JPH01122511A - 酸化物セラミックス超電導繊維 - Google Patents

酸化物セラミックス超電導繊維

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JPH01122511A
JPH01122511A JP62280670A JP28067087A JPH01122511A JP H01122511 A JPH01122511 A JP H01122511A JP 62280670 A JP62280670 A JP 62280670A JP 28067087 A JP28067087 A JP 28067087A JP H01122511 A JPH01122511 A JP H01122511A
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JP
Japan
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superconducting
oxide
fibers
diameter
oxide ceramic
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Pending
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JP62280670A
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English (en)
Inventor
Kyoko Goto
後藤 共子
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Kuraray Co Ltd
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Kuraray Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

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】 A、産業上の利用分野 本発明は超電導マグネットや超電導送電線に使用可能な
酸化物セラミックス超電導繊維に関するものである。
旦−亘」虹へ1」L 従来超電導体の最高の臨界温度はNb3Geの23.3
Kが最高であった。実用材料としてはNb3Snの17
Kが最高であった。従来の材料を使用する場合液体ヘリ
ウムによる冷却を必要とした。
最近酸化物超電導体が極めて高い臨界温度を有すること
が見出され、この分野における研究が活発に実施される
ようになった。臨界温度が高い材料としては、40に級
超電導体(La+ −、Sr y) 2CLI04[C
hem、l、ett、429(1987)] 、90に
級超電導体としてBa、YCu307−、 [Phys
、Rev、1.ett、58(1987)405]がす
でに見出されている。90に級高温超電導材料の出現に
より液体窒素(77K)を用いることが可能となった。
またY以外でもLu、 Yb、 Tm、 Er等でも9
0に級と見られる超電導現象がすでに観察されている。
高温超電導の応用はジョセフソン素子に代表されるよう
なエレクトロニクス分野への応用と超電導発電機、磁気
浮上列車、超電導送電線に代表されるような電気機器分
野への応用に大別される。
エレクトロニクス分野への応用も非常に重要な課題であ
り、特に高温超電導体の応用はエレクトロニクス分野へ
の応用から始まるであろう。しかし産業界、社会に与え
るインパクトの大きさを考えた場合、電気機器への高温
超電導の応用こそが重要である。
高温超電導の電気機器への応用の要素技術となるのは超
電導マグネット技術である。超電導マグネットを利用し
たものとしてはM HD発電、磁気浮上列車、高エネル
ヤー粒子加速装置、超電導発電機、超電導変圧器、NM
R−CTなどが挙げられる。高温超電導体をマグネット
の分野に使用できれば超電導マグネット応用機器の経済
性が格段に向上する。また経済性が格段に向上すること
により新しい応用分野、あるいは超電導送電線への応用
が開IJることが期待される。
しかして、該超電導体がマグネットに使用されるために
は必要条件としてマグネットに巻υるような線材である
ことが要求される。従来の液体ヘリウム温度で使用され
ている超電導材料(金属または金属間化合物)について
は種々の線材化およびケーブル化技術が確立されている
が、最近の高温超電導体は酸化物セラミックスであり、
従来の超電導材料の線材化技術は適用できない。
ところで線材内での超電導状態の本質的安定化を達成す
るために、フィラメントは細い方が有利である。臨界温
度の低い従来の超電導材料では直流用マグネットとして
の使用の為には通常、約20μm程度以下で使用されて
おり、また交流用マグネットとしての使用の為には、ヒ
ステリシス損失を小さくする為に、通常0.6μm程度
で使用されているが、本発明の酸化物セラミックス高温
超電導体は臨界温度が高い分、太い径のフィラメントで
の使用が可能となる。しかしこれも1000μm程度が
上限であり、より好ましくは100μm以下のフィラメ
ントとすることが望まれている。
従来、かかる酸化物セラミックス高温超電導体=3− を線材化する方法としては、銀合金インゴットに穴をあ
け、セラミックス粉を詰めて線材としたのち熱処理する
方法がすでに提案されている。しかし高温超電導体を銀
等の金属中空管に詰めて線材化する場合には(1)直径
100μm〜200μm以下の極細線材とすることが極
めて困難である、(2)高温超電導体が断線することな
く、かつ全線域にわたって電導性が均一である状態にす
ることは困難である、以上2点の極めて大きな問題があ
り、直径が実質的に1000μm以下である酸化物セラ
ミックス超電導繊維は従来、成功裡に得られていなかっ
た。
C[Iが 決しよ゛と る。題、 本発明はかかる状況下、酸化物セラミックス高温超電導
体の極細繊維を提供せんとするものである。
D9問題1、を、決する為の手段 本発明者らは上記目的に鑑みて鋭意検討し、繊維紡糸技
術とセラミックス成形技術を融合使用することにより、
酸化物セラミックス超電導体の細線化を試みた結果、均
一、高強度で直径が実質的に1000μm以下の酸化物
セラミックス超電導I Iffが得られ、本発明を完成
するに到った。以下、本発明の詳細な説明する。
本発明の酸化物セラミックス超電導体繊維は、直径が実
質的に1000μm以下であることが必須である。本発
明の数値の範囲外では実用性に乏しい。
好ましい直径は5004m以下である。より好ましくは
200μm以下、もっとも好ましくは100μm以下で
ある。更には、磁場が無い状態における臨界温度(Tc
)が35に以上、好ましくは77に以上、磁場が無い状
態における臨界電流(Jc)がIA/am2以」二、好
ましくはIOA/cm2以上のものがより好適なもので
ある。また気孔率が10容量%以下、好適には5容量%
以下であるものがより好ましい。
本発明の酸化物セラミックス超電導繊維の最大の特徴は
、上記の様に極めて細い繊維であるという点に存するが
、本発明の繊維はおどろくべき事に、かかる極めて細い
繊維であるにしかかわらず、なんらの強度支持体を要さ
ないものであり、この様になんらの支持体を有さない単
独繊維状物質として、充分取り扱いに耐えるものであり
、実用性に極めて優れるのである。もちろん、支持体を
併用することを妨げるものではない。
本発明の酸化物セラミックス超電導繊維は、その製造方
法については何等の制限もないが、製造方法の例として
は、酸化物超電導体の粉末あるいは加熱処理することに
よって酸化物超電導体になり得る物質の粉末を、ポリマ
ーバインダー中に分散後、繊維紡糸技術により繊維化し
、焼成を行なうことによりポリマーバインダーを除去し
得られる。この場合製造方法として粉末の分散媒の種類
により、水溶液分散法、有機溶剤分散法、ポリマー融液
分散法等が:また紡糸方法の種類により、湿式紡糸法、
乾湿式紡糸法、乾式紡糸法、溶融紡糸法等が、種々の組
合せで採用し得る。
上記の酸化物超電導体としては、熱処理によってセラミ
ックス系焼結体を形成するものであって、ある温度以下
で超電導現象を示すものならば特に限定されないが、な
かでも銅酸化物を含むものが好ましい。
具体的には(La、 Ba)、cuOtや一般式LnB
a、Cu5O,,(但し、LnはY、 Lu、 Yb、
 Tm、 Er、 Ho、 Dy。
Gd、 Eu、 Smのすくなくとも1種、χは0<4
≦0.5を表わす。)で表わされるものが挙げられる。
上記Ln、 Ba、 Cu、 Oはそれぞれその一部が
F等によって置換されていても良い。
また上記の加熱処理することによって酸化物超電導体に
なり得る物質としては、上記酸化物超電導体を形成する
それぞれの金属の酸化物、硝酸塩または炭酸塩等からな
るものが挙げられる。
具体的には (a) Lnの酸化物、硝酸塩または炭酸塩、(但しL
nはY、  Lu、  Yb、  Tm、  Er、 
 Ho、  Dy、  Gd、  Eu。
Smのすくなくとも1種) (b) Baの酸化物、硝酸塩または炭酸塩、及び (c) Cuの酸化物、硝酸塩または炭酸塩からなるも
のが挙げられる。上記(b)としてはBaの酢酸塩また
はフッ化物であっても良い。また上記(c)としてはC
uのグルコン酸塩またはフッ化物であってし良い。
より具体的には、上記(a)として、y、o3゜Y(N
O,l)3等が、また」1記(b)としテBaCO3゜
Ba(NO3)2.8aF2等が、上記(c)としてC
ub。
CLI(No3)、、 CuF2・2H20等が挙げら
れる。
これらの各成分を、酸化物超電導体の組成比となるよう
に混合して用いれば良いが、該混合物をあらかじめ温度
800〜1000℃の条件下で、1時間〜5時間、仮焼
きしたものを用いるとより効果が大きい。
本発明の酸化物セラミックス超電導繊維の性能を向上す
るうえで該繊維の気孔率を小さくすることは極めて重要
である。気孔率を低下させることによって酸化物セラミ
ックス超電導繊維の直径を極めて細くし得、また諸性能
を大幅に向上させることができる。酸化物超電導繊維の
気孔率を低下させるには粒径の細い前駆体を用いる必要
があった。
かかる意味において、」1記の酸化物超電導体の粉末、
あるいは加熱処理することによって酸化物超電導体にな
り得る物質の粉末としては、平均粒径15μm以下、好
ましくは1μm以下、更に好ましくは0.5μm以下、
とりわけ好ましくは0.2μm以下のものを用いるのが
、得られる繊維の気孔率を小さくし得、ひいては、細い
繊維を得ることができ、かつまた強伸度物性およびJc
を大きくし得る点から望ましい。
また上記の、バインダーとして使用するポリマーとして
は、水あるいは有機溶媒に可溶であるか、または熱可塑
性のものであり、」二連の無機粉末を凝集させることな
く分散保持する性質を有し、かつ紡糸により繊維化でき
るすべてのポリマーを挙げることができる。
具体的には、ポリビニルアルコール系共重合体、ヒドロ
キシプロピルセルロース、ヒトロキシエヂルセルロース
、メチルセルロース、ポリエステル、ポリアミド、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリ
ル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリビニル
ピロリドン等を挙げることができる。また、無機粉末の
分散保持を目的に種々の分散剤を併用することも可能で
ある。
紡糸後の繊維の焼成方法としては例えば酸素の存在下、
950°C〜1000℃の温度において数分〜数時間、
好ましくは数分〜数十分間焼成した後、徐冷する方法が
挙げられる。
E 、 −び −口」λJ1 本発明の酸化物セラミックス超電導繊維は高い強度と良
好な柔軟性を有し、超電導マグネットあるいは超電導送
電線用の超電導繊維として極めて好適に用いられる。該
繊維は単独で用いても良いが、−本一本の繊維のまわり
を銅・アルミニウム等の金属で包み込み安定化超電導線
材として用いるのが良い。
本発明の酸化物セラミックス超電導繊維を用いる具体的
な用途としてはMHD発電、磁気浮上列車、超電導発電
機、NMR−CT、高エネルギー加速装置等を挙げるこ
とができる。
以下実施例により本発明をより具体的に説明する。
測定法: 超電導繊維の臨界温度(Tc)及び電流密度(Jc)は
、標準的な四端子法で超電導繊維の電気抵抗を測定する
ことで求めた。この端子は直径70μmの白金線であり
、試料の接着には銀製の導電性接着剤を用いた。試料温
度は、(クロメル−金+0.007%鉄)熱電対を用い
て測定した。
超電導繊維の引張り強さ及び伸度は、インストロン型引
張り試験機にて室温で、チャック間距離5mm、引張り
速度0.033m/秒により測定した。
Y2O320g、  BaCO369,9gおよびCu
O43,3gをよく混合したのち、950℃で5時間仮
焼きした後、粉砕し、846メツシユのフィルターを通
ずことにより、直径15μm以下の仮焼き粉末を得た。
参考例2 Y20320g、 BaCO369,9gおよびCuO
43,3gをよく混合したのち、950℃で5時間保持
したのち、酸素ガス流下に100℃/時間の速度で室温
まで冷却し、単一の斜方晶形のYBa、Cu307−、
の酸化物超電導体を得た。これを粉砕し、846メツシ
ユのフィルターを通すことにより、直径15μm以下の
酸化物超電導体粉末を得た。
参考例3 Y(NO3)3’6H20log、 Ba(NO3)、
13.6gおよびCLI(No、)、・3H2018,
9gをそれぞれ蒸留水に溶解し、混合してから全体で3
00m12の水溶液とした。これを直径0.8mmの注
射針を取付けた注射器に入れ、0.7モル/QのLCO
3水溶液300m(!中に噴射させて共沈物の微粉を得
た。この時、系のpI■が7〜8となるようにKOI+
水溶液を適宜加えた。得られた粉末を濾過後、水で3回
洗浄し、アルコール洗浄した後、45℃で乾燥した。続
いて850℃で2時間仮焼きを行ない、粒径が0.2μ
m以下の微粉末を得た。
実施例1 参考例1で調整した15μm以下の粉末]、Ogを蒸留
水15g中に分散させた。(これをA液とする)別に調
整した5%のポリビニルアルコール(以下PVAと記す
)(重合度1700、けん化度985モル%)水溶液1
5gにポリオキシエチレン(10)オクヂルフ一12= エニルエーテル004gとドデソル硫酸ナトリウム0.
04gを加え混合した。(これをB液とする)続いてB
液中にA液を加え、よく撹拌しながらポットプレート上
で全量を30gまで濃縮し原液とした。
次に20g/ρのN’aOHとu+og/σのNa、S
O4を含む水溶液を40℃に保温したものを凝固液とし
、湿式紡糸してフィラメント化し巻き取った。その後t
oog/ρのI(、S04と300g#2のNa、SO
4を含む水溶液中で中和後、水洗してボビンに巻き取っ
た。このフィラメントを50℃の乾燥機で乾燥したのち
、980℃の炉中に入れ5分保持し、100°C/Hの
速度で酸素ガス流下室温まで冷却し、直径100μmの
酸化物超電導繊維を得た。
この繊維の臨界温度(Tc)は83にであり、77Kに
おける臨界電流(Jc) 10A/cm2であった。ま
た引張り強度が2.5MPaで切断伸度が30%であっ
た。
実施例2 参考例2で調整した酸化物超電導体粉末を用い、PVA
として重合度2400、けん化度98.5モル%のもの
を用いる以外は実施例1と同様にして、直径100μm
の酸化物超電導繊維を得た。
この繊維のTcは81にであり、77KにおけるJc 
O,4A/cm”であった。また引張り強度が1.0M
Paで、切断伸度が0.5%であった。
実施例3 参考例3の共沈法により調整した平均粒径0.2μm以
下の粉末10gを蒸留水15g中に分散させた。
(これをC液とする)別に調整した5%のPVA(重合
度3300、けん化度98.7モル%)水溶液10gに
蒸留水5g、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェ
ニルエーテル0.06gとドデシル硫酸ナトリウム0.
06gを加え混合した。(これをD液とする)続いてD
液中にC液゛を加えよく撹拌しながらホットプレート上
で全量を35gまで濃縮し原液とした。
次に20g/f2のN a OHと400g#!のNa
tSO+を含む水溶液を40℃に保温したものを凝固液
とし、湿式紡糸してフィラメント化し巻き取った。その
後100g/f2のH2SO,とaoog/ρのNaz
SO4を含む水溶液中で中和後、水洗してボビンに巻き
取った。このフィラメントを50℃の乾燥機で乾燥した
のち、980℃の炉中に入れ5分保持し、100°C/
IIの速度で酸素ガス流下室温まで冷却し、直径80μ
mの酸化物超電導繊維を得た。
この繊維のTcは84にであり、77にでのJcは10
4A/cm”であった。また引張り強度が20MPaで
、切断伸度が2.6%であった。
特許出願人 株式会社 り ラ し

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)直径が実質的に1000μm以下であることを特
    徴とする酸化物セラミックス超電導繊維。
  2. (2)直径が実質的に500μm以下である特許請求の
    範囲第1項に記載の酸化物セラミックス 超電導繊維。
  3. (3)直径が実質的200μm以下である特許請求の範
    囲第1項に記載の酸化物セラミックス超 電導繊維。
  4. (4)直径が実質的に100μm以下である特許請求の
    範囲第1項に記載の酸化物セラミックス 超電導繊維。
  5. (5)臨界温度が35K以上であり、磁場がない状態に
    おける臨界電流が1A/cm^2以上である特許請求の
    範囲第1項に記載の酸化物セラミ ックス超電導繊維。
JP62280670A 1987-11-05 1987-11-05 酸化物セラミックス超電導繊維 Pending JPH01122511A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6248696B1 (en) 1994-07-15 2001-06-19 Basf Corporation 7-forming, superconducting filaments through bicomponent dry spinning
US6344167B1 (en) 1994-02-18 2002-02-05 Basf Corporation Process for the production of superconductor containing filaments

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6344167B1 (en) 1994-02-18 2002-02-05 Basf Corporation Process for the production of superconductor containing filaments
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