高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接点を製造する方法
【課題】高転移温度超伝導体（ＨＴＳＣ）、特に超伝導体中に銀を伴うこともあれば伴わないこともある（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘに接点を作製するための三層プロセスを開示する。
【解決手段】接点の構造は金属スプレーガンで付着した二の銀層（２，５）の間に挟まれた穿孔された銀ホイル（３）及び続いて空気中で熱処理を伴う三層配置である。接点はチューブおよびロッド（１）に作製されている。この銀接点はＨＴＳＣを冷却するために使用される凍結剤に実質的な熱負荷を全く加えることなく、連続的に２００アンペアの電流を輸送することが可能である。４．２Ｋでの接触抵抗は零印加磁場で１．５ｘ１０−８〜８．５ｘ１０−８Ωの範囲である。
【解決手段】接点の構造は金属スプレーガンで付着した二の銀層（２，５）の間に挟まれた穿孔された銀ホイル（３）及び続いて空気中で熱処理を伴う三層配置である。接点はチューブおよびロッド（１）に作製されている。この銀接点はＨＴＳＣを冷却するために使用される凍結剤に実質的な熱負荷を全く加えることなく、連続的に２００アンペアの電流を輸送することが可能である。４．２Ｋでの接触抵抗は零印加磁場で１．５ｘ１０−８〜８．５ｘ１０−８Ωの範囲である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｔｃ（臨界温度）以下での大電流輸送のためのＢｉＰｂＳｒＣａＣｕＯからなるＨＴＳＣ（高転移温度超伝導体化合物）固体本体の低接点抵抗接合部の開発に関する。このチューブ／ロッド状のＨＴＳＣ伝導体、Ｂｉ（２２２３）（ＢｉＰｂＳｒＣａＣｕＯ）は７７Ｋで非常に大きな電流を流すことができ、そしてその低熱伝導率により系において非常に低い熱損失を発生する。さらにこのＨＴＳＣと電流導線の間の接点抵抗が低い場合、これらのチューブ／ロッド状の伝導体は、凍結剤フリーの超伝導磁石／超伝導磁力発生器等のようなあらゆるシステムのための理想的な大電流輸送導線となる。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕ、Ａｌ等のような従来の伝導体における大電流伝送のパラメータは、たいていはこの伝導体の抵抗によるものであり、これは相当な量のエネルギー損失を生じる。損失の少ない電流輸送は非常に初期から超伝導の魅力の主要な点でありつづけている。低いＴｃの従来の超伝導材料が高い界磁石（フィールドマグネット）（〜２０テスラ）の製造で使用されてきており、これは現在容易に入手できる。運転温度、すなわち４．２Ｋ（液体ヘリウムの定常的な流れを必要とする）は大電流輸送の導線及びケーブルが大きくなることを妨げてきた。大輸送電流に関してこの分野における進歩は試作品レベルまでのみに制限されている。高いＴｃの超伝導化合物（ＨＴＳＣ）の出現により、運転温度が７７Ｋに上げられるような大輸送電流導線に対する期待が高まってきている。しかしながら、乏しい柔軟性と低い臨界磁場が差し迫った用途に制限を加えてきた。しかしながら、７７Ｋ、０．６Ｔの磁場で〜１０５Ａ／ｃｍ２のＪｃを有するＢｉ（２２２３）のＨＴＳＣマルチフィラメント（多芯）のケーブルの発達が良好な見込みを見せたが、この場合もやはりまさに従来型の答えではなかった。比較すると、この高いＴｃ超伝導体からなるチューブ状の伝導体は良好な潜在性を示している。ＢＳＣＣＯチューブとロッドをベースとしたＨＴＣ電流導線は、電力エンジニアリングにおけるセラミック超伝導体の最初の応用であり、Ｃｕ及びＡｌのような良好な伝導体である伝統的な全ての金属導線と、同様に従来の超伝導体とをともに超える、大きな利点を提供する。銅に埋め込まれた従来の低いＴｃの超伝導体は、その零抵抗および臨界電流密度Ｊｃ（〜１０５Ａ／ｃｍ２）によって定まる大電流を輸送する能力のせいで、全ての金属導線を超えるさらに良い選択肢であると考えられた。しかし４．２Ｋでの運転という制限のせいで、これらの材料はＣｕまたはＡｌに必ずしも取って代わっていない。
【０００３】
７７Ｋというより高い運転温度に加えて、このＨＴＳＣ材料は低い熱伝導率を有し、これにより熱損失が通常の１／１０未満となる。これは極低温の系での熱負荷を減少させ、結果として相当な冷却コストの減少になり、そして新しい革新的な冷却コンセプトを可能にする。それらの他の用途は磁気シールドおよび電流制限器の分野においてである。
【０００４】
このＨＴＳＣチューブ伝導体に大電流を給電する通常の伝導体（Ｃｕ、Ａｌ）からなる接合部の接点抵抗が１０−４〜１０−３Ωのオーダーである場合、全ての上記のようなＨＴＳＣチューブ伝導体を大電流用途（Ｉｃ＞１０００Ａ）のために使用することは非効率的になりそして損失が多くなる。チューブ状の伝導体を最適に利用するために要求されることは、ＨＴＳＣチューブ伝導体に接合する通常の伝導体の接点抵抗は少なくとも１０−６Ωのオーダーにすべきということである。
【０００５】
ＫＨ ＳａｎｄｈａｇｅらによるＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｖｏｌ４３、ｐｐ２１（１９９１）の開示を参照してもよく、ここでＨＴＳＣファミリーの中で、Ｙベース超伝導体はチューブ状およびロッド状の伝導体を合成するためには多くの結晶学上の制限に苦心しており、薄膜の用途のみが商業化されていることが示される。さらにＥＨ ＨｅｌｌｓｔｏｒｍのＭａｔｅｒｉｌａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｖｏｌ ＸＶII、ｐｐ４５、（１９９２）による別の開示において、Ｔｌベースの超伝導体は健康への危険性のせいでバルク用途のためには使用されていないことが示されている。Ｓ Ｘ Ｄｏｕ及びＨ Ｋ ＬｉｕによるＳｕｐｅｒｃｏｎｄ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ Ｖｏｌ６、ｐｐ２９７、（１９９３）の報告によると、Ｂｉベースの超伝導体（Ｂｉ２−Ｘ，ＰｂＸＳｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ）及びＢｉ（２２１２）のみが商業的に経済的でありそして好適な答えである。
【０００６】
この大電流電気接合についての接点抵抗の問題は、Ｂｉベースのチューブ伝導体に大電流を給電する通常の伝導体として銀を使用することによってのみ解決が可能である。これの大きな問題はＢｉ（２２２３）セラミック表面に銀の給電器を接続することである。
【０００７】
この問題は部分的にいくつかの方法で取り組まれてきた。
【０００８】
米国特許第５，１４９，６８６号及び米国特許（出願番号２００３０１３２０２３）は電気的接点を作製するために、非超伝導金属（Ａｇ、Ａｕ）をマイクロメートルのオーダーの小さなバー形状のＨＴＳＣにスパッタリングをすることを開示する。
【０００９】
マイクロメートルのオーダーのＨＴＳＣへのＡｇ／Ａｕフィルムのプラズマスプレー技術がＹ ＹａｍａｄａによりＢｉｓｍｕｔｈ Ｂａｓｅｄ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（編集 Ｈ Ｍａｅｄａ及びＴ Ｔｏｇａｎｏ） ｐｐ２７７（１９９６）で開示されている。
【００１０】
それからこの大電流給電器はＨＴＳＣ表面にハンダ付けされそして７７Ｋで１０−６Ωオーダーの接点抵抗が得られている。
【００１１】
小さいサンプルの場合には、スパッタリング技術が成功してきているが、特にビスマスベースの大きなサンプルの場合（例えばチューブ／ロッド状伝導体）には、プラズマ付着が使用される。
【００１２】
米国特許番号５，５０６，１９９号およびＫ Ｋ ＭｉｃｈｉｓｈｉｔａらのＢｉｓｍｕｔｈ Ｂａｓｅｄ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（編集 Ｈ Ｍａｅｄａ及びＴ Ｔｏｇａｎｏ） ｐｐ２５３（１９９６）はＡｇチューブ、シートまたはワイヤーをＢｉ２２１２溶融物の大きなサンプルに部分的に入れることによるプロセスを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の主目的は上述の欠点を取り除く、高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接点（コンタクト）を製造する方法を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接合部（ジョイント）を製造するための三層プロセスを提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的はＢｉＣａＣｕＯ超伝導体に対して低接点抵抗を提供することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的はチューブ状のＨＴＳＣに対して接点を提供することである。
【００１７】
本発明のさらに進んだ目的はロッド状のＨＴＳＣに対して接点を提供することである。
【００１８】
本発明のまた別の目的は１０−７〜１０−６Ωの範囲にある接点抵抗を有する接点を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は高転移温度超伝導体（ＨＴＳＣ）に向けた、特に超伝導体中に銀を含むこともあり含まないこともある（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘに向けた接触点を製造するための三層プロセスを表す。この接点構造は金属スプレーガンによる二の付着銀層の間に挟まれた穿孔された銀ホイルを伴い、続いて空気中で熱処理をうける三層構造である。この接点はチューブ及びロッドの上に製造されている。この作製された銀の接点は１０−６Ωの低抵抗という特徴を有する。さらに、この接点はＨＴＳＣを冷却するために使用される凍結剤に実質的な熱負荷を加えることなく２００アンペアの連続電流を流すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本詳細な説明に付随する図面類において、図１はＨＴＳＣチューブまたはロ ッドの接点の構造を示す。（１）は端部に溝を有するＨＴＳＣチューブまたはロッド であり、（２）は第一付着銀層であり、（３）は銀ホイルであり、（４）は銀ホイル の穿孔であり、（５）は第二付着銀層であり、そして（６）は編みあげられた導線の ための接点である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
従って、本発明は該超伝導体の端部に溝をつくること、第一銀層を金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着すること、前記の付着銀層を２００〜２５０℃の温度範囲で２〜５時間の範囲の時間加熱すること、穿孔された銀ホイルを前記加熱された第一銀層に巻くこと、第二銀層を金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着すること、前記第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルと第二銀層とを組み合わせたものを８３０〜８５０℃の温度範囲で空気中で１００〜１５０時間の範囲の時間加熱し結果として１０−７〜１０−６Ωの範囲にある接点抵抗を有する接合部を得ること、を含む高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接点を製造する方法を提供する。
【００２２】
本発明の実施態様において、高転移温度超伝導体が長さ２００〜３００ｍｍの範囲にある中空筒状チューブであってもよい。
【００２３】
本発明の別の実施態様において、高転移温度超伝導体が長さ１５０ｍｍの中実ロッドであってもよい。
【００２４】
本発明のさらに別の実施態様において、チューブの壁厚が２〜３ｍｍの範囲にあってもよい。
【００２５】
本発明のさらなる別の実施態様において、チューブの外径が１２〜３０ｍｍの範囲にあってもよい。
【００２６】
本発明のさらなる別の実施態様において、高転移温度超伝導体が純粋な（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘであってもよい。
【００２７】
本発明のさらに進んだ実施態様において、高転移温度超伝導体が１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘであってもよい。
【００２８】
高転移温度超伝導体（ＨＴＳＣ）への低接点抵抗の接合部を作製するために、二つのタイプのサンプルを採用した、すなわちチューブ状及び／またはロッド状のＨＴＳＣである。図１はＨＴＳＣサンプル（１）を示す。このチューブの径は２００〜３００ｍｍの範囲にあり、１２〜３０ｍｍの範囲にある外径、および２〜３ｍｍの範囲にある壁厚を伴う。チューブの端部は機械加工され、概して２０ｍｍの長さの溝（２）を得る。これらの溝に接点が作製された。ロッドサンプルは長さ１５０ｍｍ、そして径が３〜５ｍｍの範囲の寸法であった。使用したＨＴＳＣサンプルは純粋な（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘのもの及び１０質量％の銀を伴ったものであった。
【００２９】
接点を作製する方法は以下に記載される。
【００３０】
接点の構造を図１に示す。銀（３）金属の第一層を、チューブの温度を約１２０℃に上げ、金属スプレーガンの助けをかりて、溝（２）に付着させた。この銀層を２５０〜３００℃の温度範囲で、２〜５時間の範囲の時間、空気中で加熱した。次に銀ホイル（４）を採用し、一表面はギザギザ（ｋｎｕｒｌｅｄ）であって、そして第一スプレー付着銀層の周りに巻いた。このギザギザの表面が第一層に接しつづけるようにした。このホイルは１〜１．５ｍｍの範囲の径の等間隔の孔で穿孔した。そして最大１８の孔を３つの段で開けた。帯（ストリップ）は幅２ｃｍで、長さ４〜６ｃｍの範囲であった。外部接点を作製するために小さな巻かれない部分（６）を残して、ホイルを完全に巻いた後に、銀の第三層（５）を、ＨＴＳＣサンプルの温度を１２０℃に維持した状態で、金属スプレーガンの助けをかりて、付着させた。最終の接点システムは、空気中で、１００〜１５０時間の範囲の時間、８３０〜８５０℃の温度範囲で加熱した。その後このＨＴＳＣサンプルを冷却した。これら全てのサンプルの外部接続は編んだ銅線によって銀の金属リングへ接続した。
【００３１】
この上記手順で作製された接点の抵抗率は４点プローブ法により測定し、そして表−１にまとめた。
【００３２】
４点プローブ法のために、電圧タップは電流接点の近くで超伝導体に直接ハンダづけした。２つのワイヤーをその電流接点に取り付け、一方は電流を流すためのものであり、他方は接点の表面における電圧を検知するためのものであった。他方の電圧タップは電流接点の近くで超伝導体に直接ハンダづけした。測定精度は約±１０％であった。測定はサンプル温度が７７Ｋと４．２Ｋで、磁場がある場合とない場合の両方で行った。
【００３３】
金属スプレーガンによって付着した第一層と穿孔銀ホイルとから本質的に構成される二層構造も随意的に用意した。最終組み立て品は空気中で８３０〜８５０℃の温度範囲で１００〜１５０時間の範囲の時間加熱した。しかしながら、接点抵抗は１０−５Ωの範囲であることを観測した。
【００３４】
低い比抵抗の材料およびＨＴＳＣケーブルは７７Ｋにおいて大電流輸送を要求する超伝導磁石や他の非超伝導装置にエネルギーを与えるために使用することが可能である。銅の比抵抗は１０−９Ω−ｍのオーダーである。チューブ状の伝導体の特徴は材料の零損失および低熱伝導率によるものである。
【００３５】
特に電流輸送において非常に低い出力損失または低い熱負荷を要求する装置、つまりは低接点抵抗のチューブ伝導体が不可欠である。例えばその閉回路系が１０Ｋの温度を発する凍結剤フリーの磁力系の場合のように、１Ｗより大きなあらゆる熱負荷が有害となり、チューブ状の伝導体だけが使用される。
【００３６】
低接点抵抗の接合部の重要性はこれらの装置において極めて重大である。また低い熱伝導率は銅の１／１０であり、大輸送電流を従来どおりに使用する場合の凍結剤の損失を避けるための第一候補となる。
【００３７】
本発明の新規性は１０−７〜１０−６Ωの低接点抵抗、及び凍結剤に全く熱負荷を加えることなく少なくとも２時間連続的に２００アンペアの電流移送する能力にある。
【００３８】
前記新規性は、三層を組み立てる工程を採用すること、及び金属スプレーガンによる付着銀層の間に挟んだ穿孔銀ホイルを使用することという自明でない進歩性によって得られる。
【実施例】
【００３９】
以下の例は説明だけの目的で挙げられており、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでない。
【００４０】
例１
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３０５ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザ（ｋｎｕｒｌｅｄ)であった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場での接点抵抗を測定し、そして得られた値は５．１ｘ１０−６Ωであった。
【００４１】
例２
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場での接点抵抗を測定し、そして得られた値は２．０２ｘ１０−７Ωであった。
【００４２】
例３
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は１．５ｘ１０−８Ωであった。
【００４３】
例４
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで０．０９テスラの印加磁場で測定した接点抵抗は４．８ｘ１０−７Ωであった。
【００４４】
例５
銀を伴わない（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は６．０９ｘ１０−７Ωであった。
【００４５】
例６
銀を伴わない（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は８．５ｘ１０−８Ωであった。
【００４６】
例７
銀を伴わない（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３０５ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は１ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで０．０３テスラの印加磁場で測定した接点抵抗は９．５ｘ１０−７Ωであった。
【００４７】
例８
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは２００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は３０．８ｍｍであり、壁厚は２．８ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は３．８ｘ１０−７Ωであった。
【００４８】
例９
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは２００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は３０．８ｍｍであり、壁厚は２．８ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は２．３ｘ１０−８Ωであった。
【００４９】
例１０
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のロッドを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このロッドの長さは１５０ｍｍであり、そしてこの外径は３ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は３．７ｘ１０−７Ωであった。
【００５０】
例１１
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のロッドを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このロッドの長さは１５０ｍｍであり、そしてこの外径は３ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は４．０５ｘ１０−８Ωであった。
【００５１】
例１２
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のロッドを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このロッドの長さは１５０ｍｍであり、そしてこの外径は５ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は３．０ｘ１０−７Ωであった。
【００５２】
例１３
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のロッドを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このロッドの長さは１５０ｍｍであり、そしてこの外径は５ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は４．７ｘ１０−８Ωであった。
【００５３】
前述の例に記載された手順で作製した接点の抵抗率は４点プローブ法で測定し、そして表−１にまとめた。
【００５４】
４点プローブ法のために、電圧タップは電流接点の近くで超伝導体に直接ハンダづけした。２つのワイヤーをその電流接点に取り付け、一方は電流を流すためのものであり、他方は接点の表面における電圧を検知するためのものであった。他方の電圧タップは電流接点の近くで超伝導体に直接ハンダづけした。測定精度は約±１０％であった。
【００５５】
これらの全てのサンプルの外部接続は編んだ銅線によって銀の金属リングへ接続した。
【００５６】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｔｃ（臨界温度）以下での大電流輸送のためのＢｉＰｂＳｒＣａＣｕＯからなるＨＴＳＣ（高転移温度超伝導体化合物）固体本体の低接点抵抗接合部の開発に関する。このチューブ／ロッド状のＨＴＳＣ伝導体、Ｂｉ（２２２３）（ＢｉＰｂＳｒＣａＣｕＯ）は７７Ｋで非常に大きな電流を流すことができ、そしてその低熱伝導率により系において非常に低い熱損失を発生する。さらにこのＨＴＳＣと電流導線の間の接点抵抗が低い場合、これらのチューブ／ロッド状の伝導体は、凍結剤フリーの超伝導磁石／超伝導磁力発生器等のようなあらゆるシステムのための理想的な大電流輸送導線となる。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕ、Ａｌ等のような従来の伝導体における大電流伝送のパラメータは、たいていはこの伝導体の抵抗によるものであり、これは相当な量のエネルギー損失を生じる。損失の少ない電流輸送は非常に初期から超伝導の魅力の主要な点でありつづけている。低いＴｃの従来の超伝導材料が高い界磁石（フィールドマグネット）（〜２０テスラ）の製造で使用されてきており、これは現在容易に入手できる。運転温度、すなわち４．２Ｋ（液体ヘリウムの定常的な流れを必要とする）は大電流輸送の導線及びケーブルが大きくなることを妨げてきた。大輸送電流に関してこの分野における進歩は試作品レベルまでのみに制限されている。高いＴｃの超伝導化合物（ＨＴＳＣ）の出現により、運転温度が７７Ｋに上げられるような大輸送電流導線に対する期待が高まってきている。しかしながら、乏しい柔軟性と低い臨界磁場が差し迫った用途に制限を加えてきた。しかしながら、７７Ｋ、０．６Ｔの磁場で〜１０５Ａ／ｃｍ２のＪｃを有するＢｉ（２２２３）のＨＴＳＣマルチフィラメント（多芯）のケーブルの発達が良好な見込みを見せたが、この場合もやはりまさに従来型の答えではなかった。比較すると、この高いＴｃ超伝導体からなるチューブ状の伝導体は良好な潜在性を示している。ＢＳＣＣＯチューブとロッドをベースとしたＨＴＣ電流導線は、電力エンジニアリングにおけるセラミック超伝導体の最初の応用であり、Ｃｕ及びＡｌのような良好な伝導体である伝統的な全ての金属導線と、同様に従来の超伝導体とをともに超える、大きな利点を提供する。銅に埋め込まれた従来の低いＴｃの超伝導体は、その零抵抗および臨界電流密度Ｊｃ（〜１０５Ａ／ｃｍ２）によって定まる大電流を輸送する能力のせいで、全ての金属導線を超えるさらに良い選択肢であると考えられた。しかし４．２Ｋでの運転という制限のせいで、これらの材料はＣｕまたはＡｌに必ずしも取って代わっていない。
【０００３】
７７Ｋというより高い運転温度に加えて、このＨＴＳＣ材料は低い熱伝導率を有し、これにより熱損失が通常の１／１０未満となる。これは極低温の系での熱負荷を減少させ、結果として相当な冷却コストの減少になり、そして新しい革新的な冷却コンセプトを可能にする。それらの他の用途は磁気シールドおよび電流制限器の分野においてである。
【０００４】
このＨＴＳＣチューブ伝導体に大電流を給電する通常の伝導体（Ｃｕ、Ａｌ）からなる接合部の接点抵抗が１０−４〜１０−３Ωのオーダーである場合、全ての上記のようなＨＴＳＣチューブ伝導体を大電流用途（Ｉｃ＞１０００Ａ）のために使用することは非効率的になりそして損失が多くなる。チューブ状の伝導体を最適に利用するために要求されることは、ＨＴＳＣチューブ伝導体に接合する通常の伝導体の接点抵抗は少なくとも１０−６Ωのオーダーにすべきということである。
【０００５】
ＫＨ ＳａｎｄｈａｇｅらによるＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｖｏｌ４３、ｐｐ２１（１９９１）の開示を参照してもよく、ここでＨＴＳＣファミリーの中で、Ｙベース超伝導体はチューブ状およびロッド状の伝導体を合成するためには多くの結晶学上の制限に苦心しており、薄膜の用途のみが商業化されていることが示される。さらにＥＨ ＨｅｌｌｓｔｏｒｍのＭａｔｅｒｉｌａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｖｏｌ ＸＶII、ｐｐ４５、（１９９２）による別の開示において、Ｔｌベースの超伝導体は健康への危険性のせいでバルク用途のためには使用されていないことが示されている。Ｓ Ｘ Ｄｏｕ及びＨ Ｋ ＬｉｕによるＳｕｐｅｒｃｏｎｄ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ Ｖｏｌ６、ｐｐ２９７、（１９９３）の報告によると、Ｂｉベースの超伝導体（Ｂｉ２−Ｘ，ＰｂＸＳｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ）及びＢｉ（２２１２）のみが商業的に経済的でありそして好適な答えである。
【０００６】
この大電流電気接合についての接点抵抗の問題は、Ｂｉベースのチューブ伝導体に大電流を給電する通常の伝導体として銀を使用することによってのみ解決が可能である。これの大きな問題はＢｉ（２２２３）セラミック表面に銀の給電器を接続することである。
【０００７】
この問題は部分的にいくつかの方法で取り組まれてきた。
【０００８】
米国特許第５，１４９，６８６号及び米国特許（出願番号２００３０１３２０２３）は電気的接点を作製するために、非超伝導金属（Ａｇ、Ａｕ）をマイクロメートルのオーダーの小さなバー形状のＨＴＳＣにスパッタリングをすることを開示する。
【０００９】
マイクロメートルのオーダーのＨＴＳＣへのＡｇ／Ａｕフィルムのプラズマスプレー技術がＹ ＹａｍａｄａによりＢｉｓｍｕｔｈ Ｂａｓｅｄ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（編集 Ｈ Ｍａｅｄａ及びＴ Ｔｏｇａｎｏ） ｐｐ２７７（１９９６）で開示されている。
【００１０】
それからこの大電流給電器はＨＴＳＣ表面にハンダ付けされそして７７Ｋで１０−６Ωオーダーの接点抵抗が得られている。
【００１１】
小さいサンプルの場合には、スパッタリング技術が成功してきているが、特にビスマスベースの大きなサンプルの場合（例えばチューブ／ロッド状伝導体）には、プラズマ付着が使用される。
【００１２】
米国特許番号５，５０６，１９９号およびＫ Ｋ ＭｉｃｈｉｓｈｉｔａらのＢｉｓｍｕｔｈ Ｂａｓｅｄ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（編集 Ｈ Ｍａｅｄａ及びＴ Ｔｏｇａｎｏ） ｐｐ２５３（１９９６）はＡｇチューブ、シートまたはワイヤーをＢｉ２２１２溶融物の大きなサンプルに部分的に入れることによるプロセスを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の主目的は上述の欠点を取り除く、高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接点（コンタクト）を製造する方法を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接合部（ジョイント）を製造するための三層プロセスを提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的はＢｉＣａＣｕＯ超伝導体に対して低接点抵抗を提供することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的はチューブ状のＨＴＳＣに対して接点を提供することである。
【００１７】
本発明のさらに進んだ目的はロッド状のＨＴＳＣに対して接点を提供することである。
【００１８】
本発明のまた別の目的は１０−７〜１０−６Ωの範囲にある接点抵抗を有する接点を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は高転移温度超伝導体（ＨＴＳＣ）に向けた、特に超伝導体中に銀を含むこともあり含まないこともある（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘに向けた接触点を製造するための三層プロセスを表す。この接点構造は金属スプレーガンによる二の付着銀層の間に挟まれた穿孔された銀ホイルを伴い、続いて空気中で熱処理をうける三層構造である。この接点はチューブ及びロッドの上に製造されている。この作製された銀の接点は１０−６Ωの低抵抗という特徴を有する。さらに、この接点はＨＴＳＣを冷却するために使用される凍結剤に実質的な熱負荷を加えることなく２００アンペアの連続電流を流すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本詳細な説明に付随する図面類において、図１はＨＴＳＣチューブまたはロ ッドの接点の構造を示す。（１）は端部に溝を有するＨＴＳＣチューブまたはロッド であり、（２）は第一付着銀層であり、（３）は銀ホイルであり、（４）は銀ホイル の穿孔であり、（５）は第二付着銀層であり、そして（６）は編みあげられた導線の ための接点である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
従って、本発明は該超伝導体の端部に溝をつくること、第一銀層を金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着すること、前記の付着銀層を２００〜２５０℃の温度範囲で２〜５時間の範囲の時間加熱すること、穿孔された銀ホイルを前記加熱された第一銀層に巻くこと、第二銀層を金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着すること、前記第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルと第二銀層とを組み合わせたものを８３０〜８５０℃の温度範囲で空気中で１００〜１５０時間の範囲の時間加熱し結果として１０−７〜１０−６Ωの範囲にある接点抵抗を有する接合部を得ること、を含む高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接点を製造する方法を提供する。
【００２２】
本発明の実施態様において、高転移温度超伝導体が長さ２００〜３００ｍｍの範囲にある中空筒状チューブであってもよい。
【００２３】
本発明の別の実施態様において、高転移温度超伝導体が長さ１５０ｍｍの中実ロッドであってもよい。
【００２４】
本発明のさらに別の実施態様において、チューブの壁厚が２〜３ｍｍの範囲にあってもよい。
【００２５】
本発明のさらなる別の実施態様において、チューブの外径が１２〜３０ｍｍの範囲にあってもよい。
【００２６】
本発明のさらなる別の実施態様において、高転移温度超伝導体が純粋な（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘであってもよい。
【００２７】
本発明のさらに進んだ実施態様において、高転移温度超伝導体が１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘであってもよい。
【００２８】
高転移温度超伝導体（ＨＴＳＣ）への低接点抵抗の接合部を作製するために、二つのタイプのサンプルを採用した、すなわちチューブ状及び／またはロッド状のＨＴＳＣである。図１はＨＴＳＣサンプル（１）を示す。このチューブの径は２００〜３００ｍｍの範囲にあり、１２〜３０ｍｍの範囲にある外径、および２〜３ｍｍの範囲にある壁厚を伴う。チューブの端部は機械加工され、概して２０ｍｍの長さの溝（２）を得る。これらの溝に接点が作製された。ロッドサンプルは長さ１５０ｍｍ、そして径が３〜５ｍｍの範囲の寸法であった。使用したＨＴＳＣサンプルは純粋な（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘのもの及び１０質量％の銀を伴ったものであった。
【００２９】
接点を作製する方法は以下に記載される。
【００３０】
接点の構造を図１に示す。銀（３）金属の第一層を、チューブの温度を約１２０℃に上げ、金属スプレーガンの助けをかりて、溝（２）に付着させた。この銀層を２５０〜３００℃の温度範囲で、２〜５時間の範囲の時間、空気中で加熱した。次に銀ホイル（４）を採用し、一表面はギザギザ（ｋｎｕｒｌｅｄ）であって、そして第一スプレー付着銀層の周りに巻いた。このギザギザの表面が第一層に接しつづけるようにした。このホイルは１〜１．５ｍｍの範囲の径の等間隔の孔で穿孔した。そして最大１８の孔を３つの段で開けた。帯（ストリップ）は幅２ｃｍで、長さ４〜６ｃｍの範囲であった。外部接点を作製するために小さな巻かれない部分（６）を残して、ホイルを完全に巻いた後に、銀の第三層（５）を、ＨＴＳＣサンプルの温度を１２０℃に維持した状態で、金属スプレーガンの助けをかりて、付着させた。最終の接点システムは、空気中で、１００〜１５０時間の範囲の時間、８３０〜８５０℃の温度範囲で加熱した。その後このＨＴＳＣサンプルを冷却した。これら全てのサンプルの外部接続は編んだ銅線によって銀の金属リングへ接続した。
【００３１】
この上記手順で作製された接点の抵抗率は４点プローブ法により測定し、そして表−１にまとめた。
【００３２】
４点プローブ法のために、電圧タップは電流接点の近くで超伝導体に直接ハンダづけした。２つのワイヤーをその電流接点に取り付け、一方は電流を流すためのものであり、他方は接点の表面における電圧を検知するためのものであった。他方の電圧タップは電流接点の近くで超伝導体に直接ハンダづけした。測定精度は約±１０％であった。測定はサンプル温度が７７Ｋと４．２Ｋで、磁場がある場合とない場合の両方で行った。
【００３３】
金属スプレーガンによって付着した第一層と穿孔銀ホイルとから本質的に構成される二層構造も随意的に用意した。最終組み立て品は空気中で８３０〜８５０℃の温度範囲で１００〜１５０時間の範囲の時間加熱した。しかしながら、接点抵抗は１０−５Ωの範囲であることを観測した。
【００３４】
低い比抵抗の材料およびＨＴＳＣケーブルは７７Ｋにおいて大電流輸送を要求する超伝導磁石や他の非超伝導装置にエネルギーを与えるために使用することが可能である。銅の比抵抗は１０−９Ω−ｍのオーダーである。チューブ状の伝導体の特徴は材料の零損失および低熱伝導率によるものである。
【００３５】
特に電流輸送において非常に低い出力損失または低い熱負荷を要求する装置、つまりは低接点抵抗のチューブ伝導体が不可欠である。例えばその閉回路系が１０Ｋの温度を発する凍結剤フリーの磁力系の場合のように、１Ｗより大きなあらゆる熱負荷が有害となり、チューブ状の伝導体だけが使用される。
【００３６】
低接点抵抗の接合部の重要性はこれらの装置において極めて重大である。また低い熱伝導率は銅の１／１０であり、大輸送電流を従来どおりに使用する場合の凍結剤の損失を避けるための第一候補となる。
【００３７】
本発明の新規性は１０−７〜１０−６Ωの低接点抵抗、及び凍結剤に全く熱負荷を加えることなく少なくとも２時間連続的に２００アンペアの電流移送する能力にある。
【００３８】
前記新規性は、三層を組み立てる工程を採用すること、及び金属スプレーガンによる付着銀層の間に挟んだ穿孔銀ホイルを使用することという自明でない進歩性によって得られる。
【実施例】
【００３９】
以下の例は説明だけの目的で挙げられており、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでない。
【００４０】
例１
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３０５ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザ（ｋｎｕｒｌｅｄ)であった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場での接点抵抗を測定し、そして得られた値は５．１ｘ１０−６Ωであった。
【００４１】
例２
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場での接点抵抗を測定し、そして得られた値は２．０２ｘ１０−７Ωであった。
【００４２】
例３
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は１．５ｘ１０−８Ωであった。
【００４３】
例４
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで０．０９テスラの印加磁場で測定した接点抵抗は４．８ｘ１０−７Ωであった。
【００４４】
例５
銀を伴わない（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は６．０９ｘ１０−７Ωであった。
【００４５】
例６
銀を伴わない（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は２．４ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は８．５ｘ１０−８Ωであった。
【００４６】
例７
銀を伴わない（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは３０５ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は１２．４ｍｍであり、壁厚は１ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで０．０３テスラの印加磁場で測定した接点抵抗は９．５ｘ１０−７Ωであった。
【００４７】
例８
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは２００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は３０．８ｍｍであり、壁厚は２．８ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は３．８ｘ１０−７Ωであった。
【００４８】
例９
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のチューブを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このチューブの長さは２００ｍｍであり、そしてこのチューブの外径は３０．８ｍｍであり、壁厚は２．８ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は２．３ｘ１０−８Ωであった。
【００４９】
例１０
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のロッドを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このロッドの長さは１５０ｍｍであり、そしてこの外径は３ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は３．７ｘ１０−７Ωであった。
【００５０】
例１１
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のロッドを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このロッドの長さは１５０ｍｍであり、そしてこの外径は３ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は４．０５ｘ１０−８Ωであった。
【００５１】
例１２
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のロッドを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このロッドの長さは１５０ｍｍであり、そしてこの外径は５ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。７７Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は３．０ｘ１０−７Ωであった。
【００５２】
例１３
１０質量％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘ高転移温度超伝導体のロッドを採用し、そしてその端部に溝を作製した。このロッドの長さは１５０ｍｍであり、そしてこの外径は５ｍｍであった。第一銀層をこの溝に熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着し、続けて２５０℃の温度で２時間加熱した。幅２ｃｍの銀金属ホイルを採用し、そして孔径１ｍｍの１８個の孔の穿孔を３つの段それぞれに行った。このホイルの一表面はギザギザであった。それからこの銀ホイルのギザギザの面が第一銀層に接触する状態で、このホイルを第一銀層の周りに巻いた。その後にこの第二銀層を熱金属スプレーガンにより１２０℃の温度で第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルとを組み合わせたものに付着した。この三層構造の全体を空気中で１００時間８３０℃で焼結した。この銀接点への電気接点を確立するために、端部に穿孔された銀ホイルの端部に孔を開け、そして大電流導線を接続した。４．２Ｋで零印加磁場で測定した接点抵抗は４．７ｘ１０−８Ωであった。
【００５３】
前述の例に記載された手順で作製した接点の抵抗率は４点プローブ法で測定し、そして表−１にまとめた。
【００５４】
４点プローブ法のために、電圧タップは電流接点の近くで超伝導体に直接ハンダづけした。２つのワイヤーをその電流接点に取り付け、一方は電流を流すためのものであり、他方は接点の表面における電圧を検知するためのものであった。他方の電圧タップは電流接点の近くで超伝導体に直接ハンダづけした。測定精度は約±１０％であった。
【００５５】
これらの全てのサンプルの外部接続は編んだ銅線によって銀の金属リングへ接続した。
【００５６】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接点を製造する方法であって、該超伝導体の端部に溝をつくること、第一銀層を金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着すること、前記の付着銀層を２００〜２５０℃の温度範囲で２〜５時間の範囲の時間加熱すること、穿孔された銀ホイルを前記加熱された第一銀層に巻くこと、第二銀層を金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着すること、前記第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルと第二銀層とを組み合わせたものを８３０〜８５０℃の温度範囲で空気中で１００〜１５０時間の範囲の時間加熱し結果として該超伝導体との接合部を得ること、を含んでなる方法。
【請求項２】
高転移温度超伝導体が長さ２００〜３０５ｍｍの範囲にある中空筒状チューブである、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
チューブの壁厚が１〜３ｍｍの範囲にある、請求項２に記載された方法。
【請求項４】
チューブの外径が１０〜２０ｍｍの範囲にある、請求項２に記載された方法。
【請求項５】
高転移温度超伝導体が長さ２００〜３０５ｍｍの範囲にある中実ロッドである、請求項１に記載された方法。
【請求項６】
高転移温度超伝導体が純粋な（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された方法。
【請求項７】
高転移温度超伝導体が１０％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された方法。
【請求項８】
請求項１に記載された方法によって製造される接点であって、零印加磁場で７７Ｋのときに該接点抵抗が３．０７ｘ１０−６〜３．０ｘ１０−７Ωの範囲にある接点。
【請求項９】
零印加磁場で４．２Ｋのときに該接点抵抗が１．５ｘ１０−８〜８．５ｘ１０−８Ωの範囲にある、請求項８に記載された接点。
【請求項１】
高転移温度超伝導体に低接点抵抗の接点を製造する方法であって、該超伝導体の端部に溝をつくること、第一銀層を金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着すること、前記の付着銀層を２００〜２５０℃の温度範囲で２〜５時間の範囲の時間加熱すること、穿孔された銀ホイルを前記加熱された第一銀層に巻くこと、第二銀層を金属スプレーガンにより１２０℃の温度で付着すること、前記第一銀層と巻いた穿孔銀ホイルと第二銀層とを組み合わせたものを８３０〜８５０℃の温度範囲で空気中で１００〜１５０時間の範囲の時間加熱し結果として該超伝導体との接合部を得ること、を含んでなる方法。
【請求項２】
高転移温度超伝導体が長さ２００〜３０５ｍｍの範囲にある中空筒状チューブである、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
チューブの壁厚が１〜３ｍｍの範囲にある、請求項２に記載された方法。
【請求項４】
チューブの外径が１０〜２０ｍｍの範囲にある、請求項２に記載された方法。
【請求項５】
高転移温度超伝導体が長さ２００〜３０５ｍｍの範囲にある中実ロッドである、請求項１に記載された方法。
【請求項６】
高転移温度超伝導体が純粋な（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された方法。
【請求項７】
高転移温度超伝導体が１０％の銀を伴う（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋ｘである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された方法。
【請求項８】
請求項１に記載された方法によって製造される接点であって、零印加磁場で７７Ｋのときに該接点抵抗が３．０７ｘ１０−６〜３．０ｘ１０−７Ωの範囲にある接点。
【請求項９】
零印加磁場で４．２Ｋのときに該接点抵抗が１．５ｘ１０−８〜８．５ｘ１０−８Ωの範囲にある、請求項８に記載された接点。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２０５７１７（Ｐ２０１０−２０５７１７Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２１５５（Ｐ２００９−２１２１５５）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【分割の表示】特願２００７−５０５６４４（Ｐ２００７−５０５６４４）の分割
【原出願日】平成１６年３月３１日（２００４．３．３１）
【出願人】（５９５０５９８７２）カウンシル オブ サイエンティフィク アンド インダストリアル リサーチ (81)
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【分割の表示】特願２００７−５０５６４４（Ｐ２００７−５０５６４４）の分割
【原出願日】平成１６年３月３１日（２００４．３．３１）
【出願人】（５９５０５９８７２）カウンシル オブ サイエンティフィク アンド インダストリアル リサーチ (81)
[ Back to top ]