JPH01186711A - 超電導物質線材およびその製造方法 - Google Patents

超電導物質線材およびその製造方法

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JPH01186711A
JPH01186711A JP63006169A JP616988A JPH01186711A JP H01186711 A JPH01186711 A JP H01186711A JP 63006169 A JP63006169 A JP 63006169A JP 616988 A JP616988 A JP 616988A JP H01186711 A JPH01186711 A JP H01186711A
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JP
Japan
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wire
axis
superconducting material
superconducting
substrate
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Pending
Application number
JP63006169A
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English (en)
Inventor
Akira Seki
彰 関
Yasuhiro Maehara
泰裕 前原
Masashi Yoshida
政司 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、酸化物超電導物質を素材とする大型電磁石
用のコイル、送電線等の超電導線材、およびその製造方
法に関する。
(従来の技術) RxByCu−−y−JO□なる組成の酸化物超電導物
質(例えば、YBa*Cu5Oq4 )は、高い超電導
遷移温度(T c )をもつことが知られており、これ
を線材にする試みがなされている。しかし、この物質の
粉末を銅あるいは銀のパイプに詰めて線引きする従来の
方法で得、られる線材は、臨界電流密度(Jc)がたか
だか1000 A/c■z程度と低く、エネルギー分野
への実用化には程遠い、また、磁気的および熱的な安定
性の改善には直径数μ−程度の細線化が必要であるが、
酸化物特有の難加工性のために細線化には限界がある。
酸化物の超電導物質には電子の流れに異方性があること
が知られており、ペロブスカイト型酸化物超電導物質で
は結晶のC軸方向に電流が流れにくく、C軸に垂直な方
向には電流が流れやすい。
このことは、YBaxCu!Ot*、の単結晶を用いた
実験によって確かめられている( Japanese 
Journalof Applied Physics
、Vol、26 (1987)、L726 )。
従って、もしペロブスカイト型酸化物超電導物質のC軸
が線材の長手方向と直角の方向にそろった線材ができれ
ば、その臨界電流密度は大きくなる筈である。しかし、
銅などの鞘(パイプ)に酸化物の焼結粒子を詰めて、こ
れを線引きする方法では、超電導物質の結晶方位はラン
ダムになり、上記のように結晶方位のそろった線材は得
られない。
一方、スパッタリング蒸着法によって酸化物系超電導物
質の結晶膜をセラミック基板上にC軸が基板面に垂直方
向に優先配向するように成長させることが知られている
( Japanese Journal of八へpl
jed  Physics、Vol、26(1987)
、  L1221  )  、  また、本出願人は、
この蒸着法による超電導物質被覆材の改良された製造方
法について先に特許出願をした。(昭和62年12月2
4日出IJI ’)(発明が解決しようとする課題) 本発明は、臨界電流密度が高く線径の小さな超電導線材
を提供すること、およびスパッタリング法などの超電導
物質被覆材の製法と圧延その他の線材の製造方法を結合
した上記線材の新しい製造方法を提供すること、を目的
とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、下記の超電導物質線材およびその製造方法を
要旨とする。
(1)  RxBvCu*−y−Jog型酸化物超電導
物質と金属、またはRX B vcux*v−Go z
型酸化物超電導物質と他の酸化物と金属とから成る線材
であって、前記酸化物超電導物質の結晶のC軸が線材の
長さ方向に対して垂直方向に優先成長してなることを特
徴とする超電導物質線材。
(2)  R,ByCu*−y4JOx型酸化物超電導
物質の結晶のC軸が金属基板または上記以外の酸化物で
被覆された金属基板の表面の垂直方向に優先成長してな
る板状の素材を線状に巻くことを特徴とする超電導物質
線材の製造方法。
(3)上記(2)で得た線材を更に圧延または/および
引き抜きして、より細い線材とする方法。
上記(1)、(2)のRg B ycux+y+Jo 
2の組成式において、RはY、 Eu、 Gd、 Tb
、口y、 [!r、 Wbのいずれかを示し、BはSr
またはHaを示す。
第1図は、本発明の超電導線材の製造工程を模式的に示
したものである。この図にそって本発明方法を工程順に
説明する。
■ 薄膜状の超電導被覆材を作る工程 金属基板1、例えば厚さ10〜100μ鴇程度の銀の薄
板の上に下記のような条件でスパッタリングによってR
真B ycux*yJo 2の膜(厚み2〜10urs
程度)をつける、このとき、基板としては、第1図のA
”のように金属薄板の上にMgO或いは5rTi(hの
ような酸化物層3をもつものとしてもよい、このような
酸化物層を設ければ、基板の金属としてRxBavcu
、。1.SO□型酸型物化物応を起こしやすい金属、例
えばYBagCulOt4と反応しやすい銅、を使用し
ても、酸化物層3がその反応を抑制するから、材料選定
の自由度が増す。
上記のような基板上に酸化物超電導物質の層を形成させ
るスパッタリングの条件を例示すれば下記のとおりであ
る。
方式: 2極スパツタリング 電圧:1.5にV 雰囲気=Arガス分圧0.03〜0.05 Torr。
+酸素ガス分圧0.03〜0.05 Torr。
陰極CRxBavCuwhvJOz焼結体)と陽極(基
[) との間隔:5c醜 基板温度:  YBaxCusOyJを形成する場合5
00℃以上 YSrtCusOy−rを形成する場合450℃以上 上記のような条件によって、第1図AまたはA′に示す
超電導物質RX B yCu□y*jo!の結晶2のC
軸を基板表面に対して垂直方向に優先成長させる。
なお、金属薄板の上にMgO層をもつ基板を使用する場
合は、本発明者らの一人が発明した前記先願の方法、即
ち、<100>方向が基板面の垂直方向に対して傾斜し
ているMJIO結晶を用いる方法、を採用するのが望ま
しい。
■線状に巻く工程 第1図AまたはAoに示すような表面に超電導酸化物膜
が形成された板状の素材を巻いて同図Bに示すような線
にする。圧延してテープ状の製品にする場合には、Bか
ら更にCのように平板状に成形するか、またはA (A
’)から直接Cの形状にする。薄い銀のような金属基板
を用いる限り、酸化物層の剥離や結晶方位の乱れもな(
容易に線材にすることができる。なお、本発明では、上
記の平板状およびテープ状も含めて「線状」と総称する
ことにする。
■圧延、引き抜きの工程 第1図B、Cのままでも超電導線材として利用できるが
、通常はこれを更に圧延または/および引き抜きして細
線にする。超電導線材の実用化に当たっては、電流のオ
ン−オフ時の磁束移動による超電導状態の破壊を避ける
ためには、数μ−径の線材にしなければならない、一般
に酸化物系超電導材は、他のセラミックスと同様に加工
性が悪く、細線化はきわめて難しい、しかし、本発明の
方法によれば、比較的容易に数μ−径の細線または数μ
−厚のテープが得られる。
従来の方法では、金属の管に酸化物超電導体の粉末を詰
め、これを圧延または引き抜きするのであるが、この粉
末充填に手間がかかるだけでなく、管の径を小さくする
のにも限界がある。これに対して、本発明の方法では、
例えば1OuIlというような極めて薄い金属板に前記
のように酸化物超電導体を被着しているので、これを巻
いたり、圧延、引き抜きの加工を施すのも容易である。
こうして得られた本発明の線材では、第1図のBでも分
かるように、超電導物質の結晶のC軸が線材の長手方向
に対して垂直方向にそろっている。
言い換えれば、線材の長手方向が電流の流れやすい方向
になっている。圧延または引き抜きの加工で、酸化物超
電導体の結晶粒が壊れて小さな結晶粒になるが、その場
合でもC軸の優先配向は保たれる。従って、この線材は
、従来の超電導物質の結晶方向がランダムな線材に較べ
て、著しく高い臨界電流密度を示すのである。
また、本発明の超電導線材は、その断面は金属薄板と超
電導物質薄膜の積層構造になっているから、一部で超電
導状態が破れて熱が発生しても、その熱は金属薄板を通
して容易に放出される。
(実施例1) 厚さ0.1a+mの銀を基板として、下記の条件でDC
スパッタリングにより厚みlOμ−のYBatCusO
t−J膜を蒸着して板状素材を得た。
スバ・・ 1ン 雰囲気 :アルゴン分圧 0.05Torr。
+酸素分圧0.05 Torr。
ターゲント(陰極)  : YBatCu30y−J焼
結体またはYSrz(:u207−J焼結体放電電圧:
  1.5KV 陽極−陰極間隔:5cm 基板温度:600″に うして得た素材を第2図に示すように平板状に厚さ(t
)1+wm、幅(w)5a+m、長さ(j! ) 11
00vになるよう10層に巻き、冷間圧延によって厚さ
0.3a+wのテープに成形してその超電導遷移温度(
T c )を調べた。その結果を第3図に示す。
(実施例2) 基板として0.1mmのCuO上に10μmのl1go
皮膜をもつ薄板を使用し、実施例1と同様にYBalC
usO?−5またはY Sr、Cus Ot−1を10
μ−の厚さに蒸着し、実施例1と同じ条件で板状素材か
ら厚さ0.3 nu+のテープを得た。その超電導遷移
温度(Tc)の測定結果を第4図に示す。
(比較例) 従来の製造方法と同様に、外径6m−のYBatCus
O14とYSrtCusOy−Jの焼結体をそれぞれ外
径10as、内径61の銀パイプに詰め、冷間で伸線を
行い、外径3−の線材を作製した。
こうして得られた線材と、前記実施例1.2で得た線材
について、77 Kでの臨界電流密度を測定した。その
結果を第1表に示す。
第1表 (発明の効果) 実施例の結果から明らかなとおり、本発明の超電導物質
線材は、RX B ycu**y+J Oz本来のTc
を維持しながら、臨界電流密度は従来の製法によるもの
よりもはるかに高い。
本発明は上記のような高性能の超電導線材とその優れた
製造方法を提供し、酸化物系超電導物質の実用化を促進
するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の超電導物質線材の製造工程を模式的
に示す図、 第2図は、本発明の実施例で製造した線材の概略斜視図
、 第3図および第4図は、本発明の実施例で得た線材の超
電導遷移温度の測定結果を示す図、である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)R_XB_YCu_X_+_Y_+_δO_Z型
    酸化物超電導物質と金属、またはR_XB_YCu_X
    _+_Y_+_δO_Z型酸化物超電導物質と他の酸化
    物と金属とから成る線材であって、前記酸化物超電導物
    質の結晶のC軸が線材の長さ方向に対して垂直方向に優
    先成長してなることを特徴とする超電導物質線材。 ただし、RはY、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Yb
    のいずれかであり、BはSrまたはBaである。
  2. (2)R_XB_YCu_X_+_Y_+_δO_Z型
    酸化物超電導物質の結晶のC軸が金属基板または上記以
    外の酸化物で被覆された金属基板の表面の垂直方向に優
    先成長してなる板状の素材を線状に巻くことを特徴とす
    る超電導物質線材の製造方法。 ただし、RはY、Eu、Gd、Tb、Dy、Br、Yb
    のいずれかであり、BはSrまたはBaである。
  3. (3)線状に巻いた後、更に圧延若しくは引き抜き、ま
    たはその両者の加工を施す特許請求の範囲第2項記載の
    超電導物質線材の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04104409A (ja) * 1990-08-22 1992-04-06 Hitachi Ltd 酸化物超電導体および酸化物超電導線ならびに超電導コイル

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04104409A (ja) * 1990-08-22 1992-04-06 Hitachi Ltd 酸化物超電導体および酸化物超電導線ならびに超電導コイル
US5798312A (en) * 1990-08-22 1998-08-25 Hitachi, Ltd. Elongate superconductor elements comprising oxide superconductors, superconducting coils and methods of making such elements

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