JPH01169813A - 高臨界電流密度を有する超電導ワイヤおよびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高臨界電流密度を有する超電導ワイヤの構
造およびその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、Ｙを含む希土類元素（以下、この元素なＲで示
す）、アルカリ土類金属、　Ｃｕおよび酸素からなるペ
ロブスカイト構造を有する化合物（以下、この化合物を
超電導セラミックスという）は。

液体窒素で冷却可能な７７″Ｋにおいて超１尋現象を示
すことが知られているう 上記超電導セラミックスの粉末を用いて超電導セラミッ
クス線材を製造する方法としては、原料粉末として、い
ずれも平均粒径：１０μｍ以下のＲ２Ｏ３粉末、アルカ
リ土類金属の炭酸塩粉末、およびＣｕＯ粉末を用意し、
これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、混合し、大
気中または酸素雰囲気中で、温度二８５０〜９５０℃に
て焼成し、ペロブスカイト構造を有する超電導セラミッ
クスを製造し、これを平均粒径：１ｏμｍ以下に粉砕し
た後ｓ　ＡｇＪｌｌ！の管材内に充填し、ついでこの充
填管材にスェージング加工や溝ロール加工、さらにダイ
スによる線引き加工を施して、直径＝５馴以下の超電導
セラミックス粉末充填ワイヤを製造し。

ついで、このワイヤを温度：９００〜９５ＣＩＣ。

大気中または酸素雰囲気中で熱処理して超電導ワイヤを
製造する方法が知られている。

〔発明が解決しようとする間鴇点〕

しかし、上記従来の技術で述べた方法により製造した超
電導ワイヤの臨界電流密度、ｒｃは、１０３Ａ／ｃｒＩ
Ｌ２のオーダーであり、実用に供する超電導ワイヤの臨
界電流密度Ｊｃは、少くとも１０Ａ／ｃｒＩＬ２を必要
としている。

かかる要求をみたす手段として、超電導セラミックスの
単結晶を作製し、ペロブスカイト構造を有する上記単結
晶のＣ軸方向に垂直な方向にＥＬ流を流すような超！！
単結晶ワイヤを作製すると。

臨界電流密度−１ＯＡ／ｃｍ２以上を有する超電導ワイ
ヤが得られるのであるが（一般に、上記超電導セラミッ
クスの結晶は、結晶異方性が大きく。

結晶のＣ軸方向には電流が流れに〈＜、上記Ｃ軸方向に
垂直な方向には電流が流れやすく、上記Ｃ軸方向の電流
の流れやすさは、上記Ｃ軸に垂直な方向の約１００以下
であると言われている。）、かかる長いワイヤ状の超電
導セラミックス単結晶を作製することは、実験室的には
可能であったとしても、工業的には現在のところ不可能
であろう〔問題点を解決するための手段〕 超電導セラミックスを作製し、それを管材に充填し、伸
線加工したのち熱処理する超電導ワイヤの製造工程を詳
細に検討する過程で１本発明者等は次のような事実を確
認したのである。

（勾　超を導セラξツクス粉末を加圧成形して圧粉体に
成形すると、上記圧粉体の表面に、粉末のＣ軸がプレス
面に垂直に配向した層（以下、この層を圧縮配向層とい
う）が形成され、上記圧縮配向層の厚さは、プレス圧力
に依存する。

（２）上記圧粉体表面に形成された圧縮配向層の配向は
、ｇＰ：給熱処理しても変らない。

（３）　　超電導セラミックスを充填した管材を伸線加
工して作製した従来の超電導ワイヤには超電導ワイヤの
シース内面から厚さ：５μｍ未満の圧縮配向層が存在し
ておシ、上記超電導ワイヤに流れる超電導電流は主にＣ
軸が超電導ワイヤの長手方向に対して垂直に配向して充
填されている圧縮配向層を通して流れていると思われる
。

本発明者等は、上記事実のもとにワイヤの臨界電流密度
ＪＣ０１０Ａ／ｃｒ！Ｌ２以上を有する超電導ワイヤを
開発すべく研究を行なったところ、上記従来の超電導セ
ラミックス充填管材を、スェージング加工したのち溝ロ
ール加工し、かかる伸線加工し、て得られた超電導ワイ
ヤを、さらに圧下率：５゜チ以上の平ロール圧延を一度
に行なうと、Ｃ軸方向がワイヤの長手方向に垂゛直に揃
った厚さ２５μｍ以上の圧縮配向層を有する超電導ワイ
ヤが得られ。

かかる厚さ＝５μ肩以上の圧縮配向層を有するワイヤの
臨界電流密度は１０　Ａ／ｃ！ＩＬ２以上に改善するこ
とができるという知見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って。

（１）　　超電導セラミックス粉末をＡｇ製シースに充
填してなる超を導ワイヤにおいて、粉末の結晶のＣ軸方
向が上記超電導ワイヤの長手方向に垂直に配向している
圧縮配向層が、厚さ：５〜１５０μ属にわたって存在し
ている高臨界電流密度を有する超電導ワイヤ。

（２）　　超電導セラミックス粉末をＡｇ製管に充填し
。

上記超電導セラミックス粉末充填Ａｇ製管を、スェージ
ング加工および／または溝ロール加工により伸線加工し
、ついで上記伸線加工によシ得られた超電導ワイヤを、
ｌパスの圧下率が５０％以上の平ロール圧延加工する高
臨界電流密度を有する超電導ワイヤの製造方法に特徴を
有するものである。

上記圧縮配向層の層厚を５〜１５０μ罵に定めた理由は
、５μｍ未満では、従来の超電導ワイヤのように臨界電
流密度Ｊｃは１０　　Ａ／ｃＭＬ２　のオーダーしか得
られないために実用にならず、上記圧縮配向層の層厚は
大きいほど高臨界電流密度が得られるが、普通の圧延ま
たはプレスによシ得られる圧縮配向層の厚さは１５０μ
電が限界である。した、かって上記圧縮配向層の厚さを
５〜１５０μｍと定めた。

！＠１〜４図は、この発明の高臨界電流密度Ｊｃを示す
超電等ワイヤの断面構造を示す概略図でアシ。

１はＡｇ製シース、２は超電導セラミックス粉末の圧縮
配向層、３は超電導セラミックス粉末である。

上記超電導セラミックス粉末の圧縮配向層とは。

粉末の結晶のＣ軸方向が超電導ワイヤの長手方向に対し
て垂直方向に揃っている層である。上記圧縮配向層２は
、第２図および第４図のように、ワイヤ断面全体が圧縮
配向層となっている必要はなく、第１図および第３図に
示されるように、充填されている超電導セラミックス粉
末のうち、Ａｇシース内面に沿って、一部圧縮配向層と
なっている構造をとってもよい。第２図および第４図の
場合は両面から、それぞれ超電導セラミックス粉末は圧
下率：５０−以上圧縮され、　Ａｇ製シースｌ内面から
５〜１５０μ鳳の圧縮配向層が形成されるから、第２図
および第４図の場合はＡｇ製シース１の上下両百合せて
厚さ：１０〜３００μ票の圧縮配向層が形成されること
になる。

第３図および第４図に示される断面構造を有する超電導
複合ワイヤは、まず複数個の穴のある複合管を用意し、
この複合管の穴に超電導セラミックスを充填し、上記超
電導セラミックスを充填した複合管を溝ロール圧延した
のちさらにこの溝ロール加工を施した超電導ワイヤを、
圧下率＝５０−以上で１バスの千ロール圧延することに
より作製することができる。また第１図または第２図に
示される断面構造を有する帯状超′ＮＬ＋ワイヤをそれ
ぞれ４本束ねておよび２本重ねて圧接することにより作
製することもできる。

この発明の尚臨界電流密度を有する超電導ワイヤの断面
構造は、第１〜４図に限定されるものではなく、その他
の種々の断面構造をとることができる。

つぎに、上記伸線加工した超電導ワイヤを、さらにｌバ
スの圧下率＝５０％以上で圧延する理由について述べる
。

従来の超電導セラミックス粉末を１ｇ製管に充填し、伸
線加工した段階ではｈ　Ａｇシースに超電導セラミック
ス粉末が可及的に密に充填されている状態にすぎず、こ
の状態では圧縮配向層の厚さは５μｍ未満にしかならな
い。上記圧縮配向層の厚さを６μｍ以上にするには、上
記伸線加工した超電導ワイヤを、さらに５０チ以上の圧
下率で一度に圧延することにより初めてＡｇシースの内
面に厚さ＝５μ講以上の圧縮配向層が形成されることに
よるものである。

ここで、圧下率とは、圧延前の超電導セラミックス充填
線材の外径または超電導セラミックス充填偏平線材の厚
さをり。、これらを平ロール圧延した後の厚さをｈとす
ると。

ｈ、　−ｈ 圧下率−−Ｘ　Ｉ　ＯＯ（％） ｈ。

で表わすことができる。

この圧下率：５０％以上の平ロールによる１バス圧延を
、線材の塑性加工の最終段階で行なう必要が１Ｌかかる
１ノセス圧延は可及的に急改に行なうことが望ましい。

上述の方法によ）形成された圧縮配向層を有する超電導
セラミックス充填ワイヤを、最後に大気中または酸素雰
囲気中で熱処理しても圧縮配向層のＣ軸方向および厚さ
に何ら変化は認められない。

〔実施例〕

この発明を実施例にもとづいて具体的に説明する。

原料粉末として、いずれも平均粒径：６μｍのＹ２Ｏ３
粉末、　ＢａＣＯ５粉末、およびＣｕＯ粉末を用意し、
これら原料粉末なＹ２Ｏ，：　ｌ　５．１３　％、　Ｂ
ａＣＯ３：５２．８９１．Ｃｕｂ：　３１．９８％（以
上型＊ｑｂ）ノ割合で配合し、混合し、この混合粉末を
、大気中。

温度：９００℃、１０時間保持の条件で焼成し。

平均粒径：２．６ｐｒｔｒに粉砕して、ＹＢａ２Ｃｕ、
Ｏ，の組成を有するペロブスカイト構造の超電導セラミ
ックス粉末を作製した。

（刀　上記超電導セラミックス粉末を、内径＝７關×肉
厚：Ｌ５１ＥＩＩのＡｇ製管に充填し、密封し、上記密
封した超′ａ導セラミックス粉末充填Ａｇ製管をロータ
リースェージング加工にて、外径：３ｕの線材とし、こ
のロータリースェージング加工シテ得られた外径：３ｆ
ｌの線材を、さらに２個の千ロールによシ上下に圧延し
て厚さ：１．Ｏｍの帯状ワイヤとし、上記帯状ワイヤを
さらに平ロールにて圧下率：ｅｏＨの１パス圧延し、厚
き二〇、４鵡の帯状超電導ワイヤを作製した。

上記帯状超電導ワイヤを、大気中、温度＝９２０℃、１
５時間保持の条件にて熱処理を行ない、帯状超電導ワイ
ヤの臨界電流密度Ｊｃを測定したところ、　Ｊｃ　：　
１．５　Ｘ　Ｉ　ＯＡ／ｃＩｒＬ２であつ九。上記帯状
超電導ワイヤを切断し、上記超電導セラミックス粉末充
填層をＸ線回折によシ配向テストを行なったところ、粉
末の結晶のＣ軸方向が帯状超電導ワイヤの長手方向に対
して垂直に配向している王権配向層が上記充填層全面に
わたって存在していた。

この帯状超電導ワイヤの断面構造を模擬的に図示すると
第２図の如くなる。

（２）上記（１）で作製した厚さ：０．４ｍの帯状超電
導ワイヤを２本重ねて圧下率二フ５チで干ロール圧延し
ながら圧接し、複合超電導ワイヤを作製した。この複合
超電導ワイヤの臨界電流密度Ｊｃを測定シタトコろ、　
Ｊｃ　：　１．８　Ｘ　Ｉ　Ｏ’　Ａ　／ｃ＋ａ２であ
った。

上記複合超電導ワイヤを切断し、超電導セラミックス粉
末の充填層の厚さを測定したところ、超電導セラミック
ス粉末充填層が２層存在し、これら充填層をＸ線回折に
よシ配向テストを行なったところ、粉末の結晶のＣ軸方
向は複合超電導ワイヤの長手方向に対して垂直に配向し
ている圧縮配向層から構成されておシ、この複合超電導
ワイヤの断面構造を模擬的に示すと第４図の如くなる。

〔発明の効果〕

この発明によると、従来の超を専セラミックス粉末を用
いて高臨界電流密度を有する超１！専ワイヤを簡単に製
造することができるというすぐれた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は、この発明によシ製造された高臨界電流密
度を有する超電導ワイヤの断面概略図である。 ユ・・・Ａｇ製シース、 ２・・・圧縮配向層、 ３・・・配向のランダムな超ｉ１ｍセラミックス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｙを含む希土類元素、アルカリ土類金属、銅およ
   び酸素からなるペロブスカイト構造を有する化合物（以
   下、これを超電導セラミックスという）粉末を銀製シー
   スに充填してなる超電導ワイヤにおいて、 上記超電導セラミックス粉末は、上記ペロブスカイト構
   造のＣ軸方向が、上記超電導ワイヤの長手方向に対して
   垂直になるように配向している厚さ：５〜１５０μｍの
   配向層を構成するように充填されてなることを特徴とす
   る高臨界電流密度を有する超電導ワイヤ。
2. （２）上記超電導セラミックスを銀製管に充填し、上記
   超電導セラミックス粉末を充填した銀製管を伸線加工し
   て超電導セラミックス粉末充填ワイヤとし、 ついで、上記超電導セラミックス粉末充填ワイヤを、温
   度：９００〜９５０℃にて熱処理する高臨界電流密度を
   有する超電導ワイヤの製造方法において、 上記伸線加工した超電導セラミックス粉末充填ワイヤを
   １パスの圧下率が５０％以上の平ロール圧延を行なつた
   のち上記熱処理することを特徴とする高臨界電流密度を
   有する超電導ワイヤの製造方法。
3. （３）上記伸線加工した超電導セラミックス粉末充填ワ
   イヤを、軽く平ロール圧延して断面偏平状の充填ワイヤ
   とし、ついで１パスの圧下率が５０％以上の平ロール圧
   延を行なつたのち、上記熱処理することを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の高臨界電流密度を有する超電
   導ワイヤの製造方法。