JPH0589729A - 高強度セラミツクス超電導々体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導特性に優れた高強度のセラミックス超
電導々体を容易に製造する方法を提供する。 【構成】 セラミックス超電導体層２をＡｇ材料で被覆
した構造のセラミックス超電導々体１の前記Ａｇ被覆層
３上に、Ａｇと反応して合金化する金属の粉末４を長手
方向に連続して載置し、次いでこのＡｇ被覆層３上に載
置したＡｇ粉末４を加熱して前記Ａｇ被覆層３の周方向
の所定部位に長手方向に連続する合金帯域７を形成す
る。 【効果】 セラミックス超電導々体１のＡｇ被覆層３が
長手方向に連続して合金化し強化されるので、ハンドリ
ング等での超電導体層２の損傷が防止される。又最終工
程で合金化するので、複合ビレットの延伸加工が容易に
なされる。又Ａｇ被覆層３の合金化が局部的なので、良
好な耐クエンチ特性が維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導特性に優れた高
強度セラミックス超電導々体を容易に製造する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液体窒素温度で超電導を示すＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系，Ｂｉ−（Ｐｂ）−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ系，Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系等のセラミック
ス超電導体が見出され、各分野で実用化研究が進められ
ている。ところでこれらのセラミックス超電導体は脆い
為、これらを線材等に加工するには、例えば加工性に富
んだＡｇやＣｕ等の金属製パイプにセラミックス超電導
体となし得る原料物質を充填して複合ビレットを作製
し、次いでこの複合ビレットを延伸加工して所望形状の
線素材となしたのち、この線素材に所定の加熱処理を施
して上記原料物質を超電導体に反応せしめる複合加工法
が用いられている。この複合加工法により製造されるセ
ラミックス超電導々体の形状は、断面が円形，楕円形，
四角形，テープ状等任意の形状に加工される。そして例
えば、前記のテープ状のセラミックス超電導々体の所要
数を、平行に又は同心状に又は渦巻状に積層し、又は断
面円形のセラミックス超電導々体を複数本集合し、次に
これらの積層体又は集合体を別に用意した金属製パイプ
内にそれぞれ充填して多層又は多芯複合ビレットとな
し、これらの多層又は多芯複合ビレットに前述と同じ延
伸加工と加熱処理を施して多層又は多芯セラミックス超
電導々体が製造される。上記のセラミックス超電導々体
は、これを渦巻状に巻き付けてパンケーキ型のマグネッ
トコイルとして或いは複数本撚合わせてケーブル用導体
等として用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
セラミックス超電導々体は、通常、金属被覆層が例えば
Ａｇ等の軟質な純金属により構成されており、しかも加
熱処理が高温度でなされる為、得られるセラミックス超
電導々体は強度が低くハンドリング時に内部のセラミッ
クス超電導体層に割れが入り超電導特性が低下してしま
うという問題があった。このようなことから、被覆材料
に高強度のＡｇ合金が用いられたが、この場合には延伸
加工性が悪くなる上、電気及び熱伝導性が低下して使用
時の耐クエンチ特性が低下するという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】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、超電導特性に優れた高強度のセラミックス
超電導々体を容易に製造する方法を提供することにあ
る。即ち、本発明は、所望数のセラミックス超電導体層
を金属材料で一括被覆した構造のセラミックス超電導々
体の前記金属被覆層上に、被覆金属と合金化する金属の
粉末又は細線を長手方向に直線状に載置し、この金属被
覆層上の金属粉末又は細線を局部加熱して長手方向に連
続する高強度の合金帯域を前記金属被覆層に形成するこ
とを特徴とする高強形成することを特徴とするものであ
る。

【０００５】以下に本発明方法を図を参照して具体的に
説明する。図１は本発明方法の態様例を示す工程説明図
である。１はセラミックス超電導体層２をＡｇ材料で被
覆したセラミックス超電導々体である。前記セラミック
ス超電導々体１を所定速度で走行させ、この走行するセ
ラミックス超電導々体１のＡｇ被覆層３の表面上に、Ａ
ｇと反応して合金化する金属の粉末４を粉末供給機５か
ら長手方向に連続的に供給し載置し、次いでこのＡｇ被
覆層３上に載置した金属粉末４を、前方に配置したレー
ザービーム加熱機６により加熱して前記金属粉末４とそ
の下のＡｇ被覆層３の表面を溶融する。この溶融域は前
記レーザービーム加熱機６のビームを外れると直ちに凝
固して、前記Ａｇ被覆層３の所定部位に合金帯域７がセ
ラミックス超電導々体１の長手方向に連続して形成され
る。

【０００６】本発明方法において、セラミックス超電導
々体上に載置する金属粉末又は金属細線の形状は、前者
には球状，塊状，偏平状等、後者には丸線，平角線等の
任意の形状のものが適用できる。又前記粉末又は細線の
粒径又は線径は微細な程、加熱による合金化反応が速や
かになされて好ましい。而してその粒径又は線径は数〜
数百μｍが好ましい。又金属被覆層上に載置した金属粉
末又は細線を加熱する方法には、任意の加熱方法が適用
されるが、レーザービーム加熱法が局部加熱が良好にな
されて好ましい。又粉末又は細線の金属材料としては、
例えば被覆金属にＡｇを用いた場合は、Ａｇとの間で高
強度合金が形成されるＡｌ又はＮｉ等の金属材料が好ま
しい。又前記のＡｌやＮｉ等の金属に代えて、合金、例
えばＡｇをベースとする低融点化した合金を用いても良
い。

【０００７】本発明方法において、金属粉末又は細線と
セラミックス超電導々体の金属被覆層とは、両者が溶融
し急冷凝固して合金化するのが最も好ましいが、金属被
覆層を固相状態にしておいて、これに金属粉末又は細線
を液相又は固相の状態で熱拡散させて合金化しても差支
えない。又金属粉末又は細線の載置及びその合金化は、
図１で説明したようにセラミックス超電導々体を走行さ
せて連続的に行うのが生産性に富み好ましい。本発明方
法において、合金帯域を形成するセラミックス超電導々
体は、例えばセラミックス超電導体となし得る原料物質
（以下、原料物質と略記する。）を金属製パイプ内に充
填して複合ビレットとなし、この複合ビレットに延伸加
工を施して線素材となし、この線素材に所定の加熱処理
を施して作製される。

【０００８】而して前記原料物質には、前述のＹ系、Ｂ
ｉ系、Ｔｌ系等のセラミックス超電導体を始め、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
導体に反応するまでの中間体、例えばセラミックス超電
導体の構成元素の混合体、又は共沈混合物、又は前記構
成元素の酸化物又は炭酸塩の一次原料粉を各々所定量配
合し混合して混合原料となし、この混合原料を仮焼成し
た酸素欠損型複合酸化物等が用いられる。又前記混合原
料を溶融し急冷凝固したのち、これを粉砕した原料物質
も用いられる。又前記原料物質を充填する金属製パイプ
には、ＡｇやＣｕ等の電気及び熱伝導性が高く、安定化
材としての機能に優れた金属材料が用いられるが、特に
Ａｇは酸素透過性に優れている為、得られるセラミック
ス超電導々体の超電導特性が向上して好ましいものであ
る。又前記原料物質を金属製パイプ内に充填するには、
原料物質をそのままタップ充填する等の方法の他、前記
原料物質を予めＣＩＰ法等により所定形状に成形した
り、或いはこの成形体を更に加熱焼結して充填する方法
等が適用される。このように原料物質を成形体や焼結体
に加工してから充填すると、得られるセラミックス超電
導々体の密度が高まり、Ｊｃ等の特性が向上し好まし
い。

【０００９】本発明方法において、複合ビレットに施す
延伸加工には、押出、引抜き、スエージング、圧延、鍛
造、一軸プレス圧縮等の任意の方法が適用できるが、圧
延加工法又はプレス加工法が超電導体層の密度をより高
めることができる。又複合ビレットを延伸加工して得ら
れる線素材に施す加熱処理は、前記の原料物質をセラミ
ックス超電導体に反応させる為に行うもので、その加熱
温度は、例えばＢｉ系セラミックス超電導体の場合は通
常８２０〜８８５℃の温度範囲である。又この加熱処理
は、延伸加工上がり、つまり線素材の状態で施してもよ
いが、前記線素材をマグネットコイル等に成形したあと
施した方が割れ等が入り難く好ましい。

【００１０】

【作用】本発明方法では、セラミックス超電導々体は、
その金属被覆層が長手方向に連続して合金化され強化さ
れるので、曲げ加工等で変形し難くく、ハンドリング時
に超電導体層が損傷するようなことがない。更に本発明
方法では、合金化が最終の工程でなされるので、複合ビ
レットの延伸加工が容易になされ、又金属被覆層の周方
向の所定部位を局部的に合金化するので、被覆層の大部
分が電気及び熱伝導性の良い純金属状態にあり、得られ
る高強度セラミックス超電導々体は良好な耐クエンチ特
性が維持される。

【００１１】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 実施例１ Ｂｉ₂Ｏ₃ ，ＳｒＣＯ₃ ，ＣａＣＯ₃ ，ＣｕＯ等の一次
原料粉体をそれぞれＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕが原子比で
２：２：１：２となるように混合し、この混合粉を大気
中で８２０℃×５０時間仮焼成したのち、この仮焼成体
を粉砕して平均粒径が約５μｍの仮焼粉となした。次い
でこの仮焼粉をＣＩＰ成形して外径１８ｍｍφの棒材と
なし、この棒材を外径２５ｍｍφ、内径１８ｍｍφのＡ
ｇ合金製丸型パイプに充填して複合ビレットを作製し
た。次にこの複合ビレットにスエージング加工を施して
外径５ｍｍの線材となし、この線材に圧延加工を施して
幅５ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのテープ状の線素材となし
た。次にこの線素材に酸素気流中にて、８５０℃×５０
時間の加熱処理を施してセラミックス超電導々体を作製
した。しかるのち、このセラミックス超電導々体のＡｇ
被覆層上に、図１で説明した要領にて合金帯域を形成し
た。即ち、走行するセラミックス超電導々体１の片面の
Ａｇ被覆層３上に平均粒径１０μｍのＡｌ粉末４を２ｍ
ｍの幅に連続的に載置した。載置量は長さ１ｍ当たり１
ｇとした。この載置したＡｌ粉末４にレーザービームを
当てて前記Ａｌ粉末４とその下部のＡｇ被覆層３を局部
的に急速加熱して溶融させ、次いで凝固せしめて、前記
Ａｇ被覆層３上にＡｇ−Ａｌ合金帯域７を形成して、高
強度セラミックス超電導々体を製造した。 実施例２ 実施例１において作製したセラミックス超電導々体の両
面のＡｇ被覆層上に、実施例１と同じ方法によりＡｇ−
Ａｌ合金帯域を形成した。

【００１２】実施例３ Ｂｉ₂Ｏ₃ ，ＰｂＯ，ＳｒＣＯ₃ ，ＣａＣＯ₃ ，ＣｕＯ
等の一次原料粉体をそれぞれＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：
Ｃｕが原子比で１．６：０．４：２：２：３となるよう
に混合し、この混合粉を大気中で８００℃×５０時間仮
焼成したのち、この仮焼成体を粉砕して平均粒径が約５
μｍの仮焼粉となした。次いでこの仮焼粉をＣＩＰ成形
して外径１８ｍｍφの棒材となし、この棒材を外径２５
ｍｍφ、内径１８ｍｍφのＡｇ合金製の丸型パイプ内に
充填して複合ビレットを作製した。次にこの複合ビレッ
トにスエージング加工を施して外径５ｍｍφの棒材とな
し、この棒材を圧延加工して幅５ｍｍ，厚さ０．２ｍｍ
のテープ状の線素材となし、この線素材を大気中で８３
０℃×５０時間加熱処理してセラミックス超電導々体を
作製した。しかるのち、実施例１と同じ要領にて、この
セラミックス超電導々体のＡｇ被覆層上にＡｇ−Ｎｉ合
金帯域を形成した。即ち、走行するセラミックス超電導
々体の片面のＡｇ被覆層上に平均粒径１００μｍの塊状
のＮｉ粉末を２ｍｍの幅に連続的に載置した。載置量は
長さ１ｍ当たり２ｇとした。この載置したＮｉ粉末にレ
ーザービームを当てて前記Ｎｉ粉末とその下部のＡｇ被
覆層を局部的に急速加熱して溶融させ、次いで凝固せし
めて、前記セラミックス超電導々体の片面にＡｇ−Ｎｉ
合金層を形成して、高強度セラミックス超電導々体を製
造した。 このようにして得られた各々の高強度セラミ
ックス超電導々体及び前記超電導々体に１Ｋｇの引張り
荷重を付与したセラミックス超電導々体について、液体
窒素中（７７Ｋ）、０磁場下で臨界電流密度（Ｊｃ）を
測定した。比較の為、セラミックス超電導々体の被覆層
に合金層を形成する前のセラミックス超電導々体につい
ても同様の測定を行った。結果は表１に示した。尚、得
られた高強度セラミックス超電導々体のＡｇ被覆層上に
は、断面の幅が２．３〜２．６ｍｍ，深さが０．０８〜
０．１１ｍｍの領域に合金層がほぼ均一な濃度で形成さ
れていた。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１より明らかなように、本発明方法品
（No１〜３）は、合金帯域形成後も又引張り後もＪｃの
低下は僅かであった。尚、Ａｌ−Ｎｉ合金帯域を片面に
のみ形成したもの（No．１）は合金帯域形成によるＪｃ
の低下量は僅かであったが、引張りによるＪｃの低下量
がやや増加した。又前記合金帯域を両面に形成したもの
（No．２）は合金帯域形成によるＪｃの低下量が大きか
ったが、引張りによる低下量は少なかった。No．３は合
金帯域を片面にのみ形成したが、引張りによる低下量は
少なかった。これはＡｌ−Ｎｉ合金層の強度が特に高い
為と考えられる。他方、比較例品（No４，５）は引張り
によりＪｃが大幅に低下した。これはセラミックス超電
導々体に合金帯域を形成しなかった為、引張りによりセ
ラミックス超電導体層に亀裂が生じた為である。尚、原
料物質を充填する金属製パイプの金属材料にＡｇ−１％
Ａｌ合金を用いた他は実施例１と同じ方法によりセラミ
ックス超電導々体を作製し、実施例１と同様の測定を行
ったところ、引張り前後のＪｃが、それぞれ 18300及び
18250 Ａ／ｃｍ² と本発明方法品（No．１，２）よりや
や低く、又複合ビレットの延伸加工時の焼鈍回数も本発
明方法の場合より２回程増やす必要があった。又本発明
方法品をマグネットコイルの導体に用いたが、マグネッ
トにかかる電磁力によって変形することもなく、十分使
用に耐えることが判明した。上記実施例では、セラミッ
クス超電導体層が１層のセラミックス超電導々体につい
て説明したが、本発明方法は多層又は多芯セラミックス
超電導々体に適用しても同様の効果が得られることは言
うまでもない。

【００１５】

【効果】以上述べたように、本発明方法によれば、超電
導特性に優れた高強度のセラミックス超電導々体を容易
に製造することができ、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の態様例を示す工程説明図である。

【符号の説明】

１ セラミックス超電導々体 ２ セラミックス超電導体層 ３ Ａｇ被覆層 ４ 金属粉末 ５ 粉末供給機 ６ レーザービーム加熱機 ７ 合金帯域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望数のセラミックス超電導体層を金属
   材料で一括被覆した構造のセラミックス超電導々体の前
   記金属被覆層上に、被覆金属と合金化する金属の粉末又
   は細線を長手方向に直線状に載置し、この金属被覆層上
   の金属粉末又は細線を局部加熱して長手方向に連続する
   高強度の合金帯域を前記金属被覆層に形成することを特
   徴とする高強度セラミックス超電導々体の製造方法。