JP3042551B2 - 超電導線の製造方法 - Google Patents

超電導線の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超電導材料が銀又
はその合金により被覆された線状体をテープ状の線材に
成形する酸化物超電導線の製造方法に関する。更に詳し
くは実用温度で臨界電流密度JCが大きな超電導線の製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の製造方法として、出発原
料の酸化物及び炭酸塩を所定の組成比で混合し、仮焼と
粉砕を繰返した後、銀パイプに入れ、スエージング、ロ
ールダイス圧延、溝ロール圧延、ダイス引抜き等の冷間
加工により縮径し、更に一対の等周速ロールによる普通
圧延又はプレスを行って微細組織を制御し、続いて熱処
理する銀シース法が開示されている(長村光造,呉詳
秀:粉体および粉末冶金,Vol.38 (1991,2) 97〜10
2)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、銀シース法で
作られた線状体は外被の銀が塑性変形するのに対して芯
材のセラミックスからなる酸化物層が塑性変形せず、し
かもセラミックスは銀に比べて密度が非常に低いため、
線状体を縮径した後の微細組織制御を長手方向に均一に
行うことが極めて難しい問題点があった。例えば、線状
体を縮径した後で普通圧延でテープ状の線材にすると、
図3に示すようにその内部では波打ち現象が生じて酸化
物層の厚さが非常に不均質になり易い。この結果、酸化
物層を構成する組織が3次元変形して局部にボイドを形
成しそのc軸がテープ面に垂直に配向せず、臨界電流密
度JCを向上できない問題点があった。普通圧延の代わ
りにプレスによりテープ状の線材にすると、これらの問
題点は解決される反面、プレス毎に線状体を移動しなけ
ればならず、生産性が低くなるとともに、プレスとプレ
スの境界領域でやはり酸化物層が不均質になり易く、線
材が長くなると高い臨界電流密度JCが得られない問題
点があった。
【0004】本発明の目的は、長手方向の微細組織制御
が均一に効率良く行われ、c軸配向率が高く、実用温度
で臨界電流密度JCが大きい超電導線の製造方法を提供
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸化物超電導
材料を銀又はその合金により被覆して線状体に成形し、
その線状体をテープ状の線材に成形する超電導線の製造
方法において、前記線状体を縮径した後、異周速圧延と
熱処理を繰返し行うことを特徴とする。
【0006】以下、本発明を詳述する。本発明の酸化物
超電導材料としては、Bi系、Y系、Tl系等の超電導
体粉末が挙げられる。例示すれば、Bi2Sr2Ca2
310+x(以下、Bi2223系という)、Bi2Sr
2CaCu28+x、YBa2Cu37-x、YBa2Cu4
7-x、Tl2Ba1.6Sr0.4Ca2Cu3x等がある。こ
の中でBi2223系が超電導転移温度TCが高く実用
性があるため好ましい。これらの粉末はBi23、Y2
3、BaCO3、Tl23、SrCO3、CaCO3、C
uO等の酸化物及び炭酸塩を所定の組成比で混合し、仮
焼と粉砕を繰返して作られる。この超電導材料の被覆材
としては、耐酸化性、超電導材料との不反応性、酸素透
過性、低電気抵抗等の特性を有する銀又はその合金が用
いられる。線状体の製造方法としては、銀パイプに上記
超電導材料を粉末の形態又は粉末をペレット化して充填
する方法や、銀の帯状体を樋状に湾曲させながらその上
に超電導体粉末又は超電導体ペレットを均一に配列した
後、粉末やペレットを銀の帯状体で包込む方法等があ
る。この線状体の縮径加工には、スエージング、ロール
ダイス圧延、溝ロール圧延、ダイス引抜き等の種々の冷
間加工が挙げられる。線状体の径に応じて、また最終的
に作られるテープ幅に応じて、上記種々の加工法の中か
ら所望の加工法が単独で或いは組合せて採用される。
【0007】本発明の特徴ある構成は、所定の径に縮径
した線状体を異周速圧延を行った後で熱処理する工程を
繰返すことにある。異周速圧延には、ロールの外径が同
じで回転速度が異なる同径異周速圧延と、回転速度が同
じでロール径を変えた異径異周速圧延がある。本発明は
いずれの異周速圧延でもよい。図2に示すように、異周
速圧延は互いに周速の異なる高速ロール11及び低速ロ
ール12を用いて線状体13をテープ状線材14に圧延
する。15は銀シース、16は酸化物層である。図3に
示すように、普通圧延ではロール1,2と線状体3の速
度が同じになる中立点位置N1,N2は一致しているのに
対して、異周速圧延では高速ロール11と線状体13の
速度が同じになる中立点位置N1は出口側にあり、低速
ロール12と線状体13の速度が同じになる中立点位置
2は入口側にある。図3において、4はテープ状線
材、5は銀シース、6は酸化物層である。本発明の異周
速圧延では、高速ロール11の周速をv1、低速ロール
12の周速をv2とするとき、異周速比(v1/v2)は
1.1〜3.0の範囲にあることが好ましい。異周速比
が1.1未満であると後述するせん断変形が一様に起こ
りにくく、異周速比が3.0を越えると表面性状が著し
く悪化する。
【0008】異周速圧延で配向した超電導材料の結晶粒
を熱処理によって粒成長させて更にc軸配向率を高め
る。この熱処理条件は超電導材料により異なる。例えば
Bi2223系では600〜845℃の温度で、大気
中、40〜60時間程度行われる。600℃未満ではc
軸配向率が高くなく、845℃を越えると所望しない結
晶粒が大きく粒成長し、ともに高いJCが得られなくな
る。異周速圧延と熱処理により線状体はテープ状の線材
に成形されるが、1回の異周速圧延と熱処理では超電導
材料の結晶粒が十分にc軸に配向しないことがあるた
め、この異周速圧延と熱処理は繰返される。この繰返し
数は生産性及び過度の圧延による配向率低下を避けるた
めに2回程度が好ましい。
【0009】
【作用】図2に示すように、異周速圧延機で両中立点N
1,N2にはさまれた領域Aではロール11,12の各表
面で摩擦方向が逆になるため、線状体13は厚さ方向全
体にクロスシャー変形と呼ばれるせん断変形が一様に生
じる。即ち、図3に示すように普通圧延でのせん断応力
τyxは接触表面で摩擦応力に等しく厚さ中心ではゼロで
あるのに対して、図2に示される異周速圧延のクロスシ
ャー領域Aは厚さ方向で一様にせん断応力τyxが作用す
る。この結果、線状体13は幅方向にのみ圧延され、線
状体13の内部の密度の異なる境界Bにおける波打ち現
象は防止され、c軸配向率及び酸化物層の密度が高ま
る。
【0010】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、異
周速圧延時にクロスシャー領域で一様に線状体がせん断
変形するため、従来の普通圧延のような線状体内部にお
ける波打ち現象は生じず、Bi系、Y系、Tl系等の酸
化物層のc軸配向率及び密度を高めることができる。ま
た、線状体を異周速圧延機に通すことにより連続してテ
ープ状の線材が得られるため、従来のプレスによる間欠
的な加工と異なり生産性が高くかつプレスとプレスの境
界における不均質な酸化物層は形成されることはない。
この結果、長手方向の微細組織制御が均一に効率良く行
われ、実用温度で臨界電流密度JCが大きい超電導線が
得られる。
【0011】
【実施例】次に本発明の具体的態様を示すために、本発
明の実施例を比較例とともに説明する。以下に述べる実
施例は本発明の技術的範囲を限定するものではない。 <実施例>図1に示すように、パウダー・イン・チュー
ブ法により原料粉末をAgパイプに充填した。原料粉末
にはBi2223系の固相反応粉を用いた。この反応粉
は、Bi23、PbO、SrCO3、CaCO3、CuO
の各粉末を表1に示す組成比になるように秤量し均一に
混合した後、仮焼と粉砕を3回繰返して調製した。Ag
パイプは内径が5.0mm、外径が6.4mm、長さが
約500mmのものを用いて、このパイプ内に上記固相
反応粉を2.7g/cm3の密度になるように充填し
た。
【0012】
【表1】
【0013】次いで、上記線状体を溝ロール圧延機に通
し、その外径が1.4mmになるまで伸線加工した。更
に続いてスエージングマシンにより外径が1.0mmに
なるように丸線加工し、同時にAgパイプ内の粉体の密
度を高めた。丸線加工後、縮径した線状体を異周速比が
1.4の異周速圧延機(図2)に通して厚さ0.2m
m、幅1.7mmのテープ状線材に加工した。次に、こ
のテープ状線材をマッフル炉に入れ、大気中、図4に示
すように3時間で600℃まで昇温し、5時間で840
℃まで更に昇温し、10時間840℃で維持し、30時
間で835℃まで降温し、3時間で更に700℃まで降
温し、1時間で更に20℃まで冷却した。
【0014】熱処理したテープ状線材を再び異周速比が
1.4の異周速圧延機に通して厚さ0.14mm、幅
2.0mmのテープ状線材に加工し、酸化物層のc軸配
向率を高めた。ここで酸化物層の芯材のサイズは厚さ
0.07mm、幅1.6mmであった。この圧延加工し
たテープ状線材を再びマッフル炉に入れ、大気中、図5
に示すように3時間で600℃まで昇温し、5時間で8
40℃まで更に昇温し、10時間840℃で維持し、4
0時間で835℃まで降温し、3時間で更に700℃ま
で降温し、1時間で更に20℃まで冷却した。
【0015】<比較例>異周速圧延の代わりに普通圧延
を行った以外は実施例と同一の方法でテープ状線材を作
製した。 <超電導特性の測定及び評価>実施例及び比較例で得ら
れたテープ状線材の液体窒素(77K)中における超電
導特性(臨界電流IC及び臨界電流密度JC)を測定し
た。具体的には、直流四端子法によりテープ状線材の電
流及び電圧を測定した。ここで臨界電流ICは1μV/
cmでの値である。その結果を表2に示す。表2から実
施例の臨界電流密度JCは比較例と比べて約38%向上
していた。
【0016】
【表2】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の超電導線の製造工程図。
【図2】本発明の異周速圧延のギャップ内の応力状態を
示す図。
【図3】従来例の普通圧延のギャップ内の応力状態を示
す図。
【図4】本発明実施例のテープ状線材の1回目の熱処理
状況を示すタイムチャート。
【図5】本発明実施例のテープ状線材の2回目の熱処理
状況を示すタイムチャート。
【符号の説明】
11 高速ロール 12 低速ロール 13 線状体 14 テープ状線材 15 銀シース 16 酸化物層
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−53902(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 13/00 H01B 12/04 B21B 1/22

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物超電導材料を銀又はその合金によ
    り被覆して線状体に成形し、その線状体をテープ状の線
    材に成形する超電導線の製造方法において、 前記線状体を縮径した後、異周速圧延と熱処理を繰返し
    行うことを特徴とする超電導線の製造方法。
  2. 【請求項2】 異周速圧延と熱処理の繰返し数が2回で
    ある請求項1記載の超電導線の製造方法。
  3. 【請求項3】 異周速圧延における異周速比が1.1〜
    3.0である請求項1記載の超電導線の製造方法。
  4. 【請求項4】 Bi2Sr2Ca2Cu310+x組成の超電
    導体粉末を銀パイプに充填して線状体にし、この線状体
    を溝ロール圧延及びスエージングにより順次縮径する請
    求項1記載の超電導線の製造方法。
  5. 【請求項5】 熱処理温度が600〜845℃である請
    求項4記載の超電導線の製造方法。
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