JPH01149321A - セラミックス系超電導線の製造方法 - Google Patents
セラミックス系超電導線の製造方法Info
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- JPH01149321A JPH01149321A JP62308269A JP30826987A JPH01149321A JP H01149321 A JPH01149321 A JP H01149321A JP 62308269 A JP62308269 A JP 62308269A JP 30826987 A JP30826987 A JP 30826987A JP H01149321 A JPH01149321 A JP H01149321A
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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
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
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B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。
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。
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23K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−0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にあるいは室温以上の臨界温度
を示すセラミックスも報告されている。
eの23K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−0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にあるいは室温以上の臨界温度
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。
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Nb、 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。
現在実用化されているNb−Ti系やNb、 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、 ■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。
加熱処理する方法、 ■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。
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。
さらに上記いずれの方法によって製造された線材におい
ても強度上問題があり、コイル形成の際に電磁力に対抗
するなめ、高張力で巻回することができないという難点
があった。
ても強度上問題があり、コイル形成の際に電磁力に対抗
するなめ、高張力で巻回することができないという難点
があった。
(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
つ高い強度と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。
、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
つ高い強度と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]
(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)複数本のセラミックファイバを撚合せた撚線外周
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
の焼結層の外側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。
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
の焼結層の外側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。
)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200〜250k(1/−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〜
13μmφ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ImperialChemical In
dustries PLC−ICI製^1203ファイ
バ商品名)等の化5102系ファイバを用いることがで
きる。
℃以上の高い耐熱性と200〜250k(1/−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〜
13μmφ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ImperialChemical In
dustries PLC−ICI製^1203ファイ
バ商品名)等の化5102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105Ωcm以下
であることが好ましい9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0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。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。
であることが好ましい9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0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。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。
上記のセラミックファイバは、その複数本により撚線構
造に形成して用いられる。このようにして良好な可撓性
と著しく大きな強度を得ることができる6 セラミックス超電導物質としては、たとえばYBa 2
Cu30x (x <14;ペロプスカイト〉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Y2O3、BaCO3,CuO
等があげられる。
造に形成して用いられる。このようにして良好な可撓性
と著しく大きな強度を得ることができる6 セラミックス超電導物質としては、たとえばYBa 2
Cu30x (x <14;ペロプスカイト〉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Y2O3、BaCO3,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、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。
場合、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。
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。
上記の液状物質を撚線外周に塗布する際に、予め最外層
の素線間隙に焼結温度で揮散する塗料を塗布するか、あ
るいは合成樹脂繊維を撚合せておくことにより、最外層
の素線間隙に焼結層が形成されるのを防ぎ、より可撓性
を向上させることができる。
の素線間隙に焼結温度で揮散する塗料を塗布するか、あ
るいは合成樹脂繊維を撚合せておくことにより、最外層
の素線間隙に焼結層が形成されるのを防ぎ、より可撓性
を向上させることができる。
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700〜100
0°Cに加熱して、特性の改善が図られる。
あるいは酸素加圧下で酸化調整しながら700〜100
0°C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〜
10μm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、一方後者の無機絶縁被
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。
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〜
10μm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、一方後者の無機絶縁被
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よりなる
撚線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
りなる微粉末を含む混合溶液を被着した後焼結するため
、良好な可撓性と高強度の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脹の差も小さく、かつ密着性も良好
である。
撚線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
りなる微粉末を含む混合溶液を被着した後焼結するため
、良好な可撓性と高強度の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脹の差も小さく、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。
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撚線
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、ファイバ撚
線Wはガイドリール5〜8を介して塗布装置3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
して塗布槽3b内に収容された混合溶液りが複数層に亘
ってその外周に塗布焼付けされる。なお9は絞りダイス
である。
の装置の概略を示したもので、セラミックファイバ撚線
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、ファイバ撚
線Wはガイドリール5〜8を介して塗布装置3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
して塗布槽3b内に収容された混合溶液りが複数層に亘
ってその外周に塗布焼付けされる。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2259、BaCO
3を467g、CuOを239g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/c#の圧縮力を加えてプレスした。
末を製造した。すなわちY2O3を2259、BaCO
3を467g、CuOを239g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/c#の圧縮力を加えてプレスした。
次いで空気中で950℃×12時間焼結した後、400
°C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500
gをポリウレタンワニス(クレゾール溶液、120℃×
90分の固型分70% ) 1000g中に混合した。
°C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500
gをポリウレタンワニス(クレゾール溶液、120℃×
90分の固型分70% ) 1000g中に混合した。
この混合溶液を塗布槽3b内に収容し、一方セラミック
ファイバ撚線Wは外径10μmφのSiC系ファイバに
カロン:日本カーボン株式会社製商品名)の1000本
を集合撚りした撚線を用い、上記の塗布装置および炉長
5m、炉温300〜400℃の焼付炉4に6回通過せし
めてセラミックファイバ撚線W上に膜厚6.8μmの一
次焼結層を形成した。
ファイバ撚線Wは外径10μmφのSiC系ファイバに
カロン:日本カーボン株式会社製商品名)の1000本
を集合撚りした撚線を用い、上記の塗布装置および炉長
5m、炉温300〜400℃の焼付炉4に6回通過せし
めてセラミックファイバ撚線W上に膜厚6.8μmの一
次焼結層を形成した。
次いで950℃で2時間加熱し焼結層を形成した。
この焼結層の膜厚は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88K、臨界電流密度(Jc )
は(0,5〜1.0)X 10’ A/cノ(at77
K)であった。
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88K、臨界電流密度(Jc )
は(0,5〜1.0)X 10’ A/cノ(at77
K)であった。
実施例2
実施例1と同様に固相反応法で作成した超電導物質の微
粉末500gをポリビニルアルコール樹脂の20%エタ
ノール溶液1000Q中に均一に混合し、同様に外径1
0μmφのSiCファイバの1000本を集合撚りした
撚線上に塗布焼付けした。この時の膜厚は6.7μmで
あった。次いで950℃で2時間焼結した焼結層の厚さ
は2.8μIであった。さらにこの外周に銅を蒸着した
線材の特性を測定した結果、”rc =83K 、 J
c =(0,3〜0.7)x10’^/d(at77K
)であった。
粉末500gをポリビニルアルコール樹脂の20%エタ
ノール溶液1000Q中に均一に混合し、同様に外径1
0μmφのSiCファイバの1000本を集合撚りした
撚線上に塗布焼付けした。この時の膜厚は6.7μmで
あった。次いで950℃で2時間焼結した焼結層の厚さ
は2.8μIであった。さらにこの外周に銅を蒸着した
線材の特性を測定した結果、”rc =83K 、 J
c =(0,3〜0.7)x10’^/d(at77K
)であった。
[発明の効果コ
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撚線の外周にセラ
ミックス超電導物質の焼結層を形成することにより、高
温長時間の焼結条件下でもファイバが断線することなく
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、高い強度と電流密度の超電
導線を得ることができる。
造方法によれば、セラミックファイバ撚線の外周にセラ
ミックス超電導物質の焼結層を形成することにより、高
温長時間の焼結条件下でもファイバが断線することなく
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、高い強度と電流密度の超電
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さらに集合線、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
得られた線材を高張力でコイル巻きした後、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。
め、これらの複数本を用いてさらに集合線、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
得られた線材を高張力でコイル巻きした後、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撚線L・・・
・・・・・・混合溶液
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撚線L・・・
・・・・・・混合溶液
Claims (7)
- (1)(イ)複数本のセラミックファイバを撚合せた撚
線外周に、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
の焼結層の外側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)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)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)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)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)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。 - (7)焼結層は、撚線を構成する最外層の素線間隙を除
く撚線外周に形成されてなる特許請求の範囲第1項ない
し第6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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62308269A JPH01149321A (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | セラミックス系超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62308269A JPH01149321A (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | セラミックス系超電導線の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01149321A true JPH01149321A (ja) | 1989-06-12 |
Family
ID=17978987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62308269A Pending JPH01149321A (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | セラミックス系超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01149321A (ja) |
-
1987
- 1987-12-04 JP JP62308269A patent/JPH01149321A/ja active Pending
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