JPH01103965A - 超伝導材の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超伝導材の接合方法に関し、さらに詳しくは、
たとえば超伝導電線のような長尺の超伝導材の製造に道
を開・〈超伝導材の接合方法に関する。

［従来の技術およびその問題点］ 近年、超伝導物質はそのマイスナー効果、臨界温度に達
すると抵抗がＯになること、およびジョセフソン効果に
よって、注目され、その工業的生産方法およびその用途
の開発が行なわれている。

特に、工業的用途に使用することができる超伝導物質と
して、臨界温度が高く、加工の容易な超伝導物質が探索
されていると共に、セラミックス系超伝導物質について
は、その加工性の容易な物質、あるいはその成形加工方
法の開発が日夜研究されている。

現状においては、超伝導物質を簡単な形状の成形体にし
、これを焼結する技術が模索されていると言っても過言
ではない。

超伝導物質が産業界で広範に使用されるようになるため
には、単に超伝導材が成形可能であると言うだけでは足
らず、その接合、切削などの加工技術が開発されねばな
らない。

しかるに、たとえば超伝導材の接合方法についての技術
は皆無である。

近縁の技術にセラミックスと金属との接合技術があるが
、接合面を互いに鏡面に近づく程の表面精度が要求され
ると共に、接合面間に金属インサートが必要であるなど
の繁雑な問題点を抱えている。

しかも、このようなセラミックスと金属との接合技術を
そのまま超伝導材の接合技術として転用する訳けにはい
かない。

超伝導材を接合した場合、接合面においても超伝導性を
満足しなければならないからである。

この発明は前記事情に基いてなされたものである。

本発明の目的は、超伝導能を有する物質の成形体または
焼結体を相互に接合する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、超伝導能を有する物質の接合を可
能にすることにより、超伝導部材の線材化を達成するの
に有効な接合方法を提供することである。

［前記目的を達成するための手段］ 前記目的を達成するためにこの発明者が研究したところ
、成形体の一般的な接合においては表面精度の高い接合
面を高圧で押圧するのが一般常識であったところ、ＩＩ
＜ことには、特定の物質の成形体および／または焼結体
をわずかの加圧状態で加熱することによって、超伝導材
の接合が可能になることを見出してこの発明に到達した
。

すなわち１本発明の構成は、超伝導能を有する物質の成
形体および／または焼結体同士を、それぞれの接合面を
相互に加圧すると共に加熱することを特徴とする超伝導
材の接合方法である。

前記超伝導能を有する物質とは、第１図に示すように、
対象となる物質の粉末から形成した芯材をコイル中に挿
入したときのインダクタンスＬを示す第１式において。

Ｌ＝Ｋ　（ｇｗａ２　）Ｎ／ｌ　　　　（１）（ただし
、前記第１式において、Ｋは定数であり、μは透磁率で
あり、ａはコイルの半径であり、Ｎはコイルの＠き数で
あり、文はコイルの長さである。） ａが４鵬■であり、Ｎが５０であり、見が１０腫膳であ
るときのインダクタンスＬの低下（芯材を挿入しないと
きに比較して）が１ｐＨ以上となるような性質を有する
物質である。

前記超伝導能を有する物質としては、たとえば銅含有酸
化物が挙げられ、具体的には、イツトリウム系酸化物、
ストロンチウム系酸化物、ユーロピウム系酸化物、ラン
タン系酸化物などが挙げられる。

いずれの酸化物がこの発明に好適であるかは実験により
適宜に決定することができるのである　　　　　−が、
イツトリウム系酸化物が好適な酸化物の一つである。

超伝導能を有する前記イツトリウム系酸化物は１通常、
Ｙ　Ｂ　ａ２ｃ　１１３０　？−Ｘとして表わされる（
ただし、Ｘは７−Ｘが６．５〜６．８の範囲となるよう
な数である。）のであるが、前記式中においてＢａの全
部または一部がストロンチウムなどの原子で置換されて
いても良い。

超伝導能を有する前記イツトリウム系酸化物は、イツト
リウム酸化物と炭酸バリウムと酸化銅とをＹ：Ｂａ：Ｃ
ｕ　　（Ｊｉ子比Ａ）＝１：２：３の割合で混合し、焼
成することにより得ることができる。

なお、前記イツトリウム酸化物と炭酸バリウ、ムと酸化
銅との混合物を焼成する場合、各成分の平均粒径を０．
７〜ｌｐｍの粒度に調製しておくのが好ましい。

前記焼成としては、前記原料を前記組成式における組成
比となるような比率で配合し、その後、たとえば９００
〜９７０℃の範囲内の温度で１時間〜ｌＯ時間かけて加
熱処理をし、この加熱処理を２〜４回繰り返すのが望ま
しい。

加熱処理の際の温度が９００℃未満であると、超伝導能
を有するイツトリウム系酸化物を得ることができないこ
とがあり、また前記温度が９７０℃を超えると結晶構造
が変化して超伝導能を有するイツトリウム系酸化物を得
ることができないことがある。

この発明においては超伝導能を有する物質の成形体およ
び／または焼結体同士を接合する。言い代えると、超伝
導能を有する成形体同士、超伝導能を有する成形体と焼
結体同士あるいは超伝導能を有する物質の焼結体同士を
接合する。

ここで、この発明においては、前記成形体および焼結体
は、超伝導能を有する物質のみで一定の形状に形成した
ものは勿論、芯材たとえば導電線の周囲に超伝導能を有
する物質を被覆してなるものを含めている。

この発明においては、前記超伝導能を有する物質を成形
体とする方法について特に制限がなく、種々の成形方法
により、超伝導能を有する物質を種々の形状に成形して
も良い。

成形法としては、たとえば、圧延法、金型プレス成形法
、ラバープレス成形法、射出成形法、押出し成形法、ホ
ットプレス法などを採用することができる。

超伝導能を有する物質の焼結体は、超伝導能を有する物
質の成形体を焼結することにより得ることができる。

焼結方法としては、たとえば、常温焼結、加圧焼結、高
温等方加圧焼結などの方法を採用することができる。

成形体同士、成形体と焼結体、焼結体同士のいずれの場
合にあっても、接合面の表面精度に特に制約がなく、た
とえ表面精度が３１Ｌｍ以上であっても、この発明によ
り良好に接合することができる。この事実は、従来、金
属とセラミックスとの接合において、それぞれの接合面
をｌＩＬｍ以下としなければならなかったことに比べる
と驚くべきことである。

この発明の方法においては、接合面間に、成形体または
焼結体を形成したのと同じ超伝導能を有する物質の粉末
またはペーストを存在させると。

良好な接合結果を得ることができる。この場合。

たとえば成形体を形成する超伝導能を有する物質と、他
方の成形体を形成する超伝導能を有する物質とが相違す
るとき、少なくとも何れか一方の成形体を形成している
超伝導能を有する物質を接合面間に存在させて、十分で
ある。

また、超伝導能を有する物質が銅含有酸化物である場合
、接合面間に酸化第二銅の粉末またはペーストを存在さ
せると、良好な接合結果を得ることができる。

この酸化第二銅は、何の前処理を施さない所謂グリーン
パウダーであっても良く、また、前処理としての加熱処
理をした酸化第二銅であっても良い、もっとも、好まし
いのは、加熱処理してなる酸化第二銅である。この加熱
処理の条件として、加熱温度は９００〜９７０℃が好ま
しく、加熱時間は１〜１０時間であり、加熱雰囲気につ
いては特に制限がないが酸化性雰囲気であるのが好まし
い。

前記酸化第二銅の平均粒度としては、超伝導能を有する
物質の原料の平均粒度とほぼ同等の平均粒径を有してい
るのが好ましいが、多くの場合。

１０ＩＬｍ以下であっても良く、望ましくは数ＩＬｍ以
下である。

接合面間に介在させる酸化第二銅の量としては、酸化第
二銅の平均粒径にもよるが、接合単位面積（１１履２）
当り（０，０１〜”　）　Ｘｌ０−２ｇ、好ましくは（
０，０３〜０．０６）　Ｘ　１０−２ｇ　テある。

超伝導能を有する物質がイツトリウム系酸化物である場
合、前記酸化第二銅の代りに、Ｙ　Ｂ　ａ　２Ｃｕ３０
ｚ−ｘ　　（ただし、Ｘは前記と同じ意味を表わす、）
で表わされる銅含有量過多のイツトリウム系酸化物を介
在させても良い。

前記ペーストは、加熱により揮散する溶剤で前記酸化第
二銅などの粉末を練ったものである。

この発明では、接合面を加圧、加熱する。

接合圧としては、少なくとも０．１ｋｇ／ｍｍ２であれ
ば良く、より好ましくは０−３　ｋｇ／ｍ履２以上２以
上。

従来の金属とセラミックスとの接合においては、少なく
ともｌ　ｋｇ／層層２の圧力を要したのであるから、接
合圧においても本発明の優れた利点を認めることができ
る。

加熱温度および加圧時間としては、成形体同士あるいは
成形体と焼結体とを接合するとき、通常、９００〜９７
０℃で５時間以上、好ましくは９３０〜９５０℃で５時
間以上である。この場合、前記温度および加圧時間の経
過後、酸素含有雰囲気下で３５０〜５００℃で８時間程
度の後処理をしておくのが好ましい、また、焼結体同士
の接合にあっては、加熱温度および加圧時間としては、
通常、７００〜ｔ　、ｏｏｏ℃で１０分以上、好ましく
は１時間程度である。この場合、特に後処理がなくても
良い。

加圧、加熱の際の雰囲気としては、特に制限がなく、大
気中、不活性ガス雰囲気中のいずれであっても良いので
あるが、好ましいのは酸素含有雰囲気である。酸素含有
雰囲気下に接合面の加圧、加熱をすると、接合界面にお
ける酸素含有量の低減を防止して、一方の接合面から他
方の接合面への連続的な超伝導性を実現することができ
る。

加圧、加熱の際の雰囲気圧としては、特に制限がなく、
減圧、常圧、加圧のいずれであっても良　　　　　・い
。

以上詳述したこの発明の方法に従って、超伝導能を有す
る物質の成形体および／または焼結体を接合することに
より、長尺の線材の製造、複雑形状の各種部材の製造、
電子機器おける回路の製造を実現することがでさる。

［実施例］ 次に本発明の実施例および比較例を示して本発明をさら
に具体的に説明する。

（実施例１） 平均粒径ＩＩＬｍの酸化第一銅、平均粒径０．７ｐｍの
酸化イツトリウムおよび平均粒径０．７　ｐｍの炭酸バ
リウムとをＹ：Ｂａ：Ｃｕ　　（原子比Ａ）＝ｌ：２：
３の割合で混合した。この混合物を９５０℃で８時間か
けて加熱する高温熱処理を２回行なった。

高温熱処理後の混合物を細長のガラス容器に詰めてこれ
を芯材とし、第１図に示すコイル装置により、芯材を入
れないときと入れたときとのインダクタンスの変化を調
べたところ、　３．２　、Ｈのインダクタンス低下があ
った。

すなわち、熱処理後のこの素材は超伝導能を有する。

この超伝導能を有する前記素材を静水圧プレス成形して
直径３ｃｍの２本の円筒体を製造した。

一方、９５０℃で８時間の高温処理を行ない、かつ平均
粒径が３２〜５３Ｂｍとなるように分級して酸化第二銅
の焼成粉末を得た。

次いで、前記円筒体の端面に０．３５Ｘ　１０−２ｇの
前記酸化第二銅の焼成粉末を介在させて前記２木の円筒
体の端面を重ねあわせた。

高周波誘導加熱方式の拡散接合炉中で、前記２木の円筒
体の軸線方向に沿って０．５　ｋｇ／ｃｍ２の圧力を付
与し、そのままの状態で８時間の間１１１６Ｔｏｒｒ以
下の真空雰囲気下にて９５０℃に加熱し続けた。

その結果、端面で接合した１本の接合円筒体を得た。

前記接合円筒体の接合強力は、インストロン試験機にて
測定したところ、前記円筒体の強力と同じであった。

また、第１図に示すコイル装置により前記接合円筒体を
入れた場合と入れない場合とのインダクタンスの変化を
調べたところ、２．８．Ｈのインダクタンス低下が観測
された。接合前の円筒体の前記と同様のインダクタンス
の変化は３．２終Ｈである。

この接合円筒体を一７７℃に冷却して磁石の上に置いた
ところ、この接合円筒体は空中に浮上して、マイスナー
効果が確認された。

（比較例１） ＩＪＬＨ未満のイツトリウム酸化物を使用した外は前記
実施例と同様にして２本の円筒体を形成し、前記実施例
１と同様にして、２本の円筒体を接合した。

得られた接合円筒体につき、前記実施例１と同様にして
超伝導性を評価したところ、−７７℃でこの接合円筒体
は磁石の上に浮上するようなマイスナー効果を示さず、
また前記温度でのインダクタンス殆ど変化しなかった。

［発明の効果］ 本発明によると、超伝導能を有する物質の成形体同士、
前記物質の成形体と焼結体、前記物質の焼結体同士を、
接合面において臨界温度Ｔｃおよび臨界電流Ｊｃに変化
を生ぜしめることなく、接合することができる。

そして、本発明に従って、長尺の前記成形体あるいは焼
結体を接合することにより、超伝導物質の線材化を達成
することもできる。

本発明は、接合面の表面精度および接合圧について特に
制限が少ないので簡便な手順の接合方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図はインダクタンスを測定するコイル装この説明図
である。 特許出願人　　　日機装株式会社 代理人　　　　　弁理士福村直樹

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）超伝導能を有する物質の成形体および／または焼
   結体同士を、それぞれの接合面を相互に加圧すると共に
   加熱することを特徴とする超伝導材の接合方法。
2. （２）前記超伝導能を有する物質が銅含有物質である前
   記特許請求の範囲第１項に記載の超伝導材の接合方法。
3. （３）前記超伝導能を有する物質がイットリウム系酸化
   物である前記特許請求の範囲第１項に記載の超伝導材の
   接合方法。
4. （４）前記超伝導能を有する物質が、酸化イットリウム
   、炭酸バリウムおよび酸化銅をＹ：Ｂａ：Ｃｕ（原子比
   Ａ）＝１：２：３の割合で配合した混合物を熱処理して
   なるイットリウム系酸化物である前記特許請求の範囲第
   １項に記載の超伝導材の接合方法。
5. （５）前記接合面は、前記成形体もしくは焼結体を構成
   した超伝導能を有する物質と同じ物質の粉末またはペー
   ストである前記特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれ
   かに記載の超伝導材の接合方法。
6. （６）前記接合面は、酸化第二銅の粉末またはペースト
   を介して加圧される前記特許請求の範囲第２項〜第４項
   のいずれかに記載の超伝導材の接合方法。
7. （７）前記酸化第二銅が加熱処理されたものである前記
   特許請求の範囲第６項に記載の超伝導材の膜の接合方法
   。