JPH01257183A - 安定化された高温超電導セラミックスの線材およびテープの製造法 - Google Patents

安定化された高温超電導セラミックスの線材およびテープの製造法

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JPH01257183A
JPH01257183A JP63085126A JP8512688A JPH01257183A JP H01257183 A JPH01257183 A JP H01257183A JP 63085126 A JP63085126 A JP 63085126A JP 8512688 A JP8512688 A JP 8512688A JP H01257183 A JPH01257183 A JP H01257183A
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JP
Japan
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wire
superconducting
temperature
tape
superconducting ceramic
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Pending
Application number
JP63085126A
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English (en)
Inventor
Kenji Uchida
健二 内田
Kazuhiro Fujii
一宏 藤井
Hiroshi Daimon
宏 大門
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Landscapes

  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (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】 (産業上の利用分野) 本発明は、安定化された高温超電導セラミックスで構成
される線材およびテープなどの製造法に関する。
(従来技術及びその問題点) Y−Ba−Cu−0系に代表される稀土類元素−アルカ
リ土類元素−Cu酸化物系高温超電導セラミックス、B
1−Ca−3r−Cu−0系に代表されるBi−アルカ
リ土類元素−Cu酸化物からなる裏部超電導セラミック
スは、交通機関、重電機器、コンピューター、医療機器
の多方面への応用が期待されている。
これらの酸化物系高温超電導セラミックスは、液体窒素
のような安価な冷媒で冷却することによっても超電導状
態になるため、液体ヘリウム中でしか超電導状態を示さ
ないNb−Ti系超電導合金などの代わりに、超電導マ
グネットなどに使えれば、経済的に大きなメリットがあ
る。
酸化物系高温超電導セラミックスを超電導マグネットな
どに使うためには、このセラミックスの線材あるいはテ
ープ化が必要であるが、しかし、これまで作られてきた
高温超電導セラミックスの線材あるいはテープは、製品
間の特性値および測定時の特性値がバラツキ、さらに臨
界電流密度そのものも低いという問題点があった。
これらの問題点の原因としては、超電導セラミックスが
多孔質で密度が低いこと、以下に記述するように線材あ
るいはテープに成形した場合、セラミックスの酸素の欠
乏、ひび割れなどがあるといわれている。何れにしても
酸化物系高温超電導セラミックスは、硬くて脆いために
極細の線材に塑性変形させることは大変困難である。
これまで用いられてきた超電導セラミックスの線材ある
いはテープを製造する方法としては、(1)金属管に超
電導セラミックス粉末を詰め込み、機械加工で細線にし
た後加熱処理する被覆加工法、(2)セラミックス粉末
と有機結合剤、分散剤、可塑剤等を混合し、混合物を押
し出し又は支持体上に塗布することによって線材あるい
はテープに成形後、有機物を加熱分解する方法、(3)
セラミックス粉末を溶融し、融体の急冷による線材、テ
ープ化を行う融体急冷法、(4)超電導セラミックスを
構成する各組成物の有機、無機溶液を塗布、焼きつけし
、線、テープ状に被着させる溶液法、(5)超電導セラ
ミックスを化学蒸着、物理蒸着で線、テープ状に被着さ
せる蒸着法などが良く知られている。
被覆加工法で使用する金属被覆材は、銅、銅−ニッケル
合金、銀等であるが、前2者の場合に金属が酸素元素と
反応し易いため、加熱処理時に酸素を除去するか、また
は非酸化性の雰囲気にする必要が生じる。ところが一方
、加熱処理時に酸素元素が欠乏していると、セラミック
ス粉末の臨界温度、臨界電流密度等の超電導特性が悪(
なる。
このため超電導セラミックス粉末の被覆材として、比較
的酸化反応を起こさず、酸素の拡散が良好な銀が使われ
ている。しかし加熱処理時の酸素元素の欠乏が避けられ
ず、また冷却時に超電導セラミックスと被覆管の熱膨張
率が異なるため、セラミックスが割れるなどしてセラミ
ックス線材あるいはテープの臨界温度が低く、臨界電流
密度が小さい等の問題がある。
セラミックス粉末と有機結合剤、分散剤、可塑剤等を混
合し、線材あるいはテープに押し出し又は支持体上に塗
布する方法では、焼成して有機物を取り除く際に、成形
体の収縮が起きて硬く脆くそのままでは実用に耐えない
高温超電導セラミックスの線材あるいはテープにおいて
は、通電した際、一部の超電導から絶縁への破壊によっ
て発生した熱、あるいは外部からの熱および磁界の影響
で超電導特性が変化する問題があり、またそれと臨界電
流密度の測定値のバラツキとの関連性が推定され、線材
あるいはテープの安定化(電導、伝熱)が望まれている
(問題点解決のための技術的手段) 本発明者等は、上記問題点について鋭意研究した結果、
本発明に到った。
本発明は、(1)高温超電導セラミックスで構成される
線材あるいはテープを、導電性金属ペーストで塗布し、
焼きつけすることを特徴とする安定化された高温超電導
セラミックスの線材およびテープの製造法、および(2
)高温超電導セラミックスで構成される線材あるいはテ
ープを、蒸着によって金属を被覆し、導電性金属ペース
トで塗布し、焼きつけすることを特徴とする安定化され
た高温超電導セラミックスの線材およびテープの製造法
に関する。
本発明において高温超電導セラミックスとは、Bi−ア
ルカリ土類元素−Cu酸化物系超電導セラミックス、稀
土類元素−アルカリ土類元素−Cu酸化物系超電導セラ
ミックス等を含んでいるが、要するに液体窒素温度以上
の臨界温度を示す高温超電導セラミックスすべてを含ん
でいる。
Bt−アルカリ土類元素−Cu酸化物系高温超電導セラ
ミックスは、次の一般式、B 1IAXCu。
0□で表され、式中AはMg、Ca、、Ba及びSrか
ら選択される少なくとも一種類のアルカリ土類元素を示
している。Aとしては上記アルカリ土類元素の二種を組
み合わせて使用することが好ましく、特に好ましいのは
、CaとSrの組み合わせである。上記式において、1
≦X≦4.1−≦−y≦4.3.5<Z<9.5の範囲
が好ましい。Aとして二種のアルカリ土類元素を使用す
る場合、その二種の元素の組成比は、0.5より大きく
、1.5より小さいことが好ましいが、1付近が特に好
ましい。
稀土類元素−アルカリ土類元素−Cu酸化物系超電導セ
ラミックスは、次の一般式、R,AXCu。
0、で表され、式中RはY、、La5Nd、Sm。
Eu5Gd、Dy、HoSTm、Yb5Lu及びErか
ら選択される少なくとも一種類の稀土類元素、AはBa
及びSrから選択される少なくとも一種類のアルカリ土
類元素を示している。上記式%式% 6.5<z<7の範囲が好ましい。
高温超電導セラミックスを線材あるいはテープに成形す
る方法については特に制限はなく、公知の方法すべて採
用することができる。その具体例を以下に示す。。
■超電導セラミックスの原料粉末を、セラミックスある
いは金属製の吐出口の付いた耐熱容器中に入れ、電気炉
で加熱し、含酸素雰囲気下で溶融する。溶融温度は用い
る超電導セラミックスの融点以上が好ましく、通常10
00°C以上である。
溶融時間は限定されないが、溶融を充分にするために、
溶融物を攪拌、振動あるいは含酸素ガスの吹き込み等を
行うこともできる。
溶融後、吐出口を開くと吐出口のノズルの内径に従って
定まった径を有する線材が急冷によって得られる。
この線材は正方晶系の多結晶からできており、含酸素雰
囲気中で加熱処理することによって、超電導性を有する
斜方晶系の多結晶に変わる。加熱処理は400〜600
℃の範囲が好ましい。
■高温超電導セラミックス粉体と有機結合剤などの混合
物を押し出し、又は支持体に塗布して線材あるいはテー
プを製造する方法については、第18回国際低温物理学
会(LT18−EK34)で発表された方法が採用でき
る。
始めに高温超電導セラミックス粉体の水スラリーを、ポ
リビニルアルコールとポリオキシエチレンラウリルエー
テルの水溶液に添加混合してサスペンションを得る0次
にこのサスペンションをNaOHとN a 、S O,
の水溶液に押し出して線材とし、980°C,5分間の
加熱処理、室温までの徐冷によって高温超電導セラミッ
クスの線材が製造される。
■金属管に高温超電導セラミックス粉体を詰め、細線加
工後、金属被覆管を酸性溶液で溶解して、得られた線材
を製造する方法では、まず金属被覆細線を製造するため
には、例えば日本金属学会会報の1987年、第26巻
、第10号、980ページ、および金属塑性開発工業■
のカタログ等の記載の方法が採用できる。
次いで金属被覆細線から被覆金属を取り除く方法として
、金属被覆細線を酸性水溶液に漬け、被覆金属を溶解す
る方法が挙げられる。酸性水溶液としては、1〜50重
量%の硝酸、塩酸、硫酸などの水溶液が好ましいが、具
体的な組成、濃度、温度等の条件は、高温超電導セラミ
ックスおよび被覆金属の成分に依存している。被覆金属
が良く知られた銅の場合は、硝酸水溶液が使用できる。
被覆金属を取り除いたセラミックス細線の酸素雰囲気下
の加熱処理は400〜600℃の範囲が好ましい。
上記のそれぞれの方法で得られる超電導セラミックスの
線材あるいはテープは、蒸着法による金属の被着および
/あるいは導電性金属ペーストの塗布後の焼きつけによ
って、安定化される。
超電導セラミックスの線材あるいはテープに金属を被着
する方法として、良く知られた蒸着法が採用できる0例
えば電子ビーム、レーザー光、ヒーター加熱、スパッタ
方式等を挙げることができる。蒸着の条件としては、通
常真空度は1O−5Torr以上、蒸着速度は0.5〜
500人/秒、蒸着基体としての線材あるいはテープの
温度は300℃以下、蒸着膜厚は500〜5000人が
好ましい、被着する金属は銅、銀、金あるいは白金が好
ましい。
金属で被覆された超電導セラミックスの線材あるいはテ
ープを導電性金属ペーストで塗布する方法としては、吹
き付け、筆塗り、あるいはペーストへの浸せき等によっ
て行うことができる。
本発明の導電性金属ペーストは、粒子径0.2〜5ミク
ロンの金属粉体を、30〜80重量%の含有率で有機ビ
ヒクル等と混合して作られる。金属ペーストの金属は、
銅、銀、金あるいは白金が好ましい。
本発明における有機ビヒクルとしては、通常のガラスペ
ーストあるいは金属ペーストに用いられている有機バイ
ンダーと溶媒を組み合わせての調製される。
有機バインダーとしては、メチルセルロース、エチルセ
ルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロ
ース、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、
セルロースブチレート、ポリビニルブチラール、ポリア
クリル酸エステル、ポリメタクリ酸エステル、石油レジ
ン等が挙げられる。
溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロ
パツール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケ
トン等のケトン類、トルエン、キシレン等の炭化水素類
、エステル類、ハロゲン化炭化水素類が挙げられる。
有機ビヒクルとして、上記の有機バインダー、溶媒以外
に可塑剤、解こう剤および湿潤剤等を添加したものも使
用できる。
本発明で使用される導電性金属ペーストは、低温で硬化
するようなものが好ましく、従って上記有機ビヒクルの
溶媒としては、揮発性の有機溶媒が特に好ましく用いら
れる。硬化温度は300°C以下、より好ましくは10
0°C以下である。本発明において市販の常温乾燥型の
銀ペーストが好適に用いられる。塗布による導電性金属
ペースト膜の厚さは、1〜1500ミクロンが好ましい
焼きつけは、塗布した導電性金属ペーストを十分に硬化
させるために行う、焼きつけ温度は導電性金属ペースト
の硬化する温度以上が好ましいが、通常は300°C以
下である。塗布金属ペーストの導電性を保持するため、
100°C以下の低温で硬化させる場合は、空気中で焼
きっけができるが、硬化温度が高い場合は、窒素、アル
ゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気中がより好ましい
焼きつけ後の導電性金属膜の厚さは1〜1000ミクロ
ンが好ましい。
(実施例) 以下に本発明の実施例を示す。
実施例I YBa、Cu5Oy−xの焼結粉体200gを100d
の吐出口付きの蓋付き白金容器に入れ、電気炉で130
0℃まで加熱、溶融した。白金容器内を約1.2気圧に
加圧しながら、吐出口を開きノズルから溶融物を吐出し
、急冷して直径1■の緻密な線材を製造した。
この線材はX線回折の結果により、正方晶系のYBaz
cusoy−xであり、さらに12/分の酸素気流中、
550℃、12時間処理で斜方晶系の同一組成物に転移
したことが確認できた。
次に二種類の常温乾燥型の銀ペースト(藤倉化成■のD
−500、D−550)に浸せき塗布した。硬化は空気
中、100 ’Cで30分間行い、線材表面の膜厚は平
均100ミクロンであった。
安定化された線材の臨界温度は93に、臨界電流密度は
約370 A/cdで、測定時の通電量の変化速度によ
るバラツキはわずか5A/c+aであつた。
比較例1 銀ベースl布を行わなかった以外は、実施例1と同様に
線材を製造した。
得られた線材の臨界温度は93にであったが、臨界電流
密度は約25 OA/C4と低く、測定値のバラツキは
20A/ci!と大きかった。
実施例2 第18回国際低温物理学会(LT18−EK34)に従
って有機結合剤型の線材を製造した。
すなわちY B a t Cu x Ot−xの焼結粉
体を、ポリビニルアルコールと界面活性剤としてのポリ
(オキシエチレンラウリルエーテル)の混合水溶液に入
れ、セラミックス粉体の懸濁液を作り、この懸濁液をシ
リンジに入れ、40℃の20g/J!のNaOHと40
0 g/lのN a z S Oaの混合水溶液中に押
し出した。ボビンに巻き取られた線材を980℃で5分
間空気中で焼成後、酸素気流中、550℃で12時間保
持してから徐冷した。
次に得られた直径70ミクロンの線材を実施例1と同様
に銀ペーストで塗布、焼きつけ硬化した。
安定化された線材の臨界温度は91に、臨界電流密度は
約270 A/dで、測定値のバラツキはわずか5A/
cdであった。
比較例2 銀ペースト塗布を行わなかった以外は、実施例2と同様
に線材を製造した。
得られた線材の臨界温度は91にであったが、臨界電流
密度は約180 A/dと低く、測定値のバラツキは2
0A/dと大きかった。
実施例3 YBazCusOt−*の焼結粉体を外径6mm、内径
4皿の銅管に詰め、機械加工で外径IImまでII腺化
し、900〜950℃で加熱処理した。
上記線材を硝酸水溶液中に漬け、被覆銅を溶解し、if
/分の酸素気流中、930°Cで12時間、さらに55
0℃で12時間加熱処理をした。
実施例1と同様に銀ペーストで塗布、焼きつけ硬化した
細線の臨界温度は93に、臨界電流密度は約480 A
/ajで、測定値のバラツキはわずか5A/cdであっ
た。
比較例3 実施例3で製造した銅被覆細線の臨界温度は92にであ
ったが、臨界電流密度は約260 A/c−jと低く、
測定値のバラツキは30A/cdと大きかった。
実施例4 実施例1と同様に超電導セラミックスの線材を4本製造
し、これらに電子ビームによる真空蒸着−法で銅、銀、
金および白金を各々被覆した。線材温度400°C1真
空度6 X I O”’Paの条件で金属膜厚0.5ミ
クロンであった。
次に実施例1と同様に銀ペーストを塗布し、焼きっけを
行った結果、線材表面の膜厚は平均1゜0ミクロンであ
った。
安定化された4本の線材の臨界温度は93にで、臨界電
流密度は約410(銅被着)、430 (銀被着)、4
15(全被着)、425 (白金被着)A/cdで、測
定値のバラツキはわずか5A/c!aであった。
実施例5 実施例2と同様に超電導セラミックスの線材を製造し、
これに電子ビームによる真空蒸着法で銀の被着および銀
ペースト塗布、焼きっけを行った。
安定化された線材の臨界温度は91に、臨界電流密度は
約330 A/dで、測定値のバラツキはわずか5A/
aaであった。
特許出願人  宇部興産株式会社

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高温超電導セラミックスで構成される線材あるい
    はテープを、導電性金属ペーストで塗布し、焼きつけす
    ることを特徴とする安定化された高温超電導セラミック
    スの線材およびテープの製造法。
  2. (2)高温超電導セラミックスで構成される線材あるい
    はテープを、蒸着によって金属を被覆し、導電性金属ペ
    ーストで塗布し、焼きつけすることを特徴とする安定化
    された高温超電導セラミックスの線材およびテープの製
    造法。
JP63085126A 1988-04-08 1988-04-08 安定化された高温超電導セラミックスの線材およびテープの製造法 Pending JPH01257183A (ja)

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JP63085126A JPH01257183A (ja) 1988-04-08 1988-04-08 安定化された高温超電導セラミックスの線材およびテープの製造法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0215519A (ja) * 1988-07-04 1990-01-19 Mitsubishi Metal Corp セラミックス超電導体の導電体接合膜形成法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0215519A (ja) * 1988-07-04 1990-01-19 Mitsubishi Metal Corp セラミックス超電導体の導電体接合膜形成法

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