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JP3253440B2 - 酸化物超電導線材およびコイル - Google Patents

酸化物超電導線材およびコイル

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JP3253440B2
JP3253440B2 JP33685393A JP33685393A JP3253440B2 JP 3253440 B2 JP3253440 B2 JP 3253440B2 JP 33685393 A JP33685393 A JP 33685393A JP 33685393 A JP33685393 A JP 33685393A JP 3253440 B2 JP3253440 B2 JP 3253440B2
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silver
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superconducting
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JP33685393A
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健吾 大倉
謙一 佐藤
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Japan Science and Technology Agency
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Japan Science and Technology Corp
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Publication date
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/20—Permanent superconducting devices
    • H10N60/203—Permanent superconducting devices comprising high-Tc ceramic materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S505/70—High TC, above 30 k, superconducting device, article, or structured stock
    • Y10S505/704—Wire, fiber, or cable

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、巻き加工用酸化物超電
導線材、および高温超電導マグネット等に使用される酸
化物超電導コイルに関し、特に、高磁場下において優れ
た超電導特性を発揮できるコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】酸化
物超電導線材の製造において、固相反応法は、伸線、圧
延などの通常の金属線材を加工する技術を用いるため、
長尺の超電導線材を大量生産する目的に向いている。こ
の固相反応法により製造された超電導線の中で、特にＢ
ｉ系２２２３相を用いた銀シース線材では、たとえば２
０Ｔを超える高磁場下、４．２Ｋにおいて比較的高い臨
界電流を示す線材が得られている。
【０００３】固相反応法により銀シース線材を製造する
技術は、高温超電導コイルに応用される。従来の合金系
超電導線材を用いた超電導コイルでは、その使用温度は
４．２Ｋ以下に限られたが、上記銀シース線材が巻き加
工されてなる超電導コイルでは、より高い温度での使用
が期待できる。
【０００４】超電導コイルを製作する場合の重要な技術
として、高磁界を発生した場合に生じるコイル内部での
高い電磁応力にコイル自体が耐えるよう設計することが
要求される。
【０００５】従来、銀シース線材において、マトリック
スの銀が補強材として考えられてきた。そして、補強の
ため、線材の断面において銀の占める比率が高くなるよ
う線材が構成されてきた。しかしながら、線材について
コイル化を行なう場合、銀による補強には限界があっ
た。そして、電磁応力に十分耐え得る強度のコイルを銀
シース線材から得ることは大きな課題であった。
【０００６】本発明の目的は、銀シース線材から得られ
るコイルについて、十分な強度を有し、かつ高磁場でも
超電導特性があまり劣化しない超電導コイルを提供する
とともに、そのようなコイルに使用することができる線
材を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、酸化物
超電導線材を提供することができる。この線材は、酸化
物高温超電導体からなる複数のフィラメントと、フィラ
メントを覆う銀の安定化材とからなる。フィラメントの
超電導相は、ほぼ単相化され、かつそのｃ軸（結晶軸）
は線材の厚み方向に配向している。フィラメントを構成
する超電導体の結晶粒は、フレーク状で線材の長手方向
に延びている。結晶粒同士は結合している。線材の断面
において、銀の占める断面積／フィラメントの占める断
面積で求められる比（銀比）は３以下である。
【０００８】本発明の酸化物超電導コイルは、酸化物高
温超電導体からなる複数のフィラメントと、フィラメン
トを覆う銀からなる安定化材とからなる超電導多芯線材
が巻かれてなる酸化物超電導コイルにおいて、フィラメ
ントの超電導相は、ほぼ単相化され、かつそのｃ軸は線
材の厚み方向に強く配向しており、フィラメントを構成
する超電導体の結晶粒は、フレーク状で線材の長手方向
に延びており、かつ結晶粒同士は結合されており、線材
の断面において、銀の占める断面積／フィラメントの占
める断面積で求められる比率が３以下であり、かつ１０
Ｔ以上の磁界において、臨界電流値が、コイルを構成す
る線材において示される臨界電流値の６０％以上である
ことを特徴とする。また、上記磁界は、高磁界、たとえ
ば２０Ｔの磁界とすることができる。
【０００９】本発明において酸化物高温超電導体は、た
とえば２２２３相のＢｉ系セラミックス超電導体である
ことが望ましい。
【００１０】
【作用】本発明者は、固相反応法により製造された銀シ
ース線材において、請求項１に規定するように結晶配向
性がよく揃っており、結晶粒間の接合も良好で均一な構
造を有するセラミックス超電導体がフィラメントを構成
すれば、フィラメント部の方がマトリックスの銀よりも
線材の強度に大きく寄与し得ることを見出した。一方、
焼結処理の後得られた銀シース線材において、銀自体の
引張り強度は、耐力で０．１ｋｇ／ｍｍ2 程度であり、
小さいものであった。そこで、本発明者は線材およびそ
れを巻き加工してなるコイルの強度をマトリックスの銀
よりもむしろフィラメントのセラミックスによって向上
させることを試みた。
【００１１】図１は、後述する実施例に従って形成した
Ｂｉ系６１多芯テープ超電導線を５ｃｍの長さに切断
し、得られた線材に所定の強さの引張り力を室温におい
てかけた後、液体窒素温度でＩｃを測定した結果を示し
ている。図２は、同じ５ｃｍの超電導線を液体窒素中で
引張り力をかけながらＩｃを測定した結果を示してい
る。図に示すように、本発明者は、線材における銀比、
すなわち線材の断面積において、銀の占める面積／フィ
ラメントの占める面積で求められる比を低くすれば、比
較的高い引張り力下でのＩｃの低下をある程度抑制でき
ることを見出した。
【００１２】図１および図２におけるデータを用いて、
線材のＩｃが顕著に低下し始める引張り力の強さと銀比
とをプロットした結果を図３に示す。図３に示すよう
に、銀比を小さくすることによって、Ｉｃ特性が劣化す
る引張り力の強さは大きくなる。以上示してきたこと
は、他の銀シース多芯線についても同様に当てはまる。
【００１３】また、線材の温度を下げて行けば、結晶転
位の動きが鈍くなり、引張り強度は増大する。したがっ
て、液体窒素以下の温度で通電を行なえば、線材は高い
応力に耐えることができる。
【００１４】以上示してきたことから、銀シース線材を
用いてコイルを設計する場合、得ようとするコイルに発
生するであろう電磁応力を計算し、応力の計算値に応じ
て用いるべき線材の銀比を適切な値に設定することが望
ましいとわかった。したがって、ある線材において、Ｉ
ｃが低下し始める引張り力がわかっており、その線材を
用いてコイルを作製する場合、その引張り力が電磁応力
の計算値よりも大きい場合には、その線材をそのままコ
イル化に供することができる。一方、引張り力が電磁応
力の計算値よりも小さい場合は、その線材の代わりに銀
比がより小さい別の銀シース線材をコイルのため用いな
ければならない。
【００１５】以上の知見に基づき、本発明者は、上述し
たような結晶構造を有する銀シース線材において、銀比
が３以下の線材が巻かれてなるコイルが１０Ｔ以上の高
磁界下において、線材の状態で示される臨界電流値の６
０％以上より好ましくは８０％以上の臨界電流値を示し
得ることを見出し、本発明に至った。銀比が３を超える
場合、１０Ｔ以上の高磁界下において電磁応力の影響に
より十分な臨界電流値を得ることが困難になる。
【００１６】超電導コイルを構成するための超電導多芯
線は、酸化物超電導体の原料粉末の調製、粉末の銀パイ
プへの充填、伸線加工、伸線加工により得られた線材複
数本を束ねて銀パイプ中に嵌合、伸線加工、圧延加工お
よび焼結のプロセスを経て製造される。このとき、得よ
うとするコイルに働く電磁応力の計算値に応じて、粉末
の量、銀パイプの内径および外径、並びに加工率が設定
され、好ましい銀比の多芯線を得る。得られた多芯線
は、コイル形状に巻き加工された後、さらに焼結のため
の熱処理が施される。
【００１７】
【実施例】Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕの酸化物、炭
酸化物の原料粉末をそれぞれ秤量し、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓ
ｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：０．４：２．０：２．２．：
３．０となるよう混合した後、混合物について焼結を行
なった。焼結物を粉砕して得られた粉末を、銀パイプの
中に詰めて伸線加工した。得られた素線を銀パイプ内に
６１本嵌合し、伸線加工および圧延加工を施した。得ら
れたテープ線に熱処理を施した後、圧延加工し、その後
巻き加工した。得られたコイルに焼結処理を施してＢｉ
系２２２３相を超電導相とする銀シース線材から形成さ
れるコイルを作製した。
【００１８】コイルを形成する６１多芯線材の厚みは、
０．２４ｍｍ、幅は２．７ｍｍであった。コイルに使用
した線材の長さは約１００ｍであった。得られたコイル
の内径は２０ｍｍφ、外径は４０ｍｍφ、高さは５０ｍ
ｍ、ターン数は６７０であった。
【００１９】以上のプロセスを経てコイルを作製するに
あたり、銀パイプの内径および外径、粉末の充填量を変
えて銀比の異なる線材を形成し、コイルに加工した。得
られたコイルのそれぞれに２０Ｔの磁場を印加しなが
ら、４．２ＫにおいてコイルのＩｃを測定した。一方、
コイルを形成したそれぞれの線材に関し、短尺のものに
ついて２０Ｔの磁場を印加しながら４．２ＫでＩｃを測
定した。以上の測定で得られたＩｃ値、コイルの自己発
生磁場、短尺線材のＩｃ値を銀比とともに表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】以上の結果より、銀比を小さくしていくこ
とによって、電磁応力に耐え、高磁場においても高いＩ
ｃ値を示すことができるコイルが得られることが明らか
になった。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、銀比が小さく、均
質で配向性の高いフィラメントを有する銀シース線材
は、引張り強度が向上する。このように強度が向上した
線材をコイルに使用すれば、高磁場においても優れた超
電導特性を維持するコイルが得られる。また、コイルの
動作温度はもちろんのこと、４．２Ｋ以上の高温（たと
えば２０Ｋ）の場合においても、本発明は同様の効果を
奏し得る。本発明の超電導コイルは、ＭＩＲ、リニアモ
ータカー、高エネルギ物理等に使用されるマグネット用
コイルに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】室温において所定の引張り力を印加した際のＢ
ｉ系銀シース線のＩｃ特性を示す図である。
【図２】液体窒素温度において所定の引張り力をかけな
がら測定されたＢｉ系銀シース線のＩｃ特性を示す図で
ある。
【図３】図１および図２のデータから、Ｉｃが顕著に低
下し始める引張り力の強さと銀比とをプロットした結果
を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−60741（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 12/00 - 13/00 H01F 5/08

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸化物高温超電導体からなる複数のフィ
    ラメントと、前記フィラメントを覆う銀からなる安定化
    材とからなる巻き加工用酸化物超電導線材であって、 前記フィラメントの超電導相は、ほぼ単相化され、かつ
    そのｃ軸は前記線材の厚み方向に強く配向しており、 前記フィラメントを構成する超電導体の結晶粒は、フレ
    ーク状で前記線材の長手方向に延びており、かつ前記結
    晶粒同士は結合されており、 前記線材の断面において、前記銀の占める断面積／前記
    フィラメントの占める断面積で求められる比率が３以下
    であることを特徴とする、巻き加工用酸化物超電導線
    材。
  2. 【請求項２】 前記巻き加工用酸化物超電導線材は、コ
    イル形状に巻き加工するためのものである、請求項１に
    記載の巻き加工用酸化物超電導線材。
  3. 【請求項３】 前記酸化物高温超電導体が、２２２３相
    のＢｉ系セラミックス超電導体であることを特徴とす
    る、請求項１または２に記載の巻き加工用酸化物超電導
    線材。
  4. 【請求項４】 酸化物高温超電導体からなる複数のフィ
    ラメントと、前記フィラメントを覆う銀からなる安定化
    材とからなる超電導多芯線材が巻かれてなる酸化物超電
    導コイルにおいて、 前記フィラメントの超電導相は、ほぼ単相化され、かつ
    そのｃ軸は前記線材の厚み方向に強く配向しており、 前記フィラメントを構成する超電導体の結晶粒は、フレ
    ーク状で前記線材の長手方向に延びており、かつ前記結
    晶粒同士は結合されており、 前記線材の断面において、前記銀の占める断面積／前記
    フィラメントの占める断面積で求められる比率が３以下
    であり、かつ１０Ｔ以上の磁界において、臨界電流値
    が、コイルを構成する線材において示される臨界電流値
    の６０％以上であることを特徴とする、酸化物超電導コ
    イル。
  5. 【請求項５】 前記酸化物高温超電導体が、２２２３相
    のＢｉ系セラミックス超電導体であることを特徴とす
    る、請求項４に記載の酸化物超電導コイル。
JP33685393A 1993-12-28 1993-12-28 酸化物超電導線材およびコイル Expired - Lifetime JP3253440B2 (ja)

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EP94120753A EP0661762B1 (en) 1993-12-28 1994-12-27 Multifilamentary oxide superconducting wire and coil formed by the same
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