(57)【要約】【課題】構造が簡単で超電導特性に優れたBi系平角酸化物超電導体を提供する。【解決手段】純銀パイプ中にBi2Sr2CaCu2O8の酸化物超電導体を構成する元素を所定のモル比で含む原料粉末を充填し、これに伸線加工を施した後、ロール加工により長辺Aと短辺Bの比がA：B＝3：1となるように成形して多芯構造の平角素線を製造する。この153本を束ねてAg−0.2wt％Mg合金パイプ中にランダムに収容し、1.0mm×2.4mmまで伸線加工を施した後、熱処理を施したBi系平角酸化物超電導体は、4.2K、自己磁界下で480kA/cm2の臨界電流密度（Jc）を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀又は銀合金からなるマトリックス中にBi系酸化物超電導フィラメントを配置した単芯又は多芯構造の平角素線の多数本を、銀又は銀合金からなるシース中にランダムに収容した後、平角形状に成形したことを特徴とするBi系平角酸化物超電導体。
【請求項２】
平角形状は、その軸方向に垂直な断面における長辺Aと短辺Bの比が、A：B＝(10〜＞1)：1であることを特徴とする請求項１記載のBi系平角酸化物超電導体。
【請求項３】
平角形状は、その軸方向に垂直な断面における長辺Aと短辺Bの比が、A：B＝(5〜＞1)：1であることを特徴とする請求項１記載のBi系平角酸化物超電導体。
【請求項４】
平角素線は、その軸方向に垂直な断面における長辺Aと短辺Bの比が、A：B＝(4〜1.5)：1であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のBi系平角酸化物超電導体。
【請求項５】
平角素線は、その軸方向に垂直な断面における長辺Aと短辺Bの比が、A：B＝(3〜2)：1であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のBi系平角酸化物超電導体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導マグネットや電力機器に使用される酸化物超電導体に係り、特に超電導フィラメントの配向性に優れ、高い臨界電流密度を有する銀シース法によるBi系平角酸化物超電導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物超電導体として、Bi系（2212）酸化物超電導体（Bi：Sr：Ca：Cu＝2:2:1:2のモル比）及びBi系（2223）酸化物超電導体（Bi：Sr：Ca：Cu＝2:2:2:3のモル比）が線材化に成功しており、これらの線材は所謂銀シース法（Powderin Tube Method)によって製造されている。この方法は、銀又は銀合金パイプ内に超電導物質の原料粉末を充填し、これに縮径加工を施すか、あるいは更に圧延加工を施して断面丸形又はテープ状に成形した後、熱処理を施して原料粉末を超電導化するものである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
この場合、原料粉末の充填密度を上げて加工及び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本当りの断面積に限界があり、この理由により、超電導電流は数十〜数百A/本程度に制限される。
【０００４】
これを用いて実用的な電力機器や大型マグネットに使用する場合、これらの装置の仕様に合わせた容量の通電を行うことが必要であり、SMESや加速器等の大型機器ではその通電容量は数kA〜数十kAが必要とされる。この容量を達成するため、従来、線材を撚合せる方法が主として採用されてきた。
【０００５】
しかしながら、上記の方法では、撚線加工に要する費用の増大に加え、撚線のコイル化及び接続技術の困難さが依然として存在するため、大電流を１本の線材で流すことのできる大型線材の開発が要求されている。さらに、この場合にコイル化した場合の巻線密度を上げるために、線材の断面を平角形状に成形した平角線とする必要がある。
【０００６】
一般に、酸化物超電導線材は、テープ状に成形することによって、最も高い超電導特性が得られることが知られている。これは、酸化物超電導体の粒子が燐片状をしており、高い臨界電流密度（Jc）を達成するためには、これを高配向で積層させることが必要であることに起因する。
【０００７】
平角線の断面形状のアスペクト比（長辺/短辺）を小さくすると、超電導フィラメントも低アスペクト比となり、超電導粒子がランダムになって配向しなくなるため、高Jc値が得られない。圧延等によりテープ状に成形することによって、超電導フィラメントのアスペクト比も大きくなるが、線材の中央部とエッジ部に加わる圧下力の相違によって超電導フィラメントの形状にも相違を生じ、熱処理の適正化が困難となるばかりでなく、各超電導フィラメントでJc値が異なり、線材全体としての超電導特性を向上させることが困難になるという問題がある。
【０００８】
以上の問題を解決するために、これまでに種々の検討がなされてきている。その一つは、予め多芯構造のテープ状線材を作成しておき、この複数本を積層して形成した複数のブロックを、隣接するブロックの板面が60゜あるいは90゜となるように配置して銀又は銀合金内に収容した後、縮径加工を施すという方法である。
【０００９】
【非特許文献１】
T.Hasegawa et.al.“HTS Conductors for Magnets”,MT-17,Sep.2001,
Geneva.
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法によれば、断面丸形の線材の中にテープ状線材が配置されることになり、上述の問題点は解決することになる。
【００１１】
しかしながら、この方法は、これまで行われている断面平角形状又は丸形状の多芯構造の平角線又は丸線と比較して多くの加工工程を要する上、このような複雑な構造をとることによって銀比が大きくなり、いずれもその製造コストを上昇させるため実用上問題がある。
【００１２】
本発明は以上の問題を解決するためになされたもので、加工工程が少なく銀比を小さくすることができることにより製造コストを低減させることができ、かつ構造が簡単なBi系平角酸化物超電導体を提供することをその目的としている。
【００１３】
また、本発明は各超電導フィラメントのJc値が比較的均一で、線材全体としての超電導特性を向上させることのできるBi系平角酸化物超電導体を提供することをその目的としている。
【００１４】
【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、本発明によるBi系平角酸化物超電導体は、銀又は銀合金からなるマトリックス中にBi系酸化物超電導フィラメントを配置した単芯又は多芯構造の平角素線の多数本を、銀又は銀合金からなるシース中にランダムに収容した後、平角形状に成形したことを特徴としている。
【００１５】
このような構造をとることによって、平角形状の超電導体中に扁平な形状をした超電導フィラメントの多数本をランダムに配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明におけるBi系平角酸化物超電導体は銀シース法により製造されるが、Bi系（2212）酸化物超電導体又はBi系（2223）酸化物超電導体のいずれにも適用することができる。銀シース法においては、銀又は銀合金パイプ内に超電導物質の原料粉末を充填し、これに縮径加工を施すか、あるいは更に圧延加工を施した後、熱処理が施される。この原料粉末としては、超電導物質を構成する元素を所定のモル比で含む仮焼粉末が使用される。
【００１７】
マトリックス中のフィラメントの本数は、加工が可能な限り任意に選定することができる。しかしながら、その本数は線材の加工終了時にフィラメントの短辺部で5〜20μmの範囲となるように設計することが望ましい。この理由は、フィラメントの厚さは超電導粒子の配向に影響を及ぼし、フィラメントの径が5μm未満であると熱処理時の反応が激しく不純物が生成し易くなり、一方、20μmを越えると超電導粒子が配向しなくなるためである。
【００１８】
本発明によるBi系平角酸化物超電導体においては、銀又は銀合金からなるマトリックス中にBi系酸化物超電導フィラメントを配置した単芯又は多芯構造の平角素線の多数本が、銀又は銀合金からなるシース中にランダムに収容した後、全体が平角形状に成形されるが、平角形状は平角ダイスによる伸線加工や圧延ロールによる圧延加工によって施され、図４に示すように、導体の軸方向に垂直な断面における長辺Aと短辺Bの比が、A：B＝(10〜＞1)：1であることが好ましく、特に、A：B＝(5〜＞1)：1の範囲内にあることがより好ましい。この比の値が大きくなると、フィラメントの変形が大きくなり、フィラメントの均一性が保持できなくなることによる。
【００１９】
さらに、平角素線は、その軸方向に垂直な断面における長辺Aと短辺Bの比が、A：B＝(4〜1.5)：1であることが好ましく、特に、A：B＝(3〜2)：1の範囲内にあることがより好ましい。この比の値が大きくなると、銀又は銀合金からなるシース中に単芯又は多芯構造の平角素線の多数本を収容した後の縮径あるいは圧延加工の際に、フィラメント切れが生じ易く、また、この比の値が小さくなると、本発明による効果、即ち、扁平フィラメントによる高Jc化が達成できない。
【００２０】
マトリックスの外側に配置されるシース材には、銀又は銀合金が用いられるが、強度が必要な場合には、高純度銀に強化用元素としてAl、Mg、Mn、Sb、Ni、Zr、Cuから選択された少なくとも１種以上の元素が使用される。
【００２１】
上記の強化用元素の添加量は、総量で0.02〜1wt％の範囲であることが好ましい。この理由は、添加量が総量で0.02wt％未満であると強化の効果がなく、一方、添加量が総量で1wt％を越えると伸びが極端に減少し、割れや断線を生じ易くなるためである。
【００２２】
【実施例】
以下本発明の一実施例及び比較例について説明する。
【００２３】
実施例
外径φ26mm、内径φ22mmの純銀パイプ中に、Bi2Sr2CaCu2O8の酸化物超電導体を構成する元素を所定のモル比で含む原料粉末を充填し、これに伸線加工を施して外径φ1mmまで縮径した後、これをロール加工により長辺Aと短辺Bの比がA：B＝3：1となるように成形して多芯構造の平角素線を製造した。
【００２４】
この153本を束ねて外径φ26mm、内径φ23mmのAg−0.2wt％Mg合金パイプ中にランダムに収容し、これに伸線加工を施してφ3mmまで縮径した後、平角ダイスを用いて1.0mm×2.4mmまで伸線加工を施した。
【００２５】
このようにして製造した平角線材を所定の長さに切断し、酸素雰囲気中で最高温度850℃で120時間焼成した後、室温まで冷却してBi系平角酸化物超電導体を製造した。
【００２６】
このBi系酸化物超電導体の臨界電流密度（Jc）を4.2K、自己磁界下で測定した結果、480kA/cm2の値を示した。このときの断面写真を図1に示す。
【００２７】
比較例１
外径φ26mm、内径φ22mmの純銀パイプ中に、Bi2Sr2CaCu2O8の酸化物超電導体を構成する元素を所定のモル比で含む原料粉末を充填し、これに伸線加工を施して外径φ0.9mmまで縮径した。
【００２８】
この157本を束ねて外径φ16mm、内径φ23mmのAg−0.2wt％Mg合金パイプ中に収容し、これに伸線加工を施してφ3mmまで縮径した後、平角ダイスを用いて1.0mm×2.4mmまで伸線加工を施した。
【００２９】
このようにして製造した平角線材を所定の長さに切断し、実施例と同様の方法により焼成した後、室温まで冷却してBi系平角酸化物超電導体を製造した。
【００３０】
このBi系酸化物超電導体の臨界電流密度（Jc）を4.2K、自己磁界下で測定した結果、160kA/cm2の値を示した。このときの断面写真を図2に示す。
【００３１】
比較例２
外径φ26mm、内径φ22mmの純銀パイプ中に、Bi2Sr2CaCu2O8の酸化物超電導体を構成する元素を所定のモル比で含む原料粉末を充填し、これに伸線加工を施して外径φ1mmまで縮径した。
【００３２】
この349本を束ねて外径φ35mm、内径φ32mmのAg−0.2wt％Mg合金パイプ中に収容し、これに伸線加工を施してφ3mmまで縮径した後、平角ダイスを用いて1.0mm×2.4mmまで伸線加工を施した。
【００３３】
このようにして製造した平角線材を所定の長さに切断し、実施例と同様の方法により焼成した後、室温まで冷却してBi系平角酸化物超電導体を製造した。
【００３４】
このBi系酸化物超電導体の臨界電流密度（Jc）を4.2K、自己磁界下で測定した結果、155kA/cm2の値を示した。このときの断面写真を図3に示す。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるBi系平角酸化物超電導体は、加工工程が少なく銀比を小さくすることができることにより製造コストを低減させることができ、かつ構造が簡単である。更に、本発明によるBi系平角酸化物超電導体は、平角形状の超電導体中に扁平な形状をした超電導フィラメントの多数本をランダムに配置することができるため、各超電導フィラメントのJc値が比較的均一で、線材全体としての超電導特性を向上させることのできる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のBi系平角酸化物超電導体の一実施例を示す断面図である。
【図２】比較例のBi系平角酸化物超電導体の一実施例を示す断面図である。
【図３】他の比較例のBi系平角酸化物超電導体の一実施例を示す断面図である。
【図４】本発明における導体の軸方向に垂直な断面における長辺Aと短辺Bの比を説明する断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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