JPH04209419A - セラミックス超電導導体の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、セラミックス超電導導体の製造方法に関する
。

［従来の技術］ ＹＢａＣｕＯ系、Ｂ１５ｒＣａＣｕＯ系、Ｔ、ｉｌｌ　
ＢａＣａＣｕＯ系等のセラミックス超電導体は、Ｔｃ（
臨界温度）が液体窒素温度を超えるため種々の用途への
応用が期待されいる。特に、セラミックス超電導体を線
材化する開発が進められている。

セラミックス超電導体を線状体に成型する方法として、
従来金属シース法が用いられている。この方法は、セラ
ミックス超電導体の原料をシース材である金属パイプ内
に充填して複合ビレットを作製し、次いでこの複合ビレ
ットを塑性加工により所望形状、所望寸法に仕上げ、そ
の後これにセラミックス超電導体原料をセラミックス超
電導体に反応させるための熱処理を施して線状体を得る
ものである。この方法で例えば、テープ状体を製造する
場合は、複合ビレットに圧延を中心とした塑性加工を施
した後に熱処理を施す。ここで、塑性加工としては、線
状体、テープ状体の形状に応じてそれぞれ押出、圧延、
引き抜き、スウェージング等が用いられる。この塑性加
工により、第６図（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示すような
断面形状が円形、楕円形、矩形、またはテープ形状のも
のを容易に製造することができる。図中６０は金属シー
スであり、６２はセラミックス超電導体である。

また、この方法を利用して、線状体を複数本束ね、その
外側に金属シースを施した多芯線、径が異なる複数個の
金属パイプを同心円状に配置しそのパイプ間隙部にセラ
ミックス超電導体を充填してなる多層線状体、または断
面において金属層とセラミックス超電導体層とが渦巻状
に配置されている線状体等も試作検討されている。

この方法において、セラミックス超電導体となすための
熱処理温度は用いるセラミックス超電導体原料の種類に
より決定される。例えば、Ｙ系のセラミックス超電導体
原料の場合は９００〜９５０℃であり、Ｂｉ系のセラミ
ックス超電導体原料の場合は８５０〜９００℃である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の如くして得られた複合線状体にセ
ラミックス超電導体となすべき所定の条件下で熱処理を
施すと、その熱処理過程でセラミックス超電導体原料が
ガス等を発生し体積変化（収縮）を起こし第７図（Ａ）
、第７図（Ｂ）に示すように金属シース内部に空隙７０
が発生する。

この現象は、第８図に示すように金属シースの径か大き
いほど、すなわちセラミックス超電導導体の幅が大きい
ほど顕著である。このように、導体内に大きな空隙８０
か内部に発生すると、セラミックス超電導導体の見掛は
上の超電導特性か低下し、また空隙部分において機械的
強度が低下するという欠点かあった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、熱処理
により発生する空隙をできるたけ小さくし、かつ分散さ
せて優れた超電導特性を発揮するセラミックス超電導導
体を得ることができる製造方法を提供することを目的と
する。

［３題を解決するための手段〕 セラミックス材料や金属材料は、それを溶融するとその
表面張力により収縮する。

本発明者らは、セラミックス超電導体原料が収縮する程
度をあらかじめ推定し、その程度に応じた金属材料を予
め金属シース内に配置することにより、セラミックス超
電導体原料の収縮による空隙を分散させることができる
ことを見出だし本発明をするに至った。

すなわち、本発明は、セラミックス超電導体原料を中空
の金属パイプに充填して複合ビレットを作製し、該複合
ビレットに塑性加工を施して所望形状に成型し、これに
所定の熱処理を施すセラミックス超電導導体の製造方法
において、該中空の金属バイブ内に該セラミックス超電
導体原料と僅かに反応する金属からなる金属製部材をあ
らかじめ配置することを特徴とするセラミックス超電導
導体の製造方法である。

ここで、セラミックス超電導体原料としては、Ｙ系、Ｂ
ｉ系、Ｔｌ系等のセラミックス超電導体原料が用いられ
る。

金属パイプの材料としては、塑性加工が容易であるＡｇ
、Ｃｕあるいはこれらの合金等が用いられる。

金属製部材の材料としては、セラミックス超電導体原料
をセラミックス超電導体となすための熱処理温度で溶融
せず、しかも僅かにセラミックス超電導体原料と反応す
るものを選定する。このような金属材料として、Ａｇ、
Ｐｔ、Ａｕ等が挙げられる。なお、僅かに反応するとは
、セラミックス超電導体原料の超電導体特性を損なわな
い範囲で反応することをいう。

金属製部材を配置する間隔は特に限定しないが、例えば
、Ｙ系、Ｂｉ系のセラミックス超電導体原料の場合は、
数龍〜３０１程度にすることが好ましい。

中空の金属パイプの容積に対する金属製部材の体積は、
５〜３０％にすることが好ましい。これは、中空の金属
パイプの容積に対する金属製部材の体積が５％未満であ
ると粗大空隙を充分に分散させることができず、３０％
を超えると超電導体特性が低下するからである。

また、金属製部材の形状は、棒状、球状の地下定形でも
よい。いずれの場合にも、第１図（Ａ）および第１図（
Ｂ）に示すように中空の金属パイプ１０の内部において
金属製部材１２によりセラミックス超電導体原料１４の
空隙１６が分散された状態になればよい。

セラミックス超電導導体の形状は、第２図（Ａ）に示す
ようにテープ状体、第３図に示すように断面が楕円形で
ある線状体等特に限定されるものではない。例えば、第
２図（Ａ）に示すテープ状体の場合は、矢印方向から見
たときの平面図である第２図（Ｂ）に示すようになフて
いる。すなわち、金属パイプ２０の内部にセラミックス
超電導体原料２２が充填されており、さらに金属製部材
２４か所定の間隔をおいて配置されている。

本発明のセラミックス超電導導体の製造方法の一例を説
明する。

まず、セラミックス超電導体原料を調製する。

この調製方法には、既知の方法、例えばセラミックス超
電導体の構成元素の酸化物、炭酸塩等のような一次原料
粉末を所望組成となるように配合、混合した後に仮焼成
する方法、仮焼成粉末や混合粉末を加熱溶融した後に凝
固、粉砕する方法等が用いられる。

次いで、得られた原料粉末を、例えば第４図に示すよう
なあらかじめ機械加工により壁部に所望の間隔で小孔を
あけ該小孔部４２に金属棒状部材４４を挿着した金属製
パイプ内に充填して複合ビレットを作製する。図中４０
は金属パイプ本体であり、４２は金属パイプ本体４０の
側壁面に設けられた貫通孔であり、４４は貫通孔４２に
挿入する金属棒状体である。

すなわち、この複合ビレットの作製方法においては、例
えば金属パイプ本体４０のすべての貫通孔４２を介して
金属パイプ本体の中空部内に金属棒状体４４を突出した
状態に挿着したのち、該金属パイプ本体４０の中空部内
に前記原料粉末を充填して複合ビレットを作製する。ま
た、前記原料を用いて、金属パイプ本体４０の中空部内
に挿入できるような丸棒体に成型し、これに金属パイプ
本体４０の貫通孔４２と連通ずるように丸棒体に穴明は
加工を施したのち、金属パイプ本体４０の貫通孔４２お
よび丸棒体の穴を連通させて金属棒状体４４を挿入して
ビレットを作製してもよい。

また、あらかじめ金属パイプ本体４０の貫通孔４２に金
属棒状体４４を金属パイプ本体の中空部内に突出した状
態に挿着しておき、しかるのち該金属パイプ本体４０の
中空部内に溶融状態のセラミックス超電導体原料を流し
込んで複合ビレットを作製すること等が挙げられるが、
これらの方法に限定されるものではない。なお、金属パ
イプ本体の断面形状は円形に限らず、第５図に示すよう
な矩形や楕円形であってもよい。

次いで、得られた複合ビレットに塑性加工を施す。塑性
加工としては、押出、圧延、引き抜き、スウェージング
等の既知の方法が用いられる。特に、テープ状セラミッ
クス超電導導体を得る場合には、最終の塑性加工工程で
圧延加工を行うことか好ましい。

その後、塑性加工後の複合線状体に所定の熱処理を施し
てセラミックス超電導導体を得る。

上記の例は、単芯線状のセラミックス超電導導体につい
て説明したが、これらの単芯線状のセラミックス超電導
導体を複数本束ね、外側に金属シース用金属パイプを被
覆した多芯線状や径の異なる金属パイプを同心円状に配
置しパイプ間間隙部にセラミックス超電導体原料を充填
した多層状のセラミックス超電導導体にも適用できるこ
とはいうまでもない。

［作用］ 本発明のセラミックス超電導導体の製造方法によれば、
中空の金属パイプ内部にあらかじめ配置した金属製部材
が熱処理時にセラミックス超電導体原料と僅かに反応す
ると共に、溶融したセラミックス超電導体原料の表面張
力により発生空隙が微細化および分散して空隙の体積の
増大並びに粗大化を防止する。これにより、発生空隙に
よる超電導特性および機械的特性の低下を防止すること
ができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

実施例１ まず、Ｂ　ｉ２ｏ、　、Ｓ　ｒｃｏ３、ＣａＣ０，、Ｃ
ｕＯのそれぞれの原料粉末をモル比が２；２：ユニ２と
なるように配合して充分に混合した後、大気中において
８００”Ｃで、２０時間の仮焼成を行い、その後、この
仮焼成体を粉砕して平均粒径が約５μｍの仮焼成粉末を
作製した。

一方、外径が７關φ、内径が５１１φ、全長が６０璽璽
であるＡｇ製のパイプを機械加工して第４図に示すよう
な形状を有する丸型Ａｇパイプを作製した。この場合、
貫通孔の径を１　ｍｍφ、貫通孔の間隔を５　ｍｍとし
、貫通孔の列を対向させて２つ形成した。次いで、該貫
通孔を介してパイプ内に外径が０．９５＋ｎφのＡｇ棒
を挿着させたのち、該Ａｇパイプの中空部に前記仮焼成
粉末を充填して複合ビレットを作製した。得られた複合
ビレットに圧延加工を施して、幅が約１０ｍｍ、厚さが
０．１５１１１！ｌの複合テープ線材を作製した。得ら
れた複合テープ線材に大気中で８５０’Ｃ５５０時間の
熱処理を施して実施例１のテープ状セラミックス超電導
導体を得た。

このテープ状セラミックス超電導導体のＪｃ（臨界電流
密度）およびテープ内部の粗大空隙の有無を調べた。そ
の結果を下記第１表に示す。なお、Ｊｃは、テープ状セ
ラミックス超電導導体を液体窒素中に浸漬し、Ｏ磁場に
おいて測定した。

また、粗大空隙の有無は、測定後シース材を除去して判
断した。なお、粗大空隙とは、径が３　ｍｍ以上の空隙
をいう。

実施例２ 外側寸法が５＋＋ｎＸ６ｍｍ５内側寸法が３　！１ＩＩ
Ｘ　４　ｒｎｖｓ、全長が６Ｃ１＋ｍであり、貫通孔の
径が１龍φ、貫通孔の間隔が２　ｍｎである第５図に示
すような角型Ａｇパイプを用い、かつ、貫通孔に挿着す
る金属製部材として外径が１　ｍｍφ、長さ１．５關の
Ａｇ棒を用いること以外は実施例１と同様にして実施例
２のテープ状セラミックス超電導導体を得た。

このテープ状セラミックス超電導導体のＪｃおよびテー
プ内部の粗大空隙の有無を実施例１と同様にして調べた
。その結果を下記第１表に併記する。

比較例 外径が７關φ、内径が５　ｍｍφ、全長６０關のパイプ
の中空部内に金属部材を配置しない丸型Ａｇバイブを用
いたこと以外は実施例１と同様にして比較例のテープ状
セラミックス超電導導体を得た。

このテープ状セラミックス超電導導体のＪｃおよびテー
プ内部の粗大空隙の有無を実施例１と同様にして調べた
。その結果を下記第１表に併記する。

第１表 第１表から明らかなように、本発明のセラミックス超電
導導体（実施例１，２）は、粗大空隙がなく、しかも優
れた超電導特性を示した。これに対して従来のセラミッ
クス超電導導体（比較例）は、粗大空隙を有しており、
超電導特性も悪いものであった。

［発明の効果］ 以上説明したごとく本発明の方法により得られるセラミ
ックス超電導導体は、内部に粗大空隙がなく優れた超電
導特性を発揮することができ、ケーブル、マグネット、
電流リード、限流器等の導体として適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）、第２図（Ａ）は本発明の方法の
一実施例により得られたセラミックス超電導導体を示す
平面図、第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）を矢印方向から見
たときの内部平面図、第３図は本発明の方法の他の実施
例により得られたセラミックス超電導導体を示す断面図
、第４図および第５図は本発明のセラミックス超電導導
体の製造方法に用いられる金属シースの説明図、第６図
（Ａ）〜（Ｄ）は粗大な空隙部を有するセラミックス超
電導導体の断面形状を示す断面図、第７図（Ａ）、（Ｂ
）、第８図は従来の方法による粗大な空隙を有するセラ
ミックス超電導導体を示す説明図である。 １０．２０・・・金属シース、１２．２４・・・金属製
部材、１４．２２・・・セラミックス超電導体原料、１
６・・・空隙、４０・・金属パイプ本体、４２・・・貫
通孔、４４・・・金属棒状体、７０．８０・・・粗大空
隙。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１区（Ａ）　　　　　　　第１区（Ｂ）↓ １２区（Ａ） ２フ ＩＮ　２　Ｌｍ（Ｂ） ８３　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　セラミックス超電導体原料を中空の金属パイプに充填
   して複合ビレットを作製し、該複合ビレットに塑性加工
   を施して所望形状に成型し、これに所定の熱処理を施す
   セラミックス超電導導体の製造方法において、該中空の
   金属パイプ内に該セラミックス超電導体原料と僅かに反
   応する金属からなる金属製部材をあらかじめ配置するこ
   とを特徴とするセラミックス超電導導体の製造方法。