JP3102010B2 - タリウム系酸化物超電導線材 - Google Patents
タリウム系酸化物超電導線材Info
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はタリウム（Tl）系の酸化物超電導体を活用し
た金属被覆超電導線材に関するものである。
た金属被覆超電導線材に関するものである。
［従来の技術］ 近時、超電導状態に遷移する臨界温度が液体窒素温度
（77K）以上の高い値を示す酸化物超電導材料が種々発
表されている。
（77K）以上の高い値を示す酸化物超電導材料が種々発
表されている。
その中でもTl−Ba/Sr−Ca−Cu−ＯのようなTl系の超
電導体を活用したテープ状金属被覆線材は比較的高い値
を示すことが報告されている。
電導体を活用したテープ状金属被覆線材は比較的高い値
を示すことが報告されている。
そのテープ状線材の主な製造方法としては次のような
方法が知られている。
方法が知られている。
まず、共沈法（化学的性質のいくぶん似た溶質が共存
する溶液から同時に主沈澱と共に沈澱させる方法）によ
って得られた所定組成比の原料混合粉末を乾燥後、圧粉
成形して800〜900℃の温度で熱処理し、液体窒素温度の
臨界温度を有する酸化物超電導体、例えば2223相、2212
相を合成する。そして微細に粉砕した後、金属、例えば
銀のパイプ中に充填し、引抜き、スウェージング等によ
り細線化し、更に圧延によりテープ状に成形する。最後
に芯部となる超電導粒子を結合させるために850℃前後
の温度で２時間程度の焼結熱処理を行なって金属被覆酸
化物超電導線材とする。
する溶液から同時に主沈澱と共に沈澱させる方法）によ
って得られた所定組成比の原料混合粉末を乾燥後、圧粉
成形して800〜900℃の温度で熱処理し、液体窒素温度の
臨界温度を有する酸化物超電導体、例えば2223相、2212
相を合成する。そして微細に粉砕した後、金属、例えば
銀のパイプ中に充填し、引抜き、スウェージング等によ
り細線化し、更に圧延によりテープ状に成形する。最後
に芯部となる超電導粒子を結合させるために850℃前後
の温度で２時間程度の焼結熱処理を行なって金属被覆酸
化物超電導線材とする。
このようにして製造されたテープ状線材の臨界電流密
度（Jc）は、線材の厚さが薄いほど高い値を示し、厚さ
0.07mmの線材で8000〜10000A/cm2が得られている。
度（Jc）は、線材の厚さが薄いほど高い値を示し、厚さ
0.07mmの線材で8000〜10000A/cm2が得られている。
［発明が解決しようとする課題］ 前記したJc値は零磁場でのものであり、磁界中てはそ
の低下が著しく、外部磁界が0.1T（テスラ）のとき、零
磁界のときの1/10〜1/20の値となる。
の低下が著しく、外部磁界が0.1T（テスラ）のとき、零
磁界のときの1/10〜1/20の値となる。
さらに高磁界側の1Tのときは1/100オーダーまでJcが
低下する傾向を示す。このように磁場中でのJc特性が低
下する理由としては、芯部を構成する酸化物超電導体の
結晶粒間の結合の弱さによって微小磁界（０〜0.01T）
であっても粒界への磁束の侵入があることと、高磁界側
（0.1〜1T）では磁束をトラップできるだけのピンニン
グ力が得られないことが挙げられる。したがって、Jc特
性を改善するためには、粒子間の弱結合の改善と粒子内
のピンニング力の向上が必要である。
低下する傾向を示す。このように磁場中でのJc特性が低
下する理由としては、芯部を構成する酸化物超電導体の
結晶粒間の結合の弱さによって微小磁界（０〜0.01T）
であっても粒界への磁束の侵入があることと、高磁界側
（0.1〜1T）では磁束をトラップできるだけのピンニン
グ力が得られないことが挙げられる。したがって、Jc特
性を改善するためには、粒子間の弱結合の改善と粒子内
のピンニング力の向上が必要である。
また、芯部を構成する超電導体部は空隙が多く、電流
パスが少ない。これを解決するためには焼結熱処理温度
を高めることが必要であるが、そうすると径や厚さが小
さい線材では芯部に含まれるタリウムの蒸発量が多くな
るため、900〜920℃程度の比較的高温の熱処理では特性
が出ないという問題もある。
パスが少ない。これを解決するためには焼結熱処理温度
を高めることが必要であるが、そうすると径や厚さが小
さい線材では芯部に含まれるタリウムの蒸発量が多くな
るため、900〜920℃程度の比較的高温の熱処理では特性
が出ないという問題もある。
したがって、本発明の目的は、前記した従来技術の欠
点を解消し、磁場中のJc特性を増加させることのできる
改良されたタリウム系酸化物超電導線材を提供すること
にある。
点を解消し、磁場中のJc特性を増加させることのできる
改良されたタリウム系酸化物超電導線材を提供すること
にある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、芯部となる超電導体として、タリウ
ム系超電導体の粉末にCaO、Ca2CuO3、CaCu2O3等のCa又
はCa−Cuの酸化物を添加した粉末を900℃以上で焼結熱
処理してなる超電導体を芯部としたテープ状の金属被覆
線材であって、厚さを0.2mm以上とすることにより、線
材の磁場中におけるJc特性を大幅に向上させたものであ
る。
ム系超電導体の粉末にCaO、Ca2CuO3、CaCu2O3等のCa又
はCa−Cuの酸化物を添加した粉末を900℃以上で焼結熱
処理してなる超電導体を芯部としたテープ状の金属被覆
線材であって、厚さを0.2mm以上とすることにより、線
材の磁場中におけるJc特性を大幅に向上させたものであ
る。
この場合、タリウム（Tl）系超電導体の粉末として
は、77K以上の臨界温度を有する超電導体、例えば2223
相、2212相を主体とするTl−Ba−Ca−Cu−Ｏ、Tl−Ba/S
r−Ca−Cu−Ｏ等の焼成処理後の粉砕工程を経た微粉末
をいう。焼成処理前の原料粉末の粒径が大きいと、焼成
処理後の粉砕工程を経た後も結晶粒の十分な微細化がで
きないが、原料粉末の粒径が５μｍ程度以下、好ましく
は１μｍ以下とすれば粉末の微細化と均質化の効果が得
られ、超電導特性に好い影響を与える。したがって、焼
成処理前の原料粉末としては、比較的容易に微粉末から
得られる共沈法を用いて製作したものであることが望ま
しい。
は、77K以上の臨界温度を有する超電導体、例えば2223
相、2212相を主体とするTl−Ba−Ca−Cu−Ｏ、Tl−Ba/S
r−Ca−Cu−Ｏ等の焼成処理後の粉砕工程を経た微粉末
をいう。焼成処理前の原料粉末の粒径が大きいと、焼成
処理後の粉砕工程を経た後も結晶粒の十分な微細化がで
きないが、原料粉末の粒径が５μｍ程度以下、好ましく
は１μｍ以下とすれば粉末の微細化と均質化の効果が得
られ、超電導特性に好い影響を与える。したがって、焼
成処理前の原料粉末としては、比較的容易に微粉末から
得られる共沈法を用いて製作したものであることが望ま
しい。
そのようなタリウム系超電導体の微粉末に対するCa又
はCa−Cuの酸化物の添加量は、タリウム系超電導体の粉
末に含まれるCa量の10％程度を添加し、粉末全体の組成
比がTl−Ba−Ca−Cuの場合、CaOのときTl2Ba2Ca2.2Cu3O
x、Ca2CuO3のときTl2Ba2Ca2.2Cu3.1Ox、CaCu2OのときTl
2Ba2Ca2.2Cu3.4Ox等、Tl−Ba/Sr−Ca−Cuの場合、CaOの
ときTl2Ba1.6Sr0.4Ca2.2Cu3Ox、Ca2CuOのときTl2BA1.6S
r0.4Ca2.2Cu3.1Ox、CaCu2O3のときTl2BA1.6Sr0.4Ca2.2C
u3.4Ox等となるようにすることが望ましい。その他のタ
リウム系、例えばTlBa2Ca3Cu4Oxの場合、CaOのときTlBa
2Ca3.3Cu4Ox、Ca2CuO3のときTlBa2Ca3.3Cu4.15Ox、CaCu
2O3のときTlBa2Ca3.3Cu4.6Ox等となるようにすることが
望ましい。
はCa−Cuの酸化物の添加量は、タリウム系超電導体の粉
末に含まれるCa量の10％程度を添加し、粉末全体の組成
比がTl−Ba−Ca−Cuの場合、CaOのときTl2Ba2Ca2.2Cu3O
x、Ca2CuO3のときTl2Ba2Ca2.2Cu3.1Ox、CaCu2OのときTl
2Ba2Ca2.2Cu3.4Ox等、Tl−Ba/Sr−Ca−Cuの場合、CaOの
ときTl2Ba1.6Sr0.4Ca2.2Cu3Ox、Ca2CuOのときTl2BA1.6S
r0.4Ca2.2Cu3.1Ox、CaCu2O3のときTl2BA1.6Sr0.4Ca2.2C
u3.4Ox等となるようにすることが望ましい。その他のタ
リウム系、例えばTlBa2Ca3Cu4Oxの場合、CaOのときTlBa
2Ca3.3Cu4Ox、Ca2CuO3のときTlBa2Ca3.3Cu4.15Ox、CaCu
2O3のときTlBa2Ca3.3Cu4.6Ox等となるようにすることが
望ましい。
そのような酸化物超電導体の単芯又は多芯を収容する
金属被覆としては、銀以外の金属、例えばAg−Pd合金、
Ag−Mg合金、Au、Au−Pd合金、Cu、SUS等であっても同
様の効果が期待できる。
金属被覆としては、銀以外の金属、例えばAg−Pd合金、
Ag−Mg合金、Au、Au−Pd合金、Cu、SUS等であっても同
様の効果が期待できる。
なお、本発明に係る線材は、テープ状に限らず、線
状、棒状等であっても差し支えない ［作用］ CaO、Ca2CuO3、CaCu2O3等のCa又はCa−Cuの酸化物を
添加したタリウム系超電導体の粉末を活用した場合、芯
部となる超電導体の粒子を結合させるために比較的高
温、例えば900〜920℃で焼結熱処理したときに、CaO等
が半溶融状態で微細に分散し、さらにはそれが包晶反応
によって超電導結晶粒内にトラップされると同時に、結
晶粒界への異相生成の抑制となるためピンニング力が強
くなり、磁場中でのJc特性を改善することができる。
状、棒状等であっても差し支えない ［作用］ CaO、Ca2CuO3、CaCu2O3等のCa又はCa−Cuの酸化物を
添加したタリウム系超電導体の粉末を活用した場合、芯
部となる超電導体の粒子を結合させるために比較的高
温、例えば900〜920℃で焼結熱処理したときに、CaO等
が半溶融状態で微細に分散し、さらにはそれが包晶反応
によって超電導結晶粒内にトラップされると同時に、結
晶粒界への異相生成の抑制となるためピンニング力が強
くなり、磁場中でのJc特性を改善することができる。
［実 施 例］ 以下に、Tl−Ba/Sr−Ca−Cu−Ｏ粉末を原料とした銀
被覆多芯状テープ線材の例を説明する。
被覆多芯状テープ線材の例を説明する。
原料粉末としてTl（NO3）２、Ba（NO3）２、Sr（N
O3）２、Ca（NO3）２、及びCu（NO3）２の各粉末を2.0:
1.6:0.4:2.0:3.0（＝Tl:Ba:Sr:Ca:Cu）の比率となるよ
うに秤量して混合した後、それを溶媒（水）中に溶解
し、そのpHを９〜10に調整して共沈させた。その沈澱し
た粉末を500℃で10時間乾燥した後、その圧粉成形体を8
70℃で10時間大気中で熱処理して微粉末に粉砕した。
O3）２、Ca（NO3）２、及びCu（NO3）２の各粉末を2.0:
1.6:0.4:2.0:3.0（＝Tl:Ba:Sr:Ca:Cu）の比率となるよ
うに秤量して混合した後、それを溶媒（水）中に溶解
し、そのpHを９〜10に調整して共沈させた。その沈澱し
た粉末を500℃で10時間乾燥した後、その圧粉成形体を8
70℃で10時間大気中で熱処理して微粉末に粉砕した。
粉末は平均粒径が１〜２μｍで、交流磁化率法により
その臨界温度（Tc:on set）＝120Kを確認した。
その臨界温度（Tc:on set）＝120Kを確認した。
その超電導体粉末に、CaOを超電導体粉末に含まれるC
a量の10％を添加し、粉末全体の組成比がTl2Ba1.6Sr0.4
Ca2.2Cu3Oとなるようにしてよく混合した。その後、こ
の粉末を外形6.0mmの銀パイプ中に充填し、スウェージ
ャ及びダイス引きにより外径1.2mmの銀被覆シングル線
材とした後、定尺に切断し、その複数本を外径10mmの銀
パイプの中に組込んでスウェージャ及びダイス引きによ
り外径2.0mmの銀被覆サブマルチ線材とした。次に、そ
のサブマルチ線材を定尺に切断し、その複数本を銀パイ
プに組込んで再度減面加工して外径2.0mm、36芯の銀被
覆マルチ線材とした。その後、ロール圧延により厚さの
異なる４種類のテープ状線材を得た。
a量の10％を添加し、粉末全体の組成比がTl2Ba1.6Sr0.4
Ca2.2Cu3Oとなるようにしてよく混合した。その後、こ
の粉末を外形6.0mmの銀パイプ中に充填し、スウェージ
ャ及びダイス引きにより外径1.2mmの銀被覆シングル線
材とした後、定尺に切断し、その複数本を外径10mmの銀
パイプの中に組込んでスウェージャ及びダイス引きによ
り外径2.0mmの銀被覆サブマルチ線材とした。次に、そ
のサブマルチ線材を定尺に切断し、その複数本を銀パイ
プに組込んで再度減面加工して外径2.0mm、36芯の銀被
覆マルチ線材とした。その後、ロール圧延により厚さの
異なる４種類のテープ状線材を得た。
最後に各テープ状線材の芯部の粒子間を接合させるた
め、夫々900〜920℃で２時間、酸素雰囲気中で熱処理し
て銀被覆酸化物超電導線材とした。
め、夫々900〜920℃で２時間、酸素雰囲気中で熱処理し
て銀被覆酸化物超電導線材とした。
得られた各線材の零磁場中のJcを第１表に、また磁場
中のJcを第２表に示す。
中のJcを第２表に示す。
本発明による線材ではテープ厚さが0.1mm、または0.0
7mmと薄い場合は効果を発揮しないために割愛した。
7mmと薄い場合は効果を発揮しないために割愛した。
なお、比較例は、CaOを添加しない平均粒径が５〜６
μｍの実施例と同様の超電導粉末を用いて同様に加工し
た後、845℃で２時間の焼結熱処理を行った線材の例で
ある。
μｍの実施例と同様の超電導粉末を用いて同様に加工し
た後、845℃で２時間の焼結熱処理を行った線材の例で
ある。
表の結果から、本発明による線材における零磁場中の
Jcは、厚さ0.2mm及び0.5mmの線材は共に比較例に比べて
２〜３倍向上した。これは焼結温度が高くなったこと
と、より微細な粉末を用いたことによって超電導体が緻
密になったことによるものと思われる。
Jcは、厚さ0.2mm及び0.5mmの線材は共に比較例に比べて
２〜３倍向上した。これは焼結温度が高くなったこと
と、より微細な粉末を用いたことによって超電導体が緻
密になったことによるものと思われる。
また、第２表の比較例で、零磁界で104A/cm2が得られ
た線材も、外部磁界1TのときのJcは100A/cm2であるのに
対し、本発明による線材の場合、テープ厚さが0.2mmの
線材を例にとると、零磁界中のJcは低い値ではあるが、
外部磁界1Tのとき1500A/cm2と飛躍的に向上している。
これは超電導粉末に非超電導相のCaOを添加したことに
より900〜920℃と比較的高温で熱処理したときに半溶融
状態でCaOが微細に分散し、さらには包晶反応によって
超電導結晶粒内にCaOがトラップされると同時に、結晶
粒界への異相生成の抑制となってピンニング力が強くな
り、磁場中のJcが改善されたものと推定される。
た線材も、外部磁界1TのときのJcは100A/cm2であるのに
対し、本発明による線材の場合、テープ厚さが0.2mmの
線材を例にとると、零磁界中のJcは低い値ではあるが、
外部磁界1Tのとき1500A/cm2と飛躍的に向上している。
これは超電導粉末に非超電導相のCaOを添加したことに
より900〜920℃と比較的高温で熱処理したときに半溶融
状態でCaOが微細に分散し、さらには包晶反応によって
超電導結晶粒内にCaOがトラップされると同時に、結晶
粒界への異相生成の抑制となってピンニング力が強くな
り、磁場中のJcが改善されたものと推定される。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、Ca
またはCa−Cuの酸化物を混合した超電導粉末を活用した
ものであるから、比較的高温の熱処理が可能で、磁場中
でのJc特性を向上させることができる効果があり、マグ
ネットコイル用導体、電線ケーブル等広範囲に利用する
ことが可能である。
またはCa−Cuの酸化物を混合した超電導粉末を活用した
ものであるから、比較的高温の熱処理が可能で、磁場中
でのJc特性を向上させることができる効果があり、マグ
ネットコイル用導体、電線ケーブル等広範囲に利用する
ことが可能である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 12/10 H01B 13/00
Claims (2)
- 【請求項１】タリウム系酸化物超電導体の粉末にCa又は
Ca−Cuの酸化物を混合した粉末体を900℃以上で焼結熱
処理してなる超電導体を芯部としたテープ状の金属被覆
線材であって、厚さが0.2mm以上であることを特徴とす
るタリウム系酸化物超電導線材。 - 【請求項２】タリウム系酸化物超電導体の粉末が共沈法
を用いて製作したものである、前記第１項記載の線材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02016542A JP3102010B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | タリウム系酸化物超電導線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02016542A JP3102010B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | タリウム系酸化物超電導線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03222213A JPH03222213A (ja) | 1991-10-01 |
| JP3102010B2 true JP3102010B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=11919156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02016542A Expired - Fee Related JP3102010B2 (ja) | 1990-01-26 | 1990-01-26 | タリウム系酸化物超電導線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3102010B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NZ275163A (en) * | 1993-11-03 | 1999-01-28 | Ind Res Ltd | Preparation of high temperature superconductive components based on thallium strontium calcium (barium) copper oxide by containment and then deformation |
| JP6286275B2 (ja) * | 2013-10-17 | 2018-02-28 | 中部電力株式会社 | 熱電変換材料 |
-
1990
- 1990-01-26 JP JP02016542A patent/JP3102010B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03222213A (ja) | 1991-10-01 |
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|---|---|---|---|
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