JPH01149316A - セラミックス系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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は超電導線の製造方法に係り、特にセラミックス
系超電導線の製造方法に関する。

（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２３に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−５ｒ
−Ｃｕ−０系セラミックス（Ｂ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９３に）等のほ
か、本年に入って２３３にあるいは室温以上の臨界温度
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済むため
、経済的に極めて有利となるほか、超電導発電機等に使
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、がっ脆いなめ、
現在実用化されているＮｂ−Ｔｉ系やＮｂｌＳｎ系超電
導線のように曲げなり、あるいはコイル巻さすることが
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、 ０合金管（たとえばＣｕ−Ｎｉ合金）の内部に原料の粉
末を充填し、両端を引張って線材やテープ状に成形する
方法、 ■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、上記■の方法においては、極めて急速な
冷却を必要とする上、極めて細い線材や薄膜のテープし
か得られず、実用線材を得る方法としては、難点を有し
ており、上記■の方法では長尺の線材を連続的に製造す
ることが回能であり、上記■の方法では線材の定長が当
初の銅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
体生成の熱処理は、超電導特性向上の観点がら成形後、
すなわち最終線径近傍で施すことが望ましいが、銅系合
金管で被覆されているため成形後に内部に酸素を供給す
ることが極めて困難であり、実際上不可能である。

さらに上記いずれの方法によって製造された線材におい
ても強度上問題があり、コイル形成の際に電磁力に対抗
するなめ、高張力で巻回することができないという難点
がある。

（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
の線材を容易に製造することができる上、酸化性雰囲気
中での熱処理を長尺の線材の状態で施すことができ、か
つ高い強度と臨界電流密度の実用線材を製造することが
可能なセラミックス系超電導線の製造方法を提供するこ
とをその目的とする。

［発明の構成］ （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の製造方法は、 （イ）複数本の乍ラミックファイバを撚合せた撚線外周
にセラミックス超電導物質あるいは酸化性雰囲気中で加
熱することによりそれを生成する構成物質を被着する工
程と、 （ロ）次いで前記被着物質を焼結する工程と、（ハ）こ
の焼結層の外側に金属またはその合金よりなる安定化材
を被覆する工程とからなることを特徴としている。

上記の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
°Ｃ以上の高い耐熱性と２００〜２５０ｋｇ／−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〜
１３μｌφ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１１ｐｅｒｉａｌＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎ
ｄｕｓｔｒｉｅｓ　ＰＬＣ−ＩＣＩ製ＡｈＯａファイバ
商品名）等の他ＳｉＯ２系フア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１０５Ωｃｍ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なめで
ある０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。

撚線の外周に被着されるａｔ導物質としては、たとえば
ＹＢａ２　Ｃｕｌ　Ｏｘ　（ｘ　＜　１４　：ペロブス
カイト）やこれにＦ等を添加したものが、一方、酸化性
雰囲気中での熱処理によりセラミックス超電導物質を生
成する構成物質としては、たとえばＹ−Ｂａ−Ｃｕ系合
金（Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ　＝１：２：３　、原子数比）やＹ
、　ａａ、　Ｃｕあるいはこれらの酸化物、炭酸塩等の
混合粉末が用いられ、これらの融液中に撚線を浸漬する
ことによりその外周に、たとえば０．１〜２０μｍ程度
に被着される。もちろん、他のセラミックス系の超電導
物質やそれを生成する構成物質を用いることもできる。

なお上記の融液状態からの被着の他、気相あるいはイオ
ン状態で被着させることもできる。このような方法とし
てはプラズマ放電、蒸着、溶射やスパッタリング法等が
あげられる。

この場合には撚線の最外層の素線間隙には被着され難い
なめ可撓性をさらに向上させることができる。

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
０μｍの厚さに施すことができ、こ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ＵＶ硬化ウレ
タン樹脂やＰＶＦエナメルを、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） 本発明の方法においては、セラミックファイバよりなる
撚線の外周にセラミックス超電導物質あるいは酸化性雰
囲気中で加熱することによりそれを生成する構成材料が
被着された後焼結するため、良好な可撓性と高強度の長
尺の線材を容易に製造することができ、かつファイバが
セラミックスよりなるため超電導物質との熱膨張の差も
小さく、かつ密着性も良好である。

すなわち上記の良好な密着性の達成とセラミックスの加
工を不要としたことにより、長尺線材の製造を可能にす
る６ （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１２μｍφのＳｉＣ系セラミックファイバ（チラノ
ｗｔ維；宇部興産株式会社ＭＳｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｑ系ファ
イバ商品名）の７本を撚合せた撚線を、第３図に示すよ
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　ＣＵ３合金を被着する。こ
のルツボ１は、外部辷−夕２により加熱されており、内
部に収容されなＹＢａ２　ＣＵ３合金３を溶融状態に保
持する。被着府の厚さは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２ｋｇｆ／ｃシ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層１２、安定化１１
３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（ニカロン；日本カー
ボン株式会社製商品名）の７本を撚合せた撚線の外周に
、ＹＢａ２　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５〜６μｌの厚さに
被覆しな。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４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（、ｙｃ　）を測定
した結果はＪ　ｃ　＝２００ＯＡ／ｃ（（７７Ｋ　＞を
示した。

［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の製
造方法によれば、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を形成することにより、高
温長時間の焼結条件下でもファイバが断線することなく
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、高い強度と電流密度の超電
導線を得ることができる。

本発明によって製造された超電導線は可視性に優れるた
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図は本発明の方法によって製造されたセラミックス
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 ′Ａ庵丁ＩＫ） 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）（イ）複数本のセラミックファイバを撚合せた撚
   線外周にセラミックス超電導物質あるいは酸化性雰囲気
   中で加熱することによりそれを生成する、構成物質を被
   着する工程と、 （ロ）次いで前記被着物質を焼結する工程と、（ハ）こ
   の焼結層の外側に金属またはその合金よりなる安定化材
   を被覆する工程とからなることを特徴とするセラミック
   ス系超電導線の製造方法。
2. （２）セラミックファイバは、炭化ケイ素系あるいは酸
   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の製造方法。
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の製造方法。
4. （４）超電導物質あるいはその構成物質の被着は、溶融
   状態で施され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の製造方法。
5. （５）超電導物質あるいはその構成物質の被着は、気相
   あるいはイオン状態で施され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
   線の製造方法。
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の製造方法。
7. （７）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項乃至
   第３項、第５項および第６項のいずれか１項記載のセラ
   ミックス系超電導線の製造方法。