JP7256347B2 - 高温超伝導線材の接続体および接続方法 - Google Patents
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Description
第1の酸化物高温超伝導線材の第1の超伝導層と、第2の酸化物高温超伝導線材の第2の超伝導層とを露出させる露出工程と、
前記第1の超伝導層と前記第2の超伝導層とを、液相拡散接合(溶融拡散接合)により接合する接合工程と、
酸素アニール処理により、前記第1の超伝導層および前記第2の超伝導層に酸素を導入
するアニール工程と、
を含む。
伝導層の性能を向上させるまたは大きく降下させない元素も使用できる。本態様において、接合部におけるM-Cu-Oは配向がそろっているとよい。
本実施形態は、Bi2223多芯(マルチフィラメント)テープ線材のBi2223相を溶融させて、線材間のフィラメントを直接に接合する。
図1は、接続するBi2223多芯テープ線材10の構造を示す図である。多芯テープ線材10は、複数のBi2223フィラメントを含む超伝導層11と、Agシース(銀母材)12と保護材13とを有する。一例として、多芯テープ線材10は、幅4.5mm、厚さ約0.3mmであり、100本以上のBi2223フィラメントを有する。
図2は、Bi2223多芯テープ線材10同士の接続体1の構造を示す図である。多芯テープ線材10a,10bは、例えば、末端の約10mmにおいて超伝導層11が接合されている。後述するように、接合箇所においては保護材13およびAgシース12が除去され、超伝導層11同士が接合部(接合層)20を介して接合される。また、接合箇所を含む末端部分は、接続を補強するための補強部材30によって覆われている。補強部材30は、厚さ0.1mm程度の金属箔を数回巻いてある。
図3は、接続体1の製造方法、すなわち、超伝導線材の接続方法を示す流れ図である。
、890℃で1分間加熱して超伝導層11同士を接合する。後述するように、熱処理後に、Bi2212相とCa-Cu-Oを含む接合部20が生じる点が本手法の特徴である。
上述の方法により製造された接続体1の臨界電流の温度依存性(Ic-T特性)を調べた。図4は、その結果を示す。77Kでは臨界電流(1μV基準)が12Aであり、4.2Kでは177Aであり、従来のBi2223線材の接続体よりも大きな臨界電流が得られた。このように、特に低温領域において臨界電流の顕著な上昇が見られた。
ある。図10に示すように、点p1を中心として厚さ方向と幅方向に複数(20個)の位置で分析を行っている。図11は、EDS分析の詳細結果である。図11に示すように、点p2,p3,p4においてCaCuO2が検出され、点p18でSrCa2CuOx,点20でSrCr3CuOxが検出されている。
本実施形態によれば、Bi2223線材同士を実用に十分足りる臨界電流を得ることができる。また、Bi2223線材同士を接続したコイルにおいて永久電流運転を達成することができる。また、本実施形態に係る製造方法では長時間の結晶成長過程を用いないので、短時間で接合が行える。接合の機械的強度も十分高く、さらに補強部材30を用いることで強度がさらに増す。ここで、接合自体の強度が高いため、補強部材30が小さくてもよく、補強部材の自己重力により接合が破壊されることを防止できると共に、取り扱いが容易になるという利点もある。
第1の実施形態では、Bi2223-Bi2212-Bi2223あるいはBi2223-CaCuO2-Bi2223というヘテロ接合により超伝導接続が達成されている。しかしながら、接続する超伝導線材は、酸化物高温超伝導線材であればBi2223線材に限られない。
10:高温超伝導多芯テープ線剤 11:超伝導層 12:Agシース 13:保護材20:接合部 30:補強部材
Claims (11)
- 第1の酸化物高温超伝導線材と第2の酸化物高温超伝導線材の接続体であって、
前記第1の酸化物高温超伝導線材の第1の超伝導層と、前記第2の酸化物高温超伝導線材の第2の超伝導層とが、M-Cu-O(ただし、Mは第1の超伝導層または第2の超伝導層に含まれる単一または複数の金属元素)を含む接合部を介して超伝導接合されており、
前記第1の超伝導層および前記第2の超伝導層は、Bi2223(Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x )、Bi2212(Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O x )のいずれかである、
高温超伝導線材の接続体。 - 前記第1の超伝導層および前記第2の超伝導層は、いずれも、Bi2223であり、
前記M-Cu-Oは、CaCuO2である、
請求項1に記載の高温超伝導線材の接続体。 - 前記M-Cu-Oは、Bi2212またはBi2201をさらに含む、
請求項2に記載の高温超伝導線材の接続体。 - 前記第1の超伝導層および前記第2の超伝導層は、複数のBi2223フィラメントとAgシースとを含み、
接合箇所ではその他の箇所と比較して、前記Agシースが少ない、
請求項2または3に記載の高温超伝導線材の接続体。 - 前記第1の超伝導層、前記第2の超伝導層、および前記M-Cu-Oは、接合界面において配向がそろっている、
請求項1から4のいずれか1項に記載の高温超伝導線材の接続体。 - 接合箇所は、Ag、Ni、Pt族金属またはこれらの金属を含む合金の補強部材によって覆われている、
請求項1から5のいずれか1項に記載の高温超伝導線材の接続体。 - 第1の酸化物高温超伝導線材と第2の酸化物高温超伝導線材の接続方法であって、
前記第1の酸化物高温超伝導線材の第1の超伝導層と、前記第2の酸化物高温超伝導線材の第2の超伝導層とを露出させる露出工程と、
前記第1の超伝導層と前記第2の超伝導層とを、溶融拡散接合により接合する接合工程と、
酸素アニール処理により、前記第1の超伝導層および前記第2の超伝導層に酸素を導入するアニール工程と、
を含み、
前記接合工程において前記第1の超伝導層と前記第2の超伝導層の間にM-Cu-O(ただし、Mは第1の超伝導層または第2の超伝導層に含まれる単一または複数の金属元素)を生じさせ、前記第1の超伝導層と前記第2の超伝導層が前記M-Cu-Oを含む接合部を介して超伝導接合され、
前記第1の超伝導層および前記第2の超伝導層は、Bi2223(Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O x )、Bi2212(Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O x )のいずれかである、
高温超伝導線材の接続方法。 - 前記第1の超伝導層および前記第2の超伝導層は、いずれも、Bi2223であり、
前記接合工程では、Bi2223の融点以上まで加熱する、
請求項7に記載の高温超伝導線材の接続方法。 - 前記第1の超伝導層および前記第2の超伝導層は、複数のBi2223フィラメントとAgシースとを含んでおり、
前記露出工程の後かつ前記接合工程の前に、前記Agシースの融点付近または融点以上温度まで加熱し、かつ圧力をかけて、前記Agシースを除去する前処理工程をさらに含む、
請求項8に記載の高温超伝導線材の接続方法。 - 接合箇所を、Ag、Ni、Pt族金属またはこれらの金属を含む合金の補強部材によって覆う補強工程をさらに含む、
請求項9に記載の高温超伝導線材の接続方法。 - 前記補強工程は、前記前処理工程の後かつ前記接合工程の前、または、前記接合工程の後かつ前記アニール工程の前に行われる、
請求項10に記載の高温超伝導線材の接続方法。
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