JP2648724B2 - 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 - Google Patents
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Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Coil Winding Methods And Apparatuses (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック系超電導材料
を応用したコイルの作製方法に関する。
を応用したコイルの作製方法に関する。
【０００２】本発明は超電導セラミック伸線を用いて、
例えば超電導マグネットまたは電力蓄積装置に用いられ
るコイル等を作製する方法に関する。
例えば超電導マグネットまたは電力蓄積装置に用いられ
るコイル等を作製する方法に関する。
【０００３】
【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、そのため有
用な応用としては、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。
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、そのため有
用な応用としては、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。
【０００４】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。
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。
【０００５】最近、かかる超電導材料として銅の酸化物
セラミック材料が注目されている。
セラミック材料が注目されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】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。そのため、銅の酸化物セラミック
スを用い、伸線とし、超電導コイルを作製する方法は全
く知られていなかった。
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。そのため、銅の酸化物セラミック
スを用い、伸線とし、超電導コイルを作製する方法は全
く知られていなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】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。かかる中空支持体の内部に超電導セ
ラミック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、または超電導セラミックス材料
を溶媒を用いることなしに充填する。この充填は、中空
パイプの一方を一次的に塞いで他方より注入する。その
後加熱焼成することにより、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。本発明における超電導
性を有するセラミック材料は、例えば銅の酸化物セラミ
ックスである(A1-x Bx)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３ａ族、例えばY(イットリュ−
ム) またはGd( ガドリニュ−ム),Yb( イッテルビュ−
ム) の如きランタノイド元素である。またＢは元素周期
表２ａ族、例えばBa( バリュ−ム) またはSr ( ストロ
ンチュ−ム),Ca( カルシュ−ム)より選ばれる。尚、本
明細書における元素周期表は理化学辞典（岩波書店 19
63年４月１日発行）による。
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。かかる中空支持体の内部に超電導セ
ラミック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、または超電導セラミックス材料
を溶媒を用いることなしに充填する。この充填は、中空
パイプの一方を一次的に塞いで他方より注入する。その
後加熱焼成することにより、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。本発明における超電導
性を有するセラミック材料は、例えば銅の酸化物セラミ
ックスである(A1-x Bx)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３ａ族、例えばY(イットリュ−
ム) またはGd( ガドリニュ−ム),Yb( イッテルビュ−
ム) の如きランタノイド元素である。またＢは元素周期
表２ａ族、例えばBa( バリュ−ム) またはSr ( ストロ
ンチュ−ム),Ca( カルシュ−ム)より選ばれる。尚、本
明細書における元素周期表は理化学辞典（岩波書店 19
63年４月１日発行）による。
【０００８】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。
外の元素をA,Bに加えることが可能である。
【０００９】本発明において、中空支持体の内部に超電
導セラミック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充填した場合、内壁に第
１の層として超電導セラミック材料がコ−ティングされ
るが、さらにその上側にこの第１の層のセラミック材料
を十分固化した後、第２層のセラミック材料をコ−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。
導セラミック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充填した場合、内壁に第
１の層として超電導セラミック材料がコ−ティングされ
るが、さらにその上側にこの第１の層のセラミック材料
を十分固化した後、第２層のセラミック材料をコ−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。
【００１０】本発明方法において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-x Bx)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多い、パイプ中のセラミックに
対しても十分雰囲気を制御を行い得る。
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-x Bx)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多い、パイプ中のセラミックに
対しても十分雰囲気を制御を行い得る。
【００１１】本発明方法によって得られるコイルは、上
記の製法によって得られた超伝導伸線をコイル状に巻く
ことによって得られる。場合によっては、巻いた後に加
熱工程を加えても良い。
記の製法によって得られた超伝導伸線をコイル状に巻く
ことによって得られる。場合によっては、巻いた後に加
熱工程を加えても良い。
【００１２】
【作用】本発明により、従来不可能と考えられていた超
電導セラミック伸線を用いた超電導コイルを作製するこ
とが可能となった。このコイルの用途としては、例えば
超電導マグネットを作り得る。またこのコイルの始点と
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。
電導セラミック伸線を用いた超電導コイルを作製するこ
とが可能となった。このコイルの用途としては、例えば
超電導マグネットを作り得る。またこのコイルの始点と
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。
【００１３】以下図面に従って本発明の実施例を示す。
【００１４】
「実施例１」この実施例では(A1-x Bx)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Cu
O 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。これら用いてx,y,z,w を調整し(YBax)Cu3O
6 〜8 となるようにした。これらの元材料をメノウ乳鉢
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100 μｍ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
500Kg/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。
ＡとしてＹを、Y2O3,BとしてBaをBaCO3 またCuとしてCu
O 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。これら用いてx,y,z,w を調整し(YBax)Cu3O
6 〜8 となるようにした。これらの元材料をメノウ乳鉢
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100 μｍ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
500Kg/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。
【００１５】次にこの本焼成したTcオンセットが95K 以
上、Tco が77K 以上あることを電圧−電流−温度特性よ
り確認する。
上、Tco が77K 以上あることを電圧−電流−温度特性よ
り確認する。
【００１６】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100 μｍ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。
てこの平均粒径が100 μｍ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。
【００１７】この粉末を液体、例えばフロン液またはア
ルコ−ル例えばエタノ−ルその他の液体中に混合、また
は溶かした。
ルコ−ル例えばエタノ−ルその他の液体中に混合、また
は溶かした。
【００１８】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。
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。
【００１９】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粒をコ−ティ
ング(3) した。
去することができ、その内壁にセラミック粒をコ−ティ
ング(3) した。
【００２０】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−ル、オクチルアルコ−ル、ペプ
チルアルコ−ル等と混合し、ペ−スト状としてもよい。
め、プロピレングリコ−ル、オクチルアルコ−ル、ペプ
チルアルコ−ル等と混合し、ペ−スト状としてもよい。
【００２１】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。
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。
【００２２】かかる工程をさらに１〜５回繰り返すこと
により、このセラミック材を50μｍ〜１cm（代表的には
0.5 〜5mm)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。
により、このセラミック材を50μｍ〜１cm（代表的には
0.5 〜5mm)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。
【００２３】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。
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。
【００２４】かかる超電導セラミックパイプにおいて、
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。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。
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。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。
【００２５】「実施例２」この実施例は中空ハイプの中
にこの内径より小さい中空の有機材料のハイプを予めい
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。
にこの内径より小さい中空の有機材料のハイプを予めい
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。
【００２６】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
除去した。さらにその後、充填したセラミックスを酸化
し、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。
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
除去した。さらにその後、充填したセラミックスを酸化
し、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。
【００２７】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。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−ストを流してペ−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。
クスを内部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−ストを流してペ−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。
【００２８】「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80
0 〜1100℃例えば1000℃とした。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材料の熱処理に対
して実施同時に残部応力を加えてクラックを発生させな
いためである。
２で形成された中空のパイプを出発物とした。これを80
0 〜1100℃例えば1000℃とした。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材料の熱処理に対
して実施同時に残部応力を加えてクラックを発生させな
いためである。
【００２９】実際は銅のパイプ直径10mm( 外径),8mm φ
( 内径) とし、セラミックスは厚さ平均3mm とし、中空
部は約2mm φである。これら全体を外部より加熱し、全
体を伸ばし、長線とするため、しぼ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。
( 内径) とし、セラミックスは厚さ平均3mm とし、中空
部は約2mm φである。これら全体を外部より加熱し、全
体を伸ばし、長線とするため、しぼ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。
【００３０】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。
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。
【００３１】「実施例４」この実施例は(A1-X Bx)yCuzO
wにおいて、ＡとしてYb、ＢとしてBaを用いた。また、
本実施例においては原料粉末をそのまま使用し、金属パ
イプの内部に密に充填した。するとパイプ形状とした後
もTco 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。
wにおいて、ＡとしてYb、ＢとしてBaを用いた。また、
本実施例においては原料粉末をそのまま使用し、金属パ
イプの内部に密に充填した。するとパイプ形状とした後
もTco 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。
【００３２】
【発明の効果】本発明により、従来不可能とされていた
超電導伸線を用いた超電導コイルが作製可能となった。
このコイルは、例えば超電導マグネット等に使用可能で
ある。また、本発明のコイルは、外側が金属または金属
化合物で覆われ、内部が超電導セラミック材料となって
いる。かかる構成により、外部との溶接も可能であり、
例えば電気装置の一部として用いることが可能である。
超電導伸線を用いた超電導コイルが作製可能となった。
このコイルは、例えば超電導マグネット等に使用可能で
ある。また、本発明のコイルは、外側が金属または金属
化合物で覆われ、内部が超電導セラミック材料となって
いる。かかる構成により、外部との溶接も可能であり、
例えば電気装置の一部として用いることが可能である。
【００３３】上記の例以外にも本発明は応用が可能であ
り、産業の発展に大いに寄与すると考えられる。
り、産業の発展に大いに寄与すると考えられる。
【図１】本発明のコイルの作製に使用した超電導セラミ
ック伸線
ック伸線
Claims (2)
- 【請求項１】金属または金属化合物の支持体の内部に超
電導セラミック材料を充填する工程と、該工程の後、 加熱する工程と、さらに 全体を伸ばし超電導セラミック伸線とする工程
と、 前記超電導セラミック伸線をコイル状に巻く工程と、 を有することを特徴とする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。 - 【請求項２】金属または金属化合物の支持体の内部に超
電導セラミック材料を充填する工程と、該工程の後、 外側より加熱する工程と、さらに加熱しつつ 全体を伸ばし超電導セラミック伸線と
する工程と、 前記超電導セラミック伸線をコイル状に巻く工程と、 を有することを特徴とする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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094828A 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094828A 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 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62081489A Division JP2584993B2 (ja) | 1987-04-01 | 1987-04-01 | 超電導セラミツクス材料の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04312901A JPH04312901A (ja) | 1992-11-04 |
| JP2648724B2 true JP2648724B2 (ja) | 1997-09-03 |
Family
ID=14120916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094828A Expired - Fee Related 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2648724B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| 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 |
-
1987
- 1987-04-01 JP JP3094828A patent/JP2648724B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 荻原宏康編「応用超電導」６６〜６８頁 昭和６１年７月１５日日刊工業新聞社発行 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04312901A (ja) | 1992-11-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |