JPH01144527A - セラミックス系超電導線の製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は超電導線の製造方法に係り、特にセラミックス
系超電導線の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、特に昨年の秋以降、セラミックス−超電導体の開
発が世界中で急ピッチで進められている。

この超電導体は、従来の最高の臨界温度を示すＮｂ３Ｇ
ｅの２３にを大巾に越えるもので、Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−
０系セラミックス（臨界温度３５Ｋ　＞　、Ｌａ−３ｒ
−Ｃｕ−Ｑ系セラミックス（超電導開始温度３７に以上
）、Ｌａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系セラミックス、Ｙ−Ｂａ−
Ｃｕ−０系セラミックス（ゼロ抵抗温度９３Ｋ）等のほ
か、本年に入って２３３にあるいは３００に以上の臨界
温度を示すセラミックスも報告されている。

このようにセラミックス超電導材料は臨界温度が液体窒
素温度以上や室温で用いることができる可能性があり、
この場合、高価な液体ヘリウムを使用しなくて済むため
、経済的に極めて有利となるほか、超電導発電機等に使
用されると構造がシンプルで熱機関の効率も向上する等
の利点を有する。

しかしながら、セラミックスは硬くて、かつ脆いため、
現在実用化されているＮｂ−Ｔｉ系やＮｂｌ　Ｓｎ系超
電導線のように曲げたり、あるいはコイル巻きすること
ができず、この点を克服することが実用化への第１歩と
なる。

現在線材の製造方法として、 ■アモルファスのテープあるいは線材を酸素雰囲気下で
加熱処理する方法、 ０合金管（たとえばＣｕ−Ｎｉ合金）の内部に原料の粉
末を充填し、両端を引張って線材やテープ状に成形する
方法、 ■銅系合金管内にセラミックスを充填し、熱処理および
圧延加工等を施して線材やテープ状に成形する方法、等
が提案されている。

しかしながら、上記■の方法においては、極めて急速な
冷却を必要とする上、極めて細い線材や薄膜のテープし
か得られず、実用線材を得る方法としては、難点を有し
ており、上記■の方法では長尺の線材を連続的に製造す
ることが困難であり、上記■の方法では線材の定長が当
初の銅合金管の外径によって制限される上、加工工程が
複雑となる難点がある。この場合、セラミックス超電導
体生成の熱処理は、超電導特性向上の観点から成形後、
すなわち最終線径近傍で施すことが望ましいが、銅系合
金管で被覆されているため成形後に内部に酸素を供給す
ることが極めて困難であり、実際上不可能である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の難点を解決するためになされたもので
、アモルファス化のための急速冷却を必要とせず、長尺
の線材を容易に製造することができる上、酸化性雰囲気
中での熱処理を長尺の線材の状態で施すことができ、か
つ高い臨界電流密度の実用線材を製造することが可能な
セラミックス系超電導線の製造方法を提供することをそ
の目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明のセラミックス系超電導線の製造方法は、 （イ）セラミックファイバの外周にセラミックス超電導
物質あるいは酸化性雰囲気中で加熱することによりそれ
を生成する構成物質よりなる微粉末を溶媒中に分散させ
た混合溶液を被着する工程と、（ロ）次いで前記被着物
質を焼結する工程と、（ハ）この焼結層の外周に金属ま
たはその合金よりなる安定化材を被覆する工程とからな
ることを特徴としている。

上記のセラミックファイバとしては炭化ケイ素（ＳｉＣ
）系あるいは酸化物系のものを用いることができる。

これらのファイバは連続長繊維で、１０００〜１３００
℃以上の高い耐熱性と２００〜２５０ｋｑ／−以上の引
張強さを有しており、その平均直径はたとえば１０〜１
３μｍφと極めて小さいものがあり、もちろんこれより
大径のものを用いることもできる。前者のＳｉＣ系ファ
イバとしては、たとえばチラノ繊維（宇部興産株式会社
製５ｉ−Ｔｉ−Ｃ−０系ファイバ商品名）やニカロン（
日本カーボン株式会社製ＳｉＣ系ファイバ商品名）をあ
げることができ、後者の酸化物系ファイバとしてはサフ
ィル（英国１１１ＥｌｅｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｉ
ｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　ＰＬＣ−ＩＣＩ製＾１２０３７フ
イバ商品名）等の他５ｉ０２系ファイバを用いることが
できる。

上記のファイバはその体積固有抵抗が１０５ΩＣ１以下
であることが好ましい０体積固有抵抗が上記の範囲であ
ると臨界温度以上に超電導線の温度が上昇したときに、
電流がファイバ内を流れ易くなり破壊し難くなるためで
ある４体積固有抵抗が高いと臨界温度以上になったとき
に端子電圧が上昇し破壊し易くなる０体積固有抵抗が小
さければロスの発生も少なく好都合である。

セラミックス超電導物質としては、たとえばＹＢａ２　
Ｃｕ３０ｘ　（ｘ　＜１４；ペロブスカイト）やこれに
Ｆ等を添加したものがあり、一方、酸化性雰囲気中で加
熱することによりそれを生成する構成物質としては炭酸
塩や酸化物、たとえばＹ２Ｏ１、ＢａＣ０，、ＣｕＯ等
があげられる。

上記の物質は微粉末の状態で溶媒中に分散される。この
場合１、混合溶液中の各構成元素の原子数比はセラミッ
クス超電導物質を構成する原子数比に一致するように配
合することが好ましい、超電導物質の微粉末は固相反応
法で生成したものが好適する。すなわち、酸化物、炭酸
塩等を均一に混合後、空気中で加熱する工程を繰返し、
次いでこれを圧縮した後、酸化性雰囲気中で焼結後、粉
砕したものを用いることができる。

さらに混合溶液の溶媒としては、分解温度の低いエナメ
ルワニス、たとえばポリウレタンワニスやポリビニルア
ルコール樹脂溶液等が用いられる。

セラミックス超電導物質の焼結層の生成は、酸素気流中
あるいは酸素加圧下で酸化調整しながら１００〜１００
０℃に加熱して、特性の改善が図られる。

この焼結層の外側に安定化材が被覆されるが、この安定
化材としては、たとえば銀、銅、アルミニウムまたはこ
れらの合金をメツキや蒸着により、たとえば０．１〜１
０μｍの厚さに施すことができ、この外側に通常絶縁被
膜が施される。絶縁被膜としては有機あるいは無機材料
が用いられ、前者の有機絶縁被膜としてはｕｖ硬化ウレ
タン樹脂やＰＶＦエナメルを、−左後者の無機絶縁被膜
としてはアルミナやポリボロシロキサン樹脂等をあげる
ことができる。

（作用） 本発明の方法においては、セラミックファイバの外側に
セラミックス超電導物質あるいは酸化性雰囲気中で加熱
することによりそれを生成する構成物質よりなる微粉末
を含む混合溶液を被着した後焼結するため、長尺の線材
を容易に製造することができ、かつファイバがセラミッ
クスよりなるため超電導物質との熱膨張の差も小さく、
かつ密着性も良好である。

すなわち上記の良好な密着性の達成とセラミックスの加
工を不要としたことにより、長尺線材の製造を可能にす
る。また混合溶液を用いることにより、エナメル線の製
造工程と同様の方法を採用することができる。

（実施例） 以下本発明の実施例について説明する。

図は本発明によるセラミックス超電導線を製造するため
の装置の概略を示したもので、セラミックファイバＷを
巻回した送出しボビン１と巻取りボビン２との間に塗布
装置３および焼付炉４が順に配置され、ファイバＷはガ
イドリール５〜８を介して塗布袋ｒ！ｔ３と焼付炉４を
所定回数通過することにより、塗布ロール３ａを介して
塗布！ｆＩ３ｂ内に収容された混合溶液りが複数層に亘
って塗布焼付けされる。なお９は絞りダイスである。

実施例１ ます固相反応法により次のようにして超電導物質の微粉
末を製造した。すなわちＹ２Ｏ３を２２５ｏ。

ｅａｃｏ　１を４６７ｇ、ＣｕＯ９２３９（ｌを混合し
て、これを空気中で９５０℃×８時間加熱する工程を３
回繰返して得た粉末に１．５ｔ／ｄの圧縮力を加えてプ
レスした１次いで空気中で９５０℃×１２時間焼結した
後、４００℃まで徐冷し、この温度で２時間保持した後
、粉末に粉砕した。このようにして製造した超電導微粉
末５００ｇをポリウレタンワニス（クレゾール溶液、１
２０°ＣＸ９０分の固型分７０％　）　１００Ｇ（ｌ中
に混合した。

この混合溶液を塗布ＷＢｂ内に収容し、一方セラミック
ファイバＷは外径１０μＩφのＳｉＣ系ファイバ（ニカ
１７ンー日本カーボン株式会社製商品名）を用い、上記
の塗布装置および炉長５Ｉ、炉温３０Ｇ〜４００℃の焼
付炉４に６回通過せしめてセラミックファイバＷ上に膜
厚６．８μｍの一次焼結層を形成した０次いでこのよう
にして得られた線材の１０００本を集合撚りした後、９
５０℃で２時間加熱し焼結眉を形成した。この焼結層の
膜１７は３．５μｌであった。さらにこの焼結層の外周
に銅を蒸着した線材の特性を測定した結果、臨界温度（
Ｔｃ　）は８８に、臨界電流密度（ＪＣ）は（ｏ、５〜
１．０）ｘ　１０冨Ａ／ｃ７　（ａｔ７７Ｋ）であった
。

なお上記の実施例では集合撚りした後、焼結および安定
化層を被覆したが、焼結および安定化層の被覆後に集合
撚りしてもよい。

実施例２ 実施例１と同様に固相反応法で作成した′Ｂ電導！！？
１Ｍの微粉末５００ｇ５：ポリビニルアルコール樹脂の
２０％エタノール溶液Ｉ　Ｇｏｏ（ｌ申に均一に混合し
、同様に外径１０μ惜φのＳｉＣファイバ上に塗布（Ｊ
？付けした。この時の膜Ｊｇは６．７μｍであった。こ
の線材の１０００本を集合撚りした後、９５０℃で２時
間焼結した焼結層の厚さは２．８μｍであった。さらに
この外周に胴を蒸着した線材の特性を測定した結果、’
Ｉ’ｃ＝８３に、Ｊｃ　＝（０，３〜０．７）ｘ１０″
Ａ／ｄ（ａＬ７７Ｋ）であった。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明のセラミックス系超電導線の製
造方法によれば、セラミックファイバの外側にセラミッ
クス超電導物質の焼結層を形成することにより、長尺の
機械的および電気的に安定した線材を容易に製造するこ
とができるとともに、高い電流密度の超電導線を得るこ
とができる。

本発明によって製造された超電導線は可撓性に優れるた
め、これらの複数本を用いて集合線、撚線あるいは編組
線を容易に形成することができ、このようにして得られ
た線材をコイル巻きした後、エナメルワニスを含浸して
超電導マグネットを製作することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明のセラミックス系超電導線の製造方法に用い
られる装置の一実施例を示す概略図である。 ３・・・・・・・・・塗布装置 ４・・・・・・・・・焼付炉 Ｗ・・・・・・・・・セラミックファイバＬ・・・・・
・・・・混合溶液

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）（イ）セラミックファイバの外周に、セラミック
   ス超電導物質あるいは酸化性雰囲気中で加熱することに
   よりそれを生成する構成物質よりなる微粉末を溶媒中に
   分散させた混合溶液を被着する工程と、 （ロ）次いで前記被着物質を焼結する工程と、（ハ）こ
   の焼結層の外周に金属またはその合金よりなる安定化材
   を被覆する工程とからなることを特徴とするセラミック
   ス系超電導線の製造方法。
2. （２）セラミックファイバは、炭化ケイ素系あるいは酸
   化物系ファイバである特許請求の範囲第１項記載のセラ
   ミックス系超電導線の製造方法。
3. （３）超電導物質は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系セラミック
   スである特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載のセ
   ラミックス系超電導線の製造方法。
4. （４）超電導物質よりなる微粉末は、固相反応法により
   生成されてなる特許請求の範囲第１項ないしし第３項の
   いずれか１項記載のセラミックス系超電導線の製造方法
   。
5. （５）溶媒は、低分解温度のエナメルワニスよりなる特
   許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項記載の
   セラミックス系超電導線の製造方法。
6. （６）セラミックファイバは、その体積固有抵抗が１０
   ＾５Ωｃｍ以下である特許請求の範囲第２項記載のセラ
   ミックス系超電導線の製造方法。