JPH01149306A - セラミックス系超電導線 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はセラミックス系の超電導物質を用いた超電導線
に関する。

（従来の技術） 近年、特に昨年の秋以降、セラミックス超電導体の開発
が世界中で急ピッチで進められている。

この超電導体は、従来の最高の臨界温度を示すＮｂ３Ｇ
ｅの２３Ｋを大巾に越えるもので、Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−
０系セラミックス〈臨界温度３５Ｋ　）　、　Ｌａ−５
ｒ−Ｃｕ−０系セラミックス（超電導開始温度３７に以
上）、Ｌａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系セラミックス、Ｙ−Ｂａ
−Ｃｕ−０系セラミックス（ゼロ抵抗温度９３Ｋ）等の
ほか、本年に入って２３３にあるいは常温以上の臨界温
度を示すセラミックスも報告されている。

このようにセラミックス超電導材料は臨界温度が液体窒
素温度以上や室温で用いることができる可能性があり、
この場合、高価な液体ヘリウムを使用しなくても済むた
め、経済的に極めて有利となるほか、Ｂ電導発電機等に
使用されると構造がシンプルで熱機関の効率も向上する
等の利点を有する。

しかしながら、セラミックスは硬くて、かつ脆いため、
現在実用化されているＮｂ−Ｔｉ系やＮｂ、Ｓｎ系超電
導線のように曲げたり、あるいはコイル巻きすることが
できず、この点を克服することが実用化への第１歩とな
る。

現在線材の製造方法として、アモルファスのテープある
いは線材を酸素雰囲気下で加熱処理する方法や銅系合金
管内にセラミックスを充填し、熱処理および圧延加工等
を施して線材やテープ状に成形する方法等が提案されて
いる。

しかしながら、前者の方法による線材は、その製造時に
極めて急速の冷却を必要とする上、熱処理後の線材は脆
いため、これをコイル状に成形する際に電磁力に対抗す
るため高張力で巻回することができないという難点を有
し、後者の方法による線材は、その定長が銅系合金管の
外径によって制限される上、加工工程が複雑となる難点
がある。

この場合セラミックス超電導物質生成の熱処理は銅系合
金管で被覆されているため、成形後に施すことができず
十分な特性が得られない、さらに前者と同様にコイル巻
き時に必要な強度が得られないという難点も有する。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記の難点を解決するためになされたもので、
アモルファス化のための急速冷却を必要とせず、長尺化
を容易に図ることができる上、高強度でかつ良好な可撓
性を有するのセラミックス系超電導線を提供することを
その目的とする４［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明のセラミックス系超電導線は、長尺の複数本のセ
ラミックファイバを撚合せた撚線の外周に、セラミック
ス超電導物質よりなる焼結層を形成し、その外側に安定
化層を順に設けたことを特徴としている。

本発明におけるセラミックファイバとしては炭化ケイ素
（ＳｉＣ）系あるいは酸化物系のものを用いることがで
きる。

これらのファイバは連続長繊維で、１０００〜１３００
℃以上の高い耐熱性と２００〜２５０　ｋ　Ｑ　／　ｘ
ｉ以上の引張強さを有しており、その平均直径は、たと
えば１０〜１３μｍφと極めて小さいものがあり、もち
ろんこれより大径のものを用いることもできる。前者の
ＳｉＣ系ファイバとしては、たとえばチラノ繊維（宇部
興産株式会社製５ｉ−Ｔｉ−Ｃ−０系ファイバ商品名〉
やニカロン（日本カーボン株式会社製ＳｉＣ系ファイバ
商品名）をあげることができ、後者の酸化物系ファイバ
としてはサフィル（英国１ｎｐｅｒｉａｌＣｈｅｍｉｃ
ａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　ＰＬＣ−ＩＣＩ製Ａｌ２
Ｏ！７フイバ商品名）等の他５ｉ０２系ファイバを用い
ることができる。

上記のファイバはその体積固有抵抗が１０’Ωｃｎ以下
であることが好ましい。体積固有抵抗が上記の範囲であ
ると臨界温度以上に超電導線の温度が上昇したときに、
電流がファイバ内を流れ易くなり破壊し難くなるためで
ある。体積固有抵抗が高いと臨界温度以上になったとき
に端子電圧が上昇し破壊し易くなる。体積固有抵抗が小
さければロスの発生も少なく好都合である。

上記のセラミックファイバは、その複数本により撚線構
造に形成して用いられる。このようにして良好な可撓性
と著しく大きな強度を得ることができる。

セラミックファイバ撚線の外周に形成される焼結層とし
ては例えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系のＹＢａ２　Ｃｕ３０
ｘ＜＞、＜１４；ペロプスカイト）やこれにＦ等の元素
を添加したものをあげることができる。この焼結層は超
電導物質あるいはこの微粉末を分散せしめた溶液をセラ
ミックファイバ撚線上に被着せしめた後、焼結するか、
あるいは酸化性雰囲気中での熱処理により超電導物質を
生成する構成物質をセラミックファイバ撚線上に被着し
た後、これを焼結することにより形成される。これらの
被着方法の主なものをあげれば、 ■Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ合金を溶融状態で被着する方法、■Ｙ
、　Ｂａ、　Ｃｕの酸化物、炭酸塩を混合、溶解して、
これを被着する方法、 ■プラズマ放電、蒸着、溶射、スパッタリング等により
気相あるいはイオン状態で被着する方法、■Ｙ、　Ｂａ
、　ｃｕをそれぞれ含む脂肪酸、樹脂酸、ナフテン酸等
のアルカリ塩以外の金属塩、すなわち金属石けんを被着
する方法、 ■Ｙ、　Ｂａ、　Ｃｕの硝酸塩、蓚酸塩を溶媒に分散せ
しめた混合溶液を被着する方法、 ■ＹＢａ２　Ｃｕ３０ｘの微粉末を溶媒中に分散せしめ
た混合溶液を被着する方法 等がある。もち〜ろん上記の方法は他のセラミックス系
超電導物質にも適用される。この場合、超電導物質その
ものを被着する方法以外は、それぞれの構成物質を所定
原子数比で配合することが望ましい。

上記の焼結層の形成にあたっては、撚線の最外層の素線
間隙を除く撚線外周にこれを形成することにより、より
可撓性を向上させることができる。

このような方法としては、例えば上記の液状物質を撚線
外周に塗布する際に予め最外層の素線間隙に焼結温度で
揮散する塗料を塗布するか、あるいは合成樹脂繊維等を
撚合せておく方法等を上げることができる。

セラミックス超電導物質の焼結層の生成は、酸素気流中
あるいは酸素加圧下で酸化調整しながら７００〜１００
０℃に加熱して、特性の改善が図られる。

この焼結層の外側に安定化材が被覆されるが、この安定
化材としては、たとえば銀、銅、アルミニウムまたはこ
れらの合金をメツキや蒸着により、たとえば０．１〜１
０μｌの厚さに施すことができる。

この場合、高温で酸化物を生成しない金属、たとえばＡ
ｇ、　Ａｕ、　Ｐｔあるいはこれらの合金を安定化材と
して用いた場合には、この安定化材を被覆後にセラミッ
クスＢ電導物質生成の熱処理を施すことができる。これ
らの安定化材は熱処理時に内部のセラミックスと反応せ
ず、外部からの酸素の供給を適度に制限して急激な反応
による粉末化と燃焼を防止し、ち密な結晶を長時間かけ
て生成することができる。

さらに安定化材して導電性セラミックスや導電性高分子
材料が用いられる。前者の導電性セラミックスとしては
、ＴｉＣ，ＮｂＣ，甑、ＴａＣ５ＺｒＢ。

ＢＮ、　ＺｒＮ等の炭化物、ホウ化物や窒化物があり、
一方後者の導電性高分子材料としてはポリアセチレンや
ポリピロール等をあげることができる。これらの安定化
材はその体積固有抵抗が１０ｓΩＣ１以下であることが
好ましい、その理由はセラミックファイバの場合と同様
であるが、特に導電性セラミックスを用いた場合には線
材の構成部材の熱膨脹の差を小さくすることができ熱的
影響に対して極めて有利とな〜る。

これらの安定化材の被覆は、超電導物質の被着と同様に
溶融、気相あるいはイオン状態で施すことができる。

上記の安定化材の外側に通常絶縁被膜が施される。絶縁
被膜としては有機あるいは無機材料が用いられ、前者の
有機絶縁被膜としてはυＶ硬化ウレタン樹脂やＰＶＦエ
ナメル樹脂を、一方後者の無機絶縁被膜としてはアルミ
ナやポリボロシロキサン樹脂等をあげることができる。

（作　用） 本発明においては、セラミックファイバ撚線の外側にセ
ラミックス超電導物質の焼結層および安定化層を順に設
けた構造を有するため、良好な可視性と高強度の長尺の
線材を容易に製造することができ、かつファイバ撚線が
セラミックスよりなるため超電導物質との熱膨脹の差も
小さく、かつ密着性も良好である。

（実施例） 以下本発明の実施例について説明する。

実施例１ 外径１２μｌφのＳｉＣ系セラミックファイバ（チすよ
うに白金または石英よりなる溶融ルツボ１中に通過せし
めてその外周にＹＢａ２　Ｃｕ１合金を被着する。この
ルツボ１は外部ヒータ２により加熱されており、内部に
収容されたＹＢａ　２　Ｃｕ　１合金３を溶融状態に保
持する。被着後の厚さは５〜６μｍである。

上記のセラミックファイバ撚線４は下部ガイドリール５
を介してルツボ１の下部に配置されたインサート６の通
孔を通ってルツボ内を通過せしめられ、ダイス７により
その外周に所定厚さの融液が被着される。上記のインサ
ート６およびダイス７はＨＯまたはＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ系
合金等で作成されている。

次いで２ｋａｆ／ｃｄ以下の酸素気流中で７００〜１０
００℃に加熱してセラミックス超電導物質の焼結層を形
成する。この焼結工程は上記の被着工程に続いて連続的
に行うことも可能である。

焼結後の線材はその外周に銀あるいは銅がメツキされた
後、最後にこのメツキ層の外側に有機絶縁塗料、たとえ
ばホルマールワニスの塗布焼付層が形成される。上記の
メツキ層は安定化材として機能させるためと機械的保護
および端子付けを容易にする目的で施されるものである
。

このようにして製造されたセラミックス超電導線１０は
第１図に示すように、セラミックファイバ撚線１１の外
周にセラミックス超電導物質の焼結Ｗ１１２、安定化層
１３および絶縁層１４が順次形成された構造を有する。

実施例２ 外径１０μｍφのＳｉＣファイバにカロン；日本カーボ
ン株式会社製商品名）７本を撚合せた撚線の外周に、Ｙ
Ｂａ２　Ｃｕ３０ｘ　（ｘ　＜１４）からなるセラミッ
クスをスパッタリング法により・５〜６μｍの厚さに被
覆した０次いで９５０℃の酸化性雰囲気中で加熱して上
記のセラミックスを焼結した後、この外周に銅を蒸着し
た。このようにして得られた撚線を１５０本束ねた集合
線の臨界温度（Ｔｃ　）を測定した結果を第２図に示す
、さらに上記の集合線の臨界電流密度（Ｊｃ　）を測定
した結果はＪｃ＝２００ＯＡ／ｃ−／　（７７Ｋ　）を
示しな。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明のセラミックス系超電導線は、
セラミックファイバ撚線の外周にセラミックス超電導物
質の焼結層および安定化層を順に形成したことにより、
高温長時間の焼結条件下ででもファイバが段線すること
なく長尺の機械的および電気的に安定した線材を容易に
製造することができるとともに、高強度の、かつ高い電
流密度の超電導線を得ることができる。

本発明による超電導線は可撓性に優れるため、これらの
複数本を用いてさらに集合線、撚線あるいは編組線を容
易に形成することができ、このようにして得られた線材
を高張力でコイル巻きした後、エナメルワニス′を含浸
して超電導マグネットを製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセラミックス超電導線の一実施例を示
す断面図、第２図はその一実施例の臨界温度を示すグラ
フ、第３図はその製造装置の概略図である。 １・・・・・・・・・溶融ルツボ ３・・・・・・・・・ＹＢａ２　Ｃｕ３合金融液４．１
１・・・セラミックファイバ撚線７・・・・・・・・・
ダイス １０・・・・・・・・・セラミックス超電導線１２・・
・・・・・・・セラミックス超電導物質の焼結層１３・
・・・・・・・・安定化層 １４・・・・・・・・・絶縁層 第１図 ５里度Ｔ（Ｋ） 第２図 第３図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数本のセラミックファイバを撚合せた撚線の外
   周に、セラミックス超電導物質よりなる焼結層を形成し
   、その外周に安定化層を順に設けたことを特徴とするセ
   ラミックス系超電導線。
2. （２）セラミックファイバは、炭化ケイ素あるいは酸化
   物系ファイバである特許請求の範囲第１項記載のセラミ
   ックス系超電導線。
3. （３）超電導物質は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系セラミック
   スである特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載のセ
   ラミックス系超電導線。
4. （４）安定化層は、金属あるいは合金よりなる特許請求
   の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項記載のセラミ
   ックス系超電導線。
5. （５）安定化層は、導電性セラミックスあるいは導電性
   高分子材料よりなる特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれか１項記載のセラミックス系超電導線。
6. （６）セラミックファイバは、その体積固有抵抗が１０
   ＾５Ωｃｍ以下である特許請求の範囲第２項記載のセラ
   ミックス系超電導線。
7. （７）導電性セラミックスあるいは導電性高分子材料は
   、その体積固有抵抗が１０＾５Ωｃｍ以下である特許請
   求の範囲第５項記載のセラミックス系超電導線。
8. （８）焼結層は、撚線を構成する最外層の素線間隙を除
   く撚線外周に形成されてなる特許請求の範囲第１項ない
   し第７項のいずれか１項記載のセラミックス系超電導線
   。