JP2688923B2 - 酸化物超伝導体の接合方法と接合装置 - Google Patents

酸化物超伝導体の接合方法と接合装置

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JP2688923B2 JP63144602A JP14460288A JP2688923B2 JP 2688923 B2 JP2688923 B2 JP 2688923B2 JP 63144602 A JP63144602 A JP 63144602A JP 14460288 A JP14460288 A JP 14460288A JP 2688923 B2 JP2688923 B2 JP 2688923B2
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啓作 畑中
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、複数の酸化物超伝導体同士をその超伝導性
を損なわずに互に接合する方法と装置に関する。
(従来の技術) 液体窒素温度を超える高臨界温度をもつ酸化物超伝導
体同士を、完全に超伝導で接合する技術は現在のところ
知られていない。
酸化物超伝導体ではないが、従来から用いられてきた
ニオブ系材料の超伝導体は、これが板材である場合は突
き合せ溶接で、また線材である場合は、スポット溶接で
接合している。
(発明が解決しようとする課題) 酸化物超伝導体は固くしかももろいセラミックス材料
であるので、前記ニオブ系材料の場合のように溶接では
接合できず、簡単に接合することは出来ない。
酸化物超伝導体同士はインジウムを用いて超音波半田
ごとにより接合することが可能であるが、接合部の機械
的強度が劣り、接合部のインジウムの超伝導の臨界温度
は3.4kであるので母材の90Kより悪く、母材間の超伝導
性はその接合部のインジウムにより3.4Kに制限されてし
まう問題がある。酸化物超伝導体同士を接合すること
は、例えば永久電流モードで作動する超伝導磁石を作っ
たり線材化、テープ化された超伝導材料を利用したりす
る場合に不可欠である。
本発明は、従来未解決であった酸化物超伝導体同士を
その超伝導特性を殆ど損なわずに接合することを解決す
る方法と装置を提案す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) 本発明では、真空排気した真空容器内に複数個の酸化
物超伝導体を互に当接して設け、これら酸化物超伝導体
を加熱し乍らその当接部に向けてノズルから不活性ガス
と共に該酸化物超伝導体の原料となる超微粉を噴出さ
せ、該当接部に該超微粉を焼結させてこれら酸化物超伝
導体同士を接合する方法により、前記目的を達成するよ
うにした。そして第2発明の如く前記方法により接合さ
れて酸化物超伝導体を更に加熱炉内に加熱することによ
り酸化物超伝導体の接合加熱温度を低くして接合し得、
これらの接合方法は真空ポンプに接続された真空容器内
に、複数個の酸化物超伝導体を互に当接して保持する保
持片を備えたテーブルと、該当接部に向けて不活性ガス
と共に酸化物超伝導体から作成した超微粉を噴出するノ
ズルとを相対的に移動自在に設け、該テーブルに保持し
た各酸化物超伝導体を加熱する加熱装置に設けた装置を
使用して実施される。
(作 用) 接合しようとする複数の酸化物超伝導体を、例えば2T
orr台に真空排気した真空容器内に、接合しようとする
部位を互に当接して設け、これら酸化物超伝導体の全体
的に当接部を赤外線ランプ、ヒータ、レーザ光線により
例えば900℃に加熱する。そして該当接部へ向けてノズ
ルから不活性ガスと共に該酸化物超伝導体の原料となる
超微粉を噴出させると、該当接部に於いて超微粉が堆積
して焼結する。該ノズルもしくは酸化物超伝導体を移動
させると、該当接部がその全長に亘り超微粉で焼結さ
れ、酸化物超伝導体同士が接合される。該超微粉は接合
される酸化物超伝導体と同一の材料を例えばガス中蒸発
法により作製された粒径0.1μm以下のものが用いら
れ、これを該当接部に於いて焼結させると超伝導の接合
が出来る。
該当接部を例えば200℃に加熱し、そこへ前記超微粉
を不活性ガスと共に噴射して焼結させただけでは、接合
部が完全には超伝導にならないので、接合された酸化物
超伝導体を更に炉に於いて例えば酸素フロー中で900℃
1時間の熱処理を施し、超微粒子の相互拡散反応を行な
うことによって超伝導の接合部が得られる。
接合される複数の酸化物超伝導体は真空容器内に設け
たテーブルに互に当接し保持片により固定され、該真空
容器の内部或いは外部に設けた加熱装置により各酸化物
超伝導体が加熱される。該当接部に向けて不活性ガスと
共に酸化物超伝導体の超微粉を噴射するノズルと前記テ
ーブルは相対的に移動可能に構成され、該当接部に沿っ
てノズルを移動し乍ら該超微粉分を噴射することを可能
にする。
(実施例) 本発明の方法及び装置の実施例を別紙図面につき説明
するに、第1図及び第2図に於いて符号(1)は真空ポ
ンプに接続された真空排気管(2)を有する真空容器を
示し、該真空容器(1)内には保持片(4)を備えたテ
ーブル(3)が設けられる。(5)(5)は該テーブル
(3)に接合部位を互に当接させて保持片(4)で保持
された複数の板状の酸化物超伝導体、(6)は該酸化物
超伝導体(5)の当接部(7)に対向して設けられたス
テンレス製細管のノズルを示し、真空容器(1)の外部
に於いて該酸化物超伝導体(5)と同一の材料から例え
ばガス中蒸発法により作成された粒径0.1μm以下の超
微粉が不活性ガス或いは不活性ガスと酸素ガスを混合し
た搬送ガスと共に該ノズル(6)から噴出される。尚、
該超微粉は、好ましくは、ノズルから噴出する前に、接
合しようとする酸化物超電導体とほぼ同組成比に調節さ
れる。該テーブル(3)はこれに固定した酸化物超伝導
体(5)(5)を加熱するヒータの加熱装置(8)を備
え、真空容器(1)内に設けたモータ(9)(10)で回
動される直交した送りねじ(11)(12)により水平方向
に往復動されると共に昇降モータ(13)で回動される送
りねじ(14)により昇降されるようにした。(15)は真
空容器(1)内へ酸素ガス等を導入するガス導入管、
(16)は真空計である。
接合される酸化物超伝導体(5)(5)は、その接合
部位を互に密接に当接させてテーブル(3)に保持片
(4)により固定され、この場合その当接部(7)は平
坦であることが好ましいが、1mm程度の段差があっても
問題はない。また、これらの超伝導体(5)(5)はヒ
ータからなる加熱装置(8)によって接合開始前に予め
200℃以上に加熱しておく。ノズル(6)と超伝導体
(5)(5)は約1mm程度の間隔を保持するようにモー
タ(13)でテーブル(3)を昇降させ、更にモータ
(9)(10)で当接部(7)がノズル(6)の直下を移
動するようにテーブル(3)を作動制御し乍ら超微粉を
ノズル(6)から当接部(7)へ吹き付けて接合する。
尚、この接合中、当接部(7)の温度を高め超微粒子が
相互拡散した良好な接合状態を得るために、上方から赤
外線ランプや或いは第3図示のようにレーザー光線の加
熱装置(8a)で該当接部(7)を加熱すると好都合であ
り、更に真空容器(1)内へガス導入管(15)を介して
酸素を導入すると超微粉の焼結性が良好になる。
超微粉は低温で焼結する特性があり、該当接部(7)
の接合も低温で行なえるが、この場合には接合した酸化
物超伝導体(5)(5)を真空容器(1)から取出して
加熱炉内へ入れ、酸素フローし乍ら900℃程度に加熱し
て接合部の超微粒子を拡散反応させ、該超伝導体(5)
(5)と同等の超伝導性を有する接合部が得られる。
該酸化物超伝導体(5)(5)の接合後に於ける加熱
炉での熱処理を省略し、或いは接合中の該超伝導体
(5)(5)の温度を低くして超伝導の接合を行なうた
めの一手段として、第4図示のように当接部(7)の近
傍にRFコイル(18)を設けると共にガス導入管(15)か
ら酸素ガスを導入し、当接部(7)の表面を該コイル
(18)によって発生する酸素プラズマでドライエッチン
グしたのちノズル(6)から超微粉を吹き付けて接合す
るようにしてもよい。該酸化物超伝導体(5)(5)が
スパッタや蒸着で形成されたYBa2Cu3Ox膜である場合、
該膜の表面に211相の絶縁膜が生じてこれらが超伝導接
合の妨げになるが、前記酸素プラズマのエッチングによ
り該絶縁膜を除去して超伝導の接合を行なえる。
該酸化物超伝導体(5)(5)が線材である場合、第
5図及び第6図示のように細い銅線等の線材(19)で重
ねたのちテーブル(3)に保持片(4)で固定される。
上記の本発明装置を使用して酸化物超伝導体(5)
(5)を接合する具体的実施例は次の通りである。
実施例1. 長さ20mm、幅20mm、厚さ1mmのマグネシアの基板の上
面に端部(20)に、ガスデポジション法で幅0.6mm厚さ4
0μmのYBa2Cu3Oxの厚膜を形成した2個の板状の酸化物
超伝導体(5)(5)をテーブル(3)上に互に突き合
せて当接し、固定した。その当接部(7)に対向して長
径1mm、短径0.5mmの楕円形の口径を有するノズル(6)
を、当接部(7)の長さ方向と直交して長径が位置する
ようにし且つ1mm離して設けた。真空容器(1)内を真
空排気管(2)で約2Torrに排気し、そこへガス導入管
(15)から酸素ガスを導入して約2.5Torrとした。そし
てヒータの加熱装置(8)で該超伝導体(5)(5)の
表面が約450℃になるように加熱されると、該超伝導体
(5)の原材料であるY、Ba、Cuからガス中蒸発法で作
製され且つ該超電導体(5)とほぼ同組成比にコントロ
ールした超微粉を不活性ガスと酸素ガスを混合した搬送
ガスと共にノズル(6)から噴射させる。噴射された超
微粉は当接部(7)に於いて焼結し、テーブル(3)を
モータ(9)により移動させることにより当接部(7)
が全長に亘り焼結接合される。
該テーブル(3)を5mm/minの速度で移動させると、
当接部(7)には厚さ約40μmの超微粉が焼結し、該超
伝導体(5)(5)が接合された。この状態では、該接
合部は超伝導にはならず、接合された該超伝導体(5)
(5)を更に加熱炉内で酸素フローし乍ら900℃、1時
間の熱処理を施すことによって該超伝導体(5)と同等
の超伝導性の接合となった。
実施例2. 前記実施例1と同様に2個の板状の酸化物超伝導体
(5)(5)を第3図示の装置のテーブル(3)に互に
当接させて固定し、真空容器(1)内の状態及び該超伝
導体(5)(5)の温度も前記実施例1の場合と同様に
設定した。そして当接部(7)に加熱装置(8a)のレー
ザ光線を当て900℃に制御し乍らノズル(6)から実施
例1の場合と同じ超微粉を噴出させ、焼結接合した。こ
の場合、該接合部は該超伝導体(5)と同等の超伝導性
を有した。
実施例3. 一般の固相から作成した線径1mmφ、長さ3cmのYBa2Cu
3Oxの押し出し線材からなる2本の酸化物超伝導体
(5)(5)を、第5図及び第6図に見られるように1c
m程重ね合わせて銅製の線材(19)で束ね、テーブル
(3)に固定した。またノズル(6)の形状と噴射され
る超微粉、真空容器(1)内の圧力と雰囲気、該超伝導
体(5)(5)の温度及びテーブル(3)の移動速度を
前記実施例1の場合と同様とし、ノズル(6)から超微
粉を当接部(7)へ噴出させて接合した。そのあと実施
例1.の場合と同様に加熱炉で接合された該超伝導体
(5)(5)を酸素フローし乍ら900℃、1時間加熱す
ると、該接合部は該超伝導体(5)と同等の超伝導性を
示した。
(発明の効果) 以上のように本発明に於いては、真空容器内に互に当
接して酸化物超伝導体を設け、これらの超伝導体を加熱
し乍らノズルから該当接部へ酸化物超伝導体から作成し
た超微粉を噴射して焼結接合するようにしたので、酸化
物超伝導体同士をその超伝導性を損なわずに接合するこ
とが出来、その第2発明に於いては接合された酸化物超
伝導体を更に加熱するようにしたのでノズルから超微粉
を噴射させて焼結させるときの該超伝導体の加熱温度を
低くすることが出来、また第3発明によるときは、真空
容器内に保持片を有するテーブルと超微粉を噴出するノ
ズルとを相対的に移動自在に設けると共に該テーブルに
固定した酸化物超伝導体を加熱する加熱装置を設けるよ
うにしたので、比較的簡単な構成で該超伝導体同士の接
合を行なえる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の截断側面図、第2図は第1図
の要部の拡大平面図、第3図乃至第5図は本発明の他の
実施例の截断側面図、第6図は第5図の要部の拡大平面
図である。 (1)……真空容器、(3)……テーブル (4)……保持片、(5)(5)……酸化物超伝導体 (6)……ノズル、(7)……当接部 (8)(8a)……加熱装置

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空排気した真空容器内に複数個の酸化物
    超伝導体を互に当接して設け、これら酸化物超伝導体を
    加熱し乍らその当接部に向けてノズルから不活性ガスと
    共に該酸化物超伝導体の原料となる超微粉を噴出させ、
    該当接部に該超微粉を焼結させてこれら酸化物超伝導体
    同士を接合することを特徴とする酸化物超伝導体の接合
    方法。
  2. 【請求項2】前記方法により接合された酸化物超伝導体
    を更に加熱炉内に加熱することを特徴とする酸化物超伝
    導体の接合方法。
  3. 【請求項3】前記真空容器内には酸素ガスを導入してお
    くことを特徴とする前記請求項1又は2に記載の酸化物
    超伝導体の接合方法。
  4. 【請求項4】真空ポンプに接続された真空容器内に、複
    数個の酸化物超伝導体を互に当接して保持する保持片を
    備えたテーブルと、該当接部に向けて不活性ガスと共に
    酸化物超伝導体から作製した超微粉を噴出するノズルと
    を相対的に移動自在に設け、該テーブルに保持した各酸
    化物超伝導体を加熱する加熱装置を設けたことを特徴と
    する酸化物超伝導体の接合装置。
JP63144602A 1988-06-14 1988-06-14 酸化物超伝導体の接合方法と接合装置 Expired - Lifetime JP2688923B2 (ja)

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