JPH04280011A - 酸化物超電導線材の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ系（以下、ＢＳＣＣＯ系と称す）超電導組成の原料
線材を出発原料として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に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、酸化物超電導線材は以下に示す方
法により線材加工されている。即ち、先ず、超電導組成
の酸化物粉末を加圧成形して成形体を得る。そして、こ
の成形体を金属容器に充填して封入する。次に、この金
属容器をその内部の酸化物粉末の成形体と共に所望の線
材形状に伸線加工した後、酸により表層の金属部分を溶
解して除去する。次いで、酸化物粉末からなる線材を熱
処理して焼結体にする。

【０００３】このようにして成形された酸化物超電導線
材は焼結体であって多孔質であるため、その内部に多数
の空隙が存在していると共に、その結晶粒界も極めて小
さい。このため、この多孔質の酸化物超電導線材は、超
電導状態において得られる臨界電流密度が小さいという
欠点がある。

【０００４】そこで、帯溶融法においては、酸化物超電
導組成の焼結体線材を形成した後、この焼結体線材を白
金又はアルミナ（Ａｌ２　Ｏ３　）製のボート上に載置
し、局部的に溶融させ、この溶融帯を焼結体線材の長さ
方向に連続的に移動させることにより、焼結体線材の内
部の空隙を減少させている。また、浮遊帯溶融法におい
ては、集光加熱により焼結体線材に非接触で浮遊溶融帯
を形成し、この浮遊溶融帯を焼結体線材の長さ方向に連
続的に移動させることにより、焼結体線材の内部の空隙
を減少させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の酸化物超電導線材の製造方法においては、以下
に示す問題点がある。

【０００６】先ず、帯溶融法においては、例えば、酸化
雰囲気中のＢＳＣＣＯ系のセラミックスはその融点付近
において粘性が高く、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
、セラミックスと帯域溶融用器材との間で化合物を生成
しやすいという性質がある。このため、上述の化合物が
生成すると、酸化物超電導線材の品質が低下してしまう
。従って、酸化物超電導組成の焼結体線材の帯溶融は帯
域溶融用器材と非接触で行う必要がある。一方、浮遊帯
溶融法においては、帯域溶融用器材と焼結体線材とが非
接触であるものの、直径が約３ｍｍ以下の酸化物超電導
線材を作製しようとする場合、安定した浮遊溶融帯を形
成することが困難であるため、断面寸法が均一な酸化物
超電導線材を製造することが困難である。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、断面寸法が均一であると共に、臨界電流密
度が高い酸化物超電導線材を製造できる酸化物超電導線
材の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、空隙率が２体積％以下であるＢｉ
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導組成の原料線材を７８
０℃以上に予熱する工程と、次いで８２０℃以上の温度
に保持された１対の圧延ロールにより前記原料線材を加
熱すると共に圧延加工し得られた線材を引き下げる工程
とを有することを特徴とする。

【０００９】

【作用】本願発明者等はＢＳＣＣＯ系超電導組成の原料
線材の加工方法について種々実験を重ねた。その結果、
ＢＳＣＣＯ系超電導組成の原料線材は、所定温度以上の
高温域において応力を受けると塑性変形するため、熱間
でのロール圧延加工により細径化することが可能である
ということを見い出した。また、空隙率を所定値に低減
した原料線材に高温加熱及び圧延加工を同時に施して原
料線材を細径化することにより、原料線材中の空隙を効
率良く除去できると共に、超電導結晶の配向性を向上さ
せることができるということも判明した。本発明はこの
ような実験結果に基づいてなされたものである。

【００１０】即ち、本発明においては、空隙率が２体積
％以下であるＢＳＣＣＯ系超電導組成の原料線材を７８
０℃以上に予熱した後、８２０℃以上の温度に保持され
た１対の圧延ロールにより前記原料線材を加熱すると共
に圧延加工する。これにより、原料線材を容易に細径化
できると共に、原料線材中の空隙を高効率で除去でき、
超電導結晶の配向性を向上させることができる。この場
合に、前記１対の圧延ロールは８２０℃以上の酸化雰囲
気中において安定した材質、例えばステンレス等により
構成し、その周面に線材の断面寸法を規定する溝を形成
することができる。これにより、前記溝に応じて均一な
断面寸法の酸化物超電導線材を得ることができる。

【００１１】このようにして、加熱圧延加工により原料
線材中の空隙を効率良く除去することができ、超電導結
晶の配向性を向上させることができるので、酸化物超電
導線材の臨界電流密度を高めることができる。なお、原
料線材中の空隙は、加熱圧延加工時において、上方に逃
げやすい。このため、線材を引き上げて加熱圧延加工を
施した場合、得られた酸化物超電導線材中に含まれる空
隙の量は引き下げ法による場合に比して多くなり、臨界
電流密度が低下する。従って、酸化物超電導線材を引き
下げつつ、原料線材に加熱圧延加工を施す。

【００１２】次に、原料線材の空隙率、原料線材の予熱
温度及び圧延ロールの保持温度の限定理由について説明
する。

【００１３】原料線材の空隙率が２体積％を超え、原料
線材中に多くの空隙が存在すると、加熱圧延加工後の酸
化物超電導線材にも多くの空隙が残存するため、酸化物
超電導線材の臨界電流密度が低下し、所望の臨界電流密
度（例えば、１０３　Ａ／ｃｍ２　以上）が得られない
。このため、原料線材の空隙率は２体積％以下にする。

【００１４】原料線材の予熱温度が７８０℃未満である
と、圧延ロールと原料線材との間の温度差が過大となり
、圧延ロール自体の熱だけでは前記原料線材を圧延可能
な温度にまで加熱できないので、加熱圧延加工時に前記
原料線材が断線しやすい。このため、原料線材の予熱温
度は７８０℃以上にする。

【００１５】圧延ロールの保持温度が８２０℃未満であ
ると、ＢＳＣＣＯ系超電導組成の原料線材に十分な塑性
変形を与えることができないので、原料線材が断線しや
すい。このため、圧延ロールの保持温度は８２０℃以上
にする。

【００１６】本発明によれば、断面寸法が均一であると
共に、臨界電流密度が高い酸化物超電導線材を製造する
ことができ、特に、極細の酸化物超電導線材を製造する
のに好適である。

【００１７】

【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。

【００１８】図１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。

【００１９】空隙率が２体積％以下であるＢｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導組成の原料線材１は、その上端
が供給用駆動軸２に取り付けられた線材ホルダ３に固定
され、その長手方向を垂直にして支持される。また、供
給用駆動軸２の下方には引き下げ用駆動軸８が配置され
ており、この引き下げ用駆動軸８に取付けられた線材ホ
ルダ９には白金等により構成された引き下げ用ガイド線
材１０が固定されている。供給用駆動軸２及び引き下げ
用駆動軸８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。

【００２０】原料線材１の通過域には、筒状の加熱炉４
がその軸方向を垂直にし、原料線材１を取り囲むように
して配置されている。この加熱炉４にはコイル状の発熱
体が内設されていて、この発熱体を発熱させることによ
り、加熱炉４の内側に位置する原料線材１等を加熱する
ようになっている。なお、加熱炉４はその上方が狭幅に
なっていて、この部分において原料線材１を７８０℃以
上に加熱することができる。

【００２１】１対の圧延ロール５は加熱炉４の加熱領域
内における原料線材１の通過域に配設されており、原料
線材１は１対の圧延ロール５の相互間を通過して圧延さ
れる。この圧延ロール５の周面には線材の断面寸法を規
定する溝が形成されている。例えば、この溝は深さが０
．５ｍｍ、幅が５ｍｍのものにすることができる。また
、圧延ロール５の内部には圧延ロール５自体を８２０℃
以上の温度に加熱して保持するためのヒータが内蔵され
ており、圧延ロール５は８２０℃以上の酸化雰囲気中に
おいて安定した材質により構成されている。例えば、圧
延ロール５としてはその表面をＰｔで被覆したステンレ
ス製のものを使用することができ、その内部のヒータと
してはＰｔをコイル状に加工したものを使用することが
できる。なお、圧延ロール５及びその内部ヒータ等の材
質は前述のＰｔ等に限定されることはなく、高温の酸化
雰囲気中で安定して使用できるものであれば良い。圧延
ロール５には圧延ロール用モータ６が連結されていて、
この圧延ロール用モータ６は供給用駆動軸２及び引き下
げ用駆動軸８に連動して１対の圧延ロール５を回転させ
る。

【００２２】次に、上述した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。

【００２３】先ず、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電
導組成の粉末から、例えばラバープレスにより直径が８
ｍｍ、長さが１００ｍｍの圧粉ロッドを成形する。そし
て、フローティングゾーン（ＦＺ）法により、育成速度
が１０ｍｍ／時の条件にて、前記圧粉ロッドを処理する
ことにより、直径が５ｍｍ、長さが８０ｍｍであって、
空隙率が１体積％であるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系
超電導組成の原料線材１を得る。

【００２４】次に、原料線材１の上端を線材ホルダ３に
固定し、供給用駆動軸２を降下させる。原料線材１は加
熱炉４により７８０℃以上に予熱された後、８２０℃以
上の温度に保持された圧延ロール５に到達する。そして
、原料線材１は圧延ロール５により８２０℃以上に加熱
されると共に、圧延ロール５の回転により下方に送られ
、圧延ロール５の溝に応じた断面寸法に圧延加工されて
酸化物超電導線材７が得られる。この酸化物超電導線材
７は予め圧延ロール５の下方に配置された引き下げ用ガ
イド線材１０に接合され、引き下げ用駆動軸８を降下さ
せることにより垂直方向に引き下げられる。このように
して、供給用駆動軸２、引き下げ用駆動軸８及び回転ロ
ール５を所定の相対速度で動作させることにより、Ｂｉ
−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導線材７を連続
的に製造することができる。

【００２５】本実施例によれば、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系超電導組成の原料線材１を所定の温度にて加熱
すると共に圧延加工することにより、均一な断面寸法の
酸化物超電導線材７を製造することができる。また、酸
化物超電導線材７を引き下げつつ、空隙率が１体積％と
低い原料線材１を加熱圧延加工することにより、原料線
材１中の空隙を効率良く除去することができ、超電導結
晶の配向性を向上させることができるので、酸化物超電
導線材７の臨界電流密度を著しく高めることができる。

【００２６】次に、本実施例方法により、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。

【００２７】実施例１ 先ず、上述のＦＺ法により、直径が５ｍｍ、長さが８０
ｍｍであって、空隙率が１体積％であるＢｉ−Ｓｒ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導組成の原料線材１を作製した。次
いで、原料線材１を加熱炉４により８００℃に予熱し、
この原料線材１を８５０℃の温度に保持された圧延ロー
ル５によって加熱すると共に圧延することにより、テー
プ状のＢＳＣＣＯ系酸化物超電導線材を製造した。なお
、酸化物超電導線材７の断面寸法を規定する圧延ロール
５の溝は深さを０．５ｍｍとし、幅を５ｍｍとした。

【００２８】実施例２ ＦＺ法における育成速度を２０ｍｍ／時にすることによ
り、空隙率が２体積％である原料線材１を作製した後、
加熱炉４による予熱温度が７８０℃、圧延ロール５の保
持温度が８２０℃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。

【００２９】比較例１ 加熱炉４による予熱温度が７５０℃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。

【００３０】比較例２ 圧延ロール５の保持温度が８００℃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。

【００３１】比較例３ ＢＳＣＣＯ系超電導組成の粉末を熱間静水圧（ＨＩＰ）
処理により成形し、この成形体を切断することにより、
直径が５ｍｍ、長さが８０ｍｍであって、空隙率が５体
積％である線材を作製した後、この線材を原料線材１と
したこと以外は、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。

【００３２】比較例４ 図１に示す装置を天地逆に配置し、酸化物超電導線材７
を引き上げたこと以外は実施例１と同様にしてＢＳＣＣ
Ｏ系酸化物超電導線材を製造した。

【００３３】比較例５ 育成速度が１０ｍｍ／時の条件にてＦＺ法により作製し
たＢＳＣＣＯ系超電導組成の原料線材１であって、加熱
圧延加工を施していないもの。

【００３４】上述した実施例１，２及び比較例１乃至５
について、その製造状態を調べ、更に電気抵抗が０Ωに
なる臨界温度（Ｔｃ値）及び液体窒素中での臨界電流密
度（Ｊｃ値）を測定した。その結果を下記表１に示す。 なお、Ｊｃ値は直流４端子法により測定し、その電圧端
子間距離を１０ｍｍとした。また、表１において、Ｊｃ
値は比較例５のＪｃ値（９５Ａ／ｃｍ２　）に対する比
で表記した。

【００３５】

【表１】

【００３６】この表１から明らかなように、実施例１，
２はいずれも原料線材１（比較例５）に比して１０倍以
上のＪｃ値を有する酸化物超電導線材を安定して製造す
ることができた。

【００３７】一方、予熱温度を７５０℃と低くした比較
例１は、原料線材１に比して１０倍以上のＪｃ値を得ら
れたものの、圧延ロール５と原料線材１との間の温度差
が大きいため、直径の変動が大きく、断線の発生が多い
ため、長さが５０ｍｍ以上の酸化物超電導線材を製造で
きなかった。また、圧延ロール５の保持温度を８００℃
と低くした比較例２においては、原料線材１を塑性変形
させることができず、圧延加工により原料線材１が破砕
され、酸化物超電導線材を製造できなかった。更に、原
料線材１の空隙率が５体積％である比較例３及び酸化物
超電導線材７を引き上げた比較例４は、得られた酸化物
超電導線材のＪｃ値が実施例１，２に比して悪いもので
あった。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｂ
ｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導組成の原料線材を所
定温度に予熱した後、所定温度に保持された１対の圧延
ロールにより前記原料線材を加熱すると共に圧延加工す
るから、前記１対の圧延ロールの周面に形成された溝に
応じた均一な断面寸法の酸化物超電導線材を製造するこ
とができる。また、原料線材の空隙率を所定値に限定し
、得られた線材を引き下げつつ原料線材を加熱圧延加工
するから、臨界電流密度が高い酸化物超電導線材を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【符号の説明】

１；原料線材 ２；供給用駆動軸 ３，９；線材ホルダ ４；加熱炉 ５；圧延ロール ６；圧延ロール用モータ ７；酸化物超電導線材 ８；引き下げ用駆動軸 １０；引き下げ用ガイド線材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　空隙率が２体積％以下であるＢｉ−Ｓ
   ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導組成の原料線材を７８０℃
   以上に予熱する工程と、次いで８２０℃以上の温度に保
   持された１対の圧延ロールにより前記原料線材を加熱す
   ると共に圧延加工し得られた線材を引き下げる工程とを
   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. 【請求項２】　　前記１対の圧延ロールは８２０℃以上
   の酸化雰囲気中において安定した材質により構成されて
   おり、その周面に前記線材の断面寸法を規定する溝が形
   成されてい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。