(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体又はその前駆体の粉末を金属被覆材と複合化した複合材の前記金属被覆材の外周にバリア材と金属被覆材を順次被覆してその複合材を所定の寸法まで塑性加工してバリア材付きの素線とする工程と、前記バリア材付き素線の複数を金属被覆材のパイプ内に組み込んで所定の寸法まで塑性加工して多芯線材とする工程と、その多芯線材の表面にバリア材を被覆する工程と、バリア材が被覆された多芯線材の複数を集合する工程と、集合された線材に超電導化熱処理を施す工程とを含む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】
多芯線材とする塑性加工が少なくとも１回の伸線加工を含み、得られる多芯線材における超電導体フィラメントの最大厚さ（Ｔmax ）と最小厚さ（Ｔmin ）の比（Ｔmax ／Ｔmin ）が５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】
多芯線材の複数を集合する工程が撚合加工である請求項１又は請求項２に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項４】
多芯線材の複数を集合する工程が撚合加工と成型加工である請求項１又は２に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物超電導線材、特に酸化物超電導体フィラメントとしてＢｉ−２２２３酸化物超電導体を用いた低交流損失を有する酸化物超電導線材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導線材として、Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体からなるフィラメントを銀や銀合金等の金属被覆材で分割した所謂銀シース多芯線材が知られており、これを交流用途に使用する場合、フィラメント間及びセグメント間に電気絶縁性のバリヤ材を配置することが知られている。
【０００３】
そのようなバリヤ材付の銀シース多芯線材の製造方法としては、先ず、Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体又はその前駆体の粉末を銀、銀合金等からなる金属被覆材と複合させた後、金属被覆材の外周にバリア材を被覆し、所定の寸法まで塑性加工を施してバリア材付きの素線を作製する。次に、前記バリア材付き素線の複数を銀、銀合金などからなるパイプ内に組み込んだ後、所定の寸法まで塑性加工を施し、フィラメント間にバリア材の付いた多芯のＢｉ−２２２３酸化物超電導線材を得る。次に、その多芯線材の外周にバリア材を被覆して撚合加工と成型加工を施した後、超電導化熱処理を施す方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した方法においては、バリア材付きの素線の複数を銀などのパイプ内に組み込んで所定の寸法まで塑性加工する場合、特に塑性加工に伸線加工を採用すると加工中に断線が頻繁に発生し、長尺材が得にくいという問題がある。また、素線にバリア材が存在することにより、塑性加工の過程で超電導体フィラメントの形状が大きく乱れ不均一変形が起こる。塑性加工を施すほど超電導フィラメントの厚さの不均一性が増す。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑み、塑性加工中に断線が発生したり超電導体フィラメントの形状が乱れたりする不均一変形を大幅に低減し、特性に優れたＢｉ−２２２３酸化物超電導線材を得ることを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、前記した目的は、バリヤ材付の素線の複数を集合して多芯線材とするにあたり、バリヤ材付の素線として、バリヤ材層の表面に銀、銀合金のような金属被覆材の被覆を施したものを用いることによって達成することができる。
【０００７】
すなわち、本発明は、Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体又はその前駆体の粉末を金属被覆材と複合化した複合材の前記金属被覆材の外周にバリア材と金属被覆材を順次被覆してその複合材を所定の寸法まで塑性加工してバリア材付きの素線とする工程と、前記バリア材付き素線の複数を金属被覆材のパイプ内に組み込んで所定の寸法まで塑性加工して多芯線材とする工程と、その多芯線材の外周にバリア材を被覆する工程と、バリア材が被覆された多芯線材の複数を集合する工程と、集合された線材に超電導化熱処理を施す工程とを含む製造方法を特徴とするものである。
【０００８】
このような方法によれば、素線におけるバリヤ材の層が銀などの金属被覆材でサンドイッチ状態にされるため、バリア材に塑性加工性を持たせることができ、多芯線材への塑性加工における断線及び超電導体フィラメントの乱れの発生が効果的に低減され、特性の安定した超電導線材を得ることができる。
【０００９】
塑性加工後の多芯線材における超電導体フィラメントの形状の均一性に関しては、該超電導体フィラメントの最大厚さをＴmax 、同最小厚さをＴmin とすると、その比（Ｔmax ／Ｔmin ）を５以下、例えば３以下とすることが望ましい。
【００１０】
本発明の場合、超電導体フィラメントを構成する酸化物超電導体としては、Ｂｉ−２２２３相を主相とするもので、構成成分の一部を他の成分で置換したもの、例えばＢｉの一部をＰｂで置換したものも用いることできる。また、金属被覆材としては、前記した銀、銀合金以外の金属材料でも使用可能である。
【００１１】
また、バリヤ材としては酸化チタン又は金属チタンが望ましいが、電気絶縁性の他の金属酸化物又熱処理時に酸化して電気絶縁材になり得る他の金属であっても差し支えない。バリヤ材が金属酸化物の粉末である場合、それをバリヤ材の被覆とするに当たっては当該金属酸化物の粉末を、熱処理によって分解して消失する液状の有機物質、例えばポリエステル系樹脂、ポリエステルイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂等の塗料との混合物の形で用いることができる。分解、消失のための熱処理は多くの場合、超電導化熱処理を利用できるが、それ以外の熱処理であっても差し支えない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る酸化物超電導線材の一つの実施形態を示す横断面である。図１において、７は間に酸化チタンからなるバリヤ材の層８を介して長手方向に集合された多芯線材（セグメント）を示し、夫々銀からなる金属被覆材９の中にＢｉ−２２２３酸化物超電導体からなる超電導体フィラメント１１の複数が分散配置されている。しかして、各超電導フィラメント１１は夫々銀からなる金属被覆材２、酸化チタンからなるバリヤ材３で順次被覆されているが、多芯線材（セグメント）７の作製に当たっては、図２に示すように、金属被覆材２の外周に設けられたバリア材３の上に金属被覆材４が施された素線５が用いられる。
【００１４】
バリア材３で包囲された範囲内の超電導体フィラメント１１の数は複数であってもよく、素線５として図３に示すように、酸化物超電導体又はその前駆体１、１２が金属被覆材２、２１を介して同軸多層円筒状に分離配置され、その外周にバリア材３と金属被覆材４が施されたものを用いることもできる。
【００１５】
図１に示すような構成の酸化物超電導線材は、次のような工程を経て製造される。
【００１６】
Ａ．素線の作製
まず、少なくとも１本のＢｉ−２２２３酸化物超電導体又はその前駆体１を内蔵する素線５を作製する。超電導体フィラメント１１となるＢｉ−２２２３酸化物超電導体又はその前駆体１の粉末を、所定の内径と長さを有する金属被覆材２、例えば銀製のパイプ内に充填して素材となし、その素材の表面に酸化チタンからなるバリア材３を被覆した後、それを金属被覆材４である銀製のパイプ内に挿入し、複数回の伸線加工を施して所定の外径を有するバリア材付の素線５を得る。
【００１７】
Ｂ．多芯線材の作製
次に、前記工程で得られた素線５を複数に切り分け、その所要本数、例えば７本を図２に示すように、金属被覆材、例えば銀製のパイプ６内に組み込んで多芯ビレット化した後、それに複数回の伸線加工を施して所定外径の多芯線材７を作製する。この場合、各素線５はバリア材層３の上に銀からなる金属被覆材４が被覆され、バリア材層３が金属被覆材２と４に挟まれて塑性加工性が付与された形態となっているため、伸線加工中に断線を起こすようなことがなく、超電導体フィラメント１１の形状に大きな乱れが発生することもない。加工後の多芯線材における超電導体フィラメントは、その最大厚さ（Ｔmax ）と最小厚さ（Ｔmin ）の比（Ｔmax ／Ｔmin ）が同一超電導体フィラメント内で５以下、後述する実施例では３以下のものが得られる。
【００１８】
Ｃ．集合体の作製
次に、前記工程で得られた多芯線材に夫々ツイスト加工を施した後、その表面に酸化チタンの粉末からなるバリア材の被覆を施す。このバリア材の被覆は、酸化チタンの粉末をポリエステルイミド系エナメル塗料に混合して得たコーティング材を塗布し、その被覆を乾燥させた後、その複数、例えば３本を所定のピッチで撚り合わせることにより、３本の多芯線材が集合線材に加工される。
【００１９】
次に、得られた集合線材にダイス引き、スエージャー等の公知の手段により成型加工を施して断面円形に成形する。この成型加工は１回でも複数回の繰返しでもよく、成型される断面形状も円形に限らず、矩形、長円形、三角形、六角形等であってもよい。成型加工を複数回繰返すときは、加工の途中で焼鈍処理や超電導化のための中間熱処理を施してもよい。
【００２０】
集合線材を構成する各多芯線材７は、素線に断線がなく、超電導体フィラメント１１の形状に乱れが少ないため、成型加工においても断線の発生はない。集合線材を構成する多芯線材７の表面にはバリア材の被覆が形成されているので、成型加工の際、その被覆が潤滑材として作用し、成型加工を容易にする。なお、集合体の作製は成型加工を省略し、撚合加工だけとしても差し支えない。
【００２１】
Ｄ．超電導化熱処理
超電導化熱処理は、超電導体フィラメントに超電導性を発現させるために必要な処理で、この熱処理によって超電導体フィラメント１１を構成するＢｉ−２２２３酸化物超電導体がその前駆体粉末であっても超電導体に転化され、結晶同士が結合されて超電導性を発現することになる。この場合、図１に示すように、超電導体フィラメント１１間と、少なくともセグメント（多芯線材）７間に夫々酸化チタンからなるバリア材３、８の層が存在するが、このバリア材層３及び８はセグメント７間においても密着し、電気絶縁物として有効に作用する。
【００２２】
なお、バリア材３、８として金属チタンを用いた場合でも、この超電導化熱処理によって金属チタンの層が酸化され電気絶縁物として作用することになる。
【００２３】
［実施例１］
Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体の組成としてＢｉ1.8Ｐｂ0.34Ｓｒ1.9Ｃａ2.2Ｃｕ3.1Ｏyを選定し、その前駆体粉末を用意し、それを外径１５mm、内径１３．５mm、長さ５００mmの銀製パイプ内に充填して素材を形成した後、バリア材として酸化チタンを選定し、それを前記素材の表面に被覆した。次に、その素材を外形１６mm、内径１５．２mm、長さ５００mmの銀製パイプ内に挿入し、複数回の伸線加工により外径６mmのバリア付の素線を得た。次に、その素線を複数に切り分け、その７本を外径２５mm、内径１８．２mmの銀製パイプ内に組み込んだ後、その複合材に複数回の伸線加工を施して外径２mmの多芯線材を得た。
【００２４】
外径２５mmから２mmまでの伸線加工中、バリア付の素線として最外層に銀被覆のないものを用いた場合、断線が６回発生したが、本実施例では断線の発生はなかった。また、得られた多芯線材の超電導体フィラメントについて、同一超電導体フィラメント内での厚さの均一性を超電導体フィラメントの最大厚さ（Ｔmax ）と最小厚さ（Ｔmin ）の比（Ｔmax ／Ｔmin ）でみると、バリア付の素線として最外層に銀被覆のないものを用いた場合の前記比（Ｔmax ／Ｔmin ）は８以上であったのに対し、本実施例では３以下であり、不均一変形の度合が大きく抑制されていた。
【００２５】
次に、得られた多芯線材に、酸化チタンの粉末をポリエステルイミド系エナメル塗料に１：１の割合で混合して得たコーティング材を塗布し、その被覆を乾燥させた後、その３本に撚合加工と成型加工を施して集合線材とし、得られた集合線材に所定の超電導化熱処理を施すことにより、超電導体フィラメント間及びセグメント間に酸化チタンによる電気絶縁性のバリア材が付加されたＢｉ−２２２３酸化物超電導線材を得た。
【００２６】
撚合加工及び成型加工において、バリア付の素線としてバリア材層の上に銀被覆のない素線を用いた多芯線材の場合、成型加工中に断線が２回発生したが、本実施例では断線の発生はなかった。
【００２７】
［実施例２］
実施例1の素材の代わりに、図３に示すように超電導体１と金属被覆材２、２１とが同軸多層円筒状に配置された素材を用いた以外は実施例１と同様にしてバリア材付きのＢｉ−２２２３酸化物超電導線材を得た。
【００２８】
この場合、多芯線材への伸線加工及び当該線材の撚合加工・成型加工において断線の発生は無く、前記比率（Ｔmax ／Ｔmin ）は３以下であった。これに対し、バリア付の素線として最外層に銀被覆のないものを用いた場合、伸線加工において８回、撚合加工・成型加工において２回の断線が発生し、前記比率（Ｔmax ／Ｔmin ）も７以上であった。
【００２９】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によれば、セグメントの多芯線材を構成する素線としてバリア材層の上に金属被覆材を被覆したものを用いているため、塑性加工に伸線加工を採用しても加工中に頻繁に断線が発生することを抑制でき、長尺材の作製が可能となる。また、塑性加工中に超電導体フィラメントの形状が乱れることが抑制できるので、超電導特性、特に臨界電流密度の高い酸化物超電導線材を容易に得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酸化物超電導線材の一つの実施形態を示す横断面図である。
【図２】本発明に係る製造方法の一つの実施形態における製造途中の形態を示す説明図である。
【図３】素材の別の実施形態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１  Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体又はその前駆体
２  銀からなる金属被覆材
３  バリヤ材
４  銀からなる金属被覆材
５  バリア材付の素線
６  金属被覆の一部となる銀のパイプ
７  多芯線材（セグメント）
８  バリヤ材
９  金属被覆材
１１  超電導体フィラメント
１２  Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体又はその前駆体
２１  銀からなる金属被覆材
【図１】
0004200663.tif 000002
【図２】
0004200663.tif 000003
【図３】
0004200663.tif 000004