JPH01144517A - 酸化物系超電導線 - 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、例えば核磁気共鳴装置用マグネット、粒子加
速器用マグネット等の超電導応用機器などに使用可能な
酸化物系超電導線に関する。

〔従来の技術〕

近時、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界温度（
Ｔ　ｃ）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化物系の
超電導材料が種々発見されつつある。

そして、この種の超電導材料を用いた酸化物系超電導線
としては、例えば銅等からなる金属シース内に前記超電
導材料からなる超電導体層を設けた構造のものが知られ
ている。このような酸化物系超電導線を製造するには、
例えば金属シースとなる金属パイプ内に前記超電導材料
の粉末を充填し、これに引抜加工や圧延加工等の伸線加
工を施して細径化したのちに、熱処理を施す方法が用い
られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構造の酸化物系超電導線では
、その内部の超電導体自体が脆く機械的強度が低いため
に、例えば超電導マグネットの巻線用として巻胴に巻回
しようとする際に、上記超電導体にクラックが入り易い
おそれがあり、超電導特性の著しい低下を柘く問題があ
った。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明の酸化物系超電導線にあっては、その構
成を、酸化物超電導体からなる超電導体層の内部に該超
電導体層の長さ方向に沿う金属補強材を複数本分散させ
てなるものとしたことにより、上記の問題点を解決する
ようにした。

〔作用〕

超電導体層の内部に分散せしめられた複数本の金属補強
材により、酸化物系超電導線の長さ方向と交差する方向
への屈曲性が良好となり、曲げ強度が向上する。また、
複数本の金属補強材は、それぞれ独立して酸化物系超電
導線の安定化部材としても機能する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の酸化物系超電導線の一例を示すもの
で、図中符号１は酸化物系超電導線である。この例の酸
化物系超電導線１は、超電導体層２と金属補強材３と被
覆層４から概略構成されている。

超電導体層２は、断面円形状でかつ長尺のものである。

この超電導体層２を形成する材料としては、Ａ　−Ｂ　
−Ｃ−Ｄ系（ただしＡは、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ。

Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ。

Ｙｂ、Ｌｕなどの周期律表ｍａ族元素のうち１種あるい
は２種以上を示し、ＢはＳ　ｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｍ
ｇ。

Ｒａなどの周期律表Ｉｌａ族元素のうち１種あるいは２
種以上を示し、ＣはＣｕ　、　Ａ　ｇ　＋　Ａｕの周期
律表Ｉｂ族元索とＮｂのうちＣｕあるいはＣｕを含む２
種以上を示し、ＤはＯ，Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｏなどの周
期律表ｖｔｂ族元素およびＦ、ＣＩ、Ｂｒ等の周期律表
■ｂ族元素のうち０あるいは０を含む２種以上を示す）
の超電導体が用いられる。

そして、このような超電導体Ｈ２の内部には、この超電
導体層２の長さ方向に沿う金属補強材３・・・が複数本
（この例では７本）分散されて配設されている。この例
の金属補強材３・・・は、いずれら上記超電導体層２の
断面積に比べて小さい断面積を有する中実の細線状のも
のであり、その断面形状は円形状のものである。そして
、これら金属補強材３を形成する材料としては、酸化物
系超電導線１に良好な屈曲性を付与できかつ良好な導電
性を有する金属材料が用いられ、具体的には銅、ステン
レス鋼などの金属、銀、金、白金などの貴金属あるいは
これらの合金などが選ばれる。特に、ステンレス鋼や銅
などの金属を用いる場合には、上記貴金属等の非酸化性
材料のコーティングを施すことが好ましい。

また、上記超電導体層２の外周部には、被覆層４が設け
られている。この被覆層４は、超電導体層２を覆って超
電導体層２の良好な超電導特性を維持するためのもので
ある。この被覆層４を形成する材料には、種々の金属、
合金あるいは合成樹脂などが使用可能であるが、特に上
記金属補強材３の形成材料と同様のらのが好適に用いら
れる。

また、酸化物系超電導線ｌの製造工程中において、被覆
層４を介して超電導体層２に熱処理を施す必要がある場
合には、被覆層４の形成材料として、超電導体層２から
酸素を奪わないような非酸化性材料、例えば上記の貴金
属などを用いるのが望ましい。

次に、このような構成からなる酸化物系超電導線を製造
する方法の一例を説明する。

まず、超電導体層２を形成する材料として出発材料を用
意する。この出発材料には、前記Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ系の超
電導体粉末あるいはその前駆体粉末が用いられる。

ここで、超電導体の前駆体粉末としては、上記超電導体
を構成する元素を含む材料混合粉末あるいはこの材料混
合粉末と上記酸化物超電導体粉末との混合粉末が用いら
れる。上記の材料混合粉末には、周期律表１１ａ族元素
を含む粉末と周期律表ＩＩＩａ族元素を含む粉末と酸化
銅粉末等からなる混合粉末あるいはこの混合粉末を仮焼
した粉末、またはこの仮焼粉末と上記混合粉末とからな
る混合粉末などが用いられる。そして、上記周期律表１
１ａ族元素粉末としては、Ｂｅ、Ｓ　ｒ、Ｍｇ、Ｂａ、
Ｉｌａの各元素の炭酸塩粉末、酸化物粉末、塩化物粉末
、硫化物粉末、フッ化物粉末等の化合物粉末あるいは合
金粉末などが用いられる。また、周期律表ｍａ族元素粉
末としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ。

Ｉ’ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、
Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの各元素の酸化物粉末、炭酸塩粉末、
塩化物粉末、硫化物粉末、°フッ化物粉末等の化合物粉
末あるいは合金粉末などが用いられる。さらに、酸化銅
粉末には、ＣｕＯ，ＣｕｔＯ，Ｃｕ３０ｔ、Ｃｕ＊Ｏａ
などが用いられる。

次に、このような出発材料を仮焼成したのち、複数本の
金属補強材３・・・と共にゴム製等からなる円筒状の容
器内に収容する。ここで、仮焼成処理は、酸素ガスを含
む雰囲気中で、例えば５００〜１０００℃、１〜数十時
間の条件で行なわれるのが望ましい。また、上記出発材
料および金属補強材３・・・の容器への収容に際して、
金属補強材３・・・を互いに接触しないように離間させ
ながら上記出発材料を充填してゆくことが必要である。

次いで、上記容器全体を例えば通常のＣＩＰ（冷間等方
圧プレス）などの等方圧プレスにより圧縮成形して短尺
の成形体を作製したのち、この成形体を焼成して超電導
体層２を具備した酸化物系超電導素線を得る。ここで、
上記圧縮成形における成形圧力は、出発材料の種類、得
られる成形体の圧密炭などに応じて決められ、通常は１
．５〜ｌ　Ｏｔｏｎ／ａｘ”程度の範囲で定められる。

また、焼成処理は、酸素雰囲気中で８００〜１１００℃
、１〜１００時間程度加熱する条件で行なわれる。

次いで、上記酸化物系超電導素線にコーティング処理を
施して被覆層４を形成して酸化物系超電導線１を得る。

また、上記容器全体に対してＨＩＰ（熱間等方圧プレス
）を行なってもよい。このＨＩＰでは、上記容器の形成
材料として高融点の白金などの金属材料が好適に用いら
れる。この上うなＨＩ　Ｐを用いれば、上記ＣＩＰによ
る圧縮成形とその後の焼成処理とを同時に行なうことが
できるので、製造工程数の削減を図ることができるなど
の効果がある。

次いで、上記の酸化物系超電導線！よりも長尺の線材を
得る場合には、上記の酸化物系超電導線１あるいはその
前駆体の短尺の成形体を金属パイプ内に収容したのち、
この金属パイプ全体に伸線加工を施して所望の線径の線
材とする。この伸線加工には、押出加工、ダイスによる
引抜加工、ロータリースウェージング加工等の鍛造加工
、圧延加工などの加工方法が１種あるいは２種以上組合
わせて用いられる。

次に、上記線材を焼成して長尺の酸化物系超電導線１を
得る。ここでの焼成処理は、前述の焼成処理と同条件で
行なわれる。そして、上記線材をそのまま焼成してもよ
いが、上記線材から金属シース部分を除去して線材内の
超電導体層を露出させた状態で焼成処理するのが望まし
い。このように金属シース部分を除去してから焼成処理
を行なえば、焼成処理の雰囲気中の酸素を超電導体内に
十分に供給できることから、良好な超電導特性を示す超
電導体を具備した酸化物系超電導線ｌを得ることができ
る。

なお、上記の例では、金属補強材３として中実の金属線
を用いたが、中空の金属線を用いた構成であってもよい
。金属補強材３を中空とするには、例えば鉛、錫などの
低融点金属等からなる芯材の外周部に上記金属補強材３
の形成材料からなる被覆層を設けた線材を金属補強材と
し、これを超電導体層２内に分散させ、圧縮成形したの
ちに、上記芯材の融点以上に加熱して金属補強材から芯
材を溶融除去して金属補強材を中空とする方法を用いる
ことができる。このように金属補強材３を中空とするこ
とにより、特に金属補強材３を銀等の酸素透過性を有す
る材料から形成した場合、超電導体層２に対する焼成処
理の際に、金属補強材３の内部から金属補強材３の一壁
部を通して超電導体層２に上記焼成雰囲気中の酸素を効
率よく供給でき、超電導体層２の超電導特性を向上させ
ることができる。また、金属補強材３が中空のものであ
れば、酸化物系超電導線１を例えばマグネットコイルな
どとして使用する際に、超電導体層２内に分散させた複
数本の金属補強材３・・・をそれぞれ冷媒通路として利
用できる利点もある。

〔製造例〕

細粒化したＹ、０３粉末とＢ　ａ　ＣＯ３粉末とＣｕＯ
粉末をＹ　：Ｂａ：Ｃｕ＝　１　：２　：３となるよう
に混合して混合粉末を得た。次いで、この混合粉末を酸
素気流中で９００℃、２４時間加熱する仮焼処理してか
ら、ボールミルにより粉砕した後、この粉末を内径５．
５ｍｍの円筒状のゴム製容器内に直径０゜１ｍｍの銀線
（金属補強材）７本と共に収容した。この容器全体に対
して成形圧力を２　、５　ｔｏｎ／　ｃｍ”としたＣＩ
Ｐにより圧縮成形を行ない、短尺、棒状の成形体を得た
。次に、この成形体に酸素気流中で、９００℃、２４時
間加熱する焼成処理を施して、外径５■、長さ３０ＣＩ
の焼結体を得た。

次に、この焼結体を外径１０．５ｍｍ、内径６．０ｍｍ
の銀パイプ内に収容して複合体としたのち、この複合体
にロータリースウエージング加工を施して直径Ｑ　、　
５　Ｒｘ、長さ約４０１の線材を得た。

次いで、この線材を硝酸中に浸漬させて銀シースを溶解
除去して線材内の芯線部分（超電導体層部分）を露出さ
せた。そして、この芯線部分に対して酸素気流中で８９
０℃、１７時間加熱する熱処理を行なって、芯線の全線
に亙って超電導体を生成させ、超電導素線を得た。次に
、この超電導素線の表面に半田メツキして厚さ１ｍｍの
被覆層を形成して酸化物系超電導線を製造した。

このようにして製造された酸化物系超電導線は、臨界温
度９１Ｋを示し、かつ７７Ｋにおいて臨界電流密度的１
１０００　Ａ／ＣＩ”を示した。

また、この酸化物系超電導線は、巻胴に巻回しても、そ
の屈曲部分にクラックが発生することなく、曲げ強度に
強いことが確認された。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の酸化物系超電導線にあっ
ては、酸化物超電導体からなる超電導体層の内部に該超
電導体層の長さ方向に沿う金属補強材を複数本分散させ
てなるものであるので、複数本の金属補強材により酸化
物系超電導線の長さ方向と交差する方向への屈曲性が良
好なものとなり、曲げ強度が向上したものとなる。した
がって、この酸化物系超電導線を超電導マグネットの巻
線用として巻胴に巻回しても、線材内部の超電導体にク
ラックが入るなどの不都合が生じることがなく、良好な
超電導特性を維持できる。

また、この酸化物系超電導線にあっては、その内部に複
数本の金属補強材がそれぞれ独立して分散されているの
で、たとえ酸化物系超電導線に超電導状態が崩壊した部
分が生じても、その部分に近い金属補強材が安定化部材
として速やかに機能することから、安全性の高いものと
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の酸化物系超電導線の一例を示す概略
断面図である。 ■・・・・・酸化物系超電導線、２・・・・・超電導体
層、３・・・・・金属補強材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化物超電導体からなる超電導体層の内部に該超電導体
   層の長さ方向に沿う金属補強材を複数本分散させてなる
   ことを特徴とする酸化物系超電導線。