JPH10269867A

JPH10269867A - 交流用酸化物超電導線およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10269867A
Application number: JP9071103A
Authority: JP
Inventors: Yuji Aoki; 裕治青木; Tsutomu Koizumi; 勉小泉; Takayo Hasegawa; 隆代長谷川
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】銀シース法による酸化物超電導線のヒステリ
シス損を低減する。【解決手段】銀マトリックス中に複数本の酸化物超電
導フィラメントを配置し、このマトリックスの外側にＡ
ｇ−Ｍｇ系の高強度銀基合金を配置するととものに、マ
トリックスをＡｇ−Ｍｇ−Ｐｄ系の高抵抗率銀基合金に
より複数の領域に分割することにより、酸化物超電導線
の交流電流を通電した時のヒステリシス損を低減し、か
つ機械的強度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は交流用電力機器に用
いる酸化物超電導線およびその製造方法に係り、特に交
流電力を低損失で輸送することが可能な、銀シース法に
よる交流用酸化物超電導線およびその製造方法の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｂｉ系の酸化物超電導体は、８０〜１１
０Ｋの臨界温度（Ｔｃ）を有し、Ｔｃが液体窒素温度
（７７．３Ｋ）を越えることから、エレクトロニクス、
電力輸送、強磁界発生等の分野での実用化が期待されて
おり、現在ではその臨界電流密度（Ｊｃ）も実用レベル
に達しつつある。

【０００３】酸化物超電導体の本格的な実用化のために
は、線材化技術を確立することが不可欠であり、長尺で
Ｊｃの高い線材を製造し得る有力な方法の一つとして銀
シース法が知られている。

【０００４】シース材として銀を使用するのは、加工性
に優れる上、熱処理中に内部の酸化物と反応せず、また
銀が実質的に酸素透過機能を有することによる。

【０００５】この方法は、酸化物超電導体の構成元素を
所定のモル比で配合した混合粉末や仮焼粉末を銀パイプ
中に充填し、これを伸線加工等により線状に加工した
後、この複数本を銀または銀基合金パイプ中に収容して
更に伸線加工や圧延加工等の塑性加工を施して所定形状
に成形し、次いで熱処理を施すことにより酸化物超電導
体の複合多心線を製造するものである。

【０００６】上記の方法において、熱処理は複数回施さ
れ、この熱処理の間に圧延加工を施して酸化物超電導体
の結晶粒のａ−ｂ面を線材の軸方向に強く配向（結晶の
ｃ軸が板面に垂直に配向）させることにより、Ｊｃの向
上を図ることが行われている。また、電磁力によるス
トレスによってＪｃが不可逆的に低下することを防止す
るため、最外層に配置するパイプに、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ
−Ｍｇ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｍｇ−Ｚｒ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ、
Ａｇ−Ｃｕ−Ｈｆ等の銀基合金を用いて機械的強度を向
上させることが検討されている。

【０００７】この方法により、現在液体窒素温度で１０
⁴Ａ／ｃｍ²オーダーの高いＪｃを有するテープ状線材
が得られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた銀シース法
により製造された酸化物超電導線においては、最外層に
上記の銀基合金パイプを使用する場合も含め、酸化物超
電導フィラメント間に銀が配置されるため、マトリック
スが銀で構成されることになる。

【０００９】このような線材に交流電流を通電すると、
内部の酸化物超電導フィラメントに交流電流による外部
変動磁場が印加されるが、銀自体の抵抗率は室温でも
１．４７μΩｃｍ程度と非常に小さな値を示すため、各
酸化物超電導フィラメントは電磁気学的には多心線であ
るにも拘らず、あたかも単心線にように振る舞う。

【００１０】即ち、全ての酸化物超電導フィラメントが
電磁気的に結合することによって、交流電流による外部
変動磁場の磁束線は、線材内部において結合した全ての
酸化物超電導フィラメントの遮蔽電流の和により、線材
の表面で最大となり線材の中心部で最低を示すような分
布となる。

【００１１】このような磁束分布においては、線材に大
きなヒステリシス損が発生するという難点があった。

【００１２】本発明は、以上の銀シース法による酸化物
超電導線の難点を解決するためになされたもので、交流
電流を通電した時のヒステリシス損を低減し、かつ機械
的強度に優れた交流用酸化物超電導線およびその製造方
法を提供することをその目的とする。

【００１３】

【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、本願請求項１の交流用酸化物超電導線は、銀また
は銀基合金マトリックス中に複数本の酸化物超電導フィ
ラメントを配置し、このマトリックスをＡｇ−Ｍｇ−Ｘ
系の高抵抗率銀基合金により複数の領域に分割したもの
である。

【００１４】また、本願請求項２の交流用酸化物超電導
線は、銀または銀基合金マトリックスの外側にＡｇ−Ｙ
系の高強度銀基合金を配置するとともに、このマトリッ
クスをＡｇ−Ｍｇ−Ｘ系の高抵抗率銀基合金により複数
の領域に分割したものである。以上の発明において、
高抵抗率を有する銀基合金により分割されている複数の
領域の内部には、銀または銀基合金マトリックス中に少
なくとも１本以上の酸化物超電導フィラメントを配置す
ることが好ましい。銀または銀基合金マトリックス中に
所定本数の酸化物超電導フィラメントを配置することに
より、容易に多心構造の交流用酸化物超電導線を構成す
ることができる。

【００１５】上記構成の交流用酸化物超電導線は、本願
請求項６および請求項７の交流用酸化物超電導線の製造
方法により容易に製造することができる。

【００１６】即ち、本願請求項６の発明は、（イ）銀ま
たは銀基合金パイプ中に、熱処理により酸化物超電導体
を構成する原料粉末を充填し、断面六角形状に成形して
複合線（Ａ）を製造する工程と、（ロ）この複合線
（Ａ）の１本または複数本を、Ａｇ−Ｍｇ−Ｘ系合金か
らなる高抵抗率銀基合金パイプ中に収容した後、断面六
角形状に成形して複合線（Ｂ）を製造する工程と、
（ハ）この複合線（Ｂ）の複数本を、高抵抗率銀基合金
からなるパイプ中に収容し、断面円形に成形して複合線
（Ｃ）を製造する工程と、（ニ）この複合線（Ｃ）に断
面減少加工および圧延加工を施してテープ状線材を製造
する工程と、（ホ）このテープ状線材に、一次熱処理、
圧延加工および二次熱処理を順次施す工程とにより交流
用酸化物超電導線を製造するものである。

【００１７】また、本願請求項７の発明は、（イ）銀ま
たは銀基合金パイプ中に、熱処理により酸化物超電導体
を構成する原料粉末を充填し、断面六角形状に成形して
複合線（Ａ）を製造する工程と、（ロ）この複合線
（Ａ）の１本または複数本を、Ａｇ−Ｍｇ−Ｘ系合金か
らなる高抵抗率銀基合金パイプ中に収容した後、断面六
角形状に成形して複合線（Ｂ）を製造する工程と、
（ハ）この複合線（Ｂ）の複数本を、Ａｇ−Ｙ系合金か
らなる高強度銀基合金パイプ中に収容した後、断面円形
に成形して複合線（Ｄ）を製造する工程と、（ニ）この
複合線（Ｄ）に断面減少加工および圧延加工を施してテ
ープ状線材を製造する工程と、（ホ）このテープ状線材
に、一次熱処理、圧延加工および二次熱処理を順次施す
工程とにより交流用酸化物超電導線を製造するものであ
る。

【００１８】以上の発明におけるＡｇ−Ｍｇ−Ｘ系の高
抵抗率銀基合金は、ＸがＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｂ
から選択されたいずれか１種または２種以上の添加元素
からなり、その添加量が（Ｍｇ＋Ｘ）≦２０ａｔ％、
０．３ａｔ％≦Ｘで、かつ０．０１ａｔ％≦Ｍｇ≦１０
ａｔ％であることが好ましい。ここで０．３ａｔ％≦Ｘ
としたのは、液体窒素温度における抵抗率を所定以上の
値とするためには、最低でもこの範囲の添加量を必要と
するためである。また、線材を強化するために必要なＭ
ｇの最適範囲は、その加工性を考慮して０．０２〜２ａ
ｔ％である。

【００１９】さらに、本願請求項２および請求項７の発
明におけるＡｇ−Ｙ系の高強度銀基合金は、ＹがＭｇ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎから選択されたいずれか１種または２
種以上の添加元素からなり、その添加量Ｙが０．０１〜
１０ａｔ％であることが好ましく、特にその加工性を考
慮して０．０２〜２ａｔ％の範囲が好適である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２１】まず、図１に示すように、共沈法により作
成した粉末を仮焼成して得られた原料粉末（酸化物超電
導前駆体粉末）を銀パイプ中に充填する。この原料粉末
は、例えば、Ｂｉ系（２２２３）相（Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃ
ａ：Ｃｕ＝２：２：２：３のモル比を示す。以下同
じ。）の場合、ほぼ（Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ
＝２：２：２：３のモル組成比を有し、所定の粒度に調
整されたものである。

【００２２】次いで、伸線加工を施して断面六角形状の
複合線（Ａ）を製造する。

【００２３】この複合線（Ａ）の複数本を、Ａｇ−Ｍｇ
−Ｘ系合金からなる高抵抗率銀基合金パイプ中に収容し
た後、同様に伸線加工を施して断面六角形状の複合線
（Ｂ）を製造する。

【００２４】この複合線（Ｂ）の複数本を、Ａｇ−Ｍｇ
−Ｘ系合金からなる高抵抗率銀基合金パイプ中に収容し
た後、伸線加工を施して断面円形の複合線（Ｃ）を製造
するか、あるいは高抵抗率銀基合金パイプの代わりにＡ
ｇ−Ｙ系合金からなる高強度銀基合金パイプを用いて同
様の方法により複合線（Ｄ）を製造する。

【００２５】次に、この複合線（Ｃ）または複合線
（Ｄ）に伸線加工および圧延加工を施してテープ状線材
を製造した後、このテープ状線材に、一次熱処理、中間
圧延加工および二次熱処理を順次施す工程とにより交流
用酸化物超電導線を製造する。

【００２６】上記の一次熱処理過程において、予め低温
領域でＡｇ合金中のＭｇを酸化して安定な状態とし、Ｍ
ｇＯを銀合金中に微細に分散するような熱処理を施すと
ともに、Ｂｉ系（２２１２）相（Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃ
ｕ＝２：２：１：２のモル比を示す。）を経てＢｉ系
（２２２３）相を生成する。一方、高抵抗率銀基合金中
の第３添加元素はＡｇに固溶しているので、銀と比較し
て抵抗率を大きくすることが可能となる。

【００２７】ＭｇＯの酸化処理は昇温過程で行い、大気
中で５００〜７００℃で１〜１０時間程度保持した後、
酸化物超電導前駆体粉末の部分溶融温度以上で酸化物の
分解温度以下の温度領域で焼成処理を行う。

【００２８】また、二次熱処理により酸化物超電導結晶
の粒界の性質を改善する。

【００２９】一次および二次熱処理の条件は、８１０〜
８６０℃で合計熱処理時間は９０〜１６０時間で施すこ
とが好ましい。

【００３０】

【実施例】以下本発明の一実施例について説明する。

【００３１】銀パイプ中にＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃ
ｕ＝１．８５：０．２５：１．９０：２．０５：３．０
５のモル組成比で仮焼成された平均粒径３μｍ以下の酸
化物超電導前駆体粉末を充填し、これに伸線加工を施し
て断面六角形状の複合線（Ａ）を製造した。

【００３２】この複合線（Ａ）の７本を、その側面を当
接してＡｇ−０．０５ａｔ％Ｍｇ−０．６ａｔ％Ｐｄ合
金からなる高抵抗率銀基合金パイプ中に収容した後、伸
線加工を施して断面六角形状の複合線（Ｂ）を製造し
た。

【００３３】この複合線（Ｂ）の７本を、上記と同様の
方法により、Ａｇ−０．４４ａｔ％Ｍｇ合金からなる高
強度銀基合金パイプ中に収容した後、伸線加工を施して
断面六角形状の複合線（Ｄ）を製造した。

【００３４】次に、この複合線（Ｄ）に伸線加工施して
最終線径φ２．０ｍｍの丸線を製造した後、６．７ｍｍ
ピッチでツィスト加工を施し、次いで圧延加工を施して
厚さ０．２５ｍｍのテープ状線材を製造した。

【００３５】このテープ状線材に、８５０℃で一次熱処
理を施した後、中間圧延加工を施して幅３ｍｍ，最終厚
さ０．２ｍｍのテープ状線材を製造し、さらに８５０℃
で二次熱処理を施して交流用酸化物超電導線を製造し
た。一次および二次の熱処理時間は計１５０時間であっ
た。

【００３６】以上の方法で製造した交流用酸化物超電導
線の直流電流における臨界電流密度は、液体窒素温度
（７７．３Ｋ）で１０，０００Ａ／ｃｍ^２であった。

【００３７】従来の銀シース法のマトリックス材に使用
される銀は前述のように、その抵抗率は室温で１．４７
μΩｃｍ程度であり、７７Ｋまで冷却すると、０．３４
μΩｃｍ（８５０℃×１０時間の熱処理後）まで低下す
る。ＡｇにＭｇを０．４４ａｔ％添加したＡｇ−０．４
４ａｔ％Ｍｇ合金でも室温で．１．９７μΩｃｍ、７７
Ｋにおいて０．５８μΩｃｍ（８５０℃×１０時間の熱
処理後：この熱処理条件で酸化はほぼ完了するので、こ
れ以上の熱処理時間でもその抵抗率はほとんど変化しな
い。）に過ぎない。このＡｇ−Ｍｇ合金に第３元素を添
加することにより熱処理後の抵抗率を大きくすることが
できる。Ａｇ−Ｍｇ−Ｘ系合金からなる高抵抗率銀基合
金の上記と同様の熱処理後の抵抗率をＡｇおよびＡｇ−
Ｍｇ合金と比較した結果を表１に示す。

【００３８】また、Ａｇ−Ｍｇ−Ｐｄ合金の上記と同様
の熱処理後の抵抗率および以上の方法で製造した交流用
酸化物超電導線の７７Ｋにおける１０Ａ通電時（５０Ｈ
ｚ）の交流損失をＡｇと比較した結果を表２に示す。

【００３９】

【表１】

【表２】

【００４０】

【発明の効果】上記構成により、本発明の交流用酸化物
超電導線によれば、銀または銀基合金マトリックスが高
抵抗率を有する銀基合金により複数の領域に分割されて
いるため、酸化物超電導フィラメントが電磁気的に結合
することが低減され、その結果交流電流通電時の外部変
動磁場による磁束分布が平均化されることにより交流損
失を低減することができる。即ち、外部変動磁場によっ
て生ずる遮蔽電流の減衰が、高抵抗率合金層により遮蔽
電流の結合が遮断されるために、従来構造の酸化物超電
導線よりも容易となるので、交流損失が低減される。

【００４１】また、Ｍｇの内部酸化により線材の強度が
向上するため、マグネット形成時の電磁力よるストレス
によりＪｃが不可逆的に低下することを更に防止するこ
とができる。

【００４２】以上の交流用酸化物超電導線は、本発明に
よる交流用酸化物超電導線の製造方法によって容易に製
造が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の交流用酸化物超電導線の製造方法を示
す工程図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銀または銀基合金マトリックス中に複数本
の酸化物超電導フィラメントを配置してなる酸化物超電
導線において、前記マトリックスがＡｇ−Ｍｇ−Ｘ系の
高抵抗率銀基合金（ここで、ＸはＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍ
ｎ、Ｓｂから選択されたいずれか１種または２種以上の
添加元素を示す。）により複数の領域に分割されている
ことを特徴とする交流用酸化物超電導線。
【請求項２】銀または銀基合金マトリックス中に複数本
の酸化物超電導フィラメントを配置してなる酸化物超電
導線において、前記マトリックスの外側にＡｇ−Ｙ系の
高強度銀基合金（ここで、ＹはＭｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ
から選択されたいずれか１種または２種以上の添加元素
を示す。）を配置するとともに、前記マトリックスがＡ
ｇ−Ｍｇ−Ｘ系の高抵抗率銀基合金（ここで、ＸはＡ
ｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｂから選択されたいずれか１
種または２種以上の添加元素を示す。）により複数の領
域に分割されていることを特徴とする交流用酸化物超電
導線。
【請求項３】高抵抗率銀基合金により分割されている複
数の領域の内部は、銀または銀基合金マトリックス中に
少なくとも１本以上の酸化物超電導フィラメントを配置
した構造を有することを特徴とする請求項１または２記
載の交流用酸化物超電導線。
【請求項４】高抵抗率銀基合金は、その添加量が、（Ｍｇ＋Ｘ）≦２０ａｔ％０．３ａｔ％≦Ｘ０．０１ａｔ％≦Ｍｇ≦１０ａｔ％であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記
載の交流用酸化物超電導線。
【請求項５】高強度銀基合金は、その添加量Ｙが０．０
１〜１０ａｔ％であることを特徴とする請求項２乃至４
いずれか１項記載の交流用酸化物超電導線。
【請求項６】（イ）銀または銀基合金パイプ中に、熱処
理により酸化物超電導体を構成する原料粉末を充填し、
断面六角形状に成形して複合線（Ａ）を製造する工程
と、（ロ）この複合線（Ａ）の１本または複数本を、添加量
が（Ｍｇ＋Ｘ）≦２０ａｔ％、０．３ａｔ％≦Ｘで、か
つ０．０１ａｔ％≦Ｍｇ≦１０ａｔ％のＡｇ−Ｍｇ−Ｘ
系合金からなる高抵抗率銀基合金（ここで、ＸはＡｕ、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｂから選択されたいずれか１種ま
たは２種以上の添加元素を示す。）パイプ中に収容した
後、断面六角形状に成形して複合線（Ｂ）を製造する工
程と、（ハ）この複合線（Ｂ）の複数本を、前記高抵抗率銀基
合金からなるパイプ中に収容し、断面円形に成形して複
合線（Ｃ）を製造する工程と、（ニ）この複合線（Ｃ）に断面減少加工および圧延加工
を施してテープ状線材を製造する工程と、（ホ）このテープ状線材に、一次熱処理、圧延加工およ
び二次熱処理を順次施す工程と、からなることを特徴とする交流用酸化物超電導線の製造
方法。
【請求項７】（イ）銀または銀基合金パイプ中に、熱処
理により酸化物超電導体を構成する原料粉末を充填し、
断面六角形状に成形して複合線（Ａ）を製造する工程
と、（ロ）この複合線（Ａ）の１本または複数本を、添加量
が（Ｍｇ＋Ｘ）≦２０ａｔ％、０．３ａｔ％≦Ｘで、か
つ０．０１ａｔ％≦Ｍｇ≦１０ａｔ％のＡｇ−Ｍｇ−Ｘ
系合金からなる高抵抗率銀基合金（ここで、ＸはＡｕ、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｎ、Ｓｂから選択されたいずれか１種ま
たは２種以上の添加元素を示す。）パイプ中に収容した
後、断面六角形状に成形して複合線（Ｂ）を製造する工
程と、（ハ）この複合線（Ｂ）の複数本を、添加量Ｙが０．０
１〜１０ａｔ％のＡｇ−Ｙ系合金からなる高強度銀基合
金（ここで、ＹはＭｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎから選択され
たいずれか１種以上の添加元素を示す。）パイプ中に収
容した後、断面円形に成形して複合線（Ｄ）を製造する
工程と、（ニ）この複合線（Ｄ）に断面減少加工および圧延加工
を施してテープ状線材を製造する工程と、（ホ）このテープ状線材に、一次熱処理、圧延加工およ
び二次熱処理を順次施す工程と、からなることを特徴とする交流用酸化物超電導線の製造
方法。