JP3757617B2

JP3757617B2 - 酸化物超電導ビレット、酸化物超電導線材、及びその製造方法

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Publication number: JP3757617B2
Application number: JP13349698A
Authority: JP
Inventors: 高明笹岡
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: JPH11329111A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物超電導ビレット、酸化物超電導線材、およびその製造方法に係り、特に改善された臨界電流密度特性を有する酸化物超電導線材の製造に好適なビレット、そのビレットから製造される超電導線材とその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導体を複数に分割し、銀または銀合金をマトリックスで被覆したいわゆる銀シース多芯超電導線材の開発が進められている。酸化物超電導体としては、たとえばＢｉ−２２１２，Ｂｉ−２２２３，Ｔｌ−１２２３，Ｔｌ−２２２３，Ｙ１２３，Ｎｄ−１２３，等の酸化物粉末を出発原料とし、銀または銀合金の被覆材と複合させ、さらに超電導化熱処理を施して、超電導線材が得られる。通常、このような複合化構造は、図７にその断面を示すように、超電導体を複数のフィラメント１の組織に分割し、これらを銀または銀合金２で被覆した断面円形すなわち丸線のマルチフィラメント超電導線材３とする手法が多く用いられている（例えば、特開平４−２９２８０９を参照）。また、このような断面円形の線材に圧延加工を施し、図８に示すような断面が矩形状のテープ状酸化物超電導線材４とすることも多い。
【０００３】
酸化物超電導線材の場合、丸形状線材の７７Ｋにおける臨界電流密度をＪｃ１、テープ状線材のそれをＪｃ２とすると、Ｊｃ１＜Ｊｃ２となるのが普通である。つまり、酸化物超電導体の場合、個々の超電導フィラメントの断面形状を丸（フィラメントのアスペクト比が１）でなく、楕円またはテープ（フィラメントのアスペクト比１以上）にした方がＪｃを大きくすることができる。
【０００４】
ところで、線材の最終形状としては、丸線の方がテープ状線材に比べ汎用性があり、しかも取り扱いが容易となるとの理由から、別の断面構造として、図９に示すように、超電導フィラメント１がテープ状（アスペクト比１より大）で線材５の断面は円形とした酸化物超電導線材が提案されている（特開平９−２２３４１８号）。
【０００５】
このような構造の超電導線材は、金属パイプ中にテープ状の線材を複数本組込み、その後、縮径加工を行うことで長尺で丸形状の超電導線材を得ている。例えば、外径５０mm、長さ１ｍのビレットは減面加工（縮径加工ともいう）によって、外径１mmにすると、おおよそ２０００ｍの長尺超電導線材となる。ここで、減面加工前の外径ｄ１、加工後の外径ｄ２とすると
Ｋ＝｛１−（ｄ２／ｄ１）²｝＊１００
で示されるＫを加工度（単位は％）と呼んでいる。長尺線材を作製する場合において減面加工は不可欠であり、加工度Ｋの大きくとれる製造方法が望ましい。例えば、図７に示すような断面構造の超電導線材の場合、ｄ１＝５０mm、ｄ２＝１mmの減面加工（Ｋ＝９９．９６％）は加工途中でアニール処理を行うことで問題なく実施できる。一般には、Ｋが９９％以上可能な製法が望ましい。
【０００６】
また、超電導線材は交流損失対策として超電導フィラメントをツイストすることがある。図７に示すような丸形状の超電導線材においては、通常は丸形状でツイスト加工することで、その目的が達せられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示すような断面形状の超電導丸線材においてもＪｃ１がＪｃ２に達することはない。原因は定かでないが、このような構造において、断面内の超電導フィラメントの平板は径方向（線材の軸線に垂直な方向）に積層配置されているため、減面加工の際にテープ形状の超電導フィラメントが等方的でない圧縮力を受け、図１０に示すように超電導フィラメント１が折れてしまうことが要因の一つと考えられている。
【０００８】
また、図９に示すような断面構造においては、複数の超電導フィラメントが同心円状（線材の軸心に関し対称）に配置されていないため、交流損失対策として超電導フィラメントをツイストすることが容易でないと思われる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、断面が丸形状の超電導線材においても断面がテープ状の超電導線材と同等の臨界電流密度を達成できる酸化物超電導線材の製造に適したビレットと、そのビレットから製造される酸化物超電導線材、その線材の製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、加工度Ｋが９９％以上の高い減面加工と超電導フィラメントの高アスペクト化を同時に実現するのに適したビレット、そのビレットから製造される酸化物超電導線材、その線材の製造方法を提供することにある。さらに、本発明のもう一つの目的は、交流損失対策として超電導フィラメントにツイストを加えても、それによって臨界電流密度の劣化しない、酸化物超電導線材の製造に適したビレットと、そのビレットから製造される酸化物超電導線材、その線材の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、金属芯材と、金属芯材の周囲に配置され、超電導粉末フィラメントとその周囲の金属被覆からなる複数本の金属被覆線と、これら金属芯材と複数本の金属被覆線を収容する金属パイプを有する酸化物超電導ビレットにおいて、金属芯材、金属被覆、金属パイプの材料のビッカーズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有することを特徴とする酸化物超電導ビレットを提供する。これにより、超電導ビレットを減面加工する際に超電導フィラメントが高アスペクト化する現象を利用し、高い縮径加工度Ｋを確保しつつ、高臨界電流密度Ｊｃを有する酸化物超電導線材が得られる。また、金属芯材を中心として金属被覆線を同心円状に配置する断面構造となることから、減面加工して得られた線材は応力耐性に優れ、超電導フィラメントをキンクなしにツイストできる。従って、交流損失対策のための超電導フィラメントのツイストによっても、臨界電流密度の劣化しない酸化物超電導線材が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１、図３、及び図５は、本発明に係る酸化物超電導ビレットを示す。酸化物超電導ビレット１０は、金属芯材６を中心としてその周囲に、内部に超電導粉末フィラメント７１を含み周囲を金属７２で被覆した金属被覆線７を複数本配置し、これら金属芯材６と金属被覆線７を金属パイプ８の空間内に収容した構造である。そして、金属芯材６、金属被覆７２、金属パイプ８の材料のビッカーズ硬さを、それぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有している。金属被覆線７は、酸化物超電導粉末７１をフィラメント、その周囲の金属被覆７２をマトリックスとする複合線構造である。
【００１３】
酸化物超電導粉末７１の例として、Ｂｉ−２２１２相主相のＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏｘ組成の前駆体粉末や、Ｂｉ−２２２３相主相の（Ｂｉ−Ｐｂ）₂−Ｓｒ₂−Ｃａ₂−Ｃｕ₃−Ｏ_x組成の前駆体粉末を含むが、これらに限定されるものではない。好ましくは、酸化物超電導粉末を銀等の金属パイプに充填した後伸線加工して得られる素線を複数本束ね、別の銀等の金属パイプ内に収容して再度伸線加工することにより、マルチフィラメントの金属被覆線とする。
【００１４】
金属芯材６には、ビッカーズ硬さが１００から３００Hv程度のオーステナイト系ステンレスまたは銀合金を使用できる。ステンレスの硬さは、通常の焼き鈍し処理や減面加工の条件を変えることで調整することができる。銀合金がその材料として使用されるときは、材料の硬さは、銀合金中の添加元素の濃度を変えることで、または焼き鈍し処理時の条件を変えることで調整できる。特に、金属芯材６に銀合金を選択する場合は、Ａｇを基材としてＭｇ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｗ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種を総量で０．０１wt％以上添加することにより、超電導粉末を被覆している金属被覆（例えば、純銀からなる）よりもビッカーズ硬さを大きくすることができる。ビッカーズ硬さを大きくするためには、Ａｕ、Ｐｄを除く上記添加金属元素の添加量を多くすればよい。
【００１５】
金属芯材６、金属被覆７２、金属パイプ８の材料の組み合せとしては、例えば、金属芯材６はオーステナイト系ステンレスの焼鈍材、金属被覆７２は純銀であり、かつ金属パイプ８は銀を基材としてＭｇ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｗ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種を総量で０．０１wt％以上添加された銀合金であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００１６】
本発明の酸化物超電導ビレットにおける金属芯材６の断面形状は、好適には、図１に示したような断面円形であるが、これ以外に、図５に示されるような断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の整数）の棒材としてもよい。この場合、周囲に配置される金属被覆線７は断面円形であることが好ましい。また、金属パイプ８の内周面形状は円形の他、図３、図５に示されるように６角形でもよいが、この場合でも周囲に配置される金属被覆線７は断面円形であることが好ましい。図３では、金属芯材６が断面円形の棒材、金属被覆線７が断面円形、金属パイプ８の内周面形状が６角形の組み合せであるのに対し、図５では、金属芯材６が断面６角形の棒材、かつ金属パイプの内周面形状が６角形の組み合せとしている。なお、金属パイプ８の６角形内周面の角部分には、ビレットを線材化するための減面加工時に金属被覆線７の配置に乱れが生じないように、断面円形の金属線を配置することが好ましく、この金属線は金属被覆７２と同一材料であることが好ましい。これら多角形の金属芯材または多角形内周面を有する金属パイプを使用すると、断面円形の金属心材及び金属被覆線を使う場合に比べ、より少ない加工度Ｋの減面加工によって、超電導フィラメントの高アスペクト化が実現できる。
【００１７】
図５は、別の例の断面を示し、金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の整数）の棒材であり、かつ金属パイプの内周面形状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）としている。なお、図３、図５に示した例では、ビレットの断面構造は純粋な同心円状（対称）ではないため、交流損失改善のために線材にツイストが加えられる場合には、このツイストに起因するＪｃの劣化を抑制する効果は少なくなる。
【００１８】
図２、図４、及び図６は、それぞれ図１、図３、及び図５に示した断面構造の銀被覆酸化物超電導ビレット１０を減面加工して得られる長尺の酸化物超電導線材１１の断面を示す。ここでの減面加工は、減面加工度Ｋが９９％以上で、かつ減面加工後の金属被覆線内の超電導フィラメントのアスペクト比が２以上となる加工であることが好ましく、例えば、加工後の個々の超電導フィラメントの最大厚さを１〜１００μｍの範囲となるサイズまで細くする。なお、この減面加工の途中または減面加工終了後に被加工線材にツイスト加工を施してもよい。
【００１９】
本発明の酸化物超電導線材を製造する好ましい方法は、ビレットを加工度９９％以上に減面加工する工程と、前記超電導粉末を超電導化する熱処理工程を含む。例えば、酸化物超電導粉末がＢｉ−２２１２系の超電導体の場合は、通常、超電導化熱処理を減面加工完了後に実施する。それ以外の超電導体の場合は、減面加工の途中で超電導化のための中間熱処理と縮径加工を繰り返し実施し、最終的な超電導線材を得る。
【００２０】
ここで、本発明にいう減面加工とは、スウェジャー、ドローベンチ、またはローラーダイス、押出ダイス等を用い、酸化物超電導ビレットから最終の線材を得るためにその断面積を小さくする加工方法のことをいい、実質的に断面円形もしくは断面多角形のビレットから、実質的に断面円形のまたは多角形の長尺の最終線材を得るための縮径加工を含む。
【００２１】
本発明の酸化物超電導ビレットでは、金属芯材６、金属被覆７２、金属パイプ８の材料のビッカーズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有しているため、酸化物超電導粉末からなるフィラメントを含む金属被覆線の金属被覆は、金属芯材とその最外層の金属パイプに比べて機械的に柔らかい素材である。このため、ビレットの減面加工によって径方向に向かう圧縮力を受けると金属被覆線は金属芯材上で容易につぶされ、それゆえ、内部の超電導フィラメントがアスペクト比１以上の形状、すなわち楕円またはテープ状に変形する。この結果、減面加工と超電導フィラメントの高アスペクト化を同時に達成することができ、高いＪｃの長尺で断面円形の酸化物超電導線材（丸線）が得られる。
【００２２】
なお、金属心材、金属被覆、金属パイプの硬さの定量的な指標としては、ビッカーズ硬さに代えて、降伏応力を参照してもよい。本発明のビレットに適した金属材料である、銀、銀合金、及びオーステナイト系ステンレスの焼鈍材にあっては、ビッカーズ硬さと降伏応力は相関関係にあるものと推定される。もっとも、各金属材料のビッカーズ硬さが本発明で規定する関係を満たす限り、本発明の範囲に含まれるのはいうまでもない。
【００２３】
【実施例】
＜実施例１＞
Ｂｉ−２２１２相主相のＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_x組成の前駆体粉末を用意した。外径１２mm内径１０mm長さ５００mmの銀パイプにその前駆体粉末を充填し、直径２mmまで伸線加工し、素線Ａを得た。この素線Ａと同サイズの銀丸線を用意した。素線Ａを１８本と銀丸線１本を、銀丸線が中心に位置するように束ね、再度銀パイプに組み込んだ後再度伸線して、直径４mmの１８芯銀被覆丸線７（丸線Ｂ）を得た。このとき、丸線７の銀被覆７２は純銀からなり、そのビッカーズ硬さｙ＝４０Hvである。こうして得られた複数本の丸線７と金属心材を金属パイプ内に組み込んで、図１に示すビレットを得た。このビレットは、金属芯材が外径１４mmのステンレス３１０Ｓ（ビッカーズ硬さｘ＝２００Hv）の丸棒で、その周囲に銀被覆丸線７を１１本を配置し、外径２８mm、内径２５mmの銀合金パイプ８に組込んでいる。なお、超電導フィラメント７１の総数は１１＊１８＝１９８であるが、煩雑さを避けるため図示を一部省略している。銀合金パイプ８はＭｇとＮｉがそれぞれ０．０６wt％添加された銀合金からなるもので、降伏応力が１９０MPa 、ビッカーズ硬さｚ＝１２０Hvである。つまり、ｘ＞ｚ＞ｙを満たしている。
【００２４】
次いで、この超電導ビレット１０（外径２８mm）を押し出し加工、スウェージング、引き抜き加工、ローラーダイス加工により外径０．３mmから５mmまで伸線した。伸線過程において、金属芯材６の焼き鈍し処理（８００℃）を、外径が２４mm、２０．５mm、１７mm、１４mm、１２mm、１０mm、８．５mm、７．２mm、５mmのそれぞれの時点で施した。
【００２５】
図２は伸線後の線材の断面図の一例を示すもので、個々の超電導フィラメントが伸線加工によって丸からアスペクト比１以上の楕円またはテープ状に変形したことを示している。伸線後は超電導化熱処理を施し、超電導線材となった。
【００２６】
表１はこうして得られた線材サンプル（外径０．３から５mmまでの１０種類）の４．２Ｋにおけるフィラメントの臨界電流密度Ｊｃ、フィラメントのアスペクト比、フィラメントの厚さ、の測定結果を示したものである。これら線材の比較材として、一部のサンプル（同じく外径０．３から５mmまでの１０種類）に対して熱処理前にツイスト加工を実施した。ピッチは外径の６倍の長さとした。ツイスト加工後に同じ熱処理を実施し超電導線とした。
【００２７】
表１に示すとおり、超電導ビレットの減面加工（縮径加工）によって、フィラメントのアスペクト比は増大し、それに応じてＪｃも向上することが分かった。Ｊｃに対する最適値はフィラメントのアスペクト比が６付近、フィラメントの最大厚さが１０μｍ程度となっている。ツイスト材に関しては若干Ｊｃの低下が見られた。なお、減面加工度がさらに大きくなるにつれてフィラメントのアスペクト比も更に大きくなるが、逆にＪｃは減少する。
【００２８】
さらに、追加的な特徴として、これらの超電導線材の応力耐性を調べる目的で、Ｊｃと引っ張り応力の関係を調べた。表１に示した耐応力値はＪｃが初期値に対して２％劣化する時の引っ張り応力値を示したものである。通常の銀合金被覆酸化物超電導線材の応力耐性は１００MPa 程度であり、この線材は中心金属が硬い素材で構成されており、表１に示すように、許容応力ほぼ３００MPa と高強度化されていることが確認された。
【００２９】
実施例１は、アスペクト比１のフィラメントが縮径加工にて高アスペクト化したこと、応力耐性が改善されたこと、Ｊｃを大きく劣化させずに線材ツイストが可能であること、を示している。
【００３０】
【表１】

【００３１】
＜実施例２＞
外径１２mm内径１０mm長さ５００mmの銀合金パイプ（Ａｕを１wt％添加したＡｇ−Ａｕ合金で、ビッカーズ硬さｙ＝４０Hvである。）に、実施例１と同じ前駆体粉末を充填した素線と、銀合金パイプのそれと同一合金組成の銀合金丸線を複合させ、実施例１の丸線Ｂと同様の構造の１８芯銀合金被覆丸線Ｃを作製した。次に、実施例１と同様にして、図１に示す断面図の超電導ビレット（最外径２８mm）を得た。このビレットは、金属心材が外径１４mmの銀合金の丸棒で、ＭｇとＮｉがそれぞれ０．１wt％添加されている銀合金からなり、そのビッカーズ硬さｘ＝１７０Hvである。最外層は、実施例１と全く同じ材料、寸法形状の銀合金パイプであり、ビッカーズ硬さｚ＝１２０Hvである。よって、この実施例２のビレットの構成によれば、金属芯材のビッカーズ硬さは実施例１のそれよりも小さくなっている。
【００３２】
次いで、実施例１と同様な伸線加工で、外径０．３mmから５mmまで伸線された。伸線過程において、焼き鈍し処理は、外径１８mm、１１mm、８mm、５mmにて施した。
【００３３】
伸線後の断面は図２に示したものと類似のものである。伸線後は超電導化熱処理を施し、超電導線材となった。
【００３４】
表２はこうして得られた線材のサンプル（外径０．３から５mmまで１０種類）の４．２Ｋにおけるフィラメントの臨界電流密度Ｊｃ、フィラメントのアスペクト比、フィラメントの厚さ、耐応力値の測定結果を示したものである。これら線材の比較材として、一部のサンプル（同様に、外径０．３から５mmまで１０種類）に対して熱処理前にツイスト加工を実施した。ピッチは外径の３倍の長さとした。ツイスト加工後に同じ熱処理を実施し超電導線とした。
【００３５】
表２に示すとおり、超電導ビレットの縮径加工によって、フィラメントのアスペクト比は増大し、それに応じてＪｃも向上することが分かった。しかし、Ｋとアスペクト比の関係は実施例１と異なっており、同じＫに対してはアスペクト比が小さくなっている。これは、一つは、ビレットを構成する各材料のビッカーズ硬さｘ、ｙ、ｚの大小関係、及び、加工途中でのｘ、ｙ、ｚの大小関係の違いに依存して、伸線加工時の銀合金被覆丸線の変形度に違いが生じるためである。一方、ツイスト加工のＪｃへの影響は実施例１に比べ小さかった。これは金属芯材の硬さを実施例１のステンレスより柔らかくしたためと考えられる。Ｊｃに対する最適値はフィラメントのアスペクト比が７程度、フィラメントの最大厚さが６μｍ程度となっている。この実施例２では中心金属の素材を実施例１より柔らかくしており、縮径加工によるフィラメントアスペクト比の増大は小さくなっている。なお、Ｊｃが最大となる加工度とフィラメント形状も、金属芯材をステンレスにした実施例１と異なり、耐応力値は小さくなっている。
【００３６】
実施例２は、実施例１の結論を支持するとともに、金属芯材の硬さの程度によって、アスペクト比の大きくなる程度が異なることを示している。また、表２にあるように、金属芯材に銀合金を使うことで、ツイストによるＪｃの劣化を小さくできることも示された。
【００３７】
【表２】

【００３８】
＜実施例３＞
実施例１、実施例２とは別の組成、すなわちＢｉ−２２２３相主相の（Ｂｉ−Ｐｂ）₂−Ｓｒ₂−Ｃａ₂−Ｃｕ₃−Ｏ_x組成の前駆体粉末を用意した。この粉末から実施例１の素線Ｂと同じ構造の１８芯銀被覆丸線Ｄを作製した。そして、図３に示すような銀被覆酸化物超電導ビレット１０を作製した（銀被覆のビッカーズ硬さｙ＝４０Hv）。このビレットは、金属心材６が外径１６mmのステンレス３１０Ｓ（ビッカーズ硬さｘ＝２００Hv）で、その外周に外径４mmの１８芯の銀被覆丸線７（丸線Ｄ）を配置し、内周面が６角形（対辺寸法２４mm）外径が丸形の銀合金パイプ８（実施例１と全く同じ銀合金製で、ビッカーズ硬さｚ＝１２０Hv）を最外層として配置している。さらに、内側６角の角に純銀丸線９を配置した。これは丸線７の配置が加工の際にぐらつかないようにするためである。この超電導ビレット１０を外径２．５mmまで伸線し、１回目の超電導化熱処理としての中間熱処理を施した。その後、外径２．２mmまで伸線し、２回目の超電導化熱処理としての中間熱処理を施した。その後、外径２mmまで伸線し、最後（３回目）の超電導化熱処理を施し、外径２mmのＢｉ−２２２３超電導丸線を得た。図４は得られた線材１１の線材断面図を示したものである。この超電導線材１１の７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは３００Ａ／mm²相当を示した。さらに、追加的な特徴として、これらの超電導丸線はステンレスで機械的強度が補強されているため、引張り応力を３００MPa 加えてもＪｃ劣化のないことが確認された。
【００３９】
実施例３の結果は、本発明の高アスペクト化現象が、他の酸化物超電導材料を用いた線材においても同様に起こることを示している。
【００４０】
＜実施例４＞
実施例１で作製した１８芯銀被覆丸線（丸線Ｂ、外径４mm）を用い、図５に示す断面の超電導ビレット１０を作製した。このビレットは金属芯材が６角棒（対辺寸法４mm）のステンレス３１０Ｓ（ｘ＝２００Hv）で、その外周に６本の銀被覆丸線７を配置している。最外層の銀合金パイプ８は内周面が対辺寸法１２mmの６角で、外径が１８mmである。さらに内側６角の角に純銀丸線９（外径１．６mm）を配置した。この純銀丸線９は実施例３と同様に、銀被覆丸線７の配置を安定させるためのものである。フィラメントの総数は６＊１８＝１０８である。銀合金パイプ８は、ＭｇとＮｉがそれぞれ０．０６wt％添加された銀合金からなり、降伏応力が２００MPa 、ビッカーズ硬さが１２０Hvである。
【００４１】
次いで、この超電導ビレット１０（外径１８mm）をスウェージング、引き抜き加工、ローラーダイス加工により外径０．３mmから５mmまで伸線した。伸線過程において、中芯金属（ステンレス）の焼き鈍し処理（８００℃）を、外径１７mm、１４mm、１２mm、１０mm、８．５mm、７．２mm、５mmのそれぞれの時点で実施した。
【００４２】
図６は伸線後の線材の一例を示すもので、個々の超電導フィラメントが伸線加工によって、丸からアスペクト比１以上の楕円またはテープ状に変形したことを示している。伸線後は超電導化熱処理を施し、超電導線材１１となった。
【００４３】
表３は、こうして得られた線材サンプル（外径０．３から４mmまで１０種類）の４．２Ｋにおけるフィラメントの臨界電流密度Ｊｃ、フィラメントのアスペクト比、フィラメントの厚さ、の測定結果を示したものである。これら線材の比較材として、一部のサンプルに対して熱処理前にツイスト加工を実施した。ピッチは外径の１０倍の長さとした。ツイスト加工後に同じ熱処理を実施し超電導線とした。
【００４４】
表３に示すとおり、超電導ビレットの減面加工（縮径加工）によって、フィラメントのアスペクト比は増大し、それに応じてＪｃも向上することが分かった。特に実施例４の場合、金属芯材を断面６角形の棒材とし、かつ最外層の銀合金パイプの内周面形状を６角形としたことにより、少ない減面加工でも超電導フィラメントの高アスペクト化が実現できることがわかる。但し、ツイスト材に関してはＪｃの低下が見られた。この実施例では、金属心材の断面形状が６角であるため、その周囲に配置された銀被覆丸線内の超電導フィラメントが、完全な同心円形状に配置されないことが、Ｊｃ低下の理由と考えられる。この実施例における、Ｊｃに対する最適値はフィラメントのアスペクト比が６程度、フィラメントの最大厚さが１５μｍ程度となっている。
【００４５】
実施例４の超電導銀被覆ビレットの構成においては、多角形の金属芯材と内周面が多角形の空間をもつ銀合金パイプの辺同士で銀被覆丸線を挟む構造としたため、減面加工によってフィラメントを更に高アスペクト化できることを示している。
【００４６】
【表３】

【００４７】
本発明では、超電導ビレットから最終形状の線材を得る工程での減面加工度Ｋは９９％以上とした。Ｋの大きい工程のない製法においては、従来技術の採用で問題ない。
【００４８】
また、実施例３、４における純銀丸線の使用は任意でよく、断面形状の乱れが好ましくない場合に充填するのが好ましい。減面加工においては、丸材から丸材の加工のみならず、丸材から６角材、４角材等への加工も可能である。
【００４９】
なお、本発明の酸化物超電導線材は、それ自体導体として、あるいはその複数本の集合化した導体として用いる場合の他、それらを他の部材と複合化した構成にしてもよい。その応用例としては、マグネット、コイル、ケーブル、ブスバー、電流リード、磁気シールド、永久電流スイッチ等の超電導デバイスがあげられる。さらに、前記の応用として使用する場合、その作製法はReact&Wind法あるいはWind&React法のいずれであってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属芯材と、金属芯材の周囲に配置され、超電導粉末フィラメントとその周囲の金属被覆からなる複数本の金属被覆線と、これら金属芯材と複数本の金属被覆線を収容する金属パイプを有する酸化物超電導ビレットにおいて、金属芯材、金属被覆、金属パイプの材料のビッカーズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有することから、超電導ビレットを減面加工する際に超電導フィラメントが高アスペクト化する現象を利用し、高い縮径加工度Ｋを確保しつつ、高臨界電流密度Ｊｃを有する酸化物超電導線材が得られる。また、金属芯材を中心として金属被覆線を同心円状に配置する断面構造となることから、減面加工して得られた線材は応力耐性に優れ、超電導フィラメントをキンクなしにツイストできる。従って、交流損失対策のための超電導フィラメントのツイストによっても、臨界電流密度の劣化しない酸化物超電導線材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物超電導ビレットの一例を示す断面図である。
【図２】図１の酸化物超電導ビレットを伸線、熱処理後の線材を示す断面図である。
【図３】本発明の酸化物超電導ビレットの他の例を示す断面図である。
【図４】図３の酸化物超電導ビレットを伸線、熱処理後の線材を示す断面図である。
【図５】本発明の酸化物超電導ビレットの他の例を示す断面図である。
【図６】図５の酸化物超電導ビレットを伸線、熱処理後の線材を示す断面図である。
【図７】従来のマルチフィラメント型酸化物超電導丸線材の一例を示す断面図である。
【図８】従来のマルチフィラメント型超酸化物超電導テープ線材の一例を示す断面図である。
【図９】従来のマルチフィラメント型酸化物超電導丸線材の他の例を示した断面図である。
【図１０】従来型のマルチフィラメント型超電導丸線材の他の例を示した断面図である。
【符号の説明】
１超電導フィラメント
２銀または銀合金被覆
３マルチフィラメント酸化物超電導線材
４テープ状酸化物超電導線材
５酸化物超電導丸線材
６金属芯材
７金属被覆丸線
８金属パイプ
１０酸化物超電導ビレット
１１酸化物超電導線材

Claims

金属芯材と、該金属芯材の周囲に配置され、超電導粉末フィラメントとその周囲の金属被覆からなる複数本の金属被覆線と、これら金属芯材と複数本の金属被覆線を収容する金属パイプを有する酸化物超電導ビレットにおいて、前記金属芯材、前記金属被覆、前記金属パイプの材料のビッカーズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有することを特徴とする酸化物超電導ビレット。
前記金属芯材がオーステナイト系ステンレスの焼鈍材からなり、前記金属被覆が純銀からなり、かつ前記金属パイプが銀を基材としてＭｇ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｗ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種を総量で０．０１wt％以上添加された銀合金からなることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導ビレット。
前記金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の整数）の棒材であり、かつ前記金属被覆線が断面円形であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導ビレット。
前記金属芯材が断面円形の棒材であり、前記金属被覆線が断面円形であり、かつ前記金属パイプの内周面形状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導ビレット。
前記金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の整数）の棒材であり、かつ前記金属パイプの内周面形状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導ビレット。
請求項１ないし５のいずれかに記載の酸化物超電導ビレットを、加工度９９％以上に減面加工し線材としたことを特徴とする酸化物超電導線材。
前記減面加工の途中または減面加工終了後に被加工線材にツイスト加工を施したことを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導線材。
前記減面加工が、前記金属被覆線内の超電導フィラメントのアスペクト比を２以上とする加工であることを特徴とする請求項６または７に記載の酸化物超電導線材。
金属芯材と、該金属芯材の周囲に配置され、超電導粉末フィラメントとその周囲の金属被覆からなる複数本の金属被覆線と、これら金属芯材と複数本の金属被覆線を収容する金属パイプを有する酸化物超電導ビレットにおいて、
前記金属芯材、前記金属被覆、前記金属パイプの材料のビッカーズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有する酸化物超電導ビレットを用意する工程と、前記酸化物超電導ビレットを加工度９９％以上に減面加工する工程と、前記超電導粉末フィラメントにおける前駆体粉末を超電導化する熱処理工程を含むことを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
前記減面加工の途中または減面加工終了後に被加工線材にツイスト加工を施す工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
前記減面加工が、前記金属被覆線内の超電導フィラメントのアスペクト比を２以上とする加工であることを特徴とする請求項９または１０に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
前記金属芯材がオーステナイト系ステンレスの焼鈍材からなり、前記金属被覆が純銀からなり、かつ前記金属パイプが銀を基材としてＭｇ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｗ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種を総量で０．０１wt％以上添加された銀合金からなることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造方法。
前記金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の整数）の棒材であり、かつ前記金属被覆線が断面円形であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造方法。
前記金属芯材が断面円形の棒材であり、前記金属被覆線が断面円形であり、かつ前記金属パイプの内周面形状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造方法。
前記金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の整数）の棒材であり、かつ前記金属パイプの内周面形状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造方法。