JP5167467B2 - 超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法および超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤ - Google Patents

超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法および超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤ Download PDF

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Description

本発明は、超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法、および超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤに係り、特に、従来の超伝導薄膜線材をスリットして積層し、銀コーティングおよび銅メッキを施すことにより、最終ワイヤの形態が円形を呈して線材間の接合および巻線作業が容易である、超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法および超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤに関する。
一般に、薄膜型超伝導線材は、金属材基板、超伝導層、およびこれらの間に位置する、前記金属材基板と超伝導層間の物性差を最小化させるためのバッファ層から構成されている。
このような超伝導線材の一本のみでは１０００Ａ以上の大電流化が難しい。また、薄膜型超伝導線材は、金属材基板が前記緩衝層により安定化材として使用できないため、必須的に別途の金属材からなる安定化材と共に使用されなければならない。よって、大電流を通電させるために多数の超伝導線材を集合化して使用しており、超伝導薄膜の周辺に金属安定化材を重ねて当てて使用することが一般的である。
まず、前記超伝導線材を集合化する最も一般な方法は、超伝導線材の間を半田付けして並列に連結して使用する方法である。このような集合化された超伝導線材は、金属安定化材と半田付けすることにより接合されて使用される。すなわち、超伝導線材の集合化および金属安定化材との接合は半田付けによって実現されてきたのである。
このような半田付けによる超伝導線材間の集合化および金属安定化材との接合は、超伝導線材間の抵抗が比較的高く現れるので、超伝導体の本来の機能である永久電流の運転に支障をもたらすうえ、半田付け部位が剥離するなど、集合化された線材全体の抵抗が不均一であって電流の流れが一方に片寄り、超伝導線材の内部温度が上昇することにより超伝導状態が破れるおそれがある。
このような問題点を解決するために、従来の超伝導線材を接合する多くの技術が台頭している。たとえば、長手方向に超伝導線材を連結させるための技術（特許文献１）や、金属安定化材を超伝導体線材の外周面に電気メッキする方法を提示した技術（特許文献２）、多芯の超伝導線材のフィラメント同士の接合を改善させる方法に対する技術（特許文献３および特許文献４）、超伝導体粉末と安定化材からなるブレット(bullet)を作り、これを押し出して被覆用安定化用線材を形成させて多芯の超伝導線材を形成させる技術（特許文献５）、超伝導システムの内部に存在する常伝導部分の抵抗を減少させるために、常電導部分に超伝導線材を半田付けによって接合する技術（特許文献６）などがある。
韓国登録特許第１０−０３６０２９２号明細書 韓国登録特許第１０−０３９２５１１号明細書 韓国登録特許第１０−０３８０６３０号明細書 韓国登録特許第１０−０３９４２２９号明細書 韓国登録特許第１０−０２０１７５２号明細書 韓国公開特許第１０−２００５−００１０２２８号明細書
すなわち、このような従来の技術は、単純に超伝導線材を長手方向に連結させるか、あるいは安定化材として金属を超伝導線材の周辺に電気メッキさせるか、あるいは多芯の超伝導線材間のフィラメントを接合させるか、あるいはビレット形態の超伝導線材をさらに安定化用線材で被覆させるか、あるいは半田付けによって常電導部分の抵抗を減少させるための技術である。
したがって、前述した従来の技術は、時間または費用が多くかかるうえ、金属安定化材の結合された超伝導線材に別途の超伝導線材または他の電気的連結装置を連結させようとする場合、このような連結のために半田付けをさらに行うが、これによる熱が、既に半田付けされた部位に影響を及ぼすことにより、超伝導線材と予め半田付けされた部分に分離されて超伝導層の臨界電流を低下させるなど、永久電流の運転に多くの支障をもたらしている。
また、一般に、このような線材らは、断面四角形の線材間の接合および巻線などを行うとき、その適用が容易ではないという問題点がある。
そこで、本発明は、従来の超伝導薄膜線材をスリットして積層し、銀コーティングおよび銅メッキを施すことにより、最終ワイヤの形態が円形を呈して線材間の接合および巻線作業が容易である、超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法および超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、超伝導薄膜線材をスリットする第１段階と、前記スリットされた超伝導薄膜線材に銀コーティングを施す第２段階と、前記銀コーティングされた超伝導薄膜線材を、断面が四角形を呈するように積層する第３段階と、前記積層された超伝導薄膜線材を乱れないように固定する第４段階と、前記積層固定された超伝導薄膜線材を熱処理して銀の間を拡散接合させる第５段階と、前記超伝導薄膜線材の表面を銅メッキして断面円形の形状にする第６段階とを含んでなる、超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法およびその円形ワイヤを提供する。
また、第４段階は、前記積層された超伝導薄膜線材に銀ワイヤを螺旋状に巻き付け、あるいは前記積層された超伝導薄膜線材をスパイラル溝入りのドラムに巻線して固定させることが好ましい。
本発明は、従来の超伝導薄膜線材をスリットして積層し、銀コーティングおよび銅メッキを施すことにより、超伝導薄膜線材を構成する超伝導層を保護するとともに、最終ワイヤの断面が円形を呈して線材間の接合および巻線作業が容易であって、マグネット巻線の際に一般な銅ワイヤの如くソレノイドタイプで巻線可能なので、向後線材の応用分野が広くなるだろうと期待される効果がある。
また、スリットの際に、スリットされる線材の幅による、積層される超伝導薄膜線材の形態または個数の調節が可能であって臨界電流の調節が便利であり、それによる大電流化が可能であり、銀および銅が超伝導薄膜線材の金属安定化材の役割を果たして別途の安定化材作業を行わなくてもよいという効果がある。
本発明に係る超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法を示す模式図である。
本発明は、既存の超伝導薄膜線材を薄く縦方向にスリットして表面に銀コーティングを施した後、これを垂直に積層して銅で厚くメッキすることにより断面円形の形状にする、超伝導薄膜線材の製造方法、およびこの製造方法によって製造された円形ワイヤに関する。本発明は、従来の断面四角形の超伝導線材に比べて巻線および接合などが容易であるという利点があり、スリッティング回数の調節により大電流化が可能であるうえ、別途の安定化材作業が不要であって製作方法が簡単であるという利点がある。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図１は本発明に係る超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法を示す模式図である。
図１に示すように、本発明は、従来の超伝導薄膜線材１０をまず所定の大きさにスリットする。前記超伝導薄膜線材１０は、一般に、金属基板、バッファ層、緩衝層および超伝導層から構成される。本発明に使用される超伝導薄膜線材１０は、ＮｂＴｉやＮｂ３Ｓｎなどの金属系超伝導線材、またはＹ−１２３、Ｂｉ−２２２３、Ｂｉ−２２１２などのセラミック系高温超伝導線材である。
このような超伝導薄膜線材１０を縦方向に０．５〜２．０ｍｍの幅にスリットする。スリッティング幅は必要に応じて調節できる。スリットされた超伝導薄膜線材２０は、銀（Ａｇ）コーティングを施した後、垂直に積層して断面四角形の形状にする。銀コーティング方法は、銀ペーストに浸漬して実現する。この際、銀は超伝導層に対する安定化材の役割を果たす。ここで、積層方法は垂直に一列または多数列に積層してもよい。この際、基板の厚さが通常０．０５〜１．０ｍｍであって、前記スリットされた超伝導薄膜線材２０を約１０個〜４０個積層することができ、流そうとする電流の容量に応じてそれらを垂直および水平に多数積層する。
その後、スリットされて積層された超伝導薄膜線材３０を固定させるために、銀ワイヤ５０を積層された薄膜線材の長手方向に螺旋状に巻き付け、あるいはスパイラル溝入りのドラムに線材を巻線することができる。
前記積層固定された超伝導薄膜線材４０を４００〜６００℃で１時間〜１０時間アルゴンまたは窒素雰囲気中で熱処理する。熱処理が行われる間、積層固定された超伝導薄膜線材４０に形成された、銀コーティングされているあるいは銀ワイヤ５０で巻かれている部分が、隣り合う超伝導薄膜線材の銀の間に拡散接合が生じることにより、互いに接合される。これにより、超伝導薄膜線材が並列に多数接合されている形態をなし、積層された超伝導薄膜線材３０の個数および形態に応じて大電流化が可能になる。
前記積層されて接合された超伝導薄膜線材の表面を銅で厚くメッキすることにより、断面円形の形状にする。一方、前記銅も超伝導層の金属安定化材の役割を果たす。
このように超伝導薄膜線材は、スリットされた超伝導薄膜線材に銀コーティングを施し、これらを積層させて四角形の断面形状を有する超伝導部１００と、前記超伝導部１００の表面に銅メッキを施して断面円形の形状にする銅メッキ部２００とからなる円形ワイヤの形態をなすことにより、加工が便利であり、高温超伝導薄膜線材の場合に銀コーティングおよび銅メッキによってセラミック形態の超伝導層を保護することができるうえ、銀および銅が緩衝の役割を果たして、曲げても超伝導層が損傷しないため、超伝導線材間の接合および巻線に非常に有用に使用することができる。すなわち、マグネット巻線の際に一般銅ワイヤの如くソレノイドタイプで巻線可能であって、これから線材の応用分野が広くなるだろうと期待される。
１０ 超伝導薄膜線材
２０ スリットされた超伝導薄膜線材
３０ 積層された超伝導薄膜線材
４０ 積層固定された超伝導薄膜線材
５０ 銀ワイヤ
１００ 超伝導部
２００ 銅メッキ部

Claims (2)

  1. 超伝導薄膜線材をスリットする第１段階と、
    前記スリットされた超伝導薄膜線材に銀コーティングを施す第２段階と、
    前記銀コーティングされた超伝導薄膜線材を、断面が四角形を呈するように積層する第３段階と、
    前記積層された超伝導薄膜線材に銀ワイヤを螺旋状に巻き付ける第４段階と、
    前記積層固定された超伝導薄膜線材を熱処理して銀の間を拡散接合させる第５段階と、
    前記超伝導薄膜線材の表面を銅メッキして断面円形の形状にする第６段階とを含んでなることを特徴とする、超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤの製造方法。
  2. スリットされた超伝導薄膜線材に銀コーティングを施し、それらを積層させて四角形の断面形状を形成し、更に積層された超伝導薄膜線材に銀ワイヤが螺旋状に巻き付けられている超伝導部と、
    前記超伝導部の表面に銅メッキを施して断面円形の形状にする銅メッキ部とを含んでなることを特徴とする、超伝導薄膜線材を用いた円形ワイヤ。
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