氧化物超导块状磁铁的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧化物超导块状磁铁。
【背景技术】
[0002]在REBa2Cu307_x (RE表示稀土类元素或者它们的组合)相中分散有RE2BaCuO^的氧化物超导材料具有高临界电流密度(J。)。因此，采用磁场中的冷却和脉冲磁化进行励磁，便能够以氧化物超导块(bulk)状加以使用。例如，在专利文献I中，公开了一种可以将这样的氧化物超导材料(氧化物超导块状磁铁)使用于超导电机等的超导磁场发生装置。
[0003]在非专利文献I中，公开了通过磁场中的冷却而磁化的直径为36mm的圆柱形Sm系超导块状磁铁最大可以产生1.5T左右的磁场。
[0004]在非专利文献2中，公开了使用Y系块状超导材料、对脉冲磁化和通过磁场中冷却而产生的磁化进行比较研宄的技术内容。
[0005]在非专利文献3中，公开了在超导磁铁中使用直径大约为60_的块状超导材料，在40K下可以产生大约4.5T的磁场。
[0006]这样一来，对于RE (稀土类元素)系块状超导材料的脉冲磁化，在专利文献I中公开了与磁通跳跃相伴的脉冲磁化，而且在非专利文献2、非专利文献3等中公开了也包含冷却方法的磁化方法。
[0007]最近，在专利文献4中，公开了一种超导块状磁铁，其通过将在高磁场下具有高J。特性的圆柱状块状超导体(RE1Ba2Cu3CVx)配置于在低磁场下具有高临界电流密度(J。)特性的环状块状超导体(RE11Ba2Cu3CVx)的内侧，从低磁场到高磁场可以得到较大的捕获磁场(trapped magnetic field) ο此外，该超导块状磁铁的磁化在静磁场下进行。
[0008]在专利文献5中，公开了一种超导块状磁铁，其通过配置组成不同(即超导特性不同)的二种或者三种RE(稀土类元素)系超导块状磁铁，从低磁场到高磁场可以得到较大的捕获磁场(参照专利文献5的图1、图5以及图8)。具体地说，使用临界电流密度特性不同的二种(或者三种)超导块状磁铁，在周边部配置在低磁场下具有大临界电流密度的磁铁，在磁场强度升高的中心部配置在高磁场下具有高电流密度的磁铁。由此，作为一个整体可以产生强磁场。作为磁化方法，记载着静磁场磁化法以及脉冲磁化法。
[0009]专利文献6中记载的氧化物超导材料是为了节约原料、且使其轻量化而使多个中空氧化物超导块状磁铁复合化而成的。关于该超导块状磁铁的磁化，记载着浸渍于液氮中而使其处于超导状态，然后从外部施加磁场，使超导体捕获磁通线而成为永久磁铁的方法即静磁场磁化方法。
[0010]在专利文献7中，公开了为了消除因脉冲磁化时的发热引起的特性降低，在超导体之间设置冷却介质的流路，从而改善脉冲磁化时的捕获磁通特性。
[0011]在专利文献8中，公开了通过将环状超导块状磁铁配置成嵌套状，可以控制脉冲磁化时的电流通路(电流路径)，从而能够进行接近于同心圆状的均匀的磁化。
[0012]在专利文献9中，出于与专利文献8同样的目的，公开了通过层叠具有一个部位以上的接缝的多重环状超导块状板来限制电流通路，从而通过脉冲磁化可以得到均匀的捕获磁场分布。
[0013]如上所述，在RE系(RE-Ba-Cu-O系)氧化物超导块状磁铁中，通过氧化物超导块状磁铁的构成、磁化方法以及外周环补强等而防止由环箍力(hoop force)产生的开裂，由此可以谋求磁场强度的提高。
[0014]现有技术文献
[0015]专利文献
[0016]专利文献1:日本特开平6-20837号公报
[0017]专利文献2:日本特开平6-168823号公报
[0018]专利文献3:日本特开平10-12429号公报
[0019]专利文献4:日本特开2001-358007号公报
[0020]专利文献5:日本特开平9-255333号公报
[0021]专利文献6:日本特开平7-211538号公报
[0022]专利文献7:日本特开2006-319000号公报
[0023]专利文献8:日本特开2011-142303号公报
[0024]专利文献9:日本特开2011-199298号公报
[0025]专利文献10:日本特开平11-284238号公报
[0026]专利文献11:日本特开平11-335120号公报
[0027]专利文献12:日本特开2000-178025号公报
[0028]专利文献13:日本特开2001-10879号公报
[0029]专利文献14:日本特开平7-182934号公报
[0030]非专利文献
[0031]非专利文献1:生田等；日本応用磁気学会誌(日本应用磁学会志)Vol.23，N0.4-1，(1999)ρ.885
[0032]非专利文献2:Y，Itoh et al.，Jpn J.Appl.Phys.，Vol34、5574 (1995)
[0033]非专利文献3:森田等；日本応用磁気学会誌(日本应用磁学会志)Voll9，No3.(1995)ρ.744
[0034]非专利文献4:成木等；低温工学(低温工学)40卷第7期2005年
[0035]非专利文献5:手嶋等；低温工学(低温工学)46卷第3期2011年
[0036]非专利文献6:H.1kuta et al.，Advances in superconductivity XII p658
[0037]非专利文献7:T.Yamada ；Physica C392-396 (2003) 623-627
【发明内容】
[0038]发明所要解决的课题
[0039]在REBa2Cu307_x相(123相)中分散有RE 2BaCu0#g (211相)的氧化物超导块状磁铁作为通过磁化而处于超导状态的永久磁铁之类的磁场发生源发挥作用。所产生的磁场的强度大概与超导块状磁铁的大小以及临界电流密度成正比。例如，在图3所示的圆柱状超导块状磁铁的情况下，通过在静磁场磁化下进行高磁场强度的磁化，圆柱表面中心的磁场强度与直径(D)和临界电流密度(J。)成正比。临界电流密度J。随着超导块状磁铁的冷却温度的变化而变化，一般越是低温，就越具有高临界电流密度J。。例如，已经报告对于直径为45mm、厚度为15mm的添加有银的Gd系块状超导材料，通过用不锈钢环补强其外周部分，在77K下产生1.8T、在70K下产生3.8T、在60K下产生7.0T的磁场(非专利文献5)。也就是说，通过在更低温下的磁化，可以设计产生更高强度的磁场的超导块状磁铁。
[0040]以往在室温状态下，于这样的圆柱状或者环状超导块状磁铁的外周嵌入金属环，在磁化温度进行冷却，并利用热膨胀系数的不同，由此控制住因在超导块状磁铁中捕获的磁场而产生的环箍力，从而防止超导块状磁铁的开裂。采用该方法，已经有直径在30mm以上的比较大型的、且磁通密度在6?9T左右的超导块状磁铁的报告。但是，即使在这种水平的磁场强度下，也有超导块状磁铁开裂的报告(非专利文献6以及7)。特别是直径超过50mm的大型超导块状磁铁用于防止在低温领域(特别是20?50K)的开裂的补强技术处于未完成的状态。
[0041]在专利文献10中，公开了一种在圆柱状超导块状磁铁的外周配置金属环，并在超导块状磁铁和环之间填充树脂的方法。
[0042]在专利文献11中，公开了一种以高尺寸精度对超导块状磁铁的外径和金属补强环的内径进行加工，并在环和超导块状磁铁之间的微小的间隙中填充树脂的方法。
[0043]在专利文献12以及13中，公开了一种在超导块状磁铁的微小裂纹中浸渍树脂之后，再在超导块状磁铁的周围配置补强用树脂的方法。
[0044]在专利文献14中，公开了一种将方形外周支撑用高强度材料配置在环状超导块状磁铁的外周部的方法。特别在专利文献14的图2中，公开了一种在环状超导块状磁铁的整个内部配置有内周支撑用高强度材料的超导块状磁铁。
[0045]即便是这些补强法，当直径50mm以上的比较大型的超导块状磁铁在低于50K的低温领域完全磁化(整个超导块状磁铁在临界状态下被磁化的状态)时，对于产生5T以上的高强度磁场也是不充分的。目前，不能得到重现性好且稳定的补强方法。这是因为氧化物超导块状磁铁的强度本来较低，为70MPa左右，所以单凭外周补强是不充分的。
[0046]更具体地说，在使圆柱状或者环状超导块状磁铁完全磁化的情况下，磁铁表面的磁场强度部分布如图3(a)所示。也就是说，在圆柱形状下，成为如图3(b)所示那样在大致表面的中心具有峰值的三棱锥的形状。在图4(a)所示的环形状的情况下，处于如图4(b)所示那样与内周相对应的部分成为上表面的圆锥台状的分布。而且在各自的情况下，最大拉伸应力所作用的位置在圆柱时为中心，在环状时为环的内周侧面(内周部)。而且在产生开裂的情况下，处于各自最大应力的位置大多成为开裂的起点。例如，在圆柱形状的情况下，通过金属环从外周施加压缩应力，该压缩应力在中心部减弱，因而环箍力处于最大的中心成为开裂的起点。也就是说，在来自配置于外周的金属环的压缩应力相同的情况下，圆柱的直径越是增大，达到中心部的来自金属环的应力越是减小。
[0047]在专利文献10中，表示了各种形状的超导块状磁铁采用在超导块状磁铁的周围配置的支撑构件的补强方法。但是，对于通过高强度的金属环而进行外周补强的环状超导块状磁铁、以及在其内侧将中心芯材配置成嵌套状而进行补强的超导块状磁铁，并没有任何公开。另外，对于从内周侧补强环状超导块状磁铁的方法，也没有给出任何暗示。
[0048]虽然在专利文献11中，也公开了采用高强度的金属环补强圆柱或者圆筒状超导块状磁铁周围的方法，但对于通过高强度的金属环而进行外周补强的环状超导块状磁铁、以及将中心芯材配置成嵌套状而进行补强的超导块状磁铁，并没有任何公开。另外，对于从内周侧补强环状超导块状磁铁的方法，也没有给出任何暗示。
[0049]在专利文献12以及13中，公开了通过树脂浸渍层以及树脂浸渍过的布的附着覆盖层而补强的、对腐蚀劣化强的氧化物超导体。但是，对于在外周被高强度的金属环补强的环状超导块状磁铁、以及将中心芯材配置成嵌套状而进行补强的超导块状磁铁，并没有任何公开。另外，对于从内周侧补强环状超导块状磁铁的方法，也没有给出任何暗示。
[0050]在专利文献14中，公开了以高强度材料覆盖具有贯通路径的超导块状磁铁周围为特征的超导块状磁铁。但是，对于通过高强度的金属环而进行外周补强的环状超导块状磁铁、以及将中心芯材配置成嵌套状而进行补强的超导块状磁铁，并没有任何公开。另外，关于从内周补强环状超导块状磁铁的方法，在专利文献14的图2中公开了采用高强度补强材料填充所有内周部的补强方法。但是，对于采用环状补强材料进行补强以便可以得到能够有效使用的内部磁场空间的内容，并没有给出任何暗示。
[0051]在专利文献8中，公开了配置成嵌套状的环状超导块状磁铁以及在中心芯材的间隙注入焊锡而使其一体化的超导块状磁铁。但是，对于通过高强度的金属环而进行外周补强的环状超导块状磁铁、以及将中心芯材配置成嵌套状而进行补强的超导块状磁铁，并没有任何公开。另外，对于从内周侧通过高强度的金属环而补强环状超导块状磁铁的方法，也没有给出任何暗示。
[0052]在专利文献9中，公开了在接近于环形状且具有接缝的同心圆状环的间隙填充焊锡而使其一体化的超导块状磁铁。但是，各超导块状磁铁由于具有接缝，因而难以进行采用金属环的补强。也就是说，对于通过高强度的金属环而进行外周补强的环状超导块状磁铁、以及将中心芯材配置成嵌套状而进行补强的超导块状磁铁，并没有任何公开。另外，对于从内周侧通过金属环而补强环状超