超電導線材および超電導線材の製造方法
【課題】交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度の低下を抑制する超電導線材および超電導線材の製造方法を提供する。
【解決手段】超電導線材１０は、超電導体１１と、第１のパイプ１２と、バリア部１３とを備えている。超電導体１１は、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。第１のパイプ１２は、超電導体を被覆する。バリア部１３は、第１のパイプ１２を被覆し、かつＢｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。
【解決手段】超電導線材１０は、超電導体１１と、第１のパイプ１２と、バリア部１３とを備えている。超電導体１１は、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。第１のパイプ１２は、超電導体を被覆する。バリア部１３は、第１のパイプ１２を被覆し、かつＢｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導線材および超電導線材の製造方法に関し、より特定的にはＢｉ２２２３超電導線材およびＢｉ２２２３超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビスマス（Ｂｉ）系の酸化物は１１０Ｋの高い臨界温度で超電導特性を示すことが報告され、この超電導体を利用して超電導技術の実用化が促進されている。Ｂｉ系の超電導体は、比較的安価で入手できる液体窒素中で超電導特性を示すため、実用化が期待されている。
【０００３】
Ｂｉ系の超電導体に、たとえば電力供給用の交流電流を流すためには、Ｂｉ系の超電導体を銀（Ａｇ）シースで被覆し、その銀シースを絶縁体で被覆し、その絶縁体をさらに金属で被覆するようなＢｉ系の超電導線材が用いられている。
【０００４】
このようなＢｉ系の超電導線材は、たとえば特許第３７８３５３８号（特許文献１）に開示されている。この特許文献１には、以下の方法によりＢｉ系の超電導線材が製造されることが開示されている。具体的には、まず、酸化物超電導フィラメントの原料となる粉末を成形してロッドを形成する。ロッドを銀からなる内部銀シースに挿入して銀被覆ロッドを得る。セラミックスとバインダを混合したものを銀シース上に塗布してセラミックス被覆層を形成することにより、セラミックス／銀被覆ロッドとする。複数のセラミックス／銀被覆ロッドを束ねて外部銀シースに挿入することにより多芯ビレットを形成する。その後、多芯ビレットを塑性加工で線引きして多芯丸線とする。多芯丸線に熱処理を行なうと、酸化物超電導線材を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７８３５３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の超電導線材では、絶縁体としてセラミックスを用いている。この絶縁体の加工性が悪いことを本発明者は見い出した。
【０００７】
塑性加工などをすると、絶縁体が破れる場合がある。絶縁体が破れた部分では抵抗が低下するので、超電導線材の交流損失が大きくなるという問題がある。
【０００８】
また、セラミックスは絶縁体であるので、超電導線材の端末から超電導フィラメントに電流が流れ込むためには、外周銀シースと内部銀シースとを部分的につなげるために、セラミック被覆層に破れがあることが必要である。この場合、フィラメント間の抵抗を上げることができないので、超電導線材の交流損失が大きくなるという問題がある。
【０００９】
また、塑性加工などをすると、絶縁体の加工性が悪いことに起因して、シースが破れる場合がある。シースが破れた部分を有する状態で、熱処理をすると、超電導体と絶縁体とが反応して、超電導体の臨界電流密度Ｊｃが低下するという問題が生じる。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度の低下を抑制する超電導線材および超電導線材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の超電導線材は、超電導体と、第１のパイプと、バリア部とを備えている。超電導体は、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。第１のパイプは、超電導体を被覆する。バリア部は、第１のパイプ部を被覆し、かつＢｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。
【００１２】
本発明の超電導線材によれば、バリア部に、超電導体と同じ材料であるＢｉ２２２３相を用いている。Ｂｉ２２２３相は、ＢｉとＯ（酸素）とが互いに隣接したＢｉＯ−ＢｉＯ二重層で劈開する性質を有している。このため、Ｂｉ２２２３相は、加工性が良いという特性を有している。その結果、バリア部が破れることを抑制することができる。したがって、バリア部は高抵抗を維持することができるので、交流損失の増大を抑制することができる。
【００１３】
さらに、バリア部のＢｉ２２２３相は絶縁体でなく、高抵抗体である。このため、バリア部の破れを形成しなくても、超電導線材の端末から超電導体に電流を流し込むことができる。したがって、バリア部の破れによる交流損失の増大を抑制することができる。
【００１４】
また、仮に超電導体間に位置する第１のパイプが破れてバリア部がフィラメントと接触した場合であっても、バリア部と超電導体とは構成元素が同じである。したがって、仮にバリア部と超電導体とが接触しても、不純物が形成されないので、超電導体の臨界電流密度Ｊｃが低下することを抑制することができる。
【００１５】
以上より、本発明の超電導線材は、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制することができる。
【００１６】
本発明の超電導線材の製造方法は、以下の工程を備えている。第１のパイプに、熱処理によりＢｉ２２２３相を主相とする超電導体となる原料粉末を充填する。原料粉末を充填した第１のパイプに、Ｂｉ２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物であるバリア部を形成することにより、単芯線を得る。単芯線を第２のパイプ内に配置する。原料粉末を超電導体にするための熱処理をする。
【００１７】
本発明の超電導線材の製造方法によれば、第１のパイプの外周面と第２のパイプの内周面との間に、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である粉末を充填している。Ｂｉ２２２３相は、ＢｉとＯ（酸素）とが互いに隣接したＢｉＯ−ＢｉＯ二重層で劈開する性質を有している。このため、Ｂｉ２２２３相は、加工性が良いという特性を有している。その結果、塑性加工の際に、バリア部が破れることを抑制することができる。したがって、高抵抗を維持したバリア部を形成することができるので、製造する超電導線材の交流損失の増大を抑制することができる。
【００１８】
また、Ｂｉ２２１２相を主相とする超電導体にするための熱処理の際に、原料粉末はＢｉ２２２３相へ相変態する一方、バリア部となる粉末はすでに反応が終了しているので、結晶同士が接合されない。このため、バリア部は実質的に高抵抗体として機能するので、交流損失の増大を抑制することができる。
【００１９】
また、仮に、塑性加工の際に第１のパイプが破れて、バリア部と、原料粉末または超電導体とが接触した場合、バリア部はＢｉ２２２３相への反応が終了しているため、原料粉末または超電導体の内部まで反応が進行することを抑制できる。このため、超電導体間は高抵抗となるので、交流損失の増大を抑制することができる。
【００２０】
さらに、絶縁体でなく、高抵抗体であるＢｉ２２２３相を用いてバリア部を形成している。このため、バリア部の破れを形成しなくても、超電導線材の端末から超電導体に電流を流し込むことができる。したがって、バリア部の破れによる交流損失の増大を抑制することができる。
【００２１】
また、仮に塑性加工の際に超電導体間に位置する第１のパイプが破れてバリア部がフィラメントと接触した場合であっても、バリア部と超電導体とは構成元素が同じである。したがって、バリア部と超電導体とが接触しても、不純物が形成されないので、超電導体の臨界電流密度Ｊｃが低下することを抑制することができる。
【００２２】
以上より、本発明の超電導線材の製造方法によれば、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制する超電導線材を製造することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の超電導線材および超電導線材の製造方法によれば、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態における超電導線材を概略的に示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】比較例の超電導線材を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態における超電導線材の効果を説明するための模式図であり、図１における線分ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２６】
図１を参照して、本発明の実施の形態における超電導線材１０を説明する。図１に示すように、実施の形態における超電導線材１０は、長手方向に延びる複数本の超電導体（フィラメント）１１と、第１のパイプ（シース部）１２と、バリア部１３と、第２のパイプ１４とを備えている。第１のパイプ１２は、複数本の超電導体１１と接触して、複数本の超電導体１１の外表面を被覆している。バリア部１３は、第１のパイプ１２と接触して、第１のパイプ１２の外表面を被覆している。第２のパイプ１４は、バリア部１３に接触して、バリア部１３を被覆している。
【００２７】
なお、上記「外表面」とは、超電導線材１０の延びる方向におけるそれぞれの表面を意味する。
【００２８】
超電導線材１０は、テープ状に延びる線材である。超電導体１１、第１のパイプ１２、バリア部１３および第２のパイプ１４は所定の方向に延びるように偏平形状に形成されている。
【００２９】
複数本の超電導体１１の各々の材質は、（ビスマスと鉛（Ｐｂ））：ストロンチウム（Ｓｒ）：カルシウム（Ｃａ）：銅（Ｃｕ）の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。なお、上記「主相」とは、超電導体１１においてＢｉ２２２３相が６０％以上含まれていることを意味する。
【００３０】
第１および第２のパイプ１２、１４の材質は、たとえば銀や銀合金などの金属よりなっていることが好ましい。
【００３１】
バリア部１３は、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。なお、上記「主相」とは、バリア部１３においてＢｉ２２２３相が９０％以上含まれていることを意味する。つまり、バリア部１３は、超電導体１１と同様の材質よりなる。ただし、バリア部１３内は各結晶のつながりが悪い。つまり、バリア部１３内は結晶同士の電気的な接触が小さい。このため、バリア部１３は、超電導体１１の運転温度において実質的に高抵抗体となる。つまり、超電導体１１は長手方向に臨界電流以下ではゼロ抵抗で電流が流れるが、バリア部１３は抵抗が発生する。たとえば、バリア部１３は、第１のパイプ１２の比抵抗の１０倍以上、好ましくは１００倍以上の比抵抗を有している。
【００３２】
続いて、図１および図２を参照して、本実施の形態における超電導線材１０の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、図２を参照して、熱処理によりＢｉ２２２３相を主相とする超電導体となる原料粉末を準備する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、Ｂｉ２２１２相（（ＢｉＰｂ）2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯZまたはＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯZ）を主相とし、残部がＢｉ２２２３相（（ＢｉＰｂ）2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3ＯZ相）と、Ｃａ原子、Ｃｕ原子などを含む非超電導相とである原料粉末を準備する。非超電導相としては、たとえば（ＣａＳｒ）2ＰｂＯ4、（ＣａＳｒ）14Ｃｕ24Ｏx等の化合物を含む混相を用いることができる。
【００３４】
次に、第１のパイプ１２に、準備した原料粉末を充填する（ステップＳ２）。第１のパイプ１２は特に限定されないが、加工性が良いこと、超電導体１１との反応性が低いこと、およびクエンチ現象による発熱を速やかに取り去ることができる観点から、第１のパイプ１２は熱伝導率の高い銀や銀合金を用いることが好ましく、銀を用いることがより好ましい。
【００３５】
また、このステップＳ２では、たとえば充填密度を１．０ｇ／ｃｍ3以上２．０ｇ／ｃｍ3以下として、第１のパイプ１２に原料粉末を充填する。
【００３６】
次に、原料粉末を充填した第１のパイプ１２を塑性加工する（ステップＳ３）。これにより、原料粉末と、この原料粉末を被覆した第１のパイプ１２とを備えた長尺の単芯セグメントが得られる。
【００３７】
次に、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である粉末を準備する（ステップＳ４）。この粉末は、バリア部１３となる。
【００３８】
具体的には、上述したステップＳ１で準備する原料粉末と同様の粉末を準備する。この粉末を、たとえば大気圧で、８００℃以上９００℃以下の温度で熱処理する。これにより、Ｂｉ２２１２相が結晶成長し、Ｂｉ２２２３相に相変態させることができる。その結果、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である粉末を準備することができる。なお、熱処理によって粉末のＢｉ２２１２相がＢｉ２２２３相に変わりきらないため、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の元素比がほぼ２：２：１：２よりなるＢｉ２２１２相を含む場合もある。
【００３９】
なお、Ｂｉ２２１２相から相変態させて得られたＢｉ２２２３相を主相とする粉末を、さらに微粉化してもよい。
【００４０】
次に、原料粉末を充填した第１のパイプ１２に、Ｂｉ２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物であるバリア部を形成することにより、単芯線（バリア部１３を形成した単芯セグメント）を得る（ステップＳ５）。このステップＳ５では、たとえば、ステップＳ３で得られた単芯セグメントに、ステップＳ４で準備した粉末を、押出し、または、ディップコートなどの方法により、バリア部１３を形成できる。なお、バリア部１３を形成するために、結合剤等の添加剤を用いてもよい。
【００４１】
次に、単芯線（単芯セグメント）を複数本束ねて、第２のパイプ１４内に充填して、多芯ビレットを形成する（ステップＳ６）。
【００４２】
ステップＳ５またはＳ６では、バリア部１３を形成するための添加剤を熱分解処理により、除去する。
【００４３】
次に、多芯ビレットを塑性加工して、線材化（テープ線、または丸線）にし、テープ線にする前にツイスト加工する（ステップＳ７）。
【００４４】
次に、線材に熱処理を加えて、原料粉末からＢｉ２２２３相にする（ステップＳ８）。このステップＳ８では、原料粉末の全てをＢｉ２２２３相にせずに、Ｂｉ２２１２層と非超電導相とが残った状態で留めておく。
【００４５】
次に、線材に圧縮加工を加えて、超電導体の密度を高める（ステップＳ９）。
次に、熱処理をして、ステップＳ８で残ったＢｉ２２１２層をＢｉ２２２３相にし、原料粉末内のＢｉ２２２３結晶を接合する（ステップＳ１０）。これにより、原料粉末を超電導体１１にすることができる。
【００４６】
ステップＳ８およびＳ１０では、バリア部１３を構成する粉末は既に反応が終了しているので、部分溶融が起こりにくい。このため、バリア部１３内では、超電導結晶ではあるが、各結晶のつながりが非常に悪い。つまり、ステップＳ８およびＳ１０でバリア部１３は反応せず、粒同士が繋がらないので、バリア部１３は高抵抗となる。熱処理（ステップＳ８およびＳ１０）後のバリア部１３の比抵抗は、液体窒素中で、銀の約１０倍以上であるという知見を本発明者は得ている。
【００４７】
なお、熱処理をするステップＳ１０後に、さらに塑性加工および熱処理（２次熱処理）を施してもよい。
【００４８】
以上の工程（Ｓ１〜Ｓ１０）を実施することにより、図１に示す超電導線材１０を製造することができる。
【００４９】
続いて、図３および図４を参照して、本実施の形態における超電導線材１０およびその製造方法の効果について説明する。
【００５０】
まず、図３を参照して、比較例の超電導線材１００およびその製造方法を説明する。図３に示す比較例の超電導線材１００およびその製造方法は、バリア部１１３が上記特許文献１に開示のセラミックスである点において、本実施の形態と異なる。
【００５１】
比較例の超電導線材１００では、超電導体１１の周囲に配置されたバリア部１１３の加工性が悪い。このため、その後の塑性加工（ステップＳ７）、圧縮加工（ステップＳ９）などを実施すると、図３に示すように、バリア部１１３が破れてしまう部分１１３ａが生じる。この部分１１３ａでは、抵抗が低下するので、超電導線材１００の交流損失が大きくなってしまう。
【００５２】
また、バリア部１１３の厚みの大きい部分では、超電導体１１を被覆している第１のパイプ１２が圧縮される。このため、その後の塑性加工（ステップＳ７）、圧縮加工（ステップＳ９）などを実施すると、図３に示すように、第１のパイプ１２が破れる部分１２ａが生じる。第１のパイプ１２が破れた状態で、熱処理（ステップＳ８、Ｓ１０）を実施すると、超電導体１１（または原料粉末）とバリア部１１３とが接触し、超電導体１１を構成するＢｉ２２２３相の純度が低下する。このため、超電導体１１の臨界電流密度Ｊｃが低下するという問題が生じる。
【００５３】
一方、本実施の形態では、バリア部１３にＢｉ２２２３相を用いている。Ｂｉ２２２３は、ＢｉとＯ（酸素）とが互いに隣接したＢｉＯ−ＢｉＯ二重層で劈開する性質を有している。このため、Ｂｉ２２２３相は、加工性が良いという特性を有している。これにより、バリア部１３が破れることを抑制して、薄く加工することができる。このため、隣り合う超電導体１１の間に高抵抗を維持したバリア部１３を形成することができる。この場合、交流磁場に曝されたときに電磁誘導によって超電導体１１間に流れる結合電流を速やかに減衰させることができる。したがって、超電導線材１０の交流損失の増大を抑制することができる。
【００５４】
また、Ｂｉ２２１２相を主相とする超電導体にするための熱処理（ステップＳ８）の際に、超電導体１１の原料粉末はＢｉ２２２３相へ相変態する一方、バリア部１３となる粉末はすでに反応が終了しているので、結晶同士が接合されない。このため、バリア部１３は実質的に高抵抗体として機能するので、交流損失の増大を抑制することができる。
【００５５】
さらに、絶縁体でなく、高抵抗体であるＢｉ２２２３相を用いてバリア部１３を形成している。このため、バリア部１３の破れを形成しなくても、超電導線材１０の端末から超電導体１１に電流を流し込むことができる。したがって、バリア部１３の破れによる交流損失の増大を抑制することができる。
【００５６】
また、Ｂｉ２２２３相を含む粉末を充填した（ステップＳ６）後に、塑性加工（ステップＳ７）、圧縮加工（ステップＳ９）などを実施すると、第１のパイプ１２が破れることを抑制できる。このため、超電導体１１の臨界電流密度Ｊｃが低下することを抑制できる。
【００５７】
また、仮に超電導体間に位置する第１のパイプ１２が破れてバリア部１３がフィラメントと接触した場合であっても、バリア部１３と超電導体１１とは構成元素が同じである。したがって、仮にバリア部１３と超電導体１１とが接触しても、不純物が形成されないので、超電導体の臨界電流密度Ｊｃが低下することを抑制することができる。
【００５８】
以上より、本実施の形態の超電導線材１０の製造方法によれば、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制する超電導線材を製造することができる。
【実施例】
【００５９】
本実施例では、Ｂｉ２２２３相を主相とするバリア部を形成することによる効果について調べた。
【００６０】
（本発明例１）
本発明例１では、基本的には上述した実施の形態における超電導線材の製造方法に従った。具体的には、まず、Ｂｉ−２２１２、Ｃａ2ＰｂＯ4、Ｃａ2ＣｕＯ3、（Ｃａ，Ｓｒ）14Ｃｕ24Ｏ41からなる原料粉末を準備した（ステップＳ１）。
【００６１】
次に、原料粉末を第１のパイプ１２に充填した（ステップＳ２）。第１のパイプ１２は、銀を用いた。また、第１のパイプは、３６ｍｍφの外径と、３２ｍｍφの内径とを有していた。
【００６２】
次に、原料粉末を充填した第１のパイプを、外径が４ｍｍφとなるように、伸線加工した（ステップＳ３）。この伸線加工された第１のパイプを切断して、３７本の単芯線を準備した。
【００６３】
次に、バリア部１３となるべきＢｉ２２２３相を含む粉末を準備した（ステップＳ４）。このステップＳ４では、ステップＳ１の原料粉末と同様の粉末を準備し、８４０℃、５０時間、酸素濃度８％の条件で熱処理を行ない、粉砕混合した後に、同じ条件で２回目の熱処理を行なった。これにより、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である粉末を準備した。
【００６４】
次に、第１のパイプ１２にステップＳ４で準備した粉末を押出法により、形成した（ステップＳ５）。これにより、バリア部１３を形成した。
【００６５】
次に、バリア部１３を形成した３７本の第１のパイプ１２を、第２のパイプ１４に充填した（ステップＳ６）。第２のパイプ１４は銀を用いた。また、第２のパイプ１４は、３６ｍｍφの外径と、３０ｍｍφの内径とを有していた。
【００６６】
次に、ステップＳ５の第２のパイプを外径が１．０ｍｍで、かつツイストピッチが７ｍｍになるように伸線加工し、厚さが０．２２ｍｍで、ツイストピッチが１０ｍｍになるように圧延（ステップＳ７）をした。
【００６７】
次に、熱処理をした（ステップＳ８）。熱処理の条件は、窒素−８％酸素混合気流中において８３５℃、２０時間であった。
【００６８】
次に、圧縮加工をした（ステップＳ９）。圧縮加工の条件は、圧下率６％であった。
次に、熱処理をした（ステップＳ１０）。熱処理の条件は、全圧３０ＭＰａ、酸素分圧８ｋＰａの高温高圧雰囲気中で８３５℃、５０時間であった。これにより、本発明例１の超電導線材１０を製造した。
【００６９】
（比較例１）
比較例１の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例１と同様であったが、バリア部１３を形成しなかった点において異なっていた。つまり、バリア部となるべきＢｉ２２２３相を含む粉末を準備するステップＳ４およびバリア部を形成するステップＳ５を実施せず、第２のパイプ１４にステップＳ３の３７本の第１のパイプ１２のみを充填した。
【００７０】
（比較例２）
比較例２の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例１と同様であったが、ＳｒＣＯ3よりなるバリア部を形成した点において異なっていた。つまり、バリア部となるべきＢｉ２２２３相を含む粉末を準備するステップＳ４の代わりにＳｒＣＯ3よりなる粉末を準備し、バリア部を形成するステップＳ５では、ＳｒＣＯ3よりなるバリア部を形成した。
【００７１】
（測定方法）
本発明例１、比較例１および比較例２の超電導線材について、超電導体の接触数と、交流損失と、臨界電流密度Ｊｃとを測定した。これらの結果を下記の表１に示す。
【００７２】
超電導体の接触数は、それぞれの超電導線材の長手方向に直交する１０箇所の断面において、第１のパイプが破れることによる、バリア部がない場合には隣り合う超電導体同士が接触する数、バリア部がある場合には超電導体とバリア部とが接触する数を測定し、１断面当たりの平均の数を求めた。
【００７３】
交流損失は、それぞれの超電導線材に磁場振幅０．２Ｔで、周波数５０Ｈｚ、テープ面に垂直な交流外部磁界を印加して、磁化法で測定した。交流損失は、次に示す臨界電流Ｉｃで規格化した。
【００７４】
臨界電流Ｉｃは、それぞれの超電導線材から長さ１０ｃｍの試料を切出し、直流４端子法によって液体窒素温度（約７７Ｋ）における外部磁場０Ｔ下で測定した。臨界電流密度Ｊｃは、測定した臨界電流Ｉｃを３７本の超電導体の合計断面積で割って求めた。
【００７５】
【表１】
【００７６】
（測定結果）
表１に示すように、バリア部にＢｉ２２２３相を用いた本発明例１は、８ｍＷ／Ａ・ｍの低い交流損失であった。このことから、バリア部の加工性が良好であったことがわかった。
【００７７】
また、バリア部にＢｉ２２２３相を用いた本発明例１は、４１０Ａ／ｍｍ2の臨界電流密度を維持できた。第１のパイプが破れて超電導体１１とバリア部１３とが接触していたものの、バリア部１３を設けなかった比較例１とほぼ同様の高い臨界電流密度Ｊｃを維持できた。このことから、バリア部１３を超電導体１１と同じＢｉ２２２３相を用いたことにより、バリア部１３と超電導体１１（原料粉末）との反応を抑制できたため、臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制でできることがわかった。
【００７８】
一方、バリア部を形成しなかった比較例１の超電導線材では、臨界電流密度Ｊｃは高かったものの、交流損失が非常に高かった。
【００７９】
また、バリア部としてＳｒＣＯ3を用いた比較例２の超電導線材では、交流損失が比較例１よりも低かったものの、本発明例１よりも高かった。このことから、バリア部を形成することで、交流損失の増大を多少抑制できるものの、バリア部に加工性の悪い材質を用いると、交流損失の増大を十分に抑制できないことがわかった。
【００８０】
また、バリア部としてＳｒＣＯ3を用いた比較例２の超電導線材では、本発明例１よりも臨界電流密度Ｊｃが非常に低かった。このことから、第１のパイプが破れた部分では、超電導体とバリア部とが反応して、超電導体のＢｉ２２２３相の純度が低下したことがわかった。
【００８１】
以上より、本実施例によれば、Ｂｉ２２２３相を主相とするバリア部を形成することにより、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制する超電導線材を実現することができることが確認できた。
【００８２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 超電導線材、１１ 超電導体、１２ 第１のパイプ、１２ａ，１７ 部分、１３ バリア部、１４ 第２のパイプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導線材および超電導線材の製造方法に関し、より特定的にはＢｉ２２２３超電導線材およびＢｉ２２２３超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビスマス（Ｂｉ）系の酸化物は１１０Ｋの高い臨界温度で超電導特性を示すことが報告され、この超電導体を利用して超電導技術の実用化が促進されている。Ｂｉ系の超電導体は、比較的安価で入手できる液体窒素中で超電導特性を示すため、実用化が期待されている。
【０００３】
Ｂｉ系の超電導体に、たとえば電力供給用の交流電流を流すためには、Ｂｉ系の超電導体を銀（Ａｇ）シースで被覆し、その銀シースを絶縁体で被覆し、その絶縁体をさらに金属で被覆するようなＢｉ系の超電導線材が用いられている。
【０００４】
このようなＢｉ系の超電導線材は、たとえば特許第３７８３５３８号（特許文献１）に開示されている。この特許文献１には、以下の方法によりＢｉ系の超電導線材が製造されることが開示されている。具体的には、まず、酸化物超電導フィラメントの原料となる粉末を成形してロッドを形成する。ロッドを銀からなる内部銀シースに挿入して銀被覆ロッドを得る。セラミックスとバインダを混合したものを銀シース上に塗布してセラミックス被覆層を形成することにより、セラミックス／銀被覆ロッドとする。複数のセラミックス／銀被覆ロッドを束ねて外部銀シースに挿入することにより多芯ビレットを形成する。その後、多芯ビレットを塑性加工で線引きして多芯丸線とする。多芯丸線に熱処理を行なうと、酸化物超電導線材を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７８３５３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の超電導線材では、絶縁体としてセラミックスを用いている。この絶縁体の加工性が悪いことを本発明者は見い出した。
【０００７】
塑性加工などをすると、絶縁体が破れる場合がある。絶縁体が破れた部分では抵抗が低下するので、超電導線材の交流損失が大きくなるという問題がある。
【０００８】
また、セラミックスは絶縁体であるので、超電導線材の端末から超電導フィラメントに電流が流れ込むためには、外周銀シースと内部銀シースとを部分的につなげるために、セラミック被覆層に破れがあることが必要である。この場合、フィラメント間の抵抗を上げることができないので、超電導線材の交流損失が大きくなるという問題がある。
【０００９】
また、塑性加工などをすると、絶縁体の加工性が悪いことに起因して、シースが破れる場合がある。シースが破れた部分を有する状態で、熱処理をすると、超電導体と絶縁体とが反応して、超電導体の臨界電流密度Ｊｃが低下するという問題が生じる。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度の低下を抑制する超電導線材および超電導線材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の超電導線材は、超電導体と、第１のパイプと、バリア部とを備えている。超電導体は、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。第１のパイプは、超電導体を被覆する。バリア部は、第１のパイプ部を被覆し、かつＢｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。
【００１２】
本発明の超電導線材によれば、バリア部に、超電導体と同じ材料であるＢｉ２２２３相を用いている。Ｂｉ２２２３相は、ＢｉとＯ（酸素）とが互いに隣接したＢｉＯ−ＢｉＯ二重層で劈開する性質を有している。このため、Ｂｉ２２２３相は、加工性が良いという特性を有している。その結果、バリア部が破れることを抑制することができる。したがって、バリア部は高抵抗を維持することができるので、交流損失の増大を抑制することができる。
【００１３】
さらに、バリア部のＢｉ２２２３相は絶縁体でなく、高抵抗体である。このため、バリア部の破れを形成しなくても、超電導線材の端末から超電導体に電流を流し込むことができる。したがって、バリア部の破れによる交流損失の増大を抑制することができる。
【００１４】
また、仮に超電導体間に位置する第１のパイプが破れてバリア部がフィラメントと接触した場合であっても、バリア部と超電導体とは構成元素が同じである。したがって、仮にバリア部と超電導体とが接触しても、不純物が形成されないので、超電導体の臨界電流密度Ｊｃが低下することを抑制することができる。
【００１５】
以上より、本発明の超電導線材は、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制することができる。
【００１６】
本発明の超電導線材の製造方法は、以下の工程を備えている。第１のパイプに、熱処理によりＢｉ２２２３相を主相とする超電導体となる原料粉末を充填する。原料粉末を充填した第１のパイプに、Ｂｉ２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物であるバリア部を形成することにより、単芯線を得る。単芯線を第２のパイプ内に配置する。原料粉末を超電導体にするための熱処理をする。
【００１７】
本発明の超電導線材の製造方法によれば、第１のパイプの外周面と第２のパイプの内周面との間に、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である粉末を充填している。Ｂｉ２２２３相は、ＢｉとＯ（酸素）とが互いに隣接したＢｉＯ−ＢｉＯ二重層で劈開する性質を有している。このため、Ｂｉ２２２３相は、加工性が良いという特性を有している。その結果、塑性加工の際に、バリア部が破れることを抑制することができる。したがって、高抵抗を維持したバリア部を形成することができるので、製造する超電導線材の交流損失の増大を抑制することができる。
【００１８】
また、Ｂｉ２２１２相を主相とする超電導体にするための熱処理の際に、原料粉末はＢｉ２２２３相へ相変態する一方、バリア部となる粉末はすでに反応が終了しているので、結晶同士が接合されない。このため、バリア部は実質的に高抵抗体として機能するので、交流損失の増大を抑制することができる。
【００１９】
また、仮に、塑性加工の際に第１のパイプが破れて、バリア部と、原料粉末または超電導体とが接触した場合、バリア部はＢｉ２２２３相への反応が終了しているため、原料粉末または超電導体の内部まで反応が進行することを抑制できる。このため、超電導体間は高抵抗となるので、交流損失の増大を抑制することができる。
【００２０】
さらに、絶縁体でなく、高抵抗体であるＢｉ２２２３相を用いてバリア部を形成している。このため、バリア部の破れを形成しなくても、超電導線材の端末から超電導体に電流を流し込むことができる。したがって、バリア部の破れによる交流損失の増大を抑制することができる。
【００２１】
また、仮に塑性加工の際に超電導体間に位置する第１のパイプが破れてバリア部がフィラメントと接触した場合であっても、バリア部と超電導体とは構成元素が同じである。したがって、バリア部と超電導体とが接触しても、不純物が形成されないので、超電導体の臨界電流密度Ｊｃが低下することを抑制することができる。
【００２２】
以上より、本発明の超電導線材の製造方法によれば、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制する超電導線材を製造することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の超電導線材および超電導線材の製造方法によれば、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態における超電導線材を概略的に示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】比較例の超電導線材を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態における超電導線材の効果を説明するための模式図であり、図１における線分ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２６】
図１を参照して、本発明の実施の形態における超電導線材１０を説明する。図１に示すように、実施の形態における超電導線材１０は、長手方向に延びる複数本の超電導体（フィラメント）１１と、第１のパイプ（シース部）１２と、バリア部１３と、第２のパイプ１４とを備えている。第１のパイプ１２は、複数本の超電導体１１と接触して、複数本の超電導体１１の外表面を被覆している。バリア部１３は、第１のパイプ１２と接触して、第１のパイプ１２の外表面を被覆している。第２のパイプ１４は、バリア部１３に接触して、バリア部１３を被覆している。
【００２７】
なお、上記「外表面」とは、超電導線材１０の延びる方向におけるそれぞれの表面を意味する。
【００２８】
超電導線材１０は、テープ状に延びる線材である。超電導体１１、第１のパイプ１２、バリア部１３および第２のパイプ１４は所定の方向に延びるように偏平形状に形成されている。
【００２９】
複数本の超電導体１１の各々の材質は、（ビスマスと鉛（Ｐｂ））：ストロンチウム（Ｓｒ）：カルシウム（Ｃａ）：銅（Ｃｕ）の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。なお、上記「主相」とは、超電導体１１においてＢｉ２２２３相が６０％以上含まれていることを意味する。
【００３０】
第１および第２のパイプ１２、１４の材質は、たとえば銀や銀合金などの金属よりなっていることが好ましい。
【００３１】
バリア部１３は、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である。なお、上記「主相」とは、バリア部１３においてＢｉ２２２３相が９０％以上含まれていることを意味する。つまり、バリア部１３は、超電導体１１と同様の材質よりなる。ただし、バリア部１３内は各結晶のつながりが悪い。つまり、バリア部１３内は結晶同士の電気的な接触が小さい。このため、バリア部１３は、超電導体１１の運転温度において実質的に高抵抗体となる。つまり、超電導体１１は長手方向に臨界電流以下ではゼロ抵抗で電流が流れるが、バリア部１３は抵抗が発生する。たとえば、バリア部１３は、第１のパイプ１２の比抵抗の１０倍以上、好ましくは１００倍以上の比抵抗を有している。
【００３２】
続いて、図１および図２を参照して、本実施の形態における超電導線材１０の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、図２を参照して、熱処理によりＢｉ２２２３相を主相とする超電導体となる原料粉末を準備する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、Ｂｉ２２１２相（（ＢｉＰｂ）2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯZまたはＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯZ）を主相とし、残部がＢｉ２２２３相（（ＢｉＰｂ）2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3ＯZ相）と、Ｃａ原子、Ｃｕ原子などを含む非超電導相とである原料粉末を準備する。非超電導相としては、たとえば（ＣａＳｒ）2ＰｂＯ4、（ＣａＳｒ）14Ｃｕ24Ｏx等の化合物を含む混相を用いることができる。
【００３４】
次に、第１のパイプ１２に、準備した原料粉末を充填する（ステップＳ２）。第１のパイプ１２は特に限定されないが、加工性が良いこと、超電導体１１との反応性が低いこと、およびクエンチ現象による発熱を速やかに取り去ることができる観点から、第１のパイプ１２は熱伝導率の高い銀や銀合金を用いることが好ましく、銀を用いることがより好ましい。
【００３５】
また、このステップＳ２では、たとえば充填密度を１．０ｇ／ｃｍ3以上２．０ｇ／ｃｍ3以下として、第１のパイプ１２に原料粉末を充填する。
【００３６】
次に、原料粉末を充填した第１のパイプ１２を塑性加工する（ステップＳ３）。これにより、原料粉末と、この原料粉末を被覆した第１のパイプ１２とを備えた長尺の単芯セグメントが得られる。
【００３７】
次に、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である粉末を準備する（ステップＳ４）。この粉末は、バリア部１３となる。
【００３８】
具体的には、上述したステップＳ１で準備する原料粉末と同様の粉末を準備する。この粉末を、たとえば大気圧で、８００℃以上９００℃以下の温度で熱処理する。これにより、Ｂｉ２２１２相が結晶成長し、Ｂｉ２２２３相に相変態させることができる。その結果、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である粉末を準備することができる。なお、熱処理によって粉末のＢｉ２２１２相がＢｉ２２２３相に変わりきらないため、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の元素比がほぼ２：２：１：２よりなるＢｉ２２１２相を含む場合もある。
【００３９】
なお、Ｂｉ２２１２相から相変態させて得られたＢｉ２２２３相を主相とする粉末を、さらに微粉化してもよい。
【００４０】
次に、原料粉末を充填した第１のパイプ１２に、Ｂｉ２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物であるバリア部を形成することにより、単芯線（バリア部１３を形成した単芯セグメント）を得る（ステップＳ５）。このステップＳ５では、たとえば、ステップＳ３で得られた単芯セグメントに、ステップＳ４で準備した粉末を、押出し、または、ディップコートなどの方法により、バリア部１３を形成できる。なお、バリア部１３を形成するために、結合剤等の添加剤を用いてもよい。
【００４１】
次に、単芯線（単芯セグメント）を複数本束ねて、第２のパイプ１４内に充填して、多芯ビレットを形成する（ステップＳ６）。
【００４２】
ステップＳ５またはＳ６では、バリア部１３を形成するための添加剤を熱分解処理により、除去する。
【００４３】
次に、多芯ビレットを塑性加工して、線材化（テープ線、または丸線）にし、テープ線にする前にツイスト加工する（ステップＳ７）。
【００４４】
次に、線材に熱処理を加えて、原料粉末からＢｉ２２２３相にする（ステップＳ８）。このステップＳ８では、原料粉末の全てをＢｉ２２２３相にせずに、Ｂｉ２２１２層と非超電導相とが残った状態で留めておく。
【００４５】
次に、線材に圧縮加工を加えて、超電導体の密度を高める（ステップＳ９）。
次に、熱処理をして、ステップＳ８で残ったＢｉ２２１２層をＢｉ２２２３相にし、原料粉末内のＢｉ２２２３結晶を接合する（ステップＳ１０）。これにより、原料粉末を超電導体１１にすることができる。
【００４６】
ステップＳ８およびＳ１０では、バリア部１３を構成する粉末は既に反応が終了しているので、部分溶融が起こりにくい。このため、バリア部１３内では、超電導結晶ではあるが、各結晶のつながりが非常に悪い。つまり、ステップＳ８およびＳ１０でバリア部１３は反応せず、粒同士が繋がらないので、バリア部１３は高抵抗となる。熱処理（ステップＳ８およびＳ１０）後のバリア部１３の比抵抗は、液体窒素中で、銀の約１０倍以上であるという知見を本発明者は得ている。
【００４７】
なお、熱処理をするステップＳ１０後に、さらに塑性加工および熱処理（２次熱処理）を施してもよい。
【００４８】
以上の工程（Ｓ１〜Ｓ１０）を実施することにより、図１に示す超電導線材１０を製造することができる。
【００４９】
続いて、図３および図４を参照して、本実施の形態における超電導線材１０およびその製造方法の効果について説明する。
【００５０】
まず、図３を参照して、比較例の超電導線材１００およびその製造方法を説明する。図３に示す比較例の超電導線材１００およびその製造方法は、バリア部１１３が上記特許文献１に開示のセラミックスである点において、本実施の形態と異なる。
【００５１】
比較例の超電導線材１００では、超電導体１１の周囲に配置されたバリア部１１３の加工性が悪い。このため、その後の塑性加工（ステップＳ７）、圧縮加工（ステップＳ９）などを実施すると、図３に示すように、バリア部１１３が破れてしまう部分１１３ａが生じる。この部分１１３ａでは、抵抗が低下するので、超電導線材１００の交流損失が大きくなってしまう。
【００５２】
また、バリア部１１３の厚みの大きい部分では、超電導体１１を被覆している第１のパイプ１２が圧縮される。このため、その後の塑性加工（ステップＳ７）、圧縮加工（ステップＳ９）などを実施すると、図３に示すように、第１のパイプ１２が破れる部分１２ａが生じる。第１のパイプ１２が破れた状態で、熱処理（ステップＳ８、Ｓ１０）を実施すると、超電導体１１（または原料粉末）とバリア部１１３とが接触し、超電導体１１を構成するＢｉ２２２３相の純度が低下する。このため、超電導体１１の臨界電流密度Ｊｃが低下するという問題が生じる。
【００５３】
一方、本実施の形態では、バリア部１３にＢｉ２２２３相を用いている。Ｂｉ２２２３は、ＢｉとＯ（酸素）とが互いに隣接したＢｉＯ−ＢｉＯ二重層で劈開する性質を有している。このため、Ｂｉ２２２３相は、加工性が良いという特性を有している。これにより、バリア部１３が破れることを抑制して、薄く加工することができる。このため、隣り合う超電導体１１の間に高抵抗を維持したバリア部１３を形成することができる。この場合、交流磁場に曝されたときに電磁誘導によって超電導体１１間に流れる結合電流を速やかに減衰させることができる。したがって、超電導線材１０の交流損失の増大を抑制することができる。
【００５４】
また、Ｂｉ２２１２相を主相とする超電導体にするための熱処理（ステップＳ８）の際に、超電導体１１の原料粉末はＢｉ２２２３相へ相変態する一方、バリア部１３となる粉末はすでに反応が終了しているので、結晶同士が接合されない。このため、バリア部１３は実質的に高抵抗体として機能するので、交流損失の増大を抑制することができる。
【００５５】
さらに、絶縁体でなく、高抵抗体であるＢｉ２２２３相を用いてバリア部１３を形成している。このため、バリア部１３の破れを形成しなくても、超電導線材１０の端末から超電導体１１に電流を流し込むことができる。したがって、バリア部１３の破れによる交流損失の増大を抑制することができる。
【００５６】
また、Ｂｉ２２２３相を含む粉末を充填した（ステップＳ６）後に、塑性加工（ステップＳ７）、圧縮加工（ステップＳ９）などを実施すると、第１のパイプ１２が破れることを抑制できる。このため、超電導体１１の臨界電流密度Ｊｃが低下することを抑制できる。
【００５７】
また、仮に超電導体間に位置する第１のパイプ１２が破れてバリア部１３がフィラメントと接触した場合であっても、バリア部１３と超電導体１１とは構成元素が同じである。したがって、仮にバリア部１３と超電導体１１とが接触しても、不純物が形成されないので、超電導体の臨界電流密度Ｊｃが低下することを抑制することができる。
【００５８】
以上より、本実施の形態の超電導線材１０の製造方法によれば、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制する超電導線材を製造することができる。
【実施例】
【００５９】
本実施例では、Ｂｉ２２２３相を主相とするバリア部を形成することによる効果について調べた。
【００６０】
（本発明例１）
本発明例１では、基本的には上述した実施の形態における超電導線材の製造方法に従った。具体的には、まず、Ｂｉ−２２１２、Ｃａ2ＰｂＯ4、Ｃａ2ＣｕＯ3、（Ｃａ，Ｓｒ）14Ｃｕ24Ｏ41からなる原料粉末を準備した（ステップＳ１）。
【００６１】
次に、原料粉末を第１のパイプ１２に充填した（ステップＳ２）。第１のパイプ１２は、銀を用いた。また、第１のパイプは、３６ｍｍφの外径と、３２ｍｍφの内径とを有していた。
【００６２】
次に、原料粉末を充填した第１のパイプを、外径が４ｍｍφとなるように、伸線加工した（ステップＳ３）。この伸線加工された第１のパイプを切断して、３７本の単芯線を準備した。
【００６３】
次に、バリア部１３となるべきＢｉ２２２３相を含む粉末を準備した（ステップＳ４）。このステップＳ４では、ステップＳ１の原料粉末と同様の粉末を準備し、８４０℃、５０時間、酸素濃度８％の条件で熱処理を行ない、粉砕混合した後に、同じ条件で２回目の熱処理を行なった。これにより、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である粉末を準備した。
【００６４】
次に、第１のパイプ１２にステップＳ４で準備した粉末を押出法により、形成した（ステップＳ５）。これにより、バリア部１３を形成した。
【００６５】
次に、バリア部１３を形成した３７本の第１のパイプ１２を、第２のパイプ１４に充填した（ステップＳ６）。第２のパイプ１４は銀を用いた。また、第２のパイプ１４は、３６ｍｍφの外径と、３０ｍｍφの内径とを有していた。
【００６６】
次に、ステップＳ５の第２のパイプを外径が１．０ｍｍで、かつツイストピッチが７ｍｍになるように伸線加工し、厚さが０．２２ｍｍで、ツイストピッチが１０ｍｍになるように圧延（ステップＳ７）をした。
【００６７】
次に、熱処理をした（ステップＳ８）。熱処理の条件は、窒素−８％酸素混合気流中において８３５℃、２０時間であった。
【００６８】
次に、圧縮加工をした（ステップＳ９）。圧縮加工の条件は、圧下率６％であった。
次に、熱処理をした（ステップＳ１０）。熱処理の条件は、全圧３０ＭＰａ、酸素分圧８ｋＰａの高温高圧雰囲気中で８３５℃、５０時間であった。これにより、本発明例１の超電導線材１０を製造した。
【００６９】
（比較例１）
比較例１の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例１と同様であったが、バリア部１３を形成しなかった点において異なっていた。つまり、バリア部となるべきＢｉ２２２３相を含む粉末を準備するステップＳ４およびバリア部を形成するステップＳ５を実施せず、第２のパイプ１４にステップＳ３の３７本の第１のパイプ１２のみを充填した。
【００７０】
（比較例２）
比較例２の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例１と同様であったが、ＳｒＣＯ3よりなるバリア部を形成した点において異なっていた。つまり、バリア部となるべきＢｉ２２２３相を含む粉末を準備するステップＳ４の代わりにＳｒＣＯ3よりなる粉末を準備し、バリア部を形成するステップＳ５では、ＳｒＣＯ3よりなるバリア部を形成した。
【００７１】
（測定方法）
本発明例１、比較例１および比較例２の超電導線材について、超電導体の接触数と、交流損失と、臨界電流密度Ｊｃとを測定した。これらの結果を下記の表１に示す。
【００７２】
超電導体の接触数は、それぞれの超電導線材の長手方向に直交する１０箇所の断面において、第１のパイプが破れることによる、バリア部がない場合には隣り合う超電導体同士が接触する数、バリア部がある場合には超電導体とバリア部とが接触する数を測定し、１断面当たりの平均の数を求めた。
【００７３】
交流損失は、それぞれの超電導線材に磁場振幅０．２Ｔで、周波数５０Ｈｚ、テープ面に垂直な交流外部磁界を印加して、磁化法で測定した。交流損失は、次に示す臨界電流Ｉｃで規格化した。
【００７４】
臨界電流Ｉｃは、それぞれの超電導線材から長さ１０ｃｍの試料を切出し、直流４端子法によって液体窒素温度（約７７Ｋ）における外部磁場０Ｔ下で測定した。臨界電流密度Ｊｃは、測定した臨界電流Ｉｃを３７本の超電導体の合計断面積で割って求めた。
【００７５】
【表１】
【００７６】
（測定結果）
表１に示すように、バリア部にＢｉ２２２３相を用いた本発明例１は、８ｍＷ／Ａ・ｍの低い交流損失であった。このことから、バリア部の加工性が良好であったことがわかった。
【００７７】
また、バリア部にＢｉ２２２３相を用いた本発明例１は、４１０Ａ／ｍｍ2の臨界電流密度を維持できた。第１のパイプが破れて超電導体１１とバリア部１３とが接触していたものの、バリア部１３を設けなかった比較例１とほぼ同様の高い臨界電流密度Ｊｃを維持できた。このことから、バリア部１３を超電導体１１と同じＢｉ２２２３相を用いたことにより、バリア部１３と超電導体１１（原料粉末）との反応を抑制できたため、臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制でできることがわかった。
【００７８】
一方、バリア部を形成しなかった比較例１の超電導線材では、臨界電流密度Ｊｃは高かったものの、交流損失が非常に高かった。
【００７９】
また、バリア部としてＳｒＣＯ3を用いた比較例２の超電導線材では、交流損失が比較例１よりも低かったものの、本発明例１よりも高かった。このことから、バリア部を形成することで、交流損失の増大を多少抑制できるものの、バリア部に加工性の悪い材質を用いると、交流損失の増大を十分に抑制できないことがわかった。
【００８０】
また、バリア部としてＳｒＣＯ3を用いた比較例２の超電導線材では、本発明例１よりも臨界電流密度Ｊｃが非常に低かった。このことから、第１のパイプが破れた部分では、超電導体とバリア部とが反応して、超電導体のＢｉ２２２３相の純度が低下したことがわかった。
【００８１】
以上より、本実施例によれば、Ｂｉ２２２３相を主相とするバリア部を形成することにより、交流損失の増大を抑制し、かつ臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制する超電導線材を実現することができることが確認できた。
【００８２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８３】
１０ 超電導線材、１１ 超電導体、１２ 第１のパイプ、１２ａ，１７ 部分、１３ バリア部、１４ 第２のパイプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である超電導体と、
前記超電導体を被覆する第１のパイプと、
前記第１のパイプを被覆し、かつＢｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物であるバリア部とを備えた、超電導線材。
【請求項２】
第１のパイプに、熱処理によりＢｉ２２２３相を主相とする超電導体となる原料粉末を充填する工程と、
前記原料粉末を充填した前記第１のパイプに、Ｂｉ２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物であるバリア部を形成することにより、単芯線を得る工程と、
前記単芯線を第２のパイプ内に配置する工程と、
前記原料粉末を超電導体にするための熱処理をする工程とを備えた、超電導線材の製造方法。
【請求項１】
Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物である超電導体と、
前記超電導体を被覆する第１のパイプと、
前記第１のパイプを被覆し、かつＢｉ２２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物であるバリア部とを備えた、超電導線材。
【請求項２】
第１のパイプに、熱処理によりＢｉ２２２３相を主相とする超電導体となる原料粉末を充填する工程と、
前記原料粉末を充填した前記第１のパイプに、Ｂｉ２２３相を主相とし、残部が不可避的不純物であるバリア部を形成することにより、単芯線を得る工程と、
前記単芯線を第２のパイプ内に配置する工程と、
前記原料粉末を超電導体にするための熱処理をする工程とを備えた、超電導線材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２５１００６（Ｐ２０１０−２５１００６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７０００（Ｐ２００９−９７０００）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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