JP2584993B2 - 超電導セラミツクス材料の作製方法 - Google Patents
超電導セラミツクス材料の作製方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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線の作
製方法に関する。
製方法に関する。
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＃UC＝DL導線作製方法に
関する。
られるコイルを構成させるため＃UC＝DL導線作製方法に
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。
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、23K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100Kまたはそれ以上を有し、Tco（電気
抵抗が零となる温度）が77Kまたはそれ以上であること
がきわめて重要である。
を以下Tcという）オンセットが小さく、23K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100Kまたはそれ以上を有し、Tco（電気
抵抗が零となる温度）が77K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、展性および曲げ性が必ずしも十分では
ない。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。
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、展性および曲げ性が必ずしも十分では
ない。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。
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（パイプ
またはシースともいう）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。
またはシースともいう）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外側より加熱し、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
（A1-xBx）yCuzOw ｘ＝０〜1,y＝2.0〜4.0好ましくは
2.5〜3.5,z＝1.0〜4.0好ましくは2.5〜3.5,w＝4.0〜10.
0好ましくは6.0〜8.0である。
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
（A1-xBx）yCuzOw ｘ＝０〜1,y＝2.0〜4.0好ましくは
2.5〜3.5,z＝1.0〜4.0好ましくは2.5〜3.5,w＝4.0〜10.
0好ましくは6.0〜8.0である。
Ａは元素周期表におけるIIIa族、例えばＹ（イットリ
ューム）またはGd（ガドリニューム）,Yb（イッテルビ
ューム）の如きランタノイド元素である。またＢは元素
周期表IIa族、例えばBa（バリューム）またはSr（スト
ロンチューム）,Ca（カルシューム）より選ばれる。
ューム）またはGd（ガドリニューム）,Yb（イッテルビ
ューム）の如きランタノイド元素である。またＢは元素
周期表IIa族、例えばBa（バリューム）またはSr（スト
ロンチューム）,Ca（カルシューム）より選ばれる。
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。
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,Wの値の一部を変
更してもよい。本発明において、中空支持体の内部に多
量にセラミックスを充填せんとするならば、まずかかる
中空支持体の内側部に酸化性雰囲気で焼成する際気化し
てしまう中空形成用補助体を配設し、中空支持体とこの
補助体との間に超電導セラミックス材料を溶媒を用いた
りまたは用いることなしに充填する。その後有機物でで
きたパイプ状の中空形成用補助体を加熱焼成することに
より、この補助体を酸化して気化（炭酸ガス等にする）
せしめ、さらにこの外側のセラミックスを酸化して超電
導材料に変成することは有効である。
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,Wの値の一部を変
更してもよい。本発明において、中空支持体の内部に多
量にセラミックスを充填せんとするならば、まずかかる
中空支持体の内側部に酸化性雰囲気で焼成する際気化し
てしまう中空形成用補助体を配設し、中空支持体とこの
補助体との間に超電導セラミックス材料を溶媒を用いた
りまたは用いることなしに充填する。その後有機物でで
きたパイプ状の中空形成用補助体を加熱焼成することに
より、この補助体を酸化して気化（炭酸ガス等にする）
せしめ、さらにこの外側のセラミックスを酸化して超電
導材料に変成することは有効である。
本発明はかかるセラミックスを加熱し、伸線（線状に
引き伸ばすこと）化するため、その外径を小さくしつつ
一方より他方に伸ばし、細くかつ長い構成とする。
引き伸ばすこと）化するため、その外径を小さくしつつ
一方より他方に伸ばし、細くかつ長い構成とする。
本発明方法は金属またはその化合物のパイプの内側に
形成したセラミックスを十分酸化し、超電導を呈する
（A1-xBx）yCuzOwの一般式で示される材料を変成し、か
つ最適の結晶化をさせるには、このセラミックスに十分
酸素が加えられることが重要である。本発明方法は外側
を金属で覆い、パイプ中のセラミックスに対しても十分
雰囲気を制御し得る。
形成したセラミックスを十分酸化し、超電導を呈する
（A1-xBx）yCuzOwの一般式で示される材料を変成し、か
つ最適の結晶化をさせるには、このセラミックスに十分
酸素が加えられることが重要である。本発明方法は外側
を金属で覆い、パイプ中のセラミックスに対しても十分
雰囲気を制御し得る。
「作用」 これまでの金属の超電導材料を用いてコイルを作らん
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。といった工程を採っていた。
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。といった工程を採っていた。
また本発明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。
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（A1-xBx）yCuzOwにおいてＡとしてＹ
を、Y2O3,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99.5％以上のものを用いた。
これら用いてx,y,z,wを調整し（YBax）Cu3O6〜8となる
ようにした。これらの元材料をメノウニューバチで混合
し、それを一度300Kg/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て再びこれを500K
g/cm2の圧力でプレスし、タブレット状とした。そして
これを800〜1000℃、10時間酸化性雰囲気例えば大気中
で本焼成した。
を、Y2O3,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99.5％以上のものを用いた。
これら用いてx,y,z,wを調整し（YBax）Cu3O6〜8となる
ようにした。これらの元材料をメノウニューバチで混合
し、それを一度300Kg/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て再びこれを500K
g/cm2の圧力でプレスし、タブレット状とした。そして
これを800〜1000℃、10時間酸化性雰囲気例えば大気中
で本焼成した。
次にこの本焼成したTcオンセットが95K以上、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。
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〜0.05μｍ例えば３μｍ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。
粒径が100μｍ以下〜0.05μｍ例えば３μｍ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。
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。
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。
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、プロピレ
ングリコール、オクチルアルコール、ペプチルアルコー
ル等と混合し、ペースト状としてもよい。
ングリコール、オクチルアルコール、ペプチルアルコー
ル等と混合し、ペースト状としてもよい。
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℃15時間の加熱焼成を行った。
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℃15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図に示す如き中空支持体（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。
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図に示す如き中空支持体（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。
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５〜20K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。
レット等で作られた時のTcよりは５〜20K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。
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」 この実施例は中空パイプの中にこの内径より小さい中
空の有機材料のパイプを予めいれておき、そしてその間
に実施例１の途中工程で作られた焼成後の超電導材料を
粉砕した材料を充填する。
空の有機材料のパイプを予めいれておき、そしてその間
に実施例１の途中工程で作られた焼成後の超電導材料を
粉砕した材料を充填する。
さらにこの粉末を充填する。これら全体をこの有機材
料のパイプの内径に酸素を流しつつ加熱していくと、こ
の有機材料は約300℃で炭化し、さらに昇温することに
より炭酸ガスとして気化してしまい、完全に除去させる
ことができる。さらにその後、酸化させ超電導材料とし
た。この場合は600〜1100℃例えば800〜1000℃で10〜20
時間行うことにより成就した。
料のパイプの内径に酸素を流しつつ加熱していくと、こ
の有機材料は約300℃で炭化し、さらに昇温することに
より炭酸ガスとして気化してしまい、完全に除去させる
ことができる。さらにその後、酸化させ超電導材料とし
た。この場合は600〜1100℃例えば800〜1000℃で10〜20
時間行うことにより成就した。
かくして中空を有し、かつ超電導セラミックスを内部
に設けた金属パイプを作ることができた。
に設けた金属パイプを作ることができた。
この実施例において、中空支持体として中空補助体と
の間に充填する超電導セラミックス材料に粉末または気
化しやすい有機物のペーストを流してペースト状として
充填することは有効である。
の間に充填する超電導セラミックス材料に粉末または気
化しやすい有機物のペーストを流してペースト状として
充填することは有効である。
その他記載のないことは実施例１と同じである。
「実施例３」 この実施例は実施例１または２で形成された中空のパ
イプを出発物とした。これを800〜1100℃例えば1000℃
で処理する。パイプの外側は軟銅を用いた。これは融点
が1083℃と低く、展性延性に富むためである。このため
超電導セラミックス材料の熱処理に対して実施と同時に
残部応力のためにクラックが発生することがない。
イプを出発物とした。これを800〜1100℃例えば1000℃
で処理する。パイプの外側は軟銅を用いた。これは融点
が1083℃と低く、展性延性に富むためである。このため
超電導セラミックス材料の熱処理に対して実施と同時に
残部応力のためにクラックが発生することがない。
実際は銅のパイプ直径10mm（外径）,8mmφ（内径）と
し、セラミックスは厚さ平均3mmとし、中空部は約2mmφ
である。これら全体を外部より加熱し、全体を伸ばし、
長線とする。ここでは、しばり棒ジグを加熱しつつ通し
た。するとこのパイプの直径は細くなり、中空部を完全
になくすことができた。この加工により細線とするに際
しても、出発材料として中空を有するパイプを用いたた
め、作業時もセラミックスに応力を残留することにより
超電導現象が発生しない等の事故を防ぐことができた。
し、セラミックスは厚さ平均3mmとし、中空部は約2mmφ
である。これら全体を外部より加熱し、全体を伸ばし、
長線とする。ここでは、しばり棒ジグを加熱しつつ通し
た。するとこのパイプの直径は細くなり、中空部を完全
になくすことができた。この加工により細線とするに際
しても、出発材料として中空を有するパイプを用いたた
め、作業時もセラミックスに応力を残留することにより
超電導現象が発生しない等の事故を防ぐことができた。
かくしてかかるパイプをして外径約6mm、長さを出発
材料の約３倍にまで伸ばすことができた。技術の発展と
ともにこの直径を１〜2mmと細くしさらに伸線化した後
の長さを50〜5000倍にすることが可能である。
材料の約３倍にまで伸ばすことができた。技術の発展と
ともにこの直径を１〜2mmと細くしさらに伸線化した後
の長さを50〜5000倍にすることが可能である。
「実施例４」 この実施例は（A1-xBx）yCuzOwにおいて、ＡとしてY
b、ＢとしてBaを用いた。するとパイプ形状とした後もT
coを85Kに保つことができた。その他は実施例１および
実施例２と同様である。
b、ＢとしてBaを用いた。するとパイプ形状とした後もT
coを85Kに保つことができた。その他は実施例１および
実施例２と同様である。
「効果」 本発明はその作製に対し、外側が金属で覆われて内部
のセラミックスの酸化およびその程度の制御を中空部に
供給する気体の種類、量により制御できる。さらにかか
る本発明において、超電導セラミックス材料が酸化する
ことにより体積が若干膨張するため、製造に伴う応力歪
を緩和するためにも中央部を設けることは重要である。
また金属材料とセラミックス材料との膨張係数差を縮め
る目的に対しも有効である。
のセラミックスの酸化およびその程度の制御を中空部に
供給する気体の種類、量により制御できる。さらにかか
る本発明において、超電導セラミックス材料が酸化する
ことにより体積が若干膨張するため、製造に伴う応力歪
を緩和するためにも中央部を設けることは重要である。
また金属材料とセラミックス材料との膨張係数差を縮め
る目的に対しも有効である。
本発明はさらにかかるパイプ形状とした後、これらを
伸線化する。この工程に際し内部に中空部があるため、
伸線化の際セラミックス材料がこわれることがない。
伸線化する。この工程に際し内部に中空部があるため、
伸線化の際セラミックス材料がこわれることがない。
また、この外側の金属を銅または銅の化合物以外とす
ることも可能である。しかしこれを銅または銅酸化物と
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。
ることも可能である。しかしこれを銅または銅酸化物と
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。
本発明における超電導セラミックスを含む液体は予め
かかるセラミックスを作っておいたものを粉化してそれ
を液体と混合してもまた凝結法を用いて作製したい。そ
の他の方法を用いてもよい。
かかるセラミックスを作っておいたものを粉化してそれ
を液体と混合してもまた凝結法を用いて作製したい。そ
の他の方法を用いてもよい。
第１図は本発明の超電導セラミックスパイプを示す。 〔符号の説明〕 （１）……超電導セラミックスを用いたパイプ （２）……中空支持体 （３）……超電導セラミックス （４）……中空
Claims (1)
- 【請求項１】金属または金属化合物の中空支持体の内側
部に中空を有して超電導セラッミックス材料を充填する
工程と、 前記セラミックス材料が充填された前記支持体を加熱し
て伸線化する工程と、 を有することを特徴とする超電導セラミックス材料の作
製方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62081489A JP2584993B2 (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 超電導セラミツクス材料の作製方法 |
| US07/485,854 US5474975A (en) | 1987-04-01 | 1990-02-22 | Method for manufacturing an elongated member from a superconducting ceramic material |
| US08/473,950 US5987731A (en) | 1987-04-01 | 1995-06-07 | Elongated superconductive member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62081489A JP2584993B2 (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 超電導セラミツクス材料の作製方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094828A Division JP2648724B2 (ja) | 1991-04-01 | 1987-04-01 | 超電導セラミック伸線を用いた超電導コイルの作製方法 |
| JP3094829A Division JP2585882B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 超電導セラミック伸線の作製方法 |
| JP3094826A Division JP2585881B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 超電導セラミック伸線の作製方法。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63248020A JPS63248020A (ja) | 1988-10-14 |
| JP2584993B2 true JP2584993B2 (ja) | 1997-02-26 |
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ID=13747815
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
| JP2900951B2 (ja) * | 1990-11-30 | 1999-06-02 | 富士通株式会社 | セラミック製中空管の製造方法 |
| JP2585882B2 (ja) * | 1991-04-01 | 1997-02-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 超電導セラミック伸線の作製方法 |
| JP2935794B2 (ja) * | 1993-09-29 | 1999-08-16 | 中部電力株式会社 | 中空高温超電導体及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63232215A (ja) * | 1987-03-20 | 1988-09-28 | Fujikura Ltd | 超電導線の製造方法 |
| JPS63236218A (ja) * | 1987-03-23 | 1988-10-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導電線 |
| JPS63241817A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導材料の製造方法 |
| JP2585882B2 (ja) * | 1991-04-01 | 1997-02-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 超電導セラミック伸線の作製方法 |
-
1987
- 1987-04-01 JP JP62081489A patent/JP2584993B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63248020A (ja) | 1988-10-14 |
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