JPH11195332A - 高温超電導体の構造 - Google Patents

高温超電導体の構造

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JPH11195332A
JPH11195332A JP10304208A JP30420898A JPH11195332A JP H11195332 A JPH11195332 A JP H11195332A JP 10304208 A JP10304208 A JP 10304208A JP 30420898 A JP30420898 A JP 30420898A JP H11195332 A JPH11195332 A JP H11195332A
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bypass layer
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base metal
superconductor
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シェン マーカン
Martin Dr Lakner
ラクナー マルティン
Willi Dr Paul
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流ラインの電流リミッターとして使用する
セラミック高温超電導体。 【解決手段】 セラミック高温超電導体(1) は、純粋な
貴金属の電気抵抗率に対して電気抵抗率が10倍以上大き
いバイパス層(2) を有する。高温超電導体(1) の貴金属
バイパス層(2)(銀が好ましい) は、ベースメタル(Pb,B
i,Ga が好ましい)と熱処理により合金化される。超電導
層体厚さ(d1)に対する貴金属バイパス層厚さ(d2)の比を
1/5 より小さくする。鉄鋼のベースメタルバイパス層
(3) の電気抵抗率は、77K で10μΩ×cmと100 μΩ×cm
の間であり、貴金属含有バイパス層(2) 上にはんだ付け
又は静圧で圧接される。貴金属バイパス層厚さ(d2)とベ
ースメタルバイパス層厚さ(d3)は、比ρ2/d2＞0.5 ×ρ
3/d3となるように選ばれる。ここに、ρ2 とρ3 は、そ
れぞれ貴金属含有バイパス層(2) とベースメタルバイパ
ス層(3,3')の電気抵抗率である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前提部
分の高温超電導体の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】請求項１の前提部分として、本発明はド
イツ特許公開第4418050 A1 号に開示されているような
従来技術を参照する。この特許は、中空の円筒形高温超
電導体において、壁厚さが3mm で、電流リミッターの用
途に適し、一方又は両方の面が１μm 厚さの銀層でコー
ティングされたものを記載する。高温超電導体の内面に
直接、10μm 厚さの２次金属層、銀又はアルミニウムの
金属薄片、又は100 μm厚さの層、鉛、アンチモニ、イ
ンジウム、ビスマス、鉄鋼、錫、亜鉛、又はこれらの金
属の合金の層が形成される。これらの層は、弾性のある
スチールワイヤーで包まれ、はんだ、低温耐性の合成樹
脂、又はエポキシ樹脂で固定される。高温超電導体を交
流ラインの電流リミッターとして使用する場合、特に1M
W 以上の電力では、電気抵抗が非超電導状態での高温超
電導体の電気抵抗より小さい電気的バイパスを使用する
のが望ましい。そうでないと、問題となるホットスポッ
トが起こるからである。特に、経済的に電流制限するた
めに、セラミック高温超電体は、純粋な貴金属バイパス
層の電気抵抗率に対して、電気抵抗率が10倍を超えて増
加したバイパス層を有するべきである。
【０００３】ニューヨークのマクグローヒルブックカン
パニーが出版したD.E.グレイ編集の米国物理学会ハンド
ブック、（1965年) 第３版は、９〜42頁に、なかでも80
K でのビスマスの電気抵抗率が30μΩ×cmであると開示
する。ドイツ特許公開4107685 A1 号は、超電導電流リ
ミッターで、2mm 幅、2mm 厚さの２本巻きのセラミック
超電導体が、２酸化ジルコニウム、ストロンチウムチタ
ネート、又はダイヤモンドの電気的絶縁層を介して、セ
ラミック、ダイヤモンド、又は金属のキャリヤーに結合
されたものを開示する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の１つ
の目的は、請求項１に記載したように、最初に述べた種
類の高温超電導体の構造において、1MW を超える電力で
電流リミッターとして使用するとき、分離したホットス
ポットが起こらないように改善することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、高温超電導体
の構造において、 a) 層状のセラミック高温超電導体１を備え、 b) ２つの表面の少なくとも１方の表面で、少なくとも
１つの電気的ベースメタル（卑金属) バイパス層3,3'
と、熱伝導性で導電性の接触をし、 c) 高温超電導体１と少なくとも１つのベースメタルバ
イパス層3,3'との間に、貴金属含有バイパス層２が配置
され、 d) 少なくとも１つのベースメタルバイパス層3,3'の電
気抵抗率が、77K の温度で10μΩ×cmと100 μΩ×cmの
間の範囲であり、 e) 超電導層体厚さd1に対する貴金属バイパス層厚さd2
の比は、1/5 より小さく、 f) 超電導体層厚さd1が、0.5 μm 〜2mm の範囲である
構造である。 本発明の有利な改善は、従属する請求項に記載する。
【０００６】
【発明の実施の形態及び実施例】添付の図面と共に、次
の発明の詳細な説明を参照すれば、本発明をより完全に
理解でき、それに伴う利点を理解することができるであ
ろう。図面を参照すると、幾つかの図面で同じ数字は同
一又は対応する部分を示す。図１において、50μm 〜2m
m の範囲、好ましくは100 〜400 μm の範囲の均一な超
電導体層厚さd1のセラミック高温超電導体１の層が、各
表面で、非磁性のベースメタルバイパス層3,3'と、導電
性で熱伝導するよう接触している。該ベースメタルバイ
パス層は、18％Niと8 ％Crを含有するNi-Cr 鋼、色々の
量のMo,Cr,Mn,Cu,Si,Fe を含有するハステロイという名
称のニッケル合金、又はCu-Ni 合金が好ましい。各ベー
スメタルバイパス層3,3'は、1mm より小さい、好ましく
は500 μm より小さい均一なベースメタルバイパス層厚
さd3を有する。ベースメタルバイパス層3,3'は、同時に
ヒートシンクとして作用する。
【０００７】図２の実施例では、高温超電導体１と非磁
性、熱伝導性のベースメタルバイパス層３の間に、好ま
しくは銀又は銀合金の貴金属バイパス層２が設けられ
る。バイパス層厚さ即ち貴金属バイパス層厚さd2は、10
〜300 μm の範囲、好ましくは、10〜50μm の範囲であ
る。ベースメタルバイパス層３は、貴金属含有バイパス
層２に静的に圧接される。または、接合又ははんだ付け
することもできる。超電導体層厚さd1は、0.5 〜5μm
の範囲である。高温超電導体１は、イットリウムを含有
するもの、又はBi2+x EA3 Cu2 O y の種類が好ましく、
ここに、-0.15 ＜x ＜0.4 、8 ≦y ≦8.3 、EA＝アルカ
リ土類金属又はアルカリ土類金属の混合物、特にSrとCa
の比がSr：Ca＝(2+z) ：(1-z)、0 ＜z ＜0.2 の混合物
である。
【０００８】合金化される貴金属バイパス層２は、銀(A
g)が好ましく、この銀は鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、錫(S
n)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(A
l)、又は水銀(Hg)、好ましくは鉛、ビスマス、又はガリ
ウムと合金化される。貴金属バイパス層２、例えば融点
120 ℃の65Bi30Pb5Ag 合金は、熱処理でベースメタルを
拡散させることにより、合金化されるのが好ましい。超
電導層体厚さd1に対する貴金属バイパス層２のバイパス
層厚さd2の比を1/5より小さく調整するべきである。高
温超電導体１の第２表面は、高温超電導体構造の機械的
安定のため、電気絶縁層４を介してキャリヤー層５と接
触する。電気絶縁層４は、２酸化ジルコニウム ZrO2 又
は酸化第一セリウム(III) Ce2O3 が好ましい。キャリヤ
ー層５は、鉄鋼片又はサファイアでできているのが好ま
しい。又は、繊維強化プラスチックを使用することもで
き、その場合電気絶縁層４はなくすことができる。
【０００９】個々の前記ベースメタルバイパス層3,3'の
電気抵抗率は、77K で10μΩ×cmと100 μΩ×cmの間で
あることが重要である。もし、鉄鋼層がベースメタルバ
イパス層3,3'として使用されるなら、鉄鋼層の厚さd3
は、200 〜2mm の範囲であり、200 〜500 μm の範囲が
好ましい。貴金属バイパス層厚さd2とベースメタルバイ
パス層厚さd3は、 比ρ2/d2＞0.5×ρ3/d3 となるように選ばれる。ここに、ρ2 とρ3 は、それぞ
れ貴金属含有バイパス層２とベースメタルバイパス層3,
3'の電気抵抗率である。同時に、 1/(50×jc×d1)V/cm≦ρ3/d3≦50×jc -2×d1-2W/cm2 となることが重要である。ここに、 jc は高温超電導体
１の臨界電流密度である。
【００１０】実施例１ この高温超電導体構造を作るため、孔を設けた0.5mm 厚
さの鉄鋼板上に、120℃で溶融する薄いはんだ層を形成
する。次に、このはんだ層を有する鉄鋼板を完成した高
温超電導体1(絶縁層４とキャリヤー層５を有する) の貴
金属含有バイパス層２の上に置き、真空中で120 ℃で10
分間加熱し、次に室温まで冷却した。こうして、鉄鋼板
は、貴金属含有バイパス層２にはんだ付けされた。 実施例２ 超電導体の表面に銀層２を有する高温超電導体１上に、
導電性エポキシ樹脂により、孔あき鉄鋼板３を結合し
た。次に銀層を機械的に除去し、別の鉄鋼層3'を高温超
電導体１の反対面に形成した。
【００１１】上述の教示から明らかに、本発明の数値改
変と変形は可能である。それゆえ、特許請求の範囲の中
でここに記述した以外の方法で本発明を実施できること
が理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの直接隣接する鉄鋼のバイパス層を有す
る高温超電導体の断面図。
【図２】 一方の表面に複数のバイパス層、第２の表面
にキャリヤー層を有する高温超電導体の層を示す断面
図。
【符号の説明】
1 高温超電導体 2 貴金属バイパス層、銀層、貴金属含有バイパス層、銀
合金層 3 、3' ベースメタルバイパス層、鉄鋼層 4 絶縁層 5 キャリヤー層 d1 超電導体層厚さ d2 貴金属バイパス層厚さ、バイパス層厚さ d3 ベースメタルバイパス層厚さ、鉄鋼層厚さ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高温超電導体の構造において、 a) 層状のセラミック高温超電導体(1) を備え、 b) ２つの表面の少なくとも１方の表面で、少なくとも
    １つの電気的ベースメタルバイパス層(3,3')と、熱伝導
    性で導電性の接触をし、 c) 前記高温超電導体(1) と少なくとも１つのベースメ
    タルバイパス層(3,3')との間に、貴金属含有バイパス層
    (2) が配置され、 d) 前記少なくとも１つのベースメタルバイパス層(3,
    3')の電気抵抗率が、77K の温度で10μΩ×cmと100 μ
    Ω×cmの間の範囲であり、 e) 超電導層体厚さ(d1)に対する貴金属バイパス層厚さ
    (d2)の比は、1/5 より小さく、 f) 前記超電導体層厚さ(d1)が、0.5 μm 〜2mm の範囲
    であることを特徴とする構造。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載した高温超電導体の構造
    であって、前記少なくとも１つのベースメタルバイパス
    層(3,3')は、ベースメタルバイパス層厚さ(d3)が200 μ
    m 〜2mm の範囲の鉄鋼層である構造。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載した高温超電導体の構造
    であって、前記ベースメタルバイパス層厚さ(d3)が200
    〜500 μm の範囲である構造。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３の何れか１項に記載した
    高温超電導体の構造であって、比ρ2/d2＞0.5 ×ρ3/d3
    であり、ここに、ρ2 とρ3 は、それぞれ貴金属含有バ
    イパス層(2) とベースメタルバイパス層(3,3')の電気抵
    抗率であり、d2とd3はそれぞれの層厚さである構造。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４の何れか１項に記載した
    高温超電導体の構造であって、前記貴金属バイパス層
    (2) は、銀を主成分とし、ガリウムの合金を含有する構
    造。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至５の何れか１項に記載した
    高温超電導体の構造であって、超電導体層厚さ(d1)が、
    100 〜 400μm の範囲である構造。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至６の何れか１項に記載した
    高温超電導体の構造であって、 1/(50×jc×d1)V/cm≦ρ3/d3≦50×jc -2×d1-2W/cm2 であり、d1＝超電導体層厚さ、d3＝ベースメタルバイパ
    ス層厚さ、ρ3 ＝ベースメタルバイパス層(3,3')の電気
    抵抗率、 jc ＝高温超電導体(1) の臨界電流密度である
    構造。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７の何れか１項に記載した
    高温超電導体の構造であって、 a) ２つの表面の１方で、前記高温超電導体(1) は、電
    気的絶縁層(4) を介して機械的に安定化するためのキャ
    リヤー層(5) と接触し、 b) 前記超電導体層厚さ(d1)が、0.5 〜5 μm の範囲で
    ある構造。
JP10304208A 1997-10-24 1998-10-26 高温超電導体の構造 Pending JPH11195332A (ja)

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DE19746976A DE19746976C2 (de) 1997-10-24 1997-10-24 Hochtemperatursupraleiter-Anordnung
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EP (1) EP0911889B1 (ja)
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DE (2) DE19746976C2 (ja)
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