JP2951419B2 - 大容量酸化物超電導導体の製造方法 - Google Patents

大容量酸化物超電導導体の製造方法

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JP2951419B2 JP3026398A JP2639891A JP2951419B2 JP 2951419 B2 JP2951419 B2 JP 2951419B2 JP 3026398 A JP3026398 A JP 3026398A JP 2639891 A JP2639891 A JP 2639891A JP 2951419 B2 JP2951419 B2 JP 2951419B2
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直樹 宇野
靖三 田中
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ケーブル、マグネッ
ト、電流リード等の電力応用導体として好適な大容量の
酸化物超電導導体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液体窒素温度において超電導特性
を発揮するY−Ba−Cu−O系、Bi−Sr−Ca−
O系、Tl−Ba−Ca−Cu−O系等の酸化物超電導
体が見出だされ、その開発研究が各分野で進められてい
る。
【0003】これらの酸化物超電導体は、セラミックス
であるために脆く、許容歪も0.1%以下と極めて低
い。このため、これらの酸化物超電導体を用いて線材化
し、この線材をケーブル、マグネット、電流リード等の
電力応用機器に適用する場合、通常、酸化物超電導体原
料を金属管等に充填し、これに縮径加工を施して得られ
た線材を所望形状に加工した(例えば、線材の形状を保
持するためのフォーマー等に巻き付ける)後に酸化物超
電導体原料を酸化物超電導体となすための熱処理を施
す、いわゆるワインド・アンド・リアクト法が用いられ
ていた。
【0004】また、酸化物超電導体原料を金属管等に充
填し、これに縮径加工を施して得られ線材に酸化物超電
導体原料を酸化物超電導体となすための熱処理を施した
後に、この線材を所望形状に加工する、いわゆるリアク
ト・アンド・ワインド法も行われている。リアクト・ア
ンド・ワインド法の場合、熱処理後の線材の歪が0.1
%を超えないように注意深く加工したり、複数本の線材
をとなり合う2本がそれぞれ接触するように並列に配設
することにより多芯化して見掛上の歪を減少させてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワイン
ド・アンド・リアクト法の場合は、最終の熱処理の温度
が800〜〜950℃と比較的高いので、フォーマーや
線材相互の絶縁を保つための絶縁材に耐熱性に優れた材
料を選択しなければならない。また、フォーマー等と線
材との間の熱膨張係数の差により線材に歪が発生してし
まうという問題がある。
【0006】一方、リアクト・アンド・ワインド法の場
合は、フォーマーや絶縁材等の問題は解消できるが、熱
処理後の線材の歪を0.1%以下にすることが非常に困
難である。また、線材を多芯化した場合、見掛上の歪は
0.1%以下に低減できるが、多芯構造を構成する個々
の線材に0.1%を超える真歪が発生すると、その線材
が断線してしまう恐れがある。したがって、多芯構造を
構成する個々の線材についても、歪が0.1%以下とな
るようにしなければならず、非常に形状が制限される。
このため、大容量の酸化物超電導導体が得難いという問
題もある。
【0007】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、いわゆるリアクト・アンド・ワインド法により歪
が少なく、しかも優れた超電導特性を発揮する大容量酸
化物超電導導体を容易に得ることができる大容量酸化物
超電導導体の製造方法を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】一般に、リアクト・アン
ド・ワインド法において、支持体上に酸化物超電導線材
列を螺旋状に巻き付けた際に、酸化物超電導線材列の個
々の酸化物超電導線材の外側には引張による歪、その内
側には圧縮による歪がかかる。この引張歪が0.1%を
超える場合に断線が起こる。本発明者らは、セラミック
スが引張による歪よりも圧縮による歪に強いことに着目
し、酸化物超電導線材列の個々の酸化物超電導線材の外
側の引張歪の発生を防止することによりリアクト・アン
ド・ワインド法を用いて断線のない大容量酸化物超電導
導体を得ることができることを見出だし本発明をするに
至った。
【0009】すなわち、本発明は、酸化物超電導体原料
を酸化物超電導体となすための熱処理を施した後の複数
本の酸化物超電導線材をとなり合う2本がそれぞれ接触
するように並列に配設して酸化物超電導線材列を形成
し、前記酸化物超電導線材列を覆うように断面が略逆凹
形状の金属部材を長手方向に連続して配置して複合材を
形成し、これを前記金属部材側が外側となるようにして
支持体上に螺旋状に巻き付けて大容量導体化することを
特徴とする大容量酸化物超電導導体の製造方法を提供す
る。ここで、使用する酸化物超電導体原料としては、B
i系、Y系、Tl系等の原料を用いることができる。
【0010】酸化物超電導線材を作製する方法として
は、従来使用されている金属シース法等が挙げられる。
例えば、まず、酸化物超電導体の構成元素の酸化物、炭
酸塩等のような一次原料粉末を所望の酸化物超電導体組
成となるように配合し、これを充分に混合する。次い
で、この混合粉末を仮焼成して仮焼成体を得るか、もし
くはこの混合粉末を加熱溶融し、その後急冷して塊状体
を得る。次いで、得られた仮焼成体もしくは塊状体を粉
砕して酸化物超電導体原料とし、これを金属パイプ内に
充填して複合ビレットとする。この複合ビレットに塑性
加工を施して酸化物超電導線材を作製する。なお、この
場合、金属シースの材料としては、酸素透過性に優れる
Ag、Ag合金等が挙げられる。また、塑性加工として
は、線状体、テープ状体等の形状に応じてそれぞれ押
出、圧延、引き抜き、スウェージング等が用いられる。
酸化物超電導線材の断面形状は、円形、楕円形、矩形、
またはテープ形状等いずれの形状でもよい。また、金属
シースを用いずに酸化物超電導体原料を直接成形して酸
化物超電導線材としてもよい。酸化物超電導体原料を酸
化物超電導体となすための熱処理の温度は、用いる酸化
物超電導体原料の種類により適宜選択する。複数本の酸
化物超電導線材と断面逆凹形の金属部材とを固定する場
合には、半田つけ等の手段が用いられる。
【0011】酸化物超電導線材列を覆う断面逆凹形の金
属部材の材料としては、酸化物超電導線材列の個々の酸
化物超電導線材にかかる引張歪を緩和するものであれば
いずれの金属でもよい。また、前記金属部材の厚みは、
酸化物超電導線材の直径とほぼ同じかそれ以上であるこ
とが好ましい。これは、前記金属部材の厚みが酸化物超
電導線材の直径とほぼ同じかそれ以上であると支持体上
に巻き付ける際に発生する引張歪が前記金属部材に生
じ、個々の酸化物超電導線材には圧縮歪しか生じなくな
るからである。支持体の形状は、管状、円柱状等いずれ
の形状であってもよい。また、支持体の材料としては、
Cu−Ni合金等を用いることができる。
【0012】
【作用】本発明の大容量酸化物超電導導体の製造方法で
は、複数本の酸化物超電導線材を並列に配設してなる酸
化物超電導線材列の外側に断面が略逆凹形状の金属部材
を長手方向に連続して配置して複合材を形成し、これを
前記金属部材側が外側となるようにして支持体上に螺旋
状に巻き付けて大容量導体化することを特徴としてい
る。
【0013】このため、支持体上に前記複合材を螺旋状
に巻き付ける際に、常に引張歪が前記複合材の金属部材
側に発生し、圧縮歪は酸化物超電導線材にかかることに
なる。したがって、複合材の支持体上への巻き付け時の
引張歪による酸化物超電導線材中の酸化物超電導体部分
の断線が生じない。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て具体的に説明する。 実施例1
【0015】Bi2 3 、SrCO3 、CaCO3 、C
uOの一次原料粉末をモル比で2:2:2:3となるよ
うに配合し、充分に混合した。この混合物を大気中にお
いて800℃、20時間で仮焼成し、仮焼成体を粉砕し
て仮焼成粉を得た。
【0016】次いで、外径25mmφ、内径15mmφのA
gパイプ内に得られた仮焼成粉を充填して複合ビレット
を作製した。この複合ビレットにスウェージング加工、
続けて圧延加工を施して厚さ0.5mm、幅3mmのテープ
状複合線材を作製した。
【0017】このテープ状複合線材に大気中845℃×
30時間の熱処理を施し、その後これに圧延加工を施し
て厚さ0.4mm、幅3.5mmとし、さらに、これに大気
中845℃×50時間の熱処理を施して酸化物超電導テ
ープ線材を得た。得られた酸化物超電導テープ線材の臨
界電流密度(Jc)は、77K、0磁場において5×1
4 A/cm2 であった。
【0018】次に、図1に示すように、しかして作製し
た酸化物超電導テープ線材10の3本を平行に並べて配
置し、その外側に断面逆凹形のCu−Ni合金製の補強
用金属部材12を配置して半田つけにより固定して複合
材14を作製した。
【0019】次いで、図2に示すように、この複合材1
4を補強用金属部材12側が外側となるようにして外径
40mmφ、肉厚3mmのSUS316製のフォーマー16
上に螺旋状に巻き付けて実施例1の大容量酸化物超電導
導体を得た。なお、このときの巻き付けピッチは400
mmとした。
【0020】得られた実施例1の大容量酸化物超電導導
体について、全体の酸化物超電導体部のみの平均臨界電
流密度(Jc)および全体の臨界電流値(Ic)を調べ
たところ、平均Jcは4.5×104 A/cm2 であり、
Icは3000Aであった。 実施例2
【0021】Bi2 3 、SrCO3 、CaCO3 、C
uOの一次原料粉末をモル比で2:2:1:2となるよ
うに配合し、充分に混合した。この混合物を大気中にお
いて800℃、20時間で仮焼成し、仮焼成体を粉砕し
て仮焼成粉を得た。
【0022】次いで、外径25mmφ、内径15mmφのA
gパイプ内に得られた仮焼成粉を充填して複合ビレット
を作製した。この複合ビレットにスウェージング加工、
続けて圧延加工を施して外径1.5mmの断面円形の複合
線材を作製した。この断面円形の複合線材に大気中90
0℃×10分間、その後大気中850℃×30時間の熱
処理を施して断面円形の酸化物超電導線材を得た。得ら
れた酸化物超電導線材の臨界電流密度(Jc)は、77
K、0磁場において1×104 A/cm2 であった。
【0023】次に、図3に示すように、しかして作製し
た断面円形の酸化物超電導線材18の10本を平行に並
べて配置し、その外側に断面逆凹形のCu−Ni合金製
の補強用金属部材20を配置して半田つけにより固定し
て複合材22を作製した。
【0024】次いで、実施例1と同様にして複合材22
を補強用金属部材20側が外側となるようにしてフォー
マー上に螺旋状に巻き付けて実施例2の大容量酸化物超
電導導体を得た。
【0025】得られた実施例2の大容量酸化物超電導導
体について、実施例1と同様にして全体の酸化物超電導
体部のみの平均臨界電流密度(Jc)および全体の臨界
電流値(Ic)を調べたところ、平均Jcは9.5×1
3 A/cm2 であり、Icは500Aであった。 比較例1 複合材化のための断面逆凹形の補強用金属部材12を使
用しないこと以外は実施例1と同様にして比較例1の大
容量酸化物超電導導体を得た。
【0026】得られた比較例1の大容量酸化物超電導導
体について、実施例1と同様にして全体の酸化物超電導
体部のみの平均臨界電流密度(Jc)および全体の臨界
電流値(Ic)を調べたところ、平均Jcは5000A
/cm2 であり、Icは330Aであった。また、酸化物
超電導線材に部分的にクラックが発生していることが確
認された。 比較例2 複合材化のための断面逆凹形の補強用金属部材20を使
用しないこと以外は実施例2と同様にして比較例2の大
容量酸化物超電導導体を得た。
【0027】得られた比較例2の大容量酸化物超電導導
体について、実施例1と同様にして全体の酸化物超電導
体部のみの平均臨界電流密度(Jc)および全体の臨界
電流値(Ic)を調べたところ、平均Jcは1000A
/cm2 であり、Icは55Aであった。また、酸化物超
電導線材に部分的にクラックが発生していることが確認
された。
【0028】
【発明の効果】以上説明した如く本発明の大容量酸化物
超電導導体の製造方法は、いわゆるリアクト・アンド・
ワインド法により歪が少なく、しかも優れた超電導特性
を発揮する大容量酸化物超電導導体を容易に得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用される酸化物超電導線材列と断面
逆凹形の補強用金属部材からなる複合材の一例を示す説
明図。
【図2】酸化物超電導線材列と断面逆凹形の補強用金属
部材からなる複合材を支持体に螺旋状に巻き付けた際の
説明図。
【図3】本発明に使用される酸化物超電導線材列と断面
逆凹形の補強用金属部材からなる複合材の他の例を示す
説明図。
【符号の説明】
10…酸化物超電導テープ線材、12,20…断面凹形
の補強用金属部材、14,22…複合材、16…フォー
マー、18…断面円形の酸化物超電導線材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01B 13/00 565 H01B 12/00 - 12/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物超電導体原料を酸化物超電導体と
    なすための熱処理を施した後の複数本の酸化物超電導線
    材をとなり合う2本がそれぞれ接触するように並列に配
    設して酸化物超電導線材列を形成し、前記酸化物超電導
    線材列を覆うように断面が略逆凹形状の金属部材を長手
    方向に連続して配置して複合材を形成し、これを前記金
    属部材側が外側となるようにして支持体上に螺旋状に巻
    き付けて大容量導体化することを特徴とする大容量酸化
    物超電導導体の製造方法。
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