JPH02216713A - 超伝導線材 - 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〉 本発明は超伝導線材に関する。

〈従来技術〉 一般に、合金系の超伝導線材は可とう性があり、巻き付
は加工等を行うことができるので、磁気浮上列車やＭＨ
Ｄ発電等の高磁場発生用の超伝導マグネットなどの大型
装置での利用分野が期待されている。

しかしながら、合金系の超伝導線材は、現在知られてい
る範囲では、臨界温度Ｔｃが約２０°に以下と非常に低
く、超伝導状態を維持するためには液体ヘリウム（沸点
４．２°Ｋ）で冷却する必要があった。これには、クラ
イオスタット等の特殊冷却設備を用いなければならない
ために、装置が高価となるばかりでなく、取り扱いが複
雑で、保守点検にも余分な労力を要するなどの不具合が
ある。

これに対して、近年発見された酸化物系の超伝導材料の
中には、臨界温度Ｔｃが高くて液体窒素の沸点７７°Ｋ
を超えるものが存在することが確認されている。このよ
うな高温の酸化物超伝導材料を線材として使用できれば
、液体窒素で冷却するだけで超伝導状態を維持できるた
め、価格的、装置的に極めて有利となる。そのため、上
記の高温の酸化物超伝導材料を線材に応用しようとする
試みや提案が種々行われている。

酸化物超伝導材料を線材加工するには、たとえば、従来
の合金系の超伝導線材のように、酸化物超伝導材自体を
丸棒状に成型し、熱処理を加えて伸線することが考えら
れる。しかし、酸化物超伝導材は、脆くて可とう性がな
いので、コイル状に加工することは極めて困難であり、
細線が得られない等の欠点がある。

そのため、従来技術では、ガラスファイバー上に直接、
酸化物超伝導材を被覆する方法が提案されている（たと
えば、特開昭６３−２５００１７号参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明者らは、上述の従来技術について検討したところ
、ガラスファイバーを利用する方法は、容易に細線加工
を行うことができ、しかも、可とう性も得られる等の利
点があるものの、次の問題点が残されていることが判明
した。

すなわち、■ガラスファイバー上に直接、超伝導層を形
成すると、超伝導層がガラスファイバーと相互拡散を起
こし超伝導特性が劣化することがある。具体的には、真
空蒸着およびスパッタリングを行って超伝導層を堆積す
るためには約６００Ｃ前後に昇温されるが、その際に、
ガラスファイバーと超伝導層との間で化学反応してしま
う。

■ガラスファイバーと超伝導層とは互いの熱膨張係数が
大きく異なるために熱歪みが生じ、超伝導層にクラック
が発生する。■実用の超伝導線材では、超伝導材に隣接
させて銅などの常伝導材を安定化材として併設し、超伝
導材が何らかの原因で常伝導化した時に、電流をこの安
定化材にバイノくスさせることにより、状態変化の際に
発生するジュール熱を外部へ逃すようにしているが、ガ
ラスファイバー上に直接、超伝導層を形成した構成では
、バイパスの役目をする安定化材が存在しないために、
実用上、危険性がある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、従来のかかる課題を解決しようとするもので
あり、そのため、ファイバーをベースにして、その上に
常伝導材層を積層し、さらにその上に酸化物超伝導層を
形成して全体を線材化した構成としたものである。

〈作用〉 常伝導層と酸化物超伝導層とを順次積層するための基材
としてファイバー状心線を用いているので、長尺のコイ
ル状に成型でき、また、ファイバー状心線が酸化物超伝
導層の機緘的強度を保つ補強材として作用する。さらに
、これに加えて、酸化物超伝導層とファイバー状心線の
間に介在する常伝導層は、超伝導状態が破壊した際のバ
イパスの役目をして危険性を防ぐ安定化材となるととも
に、さらに、この常伝導層がファイバー状心線と酸化物
超伝導層の化学的ならびに機械的相互作用を抑制する作
用を果たす。特に、安定化材として５ｎｏｔやＩＴＯの
酸化物導電性材料を用いると、これらの成分を含む溶液
をファイバー状心線に直接塗布して被層形成することが
できるきるので、断面が異形のファイバー状心線に対し
てもその外周に均一に堆積することができる。また、酸
化物超伝導層の上に更に常伝導層を形成すれば、この常
伝導層が保護層の役目を果たすので有効である。

〈実施例〉 第１図は本発明の実施例に係る超伝導線材の横断面図で
ある。同図において、ｌは超伝導線材、２は可とう性の
ファイバー状心線、３はファイバー状心線の外周上に形
成された常伝導層、４は該層上に形成された酸化物超伝
導層である。

上記のファイバー状心線２の材料としては、ガラスファ
イバー、プラスチックファイバー、金属素線などが適用
できるが、特にガラスファイバーを用いると、ガラスの
成分を変えることにより比較的自由にガラスの物性、す
なわち熱膨張係数や耐熱性を選定できるので、超伝導層
形成に際して有利である。また、中間の常伝導層３は、
導電性がありかつ酸化物超伝導層４の膜形成を促す特性
をもつものとして酸化物導電材料あるいはＰｔが適して
いる。特に、酸化物導電材料としては、ファイバー状心
線２と酸化物超伝導層４のいずれに対しても密着性に優
れた、酸化インジュウム・スズ（ＩＴＯ）、酸化スズ、
酸化亜鉛等が賞月される。

さらに、酸化物超伝導層４としては、ＬｎＢａＣｕＯ（
Ｌ　ｎ＝　Ｙ　、ランタニド）や、その他にＢ１５ｒＣ
ａＣｕｏ　Ｔ　ＩＢ　ａＣａＣｕｏ等を使用することが
できる。

なお、酸化物超伝導層４の上に更に常伝導層を形成すれ
ば、この常伝導材が保護層の役目を果た゛すために有効
である。また、最上層に保護層を形成し耐久性を向上さ
せることも可能である。

次に、第１図に示す構成を有する超伝導線材ｌの製造方
法について説明する。

まず、ファイバー状心線２は、光フアイバ技術で確立さ
れた周知の方法でガラスやプラスチック材料から製造さ
れる。

続いて、中間の常伝導層３として、たとえばＩＴＯを形
成するには、塗布法（文献［セラミックスＪ　２１　（
１９８６）Ｎｏ、３参照）や、スプレー法（文献ｒ　Ｄ
ＥＮＫＩ　　ＫＡＧＡＫＵＪ　５５、Ｎｏ３（１９８７
）参照）を適用することができる。特に、塗布法を用い
ると、ＩＴＯ成分を含む溶液をファイバー状心線２に直
接塗布して被層形成することができるきるので、断面が
異形のファイバー状心線に対してもその外周に均一に堆
積することができる利点がある。常伝導層３の他の製造
方法としては、周知の真空蒸着法やスパッタ法（特開昭
６３−２５００１７号参照）を適用することができる。

最後に、酸化物超伝導層４は、上記の常伝導層３の形成
方法と同様の方法を用いて形成することができる。

このようにして得られる超伝導線材ｌは、基材がファイ
バー状心線２であるから、長尺のコイル状に成型でき、
また、ファイバー状心線２が酸化物超伝導層４の機械的
強度を保つ補強材として作用する。さらに、これに加え
て、酸化物超伝導層４とファイバー状心線２の間に介在
する常伝導層３は、超伝導状態が破壊した際のバイパス
の役目をして危険性を防ぐ安定化材となる。さらに、こ
の常伝導層３がファイバー状心線２と酸化物超伝導層４
の化学的ならびに機械的相互作用を抑制する作用を果た
す。特に、常伝導層３がＩＴＯのような酸化物のもので
あれば、酸化物超伝導層４の形成の際に酸素の供給源と
なりうるので、酸化物超伝導層４の酸素不足を補い、そ
の材料劣化を防ぐことができる。

本発明の超伝導線材１の特性を確認するために、ファイ
バー状心線２がシリケートガラス、常伝導層３がＩＴＯ
，酸化物超伝導層４がＹＢａ＊ＣＵｓＯＸの各組成をも
つものを試作し、電気抵抗等を測定した結果について次
に説明する。

この超伝導線材１の製造に際しては、まず、ガラスとし
て熱膨張係数が酸化物超伝導層４に比較的近似し、かつ
、耐熱性も高い特性をもつ素材を選定する。そして、こ
のガラス素材を伸長して１ＩＩｌｌφで３０ｍｍ長さの
ファイバー状心線２を得る。次に、真空蒸着法を適用し
て、温度３００　’Ｃ１真空度１０−’Ｔｏｒｒの条件
で、上記のファイバー状心線２に常伝導層（ＩＴＯ層）
３を約３００ＯＡ堆積させる。このとき、外周方向に均
一にＴＴＯ層３が堆積されるように、！方向から蒸着し
た後、次にファイバー状心線２を１８０°回転させて再
度蒸着を行う。引き続いて、ＲＦ’マグネトロンスパッ
タ法により、温度６３０℃、Ａｒと０．の混合ガス圧２
Ｐａの条件で、酸化物超伝導層（ＹＢａ＊Ｃｕ５ｏｘ）
４を約５０００Ａ堆積させる。この場合にも、酸化物超
伝導層４が均一に堆積するように、ＩＴＯ層３の形成時
と同様に、ファイバー状心線２を途中で回転させる。

このようにして、得られた酸化物超伝導層１について、
電気抵抗を測定すると、急激な抵抗減少を生じる臨界温
度Ｔｃは、９０°にであった。また、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）の観察結果から、ＩＴＯ層３上の酸化物超伝
導層（ＹＢａｆｆｉＣｕ３０Ｘ）４には、全くクラック
が発生していないことが確認された。

〈発明の効果〉 本発明によれば、機械的補強材としてのファイバー状心
線の上に安定化材としての常伝導材を備えているので、
安全で信頼性が高い超伝導線材を実現できる。すなわち
、基材がファイバー状心線であるから、基本的に可とう
性が得られるので巻き付は加工が可能であり、そのため
、超伝導マグネットコイルとして使用することができる
。また、ファイバー状心線が酸化物超伝導層の機械的強
度を保つ補強材として作用するため、酸化物超伝導層の
信頼性が向上する。また、酸化物超伝導層の臨界温度が
高いので、液体ヘリウムの沸点以上の温度で超伝導状態
が得られるために、取り扱いが従来よりも一層容易とな
る。さらに、酸化物超伝導層とファイバー状心線の間に
介在する常伝導層は、超伝導状態が破壊した際のバイパ
スの役目をして危険性を防ぐ安定化材として作用するの
で有利であり、また、製造の際には、この常伝導層がフ
ァイバー状心線と酸化物超伝導層の化学的ならびに機械
的相互作用を抑制する作用を果たすため、特性に優れた
酸化物超伝導層を形成することができる。特に、常伝導
層としてＳｎｏｗやＩＴＯの酸化物導電性材料を用いる
と、これらの成分を含む溶液をファイバー状心線に直接
塗布して被層形成することができるきるので、製造が比
較的簡単でしかも異形断面のものに対してもその外周に
均一に堆積することができるなど、優れた効果が発揮さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超伝導線材の断面図であ
る。 ｌ・・・超伝導線材、２・・・ファイバー心線、３・・
・常伝導層、４・・・酸化物超伝導層。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）可とう性のファイバー状心線と、該ファイバー状
   心線の外周上に形成された常伝導層と、該層上に形成さ
   れた酸化物超伝導層とで構成されている超伝導線材。
2. （２）酸化物超伝導層の上にさらに常伝導層を形成した
   請求項１記載の超伝導線材。
3. （３）ファイバー状心線がガラスファイバー、プラスチ
   ックファイバー、金属素線の内のいずれかの１つで構成
   されていることを特徴とする請求項１または請求項２記
   載の超伝導線材。
4. （４）常伝導層が酸化物導電性材料あるいはＰｔからな
   ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか
   に記載の超伝導線材。