JPH01128409A - 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権めている。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ボイン
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Ｔａ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く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線材
を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、以上の点を鑑みて、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、耐熱性支持体の表面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のペーストを塗布し焼
結してセラミックス系超電導体層を形成し、次いで当該
セラミックス系超電導体層に切削加工を施してコイルを
描画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
はその原料粉末のペーストから所望の形状を有する耐熱
性支持体の表面にセラミックス系超電導体層を形成し、
ついでかく形成された超電導体層に適宜の切削加工手段
を施して不要部分を除去して所望のコイル形状を残存さ
せる、換言すると所望形状のコイルを描画するものであ
る。従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
て解消することである。

本発明においては、超電導体層の形成材料となるセラミ
ックス系超電導材料は特に制限がなく、その酸化物中に
特に重希土類元素（ランタン、イッテルビウム、ジスプ
ロシウム、ホルシウム、エルビウム、ツリウム、イツト
リウム、ストロンチウムなど）を含有するセラミックス
系であることが好ましい、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・インドリウム・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　
：■＝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・インドリウム・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わ）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、まず超電導材料わ）末たとえ
ば粒径５μｍまたはそれ以下の可及的微粒子を適当な液
体媒体にたとえば５〜６０重屏％の濃度で分散してなる
ペーストを調製する。液体媒体としては、非水系のもの
が好ましく、たとえばエタノール、プロパツール、プロ
ピレングリコール、ポリビニルアルコールなどのアルコ
ール類、リグロイン、灯油、ポリブテンなどの炭化水素
類が例示できる。

超電導材料粉末のペーストを耐熱性支持体の表面に塗布
し、乾燥し、ついで焼結して耐熱性支持体の表面に超電
導体層を形成する。均一な厚さの超１）導体層を形成す
るために、超電導材料粉末含有量の低いのペーストを用
いて、塗布並びに焼結を２〜ｌＯ回繰り返すことも好ま
しい。

焼結温度は、使用したセラミックスによりことなるが、
上記した超電導材料粉末の場合、７００〜１０００’Ｃ
，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。

耐熱性支持体としては、所望の形状のコイルを製造する
のに適した形状のものが用いられる。たとえば、蚊取線
香状のコイルやシートコイルを製造する場合には薄板が
好ましく、中心軸方向に一定の長さを有するコイルを製
造する場合には円筒体が好ましい、耐熱性支持体は、上
記した焼結温度に耐え得る耐熱性を有するものであれば
よく、たとえばセラミックス、グラファイト、耐熱性ガ
ラスなどからなるものが用いられる。

上記した耐熱性支持体上に形成された超電導体層に適宜
の切削加工手段を施して不要部分を除去して所望のコイ
ル形状を残存させる、換言すると所望形状のコイルを描
画する。切削加工手段としては、ダイヤモンド鋸やレー
ザなどの機械的手段でもよく、また臭素化合物を用いた
リアクション・イオン・エツチングなどの化学的手段で
あってもよい。

〔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 セラミックス系超電導材料として、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５μｍ
の材料粉末をプロピレングリコールに分散させた薄いペ
ースト（材料粉末の含有量；１０重量％）を外径ｌｏｗ
、長さ５０Ｍのセラミックス製円筒の側周面全面に堵布
し、９００°Ｃで焼結する工程を５回繰り返して厚さ２
０μｍの均一な厚さの超電導体層を形成した。ついでダ
イヤモンド鋸を用いて超電導体層を切削加工し、螺旋形
状のコイルを上記セラミックス製円筒の側周面上の残存
させた。

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５μ鶴の材料粉末を用
いて　。

実施例１と同様の方法および条件でセラミックス製円筒
の側周面上に螺旋形状のコイルを形成した。

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＝０．１５：０．８５ｊ　１　：　４に調製した平
均粒径約５μ曙の材料粉末を用いて実施例１と同様の方
法および条件でセラミックス製円筒の側周面」二に螺旋
形状のコイルを形成した。

実施例４ セラミックス製円筒に代わって、厚さ０．５＋ａａ＋、
１０ｃｍ角のセラミックス製シートの片面全面に実施例
１と同様の方法および条件で厚さ２０ＩＩ１）の均一な
厚さの超電導体層を形成した。ついでダイヤモンド鋸を
用いて超電導体層を切削加工し、渦巻形状のコイルを上
記セラミックス製円筒の側周面上の残存させてシートコ
イルを得た。

各実施例で得られた各コイル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。

（Ｐ昇温度、臨界電流密度の測定方法）１）Ｐ！界湯温 度ンプル（長さ２〜３ｃｍ）を電流密度０．１　Ａ／−
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）臨界電流密度 サンプル（長さ２〜３　ｃｍ　）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を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わ）末の混合物
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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐熱性支持体の表面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のペーストを塗布し焼結して
   セラミックス系超電導体層を形成し、次いで当該セラミ
   ックス系超電導体層に切削加工を施してコイルを描画す
   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）耐熱性支持体が筒体であり、当該筒体の側周壁上
   にコイルを描画す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。
3. （３）耐熱性支持体が平板体であり、当該平板体の少な
   くとも片面上にコイルを描画す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。
4. （４）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）項乃至第
   （３）項のいずれかに記載のセラミックス系超電導体コ
   イルの製造方法。