JPH0268820A - ワイヤ又はケーブル形態の電気導線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超電導体技術に係る。近年、超電導特性を示
す材料が益々重要なものとなってきている。特に、希土
類／　Ｂ　ａ　／　Ｃｕ　／　Ｏ形式の新たな超電導材
料が発見されると、５０に以上の温度でも超電導特性を
示すので、超電導体の用途が著しく拡張されることにな
る。

本発明は、ワイヤ形態のセラミック高温超電導体より成
る成分のそれ以上の開発及び改良に関するもので、工業
用の大量生産の要求についての検討をもたらすものであ
る。

特に本発明は、形式ＲＥＢａ　　Ｃｕ　　０２３６．５
＋ｙ （ＲＥは希土類金属を示しそしてＯ＜ｙ＜１であり）又
は形式（Ｌａ、Ｂａ、５ｒ）ＣｕＯのセラミック高温超
電導体をベースとする多フィラメント導体又はシースで
覆われたワイヤより成るワイヤ又はケーブル形態の電気
導体であって、上記超電導体は、コアが金属シース内に
あって、このシースが機械的な支持体及び非常電流導体
とじて作用するように構成された電気導体に関する。

従来の技術 出発材料の粉末を作成して混合し、そしてそれらを後で
熱処理することによりＲＥＢａＣｕ０　　の超電導体を
形成することが知られてい６、５−７ る。使用する出発材料は、一般に、ＹヨＯ，／ＣｕＯ及
びＢａＯ又はＢａＣ０，である。ＢａＣ０，の場合には
、更に別のか焼プロセスによってＣＯ８を追放しなけれ
ばならない（１９８７年５月発行のｒＪａｐ、Ｊｏｕｒ
、　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＪ第２６巻
、第５号の第Ｌ７３６−Ｌ７３７頁に掲載されたＴ。

カワイ及びＭ、カナイ著の「高ＴｅＹ−Ｂａ−Ｃ１４−
０超電導体の作成（Ｆ’ｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　
ｈｉｇｈ−Ｔｅ　Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ５ｕｐｅｒｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ）Ｊ　　；　１９８７年５月発行のｒＪａ
ｐ、　Ｊｏｕｒ、　ｏｆ’　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓＪ第２６巻、第５号の第２８６５−２８６６頁に
掲載されたＹ、ヤマダ、Ｎツクシマ、Ｓ、ナカヤマ及び
Ｓ、ムラセ著の［ワイヤ形式Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ酸化物超電
導体の臨界電流密度（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃｕｒｒｅｎ
ｔｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｗｉｒｅ　ｔｙｐｅ　Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕ　ｏｘｉｄｅ　５ｕｐｅｒｃｏｎ−ｄｕｃｔｏ
ｒ）　Ｊを参照されたい）。この場合、酸素を含む雰囲
気（空気）中で、即ち、あるＯ３分圧のもとて焼結が行
なわれる。従って、周囲の焼結雰囲気は、コンパウンド
の若干超化学量論的な酸素含有物を得るように作用する
。又、細い銀のチューブ内で焼結プロセスを実行するこ
とも提案されている。銀は、酸素元素に浸透し、酸素が
拡散によってコア材料に入り込むようにする（〒２１０
川崎市幸区（株）東芝、Ｒ＋Ｄセンター、Ｈ，ヨシノ、
Ｎ、ツクシマ、Ｍニラ、Ｓ、ナカヤマ、Ｙ。

ヤマダ及びＳ、ムラセ著のｒ９０Ｋにおいてゼロ抵抗状
態及び７７Ｋにおいて電流密度５１０Ａ／ｃｍｌの超電
導ワイヤ及びコイル（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ
ｗｉｒｅ　ａｎｄ　ｃｉｏｌ　ｗｉｔｈ　ｚｅｒｏ　ｒ
ｅｓｉｓｔａｎｃｅ　５ｔａｔｅ　ａｔ９０Ｋ　ａｎｄ
　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　５１０Ａ／
ｃｆｆｌ　ａｔ　７７Ｋ）Ｊを参照されたい）。

セラミックの高温超電導体は、比較的低い臨界電流密度
について顕著なものであり、それらの一般的な使用が妨
げられる。明らかなように、超電導を作用不能にするの
に弱い磁界で充分である。

このため、例えば、電流搬送導体の自己磁界でも充分で
ある。現在入手できるセラミック材料は、この自己磁界
作用によって常に制限される。

発明の構成 従って、本発明の目的は、できるだけ高い電流搬送容量
を有すると共に、自己磁界の有害な影響が臨界電流密度
ｊ　ｃｒｉｔにはゾ抑制されるようなセラミック高温超
電導体をベースとするワイヤ又はケーブル形態の新規な
電気導体を提供するこ”とである。この導体は、大きな
まっすぐな寸法を有し且つ再現可能な物理的特性を有す
るようにして簡単に製造できねばならない。

この目的は、前記した導体において、金属シースが設け
られて、複数のフィラメントに分解された電気導線の各
フィラメントのコアは、透磁率の高い柔軟な磁気材料に
埋設されることを特徴とする電気導体によって達成され
る。

実施例 以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を
詳細に説明する。

図面全体にわたって同様の又は対応する部分が同じ参照
番号で示された添付図面を参照すれば、第１図は、最終
的な段階、即ち、圧延、鍛造、すえ込み、引っ張り等の
後のワイヤ（基本的な構造）の断面を概略的に示してい
る。参照番号１は、例えば、形式ＲＥＢａ　　Ｃｕ　　
Ｏのセラミック２３６．５＋ｙ の超電導材料のコアであり、但し、ＲＥは希土類金属で
ありモしてＯ＜ｙ＜１である。参照番号２は、タンタル
、ニオブ、バナジウム、ニッケル、等より成る拡散バリ
アであり、これは、コア材料（超電導体本体１）から出
る酸素の移動をはゾ阻止する。もちろん、拡散バリア２
は、これら元素の少なくとも２つの合金で構成されても
よい。参照番号３は、例えば、銅又は銀のチューブのよ
うな金属のシースであり、これは、幾何学形状を維持す
る機械的な支持体及び非常電流の導体として働く。参照
番号４は、コアｌ及び金属シース３を同心的に包囲する
高透磁率の柔軟な磁気材料であり、これは、通常そうで
あるように、電流を搬送する導体の自己磁界をそれ自体
に「吸引」する。

第２図は、多フィラメント導線の概略断面図である。こ
れは、第１図に対応する基本的構造を有する平行ファイ
バの束である。参照番号は、第１図と全く同じである。

個々の導体は、柔軟な磁気材料４内にしっかりと埋設さ
れる。

例１： 第１図及び第２図を参照されたい。

次の式に対応する組成を超電導材料のコア１として選択
した。

ＹＢａ、Ｃｕ、Ｏ。

このため、内径が５Ｍで外径が８Ｍ（壁厚が１．５ｍｍ
）の銅のチューブの形態の中空金属シース３の内部に２
００μｍ厚みのニッケル層を拡散バリア２として設けた
。次いで、銅のチューブに、次のような量の比を有する
粉末混合物を充填した。

１モル　　Ｙ、０゜ ３モル　　ＢａＯ １モル　　Ｂａｄ。

６モル　　ＣａＯ 柔軟な磁気材料４（この場合には、柔軟なスチール）の
プリズム状ブロックに距離１２鵬で直径８１ＴＩＩＴｌ
の穴をあけた。粉末混合物が充填されたチューブ部分を
これらの穴に挿入した。プリズム状のスチールのブロッ
クをグループ付きのロールによりその元の断面の約１／
１６に減少し、超電導材料１が充填された穴はまだ直径
が約１，２５ｎｕａであった。このようにして形成され
た直径約５０■のロッドを、引っ張りを繰り返すことに
より、直径５Ｍまで徐々に減少し、その直後にアニール
を繰り返した後、ワイヤ直径１鵬まで引っ張った。

このとき、個々のフィラメントは直径が約２５μｍとな
った。最終的な整形の後に、巻かれたワイヤを熱間イソ
スタティック加圧装置に入れ、これにアルゴンを溢れさ
せた。圧力は２００バールでありそして温度は１０時間
の間に徐々に９３０’Ｃまで上げた。この状態を４時間
保持し、次いで、多フィラメント導体を２５℃／ｈの割
合で室温まで冷却した。アニール処理により、反応性焼
結の結果として超電導コンパウンドＹ　Ｂ　ａ、Ｃｕ、
Ｏ。

が形成された。

柔軟な磁気埋設材料のない直径ＩＭのコンパクトな超電
導体と比較すると、次のようになる。

コンパクトなワイヤの電流搬送容量は約５Ａであり、こ
れは、約６００Ａ／ｃｎｆの臨界電流密度に対応する。

一方、多フィラメント導体の電流搬送容量は２ＯＡであ
り、これは、保護されない材料の電流密度の４倍に対応
する。この点について、次のような考察が考えられる。

最近の調査では、強力な磁界依存性が臨界電流を制限す
るファクタであると分かっている。電流の自己磁界Ｈが
典型的に２０エルステツドの臨界値を越えると、材料の
超電導特性が失われる。

これから明らかなように、フィラメントは電流密度ｊ　
ｃｒｉｔを搬送し、これは、半径Ｒが小さいほど大きく
なる。というのは、最大自己磁界がＨ＝ｊｃｒｉｔ・２
π／　ｃ　−Ｒだからである。これは、実験から分かっ
たものである。同様の考察から、薄いフィルムは、厚い
フィルムよりも大きな電流密度を搬送できることも分か
っている。

フィラメントの電界は、自己磁界Ｈｅと、他のフィラメ
ントの全磁界Ｈｇとで構成される。）−（ｇはケーブル
の周囲で最大となり、その点において２００エルステツ
ドとなる。磁気遮蔽により、この値は、ここに示す形状
に対し約μ１５の係数で減少される（μは磁気材料の透
磁率である）。柔軟なスチール（軟鋼）の場合には、こ
れにより、Ｈ＝　２００エルステツドに対し典型的な値
μ１５＝２０が得られ、即ち、Ｈｇがフィラメントにお
いて１０エルステツドとなる。自己磁界を計算しなけれ
ばならず、全電流２０Ａの場合に、各フィラメントは１
６ｍＡの電流を搬送する。フィラメント直径が２５μｍ
の場合には、これが４エルステツドの磁界となる。それ
故、最大磁界は、１０＋４＝１４エルステツドより大き
くなることはない。

例２ 第１図及び第２図参照。

次の式に対応する組成を超電導材料のコア１として選択
した。

ＹＢａ　　　Ｃｕ　　　Ｏイ旦し、　−０，５＜Ｘ＜０
．１２３７＋Ｘ 出発材料として酸化物の粉末を使用した。粉末混合物は
次のような量の比を有するものであった。

１モル　　Ｙ、０３ ２モル　　ＢａＯ ２モル　　Ｂａｄ。

６モル　　ＣｕＯ これは、次の式で表わされた仮定的なコンパウンドに対
応する。

Ｙ　Ｂ　ａ、Ｃｕ、　Ｏ，、。

内径が５ｍｍで外径が９ｍｍ（壁厚が２ｍｍ）で金属シ
ースとして働く銀のチューブの内部に２０μｍ厚みのタ
ンタル層を拡散バリア２として設け、次いで、内径が９
順で外径が１３ｍｍのニッケルチューブ４に挿入した。

次いで、７本のチューブを組み立てて、束（東直径約３
９ｍｍ）を形成した。

これらチューブに粉末混合物を充填し、束全体を８５０
℃のグループ付きロールにより約５ｍｍの直径に減少し
た。このプロセスにおいて、ニッケルチューブを溶接し
てコンパクトな本体を形成し、磁気材料４を形成した。

次いで、束は、中間でアニーリングをしながら引っ張り
を繰り返すことにより直径１順まで減少した。７個のこ
のような束を各々の場合にもう１度組合せて引っ張り直
径１柵にした。７個の最後の束をもう１度組合せ、約１
．４Ｍの最終直径まで引っ張った。個々のフィラメント
は直径がまだ２０μｍであった。次いで、多フィラメン
ト導体を最終的な巻き取り形態に変換し、反応焼結プロ
セスを受けた。１０００バールの酸素雰囲気中において
９２０℃の温度で８時間アニーリングを行なった。次い
で、５００℃までゆっくりと冷却を行ない、その後、室
温まで急速に冷却した。調査の結果、多フィラメント導
体の電流搬送容量は約２５００Ａ／ｃｕｔの臨界電流密
度に対応することが分かった。

これらの考察については、上記例１の説明がそのま）有
効である。

本発明は、上記した実施例に限定されるものではない。

主として、ワイヤ又はケーブル形態の電気導体は、形式
ＲＥＢａ　　Ｃｕ　　○　　（ＲＥは２３６．５＋ｙ 希土類金属を示しそしてＯ＜ｙ＜１であり）又は形式（
Ｌａ、Ｂａ、Ｓ　ｒ）２ＣｕＯ４のセラミック高温超電
導体をベースとする多フィラメント導体又はシース付き
ワイヤより成り、上記超電導体は、コアが金属シース内
にあって、このシースが機械的な支持体及び非常電流導
体として作用するように構成され、金属シースが設けら
れて、複数のフィラメントに分解された電気導線の各フ
ィラメントコアは、透磁率の高い柔軟な磁気材料に埋設
される。この磁気材料としては、Ｆｅ５Ｎｉ及び／又は
それらの合金が適当であるが、透磁率は少なくとも１０
であり、一方、磁気誘導の飽和が少なくとも０．２テス
ラでなければならない。

電気導体は、個々のコアの直径が２ないし２００μｍで
、これらのコアが連続的な柔軟な磁気材料の形態の全て
の側が閉じた共通の埋設部を有するような多フィラメン
ト導体として形成される。

酸素に対する拡散バリアが金属シースとコアとの間に組
み込まれるのが好ましい。

本発明の効果は、遮蔽しないワイヤ型又はケ−プル型高
温超電導体に比して臨界制限電流密度を４倍増加するこ
とである。又、電流搬送容量は、交流動作の場合にも、
磁気遮蔽によって実質的に増加される。

上記説明に鑑み、本発明の種々の変更や修正が明らかと
なろう。それ故、特許請求の範囲内で、上記とは異なっ
たやり方でも実施できることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ワイヤ（基本構造）の断面図、そして 第２図は、多フィラメント導体の断面図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）形式ＲＥＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿６＿．＿５＿＋＿
   ｙ（ＲＥは希土類金属を示しそして０＜ｙ＜１であり）
   又は形式（Ｌａ，Ｂａ，Ｓｒ）＿２ＣｕＯ＿４のセラミ
   ック高温超電導体をベースとする多フィラメント導体又
   はシース付きワイヤより成るワイヤ又はケーブルの形態
   の電気導体であって、上記超電導体は、コア（１）が金
   属シース（３）内にあって、このシースが機械的な支持
   体及び非常電流導体として作用するように構成された電
   気導体において、金属シース（３）が設けられて、複数
   のフィラメントに分解された電気導線の各フィラメント
   のコア（１）は、透磁率の高い柔軟な磁気材料（４）に
   埋設されることを特徴とする電気導体。
2. （２）上記磁気材料（４）は、透磁率が少なくとも１０
   で且つ磁気誘導の飽和が少なくとも０．２テスラの鉄或
   いはニッケル合金である請求項１に記載の電気導体。
3. （３）個々のコア（１）の直径が２ないし２００μｍで
   、連続する柔軟な磁気材料（４）の形態の全ての側が閉
   じた共通の埋設部をコアが有しているような多フィラメ
   ント導体として形成された請求項１に記載の電気導体。
4. （４）酸素のための拡散バリア（２）がコア（１）と金
   属シース（３）との間に配置された請求項１に記載の電
   気導体。