JPH02148518A - 酸化物超電導線材の製造方法及び製造装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は酸化物超電導組成の焼結線材を出発原料として
この線材中の空隙を除去することにより、高い臨界電流
密度を有する酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導
線材の製造方法及び製造装置に関し、特にＢ１−３ｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−０系超電導線材の製造に好適の酸化物超電
導線材の製造方法及び製造装置に関する。

［従来の技術］ 酸化物超電導材としては、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、Ｙ
−Ｂａ−Ｃｕ−０系及びＢ１−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０（
以下、Ｂ５ＣＣ０という）系のもの等がある。一般に、
これらの酸化物超電導材は下記に示す方法により線材に
加工されている。

先ず、酸化物超電導組成の粉末を加圧成形して成形体と
する。そして、この成形体を金属パイプに充填して封止
する。次に、これを所望の線径に伸線加工した後、酸に
より表層の金属パイプ部分を溶解して除去する０次いで
、酸化物線材を熱処理して焼結体にする。

このようにして形成された酸化物超電導線材は焼結体で
あるために多孔質であり、空隙が多数存在する。また、
結晶粒界（Ｇｒａｉｎ　Ｂｏｕｎｄａｒｙ）も極めて小
さい。このため、この線材を超電導化した場合に、得ら
れる臨界電流密度が小さいという難点がある。

ところで、酸化物超電導組成の焼結体を一旦溶融した後
、凝固させることにより超電導材を製造する方法もある
。この方法においては、超電導材中の空隙は除去するこ
とができるが、機械的に伸線加工することはできない。

このため、この方法では所望の形状の線材を得ることが
できないという欠点を有している。また、この方法では
Ｂ５ＣＣ０系酸化物のように、複数種類の酸化物が複合
している場合に、低融点の酸化物が蒸発してしまい、組
成が変化してしまうという難点がある。

そこで、前述した方法により所望形状の酸化物超電導線
材の焼結体を形成した後、この焼結線材を白金又はアル
ミナ（Ａρ２０３）ボート上に載置して帯域溶融法によ
り局部的に溶融させ、得られた溶融帯を線材の長手方向
に連続的に移動させて空隙を除去する方法が試みられて
いる。

しかし、例えば、酸化雰囲気中のＢ５ＣＣ０系セラミッ
クスの融液は、その融点近傍において粘性が高くなり、
白金及びアルミナボート等の帯域溶融用器材と濡れやす
いため良好な溶融帯が得られないと共に、これらの器材
との間で化合物を形成しやすいという性質がある。従っ
て、このような酸化物超電導組成の原料線材の帯域溶融
は、浮遊帯溶融法により器材と非接触にし、て行う必要
がある。

しかし、浮遊帯溶融法において通常使用される高周波誘
導加熱ではＢ５ＣＣ０系セラミックスの溶融帯を得るこ
とができない。このため、Ｂ５ＣＣ０系セラミックスに
ついては、レーザを使用した集光加熱法により浮遊溶融
帯を形成する方法が試みられている。

この場合に、浮遊溶融帯の形成により空隙を除去する処
理工程中の断線を回避するためには、溶融帯の幅が狭い
と共に、溶融帯の中央と端部との間及び表層部と芯部と
の間の温度差が小さく、溶融帯領域での温度分布が均一
な浮遊溶融帯を形成することが必須である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の集光加熱による浮遊溶融帯の作製
は、線材の溶融部のみを点加熱するため、溶融帯の中央
部と端部との間の温度差が大きくなり、安定した溶融帯
を形成できない、従って、線材の断線が発生しやすく、
所望の高い臨界電流密度を有する酸化物超電導線材を安
定して得ることができないという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
安定した溶融帯を形成して空隙を除去することができ、
所望の形状の高臨界電流密度を有する酸化物超電導線材
を製造できる酸化物超電導線材の製造方法及び製造装置
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］ 本発明に係る酸化物超電導線材の製造方法は、焼結され
た酸化物超電導組成の原料線材を７００℃以上の温度に
予熱する工程と、この予熱された原料線材を酸化雰囲気
にて融点以上の温度に加熱して浮遊溶融帯を形成する工
程と、この溶融後の線材を冷却する工程とを有すること
を特徴とする。

本発明に係る酸化物超電導線材の製造装置は、焼結され
た酸化物超電導組成の原料線材が相対的に移動する間に
これを７００℃以上の温度に加熱する第１の加熱手段と
、この第１の加熱手段の加熱領域内における前記原料線
材の出口側端部にて前記原料線材をその融点以上の温度
に局部的に加熱して浮遊溶融帯を形成する第２の加熱手
段と、この第２の加熱手段により加熱された前記浮遊溶
融帯を酸化雰囲気にする手段とを有することを特徴とす
る。

［作用］ 本発明方法においては、酸化物超電導組成の焼結体線材
を７００℃以上の温度に予熱した後、この予熱された原
料線材を更に融点以上の温度に加熱することにより浮遊
溶融帯を形成する。この溶融帯に隣接する溶融直前の原
料線材部分は７００℃以上の温度に予熱されているから
、焼結体原料線材と溶融帯との境界部と、溶融帯の中央
部との間の温度差が小さい。また、浮遊溶融帯通過後の
線材を冷却するので、この溶融帯の幅が狭い。このよう
に、浮遊溶融帯における温度差が小さく、均一な温度分
布を有し、しかも溶融帯の幅が狭いので、常に安定した
浮遊溶融帯を形成することができ、断線を回避しつつ空
隙が除去された所望の形状の酸化物超電導線材を製造す
ることができる。

原料線材を予熱する温度は７００℃以上である。

予熱温度が７００℃未満のときは、溶融帯の温度と溶融
直前の原料線材との温度差が過大となり、浮遊溶融帯が
安定せず、製造途中で断線が発生しやすくなる。このた
め、線材の予熱温度は７００℃以上にする。

本発明装置においては、原料線材を第１の加熱手段によ
り７００℃以上の温度に加熱している間にその加熱領域
内における前記原料線材の出口側端部の領域を第２の加
熱手段により融点以上の温度に局部的に加熱する。これ
により、この第２の加熱手段により加熱された領域が溶
融して浮遊溶融帯が形成されると共に、溶融直前の原料
線材が第１の加熱手段により７００℃以上の温度に予熱
される。このため、原料線材と溶融帯との境界と、溶融
帯中央部との間の温度差が小さい。また、浮遊溶融帯通
過後の線材は、第２の加熱手段の加熱領域は勿論のこと
、第１の加熱手段の加熱領域からも外れるため、速やか
に冷却され、急速に降温する。このため、浮遊溶融帯の
幅を極めて狭くすることができる。これにより、安定し
た浮遊溶融帯を形成することができるから、空隙が除去
された高臨界電流密度の酸化物超電導線材を安定して製
造できる。

し実施例］ 次に、本発明の実施例について、添付の図面を参照して
説明する。

第１図は本実施例に係る酸化物超電導線材の製造装置を
示す断面図である。焼結体の原料線材１はその下端を原
料線材供給用駆動軸８に取付られな線材ホルダ６ａに、
また上端を引上げ用駆動軸７に取付られな線材ホルダ６
ｂに夫々固定されており、各駆動軸７．８間にその長手
方向を垂直にして支持されている。この供給用駆動軸８
及び引上げ用駆動軸７は夫々駆動装置（図示せず）によ
り所定の相対速度を有して連動して上下動する。

この原料線材１の通過域には、筒状の加熱炉５がその軸
方向を垂直にし、原料線材１を取囲むようにして設置さ
れている。この加熱炉５にはコイル状の発熱体４ａが内
設されていて、この発熱体４ａに適宜の電源から給電し
て発熱体４ａを抵抗発熱させることにより、加熱炉５の
内側に存在する原料線材１等を７００℃以上の温度に加
熱するようになっている。

加熱炉５の上端部には、抵抗発熱コイル４ｂが原料線材
１又はその溶融後の溶融帯３を嵌合して配設されている
。この抵抗発熱コイル４ｂは、例えば直径が０．４ｍｇ
＋の白金線を内径が５１１ＩＩ！ｌ、長さが５１のコイ
ル状に成形したものであり、適宜の電源から給電して抵
抗発熱コイル４ｂを発熱させることにより、このコイル
４ｂに囲まれた部分の原料線材１をその融点以上の温度
に加熱する。

また、このコイル４ｂの配設位置及びその周囲は酸化性
雰囲気に保持されるようになっている。

これは、例えば、加熱炉５の全体を酸化性ガスの雰囲気
においてもよいし、コイル４ｂの周囲に酸化性ガスを吹
きつけることによってもよい。

なお、コイル４ｂは前述の如く白金線がら成形したもの
に限らないが、この酸化雰囲気中で使用できるものであ
ることが必要である。

次に、上述した製造装置を使用した酸化物超電導線材の
製造方法について説明する。この実施例は、酸化物超電
導組成がＢ５ＣＣ０系の場合のものであるが、他の組成
の酸化物超電導材も同様にして製造することができる。

先ず、Ｂｉ２−８ｒ２−Ｃａ−Ｃｕ２−０組成の粉末の
成形体をＡｇパイプに充填封入した後、このパイプをス
ウェージングにより、例えば直径が３１１１１になるよ
うに縮径加工して線材化する。その後、表層のＡｇシー
スを硝酸メタノールで溶解する。

次に、残存した酸化物線材を温度が７８０℃の酸化雰囲
気中で１０時間加熱処理することによりＢ　ｉ２−３ｒ
２−Ｃａ−Ｃｕ２−０組成の焼結体からなる原料線材１
を得る。

次に、この原料線材１の両端を前述の線材ホルダ６ａ及
び６ｂに固定する。そして、原料線材１の上端部が加熱
炉５内に位置するように、駆動軸７．８をその下端位置
に位置させ、コイル４ｂの周囲に酸化性ガスを供給した
後、発熱体４ａに通電して加熱炉５内の原料線材１を７
００℃以上の温度に加熱する。また、抵抗発熱コイル４
ｂに通電して原料線材１の上端部を局所的に加熱し、溶
融させる。これにより、浮遊溶融帯３が形成される。

次いで、供給駆動軸８及び引上げ用駆動軸７を夫々第１
図中矢印で示すように上昇駆動する。これにより、−旦
溶融した部分は速やかにコイル４ｂ及び加熱炉５の外に
出て空冷され、急速に降温して凝固し、酸化物超電導線
材２が得られる。この酸化物超電導線材２は引上げ駆動
軸７の上昇により上方へ搬出される。一方、原料線材１
は供給用駆動軸８の上昇により加熱炉５内へその下方か
ら連続的に供給される。このようにして、原料線材１が
コイル４ｂの配設位置を通過することにより溶融し、こ
れにより空隙が除去された酸化物超電導線材２が連続的
に製造される。

この場合に、溶融直前の原料線材１は加熱炉５により７
００℃以上の温度に予熱されているから、この溶融帯３
と原料線材１との境界部と、溶融帯３の中央部との間の
温度差が小さい。

また、溶融部分はコイル４ｂを通過した後、直ちに加熱
炉５から外に出て空冷されるので、線材は溶融後に急冷
される。しかも、原料線材１は加熱炉５により予め予熱
されているので、コイル４ｂを構成する抵抗発熱線の線
径及び巻き数をコイル４ｂによる加熱領域が狭くなるよ
うに選択することができ、浮遊溶融帯の幅を極めて狭く
することができる。

このように、本実施例においては、浮遊溶融帯における
温度差が小さく均一な温度分布を有すると共に、その浮
遊溶融帯の幅が狭いため、常に安定して溶融帯を形成す
ることができる。

なお、本実施例装置においては、線材の供給及び引上げ
を供給用駆動軸８及び引上げ用駆動軸７により行ってい
るが、本発明はこれに限らず、例えばピンチロール等に
より線材の供給及び引上げを行っても同様の効果を得る
ことができる。

次に、本実施例方法及び装置により、実際に酸化物超電
導線材を製造した結果について説明する。

丸１隨り 前述の如く作製したＢｉ２−３ｒ２−ＣａＣｕ２−○焼
結体原料線材１を発熱体４ａにより７００℃の温度に加
熱すると共に、抵抗発熱コイル４ｂにより融点以上の温
度に加熱して浮遊溶融帯３を形成し、酸化物超電導線材
２を製造した。

なお、このときの浮遊溶融帯３の幅は５ＩＩＩＩ１１で
あった。

！ 実施例１と同様にして作製したＢｉ２−３ｒ２−Ｃａ−
Ｃｕ２−○焼結体原料線材１を発熱体４ａにより８００
　’Ｃの温度にカシ熱し、他は実施例１と同様の条件に
より酸化物超電導線材２を製造した。なお、このときの
浮遊溶融帯３の幅は４．５１ｕ１１であった。

比１１例」一 実施例１と同様にして作製したＢｉ２−３ｒ２−Ｃａ−
Ｃｕ２−０焼結体原料線材１を発熱体４ａにより５００
℃の温度に加熱し、他は実施例１と同様の条件により酸
化物超電導線材２を製造した。

ル鴬１ 実施例１と同様にして作製したＢｉ２−５ｒ２−Ｃａ−
Ｃｕ２−０焼結体原料線材１をＣＯ２ガスレーザによる
集光加熱により浮遊溶融帯を形成した。

ル漱１ 実施例１と同様にして作製したＢｉ２−３ｒ２−Ｃａ−
Ｃｕ３−ｏ焼結体原料線材１自体であり、空隙除去のた
めの溶融処理を施していない。

その結果、比較例１の場合は、原料線材の予熱温度が低
いため、また、比較例２の場合は予熱しない集光加熱で
あるため、安定した浮遊溶融帯が得られず、この溶融帯
において断線してしまった。

従って、酸化物超電導線材を製造することはできなかっ
た。

一方、実施例１及び２並びに比較例３について、電気抵
抗が０（μΩ・ｃｍ）になる温度（Ｔｃ；以下臨界温度
という）及び液体窒素中での臨界電流密度を測定した。

この臨界電流密度を焼結体のままである比較例３の臨界
電流密度に対する比として、下記第１表に示す。また、
臨界温度も第１表に併せて示す。

第１表 本発明の実施例１及び２はいずれも幅が狭い溶融帯が形
成されており、空隙が除去されていると共に、所望の線
径の超電導線材を製造することができた。そして、第１
表に示すように、この実施例１及び２は、焼結体のまま
の比較例３に比して臨界温度（Ｔｃ）が高く、更に、臨
界電流密度も比較例３の６．８倍以上と著しく向上した
。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明方法によれば、酸化物超電導
組成の焼結線材を予め７００℃以上に加熱した後、局部
的に融点以上の温度に加熱することにより溶融帯を形成
し、その後冷却するため、安定した溶融帯を得ることが
できる。これにより空隙が除去され、臨界電流密度が著
しく増大した所望の形状の酸化物超電導線材を連続的に
製造することができる。

また、本発明装置によれば、第１の加熱手段により７０
０℃以上の温度に加熱される加熱領域内の出口側端部に
て、第２の加熱手段により原料線材をその融点以上の温
度に局部的に加熱するから、線材は第２の加熱手段によ
り溶融する前に予熱されると共に、溶融後には冷却を受
ける。このため、安定して狭い溶融帯を形成できるので
、空隙が除去されて臨界電流密度が高い酸化物超電導線
材を安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る酸化物超電導線材の製造
装置を示す断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結された酸化物超電導組成の原料線材を７００
   ℃以上の温度に予熱する工程と、この予熱された原料線
   材を酸化雰囲気にて融点以上の温度に加熱して浮遊溶融
   帯を形成する工程と、この溶融後の線材を冷却する工程
   とを有することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方
   法。
2. （２）焼結された酸化物超電導組成の原料線材が相対的
   に移動する間にこれを７００℃以上の温度に加熱する第
   １の加熱手段と、この第１の加熱手段の加熱領域内にお
   ける前記原料線材の出口側端部にて前記原料線材をその
   融点以上の温度に局部的に加熱して浮遊溶融帯を形成す
   る第２の加熱手段と、この第２の加熱手段により加熱さ
   れた前記浮遊溶融帯を酸化雰囲気にする手段とを有する
   ことを特徴とする酸化物超電導線材の製造装置。