JPH04298912A - 超電導セラミック伸線の作製方法。 - 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】本発明はセラミック系超電導材料
を応用した伸線に関する。

【０００２】本発明は例えば超電導マグネットまたは電
力蓄積装置に用いられるコイル等を構成させるための超
電導線に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、超電導材料はＮｂ−Ｇｅ（例えば
Ｎｂ３Ｇｅ）等の金属材料が用いられている。この材料
は金属であるため、延性、展性または曲げ性を高く有し
、そのため有用な応用としては、超電導マグネット用コ
イル、また電力蓄積用コイルとして用いることが可能で
ある。

【０００４】しかし、この金属の超電導材料はＴｃ（　
超電導臨界温度を以下Ｔｃという）　オンセットが小さ
く、２３Ｋ　またはそれ以下でしかなかった。しかしそ
の工業的応用を考えるならば、このＴｃが１００Ｋまた
はそれ以上を有し、Ｔｃｏ（電気抵抗が零となる温度）
　が７７Ｋ　またはそれ以上であることがきわめて重要
である。

【０００５】最近かかる超電導材料として、銅の酸化物
セラミック材料が注目されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この銅の酸化物セラミ
ックスは延性、展性および曲げ性が必ずしも十分ではな
い。加えて成型した後の加工がきわめて困難であるとい
う他の欠点を有する。例えば、銅の酸化物セラミックス
を用い、伸線とし、コイル状に設けることは困難であっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は金属または金属
化合物の中空支持体（パイプまたはシースともいう）を
用材として用いる。かかる中空支持体の内部に超電導セ
ラミック材料となるべき材料を混合または溶かした、ま
たはゲル状にした溶液、または超電導セラミックス材料
を溶媒を用いることなしに充填する。この充填は、中空
パイプの一方を一次的に塞いで他方より注入する。その
後加熱焼成することにより、この外側のセラミックスを
酸化して超電導材料に変成する。本発明における超電導
性を有するセラミック材料は、例えば銅の酸化物セラミ
ックスである（Ａ１−ｘ　Ｂｘ）ｙＣｕｚＯｗ　ｘ＝０
　〜１，ｙ＝２．０　〜４．０　好ましくは２．５　〜
３．５，ｚ＝１．０　〜４．０　好ましくは２．５　〜
３．５，ｗ＝４．０　〜１０．０好ましくは６．０　〜
８．０　である。Ａは元素周期表における３ａ族、例え
ばＹ（イットリュ−ム）　またはＧｄ（　ガドリニュ−
ム），Ｙｂ（　イッテルビュ−ム）　の如きランタノイ
ド元素である。またＢは元素周期表２ａ族、例えばＢａ
（　バリュ−ム）　またはＳｒ　　（　ストロンチュ−
ム），Ｃａ（　カルシュ−ム）より選ばれる。尚、本明
細書における元素周期表は理化学辞典（岩波書店　　１
９６３年４月１日発行）による。

【０００８】本発明で用いられるセラミックスは上記以
外の元素をＡ，Ｂに加えることが可能である。

【０００９】本発明において、中空支持体の内部に超電
導セラミック材料となるべき材料を混合または溶かした
、またはゲル状にした溶液を充填した場合、内壁に第１
の層として超電導セラミック材料がコ−ティングされる
が、さらにその上側にこの第１の層のセラミック材料を
十分固化した後、第２層のセラミック材料をコ−ティン
グすべく、同一工程を繰り返しすることは有効である。 またその場合、ＡまたはＢの種類、Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ　の
値の一部を変更してもよい。本発明はかかるセラミック
スを加熱し、伸線（線状に引き伸ばすこと）化するため
、その外径を小さくしつつ一方より他方に伸ばし、細く
かつ長い構成とする。

【００１０】本発明方法において金属またはその化合物
のパイプの内側に形成したセラミックスを十分酸化し、
超電導を呈する（Ａ１−ｘ　Ｂｘ）ｙＣｕｚＯｗ　の一
般式で示される材料を変成し、かつ最適の結晶化をさせ
るには、このセラミックスに十分酸素が加えられること
が重要である。本発明方法は外側を金属で多い、パイプ
中のセラミックに対しても十分雰囲気を制御を行い得る
。

【００１１】

【作用】本発明により、従来不可能と考えられていた超
電導セラミック伸線が得られるようになった。また、か
かる伸線をコイル状に巻くことにより、例えば超電導マ
グネットを作り得る。またこのコイル状の始点と終点を
互いに電気的に抵抗が零であるセラミックスで連結する
ことにより、エンドレスコイルとし得る。このコイルは
電流損失のないコイル、即ち電気エネルギの蓄積用装置
として用いることが可能となる。

【００１２】以下図面に従って本発明の実施例を示す。

【００１３】

【実施例】「実施例１」この実施例では（Ａ１−ｘ　Ｂ
ｘ）ｙＣｕｚＯｗ　においてＡとしてＹを、Ｙ２Ｏ３，
ＢとしてＢａをＢａＣＯ３　またＣｕとしてＣｕＯ　を
用いた。それぞれ高純度化学社製の９９．９５％以上の
ものを用いた。これら用いてｘ，ｙ，ｚ，ｗ　を調整し
（ＹＢａｘ）Ｃｕ３Ｏ６　〜８　となるようにした。こ
れらの元材料をメノウ乳鉢で混合し、それを一度３００
Ｋｇ／ｃｍ２　の圧力で加圧しタブレットとし７００　
℃、３　時間さらに１０００℃１０時間で大気中で仮焼
成した。さらにこれらを再び粉砕した。 そしてその平均粒径が１００　μｍ以下、例えば１０μ
ｍ程度となるようにした。この混合物をカプセル内に封
入して再びこれを５００Ｋｇ／ｃｍ２　の圧力でプレス
し、タブレット状とした。そしてこれを８００〜１００
０℃、１０時間酸化性雰囲気例えば大気中で本焼成した
。

【００１４】次にこの本焼成したＴｃオンセットが９５
Ｋ　以上、Ｔｃｏ　が７７Ｋ　以上あることを電圧−電
流−温度特性より確認する。

【００１５】再びこのタブレットを微粉末とした。そし
てこの平均粒径が１００　μｍ以下〜０．０５μｍ例え
ば３μｍになるようにした。この工程において、この粉
砕の際、その結晶構造が基本的に破壊しないように努め
た。

【００１６】この粉末を液体、例えばフロン液またはア
ルコ−ル例えばエタノ−ルその他の液体中に混合、また
は溶かした。

【００１７】この溶液を中空の支持体である第１図に示
した金属パイプ（２）　、例えば銅または銅の化合物（
例えばＮｉＣｕ化合物）　の内部に他方を塞いで注いだ
。このパイプをセラミック粒子が内壁に均一な厚さに付
着すべく、回転、上下振動をしつつ全体を１００　〜４
００　℃の温度に加熱した。

【００１８】かくしてこの中空パイプの内部の溶媒を除
去することができ、その内壁にセラミック粒をコ−ティ
ング（３）　した。

【００１９】この時内壁とより密着させやすくするため
、プロピレングリコ−ル、オクチルアルコ−ル、ペプチ
ルアルコ−ル等と混合し、ペ−スト状としてもよい。

【００２０】この後この内壁に付着し乾燥させたセラミ
ックスに対して、その中空部に酸素または酸素とアルゴ
ンの混合気体を導入して、酸化させつつ５００〜１１０
０℃、例えば６００　℃３時間さらに８００　℃１５時
間の加熱焼成を行った。

【００２１】かかる工程をさらに１〜５回繰り返すこと
により、このセラミック材を５０μｍ〜１ｃｍ（代表的
には０．５　〜５ｍｍ）の平均厚さにパイプ内に付着さ
せることが可能となった。かくして第１図に示す如き中
空支持体（２）　の内側に超電導セラミックス（３）　
を中空（４）を有して本発明の超電導セラミックスを用
いたパイプ（１）　を作ることができた。

【００２２】この実施例において、パイプは円環型中空
支持体を用いた。しかしその形状は角型中空支持体を用
いてもよい。また他の形とすることも可能である。

【００２３】かかる超電導セラミックパイプにおいて、
Ｔｃはタブレット等で作られた時のＴｃよりは５〜２０
Ｋ　低い値が得らた。しかしこれは初期のタブレットで
のＴｃを向上させるとともにより改良が可能である。ま
たこの長さは数ｃｍ〜数十ｍ　にまでその設計により変
形が可能である。また太さも直径数ｍｍ〜数ｃｍまで変
形が可能である。

【００２４】「実施例２」この実施例は中空ハイプの中
にこの内径より小さい中空の有機材料のハイプを予めい
れておき、そしてその間に実施例１の途中工程で作られ
た焼成後の超電導材料を粉砕した材料を充填する。

【００２５】さらにこの粉末を充填する。これら全体を
この有機材料のパイプの内径に酸素を流しつつ加熱して
いくと、この有機材料は約３００　℃で炭化し、さらに
昇温することにより炭酸ガスとして気化してしまい、完
全に除去した。さらにその後、充填したセラミックスを
酸化し、超電導材料とした。この場合は６００　〜１１
００℃例えば８００　〜１０００℃で１０〜２０時間行
うことにより成就した。

【００２６】かくして中空を有し、かつ超電導セラミッ
クスを内部に設けた金属パイプを作ることができた。こ
の実施例において、中空支持体として中空補助体との間
に充填する超電導セラミックス材料に粉末または気化し
やすい有機物のペ−ストを流してペ−スト状として充填
することは有効である。その他記載のないことは実施例
１と同じである。

【００２７】「実施例３」この実施例は実施例１または
２で形成された中空のパイプを出発物とした。これを８
００　〜１１００℃例えば１０００℃とした。パイプの
外側は軟銅を用いた。これは融点が１０８３℃と低く、
展性延性に富むためである。このため超電導セラミック
材料の熱処理に対して実施同時に残部応力を加えてクラ
ックを発生させないためである。

【００２８】実際は銅のパイプ直径１０ｍｍ（　外径）
，８ｍｍ　φ（　内径）　とし、セラミックスは厚さ平
均３ｍｍ　とし、中空部は約２ｍｍ　φである。これら
全体を外部より加熱し、全体を伸ばし、長線とするため
、しぼり棒ジグを加熱しつつ通した。するとこのパイプ
の直径は細くなり、中空部を完全になくすことができた
。

【００２９】かくしてかかるパイプをして外径約６ｍｍ
　、長さを出発材料の約３倍にまで伸ばすことができた
。技術の発展とともにこの直径を１〜２ｍｍと細くしさ
らに伸線化した後の長さを５０〜５０００倍にすること
が可能である。

【００３０】「実施例４」この実施例は（Ａ１−Ｘ　Ｂ
ｘ）ｙＣｕｚＯｗにおいて、ＡとしてＹｂ、ＢとしてＢ
ａを用いた。また、本実施例においては原料粉末をその
まま使用し、金属パイプの内部に密に充填した。すると
パイプ形状とした後もＴｃｏ　を８５Ｋ　に保つことが
できた。その他は実施例１および実施例２と同様である
。

【００３１】

【効果】本発明により、従来不可能とされていた超電導
伸線が得られるようになった。かかる伸線を用いること
により、例えば超電導マグネットや超電導コイルを作製
することが可能である。また、本発明の伸線は、外側が
金属または金属化合物で覆われ、内部が超電導セラミッ
ク材料となっている。かかる構成により、外部との溶接
も可能であり、例えば電気装置の一部として用いること
が可能である。

【００３２】上記の例以外にも本発明は応用が可能であ
り、産業の発展に大いに寄与すると考えられる。

【図面の簡単な説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属または金属化合物の支持体の内部に超
   電導セラミック材料が充填されたことを特徴とする超電
   導セラミック伸線
2. 【請求項２】金属または金属化合物の支持体の内部に超
   電導セラミック材料が充填され、全体が伸ばされ伸線と
   なっていることを特徴とする超電導セラミック伸線