(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面なファセット面を有しかつ断面が多角形の形状を持つ酸化物単結晶ファイバ上にタリウム系超伝導膜を形成し、該タリウム系超伝導膜が形成された前記酸化物単結晶ファイバを多数本束ねて多芯線とし、該多芯線にＡｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｍｇ及びＡｕ−Ｐｄの何れかを有する導電膜を形成した後、ＦＲＰ樹脂，Ａｌ2Ｏ3及びＳｉＯ2の何れかを有する絶縁膜を被覆した構造を有し、前記タリウム系超伝導膜は、前記ファイバ上の長手方向に対して垂直にｃ軸が、平行にａ，ｂ軸が配向しているタリウム系超電導線。
【請求項２】
平面なファセット面を有しかつ断面が多角形の形状を持つ酸化物単結晶ファイバ上にタリウム系超伝導膜と、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｍｇ及びＡｕ−Ｐｄの何れかを有する導電膜と、ＦＲＰ樹脂，Ａｌ2Ｏ3及びＳｉＯ2 の何れかを有する絶縁膜と、を順に形成し、前記タリウム系超伝導膜，前記導電膜及び前記絶縁膜が形成された前記酸化物単結晶ファイバを多数本束ねて多芯線とした構造を有し、前記タリウム系超伝導膜は、前記ファイバ上の長手方向に対して垂直にｃ軸が、平行にａ，ｂ軸が配向しているタリウム系超電導線。
【請求項３】
請求項１あるいは２記載の酸化物単結晶ファイバの材質が３％Ｙ2Ｏ3−ＺｒＯ2,Ｙ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＳｒＴｉＯ3，ＬａＡｌＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＮｄＧａＯ3及びペロブスカイト構造の何れかであることを特徴とするタリウム系超電導線。
【請求項４】
請求項１あるいは２記載のタリウム系超電導膜の構成元素がＴｌ−（Ｂａ1-y／Ｓｒy）−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ（０≦ｙ＜１），(Ｔｌ／Ｐｂ)−(Ｂａ1-y／Ｓｒy)−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ
（０＜ｙ≦１）の何れかで構成されていることを特徴とするタリウム系超電導線。
【請求項５】
請求項１あるいは２記載のタリウム系超電導線がディップコート法，塗布法，スプレー蒸着法及びレーザ蒸着法の何れかで形成されていることを特徴とするタリウム系超電導線。
【請求項６】
請求項１あるいは２記載のタリウム系超電導線を巻くことで超電導コイルを形成することを特徴とするタリウム系超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、タリウム系超電導線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
臨界温度が液体窒素の沸点（７７Ｋ）を越える酸化物超電導体が発見されてから、超電導マグネット分野での超電導体現象の利用が期待されている。この中でタリウム系超電導体は、臨界温度が最も高い１２７Ｋを示すため特に応用面で注目されている。そして従来より、超電導マグネットを作成するための線材化技術として超電導粉末を金属パイプ中に充填した後、塑性加工する方法が知られている。この従来技術で作成された超電導線は結晶配向性が不十分であったり、多結晶体であるために粒界で急激に臨界電流密度（Ｊｃ）が低下し、実用領域となる  Ｊｃ値を満足していない。また、これら金属を基板材とする超電導線の他に酸化物を基板材に用いた超電導線の作成もある。例えば、酸化物を基板材とした酸化物系超電導線の形成方法としては、特開昭６３−２７１８１６号で説明されているような酸化物単結晶ファイバ上に超電導膜を形成する方法がある。また、例えば、特開平５  −１２９２９  号で説明されているような金属被覆された酸化物超電導体の内部に結晶配向性を整える第３の物質を配置する方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の酸化物単結晶ファイバ上に形成された超電導線は、酸化物単結晶ファイバの形状が円筒型であるために円筒上に形成された超電導線の結晶配向化が不十分となっている。このため、導電面のつながりが悪いために臨界電流密度等の超電導特性が低いと言う問題を有している。また、超電導膜がクエンチ等によって超電導特性が失われた場合の電流の逃げ道を有した構造でないために、実用上困難であり使用範囲が限定されてしまう欠点があった。さらに、後者の方法によれば第３の物質の界面近傍の超電導体の結晶配向性は向上するが、前記第３の物質と接していない大部分の超電導体の配向はランダムとなっているため、高い臨界電流密度は得られていない。
【０００４】
そこで本発明は、前記した従来技術の欠点を解消し、結晶配向した高い臨界電流密度を有する高品質なタリウム系超電導線を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、タリウム系超電導線において、平面なファセット面を有する多角形の形状を有する酸化物単結晶ファイバ上に前記単結晶ファイバの長手方向に対して垂直にｃ軸が平行にａ，ｂ軸が配向したタリウム系超電導膜を形成させることで上記課題を解決した。また、上記タリウム系超電導線を導電膜，絶縁膜の順に被覆することで上記課題を解決した。さらに、このタリウム系超電導線を多数本束ねることで構成された多芯線によって電流容量を大幅に向上させたものである。
【０００６】
【作用】
本発明によれば平面なファセット面を有する酸化物単結晶ファイバを用いることで、前記ファイバ上の長手方向に対して垂直にｃ軸が、平行にａ，ｂ軸配向したタリウム系超電導膜を形成できる。このため、超電導膜の結晶配向化が良好に進み、導電面のつながりが良くなるので、臨界電流密度が向上する。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明する。
【０００８】
Ｂａ，Ｃａ，Ｃｕのナフテン酸塩をＢａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ  の組成比になるように混合し、トルエンを加えて溶解させて出発溶液とした。上記出発溶液中に（１００）面を含む平面なファセット面を四面有するＹ２Ｏ３単結晶板を浸漬し、ディップコート法により毎分１ｍｍのスピードで塗布した後、空気中５００℃で１０ｍｉｎ  仮焼成するという塗布−仮焼成プロセスを１０回繰り返して、膜厚約１μｍのＢａ−  Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ仮焼膜を得た。次に前記Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ仮焼膜をＴｌ２Ｏ３，ＢａＯ，ＣａＯ，ＣｕＯの混合（Ｔｌ：Ｂａ：Ｃａ：Ｃｕ＝１：２：２：３）ペレットと共に密閉したアルミナ容器に封入した。この前記アルミナ容器を電気炉内に挿入し、８５０℃の温度で２０時間保持した後徐冷して、Ｙ２Ｏ３単結晶板上にＴｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ系超電導膜を形成した。前記タリウム系超電導膜の模式図を図１に示す。Ｘ線回折測定したところ、前記単結晶板の（１００）面に対して垂直にｃ軸が揃ったｃ軸配向したＴｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ系超電導膜であることが分かった。また、ポールフィギュア測定した結果を図２に示す。前記単結晶板の（１００）面に対して７８度の方位に９０度ずつのピークが認められることにより、ａ，ｂ軸も揃った面内配向していることが分かった。
【０００９】
同様に、（１００）面を有するＳｒＴｉＯ３  単結晶板に上記と同様の塗布−仮焼成プロセス及び熱処理を行うことで、ｃ軸配向したＴｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ系超電導膜を作製できた。また、このタリウム系超電導膜はポールフィギュア測定より、前記単結晶板の（１００）面に対して平行にａ，ｂ軸も揃った面内配向していることが分かった。このタリウム系超電導膜は、臨界温度（Ｔｃ）が１０６Ｋであり、７７Ｋ、零磁場での臨界電流密度（Ｊｃ）が５×１０５Ａ／ｃｍ２以上の高い値を示した。また、磁場を超電導膜面に対して平行に印加した場合で、７７Ｋ，７Ｔの磁場域で１０５Ａ／ｃｍ２以上の高い値を持つ高品質なタリウム系超電導膜である。
【００１０】
熱処理条件を７５０〜８６０℃の温度範囲で０．２  〜１００時間の熱処理を行った場合においても、Ｔｃが９０Ｋ以上の高い値を持つ高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向したＴｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ系超電導膜を形成することができる。さらに、塗布−仮焼成プロセスの回数を１０〜１００回まで変えてＢａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ仮焼膜の膜厚を１〜１０μｍとした場合でも、上記と同様の熱処理を行うことでＴｃが９０Ｋ以上の高い値を持つ高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向したＴｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ系超電導膜を形成することができる。平面であるファセット面が四面以上有する直径０．０３〜０．３５ｍｍ  のＹ２Ｏ３単結晶ファイバを用いた場合でも、上記と同様の熱処理を行うことでＴｃが９０Ｋ以上の高い値を持つ高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向した      Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ系超電導線を形成することができる。
【００１１】
Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ７  の組成比になるようにＢａ，Ｃａ，Ｃｕのナフテン酸塩を混合し、トルエンを加えて溶解させて出発溶液とした場合においても、Ｔｌ２Ｏ３，ＢａＯ，ＣａＯ，ＣｕＯの混合（Ｔｌ：Ｂａ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３）ペレットを熱処理段階に用いて上記と同様の作製方法を行うことで、Ｙ２Ｏ３単結晶ファイバ上に高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向したＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０  系超電導線の形成が可能となる。
【００１２】
また、Ｂａ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏ５  の組成比によるようにＢａ，Ｃａ，Ｃｕのナフテン酸塩を混合し、トルエンを加えて溶解させて出発溶液とした場合においても、上記と同様の作製方法を行うことで、Ｙ２Ｏ３単結晶ファイバ上に高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向したＴｌｘＢａ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏ８（ｘ＝１  ｏｒ  ２）系超電導線の形成が可能となる。
【００１３】
さらに、（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋３（０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２）組成比になるようにＢａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕのナフテン酸塩を混合し、トルエンを加えて溶解させて出発溶液とした場合においても、上記と同様の作製方法を行うことで高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向したＴｌｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２）系超電導線の形成が可能となる。（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋３（０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）の組成比になるようにＢａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕのナフテン酸塩を混合し、トルエンを加えて溶解させて出発溶液とした場合においても、Ｔｌ２Ｏ３，ＰｂＯ，ＢａＯ，ＣａＯ，ＣｕＯの混合（（Ｔｌ／Ｐｂ）：Ｂａ：Ｃａ：Ｃｕ＝１：２：２：３）ペレットを熱処理段階に用いて上記と同様の作製方法を行うことで高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向した（Ｔｌ／Ｐｂ）ｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）系超電導線の形成が可能となる。
【００１４】
上記と同様の作製方法でＹ２Ｏ３単結晶板上に得られたＴｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ系超電導膜上にＲＦスパッタ法により厚さ３μｍのＡｕ膜を蒸着した後、ＳｉＯ２  粉末を塗布することで、超電導膜がクエンチした場合の電流の逃げ道を有し、かつ絶縁被覆構造のタリウム系超電導線の形成が可能となる。タリウム系超電導線の模式図を図３に示す。
【００１５】
また、（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋３（０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２），
（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋３（０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）の組成比になるようにＢａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕのナフテン酸塩を混合し、トルエンを加えて溶解させて出発溶液とした場合においても、上記と同様の形成方法でＹ２Ｏ３単結晶ファイバ上に得られたＴｌｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２），    （Ｔｌ／Ｐｂ）ｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）系超電導線上に、上記と同様の厚さ３μｍのＡｕ膜を蒸着した後、ＳｉＯ２  粉末を塗布することで、超電導膜がクエンチした場合の電流の逃げ道を有し、かつ絶縁被覆構造のタリウム系超電導線の形成が可能となる。
【００１６】
さらに、上記の形成方法で得られたＴｌｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２），（Ｔｌ／Ｐｂ）ｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）系超電導線上に導電膜としてＡｇ，Ｃｕ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｕ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｍｇ，Ａｕ−Ｐｄを用いた場合でも、前記導電膜の上に絶縁膜としてＦＲＰ樹脂，Ａｌ２Ｏ３等の酸化物体を用いた場合でも超電導膜がクエンチした場合の電流の逃げ道を有し、かつ絶縁被覆構造のタリウム系超電導線の形成が可能となる。
【００１７】
単結晶ファイバに３％Ｙ２Ｏ３−ＺｒＯ２  ，ＭｇＯ，ＬａＡｌＯ３，ＢａＴｉＯ３，ＮｄＧａＯ３  及びペロブスカイト構造である物質を用いた場合でも、上記と同様の形成方法を用いることで高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向した
Ｔｌｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２），
（Ｔｌ／Ｐｂ）ｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）系超電導線の形成が可能となる。
【００１８】
ディップコート法の代りにスプレー蒸着法，レーザ蒸着法或いは塗布法を用いて塗布した場合でも、上記と同様の形成方法を行うことで高品質なａ，ｂ，ｃ軸配向したＴｌｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２），    （Ｔｌ／Ｐｂ）ｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）系超電導線の形成が可能となる。
【００１９】
上記で形成したＴｌｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２），（Ｔｌ／Ｐｂ）ｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）系超電導線を輸送電流容量の増加及び構造の安定性に適している多芯状構造にしたタリウム系超電導多芯線の断面図を図４に示す。また、前記超電導線を多芯上にした場合でも、超電導特性の低下が認められないタリウム系超電導多芯線の形成が可能となる。
【００２０】
上記で超電導膜上に導電膜，絶縁膜の順で形成した
Ｔｌｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２），
（Ｔｌ／Ｐｂ）ｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）系超電導線を束ねて多芯状構造にしたタリウム系超電導多芯線の断面図を図５に示す。タリウム系超電導多芯線の超電導特性は、多芯上にした場合でも、同様に超電導特性の低下が認められないタリウム系超電導多芯線の形成が可能となる。
【００２１】
また、上記で形成したＴｌｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０≦ｙ＜１，ｘ＝１，２），（Ｔｌ／Ｐｂ）ｚ（Ｂａ１−ｙ／Ｓｒｙ）２ＣａｘＣｕｘ＋１Ｏ２ｘ＋６（ｚ＝１，２，０＜ｙ≦１，ｘ＝１，２）系超電導線を束ねて多芯状構造にした後、上記と同様の方法で導電膜，絶縁膜を形成したタリウム系超電導多芯線の断面図を図６に示す。タリウム系超電導多芯線の超電導特性は、多芯上にした場合でも、同様に超電導特性の低下が認められないタリウム系超電導多芯線の形成が可能となる。
【００２２】
上記で形成した上記タリウム系超電導多芯線をパンケーキ状に巻いた超電導コイルの模式図を図７に示す。前記超電導コイルにより、７７Ｋ，４．２Ｋ  での磁場発生が可能になる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の本発明によれば、平面なファセット面を有する酸化物単結晶ファイバを用いることで前記ファイバ上の長手方向に対し垂直にｃ軸が、平行にａ，ｂ軸配向したタリウム系超電導膜が形成できるために、７７ＫでＪｃが１０５Ａ／ｃｍ２以上である高品質なタリウム系超電導線を形成することが可能になる。また、前記超電導線上に導電膜，絶縁膜の順で形成することで超電導がクエンチした場合の電流パスとして好適である。さらに、前記タリウム系超電導線を多数本束ねることで超電導多芯線を形成でき、大電流を得ることができる。したがって、前記タリウム系超電導線を利用して動作させる高品質な超電導マグネットを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタリウム系超電導線の模式図。
【図２】本発明で得られたタリウム系超電導膜のポールフィギュア図。
【図３】本発明の導電膜，絶縁膜を被覆したタリウム系超電導線の模式図。
【図４】本発明の多芯状構造にしたタリウム系超電導多芯線の断面図。
【図５】本発明の導電膜，絶縁膜を被覆したタリウム系超電導多芯線の断面図。
【図６】本発明の多芯状超電導線上に導電膜，絶縁膜を被覆したタリウム系超電導多芯線の断面図。
【図７】本発明のパンケーキ状に巻いた超電導コイルの模式図。
【符号の説明】
１…Ｙ２Ｏ３単結晶、２…タリウム系超電導膜、３…ファセット面、４…Ａｕ膜、５…ＳｉＯ２  膜。
【図１】
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【図２】
0003567003.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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