JP2839566B2 - 積層されかつ波形に成形された長尺の超電体およびその製造方法 - Google Patents

積層されかつ波形に成形された長尺の超電体およびその製造方法

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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、混合酸化物で積層されかつ転移温度が100
゜K又はそれ以上の金属担持体から成る長尺の超電導体
及びこの長尺の超電導体を造るための方法に関する。
〔従来の技術〕
冒頭に記載した様式の可撓性の形の超電導体の製造方
法は既に知られているが、この方法にあっては先ず連続
している金属担持体上にプラズマによる金属吹付けによ
り超電導性の層が盛付けされる。次いで積層された担持
体は長く延びている金属帯材で被覆され、引続きのよう
にして形成されかつ隙間を有する管体は縦継ぎ目溶接さ
れ、最後に少なくとも超電導性層の外径の寸法に加工さ
れる(ドイツ連邦共和国公開特許公報第21 088 635号明
細書参照)。この場合超電導性層として金属間化合物Nb
3Snが使用されるが、この金属間化合物は比較的低い転
移温度を有しており、従って従来これらの化合物をベー
スとして使用して造った導体は装置上及び冷却上著しい
経費を要し通常のエネルギー伝達システムのための経済
的な導体としての成果は認められなかった。
その間既に、超電導率が100K又は幾分これを上回る超
電導が達せられる超電導性化合物が知られて来たが、し
かしこれらの化合物の技術的な適用は未だ日に目を見て
いない。イットリウム、バリウム、銅及び酸素の混合酸
化物から成るセラミックを極めて薄い層の形で線材の表
面に盛付けすることが既に提案されているが(雑誌『De
r Elektriker』11/1987、342頁参照)、しかしこの場合
線材を更に加工し、ドラム上に巻取り工程を行わなけれ
ばならない場合層に関して危惧が生じる。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような先行技術を基として本発明の根底をなす課
題は経済的に容認できる方法で及び連続的な製造方法に
より造ることが可能でありかつ巻取ることも可能な、高
い転移温度を有する超電導性の物質を提供することであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は本発明により、金属担持体が波形に成形さ
れた管体であることによって解決される。
〔作用〕
使用される混合酸化物−文献にはセラミック材料とも
称されている−は相応する純度で使用され、かつ超電導
は100K又はそれ以上である。このように高い転移温度は
冷却材として液体窒素の使用を許容し、従来必要として
来たヘリウム−冷却に比してその経済性が著しく向上さ
れる。金属管体上に混合酸化物を盛付けすることは、殆
ど無制限な長さでかつ高い曲げ剛性の付与の下での超電
導体の製造を保証する。例えば銅材料から造られた金属
管体自体は結合位置又は接続位置のおける機械的な支持
体として、しかもまた例えば損傷が生じるような冷却材
供給の場合のための常伝導体としても使用される。
超電導性の層のための担持体として働く波形金属管体
は曲げ応力を受けた際引張応力に敏感なセラミック層に
おける機械的な応力を極めて僅かにする。波形金属管体
は同時に冷却材を案内する搬送管体としても使用可能で
あり、この場合外表面積に存在しているセラミック層の
ための大表面での熱接触を提供する。更に波形金属管体
の寸法を適当に設定することにより、例えば冷却材が存
在していない場合波形に成形された金属管体内での通常
の案内に問題無く切換えることが可能である。
本発明による他の構成により、金属管体は螺旋状の波
形を有している。この波形は、管体内で冷却材流動が回
転して行われ、従って管体の表面上に存在している混合
酸化物層が良く冷却されると言う利点を有している。
波形に成形された金属管体の積層を第2の、同様に波
形を付された金属管体で覆うのが有利である。この構造
は層厚みの増大と、これに伴い導電性断面積の増大を許
容する。更に、超導電性の材料の製造の際、第2の金属
管体が超電導性層を形成するため混合酸化物の熱処理の
際圧力を及ぼし、これにより焼結工程が加減され、かつ
例えば酸素のような超電導性に必要な要素を気密に封じ
込めることが可能となる。
更に、本発明の実施にあって混合酸化物、即ちセラミ
ック材料を元素、即ち銅、鉛又はビスマスの少なくとも
一つを含んでいるのが有利であることがわかった。超電
導性層の他の組成としては、周期系2族及び3族の元素
の少なくと一つが重要である。2族からは特に、研究に
よりイットリウム(Y)及びランタン(La)のような3
族の元素との組合わせで高い転移温度を可能にすること
が確められたストロンチウム(Sr)及びバリウム(Ba)
があげられる。
本発明にとって重要なことは、超電導体として高い転
移温度を有する混合酸化物を実際に使用することであ
る。従って本発明は実際に任意な長さで造ることが可能
なかつ巻取り可能なこのような導体を造るのに適した方
法である。この目的のため例えば長尺の金属帯材を管体
に成形され、縁部が縦継ぎ目溶接され、引続き波形に成
形される。波形に成形された管体は混合酸化物から成る
超電導性粉末で積層され、最後にこの積層されかつ波形
を付された管体は焼結のため熱処理を施される。
他の変形した有利な方法は、長尺の金属帯材に混合酸
化物から成る超電導性粉末を積層し、積層された帯材を
管体に成形し、縁部を縦継ぎ目溶接することである。引
続き内部が積層された管体を波形に成形し、混合酸化物
粉末を焼結するために熱処理が施される。
この方法と関連して有利なことは、内部積層された管
体に先ず熱処理を施し、引続き波形付けを行うことであ
る。どの方法を採用するかは、使用する混合酸化物の性
質に依存している。
最終生成物の品質、電気的な伝送能及び冷却の均一化
に関して特に有利なのは、二つの金属層の間に超電導性
混合酸化物を装填することである。この場合、これらの
金属層の少なくとも一つは酸素透過性である。その際製
造を以下のように行うのが有利である。即ち、先ず長尺
の金属帯材を縁部を縦継ぎ目溶接して管体を成形し、引
続き、しかしなお同じ作業工程で、第2の金属帯材を第
1の管体の周囲に巻いて管体に成形する。第2の管体の
帯縁部を溶接する以前に超電導性粉末を両管体管に装填
する。
粉末の装填は、この粉末が第1の管体上に盛付けされ
るように、しかもこの粉末が第2の金属帯材上に盛付け
され、この金属帯材が外管体を形成するように行われ
る。
更に本発明により、第2の金属帯材から成形されかつ
縦継ぎ目溶接された管体を先ず第1の管体上にもしくは
その間に存在している超電導性層上に被せるのが有利で
ある。引続き両管体を一緒に波付けし、最後に熱処理を
施すのが有利である。
方法工程の変形は、粉末を盛付けする以前に波形付け
された金属管体に先ず付着材を積層することである。例
えば溶液の形のこの付着材は引続き行われる熱処理にあ
って蒸発され、従って超電導性層が直接金属管体上に付
着する。熱処理自体は850℃〜1650℃、特に1000℃〜150
0℃の温度範囲で行うのが有利である。この値は特に、
超電導性層のための担持体がいかなら金属から成るかに
依存している。
更に、本発明による他の特徴により、帯材を管体に成
形する以前に積層を行う代わりに、もしくは超電導性の
層を管体に波付け加工後その表面上に盛付けする代わり
に、溶接した管体の内部内に超電導性の材料から成る層
が火炎噴射もしくはプラズマ照射により内部表面に盛付
けされる。この目的のためバーナーから成る装置が使用
され、この装置は帯材導入側から成形された管体内に押
込まれ、其処でローラにより滑管体の内壁に指示され
る。超電導性のセラミック材料は送り管によりバーナに
供給され、この送り管はバーナーと同様に導入側から積
層されるべき管体内に導入されている。次いでセラミッ
ク層は未だ滑らかな管体上に又は既に波付け加工された
担持管体上に噴射される。
火炎噴射及びプラズマ照射とは、加熱されたガス流内
で融解された粉末を加圧下にかつ高い速度で材料上に又
は材料表面上に衝突させる技術である。この粒子の衝突
の際基材との靭性な結合を生じさせる微摩耗が生じる。
〔実施例〕
以下に添付した図面に図示した実施例につき本発明を
詳しく説明する。
巻戻し台1上に支承されている帯材貯蔵部2から金属
帯材3が−場合によっては帯材清掃部の形の−転向装置
4を経てプラント5に供給される。このプラントの領域
内で金属帯材3は図示していない自体公知の成形工具、
例えば位置ずれして設けられているローラ又はロールで
管体形6に成形される。管体の縁部は溶接装置7により
連続して溶接される。このようにして造られかつ閉じら
れた管体は波付け装置8、例えば回転する波形円板によ
り波付けされる。粉末状の混合酸化物9が装置10 −
場合によっては渦動床 − により金属管体6上に盛付
けされる。粉末9ば例えばLa−Sr−Cu−O、Ba−Pb−Bi
−O、Bi−Sr−Ca、Ba−La−Cu−O、Y−Ba−Cu−Oを
ベースとした混合酸化物から成る。次いで続いている加
熱炉11内で上記の温度で粉末の焼結及び超電導性層の形
成が行われる。
超電導性の性質を有する、第1図に相当する方法によ
り造られた連続体を第2図に示した。波付けされた金属
管体12はその外表面に上記の混合酸化物から形成された
超電導性の層13を有している。この層は管体の波付けに
続いて形成され、永続的に管体表面と結合されている。
管体の波付けにより層13は引張り応力が除荷されてお
り、波形管体は従来の管体のように湾曲することも可能
であり、移送及び組立の目的でドラム上に巻取ることが
できる。
この実施例と異なり、超電導性層を平行に走る波形を
有する金属管体上に形成することも可能である。同様
に、特に高い仕事率が伝送されている場合有利である
が、層13上に第2の相応して波付けされた金属管体を設
けることも可能である。この管体も連続的な方法によ
り、金属帯材を管体に成形し、引続き縁部を溶接し、波
形に成形して造ることが可能である。これに関する詳し
い説明は次の図面に示されている。
第3図には、巻戻し台14上に支承されている帯材貯蔵
部15から金属帯材16が、場合によっては酸素透過性に、
転向装置17を経て伏プラント23に供給される方法が図解
されている。このプラントにより金属帯材16は図示して
いない成形工具により管体の形18に成形される。溶接装
置19により帯材縁部は連続的に溶接される。装置20は、
帯材を管体に成形する以前に、超電導性の粉末を帯材の
これに面した面上に盛付けするために働き、従って帯材
縁部が溶接された後超電導性層が内部の管表面上に形成
される。
溶接工程によって閉じられた管体は装置21により波形
を付され、加熱炉22中で必要な熱処理が施される。その
場合超電導体と冷却材間において直接接触が行われるの
が有利である。
第4図はこの方法と異なった方法を示している。帯材
貯蔵部24を備えた巻戻し台37から第1の帯材25が引出さ
れ、転向ローラ26を経てプラント34に供給される。この
プラントにおいて帯材25は、既に第1図及び第3図でも
って説明したように、管体27に成形される。この管体の
縁部は溶接装置28により溶接される。この管体上に超電
導性の混合酸化物が盛付けされる。しかし波形付け工程
の際この層が損傷されるのを避けるため、第2の金属帯
材29が使用され、この金属帯材上に装置30により超電導
性の粉末が盛付けされる。図面に示したように、次いで
この粉末で積層された金属帯材29は第1の管体27の周囲
に巻かれて管体31に形成され、縁部が溶接される。この
目的のためには第2の溶接装置23が使用される。次いで
更に工程を継続する間管体31は内管体27上を特に引抜き
装置33で引かれ、この内管体を覆う。引続き両同心管体
27/31が同時に波付けされ、最後に超電導性層を焼結処
理する目的で加熱炉36内で熱処理される。
【図面の簡単な説明】
第1図,第3図及び第4図は、超電導体を造るための本
発明による装置の図、である。 第2図は、超電導体自体の他の実施例を示す図である。 〔符号の説明〕 1,14,37……巻戻し台 2,15,24……帯材貯蔵部 3,16,29……金属帯材 4,17,26……転向ローラ 6,12,18,31……管体 7,19,32……溶接装置 8,21,28……波付け装置 9……混合酸化物 10,20……混合酸化物散布装置 11,22,36……加熱炉 13……超電導性層 33……引抜き装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−152107(JP,A) 特開 昭50−132892(JP,A) 特開 昭55−48420(JP,A) 北田正弘編著,「セラミック超電導材 料」,第1版,株式会社アグネ承風社, 1987年11月5日,P69−P73 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01B 12/06 H01B 13/00 565 B21D 15/06 B23K 13/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】転移温度が100 K以上の混合酸化物で積層
    された金属担持体から引延ばされた超電導性の材料を製
    造する方法において、長手方向に流入する金属帯材が、
    上記担持体によって一本の管体に形成され、その縁部が
    長手方向に溶接され、この溶接された管体が波形に形成
    され、この波形に成形された管体が酸化物セラミック材
    料で積層され、この波形に成形されて積層された管体が
    熱処理されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】長手方向に流入する金属帯片から成る第2
    の波形に成形された管体は、積層された第1の波形に成
    形された管体に適用されることを特徴とする請求項1に
    記載の方法。
  3. 【請求項3】同心管体用に使用される複数の金属帯体の
    少なくとも1本は、酸素に対して透過性であることを特
    徴する請求項1に記載の方法。
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北田正弘編著,「セラミック超電導材料」,第1版,株式会社アグネ承風社,1987年11月5日,P69−P73

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