WO2006098269A1 - 超電導線材の製造方法 - Google Patents

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WO2006098269A1
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superconducting wire
metal
superconductor
resistance layer
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Kouhei Yamazaki
Kozo Osamura
Teppei Ogawa
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Kyoto University
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0801—Processes peculiar to the manufacture or treatment of filaments or composite wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a superconducting wire, a superconducting wire obtained by the method, and a superconducting device using the superconducting wire.
  • a superconducting wire As a superconducting wire, a tape-shaped superconducting wire in which a plurality of filaments of Bi2223 oxide superconductor are embedded in a silver sheath is known! / Speak.
  • a high resistance (insulating) layer is formed on the outside of each filament in order to suppress an increase in AC loss caused by conduction between the filaments through the silver sheath during AC energization. Inhibiting conduction between filaments is performed.
  • Patent Document 1 a superconductor is surrounded by silver or the like, and the periphery is surrounded by a metal, and the metal is oxidized to form a metal oxide between silver and metal.
  • Disclosed is a technique for forming an insulator comprising the above.
  • Patent Document 2 the superconductor is surrounded by silver, the periphery thereof is surrounded by a resistive alloy, and the resistive alloy is oxidized to oxidize the insulating oxide between silver and the resistive alloy. Disclosure of technology for forming objects.
  • an oxide superconductor is covered with a sheath body made of a material containing silver, the sheath body is covered with a high resistance body, and the high resistance body is further covered with a covering body.
  • Superconducting wire is disclosed.
  • This high resistance body is formed using a heat-resistant oxide ceramic powder.
  • the covering is made of a material that is inactive with respect to the high resistance body in a high temperature oxidizing atmosphere.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 11-501765
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 10-50152
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 11-312420
  • a tape-shaped superconducting wire can be obtained by rolling or pressing a round wire.
  • a raw material powder of a superconductor is covered with silver, and a material in which the outer side of silver is covered with Mg or the like is drawn, and the drawn material is rolled into a tape shape.
  • silver has a strong ductility and malleability, such as SMg, which is a difficult calorie material.
  • rolling which is a strong material, is inferior in workability.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is a method of manufacturing a superconducting wire having a high resistance layer on the outer side of a superconductor.
  • the object is to provide a method of manufacturing a superconducting wire that can be easily formed.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a superconducting wire that can be easily subjected to plastic working such as rolling required in the process of manufacturing the superconducting wire.
  • Still another object of the present invention is to provide a superconducting wire obtained by the method for producing a superconducting wire and a superconducting device using the superconducting wire.
  • the present invention achieves the above object by forming a silver-containing metal and a non-silver metal other than silver into an intermetallic compound when forming a high resistance layer on the outside of the superconductor.
  • the method for producing a superconducting wire of the present invention includes a first covering step of obtaining a silver sheath member by covering a raw material of a superconductor with a first silver-containing metal, and the silver sheath member does not contain silver.
  • the oxidation process to oxidize the deposited metal to a high resistance layer and the member on which the high resistance layer is formed are subjected to heat treatment.
  • a sintering step using the raw material as a superconductor.
  • an intermetallic compound By covering the silver sheath member with a non-silver metal and forming an intermetallic compound of silver and non-silver metal of the silver sheath, an intermetallic compound can be obtained by performing an acidification step after the intermetallic compound formation. It is possible to reliably convert the metalized oxide into an oxide and to form a uniform high resistance layer.
  • a non-silver metal has poor ductility and malleability, it is a member that has undergone a compounding process by improving workability by forming an intermetallic compound with a silver-containing metal that is rich in ductility. It is also possible to easily carry out a plastic caulking of the tape into a tape or the like.
  • First covering step In this step, a silver sheath member in which the raw material of the superconductor is covered with a first silver-containing metal is produced.
  • the superconductor an oxide superconductor is suitable, and an yttrium-based oxide superconductor and a bismuth-based oxide superconductor are typical examples.
  • a Bi (Pb) -Sr-Ca-Cu-0-based oxide superconductor, particularly a Bi2223-based superconductor can be suitably used as a superconducting wire having a high critical temperature.
  • the raw material for such a superconductor is usually a material that can obtain a superconducting phase by heat treatment in a subsequent sintering step.
  • a powder mainly composed of a Bi2212 phase can be mentioned.
  • the raw material of such a superconductor is covered with a first silver-containing metal to form a silver sheath member.
  • the first silver-containing metal various silver alloys mainly composed of silver can be suitably used as long as the material contains silver as well as pure silver.
  • the silver alloy include an Ag-Mn alloy, an Ag-Mg alloy, an Ag-Au alloy, an Ag-Sb alloy, and an Ag-Pd alloy.
  • the silver sheath member is usually obtained by filling a pipe made of a silver-containing alloy with a superconductor material and drawing the pipe. Dai-ichi silver-containing metals are not considered for use as pipes or sheets.
  • Non-silver coating step In this step, a non-silver coating member in which the silver sheath member is covered with a non-silver metal is obtained.
  • Non-silver metal is a metal that does not contain silver. Further, this non-silver metal can form an intermetallic compound with silver, and the oxide of the compound becomes a high resistance material. Specifically, at least one selected from Mg, Al, Mn, Bi, and Cu, or an alloy mainly composed of these is listed. In particular, Mg or Mg alloy can be suitably used. As the Mg alloy, an AZ-based alloy in ASTM, particularly AZ31, is preferable.
  • Non-silver coated members are usually non-silver It is obtained by inserting a silver sheath member into a metal pipe and drawing the pipe. Non-silver metal can be used not only as a pipe but also as a sheet.
  • Compounding step In this step, at least a part of the first silver-containing metal in the non-silver-coated member and the non-silver metal are converted into an intermetallic compound. For example, if the first silver-containing metal is silver and the non-silver metal is Mg, this compounding step generates an AgMg intermetallic compound.
  • the non-silver coated member is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere. Examples of the non-oxidizing atmosphere include a vacuum and an inert gas atmosphere. When the vacuum is applied, the degree of vacuum is preferably lOOPa or less.
  • the inert gas a gas having low reactivity with non-silver metal such as Ar, He, Ne, etc. is preferable.
  • the heat treatment temperature is preferably about 400 to 700 ° C, for example. It is difficult to convert to an intermetallic compound at temperatures below 400 ° C. Above 700 ° C, the diffusion of both metals further progresses and tends to become an Agl secondary solid solution.
  • the holding time in the heat treatment may be appropriately determined according to the material and thickness of the non-silver metal. As the thickness of the non-silver metal increases, the holding time tends to increase as the heat treatment temperature decreases.
  • Oxidation step In this step, the metal formed into an intermetallic compound in the compounding step is oxidized to produce an oxide, and the oxide layer is used as a high resistance layer.
  • the member that has undergone the compounding process may be heat-treated in an oxidizing atmosphere.
  • the heat treatment temperature is preferably about 400 to 700 ° C, for example. It is difficult to sufficiently oxidize the alloy at temperatures below 400 ° C. Above 700 ° C, the oxide does not form a layer and tends to be dispersed in a granular form.
  • An oxidizing atmosphere can be obtained by adjusting the oxygen partial pressure in the atmosphere.
  • the oxygen partial pressure is preferably about 0.1 to 20 atm (about lOkPa to 2 MPa).
  • the holding time for this heat treatment is preferably about 1 to 20 hours, although it depends on the material and thickness of the alloy to be oxidized.
  • the thickness of the high resistance layer obtained by this acidification process is preferably 0.1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. If the thickness of the high resistance layer is less than 0.1 m, the effect of reducing insulation loss between the superconducting filaments is reduced. If the thickness exceeds 50 m, sufficient oxygen is diffused and supplied to the superconductor raw material in the subsequent sintering process. Because it becomes difficult to do. More preferably, the thickness of the high resistance layer is not less than 0.1 ⁇ m and not more than 5 ⁇ m.
  • the constituent material of the high resistance layer is preferably a solid phase with respect to the heating temperature in the sintering step described later.
  • a heat treatment is performed to transfer the raw material to the superconductor. Done. If the material of the high resistance layer, that is, the oxide maintains the solid state at the heating temperature at that time, and the phase state does not change, the material of the high resistance layer becomes the liquid phase and becomes a superconductor. It can be avoided that proper sintering cannot be performed due to impregnation of the raw material.
  • the high resistance layer is made of a material that does not generate a liquid phase at a temperature of 800 ° C or higher. More specifically, it is an oxide of the alloy of the first silver-containing metal and the non-silver metal described above.
  • Sintering step In this step, the member on which the high resistance layer is formed is heat-treated to use the raw material as a superconductor. For example, when the Bi2122 phase is formed from the Bi2212 phase, this heat treatment is performed in an atmosphere of inert gas and oxygen at a total pressure of 0.1 to 50 MPa, an oxygen partial pressure of 4 to 21 kPa, and 800 to 850 ° CX for 20 to 100 hours. Just do it.
  • Second coating step This step is a step of further covering the member that has undergone the non-silver coating step with a second silver-containing metal, and may be performed as necessary.
  • the second coating step in the compounding step, the first silver-containing metal, non-silver metal, and second silver-containing metal of the member that has undergone the second coating step are converted into intermetallic compounds. If a 2nd coating process is performed, a silver containing metal will be distribute
  • the secondary silver-containing metal can be used not only as a pipe but also as a sheet.
  • Third coating step is a step in which a plurality of non-silver coating steps are collectively covered with a third silver-containing metal, and may be performed as necessary.
  • a multifilament superconducting wire having a plurality of superconductors can be obtained.
  • a multifilamentary wire can be obtained by storing a plurality of non-silver coated members in a silver-containing metal pipe and drawing the pipe.
  • Tertiary silver-containing metals can be used not only as pipes but also as sheets.
  • Plastic caching process This process is a cross-section of the object to be shielded in order to obtain a tape-like superconducting wire. This is a step of flattening the shape. Typically, rolling or pressing is used. This plastic working step is preferably performed after the compounding step.
  • a plastic working process is performed on a member that has undergone a compounding process, the non-silver metal is intermetallic compounded with the first silver-containing metal, so even if the non-silver metal itself is a difficult-to-work material, After compounding, strong processing can be easily performed.
  • a plastic processing step may be performed before the compounding step. In that case, it is preferable to reduce the rolling reduction per pass, or to select a material excellent in workability as a non-silver metal.
  • the superconducting wire of the present invention is obtained by the above-described method of the present invention.
  • the superconducting wire obtained by the method of the present invention has a homogeneous high-resistance layer, and it is possible to achieve a reduction in AC loss by ensuring insulation between superconducting filaments.
  • the superconducting device of the present invention is characterized by using this superconducting wire.
  • a superconducting device with low AC loss can be realized.
  • Specific examples of superconducting equipment include superconducting cables, superconducting magnets, and superconducting generators.
  • the silver sheath member is covered with a non-silver metal.
  • the intermetallic compound is formed between the silver and the nonsilver metal in the silver sheath. If the oxidation step is performed, the metal formed into an intermetallic compound can be reliably converted into an oxide, and a homogeneous high resistance layer can be formed. Therefore, it is possible to reduce the AC loss by suppressing conduction between the filaments.
  • the superconducting wire of the present invention was produced by the following procedure.
  • (l) Bi: Pb: Sr: Ca: Cu 1.8: 0.3: 2.0: 2.1: 3.0
  • a raw material powder made of a first silver pipe with an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 22 mm (metal containing first silver) To fill.
  • the Neuve filled with this raw material powder is drawn to an outer diameter of 19 mm. At this point, the silver sheath member is formed.
  • This wire drawing material is stored inside an Mg pipe (non-silver metal) having an outer diameter of 22 mm and an inner diameter of 20 mm, and a second silver pipe having an outer diameter of 25 mm and an inner diameter of 23 mm outside the Mg pipe (No. These pipe materials are drawn until the outer diameter force becomes .4 mm. Cut the drawn wire to 19 pieces.
  • Mg pipe is made of pure magnesium.
  • this multifilamentary wire is heat-treated in a vacuum of 5 Pa at 400 to 700 ° C to convert the first silver pipe, the second silver pipe Ag and the Mg pipe Mg into an intermetallic compound.
  • AgMg intermetallic compound has a higher melting point than Mg and is stable at high temperatures.
  • This AgMg intermetallic compound includes not only AgMg intermetallic compounds but also AgMg
  • the tape-shaped wire is heat-treated in an oxidizing atmosphere to oxidize the AgMg intermetallic compound and form a high resistance layer.
  • the heat treatment condition of this oxidation process is oxygen partial pressure lOatm (about 1
  • a Bi2223 phase is generated by performing a sintering process in which the wire material that has undergone the acid-oxidation process is further heat-treated.
  • the heat treatment conditions in the sintering process are 815 ° C, 30 hours, and 8at% oxygen atmosphere.
  • the critical current of the obtained superconducting wire was measured by a four-terminal method under the condition of a temperature of 77K and no external magnetic field.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a multicore wire in the process of manufacturing a superconducting wire of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the initial Mg thickness and the temperature and time required to convert Mg of that thickness into an intermetallic compound with Ag.

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Abstract

　超電導体の外側に高抵抗層を有する超電導線材の製造方法であって、均質な高抵抗層を容易に形成できる超電導線材の製造方法、超電導線材、超電導機器を提供する。 　超電導体の原料を第一銀含有金属で覆って銀シース部材を得る。この銀シース部材を銀が含まれない非銀金属で覆う。非銀金属で覆われた部材における第一銀含有金属の少なくとも一部と非銀金属とを金属間化合物化する。この金属間化合物化された金属を酸化して高抵抗層とする。高抵抗層が形成された部材を熱処理して前記原料を超電導体とする。

Description

明 細 書
超電導線材の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は超電導線材の製造方法、その方法により得られる超電導線材並びにその 超電導線材を用いた超電導機器に関するものである。
背景技術
[0002] 超電導線材として、銀シース中に Bi2223系酸化物超電導体のフィラメントが複数本 埋め込まれたテープ状の超電導線材が知られて！/ヽる。このような超電導線材にお ヽ て、交流通電時、銀シースを介した各フィラメント同士の導通により生じる交流損失の 増大を抑制するため、各フィラメントの外側に高抵抗 (絶縁)層を形成し、フィラメント 間の導通を阻害することが行われて 、る。
[0003] 例えば、特許文献 1では、超電導体の周囲を銀などで取り囲み、さらにその周囲を 金属で取り囲んで、その金属を酸ィ匕させることにより銀と金属との間に金属酸ィ匕物か らなる絶縁体を形成する技術を開示して 、る。
[0004] また、特許文献 2では、超電導体を銀で取り囲み、その周囲を抵抗性合金で取り囲 み、その抵抗性合金を酸化させることにより銀と抵抗性合金の間に絶縁性酸ィ匕物を 形成する技術を開示して ヽる。
[0005] その他、特許文献 3は、酸化物超電導体を、銀を含む材料からなるシース体で被覆 し、このシース体を高抵抗体で被覆して、さらに高抵抗体を被覆体で被覆した超電導 線材を開示している。この高抵抗体は、耐熱性酸ィ匕物セラミックス粉末を用いて構成 される。また、被覆体は、高温酸化性雰囲気中で高抵抗体に対して不活性な材料か らなる。
[0006] 特許文献 1 :特表平 11-501765号公報
特許文献 2：特開平 10-50152号公報
特許文献 3 :特開平 11-312420号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0007] し力し、上記の技術では次のような問題があった。
(1)均質な高抵抗層を形成することが難しい。
銀以外の金属と銀が隣接した状態で、この金属を直接酸化して酸化物からなる高 抵抗層を形成しょうとしても、金属と銀との界面には、多少は銀合金が生成される。そ のとき、金属における銀との界面から離れた個所は酸化されて酸化物になるが、銀と の界面は酸ィ匕されずに銀合金として残る可能性がある。そのため、銀と酸化物との間 に銀合金が介在された状態となり、均質な高抵抗層を形成できないことが考えられる
[0008] (2)超電導線材を製造する際の塑性加工を容易に行えな ヽ場合がある。
テープ状の超電導線材は、丸線材を圧延やプレスすることで得られる。例えば、超 電導体の原料粉末を銀で覆い、さらに銀の外側を Mg等で覆った材料を伸線し、その 伸線材を圧延してテープ状にする。その際、銀は延性'展性に富む力 SMgなどは難カロ ェ性材料であり、特に強力卩ェとなる圧延は加工性に劣ることになる。
[0009] 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、超電導体の外 側に高抵抗層を有する超電導線材の製造方法であって、均質な高抵抗層を容易に 形成できる超電導線材の製造方法を提供することにある。
[0010] 本発明の他の目的は、超電導線材の製造過程で必要となる圧延などの塑性加工 が容易に行える超電導線材の製造方法を提供することにある。
[0011] さらに本発明の別の目的は、上記超電導線材の製造方法により得られた超電導線 材およびその超電導線材を用いる超電導機器を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明は、超電導体の外側に高抵抗層を形成する際に、銀含有金属と銀以外の 非銀金属とを金属間化合物化しておくことで上記の目的を達成する。
[0013] 本発明超電導線材の製造方法は、超電導体の原料を第一銀含有金属で覆って銀 シース部材を得る第一被覆工程と、この銀シース部材を銀が含まれな ヽ非銀金属で 覆う非銀被覆工程と、非銀被覆工程を経た部材における第一銀含有金属の少なくと も一部と非銀金属とを金属間化合物化する化合物化工程と、この金属間化合物化さ れた金属を酸化して高抵抗層とする酸化工程と、高抵抗層が形成された部材を熱処 理して前記原料を超電導体とする焼結工程とを有することを特徴とする。
[0014] 銀シース部材を非銀金属で覆い、この銀シースの銀と非銀金属との金属間化合物 化を行うことで、この金属間化合物化後に酸ィ匕工程を行えば、金属間化合物化され た金属を確実に酸ィ匕物にすることができ、均質な高抵抗層を形成することができる。
[0015] また、非銀金属が延性や展性に乏 ヽ難加工材料の場合でも、延性などに富む銀 含有金属と金属間化合物化することで加工性を改善し、化合物化工程を経た部材を テープ状などに塑性カ卩ェすることも容易に行うことができる。
[0016] 以下、本発明方法をより詳しく説明する。
[0017] 第一被覆工程:この工程では超電導体の原料を第一銀含有金属で覆った銀シー ス部材を作製する。超電導体としては、酸化物超電導体が好適であり、イットリウム系 の酸化物超電導体、ビスマス系の酸化物超電導体が代表例として挙げられる。特に 、 Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-0系の酸化物超電導体、特に Bi2223系の超電導体が臨界温度 も高ぐ超電導線材として好適に利用できる。このような超電導体の原料は、通常、後 の焼結工程で熱処理することにより、超電導相が得られる材料とする。例えば、 ΒΪ222 3系の酸化物超電導体の原料としては、 Bi2212相を主体とする粉末が挙げられる。
[0018] このような超電導体の原料は第一銀含有金属で覆われて銀シース部材とされる。
第一銀含有金属は、純銀はもちろん、銀が含まれている材料であればよぐ銀を主体 とする種々の銀合金が好適に利用できる。銀合金の具体例としては、 Ag-Mn合金、 A g-Mg合金、 Ag-Au合金、 Ag-Sb合金、 Ag-Pd合金などが挙げられる。銀シース部材は 、通常、銀含有合金からなるパイプに超電導体の原料を充填し、このパイプを伸線す ることで得られる。第一銀含有金属は、パイプとして用いることのほか、シートとして用 いることち考免られる。
[0019] 非銀被覆工程:この工程では銀シース部材を非銀金属で覆った非銀被覆部材を得 る。非銀金属は、銀を含有しない金属のことである。また、この非銀金属は、銀と金属 間化合物を形成でき、かつその化合物の酸ィ匕物が高抵抗材料となるものとする。具 体的には、 Mg、 Al、 Mn、 Bi、 Cuから選択される少なくとも一種或いはこれらを主体と する合金が挙げられる。特に Mgまたは Mg合金が好適に利用できる。 Mg合金としては 、 ASTMにおける AZ系合金、とりわけ AZ31が好ましい。非銀被覆部材は、通常、非銀 金属からなるパイプに銀シース部材を挿入し、このパイプを伸線することで得られる。 非銀金属は、パイプとして用いることのほか、シートとして用いることも考えられる。
[0020] 化合物化工程:この工程では、非銀被覆部材における第一銀含有金属の少なくと も一部と非銀金属とを金属間化合物化させる。例えば、第一銀含有金属が銀で非銀 金属が Mgであれば、この化合物化工程により AgMg金属間化合物を生成する。この 金属間化合物化を行うには、非銀被覆部材を非酸化性雰囲気で熱処理すればょ 、 。非酸化性雰囲気としては、真空や不活性ガス雰囲気が挙げられる。真空とする場 合の真空度は、 lOOPa以下が好適である。不活性ガスには、 Ar、 He、 Neなどのように 非銀金属との反応性が低いガスが好適である。熱処理温度は、例えば 400〜700°C 程度が好ましい。 400°C以下では金属間化合物化することが難しぐ 700°Cを超えると さらに両金属の拡散が進行し、 Agl次固溶体になりやすい。熱処理における保持時 間は、非銀金属の材質と厚みに応じて適宜決定すればよい。非銀金属の厚みが大 き 、ほど、熱処理温度が低 、ほど保持時間が長くなる傾向にある。
[0021] 酸化工程:この工程では、化合物化工程で金属間化合物化された金属を酸化して 酸化物を生成し、その酸ィ匕物層を高抵抗層とする。この酸ィ匕を行うには、化合物化工 程を経た部材を酸化性雰囲気で熱処理すればよい。この熱処理温度は、例えば 400 〜700°C程度が好ましい。 400°C以下では十分な合金の酸ィ匕を行うことが難しぐ 700 °Cを超えると酸化物が層状にならず粒状に分散しやすい。酸化性雰囲気は、雰囲気 中の酸素分圧を調整することで得られる。例えば、酸素分圧を 0.1〜20atm (約 lOkPa 〜2MPa)程度とすることが好適である。また、この熱処理の保持時間は、酸化する合 金の材質と厚さにもよるが、 1〜20時間程度が好適である。
[0022] この酸ィ匕工程で得られる高抵抗層の厚みは 0.1 μ m以上 50 μ m以下であることが好 ましい。高抵抗層の厚みが 0.1 m未満では、超電導フィラメント同士の絶縁を確保し て交流損失を低減する効果が少なぐ 50 mを超えると後の焼結工程で超電導体の 原料に十分酸素を拡散供給することが難しくなるためである。より好まし 、高抵抗層 の厚みは、 0.1 μ m以上 5 μ m以下である。
[0023] また、高抵抗層の構成材料は、後述する焼結工程での加熱温度にお!ヽて固相であ ることが好ましい。この焼結工程では、原料を超電導体に転位させるための熱処理が 行われる。その際の加熱温度で高抵抗層の構成材料、つまり酸ィ匕物が固相状態を 維持して相状態の変化が起こらなければ、高抵抗層の構成材料が液相となって超電 導体の原料に含浸されて適正な焼結ができなくなることを回避できる。例えば、焼結 工程において、 Bi2223相は約 800°Cで生成するため、 800°C以上の温度において、 液相が生じない材料で高抵抗層が構成されていればよい。より具体的には、上述し た第一銀含有金属と非銀金属との合金の酸化物である。
[0024] 焼結工程：この工程では、高抵抗層が形成された部材を熱処理して前記原料を超 電導体とする。この熱処理は、例えば Bi2212相から Bi2223相を形成する場合、不活 性ガスと酸素の雰囲気にて全圧 0.1〜50MPa、酸素分圧 4〜21kPa、 800〜850°C X 20 〜100時間にて行えばよい。
[0025] 第二被覆工程:この工程は、非銀被覆工程を経た部材をさらに第二銀含有金属で 覆う工程で、必要に応じて行えばよい。第二被覆工程を行う場合、化合物化工程で は、第二被覆工程を経た部材の第一銀含有金属、非銀金属および第二銀含有金属 を金属間化合物化する。第二被覆工程を行えば、非銀金属の内周側と外周側の双 方に銀含有金属が配されることになる。非銀金属は酸素の拡散が十分でない場合が あり、この非銀金属を酸素の拡散性に優れる銀含有金属で挟み込むことで、焼結ェ 程の際に原料への酸素の拡散供給が十分に行えるようにする。特に、マルチフィラメ ント構造の超電導線材を作製する場合、各フィラメントを囲む高抵抗層同士が接する ことを回避し、これら高抵抗層同士の間に銀含有金属を介在させることができる。第 二銀含有金属は、パイプとして用いられることのほか、シートとして用いることも考えら れる。
[0026] 第三被覆工程:この工程は、複数本の非銀被覆工程を経た部材を第三銀含有金 属で一括して被覆する工程で、必要に応じて行えばよい。第三被覆工程を行うことに より、複数本の超電導体を有するマルチフィラメントの超電導線材を得ることができる 。例えば、複数本の非銀被覆部材を銀含有金属のパイプに収納し、このパイプを伸 線することで多芯線を得ることができる。第三銀含有金属は、パイプとして用いられる ことのほか、シートとして用いることも考えられる。
[0027] 塑性カ卩ェ工程:この工程は、テープ状の超電導線材を得るためにカ卩ェ対象の断面 形状を扁平状する工程である。代表的には、圧延加工やプレス加工が用いられる。 この塑性加工工程は、化合物化工程を行う後に行うことが好ましい。化合物化工程を 経た部材に塑性加工工程を施す場合、非銀金属は第一銀含有金属と金属間化合 物化されているため、非銀金属自体が難加工性の材料であっても、金属間化合物化 後であれば容易に強加工を行うことができる。逆に、化合物化工程を行う前に塑性加 ェ工程を行っても良い。その場合、 1パス当たりの圧下率を低くしたり、非銀金属とし て加工性に優れる材料を選択することが好適である。
[0028] また、本発明超電導線材は、上述した本発明方法により得られたことを特徴とする。
本発明方法により得られた超電導線材は、均質な高抵抗層を有し、超電導フィラメン ト間の絶縁を確保することで交流損失の低減を実現することができる。
[0029] さらに、本発明超電導機器は、この超電導線材を用いたことを特徴とする。本発明 方法で得た超電導線材を用いることで、交流損失の少な!ヽ超電導機器を実現するこ とができる。超電導機器の具体例としては、超電導ケーブル、超電導マグネット、超 電導発電機などが挙げられる。
発明の効果
[0030] (1)本発明方法によれば、銀シース部材を非銀金属で覆! ヽ、この銀シースの銀と非 銀金属との金属間化合物化を行って、この金属間化合物化後に酸化工程を行えば 、金属間化合物化された金属を確実に酸ィ匕物にすることができ、均質な高抵抗層を 形成することができる。従って、各フィラメント間の導通を抑制して交流損失を低減す ることがでさる。
[0031] (2)本発明方法によれば、非銀金属が延性や展性に乏 ヽ難加工材料の場合でも 、延性などに富む銀含有金属と金属間化合物化することで加工性を改善し、化合物 化工程を経た部材をテープ状などに塑性加工することも容易に行うことができる。
[0032] (3)本発明超電導線材および超電導機器によれば、超電導線材における各フィラメ ント間の導通をより確実に抑制することで、交流損失の低減することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0033] 以下、本発明の実施の形態を説明する。
[0034] 次の手順により、本発明超電導線材を作製した。 (l)Bi： Pb : Sr : Ca : Cu= 1.8 : 0.3 : 2.0 : 2.1 : 3.0の割合で作製された原料粉末を外径 26 mm、内径 22mmの第一銀パイプ (第一銀含有金属）に充填する。この原料粉末を充 填したノイブを外径が 19mmとなるように伸線加工する。この時点で銀シース部材が 形成される。
[0035] (2)この伸線材を外径 22mm、内径 20mmの Mgパイプ（非銀金属）内〖こ収納し、その M gパイプの外側に外径 25mm、内径 23mmの第二銀パイプ (第二銀含有金属）をはめて 、これらのパイプ材を外径力 .4mmになるまで伸線する。得られた伸線材を切断して 1 9本にする。 Mgパイプは純マグネシウムからなる。
[0036] (3)この 19本の線材を束ねて外径 26mm、内径 22mmの第三銀パイプ（第三銀含有金 属）内に挿入し、その状態で外径が 1.5mmになるまで伸線カ卩ェした。この時点で多芯 線が得られる。多芯線の横断面を図 1の模式図に示す。 19本の超電導体原料粉末 1 の各々の外側を銀 2が囲み、さらにその外側を Mg3が取り囲んでいる。そして、各 Mg3 は互いに間隔をあけて、さらに銀 4で一括して取り囲まれて 、る。
[0037] (4)次に、この多芯線を 5Paの真空中にて 400〜700°Cで熱処理して第一銀パイプ、 第二銀パイプの Agと Mgパイプの Mgとを金属間化合物化する。 AgMg金属間化合物 は Mgよりも融点が高く高温で安定である。この AgMg金属間化合物には、 AgMgの金 属間化合物はもちろん、 AgMgの
3 金属間化合物も含まれる。
[0038] (5)この化合物化工程を経た線材を圧延ロールでカ卩ェし、厚さ 0.34mmのテープ状に なるようにした。 AgMg金属間化合物は、その結晶構造が正方晶（bcc)であるため、六 方最密構造 (hep)である Mgに対して加工性にも優れて 、る。
[0039] (6)次に、テープ状線材を酸化性雰囲気中で熱処理して AgMg金属間化合物を酸 化させ、高抵抗層を形成する。この酸化工程の熱処理条件は、酸素分圧 lOatm (約 1
MPa)、温度 400〜700°Cとした。
[0040] (7)そして、酸ィ匕工程を経た線材にさらに熱処理を施す焼結工程を行 ヽ、 Bi2223相 を生成させる。焼結工程の熱処理条件は、 815°C、 30時間、 8at%酸素雰囲気である
[0041] 以上の工程によりテープ状の超電導線材を得る際、初期（酸化工程前)の Mgの厚 みと、その厚みの Mgを Agと金属間化合物化するのに必要な温度と時間との関係を調 ベた。その結果を図 2のグラフに示す。このグラフから明らかなように、化合物化工程 における熱処理温度が高 、ほど、或いは初期の Mgの厚みが薄 、ほど短時間で金属 間化合物化できることがわかる。従って、このグラフを元に、金属間化合物化処理時 の Mgの厚さに応じて化合物化工程の熱処理温度や時間を選択すればよ!、。
[0042] また、得られたテープ状の超電導線材の断面を SEM (走査電子顕微鏡)で写真撮 影し、その写真から高抵抗層の厚みを測定したところ、 15〜20 mであった。そして、 各超電導フィラメントの外側に酸化物を主体とする高抵抗層が形成されていることが 確認できた。
[0043] さらに、得られた超電導線材の臨界電流を温度 77K、外部磁場なしの条件下で四 端子法により測定したところ、 20Αであった。
図面の簡単な説明
[0044] [図 1]本発明超電導線材の製造過程における多芯線の模式断面図である。
[図 2]初期の Mgの厚みと、その厚みの Mgを Agと金属間化合物化するのに必要な温 度と時間との関係を示すグラフである。
符号の説明
[0045] 1 超電導体原料粉末
2 銀
3 Mg
4 銀

Claims

請求の範囲
[1] 超電導体の原料を第一銀含有金属で覆って銀シース部材を得る第一被覆工程と、 この銀シース部材を銀が含まれない非銀金属で覆う非銀被覆工程と、
非銀被覆工程を経た部材における第一銀含有金属の少なくとも一部と非銀金属と を金属間化合物化する化合物化工程と、
この金属間化合物化された金属を酸化して高抵抗層とする酸化工程と、 高抵抗層が形成された部材を熱処理して前記原料を超電導体とする焼結工程とを 有することを特徴とする超電導線材の製造方法。
[2] さらに、非銀被覆工程を経た部材を第二銀含有金属で覆う第二被覆工程を有し、 化合物化工程では、第二被覆工程を経た部材の第一銀含有金属、非銀金属およ び第二銀含有金属を金属間化合物化することを特徴とする請求の範囲第 1項に記 載の超電導線材の製造方法。
[3] 前記高抵抗層の厚みが 0.1 μ m以上 50 m以下であることを特徴とする請求の範囲 第 1項に記載の超電導線材の製造方法。
[4] さらに、複数本の非銀被覆工程を経た部材を第三銀含有金属で被覆する第三被 覆工程を有することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の超電導線材の製造方法
[5] 高抵抗層の構成材料は、焼結工程の加熱温度で固相であることを特徴とする請求 の範囲第 1項に記載の超電導線材の製造方法。
[6] 超電導体が Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-0系の酸化物超電導体であることを特徴とする請求 の範囲第 1項に記載の超電導線材の製造方法。
[7] さらに化合物化工程を経た部材に塑性加工を施す塑性加工工程を有することを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の超電導線材の製造方法。
[8] さらに非銀被覆工程を経た部材に塑性加工を施す塑性加工工程を有することを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の超電導線材の製造方法。
[9] 請求の範囲第 1項に記載の超電導線材の製造方法により得られたことを特徴とする 超電導線材。
[10] 請求の範囲第 9項に記載の超電導線材を用いたことを特徴とする超電導機器。
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