JP2656253B2 - 超電導体線材とその製造方法 - Google Patents
超電導体線材とその製造方法Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、ペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末を
用いた超電導体線材とその製造方法に関する。
用いた超電導体線材とその製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、Ba−La−Cu−O系の層状ペロブスカイト型の酸
化物が高い臨界温度を有する可能性のあることが発表さ
れて以来、各所で酸化物超電導体の研究が行われている
(Z.Phys.B Condensed Matter 64,189−193(198
6))。その中でもY−Ba−Cu−O系で代表される酸素
欠陥を有する欠陥ペロブスカイト型(ABa2Cu3O
7−δ型)(Aは、Y,Yb,Ho,Dy,Eu,Er,TmおよびLuから
選ばれた元素。)の酸化物超電導体は、臨界温度Tcが90
k以上と液体窒素以上の高い温度を示すため非常に有望
な材料として注目されている(Phys.Rev.Lett.vol.58 N
o.9,908−910)。
化物が高い臨界温度を有する可能性のあることが発表さ
れて以来、各所で酸化物超電導体の研究が行われている
(Z.Phys.B Condensed Matter 64,189−193(198
6))。その中でもY−Ba−Cu−O系で代表される酸素
欠陥を有する欠陥ペロブスカイト型(ABa2Cu3O
7−δ型)(Aは、Y,Yb,Ho,Dy,Eu,Er,TmおよびLuから
選ばれた元素。)の酸化物超電導体は、臨界温度Tcが90
k以上と液体窒素以上の高い温度を示すため非常に有望
な材料として注目されている(Phys.Rev.Lett.vol.58 N
o.9,908−910)。
しかしながら、この超電導体は、結晶性の酸化物であ
って、焼結体または粉末として得られるため、長尺物に
加工することが困難であり、しかもこの超電導体はその
結晶のC面に沿って超電導電流が流れるため、この超電
導体粉末を単に長尺化しただけでは、結晶の配列方向が
ランダムになり、所望の電流密度が得られないという問
題があった。
って、焼結体または粉末として得られるため、長尺物に
加工することが困難であり、しかもこの超電導体はその
結晶のC面に沿って超電導電流が流れるため、この超電
導体粉末を単に長尺化しただけでは、結晶の配列方向が
ランダムになり、所望の電流密度が得られないという問
題があった。
(発明が解決しようとする問題点) このようにペロブスカイト型超電導体は、焼結体また
は粉末であって、その結晶のC面に沿って超電導電流が
流れるため、これを長尺化して所望の電流密度を得るこ
とが困難であった。
は粉末であって、その結晶のC面に沿って超電導電流が
流れるため、これを長尺化して所望の電流密度を得るこ
とが困難であった。
本発明は、このような従来の難点を解消すべくなされ
たもので、ペロブスカイト型超電導体粉末を用いた電流
密度の大きい超電導体線材とその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
たもので、ペロブスカイト型超電導体粉末を用いた電流
密度の大きい超電導体線材とその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) すなわち本発明の超電導体線材は、金属管内に充填さ
れたペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末を焼成して
なる超電導体線材であって、前記ペロブスカイト型の酸
化物超電導体を結晶のc面を前記金属管の長さ方向に配
向させて充填してなることを特徴としており、またその
製造方法は、c面方向の直径対c軸方向の厚さの比が3
〜5のペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末を、金属
管内に充填し、延伸加工により、その直径を1/10以下に
まで縮径し、その後焼成することを特徴としている。
れたペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末を焼成して
なる超電導体線材であって、前記ペロブスカイト型の酸
化物超電導体を結晶のc面を前記金属管の長さ方向に配
向させて充填してなることを特徴としており、またその
製造方法は、c面方向の直径対c軸方向の厚さの比が3
〜5のペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末を、金属
管内に充填し、延伸加工により、その直径を1/10以下に
まで縮径し、その後焼成することを特徴としている。
ここでいう希土類元素を含有しペロブスカイト型構造
を有する酸化物超電導体は超電導状態を実現できればよ
く、ABa2Cu3O7−δ系(δは酸素欠陥を表し通常1以
下、Aは、Y,Yb,Ho,Dy,Eu,Er,Tm,Lu;Baの一部はSr等で
置換可能)等の酸素欠陥を有する欠陥ペロブスカイト
型、Sr−La−Cu−O系等の層状ペロビスカイト型等の広
義にペロブスカイト構造を有する酸化物とする。また希
土類元素も広義の定義とし、Sc,Y及びランタン系を含む
ものとする。代表的な系としてY−Ba−Cu−O系のほか
に、Sc−Ba−Cu−O系、Sr−La−Cu−O系、さらにSrを
Ba,Caで置換した系等が挙げられる。
を有する酸化物超電導体は超電導状態を実現できればよ
く、ABa2Cu3O7−δ系(δは酸素欠陥を表し通常1以
下、Aは、Y,Yb,Ho,Dy,Eu,Er,Tm,Lu;Baの一部はSr等で
置換可能)等の酸素欠陥を有する欠陥ペロブスカイト
型、Sr−La−Cu−O系等の層状ペロビスカイト型等の広
義にペロブスカイト構造を有する酸化物とする。また希
土類元素も広義の定義とし、Sc,Y及びランタン系を含む
ものとする。代表的な系としてY−Ba−Cu−O系のほか
に、Sc−Ba−Cu−O系、Sr−La−Cu−O系、さらにSrを
Ba,Caで置換した系等が挙げられる。
本発明の酸化物超電導体は、例えば以下に示す製造方
法により得ることができる。Y,Ba,Cuなどのペロブスカ
イト型酸化物超電導体の構成元素を十分混合する。この
場合各々の原料はY2O3,BaO,CuO等の酸化物を用いること
ができる。また、これらの酸化物のほかに、焼成後酸化
物に転化する炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物等
の化合物を用いてもよい。ペロブスカイト型酸化物超電
導体を構成する元素は、基本的に化学量論比の組成とな
るように混合するが、多少構造条件等との関係等でずれ
ていても構わない。例えば、Y−Ba−Cu−O系ではY 1m
olに対しBa 2mol、Cu 3molが標準組成であるが、実用上
はY 0.6〜1.4mol%、Ba 1.5〜3.0mol%、Cu 2.0〜4.0mo
l%程度のずれは問題ない。
法により得ることができる。Y,Ba,Cuなどのペロブスカ
イト型酸化物超電導体の構成元素を十分混合する。この
場合各々の原料はY2O3,BaO,CuO等の酸化物を用いること
ができる。また、これらの酸化物のほかに、焼成後酸化
物に転化する炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物等
の化合物を用いてもよい。ペロブスカイト型酸化物超電
導体を構成する元素は、基本的に化学量論比の組成とな
るように混合するが、多少構造条件等との関係等でずれ
ていても構わない。例えば、Y−Ba−Cu−O系ではY 1m
olに対しBa 2mol、Cu 3molが標準組成であるが、実用上
はY 0.6〜1.4mol%、Ba 1.5〜3.0mol%、Cu 2.0〜4.0mo
l%程度のずれは問題ない。
前述の原料を混合した後、仮焼・粉砕し所望の形状に
した後、焼成する。仮焼は必ずしも必要ではない。焼成
・仮焼は十分な酸素が供給できるような酸素含有雰囲気
で800〜940℃程度で行うことが好ましい。
した後、焼成する。仮焼は必ずしも必要ではない。焼成
・仮焼は十分な酸素が供給できるような酸素含有雰囲気
で800〜940℃程度で行うことが好ましい。
また、そのC面方向の直径対C軸方向の厚さの比は3
〜5であり、その直径(C面上の長軸)は、1〜5μm
程度のものが適している。
〜5であり、その直径(C面上の長軸)は、1〜5μm
程度のものが適している。
本発明の超電導体線材に使用される金属管は、Nb、A
g、Pd、Cu、ステンレス鋼等からなるものであり、特
に、Ag、Pd、等の金属管は、高温下でも酸化されないの
で、所望の外径の線材を線引き如工により製造した後、
酸素または酸素含有雰囲気下で焼鈍することにより、前
述したペロブスカイト型超電導体粉末の酸素空席に酸素
を導入して、δの値を小さくすることができる。
g、Pd、Cu、ステンレス鋼等からなるものであり、特
に、Ag、Pd、等の金属管は、高温下でも酸化されないの
で、所望の外径の線材を線引き如工により製造した後、
酸素または酸素含有雰囲気下で焼鈍することにより、前
述したペロブスカイト型超電導体粉末の酸素空席に酸素
を導入して、δの値を小さくすることができる。
また、本発明におけるペロブスカイト型の酸化物超電
導体粉末の配向は、100%行われている必要はなく、少
くとも70%程度の配向率があれば有効である。
導体粉末の配向は、100%行われている必要はなく、少
くとも70%程度の配向率があれば有効である。
なお、本発明における配向率は、得られた線材の被覆
金属を取り除き、内部の酸化物超電導体をX線回折を用
いて回折強度を測定し、C面からの回折強度の変化から
求めたものである。
金属を取り除き、内部の酸化物超電導体をX線回折を用
いて回折強度を測定し、C面からの回折強度の変化から
求めたものである。
本発明の超電導体線材を製造するには、まずBaCO3、Y
2O3、CuO等のペロブスカイト型の酸化物超電導体の原料
を、前述した一般式に対して化学量論比の組成となるよ
うに混合して粉砕した後乾燥し、粉末のままで800〜100
0℃の温度で数時間〜3日程度焼成し反応させて結晶化
させる。次に、この焼成物をボールミル、その他公知の
手段により粉砕する。このとき、ペロブスカイト型の酸
化物超電導体粉末は、へき開面から分割されて微粉末と
なる。粉砕は、平均粒径(C面上の最大の軸の長さ)が
1〜5μm程度、直径対厚さの比が3〜5となるまで行
うようにする。なお、必要に応じて、粉砕した粉末を上
記の範囲となるように分級して用いてもよい。
2O3、CuO等のペロブスカイト型の酸化物超電導体の原料
を、前述した一般式に対して化学量論比の組成となるよ
うに混合して粉砕した後乾燥し、粉末のままで800〜100
0℃の温度で数時間〜3日程度焼成し反応させて結晶化
させる。次に、この焼成物をボールミル、その他公知の
手段により粉砕する。このとき、ペロブスカイト型の酸
化物超電導体粉末は、へき開面から分割されて微粉末と
なる。粉砕は、平均粒径(C面上の最大の軸の長さ)が
1〜5μm程度、直径対厚さの比が3〜5となるまで行
うようにする。なお、必要に応じて、粉砕した粉末を上
記の範囲となるように分級して用いてもよい。
しかる後、このペロブスカイト型の酸化物超電導体粉
末を、Nb、Ag、Pd、Cu、ステンレス鋼等からなる外径20
mm、内径15mm程度の金属管に入れ、スェージングマシン
により金属管外から粉末をつき固めた後、冷間で線引き
して金属管の外径を元の金属管の外径の1/10以下、好ま
しくは1/20以下程度となるまで縮径加工して、粉末の充
填率が50〜70%、配向率が少なくとも70%、好ましくは
80〜90%となるようにする。このとき、必要に応じて中
間で焼鈍を施すようにしてもよい。
末を、Nb、Ag、Pd、Cu、ステンレス鋼等からなる外径20
mm、内径15mm程度の金属管に入れ、スェージングマシン
により金属管外から粉末をつき固めた後、冷間で線引き
して金属管の外径を元の金属管の外径の1/10以下、好ま
しくは1/20以下程度となるまで縮径加工して、粉末の充
填率が50〜70%、配向率が少なくとも70%、好ましくは
80〜90%となるようにする。このとき、必要に応じて中
間で焼鈍を施すようにしてもよい。
このようにして、最終線径まで線引きした後、空気ま
たは酸素含有雰囲気内で800〜940℃で数時間焼鈍を施
す。この空気または酸素含有雰囲気内での焼鈍により、
ペロブスカイト型超電導体の酸素空席に酸素が導入さ
れ、δの値が減少して、超電導体線材の電流密度がさら
に向上する。
たは酸素含有雰囲気内で800〜940℃で数時間焼鈍を施
す。この空気または酸素含有雰囲気内での焼鈍により、
ペロブスカイト型超電導体の酸素空席に酸素が導入さ
れ、δの値が減少して、超電導体線材の電流密度がさら
に向上する。
このようにして製造された超電導体線材は、線引きの
過程でペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末のC面が
線材の長手方向に配向されているので、線材全体として
の電流容量が大きく向上する。
過程でペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末のC面が
線材の長手方向に配向されているので、線材全体として
の電流容量が大きく向上する。
なお、本発明の超電導体線材は、そのままコイル等に
成形して使用してもよいが、これを線引き過程で六角形
に成形し、その多数本を安定化材としての銅管中に配列
して、さらに、スェージング加工、冷間線引き加工を施
してマルチ線材として使用することも可能である。
成形して使用してもよいが、これを線引き過程で六角形
に成形し、その多数本を安定化材としての銅管中に配列
して、さらに、スェージング加工、冷間線引き加工を施
してマルチ線材として使用することも可能である。
(作 用) 本発明の超電導体線材は、金属管内に充填されたペロ
ブスカイト型の酸化物超電導体粉末の超電導電流の流れ
る結晶のC面が超電導体線材の長さ方向に配向されてい
るので、超電導電流は、超電導体線材の長手方向に流れ
易くなり、超電導体線材の電流密度が向上する。
ブスカイト型の酸化物超電導体粉末の超電導電流の流れ
る結晶のC面が超電導体線材の長さ方向に配向されてい
るので、超電導電流は、超電導体線材の長手方向に流れ
易くなり、超電導体線材の電流密度が向上する。
また本発明の超電導体線材の製造方法においては、金
属管の延伸加工の際、直径対厚さの比が3〜5のペロブ
スカイト型超電導体粉末が延伸方向にC面が平行となる
よう配向され、したがって単にその直径対長さの比率と
延伸加工の縮径の程度を考慮するだけで、線引きと同時
に超電導体粉末の配向を行うことができる。
属管の延伸加工の際、直径対厚さの比が3〜5のペロブ
スカイト型超電導体粉末が延伸方向にC面が平行となる
よう配向され、したがって単にその直径対長さの比率と
延伸加工の縮径の程度を考慮するだけで、線引きと同時
に超電導体粉末の配向を行うことができる。
(実施例) 次に本発明の実施例について説明する。
実施例 BaCO3粉末2mol%、Y2O3粉末0.5mol%、CuO粉末3mol%
を充分混合して大気中900℃で48時間焼成して反応させ
た後、この粉末原料を酸素中で800℃で24時間焼成して
反応させ、酸素空席に酸素を導入した後、ボールミルを
用いて粉砕し、分級して、平均粒径2μm、直径対厚さ
の比が3〜5のペロブスカイト型超電導体粉末を得た。
を充分混合して大気中900℃で48時間焼成して反応させ
た後、この粉末原料を酸素中で800℃で24時間焼成して
反応させ、酸素空席に酸素を導入した後、ボールミルを
用いて粉砕し、分級して、平均粒径2μm、直径対厚さ
の比が3〜5のペロブスカイト型超電導体粉末を得た。
次に、酸化物超電導体粉末を、外径20mm、内径15mm、
長さ100mmの一端を銅材により封止した銅管中に入れ、
他端に銅の栓をして通気孔を残して溶接した後、外径1m
mにまで冷間で線引きし、次いで窒素中で900℃で12時間
焼鈍を行った。
長さ100mmの一端を銅材により封止した銅管中に入れ、
他端に銅の栓をして通気孔を残して溶接した後、外径1m
mにまで冷間で線引きし、次いで窒素中で900℃で12時間
焼鈍を行った。
このようにして得た超電導体線材を、長さ方向に切断
して線材の長さ方向の超電導体粉末の配向率を測定した
ところ約80%であり、またその充填率は80%であった。
またその超電導特性を測定したところ、臨界温度は87K
であり、77Kでその電流密度を外部磁場が0の条件下で
測定したところ500A/mm2であった。
して線材の長さ方向の超電導体粉末の配向率を測定した
ところ約80%であり、またその充填率は80%であった。
またその超電導特性を測定したところ、臨界温度は87K
であり、77Kでその電流密度を外部磁場が0の条件下で
測定したところ500A/mm2であった。
一方、実施例で用いた超電導体粉末を、実施例におけ
る充填率と等しい気孔率となるように圧縮成形して900
℃で12時間熱処理した超電導体ブロックの臨界温度は93
Kであり、77Kでその電流密度を測定したところ200A/mm2
であった。
る充填率と等しい気孔率となるように圧縮成形して900
℃で12時間熱処理した超電導体ブロックの臨界温度は93
Kであり、77Kでその電流密度を測定したところ200A/mm2
であった。
[発明の効果] 以上の実施例からも明らかなように、本発明の超電導
体線材は、金属管内に、直径体厚さの比が3〜5のペロ
ブスカイト型の酸化物超電導体粉末を、結晶のC面を前
記金属管の長さ方向に配向して充填したので、線材の長
さ方向に高い電流密度を得ることができる。また発明の
超電導体線材の製造方法によれば、直径対厚さの比が3
〜5のペロブスカイト型の酸化酸化物超電導体粉末を金
属管に充填して延伸加工するだけで上記粉末を配向させ
ることができ、従来の線材の加工方法と同様の高い生産
性で高い電流密度の超電導体線材を製造することができ
る。
体線材は、金属管内に、直径体厚さの比が3〜5のペロ
ブスカイト型の酸化物超電導体粉末を、結晶のC面を前
記金属管の長さ方向に配向して充填したので、線材の長
さ方向に高い電流密度を得ることができる。また発明の
超電導体線材の製造方法によれば、直径対厚さの比が3
〜5のペロブスカイト型の酸化酸化物超電導体粉末を金
属管に充填して延伸加工するだけで上記粉末を配向させ
ることができ、従来の線材の加工方法と同様の高い生産
性で高い電流密度の超電導体線材を製造することができ
る。
フロントページの続き (72)発明者 山田 穣 川崎市幸区小向東芝町1 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 中山 茂雄 川崎市幸区小向東芝町1 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 村瀬 暁 川崎市幸区小向東芝町1 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−71020(JP,A) 特開 昭64−617(JP,A) 特開 昭63−276825(JP,A) 特開 昭63−241827(JP,A) 特開 昭64−71022(JP,A)
Claims (11)
- 【請求項1】金属管内に充填されたペロブスカイト型の
酸化物超電導体粉末を焼成してなる超電導体線材であっ
て、前記ペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末を結晶
のc面を前記金属管の長さ方向に配向させて充填してな
ることを特徴とする超電導体線材。 - 【請求項2】ペロブスカイト型の酸化物超電導体粉末の
直径対厚さの比が、3〜5であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の超電導体線材。 - 【請求項3】前記酸化物超電導体粉末は、希土類元素を
含有するペロブスカイト型の酸化物超電導体であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導体線
材。 - 【請求項4】前記酸化物超電導体粉末は、ABa2Cu3O
7−δ系の酸化物超電導体(Aは、Y,Yb,Ho,Dy,Eu,Er,T
m,およびLuから選ばれた元素を示す。)であることを特
徴とする特許請求の範囲第3項記載の超電導体線材。 - 【請求項5】前記酸化物超電導体粉末は、Y−Ba−Cu−
O系であることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載
の超電導体線材。 - 【請求項6】前記酸化物超電導体粉末の直径が、1〜5
μmであることを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
し第5項のいずれか1項記載の超電導体線材。 - 【請求項7】直径対厚さの比が3〜5のペロブスカイト
型の酸化物超電導体粉末を、金属管内に充填し、延伸加
工により、その直径を1/10以下にまで縮径し、その後焼
成することを特徴とする超電導体線材の製造方法。 - 【請求項8】前記酸化物超電導体粉末は、希土類元素を
含有するペロブスカイト型の酸化物超電導体であること
を特徴とする特許請求の範囲第7項記載の超電導体線材
の製造方法。 - 【請求項9】前記酸化物超電導体粉末は、ABa2Cu3O
7−δ系の酸化物超電導体(Aは、Y,Yb,Ho,Dy,Eu,Er,T
m,およびLuから選ばれた元素を示す。)であることを特
徴とする特許請求の範囲第8項記載の超電導体線材の製
造方法。 - 【請求項10】前記酸化物超電導体粉末は、Y−Ba−Cu
−O系であることを特徴とする特許請求の範囲第8項記
載の超電導体線材の製造方法。 - 【請求項11】前記酸化物超電導体粉末の直径が、1〜
5μmであることを特徴とする特許請求の範囲第7項な
いし第10項のいずれか1項記載の超電導体線材の製造方
法。
Priority Applications (10)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62114312A JP2656253B2 (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | 超電導体線材とその製造方法 |
DE3855912T DE3855912T2 (de) | 1987-03-13 | 1988-03-09 | Supraleitender Draht und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE3855911T DE3855911T2 (de) | 1987-03-13 | 1988-03-09 | Supraleitender Draht und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP92201690A EP0505015B1 (en) | 1987-03-13 | 1988-03-09 | Superconducting wire and method of manufacturing the same |
DE3855717T DE3855717T3 (de) | 1987-03-13 | 1988-03-09 | Supraleitender Draht und Verfahren zu seiner Herstellung |
EP88302050.5A EP0282286B2 (en) | 1987-03-13 | 1988-03-09 | Superconducting wire and method of manufacturing the same |
EP92201691A EP0503746B1 (en) | 1987-03-13 | 1988-03-09 | Superconducting wire and method of manufacturing the same |
CN88101210A CN1035139C (zh) | 1987-03-13 | 1988-03-12 | 氧化物超导体导线及其制造方法以及用其制造的超导线圈 |
US08/463,738 US6170147B1 (en) | 1987-03-13 | 1995-06-05 | Superconducting wire and method of manufacturing the same |
US08/463,777 US5935911A (en) | 1987-03-13 | 1995-06-05 | Superconducting wire and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62114312A JP2656253B2 (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | 超電導体線材とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63279513A JPS63279513A (ja) | 1988-11-16 |
JP2656253B2 true JP2656253B2 (ja) | 1997-09-24 |
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-
1987
- 1987-05-11 JP JP62114312A patent/JP2656253B2/ja not_active Expired - Lifetime
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