JPH02278613A - 非金属超電導線材およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は酸化物等からなる超電導線材とその製造方法に
関するものである。

［従来の技術］ 超電導現象は、冷却のためのエネルギー以外は原則的に
エネルキー消費かないことから、巨人な磁場を必要とす
る機器や、ジュール熱の発生を極度に忌避する必要のあ
る機器に利用されている。

現在天川に伊されている超電導材料は、Ｎｂ−Ｔｉ合金
やＮ　ｂ　、、　Ｓ　ｎ合金（金属間化合物）なとで、
いずれも高くとも２０°に程度の温度での超電導現象が
見られるもので、液体ヘリウムて冷却して用いられてい
る。Ｎｂ−Ｔｉ合金なとは、比較的加Ｚｌｌ　（’″１
ユが良好であるために線材やテープ等への加工が容易で
あるものの、超電導現象を示す温度か著しく低いため、
設備は特殊な材料を使用し特殊な構造を採用する必要が
あるのみならず、片しく１−石い運Φム費用を要する欠
点がある。このため、非常に特殊な用途以外への適用は
なされなかった。

近年、７０°に以上の高温で超電導現象が見られる酸化
物等か認められた。例えば、　Ｙ、　Ｂａ、　にｕから
なるペロブスカイト型酸化物Ｙ　Ｂ　ａ　２　Ｇ　ｕ　
３０　？　−Ｘは、１］０°に以上て超電導現象を示す
ことが認めらねた。

超電導温度が７７°に以上、になると、冷却か液体窒素
で十分となるため設備は特殊な材料や構造か不要となり
、運転費用も著しく低３＆−１−る１、この結果、超電
導が必須の装置でなくとも、超電導状態で稼動して運転
費用を低融したり発熱をＩＩ／ｒ止したるすることか可
能となるため、社会的なＩ＋ｊ′、譬はＪ１常に大きい
ものとなる。

しかし、酸化物等は延性かほとんどなく加工＋’１か著
しく不良であるために、線材やテープ等の通電に必要な
二［工業材料としての製造は；ｆり可能であった。一部
に、塩化物を利用しガラス状に溶融させた後伸線し、し
かる後酸化焙焼する方法（特開昭６：］　−２２５２１
１５７８号や、非金属超電導酸化物を高温に加熱して溶
融し、しかる後パイプに充填する方法（特開昭８３−２
５５５］５号）か開示されているが、灯５焼時や溶融物
の凝固時に亀裂を牛したり、その後の加工が不可能であ
るなと、実用化はほとんど不可能であった。また特殊な
圧延を実施して線材やテープに加工［シたとのニュース
も見受けられる（永田明彦：　ＢＯＩＩＮＤ什Ｙ、：Ｉ
（５）　、１７（１！Ｉン）７））か、多：１：にしか
も安価に製造する技術は完成していないのか実情である
。一方、■（：の基盤に適用することを狙って、シリコ
ンウェハー上に薄Ｍを製造する研究がなされいるが、や
はり多量にかつ安定な品質を確保しつつ製造することは
完成していなかった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、例えばＹ、　Ｄａ、　Ｃｕからなるペロブス
カイト型酸化物のように高温で超電導現象を示す酸化物
等を用い、しかも強度と加工性の優ねた高温超電導線材
とその製造方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、強度と加」：性を確保するためには、超
電導を示す酸化物等の中心部に金属などの高強度高加工
性材料を有する構造とすれば良いこと、さらにその外周
を高加工性材料で包むことによって一層加圧性が向」−
１することを見出した。もちろん超電導材料として使用
する場合には、超電導材の周りは常電導相で包む必要が
あることから、中心部の高強度高加工性材料と外周の高
加工性材料は導電性が良好である必要があり、さらには
非磁性羽村であることが望ましいことは明らかである。

すなわち中心部が金属繊維、炭素繊維またはセラミック
ス繊維、その周りに必要に応じて被覆する中間酸化物、
その周りは酸化物等の非金属超電導材さらにその外周か
金属で包まれていることを特徴とする強度と加工作の優
れた非金属からなる超電導線材を発明した。

本発明にかかる超電導線材の形状を第１図に示した。１
は中心部に配置した高強度高加工＋Ｉ材籾の金属繊維、
炭素繊維またはセラミックス繊維からなる線芯、２は超
電導を示す酸化物等の層、３は外周の高加工性材料であ
る金属層、４は必要に応じて被覆する中間酸化物層で、
同図（Δ）はその中間酸化物層を有したもの、（Ｂ）は
無しのものである。本発明の特徴は、線芯１および超電
導材層２または線芯１、超電導材層２および中間酸化物
層４からなる繊維状超電導材を金属３て包んだ点である
。また中間酸化物層４は、線芯１の金属繊維、炭素繊維
またはセラミックス繊維と超電導材層２の超電導を示す
酸化物等の接合性を向上させるために被覆するものであ
る。特に線芯１の高強度高加工性材料が金属繊維の場合
、超電導材層２の超電導酸化物等と熱膨張率が大きいた
めに、剥離する場合があり、両者の中間の熱膨張率を示
す酸化物等例えばＭｇＯを間に挟むことによって接合性
が向トさせることができる。

本発明においては、第２図に示したように、中心部に金
属繊維ないし炭素繊維ないしセラミックス繊維を有する
超電導を示す酸化物等の繊維状超電導材を２木以−１−
束ねて束線またはより線としてその全体の外周を金属で
包むことも可能である。

このように酸化物等の繊維状超電導材を２本以上束ね、
束線まはたより線とすることによって、局所的に超電導
の瞬間破壊が起きても発熱などを起こすことかないので
致命的な超電導破壊につながらず、超電導線材としての
機能が損なわれることがない。

さらに、第３図は、これらの超電導線を複数本束ねある
いはスパイラル状に束ねて複合化した多芯超電導線材で
ある。１は中心部に配置した高強度高加工性材料の金属
繊維、炭素繊維またはセラミックスス繊維からなる線芯
、２は超電導を示す酸化物等の層、４は必要に応じて被
覆する中間酸化物層、５ば超電導を示す繊維状超電導相
の間を接合する高加工性材料である金属層である。この
ように、多芯超電導線材とすることて電流密度の増加を
図ることか可能となる。

また、本発明の強度と加工性の優れた非金属からなる超
電導線材の製造方法として、金属繊維または炭素繊維の
表面に酸化物等の超電導材をコーティングし、必要に応
して熱処理し、ついてその後に金属を被覆することで製
造する方法を発明した。この発明において、超電導酸化
物のコーティング方法は、０２イオンを含む高周波プラ
ズマ中におけるＣ　Ｖ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａ
ｐｏｒ　ｄｃｐｏｓｉｊｊｃ＋ｎ　：化学蒸着法）が、
酸化物の直接被覆てありかつ酸化物中の酸素富化の点か
らちりとも有利な方法である。しかし、スパッタリング
やイオンブレーティングをｍ独であるいは組合せて金属
層を被覆し、その後大気中で８５０℃以上で１ｈ以上熱
処理を行なって複合酸化物を合成する方法も、酸化物の
金属比率の厳密な制御、その結果超電導温度のＭ密な品
質管理が可能となる利点を生かずことから適用すること
もてきる。また、最外周の金属の被覆は、常法によるめ
っきや溶射、真空蒸着、スパッタリング、イオンブレー
ティングなどを単独でないし２種以上の手段を組合せて
行なうものである。

必要に応して行なう中間酸化物の被覆も、ジ１金属超電
導酸化物等と同様に、ｃｖｐやスパッタリング、イオン
ブレーティングなどの技術が適用てきる。

本発明においては、超電導を示すのは酸化物等の超電導
体であるが、常電導である中心の金属や被覆する金属も
できる限り電気抵抗が小さいことが望まれる。従っで用
途によっては、これらの金属に銅をさらには無酸素銅を
使用することが推奨される。この場合、特に銅を被覆す
る場合真空蒸着、スパッタリング、イオンブレーティン
グなとの真空中処理が望ましい。

方、被覆する金属は中心の金属繊維、炭素繊維またはセ
ラミックス繊維に比へて厚い方かその後の取扱上好まし
い場合か多い。この場合の金属の被覆には、厚肉処理の
ｉｉｌ能なめっきや溶射が棺奨される。

超電導線材に要求される加工性は、１１１０づ性である
。従って、線径が太くなると、同し曲率半径て曲げを行
なっても外周部の伸び変形が大きくなるために、特に加
工の激しい場合には中心の金属繊維、炭素繊維またはセ
ラミックス繊維の太さを１００　ｐｍ以下とすることか
望ましい。さらに、被覆した超電導酸化物等が厚くなる
とそわ自体の延性が劣化するために、超電導酸化物等の
被覆厚さは５０μｍ以下とすることが望ましい、、もち
ろん、用途によってはほとんど曲げを要しない場合があ
り、その場合にはその限定は不要である。

本発明にかかる超電導線材は、通常単独で使用する場合
より２本以上の複数の線材を束ねて多芯にして使用する
ことか多い。このために、中心部に金属繊維、炭素繊維
またはセラミックス繊維に酸化物等の非金属超電導材を
被覆した繊維状Ｂ電導材を、金属を介して２木以上束ね
たことを特徴とする強度と加Ｔ刊の優わた酸化物等から
なる多芯の超電導線材を発明した。

また、この多芯超電導線材の製造方法として金属繊維、
炭素繊維またはセラミックスス繊維の表面に酸化物等の
超電導材をコーティングし、必要に応じて熱処理し、つ
いてその後金属を被覆して単芯の超電導線材を製造し、
しかる後にその単芯の超電導線材を２本以上必要に応じ
てまりを加えて束ね圧着する製造方法を発明した。特に
導電性の激しい用途には、常電導の被覆金属に無酸素銅
を用いることが推奨される。このために、単芯の超電導
線材の被覆金属には無酸素銅を用い、さらに圧着をｌ０
ｔｏｒｒ以下の真空中または酸素含有量が０．１体積木
以下の窒素、不活性ガス、水素、（：０ガス中まはたこ
れらの混合ガス中で行なう製造方法を発明した。

本発明にかかる超電導体は、その種類を問わない。すな
わち、比較的容易に製造か可能でしかも特性が安定なＹ
、　Ｂａ、　Ｃｕからなるペロブスカイト型酸化物Ｙ　
Ｂ　ａ　２　（＋　１１３０７−　ｘたけてなく、他の
元素を含んだり他の元素からなる酸化物、窒化物、また
は硫化物などのいずれにも適用が６１能である。

次に、本発明の限定条件を示す。

中心の金属繊維、炭素ｌｌａ維またはセラミックス繊維
には、強度延性および導電性か要求される。

これらの特性は、金属繊維、炭素繊維またはセラミック
ス繊維であれば十分であるのでこれ以上の限定はしない
。

中心の金属繊維、炭素繊維またはセラミックス繊維の太
さは、１００μｍ１を超えると曲げ性が劣化するので、
曲げ性を特に要求する超電導線材では、上限とした。

被覆する超電導酸化物等の厚さは、５０μｍを超えると
それ自体の延性が劣化するために、Ｉｌ口ず性が劣化す
るので、曲げ性を特に要求する超電導線材では、上限と
した。

導電性を要求する用途では、常電導の被覆金属の電気抵
抗も小さいことが要求される。このような場合には、被
覆金属は銅または銅合金が推奨される。この場合、銅の
含有率が５０零未満であると電気抵抗が急激に上昇する
ので、上限とした。

特に導電性の厳しい用途には、常電導の被覆金属に無酸
素銅が用いられる。この場合、銅で被覆した単芯の超電
導線材の圧着を、１Ｏｔｏｒｒを超える圧力の雰囲気中
ないし酸素含有量が０．１体積木を超える窒素、不活性
ガス、水素、ＣＯガス中または、これらの混合ガス中で
実施すると、胴中に酸素が固溶して電気抵抗が急激に上
昇するので、これらの条件と上限とした。

［作用］ 本発明においては、中心部の金属繊維、炭素繊維または
セラミックス繊維によって強度を付与し、酸化物等の厚
さを薄くすることで曲げ加工性を伺与しているのである
。最外層の金属層もまた曲げ＋［を確保することに寄与
している。当然酸化物性は被覆した酸化物等によって現
れるのである。

また、０２イオンを含む高周波プラズマでの非金属の超
電導材の製造は、線材をプラズマ中に通線することで非
常に容易にしかも安定して製造することが可能となる。

［実施例コ ０２イオンを含むＡｒイオンの高周波プラズマの中にＹ
２Ｏ３粉末、ＢａＣＯ３籾末および（：　ｕ　Ｏ粉末を
吹込み、そこに２０μｍφの銅線を通線してＹ、ｌｌａ
およびＣｕからなるペロブスカイト型超電導酸化物を約
２ＩＪｍの厚さに被覆した。しかる後、その上に１Ｏ−
Ｉｌ：。

ｒｒの真空中で金属層を蒸着し、ざらに（：　ｕ　Ｓ　
Ｏ，溶液中で電解めっきを行ない外周表面の銅層の厚さ
を約１０１Ｊｍとした。以上の結果、約４５μｍφの酸
化物超電導線材を製造した。この線材の電気抵抗を測定
した結果、８２°にで電気抵抗が０となった。

続いて、この約４５μｍφの単芯の超電導線材を約１０
０本束ね、常温かツｔｏ−’ｔｏｒｒの真空中で約５ｋ
ｇｆ／ｍｍ２の圧力で圧着し、約０．４ｍｍφの多芯酸
化物超電導線材を製造した。

また、Ｙ２Ｏ３粉末、Ｂ　ａ　ＣＯ、、粉末および（：
　ｕ　Ｏ粉末を粉砕して続いて焼結する常法により製造
したＹ、Ｂａおよびｅ１４からなるペロブスカイト型超
電導酸化物をスパッタリング装置に導入し、電子ビーム
を当て蒸発させた。そこにスパッタリンク装置中てＧｕ
Ｏを表面にコーティングした２０μｍφの炭素繊維を通
線し、酸化物を約２μｍのＪｖさに被覆した。しかる後
、その上に１０−’ｔ、ｏｒｒの真空中て金属銅を蒸着
し、ざらにＣｕ　Ｓ　Ｏ、、溶液中で電解めっきを行な
い外周表面の銅層の厚さを約１０μｍとした。以上の結
果、約４５μＩφの線材を製造した。この線材の電気抵
抗を測定した結果、７８°にて電気抵抗が０となった。

［発明の効果］ 本発明により、強度および加工性に優れた超電導線材を
多量に、かつ廉価に製造することができるようになった
。この結果、非金属よりなる高温超電導線材をＴ集的に
使用することが可能となった。本発明にかかる超電導線
材を用いることによって、液体窒素を用いた冷却で超電
導状態が得られるために、従来の液体ヘリウム冷却に比
べて装置も運転費用も著しく低Ｊすることになる。さら
にそれたけにとどまらず、従来常電埠て稼動していた装
置にも超電導を利用し得ることとなり、電力の節減のみ
ならずシミ１セフソン効果を利用した機器（例えば、微
弱磁気の検出や完全防磁装置）の−数比による新技術の
普及なと、経済的社会的な効果は非常に大きいものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるａ電導線材の形状を示す断面図
であり、同図（八）はその中間酸化物層の有りのもの、
（ＩＩ）は無しのものである。第２図は超電導線材を束
ね２芯構造とした超電導線材を小す断面図である。第３
図は超電導線材を束ね多芯構造とした超電導線材を示ず
断面図である。 １・・・線芯、２・・・超電導材層、３・・・金属層、
４・・・中間酸化物層、５・・・金属層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　中心部が金属繊維、炭素繊維またはセラミックス繊
   維で、その周りが非金属超電導材からなる繊維状超電導
   材に、さらに該繊維状超電導材の外周を金属で包んで構
   成したことを特徴とする非金属超電導線材。 ２、中心部が金属繊維、炭素繊維またはセラミックス繊
   維、その周りが中間酸化物で、さらにその周りが非金属
   超電導材からなる繊維状超電導材に、さらに該繊維状超
   電導材の外周を金属で包んで構成したことを特徴とする
   非金属超電導線材。 ３、請求項１または２記載の繊維状超電導材を複数本束
   ねて束線とし、該束線の外周を金属で包んで構成したこ
   とを特徴とする非金属超電導線材。 ４、請求項１または２記載の繊維状超電導材の間に金属
   を介在してを複数本を束ね、多芯構造に構成したことを
   特徴とする非金属超電導線材。 ５、金属繊維、炭素繊維またはセラミックス繊維の表面
   に非金属超電導材をコーティングし、次いで金属を被覆
   することを特徴とする請求項１記載の非金属超電導線材
   の製造方法。 ６、金属繊維、炭素繊維またはセラミックス繊維の表面
   に中間酸化物をコーティングし、しかる後非金属超電導
   材をコーティングし、次いで金属を被覆することを特徴
   とする請求項２記載の非金属超電導線材の製造方法。 ７、非金属超電導材をコーティング後、熱処理を行なう
   請求項５または６記載の非金属超電導線材の製造方法。