JPH01251519A - 酸化物超電導線の絶縁処理方法 - 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」 本発明は、酸化物超電導線を用いて超電導コイルを形成
する場合などに必要とされる酸化物超電導線の絶縁処理
方法に関する。

「従来の技術」 近年、臨界温度が液体窒素温度を超える酸化物系の超電
導体の発見が相次いでなされており、この種の酸化物超
電導体を金属シース（安定化材）の内部に充填した構造
を有する酸化物超電導線の開発が進められている。

ところで、この種の酸化物超電導線の実用的な応用目的
の１つに超電導マグネットがあり、この超電導マグネッ
トを形成するには、超電導線の外面に絶縁処理を施し、
この後に超電導線を巷間に巻回する必要がある。

ここで従来、金属間化合物系などの従来の超電導線を用
いて超電導マグネットを製造する場合に行う絶縁処理の
方法として、バインダーを混入１゜たガラステープを用
意し、このガラステープを不活性ガス雰囲気または真空
中において超電導線の外面に巻き付けて絶縁処理を行う
方法が知られており、このような絶縁処理方法を酸化物
超電導線の絶縁処理方法として適用できるかどうかが検
討されている。

「発明が解決しようとする課題」 ｉｑ記従来の絶縁処理方法で用いられているガラステー
プはバインダーを混入することで柔軟性が向上されてお
り、超電導線を巻胴に巻回する場合にガラステープに作
用する曲げ力あるいは摩擦力などでガラステープが破損
しないようになっている。ところが、前記バインダーは
超電導線の安定化のために超電導導体を被覆している銅
などの安定化材を汚染する欠点がある。また、ガラステ
ープを巻き付けた超電導線の外径はガラステープの厚み
分大きくなるために、巻胴に巻回した場合に巻線数が少
なくなり、巻線電流密度が低下する問題がある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
金属シースを汚染することなく酸化物超電導線の絶縁処
理かできるとともに、絶縁処理を施した酸化物超電導線
を超電導マグネットを形成する目的で巻胴に巻回した場
合に巻線数が少なくなることのない絶縁処理方法を提供
することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は、導電性の金属シースの内部に酸化物超電導体
またはその前駆体が設けられてなる酸化物超電導線の絶
縁処理方法において、金属シースの表面にセラミック粉
末層を付着させ、この後に前記セラミック粉末層を焼成
して絶縁層を形成することを課題解決の手段とした。

また、金属シースの表面にセラミック製の部材を接触さ
せた状態で熱処理を行い、前記部材を構成する元素を金
属シースの表面側に拡散させて金属シースの表面部分に
絶縁層を形成することて前記課題を解決することができ
る。

「作用」 セラミック粉末層は焼成処理によって金属ノースを汚染
することなく絶縁層となる。また、セラミック絶縁層は
極めて薄く形成することが可能であり、酸化物超電導線
の外径を大きくすることなく絶縁処理が可能である。更
に、セラミック製の部材の構成元素を金属シースの表面
側に拡散させることにより酸化物超電導線の外径を増加
させることなく金属シースの表面側に絶縁層を形成する
。

「実施例」 第１図は本発明方法で絶縁処理された酸化物超電導線の
一例を示すもので、この酸化物超電導線Ａは、酸化物超
電導体からなるコア部ｌと、このコア部１の外面に被覆
された金属シース２と、金属シース２の外面に被覆され
たセラミック絶縁層３とから構成されている。

萌３己コア部ｌは、Ａ　−Ｂ　−Ｃｕ−０（ただしＡは
、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ。

［）ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなとの周期律表
ＩＩＩａ族元素の１種以上、あるいは、Ｂｉｌあるいは
、Ｔ１を示し、Ｂは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどの周期律表
Ｕａ族元素の１種以上を示す。）系などの酸化物超電導
体から構成されている。なお、前記酸化物系の超電導体
の具体的なものを例示すると、Ｌ　ａ−Ｓ　ｒ−Ｃｕ−
０系、Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系、Ｂ　ｉ−Ｓ　ｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−０系、Ｔ　Ｉｃ　ａ−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系な
どである。また、金属シース２は銀、銅などの良導電性
の金属材料から形成されている。更に、セラミック絶縁
層３は、８００〜１０００℃程度の温度で低温焼結可能
なアルミナ系のセラミックス材料などからなるものであ
って、具体的には５５％ＡＩｔ０３−ホウケイ酸系結晶
化ガラス、５０％Ｓ　ｉｏ　ｔ−Ａ　１．０３−Ｎ　ａ
ｔｏ　３−Ｂａ２Ｏ３系のセラミックス、Ａ　ＬＯ３−
ホウケイ酸ガラス系のセラミックスなどが用いられる。

前記酸化物超電導線Ａを製造するには、まず、出発物を
調製する。

この出発物としては、萌記周期律表ＩＵａ族元素あるい
はＢｉあるいはＴＩを含む化合物粉末（例えば、炭酸塩
粉末あるいは酸化物粉末、塩化物粉末など。）あるいは
前記元素の合金粉末と、前記周期律表１１ａ族元素を含
む化合物粉末あるいは合金粉末と、酸化銅粉末などを混
合した混合粉末を用いる。なお、前記混合粉末を得るた
めの方法として、酸化物超電導体を構成する各元素を塩
とじて共沈させた後にその沈澱物を乾燥させて混合粉末
を得る共沈法、または、前記酸化物超電導体を構成する
元素のアルコキシド化合物などを所定の比率で混合して
混合液を得、この混合液を加水分解してゾル化した後に
加熱してゲル化し、更にこのゲルを加熱して固相とした
上で粉砕することによって混合粉末を得るゾルゲル法を
行っても良い。

次にこの混合粉末を酸素存在雰囲気において、５００〜
９００℃程度に数時間〜数十時間加熱する仮焼処理を施
して不要成分の除去を行い、次いでこの仮焼粉末４を第
２図に示すように、銀などの導電性の金属材料からなる
管体５に充填して複合体６を得る。続いてこの複合体６
を第２図に示すロータリースウェージング装置Ｂなどの
冷間鍛造装置あるいはダイスなどの減径装置を用いて所
望の線径まで縮径することによって第２図に示す如く管
体５の構成材料からなる金属シース７と、その内部に充
填された圧密体（前駆体）８からなる複合圧密体９を得
る。

第２図に示すロータリースウエージング装置Ｂは、図示
路の駆動装置によって移動自在に設けられた複数のダイ
ス２０・・・を備えてなるもので、これらのダイス２０
は前記複合体６をその長さ方向に移動させる際の移動空
間の周囲に、複合体６の長さ方向に対して直角方向に（
第２図の矢印ａ方向）移動自在に、かつ、前記移動空間
の周回り（第２図の矢印す方向）に回転自在に保持され
ている。

従って面記ロータリースウェージング装置Ｂを作動させ
てダイス２０・・・の間に複合体６を端部側から押し込
み、ダイス２０・・・により複合体６を鍛造することに
より第２図に示すような複合圧密体９を得ることができ
る。

一方、５５％ＡＩｚＯｓ−ホウケイ酸系結晶化ガラス、
５０％Ｓ　ｉｏ　２−Ａ　ＩｔＯ３−Ｎ　ａｔｏ　３−
Ｂ　ａｔｏ　３系のセラミックス、Ａｌｐ’３−ホウケ
イ酸ガラス系のセラミックスなどで知られる低温焼結可
能なアルミナ系のセラミック材料粉末を用意し、この粉
末をアルコールなどのバインダーに溶解してペースト状
としたものを用意する。

次にこのペーストを前記複合圧密体５の外面に薄くコー
ティングして第３図に示すコーティング層ＩＯを有する
被覆複合線１１を得る。このコーティング層ＩＯの厚さ
は数十μｍ〜数百μｍ程度が好ましい。

次いで前記被覆複合線ＩＩを酸素存在雰囲気中などにお
いて８００〜９５０℃程度に数時間〜数十時間加熱した
後に冷却する熱処理を施して第１図に示ず酸化物超電導
線Ａを得ることができる。

この熱処理によって被覆複合線！■のコア部では焼結反
応がなされて酸化物超電導体が生成される。

また、この熱処理によってコーティング層ＩＯも焼結さ
れて第１図に示すセラミック絶縁層３が生成される。

前記セラミック絶縁層３はコーティング層１０の厚さに
対応する厚さになるので、厚さが数十μｍ〜数百μｍ程
度になる。なお、Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系の酸化物超
電導体を生成させる場合、十分な竜の酸素を熱処理雰囲
気から供給できることが望ましい。この点において、コ
ーティング層７はセラミック粉末の焼結体であり、ポー
ラスな構造であって酸素の透過性に優れるとともに、銀
からなる金属シースも酸素の透過性に優れているために
熱処理雰囲気から酸素を供給することカイでき、特性の
優れた酸化物超電導体を生成できる効果がある。なお、
Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系の酸化物超電導体を用いる場
合は、酸素ガス雰囲気で焼結した後に徐冷することか好
ましく−、Ｂ　ｉ−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の酸化物
超電導体を用いる場合は不活性ガス雰囲気などで熱処理
し、焼結後に急冷しても差し支えない。

以上のように製造された酸化物超電導線Ａは、セラミッ
ク絶縁層３によって絶縁されているので、そのまま巻胴
に巻回して超電導マグネットの製造用として使用するこ
とができる。また、セラミック絶縁層３の厚さは数十μ
ｍ〜数百μｍ程度であって極めて薄いために、酸化物超
電導線Ａを巻胴に巻回した場合でも巻線数が少なくなる
ことはなくなり、巻線電流密度が低下することがなくな
る。

なお、酸化物超電導線Ａのコア部１は焼結体であって脆
いために、巻胴に巻回する場合にクラックなどの欠陥を
生じるおそれがある。

このようにクラックが入るおそれが高い場合は、第３図
に示す被覆複合線１１の状態て巻胴に巻回しておき、巻
胴に巻回した状態で焼結処理を行って酸化物超電導体の
生成とセラミック絶縁層３の焼成を行えば良い。

ところで、絶縁処理を施した酸化物超電導体Ａを得る方
法として、以下に説明する方法を行うことら可能である
。

即ち、第２図に示す複合圧密体９を得た後に複合圧密体
９を熱処理する場合、複合圧密体９をアルミナ系あるい
はムライト系セラミック粉製の第４図に示すような基台
状の部材１５の上に設置して加熱炉に挿入する。このｆ
Ｉ５材■５の上面中央部には丸型の溝が形成されていて
、前記複合圧密体９を設置できるようになっている。

この部ＶｒＩ５の溝に複合圧密体９を設置した状態で熱
処理を行う。そして、熱処理を開始してから終了する間
に部材１５上の複合圧密体９を何度か反転させる作業を
行う。

前記熱処理によって、複合圧密体９の金属シースの表面
部分であって、部＋オＩ５の溝に接した部分には、５ｉ
ＯｚまたはＡＬＯ３の成分が拡散して金属シース７の表
面部分に浸透し、金属シース７の表面部分に厚さ数十μ
ｍ−数百μｍ程度のセラミック絶縁層が形成される。

そして、熱処理中に複合圧密体９を何度か反転させて金
属シースの全周にセラミック絶縁層３を形成し、更に、
コア部に上置に酸化物超電導体を生成させたならば、熱
処理を終了する。

以上の処理によってセラミック絶縁処理を施した酸化物
超電導線を得ることができる。この方法によれば、先に
説明した例で得られた効果を得ることができる上に、セ
ラミック粉末のペーストを塗布することなくセラミック
絶縁層を形成することができるので、絶縁処理工程を簡
略化することができる。なお、前記部材１５を構成する
セラミックスは、低温焼成可能なセラミックスに限るも
のではなく、１５００〜！８００℃以上で焼結可能・な
セラミックス（例えば、Ａ　Ｉｔ　Ｏ３を主成分とする
セラミックス、あるいは、ＡＩｚＯａとＳｉｎ、を主成
分とするセラミックスなど）などを適用することも可能
である。

「製造例」 Ｙ、０３粉末とＢａＣＯ３粉末とＣｕＯ粉末をＹ：Ｂａ
：Ｃｕ＝　１　：２　：３の割合となるように混合して
混合粉末を得るとともに、この混合粉末を大気中におい
て７００℃で２４時間加熱する仮焼処理を行った。次に
この仮焼粉末を外径１０ｍｍ、内径７ｍｍの銀製の管体
に充填して複合体を得た。更に第２図１こ示す装置と同
等の装置を用いて前記複合体を直径１．４ｍｍになるま
で冷間鍛造して縮径した。

次に、Ｓ＋０ｔ５０モル％、Ａ１１０３２０モル％、Ｚ
ｎｏＩＯモル％、（ＣａＯ＋Ｍｇ０）２０モル％、（た
だし、ＣａＯ／Ｍｇ０＝３／Ｉ　）の組成のアルミナ系
セラミック粉末をアルコールに溶解したペーストを作成
し、このペーストを前記複合体の表面に塗布して厚さ１
００μｍのコーティング層を形成して被覆複合線を得た
。

次いでこの被覆複合線を酸素ガス雰囲気中において９１
０℃で２４時間加熱した後に徐冷する熱処理を行いＹ　
ＩＢ　ａ２Ｃｕ３０　？−１５なる組成の酸化物超電導
線を得た。

得られた酸化物超電導線の断面観察を行ったところ表面
部分に厚さ１５０μｍの絶縁層の存在を確認できた。な
お、この酸化物超電導線は臨界温度９１Ｋ、臨界電流密
度１１０００Δ／ａｍ！を示し優秀な酸化物超電導体で
あることを確認できた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、セラミック粉末を金属シ
ースの表面側に焼成して絶縁処理を行うので、酸化物超
電導線の外面に容易にセラミック絶縁層を形成すること
ができる。また、セラミック絶縁層は極めて薄く形成す
ることが可能であるために、絶縁処理後の酸化物超電導
線を巻胴などに巻回した場合であってら巻線数が少なく
なることがなくなり、巻線電流密度が低下することもな
くなる。更に、セラミック絶縁層を形成する場合、金属
ノースが不要元素で汚染されるおそれら生じない。

一方、セラミック部材を金属ノースに接触させて熱処理
することで絶縁層を形成すると、極めて薄い絶縁層を容
易に形成することができ、巻線数の低下を生じないよう
に巻胴に酸化物超電導線を巻回できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によって絶縁処理された酸化物超電
導線の拡大断面図、第２図は複合体をロータリースウェ
ージング装置で縮径加工している状態を示す断面図、第
３図は被覆複合線を示す断面図、第４図は酸化物超電導
線にセラミック絶縁層を形成する場合の他の例を説明す
るための断面図である。 Ａ・・・酸化物超電導線、　　ｌ・・・コア部、２・・
・金属シース、　　　　３・・・絶縁層、ＩＯ・・・コ
ーティング層、１５・・・部材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性の金属シースの内部に酸化物超電導体また
   はその前駆体が設けられてなる酸化物超電導線の絶縁処
   理方法において、金属シースの表面にセラミック粉末層
   を付着させ、この後に前記セラミック粉末層を焼成して
   絶縁層を形成することを特徴とする酸化物超電導線の絶
   縁処理方法。
2. （２）導電性の金属シースの内部に酸化物超電導体また
   はその前駆体が設けられてなる酸化物超電導線の絶縁処
   理方法において、前記金属シースの表面にセラミック製
   の部材を接触させた状態で熱処理を行い、前記部材を構
   成する元素を金属シースの表面側に拡散させて金属シー
   スの表面部分に絶縁層を形成することを特徴とする酸化
   物超電導線の絶縁処理方法。