JPH0456102A - 酸化物超電導磁石およびその製造方法 - 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］ 本発明は酸化物系の超電導物質を用いた磁石およびその
製造方法に関する。

［従来の技術］ 酸化物系の超電導物質は、従来の化合物系の超電導物質
より著しく高い臨界温度を有しており、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ
−０系、Ｂ　ｉ　−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−〇系およびＴｌ
）−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系等の物質か代表的なものと
して知られている。

これ等の物質はその臨界温度から液体窒素温度以上で用
いることができる可能性があるため、工業上の革新をも
たらすものと期待されている。

このような物質でマグネットを形成する場合、塑性変形
能が著しく小さく、かつ脆いため、従来のＮｂ−Ｔｉ合
金等の合金系超電導体に採用されている線材に加工後コ
イル巻きする方法や、あるはＮｂ３Ｓｎ等の化合物系超
電導体に採用されている複合加工法、ブロンズ法、また
はジェリーロール法等のように、線材やコイル加工後に
熱処理を施して超電導コイルを形成する方法等を利用す
ることは困難である。

上記のような難加工性を克服する手段として、金属管内
部に酸化物超電導体の微粉末を充填し、これに圧延加工
等を施した線材をコイル巻き後、熱処理する方法が検討
されている。

［発明か解決しようとする課題］ しかしなから、上記の方法においては線材化等の加工工
程で超電導特性が低下し、その臨界温度が著しく低くな
るという問題かある。

即ち、金属管内に粉末を充填した状態で最終形状まで加
工した後、焼成するため、金属管内の粉末か均一に加工
されず、焼成時の特有の現象である収縮、拡散結合の不
均一、金属管と焼成体との熱膨張差あるいは粒界の存在
により特性か低下する。

さらに、上記の方法により製造した線材のコイル加工も
困難である。

以上の問題は存在するが、酸化物超電導物質の上部臨界
磁界（ＨＣ２）は１３０Ｔ（テスラ）、その臨界温度は
１２０〜１３０Ｋにも達しており、また臨界電流密度（
Ｊ　ｃ）も単結晶試料では２００　Ｘ　１０　’Ａ　７
ｃｍ”以上と非常に大きく、この値は金属系の超電導物
質を越えるものと言える。

一方、超電導線を製造する主な目的の一つはマグネット
を製造することにあり、酸化物超電導物質の線材化に伴
う前述の問題を回避するためには直接磁石を形成すれば
解決することになる。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、線材化工程を
必要とせずに、直接磁石を形成することにより、線材加
工やコイル加工に伴う特性の低下を防止した酸化物超電
導磁石およびその製造方法を提供することをその目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明の酸化物超電導磁
石は、非超電導物質からなる粉末と、これより粒度の小
さい酸化物超電導物質あるいは酸化物超電導物質を構成
する各構成元素を含む物質からなる粉末との混合粉末の
焼結体を磁化したものである。

このような磁石は、本願筒２の発明として記述される方
法、即ち、（イ）非超電導物質からなる粉末と、これよ
り粒度の小さい酸化物超電導物質あるいは酸化物超電導
物質を構成する各構成元素を含む原料粉末を混合する工
程と、（ロ）この混合粉末を成型した後、焼成すること
により前記混合粉末の焼成体を形成する工程と、（ハ）
前記焼成体をその臨界温度を越える温度に保持して外部
磁界を加える工程と、（ニ）次いで前記焼成体を臨界温
度以下に保持して外部磁界の強さを減少させた後、これ
を除去する工程により製造される。

上記の方法において、（ハ）〜（ニ）の工程を［焼成体
をその臨界温度以下の温度に保持した後、その上部臨界
磁界を越える強さの外部磁界を加える工程と、次いで外
部磁界の強さを減少させた後、これを除去する工程］に
置換えることができ、これは本願筒３の発明を構成する
。

本発明における非超電導物質としては、常電導物質でセ
ラミックと反応しない、あるいは反応し難い物質で、そ
の融点が高く球状の粉末が適している。

このような物質としては、Ａ！Ｑ２０．．５ｉｆ２、Ｍ
ｇＯ１ＳｒＴ’＋Ｏｇ、ＹＳＺ　（イツトリウム安定化
ジルコニア）等の酸化物やＡｇ等の金属をあげることが
できる。

また、酸化物超電導物質としては、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０
系、Ｂ　ｉ−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、およびＴＵ−
Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系等の物質を、一方、酸化物超電
導物質を構成する各構成元素を含む物質としては、各構
成元素（酸素は焼成時に供給されるので除外してもよい
）を含む酸化物や炭酸塩等をあげることができる。

上記の酸化物超電導物質あるいは酸化物超電導物質を構
成する各構成元素を含む物質からなる粉末は、非超電導
物質からなる粉末より小さい粒度のものが用いられ、こ
れにより焼成後に非超電導物質の周囲を超電導物質が包
囲して間隙を充填した構造を得ることができる。

［作用］ 上記構成により、本発明による酸化物超電導磁石および
その製造方法によれば、線材やコイルを形成することな
く磁石の製造が可能になる。

即ち、超電導体はマイスナー効果を示すため、ζ 直接励磁することは不可能であり、超電導粒子の焼結体
においては、第２図（ａ）に示すように超電導粒子１の
周りの空隙２の部分は磁束Ｈが通り得るが、粒子１の内
部は臨界温度Ｔｃを越える温度で非超電導相とすれば磁
束が侵入するものの、Ｔｃ以下に冷却すれば磁束は追い
出され、従って粒子内に励磁電流を流すことはできない
。

しかしながら、同図（ｂ）に示すように非超電導物質（
常電導物質）粒子３の周囲に超電導物質４を配置し、こ
れを例えばＴｃを越える温度に維持して励磁した後、温
度をＴｃ以下に低下させるとＡ、Ｂ部分のように超電導
相の薄い部分は中間状態（局部的に超電導−常電導転移
を生じて安定に混合状態が維持される）を示し、磁束は
通過したまま固定される。即ち、外部磁界を取り除いて
も磁束を閉じ込めることが可能となり、このような構造
の焼結体においては永久磁石が得られる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例について説明する。

まず、常電導体でセラミックスと反応し難く、かつ粒径
φ０１〜１５０μｍのＡｕ２ｏｇまたは５ｉｎｓ等の粉
末を準備し、この粉末と超電導物質からなる粉末を混合
する。この超電導粉末は固相法、共沈法あるいは噴霧熱
分解法等によって作製され、その粒径は小さい程好まし
いが、例えば粒径φ０．０１〜１０μｍで、常電導粉末
はこれよりの粒径の大きいものを選択する。

上記の混合粉末中の常電導粉末の割合は、８０ｖｏ１％
以下とすることが好ましく、例えば粒径φ１００μｍの
ＭｇＯ粉末と粒径φ１〜３μｍのＹ系の超電導粉末を体
積比１：１の割合で混合する。

次いで、この混合粉末を例えば５００〜１０００Ｋｇ／
ｃｍ”の圧力で成型後焼結するか、あるいは焼結温度で
成型する。焼結温度としては、例えばＹＢＣＯ系（Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ−０系）の場合、約８８０〜９００℃程度で
ある。第１図に示すように、この成型体においては中間
状態が形成されるように、常電導粉末５が接近し、この
間に超電導粉末６が配置される構造を有することが好ま
しい。

このようにして得られた成型体７を、第３図に示すよう
に低温室８内に配置されたクライオスタット９内の超電
導マグネット１０により形成される励磁空間１１中に保
持する。成型体７はヒータ１２でＴｃを越える温度に加
熱され、次いで超電導マグネット１０を励磁した後、ヒ
ータ電源１３を遮断して成型体７をＴｃ以下の温度に冷
却する。

こうして磁化された成型体を低温室８の中で機器に組み
込み保温ケース内に収容する。

このようにして、現在、最強と言われる希土類磁石の数
倍強力な磁石が得られる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明による酸化物超電導磁石およ
びその製造方法によれば、加工が困難な酸化物系の超電
導物質を用いて線材化工程やコイル巻き工程を必要とせ
ずに直接磁石を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の酸化物超電導磁石の一実施例を説明す
るための概略断面図、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の
詳細な説明するための概略図、第３図は本発明の酸化物
超電導磁石の製造に用いられる装置の概略断面図である
。 ５・・・・・・常電導粉末 ６・・・・・・超電導粉末 ７・・・・・・成型体 ８・・・・・・低温室 ９・・・・・・クライオスタット １０・・・・・・超電導マグネ・ソ １２・・・・・・ヒータ ト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．非超電導物質からなる粉末と、これより粒度の小さ
   い酸化物超電導物質あるいは酸化物超電導物質を構成す
   る各構成元素を含む物質からなる粉末との混合粉末の焼
   結体を磁化したことを特徴とする酸化物超電導磁石。
2. ２．（イ）非超電導物質からなる粉末と、これより粒度
   の小さい酸化物超電導物質あるいは酸化物超電導物質を
   構成する各構成元素を含む原料粉末を混合する工程と、 （ロ）この混合粉末を成型した後、焼成することにより
   前記混合粉末の焼成体を形成する工程と、（ハ）前記焼
   成体をその臨界温度を越える温度に保持して外部磁界を
   加える工程と、 （ニ）次いで前記焼成体を臨界温度以下に保持して外部
   磁界の強さを減少させた後、これを除去する工程とから
   なることを特徴とする酸化物超電導磁石の製造方法。
3. ３．（イ）非超電導物質からなる粉末と、これより粒度
   の小さい酸化物超電導物質あるいは酸化物超電導物質を
   構成する各構成元素を含む原料粉末を混合する工程と、 （ロ）この混合粉末を成型した後、焼成することにより
   前記混合粉末の焼成体を形成する工程と、（ハ）前記焼
   成体をその臨界温度以下の温度に保持した後、その上部
   臨界磁界を越える強さの外部臨界を加える工程と、 （ニ）次いで前記外部臨界の強さを減少させた後、これ
   を除去する工程とからなることを特徴とする酸化物超電
   導磁石の製造方法。