JP2005141968A - 複合超電導線材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複合化後に高温熱処理を必要としない複合超電導線材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 銅被覆３がなされた複数のＮｂＴｉ系超電導部材２Ａを横断面円形の第１の銅マトリックス２Ｂ中に埋設し、複数の第１の銅マトリックス２Ｂ（１９本）をさらに第２の銅マトリックス２Ｃ中に埋設して形成されたＮｂＴｉ系多芯超電導フィラメント２と、このＮｂＴｉ系多芯超電導フィラメント２の外方に形成された無酸素銅パイプ５の管壁５ｃの軸方向に沿って埋設された複数のＭｇＢ₂系超電導フィラメント４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複合超電導線材およびその製造方法に関し、特に、複合化後に高温熱処理を必要としない複合超電導線材およびその製造方法に関するものである。

従来のＮｂＴｉ系超電導線材は、極低温（例えば、液体ヘリウム温度４．２Ｋ近傍）で使われる代表的な超電導線材であるが、臨界温度が９Ｋ相当であり、わずかな熱擾乱により導体温度が上昇し、熱的に不安定であることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図８は、特許文献１に記載された超電導線材を示す。この超電導線材４０は、銀などの金属シース４３により被覆された臨界温度の高い酸化物超電導体４１の外側に銅等の金属シース４４を被覆した臨界温度の低い金属系超電導体（例えば、ＮｂＴｉ）４２と同心状に配置し、最外側を金属シース４５で覆ったものであり、最終熱処理を８００〜９００℃の空気中で施すこととしている。この超電導線材によると、異なった臨界温度を有する複数の超電導線材を組み合わせたため、運転磁界、運転温度に対する超電導線材の適用範囲が広くなるので、結果的に熱的に安定な超電導線材を得ることができる。
特開平６−２７５１４６号公報（００１３）

しかし、従来の超電導線材によると、金属系超電導体（例えば、ＮｂＴｉ）と酸化物超電導体を複合加工して、最終熱処理を行うため、熱処理温度が金属系超電導体にとっては高い温度となるので、特に金属系超電導体の熱的安定性を低下させてしまうおそれがある。

従って、本発明の目的は、複合化後に高温熱処理を必要としない複合超電導線材およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、低抵抗金属からなるマトリックス、およびその中に配置されたＮｂＴｉ系超電導部材より構成されたＮｂＴｉ系超電導フィラメントと、前記ＮｂＴｉ系超電導フィラメントの外周に配置された複数の複数のＭｇＢ₂系超電導フィラメントとを備えることを特徴とする複合超電導線材を提供する。

前記複数のＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、低抵抗金属パイプ中に埋入されていることが好ましい。

前記複数のＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、低抵抗金属からなる複数の補強材とともに前記ＮｂＴｉ系超電導フィラメントの外周に配置されていることが好ましい。

前記ＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、管状の金属部材の内側に配置されたＭｇＢ₂系超電導材料を、前記管状の金属部材とともに縮径加工を施すことにより得られることが好ましい。

前記ＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、横断面を矩形に形成することが好ましい。

本発明は、上記目的を達成するため、低抵抗金属からなるマトリックス中に配置され、少なくとも２回以上のαＴｉ相の析出熱処理を施したＮｂＴｉ系多芯超電導部材と、前記ＮｂＴｉ系多芯超電導部材の外周上に巻回され、低抵抗金属からなる被覆で被覆された複数のＭｇＢ₂系超電導部材とから形成される撚り合わせ集合部材を縮径して得られることを特徴とする複合超電導線材を提供する。

前記ＭｇＢ₂系超電導部材は、前記撚り合わせ集合部材の縮径加工時に、横断面を矩形に形成することが好ましい。

本発明は、上記目的を達成するため、ＮｂＴｉ系超電導部材とＭｇＢ₂系超電導部材は、ＮｂＴｉ系超電導フィラメントの体積占有率をＸ（％単位）、ＭｇＢ₂系超電導フィラメントの体積占有率をＹ＝α（１００−Ｘ）（％単位）とするとき、α＝０．０２〜０．６となるような比率で構成されることを特徴とする複合超電導線材を提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、低抵抗金属からなるマトリックス中に配置され、少なくとも１回以上のαＴｉ相の析出熱処理を施したＮｂＴｉ系多芯超電導部材を形成するＮｂＴｉ系多芯超電導部材形成工程と、低抵抗金属からなる管状部材と前記管状部材の内側に配置されたＭｇＢ₂系超電導材料とを縮径加工を施してＭｇＢ₂系超電導部材を形成するＭｇＢ₂系超電導部材形成工程と、低抵抗金属からなる金属管に、前記ＮｂＴｉ系多芯超電導部材を組み込み、前記金属管に複数のＭｇＢ₂系超電導部材を埋入することにより、ＮｂＴｉ系超電導材と複数のＭｇＢ₂系超電導材の複合ビレットを形成するビレット形成工程と、前記複合ビレットに縮径加工を施して細線化する縮径工程とを含むことを特徴とする複合超電導線材の製造方法を提供する。

前記ビレットは、前記縮径工程の後に２８０℃を超えない温度でアニール処理がなされることが好ましい。

本発明は、上記目的を達成するため、低抵抗金属からなるマトリックス中に配置され、少なくとも２回以上のαＴｉ相の析出熱処理を施してＮｂＴｉ系多芯超電導部材を形成するＮｂＴｉ系多芯超電導部材形成工程と、低抵抗金属からなる被覆で被覆された複数のＭｇＢ₂系超電導部材を形成するＭｇＢ₂系超電導部材形成工程と、前記ＮｂＴｉ系多芯超電導部材の外周面に、前記複数のＭｇＢ₂系超電導部材をスパイラルに巻き付けて撚り合わせ集合部材を形成する撚り合わせ集合部材形成工程と、前記撚り合わせ集合部材を縮径を施して細線化する縮径工程とを含むことを特徴とする複合超電導線材の製造方法を提供する。

本発明の複合超電導線材によれば、ＮｂＴｉ系超電導フィラメントとＭｇＢ₂系超電導フィラメントを複合化した後のアニール温度が高温を要しないため、超伝導体の熱的安定性を低下させることがない。

本発明の複合超電導線材によれば、ＭｇＢ₂系超電導部材を安定化材として用いるため、クエンチに対して安定な導体を得ることができる。

本発明の複合超電導線材によれば、補強材を備えたため、機械的強度を有することができる。

本発明の複合超電導線材によれば、ＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、管状部材にＭｇＢ₂系超電導材料を配置して、それを縮径することとしたため、管状部材とＭｇＢ₂系超電導材料との接触面積を大にできるので、管状部材がＭｇＢ₂系超電導材料の安定化材としての機能を果たし、大径化することなく超電導部材を得ることができる。

本発明の複合超電導線材によれば、ＭｇＢ₂系超電導部材を断面矩形状に変更しても、断面円形のものと変わらない効果を奏することができる。

本発明の複合超電導線材によれば、ＮｂＴｉ系多芯超電導部材を形成する際にαＴｉ相の析出熱処理を施してあるため、超電導化するための熱処理を行う必要がないので、製作が容易となる。

本発明の複合超電導線材によれば、ＭｇＢ₂系超電導部材を含む撚り合わせ集合部材を断面矩形状に変更しても、断面円形のものと変わらない効果を奏することができる。

本発明の複合超電導線材によれば、ＭｇＢ₂系超電導部材を所定量含むことにより、電気的に安定な超電導性を有することができる。

本発明の複合超電導線材の製造方法によれば、超電導化するための熱処理を行う必要がないため、ＮｂＴｉ系超電導部材とＭｇＢ₂系超電導部材との複合超電導線材を容易に製造することができる。

本発明の複合超電導線材の製造方法によれば、アニール処理することにより均質な複合超電導線材を得ることができる。

本発明の複合超電導線材の製造方法によれば、ＮｂＴｉ系多芯超電導部材の外周面に、複数のＭｇＢ₂系超電導部材をスパイラルに巻き付けて撚り合わせ集合部材を形成したため、ＭｇＢ₂系超電導部材が安定化材としてより効果的に働くことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る超電導導体を示す説明図である。この複合超電導導体１は、銅被覆３がなされた複数のＮｂＴｉ系超電導部材２Ａを横断面円形の第１の銅マトリックス２Ｂ中に埋設し、複数の第１の銅マトリックス２Ｂ（１９本）をさらに第２の銅マトリックス２Ｃ中に埋設して形成されたＮｂＴｉ系多芯超電導フィラメント２と、このＮｂＴｉ系多芯超電導フィラメント２の外方に形成された金属部材としての無酸素銅パイプ５の管壁５ｃの軸方向に沿って埋設された複数のＭｇＢ₂系超電導フィラメント４とを備える。

この複合超電導導体１は、例えば、無酸素銅パイプ５管壁５ｃの軸方向に沿って形成した穴の中にＭｇＢ₂が挿入され、銅パイプ５の内側にＮｂＴｉ系超伝導部材２Ａを埋設して形成した第２の銅マトリックス２Ｃを挿入してなる複合ビレットを形成した後に縮径加工されることにより形成される。

ＭｇＢ₂系超電導フィラメント４は、Ｅｘ‐ｓｉｔｅ法により製造されるため、ＭｇＢ₂系超電導材料を用いる必要がある。ＭｇＢ₂系超電導材料の成分としてＭｇＢ₂の結晶構造が主相であることが好ましい。ＭｇＢ₂系超電導材料を用いることにより、複合ビレット形成後に超電導化熱処理を施さなくてもＭｇＢ₂系超電導フィラメント４は、超電導特性を有する。ＭｇＢ₂系超電導材料は、複合ビレットを縮径加工することによりＭｇＢ₂系超電導フィラメント４が形成される。複合ビレットに組み込まれるＭｇＢ₂系超電導材料は、ＭｇＢ₂の原料粉末、あるいはその原料の粉末成型体、あるいは、ＭｇＢ₂系超電導材料を銅または銅合金で被覆した銅被覆ＭｇＢ₂系超電導材料のいずれかであることが好ましい。

ＮｂＴｉ系超電導部材２Ａは、その外周を銅または銅合金の被覆３を施したものであり、α−Ｔｉ相の析出熱処理をすでに行った部材であることが好ましい。これにより、複合ビレットを形成した後で超電導化熱処理を施さなくてもＮｂＴｉ系超電導部材は、超電導特性を有する。

金属部材としての無酸素銅パイプ５は、銅または銅合金からなるもので形成することが好ましい。

複合ビレットに縮径加工を施し、最終形状とした後の超電導化熱処理は施さないことが好ましい。

複合超電導線材を製造する方法として、少なくとも１回以上のα−Ｔｉ相の析出熱処理を施した横断面で丸型の銅または銅合金で被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材を中心に配置し、その外周に、銅または銅合金で被覆したＭｇＢ₂系超電導部材の複数本をスパイラル状に巻き付けて撚り合わせ集合部材を作製し、さらに、撚り合わせ集合部材に縮径加工を施し、銅または銅合金で被覆したＮｂＴｉ系多芯超電導部材と、銅または銅合金で被覆したＭｇＢ₂系超電導部材を密着させることが好ましい。撚り合わせ集合部材の縮径加工後の形状は、丸型、角型、平角型、テープ型等いずれでもよい。

前記の複合超電導線材において、ＭｇＢ₂系超電導フィラメント層が、複合ビレット構成前、複合ビレット構成後、あるいは撚り合わせ集合部材の縮径加工のいずれかの工程で、円形から矩形に変形加工されることが好ましい。ＭｇＢ₂超電導層の超電導特性が向上することが期待できるからである。

前記の複合超電導線材は、ＮｂＴｉ合金系超電導フィラメントの体積占有率をＸ（％単位）、ＭｇＢ₂系超電導フィラメントの体積占有率をＹ＝α（１００−Ｘ）とすると、α＝０．０２〜０．６となるような比率で構成されることが好ましい。α＜０．０２の場合、ＭｇＢ₂の比率が少ないため、複合化した効果があまりなく、α＜０．６以上の複合部材を製作するのが加工上困難となる場合があるからである。

この実施の形態によれば、下記の効果が得られる。
（イ）ＭｇＢ₂系材料を用いることにより、複合ビレット形成後に超電導化熱処理を施さなくてもＭｇＢ₂系超電導フィラメント４の超電導特性は、損なわれず、安定材としての役目を果たすことができる。
（ロ）ＮｂＴｉ系超電導部材２Ａは、その外周を銅または銅合金の被覆３を施したものであり、α−Ｔｉ相の析出熱処理をすでに行った部材であるので、複合ビレットを形成した後に超電導化熱処理を施さなくても超電導特性を有する。
（ハ）複合ビレットの内部は、ＮｂＴｉ系多芯超電導部材とＭｇＢ₂系超電導部材に加えて補強及び熱的安定化のために、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを内在させるため、熱的安定性に優れる。したがって、この複合ビレットを縮径加工を施すことにより得られる複合超電導線材は、熱的安定性に優れ、かつ機械的強度をも有する。

図２は、本発明の実施例１に係る複合超電導線材１を製作するための複合ビレットを示す。以下、図１および図２を参照しながら、本発明の実施例１に係る複合超電導線材１の製作方法を説明する。まず、直径２０ｍｍの銅被覆ＮｂＴｉ系多芯超電導線材を準備し、３回の時効処理と伸線加工を行い、外径が１ｍｍでフィラメント構造が１９芯×１９芯の銅被覆された第２の銅マトリックス２Ｃを形成した。

―方、結晶構造の主相がＭｇＢ₂構造であるＭｇＢ₂粉末４Ａを無酸素銅パイプ（外径７６ｍｍ、肉厚５ｍｍ、長さ３８０ｍｍ）３Ａに充填し、その無酸素銅パイプ３Ａに伸線加工を施し、銅とＭｇＢ₂フィラメントの体積占有率が５０％の外径４ｍｍの銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材４Ｂを製作した。次に、図２に示すように、金属部材として外径３４ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ２０００ｍｍの無酸素銅パイプ５Ａに、銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｄ（第２の銅マトリックス２Ｃ）を中心に配置し、その外周に１８本の銅被覆されたＭｇＢ₂系超伝導部材４Ｂを組み込み、複合ビレット１０とする。その複合ビレット１０に伸線加工を施し外径１ｍｍの形状とした。次に、アニール処理として２５０℃５時間の熱処理を不活性雰囲気のＡｒガス中で行い、複合超電導導体１（部材Ａ）とした。この複合超電導導体１において、ＮｂＴｉ系超電導フィラメント２の銅に対するＮｂＴｉフィラメント体積占有率は８０％である。

図３は、本発明の実施例２に係る複合超電導線材を製作するための複合ビレットを示す図である。実施例１と同様の製作方法で直径２０ｍｍの銅被覆ＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｄを準備した。図３に示すように、金属部材として外径が３３ｍｍであって、中心に直径２１ｍｍの穴５ａがあけられ、その管壁５ｃに直径４ｍｍの小穴５ｂが１８個あけられた無酸素銅パイプ５Ａを準備した。この無酸素銅パイプ５Ａの中心に銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｄを配置し、小穴５ｂにＭｇＢ₂粉末を充填して、複合ビレット２０を形成する。それに伸線加工を施し外径１ｍｍの形状とし、アニール処理として２５０℃５時間の熱処理を不活性雰囲気のＡｒガス中で行い、複合超電導線材（部材Ｂ）とした。

なお、比較例として、銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材のＭｇＢ₂フィラメントの部分が無酸素銅に置き換わった部材（比較材１）を作製した。表１に、実施例の線材の構造を示す。

図４は、本発明の実施例３に係る複合超電導線材を示す説明図である。この複合超電導線材３０は、銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導フィラメント４が埋め込まれた無酸素銅パイプ５Ｂの管壁５ｃに電気的安定化のためのＣｕ−Ｎｉ合金被覆アルミニウム合金からなる補強材４Ｃを埋設した点が図１の複合超電導導体１と異なる。

図５は、本発明の実施例３に係る複合超電導線材を製作する複合ビレットを示す。図４および図５を参照しながら、本発明の実施例３に係る複合超電導線材３０の製作方法を説明する。まず、第１の実施の形態に係る複合超電導線材１の製作方法の湯合と同様に、直径２０ｍｍの銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｄ及び外径４ｍｍの銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材４Ｂを準備した。また、直径４ｍｍのＣｕ‐Ｎｉ合金が被覆されたアルミニウム合金からなる補強材４Ｃを準備した。

金属部材として、外径３５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、長さ２０００ｍｍの無酸素銅パイプ５Ｃ、銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｄを中心に配置し、その外周に１０本の銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材４Ｂ、さらに、機械的強度を得るため、あるいは電気的安定性を得るための４本の補強材４Ｃを図５に示すように組み込み、複合ビレット４０とする。その複合ビレット４０に伸線加工を施し外径１ｍｍの形状とし、アニール処理として２５０℃５時間の熱処理を不活性雰囲気のＡｒガス中で行い、複合超電導線材（部材Ｃ）とした。

なお、部材Ｃの比較材として、銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材のＭｇＢ₂フィラメントの部分がアルミニウム合金に置き換わった部材（比較材２）を作製した。表２に、実施例の線材の構造を示す。

図６は、本発明の実施例４に係る超電導導体を示す説明図である。この超電導導体５０は、銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導フィラメント４が扇面型に形成されている点が図１の超電導導体１と異なる。

図７は、本発明の実施例４に係る超電導導体を製作するための撚り合わせ部材を示す。この撚り合わせ部材６０は、銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｅの周囲に無酸素銅パイプ３Ｂにより被覆したＭｇＢ₂系超電導部材を撚り合わせたものである。

以下、図６および図７を参照しながら、本発明の実施例４の複合超電導線材の製作方法を示す。まず、直径１．５ｍｍの銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導線材を準備し、３回の時効処理と仲線加工を行い、外径が１ｍｍでフィラメント構造が１９芯×１９芯の銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｅを製作した。なお、この銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｅの銅に対するＮｂＴｉフィラメント体積占有率は８０％である。一方、結晶構造の主相がＭｇＢ₂構造であるＭｇＢ₂粉末を無酸素銅パイプ（外径７６ｍｍ、肉厚１２ｍｍ、長さ３８０ｍｍ）３Ｂに充填し、その無酸素銅パイプ３Ｂにに伸線加工を施し、銅とＭｇＢ₂フィラメントの体積占有率が１６％の外径０．６５ｍｍの銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材４Ｅを準備した。

銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導部材２Ｅの外周に９本の銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材４Ｅをピッチ５ｍｍで撚り合わせ、撚り合わせ部材６０を作製した。次に、撚り合わせ部材６０に、伸線加工を施し、外径を１ｍｍの形状とし、アニール処理として２５０℃５時間の熱処理を不活性雰囲気のＡｒガス中で行い、複合超電導線材（部材Ｄ）とした。部材ＤのＮｂＴｉ占有率は３４％、銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材のＭｇＢ₂フィラメント体積占有率は１５％、安定化銅占有率は５１％であり、各体積占有率は、部材Ａおよび部材Ｂと同じであった。

以下、部材Ａ〜部材Ｄについて安定性マージンの測定を行った。安定性マージンの測定は、以下のように行った。まず、約１ｍの長さの部材Ａ〜部材Ｄを直径２０ｍｍの銅ボビンに巻き付け、冷凍機を用いて伝導冷却により銅ボビンの温度を５．０Ｋに冷却し、臨界電流を流せる電流端子と電圧端子を取り付けた。また、部材Ａ〜部材Ｄには直径０．１ｍｍのマンガニン線をヒータとして巻き付けて、部材Ａ〜Ｄに熱を投入した。ヒータの抵抗は２０Ωである。測定は、外部磁場８Ｔで実施した。この部材Ａ〜Ｄの臨界電流は、全て２７０Ａであった。

５Ｋ，８Ｔにおけるこれら超電導部材の特性は、ＮｂＴｉで臨界電流密度Ｊｃ＝１０００Ａ／ｍｍ²相当、ＭｇＢ₂でＪｃ=１０〜５０Ａ／ｍｍ²相当と絶対値に大きな差があるため、ＭｇＢ₂を占有した線材も臨界電流値に差はなかった。ここでは、臨界電流の９０％の負荷に相当する電流値＝２３４Ａを通電したまま、ヒータの電流を０Ａから０．０１Ａ／秒のスイープ速度で通電し、部材Ａ〜Ｄがクエンチを起こすまでのヒータに投入したエネルギー（Ｊ）を算出し、それをクエンチエネルギー（Ｊ）とした。部材Ａ〜Ｄの超電導導体の臨界電流及びクエンチ時の熱安定性マージンの測定結果を、表３に示す。

表３の結果から、安定化材としてＭｇＢ₂超電導材を用いることにより高いクエンチエネルギー、すなわち、より高い安定性を示すことがわかる。

さらに、複合ビレットの加熱の影響を調べるため、図５に示す複合ビレット４０を伸線加工後直径６０ｍｍに形成して部材Ｅ〜部材Ｎとし、表４に示すように異なる温度で加熱処理（全てアルゴンガス中、５０時間）を施した。

これらの部材Ｅ〜部材Ｎは、部材Ｃと同じ線材構造である。部材Ｄ〜部材Ｎのクエンチエネルギーは、熱処理温度が高くなるほど低下しているものの、表３の比較材１，２よりはクエンチエネルギーが大きくなっており、２５０℃〜４５０℃の範囲においては、ＭｇＢ₂超電導材を用いることにより高いクエンチエネルギー、すなわち、より高い安定性を示すことがわかる。

請求項８で記載した、αの数値限定の根拠となる実施結果について説明する。実施例４の場合と同様の線材を作製するために、直径１．５ｍｍの銅被覆されたＮｂＴｉ系多芯超電導線材を準備し、３回の時効処理と伸線加工を行い、外径が１ｍｍでフィラメント構造が１９芯×１９芯の銅被覆ＮｂＴｉ系超電導部材を製作した。なお、この銅被覆されたＮｂＴｉ系超電導部材の銅に対するＮｂＴｉフィラメント体積占有率は８５％である。

一方、結晶構造の主相がＭｇＢ₂構造であるＭｇＢ₂粉末および肉厚の異なる無酸素銅パイプを準備した。無酸素銅パイプにＭｇＢ₂粉末を充填し、それに伸線加工を施すことで銅とＭｇＢ₂フィラメントの体積占有率の異なる外径０．６５ｍｍの銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材を製作した。銅被覆ＮｂＴｉ系多芯超電導部材の外周に９本の銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材されるピッチ３ｍｍで撚り合わせ、横断面構造で図７に示すように撚り合わせ部材６０を作製した。この撚り合わせ部材の最外径は２．５ｍｍであった。次に、撚り合わせ部材６０に、伸線加工を施し、外径が１ｍｍの完成部材（サンプルＰ１〜Ｐ１０）とした。これらサンプルは、アニール処理を実施しないものとした。

表５は、各サンプルにおける銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導線材（外径０．６５ｍｍ）のＭｇＢ₂フィラメントの体積占有率（％）、完成部材のＮｂＴｉ，銅，ＭｇＢ₂の各構成比率（％）、および完成部材のα、４．２Ｋおよび８Ｔにおける超電導臨界電流（Ａ）、クエンチエネルギー測定結果（Ｊ）を示す。なお、部材Ｐ８については完成部材の外径１ｍｍよりさらに縮径加工を施すと断線が発生した。部材９については、銅被覆されたＭｇＢ₂系超電導部材の伸線加工中に断線し、完成部材を製作できなかった。

完成部材を製作できたＰ１〜Ｐ７について、臨界電流を測定し、実施例５と同じ条件でクエンチエネルギーを測定した。また、比較材として、銅被覆ＭｇＢ₂系超電導線材（外径０．６５ｍｍ）をその銅線に置き換えた部材を同様に撚り合わせ、伸線加工することにより作製し、部材Ｓとし、Ｐ１〜Ｐ７と同様の測定を実施した。Ｐ１の部材については、比較材の部材Ｓと同様、若干のクエンチエネルギーを示したが、部材Ｐ２〜Ｐ８については、クエンチエネルギーが増加しており、安定化の効果を確認できた。

なお、本発明の実施の形態において、ＭｇＢ₂系超電導材料は、ＭｇとＢの元素以外に他の第３の元素を含むものでもよい。また、ＭｇＢ₂系超電導材料は、フィラメントの多芯構造となったものでもよい。また、複合ビレットの内部は、ＮｂＴｉ系多芯超電導部材とＭｇＢ₂系超電導材料に加えて補強及び、熱的安定化のために、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを内在させてもよい。また、金属部材としての無酸素銅パイプの代りにアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるパイプにより形成してもよい。また、複合ビレットを縮径加工した後に超電導化熱処理を日的としない２７０℃以下のアニール処理を行ってもよい。また、２７０℃〜４２０℃の熱処理については、特性低下を問題にしないのであれば実施してもよい。この熱処理は、各部材の酸化を抑制できる雰囲気で行うことが望ましい。

また、本発明の各実施例で述べた製造方法は、ＭｇＢ₂系超電導フィラメントやＮｂＴｉ系超電導フィラメントの本数、その配置および寸法、ＭｇＢ₂やＮｂＴｉ超電導部材の組成、金属部材の組成、熱処理条件、ＮｂＴｉ，ＭｇＢ₂，銅、アルミニウムなどの占有率は、例示的なものであり、それらに限定されるものではない。また、使用環境についても、５Ｋ、８Ｔに限定されるものではなく、ＭｇＢ₂及びＮｂＴｉ超電導部材が超電導を示す温度、磁場環境で本導体の使用が可能である。また、被覆材として銅を利用したものについて説明してきたが、アルミニウム等の安定化材に利用される材料であってもよい。また、被覆材としてパイプを使用したが、アルミニウムや銅のインゴットに穴をあけ、その穴にＭｇＢ₂を充填して縮径加工したものであってもよい。

本発明の実施の形態に係る複合超電導線材を示す説明図である。 本発明の実施例１の超電導導体を製作するための複合ビレットを示す図である。 本発明の実施例２の超電導導体を製作するための複合ビレットを示す図である。 本発明の実施例３の複合超電導線材を示す説明図である。 本発明の実施例３の超電導導体を製作する複合ビレットを示す図である。 本発明の実施例４複合超電導線材を示す説明図である。 本発明の実施例４の複合超電導線材を製作するための撚り合わせ部材を示す図である。 従来の超電導導体を示す図である。

符号の説明

１ 超電導導体
２ ＮｂＴｉ系超電導フィラメント
２Ａ ＮｂＴｉ系超電導部材
２Ｂ 第１の銅マトリックス
２Ｃ 第２の銅マトリックス
２Ｄ，２Ｅ ＮｂＴｉ系多芯超電導部材
３ 銅被覆
３Ａ，３Ｂ，５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 無酸素銅パイプ
４ ＭｇＢ₂系超電導フィラメント
４Ａ ＭｇＢ₂粉末
４Ｂ ＭｇＢ₂系超電導部材
４Ｃ 補強材
５ａ 穴
５ｂ 小穴
５ｃ 管壁
１０，２０，４０ 複合ビレット
３０，５０ 複合超電導線材
４１ 酸化物超電導体
４３，４４，４５ 金属シース
６０ 撚り合せ部材

Claims (11)

1. 低抵抗金属からなるマトリックス、およびその中に配置されたＮｂＴｉ系超電導部材より構成されたＮｂＴｉ系超電導フィラメントと、
   前記ＮｂＴｉ系超電導フィラメントの外周に配置された複数のＭｇＢ₂系超電導フィラメントとを備えることを特徴とする複合超電導線材。
2. 前記複数のＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、低抵抗金属パイプ中に埋入されていることを特徴とする請求項1記載の複合超電導線材。
3. 前記複数のＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、低抵抗金属からなる複数の補強材とともに前記ＮｂＴｉ系超電導フィラメントの外周に配置されていることを特徴とする請求項１記載の複合超電導線材。
4. 前記ＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、管状の金属部材の内側に配置されたＭｇＢ₂系超電導材料に、前記管状の金属部材とともに縮径加工を施すことにより得られることを特徴とする請求項１記載の複合超電導線材。
5. 前記ＭｇＢ₂系超電導フィラメントは、横断面を矩形に形成することを特徴とする請求項１記載の複合超電導線材。
6. 低抵抗金属からなるマトリックス中に配置され、少なくとも２回以上のαＴｉ相の析出熱処理を施したＮｂＴｉ系多芯超電導部材と、前記ＮｂＴｉ系多芯超電導部材の外周上に巻回され、低抵抗金属からなる被覆で被覆された複数のＭｇＢ₂系超電導部材とから形成される撚り合わせ集合部材を縮径して得られることを特徴とする複合超電導線材。
7. 前記ＭｇＢ₂系超電導部材は、前記撚り合わせ集合部材の縮径加工時に、横断面を矩形に形成することを特徴とする請求項６記載の複合超電導線材。
8. ＮｂＴｉ系超電導部材とＭｇＢ₂系超電導部材は、ＮｂＴｉ系超電導フィラメントの体積占有率をＸ（％単位）、ＭｇＢ₂系超電導フィラメントの体積占有率をＹ＝α（１００−Ｘ）（％単位）とするとき、α＝０．０２〜０．６となるような比率で構成されることを特徴とする複合超電導線材。
9. 低抵抗金属からなるマトリックス中に配置され、少なくとも１回以上のαＴｉ相の析出熱処理を施したＮｂＴｉ系多芯超電導部材を形成するＮｂＴｉ系多芯超電導部材形成工程と、
   低抵抗金属からなる管状部材と前記管状部材の内側に配置されたＭｇＢ₂系超電導材料とを縮径加工を施してＭｇＢ₂系超電導部材を形成するＭｇＢ₂系超電導部材形成工程と、
   低抵抗金属からなる金属管に、前記ＮｂＴｉ系多芯超電導部材を組み込み、前記金属管に複数のＭｇＢ₂系超電導部材を埋入することにより、ＮｂＴｉ系超電導材と複数のＭｇＢ₂系超電導材の複合ビレットを形成するビレット形成工程と、
   前記複合ビレットに縮径加工を施して細線化する縮径工程とを含むことを特徴とする複合超電導線材の製造方法。
10. 前記ビレットは、前記縮径工程の後に２８０℃を超えない温度でアニール処理がなされることを特徴とする請求項９記載の複合超電導線材の製造方法。
11. 低抵抗金属からなるマトリックス中に配置され、少なくとも２回以上のαＴｉ相の析出熱処理を施してＮｂＴｉ系多芯超電導部材を形成するＮｂＴｉ系多芯超電導部材形成工程と、
    低抵抗金属からなる被覆で被覆された複数のＭｇＢ₂系超電導部材を形成するＭｇＢ₂系超電導部材形成工程と、
    前記ＮｂＴｉ系多芯超電導部材の外周面に、前記複数のＭｇＢ₂系超電導部材をスパイラルに巻き付けて撚り合わせ集合部材を形成する撚り合わせ集合部材形成工程と、
    前記撚り合わせ集合部材を縮径を施して細線化する縮径工程とを含むことを特徴とする複合超電導線材の製造方法。
    
    

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