JP2585366B2 - 酸化物超電導線材 - Google Patents

酸化物超電導線材

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JP2585366B2 JP63106854A JP10685488A JP2585366B2 JP 2585366 B2 JP2585366 B2 JP 2585366B2 JP 63106854 A JP63106854 A JP 63106854A JP 10685488 A JP10685488 A JP 10685488A JP 2585366 B2 JP2585366 B2 JP 2585366B2
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、マグネット、ケーブルなどに使用する酸
化物超電導線材に関するものである。
なお、この明細書において、「線材」と言うときは、
断面円形、断面多角形、その他の断面形状の線ばかりで
なく、テープ状、等の長尺体をも含むものである。
[従来の技術] 酸化物超電導物質を線材化するための技術として、未
だ実用化されていないが、たとえば、次のような方法が
提案されている。
(1) Ag管などに酸化物超電導粉末を詰め、線引きし
た後に、熱処理により、酸化物超電導物質を焼結させる
方法(「電子材料」(1988)1月p.43)。
(2) テープ状のAg基材をCuにめっきを施し、Y2O3
BaCO3をアルコールに溶いたサスペンションを塗布・熱
処理により、YとBaをCuにめっき表面に拡散反応させる
方法(「昭和62年度秋期低温工学会予稿集」p.7)。
(3) プラズマプレイを用いる方法(「昭和62年度秋
期低温工学会予稿集」p.22)。
(4) 特にマグネットの分野のように、超電導線材の
コイリングが必須である場合に適した方法として、超電
導物質となるべきセラミックおよびバインダを含有する
混練物を用意した後、この混練物から可撓性のある線材
を作り出し、この線材が可撓性を保有している状態で、
絶縁層を介して線材をコイリングし、その後、熱処理に
よって線材に超電導を出現させる、いわゆるワインド・
アンド・リアクト法。
しかしながら、これらの方法には、次のような問題が
ある。
(a) これらの従来法では、得られた酸化物超電導物
質は、いずれもセラミック焼結体となるため、ボイドが
不可避的に存在し、その結果、高い電流密度を得ること
ができない。
(b) 酸化物超電導物質は、電流の流れる方向に関し
て異方性が強いが、上述した従来法では、超電導物質に
配向性を与える手段が存在せず、その理由からも、高い
電流密度を得ることができない。
(c) 酸化物超電導物質は脆弱であり、そのため、大
きな歪を与えることができず超電導線材の実用化に必要
な可撓性を得ることが困難である。
(d) 特に上記(4)の方法では、絶縁層に耐熱性が
要求されるが、このような要求を満たし得る適当な材料
を見い出すのが困難である。
このような状況の下で、少なくともボイドの発生およ
び可撓性に関する問題を解決する手段として、薄いテー
プ、または細い線材もしくはファイバ上に、スパッタ、
レーザ蒸着、電子ビーム蒸着、化学的蒸着、等の薄膜形
成方法により、超電導層を得るとが有力であると考えら
れる。
しかしながら、薄膜形成により超電導層を得る方法に
よっても、酸化物超電導物質の脆弱さのため、優れた可
撓性を有する酸化物超電導線材を得ることは、極めて困
難であることが判明した。
[発明が解決しようとする課題] 上述したように、酸化物超電導物質は脆弱であるた
め、優れた可撓性を有する酸化物超電導線材を得ること
が極めて困難である。このことが、酸化物超電導線材の
実用化を妨げる最大の障害となっている。すなわち、ボ
ビン等に巻いて線材を運搬するなどの線材の取扱い時
や、線材をマグネットに使用するためにコイリングする
場合などにおいては、線材は、必ず曲げられなければな
らない。
そこで、この発明は、基材上に酸化物超電導層を形成
してなる、酸化物超電導線材において、可撓性を高める
ための改良を図ることを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 基材上に酸化物超電導層を形成してなる、酸化物超電
導線材において、この発明では、上記目的を達成するた
め、次のような手段が講じられる。
すなわち、酸化物超電導層の上に材質が実質的に銅よ
りなる補強層が形成されるとともに、当該酸化物超電導
線材の中立軸からの距離が0.055mmの範囲内に、酸化物
超電導層を配置することが行なわれる。
この発明に係る酸化物超電導線材の構成を、第1図に
示した一具体例に従って説明する。第1図において、1
は基材、2は酸化物超電導層、3は補強層である。この
ような構造からなる酸化物超電導線材4において、中立
軸5が一点鎖線で示されている。この中立軸5上におい
ては、超電導線材4を曲げ変形させたとき、歪みが実質
的に生じない。超電導層2は、このような中立軸5から
の距離が0.055mmの範囲内に配置される。言い換える
と、中立軸5は、基材1との間で超電導層2を挾むよう
に形成された補強層3の存在により、超電導層2上に位
置するようにされるか、または超電導層2により近づけ
られる。なお、図示の具体例では、中立軸5が超電導層
2の厚み範囲内に位置していたが、上述の条件を満足す
る限り、超電導層2は、中立軸5の完全に一方側に配置
されてもよい。
この発明は、第1図に示した超電導線材4のように、
テープ状のものに限定されるものではなく、第2図に示
すように、基材1a、超電導層2aおよび補強層3aが同心円
状に配置された、全体として断面円形の超電導線材4aに
対しても適用することができる。さらに、基材、超電導
層および補強層、ならびにこれらを備える超電導線材の
断面形状は、これら第1図および第2図に示すようなも
のには限らず、全く任意である。
基材1,1aの材質としては、各種の金属または合金、ガ
ラス、可撓性を有するセラミック、等が利用できる。補
強層3,3aの材質としては、超電導層2,2aの安定性向上を
兼ねて、銅が使用される。このような補強層3,3aの形成
手段としては、超電導層2,2aの形成と同じ薄膜形成方
法、無電解または電気めっき、溶融めっき、塗布、等の
多くの手段を適用できる。また、基材1,1aと超電導層2,
2a、および/または超電導層2,2aと補強層3,3aの各間
に、密着性向上、拡散防止および超電導層2,2aの特性改
善を目的とした中間層を設けてもよい。
[作用] この発明において、補強層の第1の役割は、超電導層
を中立軸より0.055mm以内に配置することによって、超
電導線材を曲げたときに超電導層に与えられる歪量を低
減することにある。すなわち、たとえば第1図におい
て、基材1と超電導層2と補強層3とのヤング率がほぼ
同等か、超電導層2のヤング率が基材1および補強層3
のヤング率より大きくても、超電導層2が基材1および
補強層3に比べて極めて薄いときには、中立軸5の曲率
半径をRとしたとき、中立軸5からyの距離の曲げ歪
(ε)は、次の式によって与えられる。
ε=y/R したがって、中立軸5からの距離yが小さければ小さ
いほど、曲げ歪εは小さくなり、超電導線材4を曲げた
ときに超電導層2に及ぼされる歪量は小さくなる。
他方、発明者等は、可撓性基板上に形成された超電導
層の超電導特性に与える歪の影響を解明すべく詳細に実
験を行なった。それによれば、超電導層の許容伸び歪が
0.1%を超えるようにすることは極めて困難であるとの
結論に達した。すなわち、歪を与える前の超電導特性
を、歪を与えた後においてもほぼ維持するためには、超
電導層に対しては0.1%を超える歪を与えることができ
ないということである。さらに、超電導層の許容伸び歪
は、超電導層の厚みにも依存し、1〜3μm程度では0.
1%まで許容できるが、3μmを超えると許容伸び歪が
急激に低下することを見い出した。
前述した式によれば、たとえば、厚さ0.2mmのステン
レステープ上に10μmの超電導層を設けた場合、超電導
層の表面における歪を0.1%以下とするためには、曲げ
半径を10cm以上とする必要があることが計算により求め
られる。しかしながら、実際には、このような計算どお
りにはいかず、曲げ半径を10cm以上としても超電導特性
が劣化することもあることがわかった。ところが、上述
したステンレステープ上に超電導層を設けた複合構造物
の両面に、厚さ0.1mmの銅めっき層を形成すると、曲げ
半径を10cmまたはそれ以下としても、曲げによる超電導
層の臨界温度や臨界電流密度の低下はわずかであり、し
かも歪を除去すると、これらの超電導特性は回復するこ
とが判明した。すなわち、銅めっき層を形成したとして
も、超電導層と中立軸との位置関係の変化がほとんどな
いにもかかわらず、銅めっき層の形成により、超電導層
の曲げに対する許容量が増加したのである。このことか
ら、超電導層の曲げに対する許容量は、超電導層の歪量
の変化に単純に依存するものとは考えにくい。すなわ
ち、前に述べた補強層の第1の役割だけでは、この発明
の効果は説明できない。したがって、補強層は、超電導
層の歪を低下させるか、あるいは何らかの作用によりク
ラックの発生を防止する、といった第2の役割をも果た
していると考えるのが妥当である。
[発明の効果] この発明によれば、材質が実質的に銅よりなる補強層
の存在により酸化物超電導層を中立軸から0.055mm以内
に配置でき、それによって曲げ変形を生じたときの超電
導層に与えられる歪量を小さくできるばかりでなく、こ
のような計算により単純に予測できる効果に加えて、補
強層は、超電導層自身に与えられる曲げ変形の許容度を
増大させる効果をもたらす。したがって、超電導特性を
損なうことなく、高い可撓性を有する酸化物超電導線材
を得ることができる。そのため、ケーブル、マグネッ
ト、等の多くの分野で、超電導線材を利用できるように
なり、特に、この発明に係る超電導線材によれば、小型
のコイルに使用することが好適である。
[実施例の説明] まず、基材として、厚さ0.49mmのSUS310ステンレス基
板を用意した。この基板表面に対して、常法により、Ar
イオンビームを照射してクリーニングを実施した。次い
で、電子ビーム蒸着により、上記ステンレス基板上に、
厚さ10μmの層を形成するようにタングステンを蒸着
し、真空を維持したまま、引き続き厚さ0.3μmの層を
形成するようにMgOを蒸着した。これらタングステンお
よびMgOの各層は、密着性向上、拡散防止および超電導
層の特性改善を目的とした中間層として機能するもので
ある。
次いで、スパッタ法により、酸化物超電導層としての
厚さ10μmのY−Ba−Cu−O層を形成した。なお、スパ
ッタ条件は、次のとおりである。
ターゲット:Ba2.4Y1Cu5.97−δ(直径100mm) ガス圧:1×10-2torr O2/(O2+Ar):10vol% 基板温度:600℃ RFパワー:100watt スパッタ後、酸素中で800℃、2時間の熱処理を施
し、3deg/分で冷却を行なった。これによって、臨界温
度Tcが82K、磁場0下での臨界電流密度Jcが3900A/cm2
超電導層を得ることができた。
さらに、その上に、電子ビーム蒸着により、厚さ0.2
μmの層を形成するようにタングステンを蒸着し、真空
を維持したまま、引き続き厚さ2μmの層を形成するよ
うに銅に蒸着した。さらに、その上に、ピロリン酸浴か
らの銅めっきにより、それぞれ、厚さ0.1mm、0.2mm、0.
3mm、0.4mmの銅めっき層を形成した。これらのめっき層
の剛性率は、SUS310ステンレス基板と同等であり、その
中立軸と超電導層との最大距離は、それぞれ、約0.2m
m、0.15mm、0.1mm、0.055mmであった。
また、参考として、厚さ0.2mmのSUS310ステンレス基
板上に、上記の方法に準じて、タングステン、MgOおよ
びY−Ba−Cu−O層のみを形成し、熱処理を施したもの
を用意した。この場合、中立時と超電導層との最大距離
は、約0.1mmであった。
これらの各試料について、曲げ半径と超電導特性との
関係を調査したところ、第3図および第4図に示すよう
な結果が得られた。第3図は、歪を与える前の臨界電流
密度Jc(o)に対する、横軸に示した曲げ半径の歪を与
えた後の臨界電流密度Jcの変化率を示している。また、
第4図は、横軸に示した曲げ半径の歪を与えた後の臨界
温度Tcを示している。なお、第3図および第4図におい
て、各グラフにプロットされた曲線A,B,C,D,Eは、それ
ぞれの、次の試料を示している。
A…銅めっき層厚さ:0.1mm 中立軸と超電導層との距離:約0.2mm B…銅めっき層厚さ:0.2mm 中立軸と超電導層との距離:約0.15mm C…銅めっき層厚さ:0.3mm 中立軸と超電導層との距離:約0.1mm D…銅めっき層厚さ:0.4mm 中立軸と超電導層との距離:約0.055mm E…厚さ0.2mmのステンレス基板を用い、補強層を形成
しないもの。(中立軸と超電導層との距離:約0.1mm) 第3図および第4図の結果からわかるように、中立時
と超電導層との距離が約0.055mm以下の試料Dは、曲げ
変形に対して臨界温度や臨界電流密度の超電導特性の著
しい低下は見られない。さらに、試料Dは、中立軸と超
電導層との距離が約0.1mmの試料C、Eよりも、曲げ変
形に対して明らかに優れている。加えて、試料C、Dと
試料Eとの比較からわかるように、単に中立軸と超電導
層との距離を0.055mmの範囲内に収めるだけでなく、さ
らに補強層を形成したことで、試料Dは歪に対するより
高い超電導特性の維持能力を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係る酸化物超電導線材4の一具体
例を示す断面図である。第2図は、この発明に係る超電
導線材4aの他の具体例を示す断面図である。第3図は、
歪に対する臨界電流密度の変化率を示すグラフである。
第4図は、臨界温度に与える歪の影響を示すグラフであ
る。 図において、1,1aは基材、2,2aは酸化物超電導層、3,3a
は補強層、4,4aは酸化物超電導線材、5は中立軸であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 葭田 典之 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 林 憲器 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 高野 悟 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (56)参考文献 特開 昭64−43912(JP,A) 特開 平1−241709(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基材上に酸化物超電導層を形成してなる、
    酸化物超電導線材において、 前記酸化物超電導層の上に材質が実質的に銅よりなる補
    強層を形成するとともに、前記酸化物超電導層を、当該
    酸化物超電導線材の中立軸からの距離が0.055mmの範囲
    内に配置したことを特徴とする、酸化物超電導線材。
JP63106854A 1988-04-27 1988-04-27 酸化物超電導線材 Expired - Lifetime JP2585366B2 (ja)

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