JPS63307619A - セラミックス系超電導材料の加工方法 - 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、超電導材料の加工方法に関し、詳細には希土
類元素の酸化物を含有するセラミックス系超電導材料を
線材、テープ、コイルなど（特に線材）に加工する方法
に関するものである。

〔従来の技術・発明が解決しようとする問題点〕超電導
現象は成る温度以下で電気抵抗が全（無くなる現象をい
うが、この超電導現象はそれが起こる温度（＠昇温度）
が材料によってそれぞれ異なる。臨界温度が高い材料は
ど冷却が容易であるため、できるだけ臨界温度の高い材
料の開発が特に最近隆盛を極めている。また、高い臨界
温度だけでなく超電導状態で流せる上限の電流（臨界電
流）もセラミックス材料の実用化の重要なポイントとな
る。これは実用化にはたとえば線材にしなければならな
いが、セラミックス材料は単位断面積当りに流せる電流
が小さいため、どれだけ高い臨界電流が得られるかが実
用化への大きな鍵を握っているからである。

ところで超電導現象を起こす材料としては、合金系、セ
ラミックス系が周知であり、最近はセラミックス系材料
の開発が特に進められている。臨界温度の高いセラミッ
クス系超電導材料の開発は日進月歩であるが、実用化に
際しては超電導材料を線材、テープ、コイルなどに加工
する必要があり、たとえば超電導状態の永久に流れる電
流を利用して強力な電磁石を作る場合、コイルに加工し
なければならない、しかしながら、材料の粉末を焼き固
めたセラミックスは硬（て脆く、合金のように曲げたり
、コイルに巻いたりするなどの加工が大変能しい、その
ため、その欠点を克服し、より実用化に近づけるために
、セラミックス材料の開発と共にその加工方法の開発も
押し進められている。

しかしてこれまでの加工法としてたとえば線材化する例
を挙げると、超電導特性を有するセラミックス材料を銅
からなる金属パイプ内に充填し、当該銅パイプを比較的
低温（２５℃程度）で線引きする方法（いわゆる冷間加
工）がある、実用化の上で１つの重要な点は、いかにし
て超電導特性を劣化させないで線材にするかということ
であるが、この観点からすると銅パイプはセラミックス
材料を充填するパイプとしては妥当であるとはいい難い
、セラミックス材料は、その製造プロセスにおいて酸素
が必要である如く酸化物（たとえば希土類元素のイツト
リウム系材料であるバリウム・イツトリウム・鋼・酸素
の酸化物）からなるものであるから、線材に加工した後
も酸化状態を保持していなければ、超電導特性が劣化し
、場合によっては超電導現象が生じなくなることもある
。ところが銅は酸素と化合し易くセラミックス材料の酸
化物から酸素を奪う傾向があり、超電導特性の劣化に繋
がる恐れもあるわけである。

従って本発明の目的は、以上の点を鑑みて、セラミック
ス系超電導材料を線材、テープ、コイルなど（特に線材
）に実用化するに当り、できる限りセラミックス材料が
本来もつ超電導特性を劣化させないでその加工を容易に
行う方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的は、少なくとも１３００℃以上の融点を有する
金属からなるパイプ内に、希土類元素の酸化物を含有す
るセラミックス系超電導材料の粉末またはペレットを充
填し、当該金属パイプ内の充填物が軟化・流動状態にな
る温度（溶融温度）下で当該金属パイプを線引きするこ
とを特徴とする超電導材料の加工方法により達成される
。

本発明の加工方法の特徴の１つは、線引用のパイプとし
て少なくとも１３００℃以上の融点を存する金属からな
るパイプを用いることであり、そのような金属としては
、前記温度以上の融点を有し、かつ前述した銅の如くセ
ラミックス材料の酸化物を加工する際にその超電導特性
を劣化させないものであれば特に制限はない。

また本発明の別の特徴としては、線引時に金属パイプ内
の超電導材料が溶融状態等の軟化・流動状態になる温度
下で金属パイプを線引きすることである。

しかして高融点の金属を選定した理由は、高融点の金属
パイプ内に超電導材料を詰め、金属パイプ内の超電導材
料が溶融状態になる温度下で当該金属パイプを線引きす
る際に、超電導材料の軟化・流動状態になる温度が通常
１１５０〜１５００℃であるのに対して、上記温度以上
の融点を有する金属であれば、線引時に金属パイプが溶
融するようなことが起こらないからである。

具体的ムそのような高融点を有する金属としては、ニッ
ケル、チタン、鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル基
耐熱合金（インコネルなど）、鉄基耐熱合金（デスカロ
イなど）、鉄−ニッケル基耐熱合金（インコロイなど）
、コバルト基耐熱合金（３８１６など）、及び２０００
℃以上の融点の耐火合金にオプ、タンタルなど）から選
ばれる少なくとも一種よりなるものである。これら金属
の融点はニッケルが約１４５０℃、チタンが約１６７０
℃、鉄が約１５００℃、炭素鋼が約１５００℃、ステン
レス鋼が１４００〜１５００℃、各種耐熱合金が１４０
０〜１５００℃、耐火合金が２０００℃以上であり、明
らかにパイプを構成する金属の融点の方が超電導材料の
溶融温度よりも高い。

超電導材料は、当該金属の融点より低い温度条件下で軟
化・流動状態になるセラミックス系超電導材料であれば
特に制限はなく、特に希土類元素の酸化物を含有するセ
ラミックス系であることが好ましい、かかる材料として
は、既存の材料を供すればよいが、たとえば材料の成分
としてバリウム・イツトリウム・銅・酸素、バリウム・
ランタン・銅・酸素、ストロンチウム・ランタン・銅・
酸素、バリウム・スカンジウム・銅・酸素、またはカル
シウム・ランタン・銅・酸素を組成とするセラミックス
などがあり、好ましくはセラミックス材料で主流になり
つつあるイツトリウム系であるバリウム・イットリウム
・銅・酸素の組成からなる材料である。さらにこのイツ
トリウム系超電導材料を使用する場合にその好ましい配
合比はＢａ：Ｙ：Ｃｕ：０＝２　：　１　：　３　：　
６〜１である。

またこれら組成原料からセラミックスに製造する方法は
、従来既知の方法によればよ（、特に制限はない、たと
えばセラミックスを製造するプロセスとして、原料−焼
結原料一成形一焼結という段階で行われる固体プロセス
などによって製造すればよい、得られた超電導特性を有
するセラミックス材料の粉末またはペレットを前記金属
パイプ内に充填する。

さらに超電導セラミックス材料を充填した金属パイプの
線引方法は特別な限定はなく、普通の線引装置を使用し
て通常行われているように行えばよい。

しかして具体的な線引は、セラミックス材料の粉末また
はペレット（ペレットの方が好ましい）を、前例の金属
のうち任意の金属からなる直径４〜２０鶴程度、内径２
〜１５鶴程度、肉厚０．５〜２ｆｉ程度の中空パイプ内
に手作業または機械で自動的に充填し、しかる後、パイ
プ内に充填したセラミックス材料が軟化・流動状態にな
る温度（１３００℃程度）に、たとえば誘導加熱装置、
抵抗体加熱装置などによって加熱し、その材料の溶融温
度下でセラミックス材料を充填した金属パイプを通常の
線引装置を用いて線引きすることによって行われる。

かくして、たとえば直径０．５〜４日程度、金属パイプ
内のセラミックス材料の直径０．３〜３．５　ｍ程度の
線材を製造することができる。

〔実施例・実験例〕

以下、本発明のセラミックス系超電導材料の加工方法を
実施例及び実験例に基づいてより具体的に説明する。

実施例１〜５・比較例１〜２・実験例１超電導セラミツ
クス材料として、その組成がバリウム・イツトリウム・
銅・酸素で、配合比をＢａ：Ｙ：Ｃｕ：Ｏ−２：　１　
：　３　：　６〜７に調製した材料、およびバリウム・
ランタン・銅・酸素で、配合比をＨａ；Ｌａ：Ｃｕ：　
Ｏ−０，１５！０．８５！　１　：　４に調製した材料
を用い、それぞれ第１表に示した金属よりなり、かつ表
に示した大きさく直径、内径、肉厚）の中空パイプ内に
上記材料を充填し、充填物の溶融温度下で金属パイプを
線引きし、線材に加工した。

得られた線材の直径及び中空内の充填材料の直径は表に
示す如（である。

各実施例及び比較例の線材において、線引後の臨界温度
、並びに線引後の臨界電流密度を以下の方法によって測
定し、その結果を第１表に示した。

なお、比較例に用いた線材は通常行われている銅の中空
パイプ内にセラミックス材料を充填し、低温（２５℃程
度）で線引き（冷間加工）したものであり、パイプの線
引前の大きさ及び線引後の線材の大きさは表に示した如
くである。

（臨界温度、臨界電流密度の測定方法）１）臨界温度 サンプル（長さ２〜３ｃｍ＞を電流密度０．１Ａ／−と
して液体ヘリウムで冷却しなから４端子法により電気抵
抗変化と温度変化をｘ−ｙレコーダーにより測定し、電
気抵抗値がゼロになる温度を求めた。

２）臨界電流密度 サンプル（長さ２〜３ｃｍ）をパワーリードと共に液体
ヘリウム中に浸漬し、徐々に電流値を上げなから４端子
法によりＴＲドロップと電流変化をＸ−Ｙレコーダーに
より測定し、ＴＲドロップが出現する電流値を求めた。

（以下余白） 〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明のセラミックス系超電導材料
の加工方法によれば、少なくとも１３００℃以上の融点
を有する金属からなるパイプ内に、セラミックス系超電
導材料を充填し、このセラミックス材料の溶融温度下で
金属パイプを線引きすることにより、セラミックス材料
のもつ超電導特性を劣化させることなくセラミックス材
料を線材、テープ、コイルなどく特に線材）に容易に加
工でき、セラミックス材料の実用化に対する画期的なも
のである。

手続補正書印釦 昭和６２年７月１３日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１３００℃以上の融点を有する金属か
   らなるパイプ内に、希土類元素の酸化物を含有するセラ
   ミックス系超電導材料の粉末またはペレットを充填し、
   当該金属パイプ内の充填物が軟化・流動状態になる温度
   下で当該金属パイプを線引きすることを特徴とするセラ
   ミックス系超電導材料の加工方法。
2. （２）前記金属パイプがニッケル、チタン、鉄、炭素鋼
   、ステンレス鋼、ニッケル基耐熱合金、鉄基耐熱合金、
   鉄−ニッケル基耐熱合金、コバルト基耐熱合金、及び２
   ０００℃以上の融点の耐火合金から選ばれる少なくとも
   一種よりなるものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載のセラミックス系超電導材料の加工方
   法。
3. （３）前記超電導材料の成分がバリウム・イットリウム
   ・銅・酸素、バリウム・ランタン・銅・酸素、ストロン
   チウム・ランタン・銅・酸素、バリウム・スカンジウム
   ・銅・酸素、またはカルシウム・ランタン・銅・酸素で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
   セラミックス系超電導材料の加工方法。
4. （４）前記充填物の軟化・流動状態になる温度が１１５
   ０〜１５００℃であることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載のセラミックス系超電導材料の加工方法
   。