JP2844632B2 - 酸化物超電導線材およびその製造方法 - Google Patents
酸化物超電導線材およびその製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、酸化物超電導線材およびその製造方法に
関するものである。
関するものである。
［従来の技術］ 近年、複合酸化物焼結体が高い臨界温度で超電導性を
示すことが報告され、この超電導体を利用した超電導技
術の実用化が促進されようとしている。YBaCuO系酸化物
は90Kで、BiPbSrCaCuO系酸化物は110Kで、超電導現象を
示すことが報告されている。
示すことが報告され、この超電導体を利用した超電導技
術の実用化が促進されようとしている。YBaCuO系酸化物
は90Kで、BiPbSrCaCuO系酸化物は110Kで、超電導現象を
示すことが報告されている。
これらの酸化物超電導体は、比較的安価で入手が容易
な液体窒素中で超電導を示すため、実用化が期待されて
いる。これらの酸化物超電導体を、たとえば超電導マグ
ネットの巻線等に使用する場合には、線材化する必要が
ある。ところが、これらの酸化物超電導体は異方性を有
することが知られており、大きな臨界電流密度（Jc）を
得るためには酸化物超電導体の結晶を特定の方向に配向
させることが必要となる。従来は、金属パイプ内に酸化
物超電導体の粉末を充填し、これを所定の径になるまで
伸線加工した後、ロール圧延やプレス等で、加工して、
酸化物超電導体の結晶を所定の方向に配向させたテープ
状の線材としている。
な液体窒素中で超電導を示すため、実用化が期待されて
いる。これらの酸化物超電導体を、たとえば超電導マグ
ネットの巻線等に使用する場合には、線材化する必要が
ある。ところが、これらの酸化物超電導体は異方性を有
することが知られており、大きな臨界電流密度（Jc）を
得るためには酸化物超電導体の結晶を特定の方向に配向
させることが必要となる。従来は、金属パイプ内に酸化
物超電導体の粉末を充填し、これを所定の径になるまで
伸線加工した後、ロール圧延やプレス等で、加工して、
酸化物超電導体の結晶を所定の方向に配向させたテープ
状の線材としている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような酸化物超電導体は、磁場が
印加される方向により、臨界電流密度が大きく異なると
いう異方性も有している。このため、テープ状線材にし
て酸化物超電導体の結晶を所定方向に配向させた場合に
おいて、テープの面に平行な磁場が印加された場合と、
垂直な磁場が印加された場合とでは大きく異なる臨界電
流密度となることが知られている。たとえば1Tの磁場が
テープの面に平行に印加された場合には1000A/cm2程度
の臨界電流密度であるのに対し、垂直な磁場の場合には
ほとんど電流が流れない。このような従来のテープ状線
材をコイル状に巻付けて超電導マグネットとした場合、
コイルの端部分と中央部分とでは発生した磁場の印加方
向が異なり、１つの線材において臨界電流密度の高い部
分と低い部分とが生じる。線材としての臨界電流密度
は、全体的なものであるため、臨界電流密度の低い部分
が支配的となり、全体としては高い電流密度が得られな
い。
印加される方向により、臨界電流密度が大きく異なると
いう異方性も有している。このため、テープ状線材にし
て酸化物超電導体の結晶を所定方向に配向させた場合に
おいて、テープの面に平行な磁場が印加された場合と、
垂直な磁場が印加された場合とでは大きく異なる臨界電
流密度となることが知られている。たとえば1Tの磁場が
テープの面に平行に印加された場合には1000A/cm2程度
の臨界電流密度であるのに対し、垂直な磁場の場合には
ほとんど電流が流れない。このような従来のテープ状線
材をコイル状に巻付けて超電導マグネットとした場合、
コイルの端部分と中央部分とでは発生した磁場の印加方
向が異なり、１つの線材において臨界電流密度の高い部
分と低い部分とが生じる。線材としての臨界電流密度
は、全体的なものであるため、臨界電流密度の低い部分
が支配的となり、全体としては高い電流密度が得られな
い。
この発明の目的は、このような従来の酸化物超電導線
材の欠点を解消し、どのような方向から磁場が印加され
ても常に一定の臨界電流密度を維持することのできる酸
化物超電導線材およびその製造方法を提供することにあ
る。
材の欠点を解消し、どのような方向から磁場が印加され
ても常に一定の臨界電流密度を維持することのできる酸
化物超電導線材およびその製造方法を提供することにあ
る。
［課題を解決するための手段］ 請求項１の発明による酸化物超電導線材の製造方法
は、異方性を有する酸化物超電導体の線材を製造する方
法であって、線材の芯部のまわりに金属パイプを配置
し、金属パイプと芯部の間に酸化物超電導体の粉末を充
填して複合材とする工程と、金属パイプの減面率が芯部
の減面率よりも大きくなるように複合材を減面加工する
工程とを備えている。
は、異方性を有する酸化物超電導体の線材を製造する方
法であって、線材の芯部のまわりに金属パイプを配置
し、金属パイプと芯部の間に酸化物超電導体の粉末を充
填して複合材とする工程と、金属パイプの減面率が芯部
の減面率よりも大きくなるように複合材を減面加工する
工程とを備えている。
本願明細書において、異方性を有する酸化物超電導体
は特に限定されるものではないが、たとえばBiPbSrCaCu
O系酸化物や、YBaCuO系の酸化物などが挙げられる。ま
た、ほとんどの酸化物超電導体の線材は、電流の流れや
すさ等において異方性を有するものと考えられるので、
ほとんどの酸化物超電導体に適用され得るものである。
は特に限定されるものではないが、たとえばBiPbSrCaCu
O系酸化物や、YBaCuO系の酸化物などが挙げられる。ま
た、ほとんどの酸化物超電導体の線材は、電流の流れや
すさ等において異方性を有するものと考えられるので、
ほとんどの酸化物超電導体に適用され得るものである。
請求項１の発明において、金属パイプの減面率が芯部
の減面率よりも大きくなるように複合材を減面加工する
方法の一例としては、たとえば金属パイプと芯部とで加
工性の異なる材質を用いる方法がある。すなわち、芯部
には加工され難い材質、すなわち剛性の高い材質を用
い、金属パイプには加工されやすい材質、すなわち剛性
の低い材質の金属を用いる。このような材質の選択によ
り、芯部の減面率を小さくし、金属パイプの減面率を大
きくすることができる。たとえば、酸化物超電導体とし
て、BiPbSrCaCuO系酸化物を用いる場合、酸化物超電導
体と反応し難い金属としてAgがあるが、このAgを金属パ
イプの材質として用い、Agよりも加工され難い、すなわ
ち剛性の高い非金属、たとえばAl2O3を、芯部をなす芯
棒として用いる。この際、Al2O3が酸化物超電導体と接
して反応するのを防止するため、芯棒の表面をAg等で被
覆することが好ましい。
の減面率よりも大きくなるように複合材を減面加工する
方法の一例としては、たとえば金属パイプと芯部とで加
工性の異なる材質を用いる方法がある。すなわち、芯部
には加工され難い材質、すなわち剛性の高い材質を用
い、金属パイプには加工されやすい材質、すなわち剛性
の低い材質の金属を用いる。このような材質の選択によ
り、芯部の減面率を小さくし、金属パイプの減面率を大
きくすることができる。たとえば、酸化物超電導体とし
て、BiPbSrCaCuO系酸化物を用いる場合、酸化物超電導
体と反応し難い金属としてAgがあるが、このAgを金属パ
イプの材質として用い、Agよりも加工され難い、すなわ
ち剛性の高い非金属、たとえばAl2O3を、芯部をなす芯
棒として用いる。この際、Al2O3が酸化物超電導体と接
して反応するのを防止するため、芯棒の表面をAg等で被
覆することが好ましい。
また、金属パイプの減面率が芯部の減面率よりも大き
くなるように複合材を減面加工する方法の他の例として
は、芯棒および金属パイプに同じ材質の金属を用い、減
面加工方法を工夫することによって、金属パイプの減面
率を芯棒の減面率よりも大きくしてもよい。
くなるように複合材を減面加工する方法の他の例として
は、芯棒および金属パイプに同じ材質の金属を用い、減
面加工方法を工夫することによって、金属パイプの減面
率を芯棒の減面率よりも大きくしてもよい。
請求項１の発明において、減面加工方法は特に限定さ
れるものではないが、たとえば、伸線、圧延およびスウ
ェージ加工等を用いることができる。
れるものではないが、たとえば、伸線、圧延およびスウ
ェージ加工等を用いることができる。
請求項２の発明による酸化物超電導線材は、請求項１
の方法により製造される異方性を有する酸化物超電導体
の線材であって、線材の芯部と、酸化物超電導体の特定
の結晶軸の方向が芯部に向いて配列するように芯部のま
わりを取囲む超電導層と、超電導層のまわりを取囲む外
部被覆層とを備え、芯部の材料は、外部被覆層の材料よ
り剛性が高いことを特徴としている。
の方法により製造される異方性を有する酸化物超電導体
の線材であって、線材の芯部と、酸化物超電導体の特定
の結晶軸の方向が芯部に向いて配列するように芯部のま
わりを取囲む超電導層と、超電導層のまわりを取囲む外
部被覆層とを備え、芯部の材料は、外部被覆層の材料よ
り剛性が高いことを特徴としている。
請求項３の発明による酸化物超電導線材では、芯部と
して非金属を用いている。
して非金属を用いている。
なお、請求項２および請求項３の発明において、芯部
は線材中１つであってもよいし、複数であってもよい。
芯部を複数にする場合には、従来の化合物系の超電導線
材におけるような多芯線の構造にすることができる。ま
た、超電導層部分を多層化したり、扇状に分割した構造
にすることもできる。
は線材中１つであってもよいし、複数であってもよい。
芯部を複数にする場合には、従来の化合物系の超電導線
材におけるような多芯線の構造にすることができる。ま
た、超電導層部分を多層化したり、扇状に分割した構造
にすることもできる。
［作用］ 請求項１の発明による酸化物超電導線材の製造方法で
は、金属パイプの減面率が芯部の減面率よりも大きくな
るように複合材を減面加工している。このような減面加
工を行なうことにより、金属パイプと芯部との間の隙間
の厚みが減面加工をするにつれて薄くなり、この隙間に
充填された酸化物超電導体の粉末は、圧縮される。この
圧縮により、酸化物超電導体の粉末は、従来のテーブ状
線材の製造の場合と同様な力を受け、所定方向に配列す
る。
は、金属パイプの減面率が芯部の減面率よりも大きくな
るように複合材を減面加工している。このような減面加
工を行なうことにより、金属パイプと芯部との間の隙間
の厚みが減面加工をするにつれて薄くなり、この隙間に
充填された酸化物超電導体の粉末は、圧縮される。この
圧縮により、酸化物超電導体の粉末は、従来のテーブ状
線材の製造の場合と同様な力を受け、所定方向に配列す
る。
たとえば、酸化物超電導体として、BiPbSrCaCuO系超
電導体を用いた場合には、Ｃ面に沿って劈開するので、
Ｃ面と垂直なＣ軸が芯部に向いて配列する。BiPbSrCaCu
O系酸化物超電導体では、Ｃ面の方向が最も臨界電流密
度の高い方向であり、酸化物超電導体がこの方向に配向
するように線材が製造される。
電導体を用いた場合には、Ｃ面に沿って劈開するので、
Ｃ面と垂直なＣ軸が芯部に向いて配列する。BiPbSrCaCu
O系酸化物超電導体では、Ｃ面の方向が最も臨界電流密
度の高い方向であり、酸化物超電導体がこの方向に配向
するように線材が製造される。
また、線材の径方向の断面では、Ｃ軸が芯部に向いて
配列するように超電導層が形成されており、いかなる磁
場の印加方向に対しても、最も臨界電流密度の高い部分
が必ず存在する。したがって、この最も臨界電流密度の
高い部分が、高磁場において電流輸送を請け負うことに
なり、磁場の印加方向に影響を受けることなく、常に高
い臨界電流密度が確保される。
配列するように超電導層が形成されており、いかなる磁
場の印加方向に対しても、最も臨界電流密度の高い部分
が必ず存在する。したがって、この最も臨界電流密度の
高い部分が、高磁場において電流輸送を請け負うことに
なり、磁場の印加方向に影響を受けることなく、常に高
い臨界電流密度が確保される。
請求項２の発明による酸化物超電導線材では、酸化物
超電導体の特定の結晶軸の方向が芯部に向いて配列する
ように芯部のまわりに超電導層が設けられている。この
ため、超電導層には径方向の断面において、特定の結晶
軸を360゜異なる方向に向けた酸化物超電導体の結晶が
存在しており、印加される磁場に対し、最も高い臨界電
流密度を示す酸化物超電導体の結晶がいずれかの部分に
必ず存在している。したがって、この発明の酸化物超電
導線材では、磁場の印加する方向が部分的に異なってい
ても、常に臨界電流密度の高い部分が線材の長手方向に
連なって存在している。このため、全体としての臨界電
流密度を高く維持することができる。
超電導体の特定の結晶軸の方向が芯部に向いて配列する
ように芯部のまわりに超電導層が設けられている。この
ため、超電導層には径方向の断面において、特定の結晶
軸を360゜異なる方向に向けた酸化物超電導体の結晶が
存在しており、印加される磁場に対し、最も高い臨界電
流密度を示す酸化物超電導体の結晶がいずれかの部分に
必ず存在している。したがって、この発明の酸化物超電
導線材では、磁場の印加する方向が部分的に異なってい
ても、常に臨界電流密度の高い部分が線材の長手方向に
連なって存在している。このため、全体としての臨界電
流密度を高く維持することができる。
また、この発明による酸化物超電導線材では、芯部の
材料が外部被覆層の材料より剛性が高い。そのため、線
材の引張り強度が向上する。
材料が外部被覆層の材料より剛性が高い。そのため、線
材の引張り強度が向上する。
請求項３の発明による酸化物超電導線材では、芯部を
非金属にすることにより、熱伝導率を低くし、ケーブル
を通した外部からの熱の流入を減少させる効果がある。
一例として、液体窒素中で働く超電導コイルへのパワー
ケーブルとして使用した場合に、芯部を熱伝導率の高い
金属とすると、液体窒素の蒸発量が外部からの熱流入に
より非常に大きくなってしまうが、一方、熱伝導率が低
い非金属を芯部に使用すると、外部からの熱流入を防止
でき、液体窒素の蒸発量を減少させることができる。
非金属にすることにより、熱伝導率を低くし、ケーブル
を通した外部からの熱の流入を減少させる効果がある。
一例として、液体窒素中で働く超電導コイルへのパワー
ケーブルとして使用した場合に、芯部を熱伝導率の高い
金属とすると、液体窒素の蒸発量が外部からの熱流入に
より非常に大きくなってしまうが、一方、熱伝導率が低
い非金属を芯部に使用すると、外部からの熱流入を防止
でき、液体窒素の蒸発量を減少させることができる。
［実施例］ Bi:Pb:Sr:Ca:Cu＝1.8:0.4:2:2.3:3の割合となるよう
に、それぞれの酸化物の粉末を混合し、この混合粉末を
800℃で２回、次いで860℃で１回仮焼結した。内径8m
m、外径12mmのAgパイプに、厚み0.5mmのAgで表面を覆っ
た直径3mmのAl2O3棒を挿入し、その隙間に、仮焼結した
酸化物粉末を充填し複合材とした。この複合材を引抜き
加工およびスウェージ加工により、直径が5mmになるま
で減面加工した。この減面加工後の線材を、840℃で100
時間熱処理し、その後さらに4mmまで減面加工し、さら
に840℃で50時間熱処理した。得られた超電導線材の断
面を第１図に示す。第１図において、１は芯部を示しAl
2O3の部分である。２は芯部被覆層を示しAl2O3棒を被覆
するAgの層である。３は超電導層を示す。４は外部被覆
層を示し、Agの金属パイプを減面加工した部分である。
に、それぞれの酸化物の粉末を混合し、この混合粉末を
800℃で２回、次いで860℃で１回仮焼結した。内径8m
m、外径12mmのAgパイプに、厚み0.5mmのAgで表面を覆っ
た直径3mmのAl2O3棒を挿入し、その隙間に、仮焼結した
酸化物粉末を充填し複合材とした。この複合材を引抜き
加工およびスウェージ加工により、直径が5mmになるま
で減面加工した。この減面加工後の線材を、840℃で100
時間熱処理し、その後さらに4mmまで減面加工し、さら
に840℃で50時間熱処理した。得られた超電導線材の断
面を第１図に示す。第１図において、１は芯部を示しAl
2O3の部分である。２は芯部被覆層を示しAl2O3棒を被覆
するAgの層である。３は超電導層を示す。４は外部被覆
層を示し、Agの金属パイプを減面加工した部分である。
得られた超電導線材に磁場を印加し、印加磁場と臨界
電流密度（Jc）との関係を測定した。また、同じBiPbSr
CaCuO系超電導体を用いて作製した従来のテープ状線材
に対し、テープ面と垂直方向およびテープ面と水平方向
に磁場を印加させた場合の印加磁場と臨界電流密度との
関係を第２図に併せて示した。
電流密度（Jc）との関係を測定した。また、同じBiPbSr
CaCuO系超電導体を用いて作製した従来のテープ状線材
に対し、テープ面と垂直方向およびテープ面と水平方向
に磁場を印加させた場合の印加磁場と臨界電流密度との
関係を第２図に併せて示した。
第２図から明らかなように、この発明の超電導線材
は、従来のテープ状線材に比べ、高磁場においても高い
臨界電流密度を示している。また、磁場の印加方向を変
化させた場合にも、印加磁場と臨界電流密度との関係に
は変化が見られず、この発明の超電導線材には異方性が
存在していないことが確認された。
は、従来のテープ状線材に比べ、高磁場においても高い
臨界電流密度を示している。また、磁場の印加方向を変
化させた場合にも、印加磁場と臨界電流密度との関係に
は変化が見られず、この発明の超電導線材には異方性が
存在していないことが確認された。
［発明の効果］ 以上説明したように、請求項１の発明による酸化物超
電導線材の製造方法は、磁場の印加方向による依存性を
有さず、いかなる磁場の印加方向に対しても高い臨界電
流密度を示す超電導線材を、簡易な工程でしかも生産性
よく与える方法である。
電導線材の製造方法は、磁場の印加方向による依存性を
有さず、いかなる磁場の印加方向に対しても高い臨界電
流密度を示す超電導線材を、簡易な工程でしかも生産性
よく与える方法である。
請求項２の発明による酸化物超電導線材は、磁場の印
加方向による依存性を有さず、いかなる磁場の印加方向
に対しても高い臨界電流密度を示すという優れた利点を
有するので、強磁場の下で、特に磁場の分布が複雑であ
る超電導マグネットを使用する分野において有用なもの
である。
加方向による依存性を有さず、いかなる磁場の印加方向
に対しても高い臨界電流密度を示すという優れた利点を
有するので、強磁場の下で、特に磁場の分布が複雑であ
る超電導マグネットを使用する分野において有用なもの
である。
請求項３の発明による酸化物超電導線材は、芯部に非
金属を使用し、特に芯部を通しての熱流入を防止して、
それに伴うランニングコストを低減させるものである。
金属を使用し、特に芯部を通しての熱流入を防止して、
それに伴うランニングコストを低減させるものである。
第１図は、この発明の一実施例を示す断面図である。第
２図は、この発明の実施例により得られた酸化物超電導
線材の印加磁場と臨界電流密度との関係を示す図であ
る。 図において、１は芯部、２は芯部被覆層、３は超電導
層、４は外部被覆層を示す。
２図は、この発明の実施例により得られた酸化物超電導
線材の印加磁場と臨界電流密度との関係を示す図であ
る。 図において、１は芯部、２は芯部被覆層、３は超電導
層、４は外部被覆層を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01B 12/06 H01B 13/00 565 D
Claims (3)
- 【請求項１】異方性を有する酸化物超電導体の線材を製
造する方法であって、 前記線材の芯部のまわりに金属パイプを配置し、金属パ
イプと芯部の間に前記酸化物超電導体の粉末を充填して
複合材とする工程と、 前記金属パイプの減面率が前記芯部の減面率よりも大き
くなるように前記複合材を減面加工する工程とを備え
る、酸化物超電導線材の製造方法。 - 【請求項２】異方性を有する酸化物超電導体の線材であ
って、 前記線材の芯部と、 前記酸化物超電導体の特定の結晶軸の方向が前記芯部に
向いて配列するように前記芯部のまわりを取囲む超電導
層と、 前記超電導層のまわりを取囲む外部被覆層と備え、 前記芯部の材料は、前記外部被覆層の材料より剛性が高
い、酸化物超電導線材。 - 【請求項３】芯部が非金属であることを特徴とする、請
求項２記載の酸化物超電導線材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1026096A JP2844632B2 (ja) | 1989-02-04 | 1989-02-04 | 酸化物超電導線材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1026096A JP2844632B2 (ja) | 1989-02-04 | 1989-02-04 | 酸化物超電導線材およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02207416A JPH02207416A (ja) | 1990-08-17 |
| JP2844632B2 true JP2844632B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=12184066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1026096A Expired - Lifetime JP2844632B2 (ja) | 1989-02-04 | 1989-02-04 | 酸化物超電導線材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2844632B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112009001911T5 (de) | 2008-08-05 | 2011-06-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka | Vorläuferdraht eines supraleitenden Oxiddrahts und Verfahren zur Herstellung desselben sowie unter Verwendung des Vorläuferdrahts hergestellter supraleitender Oxiddraht |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2523614B2 (ja) * | 1987-04-07 | 1996-08-14 | 株式会社フジクラ | 超電導線 |
| JPS63304528A (ja) * | 1987-06-05 | 1988-12-12 | Fujikura Ltd | 超電導線の製造方法 |
-
1989
- 1989-02-04 JP JP1026096A patent/JP2844632B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112009001911T5 (de) | 2008-08-05 | 2011-06-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka | Vorläuferdraht eines supraleitenden Oxiddrahts und Verfahren zur Herstellung desselben sowie unter Verwendung des Vorläuferdrahts hergestellter supraleitender Oxiddraht |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02207416A (ja) | 1990-08-17 |
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