(57)【要約】【課題】機械的強度の高い酸化物超電導線材の製造方法および酸化物超電導線材を提供する。【解決手段】本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、酸化物超電導体の原材料粉末を被覆する金属が銀を含み、かつ銀比が２以下である酸化物超電導線材の製造方法であって、酸化物超電導体の原材料粉末を金属で被覆した多芯線を作製する工程と、多芯線を伸線加工する工程と、多芯線を圧延する工程とを備えている。多芯線を圧延する工程前において、多芯線の表面粗さＲａは測定長１ｍｍの範囲で０．５μｍ以下となるようにされる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導体の原材料粉末を被覆する金属が銀を含み、かつ銀比が２以下である酸化物超電導線材の製造方法であって、
前記酸化物超電導体の前記原材料粉末を金属で被覆した多芯線を作製する工程と、
前記多芯線を伸線加工する工程と、
前記多芯線を圧延する工程とを備え、
前記多芯線を圧延する工程前において、前記多芯線の表面粗さＲａが測定長１ｍｍの範囲で０．５μｍ以下となるようにされることを特徴とする、酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記多芯線を伸線加工する前記工程は、前記多芯線を中間軟化する処理を含み、前記多芯線を伸線加工する前記工程に用いられる潤滑油の動粘度は２０ｍｍ２／ｓ以上１００ｍｍ２／ｓ以下であり、かつ前記多芯線を中間軟化する前記処理における温度は５００℃以下である、請求項１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２の製造方法により作製された酸化物超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物超電導線材の製造方法に関し、特に、原材料粉末を被覆する前記金属が銀を含み、かつ酸化物超電導線材の銀比は２以下である酸化物超電導線材の製造方法および酸化物超電導線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導体を金属被覆した多芯線からなる酸化物超電導線材は、従来、以下に示すような製造方法によって製造されていた。
【０００３】
まず、原料粉末が混合され、熱処理されることにより反応が起こり、最終目的の超電導体に変化する中間状態の前駆体粉末が作製される。次に、この前駆体粉末が金属パイプに充填され、伸線加工と中間軟化とが繰り返されることにより、前駆体を芯材として金属で被覆されたクラッド線とされる。複数のクラッド線が束ねられて再び金属パイプに嵌合される。次に伸線加工と中間軟化とが繰り返されることにより、前駆体フィラメントが銀に埋め込まれた所定の直径の多芯線とされる。その後、この多芯線に対して圧延加工および熱処理が繰り返されることによりテープ状の線材となり、フィラメントは結晶の向きが揃った超電導体となる。
【０００４】
上記の酸化物超電導線材は、特にマグネットやケーブルなどとして用いられている。マグネットの場合には、酸化物超電導線材はパンケーキ状に巻かれ、これにより形成されたコイルを積み重ねることでマグネットが形成されている。このマグネットにおいて、超伝導線材に電流を流して中心部に発生する磁場が利用される。ケーブルの場合には、酸化物超電導線材は円筒形状の管の外側に沿って巻きつけられることでケーブルが形成されている。
【０００５】
【非特許文献１】
綾井他６名著、「シリコン単結晶引上炉マグネット用高温超電導線材の開発」、ＳＥＩテクニカルレビュー、２００１年９月、第１５９号、Ｐ１２３〜１２８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
酸化物超電導線材がたとえばマグネットやケーブルなどとして用いられる場合には、マグネットやケーブルを形成する際の巻線加工やコイルの通電時に発生する大きな電磁力などの影響により、酸化物超電導線材にクラックが発生し、臨界電流密度が低下するおそれがある。これを防止するために、酸化物超電導線材には機械的強度が求められている。しかしながら、従来の酸化物超電導線材は、機械的強度が十分ではなかった。このため、たとえばマグネットやケーブルを形成する際の巻線加工やコイルの通電時に発生する大きな電磁力による外力などの影響により、クラックが発生し、臨界電流密度が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、機械的強度の高い酸化物超電導線材の製造方法および酸化物超電導線材を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、酸化物超電導体の原材料粉末を被覆する金属が銀を含み、かつ銀比が２以下である酸化物超電導線材の製造方法であって、酸化物超電導体の前記原材料粉末を金属で被覆した多芯線を作製する工程と、多芯線を伸線加工する工程と、多芯線を圧延する工程とを備えている。多芯線を圧延する工程前において、多芯線の表面粗さＲａは測定長１ｍｍの範囲で０．５μｍ以下となるようにされる。
【０００９】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法によれば、多芯線を圧延する工程前において、多芯線の表面粗さＲａが小さくなるようにされるので、多芯線を圧延する工程の際に多芯線が不均一に変形することが抑止される。ここで、圧延の際の不均一な変形により金属の厚みが極端に薄くなった部分に、ピンホールおよび割れは生成しやすいので、圧延時にピンホールおよび割れが多芯線に生成することが抑止される。したがって、ピンホールおよび割れへの応力集中がなくなり、機械的強度の高い酸化物超電導線材が得られる。
【００１０】
なお、本明細書中において銀比とは、作製された酸化物超電導線材の横断面における酸化物超電導体部分の面積に対する金属部分の面積の割合を意味する。また、表面粗さＲａとは、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）に規定された算術平均粗さＲａのことを意味する。
【００１１】
本発明の製造方法において好ましくは、多芯線を伸線加工する工程は、多芯線を中間軟化する処理を含み、多芯線を伸線加工する工程に用いられる潤滑油の動粘度は２０ｍｍ２／ｓ以上１００ｍｍ２／ｓ以下であり、かつ多芯線を中間軟化する処理における温度は５００℃以下である。
【００１２】
これにより、多芯線を圧延する工程後の多芯線の表面粗さＲａが測定長１ｍｍの範囲で０．５μｍ以下となる。この結果、酸化物超電導線材の機械的強度が向上する。なお、本明細書中における動粘度の値は、２０℃の温度での値を示している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１４】
図１は、酸化物超電導線材の構成を概念的に示す部分断面斜視図である。図１を参照して、酸化物超電導線材１は、複数本の酸化物超電導体フィラメント２と、それらを被覆するシース部３とを有している。酸化物超電導体フィラメント２の材質は、たとえばＢｉ（ビスマス）−Ｐｂ（鉛）−Ｓｒ（ストロンチウム）−Ｃａ（カルシウム）−Ｃｕ（銅）−Ｏ（酸素）系の組成からなっている。シース部３の材質は、たとえば銀や銀合金などからなっている。
【００１５】
次に、上記の酸化物超電導線材の製造方法について説明する。
図２は、本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法を示す図である。
【００１６】
図２を参照して、まず、原料粉末が混合され、熱処理されることが繰り返される。これにより反応が起こり、最終目的の超電導体に変化する中間状態の前駆体粉末が作製される（ステップＳ１）。原料粉末としては、たとえばＢｉとＰｂとＳｒとＣａとＣｕとを含み、その原子比として（ＢｉとＰｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕが２：２：２：３と近似して表されるＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導相（以下Ｂｉ２２２３相）と非超電導相とから構成される混合粉末が用意される。熱処理はたとえば７００℃〜８００℃の温度で行なわれる。次に、この前駆体粉末が金属パイプに充填される（ステップＳ２）。金属パイプの材質としては、銀または銀合金のものが用いられる。次に、前駆体粉末が金属パイプに充填されたものに対して伸線加工が行なわれる（ステップＳ３）。この際には伸線加工と中間軟化処理とが繰り返され、前駆体フィラメントを芯材として金属で被覆されたクラッド線となる。次に、複数のクラッド線が束ねられて再び金属パイプに嵌合される（ステップＳ４）。これにより、たとえば６１芯を有する多芯線が作製される。次に多芯線に対して伸線加工される（ステップＳ５）。この際には伸線加工と中間軟化処理とが繰り返される。中間軟化処理は、一定時間一定温度あるいは一定の温度範囲に多芯線を保持する処理であって、この処理により伸線の際に多芯線に生じた内部応力が除去され、酸化物超電導線材の耐脆性が向上する。伸線加工により、前駆体フィラメントが銀に埋め込まれた所定の直径の多芯線となる。その後、この多芯線に対して圧延加工と熱処理とが繰り返される（ステップＳ６）。熱処理はたとえば大気中で８００℃以上の温度で行なわれる。これにより、フィラメントは結晶の向きが揃った超電導結晶となり、銀比が２以下のテープ状の酸化物超電導線材が作製される。
【００１７】
本実施の形態においては、伸線加工（ステップＳ５）が以下の２つの条件で行われることにより、芯線を圧延する工程前多芯線の表面の表面粗さＲａが測定長１ｍｍの範囲で０．５μｍ以下となる。
【００１８】
１つ目の条件は、多芯線を伸線加工の際に用いられる潤滑油の動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以上１００ｍｍ２／ｓ以下とされる。以下、伸線加工の方法について説明する。
【００１９】
図３は多芯線の伸線加工の方法を示す概略断面図である。
図３を参照して、多芯線の伸線加工は引抜き加工により行なわれる。ダイス６を通して、酸化物超電導線材１を引張ることにより、ダイス穴形状と同一断面の酸化物超電導線材１が得られる。この際、潤滑油（図示なし）は酸化物超電導線材１とダイス６との接触面に塗布される。本願発明者らは鋭意検討した結果、伸線加工する工程における潤滑油の動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以上１００ｍｍ２／ｓ以下であれば、酸化物超電導線材１の表面に潤滑油が付着しやすくなり、かつ伸線加工中に発生する金属粉がダイスの外部へ排出されやすくなることで、伸線加工におけるダイス６と酸化物超電導線材１との間の摩擦力が低下することにより、圧延する工程前において多芯線の表面粗さを低くすることができることを見出した。
【００２０】
２つ目の条件は、伸線加工と交互に行なわれる中間軟化処理において、温度が５００℃以下とされる。中間軟化処理は、伸線の際に酸化物超電導線材中に生じた内部応力を焼き鈍し効果によって除去するために行なわれる。本願発明者らは鋭意検討した結果、以下のことを見出した。すなわち、中間軟化の温度が５００℃より大きい場合には、焼き鈍し効果のほかに、超電導結晶の再結晶化が進んでしまう。超電導結晶の再結晶化が進むと、結晶粒が粗大化し、圧延後に表面粗さが大きくなる要因となる。したがって、中間軟化の温度は５００℃以下に保たれることにより、焼き鈍し効果のみを得ることができ、その結果圧延する工程前において多芯線の表面粗さＲａを低くすることができる。なお、母材の酸化を防止するために、中間軟化は不活性ガス雰囲気中で行なうか、または真空中で行なうことが好ましい。真空中で行なう場合には、圧力が５００Ｐａ以下であることが好ましい。
【００２１】
以上２つの条件で伸線加工する工程が行われることにより、圧延と熱処理とが繰り返される工程（ステップＳ６）前において、多芯線の表面の表面粗さＲａが測定長１ミリメートルの範囲で０．５マイクロメートル以下となるようにすることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２３】
（実施例１）
図２を用いて説明した方法における伸線加工・中間軟化（ステップＳ５）までの工程を行うことにより、６１芯を持つ多芯構造で、銀比が１．５である多芯線を作製した。
【００２４】
本実施例においては、図２の伸線加工・中間軟化（ステップＳ５）において、中間軟化処理の温度をすべて５００℃とし、２０℃における動粘度がそれぞれ１０００ｍｍ２／ｓ、５００ｍｍ２／ｓ、１００ｍｍ２／ｓ、５０ｍｍ２／ｓ、２０ｍｍ２／ｓ、１０ｍｍ２／ｓである潤滑剤を用いて多芯線の伸線を行った。このようにして作製された多芯線について測定長１ｍｍで表面粗さＲａの測定を行った。表１にそれぞれの多芯線の表面粗さＲａの測定結果を示す。
【００２５】
【表１】
2004227917.tif 000003
【００２６】
表１の結果より、潤滑剤の動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以上１００ｍｍ２／以下である潤滑剤Ｃ、Ｄ、Ｅを用いて伸線した場合は、いずれの場合も表面粗さＲａが０．５μｍ以下となることがわかる。
【００２７】
（実施例２）
本実施例においては、図２の伸線加工・中間軟化（ステップＳ５）において、中間軟化処理の温度をそれぞれ６００℃、５００℃、３００℃、１００℃とした。また、すべて１００ｍｍ２／ｓの動粘度である潤滑剤Ｃを用いて伸線加工を行った。このようにして作製された多芯線について測定長１ｍｍで表面粗さＲａの測定を行った。表２にそれぞれの多芯線の表面粗さＲａの測定結果を示す。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２の結果より、中間軟化処理の温度が５００℃以下である場合には、表面粗さＲａが０．５μｍ以下となることがわかる。
【００３０】
（実施例３）
本実施例においては、図２の伸線加工・中間軟化（ステップＳ５）において、中間軟化処理の温度をすべて４００℃とし、２０℃における動粘度がそれぞれ１０００ｍｍ２／ｓ、５０ｍｍ２／ｓである潤滑剤を用いて多芯線の伸線加工を行った。そして、この多芯線に対して圧延加工と熱処理とが行なわれた（ステップＳ６）。熱処理は８４０℃で行なわれた。このようにして作製された酸化物超電導線材について引張り試験を行った。表３にその測定結果を示す。
【００３１】
【表３】
2004227917.tif 000005
【００３２】
表３の結果より、中間軟化処理の温度が４００℃であり、伸線加工の際用いられる潤滑剤の動粘度が５０ｍｍ２／ｓである場合には、ピンホールが少なくなり、機械的強度が向上していることがわかる。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、伸線加工（ステップＳ５）において動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以上１００ｍｍ２／以下の潤滑油が用いられ、かつ中間軟化処理の温度を５００℃以下にすることにより、多芯線の表面粗さＲａが測定長１ｍｍの範囲で０．５μｍ以下となるようにされる場合について示したが、本発明はこのような場合に限られず、多芯線を圧延する工程前において、多芯線の表面粗さＲａが測定長１ｍｍの範囲で０．５μｍ以下となるようにされればよい。
【００３４】
また、本実施の形態においては、Ｂｉ２２２３相と非超電導相とから構成される混合粉末が用いられる場合について示したが、本発明はこのような場合に限られず、酸化物超電導線材の原材料粉末であればよい。
【００３５】
今回開示された実施の形態および実施例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。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の酸化物超電導線材の製造方法によれば、多芯線を圧延する工程前において、多芯線の表面粗さＲａが小さくなるようにされるので、多芯線を圧延する工程の際に多芯線が不均一に変形することが抑止される。ここで、圧延の際の不均一な変形により金属の厚みが極端に薄くなった部分に、ピンホールおよび割れは生成しやすいので、圧延時にピンホールおよび割れが多芯線に生成することが抑止される。したがって、ピンホールおよび割れへの応力集中がなくなり、機械的強度の高い酸化物超電導線材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化物超電導線材の構成を概念的に示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法を示す図である。
【図３】多芯線を伸線加工する方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  酸化物超電導線材、２  フィラメント、３  シース部、６  ダイス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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