JPH04218215A - 超電導導体 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
用いた、超電導導体に関するものである。
料として、セラミックス系、すなわち酸化物系の超電導
体が注目されている。その中でも、イットリウム系は9
0K、ビスマス系は110K、タリウム系は120K程
度の高い臨界温度を有し、実用化が期待されている。特
に、金属シースで被覆した酸化物超電導体の線材は、長
尺化に適している。このため、ケーブル、ブスバー、パ
ワーリード、およびマグネットなどへの応用が検討され
ている。
の高温超電導材料をケーブルおよびパワーリードなどに
応用しようとする場合、これらの高温超電導材料単独で
は強度的に問題がある。
温度変化に耐えうるものであることが必要である。従来
の超電導導体は、温度変化に対する超電導特性、特に臨
界電流密度が低下するという欠点を有していた。
界電流密度が低下せず、繰り返し温度特性等に優れた超
電導導体を提供することにある。
、酸化物超電導体と、熱膨張および熱収縮に際しこの酸
化物超電導体と一体的に働くように酸化物超電導体に複
合化される支持部材とを備えている。
は非金属から構成することができる。金属としては、た
とえば、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス
およびそれらの合金または複合材を用いることができる
。また非金属としては、FRP、CFRPなどの無機物
質で補強されたプラスチックおよび結晶化ポリマなどを
用いることができる。無機物質としては、アルミナ等の
無機粒子を用いることもできる。また、支持部材は、異
なる材料を複合した複合材であってもよい。
、イットリウム系、ビスマス系、およびタリウム系など
いずれの酸化物超電導体をも使用することができる。 それらの中でも、特に、110K相である2223相が
、そのa−b面を長手方向に配向しているビスマス系の
酸化物超電導体が最も有利に適用される。また、ビスマ
ス系の酸化物超電導体は、臨界温度および臨界電流密度
が優れていること、毒性が少ないこと、ならびに希土類
元素を必要としない点で、好ましい。
体としては、金属被覆されたものが好ましい。金属被覆
に用いる金属とては、超電導体と反応せず、加工性が良
好で、安定化材として機能するような比抵抗の小さなも
のがよい。このようなものとして、たとえば、銀または
銀合金が用いられる。これらの金属は、高温超電導体を
被覆するように、または高温超電導体とこれの被覆との
間の中間相として用いられる。中間相として用いる場合
には、その上に別の金属、たとえば銅、アルミニウムま
たはそれらの合金によってさらに被覆が施される。
部材とを複合化する方法としては、たとえばテーピング
、接着材による接着または拡散接合などのような機械的
もしくは物理的な方法を用いることができる。
たは粒子を含む接着材を用いることができる。特に、非
金属の支持部材と金属被覆された超電導線材とを複合化
させる場合には、接着材を用いる方法が信頼性の面で好
ましい。テーピングにより複合化させる場合には、接着
機能を有する樹脂が付与されたテープを用いることが好
ましい。この場合、テーピングした後に、樹脂を硬化す
ることにより、接着させることができる。
体としては、テープ状のものを用いることができる。金
属シース内に酸化物超電導材料の粉末を充填し、これを
伸線加工した後、圧縮加工したものは、一般にテープ状
の形態となる。このようなテープ状の線材は、一般に高
い臨界電流密度を示すことが知られている。
いて、ビスマス系の酸化物超電導材料を例にして、以下
に説明する。
組成を基本とした粉末を2212相が主体となるように
処理する。この粉末を金属、好ましくは銀パイプに充填
し、塑性加工と熱処理を組合せることにより、目的とす
る高い電流密度を有する超電導体を得ることができる。 充填する粉末をサブミクロンにすれば、均一度の高い超
電導導体を得ることができる。
温度が選択される。たとえば、酸素分圧を低くする場合
には、温度は低めに設定される。
工性が良好である材料が好ましい。たとえば、銀、銀合
金、金または金合金からなるシースやおよび、これらの
中間層を配置したものを採用することができる。また金
属シースは、使用条件において安定化材として機能する
ものが好ましい。
の伸線加工は、加工度80%以上が望ましい。また圧延
加工の場合にも加工度80%以上が望ましい。圧延加工
が複数回実施される場合は、1パスの加工度が40%以
上であることが望ましい。熱処理が実施された後、再度
圧延加工または伸線加工がなされる場合には、加工度は
10から30%程度で十分である。圧延加工は、ロール
またはプレス等を用いて実施することができる。
は、酸化物超電導体の線膨張係数にできるだけ近いこと
が好ましい。したがって、支持部材の線膨張係数は、2
5×10− 6 /℃以下が好ましく、さらには10×
10− 6 /℃以下が好ましい。複合体としての超電
導体の線膨張係数は、超電導体、金属シース、および支
持部材の断面比率により変化するが、好ましくは、15
×10− 6 /℃以下、さらには10×10− 6
/℃以下が好ましい。
部材の外周が多角形の形状を有している。酸化物超電導
体は、それぞれの外周平面上に複合化される。
材の断面はI字状またはH字状である。酸化物超電導体
は、この支持部材の少なくとも一方の面に複合化される
。
支持部材は凹部を有する。酸化物超電導体は凹部内に配
置され複合化される。この実施態様においては、複数の
テープ状酸化物超電導体が積み重ねられて、凹部内に配
置されてもよい。
支持部材の外周面に螺旋状の溝が形成されている。酸化
物超電導体は、この螺旋状の溝内に配置される。この実
施態様に従えば、酸化物超電導体が螺旋状に配置される
ので、コイルとしての用途に有利である。
張および熱収縮に対し支持部材と酸化物超電導体とが一
体的に動くように複合化される。このため、繰返し温度
特性が改善され、また、応力に対し、常に安定した超電
導特性を発揮することができる。したがって、臨界電流
密度の低下を少なくすることができる。
安定した超電導特性を示すので、ケーブル、ブスバー、
パワーリード、およびマグネットなどに有利に用いるこ
とができる。
、およびCuOを原料粉末として、Bi:Pb:Sr:
Ca:Cu=1.80:0.40:2.01:2.21
:3.02の組成となるようにこれらの原料の粉末を配
合する。 次にこの混合粉末を、700℃で12時間、および80
0℃で8時間、熱処理する。次に、減圧雰囲気1Tor
rで、760℃、8時間の熱処理を行なう。それぞれの
熱処理の後、粉砕を行なった。
、サブミクロンの粉末を得た。この粉末を、減圧雰囲気
において、800℃で10分間脱ガス処理を行なった。
した。この銀パイプを線径1.0mmになるまで伸線加
工した。この線材を、厚み0.18mmになるまで圧延
加工してテープ状の線材とした。次に、850℃、50
時間の熱処理を施し、厚み0.14mmになるまで圧延
加工した。その後、さらに840℃、50時間の熱処理
を施した。
の臨界電流密度は、液体窒素温度で18,000A/c
2 であった。この線材を長さ50cmに切断し、外周
面が10角形であるFRPパイプの外周面に接着材で接
着して取付け、複合化した。
導体を示す断面図である。図1を参照して、FRPパイ
プ1の外周面には、10個の酸化物超電導体2が接着剤
層4を介して取付けられ、一体的に複合化されている。 酸化物超電導体2は、被覆層としてAgシース3を有し
ている。
導体を作製した。これを実施例1と同様の10角形のF
RPパイプに複合化させた。複合化させる方法は、接着
剤による接着ではなく、FRPパイプのまわりに酸化物
超電導体を配置させた後、そのまわりをテフロンテープ
で巻きつけるテーピングにより複合化させた。
を示す断面図である。図2を参照して、FRPパイプ5
のまわりには、10個の酸化物超電導体6が配置されて
いる。そのまわりには、テフロンテープ8が巻き付けら
れている。このテフロンテープ8より、超電導導体6が
FRPパイプ5に一体的に複合化されている。酸化物超
電導体6は、被覆層としてAgシース7を有している。
導体を作製した。これを10角形のFRPパイプに複合
化させた。複合化させる方法は、酸化物超電導体の両端
のみをはんだで固定させた。
2ならびに比較例1の複合化した超電導導体の線膨張係
数を測定した。その結果、いずれの線膨張係数も7×1
0− 6 /℃であった。
窒素温度と常温との繰返し測定を実施して、臨界電流密
度の劣化を評価した。評価は、10サイクル後の臨界電
流密度の低下を求めた。この結果、実施例1のものは3
%であり、実施例2は4%であり、比較例1は80%の
臨界電流密度の低下を示した。
材を用い、10角形の銀パイプに複合化させた。複合化
は、2度目の熱処理の際に銀パイプの面と酸化物超電導
導体のAgシースとを密着させて拡散接合させることに
より複合化した。
面が円形の銀パイプのまわりに配置した。銀パイプの周
面が円形であるので、実施例3のように銀パイプの外周
面と酸化物超電導体の面とを面で接合することができな
かった。
導導体について、線膨張係数を測定したところ、12×
10− 6 /℃であった。
体についても液体窒素温度と常温との繰返し測定を行な
って、10サイクル後の臨界電流密度の低下を測定した
。その結果、実施例3の臨界電流密度の低下は8%であ
ったのに対し、比較例2の臨界電流密度の低下は85%
であった。
に従い、一体的に動くように複合化した実施例の超電導
導体は、温度変化による臨界電流密度の低下が少ない導
体であった。
2.00:2.22:3.04の組成を持つように、こ
れらの金属の酸化物または炭酸塩を混合し、熱処理によ
り2212相と非超電導相からなる粉末を準備した。
700℃、3時間の脱ガス処理をした。この粉末を、外
径12mm、内径8mmの銀パイプ中に充填して銀で被
覆し、直径1mまで伸線加工した。次に、圧延加工によ
り0.2mmの厚みまでテープ状の線材に加工した。
た後、15%の加工度で圧延した。これを840℃、5
0時間熱処理して、テープ状線材を得た。
mで評価した。その結果、このテープ状線材は、液体窒
素中で、臨界電流密度が24000A/cm2 、臨界
電流が29Aという優れたものであった。
状線材11を、FRP製支持部材12に1枚ずつ両側に
配置させ、それぞれエポキシ系接着剤で接着した。この
導体は、室温と77Kの繰返し温度サイクル40回に対
して、特性の変化は認められず、安定した超電導特性を
示した。
した後、これを5枚積層し、840℃、50時間の熱処
理を施した。
ープ状線材14を、FRP製支持部材13の両側にエポ
キシ系接着剤で接着した。このとき、ガラスファイバを
切断したものを接着剤に混入させて用いた。この導体は
、液体窒素温度で320Aの臨界電流を示し、また室温
と77Kの温度サイクル100回に対して、安定な超電
導特性を示した。
例4および実施例5の超電導導体は、繰返し温度サイク
ルに対して安定した超電導特性を示す超電導導体である
。
2.01:2.20:3.01の組成を持つように、そ
れぞれの元素を含む酸化物または炭酸塩を混合した。こ
の混合した粉末を、熱処理によって、Bi+Pb:Sr
:Ca:Cuの組成比が、ほぼ2:2:1:2である2
212相と非超電導相からなる粉末を準備した。
雰囲気で、700℃、3時間の脱ガス処理をした。
の銀パイプで被覆し、外径1mmになるまで伸線加工し
た。次に、0.2mmの厚みになるまで圧延加工した。 この線材を、840℃で50時間熱処理し、次いで15
%の加工度で圧延した。
に切断した。このテープ状線材を10枚重ね合せ、84
0℃で50時間熱処理した。
重ねのテープ状線材23を、支持部材21の両側の凹部
22内にそれぞれ配置し、エポキシ系接着剤で接着した
。
体窒素温度で250Aの臨界電流を有していた。またこ
の超電導導体は、室温と77Kの繰返し温度サイクル1
10回に対して、特性の変化が認められず、安定した特
性を示した。
1.97:2.26:2.95の組成を持つように、各
元素を含む酸化物または炭酸塩を混合した。この混合粉
末を、熱処理して、2212相と非超電導相とからなる
粉末を準備した。
囲気で、720℃、5時間の脱ガス処理をした。
の銀パイプで被覆し、外径1mmになるまで伸線加工し
た。次に、さらに、0.2mmの厚みになるまで圧延加
工した。
着させた状態で、840℃で50時間熱処理した。その
後、15%の加工度で圧延した。
。この切断した線材を840℃で50時間熱処理した。
24を、図6に示すように、8角形のFRP製の支持部
材25の、凹部26内に、実施例6と同様に、エポキシ
系接着剤で接着した。このときに用いた接着剤は、ガラ
スファイバを切断したものをエポキシ系接着剤に混入さ
せたものである。
窒素温度で770Aの臨界電流を示した。また、この超
電導体は、室温と77Kの温度サイクル100回に対し
て安定な特性を示した。
1.99:2.23:2.98の組成を持つように、各
元素を含む酸化物または炭酸塩を混合した。この混合粉
末を熱処理により、2212相と非超電導相とからなる
粉末を準備した。
710℃、8時間の脱ガス処理をした。
内径8mmの銀パイプで被覆し、外径1mmになるまで
伸線加工した。次いで、これを、大きな径の銀パイプに
さらに入れて、1296本の多芯線とした。次いで、こ
れを、外径1mmになるまで伸線加工し、その後、0.
17mmの厚みになるまで圧延加工した。
着させ、密着させた状態で、840℃で50時間熱処理
し、その後、12%の加工度で圧延し、さらに、840
℃で50時間熱処理した。
得られたテープ状線材27を、外周面に螺旋状に延びる
溝28が形成されたFRP製の巻き枠29に沿って巻き
線した。巻き枠29と線材7とは、エポキシ樹脂で接着
した。これによって、図7に示すように、内径15mm
、高さ60mmのコイルを作製した。
0Aを示した。またこのコイルは、室温と77Kの温度
サイクル100回に対して安定な特性を示し、外部から
の磁場を印加した場合でも、線材27の動きがなく、安
定した特性を示した。
である。
である。
る。
Claims (14)
- 【請求項1】 酸化物超電導体と、熱膨張および熱収
縮に際し前記酸化物超電導体と一体的に動くように前記
酸化物超電導体と複合化される支持部材とを備える、超
電導導体。 - 【請求項2】 前記支持部材が前記酸化物超電導体の
線膨張係数に近い線膨張係数を有する、請求項1に記載
の超電導導体。 - 【請求項3】 前記酸化物超電導体が金属被覆を有す
る、請求項1に記載の超電導導体。 - 【請求項4】 前記酸化物超電導体が、テーピング、
接着剤による接着または拡散接合により前記支持部材に
複合化されている、請求項1記載の超電導導体。 - 【請求項5】 前記接着剤が、繊維および/または粒
子を含む、請求項4に記載の超電導導体。 - 【請求項6】 前記支持部材が、金属、FRP、CF
RP、無機物質で補強されたプラスチック、結晶化ポリ
マまたはそれらの複合材である、請求項1に記載の超電
導導体。 - 【請求項7】 前記酸化物超電導体がテープ状である
、請求項1に記載の超電導導体。 - 【請求項8】 前記酸化物超電導体が、ビスマス系超
電導材料を含む、請求項1に記載の超電導導体。 - 【請求項9】 前記支持部材の外周が多角形であり、
それぞれの外周平面上に前記酸化物超電導体が複合化さ
れる、請求項1に記載の超電導導体。 - 【請求項10】 前記支持部材の断面がI字状または
H字状であり、前記酸化物超電導体が前記支持部材の少
なくとも一方の面に複合化されている、請求項1に記載
の超電導導体。 - 【請求項11】 前記支持部材が凹部を有し、この凹
部内に前記酸化物超電導体が配置される、請求項1に記
載の超電導導体。 - 【請求項12】 前記酸化物超電導体がテープ状であ
り、積み重ねられた複数のテープ状酸化物超電導体が前
記凹部内に配置される、請求項11に記載の超電導導体
。 - 【請求項13】 前記支持部材の外周面に螺旋状の溝
が形成されており、この溝内に酸化物超電導体が配置さ
れている、請求項1に記載の超電導導体。 - 【請求項14】 請求項1に記載の超電導導体を備え
る、コイル。
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- 1991-04-05 JP JP07274791A patent/JP3328941B2/ja not_active Expired - Lifetime
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