられていることを特徴とす
る超電導セラミックス材料を用いたパイプ。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、金属は銅
または銅の化合物よりなることを特徴とする超電導セラ
ミックス材料を用いたパイプ。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記超電
導セラミックスは(A_1-xBx)yCuOz,x＝0.01〜0.3,y＝1.3
〜2.2,z＝2.0〜4.0で示される分子構造を有し、ＡはＹ
（イットリューム）,Ga（ガリューム）,Zr（ジルコニュ
ーム）,Nb（ニブ）,Ge（ゲルマニューム）,Yb（イッテ
ルビューム）またはその他ランタノドより選ばれ、Ｂは
Ba（バリューム）またはSr（ストロンチューム）,Ga
（カルシューム）,Mg（マグネシューム）またはBe（ベ
リリューム）より選ばれた超電導性セラミックス材料で
あることを特徴とする超電導セラミックス材料を用いた
パイプ。