JP2644245B2 - 酸化物超電導線 - Google Patents
酸化物超電導線Info
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- oxide superconducting
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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、熱歪による臨界電流密度の劣化の小さい酸
化物超電導線に関する。
化物超電導線に関する。
（従来の技術） 近年、Ba−La−Cu−Ｏ系の層状ペロブスカイト型の酸
化物が高い臨界温度を有する可能性のあることが発表さ
れて依頼、各所で酸化物超電導体の研究が行われている
（Z.Phys.B Condensed Matter64,189−193（1986））。
その中でもＹ−Ba−Cu−Ｏ系で代表される酸素欠陥を有
する欠陥ペロブスカイト型（LnBa2Cu3O７−δ型）（δ
は酸素欠陥を表わし通常１以下、Lnは、Ｙ、La、Sc、N
d、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選ば
れた少なくとも１種の元素、Baの一部はSr等で置換可
能）の酸化物超電導体は、臨界温度が90K以上と液体窒
素以上の高い温度を示すために非常に有望な材料として
注目されている（Phys.Rev.Lett,Vol.58No.9,908−91
0）。
化物が高い臨界温度を有する可能性のあることが発表さ
れて依頼、各所で酸化物超電導体の研究が行われている
（Z.Phys.B Condensed Matter64,189−193（1986））。
その中でもＹ−Ba−Cu−Ｏ系で代表される酸素欠陥を有
する欠陥ペロブスカイト型（LnBa2Cu3O７−δ型）（δ
は酸素欠陥を表わし通常１以下、Lnは、Ｙ、La、Sc、N
d、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選ば
れた少なくとも１種の元素、Baの一部はSr等で置換可
能）の酸化物超電導体は、臨界温度が90K以上と液体窒
素以上の高い温度を示すために非常に有望な材料として
注目されている（Phys.Rev.Lett,Vol.58No.9,908−91
0）。
一般に、このようなペロブスカイト型の結晶構造を有
する酸化物超電導体を用いた酸化物超電導線は、銀や銀
合金のような酸素透過性金属管内に酸化物超電導体の粉
末を充填し、これに減面加工を施して所望の外径にまで
成形した後、900〜980℃の温度で10数時間熱処理し、次
いで酸化物超伝導体結晶の酸素空席に酸素を導入するた
めに400〜600℃程度の酸素雰囲気中で10数時間程度加熱
することにより製造される。
する酸化物超電導体を用いた酸化物超電導線は、銀や銀
合金のような酸素透過性金属管内に酸化物超電導体の粉
末を充填し、これに減面加工を施して所望の外径にまで
成形した後、900〜980℃の温度で10数時間熱処理し、次
いで酸化物超伝導体結晶の酸素空席に酸素を導入するた
めに400〜600℃程度の酸素雰囲気中で10数時間程度加熱
することにより製造される。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の酸化物超電導線は、
酸化物超電導体の外周が金属被覆で拘束されており、し
かも酸化物超電導体と金属被覆の熱膨張係数が異なるた
め、ヒートサイクルを受けると酸化物超電導体が強い熱
歪を受け、さらに、これによってクラックも発生するた
め臨界電流密度が劣化してしまうという問題があった。
酸化物超電導体の外周が金属被覆で拘束されており、し
かも酸化物超電導体と金属被覆の熱膨張係数が異なるた
め、ヒートサイクルを受けると酸化物超電導体が強い熱
歪を受け、さらに、これによってクラックも発生するた
め臨界電流密度が劣化してしまうという問題があった。
第２図は、酸素透過性が良いため通常酸化物超電導線
の金属被覆として用いられる銀と、ペロブスカイト型酸
化物超電導体の常温からの熱伸縮量を百分率で示したグ
ラフである。
の金属被覆として用いられる銀と、ペロブスカイト型酸
化物超電導体の常温からの熱伸縮量を百分率で示したグ
ラフである。
この図から明らかなように、銀被覆の施された酸化物
超電導線は、高温では銀の方が熱膨脹量が大きいので銀
に引張られ、逆に低温では銀の熱収縮量が大きいため、
銀被覆によって圧縮を受けることになる。
超電導線は、高温では銀の方が熱膨脹量が大きいので銀
に引張られ、逆に低温では銀の熱収縮量が大きいため、
銀被覆によって圧縮を受けることになる。
そして、これによって生ずる熱歪は、酸化物超電導体
の臨界電流密度を劣化させ、特にこのようなヒートサイ
クルが繰り返されると酸化物超電導体の内部にクラック
が形成されて、臨界電流密度が著しく低下してしまうの
である。
の臨界電流密度を劣化させ、特にこのようなヒートサイ
クルが繰り返されると酸化物超電導体の内部にクラック
が形成されて、臨界電流密度が著しく低下してしまうの
である。
本発明は、このような従来の難点を解消すべくなされ
たもので、上記欠点のない酸化物超電導線およびその製
造方法を提供することを目的とする。
たもので、上記欠点のない酸化物超電導線およびその製
造方法を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち、本発明の酸化物超電導線は、酸化物超電導
体の外周に、金属被覆を設けてなる酸化物超電導線にお
いて、前記金属被覆に、前記酸化物超電導体に達すると
共に前記酸化物超電導線の長手方向と直交する断面形状
が略Ｖ字状スリットを、前記酸化物超電導線の長手方向
に沿って螺旋状に形成してなることを特徴としている。
体の外周に、金属被覆を設けてなる酸化物超電導線にお
いて、前記金属被覆に、前記酸化物超電導体に達すると
共に前記酸化物超電導線の長手方向と直交する断面形状
が略Ｖ字状スリットを、前記酸化物超電導線の長手方向
に沿って螺旋状に形成してなることを特徴としている。
本発明には各種の酸化物超電導体を用いることができ
るが、臨界温度の高い、希土類元素含有のペロブスカイ
ト型の酸化物超電導体を用いた場合に特に実用的効果が
大きい。
るが、臨界温度の高い、希土類元素含有のペロブスカイ
ト型の酸化物超電導体を用いた場合に特に実用的効果が
大きい。
上記の希土類元素を含有してプロブスカイト型構造を
有する酸化物超電導体は、超電導状態を実現できるもの
であればよく、LnBa2Cu3O７−δ系（δは酸素欠陥を表
し通常１以下の数、Luは、Ｙ、La、Sc、Nd、Sm、Eu、G
d、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選ばれた少なくと
も１種の元素、Baの一部はSr等で置換可能）等の酸素欠
陥を有する欠陥ペロブスカイト型、Sr−La−Cu−Ｏ系等
の層状ペロブスカイト型等の広義にペロブスカイト型を
有する酸化物が例示される。また希土類元素も広義の定
義とし、Sc、ＹおよびLa系を含むものとする。代表的な
系としてＹ−Ba−Cu−Ｏ系のほかに、ＹをEu、Dy、Ho、
Er、Tm、Yb、Lu、等の希土類で置換した系、Sc−Ba−Cu
−Ｏ系、Sr−La−Cu−Ｏ系、さらにSrをBa、Caで置換し
た系等が挙げられる。
有する酸化物超電導体は、超電導状態を実現できるもの
であればよく、LnBa2Cu3O７−δ系（δは酸素欠陥を表
し通常１以下の数、Luは、Ｙ、La、Sc、Nd、Sm、Eu、G
d、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuから選ばれた少なくと
も１種の元素、Baの一部はSr等で置換可能）等の酸素欠
陥を有する欠陥ペロブスカイト型、Sr−La−Cu−Ｏ系等
の層状ペロブスカイト型等の広義にペロブスカイト型を
有する酸化物が例示される。また希土類元素も広義の定
義とし、Sc、ＹおよびLa系を含むものとする。代表的な
系としてＹ−Ba−Cu−Ｏ系のほかに、ＹをEu、Dy、Ho、
Er、Tm、Yb、Lu、等の希土類で置換した系、Sc−Ba−Cu
−Ｏ系、Sr−La−Cu−Ｏ系、さらにSrをBa、Caで置換し
た系等が挙げられる。
本発明に用いる酸化物超電導体は、たとえば以下に示
す方法により製造することができる。
す方法により製造することができる。
まず、Ｙ、Ba、Cu等のペロブスカイト型酸化物超電導
体の構成元素を充分混合する。混合の際には、Y2 O3、C
uO等の酸化物を原料として用いることができる。また、
これらの酸化物のほかに、焼成後酸化物に転化する炭酸
塩、硝酸塩、水酸化物等の化合物で用いてもよい。さら
には、共沈法等で得たシユウ酸塩等を用いてもよい。ペ
ロブスカイト型酸化物超電導体を構成する元素は、基本
的に化学量論比の組成となるように混合するが、多少製
造条件等との関係でずれていても差支えない。たとえ
ば、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系ではY1molに対しBa2mol、Cu3mol
が標準組成であるが、実用上はY1molに対して、Ba2±0.
6mol、Cu3±0.2mol程度のずれは問題ない。
体の構成元素を充分混合する。混合の際には、Y2 O3、C
uO等の酸化物を原料として用いることができる。また、
これらの酸化物のほかに、焼成後酸化物に転化する炭酸
塩、硝酸塩、水酸化物等の化合物で用いてもよい。さら
には、共沈法等で得たシユウ酸塩等を用いてもよい。ペ
ロブスカイト型酸化物超電導体を構成する元素は、基本
的に化学量論比の組成となるように混合するが、多少製
造条件等との関係でずれていても差支えない。たとえ
ば、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系ではY1molに対しBa2mol、Cu3mol
が標準組成であるが、実用上はY1molに対して、Ba2±0.
6mol、Cu3±0.2mol程度のずれは問題ない。
前述の原料を混合した後、仮焼、粉砕し所望の形状に
した後、850〜980℃程度で焼成する。仮焼は必ずしも必
要ではない。仮焼および焼成は充分な酸素が供給できる
ような酸素含有雰囲気中で行うことが好ましい。焼成
後、酸素含有雰囲気中で350〜700℃の酸素雰囲気中で10
数時間熱処理して超電導特性を付与する。上記熱処理
は、焼成のための熱処理後、通常600℃以下で徐冷しな
がら行うようにする。
した後、850〜980℃程度で焼成する。仮焼は必ずしも必
要ではない。仮焼および焼成は充分な酸素が供給できる
ような酸素含有雰囲気中で行うことが好ましい。焼成
後、酸素含有雰囲気中で350〜700℃の酸素雰囲気中で10
数時間熱処理して超電導特性を付与する。上記熱処理
は、焼成のための熱処理後、通常600℃以下で徐冷しな
がら行うようにする。
このようにして得られた酸化物超電導体は、酸素欠陥
δを有する酸素欠陥型ペロブスカイト構造（LuBa2Cu3O
７−δ（δは通常１以下））となる。なお、BaをSr、Ca
の少なくとも１種で置換することもでき、さらにCuの一
部をTi、Ｖ、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn等で置換すること
もできる。
δを有する酸素欠陥型ペロブスカイト構造（LuBa2Cu3O
７−δ（δは通常１以下））となる。なお、BaをSr、Ca
の少なくとも１種で置換することもでき、さらにCuの一
部をTi、Ｖ、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn等で置換すること
もできる。
この置換量は、超電導特性を低下させない程度の範囲
で適宣設定可能であるが、あまりに多量の置換は超電導
特性を低下させてしまうので80mol％以下、さらに実用
上は20mol％以下程度までとする。
で適宣設定可能であるが、あまりに多量の置換は超電導
特性を低下させてしまうので80mol％以下、さらに実用
上は20mol％以下程度までとする。
本発明の酸化物超電導線を得るには、まず、酸化物超
電導体の焼成し結晶化した焼成物をボールミル等の公知
の手段により粉砕する。このとき、酸化物超電導体粉末
はへき開面から分割されて微粉末となる。粉砕は、平均
粒径（結晶のｃ面の最大の長さ）が１〜５μｍ程度、直
径対厚さの比が３〜５となるまで行なうことが望まし
い。なお、必要に応じて、粉砕した粉末を上記の範囲と
なるように分級して用いてもよい。
電導体の焼成し結晶化した焼成物をボールミル等の公知
の手段により粉砕する。このとき、酸化物超電導体粉末
はへき開面から分割されて微粉末となる。粉砕は、平均
粒径（結晶のｃ面の最大の長さ）が１〜５μｍ程度、直
径対厚さの比が３〜５となるまで行なうことが望まし
い。なお、必要に応じて、粉砕した粉末を上記の範囲と
なるように分級して用いてもよい。
次に、この酸化物超電導体粉末を、そのまま、あるい
は円柱状に加圧成形した後、金属管内に充填し、両端を
同質材により封止する。
は円柱状に加圧成形した後、金属管内に充填し、両端を
同質材により封止する。
上記金属管としては、銀または銀合金のような酸素透
過性の良好な金属からなるものが適している。
過性の良好な金属からなるものが適している。
この後、この酸化物超電導体粉末を充填した金属管
を、熱間または温間でスェージングマシン等により鍛造
し、冷間で線引きして前記金属管の外径を元の外径の1/
10以下、好ましくは1/20以下程度となるまで減面加工を
施し、さらに必要に応じて、所定の外形の加工を施した
後、長手方向に沿ってスリットを形成する。
を、熱間または温間でスェージングマシン等により鍛造
し、冷間で線引きして前記金属管の外径を元の外径の1/
10以下、好ましくは1/20以下程度となるまで減面加工を
施し、さらに必要に応じて、所定の外形の加工を施した
後、長手方向に沿ってスリットを形成する。
スリットの形成は、例えば レーザー加工 機械加工 ホトリソグラフィを用いたエッチング加工等により
行うことができる。
行うことができる。
スリットの幅は徳に限定されないが、酸化物超電導体
と金属被覆の熱伸縮の差を吸収するのに充分なゆとりを
有していることが望ましい。また、このスリットは全体
が連続して形成されている必要はなく、所定の長さごと
にブリッジを形成するようにしてもよい。
と金属被覆の熱伸縮の差を吸収するのに充分なゆとりを
有していることが望ましい。また、このスリットは全体
が連続して形成されている必要はなく、所定の長さごと
にブリッジを形成するようにしてもよい。
第１図は、本発明の酸化物超電導体の外形を示すもの
で、金属被覆１の長さ方向に螺旋状に連続し、かつ長さ
方向と直交する断面形状が略Ｖ字状のスリット２を形成
したものである。なお、同図において３は酸化物超電導
体を示している。
で、金属被覆１の長さ方向に螺旋状に連続し、かつ長さ
方向と直交する断面形状が略Ｖ字状のスリット２を形成
したものである。なお、同図において３は酸化物超電導
体を示している。
次に、スリット加工の終了した酸化物超電導線を、酸
素含有雰囲気中850〜980℃で８〜80時間、焼成のため熱
処理を行なう。焼成後、酸素含有雰囲気中で600℃から3
00℃までを１℃／分程度の割合いで徐冷し、酸化物超伝
導体の結晶構造中の酸素空席に酸素を導入して超電導特
性を向上させる。なお、酸素導入は、このような徐冷を
行わずに、焼成のための熱処理からの冷却工程または別
工程において、300〜700℃で10数時間保持することによ
り行うようにしてもよい。
素含有雰囲気中850〜980℃で８〜80時間、焼成のため熱
処理を行なう。焼成後、酸素含有雰囲気中で600℃から3
00℃までを１℃／分程度の割合いで徐冷し、酸化物超伝
導体の結晶構造中の酸素空席に酸素を導入して超電導特
性を向上させる。なお、酸素導入は、このような徐冷を
行わずに、焼成のための熱処理からの冷却工程または別
工程において、300〜700℃で10数時間保持することによ
り行うようにしてもよい。
熱処理の後、スリットの部分が開きすぎるのを防止す
るため、酸化物超電導線の外周に押えテープや押え糸を
巻回すようにしてもよい。
るため、酸化物超電導線の外周に押えテープや押え糸を
巻回すようにしてもよい。
なお、前述したスリット加工は、熱処理後に行うこと
も可能である。
も可能である。
（作 用） 本発明の酸化物超電導線は、金属被覆にスリットが形
成されているので、金属被覆と酸化物超電導体の熱膨脹
係数の違いによる熱歪がスリットの開閉により吸収され
る。
成されているので、金属被覆と酸化物超電導体の熱膨脹
係数の違いによる熱歪がスリットの開閉により吸収され
る。
（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。
実施例 まず、BaCO3粉末2mol％、Y2 O3粉末0.5mol％、CuO粉
末3mol％を充分混合し、混合物を900℃で48時間焼成し
た後粉砕した。次いで、この粉末原料を大気中600℃で2
4時間熱処理して酸素空席に酸素を導入した後、ボール
ミルを用いて粉砕し、分級して平均粒径２μｍ、直径対
厚さの比が３〜５のペロブスカイト型の酸化物超電導体
粉末を得た。
末3mol％を充分混合し、混合物を900℃で48時間焼成し
た後粉砕した。次いで、この粉末原料を大気中600℃で2
4時間熱処理して酸素空席に酸素を導入した後、ボール
ミルを用いて粉砕し、分級して平均粒径２μｍ、直径対
厚さの比が３〜５のペロブスカイト型の酸化物超電導体
粉末を得た。
次に、得られた酸化物超電導体粉末を、外径20mm、内
径15mm、長さ100mmの、一端を銀材により封止した銀管
中に充填し、他端に銀材の栓をした後、常温でスェージ
ングマシンにより銀管外から酸化物超電導体粉末をつき
固め、この後外径2mmにまで冷間で線引きし、その外周
に公知のホトリソグラフィ技術を用いて幅0.1mmのスリ
ットを形成した。
径15mm、長さ100mmの、一端を銀材により封止した銀管
中に充填し、他端に銀材の栓をした後、常温でスェージ
ングマシンにより銀管外から酸化物超電導体粉末をつき
固め、この後外径2mmにまで冷間で線引きし、その外周
に公知のホトリソグラフィ技術を用いて幅0.1mmのスリ
ットを形成した。
しかる後、酸素雰囲気中940℃で７時間熱処理して焼
成した後、600℃から１℃／分で徐冷して超電導線を得
た。
成した後、600℃から１℃／分で徐冷して超電導線を得
た。
この酸化物超電導線の臨界電流密度は1000A/cm2であ
った。
った。
一方、スリットを形成しない点を除いて実施例と同一
条件で製造した酸化物超電導の臨界電流密度は87A/cm2
であった。
条件で製造した酸化物超電導の臨界電流密度は87A/cm2
であった。
［発明の効果］ 本発明の酸化物超電導線は、金属被覆にスリットが形
成されているので、金属被覆の酸化物超電導体の熱膨脹
係数の違いによる熱歪がスリットの問題により吸収され
る。したがって、ヒートサイクルの際の熱歪による臨界
電流密度の低下や、熱歪により発生するクラックの発生
を防ぎ、長期にわたって高い電流密度を得ることができ
る。
成されているので、金属被覆の酸化物超電導体の熱膨脹
係数の違いによる熱歪がスリットの問題により吸収され
る。したがって、ヒートサイクルの際の熱歪による臨界
電流密度の低下や、熱歪により発生するクラックの発生
を防ぎ、長期にわたって高い電流密度を得ることができ
る。
第１図は本発明の酸化物超電導線の実施例を示す斜視
図、第２図は酸化物超電導線の金属被覆と酸化物超電導
体の温度変化による熱伸縮量を示すグラフである。 １……金属被覆 ２……スリット ３……酸化物超電導体
図、第２図は酸化物超電導線の金属被覆と酸化物超電導
体の温度変化による熱伸縮量を示すグラフである。 １……金属被覆 ２……スリット ３……酸化物超電導体
Claims (5)
- 【請求項１】酸化物超電導体の外周に、金属被覆を設け
てなる酸化物超電導線において、前記金属被覆に、前記
酸化物超電導体に達すると共に前記酸化物超電導線の長
手方向と直交する断面形状が略Ｖ字状のスリットを、前
記酸化物超電導線の長手方向に沿って螺旋状に形成して
なることを特徴とする酸化物超電導線。 - 【請求項２】金属被覆が、銀または銀合金からなること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸化物超電導
線。 - 【請求項３】酸化物超電導体は、希土類元素を含有する
ペロブスカイト型の酸化物超電導体であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項または第２項記載の酸化物超
電導線。 - 【請求項４】酸化物超電導体は、Lu元素（Luは、希土類
元素から選ばれた少なくとも１種の元素）、BaおよびCu
を原子比で実質的に1:2:3の割合で含有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１
項記載の酸化物超電導線。 - 【請求項５】酸化物超電導体は、LuBa2Cu3O７−δ（δ
は酸素欠陥を表わす）で表わされる酸素欠陥型ペロブス
カイト構造を有することを特徴とする特許請求の範囲第
４項記載の酸化物超電導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62320731A JP2644245B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 酸化物超電導線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62320731A JP2644245B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 酸化物超電導線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01161613A JPH01161613A (ja) | 1989-06-26 |
| JP2644245B2 true JP2644245B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=18124686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62320731A Expired - Lifetime JP2644245B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 酸化物超電導線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2644245B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5652461B2 (ja) * | 2012-12-06 | 2015-01-14 | トヨタ自動車株式会社 | 回転電機用コイル導線およびコイル体 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1338396C (en) * | 1987-02-05 | 1996-06-18 | Kazuo Sawada | Process for manufacturing a superconducting wire of compound oxide-type ceramics |
| JPS643919A (en) * | 1987-06-26 | 1989-01-09 | Furukawa Electric Co Ltd | Manufacture of superconductive wire |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62320731A patent/JP2644245B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01161613A (ja) | 1989-06-26 |
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