JPH0518778B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超伝導材の接合方法に関し、さらに詳
しくは、たとえば超伝導電線のような長尺の超伝
導材の製造に道を開く超伝導材の接合方法に関す
る。

〔従来の技術およびその問題点〕

近年、超伝導物質はそのマイスナー効果、臨界
温度に達すると抵抗が０になること、およびジヨ
セフソン効果によつて、注目され、その工業的生
産方法およびその用途の開発が行なわれている。

特に、工業的用途に使用することができる超伝
導物質として、臨界温度が高く、加工の容易な超
伝導物質が探索されていると共に、セラミツクス
系超伝導物質については、その加工性の容易な物
質、あるいはその成形加工方法の開発が日夜研究
されている。

現状においては、超伝導物質を簡単な形状の成
形体にし、これを焼結する技術が模索されている
と言つても過言ではない。

超伝導物質が産業界で広範に使用されるように
なるためには、単に超伝導材が成形可能であると
言うだけでは足らず、その接合、切削などの加工
技術が開発されねばならない。

しかるに、たとえば超伝導材の接合方法につい
ての技術は皆無である。

近縁の技術にセラミツクスと金属との接合技術
があるが、接合面を互いに鏡面に近づく程の表面
精度が要求されると共に、接合面間に金属インサ
ートが必要であるなどの繁雑な問題点を抱えてい
る。

しかも、このようなセラミツクスと金属との接
合技術をそのまま超伝導材の接合技術として転用
する訳けにはいかない。

超伝導材を接合した場合、接合面においても超
伝導性を満足しなければならないからである。

この発明は前記事情に基いてなされたものであ
る。

本発明の目的は、超伝導能を有する銅含有物質
の成形体または焼結体を相互に接合する方法を提
供することである。

本発明の他の目的は、超伝導能を有する銅含有
物質の接合を可能にすることにより、超伝導部材
の線材化を達成するのに有効な接合方法を提供す
ることである。

〔前記目的を達成するための手段〕

前記目的を達成するためにこの発明者が研究し
たところ、成形体の一般的な接合においては表面
精度の高い接合面を高圧で押圧するのが一般常識
であつたところ、驚くことには、特定の銅含有物
質の成形体および／または焼結体同士を、それぞ
れの接合面に特定の物質を介してわずかの加圧状
態で加熱することによつて、超伝導材の接合が可
能になることを見出してこの発明に到達した。

すなわち、本発明の構成は、超伝導能を有する
銅含有物質の成形体および／または焼結体同士
を、それぞれの接合面に酸化第二銅の粉末または
ペーストを介して相互に加圧すると共に加熱する
ことを特徴とする超伝導材の接合方法である。

前記超伝導能を有する銅含有物質とは、第１図
に示すように、対象となる銅含有物質の粉末から
形成した芯材をコイル中に挿入したときのインダ
クタンスＬを示す第１式において、 Ｌ＝Ｋ（μπa²）Ｎ／ｌ (1) （ただし、前記第１式において、Ｋは定数であ
り、μは透磁率であり、ａはコイルの半径であ
り、Ｎはコイルの巻き数であり、ｌはコイルの長
さである。） ａが４mmであり、Ｎが50であり、ｌが10mmであ
るときのインダクタンスＬの低下（芯材を挿入し
ないときに比較して）が1μH以上となるような性
質を有する銅含有物質である。

前記超伝導能を有する銅含有物質としては、た
とえば銅含有酸化物が挙げられ、具体的には、イ
ツトリウム系酸化物、ストロンチウム系酸化物、
ユーロビウム系酸化物、ランタン系酸化物などが
挙げられる。

いずれの酸化物がこの発明に好適であるかは実
験により適宜に決定することができるのである
が、イツトリウム系酸化物が好適な酸化物の一つ
である。

超伝導能を有する前記イツトリウム系酸化物
は、通常、YB_a2C_u3O_7-xとして表わされる（ただ
し、Ｘは７−Ｘが6.5〜6.8の範囲となるような数
である。）のであるが、前記式中においてBaの全
部または一部がストロンチユムなどの原子で置換
されていても良い。

超伝導能を有する前記イツトリウム系酸化物
は、イツトリウム酸化物と炭酸バリウムと酸化銅
とをＹ：Ba：Cu（原子比Ａ）＝１：２：３の割合
で混合し、焼成することにより得ることができ
る。

なお、前記イツトリウム酸化物と炭酸バリウム
と酸化銅との混合物を焼成する場合、各成分の平
均粒径を0.7〜1μmの粒度に調製しておくのが好
ましい。

前記焼成としては、前記原料を前記組成式にお
ける組成比となるような比率で配合し、その後、
たとえば900〜970℃の範囲内の温度で１時間〜10
時間かけて加熱処理をし、この加熱処理を２〜４
回繰り返すのが望ましい。

加熱処理の際の温度が900℃未満であると、超
伝導能を有するイツトリウム系酸化物を得ること
ができないことがあり、また前記温度が970℃を
超えると結晶構造が変化して超伝導能を有するイ
ツトリウム系酸化物を得ることができないことが
ある。

この発明においては超伝導能を有する銅含有物
質の成形体および／または焼結体同士を接合す
る、言い代えると、超伝導能を有する銅含有物質
の成形体同士、超伝導能を有する銅含有物質の成
形体と焼結体同士あるいは超伝導能を有する銅含
有物質の焼結体同士を接合する。

ここで、この発明においては、前記成形体およ
び焼結体は、超伝導能を有する銅含有物質のみで
一定の形状に形成したものは勿論、芯材たとえば
導電線の周囲に超伝導能を有する銅含有物質を被
覆してなるものを含めている。

この発明においては、前記超伝導能を有する銅
含有物質を成形体とする方法について特に制限が
なく、種々の成形方法により、超伝導能を有する
銅含有物質を種々の形状に成形しても良い。

成形法としては、たとえば、圧延法、金型プレ
ス成形法、ラバープレス成形法、射出成形法、押
出し成形法、ホツトプレス法などを採用すること
ができる。

超伝導能を有する銅含有物質の焼結体は、超伝
導能を有する銅含有物質の成形体を焼結すること
により得ることができる。

焼結方法としては、たとえば、常温焼結、加圧
焼結、高温等方加圧焼結などの方法を採用するこ
とができる。

成形体同士、成形体と焼結体、焼結体同士のい
ずれの場合にあつても、接合面の表面精度に特に
制約がなく、たとえ表面精度が3μm以上であつて
も、この発明より良好に接合することができる。
この事実は、従来、金属とセラミツクスとの接合
において、それぞれの接合面を1μm以下としなけ
ればならなかつたことに比べると驚くべきことで
ある。

この発明の方法においては、超伝導能を有する
銅含有物質が銅含有酸化物である場合、接合面間
に酸化第二銅の粉末またはペーストを存在させる
と、良好な接合結果を得ることができる。

この酸化第二銅は、何の前処理を施さない所謂
グリーンパウダーであつても良く、また、前処理
としての加熱処理をした酸化第二銅であつても良
い。もつとも、好ましいのは、加熱処理してなる
酸化第二銅である。この加熱処理の条件として、
加熱温度は900〜970℃が好ましく、加熱時間は１
〜10時間であり、加熱雰囲気については特に制限
がないが酸化性雰囲気であるのが好ましい。

前記酸化第二銅の平均粒度としては、超伝導能
を有する物質の原料の平均粒度とほぼ同等の平均
粒径を有しているのが好ましいが、多くの場合、
10μm以下であつても良く、望ましくは数μm以下
である。

接合面間に介在させる酸化第二銅の量として
は、酸化第二銅の平均粒径にもよるが、接合単位
面積（mm²）当り、（0.01〜0.1）×10^-2g、好ましく
は（0.03〜0.06）×10^-2gである。

超伝導能を有する銅含有物質がイツトリウム系
酸化物である場合、前記酸化第二銅の代りに、
YB_a2C_u3O_7-x（ただし、Ｘ前記と同じ意味を表わ
す。）で表わされる銅含有量過多のイツトリウム
系酸化物を介在させても良い。

前記ペーストは、加熱により揮散する溶剤で前
記酸化第二銅などの粉末を練つたものである。

この発明では、接合面を加圧、加熱する。

接合圧としては、少なくとも0.1Kg１mm²であれ
ば良く、より好ましくは0.3Kg／以上である。従
来の金属とセラミツクスとの接合においては、少
なくとも１Kg／mm²の圧力を要したのであるから、
接合圧においても本発明の優れた利点を認めるこ
とができる。

加熱温度および加圧時間としては、成形体同士
あるいは成形体と焼結体とを接合するとき、通
常、900〜970℃で５時間以上、好ましくは930〜
950℃で５時間以上である。この場合、前記温度
および加圧時間の経過後、酸素含有雰囲気下で
350〜500℃で８時間程度の後処理をしておくのが
好ましい。また、焼結体同士の接合にあつては、
加熱温度および加圧時間としては、通常、700〜
1000℃で10分以上、好ましくは１時間程度であ
る。この場合、特に後処理がなくても良い。

加圧、加熱の際の雰囲気としては、特に制限が
なく、大気中、不活性ガス雰囲気中のいずれであ
つても良いのであるが、好ましいのは酸素含有雰
囲気である。酸素含有雰囲気下に接合面の加圧、
加熱をすると、接合界面における酸素含有量の低
減を防止して、一方の接合面から他方の接合面へ
の連続的な超伝導性を実現することができる。

加圧、加熱の際の雰囲気圧としては、特に制限
がなく、減圧、常圧、加圧のいずれであつても良
い。

以上詳述したこの発明の方法に従つて、超伝導
能を有する銅含有物質の成形体および／または焼
結体を接合することにより、長尺の線材の製造、
複雑形状の各種部材の製、電子機器おける回路の
製造を実現することができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例および比較例を示して本発
明をさらに具体的に説明する。

実施例 １ 平均粒径1μmの酸化第一銅、平均粒径0.7μmの
酸化イツトリウムおよび平均粒径0.7μmの炭酸バ
リウムとをＹ：Ba：Cu（原子比Ａ）＝１：２：３
の割合で混合した。この混合物を950℃で８時間
かけて加熱する高温熱処理を２回行なつた。

高温熱処理後の混合物を細長のガラス容器に詰
めてこれを芯材とし、第１図に示すコイル装置に
より、芯材を入れないときと入れたときとのイン
ダクタンスの変化を、300Kから77Kまで温度を
降下させた条件下で調べたところ、3.2μHのイン
ダクタンス低下があつた。

すなわち、熱処理後のこの素材は超伝導能を有
する。

この超伝導能を有する前記素材を静水圧プレス
成形して直径３cmの２本の円筒体を製造した。

一方、950℃で８時間の高温処理を行ない、か
つ平均粒径が32〜53μmとなるように分級して酸
化第二銅の焼成粉末を得た。

次いで、前記円筒体の端面に0.35×10^-2gの前
記酸化第二銅の焼成粉末を介在させて前記２本の
円筒体の端面を重ねあわせた。

高周波誘導加熱方式の拡散接合炉中で、前記２
本の円筒体の軸線方向に沿つて0.5Kg／cm²の圧力
を付与し、そのままの状態で８時間の間10^-6
Torr以下の真空雰囲気下にて950℃に加熱し続け
た。

その結果、端面で接合した１本の接合円筒体を
得た。

前記接合円筒体の接合強力は、インストロン試
験機にて測定したところ、前記円筒体の強力と同
じであつた。

また、第１図に示すコイル装置により前記接合
円筒体を入れた場合と入れない場合とのインダク
タンスの変化を、300Kから77Kまで温度を降下
させた条件下で調べたところ、2.8μHのインダク
タンス低下が観測された。接合前の円筒体の前記
と同様のインダクタンスの変化は3.2μHである。

この接合円筒体を77Kに冷却して磁石の上に置
いたところ、この接合円筒体は空中に浮上して、
マイスナー効果が確認された。

比較例 １ 1μH未満のイツトリウム酸化物を使用した外は
前記実施例と同様にして２本の円筒体を形成し、
前記実施例１と同様にして、２本の円筒体を接合
した。

得られた接合円筒体につき、前記実施例１と同
様にして超伝導性を評価したところ、77Kでこの
接合円筒体は磁石の上に浮上するようなマイスナ
ー効果を示さず、また前記温度でのインダクタン
スは殆ど変化しなかつた。

〔発明の効果〕

本発明によると、超伝導能を有する銅含有物質
の成形体同士、前記物質の成形体と焼結体、前記
物質の焼結体同士を、接合面において臨界温度
Tcおよび臨界電流Jcに変化を生ぜしめることな
く、接合することができる。

そして、本発明に従つて、長尺の前記成形体あ
るいは焼結体を接合することにより、超伝導物質
の線材化を達成することもできる。

本発明は、接合面の表面精度および接合圧につ
いて特に制限が少ないので簡便な手順の接合方法
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はインダクタンスを測定するコイル装置
の説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超伝導能を有する銅含有物質の成形体およ
   び／または焼結体同士を、それぞれの接合面に酸
   化第二銅の粉末またはペーストを介して相互に加
   圧すると共に加熱することを特徴とする超伝導材
   の接合方法。 ２ 前記超伝導能を有する銅含有物質がイツトリ
   ウム系酸化物である前記特許請求の範囲第１項に
   記載の超伝導材の接合方法。 ３ 前記超伝導能を有する銅含有物質が、酸化イ
   ツトリウム、炭酸バリウムおよび酸化銅をＹ：
   Ba：Cu（原子比Ａ）＝１：２：３の割合で配合し
   た混合物を熱処理してなるイツトリウム系酸化物
   である前記特許請求の範囲第１項に記載の超伝導
   材の接合方法。 ４ 前記酸化第二銅が加熱処理されたものである
   前記特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに
   記載の超伝導材の接合方法。