CN115956275A - 超导线材的连接部以及超导线材的连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够得到高通电特性的超导线材的连接部以及超导线材的连接方法，其中，多个超导线材通过包含MgB₂的烧结体而一体化。超导线材的连接部中，多个超导线材(1)通过包含MgB₂的烧结体(9)而一体化，超导线材(1)的使超导丝(12)的外周面露出的端部以相互并列状插入到容器(5)中，容器(5)是在所插入的超导线材(1)的长度方向的至少一侧具有比超导线材(1)的线径大的开口部(5a)的结构，烧结体(9)与超导丝(12)的外周面接触。超导线材的连接方法包括使超导丝(12)的外周面露出的工序、将超导线材(1)插入到容器(5)中的工序、向容器(5)填充原料的工序以及对原料进行热处理而生成烧结体(9)的工序，在与超导线材(1)的长度方向平行地对原料进行加压之后进行热处理。

Description

超导线材的连接部以及超导线材的连接方法

技术领域

本发明涉及使用二硼化镁(MgB₂)的超导线材(MgB₂线材)的连接部以及使MgB₂线材超导连接的超导线材的连接方法。

背景技术

在MRI(Magnetic Resonance Imaging：磁共振成像)装置、NMR(Nuclear MagneticResonance：核磁共振)装置中使用超导磁体。在MRI装置、NMR装置中，由于需要高磁场稳定度，因此在由超导体形成的闭合电路中进行永久电流模式的运转。

图17是示意性地示出超导磁体的一例的截面图。

如图17所示，超导磁体50包括冷却容器51、超导线圈52、永久电流开关53、支撑板54和超导连接部55。

冷却容器51容纳超导线圈52、永久电流开关53和支撑板54。超导线圈52和永久电流开关53被支撑在支撑板54上。超导线圈52及永久电流开关53通过未图示的制冷机经由支撑板54而被传导冷却。

超导线圈52经由电流引线与未图示的电源电连接。在图17中，超导线材彼此连接的超导连接部55设置在超导线圈52与永久电流开关53之间。在永久电流开关53断开(OFF)的状态下，从电源向超导线圈52供给励磁电流，超导线圈52被励磁。

当永久电流开关53转变为超导状态时，永久电流开关53切换为接通(ON)的状态，在由超导线圈52、永久电流开关53构成的闭合电路中流过不衰减的永久电流。在永久电流模式下，通过超导磁体50能够得到高磁场稳定度的静磁场。

在永久电流模式下，为了使电流实质上以零电阻流过闭合电路，需要使超导线圈52、永久电流开关53、连接它们的布线等相互超导连接的技术。在超导连接部55这样的部位，要求将超导线材彼此经由超导体连接。

以往，超导磁体使用由铌钛(NbTi)、铌三锡(Nb₃Sn)等形成的超导线材。由于这些超导线材的临界温度低，因此利用液氦进行冷却。对于这样的临界温度低的超导线材，确立了使用铅铋(PbBi)合金等超导焊料进行超导连接的技术。

近年来，与NbTi、Nb₃Sn等相比，发现了作为临界温度高的超导体的二硼化镁(MgB₂)。MgB₂不需要利用液氦的冷却，能够进行制冷机冷却。另外，与以往的超导体相比，磁场稳定度高，也适合于永久电流模式的运转。因此，可期待MgB₂的工业上的实用化。

MgB₂的临界温度为约39K，与此相对，以往的超导焊料的临界温度低于10K。若使用超导焊料，则整体的运转温度被限制在超导焊料的临界温度以下，因此MgB₂线材无法使用以往的超导焊料。在这样的状况下，正在进行将MgB₂线材适当地超导连接的技术的开发。

在专利文献1中，记载了将MgB₂线材在经由超导被覆层相互接触并填充有超导焊料的连接金属管内进行超导连接的技术。MgB₂线材以插入到连接用的金属管的状态进行超导连接。使用这种超导焊料的超导连接被用于NbTi等一般的超导线材。

在专利文献2中记载了如下技术：将多个超导线材插入到连接用的容器中，在该容器中填充镁和硼的混合粉末，对混合粉末进行加压和热处理而进行超导连接。在专利文献2中，通过对填充在容器中的镁和硼的混合粉末进行热处理，从而在超导线材彼此之间生成MgB₂的烧结体。

在专利文献3中，记载了以与插入到连接用的容器中的超导线材相邻的方式配置Mg的方法。在连接用的容器中，在与超导线材的插入方向不同的方向上设置有开口部，从该开口部插入有加压用的金属销。

现有技术文献

非专利文献

专利文献1：日本特开2006-174546号公报

专利文献2：日本特开2012-094413号公报

专利文献3：日本特开2017-208156号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1所记载的技术中，使用临界温度低至约9K的超导焊料。因此，对于超导线材，也需要冷却至超导焊料的临界温度以下。例如，在将MgB₂线材用于超导磁体的情况下，必须使包括绕线部在内的整体的运转温度为超导焊料的临界温度以下。在这样的技术中，无法充分发挥临界温度高的MgB₂的优点。

在专利文献2所记载的技术中，超导线材彼此经由包含MgB₂的烧结体在容器内进行超导连接。但是，在容器内，超导线材的大部分处于未被固定的状态。在专利文献1中，超导线材在整个容器内被超导焊料固定。与之相对，在专利文献2中，超导线材仅在容器的开口附近、与包含MgB₂的烧结体接触的部位被固定。

如专利文献2那样，若在超导线材的周围存在未固定的区域，则在通过输送电流的通电而对超导线材作用电磁力时，会对其两侧的固定部施加机械负载。超导丝与包含MgB₂的烧结体接合的部位是机械性脆弱的。若对这样的部位施加机械负荷，则临界电流密度等通电特性有可能恶化。

在专利文献3所记载的技术中，在生成MgB₂的烧结体的热处理前，过量地填充Mg，在热处理后流入焊料，得到偏差小且高的通电特性。但是，在超导线材中使用阻碍MgB₂的生成的铜、铜合金等稳定化材料的情况下，由于稳定化材料会与Mg反应，从而阻碍MgB₂的生成，通电特性会产生偏差。

另外，在专利文献2、3所记载的技术中，在用于超导连接的容器中，除了用于插入超导线材的开口部之外，还设置有用于原料粉末的投入、加压构件的插入的开口部。填充到容器中的原料粉末从与插入到容器中的超导线材的长度方向大致正交的方向被加压。但是，若为这样的加压法，则对超导线材施加弯曲方向的力，因此有可能超导丝产生裂纹，通电特性恶化。

在专利文献3中还记载了对用于超导连接的容器设置用于超导线材的插入、原料粉末的投入、金属销的插入等的一个开口部。在该容器中，沿着开口部的内壁面插入超导线材。然而，当沿着内壁面插入超导线材时，仅超导丝的一侧与包含MgB₂的烧结体接触。由于超导丝与包含MgB₂的烧结体的接触面积变小，因此连接部的通电特性有可能恶化。

另外，在专利文献2、3所记载的技术中，在将超导线材插入至连接用的容器时，以成为锐角的方式倾斜地切削超导线材的末端。当这样进行切削时，超导丝与包含MgB₂的烧结体的接触面积变大，因此能够提高连接部的通电特性。但是，生成包含MgB₂的烧结体的热处理温度为500～900℃的高温，与此相对，超导磁体的运转温度为﹣234℃附近的低温。若倾斜地切削超导线材的末端，则在锐角的前端侧和钝角的相反侧，由于超导线材的长度产生差异，因此在热处理后进行冷却时，由于热应力而产生翘曲。当超导线材在容器内产生翘曲时，超导丝会从包含MgB₂的烧结体剥离，因此存在通电特性恶化的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种能够得到高通电特性的超导线材的连接部和超导线材的连接方法，其中，多个超导线材通过包含MgB₂的烧结体而一体化。

用于解决课题的方法

本发明人等为了解决上述课题而进行了研究，结果发现，通过改良使超导丝与包含MgB₂的烧结体接触的结构和对填充于连接用的容器的原料粉末进行加压的方法及容器的结构，能够解决上述课题，从而完成了本发明。

为了解决所述课题，本发明的超导线材的连接部是多个超导线材通过包含MgB₂的烧结体一体化而成的超导线材的连接部，上述超导线材具有超导丝，使上述超导丝的外周面露出的上述超导线材的端部以相互并列状插入到容器中，上述容器是在插入到上述容器中的上述超导线材的长度方向的至少一侧具有比上述超导线材的线径大的开口部的结构，上述烧结体在上述容器的内部与上述超导线材的各个上述超导丝的外周面接触。

另外，本发明的超导线材的连接方法是经由包含MgB₂的烧结体使多个超导线材一体化的超导线材的连接方法，包括除去上述超导线材的金属护套而使超导丝的外周面露出的工序、将使上述超导丝露出的上述超导线材以相互并列状插入至容器中的工序、向上述容器填充MgB₂的原料的工序以及对填充于上述容器的上述原料进行热处理而生成包含MgB₂的烧结体的工序，上述容器是在插入于上述容器的上述超导线材的长度方向的至少一侧具有比上述超导线材的线径大的开口部的结构，在将加压夹具或盖构件插入于上述开口部而相对于上述超导线材的长度方向平行地对填充于上述容器的上述原料进行加压之后进行热处理。

发明效果

根据本发明，能够提供多个超导线材通过包含MgB₂的烧结体而一体化且可得到高通电特性的超导线材的连接部和超导线材的连接方法。

附图说明

图1是示出使超导线材超导连接后的连接部的结构的图。

图2是示出超导线材的端部的结构的图。

图3是示出超导线材的横截面的结构的图。

图4是示出除去超导线材的金属护套的位置的图。

图5是示出在连接用容器中插入了超导线材的状态的图。

图6是示出在插入了超导线材的连接用容器中填充有硼粉末的状态的图。

图7是示出对填充于连接用容器的硼粉末进行加压的状态的图。

图8是示出在填充了硼粉末的连接用容器中填充有镁的状态的图。

图9是示出对填充了镁和硼的连接用容器实施热处理的状态的图。

图10是示出变形例的除去超导线材的金属护套的位置的图。

图11是示出在填充了硼粉末的连接用容器中填充有镁的状态的图。

图12是示出对填充了镁和硼的连接用容器实施热处理的状态的图。

图13是示出在填充了硼粉末的连接用容器中填充有镁的状态的图。

图14是示出对填充了镁和硼的连接用容器实施热处理的状态的图。

图15是示出将镁和硼的混合粉末填充到连接用容器中的状态的图。

图16是示出对填充了镁和硼的混合粉末的连接用容器实施热处理的状态的图。

图17是示意性地示出超导磁体的一例的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式的超导线材的连接部和超导线材的连接方法进行说明。此外，在以下的各图中，对共同的构成标注相同的附图标记并省略重复的说明。

本实施方式的超导线材的连接部具有多个超导线材经由包含MgB₂的烧结体而一体化的结构。该超导线材的连接部由多个超导线材、包含MgB₂的烧结体以及用于超导连接的连接用容器构成。多个超导线材在连接用容器的内部经由包含MgB₂的烧结体而相互一体化，由此进行超导连接。

超导线材具备在临界温度以下成为超导体的超导丝和覆盖超导丝的金属护套。在使超导线材彼此超导连接时，对各超导线材实施切削、研磨等，使被金属护套覆盖的超导丝露出。然后，将露出了超导丝的各超导线材插入到连接用容器中，在该容器内填充MgB₂的原料粉末，对原料粉末进行加压而使其压密化。

当在填充并加压了MgB₂的原料粉末之后对原料进行热处理时，通过反应烧结、粒子彼此的烧结，在露出的超导丝彼此之间生成包含MgB₂的烧结体。通过这样的方法，超导线材彼此经由包含MgB₂的烧结体而一体化，能够得到可在超导状态下通电的超导线材的连接部。

以往，在对超导线材进行超导连接时，如专利文献2、3所记载的那样，对超导线材的末端实施切削、研磨等，使在末端露出的超导丝的端面在超导连接用的容器内露出。包含MgB₂的烧结体在容器内以与超导丝的端面接触的方式形成。

另外，以往，在使超导线材进行超导连接时，如专利文献2、专利文献3的图4～7所记载的那样，在超导连接用的容器中填充MgB₂的原料粉末之后，从与超导线材的长度方向大致正交的方向对该原料粉末进行加压。在超导连接用的容器中，用于插入加压用的夹具的插入口设置成与用于插入超导线材的插入口大致正交。

如专利文献3的图2～3所记载的那样，有时也从与超导线材的长度方向平行的方向对填充于超导连接用的容器的MgB₂的原料粉末进行加压，但在末端侧露出了超导丝的超导线材会沿着超导连接用的容器的内壁插入。包含MgB₂的烧结体仅与超导丝的端面的单侧接触，相反侧未与烧结体接触。

与此相对，本实施方式的超导线材的连接部从相对于超导线材的长度方向大致平行的方向对填充于超导连接用的容器的MgB₂的原料粉末进行加压，且使包含MgB₂的烧结体成为不与超导丝的端面接触而与超导丝的末端附近的中间部的外周面接触的状态。

在本实施方式中，覆盖超导丝的金属护套不是除去超导线材的末端，而是除去末端附近的中间部。因此，成为不露出超导丝的端面而露出超导丝的外周面的状态。另外，超导线材以露出的超导丝的外周面彼此接近的方式相互并列状地插入，但不是沿着超导连接用的容器的内壁面插入，而是以从内壁面离开的方式插入到中央侧。

在这样的状态下，将MgB₂的原料粉末填充到超导连接用的容器中，在容器中插入加压夹具，在与超导线材的长度方向大致平行的方向，即与插入超导线材的方向大致相同的方向上加压后，实施用于生成包含MgB₂的烧结体的热处理，使超导线材彼此经由包含MgB₂的烧结体进行超导连接。与超导线材的长度方向大致平行的方向的加压至少对硼粉末进行，但优选对硼粉末和镁这两者进行。

作为经由包含MgB₂的烧结体进行超导连接的超导线材，例如可以使用具有由MgB₂形成的超导丝的MgB₂线材。当使用MgB₂线材时，与使用临界温度为9K左右的以往的超导焊料的情况相比，能够使包括连接部在内的整体的运转温度成为接近MgB₂的临界温度即39K的高温。

另外，作为经由包含MgB₂的烧结体进行超导连接的超导线材，也可以使用由NbTi、Nb₃Sn等形成超导丝的超导线材。即使在使用MgB₂线材以外的线材的情况下，超导线材彼此也经由临界温度高的MgB₂连接，因此与使用以往的超导焊料的情况相比，能够得到稳定性高的超导连接。

以下，作为经由包含MgB₂的烧结体进行超导连接的超导线材，以使用具有由MgB₂形成的超导丝的多芯线结构的MgB₂线材的情况为例，进行超导线材的连接部及超导线材的连接方法的具体说明。

图1是示出使超导线材超导连接后的连接部的结构的图。

图1示出了2根超导线材1在连接用容器5的内部相互超导连接的结构。连接用容器5由设置成供超导线材1贯通的结构的盖构件8密封。在连接用容器5的内部形成有包含MgB₂的烧结体9。

如图1所示，连接用容器5设置为有底的圆筒状。连接用容器5在一端具有开口部5a。开口部5a除了通过超导线材1的端部侧以外，还用于MgB₂的原料粉末的投入、对原料粉末进行加压的加压夹具的插入。为了密封连接用容器5，在开口部5a安装有盖构件8。

另外，连接用容器5在位于开口部5a的相反的另一端，以与相互超导连接的2根超导线材1相对应的方式具有2个贯通孔5b。贯通孔5b用于使超导线材1的端部侧通过。贯通孔5b设置在连接用容器5的底部的中央附近。穿过贯通孔5b的超导线材1的末端侧被支撑在从连接用容器5的内壁面离开的中央附近。

相互超导连接的2根超导线材1在长度方向上贯通连接用容器5，以超导线材1的末端附近的中间部2位于容器内的方式使端部侧穿过贯通孔5b，并向开口部5a侧引出。连接用容器5成为使超导线材1贯通的结构以使2根超导线材1在靠近末端的中间部2彼此超导连接。

连接用容器5由耐受热处理时的600℃以上的高温且在热处理中不易与镁、硼反应的材料形成。作为连接用容器5的材料，可举出Fe、Ni、Nb、Ta、它们的合金等。这些材料在生成包含MgB₂的烧结体9的热处理中不易与镁、硼反应，因此能够生成均匀性高的烧结体9。

贯通孔5b的直径可以设置得比MgB₂线材1的线径稍大。若设置成这样的直径，则超导线材1被贯通孔5b的内壁支撑，因此能够使相互超导连接的超导线材1成为相对于连接用容器5在至少一处以上被固定的状态。若将超导线材1在一处以上固定，则在原料粉末的填充时、加压时、热处理时等，能够使超导线材1的末端侧静止在从连接用容器5的内壁面离开的中央附近，因此能够使露出的超导丝12与包含MgB₂的烧结体9的结合致密。另外，若设置成这样的直径，则超导线材1与贯通孔5b的间隙变小，因此能够简单地进行原料粉末的漏出的防止、热处理中的密封。

图2是示出超导线材的端部的结构的图。图3是示出超导线材的横截面的结构的图。

如图2和图3所示，作为MgB₂线材的超导线材1具备金属护套11和被金属护套11覆盖的芯部12、13、14。芯部包括由MgB₂形成的超导丝12、用于确保超导的电稳定性、热稳定性的稳定化材料13以及覆盖超导丝12的外周的母材14。

超导线材1被设置为具有多个超导丝12的多芯线结构。通常，从电流容量、线材长度、电磁稳定性、交流损耗等观点出发，广泛使用多芯线。在图3中，8根超导丝12配置成圆状。但是，超导丝12的根数、配置只要能降低损失、流过所需的运转电流，就没有特别限制。

如图3所示，超导线材1在比超导丝12更靠内侧的中心部具备稳定化材料13。在稳定化材料13的外侧，在线材的周向上隔开间隔规则地配置有多个超导丝12。超导丝12的外周被母材14单独地覆盖。在超导丝12、母材14的外侧配置有管状的金属护套11。

通常，MgB₂线材通过粉末装管(Powder In Tube：PIT)法制作。PIT法是将原料粉末填充到金属管中，对金属管实施拉伸线材加工的方法。因此，在作为MgB₂线材的超导线材1中，覆盖超导丝12的母材14由用于原料粉末填充的金属管形成。

填充MgB₂的原料粉末的金属管由难以与镁或硼反应的阻隔材料形成。阻隔材料是用于在生成MgB₂的热处理时防止MgB₂的原料粉末与用作稳定化材料13的铜等的反应的材料。作为阻隔材料，可举出Fe、Ni、Nb、Ta、它们的合金等。

图4是示出除去超导线材的金属护套的位置的图。

在图4中示出了在使超导线材1相互超导连接时，为了使超导丝12露出而将金属护套11除去的位置。就金属护套11而言，虽然作为超导丝12的外周面而使表面或截面露出，但以配置于超导线材1的中心的稳定化材料13不露出的方式被除去。

如图4所示，在使超导线材1相互超导连接时，以使超导丝12的外周面露出的方式，除去靠近超导线材1的末端的中间部2的金属护套11。在图4中，金属护套11在超导线材1的中间部2的整周上被除去。作为除去金属护套11的方法，可以使用机械切削、机械研磨、蚀刻等化学研磨、放电加工等电切削、电解研磨这样的电研磨等。

若除去超导线材1的中间部2的金属护套11，则与除去末端的金属护套11的情况不同，在将超导线材1插入到连接用容器5中时，能够不使超导丝12的端面露出，而仅使超导丝12的外周面在容器内露出。若使超导丝12的外周面露出，则与使端面露出的情况不同，能够避免配置于超导线材1的中心的稳定化材料13与填充于连接用容器5的原料粉末接触。

已知作为稳定化材料13使用的铜等在热处理中与镁、硼反应而妨碍MgB₂的生成。若使超导丝12的外周面露出，则稳定化材料13不与填充于连接用容器5的原料粉末接触，不易妨碍MgB₂的生成。因此，能够使均匀性高的包含MgB₂的烧结体9相对于超导丝12密合地生成，形成通电特性良好的连接部。

图5是示出在连接用容器中插入了超导线材的状态的图。图6是示出在插入了超导线材的连接用容器中填充有硼粉末的状态的图。关于容器结构，图5以及图6相当于图1的I-I线截面图。

图5示出了将除去了中间部2的金属护套11的2根超导线材1以并列状插入到连接用容器5中的状态。图6示出了在插入了超导线材1的连接用容器5中填充有作为MgB₂的原料的硼粉末3的状态。

如图5所示，在使超导线材1相互超导连接时，使超导线材1的末端通过连接用容器5的贯通孔5b，向开口部5a侧引出。在将超导线材1插入到连接用容器5中时，使超导丝12露出的中间部2优选不配置在连接用容器5的开口部5a侧，而配置在贯通孔5b侧。

若将使超导丝12露出的中间部2配置于贯通孔5b侧，则能够利用从开口部5a插入的加压夹具对填充于中间部2的附近的硼粉末3适当地进行加压。若使硼粉末3压密化，则能够使均匀性高、粗大的空隙少的包含MgB₂的烧结体9相对于超导丝12密合地生成，因此能够形成通电特性良好的连接部。

需要说明的是，在使超导线材1相互超导连接时，超导丝12可以是生成了MgB₂的状态，也可以是镁与硼未反应的状态。在镁和硼处于未反应的状态的情况下，在用于生成包含MgB₂的烧结体9的热处理时，也对超导线材1实施热处理，能够生成作为超导丝12的MgB₂。

如图6所示，在将超导线材1插入到连接用容器5中之后，向连接用容器5填充作为MgB₂的原料的硼粉末3。连接用容器5的开口部5a设置成能够供相互超导连接的2根超导线材1插通且能够供加压夹具4插入的直径，因此能够从插通有超导线材1的开口部5a投入硼粉末3。

投入到连接用容器5中的硼粉末3优选通过基于手工作业的轻敲、基于涡流混合器等的微小振动来提高堆积密度。镁与硼的反应通过在热处理中熔融、挥发的镁在硼粒子中扩散而进行。因此，若提高硼粉末3的填充率，则能够生成粗大的空隙少的致密的包含MgB₂的烧结体9。

硼粉末3也可以分散于水等分散介质而浆料化，涂布于使超导丝12露出的中间部2等。若在超导丝12的表面涂布硼粉末3的浆料并使其干燥，则能够使硼粉末3高密度地附着。若在这样的状态下与镁反应，则能够使包含MgB₂的烧结体9相对于超导丝12密合地生成，因此能够形成通电特性良好的连接部。

图7是示出对填充于连接用容器的硼粉末进行加压的状态的图。关于容器结构，图7相当于图1的I-I线截面图。

图7示出了在插入了超导线材1的连接用容器5中填充作为MgB₂的原料的硼粉末3后，插入用于对粉末进行加压的加压夹具4来对硼粉末3进行加压的状态。

如图7所示，在将硼粉末3填充于连接用容器5之后，将加压夹具4插入到开口部5a中。然后，利用压力机等按压加压夹具4，对容器内的硼粉末3进行加压，使露出的超导丝12的周围压密化。当在这样的状态下与镁反应时，能够生成均匀性高的包含MgB₂的烧结体9，因此能够形成通电特性良好的连接部。

加压夹具4呈在一端侧设置有凸缘部的大致圆柱状，在中心设置有贯通孔4a。加压夹具4的圆柱部设置成比连接用容器5的内径稍小的直径，能够插入到连接用容器5的开口部5a中。贯通孔4a优选以不使硼粉末3漏出且能够插通2根超导线材1的方式设置为比2根超导线材1的线径的合计稍大的直径。或者，也可以以与相互超导连接的2根超导线材1相对应的方式设置2个贯通孔。加压夹具4能够由与连接用容器5同样的材料、具有耐受加压的强度的材料形成。

对于填充在连接用容器5中的硼粉末3，在插入有超导线材1的连接用容器5的开口部5a中插入加压夹具4而与超导线材1的长度方向平行地进行加压。当使用这样的加压法时，与从与超导线材1的长度方向大致正交的方向进行加压的情况相比，在使MgB₂的原料粉末压密化时，能够抑制对超导丝12施加弯曲方向的力。由于超导丝12的弯曲变形、热处理后产生的热应变降低，超导丝12的裂纹等的产生得到抑制，因此能够形成通电特性良好的连接部。

图8是示出在填充了硼粉末的连接用容器中填充有镁的状态的图。图9是示出对填充了镁和硼的连接用容器实施热处理的状态的图。关于容器结构，图8以及图9相当于图1的I-I线截面图。

图8示出了在插入超导线材1之后，在填充硼粉末3并加压后的连接用容器5中填充有作为MgB₂的原料的镁7的状态。图9示出了在填充硼粉末3和镁7并加压后，实施热处理而生成包含MgB₂的烧结体9的状态。

如图8所示，将硼粉末3填充于连接用容器5，插入加压夹具4进行加压后，从连接用容器5拔出加压夹具4，在压密化后的硼粉末3上填充镁7。镁在比硼低的温度下挥发、熔融，扩散到固体的硼侧而进行反应。因此，作为MgB₂的原料的镁，可以使用粉末和金属块中的任一种。但是，在使用粉末的情况下，优选在填充于连接用容器5之后充分地加压。

如图9所示，在将硼粉末3和镁7填充到连接用容器5中并加压后，将连接用容器5的开口部5a密封。开口部5a的密封能够使用盖构件8来进行。若进行开口部5a的密封，则能够防止热处理中挥发的镁漏出到容器外，因此能够生成均匀性高的包含MgB₂的烧结体9。

盖构件8呈在一端侧设置有凸缘部的大致圆柱状，在中心设置有贯通孔8a。盖构件8的圆柱部设置为比连接用容器5的内径稍小的直径，能够插入到连接用容器5的开口部5a中。贯通孔8a优选设置为比2根超导线材1的线径的合计稍大的直径，以便能够在密封连接用容器5的同时插通2根超导线材1。或者，也可以以与相互超导连接的2根超导线材1相对应的方式设置2个贯通孔。盖构件8能够由与连接用容器5同样的材料形成。

在填充有硼粉末3的连接用容器5中填充粉末的镁7的情况下，在插入有超导线材1的连接用容器5的开口部5a中插入兼具加压功能和密封功能的盖构件8，或者再次插入加压夹具，与超导线材1的长度方向平行地进行加压。当使用这样的加压法时，与从与超导线材1的长度方向大致正交的方向进行加压的情况相比，能够抑制对超导丝12施加弯曲方向的力。

如图9所示，将硼粉末3和镁7填充到连接用容器5中，将连接用容器5密封后，对原料粉末实施热处理，生成包含MgB₂的烧结体9。热处理例如可以在电炉等中进行。热处理的气氛优选为氩气、氮气等非活性气体气氛。

热处理的温度优选为500～900℃，更优选为650～850℃。若热处理温度为650℃以上，则镁被加热至熔点以上，因此能够使液态的镁流动、扩散。因此，能够促进生成MgB₂的反应、烧结。另外，若热处理温度为850℃以下，则镁不易挥发，因此能够抑制向容器外的漏出。

当对硼粉末3和镁7进行热处理时，得到超导线材1彼此经由包含MgB₂的烧结体9而一体化的超导线材的连接部。包含MgB₂的烧结体9由于镁与硼的反应而体积比原料粉末小，成为不与超导丝12的端面接触而与超导丝12的外周面接触的状态。由于超导线材1以从连接用容器5的内壁面离开的方式插入到中央侧，因此能够得到在插入到连接用容器5的超导线材1与连接用容器5之间遍及超导线材1的整周地充满包含MgB₂的烧结体9的状态。

包含MgB₂的烧结体9优选MgB₂的填充率为70体积％以上。MgB₂的填充率越高，越能够提高超导线材的连接部的通电特性。这样的MgB₂的填充率可以通过使用机械研磨法制备MgB₂的原料粉末的方法、适当地对原料粉末进行加压的方法等而得到。需要说明的是，本说明书中，MgB₂的填充率是指在包含MgB₂的烧结体中空隙以外的区域所占的比例。

根据以上的超导线材的连接部及超导线材的连接方法，用于超导连接的连接用容器、用于原料粉末的加压的加压夹具是在插入到连接用容器中的超导线材的长度方向的至少一侧具有比超导线材的线径大的开口部的结构，因此能够与超导线材的长度方向平行地对填充于连接用容器的原料粉末进行加压。由于能够在不对超导线材或超导丝施加弯曲方向的力的情况下使露出的超导丝的周围压密化，因此即使因镁与硼的反应而引起体积减少，也不易产生粗大的空隙，并且容易生成均匀性高的烧结体。因此，能够得到临界电流、临界电流密度等通电特性良好、通电特性在每个区域的偏差小的连接部。

另外，根据以上的超导线材的连接部及超导线材的连接方法，位于超导线材的长度方向上的中间部的金属护套被除去，包含MgB₂的烧结体在连接用容器的内部成为与超导线材的各个超导丝的外周面接触的状态，因此与倾斜地切削超导丝的端面而使其接触的情况不同，能够使超导丝的长度均匀地一致。由于能够防止由热应力产生的翘曲，因此能够避免超导丝从包含MgB₂的烧结体剥离，并且能够确保超导丝与包含MgB₂的烧结体的接触面积。若除去位于中间部的金属护套，则还可防止线材的中心的稳定化材料妨碍MgB₂的生成。

由于MgB₂的线膨胀系数比较低，因此通常金属护套的线膨胀系数大于包含MgB₂的烧结体的线膨胀系数。在这样的情况下，即使在未倾斜地切削线材的末端的情况下，当线材在热处理后被冷却时，在金属护套11与包含MgB₂的烧结体9之间也会产生较大的热应变的差异。由于金属护套11大幅热收缩，因此在超导丝12与包含MgB₂的烧结体9接合的界面会产生偏移，连接部的通电特性有可能恶化。

与此相对，在以上的超导线材的连接部和超导线材的连接方法中，由于使包含MgB₂的烧结体与超导丝12的外周面接触，因此由金属护套11与MgB₂的线膨胀系数差带来的影响变小。热处理后产生的热收缩在线材的长度方向上成为支配性的。但是，由于位于线材的长度方向上的中间部2的金属护套11等被除去，因此能够抑制超导丝12沿着线材的长度方向产生热应变。因此，能够抑制超导丝12从包含MgB₂的烧结体9剥离，得到高的通电特性。

另外，根据以上的超导线材的连接部以及超导线材的连接方法，能够得到超导线材以从连接用容器的内壁面离开的方式插入到中央侧，在插入到连接用容器的超导线材与连接用容器之间，在超导线材1的整周上充满包含MgB₂的烧结体的状态，因此与将超导线材沿着连接用容器的内壁面插入的情况不同，能够容易地确保超导丝与包含MgB₂的烧结体的接触面积。填充到连接用容器中的原料粉末与超导线材的长度方向平行地被加压，因此也能够使插入到中央侧的超导线材的周围均匀地压密化。因此，能够密合地生成均匀性高的包含MgB₂的烧结体，形成通电特性良好的连接部。

接着，参照附图对变形例的超导线材的连接部和超导线材的连接方法进行说明。

图10是示出变形例的除去超导线材的金属护套的位置的图。

如图10所示，作为经由包含MgB₂的烧结体进行超导连接的超导线材，也可以代替遍及线材的中间部的整周除去了金属护套11的线材(参照图4)，而使用仅除去了线材的中间部的周向上的一部分金属护套11的超导线材1A。

在图10中，金属护套11、比超导丝12更靠外侧的母材14的位于相对于线材的中心轴点对称的位置的部位被除去。金属护套11、母材14在线材的外周面的单侧和与其点对称的相反侧分别除去了在线材的长度方向上延伸的部位。

除去了金属护套11、母材14的部位形成为比线材的周长的一半短的宽度。除去金属护套11、母材14的部位的长度能够以如下方式决定：对于超导丝12确保规定的露出面积，相对于包含MgB₂的烧结体9成为使所需的运转电流流过的接触面积。

线材的芯部12、13、14的末端侧和中央侧通过相对于线材的中心轴点对称地残留的金属护套11在线材的长度方向上连结。作为除去金属护套11等的方法，可以使用机械切削、机械研磨、蚀刻等化学研磨、放电加工等电切削、电解研磨这样的电研磨等。

需说明的是，在图10中，金属护套11、母材14的相对于线材的中心轴线呈点对称的2个部位被除去，但除去的部位的数量、线材的长度方向上的长度、线材的周向上的宽度、线材的周向上的位置等没有特别限制。除去金属护套11、母材14的部位彼此优选长度方向的长度和周向的宽度(部分周长)相等。

图11是示出在填充了硼粉末的连接用容器中填充有镁的状态的图。图12是示出对填充了镁和硼的连接用容器实施热处理的状态的图。

图11示出了这样的状态：在插入根据变形例的超导线材1A之后，将作为MgB₂的原料的镁7填充到填充硼粉末3并加压后的连接容器5中，然后插入具有加压功能和密封功能的盖构件8并对其加压。图12示出了在填充硼粉末3和镁7并加压后，实施热处理而生成包含MgB₂的烧结体9的状态。

如图11和图12所示，与将上述超导线材1超导连接的情况相同，将超导线材1A插入到连接用容器5中，将硼粉末3填充于连接用容器5，插入加压夹具4进行加压后，从连接用容器5拔出加压夹具4，在通过加压而压密化的硼粉末3上填充镁7，根据需要进行再加压。然后，密封连接用容器5，对原料粉末实施热处理，生成包含MgB₂的烧结体9。

对于填充在连接用容器5中的硼粉末3，在插入有超导线材1A的连接用容器5的开口部5a中插入加压夹具4而与超导线材1A的长度方向平行地进行加压。另外，在填充有硼粉末3的连接用容器5中填充粉末的镁7的情况下，在插入有超导线材1A的连接用容器5的开口部5a中插入兼具加压功能和密封功能的盖构件8，或者再次插入加压夹具，与超导线材1A的长度方向平行地进行加压。

根据以上的变形例的超导线材的连接部和超导线材的连接方法，由于除去超导线材1A的周向上的一部分金属护套11，因此与除去遍及线材的整周的金属护套11的情况不同，能够使线材的长度方向上的相对于除去了金属护套11的部位的两侧成为由未被除去的金属护套11连结的状态。由于比除去了金属护套11的部位更靠末端侧和中央侧这两方的金属护套11对于变形受到约束，因此在热处理后对线材进行冷却时，能够抑制在线材的长度方向上产生的热应变。

特别是，若除去位于相对于线材的中心轴点对称的部位，则热收缩不易相对于线材的中心轴偏向一方，因此线材不易产生因热应变引起的翘曲。因此，能够抑制超导丝12从包含MgB₂的烧结体9剥离。另外，由于从与线材的长度方向大致平行的方向对填充于连接用容器5的MgB₂的原料粉末进行加压，因此与从大致正交的方向进行加压的情况不同，能够对除去了金属护套11的各部位均匀性高地施加压力。因此，有利于在线材的周向上生成均匀的烧结体。

图13是示出在填充了硼粉末的连接用容器中填充有镁的状态的图。图14是示出对填充了镁和硼的连接用容器实施热处理的状态的图。

图13示出了在插入超导线材1之后，在填充硼粉末3并加压后的连接用容器5中填充有作为MgB₂的原料的镁7的状态。图14示出了在填充硼粉末3和镁7并加压后，实施热处理而生成包含MgB₂的烧结体9的状态。

如图13以及图14所示，在热处理前的连接用容器5中，连接用容器5的贯通孔5b与线材的间隙、盖构件8的开口部8a与线材的间隙等能够使用耐热粘接剂6进行密封。作为耐热粘接剂6，可以使用耐热性的陶瓷结合剂等。

若在连接用容器5的密封中使用耐热粘接剂6，则即使在连接用容器5设置为具有比线材的线径大的开口部5a、供线材通过的贯通孔5b的结构的情况下，也能够适当地密封这些部位。由于能够防止挥发的镁的漏出、杂质的混入，因此能够生成均匀性高的烧结体，形成通电特性良好的连接部。

另外，若在连接用容器5的密封中使用耐热粘接剂6，则超导线材1与连接用容器5、盖构件8粘接，因此能够使相互超导连接的超导线材1成为相对于连接用容器5或密封连接用容器5的盖构件8在至少一处以上被固定的状态。若将超导线材1在一处以上固定，则在原料粉末的热处理时等，能够使超导线材1的末端侧静止在从连接用容器5的内壁面离开的中央附近，因此能够使露出的超导丝12与包含MgB₂的烧结体9的结合变得致密。

图15是示出将镁和硼的混合粉末填充到连接用容器中的状态的图。图16是示出对填充有镁和硼的混合粉末的连接用容器实施热处理的状态的图。

图15示出了在插入了超导线材1的连接用容器5中填充作为MgB₂的原料的镁7和硼粉末3的混合粉末后，插入兼具加压功能和密封功能的盖构件8并进行加压的状态。图16示出了在填充混合粉末并加压后，实施热处理而生成包含MgB₂的烧结体9的状态。

如图15所示，也可以在插入有超导线材1的连接用容器5中填充预先混合的镁7与硼粉末3的混合粉末。镁7与硼粉末3的混合粉末优选使用机械研磨法来制备。机械研磨法是使粉末的粒子与氧化锆制的球等介质、罐的内壁剧烈碰撞，一边进行强加工一边进行粉碎和混合的方法。

根据机械研磨法，可得到在镁中混入硼的粒子而硼被镁内包且微细地分散的粉末组织。因此，能够得到均匀性、填充率高、粗大的空隙少的包含MgB₂的烧结体。在使用机械研磨法的情况下，优选施加确保不生成MgB₂的程度的碰撞能量。需说明的是，确保不生成MgB₂是指在粉末X射线衍射中实质上没有确认到MgB₂的峰。

如图15及图16所示，与将上述超导线材1超导连接的情况相同，将超导线材1插入到连接用容器5中，将镁7与硼粉末3的混合粉末填充于连接用容器5，对填充的混合粉末进行加压。然后，密封连接用容器5，对原料粉末实施热处理，生成包含MgB₂的烧结体9。

对于填充在连接用容器5中的镁7和硼粉末3的混合粉末，在插入有超导线材1的连接用容器5的开口部5a中插入兼具加压功能和密封功能的盖构件8，或者插入加压夹具而与超导线材1的长度方向平行地进行加压。在使用耐热性低、未由阻隔材料形成的加压夹具的情况下，优选在热处理前拔出加压夹具，利用由具有密封功能的阻隔材料形成的盖构件将连接用容器5密封。

根据以上的变形例的超导线材的连接部和超导线材的连接方法，将镁7与硼粉末3的混合粉末填充到连接用容器5中，与超导线材1的长度方向平行地对混合粉末进行加压，因此能够在不对超导线材、超导丝施加弯曲方向的力的情况下使露出的超导丝的周围的原料粉末压密化。若使用镁7与硼粉末3的混合粉末，则不需要在硼粉末3上加入镁7，能够通过一次加压操作使原料粉末压密化，因此不需要准备长度不同的多个加压用的夹具、构件。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。例如，本发明不一定限定于具备上述实施方式所具备的全部构成。能够将某实施方式的构成的一部分置换为其他构成，或者将某实施方式的构成的一部分追加到其他方式，或者省略某实施方式的构成的一部分。

例如，在上述实施方式的超导线材的连接部及超导线材的连接方法中，2根单芯线结构的超导线材以相互并列的配置进行超导连接。然而，进行超导连接的超导线材的结构、根数、配置没有特别限制。超导线材可以是单芯线结构和多芯线结构中的任一种。相互超导连接的超导线材的根数可以为2根，也可以为3根以上。另外，超导线材可以相对于容器并列地插入而进行超导连接，也可以相对于容器从相对的方向插入而进行超导连接。

与超导线材的长度方向平行地对MgB₂的原料粉末进行加压的加压法可以通过使用在连接用容器的长度方向的至少一侧设置有直径比相互超导连接的超导线材的线径的合计大的开口部且设置有贯通孔的加压夹具来实现。在上述的超导线材的连接部以及超导线材的连接方法中，这样的大径的开口部设置于连接用容器的长度方向的一方，但也可以设置于长度方向的两侧。在设置于两侧的情况下，优选使用从两侧插入加压夹具的方法、堵塞一方的开口部而进行加压的方法。

另外，在上述实施方式的超导线材的连接部和超导线材的连接方法中，作为用于对硼粉末进行加压的机构，使用了加压夹具，但也可以代替加压夹具而使用兼具加压功能和密封功能的盖构件。即，硼粉末的加压、镁粉末的加压和容器的密封也可以通过插拔一个夹具、构件来进行。这样的盖构件优选由具备耐热性的阻隔材料形成。

符号说明

1：超导线材，2：中间部，3：硼粉末，4：加压夹具，5：连接用容器(容器)，5a：开口部，5b：贯通孔，6：耐热粘接剂，7：镁，8：盖构件，9：包含MgB₂的烧结体，11：金属护套，12：超导丝，13：稳定化材料，14：母材。

Claims (8)

1.一种超导线材的连接部，其是多个超导线材通过包含MgB₂的烧结体一体化而成的超导线材的连接部，

所述超导线材具有超导丝，使所述超导丝的外周面露出的所述超导线材的端部以相互并列状插入到容器中，

所述容器是在插入到所述容器中的所述超导线材的长度方向的至少一侧具有比所述超导线材的线径大的开口部的结构，

所述烧结体在所述容器的内部与所述超导线材的各个所述超导丝的外周面接触。

2.根据权利要求1所述的超导线材的连接部，其中，所述超导线材以从所述容器的内壁面离开的方式插入到所述容器的中央侧，

在插入到所述容器的所述超导线材与所述容器之间充满有所述烧结体。

3.根据权利要求1所述的超导线材的连接部，其中，所述超导线材具有超导丝和覆盖所述超导丝的外周的金属护套，

所述金属护套的位于所述超导线材的长度方向上的中间部的部位被除去，以使所述超导丝的所述外周面露出。

4.根据权利要求1所述的超导线材的连接部，其中，所述超导线材具有超导丝和覆盖所述超导丝的外周的金属护套，

所述金属护套的位于相对于所述超导线材的中心轴点对称的部位被除去，

所述烧结体在相对于所述中心轴的两侧与所述超导丝的外周面接触。

5.根据权利要求1所述的超导线材的连接部，其中，所述超导线材的一个部位以上固定于所述容器或密封所述容器的盖构件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的超导线材的连接部，其中，所述超导丝由MgB₂形成。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的超导线材的连接部，其中，所述烧结体的MgB₂的填充率为70体积％以上。

8.一种超导线材的连接方法，其是使多个超导线材经由包含MgB₂的烧结体一体化的超导线材的连接方法，包括：

除去所述超导线材的金属护套而使超导丝的外周面露出的工序，

将露出了所述超导丝的所述超导线材以相互并列状插入到容器中的工序，

向所述容器填充MgB₂的原料的工序，以及

对填充于所述容器的所述原料进行热处理而生成包含MgB₂的烧结体的工序；

所述容器是在插入至所述容器中的所述超导线材的长度方向的至少一侧具有比所述超导线材的线径大的开口部的结构，

在将加压夹具或盖构件插入于所述开口部而与所述超导线材的长度方向平行地对填充于所述容器的所述原料进行加压之后进行热处理。

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