JPH08335414A - 酸化物超電導線およびその製造方法 - Google Patents

酸化物超電導線およびその製造方法

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JPH08335414A
JPH08335414A JP8059184A JP5918496A JPH08335414A JP H08335414 A JPH08335414 A JP H08335414A JP 8059184 A JP8059184 A JP 8059184A JP 5918496 A JP5918496 A JP 5918496A JP H08335414 A JPH08335414 A JP H08335414A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高臨界電流密度を維持しつつ、交流電流通電
時に線材内の電流の偏流が小さく、かつ、交流損失の小
さい酸化物超電導線およびその製造方法ならびにそれを
集合してなるケーブル導体を提供する。 【解決手段】 金属被覆された酸化物超電導体からなる
素線11が複数本撚合せて構成される平角成形撚線であ
って、平角成形撚線の断面形状が矩形であり、平角成形
撚線を構成する素線11の各々の断面のアスペクト比W
1/T1が2以上であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導線および
その製造方法ならびにそれを集合してなるケーブル導体
に関するものであり、特に、交流用途に使用する際に大
電流通電が可能となる酸化物超電導線およびその製造方
法ならびにそれを集合してなるケーブル導体に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】酸化物超電導体は液体窒素温度以上でも
超電導状態にあることが大きな特徴である。そのため、
この酸化物超電導体からなる線材は、液体窒素による冷
却によって使用することができるものとして、超電導機
器への応用が期待されている。
【0003】そこで、本発明者らは、銀を安定化剤に用
いて酸化物超電導体を多芯化した、テープ状のBi系A
g被覆多芯線の開発を行なってきた。このBi系Ag被
覆線は、Bi系酸化物超電導体の前駆体となる原料粉末
を金属パイプに充填し、伸線工程の後、圧延と熱処理と
を複数回繰返すことにより作製できる。
【0004】また、多芯線の場合には、原料粉末を金属
パイプに充填し、伸線したものを、複数本金属パイプに
嵌合して多芯化し、さらに伸線した後、圧延と熱処理と
を複数回繰返すことにより作製できる。
【0005】この製造工程の中で、圧延工程は、板状の
結晶構造を有するBi系超電導体の結晶粒の配向性を上
げ、結晶粒間の結合を強固にするとともに、フィラメン
トの密度を上げることに効果があり、Bi系Ag被覆線
の作製において高臨界電流密度を達成するのには不可欠
な工程と考えられる。
【0006】また、この圧延によって線材のアスペクト
比が大きくなり、これに従いフィラメントの断面のアス
ペクト比も大きくなる。これは、板状結晶の成長にとっ
て有利であり、その結果、高臨界電流密度が得られるよ
うになる。
【0007】一方、酸化物超電導体はセラミックスであ
ることから、超電導体の生成、結晶成長および結晶粒の
接合を強固にするために、焼結を目的とした熱処理工程
についても不可欠である。
【0008】このようにして作製されたBi系Ag被覆
線材は、曲げ特性に優れ、104 A/cm2 を超える臨
界電流密度を有する長尺線の作製が可能であることか
ら、超電導ケーブルやマグネット等への応用が期待され
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化物
超電導線の交流応用の際には、運転時の変動磁界に起因
して生じる交流損失が問題となる。また、超電導線材を
集合してなるケーブル導体においては、線材間のインピ
ーダンスの不均一によって生じる偏流現象等の、直流応
用では生じ得ない新たな克服すべき課題が生じる。さら
に、このようにして生じる変流によって、導体化したと
きの損失が、素線の交流損失の和よりもさらに大きくな
るという問題もあった。
【0010】このような交流応用の際に生じる課題に対
して、従来たとえば金属系超電導線材では、種々の対策
が検討されている。具体的には、交流損失を低減する目
的としては、フィラメントの周囲もしくは各フィラメン
ト間へ高抵抗バリア層を配置する、超電導フィラメント
の極細多芯化を行なう、マトリックスの比抵抗値を高く
する、等の対策が検討されている。また、交流マグネッ
ト用導体において、各フィラメントまたは各線材間のイ
ンピーダンスを均一化して電流偏流を抑制する目的とし
ては、フィラメントまたは線材に撚りを施す、線材また
はフィラメントを転位させる、等の対策が検討されてい
る。
【0011】さらに、大電流化のためには、超電導素線
を撚合せた一次撚線を、さらに撚合せた平角成形型多次
撚線構造とする等の対策が検討されている。
【0012】しかしながら、上述のBi系Ag被覆線を
交流用途に使用する場合にも、金属系超電導線と同様に
一次撚りした素線をさらに撚合せて多次撚線構造にする
等の対処を行なうべきであるが、酸化物超電導線の場合
には、金属系超電導線と全く同一の手法で前述の多次撚
線構造を実現するのは不可能である。なぜなら、金属系
超電導線の作製の場合には、線材作製に圧延および焼結
の工程が不要であるのに対して、Bi系Ag被覆多芯線
は、上述のように圧延と焼結プロセスが必須だからであ
る。
【0013】すなわち、Bi系酸化物超電導体はセラミ
ックスであり、曲げ歪に弱いため、焼結後の線材を撚合
せることは困難であり、たとえ撚合せることができた場
合にも、高い臨界電流密度が得られないという問題があ
った。さらに、圧延により断面のアスペクト比が大きく
なった線材を撚合せることは困難であり、たとえ撚合せ
ることができた場合にも、丸線を撚合せた場合と比較し
て撚線内に隙間部分が多くなり、高い臨界電流密度が得
られないという問題があった。
【0014】本発明の目的は、上述の問題を解決し、高
臨界電流密度を維持しつつ、交流電流通電時に線材内の
電流の偏流が小さく、かつ、交流損失の小さい、酸化物
超電導線およびその製造方法ならびにそれを集合してな
るケーブル導体を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明による酸化物超
電導線は、金属被覆された酸化物超電導体からなる素線
が、複数本撚合されて構成される平角成形撚線であっ
て、平角成形撚線の断面形状が矩形であり、平角成形撚
線を構成する素線の各々の断面のアスペクト比が2以上
であることを特徴としている。
【0016】なお、この明細書中において、「アスペク
ト比」とは、酸化物超電導線材の横断面において、線材
の厚さと幅との比をいう。
【0017】素線のアスペクト比を2以上とすることに
より、素線内の超電導フィラメントを、アスペクト比の
大きな偏平形状とすることができる。その結果、高臨界
電流密度を有する超電導線を得ることができる。特に、
超電導フィラメントのアスペクト比は、10前後である
ことが望ましい。なお、素線の断面のアスペクト比は、
好ましくは20以下であるとよい。素線を撚合せて成形
する場合に、素線のアスペクト比を20より大きくする
ことは困難だからである。
【0018】また、この発明によれば、撚合せることに
より、素線が完全に転位された形となるため、撚線中の
各素線のインピーダンスを等しくすることができる。
【0019】また、この発明によれば、撚線の断面形状
が矩形である。そのため、コイルやケーブルに使用する
際に、線材を密に巻くことができ、コンパクト化に有利
である。
【0020】好ましくは、素線の金属被覆は銀または銀
合金からなり、金属被覆の外周に、銀より抵抗値の高い
材料からなる被覆層を備えているとよい。
【0021】このような被覆層の存在により、撚線内で
の素線間の結合を防ぐことができ、交流損失の低減に有
効である。
【0022】銀より抵抗値の高い材料としては、たとえ
ば高抵抗金属材料や無機絶縁材料等が挙げられる。
【0023】このような高抵抗金属材料または無機絶縁
材料等の銀より抵抗値の高い材料からなる被覆層がない
場合には、熱処理中に銀等の金属マトリックスが拡散し
て、素線同士が接合してしまうため、素線間の結合損失
が大きくなるおそれがある。このような結合損失の低減
のために、銀より抵抗値の高い被覆層は有効に作用す
る。
【0024】高抵抗材料としては、たとえばAg−Mn
合金、Ag−Au合金の他、高抵抗であるNiやCr等
が挙げられる。
【0025】また、無機絶縁材料としては、たとえば、
MgやCuを酸化させて得られるMgO、CuO等の酸
化物絶縁材料が挙げられる。このような絶縁材料からな
る被覆層によって、素線間の結合を完全になくすことが
できる。また、それによって、転位の効果もより完全と
なる。
【0026】この発明による酸化物超電導線の製造方法
は、酸化物超電導体またはその原料粉末が金属被覆され
てなる素線を複数本撚合せて撚線を作製するステップ
と、作製された撚線を平角成形するステップと、平角成
形された撚線に、圧延加工と800℃以上の熱処理とを
複数回繰返し施すステップとを備えている。
【0027】すなわち、まず、線材としての焼結を行な
っていない、酸化物超電導体またはその原料粉末が金属
被覆されてなる複数本の丸線状の素線を用意する。次
に、この素線を複数本撚合せて、撚線を作製する。撚線
数としては、たとえば3本撚り、7本撚り、12本撚り
等が可能である。
【0028】この撚線を平角成形した後、さらに圧延す
ることにより、素線中の断面が円状の超電導フィラメン
トを、アスペクト比の大きな平板形状に変形させること
ができる。なお、超電導フィラメントの形状は、厚さが
0.1〜100μm、幅1μm〜1mmの範囲となるこ
とが望ましい。また、平角成形時に、線材の上下から圧
延荷重をかけることにより、超電導フィラメントを同時
に変形させることが可能となる。
【0029】その後、熱処理、圧延、熱処理という工程
を少なくとも1回以上経て、素線が完全に転位された構
造を持ち、交流用線材としての対処がなされた酸化物超
電導線材を得ることができる。
【0030】この発明によれば、各フィラメントが撚り
を施された構造を有し、かつ、圧延処理が施されてい
る。そのため、線材は、撚りによって各フィラメントの
インピーダンスが均一化される。その結果、交流電流通
電時にも、各フィラメントに電流を均一に流すことが可
能となる。さらに、フィラメント間の結合電流も抑制さ
れ、交流損失の低減にも効果がある。また、素線表面に
絶縁を行なえば、さらに結合電流を抑制し、交流損失を
低減することも可能である。
【0031】また、この発明によれば、平角成形した撚
線に圧延処理と熱処理を施している。そのため、撚線化
の際の歪により壊れた粒接合を強固にし、乱れた配向を
整えることにより、高臨界電流密度も同時に達成でき
る。
【0032】また、この発明によれば、複数本の素線を
撚合せて得られた一次撚線を、さらに複数本撚合せるこ
とにより、平角成形型多次撚線を作製することもでき
る。撚合せの本数としては、たとえば9本の撚合せ等が
可能である。
【0033】このように撚線工程を複数回施すことは、
大容量化を目的に撚合せる素線数が増加した際、上述の
効果を得るために特に重要である。
【0034】また、この発明によれば、テープ状の素線
を複数本積層して一体化した後、撚合せることにより撚
線を作製してもよい。特に、銀シースBi2223系超
電導線の場合には、テープ状にすることが高臨界電流密
度を得るために重要である。このようにテープ状の素線
を積層して断面のアスペクト比を小さくしてから撚合せ
ることにより、撚合せが容易になるとともに、曲げ歪な
どによる特性劣化を有効に防止することができる。
【0035】一体化する方法としては、たとえば、積層
した後に熱処理を加え、銀の拡散により接合する方法、
圧縮成形する方法、平角管内に積層する方法等が挙げら
れる。一体化した後に伸線してから撚合せることが、長
尺線の場合には有効である。
【0036】なお、テープ状素線は、撚合せる前に予め
熱処理を施しておくことが好ましい。この熱処理によ
り、酸化物超電導体を生成させてから撚線等の工程を行
なった後に、さらに熱処理を行なうことにより、酸化物
超電導体の粒接合を強化し、高臨界電流密度を得ること
が可能になる。
【0037】また、この発明によれば、金属被覆された
素線を撚合せて撚線を作製する前に、予め素線の外周を
銀より抵抗値の高い材料で被覆するステップをさらに備
えるとよい。
【0038】銀より抵抗値の高い材料からなる被覆層の
形成方法としては、たとえば高抵抗のNiやCr等をめ
っきにより素線の外表面に付加する方法や、AlO3
の酸化物絶縁材料の粉末が分散された液を、素線の外表
面に塗布する方法がある。
【0039】また、素線の外周にMg、Cu等の金属か
らなる被覆層を形成した後、これらを酸化してMgO、
CuO等の酸化物絶縁材料からなる被覆層を形成しても
よい。特に、撚線圧延処理の後に酸化工程を施すことに
より、良好な加工性が得られる。すなわち、MgO、C
uOよりもMg、Cuの方が加工性に富むため、先に撚
線、圧延をした後に酸化させた方がより良好な形状に成
形、圧延できるからである。
【0040】また、この発明によれば、平角成形された
撚線を、圧延加工の前に予め金属で被覆するステップを
さらに備えるとよい。
【0041】平角成形された多次撚線後の外皮が薄く、
その後の圧延工程で超電導フィラメントが露出する等の
可能性がある場合には、このように予め金属で被覆する
ことが好ましい。
【0042】金または銀合金等の金属で被覆された素線
の外周にさらに金属被覆層を形成する方法としては、た
とえば平角成形された多次撚線表面の金属コーティング
や、平角型の金属管への嵌合等が挙げられる。
【0043】さらに、この発明によれば、素線は金属マ
トリックス内に複数本の超電導体が埋込まれてなる多芯
線であるとよい。このように、素線において超電導フィ
ラメントが多芯に分割されていることにより、線材の可
撓性が向上される。
【0044】また、この発明によれば、素線は素線自体
に撚りが加えられているとよい。このように素線自体に
撚りが施されることにより、結合損および渦電流損が減
少し、その結果、交流損失が低減される。
【0045】さらに、この発明によれば、平角成形され
た撚線に、圧延加工の前に一旦熱処理を施すステップを
さらに備えているとよい。このように平角成形された撚
線に800℃前後の熱処理を施し、素線同士の拡散接合
を行なうことにより、圧延時の加工性を向上させること
ができる。
【0046】また、この発明によれば、平角成形撚線を
芯にして、その周囲に素線を巻付け平角成形する工程
を、複数回繰返すとよい。
【0047】平角撚り成形を複数回行なうことによっ
て、低損失かつ大容量の線材を得ることができる。ま
た、このような線材は、コンパクト、低損失、大容量の
ケーブル導体を構成する線材として有効である。
【0048】また、この発明による酸化物超電導ケーブ
ル導体は、円筒形フォーマ上に酸化物超電導線を集合し
てなる酸化物超電導ケーブル導体であって、酸化物超電
導線は、金属被覆された酸化物超電導体からなる素線が
複数本撚合されて構成される平角成形撚線であって、平
角成形撚線の断面形状が矩形であり、平角成形撚線を構
成する素線の各々の断面のアスペクト比が2以上であ
る。
【0049】たとえば、フォーマ上に酸化物超電導線を
1層集合してなる1層ケーブル導体では、すべての素線
が転位され、電磁気的に完全に等価な位置を占めている
ために、導体内の電流分布が均一になり、偏流による交
流損失の増大を防ぐことができる。また、フォーマ上に
線材をスパイラル状に巻く場合には、導体の長手方向の
磁場成分をキャンセルするために、2層導体として、1
層目と2層目の巻く方向を逆にすることが有効である。
このように、1層または2層導体とすることにより、多
層導体と比較して、層間のインピーダンスの違いによる
層間の偏流とそれに伴なう交流損失の増大を、最小限に
抑えることが可能となる。
【0050】以上説明したように、この発明によれば、
高電流密度を有し、かつ、低損失送電が可能な金属被覆
された酸化物超電導線が得られる。
【0051】また、この発明によれば、撚線数および撚
りの次数(何回撚るか)を増加することによって、線材
1本当りの臨界電流を100A以上とすることも可能で
あり、大容量交流通電用に使用される酸化物超電導ケー
ブルや超電導マグネット向けの線材としても有用であ
る。
【0052】
【実施例】
(実施例1)Bi23 、PbO、SrCO3 、CaC
3 およびCuOを用いて、Bi:Pb:Sr:Ca:
Cu=1.81:0.30:1.92:2.01:3.
03の組成比になるように、これらを配合した。この配
合した粉末を複数回熱処理した。なお、各熱処理後にお
いて、粉砕を行なった。このような熱処理および粉砕を
経て得られた粉末を、さらにボールミルにより粉砕し、
サブミクロンの粉末を得た。
【0053】このようにして得られた前駆体粉末を80
0℃で2時間熱処理した後、外径12mm、内径8mm
の銀パイプ中に充填した。次に、この粉末が充填された
銀パイプを0.9mmまで伸線加工し、素線を作製し
た。この素線を7本撚りして、いわゆる一次撚線を作製
した。さらに、この一次撚線を15本撚合せた後圧縮成
形し、平角成形された二次撚線を作製した。
【0054】図1は、このようにして作製された二次撚
線の構造を示す断面図である。図1を参照して、この二
次撚線は、7本の素線11が撚合されてなる一次撚線1
2がさらに15本撚合されている。
【0055】続いて、この二次撚線に、800℃で2時
間の熱処理を施して拡散接合で各素線を一体化させた
後、圧延処理を施した。次に、845℃で50時間の熱
処理を施し、さらに圧延処理を施した後に、840℃で
50時間の熱処理を行なった。
【0056】図2は、このようにして得られた酸化物超
電導線の構造を示す断面図である。図2を参照して、こ
の線材においては、平角成形撚線の断面形状が矩形であ
り、各素線11の断面はアスペクト比(W1/T1)が
約4の偏平な形となっている。
【0057】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは50Aであった。
【0058】また、通電4端子法により、Icが10A
のBi系Ag被覆単芯線を5枚積層した積層導体と、本
線材の交流損失とを測定した。その結果、50Ap以下
の領域で、本線材の交流損失が5枚積層導体の交流損失
より小さいことを確認した。
【0059】(実施例2)
【0060】実施例1と同様にして得られた実施例1と
組成の等しい前駆体粉末を、800℃で2時間熱処理し
た後、外径12mm、内径9mmの銀パイプ中に充填し
た。次に、この粉末が充填された銀パイプを0.9mm
まで伸線加工し、素線を作製した。この素線を7本撚り
して、いわゆる一次撚線を作製した。さらに、この一次
撚線を15本撚合せた後圧縮成形し、平角成形された二
次撚線を作製した。
【0061】続いて、この二次撚線を、厚さ1mmの平
角状の銀製の管に嵌合し、800℃で2時間の拡散接合
を施した後に、圧延処理を施した。次に、845℃で5
0時間の熱処理を施し、さらに圧延処理を施した後に、
840℃で50時間の熱処理を行なった。
【0062】このようにして得られた酸化物超電導線の
構造は、実施例1と同様に、平角成形撚線の断面形状が
矩形であり、各素線の断面はアスペクト比が約4の偏平
な形であった。
【0063】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは50Aであった。
【0064】また、通電4端子法により、Icが10A
のBi系Ag被覆単芯線を5枚積層した積層導体と、本
線材の交流損失とを測定した。その結果、50Ap以下
の領域で、本線材の交流損失が5枚積層導体の交流損失
より小さいことを確認した。
【0065】(実施例3)実施例1と同様にして得られ
た実施例1と組成の等しい前駆体粉末を、800℃で2
時間熱処理した後、外径12mm、内径9mmの銀パイ
プ中に充填した。次に、この粉末が充填された銀パイプ
を0.9mmまで伸線加工し、さらに、その線材7本を
銀パイプに嵌合し、伸線して、7芯多芯線を作製した。
さらに、この7芯多芯線を、ピッチ20mmでツイスト
した。このようにして得られたツイストされた7芯多芯
線からなる素線を7本撚りして、いわゆる一次撚線を作
製した。さらに、この一次撚線を15本撚合せた後圧縮
成形し、平角成形された二次撚線を作製した。
【0066】続いて、この二次撚線を、厚さ1mmの平
角状の銀製の管に嵌合し、800℃で2時間の拡散接合
を施した後に、圧延処理を施した。次に、845℃で5
0時間の熱処理を施し、さらに圧延処理を施した後に、
840℃で50時間の熱処理を行なった。
【0067】このようにして得られた酸化物超電導線の
構造は、実施例1と同様に、平角成形撚線の断面形状が
矩形であり、各素線の断面はアスペクト比が約5の偏平
な形であった。
【0068】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは40Aであった。
【0069】また、通電4端子法により、Icが10A
のBi系Ag被覆単芯線を4枚積層した積層導体と、本
線材の交流損失とを測定した。その結果、40Ap以下
の領域で、本線材の交流損失が4枚積層導体の交流損失
より小さいことを確認した。
【0070】(実施例4)
【0071】実施例1と同様にして得られた実施例1と
組成の等しい前駆体粉末を、800℃で2時間熱処理し
た後、外径12mm、内径10mmの銀パイプ中に充填
した。次に、この粉末が充填された銀パイプを伸線加工
したもの7本を、さらに外径12mm、内径9mmの銀
パイプに嵌合して7芯線とし、0.9mmまで伸線加工
した。
【0072】このようにして得られた7芯線からなる素
線を7本撚りして、いわゆる一次撚線を作製した。さら
に、この一次撚線を15本撚合せた後圧縮成形し、平角
成形された二次撚線を作製した。
【0073】続いて、この二次撚線を、厚さ1mmの平
角状の銀製の管に嵌合し、圧延処理を施し、845℃で
50時間の熱処理を行ない、さらに圧延処理を施した後
に、840℃で50時間の熱処理を行なった。
【0074】このようにして得られた酸化物超電導線の
構造は、実施例1と同様に、平角成形撚線の断面形状が
矩形であり、各素線の断面はアスペクト比が約5の偏平
な形であった。
【0075】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは40Aであった。
【0076】また、通電4端子法により、Icが40A
のBi系Ag被覆単芯線を4枚積層した積層導体と、本
線材の交流損失とを測定した。その結果、40Ap以下
の領域で、本線材の交流損失が4枚積層導体の交流損失
より小さいことを確認した。
【0077】(実施例5)実施例1と同様にして得られ
た実施例1と組成の等しい前駆体粉末を、800℃で2
時間熱処理した後、外径24mm、内径20mmの銀パ
イプに充填した。次に、この粉末が充填された銀パイプ
を直径1.02mmまで伸線加工したものを61本、外
径24mm、内径20mmの銀パイプに嵌合して、さら
に直径1.02mmまで伸線加工し、素線を作製した。
この素線を12本撚合せ、平角に成形した。
【0078】図3は、このようにして得られた平角成形
撚線52の構造を示す断面図である。図3を参照して、
この撚線52のサイズは、幅W2が7.4mm、厚みT
2が1.45mmであった。
【0079】次に、この線材を厚み1mmまで圧延した
後、845℃、50時間の熱処理を行なった。その後、
0.9mmまで圧延してから、840℃、50時間の熱
処理を行なった。
【0080】図4は、このようにして得られた本発明に
よる反応後の平角成形撚線58の構造を示す断面図であ
る。
【0081】図4を参照して、この撚線58のサイズ
は、幅W2が12mm、厚みT2が1mmであった。ま
た、撚線58を構成する素線51のアスペクト比(W1
/T1)は、4.4であった。さらに、詳細な分析の結
果、素線51内の超電導フィラメントのサイズは、幅約
100μm、厚み約10μmであった。また、Bi22
23相の体積分率は約95%であった。さらに、この超
電導平角成形撚線の臨界電流値Icは110Aであっ
た。
【0082】この明細書において、「体積分率」とは、
超電導体が完全反磁性を示したときの帯磁率(−1/4
π[emU/cc])に対して、実際の試料が示す帯磁
率の割合をいう。
【0083】なお、図5は、圧延後の酸化物超電導線の
他の例の構造を示す断面図である。両側にガイドを設け
た状態で圧下率を30%〜40%にした条件で圧延する
ことにより、このように各素線151間に全く隙間のな
い構造の超電導線152が得られる。
【0084】また、比較として、上記線材と同様に61
芯嵌合した後直径1.02mmまで伸線加工したものを
厚み0.25mmまで圧延し、845℃、50時間の熱
処理を行なった線材を作製した。この線材を4枚積層
し、厚み0.9mmまで圧延して840℃、50時間の
熱処理を行なったものについて、臨界電流値Icを測定
した。その結果、臨界電流値Icは100Aであった。
【0085】さらに、上記2種類の線材について、通電
4端子法で交流損失を測定した。その結果、60Hz,
20Arms 通電時における交流損失は、平角撚線の場合
は0.05mW/mであったのに対し、比較例では0.
5mW/mとなり、交流損失が1/10に低減すること
がわかった。
【0086】(実施例6)実施例5で作製した素線の表
面に、CrおよびNiのめっきを施した。この線材を1
2本撚合せて平角に成形した。成型後の撚線のサイズ
は、幅が7.4mm、厚みが1.45mmであった。こ
の線材を厚み1mmまで圧延した後、845℃、50時
間の熱処理を行なった。その後、0.9mmまで圧延し
てから、840℃、50時間の熱処理を行なった。
【0087】図6は、このようにして得られた平角成形
撚線を構成する素線1の構造を示す断面図である。
【0088】図6を参照して、この素線61は、アスペ
クト比(W1/T1)が3.7の偏平な形状を有し、そ
の外周にCrおよびNiのめっきからなる被覆層66を
備えていた。また、素線61は、銀からなるマトリック
ス64内に61本の超電導体フィラメント65が埋込ま
れて構成され、各フィラメント65のサイズは、幅W5
が約90μm、厚みT5が約10μmであった。
【0089】なお、図2示したフィラメント65の配列
は一例であり、必ずしもこのような配列に限定されるも
のではない。
【0090】また、Bi2223相の体積分率は約95
%であり、臨界電流値Icは105Aであった。
【0091】通電4端子法で交流損失を測定した結果、
20A通電時での交流損失は、0.01mW/mであ
り、実施例1の撚線と比較して、交流損失が1/5に低
減することがわかった。
【0092】(実施例7)実施例1と同様にして得られ
た実施例1と組成の等しい前駆体粉末を、外径24m
m、内径20mmの銀パイプに充填した。その後、直径
1.02mmまで伸線加工したものを61本、外径24
mm、内径20mmのAg−Mn合金パイプに嵌合し
て、直径1.02mmまで伸線加工した。その線に、ピ
ッチ25mmのツイスト加工を施してから幅3mm、厚
み0.25mmまで圧延し、テープ状素線を作製した。
【0093】図7は、このようにして得られたテープ状
素線の構造を示す断面図である。図7を参照して、この
素線71は、銀からなるマトリックス74内に61本の
超電導フィラメント75が埋込まれて構成され、その外
周には、Ag−Mn合金からなる被覆層76が形成され
ている。
【0094】次に、このようにして得られたテープ状素
線71を図8に示すように12本積層し、840℃、5
0時間の熱処理を行なった。次に、このようにして得ら
れた積層線材77を、一辺が1mmになるまで平角伸線
した後、図9に示すように4本撚合せて平角成形した。
成形の際に、厚みを10%小さくした。この線材に対し
て、840℃、50時間の熱処理を行なった。
【0095】図10は、このようにして得られた酸化物
超電導線の構造を示す断面図である。図10を参照し
て、この線材は、4本の積層線材77が撚合されて構成
される平角成形撚線である。
【0096】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは50Aであった。
【0097】また、この酸化物超電導線において、超電
導フィラメントのサイズは、幅が約30μm、厚みが約
3μmであった。
【0098】さらに、このようにして得られた平角成形
撚線と、上述の実施例5中の比較用に作製した線材と同
様に61芯嵌合した後伸線、圧延および熱処理を施して
得られた、臨界電流値Icが50Aの61伸線とについ
て、通電4端子法で交流損失を測定した。その結果、2
0Apeak通電時における交流損失は、平角撚線の場合は
0.1mW/mであったのに対し、比較例てば4mW/
mとなり、交流損失が1/40に低減することがわかっ
た。
【0099】(実施例8)実施例7で用いた図7に示す
テープ状線材71に、845℃、50時間の熱処理を行
なった後に、厚み0.22mmまで圧延した。次に、そ
の表面にCrめっきを施した。続いて、図11に示すよ
うに、表面にCrめっきが施された素線81を12本積
層して、銀の平角パイプ86中に挿入した。このように
して得られた積層線材87を、一辺が1mmになるまで
平角伸線した後、さらに12本撚合せて、平角成形し
た。この線材に対して、840℃、50時間の熱処理を
行なった。
【0100】図12は、このようにして得られた酸化物
超電導線の構造を示す断面図である。図12を参照し
て、この線材は、12本の積層線材87が撚合されて構
成される平角成形撚線である。
【0101】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは150Aであった。
【0102】また、この酸化物超電導線において、超電
導フィラメントのサイズは、幅が約30μm、厚みが約
3μmであった。
【0103】さらに、このようにして得られた平角成形
撚線と、上述の実施例5中の比較用に作製した線材と同
様に61芯嵌合した後、伸線、圧延および熱処理を施し
て得られた、臨界電流値Icが70Aの61芯線をさら
に2本積層したものとについて、通電4端子法で交流損
失を測定した。その結果、50Apeak通電時における交
流損失は、平角撚線の場合は0.02mW/mであった
のに対し、比較例では4mW/mとなり、交流損失が低
減することがわかった。
【0104】(実施例9)実施例5で準備した直径1.
02mmの素線の表面に、厚みが10μmのMgめっき
またはCuめっきを施した、2種類の線材を作製した。
次に、実施例1と同様に、この素線を12本撚合せて平
角成形した後、2回の圧延および熱処理工程を施して、
酸化物超電導平角成形撚線を作製した。
【0105】このようにして得られた超電導線において
は、2回の熱処理によって、素線表面のCuは酸化され
てCuOとなっており、一方、素線表面のMgは同様に
酸化されてMgOとなっていた。その結果、素線間は、
ほぼ完全な絶縁状態となっていた。
【0106】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは98Aであった。このこ
とから、素線表面に形成するMgめっきまたはCuめっ
きを十分に薄くすることにより、熱処理の際にすべての
CuまたはMgが酸化されて、素線表面にはCuOまた
はMgOの酸化膜のみが形成される。したがって、この
場合には、超電導特性には、MgやCuの与える影響が
ないことが確認された。
【0107】また、このようにして得られた酸化物超電
導線について、交流損失を測定した。その結果、20A
peak通電時の交流損失は、素線表面にCuO膜を形成し
た場合には0.01mW/mであり、素線表面にMgO
を形成した場合には0.02mW/mであり、ともに素
線間の結合損失が著しく低減できていることが確認され
た。
【0108】(実施例10)実施例5で準備した直径
1.02mmの素線の表面に、アルミナの粉末を有機溶
媒に分散させた溶液を塗布した。次に、実施例1と同様
に、この素線を12本撚合せて平角成形した後、2回の
圧延および熱処理を施して、酸化物超電導平角成形撚線
を作製した。
【0109】このようにして得られた超電導線において
は、2回の熱処理によって、素線表面はアルミナが均一
に分散された状態になっていた。その結果、素線間はほ
ぼ完全な絶縁状態となっていた。
【0110】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは89Aであった。
【0111】また、このようにして得られた酸化物超電
導線について交流損失を測定した。その結果、20A
peak通電時での交流損失は0.02mW/mであり、素
線間の結合損失が著しく低減できていることが確認され
た。
【0112】(実施例11)実施例5において、銀パイ
プの代わりにAg−Mn合金またはAg−Au合金パイ
プをシース材として用いて、実施例5と全く同様な条件
で素線および平角成形撚線を作製した。得られた超電導
線について、液体窒素中でのIcおよび51Hz,20
peakにおける交流損失を測定した。特性の比較結果を
表1に示す。
【0113】
【表1】
【0114】表1を参照して、素線の金属被覆として高
抵抗の銀合金を用いることより、素線間の結合損失がか
なり低減される結果、交流損失が低減することがわかっ
た。
【0115】(実施例12)図13は、本発明による酸
化物超電導ケーブル導体の一例の構造を示す斜視図であ
り、図14は、この断面図である。
【0116】図13および図14を参照して、この酸化
物超電導ケーブル導体は、図4に示す実施例5の酸化物
超電導線58を、Cuパイプ9上にスパイラルに2層集
合してなるケーブル導体である。1層目はs撚り(反時
計回り)で、2層目はz撚り(時計回り)で集合されて
いる。次に、このようにして得られた酸化物超電導ケー
ブル導体について、液体窒素中での臨界電流値Icを測
定した。その結果、本ケーブル導体のIcは1500A
であった。
【0117】比較のため、同じサイズのCuパイプ上
に、上述の実施例5中の比較用に作製した線材と同様に
61芯嵌合した後伸線、圧延および熱処理をして得られ
た、臨界電流値Icが25Aの61伸線を4層集合し、
臨界電流値Icが1500Aのケーブル導体を作製し
た。このようにして得られた2つのケーブル導体につい
て、交流損失を測定した。その結果、比較例の4層導体
よりも、本発明による撚線2層導体の方が、交流損失が
2桁小さな値となった。
【0118】(実施例13)図3に示す実施例5で作製
した圧延および熱処理する前の平角成形撚線52を芯と
して、その周囲に16本の実施例5で使用した素線51
を巻付け、平角成形した。この線材を、厚さ2mmに圧
延した後、845℃、50時間の熱処理を行なった。そ
の後、厚さ1.9mmに圧延してから840℃、50時
間の熱処理を行なった。
【0119】図15は、このようにして得られた酸化物
超電導線の構造を示す断面図である。
【0120】次に、このようにして得られた酸化物超電
導線について、液体窒素中での臨界電流値Icを測定し
た。その結果、本線材のIcは230Aであった。
【0121】また、この酸化物超電導線において、超電
導フィラメントのサイズは、幅が約110μmであり、
厚みが9μmであった。
【0122】また、比較として、実施例5と同様に61
芯嵌合した後伸線、圧延および熱処理を施して得られた
線材を10枚積層し、厚み2mmまで圧延してから84
0℃、50時間の熱処理を行なったものについて、臨界
電流値Icを測定した。その結果、Icは250Aであ
った。
【0123】さらに、上記2種類の線材について、通電
用の端子法で交流損失を測定した。その結果、100A
rms 通電時での交流損失は、平角撚線の場合0.3mW
/mであったのに対し、比較例では2mW/mであり、
交流損失は低減していることが確認された。
【0124】(実施例14)実施例6で作製した平角成
形撚線を用いて、実施例12と同一の構造の酸化物超電
導ケーブル導体を作製した。得られた酸化物超電導ケー
ブル導体について、液体窒素中での臨界電流値Icを測
定したところ、1400Aであった。また、この導体の
交流損失を測定したところ、実施例12のケーブル導体
の交流損失よりも10%低い値が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施例1の酸化物超電導線の製造
の1つの工程における中間物を示す断面図である。
【図2】本発明による実施例1の酸化物超電導線の構造
を示す断面図である。
【図3】本発明による実施例5の酸化物超電導線の製造
の1つの工程における中間物を示す断面図である。
【図4】本発明による実施例5の酸化物超電導線の製造
の他の工程における中間物を示す断面図である。
【図5】本発明による実施例5の酸化物超電導線の構造
を示す断面図である。
【図6】本発明による実施例6の酸化物超電導線を構成
する素線の構造を示す断面図である。
【図7】本発明による実施例7の酸化物超電導線に用い
られる素線の構造を示す断面図である。
【図8】本発明による実施例7の酸化物超電導線の製造
の1つの工程における中間物を示す断面図である。
【図9】本発明による実施例7の酸化物超電導線の製造
の他の工程における中間物を示す断面図である。
【図10】本発明による実施例7の酸化物超電導線の構
造を示す断面図である。
【図11】本発明による実施例8の酸化物超電導線の製
造の1つの工程における中間物を示す断面図である。
【図12】本発明による実施例8の酸化物超電導線の構
造を示す断面図である。
【図13】本発明による実施例12の酸化物超電導ケー
ブル導体の構造を示す斜視図である。
【図14】本発明による実施例12の酸化物超電導ケー
ブル導体の構造を示す断面図である。
【図15】本発明による実施例13の酸化物超電導線の
構造を示す断面図である。
【符号の説明】
11,51,61,71,81,151 素線 12,52,152 一次撚線 64,74 マトリックス 65,75 超電導フィラメント 66 76,86 被覆層77,87 積層線材 58 酸化物超電導線 9 Cuパイプ なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 謙一 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属被覆された酸化物超電導体からなる
    素線が、複数本撚合されて構成される平角成形撚線であ
    って、 前記平角成形撚線の断面形状が矩形であり、 前記平角成形撚線を構成する前記素線の各々の断面のア
    スペクト比が2以上である、酸化物超電導線。
  2. 【請求項2】 前記素線の前記金属被覆は、銀または銀
    合金からなり、 前記金属被覆の外周に形成された、銀より抵抗値の高い
    材料からなる被覆層をさらに備えた、請求項1記載の酸
    化物超電導線。
  3. 【請求項3】 前記銀より抵抗値の高い材料は、高抵抗
    金属材料および無機絶縁材料からなる群から選ばれるい
    ずれかの材料を含む、請求項2記載の酸化物超電導線。
  4. 【請求項4】 酸化物超電導体またはその原料粉末が金
    属被覆された素線を、複数本撚合せて撚線を作製するス
    テップと、 前記作製された撚線を平角成形するステップと、 前記平角成形された撚線に、圧延加工と800℃以上の
    熱処理とを複数回繰返し施すステップとを備えた、酸化
    物超電導線の製造方法。
  5. 【請求項5】 酸化物超電導体またはその原料粉末が金
    属被覆された素線を、複数本撚合せて撚線を作製するス
    テップと、 前記作製された撚線を、さらに複数本撚合せて平角成形
    するステップと、 前記平角成形された撚線に、圧延加工と800℃以上の
    熱処理とを複数回繰返し施すステップとを備えた、酸化
    物超電導線の製造方法。
  6. 【請求項6】 酸化物超電導体またはその原料粉末が金
    属被覆されたテープ状素線を、複数本積層して一体化し
    た後撚合せて撚線を作製するステップと、 前記作製された撚線を平角成形するステップと、 前記平角成形された撚線に、圧延加工と800℃以上の
    熱処理とを複数回繰返し施すステップとを備えた、酸化
    物超電導線の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記金属被覆された素線を撚合せて撚線
    を作製する前に、予め前記素線の外周を銀より抵抗値の
    高い材料で被覆するステップをさらに備えた、請求項4
    〜請求項6のいずれかに記載の酸化物超電導線の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 前記素線の外周を銀より抵抗値の高い材
    料で被覆するステップは、 前記素線の外周に金属からなる被覆層を形成するステッ
    プと、 前記形成された被覆層の金属を酸化するステップとを含
    む、請求項7記載の酸化物超電導線の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記平角成形された撚線を、前記圧延加
    工の前に予め金属で被覆するステップをさらに備えた、
    請求項4〜請求項8のいずれかに記載の酸化物超電導線
    の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記平角成形された撚線を金属で被覆
    するステップは、前記平角成形された撚線を平角型の金
    属管に嵌合することにより行なわれる、請求項9記載の
    酸化物超電導線の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記金属被覆された素線は、金属マト
    リックス内に複数本の超電導体が埋込まれてなる多芯線
    である、請求項4〜請求項10のいずれかに記載の酸化
    物超電導線の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記素線は、素線自体に撚りが加えら
    れている、請求項4〜請求項11のいずれかに記載の酸
    化物超電導線の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記平角成形された撚線に、前記圧延
    加工の前に一旦熱処理を施すステップをさらに備えた、
    請求項4〜請求項12のいずれかに記載の酸化物超電導
    線の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記酸化物超電導体は、Bi2223
    系酸化物超電導体を含む、請求項4〜請求項13のいず
    れかに記載の酸化物超電導線の製造方法。
  15. 【請求項15】 円筒形フォーマ上に酸化物超電導線を
    集合してなる酸化物超電導ケーブル導体であって、 前記酸化物超電導線は、 金属被覆された酸化物超電導体からなる素線が複数本撚
    合されて構成される平角成形撚線であって、 前記平角成形撚線の断面形状が矩形であり、 前記平角成形撚線を構成する前記素線の各々の断面のア
    スペクト比が2以上である、酸化物超電導ケーブル導
    体。
  16. 【請求項16】 前記素線の前記金属被覆は、銀または
    銀合金からなり、 前記金属被覆の外周に形成された、銀より抵抗値の高い
    材料からなる被覆層をさらに備えた、請求項15記載の
    酸化物超電導ケーブル導体。
  17. 【請求項17】 前記銀より抵抗値の高い材料は、高抵
    抗金属材料および無機絶縁材料からなる群から選ばれる
    いずれかの材料を含む、請求項16記載の酸化物超電導
    ケーブル導体。
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