JP2008124014A - 超伝導体を製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工が容易な超伝導体がＹＢＣＯベースで得られる方法を提供する。
【解決手段】ワイヤ状の導体を製造するため、帯状体（２）として存在する配向組織化された金属製基材と、円形の断面を持って長く延びる金属製支持体（１）とを用い、まず、金属製基材の長手方向において、金属製基材を金属製支持体の周りで成形して、長手方向に延びる両エッジが１本のスリット（４）に接して並ぶスリット管（３）とする。続いてこのスリット管を、スリットの溶接によって閉じる。閉じられた管（９）を、つぎに金属製支持体に密着するまで引き抜き加工する。つぎに超伝導性ＹＢＣＯ材料からなる層（１２）で、閉じられた管の周りを被覆し、最後に熱処理を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、超伝導体を製造する次のような方法に関する。すなわち、配向組織化された(textured)金属基材に、イットリウム・バリウム・銅酸化物（ＹＢＣＯ）からなる層が、超伝導材料として被覆されるという方法である（特許文献１）。

超伝導体は、温度が十分低いときに超伝導状態に転移する特殊な材料から構成される。この転移によって、そのような構成の導体の電気抵抗は零に近づく。これに適する超伝導材料は、たとえばＹＢＣＯ（イットリウム・バリウム・銅酸化物）またはＢＳＣＣＯ（ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物）である。この種のセラミックス材料にとって、超伝導状態に達するに十分低い温度とは、たとえば６７Ｋ乃至１１０Ｋである。これに相当する超伝導体は、高温超伝導体と呼ばれる。これに適する冷媒は、たとえば窒素、ヘリウム、ネオンおよび水素、またはこれら材料の混合物であって、いずれも液体状態のものである。

冒頭に挙げた特許文献１は、高温超伝導体を製造するさまざまな方法を記載する。ある１つのＢＳＣＣＯ超伝導体の場合、このＢＳＣＣＯ材料は、粉末状のものを銀製の管に充填されて、圧縮される。管の機械的変形と、それに続く熱処理（アニーリング）によって、超伝導可能な状態が得られる。ＹＢＣＯ超伝導体は、電気的特性がすぐれているのでとくに電気ケーブルやコイルに適するが、この超伝導体の場合、２軸に配向組織化された（biaxially textured）金属性帯状体を基材として、まずその上にやはり金属製の緩衝層が被覆され、続いてこの緩衝層の上にＹＢＣＯ材料が被覆される。この基材は、たとえばニッケル、銅または鉄、または合金からなる。緩衝層には、たとえば銅または銀を用いる。ＹＢＣＯ材料は、最後にやはり熱処理によって超伝導可能な状態とされる。このようにして製造された超伝導体は、すでに述べたように、有利な方法として、電動機や電磁石のための電気ケーブルやコイルに用いることができる。しかし、この超伝導体は帯状であるため、１方向においてしか曲げることができない。
ＵＳ−Ａ−５７３９０８６

本発明の課題は、冒頭に挙げた方法を、加工が容易な超伝導体がＹＢＣＯベースで得られるようにすることである。

本発明はこの課題を下記によって解決する。
帯状体として存在する配向組織化された金属製基材と、円形の断面を持って長く延びる金属製支持体とを用い、まず金属製基材の長手方向において、金属製基材を金属製支持体の周りで成形して、長手方向に延びる両エッジが１本のスリットに接して並ぶスリット管とする。
続いて前記スリット管を、スリットの溶接により閉じる。

つぎに、閉じられた管を、金属製支持体に密着するまで引き抜き加工する。

つぎに、超伝導性ＹＢＣＯ材料からなる層で、閉じられた管の周りを被覆する。

最後に熱処理を行う。

この方法によって、超伝導状態に転移可能な電導体が得られ、この電導体は、従来型のワイヤ状導体と同じ方法で加工できる。導体を曲げる際に、特別な方向に限られることはなくなる。したがってこの方法はとくに、電動機や電磁石のコイルを製造するため、そしてまた従来型の装置を使用しながら電気ケーブルを構成するのに適している。

本発明の方法を、図面を用いながらその実施形態について説明する。

符号１を付したのは１つの金属製支持体であって、この支持体は、紐(Strang)、ロープ(Seil)または管(Rohl)として形成することができる。この支持体は、好ましくはスチール製とし、この機能を製造される超伝導体の引っ張りに強い中心部分として用いることができる。支持体１は、好ましくはその外径を０．５ｍｍ乃至３．０ｍｍとする。

支持体1の周りでは、帯状体２として存在し、前処理によってすでに配向組織化されている金属製基材から、スリット管(スリットを有する管)３が、成形される。このスリット管は、支持体１にできるだけ近く接するのが有利である。スリット管の長手方向に延びるエッジは、まだ開いているスリット４に接して、たがいに並んでいる。この場合帯状体２は、スプール５から引き出され、ロール６で示されている成形装置で、スリット管３に成形される。このスリット管は、たとえばニッケル、銅、または鉄、または合金製である。帯状体２は、前処理工程で、たとえば２軸の配向組織(biaxial texture)を印加されている。この帯状体は、好ましくは５０μｍ乃至１５０μｍの厚さとする。

支持体１とスリット管３は、好ましくは矢印７の方向に連続的に動かされるものとする。その際スリット４とスリット管３は、次の工程で溶接装置８により溶接されて、溶接により継ぎ目を閉じられた管９が得られる。溶接装置８は任意の仕様とすることができる。タングステン不活性ガス（ＷＩＧ）法または金属不活性ガス（ＭＩＧ）法による、シールドガスの下の溶接、またはレーザビームによる溶接を行うのが有利である。フラッシュ溶接電極を用いる溶接法も用いることができる。閉じられた管９は、その後引き抜き装置１０で直径を減じられ、支持体１に密着する。その状態の工作物を図４に示す。

こうして製造された断面が丸い工作物は、続いて装置１１で、その周りをＹＢＣＯ材料からなる層１２で被覆される。この層の厚さは１μｍ乃至５μｍとするのが有利である。これは公知の方法によって、たとえばＰＶＤ法（物理蒸着法）、ＣＶＤ法（化学蒸着法）、またはＣＳＤ法（化学溶液法）によって行うことができる。装置１１の後には、超伝導性ＹＢＣＯ材料を被覆された完成された導体１３が生じる（図５）。この導体は、最後に超伝導性を得るための装置１４で、熱処理好ましくはアニールを加えられる。この熱処理は、温度７００℃乃至８５０℃で行えば有利である。

帯状体２または管９から作られた基材をさらに保護するため、基材の上を、ＹＢＣＯ被覆する前に、もう１つの周りを閉じられた緩衝層１５で被覆することができる。この緩衝層は、厚さがたとえば１００ｎｍ乃至２００ｎｍ、たとえばセラミックス製とする。適している材料は、たとえば酸化セリウム、またはランタン・ジルコニウム酸化物である。緩衝層１５は、ＹＢＣＯ層１２の場合に挙げたと同じ被覆法で被覆することができる。その後、緩衝層１５をＹＢＣＯ層１２で、すでに説明した方法により被覆し、次いで装置１４で熱処理を行う。このようにして完成した超伝導体１６の断面を、図６に示す。

本発明の方法を実施するための配置物を模式的に示す。 図１の線ＩＩ‐ＩＩで切った断面の拡大図を示す。 図１の線ＩＩＩ‐ＩＩＩで切った断面の拡大図を示す。 図１の線ＩＶ‐ＩＶで切った断面の拡大図を示す。 図１の線Ｖ‐Ｖで切った断面の拡大図を示す。 本方法によって製造できる超伝導体の断面図を示す。

符号の説明

１…支持体、２…帯状体、３…スリット管、４…スリット、５…スプール、６…ロール、８…溶接装置、９…管、１０…引き抜き装置、１２…ＹＢＣＯ層、１３…導体、１５…緩衝層、１６…超伝導体

Claims (4)

1. 超伝導材料としてイットリウム・バリウム・銅酸化物（ＹＢＣＯ）からなる層が、配向組織化された金属性基材の上に被覆され、そして熱処理を加えられる、超伝導体を製造する方法であって、
   帯状体（２）として存在する配向組織化された金属製基材と、円形の断面を持って長く延びる金属製支持体（１）とを用い、まず、前記金属製基材の長手方向において、前記金属製基材を前記金属製支持体の周りで成形して、長手方向に延びる両エッジが１本のスリット（４）に接して並ぶスリット管（３）とし、
   続いて前記スリット管を、前記スリット（４）の溶接により閉じ、
   つぎに、閉じられた管（９）を、前記金属製支持体に密着するまで引き抜き加工し、
   つぎに、超伝導性ＹＢＣＯ材料からなる層（１２）で、前記閉じられた管の周りを被覆し、
   最後に熱処理を行う、超伝導体を製造する方法。
2. 前記ＹＢＣＯ材料からなる層で被覆する前に、周りを閉じられた金属材料製緩衝層（１５）で、前記閉じられた管を被覆する、請求項１に記載の方法。
3. 請求項１に記載の方法で製造された、ＹＢＣＯ材料を超伝導材料とする超伝導体であって、円形の断面を持つ金属性支持体（１）の周りを、配向組織化された金属材料製の閉じられた管（９）で被覆され、当該管は、周りをＹＢＣＯ材料からなる層（１２）で囲まれている、超伝導体。
4. 前記閉じられた管と前記ＹＢＣＯ材料からなる層との間に、金属製緩衝層（１５）が設けられている、請求項３に記載の導体。

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