JP3783538B2 - 酸化物超電導線材の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸化物超電導線材およびその製造方法に関し、特に、電力、輸送、高エネルギー、医療などの分野で用いられる酸化物超電導線材とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、酸化物の焼結体が高い臨界温度で超電導特性を示すことが報告され、この超電導体を利用して超電導技術の実用化が促進されている。イットリウム系の酸化物は温度90Kで、ビスマス系の酸化物は温度110Kで超電導現象を示すことが報告されている。これらの酸化物超電導体は、比較的安価で入手できる液体窒素中で超電導特性を示すため、実用化が期待されている。
【0003】
このような超電導体に、たとえば電力供給用の交流電流を流すためには、超電導体を銀シースで被覆し、その銀シースを高抵抗体で被覆し、その高抵抗体をさらに金属で被覆するような超電導線材が用いられている。
【0004】
上述のような構造の超電導線材は、たとえば国際公開公報WO96/28853号、特開平11−7846号公報(特許公報第2992502号)、特開平10−50152号公報、特開平10−247428号公報、特開平3−15116号公報、特開平11−312420号公報、特開平3−15115号公報および特開平1−140520号公報(特許公報第2877149号)に開示されている。
【0005】
国際公開公報WO96/28853号は、酸化物超電導体の周囲を銀などで被覆し、さらにその周囲を金属で被覆し、その金属を酸化させることにより、銀と金属との間に金属酸化物からなる高抵抗層を形成した酸化物超電導線材を開示している。
【0006】
また、特開平11−7846号公報は、超電導体セラミックスで形成された芯が銀を主成分とする合金でできた第1の被覆で取囲まれ、その被覆自体が酸素を透過する非超電導体セラミックス層で取囲まれ、そのセラミックス層自体が銀を主成分とする合金でできた第2の被覆層で取囲まれる酸化物高温超電導線材を開示している。
【0007】
特開平10−50152号公報は、酸化物超電導体を銀で被覆し、その周囲を抵抗性合金(高抵抗体)で被覆し、その抵抗性合金を酸化させることにより銀と高抵抗合金との間に絶縁性酸化物を形成する酸化物超電導線材を開示している。
【0008】
特開平10−247428号公報は、酸化物超電導体を金属材層で被覆してなる素線を複数本配置した多芯構造の酸化物超電導線材において、素線は、金属材層の外側にこの金属材層より抵抗率の高い高抵抗率材層を備えた酸化物超電導線材を開示している。
【0009】
特開平3−15116号公報は、異方性を有する酸化物超電導体の線材であって、線材の芯部と、酸化物超電導体の特定の結晶軸の方向が芯部に向いて配列するように芯部のまわりを取囲む超電導層とを備え、超電導層が複数に分割して形成され、かつ半径方向よりも周方向に長い形状に形成されている酸化物超電導線材を開示している。また、この公報は、複数の超電導層間に設けられる、電気抵抗の高い物質からなる高抵抗層をさらに備えた酸化物超電導線材を開示している。
【0010】
また、特開平11−312420号公報は、酸化物高温超電導体と、酸化物高温超電導体を被覆し、銀を含む材料からなるシース体と、シース体を被覆し、耐熱性セラミックスを含む材料からなる高抵抗体と、高温酸化性雰囲気中で高抵抗体に対して不活性な材料からなり、高抵抗体を被覆する被覆体とを備えた酸化物高温超電導線材が開示されている。
【0011】
また、特開平3−15115号公報では、耐食酸化性金属を構成材とするクラッド材を被覆金属として用いたことを特徴とする金属被覆酸化物超電導線材が開示されている。
【0012】
また、特開平1−140520号公報(特許公報第2877149号)は、セラミックス原料粉末を金属製のパイプに充填し、金属製のパイプの断面積を縮小させる塑性変形を行い、その後熱処理する技術および金属製パイプを熱間塑性変形することにより十分な強度と靭性を有するとともに、細い直径でかつ高い臨界電流密度および臨界温度を有する酸化物超電導線材の製造方法を開示している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような酸化物超電導線材では以下のような問題があった。
【0014】
銀シースを用いた多芯酸化物超電導線材では、シースである銀の抵抗値が小さいために、交流損失が十分に低減されないという問題があった。上述の公報に記載された技術では、銀シース多芯酸化物超電導線材の交流損失を低減することを目的として、超電導フィラメント(銀母材)の周囲に絶縁性または抵抗性の金属酸化物等のバリアを配置する構造が開示されている。しかしながら、フィラメントに挟まれた狭い領域に密度および厚さが均一なバリアを作ることが難しく、結果として、フィラメント間の垂直抵抗が十分に高くならない。その結果、交流損失の低減が十分にできないという問題があった。また、十分な抵抗値を得るためにバリア層を厚くすると、酸化物超電導線材の全体に占める超電導体の割合が小さくなり、電流密度が低下するという問題があった。
【0015】
さらに、通常、金属酸化物等のバリアは銀シース線の周囲に金属酸化物を含むスラリを塗布することにより形成される。そのため、被覆した段階ではバリア層の密度が低いため、不均一な変形が起こり、均一なバリア層が形成されないといいう問題があった。
【0016】
また、特開昭63−239741号公報では、酸化物系超電導体および非超電導性無機物のスラリを非超電導性無機物が酸化物系超電導体を取囲むように配置し、スラリの自重または加圧によりダイスを用いスラリを押出して複合線とし、複合線を加熱乾燥させた後減面加工を施し、次いで捻じり加工を施しながら外周に金属テープを巻く超電導線の製造方法が開示されている。
【0017】
しかしながら、この方法で製造された超電導線では、外周に金属テープが巻かれているため、この超電導線を伸線または圧延加工することができない。その結果、酸化物超電導体の結晶方位を揃えることができず臨界電流値が低くなり、超電導線材として実用に供することができない。
【0018】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、交流損失を低減することができる酸化物超電導線材およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【0064】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った酸化物超電導線材の製造方法は、複数の酸化物超電導体と、複数の酸化物超電導体の間に介在するセラミックス体とを備えた酸化物超電導線材の製造方法であってセラミックス体は、バインダとセラミックス粉末に押出加工を施した後、バインダを熱分解することにより形成される。好ましくは、押出加工は、原料粉末を加圧して原料粉末を流動させ、かつ原料粉末から脱気することにより行なわれる。
【0065】
以上のこの発明の酸化物超電導線材およびその製造方法では、複数の酸化物超電導体のフィラメントがセラミックス母材に埋込まれ、その外側に金属管が配置された酸化物超電導線材が得られる。これらの酸化物超電導線材の製造方法では、従来のパウダーインチューブ法による銀被覆酸化物超電導線材の製造方法と比べて、フィラメントのまわりの銀がセラミックスに置換えられるため、銀の使用量が従来のおよそ半分にすることができる。さらに、単芯線の加工プロセスが大幅に短縮されている。これにより、製造コストを大幅に低減できる。また、従来のフィラメントを取囲む母材が従来の金属と比べて気体の透過性に優れたセラミックス体であるため、反応の過程でフィラメント内に発生した酸素等の気体を拡散させることができる。これにより、フィラメントを高密度にすることができる。その結果、酸化物超電導体内の結晶が強固に結合して高い臨界電流密度を得ることができる。
【0066】
さらに、セラミックス母材は金属管とフィラメントとの拡散障壁として有効であるため、臨界電流密度を低下させずにこれまでは使用できなかった材料を金属管として用いることができる。
【0067】
また、これまでに提案されているフィラメントを囲む銀母材の周囲にのみバリア層を配置する構造よりも抵抗体の厚さを厚くすることができるため、超電導フィラメントを抵抗体で確実に分離でき高い垂直抵抗率を得ることができる。このため、交流損失を大幅に低減することができる。また、従来の銀シース酸化物超電導線と同様の酸化物超電導体の体積率を維持できるので、同時に高い電流密度も得られる。また、セラミックス母材は、絶縁体を基本とする組成に、適当なキャリアを添加することによって、導電性を持たせることができる。これによって、端末接続と交流損失の観点から適切な抵抗率を調整することができる。
【0068】
さらに、この発明の酸化物超電導体の製造方法では、酸化物超電導線のフィラメントの原料となる粉末またはこれを成形したロッドが酸化物超電導体の組成の一部を含み、セラミックスの被覆体が酸化物超電導体の残りの組成を含む構造を適用することができる。
【0069】
具体的な一例として、最終的に(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OX超電導体を形成する場合には、フィラメントの原料になる粉末、またはこれを成形したロッドには、(BiPb)2Sr2CaCu2OX超電導体の単相を使用し、セラミックス母材には、(Ca,Sr)CuO2化合物の単相を使用する。この場合、線材製造の最終段階で加える熱処理の前には、(Ca,Sr)CuO2化合物の母材の中に、複数の(BiPb)2Sr2CaCu2OX超電導体のフィラメントが埋込まれ、(Ca,Sr)CuO2母材の外側に金属管が配置された構造となっている。つまり、各々のフィラメントの外周は、(BiPb)2Sr2CaCu2OXと(Ca,Sr)CuO2の界面が形成されている。
【0070】
熱処理の初期段階では、まず、これらの界面の拡散反応によって(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OXが形成される。この時点では、フィラメントの中央部は依然として(BiPb)2Sr2CaCu2OXであって、その外周に薄い(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OX相が形成されている。さらに、その外周は(Ca,Sr)CuO2母材である。反応が進むと(BiPb)2Sr2CaCu2OXフィラメント母材に母相からCaとCuが供給されて(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OX結晶が次第に大きく成長し、最終的にはフィラメント全体が(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OXの大きな結晶で占められるようになる。
【0071】
従来のように、最初から(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OXの組成に合わせて原料粉末を調整した仮焼粉末をフィラメントに用いる方法では、1つのフィラメントの中に多くの超電導相の核とともに、それ以外の多くの非超電導異相が含まれている。先に述べたように、反応が進むに従ってフィラメントに占める(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OXの比率は大きくなり非超電導異相は小さくなるが、完全には異相はなくならず(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OX結晶同士の弱い結合部分が残留する。
【0072】
本発明による酸化物超電導線材の製造方法において、セラミックス被覆層、セラミックスパイプおよびセラミックスビレットは押出し加工で形成することができる。これによって、セラミックス体の密度と厚さを均一化することができる。またこの方法では、少ないバインダ量で密度の高いセラミックス体を形成できるので、バインダ類を熱分解した後でもセラミックス被覆層の密度の低下が小さい。よって、その後で行なう塑性加工で不均一な変形が起こって断面形状が崩れるのを防止することができる。
【0073】
予めセラミックス被覆ロッドに所定の熱処理を加えてバインダ類を熱分解してからこれらを複数本束ねて多芯ビレットとしてもよい。この方法では、セラミックス被覆層のまわりに気体の出入りを妨げるものがない状態で熱処理できるので、バインダの熱分解を短時間で均一に行なうことができる。また、先にバインダの熱分解を行なうことによってより充填率の高い多芯ビレットができるので、その後に行なう塑性加工でより均一な断面形状を得ることができる。
【0074】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0075】
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1に従った酸化物超電導線材の断面図である。図1を参照して、酸化物超電導線材29は、酸化物超電導体としてのフィラメント27と、フィラメント27に接触してフィラメント27を被覆し、金属酸化物を含みフィラメント27の運転温度において非電導体となるセラミックス被覆体としてのセラミックス被覆層22と、セラミックス被覆層22に接触してセラミックス被覆層22を被覆する金属管としての銀シース24とを備える。酸化物超電導線材29はテープ状であり、紙面の手前側から奥側に向って延びる。フィラメント27、セラミックス被覆層22および銀シース24は横方向に延びるように偏平形状に形成されている。フィラメント27は、たとえば(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OXで構成する。酸化物超電導線材29内には複数本のフィラメント27が配置され、それらを覆うようにセラミックス被覆層22が形成されている。複数本のフィラメント27は酸化物超電導線材29の中心軸に対して螺旋状に延びるように形成されている。
【0076】
次に、図1で示す酸化物超電導線材の製造方法について説明する。まず、図2で示すように酸化物超電導線のフィラメントの原料となる粉末を成形する。これによりロッド21を形成する。
【0077】
図3および図4を参照して、押出し加工装置301aにロッド21を挿入する。押出し加工装置301aは、ベース体302と、ベース体302に取付けられたホッパー311と、脱気孔304とクロスヘッドマンドレル305とスクリュー303とを備える。ホッパー311は上方に向いて開口しており、矢印311aで示す方向から粉体が投入される。脱気孔304はベース体302を貫通しており、ベース体302内に充填されるセラミックス粉末310を圧縮した際に発生するガスを矢印304aで示す方向に排出する。ベース体302は中空形状であり、その内部にはスクリュー303が設けられ、スクリュー303を覆うようにセラミックス粉末310が充填されている。スクリュー303が回転することによりセラミックス粉末310が矢印で示す方向に移動する。なお、スクリュー303はプランジャに取替えることも可能である。
【0078】
ロッド21をクロスヘッドマンドレル305へ矢印21aで示す方向から挿入する。またスクリュー303を回転させる。これにより、スクリュー303で圧縮されたセラミックス粉末310はロッド21に沿うように流れてロッド21に接触して被覆する。これにより、図5で示すように、ロッド21と被覆層としてのセラミックス被覆層22とを備えたセラミックス被覆ロッド23を形成する。
【0079】
図6を参照して、複数本のセラミックス被覆ロッド23を銀シース24に嵌め合わせて多芯ビレット25を形成する。多芯ビレット25に熱処理を加えて、セラミックス被覆層22に含まれるバインダ類を熱分解する。
【0080】
図7を参照して、バインダ類を熱分解した後で、多芯ビレット25を塑性加工で線引きして多芯丸線26を形成する。
【0081】
図1を参照して、多芯丸線26に矩形断面成形と熱処理を行ない、フィラメントに酸化物超電導体を生成することによって複数の酸化物超電導体のフィラメント27がセラミックス被覆層22に埋込まれ、その外側に銀シース24が配置された酸化物超電導線材29を得ることができる。
【0082】
(実施の形態2)
図8は、この発明の実施の形態2に従った酸化物超電導線材の断面図である。図8を参照して、この発明の実施の形態2に従った酸化物超電導線材39は、酸化物超電導体としてのフィラメント37と、フィラメント37に接触してフィラメント37を被覆し、フィラメント37の運転温度において非電導体となるセラミックス被覆体としてのセラミックス被覆層31と、セラミックス被覆層31に接触してセラミックス被覆層31を被覆する金属管としての銀シース34とを備える。酸化物超電導線材39はテープ状であり、紙面の手前側から奥側に向って延びる。フィラメント37、セラミックス被覆層31および銀シース34は横方向に延びるように偏平形状に形成されている。フィラメント37は、たとえば(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OXで構成する。酸化物超電導線材39内には複数本のフィラメント37が配置され、それらを覆うようにセラミックス被覆層31が形成されている。複数本のフィラメント37は酸化物超電導線材39の中心軸に対して螺旋状に延びるように形成されている。
【0083】
図9〜図14は、図8で示す酸化物超電導線材の製造工程を示す図である。まず、図9を参照して、押出し加工装置301bを用意する。この押出し加工装置301bは、図3および4で示した押出し加工装置301aと同様のホッパー311、ベース体302、脱気孔304およびスクリュー303を有する。ベース体302の先端部にマンドレル307が設けられており、マンドレル307の中央部には円柱棒307aが配置されている。ベース体302内にセラミックス粉末310が充填されており、スクリュー303が回転することによりマンドレル307から粉末が押出されてセラミックスパイプにより構成される図10で示すセラミックス被覆層31が矢印31aで示す方向に延びるように形成される。
【0084】
次に、図11を参照して、実施の形態1と同様の方法に従い、酸化物超電導線のフィラメントの原料となる粉末を成形してロッド32を形成する。
【0085】
図12を参照して、セラミックス被覆層31内にロッド32を差し込む。これによりセラミックス被覆ロッド33を複数本形成する。
【0086】
図13を参照して、複数本のセラミックス被覆ロッド33を束ねて銀シース34内に挿入する。これにより多芯ビレット35を形成する。多芯ビレット35に熱処理を加えて、セラミックス被覆層31に含まれるバインダ類を熱分解する。
【0087】
図14を参照して、バインダ類を熱分解した後で、多芯ビレット35を線引きして多芯丸線36とする。
【0088】
図8を参照して、多芯丸線36に矩形断面成形と熱処理を行ない、フィラメントに酸化物超電導体を生成することによって複数の酸化物超電導体からなるフィラメント37がセラミックス被覆層31に埋込まれて、その外側に銀シース34が配置された酸化物超電導線材39を得ることができる。
【0089】
(実施の形態3)
図15は、この発明の実施の形態3に従った酸化物超電導線材の断面図である。図15を参照して、この発明の実施の形態3に従った酸化物超電導線材49は、酸化物超電導体としてのフィラメント47と、フィラメント47に接触してフィラメント47を被覆し、フィラメント47の運転温度において非電導体となるセラミックス被覆体としてのセラミックス被覆層48と、セラミックス被覆層48に接触してセラミックス被覆層48を被覆する金属管としての銀シース44とを備える。酸化物超電導線材49はテープ状であり、紙面の手前側から奥側に向って延びる。フィラメント47、セラミックス被覆層48および銀シース44は横方向に延びるように偏平形状に形成されている。フィラメント47は、たとえば(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OXで構成する。酸化物超電導線材49内には複数本のフィラメント47が配置され、それらを覆うようにセラミックス被覆層48が形成されている。複数本のフィラメント47は酸化物超電導線材49の中心軸に対して螺旋状に延びるように形成されている。
【0090】
図16〜図20は、図15で示すこの発明の実施の形態3に従った酸化物超電導線材の製造方法を示す図である。図16を参照して、まず押出し加工装置301cを準備する。押出し加工装置301cは、実施の形態1の押出し加工装置301aと同様のベース体302、ホッパー311、脱気孔304およびスクリュー303を有する。ベース体302の先端にマンドレル308が形成されており、マンドレル308には複数本の円柱棒308aが配置される。スクリュー303が回転するとセラミックス粉末310が押出されてハニカム状のセラミックスビレット41が形成する。このセラミックスビレット41は、図17で示すように複数の孔41aを有する。孔41aは、セラミックスビレット41の延びる方向に沿って延びる。
【0091】
図18を参照して、実施の形態1と同様に、酸化物超電導線のフィラメントの原料となる粉末を成形してロッド42を形成する。
【0092】
図19を参照して、複数本のロッド42を孔41aに嵌め合わせる。これによりセラミックス被覆ロッド43を形成する。セラミックス被覆ロッド43を金属管としての銀シース44に挿入して多芯ビレット45を形成する。多芯ビレット45に熱処理を加えてセラミックスビレット41に含まれるバインダ類を熱分解する。
【0093】
図20を参照して、バインダ類を熱分解した後で多芯ビレット45を塑性加工で線引き加工して多芯丸線46を形成する。
【0094】
図15を参照して、多芯丸線46に矩形断面成形と熱処理を行ない、フィラメントに酸化物超電導体を生成することによって複数の酸化物超電導体のフィラメント47がセラミックス被覆層48に埋込まれ、その外側に銀シース44が配置された酸化物超電導線材49を得ることができる。
【0095】
(実施の形態4)
図21は、この発明の実施の形態4に従った酸化物超電導線材の断面図である。図21を参照して、酸化物超電導線材120は、酸化物超電導体としてのフィラメント117と、フィラメント117を被覆し、押出し法により形成され、フィラメント117の運転温度において非電導体となるセラミックス被覆体としてのセラミックス被覆層112と、セラミックス被覆層112を被覆する金属管としての銀シース114とを有する。フィラメント117とセラミックス被覆層112との間には銀からなるシース体110が設けられている。酸化物超電導線材120はテープ状であり、紙面の手前側から奥側に向って延びる。フィラメント117、銀シース110、セラミックス被覆層112および銀シース114は横方向に延びるように偏平形状に形成されている。フィラメント117は、たとえば(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OXで構成する。酸化物超電導線材120内には複数本のフィラメント117が配置され、それらを覆うように銀シース110およびセラミックス被覆層112が形成されている。複数本のフィラメント117は酸化物超電導線材120の中心軸に対して螺旋状に延びるように形成されている。
【0096】
図22〜図25は図21で示す酸化物超電導線材の製造方法を説明するための図である。図22を参照して、酸化物超電導フィラメントの原料となる粉末を成形してロッド100を形成する。ロッド100を銀からなる銀シース110に挿入して銀被覆ロッド101を得る。
【0097】
図23を参照して、実施の形態1で示したのと同様の押出し加工により銀シース110の外側にセラミックス被覆層112を形成する。これにより、セラミックス/銀被覆ロッド113を形成する。
【0098】
図24を参照して、複数本のセラミックス/銀被覆ロッド113を銀シース114内に挿入して多芯ビレット115を形成する。多芯ビレット115に熱処理を加えてセラミックスに含まれるバインダ類を熱分解する。
【0099】
図25を参照して、熱分解後の多芯ビレット115を塑性加工で線引きして多芯丸線116とする。
【0100】
図21を参照して、多芯丸線116に矩形断面成形と熱処理を行ない、フィラメントに酸化物超電導体を生成することによって、複数の酸化物超電導体のフィラメント117がセラミックス被覆層112に埋込まれ、その外側に銀シース114が配置された酸化物超電導線材120を得ることができる。
【0101】
(比較の形態1)
図26は、比較の形態1に従った酸化物超電導線材の断面図である。図26を参照して、酸化物超電導線材109は、酸化物超電導体により構成されるフィラメント105と、銀母材107と、銀シース102とを有する。フィラメント105を取囲むように銀母材107が形成され、それらを覆うように銀シース102が設けられる。フィラメント105は複数本形成され、それらは酸化物超電導線材109の延びる方向に沿って螺旋状に形成されている。
【0102】
図27〜図29は、図26で示す酸化物超電導線材の製造方法を説明するための図である。図27を参照して、まず酸化物超電導線のフィラメントの原料となる粉末を成形してロッド100を形成する。ロッド100を銀シース110で覆う。これを伸線して銀被覆ロッド101を得る。
【0103】
図28を参照して、複数本の銀被覆ロッド101を銀シース102に挿入して多芯ビレット103を形成する。
【0104】
図29を参照して、多芯ビレット103を塑性加工で線引きして多芯丸線104を形成する。
【0105】
図26を参照して、多芯丸線104に矩形断面成形と熱処理を行ない、フィラメントに酸化物超電導体を生成することによって複数本の酸化物超電導体からなるフィラメント105が銀母材107に取囲まれ、その外側に銀シース102が配置された酸化物超電導線材109を得ることができる。
【0106】
(比較の形態2)
図30は、比較の形態2に従った酸化物超電導線材の断面図である。図30を参照して、この発明の比較の形態2に従った酸化物超電導線材220では、セラミックス被覆層212の製造方法が異なる。すなわち、実施の形態4では、セラミックス被覆層112が押出し法により形成されたのに対し、比較の形態2では、セラミックス被覆層212が塗布により形成される。
【0107】
図31〜34は、図30で示す酸化物超電導線材の製造方法を説明するための図である。図31を参照して、まず、酸化物超電導フィラメントの原料となる粉末を成形してロッド100を形成する。ロッド100を銀からなる銀シース110に挿入して銀被覆ロッド101を得る。
【0108】
セラミックスとバインダを混合したものを銀シース110上に塗布してセラミックス被覆層212を形成することによりセラミックス/銀被覆ロッド113とする。このときセラミックスとバインダとの混合物に対するバインダの体積比率を約50%とした。
【0109】
図33を参照して、複数のセラミックス/銀被覆ロッド113を束ねて銀シース114内に挿入することにより多芯ビレット115を形成する。多芯ビレット115に熱処理を加えて、セラミックス被覆層212に含まれるバインダ類を熱分解する。
【0110】
図34を参照して、バインダ類を熱分解した後で多芯ビレット115を塑性加工で線引きして多芯丸線116とする。
【0111】
図30を参照して、多芯丸線116に矩形断面成形と熱処理を行ない、フィラメントに酸化物超電導体を生成することによって複数の酸化物超電導体により構成されるフィラメント117が銀シース110とセラミックス被覆層212に埋込まれ、その外側に銀シース114が配置された酸化物超電導線材220を得ることができる。
【0112】
【実施例】
(試料の作製)
(1) 試料A〜Fについて
まず、以下の表1で示す試料を作成した。
【0113】
【表1】
【0114】
試料A〜Fについては、(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OX超電導体の組成比に合わせて、Bi、Pb、Sr、CaおよびCuの酸化物または炭酸塩を混合して大気熱処理と粉砕を数回繰返して得た仮焼粉末を出発材料とした。この出発材料から実施の形態1〜4および比較の形態1〜2の方法に従い超電導線材を形成した。なお、それぞれの製造方法においては、線材の塑性加工の最終段階の矩形断面を成形する前にツイストを行なった。さらに、フィラメントの芯数は61本とし、最終的にできた酸化物超電導線材はテープ形状であり、その幅は3.5mmであり、厚さは0.23mmであった。
【0115】
(2) 試料Gについて
試料Gでは、出発材料として、(BiPb)2Sr2CaCu2OXの組成比に合わせて、Bi、Pb、Sr、CaおよびCuの酸化物または炭酸塩を混合して大気熱処理と粉砕を数回繰返して得た仮焼粉末を出発材料とした。また、セラミックス被覆体を(Ca、Sr)−Cu酸化物とした。この材料を用いて、実施の形態1で示す方法に従い酸化物超電導線材を形成した。なお、試料A〜Fと同様の工程でツイスト加工を行ない、得られた酸化物超電導線材のフィラメントの芯数は61本であり、寸法は幅が3.5mmであり、厚みが0.23mmのテープ形状となった。また、最終形状の線材に施す熱処理で母材の(Ca、Sr)−Cu酸化物と出発材料とが反応して、(BiPb)2Sr2Ca2Cu3OX超電導体を形成した。
【0116】
(超電導特性の測定)
それぞれの試料A〜Gについて、温度が77Kの液体窒素中での臨界電流値Icを測定した。それぞれの試料A〜Gについて、温度が77Kの液体窒素中で外部磁場(磁界:0.1T、周波数:50Hz)を線材の長さ方向に垂直でテープ面に平行な方向に印加することにより磁化法で交流損失を測定した。測定した試料の長さと臨界電流値からそれぞれの試料についての交流損失を以下の式に従って求めた。
【0117】
Wi=(試料iの交流損失/[(試料iの臨界電流値)・(試料iの長さ)]
なお、Wiの単位はW/A・mである。
【0118】
この交流損失値を試料Aの交流損失値で除した値を以下の式に従い規格化した交流損失とした。
【0119】
規格化した交流損失<Wi>=Wi/WA
規格化した交流損失の結果を表1に示す。
【0120】
表1より、比較品である試料AおよびBでは交流損失が比較的大きいのに対して、本発明品である試料C〜Gでは、交流損失が極めて小さくなっていることがわかる。よって、この発明に従えば、交流損失が小さい酸化物超電導線材を得ることができる。
【0121】
以上、この発明について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。ます、酸化物超電導体として、ビスマスの2223系だけでなく、ビスマスの2212系を用いることができる。
【0122】
さらに、超電導体を被覆するセラミックス粉末としては、好ましくは、ビスマス、鉛、ストロンチウム、カルシウムおよび銅のセラミックスを用いることができる。最も好ましくは、セラミックス粉末は、カルシウム、ストロンチウムおよび銅の酸化物を含む。
【0123】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0124】
【発明の効果】
この発明に従えば交流損失の小さな酸化物超電導線材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に従った酸化物超電導線材の断面図である。
【図2】 図1で示す酸化物超電導線材の製造方法の第1工程を示す断面図である。
【図3】 図1で示す酸化物超電導線材の製造方法の第2工程を示す斜視図である。
【図4】 図3で示す装置の模式的な断面図である。
【図5】 図1で示す酸化物超電導線材の製造方法の第3工程を示す斜視図である。
【図6】 図1で示す酸化物超電導線材の製造方法の第4工程を示す斜視図である。
【図7】 図1で示す酸化物超電導線材の製造方法の第5工程を示す斜視図である。
【図8】 この発明の実施の形態2に従った酸化物超電導線材の断面図である。
【図9】 図8で示す酸化物超電導線材の製造方法の第1工程を示す断面図である。
【図10】 図8で示す酸化物超電導線材の製造方法の第2工程を示す斜視図である。
【図11】 図8で示す酸化物超電導線材の製造方法の第3工程を示す斜視図である。
【図12】 図8で示す酸化物超電導線材の製造方法の第4工程を示す斜視図である。
【図13】 図8で示す酸化物超電導線材の製造方法の第5工程を示す斜視図である。
【図14】 図8で示す酸化物超電導線材の製造方法の第6工程を示す斜視図である。
【図15】 この発明の実施の形態3に従った酸化物超電導線材の断面図である。
【図16】 図15で示す酸化物超電導線材の製造方法の第1工程を示す断面図である。
【図17】 図15で示す酸化物超電導線材の製造方法の第2工程を示す斜視図である。
【図18】 図15で示す酸化物超電導線材の製造方法の第3工程を示す断面図である。
【図19】 図15で示す酸化物超電導線材の製造方法の第4工程を示す斜視図である。
【図20】 図15で示す酸化物超電導線材の製造方法の第5工程を示す斜視図である。
【図21】 この発明の実施の形態4に従った酸化物超電導線材の断面図である。
【図22】 図21で示す酸化物超電導線材の製造方法の第1工程を示す斜視図である。
【図23】 図21で示す酸化物超電導線材の製造方法の第2工程を示す斜視図である。
【図24】 図21で示す酸化物超電導線材の製造方法の第3工程を示す斜視図である。
【図25】 図21で示す酸化物超電導線材の製造方法の第4工程を示す斜視図である。
【図26】 比較の形態1に従った酸化物超電導線材の製造方法の第1工程を示す断面図である。
【図27】 図26で示す酸化物超電導線材の製造方法の第1工程を示す斜視図である。
【図28】 図26で示す酸化物超電導線材の製造方法の第2工程を示す斜視図である。
【図29】 図26で示す酸化物超電導線材の製造方法の第3工程を示す斜視図である。
【図30】 比較の形態2に従った酸化物超電導線材の断面図である。
【図31】 図30で示す酸化物超電導線材の製造方法の第1工程を示す斜視図である。
【図32】 図30で示す酸化物超電導線材の製造方法の第2工程を示す斜視図である。
【図33】 図30で示す酸化物超電導線材の製造方法の第3工程を示す斜視図である。
【図34】 図30で示す酸化物超電導線材の製造方法の第4工程を示す斜視図である。
【符号の説明】
21,32,42,100 ロッド、22,31,48,112 セラミックス被覆層、23,33,43 セラミックス被覆ロッド、24,34,44,114 銀シース、25,35,45,115 多芯ビレット、26,36,46,116 多芯丸線、27,37,47 フィラメント、29,39,49 酸化物超電導線材、多芯丸線、41 セラミックスビレット、101 銀被覆ロッド被覆ロッド。
Claims (2)
- 複数の酸化物超電導体と、
複数の前記酸化物超電導体の間に介在するセラミックス体とを備えた酸化物超電導線材の製造方法であって、
前記セラミックス体は、バインダとセラミックス粉末に押出加工を施した後、前記バインダを熱分解することにより形成される、酸化物超電導線材の製造方法。 - 前記押出加工は、原料粉末を加圧して原料粉末を流動させ、かつ前記原料粉末から脱気することにより行なわれる、請求項1に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
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