JP4150129B2 - 酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法 - Google Patents
酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4150129B2 JP4150129B2 JP15786799A JP15786799A JP4150129B2 JP 4150129 B2 JP4150129 B2 JP 4150129B2 JP 15786799 A JP15786799 A JP 15786799A JP 15786799 A JP15786799 A JP 15786799A JP 4150129 B2 JP4150129 B2 JP 4150129B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- oxide superconducting
- compression
- alloy
- wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は酸化物超電導体に係り、さらに詳しくは、大電流容量が必要な電力機器や送電ケーブル等の導体、あるいは大通電容量によって生じる大電磁力に抗してその形状の保持が必要な環境下で使用される酸化物超電導マグネット等の導体に適したラザフォード型の酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、酸化物超電導線材としては銀シース法によるものが一般的に知られており、これは銀または銀基合金マトリックス中に多数本の酸化物超電導フィメントを配置したものである。
この超電導線材は、酸化物超電導体の構成元素を所定のモル比で配合した混合粉末や仮焼粉末を銀パイプ中に充填し、これを伸線加工等により線状に加工した後、この複数本を銀または銀基合金パイプ中に収容して更に伸線加工や圧延加工を施した後、熱処理を施すことにより複合多心線を製造するものであり、成形加工により丸線またはテープ状線材としたものが使用されている。
【0003】
一方、上記とは別に、テープ状基材の表面に酸化物超電導体の厚膜を形成したテープ状線材も知られている。
上記の銀シース法においては、熱処理後の組織を緻密化させ、超電導電流を寸断されることなく流すためには線材1本当たりの断面積に限界があり、これによって超電導電流は制限される。
【0004】
いずれの超電導線材においても線材1本当りの電流容量は、液体窒素温度において数十アンペア程度、液体ヘリウム温度で数百アンペア程度であり、超電導磁気エネルギー貯蔵装置(SMES)やビーム応用等の超電導大型コイル用の線材としては、素線1本当りの電流容量が小さいため、大電力応用機器の設計に対して満足すべきものとはなっておらず、これらの機器等において必要な数キロ〜数十キロアンペアの大容量導体として使用するには超電導線材を集合または撚線化する必要がある。
【0005】
現在、送電ケーブルを想定した大容量集合導体として、金属製フォーマーの外側にテープ状線材を螺旋状に巻き付けた構造の1〜3kAの集合導体が開発されているが、送電ケーブルを対象としているため、大通電容量によって生じる大電磁力に抗してその形状の保持が必要な環境下で使用される、例えば大型コイル等に使用すると導体全体の電流密度が低下する上、可撓性も低下するため、適した構造とはなっていない。即ち、銀シース線材においては、マトリックスが銀または銀基合金で構成されているため、線材自身の破断強度は大きいものでも150MPa程度であり、コイル形状の回路に大電流を通電したときに発生する大きな電磁力を線材自身の機械的強度で保持することは極めて困難である。
【0006】
以上の電流容量および強度の問題を解決する超電導導体として、本発明者は、耐熱性および耐酸化腐食性を有するNi−Cr−Fe合金、Ni−Cr合金またはNi基耐食合金のいずれか一種よりなる補強材料の外周に、電気的絶縁性を有し、かつ機械的歪を緩和する遮蔽層を設け、その外側に銀または銀基合金マトリックス中に酸化物超電導フィラメントを配置した超電導線材の圧縮成型撚線層を配置したことを特徴とする酸化物超電導圧縮成型導体を出願した(特願平10−128900号)。この場合の電気的絶縁性を有し、かつ機械的歪を緩和する遮蔽層は、セラミックス耐熱シートの焼成により得られるセラミックス粉末およびセラミックス繊維の混合物により形成され、この遮蔽層は超電導体生成のための焼成時には補強材料を構成する元素の拡散を防止する役目を果たす。
【0007】
しかしながら、その後の鋭意研究の結果、セラミックス耐熱シートを用いた場合、その効果はバリア層の厚さに依存し、拡散による劣化を20%以下にするためには熱処理前のセラミックス耐熱シートの厚さを400μm以上とする必要があることが判明した(特願平11−101212号)。このような厚さのセラミックス耐熱シートを使用すると、焼成時に補強材料を構成する元素の拡散を防止することはできるが、ラップ巻きしたセラミックス耐熱シートが弾力性を有するため、補強材料の外周に超電導線材を撚線する際に所定の張力を付加することが困難であ上、クロスオーバーの原因となったり、撚線後の圧縮成型時に所定の圧力を付加することが困難となり超電導線材の外径にバラツキを生ずる結果、その特性が低下する等の問題が発生し易いことが判明した。
【0008】
さらに、遮蔽層が厚くなるとオーバーオールの電流密度が低下するという問題もある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の問題を解決するためになされたもので、大通電容量で機械的強度に優れ、かつコンパクトな酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法を提供することをその目的とする。
さらに本発明の他の目的は、補強材料からの元素の拡散を防止し、補強材料の外周に超電導線材を撚線する際に所定の張力を付加してクロスオーバーの原因を防止するとともに、撚線後の圧縮成型時に所定の圧力を付加するにより線材の外径のバラツキを防止し、かつ遮蔽層を薄くすることによりオーバーオールの電流密度を向上させることができる酸化物超電導圧縮成型導体およびそ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】
以上の目的を達成するために、本発明の請求項1に係る酸化物超電導圧縮成型導体は、外周にプラズマコート法によるセラミックスバリア層を設けた耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外側に、銀または銀基合金マトリックス中に酸化物超電導フィラメントを配置した超電導線材の圧縮成型撚線層を配置したものである。
【0011】
上記の請求項1に係る発明における耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料は、Ni−Cr−Fe合金、Ni−Cr合金またはNi基耐食性合金(ハステロイ)のいずれか一種から選択することが好ましい。
この補強材料は、超電導体生成の酸素雰囲気中で約900℃の焼成工程に耐え、この処理後に十分な強度と可撓性を有する。
【0012】
上記のセラミックスバリア層は、酸化物超電導材料と反応性の低い材料からなるものが使用される。
プラズマコート法によるセラミックスバリア層は、電気的絶縁性を有するとともに潤滑層として機械的歪を緩和する機能を有するもので、超電導体生成のための焼成時には補強材料を構成する元素の拡散を防止する役目を果す。
【0013】
プラズマコート法では、原料となるセラミックス粉末を高温のプラズマを用いて一部溶融させて吹き付け、補強材料の外周に硬質の膜を生成することから、膜の密度が高く、薄い膜厚でも有効なセラミックスバリア層として機能する。
また、このセラミックスバリア層の厚さは、10〜300μmとすることが好ましい。セラミックスバリア層の厚さが10μm未満であると、補強材料からの元素の拡散を防止する効果が小さくなる上、膜厚に不均一を生じ易く、一方、300μmを越えると焼成時に補強材料の表面が酸化することにより、膜の欠落を生じ易くなるためである。セラミックスバリア層の厚さが30〜100μmの範囲でもセラミックス耐熱シートを用いた場合に比較して十分な補強材料からの元素の拡散を防止する効果が得られ、これにより圧縮成型導体の臨界電流密度を向上させることが可能になる。
【0014】
さらに、超電導フィラメントのフィラメント数、超電導線撚線の本数、撚りピッチ等は特に限定されず、設計的事項により決定される。
また、本発明の請求項6に係る酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法は、Ni−Cr−Fe合金、Ni−Cr合金またはNi基耐食合金のいずれか一種よりなる補強材料の外側にMgO、ZrO2 、Y2 O3 またはAl2 O3 のいずれか1種以上からなる厚さ10〜300μmのセラミックスバリア層をプラズマコート法により形成し、その外側に、銀または銀基合金マトリックス中に焼成によりBi系超電導酸化物を形成する物質からなるフィラメントを配置した線材を撚合わせ、次いで、全体に圧縮成型を施した後、焼成するようにしたものである。
【0015】
上記のMgO、ZrO2 、Y2 O3またはAl2 O3 のセラミックス材料は、焼成時にBi系超電導酸化物との反応性が低く、補強材料からの元素の拡散を防止する。プラズマコート法の原料として、これらのいずれか1種以上からなる粉末を用いる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の酸化物超電導圧縮成型導体1の横断面図を示したもので、2は補強材料、3はセラミックスバリア層、4は銀または銀基合金マトリックス4a中に多数本の超電導フィラメント4bを配置した超電導線材である。補強材料2は、Ni−Cr−Fe合金(インコネル材)、Ni−Cr合金またはNi基耐食合金(ハステロイ)のいずれか一種をテープ状に加工したもので、セラミックスバリア層3は、プラズマコート法により形成されている。
【0017】
以上の酸化物超電導圧縮成型導体1は、以下のようにして製造される。まず、補強材料2の外周にMgO、ZrO2 、Y2 O2 またはAl2 O2 等のセラミックス粉末を高温のプラズマを用いて一部溶融させて吹き付け、硬質のセラミックスバリア層3を形成する。次いで、その外側に銀または銀基合金マトリックス4a中に焼成によりBi系超電導酸化物を形成する物質からなる多数のフィラメント4bを配置した断面丸形の線材を補強材料表面に密着させながら撚線加工した後、平角ダイスまたはタークスヘッドロールを用いて所定形状に圧縮成型を施し、次いで、超電導酸化物生成の焼成処理を施す。
【0018】
【実施例】
以下、本発明の一実施例および比較例について説明する。
実施例1
幅6mm、厚さ0.3mmの断面形状を有するNi−Cr−Fe合金600からなる補強テープの外側に、プラズマコート法によりZrO2 のセラミックス粉末を用いて厚さ50μmのセラミックスバリア層を形成した。
【0019】
上記のセラミックスバリア層を被覆した補強テープの外側に外径φ1.0mmの線材の19本を55mmの撚りピッチで巻き付けた。
この線材は、銀パイプ中に焼成によりBi2 Sr2 CaCu2 O8 超電導導酸化物を形成する粉末を充填し、縮径加工を施した線材の多数本をさらに銀合金パイプ中に充填した後、外径φ1.0mmまで縮径加工を施して製造したものである。
【0020】
次いで、この複合導体に圧縮加工を施して、幅7.4mm、厚さ1.8mmの平角形状の圧縮成型導体を製造した後、焼成した。
焼成条件は、酸素雰囲気下で、最高焼成温度850℃で120時間であった。
このようにして製造した酸化物超電導圧縮成型導体の臨界電流値(Ic)を液体ヘリウム温度(4.2K)で測定した結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
ここでの基準となる素線のIc値は、圧縮成型後に線材を圧縮成型導体から取り出し、同一条件で焼成したものであり、補強テープの構成元素の拡散が全くない場合を想定したものである(以下の実施例および比較例においても同じ)。
実施例2
実施例1におけるセラミックスバリア層をプラズマコート法によりAl2 O3 で形成し、圧縮加工後のサイズを幅7.4mm、厚さ1.9mmとした他は実施例1と同様の方法により、平角形状の圧縮成型導体を製造した。
【0023】
このようにして製造した酸化物超電導圧縮成型導体の臨界電流値(Ic)を液体ヘリウム温度(4.2K)で測定した結果を表1に示した。
比較例1〜3
実施例1における補強テープの外側のプラズマコート法によるセラミックスバリア層に換えて、それぞれ200μmおよび400μmの厚さにセラミックス耐熱シートを巻回し、圧縮加工後のサイズをそれぞれ幅7.7mm、厚さ2.0mm(比較例1)および幅8.1mm、厚さ2.4mm(比較例2)とした他は実施例1と同様の方法により圧縮成型導体を製造した。
【0024】
この耐熱シートは、MgOが45wt%、Al2 O3 が10wt%で残部がセルロース系有機バインダーからなる混合物により作製した。
また、比較のために、補強テープの外側にバリア層を設けず、圧縮加工後のサイズを幅7.3mm、厚さ1.7mm(比較例3)とした他は実施例1と同様の方法により圧縮成型導体を製造した。
【0025】
このようにして製造した酸化物超電導圧縮成型導体の臨界電流値(Ic)を液体ヘリウム温度(4.2K)で測定した結果を表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法によれば、線材の集合化と圧縮成型を施したことにより、コンパクトな導体断面積と大電流容量を得ることができる。また、中心部に補強材料を配置したことにより機械的強度を大幅に向上させることができる。
【0028】
また、補強材料の外周にプラズマコート法によるセラミックスバリア層を設けたことにより、補強材料の外周に超電導線材を撚線する際に所定の張力を付加してクロスオーバーの発生を防止することができ、また撚線後の圧縮成型時に所定の圧力を付加するができるため線材の外径のバラツキを防止するとともに、遮蔽層を薄くすることによりオーバーオールの電流密度を向上させることができる。
【0029】
さらに、超電導体生成のための焼成時に、補強材料に含まれるNiやFeが補強材料から超電導線材へ拡散することによる臨界電流値の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸化物超電導圧縮成型導体の一実施例を示す横断面図である。
【符号の説明】
1………酸化物超電導圧縮成型導体
2………補強材料
3………セラミックスバリア層
4………超電導線材
4a……銀または銀基合金マトリックス
4b……超電導フィラメント
Claims (6)
- 外周にプラズマコート法によるセラミックスバリア層を設けた耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外側に、銀または銀基合金マトリックス中に酸化物超電導フィラメントを配置した超電導線材の圧縮成型撚線層を配置したことを特徴とする酸化物超電導圧縮成型導体。
- 前記耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料は、Ni−Cr−Fe合金、Ni−Cr合金またはNi基耐食性合金のいずれか一種よりなることを特徴とする請求項1記載の酸化物超電導圧縮成型導体。
- 前記セラミックスバリア層は、酸化物超電導材料と反応性の低い材料からなることを特徴とする請求項1または2記載の酸化物超電導圧縮成型導体。
- 前記セラミックスバリア層の厚さは、10〜300μmであることを特徴とする請求項3記載の酸化物超電導圧縮成型導体。
- 前記酸化物超電導フィラメントは、Bi系超電導酸化物よりなることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の酸化物超電導圧縮成型導体。
- Ni−Cr−Fe合金、Ni−Cr合金またはNi基耐食性合金のいずれか一種よりなる補強材料の外側にMgO、ZrO2 、Y2 O3 またはAl2 O3 のいずれか1種以上からなる厚さ10〜300μmのセラミックスバリア層をプラズマコート法により形成し、その外側に、銀または銀基合金マトリックス中に焼成によりBi系超電導酸化物を形成する物質からなるフィラメントを配置した線材を撚合わせ、次いで、全体に圧縮成型を施した後、焼成することを特徴とする酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15786799A JP4150129B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15786799A JP4150129B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000348927A JP2000348927A (ja) | 2000-12-15 |
JP4150129B2 true JP4150129B2 (ja) | 2008-09-17 |
Family
ID=15659146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15786799A Expired - Fee Related JP4150129B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | 酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4150129B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4722258B2 (ja) * | 2000-06-30 | 2011-07-13 | 株式会社フジクラ | 超電導ケーブル |
US7242367B2 (en) * | 2004-07-28 | 2007-07-10 | Valcom Manufacturing Group Inc. | Coded antenna |
-
1999
- 1999-06-04 JP JP15786799A patent/JP4150129B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000348927A (ja) | 2000-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3658844B2 (ja) | 酸化物超電導線材およびその製造方法ならびにそれを用いた酸化物超電導撚線および導体 | |
JP2897776B2 (ja) | ワイヤ又はケーブル形態の電気導線 | |
JPH06318409A (ja) | 超電導導体 | |
US7162287B2 (en) | Oxide high-temperature superconducting wire and method of producing the same | |
JP4150129B2 (ja) | 酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法 | |
JP3635210B2 (ja) | 酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法 | |
JP3885358B2 (ja) | 酸化物高温超電導線材およびその製造方法 | |
US6542760B2 (en) | Method of decoupling an HTc superconductive multi-filament strand having a silver-based matrix, and a multifilament strand made thereby | |
JP4542240B2 (ja) | 酸化物超電導撚線導体 | |
JP2003331660A (ja) | 金属シース超伝導体線材及び超電導コイル並びにその製造方法 | |
JP3881158B2 (ja) | 酸化物超電導大容量導体 | |
JP3881322B2 (ja) | 酸化物超電導圧縮成型導体及びその製造方法 | |
US6828508B1 (en) | Oxide high-temperature superconductor wire and method of producing the same | |
JP3757617B2 (ja) | 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 | |
JP3143908B2 (ja) | 超電導導体 | |
JP4203313B2 (ja) | Bi系平角酸化物超電導体 | |
JP3350935B2 (ja) | 多芯超電導線 | |
JPH07114838A (ja) | 酸化物超電導ケーブル | |
JPH1139963A (ja) | 酸化物超電導線材、撚線およびそれらの製造方法ならびに酸化物超電導導体 | |
JP4659176B2 (ja) | 酸化物超電導線材及びその製造方法 | |
JPH02126519A (ja) | 超電導々体 | |
JP4096406B2 (ja) | 酸化物超電導撚線および酸化物超電導ケーブル用導体ならびに酸化物超電導撚線および酸化物超電導ケーブル用導体の製造方法 | |
JP2000348553A (ja) | 酸化物超電導線の製造方法 | |
JPH117845A (ja) | 超電導線 | |
JPH04298914A (ja) | 化合物超電導導体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051014 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060424 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060620 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060629 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080603 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080627 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704 Year of fee payment: 4 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704 Year of fee payment: 4 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |