JP2592846B2 - 酸化物超電導導体の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導導体の製造方法

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三紀夫 中川
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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、核融合炉、磁気浮上輸送装置、核磁気共鳴
装置、粒子加速器等に使用される超電導マグネットに適
用する酸化物超電導導体の製造方法に関する。
「従来の技術」 近来、相次いで開発されている酸化物超電導体は、液
体窒素温度を超す臨界温度を示し、この臨界温度以下で
は電気抵抗が零になるために、酸化物超電導体を用いた
超電導マグネットを用いると冷却設備を簡略化できて運
転コストが低減できるなど、種々のメリットを期待する
ことができる。
ここで従来、この種の酸化物超電導材料を用いて超電
導マグネットを製造する方法としては、この材料の原料
粉末、または原料粉末の仮焼粉末、あるいは、熱処理に
より超電導体とした酸化物粉末の少なくとも1つを金属
管に充填し、圧延加工、スウェージング加工、押出加
工、線引き加工等の加工を経て所望の断面形状にした後
に、コイリング工程を経てマグネット形状とし、この後
に熱処理を行って金属管内部に超電導物質を生成させて
超電導導体を製造し、超電導マグネットとする方法が一
般的とされている。
「発明が解決しようとする問題点」 ところで、前記従来の製造方法にあっては、最終熱処
理時に金属管内部の粉末を焼結し、金属管の全長にわた
って連続した超電導体を生成させるのであるが、熱処理
前の粉末の充填密度は理論的な密度より低いために、こ
の粉末を熱処理により焼結した場合、焼結によって粉末
密度が向上すると同時に粉末部の体積が減少する、いわ
ゆる、焼き縮み現象を生じるが、この際、粉末周囲の金
属管は収縮しないために酸化物超電導体と金属管の界面
に部分的に剥離を生じる問題がある。
このように酸化物超電導体と金属管の間に剥離部分を
生じると、剥離部分において金属管と酸化物超電導体の
間の電気の流れが妨げられ十分な超電導特性が得られな
い場合がある。更に、剥離部分においては金属と超電導
体の間の熱伝達が妨げられるので、超電導線を低温に冷
却して使用する場合、剥離部分で冷却不足の部分を生じ
るおそれがある関係から、超電導体が常電導状態に遷移
するクエンチ現象を部分的に生じた場合に、このクエン
チ現象によって発生した熱を速やかに取り去ることがで
きない不都合を生じる問題がある。また、これらの剥離
部分に生じる空隙は、超電導導体に歪が加わった場合の
応力集中部となるために、超電導導体の歪特性の劣化や
超電導導体の破損の原因となり得る問題がある。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、酸化物
超電導体と金属管との界面における部分的剥離を無くし
て冷却が速やかになされるように冷却時の熱安定生を高
めた酸化物超電導線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、金属管の内
部に、酸化物超電導粉末と酸化物超電導原料粉末の少な
くとも一方を充填して充填管を作成した後に縮径加工を
施し、更に熱処理を施す方法であって、前記熱処理中と
熱処理後の少なくとも一方において、充填管を500〜200
0kg/cm2の高圧状態に保持するものである。
「作用」 焼結時に粉末の体積が減少して焼き縮みを生じた場
合、高圧により金属管を焼結体側に押圧し、金属管を収
縮後の焼結体に密着させて間隙を生じないようにするこ
とができる。
以下に超電導導体を製造する場合を例にとって本発明
方法を更に詳細に説明する。
超電導導体を製造するには、まず、原料粉末を調整す
る。この原料粉末としては、酸化物超電導体を構成する
元素を含むものなどが用いられ、具体的には周期律表II
I A族元素粉末と周期律表II A族元素粉末と酸化銅粉末
等からなる混合粉末、あるいは、この混合粉末を仮焼し
た粉末などが用いられる。
ここで用いる周期律表II A族元素粉末としては、Be,S
r,Mg,Ba,Raの各元素の炭酸塩粉末、酸化物粉末、塩化物
粉末、硫化物粉末、フッ化物粉末などの化合物粉末ある
いは合金粉末などが用いられる。また、周期律表III A
族元素粉末としては、Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,T
b,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luの各元素の炭酸塩粉末、酸化物粉
末、塩化物粉末、硫化物粉末、フッ化物粉末などの化合
物粉末あるいは合金粉末などが用いられる。更に、前記
酸化物粉末としては、CuO,Cu2O,Cu2O3,Cu4O3などの酸化
銅の粉末が用いられる。
そしてこれらの粉末を用いて原料粉末を調製するが、
この原料粉末を調製するにあたっては、周期律表II A族
元素粉末と周期律表III A族元素粉末からそれぞれ1種
類選択して混合しても良いし、2種類以上選択して混合
しても差し支えない。また、このような原料粉末は、共
沈法、ゾルゲル法などの方法により精製され、その純度
が高められる。
そして、このような原料粉末中に炭酸塩もしくは炭素
分が含有されている場合には、この原料粉末に仮焼処理
を施す。この仮焼処理は、前記粉末中の炭酸塩もしくは
炭素分を熱分解して酸化物とするために行なわれ、通常
500〜950℃の温度で1〜100時間程度必要回数行うこと
が好ましい。
次にこのようにして得られた原料粉末を十分に粉砕し
て粒径を揃えた後に、銀や銀合金等の貴金属からなる金
属パイプに充填して充填管を作成し、この充填管に縮径
加工を施して所望の直径の長尺の線材を得る。なお、こ
こで用いる金属パイプは銅からなる金属パイプでも差し
支えないが、金属パイプが熱処理などによる加熱によっ
て酸化し、原料粉末の酸素を吸収するおそれがある場合
は、金属パイプの内周面に貴金属からなる非酸化層を形
成することが好ましい。
次いで前記線材を数千kg/cm2の圧力(好ましくは、50
0〜2000kg/cm2の範囲)下において850〜1300℃に1〜10
0時間程度加熱して焼結するとともに、加熱後に徐冷す
る熱処理を施して金属パイプの内部に超電導物質を連続
生成させて超電導導体を得る。ここで行う高圧処理は、
高圧ガスを用いる方法と、高圧液体を用いる方法のいず
れでも良い。
なお、前記原料粉末が焼結する際に緻密度が向上して
原料粉末の体積が収縮する焼き縮み減少を起こすが、熱
処理を高圧下で行っているために焼き縮みが生じても高
い圧力によって金属パイプが焼結体側に圧着されるため
に金属パイプと成形体との間に隙間が生じることはなく
なる。なお、前記焼結体の結晶構造は高温においては正
方晶であるが、この結晶が冷却に伴って斜方晶に変態し
て高特性の超電導物質となる。従って、冷却時に、線材
を400〜500℃の温度範囲に数時間保持する処理を施して
正方晶から斜方晶への結晶変態を促進するようにするこ
とが好ましい。
前記のように加圧状態で熱処理すると金属パイプが焼
結体に密着するために剥離部分を生じていない超電導線
を得ることができる。従って前記超電導線を冷媒で臨界
温度以下に冷却して使用した場合、超電導線の内部の超
電導体が部分的に常電導状態にクエンチした場合でも冷
媒により確実に超電導体を冷却することができ、クエン
チ現象を速やかに解消することができる。また、剥離部
分を無くすると応力集中部になりうる間隙を無くするこ
とができるので外力により超電導導体に歪を生じた場合
には、歪による特性劣化の少ない超電導導体を得ること
ができる効果がある。
なお、高圧状態に保持するのは熱処理中、または、熱
処理後でも良いし、両方において行っても良い。ここで
熱処理後に高圧にする場合には、熱処理時に剥離が生じ
ていても高圧で金属パイプを焼結体に押し付けることに
よりこの剥離部分を閉塞することができる。
また、前記実施例においては金属管に充填する粉末に
仮焼粉末を用いたが、金属管に充填する粉末は、原料粉
末を焼結して得た超電導体を更に粉砕して得た超電導粉
末でも良い。
「実施例」 Y2O3粉末とBaCO3粉末とCuo粉末を混合し、大気中にお
いて900℃で24時間加熱して粉末の一部にY1Ba2Cu3O7-y
の組成の超電導物質を生成させた。この粉末をボールミ
ルによって粉砕して粉末を得た。
前記粉砕後の粉末を外径30mm、内径15mm、長さ500mm
の銀製チューブに充填した後に線引き加工を行って外径
2mmの断面円形の線材を得た。この線材を1500kg/cm2
圧力の大気中において900℃で5時間加熱し、加熱後に
徐冷して超電導線を得た。
得られた超電導線においては酸化物超電導体と銀の界
面部分の密着性は良好であって界面部分に剥離などは見
られなかった。また、この超電導線は液体窒素中におけ
る臨界電流密度として560A/cm2の良好な値を示した。
「発明の効果」 以上説明したように本発明は、金属管に超電導粉末ま
たは原料粉末を充填した後に施す熱処理中と熱処理後の
少なくとも一方において500〜2000kg/cm2の高圧状態に
保持する方法であり、粉末の焼結により粉末の体積が減
少して焼き縮みを生じた場合であっても高圧付加により
金属パイプを焼結体に密着できるために、焼結体と金属
パイプとの間に間隙部分のない超電導導体を製造できる
効果がある。従って前記超電導導体を冷媒で臨界温度以
下に冷却して使用した場合であって、内部の超電導体が
部分的に常電導状態にクエンチした場合であっても冷媒
により確実に超電導体を冷却することができ、クエンチ
現象を速やかに解消することができる熱安定性の高い超
電導導体を得ることができる効果がある。また、剥離部
分を無くすると応力集中部になりうる間隙を無くするこ
とができるので外力により超電導導体に歪を生じた場合
には、歪による特性劣化の少ない超電導導体を得ること
ができる効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 優 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 中川 三紀夫 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 青木 伸哉 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 昭63−279523(JP,A) 特開 昭64−7417(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属管の内部に、酸化物超電導粉末と酸化
    物超電導原料粉末の少なくとも一方を充填して充填管を
    作成し、次いで前記充填管に縮径加工を施して所望の線
    径とした後に熱処理を施して粉末を焼結し、超電導導体
    を生成させる方法であって、前記熱処理中と熱処理後の
    少なくとも一方において、前記充填管を500〜2000kg/cm
    2の高圧状態に保持することを特徴とする酸化物超電導
    導体の製造方法。
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