CN102760507A - 用于超导磁体的配线材料 - Google Patents

用于超导磁体的配线材料 Download PDF

Info

Publication number
CN102760507A
CN102760507A CN2012101298841A CN201210129884A CN102760507A CN 102760507 A CN102760507 A CN 102760507A CN 2012101298841 A CN2012101298841 A CN 2012101298841A CN 201210129884 A CN201210129884 A CN 201210129884A CN 102760507 A CN102760507 A CN 102760507A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminium
magnetic field
purity
resistivity
wiring material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012101298841A
Other languages
English (en)
Inventor
都丸隆行
佐佐木宪一
星河浩介
田渊宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INTER UNIVERSITY RES INST CORP
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
INTER UNIVERSITY RES INST CORP
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INTER UNIVERSITY RES INST CORP, Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical INTER UNIVERSITY RES INST CORP
Publication of CN102760507A publication Critical patent/CN102760507A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/023—Alloys based on aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/048—Superconductive coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

本发明提供用于超导磁体的配线材料。本发明提供了一种易于加工，并且还能在甚至例如1T以上的磁通量密度的强磁场中表现出优异的电导率的配线材料。在1T以上的磁通量密度的磁场中使用的配线材料包含具有99.999质量％以上的纯度的铝。

Description

用于超导磁体的配线材料
技术领域
本发明涉及一种用于超导磁体的配线材料，所述配线材料在例如77K以下的低温，尤其是20K以下的深冷温度下表现出优异的电导率；并且更具体地涉及一种甚至当在例如1T以上的强磁场中使用时也能展现出优异的电导率的配线材料。
背景技术
超导磁体已经被用于多种领域，例如用于诊断的MRI(磁共振成像)、用于分析用途的NMR(核磁共振)或磁悬浮列车。用液氦冷却至其沸点4.2K(开尔文)的低温超导线圈和用制冷器冷却至约20K的高温超导线圈已被作为超导磁体使用。
因为需要将电流高效地并且均匀地提供给这些处于冷冻状态的超导线圈，将冷却至液氮沸点77K以下的极低温的配线材料(用于超导磁体的配线材料)设置在超导线圈的周围。通过用于超导磁体的配线材料向超导线圈供电。
当然，这种用于超导磁体的配线材料优选在极低温下具有低电阻率。
例如，JP 2009-212522A公开了一种超导装置，其中使用银(Ag)、金(Au)、铼(Re)、铂(Pt)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铁(Fe)等作为用于将元件相互电连接的配线材料。在这些金属中，最广泛地使用铜，因为其相对廉价并且易于加工，其次，也经常使用铝。为了确保足够的电导率，对于铜，使用具有99.99质量％以上纯度的无氧铜(在下文有时表示为“4N”(四个九)并且，在表示纯度的质量百分比符号中，有时将符号表达为“N”放置在从头连续的“9”的数目的之后，例如，99.9999质量％以上的纯度有时类似地表示为“6N”(六个九))。对于铝，迄今使用过的是具有99质量％以上(2N)至约99.99质量％以上(4N)的范围内的纯度的铝。
JP H7-15208A和JP H7-166283A公开了用于深冷温度的具有99.98质量％以上纯度的高纯度铝导体，其甚至在经受深冷温度的疲劳应变时也仅导致电阻上很少的增加。
然而，在这些用于超导磁体的配线材料中，在超导线圈的周围使用的用于超导磁体的配线材料在例如施加磁场通量密度为1T(特斯拉)以上的强磁场的状态下使用。因此，产生了这样的问题：由在这种强磁场中的磁电阻效应导致在未施加磁场的状态下具有足够电导率的上述材料的传导特性劣化。
当电导率降低时，配线材料内传导通路内出现的发热引起了深冷温度的容器中液氦蒸发量上升的问题。
众所周知铜具有显著的磁电阻效应(即在磁场中电阻率显著地增加)，并且同样众所周知，虽然比不上铜，铝也展现巨大的磁电阻效应。
发明内容
因此，对于使用易于加工的金属如铜和铝开发甚至在例如1T以上的磁场通量密度的强磁场中也能表现出优异电导率的电配线材料存在强烈的需求。
因而，本发明的一个目标是提供一种易于加工并且甚至在例如1T以上的磁场通量密度的强磁场中也能表现出优异电导率的配线材料。
在方面1，本发明提供一种在1T以上的磁通量密度的磁场中使用的配线材料，所述配线材料包含具有99.999质量％以上纯度的铝。
本发明人已发现通过将纯度控制在99.999质量％以上，即使在铝(Al)中也可以显著地抑制磁电阻效应。由这种铝制成的电配线材料即使当在1T以上的磁通量密度的磁场中使用时也能保持优异的电导率。
即使在由超导线圈施加1T以上的磁通量密度的磁场的状态下，根据本发明的这种电配线材料的使用也能够降低由电配线材料的电阻率引起的发热。从而，可以抑制制冷剂如液氦的蒸发，并且还可以减小电配线材料的横截面，并从而使得能够将使用超导装置的设备小型化。
因为可以与传统低纯度铝的电配线材料相类似地处理，根据本发明的电配线材料易于加工。
在方面2，本发明提供根据方面1所述的配线材料，其中所述铝具有以质量计1ppm以下的铁含量。
通过将铁含量控制在以质量计1ppm以下，可以更确定地保证强磁场中的电导率。
在方面3，本发明提供根据方面1或2所述的配线材料，其中所述铝具有99.9999质量％以上的纯度。
在方面4，本发明提供根据方面1或2所述的配线材料，其中所述铝具有99.99998质量％以上的纯度。
在方面5，本发明提供根据方面1至4中的任一项所述的配线材料，其中所述铝含有金属间化合物Al3Fe。
根据本发明，可以提供一种容易加工，并且甚至在例如1T以上的磁通量密度的强磁场中也表现出优异的电导率的配线材料。
附图说明
图1是显示电导率指数与所施加的磁场(磁通量密度)之间的关系的图。
具体实施方式
根据本发明的配线材料包含具有99.999质量％以上的纯度的铝，以便在甚至1T以上的磁通量密度的磁场中使用。
首先，本发明人已发现，具有纯度99.999质量％以上的铝，即使当在1T以上的磁通量密度的磁场中使用时，也不会显著地表现出磁电阻效应，并且因此电导率不会降低。从而完成了本发明。
如在例如JP2009-242865A和JP2009-242866A中公开的内容，已知在深冷温度例如液氦温度，电阻率随着铝纯度如5N(99.999质量％以上的纯度)和6N(99.9999质量％以上的纯度)的增加而降低。
如在例如JP2010-106329A中公开的内容，具有99.999质量％以上的纯度并且还具有以质量计1ppm以下的铁含量的铝也是已知的。
已知虽然当在没有施加磁场的状态时通过将纯度增加至约4N，能改善铝在制冷温度的电导率，但当在施加1T以上磁通量密度的磁场时会出现显著的磁电阻效应，并且从而引起电导率的降低。考虑到与4N纯度的铝类似，5N和6N纯度的高纯度材料在强磁场中也不能获得高电导率。
因此，据认为具有99.999质量％以上纯度的铝不能在1T以上的磁通量密度的磁场中使用的配线材料中使用。
如上所述本发明人已经发现，首先，通常认为在强磁场中电阻率的增加不会在5N以上等级的高纯度铝中出现。
虽然将在下述实施例中详细描述，关于在没有施加磁场的情况下表现出更高电导率的铜，即使在5N或6N或更高纯度的高纯度材料的情况下，也发现其电导率在强磁场中急剧下降。因此，本发明人发现通过获得5N以上的高纯度甚至在强磁场中也保持高传导性的现象为铝所特有。
在根据本发明的配线材料中，优选将铝中含有铁的量控制在以质量计1ppm以下。
如以下将详细描述的，据认为其理由如下：通过控制作为铁磁性元素的铁的量能更加确定地抑制磁电阻效应，并且从而使得能够确保抑制在强磁场中电导率的下降(由强磁场的施加引起)。
在77K(-196℃)以下、更优选20K(-253℃)以下的温度并且施加1T以上的磁通量密度的磁场中时，根据本发明的配线材料能显著地展现出作用。
下面将描述根据本发明的配线材料的细节。
(1)杂质的水平
如上所述，根据本发明的配线材料的特征在于由具有99.999质量％以上的纯度的铝组成。由于以下原因，纯度优选是99.9999质量％以上，更优选99.99998质量％以上(下文有时表示为“6N8”)。换言之，纯度越高，强磁场中电导率的降低越少。此外，在99.9999质量％以上的纯度的情况下，与不施加磁场的情况比较，在1T以上的强磁场中电阻率有时可能下降。
铝中铁的含量优选是以质量计1ppm以下，并且更优选以质量计0.1ppm以下。
如上所述，原因是在强磁场中能更确定地抑制电导率的降低。
通过将铁含量控制至以质量计1ppm以下可以抑制电导率减少的机制方面仍有许多不清楚的地方。然而，目前认为推测的机制如下。即，因为是铁磁性元素，铁很可能受到强磁场的影响，因此，当铁以超过以质量计1ppm的含量存在时，施加于电导率上的影响增加，并且因此在强磁场下的电导率可能降低。当铁的含量是0.1ppm时，几乎可以完全地排除归因于铁磁性材料的影响。然而，这些推测的机制不限制本发明的技术范围。
已知Ni和Co是除铁之外的铁磁性元素。然而，因为对于高纯度的铝，这些元素很容易用已知方法除去，其含量的数值不是问题。然而，这些Ni和Co的含量也为优选1ppm以下，并且更优选0.1ppm以下。
铝的纯度可以用一些方法定义。例如，其可以通过测量铝的含量而确定。然而，优选的是通过以下方式确定铝的纯度：测量铝中作为杂质含有的以下33种元素的含量(质量％)并从100％减去这些含量的总和，以使得以相对简单的方法以高精确度确定铝的纯度。
在本文中，作为杂质含有的33种元素是锂(Li)、铍(Be)、硼(B)、钠(Na)、镁(Mg)、硅(Si)、钾(K)、钙(Ca)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)、砷(As)、锆(Zr)、钼(Mo)、银(Ag)、镉(Cd)、铟(In)、锡(Sn)、锑(Sb)、钡(Ba)、镧(La)、铈(Ce)、铂(Pt)、汞(Hg)、铅(Pb)和铋(Bi)。
这些元素的含量可以通过例如辉光放电质谱法确定。
(2)提纯方法
这种高纯度铝可以通过使用任何提纯(精制)方法获得。在下面举例说明获得根据本发明的高纯度铝的一些提纯方法。然而，提纯方法当然不限于这些方法。
三层电解法
可以使用三层电解法作为获得高纯度铝的一种方法，其中将可商购的具有相对低纯度(例如具有如JIS-H2102中所指定的99.9％纯度的指定等级1)的铝加入Al-Cu合金层中并且在熔融态下用作阳极，并在其上设置其中含有氟化铝和氟化钡的电解池，并且从而在阴极上产生高纯度铝。
在所述三层电解法中，主要可以获得具有99.999质量％以上纯度的铝。可以比较容易地将铝中的铁含量抑制在以质量计1ppm以下。
单向凝固法
例如，可以使用单向凝固法以便进一步提高由三层电解法获得的高纯度铝的纯度。
Fe含量和Ti、V、Cr和Zr的各自含量可以通过单向凝固法选择性地降低。
已知单向凝固法是这样的方法：例如，其中使用炉体移动型管式炉将铝在炉管中熔化，并且之后通过将炉体从炉管中抽出的一端单向凝固，并且Ti、V、Cr和Zr各个元素的含量在凝固起始端的一侧选择性地增加，并且Fe的含量在凝固完成端一侧(凝固起始端的相反侧)选择性地增加。因此，通过切除所得锭坯的凝固起始端一侧和凝固完成端一侧，可以确定地降低Fe，以及Ti、V、Cr和Zr每个元素的含量。可以通过沿着凝固方向在合适的间隔分析元素的含量确定必须切除的由单向凝固法获得的锭坯的特定部分，以使得仅保留其中Fe，以及Ti、V、Cr和Zr的总含量充分地减少的部分。
对于实施通过三层电解法提纯和通过单向凝固法提纯的顺序没有特别的限制。通常，通过三层电解法进行提纯，并且之后通过单向凝固法进行提纯。例如，通过三层电解法的提纯和通过单向凝固法的提纯可以交替地并反复地进行，或可以反复地进行提纯中任何一个或两者。特别优选的是通过单向凝固法反复地进行提纯。
在这种方法中，通过使用三层电解法与单向凝固法的组合可以获得具有99.9999质量％以上的纯度的铝。还可以以较容易的方式将铝中铁的含量抑制在以质量计1ppm以下，并且更优选以质量计0.1ppm以下。
区域熔融法
此外，可以使用区域熔融法以便获得具有高纯度的铝，例如99.99998质量％以上的纯度。当适宜地使用区域熔融法时，可以更确定地将铝中的铁含量抑制在以质量计1ppm以下，并且更优选以质量计0.1ppm以下。
尤其，有效的是使用通过由本发明人发明的区域熔融法的铝提纯方法(描述在日本专利申请号2010-064544中的方法)。
当通过区域熔融提纯法移除铝中的杂质时，为了防止杂质扩散至加热过的铝中，优选的是在其中放置铝的舟皿的表面上预先形成氧化铝层，并且区域熔融提纯也在3×10-5Pa以下的真空中进行，并且更优选从3×10-6Pa至2×10-5Pa，以便确保将杂质从熔融铝分离。
优选的是进行预处理，其中在进行区域熔融提纯之前预先将经过区域熔融提纯的铝原材料的表面层溶解并除去。对预处理方法没有特别的限制，并且可以使用在相关技术领域中使用的多种处理，以便移除铝原材料的表面层。
预处理的实例包括酸处理、电解抛光处理等。
在区域熔融提纯法中使用的上述舟皿优选是石墨舟，并且优选的是在上述氧化铝层形成之后在惰性气体或真空中烘焙。
在区域熔融提纯的过程中，基于铝原材料的截面尺寸w，优选将熔化的铝熔融段的宽度调节至w×1.5以上w×6以下。
在提纯中使用的铝原材料通过组合使用三层电解法和单向凝固法获得，例如，优选使用具有99.9999质量％以上纯度的高纯度铝。
在区域熔融法中，例如，通过移动用于高频加热的高频线圈使熔融段从原料铝的一端向另一端移动，并且从而可以对全部原料铝进行区域熔融提纯。在杂质金属元素的组分中，包晶组分(Ti、V、Cr、As、Se、Zr和Mo)倾向于富集至熔融起始段，并且共晶组分(从以上提及的33种杂质元素中除去包晶的7种元素后余下的26种元素)倾向于富集至熔融完成段，并且从而在除去铝原材料的两端之后的区域可以获得高纯度铝。
在将熔融段在预定距离内移动，如铝原材料的纵向上从一端到另一端的距离之后，完成高频加热并使该熔融段凝固。在凝固之后，切断铝材(例如，将两端切去)以获得提纯的高纯度铝材。
当将多个铝原材料纵向排列(在熔融段的移动方向)时，优选的是这些铝原材料在纵向彼此接触并在纵向作为一个铝原材料进行处理，然后熔融段从一端(即，在多个铝原材料的末端中沿纵向不存在相邻的铝原材料的两个末端中的一个)移动到另一端(即，在多个铝原材料的末端中沿纵向不存在相邻的铝原材料的两个末端中的另一个)。
原因是在区域熔融过程中彼此接触的铝原材料的末端连接，并且从而可以获得长铝材料。
如上所述，在从铝原材料的一端到另一端的区域熔融(区域熔融提纯)之后，可以再次重复从一端至另一端的区域熔融。重复次数的数目(道次的数目)通常是1以上并且20以下。如果道次的数目超出以上范围，提纯效果的提高有限。
为了有效地去除包晶的7种元素，道次的数目优选是3次以上，并且更优选5次以上。当道次的数目低于以上范围时，包晶的7种元素较不容易移动，并且从而不能获得足够的提纯效果。
理由如下。当将多个铝原材料在纵向彼此接触排列时，当道次的数目少于3次时，连接之后提纯的铝的形状(尤其是高度尺寸)变得不均匀，并且因此在提纯过程中熔融宽度有时会变化，并且较不容易获得均匀的提纯。
(3)成型方法
将由上述提纯方法获得的高纯度铝的锭坯使用多种方法成形为所需的形状。
成型方法如下所示。然而，成型方法不限于此。
辊轧
当所获得的配线材料是板或线时，辊轧是一种有效的成型方法。
辊轧可以使用常规方法进行，例如，其中通过当施加压力时将锭坯插入这些辊之间的空间使其穿过一对辊的方法。在辊轧的情况下，对于具体技术和条件(材料和辊的处理、处理次数、收缩率等)没有特别的限制，并且可以适当地设定这些具体的技术和条件，条件是不损害本发明的效果。
对于通过辊轧最终获得的板材和线材的尺寸没有特别的限制。至于优选的尺寸，在板材的情况下，厚度为0.1mm至3mm，在线材的情况下，直径为0.1mm至3mm。
当厚度小于0.1mm时，因为横截面减小，有时可能不容易获得作为配线材料所需的足够的传导特性。相反，当厚度大于3mm时，有时难以利用柔韧性而变形。当厚度为0.1mm至3mm时，存在例如易加工的优点，并且可以将该材料设置在利用柔韧性的曲线容器的侧面。
当然，通过辊轧获得的形状不限于板材或线并且，例如管状和H-状可以通过辊轧获得。
辊轧可以是热轧或温轧，其中将锭坯预先加热，并且之后在设定于高于室温的状态进行辊轧，或者可以是其中不将锭坯预先加热的冷轧。备选地，可以将热轧或温轧与冷轧组合使用。
在辊轧的情况下，可以将材料预先浇铸或切割成所需的形状。在浇铸的情况下，例如可以采用常规方法，但不限于这样的方法：例如，其中将高纯度铝加热并熔融以形成熔融金属，并且将所获得的高纯度铝熔融金属通过在模具中冷却凝固。并且，在浇铸的情况下对于条件等也没有特别的限制。加热温度通常为700至800℃，并且加热和熔融通常在真空或惰性气体(氮气、氩气等)气氛下在由石墨制成的坩锅中进行。
不同于辊轧的成型方法
作为不同于辊轧的成型方法可以进行拉丝或挤出。对于由拉伸或挤出获得的形状没有限制。例如，拉伸或挤出适于获得具有圆形截面的线材。
在拉伸获得辊轧线(辊轧线材)之前可以通过辊轧获得所需的线形，并且之后拉伸该辊轧线。
所获得的线材的截面不局限于圆形，并且该线材可以具有非圆形的横截面，例如椭圆形或方形截面。
除拉伸或挤出之外，所需的形状也可以通过裁剪锭坯获得。
(4)退火
此外，可以任选地对由上述成型方法比如辊轧获得的本发明的成型部件进行退火处理。可以通过进行退火处理除去通常在由锭坯形成的材料的切断或成型的情况下产生的应变。
对退火处理的条件没有特别的限制，并且在400至600℃保持一个或多个小时的方法是优选的。
当温度低于400℃时，因为以下原因锭坯中包含的应变(错位)不能充分地减少。因为应变(错位)充当增大电阻率的因素，优异的传导特性有时不能表现出来。当热处理温度高于600℃时，固体中杂质的溶液，尤其是铁的溶液进入至基体中。由于固溶质铁具有增强电阻率的较大影响，传导特性有时会劣化。
更优选，由于以下的原因将温度在430至550℃保持一个或多个小时。
当温度在上述范围之内时，可以将应变充分地消除，并且铁作为与铝的金属间化合物存在而没有作为固溶物进入至基体中。
还可以例示以下原因。
作为铁与铝的金属间化合物，例如，已知很多种类，如Al6Fe、Al3Fe和AlmFe(m≈4.5)。据认为在温度范围(430至550℃)内退火之后获得的高纯度铝材料中存在的铁与铝的金属间化合物的大部分(例如，以体积比计，50％以上，优选70％以上)是Al3Fe。可以通过以下方法确认并测量Al3Fe的存在及其体积比：通过使用化学溶剂溶解基体(基础材料)，并且通过过滤收集，之后使用分析电子显微镜(分析TEM)观察通过过滤收集的残渣，并进一步分析。
这种Al3Fe具有这样的优点：即使在作为沉淀物存在的情况下，它也几乎不会对电导率施加不利的影响。
根据本发明的配线材料可以仅由上述具有99.999质量％以上纯度的高纯度铝组成，并且也可以含有不同于高纯度铝的部分，例如，防护涂层，以便赋予多种功能。
实施例
如以下详细给出的，制备了实施例1(99.999质量％以上的纯度，5N-Al)、实施例2(99.9999质量％以上的纯度，6N-Al)和实施例3(99.99998质量％以上的纯度，6N8-Al)作为实施例样品，并且之后测量电阻率(比电阻率)。
具有4N等级纯度的铝的比较例1(4N-Al)和具有3N等级纯度的铝的比较例2(3N-Al)在下面作为比较例给出。通过计算确定比较例1和2的电阻率。
至于铜，测量了具有5N等级纯度的铜(5N-Cu)的比较例3的电阻率。
至于铜，使用文献数据作为比较例。比较例4是具有4N等级纯度的铜样品，比较例5是具有5N等级纯度的铜样品，并且比较例6是具有6N等级纯度的铜样品。
(1)高纯度铝的制备
首先，用于制备实施例1至3中所使用的高纯度铝的方法如下所示。
实施例1
将可商购的具有99.92质量％的纯度的铝用三层电解法提纯，以获得具有99.999质量％以上纯度的高纯度铝。
具体地说，将可商购的铝(99.92质量％)加料至Al-Cu合金层中，并将电解池的组成调节至41％AlF3-35％BaF2-14％CaF2-10％NaF。在760℃供电，并且收集沉积在阴极侧的高纯度铝。
通过辉光放电质谱法(使用由THERMO ELECTRON Co.，Ltd制造的“VG9000”)分析这种高纯度铝中每种元素的含量，以获得表1中所示的结果。
实施例2
将通过上述的三层电解法获得的高纯度铝通过单向凝固提纯，以获得具有99.9999质量％以上纯度的高纯度铝。
具体地，将通过三层电解法获得的2kg的高纯度铝放置在坩锅(内部尺寸：65mm宽×400mm长×35mm高)中，并将该坩锅放在炉体移动型的管式炉的炉管内(由石英制造，100mm内径×1,000mm长)。通过在1×10-2Pa的真空气氛将炉体(坩锅)控制至700℃将高纯度铝熔融，并且之后以30mm/小时的速度将炉体从炉管中抽出使高纯度铝单向凝固。将沿长度方向从凝固起始端50mm至从凝固起始端150mm的位置切出后，获得测得为65mm宽×100mm长×30mm厚的块状高纯度铝。
以如上所述相同的方法通过辉光放电质谱法分析该高纯度铝中各个元素的含量，以获得表1中所示的结果。
实施例3
将从通过上述单向凝固法获得的6N铝锭切割成测得为约18mm×18mm×100mm的四棱柱或相似的形状，并且进一步通过用纯水稀释制备的20％盐酸水溶液酸蚀3小时之后，获得铝原材料。
使用该铝原材料，通过以下方法进行区域熔融法。
将石墨舟放置在区域熔融提纯装置的真空室(测得为外径50mm，内径46mm，长度1,400mm的石英管)内。将由住友化学株式会社制造的高纯度氧化铝粉末AKP系列(纯度：99.99％)涂布至石墨舟放置所述原材料的部分，同时压制以形成氧化铝层。
将该石墨舟在真空下通过高频加热烘焙。
通过在10-5至10-7pa的真空中使用用于区域熔融中的高频加热线圈(加热线圈缠绕数：3圈，内径70mm，约100kHz的频率)加热进行烘焙，并且将舟皿以100mm/小时的速度从一端移动至另一端，从而相继地加热整个石墨舟。
将总重量约780g的上述9个铝原材料排列在设置于石墨舟中放置原材料的部分(测得20×20×1,000mm)。以四棱柱形式排列由9个原材料组成的铝原材料(铝原材料的截面尺寸w＝18mm，长度L＝900mm，L＝w×50)。
在密封于室内之后，通过涡轮式分子泵和油封的回转泵进行抽真空，直到压力达到1×10-5以下。之后，将铝原材料纵向上的一端使用高频加热线圈(高频线圈)加热并熔融以形成熔融段。
调节高频电源的输出(频率：100kHz，最大输出：5kW)以使熔融段的熔融宽度变成约70mm。之后，将高频线圈以每小时100mm的速度移动从而使该熔融段移动约900mm。此时，室内的压力是5×10-6至9×10-6Pa。通过辐射温度计测量熔融段的温度。结果为800℃至660℃。
之后，逐渐地减少高频输出从而使该熔融段凝固。
在将室内保持为真空的同时，将高频线圈移动至熔融起始位置(该位置是首先形成熔融段的位置)，并且将铝原材料加热并在熔融起始位置再次熔融以形成熔融段。通过移动该熔融段重复区域熔融提纯。当将熔融段以约70mm的熔融宽度和100mm/小时的移动速度进行三次区域熔融提纯(3道次)时，从熔融起始段到完成段的形状变得基本上均匀，并且从那时起保持均匀的形状(在下面提及的7道次的过程中)。
之后，以熔融段约50mm的熔融宽度和60mm/小时的移动速度进行7道次的区域熔融提纯。基于所要提纯的铝原材料的截面尺寸w，熔融宽度为w×2.8至w×3.9。
在完成总共10道次之后，该室对大气开放，并且之后将铝移除以获得提纯的长度约950mm的铝。
将所获得的铝材切出，并用以与如上所述相同的方法进行辉光放电质谱成分分析。结果在表1中给出。
表1
                                      单位：ppm，以质量计
  比较例1   比较例2   实施例1   实施例1   实施例3
  Li   0.016   ＜0.001   ＜0.001   ＜0.001
  Be   0.042   ＜0.001   ＜0.001   ＜0.001
  B   1.5   2.8   0.019   0.007   0.001
  Na   1.4   0.012   0.001   0.001
  Mg   5.2   0.1   0.48   0.10   0.001
  Si   200   25   2.3   0.34   0.003
  K   ＜0.001   0.013   0.008   0.008
  Ca   1.3   0.002   0.002   0.003
  Ti   29   0.7   0.060   0.027   0.031
  V   53   2.2   0.023   0.027   0.023
  Cr   3.9   2.1   0.025   0.026   0.022
  Mn   2.1   2.1   0.007   0.004   0.006
  Fe   230   12   0.60   0.089   0.001
  Ni   0.19   0.018   0.004   0.001
  Co   13   0.3   ＜0.001   ＜0.001   ＜0.001
  Cu   0.72   1   1.1   0.14   0.016
  Zn   13   7   0.22   0.002   0.001
  Ga   93   12   0.006   0.001   0.001
  As   0.023   0.029   0.001   0.001
  Zr   4.8   0.023   0.030   0.036
  Mo   0.35   ＜0.001   ＜0.003   ＜0.004
  Ag   1.1   ＜0.001   ＜0.001   ＜0.001
  Cd   ＜0.001   0.002   0.002   0.002
  In   0.009   ＜0.001   ＜0.001   ＜0.001
  Sn   1.1   0.001   0.001   0.002
  Sb   ＜0.001   ＜0.001   ＜0.001   ＜0.001
  Ba   0.004   ＜0.001   ＜0.001   ＜0.001
  La   0.038   0.045   0.001   0.001
  Ce   0.095   0.17   0.001   0.001
  Pt   ＜0.001   0.002   0.001   0.001
  Hg   ＜0.001   0.001   0.003   0.002
  Pb   1.9   0.004   0.001   0.001
  Bi   ＜0.001   0.001   0.001   0.001
  总计   669   67   ＜5.4   ＜0.83   ＜0.18
之后，将从而获得的实施例1至3的高纯度铝分别切割以获得各自测得为6mm宽×6mm厚×100mm长的用于拉丝的材料。为了除去归因于用于拉丝的材料的表面切割的污染元素，使用以比例(盐酸∶纯水＝1∶1)制备的酸进行酸蚀1小时，之后用流水洗涤多于30分钟。
将所获得的用于拉丝的材料通过使用有槽轧辊辊轧并拉丝以拉为0.5mm的直径。将通过拉丝获得的样品固定至石英夹具，在500℃保持在真空中3小时，并且之后将其炉内冷却以获得用于电阻率测量的样品。
此外，将作为比较例3的样品的可商购的具有5N等级纯度的高纯铜(由NewMet Koch制造，99.999％Cu，直径0.5mm)固定至石英夹具，并用有机溶剂洗涤，在500℃保持在真空中3小时，并且之后将其炉内冷却以获得用于电阻率测量的样品。
(2)电阻率的导出
电阻率的测量
对于实施例1至3和比较例3的样品，实际测量电阻率。
在将所获得的样品浸没于液氦(4.2K)中之后，使用四线法，通过将施加至样品的磁场从磁通量密度从0T(未施加磁场)变化至15T，以测量电阻率。
在与样品的纵向平行的方向施加磁场。
电阻率的计算
有关具有表1中所示的组成的比较例1和比较例2，使用在文献中公开的以下等式(1)进行计算：R.J.Corruccini，NBS Technical Note，218(1964)。在等式(1)中，ΔρH是磁场中电阻率的增加量。ρRT是没有施加磁场时室温下的电阻率，并且因为在具有3N以上纯度的高纯度铝中可以将其作为基本上给定的值对待，将其设置为2,753nΩcm。ρ是4.2K未施加磁场时的电阻率，并且依赖于纯度而有很大的变化。因此，使用以下实验值：在4N-Al中为9.42nΩcm(RRR＝285)，并且在3N-Al中为117nΩcm(RRR＝23)。这些等式是当磁场垂直于样品的纵向时获得的。然而，因为当磁场平行于样品的纵向时未获得类似的等式，这些等式用于对比。RRR也被称为剩余电阻率比，并且是297K的电阻率与氦温度(4.2K)的电阻率的比。
Δ ρ H ρ = H * 2 ( 1 + 0.00177 H * ) ( 1.8 + 1.6 H * + 0.53 H * 2 ) - - - ( 1 )
其中
H*＝H/100ρRT/ρR
H＝所施加磁场的强度(特斯拉)
ρRT＝在室温未施加磁场时的电阻率
ρ＝未施加磁场时的电阻率
关于电阻率的文献引用
关于比较例4至6，电阻率获得自文献：Fujiwara S.等，Int.Conf.Process.Mater.Prop.1st(1993)，909-912。在这些文献数据中，未描述磁场的施加方向与样品的纵向之间的关系。
从而得出的实施例1至3和比较例1至6产生的电阻率的值在表2中给出。
对于RRR，实施例1至3和比较例1至3是测量值，比较例4至6是文献值。
表2
Figure BDA0000158271370000162
如从表2显而易见的，比较例2的样品对应于由传统的铝(4N等级)制成的配线材料，与不存在磁场(0T)的情况比较，随着磁场强度(磁通量密度)的增加电阻率增加，在15T电阻率增加为约3倍。
相反，在实施例1至3中，在不存在磁场的状态下电阻率很小，与比较例2比较为十分之一以下，并且即使磁场增加电阻率的增加也很小。
在实施例1(5N等级)中，与不存在磁场的情况比较，15T的电阻率略微地增加(约1.5倍)，并且明显的是与比较例2比较由磁场引起的电阻率的增加很小。
在实施例2(6N等级)中，与不存在磁场的情况比较，即使在15T电阻率也仅略微地增加(10％以内)。当磁通量密度在1至12T的范围内时，与未施加磁场的情况比较，电阻率的数值减小，并且如此显示出显著的磁电阻抑制作用。
对于实施例3(6N8等级)，甚至在1至15T的任意的磁通量密度，与不存在磁场的情况比较电阻率降低，并且如此显示出显著的磁电阻抑制作用。
图1是显示电导率指数与所施加的磁场(磁通量密度)之间的相互关系的图。电导率指数是表示基于比较例2的相应样品的电导率大小的指数，比较例2显示出具有4N的纯度的铝在强磁场中的电阻率。即，在每个磁通量密度中，电导率指数通过用比较例2的电阻率值除以每个样品的电阻率值而确定。该指数的数值越大，与比较例2的样品比较在该磁通量密度(强磁场)的传导性质越出色。
因为实施例的样品展现出极其显著的效果，纵坐标的电导率指数通过对数表示。
如从图1可以明显看出，甚至在不存在磁场的情况下，实施例的样品也显示出了与比较例2相比高达约13至28倍的电导率。当施加磁场时，与比较例2相比，电导率增加。在1T电导率高达16倍(实施例1)至65倍(实施例3)，并且在15T电导率进一步增加，因为其为26倍(实施例1)至96倍(实施例1)。
如从图1可以明显看出，任意铜样品(比较例3至6)显示一个右向下的曲线并且，随着磁场的强度的增加，与比较例2相比，磁电阻效应增加。即，所发现的是，在铜的情况下，由于不能抑制磁电阻，即使纯度增加到6N等级电导率也下降(从表1明显得出，在比较例3至6的样品中，与不存在磁场的情况下的电阻率比较，15T时的电阻率增加为5至18倍)，并且本发明人发现通过增加纯度至99.999质量％以上能够抑制磁场中电导率降低的效果是铝所特有的。
不清楚为什么对铜不能显现出通过高度提纯带来的磁电阻抑制效果而对铝能展现出。然而，可推测是由电阻率因子的差别引起的。即，据认为高纯铜的主要电阻率因子是归因于晶界或错位的传导电子散射，并且即使通过高度提纯电阻率因子也仅略微地变化，并且从而磁电阻也仅略微地变化。另一方面，高纯度铝的电阻率因子是由杂质原子产生的传导电子散射，并且通过高度提纯减小了电阻率因子。因此，据认为具有5N以上纯度的铝可以在磁场中展现出电阻率几乎不增加的优异特性。然而，该推测的机制不限制本发明的技术范围。
根据本发明，可以提供一种易于加工并且还能甚至在如1T以上的磁通量密度的强磁场中展现出优异的电导率的配线材料。

Claims (5)

1.一种在1T以上的磁通量密度的磁场中使用的配线材料，所述配线材料包含具有99.999质量％以上纯度的铝。
2.根据权利要求1所述的配线材料，其中所述铝具有以质量计1ppm以下的铁含量。
3.根据权利要求1或2所述的配线材料，其中所述铝具有99.9999质量％以上的纯度。
4.根据权利要求1或2所述的配线材料，其中所述铝具有99.99998质量％以上的纯度。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的配线材料，其中所述铝含有金属间化合物Al3Fe。
CN2012101298841A 2011-04-28 2012-04-27 用于超导磁体的配线材料 Pending CN102760507A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-101774 2011-04-28
JP2011101774A JP5749558B2 (ja) 2011-04-28 2011-04-28 超電導磁石用配線材

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102760507A true CN102760507A (zh) 2012-10-31

Family

ID=46330436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012101298841A Pending CN102760507A (zh) 2011-04-28 2012-04-27 用于超导磁体的配线材料

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20120275948A1 (zh)
JP (1) JP5749558B2 (zh)
CN (1) CN102760507A (zh)
DE (1) DE102012008605A1 (zh)
FR (1) FR2974658A1 (zh)
GB (1) GB2490585A (zh)
NL (1) NL1039567B1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5979505A (ja) * 1982-10-29 1984-05-08 Hitachi Ltd 超電導コイル
US5616191A (en) * 1993-07-06 1997-04-01 Sumitomo Chemical Co., Ltd. Method for making a high purity aluminum conductor used at ultra low temperature
JP2009242866A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Sumitomo Chemical Co Ltd 超高純度アルミニウム高圧延材の製造方法
JP2010106329A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Sumitomo Chemical Co Ltd 極低温熱伝達材

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5286577A (en) * 1990-07-23 1994-02-15 Aluminum Company Of America Drawn conductors for cryogenic applications
JPH0715208A (ja) 1993-06-25 1995-01-17 Kokusai Electric Co Ltd 有極型バンドパスフィルタ
EP2117056B1 (en) 2008-03-05 2010-11-03 Bruker HTS GmbH Superconducting device for current conditioning
JP5098750B2 (ja) * 2008-03-31 2012-12-12 住友化学株式会社 高純度アルミニウムの圧延材の製造方法
JP5355968B2 (ja) 2008-09-09 2013-11-27 本田技研工業株式会社 電動パワーステアリング装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5979505A (ja) * 1982-10-29 1984-05-08 Hitachi Ltd 超電導コイル
US5616191A (en) * 1993-07-06 1997-04-01 Sumitomo Chemical Co., Ltd. Method for making a high purity aluminum conductor used at ultra low temperature
JP2009242866A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Sumitomo Chemical Co Ltd 超高純度アルミニウム高圧延材の製造方法
JP2010106329A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Sumitomo Chemical Co Ltd 極低温熱伝達材

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王祝堂: "未来的铝合金（下）", 《铝加工技术》 *
王祝堂: "未来的铝合金（下）", 《铝加工技术》, no. 1, 31 March 1991 (1991-03-31) *

Also Published As

Publication number Publication date
NL1039567A (en) 2012-10-30
DE102012008605A1 (de) 2012-12-06
US20120275948A1 (en) 2012-11-01
JP2012234681A (ja) 2012-11-29
GB2490585A (en) 2012-11-07
NL1039567B1 (en) 2017-12-13
FR2974658A1 (fr) 2012-11-02
GB201207377D0 (en) 2012-06-13
JP5749558B2 (ja) 2015-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5086598B2 (ja) 冷間加工材
CN102758105A (zh) 用于超导磁体的磁屏蔽材料
JP5086592B2 (ja) 冷間加工材
CN102758106A (zh) 低温热导体
CN111424190A (zh) 精密电阻用金属丝合金材料及其制备方法
JP5274981B2 (ja) 極低温熱伝達材
JP5291028B2 (ja) アルミニウム材およびその製造方法
JP2013064181A (ja) アルミニウム材およびその製造方法
Hashimoto et al. Zone refining of high-purity aluminum
CN102760507A (zh) 用于超导磁体的配线材料
JP5478899B2 (ja) 高純度アルミニウム材
JP6176908B2 (ja) 超高純度アルミニウム材およびその製造方法
JP5098751B2 (ja) 超高純度アルミニウム高圧延材の製造方法
CN109022906B (zh) 一种含稀土元素Er的TiAl金属间化合物的制备方法
JP2013064182A (ja) アルミニウム材の製造方法
CN113680980B (zh) 一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺
Muirhead et al. The purification of the rare-earth metals: III. Solid state electrotransport processing of praseodymium
JP2009242865A (ja) 高純度アルミニウムの圧延材の製造方法
Fort et al. Solid state electrotransport of erbium
Kozhevnikov et al. Physical bases and experimental study of zirconium refining by zone recrystallization method
Xu et al. Influences of Silicon on Properties of Hard Drawn Aluminium Wire

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121031