JPH0322312A - 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、特に線径が均一な
細線のＢｉ−Ｓｒ−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　−Ｏ系、
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系及びＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０
（以下、ＢＳＣＣＯ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
より表層の金属バイブ部分を溶解して除去する。次いで
、酸化物線材を熱処理して焼結体にする。

このようにして成形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
。しかしながら、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。

そこで、前述した方法により所望形状の酸化物？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（Ａｆ■０３）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ＢＳＣＣＯ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ＢＳＣＣＯ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、ＢＳＣＣＯ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。

［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形成
方法においては、原料線材が細線（線径が５關以下）で
ある場合には安定した溶融帯を形成することができない
。このために、従来の集光加熱による酸化物超電導線材
の製造技術では、空隙がなく、所望の高い臨界電流密度
を有する細線径の酸化物超電導線材を得ることができな
いという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
安定した溶融部を形成することができると共に、空隙が
除去された線材を安定して凝固させることができ、これ
により所望の細線径で高臨界電流密度を有する酸化物超
電導線材を安定して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゜Ｃ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
気にてその融点以上の温度に局部的に加熱して溶融部を
形成する工程と、その融液をこの溶融部の上部に配置さ
れたバイブ内を通過させその上端から引き上げて凝固さ
せる工程と、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溶融部を形成す
る第２の加熱手段と、前記溶融部の上端部と接触して配
置され融液をその内部を通過させて引き上げることによ
り所望の径の線材に凝固させるバイブと、前記溶融部を
酸化雰囲気にする手段とを有することを特徴とする。

［作用コ 本発明方法においては、酸化物超電導組戚の焼結線材を
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局部的に加熱して溶融部を
形成する。このため、溶融部近傍における焼結体原料線
材の長手方向の温度差及び溶融部の表層と芯部との間の
温度差が小さく、安定した溶融部を得ることができる。

また、この溶融部の融液を溶融部の上部に配置されたパ
イプ内を通過させ、その上端から上方に引き上げて凝固
させるので、得られた酸化物超電導線材は線径が実質的
にバイブの外径と等しくなる。これにより、バイブ径に
より決まる線径を有する線材が得られ、前記パイプ径を
所望の細線径のものにすることにより、均一な径を有す
る細線の酸化物超電導線材を容易に得ることができる。

この場合に、前記パイプとして白金で成形したものを使
用すると、白金は融液との間の濡れ性が良好であるため
、更に一層細径の均一径の線材を得ることができる。ま
た、前記パイプを原料線材の融点以上の温度に加熱して
おくと、前記融液はパイプを通過する際には凝固が進行
しないので、この融液は円滑にパイプ内を通過する。従
って、このバイブ上端部の融液を所定の速度で上方に引
き上げて凝固させることにより、製造途中の断線の発生
を確実に回避することができる。これにより、所望の線
径の酸化物超電導線材を連続的に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、溶融部の温度と溶融
直前の原料線材との温度差が過大となり、安定した溶融
部が得られず、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℃以上の温度に予熱した後、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。そうすると、
この第２の加熱手段により加熱された領域が溶融して溶
融部が形成されると共に、この溶融部の上端部に接触し
て配置されたパイプ内を融液が毛細管現象により前記パ
イプの上端まで上昇する。この融液はパイプの上端から
引上げられて凝固する。従って、原料線材が大径である
場合、又は溶融部の直径が大きい場合も、引上げられた
融液が凝固して得られた線材はパイプの径により決まる
線径を有する。

［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に取付けられた線材ホルダ６ａに
固定され、その長手方向を垂直にして支持されている。

また、供給用駆動軸８の上方には引上げ用駆動軸７が配
置されており、引上げ用駆動軸７に取付けられた線材ホ
ルダ８ｂには引上げ用原料線材１が固定されている。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
下動することができる。

この原料線材１の通過域には、筒状の加熱炉９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配置さ
れている。この加熱炉９にはコイル状の発熱体１０が内
設されていて、この発熱体１０に適宜の電源から給電し
て発熱体１０を抵抗発熱させることにより、加熱炉８の
内側に位置する原料線材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８の内部には、抵抗発熱コイル４が原料線材１の
上昇域に介在して配設されている。この抵抗発熱コイル
４は、例えば線径が０．２乃至１，０關の白金線をコイ
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４を発熱させることにより、このコイル４
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
熱して溶融させ、得られた溶融物をフイル４に囲まれた
領域内に溶融物の濡れの性質を利用して表面張力により
保持し、これにより溶融部３を形成する。

コイル４の上端には線径調整用パイプ５がその軸方向を
垂直にして配置されている。このバイプ５は、例えば、
外径が０．１乃至０．５ｍ＋、内径が０．０５乃至０．
：Ｊ＋＋ｍの白金パイプであり、線径が０．１乃至Ｑ，
３ｍｍの白金線等を使用して所定の位置に固定されてい
る。このパイブ５も、その近傍に配置された抵抗発熱体
４により、原料線材１の融点以上の温度に加熱される。

このコイル４及びバイブ５の配設位置及びその周囲は酸
化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９の全体を酸化性ガスの雰囲気
においてもよいし、コイル４及びパイブ５の周囲に酸化
性ガスを吹きつけることによってもよい。

コイル４により保持された溶融部３の融液は毛細管現象
によりパイプＳ内をその上端まで上昇する。そして、こ
の融液は駆動軸７の上昇により上方に引き上げられて凝
固する。これにより、酸化物超電導線材２が得られる。

なお、コイル４及びバイプ５は白金に限定するものでは
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ＢＳＣＣＯ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、ＢＳＣＣＯ系酸化物粉末の成形体をＡｇバイブに
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３ｍｍ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、温度が例えば７８０℃の
酸化雰囲気中でｌＯ時間加熱処理することにより、ＢＳ
ＣＣＯ系酸化物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の下端を前述の線材ホルダ６ａに
固定し、供給駆動軸８を駆動して原料線材１の上端がコ
イル４に嵌合するように原料線材１を配置する。一方、
引」二げ用駆動軸７側の線材ホルダ６ｂには引上げ用の
細径の原料線材１を取付ける。そして、コイル４及びバ
イブ５の周囲に酸化性ガスを供給した後、発熱体１０に
通電して加熱炉９内の原料線材１を７００℃以上の温度
に加熱する。また、抵抗発熱コイル４に通電して下方の
原料線材１の上端部を局部的に加熱し、溶融させる。こ
れにより、コイル４に囲まれた領域に溶融部３が形戚さ
れると共に、一部の溶液がパイプ５内を上昇してその上
端に到達する。

次いで、引上げ用駆動軸７を下降させて引上げ用の原料
線材１の下端をバイプ５の上端の融液に接触させた後、
引上げ用駆動軸７を所定の速度で上昇駆動する。これに
より、融液は上方に引上げられて降温し、凝固して酸化
物超電導線材２が得られる。この酸化物超電導線材２は
引上げ用駆動軸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９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４及びバイプ５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９により７
００℃以上の温度に予熱されているから、この溶融部３
と原料線材１との境界部と、溶融部３の中央部との間の
温度差が小さい。このため、安定した溶融部３が得られ
る。また、融液はパイプＳ内を通過してバイプ５の上端
から引上げられて凝固するため、その線径はパイブ５の
径により決まり、バイブ５の径を所望の細線径にするこ
とにより、細線径を有し、その径が均一な超電導線材２
を容易に得ることができる。

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、例えばビンチロール等に
より線材の供給及び引上げを行っても同様の効果がある
。

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。

更息匙Ｌ 抵抗発熱コイル４の上部に外径が０．５＋＋ｍのバイプ
５を配置した。そして、前述の如く作製した直径が１０
ｍｍのＢＳＣＣＯ系酸化物の焼結体原料線材１を加熱炉
９により７００℃に加熱すると共に、抵抗発熱コイル４
により融点以上の温度に加熱して溶融部３を形成した。

このとき、バイブ５の表面温度を９５０゜Ｃに保持した
。このパイブ５の上端から融液を引上げて細線径の酸化
物超電導線材を製造した。

実』〔は』４ 予熱温度が８００℃、パイプの外径が０．３＋＋ｗであ
ること以外は、実施例１と同様にしてＢＳＣＣＯ系酸化
物超電導線材を製造した。

比瑳髭上 予熱温度が５００℃であること以外は、実施例１と同様
にしてＢＳＣＣＯ系酸化物超電導線材を製造した。

比ｌＬ餅二一 実施例１と同様にして作製したＢＳＣＣＯ系焼結体原料
線材１に対し、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て超電導線材を製造した。

比［虹阻』一 実施例１と同様にして作製したＢＳＣＣＯ系焼結体原料
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１の予熱温度が
低いため、安定した溶融部３が得られず、この溶融部３
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。

また、比較例２の場合は、線径が５關以下の細線を製造
することができなかった。

実施例ｌ及び２並びに比較例２及び３について、電気抵
抗がＯ（μΩ●ａｍ）になる温度（　Ｔ　ｃ　；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。この結果を下記第１表に示す。

また、各酸化物超電導線材の線径も併せて示す。

この第１表に示すように、本発明の実施例１及び２は断
線が生じることなく、空隙が除去されていると共に、所
望の細線径の超電導線材を製造することができた。そし
て、この実施例ｌ及び２は、従来方法である比較例２及
び焼結体のままの比較例３に比して臨界温度が高く、ま
た極めて高い臨界電流密度を示した。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、酸化物超電導組成
の焼結体線材を予め７００゜Ｃ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部を形或
し、パイプを介して融液を引上げることにより融液を凝
固させ゛Ｃ酸化物超電導線材を製造するから、パイプ径
により決まる細線径の酸化物超電導線材を安定して製造
することができる。この酸化物超電導線材は空隙が除去
されているため、臨界電流密度が極めて高い。

【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。 １；焼結体原料線材、２；酸化物超電導線材、３：溶融
部、４；抵抗発熱コイル、５：バイプ、６ａ＋８ｂ；線
材ホルダ、７：引上げ用駆動軸、８；原料線材供給用駆
動軸、９；加熱炉、１０；発熱体

Claims (3)

【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その融点以上の温度に局部的に加熱
   して溶融部を形成する工程と、その融液をこの溶融部の
   上部に配置されたパイプ内を通過させその上端から引き
   上げて凝固させる工程と、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）前記パイプは前記原料線材の融点以上の温度を有
   することを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線
   材の製造方法。
3. （３）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
   溶融部を形成する第２の加熱手段と、前記溶融部の上端
   部と接触して配置され融液をその内部を通過させて引き
   上げることにより所望の径の線材に凝固させるパイプと
   、前記溶融部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。