JPH06223651A - 酸化物超電導線材およびその製造方法 - Google Patents

酸化物超電導線材およびその製造方法

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JPH06223651A
JPH06223651A JP5012379A JP1237993A JPH06223651A JP H06223651 A JPH06223651 A JP H06223651A JP 5012379 A JP5012379 A JP 5012379A JP 1237993 A JP1237993 A JP 1237993A JP H06223651 A JPH06223651 A JP H06223651A
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JP
Japan
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oxide superconducting
wire
superconducting wire
layer
oxide
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JP5012379A
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Shigeo Nakayama
茂雄 中山
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Wire Processing (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 印加磁場方向による臨界電流密度Jc(A/c
m2 )の異方性が大幅に低減された酸化物超電導線材、
およびその製造方法の提供を目的とする。 【構成】 断面円形のAg,Ag合金,もしくはステンレス
製の中心線1aと、断面環状の酸化物超電導体層1bと、前
記酸化物超電導体層1bを一体的に被覆・保護するAgもし
くはAg合金層1cとを具備して成ることを特徴とし、ま
た、断面円形のAgもしくはAg合金製の有底筒体3内に、
同心円的にAg,Ag合金,もしくはステンレス製の中心棒
4を挿通配置する工程と、有底筒状体3内に酸化物超電
導性成分の粉末5を充填する工程と、有底筒状体3に線
引・縮径加工を施し、有底筒状体内壁面および中心棒外
周面間の酸化物超電導性成分粉末層5を所要の厚さまで
同心円的に薄層化する工程と、被加工体に熱処理を施し
酸化物超電導性成分粉末5を結晶化する工程とを具備す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導線材、お
よびその製造方法に係り、さらに詳しくは、磁場に対す
る臨界電流密度の異方性が低減された酸化物超電導線
材、およびそのような酸化物超電導線材の粉末法による
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば、(Bi,Pb)2 Sr2 Ca2 Cu3 O
10+Xなどから成る酸化物超電導線材は、一般に次のよう
な手段によって製造している。すなわち、一端を金属や
封止材で封止した肉厚10mm,内径 7mm程度の、たとえば
Ag製パイプを先ず用意し、このAg製パイプ内に他端(開
口端)から、前記のような酸化物超電導体粉末を充填す
る。この酸化物超電導体粉末の充填に当たっては、酸化
物超電導体粉末の充填密度を上げるため、粉末の充填過
程で適宜、一端が平坦化した金属棒で圧縮操作を施して
いる。次いで、前記酸化物超電導体粉末を充填したAg製
パイプを、溝ロールやスェージングマシンなどで伸線処
理を施して、所要線径の酸化物超電導素線としてから、
ローラー(圧延)処理によって、たとえば厚さ 0.1mm,
幅 0.3mm程度(酸化物超電導体は厚さ0.05mm,幅 0.1mm
程度)のテープ状の酸化物超電導線材とする。ここで、
圧延処理してテープ状化するのは、充填された酸化物超
電導体粉末が後述の熱処理で形成する酸化物結晶が圧延
方向によく配向するため、超電導電流が圧延方向(長手
方向)に流れ易くなるからである。その後、たとえば82
0〜 900℃の空気中で数十時間熱処理後、さらに要すれ
ば室温でのプレス加工、もしくは圧延加工を施してから
熱処理する工程を繰り返すことによって、液体He中や液
体 N2 中などいわゆる極低温領域、たとえば77 K,OTで
2万 A/cm2 を超える高い臨界電流密度Jcの大電流が流
れる酸化物超電導線材が得られる。そして、この種の酸
化物超電導線材は、いわゆる金属超電導線材に較べて電
流損失が少ないことやクエンチングなど起こし難いこと
から、実用上多くの関心が寄せられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような酸化物超電導体粉末を、Ag製のチューブ内に充填
し、鍛造,線引,圧延などの機械加工を施した後、熱処
理を施す手段で製造したテープ状酸化物超電導線材の場
合、実用上次のような不都合が認められる。すなわち、
この種のテープ状酸化物超電導線材は、たとえば巻回
(コイル化)して電磁石などとして往々利用されるが、
この際、テープ状酸化物超電導線材を厚さ方向に重ねて
巻回すると、テープ状酸化物超電導線材の主面(幅広
面)に垂直に磁場が印加されることになる。ところで、
前記テープ状酸化物超電導線材の主面に垂直に磁場(テ
ラス)が印加されると、主面に平行に磁場(テラス)を
印加したときに較べて、磁場の影響による臨界電流密度
Jc(A/cm2 )値の低下が比較的著しいという問題があ
る。図4は、テープ状酸化物超電導線材の主面に対する
印加磁場の方向と臨界電流密度Jc(A/cm2 )値との関係
例を示す曲線図であり、曲線Aは印加磁場の方向が主面
に平行な場合を、曲線Bは印加磁場の方向が主面に垂直
な場合をそれぞれ示す。このように、臨界電流密度Jc
(A/cm2 )値が印加磁場の強さだけでなく、印加する磁
場方向に大きく左右される(異方性を持つ)ことは、こ
の種テープ状酸化物超電導線材の巻回(コイル化)に当
たって、前記異方性を考慮して設計する必要があり、設
計の自由度が制約されることになる。なお、他の特性的
な問題として、励磁に比較的長時間を要することも挙げ
られる。
【0004】本発明は、上記事情に対処してなされたも
ので、印加磁場方向による臨界電流密度Jc(A/cm2 )の
異方性が大幅に低減され、かつ励磁も比較的短時間で成
し得る酸化物超電導線材、および酸化物超電導線材が容
易に得られる製造方法の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る酸化物超電
導線材は、断面円形のAg,Ag合金,もしくはステンレス
製の中心線と、前記中心線に対して同心円的に一体に配
置・形成された断面環状の酸化物超電導体層と、前記酸
化物超電導体層を一体的に被覆するAgもしくはAg合金層
とを具備して成ることを特徴とし、また、本発明に係る
酸化物超電導線材の製造方法は、断面円形のAgもしくは
Ag合金製の有底筒体内に、前記有底筒体内壁面とがほぼ
等間隔を成して同心円的にAg,Ag合金,もしくはステン
レス製の中心棒を挿通配置する工程と、前記中心棒を挿
通配置した有底筒状体内に酸化物超電導性成分の粉末を
充填する工程と、前記酸化物超電導性成分の粉末を充填
した有底筒状体に線引・縮径加工を施し、有底筒状体内
壁面および中心棒外周面間の酸化物超電導性成分粉末層
を所要の厚さまで同心円的に薄層化する工程と、前記線
引加工を施した被加工体に熱処理を施し酸化物超電導性
成分粉末を結晶化する工程とを具備することを特徴とす
る。
【0006】ここで、酸化物超電導線材は、図1 (a)に
断面的に示す酸化物超電導線材(素線)の構成を基本と
しており、図1 (b)に断面的に示すごとくいわゆるマル
チタイプの構成としてもよい。図1 (a)において、1は
素線であり、たとえば直径500μm 程度のAG線から成る
中心線1aに対して同心円的に一体に配置・形成された断
面環状(厚さ 200〜 800μm 程度)の酸化物超電導体層
1b、この酸化物超電導体層1bを一体的に被覆・保護する
厚さ50〜70μm 程度のAg系金属層1cで形成されており、
また図1 (b)において、2は前記素線1の構成が芯体
(芯材)2aの周囲に同心円状に軸方向に沿わせて、実質
的に前記構成を成す素線1が配置・一体化され(マトリ
ックス相2cが1cに相当している)、かつ外周面をさらに
Ag系の金属層2bで被覆・保護した構成を採ったマルチタ
イプである。
【0007】一方、上記酸化物超電導線材(素線)の製
造においては、有底筒状体(チューブ)内に同心円的に
挿通配置する中心棒として、Ag製,Ag合金製,あるいは
ステンレス鋼製など、少なくともチューブ構成材料と同
等程度の硬さないし機械的な強度を備えたものであれば
よい。また、チューブは内径 5〜20mm(肉厚 3〜 5mm)
程度,中心棒も外径 8〜12mm程度が好ましく、さらにチ
ューブおよび中心棒の有効長さをほぼ同じに選択・設定
しておくのが望ましい。一方、熱処理条件は、たとえば
空気中など酸化雰囲気が選ばれ、一般的には 830〜 850
℃の温度で、50〜 200時間程度に設定される。
【0008】
【作用】本発明に係る酸化物超電導線材は、いわゆる断
面が円形な丸線を成しており、酸化物超電導体化層が円
周状に配置されているため、印加磁場に対する異方性の
低減・解消が図られることになる。また、その製造方法
では、有底筒状体(チューブ),中心棒および充填酸化
物超電導性成分の粉末層は、同心円的に配置された形で
線引・縮径加工が施され、酸化物超電導性成分粉末層が
同心円的に薄層化した形で熱処理され、酸化物超電導体
化する。つまり、最終的に製造された酸化物超電導線材
は、断面が円形な丸線を成しており、酸化物超電導体化
層が円周状に配置・形成されているため、印加磁場に対
する異方性の低減・解消されたものとして機能する。
【0009】
【実施例】以下、図2および図3を参照して本発明の実
施例を説明する。
【0010】先ず、外径10mm,内径 8mm,長さ 120mm,
深さ 110mmのAg製有底筒体(一端封止筒体…チューブ)
3を用意し、この有底筒体3の中心(軸方向)に、外径
3mm,長さ 120mmのAg製棒(中心棒)4を挿通(挿入)
配置・固定した。すなわち、前記有底筒体3の底部中心
位置に、底部壁面3aを垂直に貫通する孔3bを穿設し、こ
の穿設孔3bにAg製棒4の一端部を挿入して固定する。こ
のAg製棒4の挿入・固定においては、前記有底筒体3の
内壁面とAg製棒4の外周面とが、ほぼ等間隔を成して同
心円的に挿通・配置することが重要である。
【0011】一方、Bi2 O 3 ,SrCO3 ,CaCO3 ,CuO の
各粉末を、モル比で 1: 2: 1: 2の割合で混合し、こ
の混合粉末を 800℃で24hr仮焼した後、ボールミルで粉
砕してからプレスでペレット状に成型し、この成型体に
再度、仮焼・粉砕処理を施して仮焼粉末を得た。この仮
焼粉末5を、前記Ag製棒4を挿通・配置した有底筒体3
内、つまり、有底筒体3の内壁面とAg製棒4の外周面と
が形成する等間隔の環状の空間領域内に充填・収納し
た。
【0012】次いで、前記仮焼粉末5を充填した、Ag製
棒4が挿入・固定された有底筒体3の開口端面に蓋体6
一体的に装着して封止した後、常套の手段である溝ロー
ラにより、外径 5mmになるまで線引加工を施した。この
ように線引加工した外径 5mmの線材について、空気中 8
47℃で約50時間加熱処理を施した後、再び溝ローラによ
り、外径 1mmになるまで線引加工を施し、さらにまた空
気中 847℃で約60時間加熱処理を施すことによって、前
記仮焼粉末3長さ方向に配向して結晶化して成る断面円
形の、前記図1 (a)に図示する断面構造の酸化物超電導
線材を得た。
【0013】上記によって製造した酸化物超電導線材に
ついて、液体 N2 中での臨界電流密度Jcを測定したとこ
ろ、約5000 A/cm2 の値を示した。また、この酸化物超
電導線材は、 1テラスの磁場中、磁場の方向にほとんど
影響されずに、約3000 A/cm2 の電流が流れた。この点
さらに詳述すると、図4にその特性例を示すごとく、前
記酸化物超電導線材に対して、その軸方向に沿って水平
(平行)方向の磁場を印加した場合も(曲線C)、ある
いはその軸方向に沿って垂直方向の磁場を印加した場合
も(曲線D)、印加する磁場方向による臨界電流密度Jc
値の異方性がほとんど認められなかった。
【0014】なお、上記製造例では有底筒体としてAg製
チューブ(保護被覆層に相当)を、中心棒としてAg製棒
(中心線に相当)を、また充填用の酸化物超電導体成分
粉末(酸化物超電導体層に相当)としてBi2 O 3 −SrCO
3 −CaCO3 −CuO 系をそれぞれ例示したが、前記例示以
外の他の材料を選択したり、あるいは寸法など適宜変更
してもよい。たとえば、Ag製チューブの代わりにAgとA
u,Pt,もしくはPdから成る合金製チューブを、また中
心棒としてはAg系合金製棒,ステンレス製棒を、さらに
Pb2 O 3 −SrCO3 −CaCO3 −CuO 系など他の酸化物超電
導体成分粉末など用いても、前記例示の場合と同様の作
用・効果が認められる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る酸化物
超電導線材は、断面が円形の丸線を成し、かつ酸化物超
電導体層が断面円周状(環状)に配置された構成を採っ
た酸化物超電導線材である。つまり、テープ状の場合に
較べて印加磁場に対する方向性、ないし印加磁場に対す
る異方性も大幅に低減・回避された性能を呈する酸化物
超電導線材として常に機能するので、たとえばコイルの
形成(マグネットの設計)なども行い易くなるし、比較
的硬度の高い中心線の存在に伴って、引っ張り強度も向
上し、取扱いや加工作業なども行い易くなるという利点
がある。また、本発明に係る製造方法によれば、有底筒
状体(チューブ),中心棒および充填酸化物超電導性成
分の粉末層は、同心円的に配置された形で線引・縮径加
工が施される。そして、酸化物超電導性成分粉末層が同
心円的に所要の薄層化した形で熱処理されて酸化物超電
導体化するため、印加磁場による異方性が大幅に低減・
改善された酸化物超電導線材を確実に、歩留まりよく製
造し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る酸化物超電導線材の断面構造例を
模式的に示したもので、 (a)は酸化物超電導線材(素
線)の断面図、 (b)はマルチチップタイプの酸化物超電
導線材の断面図。
【図2】本発明に係る酸化物超電導線材の製造に用いる
被線引加工体の構成例を示す断面図。
【図3】本発明に係る酸化物超電導線材の製造例におい
て製造した酸化物超電導線材について印加磁場の方向と
臨界電流密度との関係例を示す特性図。
【図4】従来の酸化物超電導線材の製造方法で製造した
酸化物超電導線材について印加磁場の方向と臨界電流密
度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
1…酸化物超電導線(素線) 1a…中心線 1b…酸
化物超電導体層 1c,2b…保護被覆層 2…マルチ
チップタイプの酸化物超電導線材 2a…芯線 2c…マトリックス相 3…有底筒体(チューブ)
3a…有底筒状体の底部壁面 3b…有底筒状体の底部穿
設孔 4…中心棒 5…酸化物超電導性仮焼粉末
6…蓋体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断面円形のAg,Ag合金,もしくはステン
    レス製の中心棒と、 前記中心棒に対して同心円的に一体に配置・形成された
    断面環状の酸化物超電導体層と、 前記酸化物超電導体層を一体的に被覆するAgもしくはAg
    合金層とを具備して成ることを特徴とする酸化物超電導
    線材。
  2. 【請求項2】 AgもしくはAg合金製の有底筒体内に、前
    記有底筒体内壁面とがほぼ等間隔を成して同心円的にA
    g,Ag合金,もしくはステンレス製の中心棒を挿通配置
    する工程と、 前記中心棒を挿通配置した有底筒体内に酸化物超電導性
    成分の粉末を充填する工程と、 前記酸化物超電導性成分の粉末を充填した有底筒体に線
    引加工を施し、有底筒体内壁面および中心棒外周面間の
    酸化物超電導性成分粉末層を所要の厚さまで薄層化する
    工程と、 前記線引加工を施した被加工体に熱処理を施し酸化物超
    電導性成分粉末を結晶化する工程とを具備することを特
    徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
JP5012379A 1993-01-28 1993-01-28 酸化物超電導線材およびその製造方法 Withdrawn JPH06223651A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101976599A (zh) * 2010-11-19 2011-02-16 重庆大学 复合强化型铋系高温超导带材及制备方法
CN110600191A (zh) * 2019-07-22 2019-12-20 中国科学院电工研究所 一种铁基超导多芯线材及其制备方法

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