JPS63311704A - 酸化物超電導コイルの製造方法 - 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〕 この発明は、例えば核磁気共鳴イメージング装置、粒子
加速器等のマグネット用コイルなどに使用可能な酸化物
超電導コイルの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近時、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界温度（
Ｔ　ｃ）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化物系の
超電導体が種々発見されつつある。そして、このような
酸化物超電導体は、冷却に液体ヘリウムを用いる必要の
ある従来の合金系あるいは金属間化合物系超電導体に比
べて格段に有利な冷却条件で使用できることから、実用
上極めて有望な超電導材料とされている。

このような酸化物超電導体を用いて超電導コイルを製造
する方法としては、例えば基板上に渦巻状の開口を有す
るマスクを被せたのち、酸化物超電導体からなる皮膜を
スパッタ法等の薄膜形成法により形成し、次いで熱処理
して渦巻状の超電導コイルを得る方法がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような方法では、スパッタ法等の薄
膜形成法を用いるため、膜厚の非常に薄い超電導コイル
しか得られず、用途に応じた肉厚を有する超電導コイル
を製造することができない問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では、イツトリウムとバリウムと銅と酸素を含
む原料粉末に、成形、加熱工程を施して焼結体を得、次
いでこの焼結体を溶融し、渦巻状の開口を有するマスク
を施した基板上に１回以上繰り返して溶射したのち、熱
処理することをその解決手段とした。

以下、この発明の詳細な説明する。

この発明では、まず原料粉末を調製する。この原料粉末
としては、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の酸化物超電導体を構
成４−る元素を含むものなどが用いられ、具体的にはイ
ツトリウム元素粉末、バリウム元素粉末および酸化銅粉
末等からなる混合粉末あるいはこの混合粉末を仮焼成し
た粉末または前記混合粉末と仮焼粉末との混合粉末など
が用いられる。ここでのイツトリウム元素粉末およびバ
リウム元素粉末としては、上記各元素の炭酸塩粉末、酸
化物粉末、塩化物粉末、硫化物粉末、フッ化物粉末など
の化合物粉末あるいは合金粉末などが用いられる。また
、酸化物粉末としては、Ｃｕｂ。

Ｃｕｔｏ　、　Ｃｕｔｏ　３．　ＣＬ１４０３などの酸
化銅の粉末が用いられる。

そして、これらの粉末の混合比は、得られる酸化物超電
導体を　Ｙ　ｘＢ　ａｙＣｕｚＯｅ−６の組成式で示ず
と、Ｘ　、ｙ、Ｚ　、δが次のような範囲で決められる
ことが望ましい。

０．１≦Ｘ≦２．０．１≦ｙ≦３．１≦Ｚ≦３．０≦δ
≦７なお、上記各粉末を混合する際には、各粉末を例え
ば共沈法を用いて混合し、得られた沈澱物を乾燥して原
料粉末とする方法を用いろことかできる。この方法によ
れば、所望の混合比で上記各粉末を混合することができ
、かつ原料粉末中に不純物の混入を防ぐことかできる。

そして、このような原料粉末中に炭酸塩らしくは炭素分
が含有されている場合には、この原料粉末に対して予備
焼成を施す。この予備焼成は、」二足粉末中の炭酸塩ら
しくは炭素分を熱分解して酸化物とするために行なわれ
、通常焼成温度６５０〜７５０℃、焼成時間１〜１０時
間の条件下で行なうことが好ましい。このような予備焼
成後に、粉末中の炭酸塩らしくは炭素分の有無を分析し
て調べ、炭酸塩もしくは炭素分が残存していれば、さら
にこの粉末に対して予備焼成を必要回繰り返す。

次いで、このようにして原料粉末中の炭素分が完全に除
去されたならば、この粉末に対して仮焼成を施す。この
仮焼成は、焼成温度８５０〜９５０°Ｃ１焼成時間１〜
３０時間の条件下で行なうことか好ましい。このような
仮焼成により、上記粉末中のイツトリウムの酸化物とバ
リウムの酸化物と酸化銅とが反応し、粉末の少なくとも
一部が超電導特性を示す酸化物となる。

次に、このようにして得られた原料粉末を十分粉砕して
粒径を揃えたのち、通常のラバープレス等の液圧プレス
により、上記粉末を例えば棒状の成形体とする。液圧プ
レスの成形圧力は、」二足の原料粉末の組成、組成比、
得られる棒状成形体の大きさなとにより決められ、通常
は１．５〜１Ｏｔｏｎ／ｃｆｆ２程度の範囲で決められ
る。

次に、」二足の棒状成形体に対して熱処理を施す。

この熱処理は、大気中あるいは酸素気流中で行なわれ、
通常は処理温度８００〜１１００℃、処理時間１〜３０
０時間の条件下で行なわれる。この熱処理により、棒状
成形体中のイツトリウムの酸化物とバリウムの酸化物と
酸化銅とが十分に反応し、例えば層状ペロブスカイト型
の酸化物超電導体からなる棒状焼結体となる。

一方、第１図に示すような円盤状の基板ｌを用意する。

この基板１は、少なくともその表層が後述の溶射工程時
の熱に耐え得る耐熱材料から形成されろことが望ましい
。この耐熱材料としては、特に限定されないが、融点の
高いタングステン、ＳＵＳ等の金属、ニクロム等の金属
合金、アルミナ焼結体等の耐熱セラミックスなどが好適
に用いられる。

次いで、このような基板ｌの上に、渦巻状の開口２ａを
有する円盤状のマスク２を設ける。このマスク２を形成
する材料としては、上記の基板ｌの表層を形成ずろ材料
とほぼ同様の材料か好適に用いられる。また、このマス
ク２の開口２ａの大きさや深さは、得られる酸化物超電
導コイルの各寸法などに応じて決められる。

次に、このようなマスク２を設（Ｊた括仮Ｉ上に、重連
した棒状焼結体の溶融物を１回以上繰り返して溶射する
。この溶射には、例えば第３図に示すような環式溶射ガ
ンなどを用いることができる。

この環式溶射ガン３は、酸素と燃焼ガスとをノズル４先
端に供給するガス供給管５と、このガス供給管５の内側
に同心状に配されかつ上記棒状焼結体をノズル４先端に
送込むための材料送出管６と、」−記棒状焼結体の一端
を溶融して得た溶融物を噴出する圧縮空気をノズル先端
に供給する圧縮空気供給管７からなる乙のである。上記
の燃焼ガスとしては、アセチレンガス、プロパンガスな
どが好適に用いられる。

このような環式溶射ガン３によれば、ノズル４先端に順
次送出される棒状焼結体の一端が酸素および燃焼ガスの
燃焼により溶融せしめられてゆき、得られた溶融物が圧
縮空気によりノズル４から噴出せしめられてマスク２上
およびマスク２の開口２ａを通して基板ｌ上に１回以上
繰り返し吹き付けられる。このようにすると、基板ｌ上
には、所望の厚さを有しかつマスク２の開口２ａの形状
に応じた渦巻状の積層体が形成される。

次いで、この基板１上に形成された積層体に対して熱処
理を施す。この熱処理は、大気中などの酸化性雰囲気中
で行なわれ、処理温度８００−１０００℃程度、処理時
間１〜３００時間程度の条件で行なわれる。そして、こ
のような熱処理により、基板ｉ上の積層体は、その内部
のイツトリウムとバリウムと銅と酸素とが改めて十分に
反応して層状ペロブスカイト型の酸化物超電導体、すな
わち第２図に示すようなンート状の酸化物超電導コイル
８となる。

この酸化物超電導コイル８にあっては、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ
−０系の酸化物超電導体から形成されたしのであるので
、極めて高い臨界温度（Ｔｃ）および臨界電流密度（Ｊ
ｃ）を示すものとなる。したがって、この酸化物超電導
コイル８は、多数枚積層されて積層コイルとされた上で
、核磁気共鳴イメージング装置、粒子加速器等のマグネ
ット用コイルなどとして好適に使用される。

そして、この方法では、上記の酸化物超電導コイル８に
対する安定化策を容易に行なうことができる。すなわち
、棒状焼結体から得られた溶融物を溶射して積層体を得
る溶射工程において、積層体を得る前後に、上記溶融物
に代えて銅、アルミニウム等の常電導体粉末を溶射し、
これにより上記積層体に常電導体からなる皮膜を接触さ
せるようにすることで容易に酸化物超電導コイル８の安
定化を図ることができる。なお、このような安定化策を
施す際には、酸化物超電導コイル８と常電導体からなる
皮膜との間に非酸化性皮膜を設けることにより、コイル
８の内部の酸素が常電導体側に奪われるのを防止するこ
とができる。上記非酸化性皮膜を形成する材料としては
、Ａｇ　、Ａｕ　、Ｐｔ。

Ｉ　ｒ　、Ｏｓ　、Ｐｄ　、Ｒｈ　、Ｒｕ等の貴金属や
これらの合金が用いられる。

この方法によれば、渦巻状の開口２ａを何するマスク２
を施した基板ｌ上に、酸化物超電導体からなる棒状焼結
体を溶融し、得られた溶融物を１回以上繰り返し溶射し
て渦巻状の積層体を形成し、次いでこの積層体を熱処理
するようにしたので、基板上に所望の厚さを有しかつマ
スク２の開口２ａの形状に応じた渦巻状の酸化物超電導
コイル８を容易に製造することができる。また、この方
法によれば、超電導コイル８の形状や大きさを、基板１
に施すマスク２の開口２ａの形状や大きさで決めること
ができるので、所望の形状や大きさの超電導コイルを自
在にかつ容易に製造できる。

この例では、原料粉末としてＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の酸
化物超電導体を構成する元素を含む粉末を用いたが、既
に超電導特性を示すＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の酸化物超電
導体からなる粉末、あるいはこの酸化物超電導体からな
る粉末と上記元素粉末との混合粉末を用いてもよい。こ
れらの場合には、原料粉末に対する予備焼成および仮焼
成などの焼成条件を緩くしたりあるいは上記焼成を省略
したりすることができ、よって酸化物超電導コイルを容
易に製造できる。

なお、この例では、焼結体として棒状のものを用いたが
、焼結体の形状はこれに限定されることなく、板状ある
いは球状などいかなる形状のものを用いることができる
。

〔製造例〕

Ｙ、０３粉末とＢ　ａＣＯ３扮末とＣｕＯ粉末とを、原
子量比でＹ：Ｂａ：Ｃｕ二１　：２　：３となるように
混合して原料粉末を調製した。次に、この原料粉末に対
して焼成温度７００〜１０００℃、焼成時間１〜１００
時間の仮焼成を施したのち、この仮焼成粉末をラバープ
レスにより外径２０〜５０１ｍ、長さ！００ａｍの棒状
成形体に成形した。このラバープレスにおける成形圧力
を３ｔｏｎ／ｃ１１２とした。

次いで、この棒状成形体に酸素ガスａ度１００体債％、
処理温度９００〜１０００℃、処理時間２４時間の熱処
理を施して、上記棒状成形体を焼結体とした。この焼結
体の臨界温度および臨界電流密度を測定したところ、臨
界温度が９０Ｋを示し、液体窒素温度における臨界電流
密度が１００Ａ／ｃｍ２を示した。

一方、渦巻状の開口を有するＳＵＳ製のマスクを被せた
直径１０インチのアルミナ基板を用意した。この基板上
に、棒式溶射ガンを用いて上記の棒状焼結体の溶融物を
溶射した。１回の溶射て基板」−の積層体の厚さが約２
００μ肩となったので、この溶射を２０回繰り返して渦
巻状の積層体の厚さを所望の約０．４ｍｍとした。

次に、このような積層体が形成された基板全体を酸素ガ
ス濃度１００体積％、処理温度９００°Ｃ１処理時間２
４時間の条件で熱処理し、基板」二に厚さ約０．３Ｈの
シートコイルを製造した。次いで、このシートコイルを
多数枚積層して積層コイルとした。

この積層コイルは、その臨界温度か９０　Ｋでかつ液体
窒素温度における臨界電流密度が１００Ａ／ｃｍ”の酸
化物超電導コイルであった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、渦巻状の開口
を有するマスクを施した基板上に、所望の厚さを有しか
つマスクの開口の形状に応じた渦巻状のＹ−Ｂａ−Ｃｕ
−０系酸化物超電導コイルを容易に製造することができ
る。そして、この発明によって得られたＹ−Ｂａ−Ｃｕ
−０系の酸化物超電導体からなる酸化物超電導コイルで
は、極めて高い臨界温度および臨界電流密度を示すもの
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に用いられる基板およびマスクの一
例を示す概略構成図、第２図は、この発明によって製造
された酸化物超電導コイルの一例を示す概略構成図、第
３図は、この発明に用いられる棒式溶射ガンの一例を示
す概略構成図である。 ｌ・・基板、２・・・マスク、２ａ・・・マスクの開口
、８酸化物超電導コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イットリウムとバリウムと銅と酸素を含む原料粉末に、
   成形、加熱工程を施して焼結体を得、次いでこの焼結体
   を溶融し、渦巻状の開口を有するマスクを施した基板上
   に１回以上繰り返して溶射したのち、熱処理することを
   特徴とする酸化物超電導コイルの製造方法。