JP3011962B2 - 多芯又は多層セラミックス超電導々体の製造方法 - Google Patents

多芯又は多層セラミックス超電導々体の製造方法

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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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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、大容量通電がなされるマグネットや電力ケ
ーブル或いは電流リード等に適した多芯又は多層セラミ
ックス超電導々体の製造方法に関する。
〔従来の技術とその課題〕
近年、液体窒素温度で超電導を示すY−Ba−Cu−O系
やBi−Sr−Ca−Cu−O系等のセラミックス超電導体が見
出され、各分野で実用化研究が進められている。
ところでこれらのセラミックス超電導々体は脆い為、
これを線状等の超電導々体となすには、例えば加工性に
富んだAgやCu等の金属性パイプにセラミックス超電導体
となし得る原料物質を充填し、次いでこれを伸延加工し
て所望形状の線材となしたのち、この線材に所定の加熱
処理を施して上記原料物質を超電導体に反応せしめて単
芯セラミックス超電導線(以下単芯線と略記)となす方
法が用いられている。
ところで、セラミックス超電導々体をマグネット等の
大電流を通電する用途に用いる場合、その構造は第6図
にその横断面図を例示したように、金属マトリックス10
中に線状のセラミックス超電導層12を複数本、分散させ
て複合して冷却能を高めるようにした多芯構造のセラミ
ックス超電導々体が用いられている。而して、かゝる構
造の多芯セラミックス超電導々体の製造は、例えば前記
の単芯線を複数本、金属製中空ビレットに充填するか、
或いは金属製ビレットに複数の孔を穿ち、これらの孔に
セラミックス超電導体となし得る原料物質を充填して複
合ビレットを作製し、次いでこの複合ビレットを所望形
状の線状体に伸延加工し、必要に応じ上記線状体を再び
金属製中空体に充填して伸延加工するという充填と伸延
加工の2工程を所望回繰り返してより多芯化し、しかる
のち上記伸延加工材に所定の加熱処理を施してなされ
る。
しかしながら、前記の単芯線を金属製中空ビレットに
充填して複合ビレットを作製する方法にあっては単芯線
の充填率を高めるのが困難であり、充填率が低いまゝ伸
延加工を施すと個々のセラミックス超電導体層にくびれ
が生じたりして超電導特性が低い値のものとなり、又金
属製ビレットに設けた複数の孔に原料物質を直接充填す
る方法にあっては、金属製ビレットにあける孔の数が技
術的に制限される為、セラミックス超電導体層の占積率
が低く、得られるセラミックス超電導々体は通電容量を
大きくとることができなかった。又いずれの方法にも工
程数が多く生産性に劣るという問題があった。
〔課題を解決する為の手段〕
本発明は、かゝる状況に鑑み鋭意研究の結果なされた
もので、その目的とするところは、通電容量を大きくと
れる多芯又は多層セラミックス超電導々体を効率良く製
造する方法を提供することにある。
即ち、本発明は、シート状の金属マトリックス中に長
手方向に連続して板状又は線状にセラミックス超電導体
となし得る原料物質層を複合したシート状複合体を作製
するA工程、前記シート状複合体を幅方向に折り畳み、
又は渦巻き状に巻回し、又は種々径の異なる環状体とな
してこれを同心状に重合するなどして予備複合体となす
B工程、前記予備複合体を押圧して板状複合体となすC
工程、前記板状複合体を渦巻状に巻回し成形し、又は環
状に成形し、又は種々径の異なる複数の環状体となし、
これを同心状に重合して予備成形体となすD工程を順次
施したのち、前記予備成形体に、そのまゝ又は所望形状
に伸延加工する工程を施し、次いで得られた成形体に所
定の加熱処理を施すE工程を施すことを特徴とするもの
である。
以下に本発明を図を参照して具体的に説明する。
第1図は本発明方法の一態様を示す工程説明図であ
る。
金属製パイプ1にセラミックス超電導体となし得る原
料物質2を充填し、これを圧延してシート状複合体3と
なし(A工程)、次いで前記シート状複合体3を幅方向
に折り畳んで予備複合体4となしたのち(B工程)、前
記予備複合体を油圧プレスにより押圧して板状複合体5
となし(C工程)、しかるのち前記板状複合体5を金属
棒11の周囲に環状に成形して環状成形体6となし(D工
程)、次いで前記環状成形体6を所望形状に伸延加工し
たのち所定の加熱処理を施して原料物質をセラミックス
超電導体層12に反応せしめてセラミックス超電導々体と
なす(E工程)ものである。
第2図には本発明方法の他の態様例を示す工程説明図
を示した。
長手方向に複数本の溝7を有する金属板状体8にセラ
ミックス超電導体となし得る原料物質2を充填したの
ち、上方に図示しない金属板を被せて圧延してシート状
複合体3を作製し(A工程)、次に前記シート状複合体
3を渦巻状に巻回し成形して予備複合体4となしたのち
(B工程)、この渦巻状の予備複合体4を圧延法により
押圧して板状複合体5となし(C工程)、次いで前記板
状複合体5を金属棒1の周囲に渦巻状に巻回し成形して
渦巻状成形体9となしたのち(D工程)、これを所望形
状に伸延加工し、次いで所定の加熱処理を施して原料物
質をセラミックス超電導体層12に反応せしめてセラミッ
クス超電導々体となす(E工程)ものである。
本発明方法において、シート状複合体には第3図に示
したように金属マトリックス10中に原料物質2を複数層
複合したものを使用することもできる。
本発明方法において、シート状複合体を構成するシー
ト状金属マトリックスとしては、Ag,Au,Cu等の金属又は
その合金が展延性や熱的電気的伝導性に優れていて好ま
しく、中でもAgは酸素を透過し易い為、加熱処理時にセ
ラミックス超電導体層に酸素が十分供給されて超電導特
性が向上して特に好ましいものである。
本発明方法において、セラミックス超電導体となし得
る原料物質とは、例えばY−Ba−Cu−O系セラミックス
超電導体について示すと、Y2O3,BaO,CuO,BaCuO2,YBaCuO
5,YBa2CuO7等の酸化物をY:Ba:Cuが原子比で1:2:3になる
ように配合し混合して、これを仮焼成後粉砕分級した仮
焼成粉等である。
本発明方法において、原料物質を複合したシート状複
合体を種々形状に成形又は重合して作った予備複合体を
押圧する方法としては、水圧プレスや油圧プレス等任意
のプレス方法が適用される。尚、シート状複合体を折り
畳んで予備成形体を成形する場合、シート状複合体が薄
い場合は折り畳みを手で行って板状複合体となしても良
く、又折り畳み長さは第1図Bに示したように、シート
状複合体を環状に成形した際に内外の層の長さが縁端部
で一致するように、上方を短く、下方にかけて順次長く
形成しておくことが好ましい。又折り畳み方は第4図に
示したようにシート状複合体3を螺旋状に連続的に折り
畳んで渦巻状成形体9となす方法が生産性に優れ好まし
い。又シート状複合体又は板状複合体を環状に成形する
方法として引抜加工やロールフォーミング法等が適用さ
れる。
以下に環状成形体のロールフォーミング法による作製
法の態様例を図を参照して具体的に説明すると、例えば
第5図に示したように板状複合体5を金属棒11の周囲に
環状に連続的に成形し、上記環状体の縁端部を溶接して
作製される。
上記ロールフォーミング法により同心状重合体を作製
する場合は、板状複合体を複数枚重ねて順次環状に成形
し、絶端部をそれぞれ溶接して作製することができる。
本発明方法において、板状複合体の渦巻状成形体又は
環状成形体又は径の異なる複数の環状体を重合した同心
状重合体に、そのまま又は所望形状に伸延加工したのち
得られた成形体に施す加熱処理は酸素含有雰囲気中で70
0〜1100℃の温度範囲に加熱してなされるもので、上記
成形体の原料物質層を焼結するとともに、酸素を供給し
て結晶構造の調整をなしてセラミックス超電導体に反応
せしめるものである。
本発明方法において、C工程を経て得た板状複合体を
渦巻状に巻回したり又は環状に成形したり又は同心状に
重合したりする際に中心部に金属棒又は金属パイプ等を
配置し、又は最外周を金属材で被覆して補強するように
するとセラミックス超電導体層に掛かる歪みを抑制でき
て、上記超電導体層にクラックが発生するようなことが
なくなり超電導特性が更に向上する。
〔作用〕
本発明においては、セラミックス超電導々体の構成要
素となす板状複合体に、シート状の金属マトリックス中
に長手方向に連続した板状又は線状のセラミックス超電
導体となし得る原料物質層を複合したシート状複合体を
折り畳み、又は渦巻状に巻回し、又は環状に成形し、又
は種々径の異なる環状体を同心状に重合するなどして予
備複合体となしたのち、これら予備複合体を押圧して板
状複合体となすので、上記板状複合体は高密度の原料物
質層が多芯又は多層に複合されたものとなり、この板状
複合体を渦巻状に巻回したり、環状に成形したり或いは
種々の径の異なる複数の環状体を同心状に重合したりし
て予備成形体となしこの予備成形体をそのまま、又は所
望形状に伸延加工したのち、これを加熱処理してセラミ
ックス超電導々体となすので、多数の芯数及び層数のセ
ラミックス超電導体層を容易に複合することができ、又
上記セラミックス超電導体層は密度が高く、依って得ら
れるセラミックス超電導々体は超電導特性に優れたもの
となる。
更に前記の種々形状の予備成形体を所望形状に伸延加
工したのち加熱処理を施したものは、セラミックス超電
導々体全体の密度が更に向上して超電導特性が一層改善
される。
〔実施例〕
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例1 Bi2O3,SrCO3,CaCO3,Cu2Oの原料粉をBi:Sr:Ca:Cuが原
子比で2:2:1:2の比率になるように配合し混合したのち
大気中で800℃×20H仮焼成し、これを粉砕分級して仮焼
成粉となした。
次にこの仮焼成粉を内径が45×5mm,肉厚2.5mm角型Ag
製パイプに充填し、これを圧延加工して幅100mm,厚さ0.
1mmのシート状複合体を作製し、次いでこのシート状複
合体を第1図Bに示したように3層に折り畳み、これを
押圧して板状複合体となし、次いでこの板状複合体を第
5図に示したロールフォーミング機により、8mmφのAg
製丸棒の周囲に断面円形に成形し、縁端部を溶接して、
外径10mmの環状成形体となし、次いでこれを大気中で84
0℃×50H加熱処理して多層セラミックス超電導々体を製
造した。
実施例2 実施例1で作製した10mmφの環状成形体を加熱処理に
先立って引抜加工して3mmφの環状成形体となした他
は、実施例1と同じ方法により多層セラミックス超電導
々体を製造した。
実施例3 実施例1で作製した10mmφの環状成形体に加熱処理に
先立って外径12.2mm,内径10.2mmのAg製パイプを被覆し
てAg被覆環状成形体となした他は実施例1と同じ方法に
より多層セラミックス超電導々体を製造した。
実施例4 実施例3で作製したAg被覆環状成形体を加熱処理に先
立って引抜加工して外径2mmのAg被覆環状成形体となし
た他は実施例3と同じ方法により多層セラミックス超電
導々体を製造した。
実施例5 深さ2mm,幅2mmの溝を等間隔に20個設けた厚さ4mm,幅4
5mmのAg製板の上記各々の溝に実施例1で用いたのと同
じ仮焼成粉を充填し、この上に厚さ2mmのAg製平板を被
せて全体を圧延して、厚さ0.2mm,幅が100mmのシート状
複合体を作製し、次いでこのシート状複合体を第2図B
に示したように渦巻状に巻回し成形して予備複合体とな
したのち、油圧プレスにて第2図Cに示した形状の板状
複合体に圧縮成形した。次にこの板状複合体を第5図に
示したように中心に外径8mm、内径5mmのAg製パイプを配
置して、その周囲に上記板状複合体を環状に成形し、縁
端部を溶接して、外径10mmの環状成形体となしたのち、
得られた環状成形体に所定の加熱処理を施して多芯セラ
ミックス超電導々体となした。
実施例6 実施例5で作製した10mmφの環状成形体を加熱処理に
先立って引抜加工して3mmφの環状成形体となした他
は、実施例1と同じ方法により多芯セラミックス超電導
々体を製造した。
比較例1 実施例1で用いたのと同じ仮焼成粉を外径15mm、内径
10mmのAg製パイプに充填し、これを溝ロール圧延して外
径3mmの単心線となし、次いでこの単芯線を外径14mm、
内径9mmのAg製パイプに5本充填して複合ビレットとな
し、この複合ビレットを溝ロール圧延法により外径3mm
φに加工したのち、所定の加熱処理を施して多芯セラミ
ックス超電導々体を製造した。
尚、上記実施例5及び比較例1にて施した加熱処理は
酸素雰囲気中で840℃×30時間の条件で行った。
上記実施例及び比較例にて製造した各々の多芯セラミ
ックス超電導々体について、液体窒素中、0磁場にて臨
界電流密度(Jc)を測定した。結果は第1表に示した。
第1表より明らかなように、本発明方法品(No.1〜
6)はJcが高い値のものとなった。中でも板状複合体を
環状に成形後伸延加工したもの(No.2,4,6)はセラミッ
クス超電導体層が高密度なものとなり、更に芯材にAgパ
イプを用いたもの(No.6)はパイプ内からも液体窒素に
よる冷却が効いてとりわけJcが高い値のものとなった。
これに対して、比較方法品(No.7)は単芯線の充填密
度が84%と低かった為、複合ビレットを伸延加工する際
に、内部のセラミックス超電導体層が均一に加工され
ず、くびれを生じたりしてJcが低い値のものとなった。
〔効果〕
以上述べたように本発明方法によれば、芯数又は層数
の多い多芯又は多層セラミックス超電導々体を効率よく
製造することができ、又得られるセラミックス超電導々
体は超電導体層が緻密で且つ芯数及び層数が多い為、大
容量電流を安定して通電することができ、工業上顕著な
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明方法の態様例を示す工程説明
図、第3図はシート状複合体を態様例を示す横断面図、
第4図は渦巻状予備複合体の作製方法の態様例を示す説
明図、第5図は板状複合体を同心状重合体に加工する態
様例を示す説明図、第6図は従来のセラミックス超電導
々体の横断面図である。 1……金属製パイプ、2……原料物質、3……シート状
複合体、4……予備複合体、5……板状複合体、6……
環状成形体、7……溝、8……金属板状体、9……渦巻
状成形体、10……金属マトリックス、11……金属棒、12
……セラミックス超電導体層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−134822(JP,A) 特開 平4−4523(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 13/00,12/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シート状の金属マトリックス中に長手方向
    に連続して板状又は線状にセラミックス超電導体となし
    得る原料物質層を複合したシート状複合体を作製するA
    工程、前記シート状複合体を幅方向に折り畳み、又は渦
    巻き状に巻回し、又は種々径の異なる環状体となしてこ
    れを同心状に重合するなどして予備複合体となすB工
    程、前記予備複合体を押圧して板状複合体となすC工
    程、前記板状複合体を渦巻状に巻回し成形し、又は環状
    に成形し、又は種々径の異なる複数の環状体となし、こ
    れを同心状に重合して予備成形体となすD工程を順次施
    したのち、前記予備成形体に、そのまゝ又は所望形状に
    伸延加工する工程を施し、次いで得られた成形体に所定
    の加熱処理を施すE工程を施すことを特徴とする多芯又
    は多層セラミックス超電導々体の製造方法。
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