(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外周に、電気的絶縁性を有し、かつ機械的歪を緩和する機能を有するとともに、前記補強材料を構成する元素の拡散を防止する拡散遮蔽層を設け、その外側に銀または銀基合金マトリックス中に酸化物超電導フィラメントを配置した超電導線材を撚合せ、圧縮成型したことを特徴とする酸化物超電導圧縮成型導体。
【請求項２】
外周にセラミックス薄膜を設けた耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外側に、銀または銀基合金マトリックス中に酸化物超電導フィラメントを配置した超電導線材を撚合せ、圧縮成型したことを特徴とする酸化物超電導圧縮成型導体。
【請求項３】
耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ基耐食合金のいずれか一種よりなる請求項１または２記載の酸化物超電導圧縮成型導体。
【請求項４】
拡散遮蔽層は、セラミックス粉末およびセラミックス繊維の混合物からなる請求項１記載の酸化物超電導圧縮成型導体。
【請求項５】
セラミックス薄膜は、蒸着またはイオンプレーティング法により形成されてなる請求項２記載の酸化物超電導圧縮成型導体。
【請求項６】
耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外側に、電気的絶縁性を有し、かつ機械的歪を緩和する機能を有するとともに、前記補強材料を構成する元素の拡散を防止する機能を有するセラミックス粉末、セラミックス繊維および残部が有機バインダーの混合物からなる耐熱シートを配置し、その外側に、銀または銀基合金マトリックス中に焼成により超電導酸化物を形成する物質からなるフィラメントを配置した線材を撚合わせ、次いで、全体に圧縮成型を施した後、焼成することを特徴とする酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法。
【請求項７】
耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外周にセラミックス薄膜を形成するか、または焼成によりセラミックス層を形成するセラミックス塗料を塗布した後、その外側に、銀または銀基合金マトリックス中に焼成により超電導酸化物を形成する物質からなるフィラメントを配置した線材を撚合わせ、次いで、全体に圧縮成型を施した後、焼成することを特徴とする酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法。
【請求項８】
耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ基耐食合金のいずれか一種よりなる請求項６または７記載の酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法。
【請求項９】
耐熱シートは、セラミックス粉末５〜５０ｗｔ％、セラミックス繊維５〜５５ｗｔ％および残部がセルロース系有機バインダーの混合物からなる請求項６記載の酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法。
【請求項１０】
耐熱シートの厚さは、４００μｍ以上である請求項９記載の酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は酸化物超電導体に係り、さらに詳しくは、大電流容量が必要な電力機器や送電ケーブル等の導体、あるいは大通電容量によって生じる大電磁力に抗してその形状の保持が必要な環境下で使用される酸化物超電導マグネット等の導体に適したラザフォード型の酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物超電導線材としては銀シース法によるものが一般的に知られており、これは銀または銀基合金マトリッス中に多数本の酸化物超電導フィメントを配置したものである。
この超電導線材は、酸化物超電導体の構成元素を所定のモル比で配合した混合粉末や仮焼粉末を銀パイプ中に充填し、これを伸線加工等により線状に加工した後、この複数本を銀または銀基合金パイプ中に収容して更に伸線加工や圧延加工を施した後、熱処理を施すことにより複合多心線を製造するものであり、成形加工により丸線またはテープ状線材としたものが使用されている。
【０００３】
一方、上記とは別に、テープ状基材の表面に酸化物超電導体の厚膜を形成したテープ状線材も知られている。
上記の銀シース法においては、熱処理後の組織を緻密化させ、超電導電流を寸断されることなく流すためには線材１本当たりの断面積に限界があり、これによって超電導電流は制限される。
【０００４】
いずれの超電導線材においても線材１本当りの電流容量は、液体窒素温度において、数十アンペア程度〜高々数百アンペア程度であり、上記の大電流容量の電力機器等において必要な数キロ〜数十キロアンペアの大容量導体として使用するにはこれらの線材を集合または撚線化する必要がある。
現在、送電ケーブルを想定した大容量集合導体として、金属製フォーマーの外側にテープ状線材を螺旋状に巻き付けた構造の１〜３ｋＡの集合導体が開発されているが、送電ケーブルを対象としているため、大通電容量によって生じる大電磁力に抗してその形状の保持が必要な環境下で使用される、例えば大型コイル等に使用すると導体全体の電流密度が低下する上、可撓性も低下するため、適した構造とはなっていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、超電導線材１本当りの電流容量は、液体窒素温度において数十アンペア程度、液体ヘリウム温度で数百アンペア程度であり、超電導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）やビーム応用等の超電導大型コイル用の線材としては、素線１本当りの電流容量が小さいため、大電力応用機器の設計に対して満足すべきものとはなっていない。
【０００６】
また、銀シース線材においては、マトリッスが銀または銀基合金で構成されているため、線材自身の破断強度は大きいものでも１５０ＭＰａ程度であり、コイル形状の回路に大電流を通電したときに発生する大きな電磁力を線材自身の機械的強度で保持することは極めて困難である。
本発明は以上の問題を解決するためになされたもので、大通電容量で機械的強度に優れ、かつコンパクトな酸化物超電導圧縮成型導体およびその製造方法を提供することをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明の第１の酸化物超電導圧縮成型導体は、耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外周に、電気的絶縁性を有し、かつ機械的歪を緩和する機能を有するとともに、前記補強材料を構成する元素の拡散を防止する拡散遮蔽層を設け、その外側に銀または銀基合金マトリックス中に酸化物超電導フィラメントを配置した超電導線材を撚合せ、圧縮成型したものである。
【０００８】
また、本発明の第２の酸化物超電導圧縮成型導体は、外周にセラミックス薄膜を設けた耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外側に、銀または銀基合金マトリックス中に酸化物超電導フィラメントを配置した超電導線材を撚合せ、圧縮成型したものである。
上記第１の発明における拡散遮蔽層は、電気的絶縁性を有するとともに潤滑層として機械的歪を緩和する機能を有するもので、セラミックス粉末およびセラミックス繊維の混合物により形成することができる。後述するように、この拡散遮蔽層は、耐熱シートの焼成によって形成することができ、超電導体生成のための焼成時には補強材料を構成する元素の拡散を防止する役目を果す。
【０００９】
また、上記第２の発明におけるセラミックス薄膜は、蒸着またはイオンプレーティング法により形成することができ、この薄膜は、電気的絶縁性を有するとともに潤滑層としても機能し、また超電導体生成のための焼成時には補強材料を構成する元素の拡散を防止する役目を果す。
以上の発明における耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料として、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金（インコネル材）、Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ基耐食合金（ハステロイ）のいずれか一種を用いることができる。これらの補強材料は、超電導体生成の酸素雰囲気中で約９００℃の焼成工程に耐え、この処理後に十分な強度と可撓性を有する。
【００１０】
また、以上の発明における超電導フィラメントのフィラメント数、超電導線の本数、撚りピッチ等は特に限定されず、設計事項により決定される。
以上述べた酸化物超電導圧縮成型導体は、以下の方法により製造することができ、これは本発明の第３および第４の発明を構成する。
即ち、本発明の第３の酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法は、耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外側に、電気的絶縁性を有し、かつ機械的歪を緩和する機能を有するとともに、前記補強材料を構成する元素の拡散を防止する機能を有するセラミックス粉末、セラミックス繊維および残部が有機バインダーの混合物からなる耐熱シートを配置し、その外側に、銀または銀基合金マトリックス中に焼成により超電導酸化物を形成する物質からなるフィラメントを配置した線材を撚合わせ、次いで、全体に圧縮成型を施した後、焼成するものであり、一方、本発明の第４の酸化物超電導圧縮成型導体の製造方法は、耐熱性および耐酸化腐食性を有する補強材料の外周にセラミックス薄膜を形成するか、または焼成によりセラミックス層を形成するセラミックス塗料を塗布した後、その外側に、銀または銀基合金マトリックス中に焼成により超電導酸化物を形成する物質からなるフィラメントを配置した線材を撚合わせ、次いで、全体に圧縮成型を施した後、焼成するものである。
【００１１】
上記第３の発明における耐熱シートは、セラミックス粉末、セラミックス繊維および残部が有機バインダーからなる混合物により形成されるが、この耐熱シートは、セラミックス粉末５〜５０ｗｔ％、セラミックス繊維５〜５５ｗｔ％および残部がセルロース系有機バインダーの混合物により形成することが好適する。
【００１２】
上記のセラミックス粉末としては、ＺｒＯ2 、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 またはＡｌ2 Ｏ3 等の高純度粉末（純度９８％以上）が、またセラミックス繊維としては、Ａｌ2 Ｏ3 等が使用される。
このような耐熱シートは、超電導体生成のための焼成時に、補強材料に含まれるＮｉやＦｅが補強材料から超電導線材へ拡散することを防止するとともに、有機バインダーが燃焼して消失した後はセラミックス粉末とセラミックス繊維の混合物となって残存し、緩衝材となって超電導線材と補強材料との間の熱融着を防止する。この時、セラミックス繊維は形状保持材として働く。
【００１３】
また、この耐熱シートは、最終的には滑りによって機械的な歪みを緩和するとともに、電気的絶縁層として機能する。
上記の耐熱シートは、４００μｍ以上とすることが好ましい。これによって拡散による劣化を２０％以下にすることが可能になる。
また、上記第４の発明におけるセラミックス薄膜または焼成によりセラミックス層を形成するセラミックス塗料は上記の耐熱シートと同様の働きをするものであるが、セラミックス薄膜は蒸着またはイオンプレーティング等により形成することができ、一方、超電導体生成のための焼成によりセラミックス層を形成するセラミックス塗料はドクターブレード法等により塗布することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の酸化物超電導圧縮成型導体１の横断面図を示したもので、２は補強材料、３は拡散遮蔽層、４は銀または銀基合金マトリックス４ａ中に多数本の超電導フィラメント４ｂを配置した断面丸形の超電導線材である。
【００１５】
補強材料２は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金（インコネル材）、Ｎｉ−Ｃｒ合金またはＮｉ基耐食合金（ハステロイ）のいずれか一種をテープ状に加工したもので、拡散遮蔽層３は、セラミックス粉末およびセラミックス繊維の混合物により形成されている。
以上の酸化物超電導圧縮成型導体１は、以下のようにして製造される。まず、補強材料２の外側にセラミックス粉末、セラミックス繊維および残部がセルロース系有機バインダーからなる混合物により作製した耐熱シートを螺旋状に重ね巻きして補強材料２の表面を被覆し、その外側に銀または銀基合金マトリックス中に焼成により超電導酸化物を形成する物質からなる多数のフィラメントを配置した断面丸形の線材を補強材料表面に密着させながら撚線加工した後、平角ダイスまたはタークスヘッドロールを用いて所定形状に圧縮成型を施し、次いで、超電導酸化物生成の焼成処理を施す。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例および比較例について説明する。
実施例１
幅６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの断面形状を有するＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金６００からなる補強テープの外側に、幅６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの断面形状を有する耐熱シートを螺旋状に巻き付けた。このときの隣接テープの重なりは３ｍｍ（１／２ラップ）とした。
【００１７】
耐熱シートは、ＭｇＯが４５ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 が１０ｗｔ％で残部がセルロース系有機バインダーからなる混合物により作製した。
この耐熱シートの引張り強さは、シートの縦方向で２．１ｋｇｆ／２０ｍｍ、横方向で１．３ｋｇｆ／２０ｍｍであった。
上記の耐熱シートを被覆した補強テープの外側に外径φ０．８ｍｍの線材の１８本を４０ｍｍのピッチで巻き付けた。
【００１８】
この線材は、銀マトリックス中に焼成によりＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 ＯX 超電導酸化物を形成する物質からなる多数のフィラメントを配置したものである。
次いで、この複合導体に引抜加工を施して、幅７ｍｍ、厚さ１ｍｍの平角形状の圧縮成型導体を製造した後、焼成した。
焼成条件は、酸素雰囲気下で、最高焼成温度８００℃で１２０時間であった。
【００１９】
このようにして製造した酸化物超電導圧縮成型導体の臨界電流値を液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）で測定した結果、３，４９５Ａを示した。また、導体の破断強度は２５０ＭＰａであった。
また、元素分析の結果、補強テープから超電導線材への元素の拡散は全く検出されなかった。
【００２０】
実施例２
幅６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの断面形状を有するＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金６００からなる補強テープの外側に、２００〜６００μｍの厚さに耐熱シートを螺旋状に巻き付けた。また、比較のために耐熱シートを設けずに他は同様の方法を用いた導体も同時に製造した。
【００２１】
耐熱シートは、ＭｇＯが４５ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 が１０ｗｔ％で残部がセルロース系有機バインダーからなる混合物により作製した。
この耐熱シートの引張り強さは、シートの縦方向で２．１ｋｇｆ／２０ｍｍ、横方向で１．３ｋｇｆ／２０ｍｍであった。
上記の耐熱シートを被覆した補強テープの外側に外径φ１ｍｍの線材の１９本を５５ｍｍの撚ピッチで巻き付けた。
【００２２】
この線材は、銀マトリックス中に焼成によりＢｉ2 Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 ＯX 超電導酸化物を形成する物質からなる仮焼粉末を充填し、縮径加工を施した後にこれの多数本を束ねて銀合金パイプ中に収容し、更に外径φ１ｍｍまで縮径加工を施すことにより、銀マトリックス中に多数のフィラメントを配置したものである。次いで、この複合導体に圧縮加工を施して、幅７．３ｍｍ、厚さ１．７ｍｍの平角形状の圧縮成型導体を製造した後、焼成した。
【００２３】
焼成条件は、酸素雰囲気下で、最高焼成温度８５０℃で１２０時間であった。図２に耐熱シート、即ち、バリア層の厚さと圧縮成型導体の劣化の度合いの関係を示した。ここでの基準となる劣化のない導体のＩｃ（臨界電流値）は、圧縮成型後に線材を圧縮成型導体から取り出し、同一条件で焼成したものであり、補強テープの構成元素の拡散が全くない場合を想定したものである。
【００２４】
図２から明らかなように、バリア層の厚さの増大に伴って、Ｉｃの劣化の度合いは低減され、４００μｍ以上でほぼ飽和する。
バリア層の厚さ４００μｍの場合の酸化物超電導圧縮成型導体のＩｃを液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）で測定した結果、３，５００Ａを示した。
比較例
実施例１の実施例における補強テープの外側に耐熱シートを被覆せずに、他は実施例と同様の方法により酸化物超電導圧縮成型導体を製造した。
【００２５】
この導体の破断強度は実施例と同程度の値を示したが、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）での臨界電流値は２，１００Ａであった。
また、元素分析の結果、補強テープから超電導線材への元素の拡散が認められた。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の酸化物超電導圧縮成型導体によれば、線材の集合化と圧縮成型を施したことにより、コンパクトな導体断面積と大電流容量を得ることができる。また、中心部に補強材料を配置したことにより、従来の酸化物超電導体に比較して機械的強度を大幅に向上させることができる。
【００２７】
また、補強材料の外周に拡散遮蔽層またはセラミックス薄膜を設けたことにより、電気的絶縁性および機械的歪を緩和する潤滑層としての効果を奏する。
また、その製造方法において、補強材料の外側に耐熱シートの巻回、セラミックス薄膜の形成または焼成によりセラミックス層を形成するセラミックス塗料の塗布により、超電導体生成のための焼成時に、補強材料に含まれるＮｉやＦｅが補強材料から超電導線材へ拡散することによる臨界電流値の低下を防ぐことができる。
【００２８】
さらに、耐熱シート、即ち、バリア層の厚さを４００μｍ以上とすることにより、拡散による劣化を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の酸化物超電導圧縮成型導体の一実施例を示す横断面図である。
【図２】  本発明の酸化物超電導圧縮成型導体のバリア層の厚さと圧縮成型導体の劣化の度合いの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１………酸化物超電導圧縮成型導体
２………補強材料
３………拡散遮蔽層
４………超電導線材
４ａ……銀または銀基合金マトリックス
４ｂ……超電導フィラメント
【図１】
0003635210.tif 000002
【図２】
0003635210.tif 000003