JPS63289723A - 超電導線の製造方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、酸化物系超電導導体を金属の安定化層で被覆
してなり超電導マグネットなどの超電導機器に利用され
る超電導線の製造方法に関する。

「従来の技術」 近来、常電導状態から超電導状態へ遷移する臨界温度（
Ｔ　ｃ）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化物系の
超電導材料が種々発見されつつある。

そして、従来、この種の超電導材料からなる超電導体の
中でもＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系、Ｌ　ａ−３ｒ−Ｃｕ
−０系等のいわゆるＡ　−Ｂ　−Ｃｕ−０系（ただし、
ＡはＬａ。

Ｙ、Ｙｂ、Ｓｃ等の周期律表ｌ１ｌａ族金属元素を示し
、ＢはＳｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属元素を示す）の
超電導材料を製造するには、上記ＩＴＩａ族金属元素の
化合物粉末と上記アルカリ土類金属元素の化合物粉末と
酸化銅粉末を混合して得た混合粉末を、所定形状に成形
し、更に熱処理して超電導材にトを得るようにしている
。

また、上記Ａ　−Ｂ　−Ｃｕ−０系の超電導体などの酸
化物系超電導体を超電導マグネットなどの超電導機器に
適用させるために、酸化物系超電導材料を線材化する試
みもなされている。

「発明が解決しようとする問題点」 このような酸化物系超電導材料を用いた超電導線の製造
方法としては、例えば、銅などの金属シース内に酸化物
系超電導体の原料粉末を充填し、この後仲線加工を施し
、更に熱処理を施して原料粉末の各成分元素間に反応を
起こさせて、超電導性を有する超電導導体を生成する方
法が試みられている。

ところで、酸化物系超電導体においては、熱処理時に原
料粉末と酸素との反応がその超電導特性に重要な影響を
与え、熱処理時に酸素が不足した状態で生成された超電
導体は、その超電導特性が劣化する傾向にある。一方、
超電導線の安定化層に使用される金属材料、例えば銅や
銅合金（銅−ニッケル合金、銅−スズ合金など）やステ
ンレス鋼やＮ　ｂ　、　Ｍ　ｏ　、　Ｔ　ａなどの高融
点金属などの材料は、酸化性を有しており、特に高温状
態では酸化性が強くなる。よって、前述の超電導線を製
造する際の熱処理時には、これらの金属材料からなる安
定化層が酸化物系超電導材料の原料粉末から酸素を奪い
、熱処理によって生成される超電導導体に酸素不足を生
じ、超電導線の臨界温度や臨界電流などの超電導特性が
悪化する問題があった。

また、この不良部分は、超電導導体の外周面すなわち安
定化層との接触部分に特に生じ易いために超電導導体と
安定化層の電気的な接続ができなくなる問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、超電導特
性の優れた超電導線の製造方法の提供を目的としている
。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、酸化物系超電導導体を金属の安定化層で被
覆してなる超電導線の製造方法であって、安定化層とな
る金属シースに、酸化物系超電導材料の原料粉末あるい
はこの原料粉末を圧粉成形した成形体を充填するに当り
、上記金属シースの内面と上記成形体の表面の少なくと
も一方に貴金属からなる非酸化層を形成し、更にこれに
伸線加工を施して線材とし、次いでこの線材に熱処理を
施すことを問題解決の手段とした。

「作用　」 安定化層となる金属シースの内面と成形体の表面の少な
くとも一方に、貴金属からなる非酸化層を形成した後に
熱処理を施すので、線材の熱処理時に、安定化層の酸化
によって起こる酸化物系超電導材料の酸素不足を防止で
きる。

以下、図面を参照して本発明方法を詳細に説明する。

本発明方法において使用される酸化物系の超電導材料と
しては、Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系などのＡ−Ｂ−Ｃｕ
−０系　（ただし、ＡはＬ　ａ、Ｙ　、Ｙ　ｂ、Ｓ　ｃ
等のｌｌ１ａ族金属元素を示し、ＢはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ
等のアルカリ土類金属元素を示す）などの酸化物系超電
導材料が使用される。上記Ａ　−Ｂ　−Ｃｕ−０系超電
導材料の代表的なものを例示すれば、 Ｙ　Ｂ　ａ２ｃ　１」３０１＋−Ｘ　　　（ｘ＝　０〜
７）（Ｌａ＋−ｘ　　Ｓｒ　　ｘ　　）ｔｃｕ０４　（
ｘ＝０．０２５〜０．５）などである。また、本発明方
法において使用される安定化層材料としては、銅、Ｎｂ
、Ｍｏ、Ｔａなどの単体金属や、銅合金（銅−ニッケル
合金、銅−スズ合金など）、ステンレス鋼（Ｊ　Ｉ　Ｓ
規格記号５ＵＳ３０４．５ＵＳ３１６）などの合金や、
銅−ステンレスクラッドなどの複合材料などの金属材料
が使用されるが、銅、銅合金、ステンレス鋼、銅−ステ
ンレスクラッドが特に好適に使用される。また、本発明
方法において使用される貴金属としては、Ａｇ、ＡｕＳ
　Ｐｔ、Ｉ　ｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｈ、　Ｒｕなどの単体
金属や、銀合金、金合金などの合金などである。

第１図は本発明方法の一例を示す図である。

この例の製造方法では、まず、酸化物系超電導材料の原
料となる粉末を各成分元素が所定の配合比率となるよう
に混合した後、この粉末に仮焼成を施して仮焼した原料
粉末とする。酸化物系超電導材料の原料となる粉末は、
例えば、　Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系の超電導材料を作
成する場合、Ｙ、０３゜ＢａＣＯ３，ＣｕＯなど各元素
の酸化物や炭酸化物が好適に使用される。仮焼成の条件
は使用する超電導材料の種類によって適宜設定されるが
、例えばＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系超電導材料を使用す
る場合、７００℃程度の温度で３〜ＩＯ時間程度加熱し
、更に８５０〜９５０℃程度の温度で２４〜１００時間
程度加熱するのが好ましい。この仮焼成は、酸素気流中
など雰囲気ガス中に酸素を含む条件で行なうことか望ま
しい。なお、酸化物系超電導材料の原料粉末として各成
分元素の酸化物のみを用い、仮焼成時に脱炭酸化等の原
料粉末の組成を変化させる必要がない場合には、仮焼成
、特に−回目の加熱操作を省いても良い。

次に、この仮焼した原料粉末を所定形状（第１図におい
ては円柱状）に圧粉成形して成形体ｌとする。この圧粉
成形には、ラバープレスなどの圧縮手段が好適に使用さ
れろう次に、この成形体１表面に、銀などの貴金属から
なる貴金属テープを隙間なく巻回し、成形体１表面に非
酸化層２を形成する。この非酸化層２の厚さは、成形体
ｌと金属シース３との接触が完全に絶たれる程度あれば
良い。

次に、この成形体１を安定化層となる銅などの金属で作
られた金属シース３内に挿入する。（第１図） 次に、金鵬シース３内に成形体１を挿入した状態のもの
に伸線加工を施し、所定の径の線材とする。次に、この
線材に熱処理を施して、成形体の各原料元素間に反応を
起こさせて、超電導性をＣｒする超電導導体を生成する
。この熱処理は使用する酸化物系超電導材料の種類によ
って適宜設定されるが、例えばＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０
系超電導十オ料を使用する場合には８００〜１３００℃
、１〜３０時間程度が好適である。以上の操作によって
、第２図に示すように、酸化物系超電導材料からなる超
電導導体４とこれを被覆する安定化層５との間に、貴金
属からなる非酸化層２が介在されて構成された超電導線
６が作成される。

この超電導線６は、超電導導体４を構成する酸化物系超
電導材料の臨界温度以下に冷却することによって、超電
導導体４に損失なく電流を流すことができる。また、超
電導導体４を被覆する安定化層５および非酸化層２は、
超電導線６の安定化材として作用する。

この例の製造方法では、成形体ｌの表面に貴金属テープ
を巻回して非酸化層を形成した後に熱処理を施すので、
線けの熱処理時に、成形体１から酸素が奪取されるのを
防止することができる。したかって生成される超電導導
体４に、酸素不足のために超電導特性の劣化した不良部
分を生じることがなく、均一かつ高品質の超電導線６を
得ることができる。

なお、この例では成形体１表面に貴金属テープを巻回し
て非酸化層２を形成したが、成形体１表面に非酸化層２
を形成する手段はこれに限定されることなく、例えば蒸
着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの薄膜形成法によって
非酸化層２を形成しても良い。

第３図は本発明方法の他の例を示す図である。

この例では、まず、先の例と同様の方法で成形体ｌを作
成する。すなわち、酸化物系超電導材料の原料となる粉
末に仮焼成を施して仮焼した原料粉末とし、次いでこの
仮焼粉末に圧粉成形を施して成形体ｌを作成する。

一方、超電導線の安定化層となる金属シース３には、そ
の内面に貴金属からなる非酸化層２を形成しておく。金
属シース３内面に非酸化層２を形成する方法としては、
メッキ、クラッド法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法な
どが用いられる。この非酸化層２の厚さは、先の例と同
様に成形体ｌと金属シースとの接触が完全に絶たれる程
度あれば良い。

次に、内面に非酸化層２が形成された金属シース３内に
上記成形体１を挿入する。（第３図）次に、金属シース
３内に成形体ｌを挿入した状態のものに伸線加工を施し
て所定の径の線材とする。次に、この線材に熱処理を施
して、成形体ｌの各原料元素間に反応を起こさせて、超
電導性を有する超電導導体４を生成する。この熱処理条
件は、使用する酸化物系超電導材料の種類によって適宜
設定される。以上の操作によって、第２図に示すものと
同様な構成の超電導線６が作成される。

この例の製造方法は、酸素不足のために超電導特性の劣
化した不良部分を生じることがなく、均一かつ高品質の
超電導線６を得ることができるなど、先の例と同様の効
果が得４れる。

なお、この例の製造方法では、内面に非酸化層２が形成
された金属シース３内に、仮焼粉末を圧粉成形した成形
体ｌを挿入したが、内面に非酸化層２が形成された金属
シース３内に、酸化物系超電導材料の原料粉末と仮焼粉
末との少なくとも一方を充填し、この後伸線加工を施し
て線材を作成する方法を用いても良い。

また、先の例によって得られた超電導素線を多数本束ね
て、マルチ線を作成することも当然可能である。

「実施例」 本発明方法によりＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系超電導材料
を用いた超電導線を作成した。まず、超電導材料の原料
となるＹ　２０３．　Ｂ　ａ　ＣＯ３、Ｃｕ　Ｏの各原
料粉末を、Ｙ　Ｂ　ａ２ｃ　ｕ３０７の組成となるよう
に混合した。次にこの混合粉末を７００℃で３時間加熱
し、更に９００℃で１２時間の加熱を行なって仮焼粉末
とした。次に、この仮焼粉末を粉砕し均一化した後、ラ
バープレスにより圧粉成形を施して、直径１０ｍｍの円
柱状の成形体とした。次に、この成形体を９００℃で１
２時間、酸素気流中で加熱した後、蒸着源にＡｇを用い
て３時間連続類着を行ない、成形体表面に２μｍのＡｇ
薄膜を生成さけた。

次に、これを外径１２ｍｍ、肉厚０．７５ｍ＋ｎのステ
ンレス管（ＪＩＳ規格記号５ＵＳ３０４製）に挿入し、
更にその外側に外径２０ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの鋼管を
配し、全体に伸線加工を施して、最終外径２ｍｍの線材
とした。次に、この線材を９００℃で３時間熱処理して
超電導線とした。

以上の操作によって得られた超電導線の臨界温度および
臨界電流を測定した結果、臨界温度は、零抵抗で９１Ｋ
を示した。また臨界電流（Ｊｃ）は、４端子法で測定し
たところ液体窒素温度でＪｃ−５００Ａ／ｃｍ″を示し
た。

なお、この実施例と同じ組成のＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−○
系超電導材料を用い、成形体表面にＡｇの薄膜を形成せ
ずに超電導線を作成し、この超電導線の臨界温度および
臨界電流を測定した結果、臨界温度は８９にであり、ま
た臨界電流は　６０　　Ａ／ｃｍ”であった。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明による超電導線の製造方
法では、安定化層となる金属シースの内面と成形体の表
面の少なくとも一方に、貴金属等の非酸化性材料からな
る非酸化層を形成した後に熱処理を施すので、熱処理時
に、金属シース内の成形体や粉末から酸素が奪取される
のを防止できろ。したがって、生成される超電導導体に
、酸素不足によって超電導特性の劣化した不良部分を生
じることがなく、均一かつ高品質の超電導線を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による超電導線の製造方法の一例を説
明する図であって、金属シース内に成形体を挿入すると
きの状態を示す斜視図、第２図は第１図に示す製造方法
の一例により製造される超電導線の例を示す図であって
、超電導線の横断面図、第３図はこの発明による超電導
線の製造方法の他の例を説明する図であって、金属ンー
ス内に成形体を挿入するときの状態を示す斜視図である
。 １・・・成形体、２・・・非酸化層、３・・・金属シー
ス、４・・・超電導導体、５・・・安定化層、６・・・
超電導線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化物系超電導導体を金属の安定化層で被覆して
   なる超電導線の製造方法であって、安定化層となる金属
   シースに、酸化物系超電導材料の原料粉末あるいはこの
   原料粉末を圧粉成形した成形体を充填するに当り、上記
   金属シースの内面と上記成形体の表面の少なくとも一方
   に貴金属等の非酸化性材料からなる非酸化層を形成し、
   更にこれに伸線加工を施して線材とし、次いでこの線材
   に熱処理を施すことを特徴とする超電導線の製造方法。
2. （２）上記成形体の表面に貴金属製のテープを巻回して
   非酸化層を形成することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の超電導線の製造方法。
3. （３）上記金属シースの内面に貴金属のメッキを設けて
   非酸化層を形成することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の超電導線の製造方法。