JP3042548B2 - セラミックス超電導導体の製造方法 - Google Patents

セラミックス超電導導体の製造方法

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清 根本
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築志 原
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THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Tokyo Electric Power Co Inc
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Wire Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば電力輸送用ケ−ブ
ル導体として使用可能なセラミックス超電導導体の製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、Y−Ba−Cu−O系、Bi−
(Pb)−Sr−Ca−Cu−O系、Tl−Ba−Ca
−Cu−O系等のように、液体窒素温度を越えるTcの
セラミックス超電導体が開発されている。このようなセ
ラミックス超電導体の応用、利用を目指して同超電導体
を種々の形状に成形することが検討されている。例えば
セラミックス超電導体により線状体を作製する場合には
一般に金属シ−ス法が用いられている。これは超電導体
となるセラミックスの原料を金属製パイプ内に充填し、
同パイプを断面減少加工して所望の形状、寸法に仕上げ
た後、セラミックス超電導体とするため所定の条件で熱
処理するものである。前記線材の形状としては断面が丸
型、楕円形、四角形、テ−プ状等、或はこれらを複数本
束ねた形状の多芯型、積層型、更にはセラミックス超電
導体が金属の内部に渦巻状、同心円状に配置した多層線
材等も試作検討されている。前記金属製パイプの材質と
しては熱伝導性、電気電導性に優れた材料が好ましく、
例えばAg,Ag合金、Cu,Cu合金等が好ましく、
酸素透過性の点でAg,Ag合金が用いられる例が多
い。
【0003】また前記断面減少加工としては、得られる
線材の形状に応じて押出、圧延、スウェ−ジング、引抜
等従来の加工法がそのまま適用される。従来より、この
ようなセラミックス超電導導体をケ−ブルのような電力
分野に応用すべく検討も行なわれている。その応用例と
しては図3(a)に示したようにテ−プ状のセラミック
ス超電導体Sと金属Mとの複合体4を複数枚積層してそ
のまま用いたり、図3(b)に示したように丸棒、円筒
等の芯材Aの外周にテ−プ状のセラミックス超電導体と
金属との複合体Bを複数枚螺旋状に巻いたり、図3
(c)に示したように芯材Aの外周にテ−プ状のセラミ
ックス超電導体と金属との複合体Bを複数枚縦添えした
りしたものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図3(a)のような構
造の超電導導体は、比較的大電流用導体として使用する
場合、断面積が大きくなるため内部に熱が蓄積され易
く、その結果、セラミックス超電導導体がクエンチし易
いという欠点がある。図3(b)(c)のような構造の
超電導導体では一般に用いられるワインドアンドリアク
ト法を応用した場合、セラミックス超電導体となすため
の後の熱処理工程でテ−プ状の複合体4がたるみ易くな
り、その結果得られる超電導導体の超電導特性の低下を
もたらすという問題があった。
【0005】
【発明の目的】本発明の目的はセラミックス超電導体と
なすための熱処理工程或は冷却過程におけるテ−プ状の
セラミックス超電導体と金属との複合体4の劣化がな
く、優れた超電導特性を有し、電力輸送用ケーブル等と
して使用可能なセラミックス超電導導体の製造方法を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス超
電導導体の製造方法は、前述した欠点を改善するために
種々実験を重ね、鋭意研究した結果開発されたものであ
り、その内容は次の通りである。図1に示すように波付
け金属パイプ1の外周に、金属2とセラミックス超電導
体3との複合体4を縦添え配置し、同複合体4をその上
から所望の治具で押し付けて前記波付け金属パイプ1の
波形と同一波形に成形した後、同治具を除去し、ついで
波付けされた複合体4の上から前記波付け金属パイプ1
の山部7に沿って金属テ−プ8を押え巻きした後、所定
の熱処理を施すものである。
【0007】本発明のセラミックス超電導導体の製造方
法は具体的には、金属2とセラミックス超電導体3との
シ−ト状の複合体4を製作しておく。その製作方法とし
ては従来の方法がそのまま適用できる。例えば図2
(a)に示したような円筒状の金属製パイプ11、或は
同図(b)に示したような角筒状金属パイプ12内に、
超電導体となるセラミックスの原料を充填して複合ビレ
ットを作製する。この場合、セラミックスの原料は酸化
物、炭酸塩等のような一次原料粉を仮焼成して充填する
か、或はそれを圧縮成形した後、更に、それを燒結して
から挿入してビレットとすることもできる。このように
して作製した複合ビレットに圧延加工等の塑性加工を施
して所望形状、寸法のテ−プ状の複合体4とする。他の
方法としては金属のシ−トを連続的に走行させながら、
その上に超電導体となるセラミックスの原料を供給し、
更にその上に金属シ−トを配置した後、必要に応じて圧
延加工を行なって作製することもできる。或は2枚の金
属シ−ト間にセラミックスの原料を供給しても良い。こ
れらの場合、セラミックスの原料は粉末として供給した
り、或は溶射法、ペースト状物の塗布法等何れの方法を
用いて作製することも可能である。ここで使用される超
電導体をなすセラミックスの種類には制約がなくY系、
Bi系、Tl系等何れのセラミックス超電導体を用いて
もよい。
【0008】これとは別に波付け金属パイプ1を作製し
ておく。その製造方法としては例えば押出し等によって
金属パイプ1を作製した後、波付け加工を行なって得る
ことができる。この場合、波付け金属パイプ1の外径、
波の形状等に制約はなく、電流容量等に応じて適宜決定
できる。しかし、波のピッチがあまり大きいと熱処理工
程で発生するたわみ量が大きくなり、結果的にJc特性
に悪影響を及ぼすのでその値は数mm〜50mm程度が
好ましい。
【0009】本発明ではこのようにして作製した波付け
金属パイプ1の外周に、前記シート状の複合体4を螺旋
状に巻き付けたり、図1(a)のように縦添えしたりす
る。次に、波付け金属パイプ1上に配置した前記複合体
4をその上から図1(b)(c)のように所望の治具
5、例えばプラスチックの糸、棒、ロ−プ等を波付け金
属パイプ1の谷部6に当たる個所に巻付けて、同複合体
4を前記波付け金属パイプ1の波形と同一波形に成形
し、次に同治具5を取り除いてから、波付けされた複合
体4の上から図1(d)(e)のように波付け金属パイ
プ1の山部7上に沿って金属テ−プ8を押え巻きする。
波付け金属パイプ1の外周に設けるセラミックス超電導
体と金属との複合体4は1層に限ることなく2層以上に
することもできる。その方法としては複合体4を波付け
金属パイプ1の外周に二重或は三重といったように螺旋
状に巻いたり、縦添えしたりした後、同複合体4をその
上から所望の治具5で押し付けて、同複合体4を前記波
付け金属パイプ1の波形と同一波形に成形し、次にその
治具5を取除いた後、その上から波付け金属パイプ1の
山部7上に沿って金属テ−プを押さえ巻きする。最後
に、所定の熱処理を行って前記複合体4中のセラミック
ス原料を超電導導体となすものである。
【0010】
【作用】本発明のセラミックス超電導導体の製造方法
は、波付け金属パイプ1の外周にセラミックス超電導体
と金属との複合体4を所望本、二重或は三重といったよ
うに螺旋状に巻いたり、縦添えしたりした後、同複合体
4をその上から治具5を巻き付けて複合体4を波付け金
属パイプ1と同一の波形状に成形し、しかる後、金属テ
−プ8を複合体4の上から波付け金属パイプ1の山部7
に沿って螺旋状に押え巻きして、前記の成形された複合
体4を押えているので、その後の熱処理工程、冷却工程
における波付け金属パイプ1上の波付けされたテ−プ状
の複合体4の伸縮は、同複合体4のうち波付け金属パイ
プ1の谷部6の部分で吸収されるので波付け金属パイプ
1上の複合体4はたわまず、位置ずれもしない。
【0011】
【実施例1】Bi23 ,PbO,SrCO3 ,CaC
3 ,CuOなどのセラミックス超電導体となすための
一次原料粉を用いて各々所定量配合、混合、混合原料の
仮焼、仮焼物の粉砕を行って平均粒径約5μmの222
3系Bi系超電導体の仮焼粉を作製した。これを図2
(a)に示したような外径25mmφ、内径15mmφ
のAg製円筒パイプ7内に充填した後、スウェージング
加工及び圧延加工を施して幅約3mm、厚さ約0.2m
mのテ−プ状の複合体4を作製した。一方、パイプを押
し出し加工した後、最外径20mmφ、肉厚2mm、山
と谷の差が2mm、ピッチ約30mmの波付け加工を施
して得た波付けAg製パイプ1を準備した。このAg製
金属パイプ1上に先に製造したシ−ト状の複合体4を2
0枚、ピッチ約100mmとなるように螺旋状に巻き付
け、この複合体4の上からポリエチレン製の棒状の治具
5を巻付けて同複合体4を波付けAg製パイプ1の波形
と同一波形に成形した。斯の如くして成形した複合体4
の上から前記波付けAg製パイプ1の山部7に沿って厚
さ0.2mm、幅2mmのAgテ−プを押え巻きした。
しかる後、大気中、830℃×50h熱処理を行って前
記複合体4中のセラミックスの原料をセラミックス超電
導導体となした。以上により得たセラミックス超電導導
体について液体窒素中、0磁場におけるIcを測定した
結果、約100(A)の優れた特性が得られた。この場
合、波付けAg製パイプ1上に纏わせた複合体4にはた
わみの発生はほとんど観察されなっかかった。
【0012】
【実施例2】実施例1で得られた仮焼粉を図2(b)に
示したようなAg製角型パイプ8内に充填してビレット
とし、これを圧延加工して幅15mm、厚さ0.2mm
のテ−プ状の複合体4を作製した。これを実施例1で用
いた波付きAg製パイプ1上に4枚螺旋状に3層に巻き
付けた後、ポリエチレン製の棒状の治具5を巻付けて波
付きAg製パイプの波形と同一波形に成形した。しかる
後、大気中、830℃×50h熱処理を施し、前記複合
体4中のセラミックスの原料をセラミックス超電導導体
となした。このセラミックス超電導導体について液体窒
素中、0磁場におけるIcを測定した結果約295
(A)の優れた特性が得られた。この場合も波付きAg
製パイプ上に纏わせた複合体4にはたわみの発生はほと
んど認められなかった。
【0013】
【比較例1】実施例1と同様にして幅3mm,厚さ0.
2mmのテ−プ状のセラミックス超電導体と金属との複
合体4を作製した。これを20枚、外径20mmφ、内
径16mmφのAg製直管パイプ1の外周に螺旋状に巻
付け、その上に厚さ0.2mm、幅2mmのAgテ−プ
をピッチ30mmで押え巻きし、これを大気中、830
℃×50h熱処理を施して前記複合体4のセラミックス
原料をセラミックス超電導体となした。而して作製した
セラミックス超電導導体について液体窒素中、0磁場に
おけるIcを測定した結果、64(A)であり、本発明
方法品に比較して劣るものであった。この場合、熱処理
後のAg製直管パイプ上の複合テ−プ4にはたわみの発
生が観察された。
【0014】
【発明の効果】本発明のセラミックス超電導導体の製造
方法は次のような効果がある。 .セラミックス超電導体となすための熱処理工程、冷
却工程におけるセラミックス超電導体と金属とのテ−プ
状複合体4の伸縮が、複合体4の波付け金属パイプ1の
谷部6に押込まれている波形部分で吸収できるため、波
付け金属パイプ上に纏わせた複合体4にたわみが発生せ
ず、位置ずれもしない。このため超電導特性の劣化が少
なく、ケーブルのような電気輸送用の導体として使用で
きる。 .波付け金属パイプ1の内部を冷媒通路として用いる
ことができること、導体の積層厚さを図3(a)に比較
して薄くすることができることから、セラミックス超電
導導体がクエンチしにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】同図(a)(b)(c)(d)は本発明のセラ
ミックス超電導導体の製造方法の一例を示す斜視図、
(e)は同方法により得られるセラミックス超電導導体
の製造方法の一例を示す説明図。
【図2】同図(a)(b)は本発明のセラミックス超電
導導体における金属パイプの異なる例の斜視図。
【図3】同図(a)(b)(c)は従来のセラミックス
超電導導体の異なる例の説明図である。
【符号の説明】
1 波付け金属パイプ 2 金属 3 セラミックス超電導体 4 複合体 6 波付け金属パイプの谷部 7 波付け金属パイプの山部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘2丁目4番1 号 東京電力株式会社 技術研究所内 (72)発明者 石井 英雄 東京都調布市西つつじケ丘2丁目4番1 号 東京電力株式会社 技術研究所内 (56)参考文献 特開 平2−87422(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 13/00 H01B 12/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波付け金属パイプ1の外周に、金属2と
    セラミックス超電導体3との複合体4の所望本を縦添え
    するか螺旋状に巻付け、同複合体4をその上から所望の
    治具5で押し付けて同複合体4を前記波付け金属パイプ
    1の波形と同一波形に成形した後、複合体4の上から前
    記波付け金属パイプ1の山部7に沿って金属テ−プ8を
    押え巻きした後、所定の熱処理を施すことを特徴とする
    セラミックス超電導導体の製造方法。
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