JPH01128407A - セラミックス系超電導体コイルの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導体コイルの製造方法に関し、詳細には
希土類元素の酸化物を含有するセラミックス系超電導体
のコイルの新規な製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

超電導現象は成る温度以下で電気抵抗が全く無くなる現
象をいうが、この超電導現象はそれが起こる温度（臨界
温度）が材料によってそれぞれ異なる。臨界温度が高い
材料はど冷却が容易であるため、できるだけ臨界温度の
高い材料の開発が特に最近隆盛を極めている。また、高
い臨界温度だけでなく超電導状態で流せる上限の電流（
臨界電流）もセラミックス材料の実用化の重要なポイン
トとなる。これは実用化にはたとえば線材にしなければ
ならないが、セラミックス材料は単位断面積当りに流せ
る電流が小さいため、どれだけ高い臨界電流が得られる
かが実用化への大きな鍵を握っているからである。

ところで超電導現象を起こす材料としては、合金系、セ
ラミックス系が周知であり、最近はセラミックス系材料
の開発が特に進められており、臨界温度の高いセラミッ
クス系超電導材料の開発は日進月歩である。しかしなが
ら、その実用化に際しては超電導材料を長尺の線材、テ
ープなどに加工する必要があるにもかかわらず、セラミ
ックス系超電導材料は硬（て脆いために金属材のように
線引きできない問題がある。セラミックス系超電導材料
モータのコイルとして使用する場合には、更に線材をコ
イル巻きする必要があるが、このコイル巻き時に線材が
破断したり、あるいは破断しないまでも巻き応力を加え
ることにより線材の超電導特性が低下する等の問題があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って本発明の目的は、以上の点を迄みて、セラミック
ス系超電導材料の粉末またはその原料粉末の混合物から
直接当該材料のコイルを製造する新規な方法を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的は、金属性容器の中心部にセラミックス系超電
導材料の粉末又はその原料粉末を充填し、当該セラミッ
クス系超電導材料粉末の充填層と金属性容器内壁との間
に電気絶縁性のセラミックス粉末を充填し、金属性容器
ごと線引きし、得られた線材を所望の寸法にコイル巻き
し、得られたコイル巻き物を焼結工程に付し、ついでコ
イルの金属外皮を除去することを特徴とするセラミック
ス系超電導体コイルの製造方法により達成される。

本発明の特定発明による製造方法の特徴は、セラミック
ス系超電導材料の粉末またはその原料粉末を金属性容器
を用いて線引き及びコイル巻きにより予め所望の寸法、
構造のコイル状に加工しておき、ついで焼結するので従
来問題の多かった線材のコイル巻き加工が不要であり、
コイル巻き加工に付随した種々の問題が全て解消するこ
とである。

超電導材料としては、セラミックス系のものであれば特
に制限はなく、特に希土類元素の酸化物を含有するセラ
ミックス系であることが好ましい。

かかる材料としては、たとえば材料の成分としてバリウ
ム・イットリウム・銅・酸素、バリウム・ランタン・銅
・酸素、ストロンチウム・ランタン・銅・酸素、バリウ
ム・スカンジウム・銅・酸素、またはカルシウム・ラン
タン・銅・酸素を組成とするセラミックスなどがあり、
好ましくはセラミックス材料で主流になりつつあるイツ
トリウム系であるバリウム・イットリウム・銅・酸素の
組成からなる材料である。さらにこのイツトリウム系超
電導材料を使用する場合にその好ましい配合比はＢａ：
　Ｙ　：Ｃｕ：　Ｏ＝２　：　１　：　３　：　６〜７
である。本発明においては、かかる組成を有するセラミ
ックスの粉体が用いられる。当該粉末を製造する方法は
、従来既知の方法によればよく、特に制限はない、たと
えば原料粉末（たとえばバリウム・イットリウム・銅・
酸素系の超電導材料の場合は、炭酸バリウム、酸化イツ
トリウムおよび酸化銅等）の混合→焼結→焼給体の再粉
末化という工程で行われる固体プロセスなどによって製
造すればよい。更に本発明においては、炭酸バリウム、
酸化イツトリウムおよび酸化銅等の原料粉末の混合物を
も使用することが出来る。本発明においては、セラミッ
クス系超電導材料の粉末またはその原料粉末の混合物等
を以下総称的に超電導材料粉末と呼ぶ。

本発明の方法においては、まず金属性容器の中心部にセ
ラミックス系超電導材料粉末を充填し、当該セラミック
ス系超電導材料粉末の充填層と金属性容器内壁との間に
電気絶縁性のセラミックス粉末を充填し、金属性容器ご
と線引きして線材を得る。金属性容器としては、銀、銅
、ステンレス、アルミニウム等からなる有底パイプが好
ましい。

線引きにより得られた線材を、ついで所望の寸法及び形
状のコイルとなるようにコイル巻きし、得られたコイル
巻き物を焼結工程に付し、コイル線材の内部に存在する
超電導材料粉末及び電気絶縁性のセラミックス粉末を焼
結する。

焼結温度は、使用したセラミックスにより異なるが、上
記した超電導材料粉末の場合、７００〜１ｏｏｏ°Ｃ１
好ましくは８００〜９５０°Ｃ程度であり、焼結に要す
る時間は１〜２４時間程度である。なお、この焼結時に
線材内の超電導材料粉末に十分な量の酸素を供給するた
めに従来周知の方法、たとえば酸素雰囲気中での焼結、
等を講じることが好ましい。

焼結工程を経て得たコイルの表面には金属性容器に由来
する金属外皮が存在するので、次いでこの金属外皮は薬
品処理、機械的削除等の方法により除去される。処理薬
品としては、除去対象となる金属種に応じた適当な酸、
アルカリ等を、必要に応じて２種以上を組合わせ使用す
るとよい、　　。

′　　得られた超電導体コイルは、表面層が電気絶縁層
となっているのでそのまま寅用に供してもよいが、更に
その表面に電気絶縁ワニスを塗布、焼付して絶縁層を形
成すると一層好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の方法を実施例に基づいてより具体的に説
明する。

実施例１ 一端の封止した内径６−１肉厚０．５ｍの銀バイブに外
径５ａｍの銅マンドレルを同心円状に挿入設置し、該銀
パイプと銅マンドレルとの間に生じた断面リング状間隙
内に電気絶縁性のセラミックス粉末（平均粒径約５μ霧
の酸化イツトリウムと酸化銅の１：１重量比混合物）を
真空下で緻密に充填し、次いで銅マンドレルを引き抜き
、生じた穴に超電導セラミックス材料として、その組成
がバリウム・イットリウム・銅・酸素で、配合比をＢａ
：Ｙ：Ｃｕ＋Ｏ＝２：１：３：６．１に調製した平均粒
径約５μ霧の材料粉末を真空下で緻密に充填し、カセッ
トダイスを用いて線引きして外径１閣の線材を得た。つ
いでこの線材を外径１０ｍｍ、長さ５０Ｉ１１１のセラ
ミック製の円柱の表面に緻密に巻きつけてコイルを成形
した後、酸素雰囲気下の９００　’Ｃで２４時間焼結し
、室温に冷却後、濃度１０重量％の硝酸水溶液でコイル
の銀外皮を溶解除去し、十分水洗乾燥して表面にセラミ
ック電気絶縁層を有する超電導コイルを得た。

実施例２ 配合比をＢａ：Ｙ：Ｃｕ：Ｏ＝２　：　１　：　３　：
　７．　０に調製した平均粒径約５μｍの材料粉末を用
いて実施例１と同様の方法および条件で電気絶縁処理さ
れたコイルを得た。

実施例３ セラミックス系超電導材料として、その組成がバリウム
・ランタン・銅・酸素で、配合比をＢａ：Ｙ　：Ｃｕ：
　Ｏ＝０．１５：０．８５：　１　：　４に調製した平
均粒径約５μ−の材料粉末を用いて実施例１と同様の方
法および条件で電気絶縁処理されたコイルを得た。

各実施例で得られた各線材の臨界温度並びに臨界電流密
度を以下の方法によって測定し、第１表に示す結果を得
た。

（臨界温度、臨界電流密度の測定方法）１）臨界温度 サンプル（長さ２〜３ｃ＋ａ）を電流密度０．１　Ａ／
Ｃ艷として液体ヘリウムで冷却しなから４端子法により
電気抵抗変化と温度変化をＸ−Ｙレコーダーにより測定
し、電気抵抗値がゼロになる温度を求めた。

２）ｌ）！！界電流密度 サンプル（長さ２〜３ｃｍ）をパワーリードと共に液体
ヘリウム中に浸漬し、徐々に電流値を上げなから４端子
法によりＩＲドロップと電流変化壱Ｘ−Ｙレコーダーに
より測定し、ＩＲドロップが出現する電流値を求めた。

第１表 〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明の製造方法によればセラミッ
クス系超電導材料の粉末またはその原料粉末の混合物を
用いて直接当該材料のコイルを製造することができる。

したがって従来問題の多かった線材のコイル巻き加工が
不要であり、コイル巻き加工に付随した種々の問題が全
て解消する。

また本発明の方法で得たコイルは電気絶縁性のセラミッ
クスをその表面層に有するので電気絶縁処理の必要がな
い。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属性容器の中心部にセラミックス系超電導材料
   の粉末またはその原料粉末を充填し、当該セラミックス
   系超電導材料粉末の充填層と金属性容器内壁との間に電
   気絶縁性のセラミックス粉末を充填し、金属性容器ごと
   線引きし、得られた線材を所望の寸法にコイル巻きし、
   得られたコイル巻き物を焼結工程に付し、ついでコイル
   の金属外皮を除去することを特徴とするセラミックス系
   超電導体コイルの製造方法。
2. （２）前記超電導材料の成分がバリウム・イットリウム
   ・銅・酸素、バリウム・ランタン・銅・酸素、ストロン
   チウム・ランタン・銅・酸素、バリウム・スカンジウム
   ・銅・酸素、またはカルシウム・ランタン・銅・酸素で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載
   のセラミックス系超電導体コイルの製造方法。