JP3109077B2 - 酸化物超電導線材の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導線材の製造方法

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JP3109077B2 JP02022855A JP2285590A JP3109077B2 JP 3109077 B2 JP3109077 B2 JP 3109077B2 JP 02022855 A JP02022855 A JP 02022855A JP 2285590 A JP2285590 A JP 2285590A JP 3109077 B2 JP3109077 B2 JP 3109077B2
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、酸化物超電導線材の製造方法に関するも
ので、特に、超電導体の原料として粉末を使用する酸化
物超電導線材の臨界電流密度および長尺化加工性の向上
を図るための改良に関するものである。
[従来の技術] 特定の物質は、超電導現象下で反磁性を示し、内部に
有限な定常電流が流れているにもかかわらず、電位差が
現れなくなる。
この超電導現象の応用分野は、MHD発電、電力送電、
電力貯蔵等の電力分野、あるいは、磁気浮上列車、電磁
気推進船舶等の動力分野、さらに、磁場、高周波、放射
線等の超高感度センサとしてNMR、π中間子治療、高エ
ネルギ物理実験装置等の計測の分野、など、極めて広範
な分野にわたっており、さらに、ジョセフソン素子に代
表されるエレクトロニクスの分野でも、単に消費電力の
低減のみならず、動作の極めて高速な素子を実現し得る
技術として期待されている。
ところで、かつて超電導は、極低温下においてのみ観
測される現象であった。すなわち、従来の超電導材料と
して最も高い超電導臨界温度Tcを有すると言われていた
Nb3Geにおいても23.2Kという極めて低い臨界温度であっ
て、このような温度が長期間にわたって超電導臨界温度
の限界とされていた。
それゆえ、従来は、超電導現象を実現するために沸点
が4.2Kの液体ヘリウムを用いて超電導材料を上述したよ
うな臨界温度以下まで冷却していた。しかしながら、液
体ヘリウムの使用は、液化設備を含めた冷却設備による
技術的負担およびコスト的負担が極めて大きく、超電導
技術の実用化への妨げとなっていた。
ところが、近年に至って複合酸化物焼結体が高い臨界
温度で超電導体となり得ることが報告され、非低温超電
導体による超電導技術の実用化がにわかに促進されよう
としている。既に報告されているYBaCuO系では90Kで、B
iSrCaCuO系、BiPbSrCaCuO系では110Kで、それぞれ超電
導現象を示すことがわかっている。
[発明が解決しようとする課題] 上述したような複合酸化物焼結体すなわち酸化物超電
導体を用いて線材を製造しようとするとき、一例とし
て、次のような方法が試みられている。すなわち、酸化
物超電導体またはその原料を、加熱した後、粉砕するス
テップを複数回繰り返すことによって、まず、粉末が準
備される。この粉末は、次いで、950℃以下の温度でこ
の粉末と反応ぜずかつこの粉末を還元しない金属または
合金製のシースで被覆される。次いで、上述のように粉
末が充填されたシースは、これを縮径するように塑性加
工される。この段階で、長尺化された線材が得られる。
次いで、この線材が熱処理される。
このようにして得られた超電導線材1が第1図に示さ
れている。超電導線材1は、酸化物超電導体からなる超
電導部2、および超電導部2を取囲むように形成された
シース3を備える。シース3は、たとえば、銀または銀
合金によって構成される。
しかしながら、上述した酸化物超電導線材の製造方法
において、塑性加工して得られた線材を熱処理すると
き、酸化物超電導体またはその原料からなる粉末中から
ガスが発生し、それによって、第2図に示すように、超
電導部2に空隙4が生じ、それによって、シース3がふ
くらむことがあった。超電導線材1において、このよう
なふくらみが生じると、超電導線材1が与える臨界電流
密度Jcが低下する現象が発生していた。すなわち、超電
導線材1の臨界電流密度を上げるためには、このような
超電導部2におけるふくらみの発生を防止しなければな
らない。
また、上述したような超電導部2におけるふくらみ
は、超電導線材1の長手方向にわたって均一に生じるの
ではなく、長手方向の複数箇所に不均一に分布するのが
通常である。したがって、このようなふくらみは、長手
方向にわたって臨界電流密度Jcのばらつきの少ない超電
導線材を得ることに対して障害となっている。
そこで、この発明の目的は、超電導部のふくらみの問
題を解決し、それによって、高い臨界電流密度を与える
ことができる、酸化物超電導線材の製造方法を提供しよ
うとすることである。
また、この発明の他の目的は、長手方向にわたって臨
界電流密度のばらつきの少ない酸化物超電導線材の製造
方法を提供しようとすることである。
[課題を解決するための手段] この発明にかかる酸化物超電導線材の製造方法は、ま
ず、前提として、次のようなステップを備えている。す
なわち、 (1) 酸化物超電導体またはその原料を熱処理し、そ
の後、粉砕することを複数回繰返して粉末を準備するス
テップと、 (2) 前記粉末を、950℃以下の温度でこの粉末と反
応せずかつこの粉末を還元しない金属または合金製シー
スで被覆するステップと、 (3) 前記粉末が充填された前記シースを、塑性加工
するステップと、 (4) 前記塑性加工されて得られた線材を熱処理する
ステップと、 を備えている。
この発明では、上述した技術的課題を解決するため、
(1)の粉末を準備するステップに含まれる熱処理の少
なくとも一部と、(4)の線材を熱処理するステップの
一部とが、850℃以下の減圧雰囲気下で加熱するプロセ
スを備えることを特徴としている。
好ましくは、(1)の粉末を準備するステップと
(2)の粉末をシースで被覆するステップとの間に、粉
末を850℃以下の減圧雰囲気下で加熱するステップをさ
らに備えていてもよい、 なお、上述の(2)のステップの前に実施される加熱
するステップの後に、ガスまたは微粒子を吸着させない
程度に軽く粉砕する過程を導入することは、本発明の主
旨を逸脱するものではない。
好ましくは、シースを構成する材料として、銀または
銀合金が用いられる。
また、酸化物超電導体は、好ましくは、BiPbOSrCaCu
O、BiSrCaCuO、TlBaCaCuO、TlBiSrCaCuO、TlPbBaCaCu
O、またはTlPbSrCaCuO系酸化物超電導体である。
[作用] この発明において、粉末が最終焼結されるまでの段階
で、この粉末を少なくとも1度減圧下で加熱することに
より、粉末に吸着した微粒子またはガスを飛ばしてしま
うことができる。たとえば、粉末がシースで被覆される
前に、この粉末を少なくとも一度減圧加熱し、これをシ
ースで被覆し、シースを塑性加工した後、再び減圧加熱
することにより、さらに吸着した微粒子またはガスを離
脱することができる。したがって、その後、さらに超電
導粒を成長させるための熱処理を行なう際に、粉末から
のガスの発生を防止でき、このようなガス発生による超
電導線材のふくれ等を防止することができる。
[発明の効果] このように、この発明によれば、超電導線材のふくら
みを防止できるため、超電導線材の内部にある超電導部
にクラック等が発生することが防止されることができ、
それゆえ、超電導線材における臨界電流密度を低下させ
る要因を除去することができる。したがって、高い臨界
電流密度を与え得る酸化物超電導線材を得ることができ
るとともに、超電導線材の長手方向にわたる臨界電流密
度のばらつきを格段に小さくすることができる。
このような理由から、この発明によって得られた酸化
物超電導線材は、マグネット用コイルや超電導ケーブル
など、長尺の線材を使用する分野において利用すると、
特に効果的である。
[実施例] 実施例1 Bi2O3、PbO、SrCO3、CaCO3、CuOを用いて、Bi:Pb:Sr:
Ca:Cu=1.8:0.4:2:2.2:3の組成比の粉末を準備した。
この粉末を、800℃で8時間熱処理し、次いで、熱処
理して得られたものを、粉末状にするため、自動乳鉢を
用いて、2時間粉砕した。その後、粉砕して得られたも
のを、860度で8時間熱処理し、次いで、再び上記と同
様に、熱処理されたものを粉末状に粉砕した。この粉末
を半分に分け、それぞれについて以下に述べるような処
理を行なった。
半分にされた粉末の一方は、そのまま、シースとなる
べき外径6mm、内径4mmの銀パイプに充填され、次いで、
伸線および圧延の各加工を行ない、厚さ0.2mmのテープ
状線材を作製した(線材1)。
一方、粉末の残りの半分は、再び、700℃で30分間、2
0Torrの減圧下で加熱され、その後、上記と同様の銀パ
イプに充填し、同様の手法を用いて、線材化した(線材
2)。
このようにして得られた線材1および2を、それぞ
れ、845℃で50時間、大気中において熱処理したとこ
ろ、線材1は、第2図に示すようにふくらんだが、線材
2は、第1図に示すように、全くふくらまなかった。ま
た、ふくらんだ線材1では、電流がほとんど流れなかっ
たが、線材2では、液体窒素(77.3K)中において、125
00A/cm2の臨界電流密度が得られた。また、線材1およ
び2の各々に対して、5mの長さ範囲での長手方向に関す
る臨界電流密度の分布状態が、以下の第1表に示されて
いる。この第1表からわかるように、線材2では、臨界
電流密度のばらつきが約20%以内に収まっている。
実施例2 上記実施例1において得られた線材1および2のそれ
ぞれについて、さらに、厚さ0.15mmになるまで圧延し、
次いで、840℃で熱処理したところ、以下の第2表に示
すような臨界電流密度の分布状態が得られた。この第2
表からわかるように、線材2の方が、臨界電流密度のば
らつきに関して、良好な結果を示している。
実施例3 上記実施例1において粉末を充填し、伸線および圧延
加工により得られた線材1および2を、700℃で30分
間、20Torrの減圧下で加熱し、その後、845℃で50時
間、大気中で焼結し、さらに実施例2で示す加工および
熱処理を実施した。その結果、実施例1においてふくれ
た線材1についても、ふくれることはなかった。また、
臨界電流密度については、第3表に示すように、線材1
は、実施例1および2に比べて高い臨界電流密度を示
し、また、このような臨界電流密度のばらつきも少な
い。他方、線材2についても、実施例1および2に比べ
て、さらに高い臨界電流密度を示し、そのばらつきも少
ない良好な結果を示している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明によって得ようとする酸化物超電導
線材1の一部を示す斜視図である。第2図は、不所望に
もふくらみが生じた酸化物超電導線材1の一部を示す斜
視図である。 図において、1は超電導線材、2は超電導部、3はシー
ス、4は空隙である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 12/00 - 13/00 B28B 1/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化物超電導体またはその原料を熱処理
    し、その後、粉砕することを複数回繰返して粉末を準備
    するステップと、 前記粉末を、950℃以下の温度でこの粉末と反応せずか
    つこの粉末を還元しない金属または合金製シースで被覆
    するステップと、 前記粉末が充填された前記シースを、塑性加工するステ
    ップと、 前記塑性加工されて得られた線材を熱処理するステップ
    と、 を備える、酸化物超電導線材の製造方法において、 前記粉末を準備するステップに含まれる熱処理の少なく
    とも一部と、前記線材を熱処理するステップの一部と
    が、850℃以下の減圧雰囲気下で加熱するプロセスを含
    むことを特徴とする、酸化物超電導線材の製造方法。
  2. 【請求項2】前記シースは、銀まは銀合金製である、請
    求項1に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
  3. 【請求項3】前記粉末を準備するステップと前記粉末を
    シースで被覆するステップとの間に、前記粉末を850℃
    以下の減圧雰囲気下で加熱するステップをさらに備え
    る、請求項1または2に記載の酸化物超電導線材の製造
    方法。
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