JPH02192104A - 酸化物超電導体を用いたマグネット及びその製造方法 - Google Patents
酸化物超電導体を用いたマグネット及びその製造方法Info
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- JPH02192104A JPH02192104A JP1009894A JP989489A JPH02192104A JP H02192104 A JPH02192104 A JP H02192104A JP 1009894 A JP1009894 A JP 1009894A JP 989489 A JP989489 A JP 989489A JP H02192104 A JPH02192104 A JP H02192104A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (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。
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、比較的高磁界をエネルギ損失なしに発生させ
ることのできる酸化物超電導体を用いたマグネットに関
するものである。
ることのできる酸化物超電導体を用いたマグネットに関
するものである。
［従来の技術］
従来のマグネットは、大別して永久磁石と電磁石とがあ
る。また、電磁石には、銅線などを用いた常伝導マグネ
ットとＮｂＴｉ線などを用いた超電導マグネットに分け
られる。永久磁石は、磁場強度の点で限界があり、また
常電導マグネットは冷却の必要上、小型でか−）高磁場
発生可能にすることはむずかしい。これに対しＮｂＴｉ
等を用いた超電導マグネットは、小型でかつ高磁場発生
が可能である。しかしながらＮｂＴｉなとは、高価な液
体ヘリウムで冷却する必要があり、このことが超電導マ
グネット使用の大きな壁になっていた。また最近発見さ
れた酸化物超電導体は、磁場中での臨界電流密度の向上
、線材化などの多くの問題点があり、未だマグネット化
には至っていない。
る。また、電磁石には、銅線などを用いた常伝導マグネ
ットとＮｂＴｉ線などを用いた超電導マグネットに分け
られる。永久磁石は、磁場強度の点で限界があり、また
常電導マグネットは冷却の必要上、小型でか−）高磁場
発生可能にすることはむずかしい。これに対しＮｂＴｉ
等を用いた超電導マグネットは、小型でかつ高磁場発生
が可能である。しかしながらＮｂＴｉなとは、高価な液
体ヘリウムで冷却する必要があり、このことが超電導マ
グネット使用の大きな壁になっていた。また最近発見さ
れた酸化物超電導体は、磁場中での臨界電流密度の向上
、線材化などの多くの問題点があり、未だマグネット化
には至っていない。
［発明が解決しようとする課題］
酸化物超電導体は、ＮｂＴｉなどの合金系超電導体と異
なり常温時の加工性は殆ど無い。また、溶融法により作
製したバルク材を超電導特性を劣化させることなく接合
することは、極めて困難である。そこで本発明は超電導
特性の極めて高い酸化物超電導バルク材を最小限の加工
してマグネットを提供することを目的とする。
なり常温時の加工性は殆ど無い。また、溶融法により作
製したバルク材を超電導特性を劣化させることなく接合
することは、極めて困難である。そこで本発明は超電導
特性の極めて高い酸化物超電導バルク材を最小限の加工
してマグネットを提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
本発明は、一方向凝固などの溶融法により作製したＲＥ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ．−ｙ結晶が５０ｍｍ３以上の領域にわ
たって方位の揃った大傾角粒界のない超電導体もしくは
それらの集合体をなす板もしくは線状超電導体であり、
前記超電導体中にはＲＥ２ＢａＣＬｌＯｓ相（以’７”
２１Ｔ相とする）が微細に分散した組織であり、さら
に７７にで上記超電導体を１Ｔ以上の磁場中で配置し励
磁したのち磁場中から取り出したとき、そのときの磁化
率をＭ （ｅｍｕ／ｃｍ’）とし、また上記超電導体の
磁場に対して垂直方向の平均径をＤとしたときＭ／Ｄの
値が５００ｅｍｕ／ｃｍ’以上の磁気特性を有するバル
ク材料を任意の形状に加工し、それらを組み合わせ永久
電流を流し永久磁石として使用することによって、最小
限の加工で上記バルク月料の特性を十分生かしマグネッ
トを作ることにある。
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ．−ｙ結晶が５０ｍｍ３以上の領域にわ
たって方位の揃った大傾角粒界のない超電導体もしくは
それらの集合体をなす板もしくは線状超電導体であり、
前記超電導体中にはＲＥ２ＢａＣＬｌＯｓ相（以’７”
２１Ｔ相とする）が微細に分散した組織であり、さら
に７７にで上記超電導体を１Ｔ以上の磁場中で配置し励
磁したのち磁場中から取り出したとき、そのときの磁化
率をＭ （ｅｍｕ／ｃｍ’）とし、また上記超電導体の
磁場に対して垂直方向の平均径をＤとしたときＭ／Ｄの
値が５００ｅｍｕ／ｃｍ’以上の磁気特性を有するバル
ク材料を任意の形状に加工し、それらを組み合わせ永久
電流を流し永久磁石として使用することによって、最小
限の加工で上記バルク月料の特性を十分生かしマグネッ
トを作ることにある。
［作用コ
本発明による酸化物超電導体のマグネットは、方向凝固
などの溶融法により作製したものであり、ＲＥＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏ７−ｙ結晶が５０ｍｍ３以上の領域にわたって方
位の揃った大傾角粒界のない２１Ｔ相が微細に分散した
超電導体もしくはそれらの集合体をなす板もしくは線状
超電導体からなる。これらバルク超電導体中は１．ＩＣ
を低下させる原因である大傾角粒界がなく、両側の結晶
方位の差の少ない小傾角粒界だけから成るため高臨界電
流密度かえられ、また広い領域にわたって方位が揃って
いるため大きな磁化が得られる。さらに２１Ｔ相が微細
分散しているために、機械的にも優れた実用に耐える特
性を持っている。他のバルク材料、例えば焼結体などで
は、Ｊｃは極めて低く特に磁場中では極端に悪くなる。
などの溶融法により作製したものであり、ＲＥＢａ２Ｃ
ｕ３Ｏ７−ｙ結晶が５０ｍｍ３以上の領域にわたって方
位の揃った大傾角粒界のない２１Ｔ相が微細に分散した
超電導体もしくはそれらの集合体をなす板もしくは線状
超電導体からなる。これらバルク超電導体中は１．ＩＣ
を低下させる原因である大傾角粒界がなく、両側の結晶
方位の差の少ない小傾角粒界だけから成るため高臨界電
流密度かえられ、また広い領域にわたって方位が揃って
いるため大きな磁化が得られる。さらに２１Ｔ相が微細
分散しているために、機械的にも優れた実用に耐える特
性を持っている。他のバルク材料、例えば焼結体などで
は、Ｊｃは極めて低く特に磁場中では極端に悪くなる。
また、超電導体中にピン止めされた量子化された磁束（
フラックス）がはずれて磁束密度が低下して行くフラッ
クスクリープも極めて大きく、焼結体を永久モートて永
久磁石として使用することは不可能である。これに対し
、本発明の超電導バルク材はＪｃが非常に大きく、十分
に磁石材料として使用することが可能といえる。
フラックス）がはずれて磁束密度が低下して行くフラッ
クスクリープも極めて大きく、焼結体を永久モートて永
久磁石として使用することは不可能である。これに対し
、本発明の超電導バルク材はＪｃが非常に大きく、十分
に磁石材料として使用することが可能といえる。
形状に関して、従来の金属系超電導材料は安定化の必要
トから極細多芯線などの形状にしなければならなかった
。これに対し酸化物超電導体は、比熱、熱伝導率の大き
さ、液体窒素中での使用が可能であることから、細線等
にする必要がない。
トから極細多芯線などの形状にしなければならなかった
。これに対し酸化物超電導体は、比熱、熱伝導率の大き
さ、液体窒素中での使用が可能であることから、細線等
にする必要がない。
したがって、比較的バルクに近い状態でマグネットにす
ることができる。逆に、バルク材に永久電流を流して永
久磁石として用いる場合、励磁した後の磁化率の大きさ
Ｍは、バルク材の厚さＤにほぼ比例するために、そのた
めＭ／Ｄの値は永久磁石の特性を示す目安となる。７７
Ｋにおいて、焼結体でできたマグネットの場合Ｍ／Ｄは
、３Ｏ以下と極めて低いのに対し、本発明によるマグネ
ットは１Ｔ以上の磁場で励磁した後のＭ／Ｄが５００以
上と高いものであり、実用レベルの磁場を得ることが可
能な材料である。
ることができる。逆に、バルク材に永久電流を流して永
久磁石として用いる場合、励磁した後の磁化率の大きさ
Ｍは、バルク材の厚さＤにほぼ比例するために、そのた
めＭ／Ｄの値は永久磁石の特性を示す目安となる。７７
Ｋにおいて、焼結体でできたマグネットの場合Ｍ／Ｄは
、３Ｏ以下と極めて低いのに対し、本発明によるマグネ
ットは１Ｔ以上の磁場で励磁した後のＭ／Ｄが５００以
上と高いものであり、実用レベルの磁場を得ることが可
能な材料である。
小型のマグネットは、上記材料を第１図の様にブロック
状に切り出してマグネットとして用いることができる。
状に切り出してマグネットとして用いることができる。
比較的大きなマグネットは、第２図の様に板状の材料を
重ねることによっＣ１また磁場の均一性が必要な場合に
は、第３図の様に、リング状の材料を重ねることによっ
て得られる。
重ねることによっＣ１また磁場の均一性が必要な場合に
は、第３図の様に、リング状の材料を重ねることによっ
て得られる。
また、さらに大きなマグネットをつくる場合は、第４図
の様に六角柱状の物を隙間を少なくして並べることによ
って、またこれらの形状の材料を３次元的に組み合わせ
て作ることができる。
の様に六角柱状の物を隙間を少なくして並べることによ
って、またこれらの形状の材料を３次元的に組み合わせ
て作ることができる。
上記高品位酸化物電導マクネットは、以下のようにして
作られる。 ＲＥ、Ｂａ、Ｃｕの酸化物からなる溶融体
を急冷凝固した板もしくは線状成形体を、２℃／ｃｍ以
上の温度勾配を有する１０００℃から９７０℃の温度領
域で０．４ｃｍ／ｈｒ以下の移動速度で移動させるか、
あるいは前記成形体を加熱炉中に固定し前記加熱炉の温
度勾配２℃／ｃｍ以十となし、前記温度勾配を維持しつ
つ前記加熱炉の温度を０．８℃／ｈｒ以下の速度で低−
ドさせながら、前記成形体の１０００℃から９５０℃の
温度領域を通過させ方位の揃った超電導相を作り酸素中
でアニールした後、励磁する。
作られる。 ＲＥ、Ｂａ、Ｃｕの酸化物からなる溶融体
を急冷凝固した板もしくは線状成形体を、２℃／ｃｍ以
上の温度勾配を有する１０００℃から９７０℃の温度領
域で０．４ｃｍ／ｈｒ以下の移動速度で移動させるか、
あるいは前記成形体を加熱炉中に固定し前記加熱炉の温
度勾配２℃／ｃｍ以十となし、前記温度勾配を維持しつ
つ前記加熱炉の温度を０．８℃／ｈｒ以下の速度で低−
ドさせながら、前記成形体の１０００℃から９５０℃の
温度領域を通過させ方位の揃った超電導相を作り酸素中
でアニールした後、励磁する。
励磁力法としては、例として以下のような方法で行なう
。
。
■一方向凝固などの溶融法作製した高臨界電流密度のバ
ルク材料をリング状に加工する。
ルク材料をリング状に加工する。
■リングおよびリングを組み合わせたマグネットを磁場
中に置く。
中に置く。
■このマグネット液体窒素または液体ヘリウムなどで超
電導遷移温度以下に冷却する。
電導遷移温度以下に冷却する。
■外部磁場を減じる。
■リング内に、はじめの磁場を保とうとして、超電導体
中には、大きな超電導電流が流れ、マグネットを励磁す
ることができる。
中には、大きな超電導電流が流れ、マグネットを励磁す
ることができる。
■また、■で作製したマグネットを組み合わせてさらに
大きなマグネットを作ることができる。
大きなマグネットを作ることができる。
■温度を保つことによってエネルギ損失のない高磁場マ
グネットができる。
グネットができる。
また、超電導状態にしたリングをフラックスポンプなど
で励磁する方法もある。上記のようにして高品位のマグ
ネットが得られる。
で励磁する方法もある。上記のようにして高品位のマグ
ネットが得られる。
［実施例］
実施例１
１５℃／ｃｍの温度勾配中で０．５ｍｔｎ／ｈｒの成長
速度で徐冷することによって一方向凝固を行い、約２５
×２５Ｘ １ ｍｍの領域にねたっ゛Ｃ方位が揃ったバ
ルク材を得た。このバルク材の組織は上記の領域にわた
って第５図の様に２１Ｔ相が微細分散しかつ、双晶パタ
ーンが示すように方位か揃っている組織であった。これ
を用いて第６図のような外径２５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚
さ１．０±０．２ｍｍリングを作製し、１．０Ｔの磁場
中に置き液体窒素で冷却した後減磁した。その結果、中
心磁界が０．１５７でＭ／Ｄが約１０００のマグネット
が得られた。
速度で徐冷することによって一方向凝固を行い、約２５
×２５Ｘ １ ｍｍの領域にねたっ゛Ｃ方位が揃ったバ
ルク材を得た。このバルク材の組織は上記の領域にわた
って第５図の様に２１Ｔ相が微細分散しかつ、双晶パタ
ーンが示すように方位か揃っている組織であった。これ
を用いて第６図のような外径２５ｍｍ、内径５ｍｍ、厚
さ１．０±０．２ｍｍリングを作製し、１．０Ｔの磁場
中に置き液体窒素で冷却した後減磁した。その結果、中
心磁界が０．１５７でＭ／Ｄが約１０００のマグネット
が得られた。
実施例２
実施例１の方法により作製したリング状超電導体３つ重
ねて１．０Ｔの磁場中に置き液体窒素中で冷却した後減
磁した。その結果、中心磁界が０．１８Ｔとリング状コ
イル単独の時よりも０ 、０ ：Ｉ Ｔ強い磁場が得ら
れ、Ｍ／Ｄの値も約１２００と向上した。
ねて１．０Ｔの磁場中に置き液体窒素中で冷却した後減
磁した。その結果、中心磁界が０．１８Ｔとリング状コ
イル単独の時よりも０ 、０ ：Ｉ Ｔ強い磁場が得ら
れ、Ｍ／Ｄの値も約１２００と向上した。
［発明の効果］
以上詳述したごとく、本発明はこれまで不可能であった
高品位の酸化物超電導マグネットの製造を可能とするも
ので、しかも成形品として各種分野での応用が可能であ
り、極めて工業的効果が大きい。具体例としては、 （１）小型マグネットとして、軸受け、小型モーターの
磁石等がある。
高品位の酸化物超電導マグネットの製造を可能とするも
ので、しかも成形品として各種分野での応用が可能であ
り、極めて工業的効果が大きい。具体例としては、 （１）小型マグネットとして、軸受け、小型モーターの
磁石等がある。
（２）大型マグネットとして、リニアモーターカー用マ
グネット、加速器用マグネット、シリコン弓き上げ用マ
グネット、核磁気共鳴用マグネット等がある。
グネット、加速器用マグネット、シリコン弓き上げ用マ
グネット、核磁気共鳴用マグネット等がある。
第１図は、ブロック状のマグネットの一例を示す。第２
図は、円盤状のマグネットを重ねたマグネットの一例を
示す。第３図は、リング状のマグネットを重ねたマグネ
ットを示すものて、比較的均一な磁場が得られる。第４
図は、より大型のマグネットを得るために六角柱状のマ
グネットを隙間を少なくして三次元的に組み合わせた例
を示す。第５図は、マクネットに用いた超電導ハルク材
の組織を示す写真。第６図は、実施例に用いたリングの
形状を示す。
図は、円盤状のマグネットを重ねたマグネットの一例を
示す。第３図は、リング状のマグネットを重ねたマグネ
ットを示すものて、比較的均一な磁場が得られる。第４
図は、より大型のマグネットを得るために六角柱状のマ
グネットを隙間を少なくして三次元的に組み合わせた例
を示す。第５図は、マクネットに用いた超電導ハルク材
の組織を示す写真。第６図は、実施例に用いたリングの
形状を示す。
Claims (2)
- １．ＲＥ（Ｙを含む希土類元素）、Ｂａ、Ｃｕの酸化物
超電導体を用いたマグネットにおいて、 ＲＥＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿ｙ結晶が５０ｍｍ＾
３以上の領域にわたって方位の揃った大傾角粒界のない
超電導体もしくはそれらの集合体をなす板もしくは線状
超電導体であり、前記板もしくは線状超電導体はＲＥ＿
２ＢａＣｕＯ＿５相が微細に分散した組織であり、７７
Ｋで上記超電導体を１Ｔ以上の磁場中で配置し励磁した
のち磁場中から取り出したとき、そのときの磁化率をＭ
（ｅｍｕ／ｃｍ＾３）とし、また上記超電導体の磁場に
対して垂直方向の平均厚さをＤとしたときＭ／Ｄの値が
５００ｅｍｕ／ｃｍ＾４以上の磁気特性を有することを
特徴とする酸化物超電導体を用いたマグネット。 - ２．ＲＥ（Ｙを含む希土類元素）、Ｂａ、Ｃｕの酸化物
超電導体を用いたマグネットにおいて、 ＲＥＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿ｙ結晶が５０ｍｍ＾
３以上の領域にわたって方位の揃った大傾角粒界のない
超電導体もしくはそれらの集合体をなす板もしくは線状
超電導体であり、前記板もしくは線状超電導体はＲＥ＿
２ＢａＣｕＯ＿５相が微細に分散した組織であり、７７
Ｋで上記超電導体を１Ｔ以上の磁場中で配置し励磁した
のち磁場中から取り出したとき、そのときの磁化率をＭ
（ｅｍｕ／ｃｍ＾３）とし、また上記超電導体の磁場に
対して垂直方向の平均径をＤとしたときＭ／Ｄの値が５
００ｅｍｕ／ｃｍ＾４以上の磁気特性を有することを特
徴とする酸化物超電導体をブロック、リング、板状に加
工したもの、又はこれらの組合せからなることを特徴と
する酸化物超電導体を用いたマグネット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009894A JPH0782939B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 酸化物超電導体を用いたマグネット及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1009894A JPH0782939B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 酸化物超電導体を用いたマグネット及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02192104A true JPH02192104A (ja) | 1990-07-27 |
| JPH0782939B2 JPH0782939B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=11732835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1009894A Expired - Lifetime JPH0782939B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | 酸化物超電導体を用いたマグネット及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0782939B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995024047A1 (en) * | 1994-03-04 | 1995-09-08 | Nippon Steel Corporation | Superconducting magnet and production method thereof |
| US5659278A (en) * | 1992-11-30 | 1997-08-19 | Imra Material R&D Co., Ltd. | Superconducting magnet device, magnetizing device and method for superconductor |
| US7138581B2 (en) * | 2001-01-16 | 2006-11-21 | Nippon Steel Corporation | Low resistance conductor, processes of production thereof, and electrical members using same |
| JP2008034692A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Aisin Seiki Co Ltd | 超電導体、超電導磁場発生素子、超電導磁場発生装置および核磁気共鳴装置 |
| JP2014165382A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 超電導バルク磁石 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63240005A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導材料の作製方法 |
| JPS63283003A (ja) * | 1987-05-15 | 1988-11-18 | Hitachi Ltd | 超電導コイル装置 |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1009894A patent/JPH0782939B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63240005A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 超電導材料の作製方法 |
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| WO1995024047A1 (en) * | 1994-03-04 | 1995-09-08 | Nippon Steel Corporation | Superconducting magnet and production method thereof |
| US7138581B2 (en) * | 2001-01-16 | 2006-11-21 | Nippon Steel Corporation | Low resistance conductor, processes of production thereof, and electrical members using same |
| JP2008034692A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Aisin Seiki Co Ltd | 超電導体、超電導磁場発生素子、超電導磁場発生装置および核磁気共鳴装置 |
| JP2014165382A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Nippon Steel & Sumitomo Metal | 超電導バルク磁石 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0782939B2 (ja) | 1995-09-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070906 Year of fee payment: 12 |
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