JPS63231807A - 超電導セラミツク材料を用いたパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明はセラミック系超電導材料を応用したパイプ（管
状の内部を中空としたもの）に関する。

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に関する。

「従来の技術」 従来、超電導材料はＮｂ−Ｇｅ　（例えばＮｂ＋Ｇｅ）
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。

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、２３０Ｋ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。

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。

「従来の問題点」 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。

「問題を解決すべき手段」 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。

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ーティングされる。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（八＋−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（イソトリューム）、Ｇａ（ガリュ
ーム）、Ｚｒ（ジルコニューム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｇ
ｅ（ゲルマニューム）、Ｙｂ（イッテルビューム）また
はその他のランタノイドより選ばれ、ＢはＢａ（バリュ
ーム）またはＢｒ（ストロンチューム）　、　Ｃａ　（
カルシューム）、Ｍｇ（マグネシューム）、Ｂｅ（べ＋
Ｊ　ＩＪニュームを形成する。

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。

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ーティングされるが、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ーティングすべ（、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。

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。

「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。

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。

そのため、本発明の如く、予め所定のバルブ、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ー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。

また本発明において、超電導セラミックスを中空支持体
にコーティングした後、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バス（通路）として用いることがで
きる。

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。

以下図面に従って本発明の実施例を示す。

「実施例１」 この実施例では（八ｌ−Ｘ　Ｂｘ）ｙｃｕＯｚにおいて
Ａとしく６） てＹをＹ２Ｏ，ｌ、ＢとしてＢａをＢａＣ０１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　＝０．１．３’　＝１．８
．　）’　＝２．０．３’　＝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３　Ｋｇ／ａｍ”の圧力で加圧しタブレットとし７０
０℃、３時間さらに１０００℃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１００μｍ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
５　Ｋｇ／ｃｍ”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。するとこの構造はベルブスカ
イト構造もみられるが、変形ＫｚＮｉＦ４型がＸ線解析
像から観察された。

次にこの本焼成したＴｃオンセットが４０°に以上好ま
しくは９０°に、Ｔｃｏが７７　’　Ｋ以上あることを
電圧−電流一温度特性より確認する。

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１００μｍ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。

この粉末を液体、例えばフロン液またはアルコール例え
ばエタノールその他の液体中に混合、または溶かした。

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。

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ーティング（３）シ
た。

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。

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ボンの混合気体
を導入して、酸化させつつ５００〜１１００℃、例えば
６００℃３時間さらに８００’Ｃ５時間の加熱焼成を行
った。

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。

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。

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。

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。

「実施例２」 この実施例はエンドレスコイルの例である。

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。

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。

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。

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と同様に酸化物気体を導入し、セラミックスを乾
燥させる。

かくして内部が中空、かつその内壁に超電導セラミック
スがコー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°にであった。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。

「実施例３」 この実施例は（Ａ＋−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。

「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。

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】

第１図は本発明の超電導セラミックパイプを示す。 第２図は本発明のパイプを用いた電気蓄積装置の一例を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属または金属化合物の中空支持体と、該支持体の
   内側を中空を残存しつつ覆って銅の酸化物の超電導セラ
   ミックスが設けられたことを特徴とする超電導セラミッ
   ク材料を用いたパイプ。 ２、特許請求の範囲第１項において、金属は銅または銅
   の化合物よりなることを特徴とする超電導セラミック材
   料を用いたパイプ。 ３、特許請求の範囲第１項において、酸化物セラミック
   スは（Ａ＿１＿−＿ｘＢ＿ｘ）＿ｙＣｕＯ＿ｚｘ＝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はＹ（イットリューム
   ）、Ｇａ（ガリューム）、Ｚｒ（ジルコニューム）、Ｎ
   ｂ（ニオブ）、Ｇｅ（ゲルマニューム）、Ｙｂ（イッテ
   ルビューム）またはその他ランタノイドより選ばれ、Ｂ
   はＢａ（バリューム）またはＢｒ（ストロンチューム）
   、Ｃａ（カルシューム）、Ｍｇ（マグネシューム）また
   はＢｅ（ベリリューム）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材料
   を用いたパイプ。