JPH01161806A - 超電導体コイル - Google Patents

超電導体コイル

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JPH01161806A
JPH01161806A JP32073787A JP32073787A JPH01161806A JP H01161806 A JPH01161806 A JP H01161806A JP 32073787 A JP32073787 A JP 32073787A JP 32073787 A JP32073787 A JP 32073787A JP H01161806 A JPH01161806 A JP H01161806A
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JP
Japan
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oxide superconductor
superconductor
copper tube
flame coating
coil
Prior art date
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Pending
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JP32073787A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Maeda
敏明 前田
Itsuo Arima
有馬 逸男
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野〉 本発明は、酸化物超電導体を用い、巻線工程を要せずし
て得られる超電導体コイルに関する。
(従来の技術) 近年、Ba−La−Cu−0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光
表されて以来、各所で酸化物超電導体の研究が行われて
いる(Z、Phys、B Condensed Mat
ter64、189−193(1986))。その中で
もY−Ba−Cu−0系で代表される酸素欠陥を有する
欠陥ベロブスカイト型(LnBa2Cu3O□−δ型、
δは酸素欠陥を表わし通常1以下、Lnは、Y、La、
 Sc、 Nd、 Sl!l、 Eu1Gd。
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などで
置換可能。)の酸化物超電導体は、臨界温度が90に以
上と液体窒素の沸点以上の高い温度を示すため非常に有
望な材料として注目されている(Phys、 Rev、
 Lett。
Vol、58 No、9,908−910)。
ところで、従来から合金系あるいは金属間化合物系の超
電導体については、各種のコイルが研究され、NMRや
回転電機では既に実用化もされているが、上述した酸化
物超電導体は、脆い結晶性の酸化物であって可撓性に乏
しいため、可撓性の良好な線材あるいはテープを得るこ
とが困難である。また、この酸化物超電導体は機械的応
力に対して弱く、一定値以上歪むと超電導特性が低下ま
たは消滅するため、線材の巻回時において所望の電流密
度を得ることが困難であり、コイルへの適用が非常に困
難視されている。
(発明が解決しようとする問題点) このように、酸化物超電導体を用いて可撓性に優れた線
材を1!?ることは困難であり、かつ巻回工程を経ても
所望の電流密度を得ることは困難であるため、酸化物超
電導体を用いた線材を巻回することなく得られる超電導
体コイルが強く望まれている。
本発明は、このような従来の難点を解決すべくなされた
もので、酸化物超電導体を用い、巻線工程を要せずして
得られる超電導体コイルを提供づ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) 本発明の超電導体コイルは、管体形状の基材表面に、所
定の螺旋形状を有する、溶射法による酸化物超電導体層
が形成されてなることを特徴としている。
酸化物超電導体としては多数のものが知られているが、
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ることが実用上好ましい。ここで
いう希土類元素を含有しペ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、LnBa2 Cu3O7−6系(tnは Yl
La、 5cSNd1SIIl、EulGd%Dy1H
o、 Er、 Tm、 Yb、 Luなどの希土類元素
から選ばれた少なくとも1種の元素、δは酸素欠陥を表
し通常1以下の数二Baの一部はsrなどで置換可能。
)などの酸素欠陥を有する欠陥ペロブスカイト型、5r
−La−Cu−0系などの層状ペロブスカイト型などの
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L
a系を含むものとする。代表的な系としてはy−Ba−
co−o系のほかに、YをEu。
Dy1Ho、Er、Tm、 Yb、 Luなどの希土類
で置換した系、5c−Ba−Cu−0系、5r−La−
Cu−0系、さらにSrをBa。
Caで置換した系などが挙げられる。
このような酸化物超電導体は、たとえば以下に示すよう
にして製造される。
まず、Y 1Ba、 C1lなどのペロブスカイト型酸
化物超電導体の構成元素を十分混合する。混合の際には
、Y203 、BaCO3、COOなどの酸化物や炭酸
塩を原料として用いることができるほか、焼成後酸化物
に転化する硝酸塩、水酸化物などの化合物を用いてもよ
い。さらには、共沈法などで得たシュウ酸塩などを用い
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、基本的に化学問論比の組成となるように混合す
るが、多少製造条件などとの関係で多少ずれていても差
支えない。たとえば、Y−Ba−Cu−0系ではY 1
molに対しBa 2mol 、Cu釦01が標準組成
であるが、実用上はV 1molに対して、Ba 2±
0.6mol 、Cu 3±0.4IIlol程度のず
れは問題ない。
次いで、前述の原料を充分に混合した後、850℃〜9
80℃程度の温度条件で仮焼して結晶化させる。この後
、必要に応じて酸素含有雰囲気中、好ましくは酸素雰囲
気中で熱処理するか、あるいは同様な雰囲気中で3O0
℃程度まで徐冷することにより、酸素欠陥δに酸素が導
入され超電導特性が向上される。この加熱処理は、通常
3O0℃〜100℃程度で行う。
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(LnBa2C
U3O7−6 (δは通常1以下))となる。
なお、BaをSr、 Caの少なくとも一種で置換する
こともでき、ざらにCuの一部をTi、 V 、 Cr
、 Mn1Fe。
C01Ni、 Znなどで置換することもできる。これ
らCu元素、Ba元素の置換元素はそれぞれサイトに置
換したかたちで入る。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宜設定可能であるが、あまり多
量の置換は超電導特性を低下させてしまうので80mo
 I%以下程度までとする。
本発明の超電導体コイルは、たとえば以下のようにして
製造される。
まず、管体形状の基材表面に、所定の螺旋形状となる酸
化物超電導体層の形成箇所を設定する。
この方法としては、 ■ 基材表面に酸化物超電導体層□を形成する箇所以外
にマスキングを施する。
■ 基材表面に所定の螺旋形状となるように溝を形成す
る。この溝は、深さを変化させて複数形成してもよい。
などである。また、この基材の材質としては、Cuやス
テンレス鋼などが挙げられる。
次いで、このようにして酸化物超電導体層の形成箇所を
設定した基材表面に、酸化物超電導体層を溶射法により
形成する。この溶射法としては、ガス溶用法やプラズマ
溶射法など、−膜内な溶射法の使用が可能であるが、特
にプラズマ溶射法が好ましい。また、溶射材となる酸化
物超電導体は、粒径50μIll〜150μmの粒状の
ものの使用が好ましい。粒径が不揃いであったり、ある
いは150μmより大きくなると溶射時に完全に溶融せ
ず、不均一な溶融のまま溶射されるため、超電導体とし
ての均一な特性を発揮できない。また、酸化物超電導体
層の厚さは、あまり厚いと剥離などの原因となり、逆に
簿すぎても流せる電流の絶対値が低下するため、10μ
m〜250μl程度が好ましく、上記■の方法により酸
化物超電導体層の形成箇所を設定した場合には、それぞ
れの溝の深さの差以内とする。所定の厚さの酸化物超電
導体層を得る。
ためには、溶射を複数回繰返し行うように設定してもよ
い。
この後、上記■の方法によりマスキングを施した場合に
は、このマスキング膜を剥離したのち、酸素を充分に供
給させることが可能な雰囲気中で500℃〜900℃程
度の温度条件で数時間焼鈍を施す。この焼鈍により、酸
素空席に酸素が導入され、δの値が減少して超電導体と
しての特性を発揮するようになる。
このようにして作製された超電導体コイルは、たとえば
第1図に示すような、管体形状の基材表面に酸化物超電
導体層が螺旋形状に形成されたものや、また第2図に示
すような、管体形状の基材表面に形成された溝内と外表
面に複数の酸化物超電導体層が螺旋形状に形成されたも
のとなる。
(作 用) 本発明の超電導体コイルにおいては、管体形状の基材表
面にマスキングを施したり、あるいは溝を形成したのち
に基材表面に酸化物超電導体を溶射することにより、所
定の螺旋形状を有する酸化物超電導体層が容易に得られ
る。また、1qられた酸化物超電導体層は、隣接する酸
化物超電導体層と絶縁されているため、短絡することな
く超電導体コイルとして優れた特性を発揮する。
(実施例) 次に、本発明の実施例について説明する。
実施例1 それぞれ粒径1〜5μmとしたBaC03粉末2mol
、Y2O3粉末0.5mol 、CuO粉末3mo I
を十分混合して大気中900℃で48時間焼成して反応
させた後、この仮焼物をさらに酸素雰囲気中で800℃
で24時間焼成して反応させ、次いでボールミルを用い
て粉砕し、分級して、粒径50μm〜10μmのY−B
a−Cu−0系酸化物超電導体粉末を冑だ。
次に、第3図に示すように、銅管1の表面に酸化物超電
導体層が所定の螺旋形状となるようにマスキング膜2を
形成した(同図−a)。そして、この銅?21の表面に
上述した酸化物超電導体粉末を溶射材として用いて、1
00tOrrのアルゴンガスと水素ガスの混合ガス雰囲
気中で45V〜50v1600Aの条件で、溶射ガンと
銅管1の表面との距離を150mmに保ち、銅管1を回
転(回転速度=20mill/秒)させながらプラズマ
溶射した。1回のプラズマ溶射による溶tA層の厚さを
10μm〜20μmとし、複数回溶射を行い、厚さ20
0μmの酸化物超電導体層3を形成した(同図−b)。
この後、マスキング膜2を剥離した後(同図−C)、酸
素雰囲気中において800℃で3O分間熱処理を施し、
第1図に示すような、銅管1の表面に所定の螺旋形状の
酸化物超電導体層3が形成された超電導体コイルを得た
このようにして得た超電導体コイルを用いて、超電導特
性を測定したところ、臨界温度91K、臨界電流密度1
3O0A/Cノとそれぞれと良好な結果が得られ、また
200Aの電流を流した状態における発生磁場は充分に
大きく実用しうるちのであった。
実施例2 まず、第3図に示すように、銅管1の表面に所定の螺旋
形状となる深さ500μmの溝4を形成した(同図−a
)。
次に、実施例1で作製した酸化物超電導体粉末を溶射材
として用い、実施例1と同一条件でプラズマ溶射を行い
、溝4内に形成された酸化物超電導体層3aと銅管1の
外表面5に形成された酸化物超電導体層3bとを形成し
た(同図−b)。
この後、実施例1と同一条件で熱処理を施し、第2図に
示したような、銅管1の表面に2巻きの酸化物超電導体
層3a、3bが形成された超電導体コイルを冑だ。
この超電導体コイルについても同様に超電導特性を測定
したところ、臨界温度91K、臨界電流密度13OOA
/cシとそれぞれと良好な結果が得られた。
また、この実施例のように溝の形成によって複数の酸化
物超電導体層を形成する場合には、第5図に示すように
、深さを変えた溝4a、4bを複数形成し、さらに多数
巻きの酸化物超電導体層3a、3b、3cを形成するこ
とも可能である。
[発明の効果] 以上説明したように本発明の超電導体コイルは、酸化物
超電導体を線材化することなく17られるため、酸化物
超電導体を用いた超電導体コイルの製造が容易となる。
また、巻回工程を必要としていないので、巻線時の機械
的応力に基因する超電導特性の低下もないため、特性の
バラツキも大幅に減少し、超電導特性に優れ、かつコイ
ルとしての特性にも優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例の超電導体コイ
ルをそれぞれ示す斜視図、第3図および第4図は第1図
および第2図に示した超電導体コイルのそれぞれの製造
工程を模式的に示した断面、図、第5図は本発明の他の
実施例の超電導体コイルを示す断面図である。 1・・・・・・・・・銅管 2・・・・・・・・・マスキング膜 3・・・・・・・・・酸化物超電導体層4・・・・・・
・・・溝 出願人      株式会社 東芝 代理人 弁理士  須 、山 佐 − 第2図 (a) (C) 第3図 (a) (b) 第4図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)管体形状の基材表面に、所定の螺旋形状を有する
    、溶射法による酸化物超電導体層が形成されてなること
    を特徴とする超電導体コイル。
  2. (2)前記管体形状の基材表面に形成された所定の螺旋
    形状となる溝内、あるいは深さを変化させた所定の螺旋
    形状となる複数の溝内と前記基材外表面上に複数の電流
    経路を構成する、各電流経路間が電気的に絶縁された複
    数の酸化物超電導体層が形成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の超電導体コイル。
  3. (3)前記酸化物超電導体は、希土類元素を含有する酸
    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項記載の超電導体コイル。
  4. (4)前記酸化物超電導体は、希土類元素、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項または第2項記載
    の超電導体コイル。
  5. (5)前記酸化物超電導体は、LnBa_2Cu_3O
    _7_−_δ(Lnは希土類元素から選ばれた少なくと
    も1種の元素を、δは酸素欠陥を示す。)で表される酸
    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1項または第2項記載の超電導体コイ
    ル。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0617473A1 (en) * 1993-03-26 1994-09-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Oxide superconductor and method and apparatus for fabricating the same
CN102593621A (zh) * 2012-03-01 2012-07-18 中国科学院电工研究所 一种超导线接头
WO2016042821A1 (ja) * 2014-09-19 2016-03-24 株式会社日立製作所 永久電流スイッチ及び超電導コイル

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