JPH0782939B2 - 酸化物超電導体を用いたマグネット及びその製造方法 - Google Patents

酸化物超電導体を用いたマグネット及びその製造方法

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JPH0782939B2
JPH0782939B2 JP1009894A JP989489A JPH0782939B2 JP H0782939 B2 JPH0782939 B2 JP H0782939B2 JP 1009894 A JP1009894 A JP 1009894A JP 989489 A JP989489 A JP 989489A JP H0782939 B2 JPH0782939 B2 JP H0782939B2
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、比較的高磁界をエネルギ損失なしに発生させ
ることのできる酸化物超電導体を用いたマグネットに関
するものである。
[従来の技術] 従来のマグネットは、大別して永久磁石と電磁石とがあ
る。また、電磁石には、銅線などを用いた常伝導マグネ
ットとNbTi線などを用いた超電導マグネットに分けられ
る。永久磁石は、磁場強度の点で限界があり、また常電
導マグネットは冷却の必要上、小型でかつ高磁場発生可
能にすることはむずかしい。これに対しNbTi等を用いた
超電導マグネットは、小型でかつ高磁場発生が可能であ
る。しかしながらNbTiなどは、高価な液体ヘリウムで冷
却する必要があり、このことが超電導マグネット使用の
大きな壁になっていた。また最近発見された酸化物超電
導体は、磁場中での臨界電流密度の向上、線材化などの
多くの問題点があり、未だマグネット化には至っていな
い。
[発明が解決しようとする課題] 酸化物超電導体は、NbTiなどの合金系超電導体と異なり
常温時の加工性は殆ど無い。また、溶融法により作製し
たバルク材を超電導特性を劣化させることなく接合する
ことは、極めて困難である。そこで本発明は超電導特性
の極めて高い酸化物超電導バルク材を最小限の加工して
マグネットを提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明は、一方向凝固などの溶融法により作製したREBa
2Cu3O7-y結晶が50mm3以上の領域にわたって方位の揃っ
た大傾角粒界のない超電導体もしくはそれらの集合体を
なす板もしくは線状超電導体であり、前記超電導体中に
は20μm以下のRE2BaCuO5相(以下211相とする)が微細
に分散した組織であり、さらに77Kで上記超電導体を1T
以上の磁場中で配置し励磁したのち磁場中から取り出し
たとき、そのときの磁化率をM(emu/cm3)とし、また
上記超電導体の磁場に対して垂直方向の平均径をDとし
たときM/Dの値が500emu/cm4以上の磁気特性を有するバ
ルク材料を任意の形状に加工し、それらを組み合わせ永
久電流を流し永久磁石として使用することによって、最
小限の加工で上記バルク材料の特性を十分生かしマグネ
ットを作ることにある。
[作用] 本発明による酸化物超電導体のマグネットは、一方向凝
固などの溶融法により作製したものであり、REBa2Cu3O
7-y結晶が50mm3以上の領域にわたって方位の揃った大傾
角粒界のない、20μm以下の211相が微細に分散した超
電導体もしくはそれらの集合体をなす板もしくは線状超
電導体からなる。これらバルク超電導体中は、Jcを低下
させる原因である大傾角粒界がなく、両側の結晶方位の
差の少ない小傾角粒界だけから成るため高臨界電流密度
がえられ、また広い領域にわたって方位が揃っているた
め大きな磁化が得られる。さらに211相が微細分散して
いるために、機械的にも優れた実用に耐える特性を持っ
ている。他のバルク材料、例えば焼結体などでは、Jcは
極めて低く特に磁場中では極端に悪くなる。また、超電
導体中にピン止めされた量子化された磁束(フラック
ス)がはずれて磁束密度が低下して行くフラックスクリ
ープも極めて大きく、焼結体を永久モードで永久磁石と
して使用することは不可能である。これに対し、本発明
の超電導バルク材はJcが非常に大きく、十分に磁石材料
として使用することが可能といえる。
形状に関して、従来の金属系超電導材料は安定化の必要
上から極細多芯線などの形状にしなければならなかっ
た。これに対し酸化物超電導体は、比熱、熱伝導率の大
きさ、液体窒素中での使用が可能であることから、細線
等にする必要がない。したがって、比較的バルクに近い
状態でマグネットにすることができる。逆に、バルク材
に永久電流を流して永久磁石として用いる場合、励磁し
た後の磁化率の大きさMは、バルク材の磁場に対して垂
直方向の平均径にほぼ比例するために、そのためM/Dの
値は永久磁石の特性を示す目安となる。77Kにおいて、
焼結体でできたマグネットの場合M/Dは、30以下と極め
て低いのに対し、本発明によるマグネットは1T以上の磁
場で励磁した後のM/Dが500以上と高いものであり、実用
レベルの磁場を得ることが可能な材料である。
小型のマグネットは、上記材料を第1図の様にブロック
状に切り出してマグネットとして用いることができる。
比較的大きなマグネットは、第2図の様に板状の材料を
重ねることによって、また磁場の均一性が必要な場合に
は、第3図の様に、リング状の材料を重ねることによっ
て得られる。また、さらに大きなマグネットをつくる場
合は、第4図の様に六角柱状の物を隙間を少なくして並
べることによって、またこれらの形状の材料を3次元的
に組み合わせて作ることができる。
上記高品位酸化物電導マグネットは、以下のようにして
作られる。RE,Ba,Cuの酸化物からなる溶融体を急冷凝固
した板もしくは線状成形体を、2℃/cm以上の温度勾配
を有する1000℃から970℃の温度領域で0.4cm/hr以下の
移動速度で移動させるか、あるいは前記成形体を加熱炉
中に固定し前記加熱炉の温度勾配2℃/cm以上となし、
前記温度勾配を維持しつつ前記加熱炉の温度を0.8℃/hr
以下の速度で低下させながら、前記成形体の1000℃から
950℃の温度領域を通過させ方位の揃った超電導相を作
り酸素中でアニールした後、励磁する。
励磁方法としては、例として以下のような方法で行な
う。
≪1≫ 一方向凝固などの溶融法作製した高臨界電流密度の
バルク材料をリング状に加工する。
リングおよびリングを組み合わせたバルク材料(励
磁されていないマグネット)を磁場中に置く。
このバルク材料液体窒素または液体ヘリウムなどで
超電導遷移温度以下に冷却する。
外部磁場を減じる。
リング内に、はじめの磁場を保とうとして、超電導
体中には、大きな超電導電流が流れ、バルク材料を励磁
しマグネットにすることができる。
また、で作製したマグネットを組み合わせてさら
に大きなマグネットを作ることができる。
温度を保つことによってエネルギ損失のない高磁場
マグネットができる。
≪2≫ また、超電導状態にしたリングをフラックスポンプなど
で励磁する方法もある。上記のようにして高品位のマグ
ネットが得られる。
[実施例] 実施例1 15℃/cmの温度勾配中で0.5mm/hrの成長速度で徐冷する
ことによって一方向凝固を行い、約25×25×1mmの領域
にわたって方位が揃ったバルク材を得た。このバルク材
の組織は上記の領域にわたって第5図の様に20μm以下
の211相が微細分散しかつ、双晶パターンが示すように
方位が揃っている組織であった。これを用いて第6図の
ような外径25mm、内径5mm、厚さ1.0±0.2mmリングを作
製し、1.0Tの磁場中に置き液体窒素で冷却した後減磁し
た。その結果、中心磁界が0.15TでM/Dが約1000のマグネ
ットが得られた。
実施例2 実施例1の方法により作製したリング状超電導体3つ重
ねて1.0Tの磁場中に置き液体窒素中で冷却した後減磁し
た。その結果、中心磁界が0.18Tとリング状コイル単独
の時よりも0.03T強い磁場が得られ、M/Dの値も約1200と
向上した。
[発明の効果] 以上詳述したごとく、本発明はこれまで不可能であった
高品位の酸化物超電導マグネットの製造を可能とするも
ので、しかも成形品として各種分野での応用が可能であ
り、極めて工業的効果が大きい。具体例としては、 (1)小型マグネットとして、軸受け、小型モーターの
磁石等がある。
(2)大型マグネットとして、リニアモーターカー用マ
グネット、加速器用マグネット、シリコン引き上げ用マ
グネット、核磁気共鳴用マグネット等がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ブロック状のマグネットの一例を示す。第2
図は、円盤状のマグネットを重ねたマグネットの一例を
示す。第3図は、リング状のマグネットを重ねたマグネ
ットを示すもので、比較的均一な磁場が得られる。第4
図は、より大型のマグネットを得るために六角柱状のマ
グネットを隙間を少なくして三次元的に組み合わせた例
を示す。第5図は、マグネットに用いた超電導バルク材
の結晶の構造を示す写真。第6図は、実施例に用いたリ
ングの形状を示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】RE(Yを含む希土類元素)、Ba、Cuを含む
    酸化物超電導体からなり、20μm以下のRE2BaCuO5
    が、方位の揃ったREBa2Cu3O7-y相の結晶中に微細に分散
    した組織を有する超電導体あるいは、それらの集合体か
    らなるバルク超電導体であることを特徴とする酸化物超
    電導永久磁石。
  2. 【請求項2】REBa2Cu3O7-yの結晶が50mm3以上の領域に
    わたって方位の揃った大傾角粒界の無い超電導体である
    ことを特徴とする、請求項1記載の酸化物超電導永久磁
    石。
  3. 【請求項3】超電導体が、ブロック状、リング状あるい
    は板状であることを特徴とする、請求項1記載の酸化物
    超電導永久磁石。
  4. 【請求項4】RE(Yを含む希土類元素)、Ba、Cuを含む
    酸化物超電導体からなり、20μm以下のRE2BaCuO5
    が、方位の揃ったREBa2Cu3O7-y相の結晶中に微細に分散
    した組織を有する超電導体あるいは、それらの集合体か
    らなるバルク超電導体であり、該超電導体を外部磁場中
    で窒素沸点以下に冷却し、その後外部磁場を取り去るこ
    とで励磁することを特徴とする酸化物超電導永久磁石の
    製造方法。
  5. 【請求項5】REBa2Cu3O7-yの結晶が50mm3以上の領域に
    わたって方位の揃った大傾角粒界の無い超電導体である
    ことを特徴とする、請求項4記載の酸化物超電導永久磁
    石の製造方法。
  6. 【請求項6】超電導体が、ブロック状、リング状あるい
    は板状であることを特徴とする、請求項4記載の酸化物
    超電導永久磁石の製造方法。
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