JPH0410310A - 超電導酸化物用金属基材 - 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 本発明はその表面上に超電導酸化物を被覆して超電導酸
化物複合材を形成する超電導酸化物用金属基材に関する
。

［従来の技術］ 従来、その表面上に超電導酸化物を被覆して超電導酸化
物複合材を形成するための基材として、金、白金又は銀
等の貴金属が使用されている。しかし、これらの金属は
置価であるため、基材の製造コストが高いという欠点が
ある。そこで、この欠点を解消するために、銅等の比較
的安価な材料を下地とし、この下地を金、白金又は銀等
の金属で被覆して超電導酸化物用基材とすることが提案
されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、銅等からなる下地に金、白金又は銀等を
被覆して形成した基材では、所定の超電導特性を得るこ
とができないという問題点がある。

即ち、基材表面に超電導組成の酸化物を被覆した後、超
電導特性を向上させるために８００　’Ｃ前後の温度で
長時間熱処理を施す必要がある。このとき、下地金属原
子と被覆金属原子とが相互に拡散する。そして、被覆金
属中を拡散した下地金属原子が超電導酸化物層と反応し
て、超電導酸化物複合材の超電導特性が劣化する。

また、線材吠又は条材状の長尺の基材の表面上に超電導
組成の酸化物を被覆し、この基材を加熱手段々非接触状
態で走行させつつ熱処理する場合、前記基材には送り出
し手段と巻き取り手段との間に前記基材を架は渡すため
に張力を負荷する必要がある。ところが、前記基材の下
地が銅等であると熱間強度が不十分であるため、前記張
力を受けて前記基材の直径が変化してしまう。そうする
と、超電導酸化物層と基材とが剥離したり、又は超電導
酸化物層に亀裂が発生するので、超電導酸化物複合材の
超電導特性が劣化する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
熱間強度が高（懸架時の張力に抗して径の変動が防止さ
れ、超電導酸化物複合材としたときに金のみからなる基
材と同等の優れた超電導特性を得ることができると共に
、製造コストが低い超電導酸化物用金属基材を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る超電導酸化物用金属基材は、その表面に断
面積率で２０乃至７０％の銅又は銅合金が被覆された銅
被覆鋼又は銅合金被覆鋼からなる下地と、厚さが０．５
μｍ以上の金からなる外層と、前記下地と前記外層との
間に介在する厚さが０．２μｍ以上のモリブデンからな
る中間層との積層体からなることを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、金は０．５μｍ以上の厚さで下地及
び中間層の周囲を被覆しているのみであるので、高価な
金の使用量が極めて少なくて足り、従来の金のみからな
る基材に比して、製造コストが著しく低減される。

また、本発明においては、銅被覆鋼（以下、銅合金被覆
鋼も含む）からなる下地と、所定の厚さの金からなる外
層との間に所定の厚さのモリブデンからなる中間層が設
けられている。この場合に、モリブデンは下地の表面を
構成する銅原子と外層を構成する金原子との相互拡散を
防止するバリア層として作用する。これにより、約８０
０°Ｃの温度で熱処理を行っても、銅被覆銅下地とモリ
ブデン中間層との境界面及びモリブデン中間層と全外層
との境界面における各金属原子の相互拡散は極めて少な
く、外層表面へのモリブデン又は銅原子の拡散は著しく
抑制される。従って、これらの金属原子が超電導酸化物
層の超電導特性に影響を与えることが回避される。なお
、この銅被覆鋼、モリブデン及び金からなる基材は、導
電率及び熱伝導率が金のみからなる基材に比して低いも
のの、超電導酸化物層と接触する部分が金であるため、
この界面での熱伝達性は金のみからなる基材と路間等で
ある。また、基材の導電率が低下しても、銅被覆鋼の銅
（又は銅合金）部分の断面積を十分に太き（することに
より、超電導酸化物層を安定化させることができる。こ
のため、超電導酸化物複合材としたときに、従来の超電
導酸化物複合材と路間等の超電導特性を得ることができ
る。

ところで、上述の作用効果を得るためには、下地を構成
する銅被覆鋼又は銅合金被覆鋼の銅又は銅合金被覆部は
断面積率で２０乃至７０％にすると共に、金からなる外
層及びモリブデンからなる中間層の厚さは夫々０．５μ
ｍ以上及び０．２μｍ以上にする必要がある。

次に、前述の銅又は銅合金の断面積率、そりブデンの層
厚及び金の層厚の限定理由について説明する。

よ　　ム　　の　　　　　・ 超電導酸化物用金属基材は、その表面に形成される超電
導層の超電導状態が破壊された場合に、限流器が作動す
る迄の瞬間に一時的に電流を流す安定化材としても作用
する。従って、導電率が悪い安定化材（金属基材）を使
用すると、この安定化材も含めた導体断面積が大きくな
り、寸法効率が劣化する。

而して、銅被覆鋼又は銅合金被覆鋼において、その表面
に配置された銅又は銅合金の断面積率が２０％未満と銅
又は銅合金の被覆部の比率が相対的に小さい場合、超電
導酸化物層を安定化させるために導電性が良い銅又は銅
合金被覆部分の断面積を所定値以上確保しようとすると
、全体としての基材の直径が従来に比して約２倍以上に
大きくなってしまう。そうすると、超電導酸化物複合材
としたときに断面積が大きくなり、その寸法効率が低下
する。

一方、銅又は銅合金の断面積率が７０％を超える場合、
基材の熱間強度が低下するので、長時間の熱処理により
前記基材の直径が変化してしまう。

そうすると、超電導酸化物層と基材とが剥離したり、又
は超電導酸化物層に亀裂が発生するので、超電導酸化物
複合材の超電導特性が劣化する。

従って、銅被覆鋼又は銅合金被覆鋼の表面を被覆する銅
又は銅合金の断面積率は２０乃至７０％に限定する。

ｉ土工ニム悲ｌ」 中間層であるモリブデンの層厚が０．２μｍ未満の場合
は、中間層を設けることによる上述の効果が少なく、下
地の表面を構成する銅原子が外層を介して超電導酸化物
層中に拡散し、超電導特性が劣化する。このため、中間
層の層厚は０．２μｍ以上とする。

念９」１」 外層である金の層厚が０．５μｍ未満の場合は、超電導
酸化物層を被覆するときに外層が剥離しやすくなる。こ
のため、外層の層厚は０．５μｍ以上とする。

なお、中間層及び外層の層厚の上限値は超電導特性から
限定されるものではない。しかし、製造コストとの関係
により必然的に決定される。

また、前記銅合金被覆鋼に使用する銅合金としては、基
材の導電率の低下を抑制するため、合金化元素の濃度が
低い希薄鋼合金が好ましい。更に、前記合金化元素はモ
リブデンとの相互拡散係数が小さいものが好ましい。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の実施例に係る超電導酸化物用金属基材
を示す断面図である。本実施例は、銅被覆鋼線を芯材１
とし、この芯材１の周面に中間層としてのＭｏ（モリブ
デン）層２及び外層としてのＡｕ（金）層３を被覆した
ものである。この場合に、芯材１における銅の断面積率
は２ｏ乃至７０％でありＮＭＱＭ２Ｏ３厚は０．２μｍ
以上であり、Ａｕ層３の層厚は０．５μｍ以上である。

本実施例においては、このように、銅被覆鋼線からなる
芯材１と、Ａｕ層３との間に、Ｍｏ層２が設けられてい
るため、この金属基材の周面に超電導酸化物層を被覆形
成する処理工程において、これらの各層が例えば９００
°Ｃの温度に加熱されても、超電導酸化物層中に銅及び
Ｍｏ原子が拡散したり、鋼中にＭｏ原子が拡散したりす
ることはなく、超電導特性を劣化させることを回避する
ことができる。

本実施例に係る金属基材は、所定の線径の銅被覆鋼線を
芯材１とし、この芯材１の周面に例えばめっき又は蒸着
等の方法によりＭｏ及びＡｕを順次被着させて、Ｍｏ層
２及びＡｕ層３を形成することにより製造することがで
きる。

次に、本実施例に係る超電導酸化物金属基材を実際に製
造し、その特性を調べた結果を、本願の特許請求の範囲
から外れる比較例と比較して説明する。

先ず、芯材として長さ力月０ＣＩＩＮ直径が１．４ｍｍ
であり、銅の断面積率（以下、銅被覆率という）が５０
％である銅被覆鋼線を使用し、この銅被覆鋼線をＭｏ塩
化物洛中に浸漬した。そして、溶融塩電解を行って、銅
被覆鋼線の周面に下記第１表に示す層厚でＭｏ層を形成
した。その後、この線材をシアン化金洛中に浸漬し、同
じく下記第１表で示す層厚でＡｕを電気めっきしてＡｕ
層を形成した。

このようにして、実施例及び比較例の各金属基材を製造
した。但し、比較例１は金線からなる従来の超電導酸化
物用金属基材である。

次いで、実施例及び比較例の各金属基材に、下記に説明
する方法によりＢ　ｉ　−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系超電
導組成酸化物を被覆して、超電導酸化物複合線材を形成
した。

即ち、先ず、Ｂｉ２Ｏ３を１モル、５ｒＣＯ。

を２モル、Ｃａ　ＣＯ３を１モル及びＣｕＯを２モルの
割合で混合した。そして、これを７８０”Ｃの温度で３
０時間仮焼した後、粉砕して混合した。次に、この混合
物を８３０℃の温度で３０時間焼成した後、粉砕して粉
末とした。そして、この粉末をアセトン中に懸濁させ、
泳動電着により基材周面に５０μｍの厚さに付着させた
。次いで、高周波誘導加熱によりこの酸化物を局部的に
溶融させ、基材をその長手方向に５０ｍｍ／時の速度で
移動させて高周波誘導コイル中を通過させることにより
溶融処理を行った。その後、７８０℃の温度で５０時間
熱処理を施した。

このようにして形成した超電導酸化物複合線材について
、超電導状態における臨界電流密度を測定した。その結
果も、下記第１表に併せて示した。

但し、臨界電流密度は、基材が金線からなる比較例１の
臨界電流密度を１とし、この比較例１の臨界電流密度と
の比で示した。また、比較例２，５゜８．９においては
超電導層を形成するときに、機械的擦過によりＡｕ層が
部分的に剥離し、熱処理時においては超電導酸化物層も
剥離したため、臨界電流密度を測定することができなか
った。

第　　１　　表 この第１表から明らかなように、本発明に係る実施例１
乃至４は、いずれも金のみからなる比較例１の基材と同
一の臨界電流密度を得ることができた。一方、Ａｕ層の
層厚が薄い比較例２，５゜８．９は、前述の如＜Ａｕ層
及び超電導酸化物層が剥離し、基材として使用すること
ができないものであった。また、Ｍｏ層の層厚が薄い比
較例３゜４．６．７は、いずれも十分な臨界電流密度を
得ることができなかった。これは、Ｍｏ層を介して芯材
の銅原子がＡｕ層に拡散し、更に超電導酸化物層にも拡
散したためである。

なお、上述の実施例においては基材が線材の形状を有す
る場合について説明したが、本発明はこれにより形状が
限定されるものではなく、基材が条材、板材又はブロッ
ク状等の場合も同様の効果を得ることができる。

次に、芯材として使用する銅被覆鋼線の銅被覆率を変化
させた場合について説明する。

この場合、銅被覆率をｌＯ乃至９０％の範囲で５％毎に
変化させた銅被覆鋼線を夫々芯材として使用した。なお
、銅被覆鋼線の単位長さ当たりの抵抗値が銅線と路間−
になるように、各銅被覆率の下で銅被覆層の厚さを変化
させた。

以下、実施例３と同様にして、各銅被覆鋼線の周面に厚
さが０．５μｍのＭｏ層、厚さが０．５μｍのＡｕ層及
び厚さが５０μｍのＢ１−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系超電
導酸化物層を形成し、溶融処理及び熱処理を行なって超
電導酸化物複合線材を得た。

その結果、銅被覆率が２０乃至７０％である銅被覆鋼線
を芯材として使用した場合、得られた超電導酸化物複合
線材は、いずれも超電導特性が優れていた。

一方、銅被覆率が７０％を超える銅被覆鋼線を芯材とし
て使用した場合、炉長が２０００１１Ｉｍの加熱炉中を
４０ｍｍ／時の速度で通過させて熱処理すると、基材が
縮径して超電導酸化物層と基材とが剥離したり、又は超
電導酸化物層に亀裂が発生して、超電導酸化物複合線材
の超電導特性が劣化した。特に、臨界電流密度は著しく
低下した。

また、銅被覆率が２０％未満である銅被覆鋼線を芯材と
して使用した場合、銅線と路間等の導体抵抗を得ようと
すると、基材の直径が従来に比して約２倍以上になるの
で、超電導酸化物複合線材としたときの寸法効率が低下
した。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、高価な金の使用量
が極めて少ないから、製造コストが極めて低い。また、
銅被覆鋼又は銅合金被覆鋼からなる下地と金からなる外
層との間にモリブデンからなる中間層が所定の厚さで設
けられているから、この中間層がバリア層として作用し
、下地金属原子の超電導酸化物層への拡散が防止される
。従って、本発明に係る超電導酸化物用金属基材は、従
来の金のみぬ１らなる金属基材と同様に使用することが
でき、超電導酸化物複合材の製造コストを著しく低減す
ることができる。

また、所定の断面積率で銅又は銅合金が被覆された銅被
覆鋼又は銅合金被覆鋼を下地とするから、金属基材の熱
間強度を向上させることができる。

このため、熱処理工程において径等の変動により超電導
酸化物複合材の超電導特性が劣化することを防止できる
ので、長尺の超電導酸化物複合材を容易に製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超電導酸化物用金属基材
を示す断面図である。 １；芯材、２；ＭＯ層、３；Ａｕ層 出出願人藤倉電線株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）その表面に断面積率で２０乃至７０％の銅又は銅
   合金が被覆された銅被覆鋼又は銅合金被覆鋼からなる下
   地と、厚さが０．５μｍ以上の金からなる外層と、前記
   下地と前記外層との間に介在する厚さが０．２μｍ以上
   のモリブデンからなる中間層との積層体からなることを
   特徴とする超電導酸化物用金属基材。