專利名稱：氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件。本申請基于2009年12月8日在日本提出的日本特愿2009-278847號、2009年12月8日在日本提出的日本特愿2009-278767號、2010年10月22日在日本提出的日本特愿2010-237471號和2010年10月22日在日本提出的日本特愿2010-237473號主張優(yōu)先權(quán)，并在此援引其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
在REBa2Cu307_x相(RE為稀土元素)中分散有RE2BaCuO5相的氧化物超導(dǎo)材料的塊材體具有高臨界電流密度(J。)，因此通過磁場中冷卻、脈沖磁化等磁化方法進(jìn)行勵磁，能夠作為氧化物超導(dǎo)塊材磁體使用。例如，專利文獻(xiàn)I中公開了能夠?qū)⑦@種氧化物超導(dǎo)材料(氧化物超導(dǎo)塊材體)用于超導(dǎo)電動機(jī)等中的超導(dǎo)磁場產(chǎn)生裝置。 非專利文獻(xiàn)I中，公開了一種塊材磁體，其使用通過磁場中冷卻而磁化的直徑36mm的圓柱形Sm系塊材超導(dǎo)體,能夠產(chǎn)生最大約為I. 5T的磁場。此外,非專利文獻(xiàn)2中，使用Y系塊材超導(dǎo)材料，進(jìn)行了脈沖磁化與通過磁場中冷卻而磁化的比較研究。進(jìn)而，非專利文獻(xiàn)3中，使用超導(dǎo)磁鐵中直徑約為60mm的塊材超導(dǎo)材料，在40K下產(chǎn)生了約4. 5T的磁場。關(guān)于這種RE系塊材超導(dǎo)材料的脈沖磁化，在專利文獻(xiàn)I中公開了伴有磁通跳躍的脈沖磁化,此外,例如在專利文獻(xiàn)2和專利文獻(xiàn)3中公開了包括冷卻方法的磁化方法。最近，在專利文獻(xiàn)4中公開了能夠獲得從低磁場至高磁場的較大捕獲磁場的超導(dǎo)塊材磁體。該超導(dǎo)塊材磁體中，使用了兩種RE系超導(dǎo)塊材材料(RE1Ba2Cu3CVx和RE11Ba2Cu3CVx)。即，該超導(dǎo)塊材磁體中，在環(huán)狀的塊材超導(dǎo)體(REnBa2Cu307_x)的內(nèi)側(cè)配置有圓柱狀的塊材超導(dǎo)體(RE1Ba2Cu3CVx),所述環(huán)狀的塊材超導(dǎo)體在低磁場中具有高臨界電流密度(J。)特性，所述圓柱狀的塊材超導(dǎo)體在高磁場中具有高J。特性。需要說明的是，該超導(dǎo)塊材磁體的磁化在靜磁場下進(jìn)行。此外，專利文獻(xiàn)5中公開了一種超導(dǎo)塊材磁體，其通過配置組成不同(S卩，超導(dǎo)特性不同)的兩種或三種RE系超導(dǎo)塊材材料，能夠獲得從低磁場至高磁場的較大捕獲磁場。具體而言，使用具有不同臨界電流密度特性的兩種(或三種)超導(dǎo)塊材體，在超導(dǎo)塊材磁體的周邊部配置在低磁場中具有高臨界電流密度的材料，在磁場強(qiáng)度高的中心部配置在高磁場中具有高電流密度的材料。通過該配置，能夠使超導(dǎo)塊材磁體整體產(chǎn)生強(qiáng)磁場。該專利文獻(xiàn)5中公開了靜磁場磁化法和脈沖磁化法作為磁化方法。專利文獻(xiàn)6中公開了中空的氧化物超導(dǎo)塊材磁鐵(多個中空氧化物超導(dǎo)塊材體復(fù)合而成的超導(dǎo)塊材磁鐵)。通過該氧化物超導(dǎo)塊材磁鐵能夠?qū)崿F(xiàn)原料的節(jié)約和輕量化。此夕卜，為了將該超導(dǎo)塊材磁鐵磁化而作為永磁體來使用，使用如下的靜磁場磁化方法將超導(dǎo)塊材磁鐵浸潰到液氮中使其成為超導(dǎo)狀態(tài)，從外部施加磁場而使超導(dǎo)體捕獲磁通線。此外，專利文獻(xiàn)7中，為了解決因脈沖磁化中的發(fā)熱所致的特性降低的問題，公開了在超導(dǎo)體間設(shè)置冷卻介質(zhì)的流路來改善脈沖磁化時的捕獲磁通特性的方法。
如上所述，對于RE系(RE-Ba-Cu-O系)氧化物塊材體，通過改良作為塊材磁體的氧化物超導(dǎo)塊材體的構(gòu)成和磁化方法來提高磁鐵(磁體)的磁場強(qiáng)度?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平6-20837號公報專利文獻(xiàn)2 :日本特開平6-168823號公報專利文獻(xiàn)3 :日本特開平10-12429號公報 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2001-358007號公報專利文獻(xiàn)5 :日本特開平9-255333號公報專利文獻(xiàn)6 :日本特開平7-211538號公報專利文獻(xiàn)7 :日本特開2006-319000號公報非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :日本應(yīng)用磁氣學(xué)會志，Vol. 23 (1999) ,No. 4-1，p. 885非專利文獻(xiàn)2 Jpn. J. Appl. Phys.，Vol. 34 (1995)，p. 5574非專利文獻(xiàn)3 :日本應(yīng)用磁氣學(xué)會志，Vol. 19(1995), No. 3, p. 74
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題在REBa2Cu307_x相(123相)中分散有RE2BaCuO5相(211相)的氧化物塊材體主要通過使數(shù)mm見方的籽晶結(jié)晶生長為單晶塊材體來制造。由于結(jié)晶生長中的123相為正方晶，因此在通過通常的引晶法與某種晶體的a-b面接觸時，在引晶面內(nèi)形成四次對稱的小面的同時進(jìn)行生長。這樣，通過結(jié)晶生長而制造的氧化物塊材體的超導(dǎo)特性大致具有四次對稱的不均勻性。作為具體的示例，將對圓盤狀的氧化物塊材體進(jìn)行靜磁場磁化而得到的捕獲磁通分布示于圖13中。如圖13所示，捕獲磁通分布偏離同心圓而變形為四次對稱。S卩，如上所述，在123相中分散有211相的氧化物塊材體可以作為塊材磁體使用，但由于如圖13所示磁通分布發(fā)生了變形，因此將該氧化物塊材體實際用作磁懸浮裝置、超導(dǎo)電動機(jī)、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)等的磁體時，難以實現(xiàn)高效的驅(qū)動或發(fā)電。迄今為止，如上所述，對于使用了 RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的超導(dǎo)塊材磁體，僅關(guān)注了其磁場強(qiáng)度的提高。這樣，將單純磁場強(qiáng)度高的塊材磁體組裝到實際使用的超導(dǎo)電動機(jī)、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)等中時，塊材磁體的磁通分布(磁場強(qiáng)度分布)不均勻，因此難以有效地進(jìn)行驅(qū)動或發(fā)電。因此，在使用這種氧化物塊材體作為超導(dǎo)塊材磁體時，使磁通分布不發(fā)生變形而保持均勻(例如均勻地呈同心圓狀)是很重要的。另一方面，在專利文獻(xiàn)5中公開的技術(shù)中，為了獲得強(qiáng)磁場，作為上述的使用RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的超導(dǎo)塊材磁體，例如,在塊材磁體的周邊部使用在低磁場中具有高臨界電流密度的Y系氧化物超導(dǎo)塊材體、在塊材磁體的中心部使用在高磁場中具有高臨界電流密度的Nd系氧化物超導(dǎo)塊材體。但是，關(guān)于作為超導(dǎo)塊材磁體獲得均勻的磁場很重要這一點(diǎn)既沒有記載也沒有啟示，還沒有示出其構(gòu)成。此外，作為獲得強(qiáng)均勻磁場的方法，還示出了如下構(gòu)成在甜甜圈狀的銅板上設(shè)置多個環(huán)狀的槽，并將RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體埋入這些槽中。但是，該構(gòu)成的磁體并非塊材磁體而是作為超導(dǎo)線圈使用的線圈磁體，因此作為附帶材料的銅板相對于磁體整體所占的比例增大。因此，在這種線圈磁體中，產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度相對于磁體質(zhì)量的比例降低上述的使用了 RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的超導(dǎo)塊材磁體與使用了金屬磁體或線圈的電磁體等現(xiàn)有的磁體相比重量較輕。在專利文獻(xiàn)6中，為了減少原料的使用量而使超導(dǎo)塊材磁體進(jìn)一步輕量化、并且使超導(dǎo)電流不流入無用的部分，以塊材磁體的中心部為中空的方式將多個中空超導(dǎo)塊材體復(fù)合化。但是，關(guān)于使塊材磁體的磁通分布保持均勻在實際使用上很重要這一點(diǎn)既沒有記載也沒有啟示，也沒有示出其構(gòu)成。此外，在專利文獻(xiàn)6中公開的技術(shù)中，為了減少原料的使用量而使超導(dǎo)塊材磁體輕量化，在超導(dǎo)塊材磁體的中心部不存在超導(dǎo)體。因此，在該結(jié)構(gòu)中，中空部分比較大，中空部分的內(nèi)徑相對于塊材磁體的外徑實際上為46. 7%或33. 3%。即使是這種具有較大中空部的超導(dǎo)塊材磁體，也并不一定能使磁通分布保持均勻。特別是在作為磁懸浮裝置、超導(dǎo)電動機(jī)、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)或移動的設(shè)備的磁體而實際使用的環(huán)境下，超導(dǎo)塊材磁體不能保持均勻的磁通分布。此外，該專利文獻(xiàn)6中記載了 盡管超導(dǎo)塊材磁體具有中空部分，但與內(nèi)部填實的超導(dǎo)塊材磁體具有同等的性能。但是，實際上，塊材磁體的內(nèi)部的超導(dǎo)體也作出了有限的貢獻(xiàn)，因此具有中空部分的超導(dǎo)塊材磁體與內(nèi)部填實的塊材磁體相比特性(磁場強(qiáng)度)降低。特別是，在強(qiáng)磁場強(qiáng)度下進(jìn)行比較時該特性差顯著，根據(jù)磁化方法的不同也會顯著地顯現(xiàn)。為了對上述的使用了 RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的氧化物超導(dǎo)塊材磁體進(jìn)行磁化時，使用靜磁場磁化法、脈沖磁化法這樣的磁化法。特別是在將氧化物超導(dǎo)塊材磁體組裝到裝置中的同時簡便地進(jìn)行磁化時，為了使超導(dǎo)塊材磁體具有強(qiáng)磁場，優(yōu)選使用脈沖磁化法。但是，如果利用脈沖磁化法以得到強(qiáng)磁場的方式進(jìn)行磁化，則磁通分布變得不均勻，存在得不到均勻的磁通分布這樣的問題。以下對其理由進(jìn)行說明。脈沖磁化法是伴有急劇的磁場變化的磁化方法，因此磁化時磁通在超導(dǎo)體中急劇地遷移，在超導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生大量的熱。因此，如果產(chǎn)生的熱使該部分(產(chǎn)熱部)的溫度上升而使該部分的超導(dǎo)特性降低，則更容易發(fā)生磁通的遷移。此外，在超導(dǎo)體中稍有特性不均勻時，這種循環(huán)(磁通遷移、產(chǎn)生熱、溫度上升和超導(dǎo)特性降低的循環(huán))不斷重復(fù)，特性的不均勻被強(qiáng)化而使磁通捕獲分布也變得不均勻。例如，在將一般的圓盤型氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件進(jìn)行磁化而作為塊材磁體使用時，如果材料特性完全均勻，則超導(dǎo)電流以圓盤(氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件)的同心圓狀流通。此時，在圓盤的高度方向上取磁通密度時，能夠得到圓錐狀的磁通密度分布。但是，對于實際的材料而言，工業(yè)上難以獲得完全均勻的材料特性，因而利用脈沖磁化法得不到圓錐狀的均勻的磁通密度分布。而且，在利用脈沖磁化法進(jìn)行磁化時，外加磁場的變化速度和磁場強(qiáng)度越大，越容易引起磁通分布的不均勻性而變得顯著。此外，超導(dǎo)體的尺寸越大，另外J。特性越高，越容易產(chǎn)生該磁通分布的不均勻性而變得顯著。因此，由于溫度越低J。特性就越高，因而有冷卻溫度越低越容易形成不均勻的捕獲磁通分布的傾向。如上所述，專利文獻(xiàn)5中公開了利用脈沖磁化法進(jìn)行磁化的示例。但是，該專利文獻(xiàn)5中，僅公開了實現(xiàn)了強(qiáng)磁場的超導(dǎo)磁體，并沒有公開該磁場的均勻性。此外，如上所述，專利文獻(xiàn)6中僅利用靜磁場磁化法進(jìn)行了磁化，因此并沒有公開利用脈沖磁化法得到的磁場的均勻性。由此可見，在專利文獻(xiàn)5和專利文獻(xiàn)6中公開的結(jié)構(gòu)中，在進(jìn)行脈沖磁化時，難以以良好的重現(xiàn)性得到均勻的磁場，或者難以均勻地得到強(qiáng)磁場。此外，如上所述，脈沖磁化法中，磁場在磁化中急劇地發(fā)生變化，因此在配置有多個RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，伴隨著急劇的磁場變化，在各氧化物塊材體中產(chǎn)生急劇的應(yīng)力變化和隨之而來的變形。因此，由于這種應(yīng)力變化的反復(fù)而產(chǎn)生多個氧化物塊材體的一部分破損的問題，其結(jié)果是，無法得到強(qiáng)磁場和均勻的磁場。此外，對于配置有多個RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件而言，在作為超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電動機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)的磁體使用時，有時各氧化物塊材體受到離心力或振動而緩慢地移動。此時，存在如下問題不僅多個氧化物塊材體容易破損，而且各氧化物塊材體的配置位置也發(fā)生偏移，因此無法維持原本的強(qiáng)且均勻的磁場。鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其即使利用脈沖磁化法反復(fù)進(jìn)行磁化，也能夠作為具有強(qiáng)而對稱且均勻的磁場的超導(dǎo)塊材磁體使用。特別地，本發(fā)明的目的在于提供氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其可以使用氧化物塊材體(例如在REBa2Cu3CVx相中分散有RE2BaCuO5相的氧化物塊材體)容易地進(jìn)行制造，并且即使用作超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電動機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)的磁體，也能夠穩(wěn)定地得到強(qiáng)而對稱且均勻的磁場。用于解決問題的手段本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過使用在REBa2Cu3CVx相中分散有RE2BaCuO5相的氧化物塊材體來制作氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，并使多個氧化物塊材體(塊材部)以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置，即使磁場在脈沖磁化中急劇地變化，也能夠抑制超導(dǎo)電流的紊亂，能夠得到強(qiáng)而對稱且均勻的磁場。此外，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過在多個配置的氧化物塊材體間配置特定的夾設(shè)部(例如樹脂、潤滑脂、焊料或接縫)，即使反復(fù)進(jìn)行脈沖磁化，也能夠減少氧化物塊材體的破損，能夠以良好的重現(xiàn)性得到強(qiáng)且均勻的磁場。即，本發(fā)明的主旨如下所述。(I)本發(fā)明的一個實施方式所涉及的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件具備多個塊材部，其具有外周尺寸彼此不同的外周，并且以這些外周中所述外周尺寸相對較大的外周包圍較小的外周的方式配置；和夾設(shè)部，其配置在相互鄰接的一對所述塊材部之間；在相互鄰接的所述各塊材部之間形成有間隙，所述各塊材部為在REBa2Cu3CVx相中分散有RE2BaCuO5相的氧化物塊材體，所述各塊材部中，所述外周尺寸最小的塊材部為柱狀或環(huán)狀，所述外周尺寸最小的塊材部以外的塊材部為環(huán)狀。(2)上述(I)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述夾設(shè)部可以為樹脂、潤滑脂或焊料，相互鄰接的一對所述塊材部間的所述間隙的寬度尺寸可以為0.01mm以上且0. 49mm 以下。(3)上述(2)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，相互鄰接的一對所述塊材部的所述REBa2Cu307_x相的a軸的方向可以彼此不同。(4)上述(I)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述夾設(shè)部可以為所述氧化物塊材體，可以是連接相互鄰接的一對所述塊材部間的接縫。 (5)上述(4)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，沿著相互鄰接的一對所述塊材部中位于內(nèi)側(cè)的塊材部的外周的所述接縫的寬度尺寸可以為0. Imm以上且為所述外周的外周尺寸的25%以下。
(6)上述(4)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述各塊材部的旋轉(zhuǎn)對稱軸方向的厚度尺寸可以為I. Omm以上且5. Omm以下。(7)上述(4)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述間隙的至少一部分中還可以具備樹脂、潤滑脂或焊料。(8)上述(2)或(4)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述各塊材部中的環(huán)狀的塊材部的與旋轉(zhuǎn)對稱軸垂直的方向的寬度的最大尺寸可以超過I. Omm且20. Omm以下。(9)上述(2)或(4)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述各塊材部中的環(huán)狀的塊材部的內(nèi)周形狀和外周形狀可以為多邊形、圓形或跑道狀。(10)上述(2)或(4)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述各塊材部可以以在旋轉(zhuǎn)對稱軸方向上形成多個層的方式層疊。(11)上述(10)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述各層中的所述REBa2Cu307_x相的c軸相對于各自的所述旋轉(zhuǎn)對稱軸可以在±30°的范圍內(nèi)。(12)上述(10)所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，所述各層中相互鄰接的層中的所述REBa2Cu3CVx相的a軸的方向可以彼此不同。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供通過利用脈沖磁化法進(jìn)行磁化、能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生強(qiáng)且均勻的磁場的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件。此外，可以提供對稱性和均勻性優(yōu)良的能夠磁化的氧 化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件。而且，即使反復(fù)進(jìn)行脈沖磁化，也能夠減少氧化物塊材體的破損，能夠以良好的重現(xiàn)性得到強(qiáng)且均勻的磁場。由于能夠利用脈沖磁化法更簡便地實現(xiàn)產(chǎn)生高磁場的氧化物超導(dǎo)塊材磁體，因此能夠利用以通常的永磁體無法得到的高磁場，其工業(yè)上的效果是非常大的。 此外，在上述(4 )所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，將各氧化物塊材體進(jìn)行組裝而使其以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的工序可以部分或全部省略，因此能夠使其制造工序變得容易。特別是在環(huán)狀的部分(環(huán)狀的塊材部)比較薄、且該環(huán)狀的部分的層級數(shù)(層疊數(shù))多時，存在因具有接縫而帶來的生產(chǎn)率上的很大優(yōu)點(diǎn)。


圖IA是表示將多個塊材部以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的結(jié)構(gòu)例的俯視圖。圖IB是表示將多個塊材部以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖2A是表示配置為嵌套結(jié)構(gòu)的多個塊材部的形狀例的俯視圖。圖2B是表示配置為嵌套結(jié)構(gòu)的多個塊材部的形狀例的俯視圖。圖2C是表示配置為嵌套結(jié)構(gòu)的多個塊材部的形狀例的俯視圖。圖3A是表示多個塊材部在旋轉(zhuǎn)對稱軸方向上層疊的結(jié)構(gòu)例的立體圖。圖3B是表不多個塊材部在旋轉(zhuǎn)對稱軸方向上層疊、且123相的c軸相對于旋轉(zhuǎn)對稱軸在±30° ( S )的范圍內(nèi)存在的狀態(tài)的立體圖。圖4是表示各塊材部的REBa2Cu3CVx晶體的a軸分別朝向不同方向的以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的構(gòu)成例的俯視圖。圖5是表示包括環(huán)狀的塊材部在內(nèi)的多個塊材部以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置、且這些塊材部的一部分由接縫連接的結(jié)構(gòu)例的俯視圖。
圖6是表示實施例I中制作的五重環(huán)的形狀的俯視圖。圖7是表示實施例4中制作的嵌套結(jié)構(gòu)的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的形狀的圖。圖8A是表不實施例I中制作的試樣C的靜磁場磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖8B是表不實施例I中制作的試樣A的靜磁場磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖8C是表示實施例I中制作的試樣C的脈沖磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖8D是表示實施例I中制作的試樣A的脈沖磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖9A是表示實施例4中制作的試樣4-2的脈沖磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖9B是表示實施例4中制作的試樣4-1的脈沖磁化時的捕獲磁通分布的圖。
圖10是表示實施例7中制作的具有接縫的五重環(huán)的形狀的圖。圖IlA是表示實施例7中制作的試樣K的靜磁場磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖IlB是表示實施例7中制作的試樣J的靜磁場磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖IlC是表示實施例7中制作的試樣K的脈沖磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖IlD是表示實施例7中制作的試樣J的脈沖磁化時的捕獲磁通分布的圖。圖12是表示實施例9中制作的具有接縫的跑道形狀的圖。圖13是表示現(xiàn)有的小面成長而成的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的捕獲磁通分布的圖。圖14A是用于說明鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的a軸、b軸和c軸的圖。圖14B是用于說明123相的一個例子中的a軸、b軸和c軸的圖。
具體實施例方式本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，為了利用脈沖磁化法對使用了 RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件(超導(dǎo)磁體)進(jìn)行磁化從而將其作為具有強(qiáng)磁場并且磁場對稱且均勻的氧化物超導(dǎo)塊材磁體使用，在脈沖磁化中限制磁通的遷移、減少塊材磁體構(gòu)件中的超導(dǎo)電流的紊亂是有效的。此外，本發(fā)明者們還發(fā)現(xiàn)，通過將氧化物塊材體以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置，能夠容易地限制脈沖磁化中的磁通的遷移。在配置為嵌套的各個氧化物塊材體(塊材部)間幾乎不流通電流，超導(dǎo)電流流入各氧化物塊材內(nèi)，因此超導(dǎo)電流的紊亂減少。即，利用脈沖磁化法，能夠得到具有強(qiáng)磁場、并且磁場對稱且均勻的氧化物超導(dǎo)塊材磁體。(第一實施方式)如圖IA和圖IB所示，本發(fā)明的第一實施方式所涉及的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，將RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體(多個塊材部)以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置。本實施方式中，由于具有這種配置結(jié)構(gòu)，因此在利用脈沖磁化法得到強(qiáng)磁體時，即使磁場在脈沖磁化中急劇地變化，也能夠限制磁通的遷移，從而能夠得到強(qiáng)且均勻的磁場。圖IA和圖IB中，以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置有3個尺寸不同的具有環(huán)形的RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體(環(huán)狀的塊材部、環(huán)部)1 3和I個圓柱形的RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體(柱狀的塊材部、芯部)4。在這種配置結(jié)構(gòu)中，在各氧化物塊材體間具有間隙8，因此如果進(jìn)行脈沖磁化,則脈沖磁化中的磁通的遷移受到限制以使各氧化物塊材體內(nèi)的磁場分布均勻且對稱。由此，能夠減少塊材磁體構(gòu)件中流通的超導(dǎo)電流的紊亂。因此，能夠得到具有強(qiáng)磁場、并且該磁場對稱且均勻的氧化物超導(dǎo)塊材磁體。需要說明的是，如圖IA所示，在間隙8的至少一部分中還具備樹脂、潤滑脂或焊料這樣的緩沖材料(夾設(shè)部)5。
需要說明的是，在此，嵌套結(jié)構(gòu)是以外周尺寸相對較大的外周包圍外周尺寸相對較小的外周的方式對具有外周尺寸彼此不同的外周的多個氧化物塊材體進(jìn)行配置的結(jié)構(gòu)。因此，各氧化物塊材體中，外周尺寸最小的氧化物塊材體為柱狀或環(huán)狀，外周尺寸最小的氧化物塊材體以外的氧化物塊材體為環(huán)狀。而且，相互鄰接的各氧化物塊材體之間形成有間隙。
此外，對于各RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體I 4而言，可以將與RE相當(dāng)?shù)某煞衷叵嗷ハ嗤腞E-Ba-Cu-O系氧化物塊材體進(jìn)行組合，也可以將與RE相當(dāng)?shù)某煞衷乇舜瞬煌亩喾NRE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體進(jìn)行組合。后者時，圖IA和圖IB所示的RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體I 4中的至少I個塊材體在與RE相當(dāng)?shù)某煞衷胤矫媾c其他RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體不同。例如，可以通過將選自Sm、Eu、Gd、Dy、Y、Ho中的成分元素組合作為RE來準(zhǔn)備與RE相當(dāng)?shù)某煞衷乇舜瞬煌腞E-Ba-Cu-O系氧化物塊材體，改變RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體I 4中至少I個塊材體的與RE相當(dāng)?shù)某煞衷夭⒁郧短捉Y(jié)構(gòu)的方式配置。此時，通過在考慮RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的J。特性的同時改變RE的組成，能夠提高氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件整體的特性。自旋轉(zhuǎn)對稱軸方向觀察到的以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的氧化物塊材體的周邊形狀(內(nèi)周形狀或外周形狀)在圖IA所示的示例中為圓形。但是，只要是能夠基于上述理由限制脈沖磁化中的磁通的遷移且可形成間隙的形狀即可，以能夠得到期望的磁場分布的方式選擇適當(dāng)形狀作為適合各用途的氧化物超導(dǎo)塊材磁體即可。例如，氧化物塊材體的周邊形狀可以使用三角形、四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形等多邊形、圓形、矩形、楕圓、跑道狀等形狀。需要說明的是，作為示例，圖2A中示出了四邊形周邊形狀的氧化物塊材體，圖2B中示出了六邊形周邊形狀的氧化物塊材體，圖2C中示出了跑道狀周邊形狀的氧化物塊材體。從實用性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選氧化物塊材體(環(huán)狀的塊材部)中的至少I個為具有六邊以上的多邊形至圓形的周邊形狀的環(huán)、或者具有跑道狀周邊形狀的環(huán)。如果氧化物塊材體具有這種周邊形狀，則能夠容易地制造(加工、組裝)氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，能夠得到更強(qiáng)且更均勻的磁場。在周邊形狀為多邊形時，從加工和組裝的容易度與所得到的磁場的性能的平衡來考慮，更優(yōu)選為六邊形或八邊形。此外，以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的各氧化物塊材體(塊材部的組)更優(yōu)選以在旋轉(zhuǎn)對稱軸方向上形成多個層的方式層疊。例如，如果準(zhǔn)備多個圖IA的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件并進(jìn)行層疊，則能夠得到更強(qiáng)的磁場。圖3A和圖3B中示出了以形成6個層的方式將各氧化物塊材體層疊的示例。在此，圖3A中，示出了嵌套結(jié)構(gòu)無芯部的示例(中空的示例)。此時,外周尺寸最小的最內(nèi)周的氧化物塊材體為環(huán)狀。但是，如果嵌套結(jié)構(gòu)的最內(nèi)周的氧化物塊材體為圖IA那樣的柱狀(實心)，則與環(huán)狀(中空)的情況(無芯部的情況)相比，能夠更穩(wěn)定地產(chǎn)生強(qiáng)磁場。在將無芯部的嵌套結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)磁體作為超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電動機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)的磁體使用時，相對于超導(dǎo)磁體的外徑(嵌套結(jié)構(gòu)的最外周的氧化物塊材體的外徑)，優(yōu)選使中空部的內(nèi)徑(嵌套結(jié)構(gòu)的最內(nèi)周的氧化物塊材體的內(nèi)徑)為30%以下(以面積比例計為9%以下)，更優(yōu)選為20%以下(以面積比例計為4%以下)，進(jìn)一步優(yōu)選為10%以下(以面積比例計為1%以下)。該中空部的內(nèi)徑的下限為0%。在以上述方式層疊時，能夠提高作為氧化物超導(dǎo)塊材磁體整體的磁場的對稱性和均勻性。氧化物塊材體中，在結(jié)晶生長的階段中，沿著籽晶的a軸方向包含使電流密度降低的缺陷的概率升高。因此，更優(yōu)選以層疊的氧化物塊材體的層(層中的芯部和環(huán)部)與該層的上下所鄰接的各層(各層中的芯部和環(huán)部)之間的REBa2Cu3CVx晶體(REBa2Cu307_x相)的a軸或b軸的方向不同的方式來配置各層。該各層間的a軸或b軸的方向的錯開更優(yōu)選為5° 40°。這樣，如果以各層中相互鄰接的層中的REBa2Cu3CVx相的a軸或b軸的方向彼此不同的方式配置各層，則能夠使特性低的部分不會在層間并列，從而能夠使超導(dǎo)塊材磁體整體的特性變得均勻。只要能夠得到上述效果，層疊的氧化物塊材體間(各層間)可以進(jìn)行超導(dǎo)接合，也可以進(jìn)行常導(dǎo)接合。如上所述，在本實施方式中，使用RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體、即在REBa2Cu307_x相中分散有RE2BaCuO5相的氧化物塊材體。但是，由于氧化物塊材體中的REBa2Cu307_x相的a-b面能夠流通較大的超導(dǎo)電流，因此優(yōu)選將氧化物塊材體以磁通垂直貫通該a-b面的方式配置來進(jìn)行磁化。因此，優(yōu)選使各氧化物塊材體(一個層)的REBa2Cu3CVx晶體的c軸與氧化物塊材體的旋轉(zhuǎn)對稱軸(氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)對稱軸)一致。進(jìn)而，在以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的氧化物塊材體的多個層沿旋轉(zhuǎn)對稱軸方向?qū)盈B時，如圖3B (角度S)所示，如果各層中的REBa2Cu307_x晶體的c軸相對于各氧化物塊材體的旋轉(zhuǎn)對稱軸在±30°的范圍內(nèi)，則能夠得到強(qiáng)磁場，因此更優(yōu)選。此外，進(jìn)一步優(yōu)選各c軸相對于各旋轉(zhuǎn)對稱軸在±10°的范圍內(nèi)。需要說明的是，如果角度8在±30°的范圍內(nèi)，則能夠以良好的重現(xiàn)性得到強(qiáng)磁場。該角度8的下限為±0°。此外，以在與上述旋轉(zhuǎn)對稱軸垂直的方向(嵌套結(jié)構(gòu)的層級方向)上鄰接的各氧化物塊材體的REBa2Cu307_x晶體的a軸的方向彼此不同的嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置時，能夠得到更均勻的磁場，因此更優(yōu)選。圖4中示出其一個例子。這種各氧化物塊材體的a軸(或b軸)的方向的錯開9更優(yōu)選為±5°以上且±40°以下。例如，在如圖3A所示將多個層進(jìn)行層疊時，如果以在層的上下方向(層疊方向)上鄰接的各層的氧化物塊材體的REBa2Cu3CVx晶體的a軸的方向彼此不同的方式層疊，則能夠得到更均勻的磁場，因此更優(yōu)選。此時，層疊方向(旋轉(zhuǎn)對稱軸方向)的各a軸的方向的錯開也更優(yōu)選為±5°以上且±40°以下。此夕卜，為了形成嵌套結(jié)構(gòu)，嵌套結(jié)構(gòu)的層級數(shù)為2以上。在圖IA的示例中，將RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體I 4以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置，因此其層級數(shù)為4。在此，氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件越大，優(yōu)選層級數(shù)越多。通常，為了進(jìn)行脈沖磁化而得到更強(qiáng)且更均勻的磁場，優(yōu)選層級數(shù)為4以上，更優(yōu)選為5以上。需要說明的是，上述的a軸、b軸和c軸由基于圖14A所示的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)而得到的結(jié)晶取向來決定。即，a軸和b軸是包含氧離子構(gòu)成的八面體所含的四棱錐的底面的方向，c軸是將該八面體所含的兩個四棱錐的頂角彼此連接的方向。如圖14B所示，基本的123相具有如下晶體結(jié)構(gòu)在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的陽離子A位點(diǎn)處交替配置Y與Ba，將與Y位于相同平面(a-b面)的0全部取代為氧離子空位，進(jìn)而將與Ba相同的平面(a-b面)所鄰接的八面體的部分0取代為氧離子空位。因此，123相的a軸、b軸、c軸例如為圖14B所示的方向。
此外，環(huán)狀的氧化物塊材體(環(huán)部)的寬度為沿著嵌套結(jié)構(gòu)的配置方向(與旋轉(zhuǎn)對稱軸垂直的方向)的寬度，例如，在圖IA的示例中，為雙向箭頭所示的寬度W。為了提高限制脈沖磁化中的磁通的遷移范圍的效果，環(huán)部的寬度的最大尺寸優(yōu)選為20_以下，更優(yōu)選為15mm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為IOmm以下。另一方面，如果環(huán)部的寬度小于1mm，則相對于氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件整體，間隙所占的比例增大，氧化物塊材體所占的比例減小。進(jìn)而，如果間隙相對于氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件整體所占的比例增大，則有時所得的磁場減弱或者加工成品率降低。因此，環(huán)部的寬度優(yōu)選為Imm以上。與這種優(yōu)選的環(huán)部的寬度相關(guān)地，上述嵌套結(jié)構(gòu)的層級數(shù)與環(huán)部的寬度之間的關(guān)系如下。對于環(huán)部的寬度W而言，在氧化物塊材體被間隙均等分割時，使用氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的最大尺寸L (在圖IB的示例中為氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的尺寸L)，層級數(shù)N由N=L/2W表示。因此,上述層級數(shù)的優(yōu)選范圍的上限的標(biāo)準(zhǔn)在最大尺寸L為500mm時為250 (N=500/(2X 1)=250)，在 L 為 IOOmm 時為 50 (N=IOO/(2X I) =50)。因此，層級數(shù)的上限可以為L/2。此外，氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的厚度H (例如圖IB中的厚度H)沒有特別限定，可以根據(jù)各用途的結(jié)構(gòu)設(shè)計來決定。從脈沖磁化法的容易度考慮，優(yōu)選相對于氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的最大尺寸L為1/2以上且1/100以下(S卩，L/2以上且L/100以下)。從維持容易操作的機(jī)械強(qiáng)度這樣的觀點(diǎn)考慮，厚度H更優(yōu)選為Imm以上。此外，從為了對嵌套結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置所需要的加工時間這樣的方面考慮，厚度H更優(yōu)選為30_以下。此外，本實施方式中，如上所述，在以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的氧化物塊材體間形成有圖IA所示的間隙8。特別地，該間隙8以具有預(yù)定的寬度尺寸的方式形成。在脈沖磁化法中，磁場在磁化中急劇地變化，因此以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的各氧化物塊材體中產(chǎn)生急劇的應(yīng)力變化，從而發(fā)生輕微的變形。如果反復(fù)進(jìn)行脈沖磁化，則產(chǎn)生因反復(fù)的應(yīng)力變化和變形而使多個氧化物塊材體的一部分發(fā)生破損這樣的問題。其結(jié)果是，無法得到強(qiáng)且均勻的磁場。進(jìn)而，如果間隙增大，則各氧化物塊材體獨(dú)立地承受應(yīng)力變化和變形，因此各氧化物塊材體容易破損。即，如果減小間隙，則能夠抑制它們的應(yīng)力變化和變形。具體而言，優(yōu)選相互鄰接的一對氧化物塊材體間的間隙的寬度尺寸為0. 49mm以下。此外，如果該間隙(相互鄰接的一對塊材部間)的至少一部分中施加樹脂、潤滑脂或焊料作為抑制上述應(yīng)力變化和變形的影響的緩沖材料(夾設(shè)部)，則到破損為止的脈沖磁化的重復(fù)數(shù)增多，能夠限制地降低破損的比例。因此，本實施方式中，在相互鄰接的一對塊材部間配置有樹脂、潤滑脂或焊料這樣的夾設(shè)部。如果如上所述地施加樹脂、潤滑脂或焊料，則各氧化物塊材體產(chǎn)生機(jī)械性的相互影響。由此，能夠避免各氧化物塊材體獨(dú)立地承受應(yīng)力變化和變形，因此認(rèn)為能夠減少破損。為了進(jìn)一步降低破損的概率，間隙的寬度尺寸更優(yōu)選為0.20mm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0. IOmm以下。此外，如果考慮以輕加工容易地組裝且經(jīng)濟(jì)地制造，則間隙的寬度尺寸為0. Olmm以上。即，如果間隙的寬度尺寸小于0. 01mm，則難以使各氧化物塊材體相互嵌套，并且難以在其間隙中施加樹脂、潤滑脂和焊料，因此不適合實用的制造。此外，配置在間隙中的樹脂、潤滑脂或焊料至少施加于間隙的一部分中即可。更優(yōu)選使間隙的總體積的10%以上且間隙的總體積的100%以下由樹脂、潤滑脂或焊料占據(jù)。進(jìn) 而，更優(yōu)選使間隙的總體積的50%以上由樹脂、潤滑脂或焊料占據(jù)。制作氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件后，在半永久性地將各氧化物塊材體固定時，優(yōu)選使用固化性樹脂作為樹脂。此外，在使以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置的各氧化物塊材體能夠拆卸時，優(yōu)選使用潤滑脂或焊料。此外，為了使各氧化物塊材體不會因磁化后的磁場所產(chǎn)生的周向應(yīng)力(使半徑擴(kuò)大的力)而斷裂，更優(yōu)選在嵌套結(jié)構(gòu)的最外周的氧化物塊材體的外側(cè)嵌套金屬環(huán)(例如圖7所示的金屬環(huán)21)。如果采用這種構(gòu)成，則由于金屬環(huán)的熱膨脹率與氧化物塊材體的熱膨脹率不同，因此冷卻時由金屬環(huán)向氧化物塊材體作用有壓縮應(yīng)力，從而能夠減小因周向應(yīng)力而使氧化物塊材體斷裂的概率。優(yōu)選在金屬環(huán)與氧化物塊材體之間填充樹脂、潤滑脂或焊料，以向配置為嵌套的氧化物塊材體均等地施加壓縮應(yīng)力。作為該金屬環(huán)的材質(zhì)，可以使用例如銅、鋁、不銹鋼等金屬材料。良導(dǎo)體中在脈沖磁化中會流過較大的屏蔽電流，因此更優(yōu)選使用電阻率高的不銹鋼等合金系材料。此外，在將氧化物塊材體半永久性地固定在金屬環(huán)上時，優(yōu)選使用固化性樹脂。此外，為了使金屬環(huán)能夠從氧化物塊材體上拆卸，可以使用焊料或潤滑脂將金屬環(huán)固定在氧化物塊材體上。在使用了焊料時，通過加熱至其熔點(diǎn)能夠進(jìn)行拆卸，在使用了潤滑脂類時，常溫下能夠進(jìn)行拆卸。進(jìn)而，優(yōu)選使該金屬環(huán)的旋轉(zhuǎn)對稱軸與REBa2Cu3CVx晶體的c軸一致。本實施方式中使用的RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體具有在作為超導(dǎo)體相的單晶態(tài) 的REBa2Cu3CVx相(123相)中微細(xì)分散有作為非超導(dǎo)相的RE2BaCuO5相(211相)的組織。該單晶態(tài)的相并非完美的單晶，而包含小角度晶界等對實用沒有影響的缺陷。此外，該單晶態(tài)(準(zhǔn)單晶)的相是在單晶態(tài)的123相中微細(xì)(例如約I y m)分散有211相作為第二相的晶相。REBa2Cu3CVx 相(123 相)和 RE2BaCuO5 相(211 相)中的 RE 為稀土元素，是由 Y、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu構(gòu)成的稀土元素或這些稀土元素的組合。此外,含有La、Nd、Sm、Eu、Gd的123相有時會偏離其化學(xué)計量學(xué)組成(RE:Ba:Cu=l :2:3)而形成部分RE的位點(diǎn)被Ba取代的狀態(tài)，該狀態(tài)的123相也包含在123相中。此外，對于作為非超導(dǎo)相的211相而言，含有La、Nd的211相有時也具有與僅含有Y、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的211相稍有不同的狀態(tài)。例如，含有La、Nd的211相的金屬元素比并非化學(xué)計量學(xué)的組成，或者晶體結(jié)構(gòu)與僅含有La、Nd以外的RE的211相不同，上述情況也包含在該211相中。此外，REBa2Cu307_x相的x為氧缺損量，超過0且0. 2以下(0〈x ( 0. 2)。如果x的值在該范圍內(nèi)，則REBa2Cu3CVx相作為超導(dǎo)體顯示出超導(dǎo)性。上述的Ba元素對RE的位點(diǎn)的取代具有使臨界溫度降低的傾向。此外，如果降低氧分壓，則可抑制Ba元素對RE的位點(diǎn)的取代。因此，與大氣中相比，更優(yōu)選在氬或氮中微量混合有氧的0. I 1%氧氣氛內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶生長。此外，如果在RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體中含有銀，則具有機(jī)械強(qiáng)度和J。特性增強(qiáng)的傾向，因而更優(yōu)選含有5 20質(zhì)量％的銀。此時，123相有時會偏離化學(xué)計量學(xué)組成(RE:Ba:Cu=l :2:3)而形成部分Cu位點(diǎn)被Ag取代的狀態(tài)，該狀態(tài)的123相也包含在123相中。如(I)式所示，123相通過211相與含有Ba和Cu的復(fù)合氧化物的液相的包晶反應(yīng)而生成。211相+液相(Ba和Cu的復(fù)合氧化物)一123相 (I)由該包晶反應(yīng)生成123相的溫度(Tf :123相生成溫度)大致與RE元素的離子半徑相關(guān)，隨著離子半徑的減小，Tf降低。此外，Tf有隨著在低氧氣氛下進(jìn)行結(jié)晶生長和向液相中添加銀而降低的傾向。在單晶態(tài)的123相中微細(xì)分散有211相的氧化物塊材體通過以在123相中殘留未反應(yīng)的211晶粒(211相)的方式使123相結(jié)晶生長來制造。即，本實施方式中的氧化物塊材體通過(2)式所示的反應(yīng)而生成。
211 相+液相(Ba和Cu的復(fù)合氧化物)—123相+211相(2)氧化物塊材體中的211相的微細(xì)分散從提高J。的觀點(diǎn)考慮是極其重要的。通過向液相中微量添加Pt、Rh、Ce中的至少一種，抑制半熔融狀態(tài)(含有211相和液相的狀態(tài))下的211相的晶粒生長，結(jié)果使材料中的211相微細(xì)化至約I 以下。從對微細(xì)化的效果和材料成本的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選Pt的添加量為0. 2^2. 0質(zhì)量％、Rh的添加量為0. oro. 5質(zhì)量％、Ce的添加量為0.5 2.0質(zhì)量％。添加到液相中的Pt、Rh、Ce部分固溶于123相中。此外，不能固溶于123相中的剩余的元素與Ba和Cu形成復(fù)合氧化物，點(diǎn)狀散在于材料中。此外，本實施方式中的氧化物塊材體需要在磁場中也具有高臨界電流密度(J。)。為了滿足該條件，不含有在超導(dǎo)中形成弱連接的大角度晶界的單晶態(tài)的123相是有效的。為了具有更高的J。特性，用于阻止磁通的運(yùn)動的釘扎中心是有效的。作為該釘扎中心起作用的相是微細(xì)分散的211相，并且優(yōu)選盡可能微細(xì)地多數(shù)分散。此外，211相等非超導(dǎo)相通過微細(xì)分散在容易解理的123相中，還發(fā)揮對超導(dǎo)體進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)化、提高其作為塊材材料的可利用性的重要作用。從J。特性和機(jī)械強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮，123相中的211相的比例優(yōu)選為5 35體積％。此外，氧化物塊材體中一般含有5 20體積％的50 u nT500 u m左右的孔隙(氣泡)。此外，在添加有銀時，該氧化物塊材體中，根據(jù)銀的添加量含有超過0體積％且25體積％以下的
10u nT500 u m左右的銀或銀化合物。此外，在結(jié)晶生長后的氧化物塊材體的氧缺損量約為0. 5時，電阻率顯示出半導(dǎo)體性的溫度依存性。通過將該氧化物塊材體根據(jù)RE的種類在350°C飛00°C下在氧氣氛中退火約100小時，使氧結(jié)合到材料中，氧缺損量降低至0. 2以下，氧化物塊材體顯示出良好的超導(dǎo)特性。(第二實施方式)此外，在間隙8比較寬時，如果要利用脈沖磁化法進(jìn)行磁化而得到強(qiáng)磁場，則由于磁場在磁化中急劇地變化，因此有時嵌套結(jié)構(gòu)的各氧化物塊材體會因反復(fù)的脈沖磁化而緩慢地移動。此時，嵌套結(jié)構(gòu)的各氧化物塊材體的配置位置發(fā)生偏移，有時難以維持原本強(qiáng)且均勻的磁場。此外，為了制造這種氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，需要將各氧化物塊材體分別以高精度進(jìn)行加工并以嵌套結(jié)構(gòu)的方式組裝的工序。因此，在本發(fā)明的第二實施方式的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件中，如圖5所示，除了圖IA的各氧化物塊材體(塊材部)f4以外，還具備至少一處接縫(夾設(shè)部)9。S卩，在該實施方式中，例如具備圖5所示的接縫9來代替圖IA所示的樹脂、潤滑脂或焊料這樣的緩沖材料5。氧化物塊材體f 4由該接縫9連接而相連。因此，即使在各氧化物塊材體間形成間隙8，這種接縫9也能夠限制脈沖磁化中磁通的遷移，從而能夠得到強(qiáng)且均勻的磁場。此外，即使將這種構(gòu)成的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件用作超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電動機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)的磁體而承受離心力或振動時，嵌套結(jié)構(gòu)的各氧化物塊材體的位置也不會偏移。此外，即使反復(fù)進(jìn)行脈沖磁化，嵌套結(jié)構(gòu)的各氧化物塊材體的位置也不會偏移。需要說明的是，對于本實施方式中與第一實施方式重復(fù)的部分，省略或簡化其記載。需要說明的是，圖5中示出了從外周的環(huán)部至芯部的各間隙全部由接縫9連接的示例，但也可以將該接縫9的一部分去除。例如，在從圖5的外周方向觀察時，可以是第I環(huán)部(相當(dāng)于圖5中的環(huán)部I)至第3環(huán)部(相當(dāng)于圖5中的環(huán)部3)的間隙由接縫連接，芯部(相當(dāng)于圖5中的芯部4)獨(dú)立。此外，也可以是第I環(huán)部與第2環(huán)部(相當(dāng)于圖5中的環(huán)部2)由接縫連接，第3環(huán)部與芯部由接縫連接。此外，在如上所述包含相互獨(dú)立的要素(即，相互獨(dú)立的氧化物塊材體)時，可以將各要素之間與RE相當(dāng)?shù)某煞衷乇舜讼嗤腞E-Ba-Cu-O系氧化物塊材體進(jìn)行組合，也可以將各要素之間與RE相當(dāng)?shù)某煞衷乇舜瞬煌亩喾NRE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體進(jìn)行組合。后者時，各要素中的至少一個在與RE相當(dāng)?shù)某煞衷胤矫媾c其他要素的RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體不同。例如，可以通過將選自Sm、Eu、Gd、Dy、Y、Ho中的成分元素組合作為RE來準(zhǔn)備與RE相當(dāng)?shù)某煞衷乇舜瞬煌腞E-Ba-Cu-O系氧化物塊材體。此時，通過在考慮RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的J。特性的同時來改變RE的組成，能夠提高氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件整體的特性。如上所述的間隙8和接縫9只需利用噴砂加工、放電加工、蝕刻加工、激光加工、水射流加工、超聲波加工等加工方法實施將形成為間隙的部分除去的加工即可形成，因此不需要將各氧化物塊材體以嵌套結(jié)構(gòu)的方式插裝的工序，能夠簡便地制造氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件。此外，如果接縫9的寬度尺寸f為O. Imm以上，則能夠使各氧化物塊材體相互固 定，足以得到能經(jīng)得住操作的機(jī)械強(qiáng)度。因此，接縫9的寬度尺寸f優(yōu)選為O. Imm以上。此夕卜，接縫9的寬度尺寸f優(yōu)選相對于一個環(huán)部的間隙的周距(環(huán)部的外周尺寸)為25%以下。在一個環(huán)部的間隙內(nèi)存在多個接縫9時，更優(yōu)選各接縫的寬度尺寸f的總計為25%以下。如果各接縫的寬度尺寸f的總計為25%以下，則脈沖磁化中電流難以經(jīng)由接縫而流通，因此容易得到均勻的磁場。需要說明的是，接縫的寬度尺寸f為沿著相互鄰接的一對塊材部中位于內(nèi)側(cè)(內(nèi)周側(cè))的塊材部的外周的尺寸。此外，圖5中，示出了在一個環(huán)部的間隙內(nèi)具備一個接縫的示例。但是，該接縫數(shù)也可以為2個以上的多個。環(huán)部的間隙的周距越大，優(yōu)選接縫數(shù)越多。從加工效率的觀點(diǎn)考慮，如果環(huán)部的間隙的周距為300mm以下，則更優(yōu)選接縫數(shù)為20以下，如果環(huán)部的間隙的周距為900mm以下，則更優(yōu)選接縫數(shù)為40以下。此外，為了形成嵌套結(jié)構(gòu)，嵌套結(jié)構(gòu)的層級數(shù)為2以上。在圖5所示的示例中，以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置有氧化物塊材體f 4，因此其層級數(shù)為4。在此，氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件越大，優(yōu)選層級數(shù)越多。通常，為了進(jìn)行脈沖磁化而得到更強(qiáng)且更均勻的磁場，優(yōu)選層級數(shù)為4以上，更優(yōu)選為5以上。此外，本實施方式中，需要對圖5所示的間隙和接縫進(jìn)行加工的加工時間，因此優(yōu)選氧化物塊材體的旋轉(zhuǎn)對稱軸方向的厚度尺寸(層疊時為層的厚度尺寸)為5mm以下。特別是在通過噴砂進(jìn)行嵌套結(jié)構(gòu)的間隙加工時，更優(yōu)選該厚度尺寸為3. Omm以下。此外，從機(jī)械強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮，該厚度尺寸優(yōu)選為I. Omm以上。此外，從加工性等制造效率的角度考慮，優(yōu)選形成在相互鄰接的各氧化物塊材體之間的間隙(例如圖5所示的間隙8)為O. Olmm以上且2. OOmm以下。此外，從磁場產(chǎn)生效率的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選該間隙為O. 45mm以下。在本實施方式中，如上所述，氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件具備將相互鄰接的一對氧化物塊材體(塊材部)間進(jìn)行連接的接縫(夾設(shè)部)。關(guān)于氧化物塊材體的周邊形狀、環(huán)部的寬度W、氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的厚度H、層級數(shù)、旋轉(zhuǎn)對稱軸方向上的層疊數(shù)(層的數(shù))、具有中空部時中空部的內(nèi)徑、獨(dú)立要素間的晶軸(a軸、b軸和c軸)的方向、金屬環(huán)及RE-Ba-Cu-O系氧化物塊材體的材料，可以與第一實施方式的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件同樣地應(yīng)用于本實施方式的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件。此外，為了防止周向應(yīng)力所致的斷裂，無論有無接縫，優(yōu)選在間隙的至少一部分中通過填充等進(jìn)一步具備樹脂、潤滑脂或焊料。此夕卜，在具有相互獨(dú)立的要素時，也可以在各要素間應(yīng)用第一實施方式。如上所述，本發(fā)明的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件顯示出能夠產(chǎn)生所期望的磁場分布的磁化性能優(yōu)良的磁體特性。因此，使用了本氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件的氧化物超導(dǎo)磁體系統(tǒng)能夠作為系統(tǒng)整體以更低的能量投入量簡便地產(chǎn)生高磁場，因而經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境和諧性優(yōu)良。實施例(實施例I)將純度為99. 9% 以上的各試劑 RE2O3 (RE 為 Gd 和 Dy),BaO2,Cu 以 Gd:Dy:Ba:Cu 的各金屬元素的摩爾比為9:1:14:20 (B卩，最終組織的123相211相的摩爾比為3:1)的方式混合，制作混合粉。進(jìn)而，向該混合粉中添加O. 5質(zhì)量％的Pt、15質(zhì)量％的Ag2O,制作混合粉。將各混合粉先在880°C下煅燒8小時。將煅燒粉填充到內(nèi)徑為82mm的圓筒狀模具中，成型為厚度約為33mm的圓盤狀。此外，使用Sm2O3和Yb2O3作為RE2O3，利用與上述成型體同樣的方法，制作厚度為4_的Sm系圓盤狀成型體和Yb系圓盤狀成型體。進(jìn)而，通過等靜壓以約IOOMPa對各成型體進(jìn)行壓縮加工。將這些成型體從下方開始按照Sm系成型體、Yb系成型體、Gd-Dy系成型體(前體)的順序?qū)盈B在氧化鋁制的支撐材料上，并配置到爐內(nèi)。將這些前體在大氣中用15小時升溫至700°C，用160小時升溫至1040°C，再用I小時升溫至1170°C，保持30分鐘后，用I小時降溫至1030°C，并保持I小時。在此期間，使用預(yù)先制作的Sm系的籽晶，將籽晶載置于半熔融狀態(tài)的前體上。以籽晶的c軸與圓盤狀的前體的法線一致的方式將籽晶的解理面載置于前體上。然后，在大氣中花費(fèi)280小時冷卻至100(T985°C，進(jìn)行晶體的生長。進(jìn)而，花費(fèi)約35小時冷卻至室溫，得到外徑約為63mm、厚度約為28mm的Gd-Dy系氧化物超導(dǎo)材料。此外，通過同樣的方法再制作2個同樣的Gd-Dy系氧化物超導(dǎo)材料，得到總計3個(用作后述的試樣A、試樣B和試樣C)試樣。這些試樣具有在REBa2Cu3CVx相中分散有約I μ m的RE2BaCuO5相和5(Γ500 μ m的銀的組織。將上述3個試樣分別進(jìn)行加工，對2個試樣以嵌套結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行配置。在此，制作嵌套結(jié)構(gòu)的間隙為O. Imm的試樣A、嵌套結(jié)構(gòu)的間隙為O. 5mm的試樣B和作為比較例的不具有嵌套結(jié)構(gòu)的間隙的一體型試樣C。試樣A中，具有圖6所示的形狀，外徑為60mm的五重環(huán)14的各氧化物塊材體(超導(dǎo)體)的寬度尺寸W為4. 9mm，氧化物塊材體間的間隙的寬度尺寸d為O. 1mm。各環(huán)(各環(huán)部)的高度為20. 0mm。此外，試樣B具有與圖6所示的外徑為60mm的五重環(huán)14相同的形 狀。該試樣B中，各氧化物塊材體(超導(dǎo)體)的寬度尺寸W為4. 5mm,氧化物塊材體間的間隙的寬度尺寸d為O. 5mm。試樣A和試樣B的5個環(huán)狀的氧化物塊材體(超導(dǎo)體)在分別進(jìn)行氧退火處理后，以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置，收納到外徑為64. 0_、內(nèi)徑為60. Imm的不銹鋼環(huán)內(nèi)并用環(huán)氧樹脂固定。此外,對于試樣C,僅加工為外徑為60. 0mm、高度為20. Omm的圓盤狀,然后進(jìn)行與上述同樣的氧退火處理，配置到外徑為64. 0mm、內(nèi)徑為60. Imm的不銹鋼環(huán)內(nèi)并用環(huán)氧樹脂固定。對上述試樣A C,首先，比較靜磁場磁化時的捕獲磁場。關(guān)于磁場中的冷卻,在室溫下將上述試樣KX配置在3. 5T的磁場中，用液氮冷卻至77K后，以O(shè). 5T/分鐘的退磁速率使外部磁場降低至零。
使用了本實施例的試樣A的氧化物超導(dǎo)塊材磁體中，得到如圖8B所示具有I. 8T的峰值磁場的同心圓狀的均勻的磁場分布，可以確認(rèn)得到對稱性極為提高了的磁場分布。另一方面，使用了作為比較例的試樣C的氧化物超導(dǎo)塊材磁體是未形成由嵌套結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的間隙的一體型磁體，因此如圖8A所示，由于沒有間隙因此峰值磁場增大。但是，由于近似方形的四次對稱的變形而無法得到對稱且均勻的磁場。在以試樣B作為氧化物超導(dǎo)塊材磁體時，得到與圖8B所示的磁場分布同樣的同心圓狀的均勻的分布。但是，由嵌套結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的間隙較大，為O. 5mm,因此峰值磁場為I. 5T。接著，對這些試樣進(jìn)行脈沖磁化。對在零磁場中浸潰于液氮中的試樣，以5ms的脈沖寬度施加外加磁場為5T的脈沖磁場，然后施加4T的脈沖磁場。此外，試樣的c軸的方向為圓盤面的法線方向，與c軸平行地施加磁場。
圖8C中示出施加4T的脈沖后的試樣C的脈沖磁化結(jié)果。得到具有O. 45T的峰值磁場、且在a軸方向上具有谷的對稱性低的不均勻的磁場分布。與此相對,本實施例的試樣A中，如圖8D所示，得到具有I. 6T的峰值磁場的同心圓狀的均勻的磁場分布，可以確認(rèn)即使在脈沖磁化中也能夠得到對稱性極為良好的磁場分布。此外,測定重復(fù)100次同樣的脈沖磁化后的磁通分布，對峰值磁場進(jìn)行比較的結(jié)果是，試樣A的峰值磁場為重復(fù)前的97%，幾乎沒有降低。接著，對試樣B也進(jìn)行同樣的脈沖磁化。得到I. 3T的峰值磁場，由于間隙增力口，因此與試樣A相比磁場的強(qiáng)度降低。此外，雖然未作圖示，在脈沖磁化中，與圖8D相比，磁場分布呈變形的形狀。認(rèn)為這是由于間隙較大，因此在脈沖磁化中磁場急劇地變化而使各環(huán)從同心圓的配置位置偏移。此外，測定重復(fù)100次同樣的脈沖磁化后的磁通分布，對峰值磁場進(jìn)行比較的結(jié)果是，試樣B的峰值磁場為重復(fù)前的72%，特性降低。認(rèn)為這是由于試樣B的間隙比試樣A的間隙大，因此由重復(fù)脈沖所致的應(yīng)力變形導(dǎo)致特性降低。由以上的結(jié)果可知，如果超導(dǎo)氧化物塊材體以嵌套結(jié)構(gòu)的方式配置、并且在各氧化物塊材體間具有特定寬度的間隙，則在進(jìn)行靜磁場磁化時，氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件作為超導(dǎo)塊材磁體產(chǎn)生同心圓狀的對稱性和均勻性優(yōu)良的磁場。而且，這種氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件即使在進(jìn)行脈沖磁化時，也能產(chǎn)生磁化特性極為優(yōu)良、對稱且均勻的磁場。(實施例2)接著，僅改變間隙的寬度尺寸d，利用與實施例I同樣的制造方法制作試樣2-f 2-7，對所得的試樣進(jìn)行與實施例I同樣的試驗，結(jié)果示于以下的表I中。作為間隙的寬度尺寸d較小的示例，將間隙的寬度尺寸d設(shè)定為O. 05mm (試樣2_1)、0· Imm (試樣A)、
O.15mm (試樣 2-2),0. 20mm (試樣 2-3),0. 30mm (試樣 2-4)和 O. 45mm (試樣 2-5)。此外，作為間隙的寬度尺寸d較大的示例，將間隙的寬度尺寸d設(shè)定為O. 5mm (試樣B)、I. Omm (試樣2-6)和I. 2mm (試樣2_7)。需要說明的是，表I中以試樣編號1-1 (試樣A)和1_2 (試樣B)表不實施例I的試樣A和試樣B。表I
權(quán)利要求
1.一種氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，具備 多個塊材部，其具有外周尺寸彼此不同的外周，并且以這些外周中所述外周尺寸相對較大的外周包圍較小的外周的方式配置，和 夾設(shè)部，其配置在相互鄰接的一對所述塊材部之間； 在相互鄰接的所述各塊材部之間形成有間隙， 所述各塊材部為在REBa2Cu3Oh相中分散有RE2BaCuO5相的氧化物塊材體， 所述各塊材部中，所述外周尺寸最小的塊材部為柱狀或環(huán)狀，所述外周尺寸最小的塊材部以外的塊材部為環(huán)狀。
2.如權(quán)利要求I所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，所述夾設(shè)部為樹脂、潤滑脂或焊料，相互鄰接的一對所述塊材部間的所述間隙的寬度尺寸為O. Olmm以上且O. 49mm 以下。
3.如權(quán)利要求2所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，相互鄰接的一對所述塊材部的所述REBa2Cu307_x相的a軸的方向彼此不同。
4.如權(quán)利要求I所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，所述夾設(shè)部為所述氧化物塊材體，是連接相互鄰接的一對所述塊材部間的接縫。
5.如權(quán)利要求4所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，沿著相互鄰接的一對所述塊材部中位于內(nèi)側(cè)的塊材部的外周的所述接縫的寬度尺寸為O. Imm以上且為所述外周的外周尺寸的25%以下。
6.如權(quán)利要求4所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，所述各塊材部的旋轉(zhuǎn)對稱軸方向的厚度尺寸為I. Omm以上且5. Omm以下。
7.如權(quán)利要求4所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，所述間隙的至少一部分中還具備樹脂、潤滑脂或焊料。
8.如權(quán)利要求2或4所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，所述各塊材部中的環(huán)狀的塊材部的與旋轉(zhuǎn)對稱軸垂直的方向的寬度的最大尺寸超過I. Omm且20. Omm以下。
9.如權(quán)利要求2或4所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，所述各塊材部中的環(huán)狀的塊材部的內(nèi)周形狀和外周形狀為多邊形、圓形或跑道狀。
10.如權(quán)利要求2或4所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，所述各塊材部以在旋轉(zhuǎn)對稱軸方向上形成多個層的方式層疊。
11.如權(quán)利要求10所述的氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件，其特征在于，所述各層中的所述REBa2Cu3CVx相的c軸相對于各自的所述旋轉(zhuǎn)對稱軸在±30°的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求10所述的氧化物超導(dǎo)塊材構(gòu)件，其特征在于，所述各層中相互鄰接的層中的所述REBa2Cu307_x相的a軸的方向彼此不同。
全文摘要
該氧化物超導(dǎo)塊材磁體構(gòu)件具備多個塊材部，其具有外周尺寸彼此不同的外周，并且以這些外周中所述外周尺寸相對較大的外周包圍較小的外周的方式配置；和夾設(shè)部，其配置在相互鄰接的一對所述塊材部之間；在相互鄰接的所述各塊材部之間形成有間隙，所述各塊材部為在REBa2Cu3O7-x相中分散有RE2BaCuO5相的氧化物塊材體，所述各塊材部中，所述外周尺寸最小的塊材部為柱狀或環(huán)狀，所述外周尺寸最小的塊材部以外的塊材部為環(huán)狀。
文檔編號H01F6/00GK102640234SQ20108005509
公開日2012年8月15日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者手島英一, 森田充 申請人:新日本制鐵株式會社