JPH013099A - 超電導材料の製造方法 - 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） 本発明は超電導材料の製造方法に関する。

本発明の方法により製造された超電導材料は磁気浮上列
車、医療診断用断層ｆｆｌ影装置（核磁気共鳴ＣＴ、π
中間子照射治療袋ｊ４）、核融合炉、電力貯蔵、電気回
転機（モータ、発電機）などの超電導磁石材料およびジ
ョセフソン素子用の超電導基盤材料として用いられる。

（従来の技術） 超電導物質としては、金属元素、こわら金属の合金や金
属間化合物、有機材料、セラミックス等が考えられ、最
近ではＬａ−５ｒ−Ｃｕ系酸化物、　Ｙ−Ｂａ−Ｃｃ＋
Ｊ５酸化物等のセラミックス系の、液体窒素の沸点　（
７７Ｋ）より高い温度域でも超電導特性を示すいわゆる
高温超電導物質に関する基礎研究が進展している。

一方、これら物質の実用化の面でも研究が進んでおり、
電磁石などに用いられる超電導線材、帯材あるいは板材
が試作されている。金属間化合物、セラミックス系の超
電導材料は極めて硬く脆いため、超電導材料そのものを
線材化することは困難である。したがって、工業的には
超電導物質組成に相当する割合で配合された粉末素材を
用いて、これを管状体内等に充填して線材化した陵、加
熱処理を施して超電導物質を生成させる手段が用いられ
ることが多い。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、粉粒体材料を用いて超電導物質を生成させるに
は次のような問題がある。

管状体内等に粉末素材を充填し、加熱処理を施して超電
導物質を生成させる従来の技術いおいては、超電導物質
の反応場所は粉末素材どうしの接触部のみに限定される
ため、超電導物質を生成するには長時間の加熱処理が必
要であり、また未反応物質が残留しやすい問題かある。

また粉末素材を均一に攪拌混合することは、材料の比重
、粒度分布の違い等が原因となって技術的に非常に困難
であり、この素材の不均一性から製造された線材として
超電導性が劣ったり、さらには超電導を示さなくなる問
題点が生じる。

そこで、本発明は優れた超電導特性を示す線材、板材そ
の他の超電導材料の製造方法を提供しようとするもので
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は高エネルギー密度熱源を用い混合粉粒体材料に
溶融凝固処理を施し、その均一性を高めるとともに完全
に反応を進め、優れた特性を持つ超電導材料の製造方法
を提供するものである。

本発明に係る超電導材料の製造方法は、セラミックス系
超電導物質組成に配合した粉粒体材料を高エネルギー密
度熱源を用いて溶融凝固処理によりアモルファス化し、
ついで、アモルファス化した材料を結晶生成熱処理する
。

粉粒体材料としては、生成される超電導材料の成分に応
じた材料が選ばれる。たとえば、超７「導材料がＹ　−
１１ａ　−Ｃｕ系酸化物である場合には、　Ｙ２Ｏ３゜
１１ａＣＯ３，ＣｕＯの粉末混合物が用いられる。粉粒
体材料はＣ０２および不純物を除去するために予め仮焼
しておくことが好ましい。

ここで高密度エネルギー熱源とは、電子ビーム、レーザ
ービームおよびプラズマ熱源を意味する。粉粒体材料に
高密度エネルギー熱源を通用するには、粉粒体材料を管
状体内に充填、もしくは板上などに散布して高密度エネ
ルギー流を照射する。

ここで用いる管状体の材料としては超電導組成に混合さ
れた粉末素材の溶融温度以上の融点をもつ材料を選択し
、高密度エネルギ熱源の照射で管状体が溶融せず、内部
の粉末素材か溶融するようにする。

材料をアモルファス化するには、たとえば１２００℃に
加熱し、２℃／ｓｅｃ程度の冷却速度で急冷する。また
、結晶生成熱処理は、たとえば９５０℃に加熱し、１〜
数時間保持し、徐冷する。この混合粉粒体材料のアモル
ファス化は、素材すべてがアモルファス化される必要は
ない。

超電導性を示す結晶を生成させるための熱処理において
、熱源は特に限定されず、たとえば話導加熱炉、あるい
は燃焼ガス炉であってもよい。また、結晶生成熱処理は
連続的なオンラインの加熱処理装置を設けることによっ
ても可能であるし、高エネルギー密度熱源による溶融凝
固処理後、別途用意された加熱処理装置によるバッチ処
理によっても可能である。

結晶生成熱処理にさきがけ必要に応じて当線材を冷間、
温間もしくは熱間加工することも可能である。

（作用） 本発明によれば混合粉粒体材料を一旦溶融した後、凝固
するようにしているので、ある程度の不均一性を持った
混合粉粒体材料であっても材料の均一・性は飛躍的に高
まる。さらに高密度エネルギ熱源の特徴である急速な凝
固過程を利用して粉粒体材料をアモルファス化すれば、
凝固時の局所的な偏析もさけることか可能となり、素材
の均一性はさらに向上する。また、−旦溶融凝固された
連続体となった素材においては、超電導物質の生成熱処
理時の反応面積は粉粒体材料を用いた場合のそれと比較
してはるかに大きく短時間で反応が素材全域にわたって
完全にすすむ。また、アモルファス化された部分は、準
安定相であることから熱処理によって安定相である超電
導物質がさらに短時間で形成される。したがって、高密
度エネルギ熱源を用いた本発明によれば、従来法で得ら
れた超電導材料に比較してはるかに優れた特性の超電導
材料がはるかに短時間で得られる。さらに、管状体内に
充填、もしくは板上などに散布された混合粉粒体材料を
高エネルギー密度熱源を用いて連続的に溶融凝固処理を
施せば、連続したアモルファス層が形成される結果、長
尺にわたって均一に優れた超電導特性を示す超電導線材
や均質な超電導特性を持つ超電導基盤等の製造が可能と
なる。

（実施例１） 原子数比でＹ：Ｂａ：Ｃｕ　＝　１　：　２　：　３比
に配合したＹ２Ｏ３，ＢａＣＯ３，（：ｕＯの混合粉末
を外径２５ｍｍ、肉厚５ｍｉ＋、のステンレス製円柱形
容器のなかに充填し、両端を溶接して封をした後、冷間
線引きによって外径を縮小加工し、外径３ｍ０１の線材
とした。そのうち一部は本発明による高エネルギー密度
熱源による溶融凝固処理をｊｙｔｓ　Ｌ／、アモルファ
ス化した後管状炉で結晶生成熱処理を施した。一方、比
較材として他の一部を用いて、従来から行われている管
状炉による噴なる熱処理を施した線材を用意した。

高エネルギー密度熱源として電子ビームを用い、第１表
に示すような条件を用いて、線材を電子ビーム流に連続
的に供給することによ）てステンレス容器内の超電導素
材を均質なアモルファス状とした。また、管状炉による
熱処理条件は、本発明および従来法とも加熱温度は９５
０℃とし、種々の保持時間における線材の超電導特性を
調べた。結果を第２表に示す。

第１表 第２表 第２表から明らかなように、本発明によるサンプルは短
い熱処理時間においても液体窒素温度（７７Ｋ）で完全
な超電導特性を示し、高エネルギー密度熱源による溶融
凝固処理の効果が明らかにみられる。一方、従来の方法
では、長時間の熱処理によっても優れた超電導特性が得
られない。

このように、高エネルギー密度熱源による溶融凝固処理
により、素材の均質化と超電導物質の生成速度が従来法
に比較して飛躍的に高まり、短時間の加熱で優れた特性
を持つ超電導線材が製造できる。

（実７１！ｉ例２） 肉厚３＋ｎｍ　、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍの銅板上に
実施例１と同一混合粉末を厚さ１００　ｕｍで均一に散
布した。この粉末層に第３表に示す条件のレーザービー
ムを照射し、溶融凝固処理を施した。

第３表 銅板上の混合粉末層はレーザービームによる急速加熱急
速冷却過程においていったん溶融した後、アモルファス
化される。その後、管状炉で９５０℃において１時間の
結晶生成熱処理を施した。レーザービームによる溶融凝
固層は超電導の臨界温度９０に、臨界？５流密度３８２
０　Ａ／ｃｍ２の優れた超電導特性を示した。

（発明の効果） 本発明によれば、高エネルギー密度熱源による溶融凝固
処理により素材が均質化し、臨界温度および臨界電流密
度の向上を図ることができる。また、超電導物質の生成
速度が従来法に比較して飛躍的に高まり、短時間の加熱
で超電導材料が製造できる。これより、優れた特性を示
す超電導材料を廉価に提供することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　セラミックス系超電導物質組成に配合した粉粒体材料
   を高エネルギー密度熱源を用いて溶融凝固処理により少
   なくとも一部をアモルファス化し、ついでアモルファス
   を含む材料を結晶生成熱処理することを特徴とする超電
   導材料の製造方法。