JPH052931A - 超電導セラミツク装置 - Google Patents

超電導セラミツク装置

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JPH052931A
JPH052931A JP3094816A JP9481691A JPH052931A JP H052931 A JPH052931 A JP H052931A JP 3094816 A JP3094816 A JP 3094816A JP 9481691 A JP9481691 A JP 9481691A JP H052931 A JPH052931 A JP H052931A
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hollow
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superconducting
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 酸化物超電導材料を利用して、リードや送電
線のごとき装置として利用する。 【構成】 酸化物超電導材料からなる粉末4等を金属製
のパイプ2内に充填することにより、前記金属パイプ2
を支持体とせしめ、コイル巻き等が可能な構成する。

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
を応用した装置に関する。
【0002】本発明は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を構成させるためのパイプ等に
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、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、23°
K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100 °Kまたはそれ以上を
有し、Tco(電気抵抗が零となる温度) が77°K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。しかしこの銅の酸
化物セラミックスは延性、展性および曲げ性に乏しい。
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。
【発明が解決しようとする課題】
【0006】このため、銅の酸化物セラミックスを用
い、コイル状に設けるとともに、このコイル構造を有し
つつ、同時に自らに冷媒を有し冷却する構造およびその
作製方法はまったく知られていない。
【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を用材として用いる。さらにこの中
空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中空パイプ
の一方を一次的に塞いで他方より注入する。
【0008】次にこの中空パイプ全体を加熱し、液体成
分である溶媒全体を気化して除去する。するとこの超電
導セラミック材料は中空パイプの内壁にコ−ティングさ
れる。これを加熱し、焼成させるとともに、酸化または
還元を繰り返し行うことにより、超電導性を有するセラ
ミック材料、例えば銅の酸化物セラミックスである(A
1-x Bx)yCuOz x=0.01〜0.3,y=1.3 〜2.2,z=2.0
〜4.0 で示される分子構造を有し、AがY(イットリュ−
ム),Ga(ガリューム),Zr(ジルコニュ−ム),Nb(ニオ
ブ),Ge(ゲルマニュ−ム),Yb(イッテルビュ−ム)また
はその他のランタノイドより選ばれ、BはBa(バリュ−
ム) またはSr(ストロンチュ−ム),Ca(カルシュ−ム),
Mg(マグネシュ−ム),Be(ベリリュ−ム)よりなる。
尚、本明細書におけるランタノイドは、理化学辞典(岩
波書店 1963年4月1日発行)により、原子番号57のラ
ンタンから原子番号71のルテチウムに至る15個の希土類
元素とする。
【0009】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。
【0010】本発明において、中空支持体の内壁に第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 の値の一部を
変更してもよい。
【0011】本発明において、さらにこれを繰り返して
多層構造としてもよいことはいうまでもない。
【0012】
【作用】これまでの金属の超電導材料を用いてパイプま
たはコイルを作らんとする場合、その工程としてまず線
材を作る。そしてこれを所定の基体に巻いてゆくことに
よりコイルを構成せしめる。
【0013】しかしセラミック超電導体に関しては、か
かる線材化また基体にまいてゆくことがきわめて困難で
ある。
【0014】そのため、本発明の如く、予め所定のパル
プ、コイル、または始点と終点が互いに連結したエンド
レスコイル等の形状に作られた金属または金属化合物の
パイプを用いて、その内部を超電導セラミック材料を混
合または溶かして溶液を導入することにより、充填す
る。それをパイプの内壁に超電導特性を有してコ−ティ
ングすることにより、セラミック材料を最終形状である
実質的なパイプ形状とすることが可能となった。
【0015】また本発明において、超電導セラミックス
を中空支持体にコ−ティングした後、その内部に形成さ
れる中空はこのパイプをしてコイルとせんとする時、こ
のパイプまたはコイルを電気抵抗が零となるTco を有す
る温度に冷却するための冷媒のパス(通路)としても用
いることができる。
【0016】また本発明のパイプを用い複数ケをコイル
状に巻くことにより、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。
【0017】以下図面に従って本発明の実施例を示す。
【0018】
【実施例】「実施例1」この実施例では(A1-x Bx)yCuOz
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。これらをx=0.05, x=0.075 及び
x=0.1,y=1.8,y=2.0,y=2.2 とした。これらを混
合して9種類の混合物を作った。これらを一度3Kg/cm2
の圧力で加圧しタブレットとし700 ℃、3 時間さらに10
00℃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
10μm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、再びこれを5Kg/cm2の圧力でプレスし、タブ
レット状とした。そしてこれを1000℃、10時間酸化性雰
囲気例えば大気中で本焼成した。するとこの構造はペロ
ブスカイト構造もみられるが、変形ペロブスカイト型が
X線解析像から観察された。
【0019】次にこの本焼成したTcオンセットが40°K
以上好ましくは90°K,Tcoが77°K以上あることを電圧
−電流−温度特性より確認する。
【0020】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〜5μm例えば30μm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。
【0021】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。
【0022】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 〜400 ℃の温度に加
熱した。
【0023】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。
【0024】この時内壁とより密着させやすくするた
め、エポキシ系、アクリル系の樹脂をとかした溶媒、例
えばトルエン等を用いてもよい。
【0025】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500〜1100℃、
例えば 600℃3時間さらに 800℃5 時間の加熱焼成を行
った。
【0026】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。
【0027】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。
【0028】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。
【0029】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。
【0030】「実施例2」この実施例はエンドレスコイ
ルの例である。
【0031】第2図にその縦断面図を示す。このエンド
レスコイルは太陽電池等で発電した電気エネルギのバッ
テリとして用いることができる。
【0032】図面より明らかなごとく、予め中空を実施
例1と同様に有するパイプをコイル(7) 形状に作る。さ
らにこの始点(5),終点(6)も同様に中空パイプ(4) で連
結する。このエンドレスコイルは注入口(8) を有する。
この注入口は電気エネルギの入力および出力端子として
用いることができる。
【0033】ここに実施例1と同様の方法で超電導セラ
ミックスを混合またはとかした溶液を注ぎ込む。
【0034】これを乾燥し、不要溶媒を気体として(8),
(8')より放出し、パイプの内部を乾燥させる。さらに実
施例1と同様に酸化性気体を導入し、セラミックスを十
分に酸化する。
【0035】かくして内部が中空、かつその内壁に超電
導セラミックスがコ−ティングされたパイプ(1) を用い
たエンドレスコイル(7) を作ることができた。このTco
は実験では45°Kであった。しかし超電導材料の選択に
よりTco を向上させ得る。また、この中空部に液体水素
を導入することにより、このエンドレスコイルをして抵
抗零の閉回路を作る構成とし得たため、電気エネルギ蓄
積装置として用いることができた。
【0036】「実施例3」この実施例は(A1-X Bx)yCuOz
において、AとしてYb、BとしてBaを用いた。するとパ
イプ形状とした後もTco を72°K に保つことができた。
その他は実施例1と同様である。
【0037】
【発明の効果】本実施例はかかるパイプ形状とした後、
これらをその内部の中空部に冷却材である液体、例えば
液体窒素または液体水素を封入し、連続的にこのパイプ
を内部より最も温度が重要なセラミックスを直接冷やす
手段と同時になり得る。
【0038】また、この外側の金属を銅または銅の化合
物とすることにより、外部との溶接も可能であり、電気
装置の一部として用いることが可能である。この金属ま
たは金属化合物として銅または銅化合物とすることによ
り、特にその部品としての用途をひろげることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超電導セラミック装置(パイプ状)。
【図2】本発明のパイプを用いた電気蓄積装置のー例。

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側部に
    超電導セラミック材料が中空を有して充填されたことを
    特徴とする超電導セラミック装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、超電導セラミック材料
    は(A1-x Bx)yCuOzx=0.01〜0.3,y=1.3 〜2.2,z=2.
    0 〜4.0 を有し、AがY(イットリュ−ム),Ga(ガリュー
    ム),Zr(ジルコニュ−ム),Nb(ニオブ),Ge(ゲルマニュ
    −ム),Yb(イッテルビュ−ム)またはその他のランタノ
    イドより選ばれ、BはBa(バリュ−ム)またはSr(スト
    ロンチュ−ム),Ca(カルシュ−ム),Mg(マグネシュ−
    ム),Be(ベリリュ−ム) より選ばれた超電導性セラミッ
    クス材料であることを特徴とする超電導セラミック装
    置。
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