JPH10321065A

JPH10321065A - 超電導線材の製造方法

Info

Publication number: JPH10321065A
Application number: JP9133619A
Authority: JP
Inventors: Tetsuaki Sashita; 哲明指田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】臨界電流密度の高い超電導線材の製造方法を
提供する。【解決手段】原料テープ５を熱処理して超電導線材を
製造する方法において、２０ｋＰａ以下の引張応力が原
料テープ５に加えられた状態で原料テープ５を熱処理す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超電導線材の製
造方法に関し、特に、酸化物セラミックスにより構成さ
れる超電導線材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】超電
導線材のうち、酸化物超電導線材は臨界温度が比較的高
いため、実用化に向けて研究、開発が進められている。
酸化物超電導線材を製造するには、まず、酸化物超電導
体の原料を十分に混合する。次に、この原料を銀のシー
スに入れ、シースを伸線加工することにより極細線を形
成する。極細線を銀のシースに複数本入れて銀のシース
を圧延加工することにより原料テープを形成する。

【０００３】図９は、従来の超電導線材の製造方法の一
工程を示す図である。図９を参照して、上述の工程で製
造した原料テープ１０４と、ガラス繊維などからなる離
型テープ１０３とを負荷を加えて巻軸１０２に巻くこと
により巻線１０１を形成する。この巻線１０１の巻軸１
０２を水平方向に保った状態で熱処理することにより原
料テープ１０４中の超電導体の原料を反応させて、超電
導線を形成する。

【０００４】以上に示した従来の超電導線材の製造方法
においては、巻線の頂部１０４ａ、すなわち原料テープ
の巻線の部分のうち一番高いところに位置する部分で超
電導物質が生成しにくくなり超電導線材全体として臨界
電流密度が低くなるという問題があった。

【０００５】そこで、この発明は、上述のような問題を
解決するためになされたものであり、臨界電流密度の高
い超電導線材の製造方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは巻線の頂部
１０４ａにおいて超電導線材が生成しにくい原因を検討
した。その結果、以下のようなことがわかった。

【０００７】巻線の頂部１０４ａでは原料テープを巻く
ときの張力と原料テープ１０４自体の重量が引張応力と
して働く。すなわち、巻線の頂部１０４ａでは原料テー
プ１０４にかかる引張応力が最大となる。このように大
きな引張応力が原料テープにかかった状態で原料テープ
を熱処理をすると結晶粒の成長や結晶粒界の接合といっ
た超電導特性に重要な影響を与える反応が十分に行なわ
れなくなる。その結果、巻線の頂部では超電導体の生成
が抑制され、超電導線材の臨界電流密度が低くなる。

【０００８】さらに詳細に検討したところ、原料テープ
にかかる引張応力が２０ｋＰａを超えた状態で原料テー
プを熱処理すると超電導線材の臨界電流密度が大きく低
下することがわかった。

【０００９】そこで、この発明の１つの局面に従った超
電導線材の製造方法は、原料テープを熱処理して超電導
線材を製造する方法において、２０ｋＰａ以下の引張応
力が原料テープに加えられた状態で原料テープが熱処理
されることを特徴とするものである。

【００１０】このような方法に従えば、原料テープに大
きな引張応力がかかっていない状態で熱処理を行なうの
で、超電導物質が生成しやすくなる。その結果、臨界電
流密度の高い超電導線材を製造することができる。

【００１１】また、原料テープは、銀を含むシース材に
ビスマスと鉛とストロンチウムとカルシウムと銅を充填
したものであることが好ましい。この場合、熱処理によ
りビスマス系の超電導線材が生成するため超電導線材の
臨界電流密度を高い状態で維持することができる。

【００１２】また、原料テープは２０ｋＰａ以下の引張
応力で、かつ、巻軸の延びる方向が鉛直方向であるよう
に巻かれて熱処理されることが好ましい。このような方
法に従えば、巻軸の延びる方向が鉛直方向であるから原
料テープ自体の重量は原料テープの引張応力とはならな
いため、原料テープに加わる引張応力は２０ｋＰａ以下
となる。したがって、この状態で原料テープを熱処理す
ることにより容易に臨界電流密度の高い超電導線材を製
造することができる。

【００１３】さらに、原料テープはパンケーキコイル状
に巻かれることが好ましい。この場合、さらに長尺の超
電導線材を製造することができる。

【００１４】また、パンケーキ状に巻かれた原料テープ
は巻芯を備えた平板上に形成されることが好ましい。こ
の場合、平板上にパンケーキ状に原料テープを巻合わせ
ることにより、原料テープに引張応力がほとんど生じな
くなる。

【００１５】さらに、パンケーキ状に巻かれた原料テー
プは２枚以上の平板上に形成されることが好ましい。こ
の場合、一連の原料テープを複数の平板にまたがって巻
付けることにより、長い超電導線材を製造することがで
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下この発明の実施の形態１に従った
超電導線材の製造方法について説明する。まず、Ｂｉ₂
Ｏ₃ 、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ₃ 、ＣａＣＯ₃ 、ＣｕＯ粉末を
混合する。この混合粉末を熱処理した後さらに粉砕して
粉末を形成する。この粉末を銀パイプに充填して銀パイ
プに伸線加工を施し、得られた線材を束ねてさらに銀パ
イプに嵌合する。次に、この銀パイプに伸線加工および
圧延加工を施して原料テープとする。

【００１７】図１はこの発明の実施の形態１に従った超
電導線材の製造方法を説明するための側面図である。図
１を参照して、ステンレス製の固定クランプ１０に上述
の工程で製造した原料テープ５が懸架される。原料テー
プ５のうち、一番大きな引張応力が加わる部分、すなわ
ち、原料テープ５と固定クランプ１０との接する部分５
ａで、原料テープ５にかかる引張応力を２０ｋＰａ以下
とするため、原料テープ５の密度を９ｇ／ｃｍ³ とする
と、原料テープ５の長さ（Ｌ）を２２ｃｍ以下としなけ
ればならない。

【００１８】このような状態で、原料テープ５を温度８
４０℃以上で熱処理すれば、原料テープ５のどの部分に
も２０ｋＰａを超える引張応力がかからないため、熱処
理中に超電導物質の結晶粒が成長し、さらにその結晶粒
界が接合することになり臨界電流密度の高い超電導線材
を製造することができる。

【００１９】（実施の形態２）実施の形態２でも、ま
ず、実施の形態１と同様に原料テープを製造する。次
に、巻枠を準備する。

【００２０】図２は、この発明の実施の形態２に従った
超電導線材の製造方法で用いる巻枠を示す斜視図であ
る。図２を参照して、巻枠１は平板２と巻芯３とを備え
る。平板２はステンレスからなり直径φ５００ｍｍ、厚
さが８ｍｍの円柱形状である。平板２の中央部に貫通孔
が設けられており、貫通孔に差込まれるように巻芯３が
設けられている。巻芯３はステンレスからなり、直径φ
３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円筒体である。巻芯３の中
央部に貫通孔が設けられている。この巻枠１に原料テー
プが巻かれる。

【００２１】図３は、図２で示す巻枠１に巻かれた原料
テープは離型テープを示す斜視図である。図３を参照し
て、巻枠１には、離型テープ４と原料テープ５が互いに
重なるように巻軸６を中心として巻付けられる。離型テ
ープ４は原料テープ５同士が接触することを防止するた
めに用いられるものであり、たとえばアルミナ繊維かガ
ラス繊維により構成される。原料テープ５は図１で示す
原料テープ５と同一の構造であるが図１で示すものより
も長さが長い。離型テープ４と原料テープ５を巻枠１に
巻付ける際には、引張応力を２０ｋＰａ以下として巻付
ける。

【００２２】図４は、この発明の実施の形態２に従って
製造された超電導線材を示す斜視図である。図４を参照
して、巻枠１に巻付けられた原料テープ５を、巻軸６の
延びる方向を鉛直方向として温度８４５℃で８０時間熱
処理すれば超電導線材７を製造できる。

【００２３】このような製造方法では、原料テープ５
を、巻軸６の延びる方向を鉛直方向として熱処理するの
で、原料テープ５に働く重力は原料テープ５を長さ方向
に引張る応力とならないため、この熱処理中には原料テ
ープ５には２０ｋＰａを超える引張応力が働かない。そ
のため、超電導物質が生成するような固相反応が起き、
臨界電流密度の高い超電導線材７を製造することができ
る。

【００２４】原料テープ５の熱処理中においては、原料
テープ５が伸びるので原料テープ５に何らかの応力がか
かることが考えられる。しかし、原料テープ５が伸びれ
ば原料テープ５には圧縮応力がかかるだけであり、超電
導物質の生成を阻害する要因となる引張応力はかからな
い。さらに、熱処理後に温度を低下させる際には超電導
線が収縮するため超電導線に２０ｋＰａを超える引張応
力が印加される可能性があるが、この際には既に熱処理
が終了しているため、この引張応力は超電導線材の臨界
電流密度を下げる要因とはならない。

【００２５】（実施の形態３）実施の形態３に従った製
造方法でも、まず、実施の形態１と同様に原料テープを
製造する。次に、巻枠を準備する。

【００２６】図５は、この発明の実施の形態３に従った
超電導線材の製造方法で用いる巻枠を示す斜視図であ
る。図５を参照して、巻枠１１は、平板１２、１３と、
巻芯１４と、渡り部１５とを備える。平板１２はステン
レスからなり、直径φ５００ｍｍ、厚さ８ｍｍの円柱形
状である。平板１２には貫通孔が設けられている。この
貫通孔に直径φ３００ｍｍ、高さ１００ｍｍの巻芯１４
が差込まれている。平板１３はステンレスからなり、直
径φ５００ｍｍ、厚さ８ｍｍの円柱形状である。平板１
３の中央部に貫通孔が設けられており、この貫通孔に巻
芯１４が差込まれている。巻芯１４に沿って螺旋状の渡
り部１５が平板１２から平板１３へ連なるように設けら
れている。この巻枠１１に原料テープが巻かれる。

【００２７】図６は、図５で示す巻枠に巻かれた原料テ
ープと離型テープを示す斜視図である。図６を参照し
て、平板１２の上に位置する巻芯１４に離型テープ４と
原料テープ５が互いに重なるように、かつ巻芯１４から
遠ざかるように巻かれる。平板１２上に巻かれた離型テ
ープ４と原料テープ５のうち、一番外側に位置する離型
テープ４と原料テープ５が渡り部１５を介して図中の下
部へ延びる。この離型テープ４と原料テープ５は平板１
３上でも巻芯１４から遠ざかる方向へ巻かれる。離型テ
ープ４と原料テープ５とを巻く際には、引張応力は２０
ｋＰａ以下である。

【００２８】このように巻枠１１にパンケーキコイル状
に巻かれた原料テープ５を、巻芯１４の延びる方向、す
なわち巻軸１９の延びる方向を鉛直方向とし、温度８４
５℃で６０時間熱処理する。

【００２９】図７は、この発明の実施の形態３に従って
製造された超電導線材を示す斜視図である。図７を参照
して、上述の条件で原料テープ５を熱処理すれば、原料
テープ５内の超電導物質の原料が固相反応することによ
り、超電導線材２３を製造することができる。

【００３０】このような超電導線材の製造方法において
は、平板１２、１３上で巻かれた原料テープ５に働く重
力は原料テープ５を長さ方向に引張応力とならないの
で、、原料テープ５には２０ｋＰａを超える引張応力が
印加されないため、実施の形態２で示した超電導線材の
製造方法と同様の効果を得ることができる。なお、渡り
部分１５に位置する原料テープ５では、原料テープ５に
加わる重力の一部が引張応力として原料テープ５に働く
が、この引張応力は十分に小さい値であるため、ほとん
ど問題とならない。

【００３１】また、原料テープをパンケーキコイル状に
巻くため、実施の形態２よりもさらに長尺の超電導線材
を製造することができる。

【００３２】尚平板１２、１３を３枚以上とすることも
可能である。

【００３３】

【実施例】（実施例１）Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ₃ 、ＣａＣ
Ｏ₃ 、ＣｕＯの重量比が０．３５：０．０５６：０．２
３：０．１６：０．１９の粉末を調製した。この粉末を
温度８００℃で１２時間熱処理し、さらに温度８５０℃
で６時間熱処理して焼結体を形成した。この焼結体を粉
砕して得られた粉末を外径２６ｍｍ、内径２２ｍｍの銀
パイプに充填した。この銀パイプに伸線加工を施し得ら
れた線材を６１本束ねて外径２６ｍｍ、内径２２ｍｍの
銀パイプに嵌合し、伸線加工および圧延加工を施して幅
３．８ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍ、長さ１．１ｃｍの原料
テープを得た。原料テープ５を図１で示すように固定ク
ランプ１０に懸架した。このとき、固定クランプ１０と
接する部分５ａにおいて原料テープ５にかかる引張応力
を計算すると１ｋＰａであった。また、比較のため、同
じ長さの原料テープを水平面に置き、全く引張応力がか
からないようにした。これら２つの原料テープを温度８
４５℃で８０時間熱処理することにより超電導線材を製
造した。また、長さが６ｃｍ、１１ｃｍ、２２ｃｍ、５
５ｃｍ、１１０ｃｍ、２２０ｃｍ、５５０ｃｍ、１１０
０ｃｍの原料テープ５をそれぞれ２本ずつ上述の工程に
従って準備した。これらの原料テープ５のうち、１本は
図１で示すように固定クランプ１０に懸架した。炉の高
さよりも長い線材については、線材の下部を束ねた。ま
た、もう１本は水平面に置き、引張応力がかからないよ
うにした。固定クランプ１０に懸架された原料テープ５
において、固定クランプ１０と接する部分５ａに働く引
張応力を計算すると、それぞれ５ｋＰａ、１０ｋＰａ、
２０ｋＰａ、５０ｋＰａ、１００ｋＰａ、２００ｋＰ
ａ、５００ｋＰａ、１０００ｋＰａであった。これらの
超電導線材を以下の条件で熱処理することにより超電導
線材を製造した。

【００３４】使用超電導線材銀シースＢｉ２２２３超電導平角線材断面寸法幅３．８（ｍｍ）×厚さ０．２５（ｍｍ）銀／超電導体積比２．５超電導伸線数６１本熱処理温度８４５℃ 熱処理時間８０時間特性（Ｊｃ／Ｊｃｏ）各条件での臨界電流密度を張力ゼロのときの臨界密度で除した値図８は、得られた超電導線材の特性を示すグラフであ
る。図８より２０ｋＰａを超える引張応力が加えられて
熱処理されたサンプルは超電導特性が低下している、す
なわち、臨界電流密度が低くなっていることがわかる。
これは、熱処理中に引張応力がかかることにより、超電
導物質を生成するための固相反応が十分に起こらなかっ
たためと考えられる。

【００３５】（実施例２）実施例１と同様の手順で長さ
４００ｍの原料テープ５を製造した。この原料テープ５
と、ガラス繊維からなる離型テープ４とを２０ｋＰａ以
下の引張応力をかけて図３で示すように巻枠１に巻付け
た。巻軸６の延びる方向を鉛直方向とし、原料テープ５
を温度８４５℃で８０時間熱処理することにより図４で
示す超電導線材７を製造した。この超電導線材７の臨界
電流密度を測定したところ２．２ｋＡ／ｃｍ² であり、
良好な値となった。

【００３６】（実施例３）実施例１と同様の手順で長さ
８００ｍの原料テープを準備した。この原料テープ５
と、ガラス繊維からなる離型テープ４とを図６で示すよ
うに２０ｋＰａ以下の引張応力をかけて巻枠１１に巻付
けた。巻軸１９の延びる方向を鉛直方向として原料テー
プ５を温度８４５℃で８０時間熱処理することにより超
電導線材２３を製造した。超電導線材２３の臨界電流密
度を測定したところ２．０ｋＡ／ｃｍ ² となり、良好な
値を示した。

【００３７】今回開示された実施例および実施の形態は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の
範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含ま
れることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に従った超電導線材の
製造方法を示す図である。

【図２】この発明の実施の形態２に従った超電導線材の
製造方法で用いる巻枠を示す斜視図である。

【図３】図２で示す巻枠に巻付けられた離型テープと原
料テープを示す斜視図である。

【図４】この発明の実施の形態２に従って製造された超
電導線材を示す斜視図である。

【図５】この発明の実施の形態３で用いる巻枠を示す斜
視図である。

【図６】図５で示す巻枠に巻付けられた離型テープと原
料テープを示す斜視図である。

【図７】この発明の実施の形態３に従って製造された超
電導線材を示す斜視図である。

【図８】この発明により得られた超電導線材の特性を示
すグラフである。

【図９】従来の超電導線材の製造方法を示す図である。

【符号の説明】

５原料テープ７、２３超電導線材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料テープを熱処理して超電導線材を製
造する方法において、２０ｋＰａ以下の引張応力が前記
原料テープに加えられた状態で前記原料テープが熱処理
されることを特徴とする、超電導線材の製造方法。
【請求項２】前記原料テープは、銀を含むシース材に
ビスマスと鉛とストロンチウムとカルシウムと銅とを充
填したものであることを特徴とする、請求項１に記載の
超電導線材の製造方法。
【請求項３】前記原料テープは、２０ｋＰａ以下の引
張応力で、かつ、巻軸の延びる方向が鉛直方向であるよ
うに巻かれて熱処理されることを特徴とする、請求項１
または２に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項４】前記原料テープは、パンケーキコイル状
に巻かれることを特徴とする、請求項３に記載の超電導
線材の製造方法。
【請求項５】パンケーキコイル状に巻かれた前記原料
テープは、巻芯を備えた平板上に形成されることを特徴
とする、請求項４に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項６】パンケーキコイル状に巻かれた前記原料
テープは、２枚以上の平板上に形成されることを特徴と
する、請求項５に記載の超電導線材の製造方法。