JPH01175185A

JPH01175185A - 超電導ケーブルの接続方法および装置

Info

Publication number: JPH01175185A
Application number: JP33378387A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Takeda; 義信武田; Shuji Yatsu; 矢津　修示; Tetsuji Jodai; 哲司上代
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1989-07-11
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH0740501B2

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、シースによって包囲された２本以上の超電導
ケーブルの端部同士を接続する方法およびそれを実施す
るための装置に関するものであり、特に、配線現場で使
用可能な複合酸化物系超電導セラミックよりなる超電導
ケーブル、ワイヤ、ロッド、板、シート等の長尺体の端
部の接続方法とそれを実施するための装置に関するもの
である。

従来の技術複合酸化物の超電導材料自体は古くから知られていたが
、昨年（昭和６１年４月）に至って、Ｌａ　−Ｂａ−Ｃ
ｕ−０系の複合酸化物の抵抗が３５に以下で低下するこ
とがＧ、Ｂｅｄｎｏｒｚおよびに、　Ａ、　Ｍｊ’１ｌ
ｅｒによって示された。さらに、ＫＪｉＦ４型の結晶構
造のＬａＢａＣｕ　Ｏ４が高い臨界温度の超電導相を構
成するということが田中昭二達によって示され、本年２
月にはＣ，Ｗ、　Ｃｈｕ達によってＹ　−Ｂａ　−Ｃｕ
　−０系の超電導材料が発見されている。

この超電導材料は３層構造のオルソロンピック系のペロ
ブスカイト型結晶構造を有しており、その組成は１３ａ
２　ＹＣｕ３０７−１１で表される。この材料がなぜ高
い臨界温度Ｔｃを有するのかは現在のところ不明であり
、種々の理論が提案されている段階である。

また、こうした複合酸化物超電導セラミックスを導電材
料として用いた線材、すなわちワイヤ、ケープノベテー
プがすでに試作されている。この複合酸化物超電導セラ
ミックス線材を製造する場合には、原料粉末の純度や粒
度等の組成の管理だけでなく、焼結条件に厳しい管理が
必要なほか、金属線の製造方法とは違った難しさがある
。すなわち、セラミックスの場合には焼結工程が必須で
あり、脆いという欠点がある。本発明者達はバインダー
を用いずにセラミックス線を製造する方法として、パイ
プ中で焼結を実施する方法が優れていることを見出し、
既に種々の特許を出願した。

この方法はパイプ等の外筒部材中に被焼結原料を充填し
た後に外筒部材の中で焼結、伸線、圧延、鍛造、熱処理
等を行うものである。超電導ワイヤ等の機能材の場合に
は外筒部材の材質がその超電導特性に重大な影響を与え
るので、外筒部材すなわちパイプとしては、例えば、銀
のパイプを用いることが提案されている。

発明が解決しようとする問題点上記のようなシースすなわち外筒部材中に複合酸化物超
電導を充填した超電導ワイヤ、ケーブル、板状体等の長
尺体を実際に実用化する上での問題点の一つは、これら
の端面の接続の仕方である。

すなわち、金属ワイヤーと違って、溶接が使えず、圧着
では絶縁抵抗が高（なり、酸化等の問題も生じる。また
、上記複合酸化物超電導線と同じ複合酸化物の粉末を介
在させて接点の接続を行う方法も考えられるが、粉末を
介在させただけでは完全な超電導接続はできない。

従って、本発明の目的は複合酸化物超電導ワイヤ、ケー
ブル、板状体等の長尺体を確実に接続するための方法と
それを実施するための装置を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は配線現場で実施可能な複合
酸化物超電導ワイヤ、ケーブル、板状体等の長尺体を接
続するための方法とそれを実施するための装置を提供す
ることにある。

問題点を解決するための手段本発明の提供するシースによって包囲された２本以上の
複合酸化物超電導ケーブルの端部同士を接続する方法は
、接続すべき２本以上の超電導ケーブルの端部を含む超
電導ケーブルの末端部分に複合酸化物よりなる超電導セ
ラミック材料を配置し、次いで、この超電導セラミック
材料を加熱して上記超電導ケーブルの末端部分と一体化
することを特徴としている。

上記のシースとしては一般に銀等の酸素拡散係数が大き
く且つ酸化エネルギーが高い金属によって作られている
のが好ましい。

上記複合酸化物超電導ケーブル自体の製造方法は本出願
人による他の特許出願に詳細に説明されており、また、
本発明の対象でもないので、ここではその概略を説明す
る。

複合酸化物超電導ケーブルを製造する際には、先ず、複
合酸化物超電導粉末を製造する。この複合酸化物超電導
粉末は下記一般式：％式％）（但し、αは周期律表１ａ族に含まれる元素であり、β
は周期律表■ａ族に含まれる元素であり、γは周期律表
Ｉｂ、ｎｂ、１ｌＪｂ、ｒＶａまたは■ａ族に含まれる
元素であり、ｘｌｙ、２はそれぞれＸ　＝　０．１〜０
．９、ｙ＝　１．０〜４．０．１≦２≦５を満たす数で
ある）で示される複合酸化物であるのが好ましい。この複合酸
化物は前記元素α、β、Ｔの各々の酸化物、炭酸塩、硝
酸塩または硫酸塩の粉末または該粉末の混合物を焼結す
ることによって製造することができ、特に、前記元素α
、元素β、元素γの酸化物、塩化物、弗化物、臭化物、
沃化物、硫化物、硝酸塩、硫酸塩または炭酸塩を混合並
びに焼成して得られた焼成体を粉砕した後再度焼結して
得られる焼結体粉末であるのが好ましい。

次に、こうして製造された複合酸化物超電導粉末を金属
パイプに充填し、金属パイプ全体を加熱する。この際、
金属パイプの加熱を上記複合酸化物超電導材料の焼結温
度まで加熱するのが好ましい。実際には、上記粉末を充
填した上記パイプに伸線加工および／または熱処理をす
るのが好ましい。−例としては、上記パイプを伸線加工
した後、上記パイプを焼鈍しさらに伸線加工し、再度焼
結することができる。さらに好ましい他の実施態様では
、上記粉末が充填された上記パイプの伸線加工、中間焼
鈍および伸線加工の工程が複数回繰り返される。上記伸
線加工はダイス伸線、ローラダイス伸線、圧延ロール伸
線、スウェージング、押出伸線の公知の任意の加工法で
行うことができる。

上記伸線加工の加工率は１６〜９２％であるのが好まし
い。上記焼結体粉末は、前記外筒部材に加圧して充填す
ることもできる。また、原料粉末を予め造粒しておくこ
ともできる。また、焼結と同時に前記外筒部材を伸線す
ることもできる。

さらに、表面が前記酸化物超電導材料に対して化学的に
安定であるように処理された金属線材を上記酸化物超電
導材料中に埋設することもできる。

上記金属の酸化物粉末を含む材料中に金属線材を埋設し
た状態で上記焼結および／または伸線を行う場合には、
上記金属線材としてはＡｇおよびＡｇ合金を用いるのが
好ましい。

上記の焼結は５００〜１２００℃の温度で行う。この焼
結温度は、前記原料粉末のうち最も融点の低いものの融
点を上限として該融点との差が１００℃以内の温度範囲
であるのが好ましい。前記焼鈍時の加熱温度は、前記焼
結温度未満であり且つ１６０℃以上であるのが好ましい
。上記焼結後の冷却速度は、５０℃／分以下、好ましく
繍１０℃／分以下とするのが好ましい。また、焼結する
前に上記金属パイプまたは金属容器の断面をさらに縮小
するのも好ましい。

本発明に好適に用いられる複合酸化物超電導材料を構成
する周期律表［ａ族元素としてＢａ５Ｓｒ、Ｃａ５Ｍｇ
、　Ｂｅ等が好ましく、周期律表ＩＩＩａ族元素として
はＹ、　Ｌａ５Ｓｃ、　Ｇｄ、　Ｈａ、Ｂｒ、　Ｔｍ５
Ｙｂ、　Ｌｕ等が好ましい。これら元素の組合せとして
は、−例として、以下のものを挙げることができる。

上記元素αが８ａであり、前記元素βがＹであり、前記
元素ＴがＣｕであるもの。前記元素αがＢａであり、前
記元素βがＬａであり、前記元素ＴがＣｕであるもの。

さらに、前記元素αがＳｒであり、前記元素βがＬａで
あり、前記元素ｒがＣｕであるものも好ましい。これら
の例では、前記元素βの１０から８０％を他のランタノ
イド元素から選択された１種または２種の元素で置換す
ることもできる。

本発明では、接続すべき２本以上の超電導ケーブルの端
部を含む超電導ケーブルの末端部分に複合酸化物よりな
る超電導セラミック材料を配置し、次いで、この超電導
セラミック材料を加熱して上記超電導ケーブルの末端部
分と一体化する点に特徴がある。

上記超電導セラミック材料は、粉末状のままで用いるこ
ともできるが、現場作業での効率化、ハンドリングの容
易さ、品質の均−化等の点から、予め圧縮成形してセラ
ミック粉末成形体、例えばタブレット、シート、ブロッ
ク、ロンド等の任意の形状の成形体としておくのが好ま
しい。

これらの超電導セラミック材料は少なくとも超電導ケー
ブルの端部を含む超電導ケーブルの末端部分に、両ケー
ブルの導通部分と接触するように配置することが必要で
ある。

実際には以下のような配置方法を採用することができる
。すなわち、粉末状の超電導セラミック材料を用いる場
合には、上記超電導ケーブルの末端部分を包囲するよう
に超電導セラミック粉末を配置する。実際には、超電導
セラミック粉末を外側ケース中に収容した後に超電導ケ
ーブルの末端部分を上記外側ケース中に挿入するか、超
電導ケーブルの末端部分を上記外側ケース中に挿入後に
超電導セラミック粉末を供給する。また、場合によって
は、例えば工場でケーブル接続する場合には、外側ケー
スを用いずに、金型内に上記超電導セラミック粉末を装
填した後に、超電導ケーブルの末端部分を金型内にイン
サートして一体成形することもできる。なお、上記外側
ケースは以下で行われる加熱処理に耐えられるような耐
熱性材料、すなわち、金属、セラミック等で作られてい
る。

また、セラミック粉末成形体を用いる場合には超電導ケ
ーブルの末端部分に成形体を配置すればよい。また、上
記超電導ケーブルの端部のシースを予め除去しておくの
も好ましい。

上記の超電導セラミック材料としては、上記超電導ケー
ブルを構成する複合酸化物材料と同じものを用いるのが
好ましいが、場合によっては、複合酸化物超電導材料と
なるその原料粉末そのものを用いることもできる。これ
らの超電導セラミック材料およびその原料粉末自体は上
記で説明したのでここでは詳細は省略する。なお、セラ
ミック粉末成形体を用いる場合には複合酸化物超電導材
料を圧縮成形後に、超電導特性となる公知の温度条件で
焼結および／または仮焼して、焼結された成形体として
用いるのが好ましい。

上記の加熱温度は実質的に上記超電導セラミック材料の
焼結温度である。この焼結温度は用いる複合酸化物超電
導材料の種類によって異なるが、一般に７００〜１１０
０℃である。この加熱処理は実際には、上記の超電導セ
ラミック粉末または予め圧縮成形された超電導セラミッ
ク粉末成形体をケース内に収容した状態で行われる。な
お、上記加熱温度は、焼成体の溶融温度を上限とし、溶
融温度との差が１００℃以内の温度であることが望まし
い。

何故ならば、焼結温度が上記範囲よりも低いと、焼成体
粉末の焼結反応が進行せず、得られた焼結体の強度が極
端に低くなる。一方、焼結温度が上記範囲を越えると、
焼結中に液相が生じ、焼成体の溶融あるいは分解が起こ
る。このような反応を経た焼結体のＴｃは大きく低下す
る。

一般に酸化物超電導材料は、酸素欠陥がその超電導特性
に大きく影響する。これは、結晶構造と共に超電導特性
を決定する大きな要因となっている。このことから、原
料の混合比並びに酸化量を前記定義の組成を満たすよう
に制御し且つ加熱温度を制御することが必要である。す
なわち、各組成比が上記範囲を越えると、結晶構造、酸
素欠陥等が適正でなくなり、Ｔｃ値が低下する。

作用本発明の複合酸化物超電導ケーブル接続方法では、接続
される超電導ケーブル末端に、超電導ケーブルの複合酸
化物よりなる導通部と同じ複合酸化物よりなる接続用超
電導材料が配置され且つ加熱処理されるため、上記導通
部と本発明によって配置された接続用超電導材料とが一
体化され、絶縁抵抗の小さな接続が行なえる。

以下、本発明を添付図面を参照して、本発明の好ましい
実施例により具体的に説明するが、以下の開示は本発明
の技術的範囲を何等制限するものではない。

実施例〔原料超電導材料の調製〕複合酸化物超電導材料は全て固体反応法すなわち粉末焼
結法で作った。原料としてはＹ２Ｏ３、ＢａＣＯ３およ
びＣｕＯの粉末を用いた。各原料は乳鉢で十分微細化し
てから用いた。

先ず、原料のＹ２Ｏ３、ＢａＣＯ３およびＣｕＯをＹ：
Ｂａ：Ｃｕの原子比が２：１：３となるように十分混合
した混合粉末を直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板にプレス
成形した。この成形物を炉中で６時間９００℃で仮焼結
した。得られた焼結体を再度粉砕し、上記と同じくプレ
ス成形してから炉中で９４５℃で６時間焼結した後、炉
中で自然放冷によって冷却した。

得られた焼結体サンプルに対して電気抵抗率、磁化率の
変化を測定して超電導体であることを確認したくここで
、電気抵抗率は標準的な４端子プローブ法を用い、また
、磁化率はＩＫＨｚの高周波をかけてＡＣ磁化率測定法
によりロックイン増幅器を用いて測定した）。この材料
が超電導特性を示し始める温度は９５にであった。

〔超電導ケーブルの製造〕

市販のＹ２Ｏ３粉末２０．９重量％、ＢａＣＯ３粉末５
４．７重量％及びＣｕＯ粉末２４．５重量％をアトライ
ターで有機溶剤を用いて湿式混合したのち乾燥し、混合
粉末を１００Ｋｇ／ｃｆｆｌの圧力でプレス成形し、大
気中８８０℃で８時間焼成した後、これを粉砕して１０
０メツシユアンダーに篩分けした。上記成形プレスから
粉砕ふるい分は工程を３回繰り返した。

次いで、得られた粉末を外径５ｍｍ、内径４　ｍｍ及び
長さ１ｍのＡｇ製の筒体中に充填したのち両端を封じた
。次いで、上記筒体をローラダイス伸線により外径３．
６諏まで伸線加工し、続いて９００℃で２時間の焼結を
実施した。その結果、厚さ０．４ｍｍのＡｇの外被で被
覆された長さ１．６ｍの焼結線が得られた。この焼結線
の横断面を観察したところ全断面に亘って緊密な組織と
なっており、大きな欠陥は５忍められなかった。

〔超電導ケーブルの接続〕

（１，粉末状超電導材料を用いる場合）第１図（ａ）〜
（ｄ）は本発明による超電導ケーブルの接続を粉末状超
電導材料を用いておこなった場合の接続方法の４つの具
体例の概念図である。各具体例において、上記のように
して製造した複合酸化物超電導ケーブルは参照記号１〜
３で示しである。これらのケーブル１〜３の外側筒体す
なわちシースは、この接続部分で剥離しておくのが好ま
しいが、そのままでもよい。

第１図（ａ）〜（６）に示す接続部を形成するには、以
下のようにする。工場でこの接続を行う場合には、第１
図の各々の接続部に対応する金型キャビティを有する金
型を用意し、この金型キャビティ内に上記複合酸化物超
電導材料粉末をチャージした後、被接続ケーブル１〜３
を金型キャビティ内にインサートし、加圧して第１図の
各々接続部に成形する。次いで、このインサート成形体
を炉中に入れ、約９００℃で５時間焼結する。なお、こ
の場合には、焼結後接続部をカバーで被覆するのが好ま
しい。

現場でこの接続を行う場合には、予め上記接続部に対応
する形状を有する金属製カバー中に上記複合酸化物超電
導材料粉末を収容しておき、被接続ケーブル１〜３をそ
の中に挿入後、カバーをかしめることによって上記粉末
を圧縮する。次いで全体を携帯用炉内にセットし、約９
００℃で５時間上記粉末を焼結して焼結接合部１０とす
る。

（２，超電導セラミック成形体を用いる場合）第２．３
図は本発明による超電導ケーブルの接続を超電導セラミ
ック成形体を用いて行った場合の接続方法の２つの具体
例の概念図である。これらの実施例では上記実施例の焼
結接合部１０の代わりに超電導セラミック成形体２０が
用いられる。このセラミック成形体２０は上記の複合酸
化物超電導材料を仮焼したものである。

第２．３図に示す接続部を形成するには、以下のように
する。先ず、被接続ケーブル１．２の末端部が上記セラ
ミック成形体２０と当接するように被接続ケーブル１．
２の末端部と上記セラミック成形体２０とを金属製カバ
ー３０（第２図では一部破断して示しである）中に配置
する。次いで、金属製カバー３０をかしめて被接続ケー
ブル１．２の末端部と上記セラミック成形体２０とが密
着するようにした後、全体を炉内にセットして約１００
０℃で１時間加熱して、セラミック成形体の一部を溶融
させ、次いで、約９００℃で５時間加熱する。

発明の効果上記の説明から明らかなように、本発明の方法と装置を
用いることによって、複合酸化物の超電導ワイヤ、ケー
ブル、板状体等の長尺体を配線現場で確実に接続するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明による超電導ケーブルの
接続を粉末状超電導材料を用いて行った場合の接続方法
の４つの具体例の概念図、第２．３図は本発明による超電導ケーブルの接続を超電
導セラミック成形体を用いて行った場合の接続方法の２
つの具体例の概念図である。（図中記号）１．２．３・・・超電導ケーブル１０・・・焼結接続部２０・・・セラミック成形体３０・・・カバー特許出願人　住友電気工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シースによって包囲された２本以上の超電導ケー
ブルの端部同士を接続する方法において、接続すべき２
本以上の超電導ケーブルの端部を含む超電導ケーブルの
末端部分に複合酸化物よりなる超電導セラミック材料を
配置し、次いで、この超電導セラミック材料を加熱して
上記超電導ケーブルの末端部分と一体化することを特徴
とする超電導ケーブルの端部同士を接続する方法。
（２）上記超電導セラミック材料が粉末であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（３）上記の加熱温度が上記超電導セラミック材料の焼
結温度であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
たは第２項に記載の方法。
（４）上記超電導セラミック材料が予め圧縮成形された
セラミック粉末成形体となっていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の方法。
（５）上記の超電導セラミック粉末成形体が予め焼結温
度で焼結されたものであることを特徴とする特許請求の
範囲第４項に記載の方法。
（６）上記超電導ケーブルの端部のシースが予め除去さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
５項までのいずれか一項に記載の方法。
（７）上記複合酸化物が下記一般式：（α＿１＿−＿ｘβ＿ｘ）γ＿ｙＯ＿ｚ（但し、αは周期律表IIａ族に含まれる元素であり、β
は周期律表IIIａ族に含まれる元素であり、γは周期律
表 I ｂ、IIｂ、IIIｂ、IVａまたはVIIIａ族に含まれる
元素であり、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれｘ＝０．１〜０．９
、ｙ＝１．０〜４．０、１≦ｚ≦５を満たす数である）で示される複合酸化物であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項から第６項までの何れか１項に記載の方法
。
（８）上記複合酸化物がペロブスカイト型または擬似ペ
ロブスカイト型酸化物であることを特徴とする特許請求
の範囲第７項に記載の方法。
（９）前記元素αがＢａであり、前記元素βがＹであり
、前記元素γがＣｕであることを特徴とする特許請求の
範囲第７項または第８項に記載の方法。
（１０）前記元素αがＢａであり、前記元素βがＬａで
あり、前記元素γがＣｕであることを特徴とする特許請
求の範囲第７項または第８項に記載の方法。
（１１）前記元素βのうち、１０乃至８０％がＹおよび
Ｌａ以外のランタノイド元素から選択された１種または
２種の元素で置換されていることを特徴とする特許請求
の範囲第７項または第８項に記載の方法。
（１２）前記元素αがＳｒであり、前記元素βがＬａで
あり、前記元素γがＣｕであることを特徴とする特許請
求の範囲第７項または第８項に記載の方法。
（１３）接続される超電導ケーブルの端部を収容する中
空スリーブと、互いに接続される超電導ケーブルの端部
の部分を実質的に被う表面を有する複合酸化物超電導材
料よりなる超電導セラミック粉末成形体とによって構成
されることを特徴とする超電導ケーブルの端部を接続す
るための装置。
（１４）上記中空スリーブを加熱する加熱器をさらに含
むことを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の装
置。