JPH03110806A - 酸化物超電導体の成形方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、酸化物超電導体の成型方法、特にドクターブ
レード法などで得られたテープ材料を利用して酸化物超
電導体をコイル等の形状に成型する方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来の金属系や金属化合物系の超電導体においては、金
属の展性を利用して線引加工を行ない、巻線によりコイ
ル状に成型するのが一般的であった。また、強磁場発生
の応用においては線引加工を利用しないコイルとして、
板を渦状に巻き込むパンケーキコイル、円筒を螺旋状に
切り抜くポリへりックスコイル、円盤を重ね合わせるビ
ッタ−コイルなどが知られている。

近年、液体窒素温度以上で超電導転移を示す酸化物超電
導体が次々と発見され、その応用のために線材やテープ
材への加工方法が編み出されてきた。その−例としてド
クターブレード法によるテープ材料を挙げることができ
る。この方法は、酸化物超電導体粉末に、分散剤・結合
剤・可塑剤の役割を有する有機溶媒を加えてスラリー状
の原料とし、これを１〜３００μｍ程度の間隙から離型
性の良好なフィルム上に連続的に流し出すことによりグ
リーンシートを形成し、目的形状に加工した後、熱処理
により有機溶媒の蒸発・酸化除去、酸化物超電導体の焼
結を行なってテープ材料を得る方法である。また、最近
焼結の途中において、中間圧縮工程を設けることにより
、超電導特性の向上と可撓性の改善が図られることが明
らかとなった。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、酸化物超電導体は本質的に脆いため、ドクタ
ーブレード法によるテープ材料も、多少の可撓性は有し
ているものの、曲げ応力に対しては非常に脆弱である。

従って、補強材無しで巻線することは困難であり、同様
にパンケーキコイルに成型することも困難である。また
、ドクターブレード法によるテープ材料を、ポリへツタ
スコイルに成型するには円筒形への成型方法と螺旋の切
り抜き方法が、ビッタ−コイルに成型するには接合方法
が問題であった。

即ち、ドクターブレード法を用いて、短尺のテープ材料
を作製することは容易であったが、それを長尺化し、さ
らにコイル等に成型する過程においては有効な成型方法
が開発されておらず、それが実用化を阻む問題の一つと
なっていた。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は、前記問題点を解決すべ（種々検討を重ねた
結果テープ状に成型した酸化物超電導体を、−度焼結し
た後、これを重ね合せて圧縮し、さらに熱処理するとテ
ープとテープが機械的、電気的に良好に接合できること
を見出し、本発明をなすに至った。

本発明は、 （イ）酸化物超電導体粉末のテープ状成型体の一次焼結
工程 （ロ）テープ状の酸化物超電導体成型体と切り欠き部を
有する非超電導体テープとを交互に積層する工程 （ハ）積層体の層に垂直な方向に圧力を加えて圧縮し、
非超電導体テープの切り欠き部において、対面する２つ
の酸化物超電導体を圧着させる圧縮工程 （ニ）圧縮した酸化物超電導体の二次焼結工程 を含むことを特徴とする酸化物超電導体の成型方法を提
供するものである。

本発明において、酸化物超電導体をテープ状に成型する
方法としてドクターブレード法を用いた場合は、得られ
たテープの各工程での取り扱いが容易で、テープを任意
の形状に切断加工することも容易であるので好ましい。

圧縮成型などの方法で成型したテープも利用することが
できる。

本発明では、（イ）の−次焼結工程において、酸化物超
電導体粉末は焼結しである程度の強度を有する焼結体と
なるが、この段階では焼結体にはかなりの気孔が残存し
、また結晶も無配向である。テープ状に成型する際に、
ドクターブレード法などのように有機化合物のバインダ
ーを用いる場合、−次焼結の工程でこの有機化合物は、
揮発あるいは焼結して取り除かれる。

本発明の（ロ）の積層工程は、テープ状の酸化物超電導
体とテープ状の非超電導体を交互に積層する工程である
。（ロ）の工程は（イ）の−次焼結工程の後で行なって
も、先に行なっても良い。即ち、酸化物超電導体粉末の
テープ状成型体を一次焼結した後、このテープ状の一次
焼結体と非超電導体テープを積層しても良く、また、テ
ープ状の酸化物超電導体粉末の成型体を切り欠き部を有
する非超電導体テープと交互に積層した後、−次焼結を
行なっても良い。後者の場合において、酸化物超電導体
粉末をドクターブレード法により成型すれば、このグリ
ーンシートは取り扱いやすいので、積層工程が容易にな
る。但し、−次焼結を積層した状態で行なうので、有機
バインダーを用いたときは、これが充分取り除かれるよ
う注意する必要がある。

（ロ）の積層工程において用いる非超電導体テープは切
り欠きを有しており、積層した際この非超電導体テープ
の両面に接する酸化物超電導体は、この部分においては
、空隙を形成して対面している。非超電導体としては、
酸化物超電導体を使用する温度において超電導性を示さ
ないものであれば種々のものを用いることが可能である
。非超電導体として銀、金、白金、パラジウムの金属箔
、もしくはこれらの金属の合金の箔を用いると、二次焼
結時に酸化物超電導体との反応を最少限に抑えることが
できるので好ましい。

このようにして得られた積層体は、次に（ハ）の圧縮工
程に移る。（ハ）の圧縮工程において、酸化物超電導体
の一次焼結体は、圧縮されて緻密になる。この工程を図
を用いて説明すると以下のようになる。

図２は、圧縮前の積層体の断面の１例である。２１は酸
化物超電導体の一次焼結体である。

２２は、非超電導体テープで切り欠き部２３を有してい
る。この部分は空隙になっており、上下の酸化物超電導
体の一次焼結体２１が対面している。この積層体を圧縮
した後の断面を示したのが図３である。図３では一次焼
結体３１は、緻密化して厚さが減少している。これに伴
って、図２の切り欠き部２３にあった空隙はなくなり、
この部分３３で、非超電導体の上下の一次焼結体が圧着
する。３２は非超電導体テープである。

非超電導体のテープの厚さが、酸化物超電導体の厚さに
比べて２分の１以下の場合は、圧着した時に酸化物超電
導体の接合の程度が向上するので好ましい。また、この
圧縮工程により酸化物超電導体結晶が配向し超電導特性
が向上する効果もある。

本発明方法においては、圧縮工程の後に（駒の二次焼結
工程を行なう。（ハ）の圧縮工程で、非超電導体の両面
の対面する２つの酸化物超電導体は圧着しているが、そ
れだけでは電気的な接合は不十分であり、接合部以外に
おいても、マイクロクラック等が発生しているおそれが
ある。従って、そのままでは電気的および機械的特性が
十分でない。二次焼結を行なうと、酸化物超電導体結晶
粒子間の結合の度合いが向上し、電気的あるいは機械的
特性が良好になる。

本発明において、酸化物超電導体テープを、半径方向に
少なくとも１ケ所の切り欠きを有する環状（例えばＣ字
形）に成型し、同様な形状に非超電導体テープを成型し
て、図１に示すように酸化物超電導体テープ１１と非超
電導体テープ１２を、切り欠き部１３が環の周方向に順
にずれるように積層することにより、コイル状の酸化物
超電導体を成型することができる。環の形状は円環に限
らず、全体として四角形のような角のある環でも良い。

また、積層後に穴あけ加工等を行なうこともできる。

本発明において、酸化物超電導体は特に限定されるもの
ではなく、イツトリウム系、ビスマル系、タリウム系等
いずれの系にも適用できる。

［実施例］ 実施例Ｉ Ｂ　ｉ　＋、　ａＰｂｏ、　ａｓｒ２．　ｏｃａｘ、　
ＱＣＬ１３．　ＯＯＸ　　（Ｘは酸素量）組成の酸化物
超電導体仮焼粉末を、ポリビニル系のバインダー、可塑
剤、分散剤とともに混合し、ドクターブレード法によっ
て成型し、厚み１５０μｍのシート状成型体を得た。こ
のシートを外径１８ｍｍ、内径１２ｍｍ、切り欠き部の
間隔５ｎｏｏのＣ字形のテープに切断し、　５００°Ｃ
・２ｈの一次焼結を行なった。こうして得られたＣ型リ
ング状テープ４６枚を同様の形状に切り出した厚み５０
μｍの銀箔４５枚とともに、図１に示すように互いの切
れ目をずらしながら交互に積層し、銀箔の切れ目から超
電導テープどうしが接触できるようにした。次に、中間
圧縮により積層方向に４０ｔの一軸加圧を行ない、テー
プ間を圧着した。この中間圧着により積層されたリング
状のテープは一体となり、持ち上げても形を崩すことは
なかった。圧着後８４５℃・３２ｈの二次焼結を行ない
。コイル状成型体を得た。こうして得られたコイル状成
型体の上下に二か所ずつ端子を取り付け、７７Ｋにおい
て直流四端子法により、臨界電流を測定したところ、臨
界電流値は２．２Ａであった。

実施例２ Ｂｉ＋、　＜Ｐｂｏ、　ａｓｒ２．　ｏｃａ２．　ｏｃ
ｕ３．　ＯＯＸ　　（Ｘは酸素量）組成の酸化物超電導
体仮焼粉末を、ポリビニル系のバインダー、可塑剤、分
散剤とともに混合し、ドクターブレード法によって成型
し、厚み１５０μｍのシート状成型体を得た。このシー
トを外径１８ｍｍ、内径１２ｍｍ、切り欠き部の間隔５
ｍｍのＣ字形の３１枚のテープに切断し、同様の形状に
切り出した厚み５０μｍの銀箔３０枚とともに、互いの
切れ目をずらしながら実施例１と同様に交互に積層し、
銀箔の切れ目から超電導テープどうしが接触できるよう
にした。この積層体に対し、５００℃・２ｈの脱媒後、
８４５℃・２ｈの一次焼結を行なった。次に中間圧縮と
して積層方向に２０ｔの一軸加圧を行ない、テープ間を
圧着した。この中間圧縮により積層されたリング状のテ
ープは一体となり、持ち上げても形を崩すことはなかっ
た。圧着後８４５℃・３２ｈの二次焼結を行ないコイル
状成型体を得た。こうして得られたコイル状成型体の上
下に二か所ずつ端子を取り付け、７７Ｋにおいて直流四
端子法により、臨界電流を測定したところ、臨界電流値
は４．６Ａであった。

実施例３ Ｙ　＋、　ａＢａ２．　ｏｃｕｘ、　ＯＯＸ　（Ｘは酸
素量）組成の酸化物超電導体仮焼粉末を、ポリビニル系
のバインダー、可塑剤、分散剤とともに混合し、ドクタ
ーブレード法によって成型し、厚み１５０μｍのシート
状成型体を得た。このシートを直径１８ｍｍの円形に切
断し、切り込みを入れ、外周３３０゜の扇形シートとし
た。このシートに５００℃・２ｈの脱媒後、　９２０℃
・ｌｈの一次焼結を行なった。こうして得られた扇形シ
ート１６枚を同様の形状に切り出した厚み５０μｍの銀
箔１５枚とともに、互いの切れ目から超電導シートどう
しが接触できるようにした。次に中間圧縮として積層方
向に５０ｔの一軸加圧を行ない、シート間を圧着した。

この積層シートの中央にドリルを用いて、直径１０ｍｍ
の穴を空はリング状にした後、９３０℃・ｌｏｈの二次
焼結を行ないコイル状成型体を得た。こうして得られた
コイル状成型体の上下に二か所ずつ端子を取り付け、７
７Ｋにおいて直流四端子法により、臨界電流を測定した
ところ、臨界電流値は４．２Ａであった。

［発明の効果〕 本発明の成型方法により、テープ状の酸化物超電導体を
機械的電気的に良好に接合することができ、従来困難で
あった形状の酸化物超電導体を得ることができる。

本発明の成型方法は、強磁界を発生させるハイブリッド
マグネット用のコイルに代表される超電導コイル、電子
部品等の超電導配線、磁気シールド材等、厚膜を接合し
て得られる超電導材料の製造に利用することができる。

従来の酸化物超電導体やテープ材料の製造においては、
超電導体間の接合が困難であったため、必要とする長さ
を連続して生産しなくてはならず、大がかりな製造装置
が必要であったが、本発明方法においては短尺のテープ
を接合することにより長尺化や目的とする形状への成型
を行なうことができるようになる。このため、製造装置
の簡素化および小型化が可能となり、コストが安（なる
。

【図面の簡単な説明】

図１は、Ｃ字形に成型した酸化物超電導体テープ１１と
Ｃ字形に切り出した非超電導体テープ２２を交互に積層
する様子を示したものである。 図２及び図３は、本発明の圧縮工程を説明するための断
面図である。 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）（イ）酸化物超電導体粉末のテープ状成型体の一
   次焼結工程 （ロ）テープ状の酸化物超電導体成型体と切り欠き部を
   有する非超電導体テープとを 交互に積層する工程 （ハ）積層体の層に垂直な方向に圧力を加えて圧縮し、
   非超電導体テープの切り欠き 部において、対面する２つの酸化物超電 導体を圧着させる圧縮工程 （ニ）圧縮した酸化物超電導体の二次焼結工程 を含むことを特徴とする酸化物超電導体の成型方法。
2. （２）請求項１の各工程を（イ）（ロ）（ハ）（ニ）の
   順で行う酸化物超電導体の成型方法。
3. （３）請求項１の各工程を（ロ）（イ）（ハ）（ニ）の
   順で行う酸化物超電導体の成型方法。
4. （４）酸化物超電導体粉末の成型方法がドクターブレー
   ド法である請求項１〜３いずれか１の酸化物超電導体の
   成型方法。
5. （５）非超電導体が、銀、金、白金、パラジウムからな
   る群より選ばれた１種以上からなる金属又は合金の箔で
   ある請求項１〜４いずれか１の酸化物超電導体の成型方
   法。
6. （６）酸化物超電導体テープと非超電導体テープがいず
   れも少なくとも１ヵ所に半径方向に切り欠き部を有する
   環状であり、積層時にこの切り欠き部を順に環の周方向
   にずらすことにより、酸化物超伝導体がコイルを形成す
   るように積層する請求項１〜５いずれか１の酸化物超電
   導体の成型方法。