JPH03110714A - セラミックス超電導々体 - Google Patents
セラミックス超電導々体Info
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- JPH03110714A JPH03110714A JP1249435A JP24943589A JPH03110714A JP H03110714 A JPH03110714 A JP H03110714A JP 1249435 A JP1249435 A JP 1249435A JP 24943589 A JP24943589 A JP 24943589A JP H03110714 A JPH03110714 A JP H03110714A
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- JP
- Japan
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- ceramic
- fiber
- ceramic superconductor
- ceramics
- metal
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- 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、機械的並びに電気的特性に優れ、マグネット
コイル用導体等に適したセラミックス超電導々体に関す
る。
コイル用導体等に適したセラミックス超電導々体に関す
る。
近年液体窒素温度で超電導を示すLnBatCusot
−*(Lnは希土類元素x<1)、BizSr、cac
uzos、(B i I−XP bJzs r 2Ca
tCuiO+o (x<1)、T/!JazCaCu
、Os、T !! z B a z Ca z Cu
z O+ o等のセラミックス超電導体が見出され、マ
グネットコイル等への応用が盛んに検討されている。
−*(Lnは希土類元素x<1)、BizSr、cac
uzos、(B i I−XP bJzs r 2Ca
tCuiO+o (x<1)、T/!JazCaCu
、Os、T !! z B a z Ca z Cu
z O+ o等のセラミックス超電導体が見出され、マ
グネットコイル等への応用が盛んに検討されている。
ところで上記のセラミックス超電導体は脆い為、これを
線材等に加工するにはセラミックス超電導粉体を金属製
チューブに入れて伸延加工する方法によりなされており
、得られた線材は加熱処理することによりセラミックス
超電導々体に製造される。
線材等に加工するにはセラミックス超電導粉体を金属製
チューブに入れて伸延加工する方法によりなされており
、得られた線材は加熱処理することによりセラミックス
超電導々体に製造される。
斯くの如くして得られたセラミックス超電導々体はセラ
ミックス超電導体層の外周に金属層が複合された導体で
あるが、この複合金属層は内部のセラミックス超電導体
層を補強するとともに、使用中の冷却媒体としての作用
及びクエンチ事故における電流のバイパスとしての作用
をも果すものである。
ミックス超電導体層の外周に金属層が複合された導体で
あるが、この複合金属層は内部のセラミックス超電導体
層を補強するとともに、使用中の冷却媒体としての作用
及びクエンチ事故における電流のバイパスとしての作用
をも果すものである。
しかしながら前記の如きセラミックス超電導々体は、セ
ラミックス超電導体層が少なくとも部分溶融するような
高温にて加熱処理を施して、その結晶構造の電流の流れ
易いab面を導体の通電方向に平行に、つまりC軸を導
体の通電方向に垂直に配向せしめ(以下C軸配向と称す
)、且つ結晶粒を通電方向に平行に長く配列させて(以
下結晶長神化と称す)通電障害となる通電方向と交叉す
る結晶粒界を低減せしめることにより高い超電導特性が
得られるものであり、この為上記酸化物超電導体層に複
合する金属材料は上記の如き高温加熱処理によって軟化
し脆弱化して後のコイリング時の張力等によって導体は
容易に変形し内部のセラミックス超電導体層に割れ等の
損傷が生じて超電導特性が低下するという問題があった
。
ラミックス超電導体層が少なくとも部分溶融するような
高温にて加熱処理を施して、その結晶構造の電流の流れ
易いab面を導体の通電方向に平行に、つまりC軸を導
体の通電方向に垂直に配向せしめ(以下C軸配向と称す
)、且つ結晶粒を通電方向に平行に長く配列させて(以
下結晶長神化と称す)通電障害となる通電方向と交叉す
る結晶粒界を低減せしめることにより高い超電導特性が
得られるものであり、この為上記酸化物超電導体層に複
合する金属材料は上記の如き高温加熱処理によって軟化
し脆弱化して後のコイリング時の張力等によって導体は
容易に変形し内部のセラミックス超電導体層に割れ等の
損傷が生じて超電導特性が低下するという問題があった
。
このようなことから加熱処理を低温で行うようにすると
セラミックス超電導体層のC軸配向や結晶長神化が起こ
らず、やはり超電導特性が低い値のものとなるという問
題があった。
セラミックス超電導体層のC軸配向や結晶長神化が起こ
らず、やはり超電導特性が低い値のものとなるという問
題があった。
本発明はかかる状況に鑑み鋭意研究を行った結果なされ
たもので、その目的とするところは機械的強度に優れ、
且つJ、値の高いセラミックス超電導々体を提供するこ
とにある。
たもので、その目的とするところは機械的強度に優れ、
且つJ、値の高いセラミックス超電導々体を提供するこ
とにある。
即ち本発明は、セラミックス超電導体層に金属材料が複
合されたセラミックス超電導々体であって、上記複合金
属材料が粒子分散強化型又は繊維強化型複合金属材料で
あることを特徴するものである。
合されたセラミックス超電導々体であって、上記複合金
属材料が粒子分散強化型又は繊維強化型複合金属材料で
あることを特徴するものである。
本発明は、セラミックス超電導体層に、強度並びに耐熱
性に優れた粒子分散強化型又は繊維強化型複合金属材料
を複合したセラミックス超電導々体であって、上記導体
の製造時における高温での加熱処理によっても上記導体
の強度が保持されて、セラミックス超電導々体の損傷が
防止されるようにした導体である。
性に優れた粒子分散強化型又は繊維強化型複合金属材料
を複合したセラミックス超電導々体であって、上記導体
の製造時における高温での加熱処理によっても上記導体
の強度が保持されて、セラミックス超電導々体の損傷が
防止されるようにした導体である。
本発明において複合金属材料のマトリックス金属にはA
gを用いるのが好ましく、その理由はAgは酸素透過性
が良好なので加熱処理工程においてセラミックス超電導
体層への酸素の供給が十分になされて高いJcが得られ
る為であり、又Agは熱伝導性が高いので耐クエンチ性
に優れ使用時の通電量を高めることができる為である。
gを用いるのが好ましく、その理由はAgは酸素透過性
が良好なので加熱処理工程においてセラミックス超電導
体層への酸素の供給が十分になされて高いJcが得られ
る為であり、又Agは熱伝導性が高いので耐クエンチ性
に優れ使用時の通電量を高めることができる為である。
尚、上記のマトリックス金属には、Agの他に酸素透過
性及び熱伝導性に優れるものであれば、Ag−1r、A
g−Pd、Ag−Au等のAg合金も好適である。
性及び熱伝導性に優れるものであれば、Ag−1r、A
g−Pd、Ag−Au等のAg合金も好適である。
本発明において上記マトリックス金属に複合する粒子又
は繊維材料にはS i C,T i C,Z r C。
は繊維材料にはS i C,T i C,Z r C。
SiO□、A1.zO+等の任意のセラミックスが適用
される。
される。
マトリックス金属中に上記の如きセラミックス粒子又は
繊維を複合する方法としては、溶湯鍛造法、溶融撹拌凝
固法、固相混合焼結法等任意の方法が用いられる。
繊維を複合する方法としては、溶湯鍛造法、溶融撹拌凝
固法、固相混合焼結法等任意の方法が用いられる。
以下に本発明のセラミックス超電導々体の構成を図を参
照して説明する。第1〜4図は本発明のセラミックス超
電導々体の実施例を示すそれぞれ断面図である。図にお
いて1はセラミックス超電導体層、2は繊維強化金属層
である。
照して説明する。第1〜4図は本発明のセラミックス超
電導々体の実施例を示すそれぞれ断面図である。図にお
いて1はセラミックス超電導体層、2は繊維強化金属層
である。
第1図に示した導体は、丸棒状の1本のセラミックス超
電導体層1の周囲に繊維強化金属層2を複合した単芯セ
ラミックス超電導々体である。
電導体層1の周囲に繊維強化金属層2を複合した単芯セ
ラミックス超電導々体である。
第2図に示した導体は、丸棒状の7本のセラミックス超
電導体層1の周囲に繊維強化金属層2を複合した多芯セ
ラミックス超電導々体である。
電導体層1の周囲に繊維強化金属層2を複合した多芯セ
ラミックス超電導々体である。
第3図に示した導体は、セラミックス超電導体層1と繊
維強化金属層2とを同心円状に交互に複合したものであ
る。
維強化金属層2とを同心円状に交互に複合したものであ
る。
第4図に示した導体は、繊維強化金属層2内に芯材3に
て強化した筒状のセラミックス超電導体層1を7本配置
した多芯セラミックス超電導々体である。上記の芯材に
はFe5SUS、N15W等の金属材料が好適であり、
この芯材には、予めAu、Pt、Pd、Rh等の貴金属
をコーティングしておくと加熱処理時等における芯材の
酸化が防止され好ましいものである。
て強化した筒状のセラミックス超電導体層1を7本配置
した多芯セラミックス超電導々体である。上記の芯材に
はFe5SUS、N15W等の金属材料が好適であり、
この芯材には、予めAu、Pt、Pd、Rh等の貴金属
をコーティングしておくと加熱処理時等における芯材の
酸化が防止され好ましいものである。
次に上述のセラミックス超電導々体の製造方法について
説明すると、例えば第1図に示した導体は、強化繊維の
プリフォームに金属溶湯を注入し鍛造する溶湯鍛造法又
は溶湯中に強化粒子を撹拌分散させ凝固せしめる溶融撹
拌凝固法等により作製した繊維強化型又は粒子分散強化
型の複合金属製中空ビレットを作製し、この複合金属製
中空ビレットの中空部にセラミックス超電導物質の粉体
を充填して複合ビレットとなし、この複合ビレットを押
出し、引抜き、スェージング等の方法により伸延して所
望形状の線材に加工し、又第3図に示した導体は、セラ
ミックス超電導物質及び複合金属を、それぞれ棒又はパ
イプ状に加工し、各々を嵌合して複合ビレットとなし、
以下前記と同じ伸延加工方法により所望形状の線材に加
工し、而して得られた線材を800〜1000”Cの温
度にて加熱処理して、セラミックス超電導物質のセラミ
ックス超電導体への反応並びに焼結、上記焼結体への酸
素補給又は結晶構造の調整等をなしてセラミックス超電
14体に製造するものである。
説明すると、例えば第1図に示した導体は、強化繊維の
プリフォームに金属溶湯を注入し鍛造する溶湯鍛造法又
は溶湯中に強化粒子を撹拌分散させ凝固せしめる溶融撹
拌凝固法等により作製した繊維強化型又は粒子分散強化
型の複合金属製中空ビレットを作製し、この複合金属製
中空ビレットの中空部にセラミックス超電導物質の粉体
を充填して複合ビレットとなし、この複合ビレットを押
出し、引抜き、スェージング等の方法により伸延して所
望形状の線材に加工し、又第3図に示した導体は、セラ
ミックス超電導物質及び複合金属を、それぞれ棒又はパ
イプ状に加工し、各々を嵌合して複合ビレットとなし、
以下前記と同じ伸延加工方法により所望形状の線材に加
工し、而して得られた線材を800〜1000”Cの温
度にて加熱処理して、セラミックス超電導物質のセラミ
ックス超電導体への反応並びに焼結、上記焼結体への酸
素補給又は結晶構造の調整等をなしてセラミックス超電
14体に製造するものである。
本発明導体を製造するに際し用いるセラミックス超電導
物質には前記したような種々系のセラミックス超電導体
が広く適用されるに加えて上記セラミックス超電導体の
前駆物質であるセラミックス超電導体となし得る原料物
質からセラミックス超電導体に合成されるまでの中間体
、例えばセラミックス超電導体構成元素の混合体又は共
沈混合物又は酸素欠損型複合酸化物又は上記構成元素の
合金等が使用可能でこれらの前駆物質は酸素含有雰囲気
中で加熱処理することによりセラミックス超電導体に反
応するものである。
物質には前記したような種々系のセラミックス超電導体
が広く適用されるに加えて上記セラミックス超電導体の
前駆物質であるセラミックス超電導体となし得る原料物
質からセラミックス超電導体に合成されるまでの中間体
、例えばセラミックス超電導体構成元素の混合体又は共
沈混合物又は酸素欠損型複合酸化物又は上記構成元素の
合金等が使用可能でこれらの前駆物質は酸素含有雰囲気
中で加熱処理することによりセラミックス超電導体に反
応するものである。
本発明の導体は、セラミックス超電導体層を粒子分散強
化型又は繊維強化型の高強度耐熱性複合金属材料により
複合し強化した導体なので、製造時の加熱処理によって
導体が軟化してコイリング時の張力等によって変形して
セラミックス超電導体層に割れが入るようなことがなく
、又上記加熱処理を十分高温にて施すことができる為結
晶のC軸配向や結晶粒の長伸化がなされ、依って高い超
電導特性が得られる。
化型又は繊維強化型の高強度耐熱性複合金属材料により
複合し強化した導体なので、製造時の加熱処理によって
導体が軟化してコイリング時の張力等によって変形して
セラミックス超電導体層に割れが入るようなことがなく
、又上記加熱処理を十分高温にて施すことができる為結
晶のC軸配向や結晶粒の長伸化がなされ、依って高い超
電導特性が得られる。
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例1
溶湯鍛造装置の内径30IIII11のコンテナ内に直
径30閣、内径16■、高さ40mmの円筒状のSiC
ウィスカーのプリフォームをセットし、このコンテナ内
にAg溶湯を注入すると同時にパンチングしてビレット
に鍛造した。次いでこのビレットの中心部を中ぐりして
直径30InI11、内径16mm、高さ40mmのS
ICウィスカーを20容量%含有する繊維強化金属製の
中空ビレットを作製し、次いで上記中空ビレットの中空
部にBi系酸化物超電導体の仮焼成粉末を充填して複合
ビレットとなした。
径30閣、内径16■、高さ40mmの円筒状のSiC
ウィスカーのプリフォームをセットし、このコンテナ内
にAg溶湯を注入すると同時にパンチングしてビレット
に鍛造した。次いでこのビレットの中心部を中ぐりして
直径30InI11、内径16mm、高さ40mmのS
ICウィスカーを20容量%含有する繊維強化金属製の
中空ビレットを作製し、次いで上記中空ビレットの中空
部にBi系酸化物超電導体の仮焼成粉末を充填して複合
ビレットとなした。
上記においてBi系酸化物超電導体の仮焼成粉末は平均
粒径5−1純度99.9%のBi、0..5rcO3、
CaC0z 、CuO粉末をBi:Sr:Ca:Cuが
原子比で2:111になるように配合し混合したのち大
気中にて800°ClOH仮焼成しこれを平均粒径5−
になるまで粉砕して作製したものである。
粒径5−1純度99.9%のBi、0..5rcO3、
CaC0z 、CuO粉末をBi:Sr:Ca:Cuが
原子比で2:111になるように配合し混合したのち大
気中にて800°ClOH仮焼成しこれを平均粒径5−
になるまで粉砕して作製したものである。
而して前記の複合ビレットを700’Cにて押出して8
IIIIlφの棒材となし、しかるのちこの棒材をスェ
ージング加工して第1図に示した如き1.6ma+φの
線材となした。次いでこの線材をN2−0□混合ガス雰
囲気(P O20,5atm)中で920°C0,5H
引続き850°C100Hの加熱処理を施したのち、表
面にエポキシ樹脂をコーティングして絶縁してコイル導
体となした。
IIIIlφの棒材となし、しかるのちこの棒材をスェ
ージング加工して第1図に示した如き1.6ma+φの
線材となした。次いでこの線材をN2−0□混合ガス雰
囲気(P O20,5atm)中で920°C0,5H
引続き850°C100Hの加熱処理を施したのち、表
面にエポキシ樹脂をコーティングして絶縁してコイル導
体となした。
次いで上記コイル導体をSUS製コア上に自動巻機によ
り一定張力をかけて巻回して内径30圓、外径70輸、
幅50閣のソレノイドコイルを製造した。
り一定張力をかけて巻回して内径30圓、外径70輸、
幅50閣のソレノイドコイルを製造した。
実施例2
黒鉛るつぼ内にてAgを溶融せしめ、このAg溶湯中に
粒径0.8μのA l t Os粉末を混合し撹拌した
のち、この溶湯を中心部分に直径16朧の中子を置いた
内径30鵬の鉄鋳型内に注入して実施例1と同じサイズ
のAnヨ0.粉末を20容量%含有する粒子分散強化型
金属製の中空ビレットを作製した。次いでこの中空ビレ
・ントの中空部に実施例1で用いたのと同じBi系酸化
物超電導粉末を充填し以下実施例1と同じ方法によりソ
レノイドコイルを製造した。
粒径0.8μのA l t Os粉末を混合し撹拌した
のち、この溶湯を中心部分に直径16朧の中子を置いた
内径30鵬の鉄鋳型内に注入して実施例1と同じサイズ
のAnヨ0.粉末を20容量%含有する粒子分散強化型
金属製の中空ビレットを作製した。次いでこの中空ビレ
・ントの中空部に実施例1で用いたのと同じBi系酸化
物超電導粉末を充填し以下実施例1と同じ方法によりソ
レノイドコイルを製造した。
比較例1
実施例2において、中空ビレットの作製に際し、A I
t z Ox粉末を混合しなかった他は実施例2と同じ
方法によりソレノイドコイルを製造した。
t z Ox粉末を混合しなかった他は実施例2と同じ
方法によりソレノイドコイルを製造した。
比較例2
比較例1においてスェージング加工により得たを製造し
た。
た。
斯くの如くして得られた各々のソレノイドコイルについ
て77.3K、4.2に中にてコイルの中心磁界を測定
した。結果は第1表に示した。
て77.3K、4.2に中にてコイルの中心磁界を測定
した。結果は第1表に示した。
第1表より明らかなように本発明品(実施例1゜2)は
大電流を通電することができ、従って中心磁界が高い値
のものとなった。
大電流を通電することができ、従って中心磁界が高い値
のものとなった。
これに対し、比較例1は複合金属材料がAgのため加熱
処理によって軟化して、導体はコイリングの際の張力で
変形伸びを生じて内部の酸化物超電導体層に割れが入り
、又比較例2はAgの軟化を防止する為加熱処理温度を
低くしたので酸化物超電導体層の結晶がC軸配向や長神
化せず、その結果通電々流を大きくとれずにいずれも中
心磁界が低い値のものとなった。
処理によって軟化して、導体はコイリングの際の張力で
変形伸びを生じて内部の酸化物超電導体層に割れが入り
、又比較例2はAgの軟化を防止する為加熱処理温度を
低くしたので酸化物超電導体層の結晶がC軸配向や長神
化せず、その結果通電々流を大きくとれずにいずれも中
心磁界が低い値のものとなった。
尚、実施例1,2の導体のセラミックス超電導体層の結
晶組織は、顕微鏡観察の結果第5図に示した如く結晶粒
4が通電方向に長伸化し、通電方向と交叉する結晶粒界
5が低減した組織からなり、又結晶構造はX線回折の結
果C軸配向していることがti認された。
晶組織は、顕微鏡観察の結果第5図に示した如く結晶粒
4が通電方向に長伸化し、通電方向と交叉する結晶粒界
5が低減した組織からなり、又結晶構造はX線回折の結
果C軸配向していることがti認された。
以上述べたように本発明のセラミックス超電導々体は、
セラミックス超電導体層に粒子分散強化型又は繊維強化
型の高強度耐熱性複合金属材料により複合されているの
で、製造時の加熱処理においても高い強度が保持されて
、コイリングの際の張力等によって変形してセラミック
ス超電導体層が損傷するようなことがなく、父上記加熱
処理を十分高温で施すことができる為セラミックス超電
導体層の結晶をC軸配向や長神化させることができ、依
って得られるセラミックス超電導々体は臨界電流密度(
J、)に優れ、この導体を用いて作製したコイルはその
中心磁界が高い値のものとなり、工業上顕著な効果を奏
する。
セラミックス超電導体層に粒子分散強化型又は繊維強化
型の高強度耐熱性複合金属材料により複合されているの
で、製造時の加熱処理においても高い強度が保持されて
、コイリングの際の張力等によって変形してセラミック
ス超電導体層が損傷するようなことがなく、父上記加熱
処理を十分高温で施すことができる為セラミックス超電
導体層の結晶をC軸配向や長神化させることができ、依
って得られるセラミックス超電導々体は臨界電流密度(
J、)に優れ、この導体を用いて作製したコイルはその
中心磁界が高い値のものとなり、工業上顕著な効果を奏
する。
第1〜4図は本発明のセラミックス超電導々体の実施例
を示す断面図、第5図は本発明導体の結晶組織の一実施
例を示す模式図である。 1・・・セラミックス超電導体層、 2・・・繊維強化
金属層、 3・・・芯材、 4・・・結晶粒、 5・・
・結晶粒界。
を示す断面図、第5図は本発明導体の結晶組織の一実施
例を示す模式図である。 1・・・セラミックス超電導体層、 2・・・繊維強化
金属層、 3・・・芯材、 4・・・結晶粒、 5・・
・結晶粒界。
Claims (1)
- セラミックス超電導体層に金属材料が複合されたセラミ
ックス超電導々体であって、上記複合金属材料が粒子分
散強化型又は繊維強化型複合金属材料であることを特徴
とするセラミックス超電導々体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249435A JPH03110714A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | セラミックス超電導々体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1249435A JPH03110714A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | セラミックス超電導々体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03110714A true JPH03110714A (ja) | 1991-05-10 |
Family
ID=17192927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1249435A Pending JPH03110714A (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | セラミックス超電導々体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03110714A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1113507A3 (en) * | 1999-12-28 | 2005-05-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting wire and manufacturing method thereof |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP1249435A patent/JPH03110714A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1113507A3 (en) * | 1999-12-28 | 2005-05-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Superconducting wire and manufacturing method thereof |
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