JPH03505504A - 超電導性ケーブルの製造方法 - Google Patents

超電導性ケーブルの製造方法

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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】 超電導性ケーブル及びその製造方法 本発明は少くとも1本の超電導性セラミック材料のストリングより成るコアを備 え、そのコアは金属製のカプセルに収容されている超電導性導体あるいはケーブ ルに関する。さらに本発明はこの様な導体あるいはケープ、ルの製造方法に関す ′る。
この型のセラミック化合物はしばしばY−Ba−Cu−0なる式で記され、同化 合物中の金属は酸化物として存在しており、在来の超電導性材料において知られ ている温度より実質的な高温において、超電導特性を持フている。超電導特性の 限界温度が比較的高い為に、この型の化合物は広く一般的な工業的環境において 一層興味が持たれるに至った。これらのセラミック化合物は、銅と酸素のみがそ の必須成分でとして存在し、イツトリウム及びバリウムに加えであるいはそのか わりに、例えばスカンジウム、種々のランタニツド及びカルシウムあるいはスト ロンチウムも用いている一層の材料を形成している。その他の材料、例えばビス マス及び/又はタリウムより成る超電導性導体も又知られており、これ等の材料 は上記の金属を完全あるいは部分的に置換できる。さらに、超電導特性は場合に よフては酸素の一部分をフッ素で置換することによって改良できることが知られ ている。
これ等の導体におけるケーブルの工業的利用に十分な長さ及び十分な均一構造の ものの製造が困難で高価につくため、その超電導性材料の利用は制限されている 。この点に関する本質的問題は、製造過程において例えば酸化物、炭酸塩あるい はシェラ酸塩間の固体反応が起らなければならないこと、反応が一連の制御温度 下で行なわなけらばならないこと、及び周囲の雰囲気の組成が相当に重要なこと である。とくに酸素の分圧の高いことが必要になることがある。さらにこの様に してつくられた反応生成物が不安定で、例えば酸素を分離すると言う大きなな危 険がある。従って超電導性コアは、その後の操作においても、制御された雰囲気 でかこむことが必要であると考えられる。
本発明の目的は封鎖剤を備え、製造過程及びその後の適用において超電導性コア の周囲を制御された雰囲気に保持することが可能な導体あるいはケーブルを提供 するにある。
この目的は上記の種類の導体あるいはケーブルによって達成され、そのケーブル の特徴は特許請求の範囲第1項における特徴部分に記載の通りである。
セラミック超電導性コアが部分的に焼結したセラミック材料で囲まれているので 、このような材料に存在する気孔部分を通りてガスの流れ及び拡散が起り得る0 周辺材料の焼結温度が高いことにもとづいて、ケーブル製造の種々の過程におい て該材料は多孔性のまま残存し、従って周辺材料がガスの通過性を保持すること が保証される。
本発明においては周辺傍が高温で安定であることが望ましく、発明の好ましい実 施態様としては高温にも低温にも安定な酸化物、特にMgO,^皇20.あるい はZrO□等の酸化物セラミック製品の使用をあげることができる。
超電導性コアの周囲を調整された雰囲気に保持し得るように、本発明においては ケーブルが保護あるいは再生ガス、例えば02を非焼結材料中に導入で診る元素 群より成ることが望ましい。
本発明はさらに電気的超電導性導体あるいはケーブルの製造方法に間し、この方 法は特定の環境で超電導性になし得る1つあるいは2つ以上の材料を少くと”も 1つの連続的なストリングとして金属性の管状閉鎖キャップに入れ、これをその 後スェージ加工、ハンマー加工あるいは爆発による鍛造によって変形し、該キャ ップによってその断面積の縮小中これに囲まれた材料を固くしめつけるにある。
1986年6月24日付の日本特許公報第61−13663号によりて、外装ス レッドを備えた超電導性スレッドの束を、該スレッドの束の周囲に巻きつけるべ き金属バンドとともに円筒形に成型するために連続的に移送するに当りて、空調 を除去する方法が公知である。管をつくるための金属バンドのシーム溶接に続い て、管の断面をスェージ加工によって少くとも80%減少させ、最後にこれを断 面円形に巻きとる。超電導性スレッドは適当な化合物の熱処理によって製造され る。金属バンドはCu又はA!1によってつくられ、補強スレッドは不銹鋼、M oあるいはWより成る。
本発明の方法の特徴は特許請求の範囲第5項の特徴部分における主題の通りであ る。
外周材料の焼結温度が超電導性固体物質の反応温度より高いという事実に基いて 、超電導性コアの周囲に透過性の層が存在し、この層を通してコアを囲んで保護 雰囲気が導入できることが確実である。
本発明方法の特に有利な実施態様の特徴は特許請求の範囲第6項における主題の 通りである。
驚くべきことに、一般には高圧下で周辺雰囲気組成を制御のもとにおける長期間 の加熱を必要とする固体物賞の反応が、鍛造が管の直径の減少と同時に粒子の圧 縮をともなうような強さで行なわれるキャップの鍛造によって達成できることが ことが明らかにされた。鍛造は実際にはスェージ加工、即ち圧延機によって°行 うことが特に望ましく、希望する反応が速やかに進行し、管が毎分数メーターの 速さで機械を通っても希望する特性が得られるように超電導体の焼結が行なわれ ることが明らかとなった。
本発明においては、管は硬くて可塑性で、従って鍛造に比較的抵抗の高い金属、 例えば耐腐食性鋼で造ることが望ましい、特に管材は超電導性材料から発生する ことのある酸素を吸収する性買の全く無いことが重要である。
この様にして、従来問題が多かフた焼結過程が速やかで効果的に行うことができ 、従来存在した焼結ストリングの長さの制限が除去されるに至った。
これに関連して、米国特許No、4717627によって微粒子の超電導性導体 あるいは磁性体を次の処方によフて製造することが知られている事に触れるべき である。固体材料から成る第1層の上に粉末の第2層及び固体材料の第3層を置 ぎ、この集合体を丈夫な容器に入れる0次いで上記の第1、第2及び第3層を通 じて超音波を送ると、第2層は50 kBarより高い衝撃波の圧によってその 材料の融点以上に加熱される。熔融し圧縮されたこの層は他の2つの層への熱の 8動によって急速に冷却される。
本発明を1つの実施例により、又本発明の超電導性ケーブルの断面図を参照して 、詳細に説明する。
図面に示したように、本発明の超電導性導体あるいはケーブルは外部金属キャッ プ1とその内部に設けられた超電導性セラミック材料より成るコア2によって構 成される。コア2とキャップ1の間の空間には拡散性セラミック材料3が入れら れ、このものは超電導性コア2より焼結温度が高い、該拡散性材料は、超電導性 材料の焼結前、途中及び/又は以後において、コア周辺の雰囲気を最適にし、こ れによってコアを保護あるいは再生することを可能ならしめる。多くの場合問題 は酸素含量を調整するにあり、超電導性コアはしばしばY−Ba−Cu−0で表 される種類のセラミック材料であることが望ましいが、これには又液体窒素の沸 点あるいはこれより少し高い温度において超電導性になる多くの超電導性セラミ ック材料も又用い得る。これ等の材料は上記のY、Ba、Cu及び0以外の元素 を含むことができる。
ケーブルは例えば溶接スタブ(weld 5tub)の形の材料3の内部を予定 の雰囲気に保持する手段を用いてつくることができる。材料3は超電導性コア2 より焼結温度が高いセラミック粉末である。望ましくは例えばMgO、八12’ sあるいはZrO2等の耐熱性セラミック酸化物が用いられる。
ケーブルの製造に当っては、キャップがコア及び粉末状層を厳密に囲むように注 意しなければならない。これは本発明の方法に従うことによって達成できる0本 発明における特定な見地からすると、超電導性粉末を超電導性焼結ストリングに 変換するに必要な固体物質の反応が達成できる。
さらにケーブルのコアはコアの機械的強化、その冷却あるいはこれをいくつかの 平行な導体に分割するための元素を含み得る。
本発明における一定の長さの超電導性ケーブルは、温度抵抗及び腐食抵抗があり 、Ni含量が大で、外径14mm+、内径11amのインコネル管における金属 壁と超電導性コアを形成するコアとの中間層を絶縁性のある八fhOsのセラミ ック粉末で満たすことによって求め得る。即ちインコネル管の内側に例えばガラ ス製で外径と内径がそれぞれ8■と6鳳lの管を筐き、この管の内側に外径と内 径がそれぞれ4mmと3−膳の管を置く、内管の内側に厚さ2a+mの金属棒を 置<、tr+斗を用いて2種類の粉末を加える。第1の漏斗によフてインコネル 管とガラス管の間のすき間にAi’i0sを添加し、第2の漏斗ではYBa2C usOxなる、組成で粉末の粒径が0〜60mgである粉末を加える。この粉末 は内管と金属棒との間の空間に超電導性ストリングをつくるものである。最初に ^1203粉末で外部空間的50Ilを満たし、この場合外側のガラス管はスタ ンプに用いられる0次いで内管を1〜2cm引き上げ、超電導性粉末を加えてこ れを金属棒でスタンプする。続いてガラス管を再び引き上げ、補充後高さが4〜 4.5cmになるまでスタンプする。再びAl203粉末を加え、これをスタン プすること等によフて管を粉末で満たす0次いで溶接によって管を閉じ、所定の 直径になるまで鍛造する。この場合管はスェージ機によって加工され、直径は1 4+amから9III11に縮小される。同時にこれに対応してセラミック粉末 が加圧される。又スェージ機による直径の縮小は1〜2s/分の速度で行なわれ る。
この様にして製造された超電導性ケーブルを試験した。
YBa2CulO,なる式の超電導性ストリングについて得られた結果は次の通 りである。
クリスタリットの大きさくX線回折によって測定):約1300人 気 孔 率(水銀気孔率測定法による): 約1.5vo1%スケルトン密度( 水銀気孔率測定法による):約5.5g/mj! 7フ”Kにおけるマイスナー効果:    正ケーブルを930℃で2時間熱処 理後超電導性ストリングの収縮をしらべて、そのストリングが周囲の材料中にし っかりと埋め込まれていることを知った。熱処理前にはA12os層は規則正し く焼結してはいないが、引きしまった粉末であることを知フた。
超電導性ストリングの製造に用いられる粉末はY−Ba−Cu−0型の超電導性 導体をつくるのに正規な組成であった。しかし同じ方法は他の組成の超電導性セ ラミック導体にも適用できる。さらに900℃以下の温度に加熱することによる 鍛造過程における超電導性導体の焼結を支持することが可能であり、この温度は 加熱のみで焼結を達成するために普通の温度である。この様な900℃以下の温 度では、周辺のセラミック絶縁体はその透過性を保持し、この際鍛造中コア周囲 の雰囲気を調整することも可能であろう。
この実施例において用いられたスェージ加工の他に、鍛造はハンマー加工あるい は爆発変形によっても行ない得る。さらに鍛造は管が普通に用いられる円形以外 の形になるようにも行ない得る。のみならず、コアに強化あるいは冷却用元素及 びコアを多数の平行なストリングに分割させる元素を埋め込むことも可能である 。
長さの一層長い超電導性ケーブルの製造は連続充填管状バッキングの製造から知 られる技術の変形を適用することによって行い得る。糧々の粉末ストリングをキ ャップを作る管の中に入れて適当にスタンプする時は、特にスェージ加工により てコアの焼結が行なわれ、これは特に非常に長い材料の処理をも可能ならしめる 。
補正書の翻訳文提出書 (特許法第184条の8) 平成2年10月24日 特許庁長官  植 松  敞 殿 1、国際出願番号 PCT/DK89100094 2、発明の名称 超電導性ケーブル及びその製造方法 3、特許出願人 住 所 デンマーク国 ディケー2800  リングビイニメレヴアイ 55 名 称 ハルドア トプソ アー/ニス代表者 ジュー。ロストラブーニールセ ン代表者 ポール タイセン 国 籍 デンマーク国 4、代理人 1990年6月11日 6、添付書類の目録 補正書の翻訳文             1通請  求  の  範  囲 1、少なくとも1本の超電導性セラミック材料のストリングより成φコアを備え 、該コアは金属キャップで囲まれた超電導性導体あるいはケーブルにおいて、キ ャップとコアの間に、コアを囲んで少なくとも部分的には焼結した。セラミック 粉末材料の層が少なくとも1つ存在し、該材料はコアの超電導性材料より焼結温 度が高いことを特徴とする超電導性導体あるいはケーブル。
2、少なくとも部分的には焼結した材料は耐熱性酸化物、特にセラミック酸化物 、望ましくはMgO,Al2O,又はZrO,であることを特徴とする請求の範 囲第1項に記載の超電導性導体あるいはケーブル。
3、少くとも部分的には焼結した材料中に保護あるいは再生ガス、例えば02を 導入する手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第1項又は342項記載の超 電導性導体あるいはケーブル。
4、超電導性コアにおけるクリスタリットの大きさは約1300人、気孔率は約 1.5 vo1%、スケルトン密度は約5.55g/■皇であることを特徴とす る請求の範囲第1項に記載の超電導性導体あるいはケーブル。
5、特定の製造条件において、超電導性になり得る超電導性セラミック材料を生 成するための1つ又は2つ以上の材料による組成物から成る1つのコアを、少く とも1つの連続的ストリングとして管状の密閉金属キャップに収容し、これを位 置決定後スェージ加工、ハンマー加工あるいは爆発変形によって鍛造し、該キャ ップはその横断面の縮小によりて対人材料を緊密に囲むことより成る電気的超電 導性導体又はケーブルの製造方法において、超電導性セラミック材料は加熱下に おける固体物置反応によってその超電導性構造を形成し得る種類のものであり、 キャップ内部において超電導性セラミック材料を形成する組成物は粉末状セラミ ック材料で囲まれ、該粉末状セラミック材料の焼結温度は超電導性セラミック材 料を形成する組成物の反応温度より高いことを特徴とする電気的超電導性導体又 はケーブルの製造方法。
6、超電導性導体を形成する超電導性セラミック材料をつくる組成物は粉末状態 でキャップに導入され、その鍛造はキャップの断面が縮小され、粉末状組成物は 加圧下に焼結されて超電導性セラミック製品を形成するような強度で行なわれる を特徴とする請求の範囲第5項記載の方法。
フ、鍛造中必要な強度を増加させるために、キャップは鍛造に対して比較的に高 い抵抗を与えるような硬買で延性のある金属、例えば耐腐食性鋼から作られるこ とを特徴とする請求の範囲第6項に記載の方法。
8、鍛造あるいは鍛造中粉末を含んでいるキャップは、超電導性セラミック材料 を形成する組成物の固体反応及び焼結が行なわれるより低い温度に加熱されるこ とを特徴とする請求の範囲第6項に記載の方法。
9、鍛造前、鍛造中及び/又は鍛造後、保護あるいは再生雰囲気、好ましくは酸 素がコア周囲の粉末状セラミック材料中に導入されることを特徴とする請求の範 囲第6項、第7項及び348項のいずれかに記載の方法。
国際調査報告

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも1本の超電導性セラミック材料のストリングより成るコアを備え 、該コアは金属キャップで囲まれた超電導性導体あるいはケーブルにおいて、キ ャップとコアの間に、コアを囲んで焼結していないセラミック粉末材料の層が少 なくとも1つ存在し、該材料はコアの超電導性材料より焼結温度が高いことを特 徴とする超電導性導体あるいはケーブル。 2.焼結していない材料は耐熱性酸化物、特にセラミック酸化物、望ましくはM 80,AL2O3又はZrO2であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載 の超電導性導体あるいはケーブル。 3.焼結していない材料中に保護あるいは再生ガス、例えばO2を導入する手段 を備えたことを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項記載の超電導性導体ある いはケーブル。 4.超電導性コアにおけるクリスタリットの大きさは約1300A、気孔率は約 1.5vol%、スケルトン密度は約5.55g/mlであることを特徴とする 請求の範囲第1項に記載の超電導性導体あるいはケーブル。 5.特定の製造条件において、超電導性になり得るセラミックの1つ又は2つ以 上の材料を、少くとも1つの連続的ストリングとして管状の密閉金属キャップに 収容し、これを位置決定後スエージ加工、ハンマー加工あるいは爆発変形によっ て鍛造し、該キャップはその横断面の縮小によって封入材料を緊密に囲むことよ り成る電気的超電導性導体又はケーブルの製造方法において、 超電導性セラミック材料は加熱下における固体物質反応によってその超電導性構 造を形成し得る種類のものであり、キャップ内部において超電導性セラミック材 料を形成する組成物は粉末状セラミック材料で囲まれ、該粉来状セラミック材料 の焼結温度は超電導性セラミック材料を形成する組成物の反応温度より高いこと を特徴とする電気的超電導性導体又はケーブルの製造方法。 6.超電導性導体を形成する超電導性セラミック材料をつくる組成物は粉末状態 でキャップに導入され、その鍛造はキャップの断面が縮小され、粉末状組成物は 加圧下に焼結されて超電導性セラミック製品を形成するような強度で行なわれる を特徴とする請求の範囲5項記載の方法。 7.鍛造中必要な強度を増加させるために、キャップは鍛造に対して比較的に高 い抗を与えるような硬質で延性のある金属、例えば耐腐食性鋼から作られること を特徴とする請求の範囲第6項に記載の方法。 8.鍛造あるいは椴造中粉末を含んでいるキャップは、超電導性セラミック材料 を形成する組成物の固体反応及び焼結が行なわれるより低い温度に加熱されるこ とを特徴とする請求の範囲第6項に記載の方法。 9.鍛造前、鍛造中及び/又は鍛造後、保護あるいは再生雰囲気、好ましくは酸 素が管中に導入されることを特徴とする請求の範囲第6項、第7項及び第8項の いずれかに記載の方法。
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