SUPERCONDUCTIVITY COMMUNICATIONS, Vol.23, No.1 Febuaryr, 2014

本新春号では高温超電導体の線材、バルクの現状と 2014 年の展望を特集しました。

 


DI-BSCCO 線材 現状と 2014 年の展望 _住友電工_


 住友電気工業株式会社が製造している DI-BSCCO 線材は、国内外問わず、ケーブル応用やコイル応用 ( 含む電流リード応用 ) の幅広い分野の実証試験や研究に供給されている。特に、最終製造工程に「加圧焼成法」を適用したことより、それまで懸念されていた線材長さ方向の均一性、量産性 ( 歩留り ) 、そして液体窒素膨れ等の問題を払拭できたことが非常に大きく、現在、工業製品として最も実用化に近い高温超電導線材と言えよう。
  DI-BSCCO 線材は、多芯化された Bi2223 超電導体フィラメントと、被覆材の銀合金で構成されている複合材である。 77 K 、自己磁場下での臨界電流値 ( I c ) が線材の代表値とされるが、実際は、ケーブル応用やコイル応用に対して、運転条件 ( 温度や磁場 ) が異なるため、それぞれの運転条件に合わせた I c の向上が必要となる。特に冷凍機で冷却可能な 30 K 以下のコイル応用に対しては、 Bi2223 超電導体のキャリアドープ状態の制御により、磁場中の I c 特性が向上する手法を既に製造工程に取り入れている ( 本誌 Vol. 20, No. 5 を参照 ) 。またコイル応用では、コイルのコンパクト化のため、超電導線材の臨界電流密度 ( J e ) の向上も求められている。同社では、伸線加工、圧延加工技術を改善し、 I c を低下させずに、線材の薄肉化の開発も行っている。現在、従来の Type H よりも 0.03 mm 薄い、厚さ 0.20 mm の DI-BSCCO 線材の開発に目処が立ち、この薄肉化線材の早期の商品化を図っている。
  線材の機械強度の改善も実用化には必須である。 DI-BSCCO 線材の機械強度を高めるには、素線の Type H 線材の両面に金属箔を半田接合によりサンドイッチさせる方法が採られている。これにより I c が低下することなく、線材の強度向上が可能となる。現在、金属箔に銅合金及びステンレスを適用した Type HT-CA と Type HT-SS を商品化している。主に Type HT-CA はケーブル応用で使用されるケースが多く、中国、ドイツ、ロシア等、数多くの超電導ケーブルプロジェクトに採用されている。コイル応用では、超電導マグネットの強磁場化及び大型化により、フープ応力に耐える高強度な超電導線材が求められているが、 Type HT-SS では強度が不足し、高磁場のコイル応用に適用できないケースがあった。しかし、最近、ステンレスよりも高強度な金属箔が提案され、この金属箔を半田接合された試作品 ( Type HT-XX ) では、 77 K の引張強度が 500 MPa 以上に到達し、 Type HT-SS や Type HT-CA と比較して、約 2 倍の強度が得られている ( 本誌 Vol. 22, No. 2 を参照 ) 。この線材はコイル応用へ幅広く採用されることが期待でき、今後さらに試作を続け、同社では 500 MPa 以上の強度を持つ DI-BSCCO 線材の早期の商品化を目指している。表 1 に、現状の製品及び 2014 年の予定新製品のラインアップを示す。 Type G は被覆材に金 - 銀合金を使用することにより、低熱伝導率を実現した線材であり、主に電流リードに使用され、これまで加速器や核融合応用を始め世界中のマグネットメーカに納入実績がある。 Type ACT-CA は交流応用に開発されたスリム線材であり、 Bi 2223 超電導フィラメントをツイストし、交流損失を低減したタイプである。

 

 

 

 2014 年の展望としては、従来の Type H より 0.03 mm 薄肉化された DI-BSCCO 線材を 4 月以降より販売開始し、 6 月以降は Type H から完全に移行する予定である。素線の Type H の変更により、同時に Type HT-SS 及び Type HT-CA も薄肉化される。さらに、 77 K の機械強度を 500 MPa に向上させた Type HT-XX については、試作品を供給し、 6 月までに製品ラインアップに加える予定である。
  DI-BSCCO 線材の応用では、ケーブル、マグネットとも実用規模の各種実証試験用に多く採用されてきたが、漸く実用機と呼べる応用例が出てくる見込みである。既に欧州では、誘導加熱装置用の超電導マグネットに応用されて、実際のアルミ、銅合金の押し出しラインで稼働している例があるが、金属系の超電導マグネットに比べて高速の励消磁が可能である特徴を活かして、磁気特性測定装置などで DI-BSCCO マグネットが標準的に採用される見込みである。 ( ビス子 )