JPH01209607A - 酸化物系超電導線材の製造方法 - 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」 本発明は超電導マグネットコイルや電力輸送用等に使用
される超電導線材に係わり、超電導体として酸化物系超
電導を用いたものに関する。

「従来の技術」 最近に至り、常電導状態から超電導状態へ遷移する臨界
温度（Ｔ　ｃ）が液体窒素温度を超える値を示す酸化物
系超電導体が種々発見されている。この種の酸化物系超
電導体は、一般式Ａ　−Ｂ　−Ｃｕ−０（ただし、Ａは
Ｙ　、Ｓ　ｃ、Ｌ　ａ、Ｙ　ｂ、Ｅ　ｒ、Ｅ　ｕ、Ｉ（
ｏ、Ｄ　ｙ等の周期律表ｍａ族元素のＩＦ！以上を示し
、ＢはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓ　ｒ、Ｂａ等の周期律表Ｈ
ａ族元素の１種以上を示す）で示される酸化物であり、
液体ヘリウムで冷却することが必要であった従来の合金
系あるいは金属間化合物系の超電導体と比較して洛段に
有利な冷却条件で使用できることから、実用上極めて有
望な超電導材料として研究がなされている。

ところで従来、このような酸化物系超電導体を具備する
超電導線の製造方法の一例として、第３図を基に以下に
説明する方法が知られている。

酸化物系超電導線を製造するには、Ａ　−Ｂ　−Ｃ，ｕ
−０で示される酸化物系超電導体を構成する各元素を含
む複数の原料粉末を混合して混合粉末を作成し、次いで
この混合粉末を仮焼して不要成分を除去し、この仮焼粉
末を熱処理して超電導粉末とした後に金属管に充填し、
更に縮径して所望の直径の線材を得、この線材に熱処理
を施して第３図に示すように金属管１の内部に超電導体
２が形成された超電導線Ａを製造する方法である。

［発明が解決しようとする課題」 しかしながら萌述の従来方法によって製造された超電導
線Ａにあっては、超電導粉末を金属管に充填し、縮径加
工の後熱処理を施して超電導粉末を焼結させて超電導体
２を形成するので、緻密な超電導体２を形成するのが困
難であり、このため臨界電流密度の高い超電導線を得る
ことができない問題があった。

また、萌述の超電導線Ａにあっては、金属管１の内部に
脆い超電導体２が充填された構造のために、曲げなどの
外力に弱く、超電導体２にクラックが入り易いなどの欠
点があり、機械強度に劣る問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、超電導特性
が良好で、機械強度の高い超電導線材の製造方法の提供
を目的とする。

「課題を解決するための手段」 上記目的達成のために、本発明の酸化物超電導線材の製
造方法においては、相対湿度を８０％以上とした雰囲気
中を連続的に移動する線状または管状またはテープ状の
基材の表面に、プラズマ加熱した酸化物超電導体を吹き
付け、この基材の表　　−面に超電導体層を形成した後
、必要により熱処理を施すものである。

「作用Ｊ 相対湿度を８０％以上とした雰囲気中を連続的に移動す
る線状または管状またはテープ状の基けの表面に、プラ
ズマ加熱した酸化物超電導体を吹き付け、基材の表面に
超電導体層を形成することにより、雰囲気中の水分がプ
ラズマ加熱時の酸化物超電導体の酸素不足を防止して、
基材の表面に均一な組成の緻密な超電導体が生成される
。

「実施例」 以下、この発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の酸化物系超電導線材の製造方法にお
いて好適に使用される製造装置の一例を示す図である。

この製造装置は、槽内の相対湿度および温度を一定に保
持する恒温湿度槽ＩＩと、この恒温湿度ｔｆｆ１１に取
り付けられ、酸化物超電導体の粉体１２を生成させるプ
ラズマトーチ１３と、恒温湿度槽１１内にテープ状の基
材１４を連続的に通過さＵ゛る移動装置１５とから構成
されている。

プラズマトーチ１３は、先端にノズル１６が形成された
管状のトーチ１７内に電極１８を挿入したものであって
、そのトーチ１７の側部に酸化物超電導体の粉末を導入
する導入口１９が形成されたものである。このプラズマ
トーチ１３は、そのノズル１６を下方に向けた状態で、
その下部が恒温湿度槽ＩＩ内に挿入されており、ノズル
１６から吹き出される粉体１２が恒温湿度ｔｆｆｌｌ内
を移動する基材１４の表面に吹き付けられるようになっ
ている。

上記恒温湿度槽ＩＩ内は、プラズマトーチ１３から噴出
される粉体１２が基材１４の表面に積層される際の酸素
不足を防止するために、相対湿度が８０％以上の雰囲気
とされている。また、この恒温湿度槽１１内の温度は、
６０〜１００℃程度に設定されている。この恒温湿度槽
１１内の相対湿度が８０％以下であると、プラズマトー
チ１３から噴出する超電導体の粉体１１に対する酸素不
足の防止効果が少なくなってしまう。なお、この恒温湿
度槽ｌｌ内の雰囲気ガスとしては、大気やＮ　Ｈ３ガス
を含有させたＮＨ３含有大気が用いられる。Ｎ　Ｈ３ガ
スは銅の酸化に効果がある。

上記移動装置Ｉ５は、恒温湿度槽１１の左右に配置され
た１対のローラ２０，２＋からなるものであって、一方
のローラ２１に該ローラ２１を回転させる図示しない回
転駆動源が取り付けられている。この移動装置１５は、
その一方のローラ２０に巻き付けられた基材Ｉ４を水平
方向に移動さ仕て恒温恒湿槽！！丙を通過させ、この恒
温湿度槽ｌＩ内で上記プラズマトーチ１３の下方を通過
。

させるようにしたものである。

なお、この例では、基材１４としてテープ状の長尺線材
を用いたが、基材１４の形状はこれに限定されることな
く、丸線材、管状の線材、断面角形の線材などの種々の
形状の線材を用いることができる。この基材１４の材料
としては、Ａｇｓ　Ｃｕ。

Ｎｉ、　Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ａ１．ステンレス、
Ｃｕ−Ｎ　ｉ合金などの金属材料が好適に使用される。

このような製造装置を用いて超電導線材を製造する場合
には、まず酸化物系超電導体の粉末あるいはその前駆体
粉体を作成する。この酸化物系超電導体としては、Ａ　
−Ｂ　−Ｃｕ−０（ただし、ＡはＹ。

Ｓｃ、Ｌａ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ等の周期律表ＩＩ
Ｉａ族元素の１１種以上またはＢｉなどの周期律表ｖｂ
族元素の１種以上を示し、ＢはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等の周
期律表Ｈａ族元素のＩＮ以上を示す）などが使用され、
例えばＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系超電導体を作成するに
は、Ｙ２Ｏ２、ＢａＣＯ５、ＣｕＯなどの各原料粉末を
ＹコＢａ：Ｃｕ＝　Ｉ　：２　：３　（モル比〕となる
ように均一に混合し、この混合粉末を酸素雰囲気中、８
００〜１０００℃で１〜数十時間加熱する熱処理を複数
回施すことにより作成される。なお、この酸化物超電導
体の代わりに、上記混合粉末や、該混合粉末に仮焼処理
を施した仮焼粉末などの萌駆体扮末を用いても良い。

また、ローラ２０に基材Ｉ４を巻回し、この基材１４が
恒温湿度槽１１内を通過してローラ２Ｉに巻き取られる
状態とする。またさらに、恒温湿度ｈ’ｆｆ１ｌ内の雰
囲気を、相対湿度が８０％以上で温度が６０〜１００℃
の雰囲気としておく。

次に、プラズマトーチ！３内にアルゴンガスなどのキャ
リヤーガスを導入する。そして、このプラズマトーチ！
３内に上記超電導体の粉末を送り込むとともに、電極１
８とノズル１６との間にアークを発生させる。このよう
にするとプラズマトーチ１３内が加熱されて１５００　
℃以上の高温となり、上記粉末は溶融されて微細な粉体
Ｉ２が生成する。なお、プラズマトーチ１３に供給する
粉末として超電導体の前駆体粉末を用いる場合には、こ
の粉末がプラズマ加熱される際に、粉末中の各元素間に
反応が起こって超電導体が生成され、前述の超電導体の
粉末を用いた場合と同様に超電導体の粉体１２となって
ノズル１６から噴出される。

このようにして生成した粉体１２はキャリヤーガスと共
にノズル１６から下方へ向けて噴出する。

一方、これと同時に、ローラ２１を回転させて、ローラ
２０に巻回されている基材１４を水平方向に一定速度で
移動させ、恒温湿度漕１１内を通過させる。このときの
移動速度は、１０〜５００ｃｍ／ｍｉｎ程度に設定され
る。

このようにすると、この基１１４を移動しつつ、恒温湿
度漕１１内において基材１４上に上記粉体１２が吹き付
けられろため、この粉体１２が基材１４上に一定の厚さ
で連続的に積層されていく。

このとき、恒温恒湿槽１１内は、相対湿度が８０％以上
の雰囲気になっており、この雰囲気中の蒸気か粉体１４
に対して酸化的に作用して、粉体Ｉ２の酸素不足を防止
する。したがって、基材１４の表面には、酸化物超電導
体を構成する各元素を理想的な比率で含む高品質の超電
導体が緻密に積層される。

上記の操作により、第２図に示すように、基材１４の表
面に酸化物超電導体からなる超電導体層２２が形成され
た長尺の超電導線材Ｂが連続的に作成されろ。

なお、先のように作成された超電導線材Ｂは、必要に応
じて熱処理が施される。この熱処理条件としては、酸素
含有雰囲気中、８００−１０００℃で１〜数十時間程度
とするのが望ましい。

ま、た、このように作成された超電導線材Ｂの表面には
、金属の被覆を施して超電導体層２２を補強したり、超
電導体層２２の表面や上記金属の被覆上に、合成樹脂な
どの絶縁体からなる絶縁層を形成しても良い。

このような酸化物系超電導線材の製造方法によれば、相
対湿度が８０％以上の雰囲気とされた恒温湿度槽ｌｌ内
で、基材１４の表面に酸化物超電導体の粉体１２を吹き
付けて、基材１４の表面に超電導体層２２を形成するの
で、雰囲気中の蒸気が粉体１２の酸素不足を防いで、臨
界温度、臨界電流密度の高い高性能の超電導線材Ｂを作
成することができる。

また、この酸化物系超電導線材の製造方法によれば、酸
化物超電導体の粉末をプラズマ加熱して微細な粉体１２
とし、この粉体Ｉ２を基材１４の表面に積層するので、
緻密な超電導体層２２を短時間に形成することができ、
機械強度の高い超電導線材Ｂを作成することができる。

なお、基材１４の表面に超電導体層２２を積層形成する
操作は１回に限定されることなく複数回繰り返して行っ
ても良い。例えば先の例において、超電導体層２２の形
成を終え、ローラ２Ｉに巻き取られた超電導線材Ｂを、
ローラ２０に巻き取るように逆方向に移動させて再度恒
温湿度槽ＩＩ内を通過させ、超電導線材Ｂの表面に粉体
１２を吹き付けることにより、超電導体層２２の表面に
超電導体層を積層形成するように行なわれる。

また、先の例では、基材１４の１面にのみ超電導体層２
２を形成したが、基材１４の両面に超電導体層２２を形
成しても良い。基材１４の両面に超電導体層２２を形成
する方法としては、上記のように、再度超電導体層２２
の形成操作を行う際に、超電導線材Ｂの超電導体層２２
が形成されていない面をプラズマトーチ１３側に向けて
超電導体層２２の形成操作を行う方法や、第１図の図中
２点鎖線で示すように恒温湿度層Ｉ！のプラズマトーチ
１３と対向する側に、これと同様のプラズマトーチを取
り付けて、恒温湿度槽ｉｌ内を通過する基材！４の両面
に粉体１２を吹き付けて超電導体層２２を形成する方法
によって行うことができる。

さらにまた、基材１４として丸線材を使用する場合には
、基材１４の表面に均一な厚さに超電導体層２２が形成
されるように丸線材を周方向に回転させながら移動させ
たり、恒温湿度槽！■内を移動する丸線材の全周に粉体
Ｉ２を吹き付けることができるように複数のプラズマト
ーチ１３を取り付けた装置を用いて製造するのが望まし
い。

（製造例） 本発明方法に基づいて、Ｙ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系超電
導線材の製造を実施した。

幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銀製の長尺の丸線材を基
（オとして用い、この基材の表面に、第１図に示すもの
と同等構成の製造装置によって超電導体層を形成した。

酸化物超電導体の粉末としては、Ｙ、０３粉末とＢａＯ
扮末とＣｕＯ粉末をＹ　：Ｂａ：Ｃｕ＝　１　：２　：
３　（モル比）となるように均一に混合した混合粉末を
酸素雰囲気中、９５０℃で１０時間加熱した後、粉砕処
理を施した粒径！〜１０μｍの粉末を用いた。

また、恒温湿度槽の雰囲気は、相対湿度９０％、温度８
０°Ｃの大気雰囲気とした。また、一方のローラに巻回
した基材を、第１図に示すように恒温湿度槽内を通過し
て他方のローラに巻き取られるように配置した。

次に、プラズマトーチにアルゴンガス（キャリヤーガス
）と上記粉末を供給するとともに、電極に電圧を印加し
て、ノズルからプラズマ加熱されｆ二粉体を噴出させた
。これと同時に、基材を２０ｃｍ／ｍｉｎで移動させ、
恒温湿度層内で超電導体層を形成した超電導線材を他の
ローラに巻き取った。

次いで、この超電導線材を酸素雰囲気中、９５０℃で１
０時間加熱し、室温まで徐冷する熱処理を施した。以上
の各操作により、テープ状の基材の表面に、厚さ２０７
ｚｍのＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系超電導体からなる超電
導体層が形成された超電導線材が得られた。

得られた超電導線材の臨界温度（Ｔｃ）および臨界電流
密度（Ｊｃ）を測定した結果、Ｔｃ＝９０Ｋ、Ｊｃ＝　
１００００　Ａ／ｃｍ２と良好な超電導特性を示した。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明による酸化物系超電導線材
の製造方法は、相対湿度を８０％以上とした雰囲気中を
連続的に移動する線状または管状またはテープ状の基材
の表面に、プラズマ加熱した酸化物超電導体を吹き付け
、この基材の表面に超電導体層を形成した後、必要によ
り熱処理を施して酸化物系超電導線材を製造するので、
雰囲気中の水分がプラズマ加熱された酸化物超電導体の
酸素不足を防いで、基材の表面に、均一な組成の超電導
体層を形成することができ、臨界温度、臨界電流密度の
高い高性能の超電導線材を作成することができる。

また、この酸化物系超電導線材の製造方法によれば、プ
ラズマ加熱された微細な酸化物超電導体の粉体を基材の
表面に積層することができるので、緻密な超電導体層を
生成することができ、機械強度の高い超電導線材を作成
することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による酸化物系超電導線材の製造方法を
実施するに好適な製造装置の１例を示す概略断面図、第
２図は第１図に示す装置によって製造される超電導線材
の一例を示す横断面図、第３図は従来例を説明するため
の超電導線の斜視図である。 ＩＩ・・・恒温湿度層、１２・・・粉体、１４・・・基
材、２２・・・超電導体層、Ｂ・・・超電導線材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 酸化物超電導体を有してなる酸化物系超電導線材の製造
   方法であって、 相対湿度を８０％以上とした雰囲気中を連続的に移動す
   る線状または管状またはテープ状の基材の表面に、プラ
   ズマ加熱した酸化物超電導体を吹き付け、この基材の表
   面に超電導体層を形成した後、必要により熱処理を施す
   ことを特徴とする酸化物系超電導線材の製造方法。