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    公开号:WO1990012409A1
    申请号:PCT/JP1990/000421
    申请日:1990-03-29
    公开日:1990-10-18
    发明作者:Noriki Hayashi；Satoshi Takano；Shigeru Okuda；Hajime Hitotsuyanagi
    申请人:Sumitomo Electric Industries, Ltd.；The Kansai Electric Power Co., Inc.；
    IPC主号:H01L39-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 酸化物超電導線の取扱い方法およびそれを用いた製品 技術分野
    [0004] この発明は、 酸化物超電導線の取扱い方法および酸化物 超電導線を用いたコィルのような製品に関するものである。 背景技術
    [0005] 酸化物超電導材料を、 たとえばコイルやケーブルなどの 用途に向けようとする場合、 これを長尺化するための技術 が必要である。 また、 長尺されたものは、 ある程度の可撓 性を有していなければならない。
    [0006] 上述した要件を満たし得る、 酸化物超電導材料を長尺化 する方法、 すなわちある程度の可撓性を有する酸化物超電 導線を得る方法としては、 たとえば、 可撓性を有する長尺 基材上に酸化物超電導層を形成する方法が知られている。 このとき、 酸化物超電導層を形成する方法としては、 蒸着、 スパッタ リ ング、 C V D等の気相薄膜形成方法を適用する ことができる。
    [0007] 酸化物超電導材料は、 一般に、 歪、 特に引張り歪に対し て弱く、 たとえば引張り歪が与えられると、 臨界温度、 電 流密度といつた超電導特性が著しく劣化するという欠点が あった 0
    [0008] また、 たとえば引張り歪に関して、 これが所定の大きさ を越えると、 たとえそのような引張り歪が除去されたとし ても、 引張り歪を与える前に得られていた超電導特性をも はや得ることはできなかった。 これに対して、 引張り歪が 所定の大きさを越えない場合には、 その引張り歪を除去す れば、 引張り歪を与える前に得られていた超電導特性を再 現することが可能であった。
    [0009] ところで、 前述したように、 酸化物超電導線を得るため、 可撓性を有する長尺基材上に酸化物超電導層を形成すると き、 酸化物超電導層は、 少なく とも加熱工程を通ることに よつ'て形成される。 したがって、 酸化物超電導層をその上 に形成する めに用いられる長尺基材としては、 このよう な加熱工程に耐えるとともに、 この加熱工程において酸化 物超電導雇との間で不所望な反応または拡散等が生じない 材料 構 されなければならない。 そのため、 長尺基材と しては、 たとえば、 Y S Z (イ ッ ト リア安定化ジルコニァ） が有利に用いられている。 Y S Z以外にも、 酸化物超電導 雇をその ±_に形成するための長尺基材の材料として適した ものが、 いくつかある。
    [0010] 上述のような長尺基材上に酸化物超電導層が形成された 酸化物超電導 は、 たとえば、 これをエナメル塗布のよう な次^)工程に付すための準備段階において、 あるいはこれ を出荷する段階において、 ボビンに巻取るという工程が必 要であり、 また、 酸化物超電導線を用いた製品を得ようと するとき、 たとえばコイルの場合には、 これをコイル状に 巻いた！) ケーブルの場合には、 これをたとえばパイプ状 の長尺体の表面に螺旋状に巻付けたりする工程が必要であ る。 このような酸化物超電導線の取扱いにあたっては、 そ のどれをとつてみても、 酸化物超電導線を曲げることが必 ず行なわれる。 しかしながら、 このように酸化物超電導線 を曲げたとき、 必然的に、 酸化物超電導層には、 歪が生じ ることが理解されよう。 この歪は、 前述したように、 酸化 物超電導層を構成する酸化物超電導材料の超電導特性を劣 化させる原因になることがある。
    [0011] そこで、 この発明の目的は、 酸化物超電導線を曲げると いつた工程を含む酸化物超電導線の取扱いにおいて、 上述 したような酸化物超電導層の超電導特性の劣化をできるだ け防止し得る、 酸化物超電導線の取扱い方法を提供しょう とすることである。
    [0012] また、 この発明は、 酸化物超電導線が、 そこに含まれる 酸化物超電導層の超電導特性の劣化をできるだけ防止し得 る状態で用いられた製品を提供しようとするものである。 発明の開示
    [0013] この発明は、 可撓性を有する長尺基材上に酸化物超電導 層が少なく とも加熱工程を通って形成された酸化物超電導 線の取扱い方法に向けられるものであるが、 次のような知 見に基づき成されたものである。
    [0014] 本発明者は、 前述したように、 酸化物超電導材料は、 一 般に、 歪に対して弱いという欠点があることを認識してい た。 ところが、 可撓性を有する或る種の長尺基材上に酸化 物超電導層が少なく とも加熱工程を通って形成された酸化 物超電導線を得てから、 或る方向にこれを曲げたとき、 酸 化物超電導層に必然的に歪が生じているにもかかわらず、 超電導特性がほとんど劣化しなかったり、 むしろ超電導特 性が向上する場合があることを発見した。 この原因につい て、 追及した結果、 これは、 長尺基材の熱膨張係数と酸化 物超電導層材料の熱膨張係数の差に起因していることがわ かった。 すなわち、 現在、 酸化物超電導線を得るために、 酸化物超電導雇を形成するのに適した可撓性を有する長尺 基材は、 そのほとんどが、 酸化物超電導層の熱膨張係数よ り も小さい熱膨張係数を有している。
    [0015] 第 1図を参照して、 長尺基材 1上に、 酸化物超電導層 2 が形成されるとき、 たとえば 4 0 0〜 1 0 0 0での温度の 加熱工程に付される。 所望の酸化物超電導層 2が形成され た後、 酸化物超電導層 2は、 長尺基材 1 とともに冷却され る。 この冷却中において、 長尺基材 1には、 矢印記号 3で 示すような収縮が生じ、 他方、 酸化物超電導層 2には、 矢 印記号 4で示すような収縮が生じる。 このとき、 長尺基材 1 の熱膨張係数が酸化物超電導層 2の熱膨張係数より も小 さいことを示すため、 矢印記号 3は矢印記号 4より も短く 図示されている。 したがって、 冷却後においては、 このよ うな熱膨張係数の差に基づき、 矢印 5で示すように、 酸化 物超電導雇 2には、 引張り歪が与えられる。
    [0016] この発明は、 第 1図に示すように、 長尺基材 1の熱膨張 係数が酸化物超電導層 2の材料の熱膨張係数より も小さい、 酸化物超電導線に向けられるものである。
    [0017] この発明において、 前述した技術的課題を解決するため、 酸化物超電導線の取扱いにあたっては、 曲げ中心に対して、 酸化物超電導層が内側に、 かつ長尺基材が外側に位置する ように、 酸化物超電導線が曲げられる。 再び第 1図を参照 して説明すれば、 上述したような特徴的な取扱い方法によ れば、 酸化物超電導層 2に予め与えられている矢印記号 5 で示した引張り歪は、 緩和されるようになる。
    [0018] この発明において、 長尺基材としては、 好ましく は、 テ ープ状のものが用いられる。
    [0019] また、 上述したような熱膨張係数の条件を満たし得る長 尺基材の材料と しては、 たとえば、 ジルコニァ、 アルミ ナ、 ガラス、 チタ ン、 ジルコニウム、 タ ングステン、 白金、 ク ロム、 ニッケル、 ニオブ、 モリ ブデン、 鉄、 ステンレス網 およびニッケル合金などがある。
    [0020] この発明では、 また、 上述したような酸化物超電導線を 用いた製品が提供される。 この製品において、 酸化物超電 導線は、 曲げ中心に対して、 酸化物超電導層が内側に、 力、 つ長尺基材が外側に位置するように、 曲げられた状態とさ れている。
    [0021] 上述した製品としては、 たとえば、 酸化物超電導線を用 いたコイル、 酸化物超電導線を巻取ったボビン、 長尺体の 表面に酸化物超電導線を螺旋状に巻いてなるケーブル、 な どがある。
    [0022] この発明によれば、 酸化物超電導線は、 そこに含まれる 酸化物超電導層において不可避的に残存している引張り歪 が解放されるように取扱われるので、 酸化物超電導層の超 電導特性を劣化させることが防止される。 なお、 この発明 に れば、 超電導特性の劣化を単に防止するだけではなく、 むしろ、 超電導特性の向上が期待できる場合もある。 また、 前述したように、 酸化物超電導線を曲げるとき、 酸化物超 電導層に予め与えられている引張り歪は、 緩和されるだけ でなく、 逆に圧縮歪を生じる場合もあるが、 このような圧 縮歪は、 弓 ί張り歪ほど、 超電導特性に悪影響を及ぼさず、 また、 超電導特性をより向上させる場合もあり得ることが わかっている。
    [0023] この発明において、 長尺基材として、 テープ状のものを 用いると、 酸化物超電導線を所望の方向に曲げることがよ り容易になる。
    [0024] また、 この発明にかかる取扱い方法を用いて得られたコ ィル、 ケーブルのような製品、 またはボビンのような中間 製品によれば、 酸化物超電導線が有する超電導特性を最大 限に利用することができる。
    [0025] 図面の簡単な説明
    [0026] 第 1図は、 この発明が生まれる契機となった酸化物超電 導線の製造工程における熱膨張係数の影響を示す説明図で
    [0027] <Όる。 第 2図は、 この発明の実施例 1において用いられる装置 を概略的に示す説明図である。
    [0028] 第 3図は、 第 2図に示した巻取室 8に配置されるボビン を示す正面図である。
    [0029] 第 4図は、 第 3図に示したボビン 9の卷芯 1 0に酸化物 超電導線 1 1が巻かれる状態を示す拡大断面図である。 第 5図は、 この発明の実施例 2により得られたコイル 1 8の一部を示す正面図である。
    [0030] 第 6図は、 第 5図に示したコイル 1 8に含まれる酸化物 超電導線 1 4の一部を拡大して示す断面図である。
    [0031] 発明の実施するための最良の形態
    [0032] 実施例 1
    [0033] レーザ蒸着法を用いて、 Y - B a - C u— 0系超電導物 質を、 安定化ジルコニァからなるテープ状の長尺基材 （幅 5 m m、 厚み 0 . 1 m m ) 上に、 l z mの厚みをもって成 膜した。 成膜条件は、 次のとおりである。
    [0034] 夕一ゲッ ト組成 ： Y , B a 2 C u 3 Ο χ
    [0035] 成膜温度： 7 5 0で
    [0036] ガス圧 ： 0 . 1 T o r r
    [0037] ガス ： 0 2
    [0038] レーザ波長 ： 1 9 3 n m
    [0039] エネルギ密度： 1 J / c m 2
    [0040] 第 2図に示すように、 成膜室 6において、 上述したよう な成膜を行なった後、 長尺基材の移動速度を 4 c 時と しながら、 熱処理室 7において、 得られた酸化物超電導線 の熱処理を、 9 0 0でで 1 0分間の条件で行なった。 続い て、 巻取り室 8において、 第 3図および第 4図に示すよう に、 ボビン 9の卷芯 1 0上に、 酸化物超電導線 1 1を 5夕 —ンだけ巻取った。 このとき、 第 4図に示されるように、 酸化物超電導層 1 2が内側に、 かつ長尺基材 1 3が外側に 位置するように巻取られた。 また、 巻芯 1 0の直径は 3 0 m inであった。
    [0041] このようにポビン 9に巻取られた酸化物超電導線 1 1を、 液体窒素中に浸漬し、 臨界電流を測定したところ、 5 Aで めった 0
    [0042] 比較例 1
    [0043] 上述した実施例 1 において、 ボビン 9の巻芯 1 0に酸化 物超電導線 1 1を巻取るとき、 酸化物超電導層 1 2が外側 に位置するようにした以外は実施例 1 と同じ条件で、 ボビ ン 9に巻取った酸化物超電導線 1 1の臨界電流を同じ条件 で測定したところ、 2 Aしかなかった。
    [0044] 実施例 2
    [0045] 実施例 1 と同じ長尺基材および同じ成膜条件を用いて、 酸化物超電導線を得た。 この酸化物超電導線を用いて、 次 のように、 超電導コイルを作製した。
    [0046] 第 5図に示すように、 酸化物超電導線 1 4を、 コイル 1 8の中心 1 5から半径 3 0 m mの距離となる円周上から巻 き始め、 5層まで巻いて、 コイル 1 8を作製した。 このと き、 第 6図に示すように、 酸化物超電導線 14は、 酸化物 超電導層 1 6が内側に、 かつ長尺基材 1 7が外側に位置す るように巻かれた。
    [0047] このようにして得られたコイル 18を、 液体窒素中に浸 漬し、 臨界電流を測定したところ、 23Aの値が得られた ¾ 比較例 2
    [0048] 実施例 2において、 酸化物超電導雇 16が外側になるよ うに巻いたことを除いて実施例 2と同じ条件で、 コイルを 作製し、 同じ条件で臨界電流を測定したところ、 8Aの値 しか得られなかつた。
    [0049] 比較例 3
    [0050] 実施例 1によって得られた酸化物超電導線を、 巻取るこ となく 、 適当な長さで切断して、 直線状態で、 液体窒素中 での臨界電流を測定したところ、 5. 2 Aの値が得られた < 実施例 3
    [0051] 厚さ 50 ^ πιの Y S Z (9 %Υ 2 03 添加） からなるテ ープ状の長尺基材上に、 レーザ蒸着法により、 厚さ 2 m の B a 2 C u 3 07—5からなる酸化物超電導層を形成 した。 成膜条件は、 次のとおりである。
    [0052] ターゲッ ト組成 ： Y, B a 2 C u 3 07—
    [0053] 基材温度 ： 720で
    [0054] レーザビーク出力 ： 2 J
    [0055] レ一ザパルス幅 ： 1 5 n s
    [0056] レーザ周波数： 1 0 H z 0 2 圧力 ： 0 . 0 1 T o r r
    [0057] 次に、 0 2 中で、 9 5 0てで 1時間の熱処理を施した。 得られた酸化物超電導線において、 酸化物超電導層が内 側に、 かつ長尺基材が外側に位置するように、 直径 4 0 m mまで曲げた場合、 臨界電流密度の低下は、 8 %であった 比較例 4
    [0058] 実施例 3と同様の条件で得られた酸化物超電導線におい て、 長尺基材が内側に位置するように、 同じく 直径 4 0 m mまで曲げた場合、 臨界電流密度は、 9 0 %以上の低下を 示した。
    [0059] 産業上の利用可能性
    [0060] 以上のように、 この発明に従って酸化物超電導線を取扱 えば、 酸化物超電導線に含まれる酸化物超電導層の引張り 歪が解放され、 酸化物超電導層の超電導特性を劣化させる ことなく、 酸化物超電導線を曲げることができるので、 こ の発明は、 酸化物超電導線を曲げなければならない場面に 遭遇する、 コイル、 ケーブルのような製品、 またはボビン のような中間製品の製造において有利に適用することがで きる。
    权利要求:
    Claims 請求の範囲
    1 . 可撓性を有する長尺基材上に酸化物超電導層が少 なく とも加熱工程を通って形成されたものであり、 前記長 尺基材の熱膨張係数が前記酸化物超電導層の熱膨張係数よ り も小さい、 酸化物超電導線の取扱い方法であって、
    曲げ中心に対して、 前記酸化物超電導層が内側に、 かつ 前記長尺基材が外側に位置するように、 前記酸化物超電導 層を曲げることを特徴とする、 酸化物超電導線の取扱い方 法 o
    2 . 前記長尺基材がテープ状である、 請求の範囲第 1 項に記載の酸化物超電導線の取扱い方法。
    3 . 前記長尺基材が、 ジルコニァ、 アルミ ナ、 ガラス、 チタン、 ジルコニウム、 タ ングステン、 白金、 クロム、 二 ッゲル、 ニオブ、 モリ ブデン、 鉄、 ステンレス鋼および二 ッゲル合金からなる群から選ばれた材料によつて構成され る、 請求の範囲第 1項に記載の酸化物超電導線の取扱い方 法 o
    4 . 可撓性を有する長尺基材上に酸化物超電導層が少 なく とも加熱工程を通って形成されたものであり、 前記長 尺基材の熱膨張係数が前記酸化物超電導層の熱膨張係数よ り も小さい、 酸化物超電導線を用いた製品において、 曲げ中 に対して、 前記酸化物超電導層が内側に、 かつ 前記長尺基材が外側に位置するように、 前記酸化物超電導 層が曲げられた状態とされていることを特徵とする、 酸化 物超電導線を用いた製品。
    5 . 前記長尺基材がテープ状である、 請求の範囲第 4 項に記載の酸化物超電導線を用いた製品。
    6 . 前記長尺基材が、 ジルコニァ、 アルミ ナ、 ガラス チタン、 ジルコニウム、 タングステン、 白金、 クロム、 二 ッゲル、 ニオブ、 モリプデン、 鉄、 ステンレス鋼および二 ッケル合金からなる群から選ばれた材料によつて構成され る、 請求の範囲第 4項に記載の酸化物超電導線を用いた製 口 α
    α ο
    7 . 前記製品は、 前記酸化物超電導線を用いたコイル である、 請求の範囲第 4項に記載の酸化物超電導線を用い た製 □α ο
    8 . 前記製品は、 前記酸化物超電導線を卷取ったボビ ンである、 請求の範囲第 4項に記載の酸化物超電導線を用 いた製品。
    9 . 前記製品は、 長尺体の表面に前記酸化物超電導線 を螺旋状に卷いてなるケーブルである、 請求の範囲第 4項 に記載の酸化物超電導線を用いた製品。
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