JP2018138692A - 超電導線用の半製品を生成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、超電導線又はこのような超電導線用の半製品のＮｂＴｉ材料内への人工ピン止め中心の導入を簡単にすることである。
【解決手段】超電導線用の半製品（５０、５１）を生成する方法に関する。半製品（５０、５１）は、少なくとも１つのＮｂＴｉ含有構造（２）、特にＮｂＴｉ含有ロッド構造を備え、ＮｂＴｉ含有構造（２）は、Ｎｂ及びＴｉを含有する粉末（６）の選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融によって層状に生成され、ＮｂＴｉ含有構造（２）の少なくともいくつかの層（５、５ａ、５ｂ）の生成において、当該層（５、５ａ、５ｂ）それぞれの材料堆積のために設けられる照射領域（２０）の生成中に、選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融の１つ又は複数のプロセスパラメータが、照射領域（２０）の１つ又は複数の第１の区間（２３）内では、照射領域（２０）の１つ又は複数の第２の区間（２４）に比べて異なる。
【選択図】図２

Description

本発明は、超電導線用の半製品を生成する方法に関し、半製品は、少なくとも１つのＮｂＴｉ（ニオブチタン）含有構造、特にＮｂＴｉ含有ロッド構造を備える。

かかる方法は、例えば特許文献１から知られている。

ＮｂＴｉ超電導線は、特に、強い磁場を発生させるための超電導磁気コイルに、実質的に散逸損失なく大電流を流すために使用される。この場合、ＮｂＴｉには、材料の処理を容易にする有利な延性があり、特に、有利な塑性変形が可能であるという利点がある。

ＮｂＴｉ超電導線の通電容量は、磁束管を適所に保持する、超電導材料内の人工ピン止め中心を用いて高めることができる。

ピン止め中心のＮｂＴｉ材料への組み込みに頻繁に用いられる方法では、一連の熱処理及び引張変形を用いる（「棒及び線材の引抜き」）。これにより、ピン止め中心として働く、ＮｂＴｉ結晶粒界におけるα−Ｔｉ堆積物となる。さらに、この方法について、遷移金属（ニオブ、チタン、バナジウムなど）のフィラメントをＮｂＴｉマトリックスに組み込むこと、該フィラメントは人工ピン止め中心として働くことが知られている。この方法について、交互する層のニオブ及びチタンをブランクに組み込み、このブランクを引き抜き、次いでそのブランクを第２のブランクの中に束ねることも知られるようになった。第２のブランクは、熱間等静圧圧縮成形法（ＨＩＰ法）を施され、押し出され、線状に形成される。ＮｂＴｉはＴｉとＮｂとの境界面に生成されるが、不十分な反応のために常導電性材料が残る。この方法は、交互するＮｂ層及びＴｉ層のスタックをＮｂで包み、このスタックを銅押出スリーブ内に挿入することも知られている。ＨＩＰ法、押出し、及び引抜きの後で、押出スリーブは取り除かれ、得られたフィラメントが積み重ねられる。この後、フィラメントは、Ｃｕ押出スリーブ内に再び導入され、ＨＩＰ法を施され、押し出され、引き抜かれ、押出スリーブが取り除かれ、フィラメントは再び積み重ねられ、Ｎｂで包まれる。Ｃｕ押出スリーブ内への挿入、ＨＩＰ法、押出し、及び引抜きを再び行うことにより、完成したＮｂＴｉ含有線が最終的に得られる。これらの方法は、例えば特許文献１に要約されている。

既知の方法によるＮｂＴｉ超電導材料内へのピン止め中心の導入は複雑且つ困難である。α−チタンの析出には高精度のプロセスが要求される。他の材料をＮｂＴｉマトリックス内に挿入するには複雑な機械的組合せステップが要求され、この機械的組合せは、交互するＮｂ層とＴｉ層を組み合わせたものに該当する。

ＣＡＤデータに基づいて金属構成要素を生成するために、上記方法は、レーザビーム又は電子ビームを用いた金属粉末の局所溶融（「選択的レーザ溶融」又は「選択的電子ビーム溶融」）により層内に金属構成要素を生成することも知られるようになり、例えば、非特許文献１（２０１６年７月６日にアクセスされたウェブページ）、又は非特許文献２（２０１６年１１月２２日にアクセスされたウェブページ）を参照されたい。この生成方法はネガ型（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｍｏｌｄ）を必要とせずに、アンダーカットを可能にする。

米国特許第５２２３３４８号明細書

ｈｔｔｐ：／／ｎｅｔｚｋｏｎｓｔｒｕｋｔｅｕｒ．ｄｅ／ｆｅｒｔｉｇｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ／３ｄ−ｄｒｕｃｋ／ｓｅｌｅｋｔｉｖｅｓ−ｌａｓｅｒｓｃｈｍｅｌｚｅｎ／ ｈｔｔｐ：／／ｎｅｔｚｋｏｎｓｔｒｕｋｔｅｕｒ．ｄｅ／ｆｅｒｔｉｇｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ／３ｄ−ｄｒｕｃｋ／ｓｅｌｅｋｔｉｖｅｓ−ｅｌｅｋｔｒｏｎｅｎｓｔｒａｈｌｓｃｈｍｅｌｚｅｎ／

本発明の目的は、超電導線又はこのような超電導線用の半製品のＮｂＴｉ材料内への人工ピン止め中心の導入を簡単にすることである。

この目的は、上述したタイプの方法であって、ＮｂＴｉ含有構造が、Ｎｂ及びＴｉを含有する粉末の選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融によって層状に生成され、
ＮｂＴｉ含有構造の少なくともいくつかの層の生成において、材料堆積のために設けられる当該層の照射領域の生成中に、照射領域の１つ又は複数の第１の区間内における選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融の１つ又は複数のプロセスパラメータが、照射領域の１つ又は複数の第２の区間に比べて異なる、方法によって達成される。

本発明の枠組内で、ＮｂＴｉ含有構造は、ＮｂＴｉ超電導線用の半製品に使用される、又はＮｂＴｉ超電導線用の半製品として直接使用されるものであり、粉末（粉末材料）の層状選択的レーザ溶融又は層状選択的電子ビーム溶融によって生成される。選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融による構造の層状生成は、付加製造の分野でも知られるようになった。

このプロセスでは、レーザビーム又は電子ビームが横切り、それによって局所的に溶解される領域が各層に設けられ、したがって、この領域内の粉末粒子は互いに結合される（「レーザ照射を受けた領域」又は「電子ビーム照射を受けた領域」、「照射領域」とも略される）。レーザ照射を受けた領域又は電子ビーム照射を受けた領域は、複数の分離された部分領域を含むこともできる。加えて、原則として、当該層の別の領域には、レーザビーム又は電子ビームが横切らず、したがって、この領域内の粉末粒子は互いに結合されない（「非照射領域」）。この非照射領域は、複数の分離された部分領域を含むこともできる。原則として、複数の層、少なくとも１００層以上が交互に１つずつ積み重ねて生成され、各層では、当該レーザ照射を受けた領域又は電子ビーム照射を受けた領域が固化される。これらの層が全て生成された後、残存粉末は除去され、ＮｂＴｉ含有構造が保持される。

本発明によって提供される方法では、ＮｂＴｉ含有構造の生成において、当該レーザ照射を受けた領域又は電子ビーム照射を受けた領域内の層のうちの少なくともいくつか（随意に全部）が、均質なレーザ溶融処理又は電子ビーム溶融処理を施されず、レーザ照射を受けた領域又は電子ビーム照射を受けた領域は、１つ又は複数の第１の区間と１つ又は複数の第２の区間とに分割される。１つ又は複数の第１の区間では、レーザ溶融又は電子ビーム溶融は、１つ又は複数の第２の区間でのものとは異なるプロセスパラメータを用いて実施される。このようにして、１つ又は複数の第１の区間内で得られる固化材料（「第１の材料」）は、１つ又は複数の第２の区間内で得られる固化材料（「第２の材料」）とは異なる。

種々の区間が異なる得られた材料を有すると、磁束管の移動が妨げられる。区間相互間の１つ又は複数の境界面、１種類の１つ又は複数の区間（第２の区間など）、あるいは１種類の１つ又は複数の区間（第２の区間など）の成分が人工ピン止め中心として働く。

上記方法は、通常、得られる材料の一方（第１の材料など）が、例えばＮｂ_{５３ｗｔ％}Ｔｉ_{４７ｗｔ％}相を有し、超電導性であり、他方の材料（第２の材料など）が超電導性でないか、又はいずれにせよ、純Ｎｂ相や例えばＮｂ_{６０ｗｔ％}Ｔｉ_{４０ｗｔ％}相（＝Ｎｂ_{４４ａｔ％}Ｔｉ_{５６ａｔ％}相）などの１つ又は複数の非超電導相の含有量を増大させたような態様で実行される。

１つ又は複数の第１の区間と１つ又は複数の第２の区間との間でレーザ溶融又は電子ビーム溶融におけるプロセスパラメータが異なることで、第１及び第２の材料の化学成分、相分布及び／又は構造に影響が及ぼされるようになる。特に、蒸発プロセス、溶融プロセス、拡散プロセス、硬化プロセス、析出プロセス、及び結晶化プロセスは、選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融のパラメータによって影響を受け得る。

レーザ溶融又は電子ビーム溶融のパラメータを変更するのは比較的簡単であり、層状生成において、生成されるべきＮｂＴｉ含有構造の内部には問題なくアクセスすることができる。これにより、生成されるＮｂＴｉ含有構造内の、実質的にどの所望の箇所にも、人工ピン止め中心を配置することが可能になる。特に、多数の人工ピン止め中心を全体構造の比較的低い体積百分率で導入することも容易であり、これによって超電導通電容量が高くなる。ＮｂＴｉ含有構造は、好ましくは、超電導ＮｂＴｉ相の少なくとも８０重量％（ｗｔ％）に構成され、特に好ましくは、少なくとも９５重量％に構成され、さらに特に好ましくは、少なくとも９９重量％に構成される。

ＮｂＴｉ含有構造は、典型的には３０ｃｍ〜１．５０ｍ、好ましくは５０ｃｍ〜１ｍの長さＬを有し、さらに、典型的には５ｃｍ〜５０ｃｍ、好ましくは１０ｃｍ〜２５ｃｍの直径Ｄ（インゴット用途）、又は５ｍｍ〜１００ｍｍの直径を有する（マトリックスでの直接使用に適用）。ＮｂＴｉ含有構造は、典型的には軸線方向に沿って一定の外断面を有する（「ロッド構造」）。

発明の好ましい実施形態及び変形形態
本発明による方法の好ましい一変形形態では、１つ又は複数の第２の区間内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、Ｔｉの含有量が１つ又は複数の第１の区間に比べて劣化する。このようにして、超電導Ｎｂ_{５３ｗｔ％}Ｔｉ_{４７ｗｔ％}相に適した通常の組成比を有する粉末組成から、（通常使用温度の４．２Ｋで）超電導でなく且つ人工ピン止め中心の形成によく適しているＮｂ_{６０ｗｔ％}Ｔｉ_{４０ｗｔ％}相（＝Ｎｂ_{４４ａｔ％}Ｔｉ_{５６ａｔ％}相）を容易に生成することができる。Ｔｉを劣化させる場合、Ｎｂに比べて有意に低いＴｉの沸点が用いられる。局所粉末材料又は局所溶解プールへのレーザビーム又は電子ビームの印加に関して印加時間を短くするか又はベーム出力を下げると、Ｔｉの劣化は全く又はほとんどなく、印加時間を長くするか又はビーム出力を上げることにより、Ｔｉの劣化は押し進められ得る。

別の有利な変形形態では、１つ又は複数の第２の区間内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、溶解プールの最高温度を１つ又は複数の第１の区間に対して高くする。このようにして、Ｎｂの沸点（４９２７℃）よりも低い沸点（３２８７℃）を有するＴｉの劣化を促進することができる。典型的には、第２の区間における最高溶解プール温度は、Ｔｉの沸点の範囲内（好ましくは約３２００〜３３００℃）にあり、第１の区間においては、最高溶解プール温度は有意に低い（好ましくは約１８００〜３０００℃）。しかしながら、第１の区間における最高溶解プール温度は、Ｔｉの融点（１６６８℃）及びＮｂの融点（２４６９℃）を上回る。

１つ又は複数の第２の区間内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、溶解プールの局所滞留時間を１つ又は複数の第１の区間に対して増やす変形形態も好ましい。これによって、第２の区間内の溶解プールからの蒸発プロセスの時間を長くし、これにより、例えばＴｉを劣化させるために化学成分を変性させることが可能になる。レーザビーム又は電子ビーム、あるいはこのビームの基準点を制御することにより、例えば、モータを使用して変位させ且つ／又は枢動させることができるミラー系あるいは電気的に制御可能なレンズ系を用いて、滞留時間に容易に影響を与えることができる。

有利な一変形形態では、１つ又は複数の第２の区間内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、ビーム出力を１つ又は複数の第１の区間に対して高める。ビーム出力（レーザ出力又は電子ビーム出力）を用いることで、照射を受けた粉末に入力されるエネルギーは、例えば溶解プールの温度に影響を及ぼすために、変更できる。この変形形態では、所望であれば、レーザビーム又は電子ビームは照射領域に亘って一様に案内される。

１つ又は複数の第２の区間内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、レーザビーム又は電子ビームの基準点の送り速度を１つ又は複数の第１の区間内における基準点の送り速度に対して下げる変形方法がさらに好ましい。送り速度を下げることにより、カバーされる面積当たり入力されるエネルギーは、例えば溶解プールの温度を上げるために増大させることができる。レーザビーム又は電子ビーム、あるいはこのビームの基準点を制御することにより、例えば、モータを使用して変位させ且つ／又は枢動させることができるミラー系あるいは電気的に制御可能なレンズ系を用いて、送り速度に容易に影響を与えることができる。

１つ又は複数の第２の区間内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、レーザビーム又は電子ビームの集束を１つ又は複数の第１の区間に対して変更する変形方法も有利である。このようにして、単位面積当たり入力されるエネルギーが影響を受け得る。典型的には、１つ又は複数の第２区間内でのレーザビーム又は電子ビームは、１つ又は複数の第１の区間に対して狭められる。

１つ又は複数の第１の区間内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、第１のレーザ光源又は第１の電子銃が使用され、１つ又は複数の第２の区間内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、第２のレーザ光源又は第２の電子銃が、第１のレーザ光源又は第１の電子銃の代わりに、もしくは第１のレーザ光源又は第１の電子銃に加えて使用される変形方法も有利である。これにより、局所的に作用するビーム出力は、個々のレーザ又は個々の電子銃の出力の調整を必要とすることなく変更することが可能になる。

ＮｂＴｉ含有構造が、長手方向の長さＬと長手方向に垂直な最大直径Ｄとを有して生成され、Ｌ≧３＊Ｄ、好ましくはＬ≧４＊Ｄ、特に好ましくはＬ≧５＊Ｄである変形形態も好ましい。本発明に従って用いられる選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融は、より大きなＬ／Ｄアスペクト比を作るのにもよく適している。さらに、長手方向の長さＬに関して長手方向と直交する（通常は第２の）区間の（線形）最大拡張ＭＡの大きなアスペクト比を構成することも容易に可能である。ほとんどの場合、Ｌ≧１０＊ＭＡ、又はＬ≧３０＊ＭＡである。対応するアスペクト比は、多大な費用及び困難を伴ってしか機械的に（例えば、充填ロッドの穴ぐり及び使用によって）生成することができない。

この変形方法の改良であって、ＮｂＴｉ含有構造は、この構造の長手方向軸線に対して垂直に層状に生成される変形方法が特に好ましい。このようにして、２つの層の間に生成される面欠陥又は非超電導領域があればこれらは、長手方向に対して平行に、したがって電流の流れ方向に対して平行に向けられ、したがって、少しではあるが通電容量に影響がある。したがって、完成したＮｂＴｉ超電導線の特に高い通電容量がこのプロセスで可能である。なお、この改善には、粉末材料並びにレーザビーム又は電子ビームが分散されなければならないか、もしくは比較的長い距離又は大きな生成領域に亘って案内されなければならないが、最低限の揚程しか要求されない。

上記変形方法の別の改良では、ＮｂＴｉ含有構造は、この構造の長手方向に沿って層状に生成される。この場合、比較的小さい構造プラットフォームを使用することができる。

照射領域内の１つ又は複数の第２の区間の各々が、５μｍ〜１０００μｍの最大拡張を有する変形方法も好ましい。最大（線形）拡張ＭＡは、長手方向／通電方向に対して垂直な方向に測定される。ほとんどの場合、最大拡張ＭＡは２０μｍ以上であり、しばしば４０μｍ以上である。さらに、最大拡張ＭＡは通常は５００μｍ以下であり、しばしば２５０μｍ以下である。このような最大拡張ＭＡは、機械的方法とは対照的に、本発明による方法によって比較的簡単に生成することができる。

有利な一変形形態では、連続する層内で、第２の区間が重なり合わない、好ましくは、第２の区間が少なくとも５つの連続する層に亘って重なり合わない。これにより、ＮｂＴｉ含有構造内において、より大きな隣接非超電導領域の生成方向における発生を防止する。この変形形態は主に、生成方向（複数の層が互いに続く方向）が長手方向軸線に対して垂直であるときに使用される。

別の変形形態では、連続する層内の複数の第２の区間が少なくとも部分的に重なり合うことで、ＮｂＴｉ含有構造内に第２の区間の隣接空間構造が形成されるようにする。この変形形態により、磁束管用の領域を高度に選択的な方法で配置することが可能になり、特に、その領域を外部磁場の向きに選択的に適応させることが可能になる。これにより、通電容量を増大させることも可能となり得る。この変形形態は主に、生成方向（複数の層が互いに続く方向）が長手方向軸線に沿っているときに使用される。

好ましい一変形方法では、ＮｂＴｉ含有構造に横断面を縮小させる変形を施す。横断面を縮小させるこの変形においては、圧縮を行うこともできる。横断面を縮小させる変形は、特に、インゴット寸法のＮｂＴｉ構造の層状生成後に行われ、次いで、変形されたＮｂＴｉ構造を被覆管又は半製品において使用することができる。さらに、長手方向への伸延を伴う、横断面を縮小させる変形により、最終段階の超電導線に関する所望の寸法にすることを（随意に、中間の束を介して多段においても）実現することができる。加えて、ピン止め中心は長手方向に細長い。横断面を縮小させる変形には、例えば、押出し、引抜き、又は熱間等静圧圧縮成形を用いることができる。

ＮｂＴｉ含有構造の生成後に、この構造が被覆管、特にＣｕ（銅）被覆管内に挿入される変形形態も好ましい。被覆管は、完成した超電導線において、電気的安定化のために、又は急冷する（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）場合の代替電流路として使用することができ、機械的引抜き特性も改善することができる。被覆管は、横断面を縮小させる変形の前後に使用することができる。

複数のＮｂＴｉ含有構造、特に少なくとも６つのＮｂＴｉ含有構造が、選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融によって層状に生成され、次いで、半製品ブロック、特にＣｕ半製品ブロックの凹部内に挿入される変形形態が特に好ましい。半完成ブロックは、完成した超電導線内で、電気的安定化のために又は急冷する場合の代替電流路として働くことができ、機械的引抜き特性も改善することができる。被覆管は、横断面を縮小させる変形の前後に使用することができる。複数（しばしば５０超）のＮｂＴｉ含有構造を周囲のブロックに組み込むことができる。

１つ又は複数の第２の区間が照射領域内に実質的に一様に分散される変形形態も好ましい。これにより、超電導線の通電容量を最適化することが可能になり、横方向電流が妨げられる。

超電導線用の半製品であって、本発明による上述した方法に従って生成された少なくとも１つのＮｂＴｉ含有構造を備える、半製品も本発明の範囲内にある。半製品は、ピン止め中心が簡単な方法で組み込まれ得るものであり、高い通電容量を有する超電導線を生産するために使用することもできる。

本発明の他の利点は、下記の説明及び図面から理解することができる。本発明によれば、上述される特徴と以下でより詳細に説明される特徴とは、個々に又は任意所望の組合せで使用することもできる。図示され説明される諸実施形態は、網羅的列挙を構成するものと理解されるべきではなく、本質的に本発明を説明するための代表例である。

本発明は図面に示されており、例としてより詳細に説明される。各図は、原寸に比例して描かれておらず、以下を示す。

粉末の選択的レーザ溶融によって、超電導線用の半製品のＮｂＴｉ含有構造を本発明に従って生成するための装置の概略図である。 本発明の一変形方法による、ビーム基準点、第１の区間及び第２の区間の経路のマーキングを有する、ＮｂＴｉ含有構造の生成されるべき層の上面図である。 本発明の一変形方法に従って生成されている層の概略断面図である。 長手方向軸線に沿った方向を生成方向として、本発明による方法によって生成されたＮｂＴｉ含有構造の概略図である。 長手方向軸線に垂直な方向を生成方向として、本発明による方法によって生成された別のＮｂＴｉ含有構造の概略図である。 本発明による一変形方法での被覆管内へのＮｂＴｉ含有構造の導入の概略図である。 本発明による一変形方法での半完成ブロック内への６つのＮｂＴｉ含有構造の導入の概略図である。 本発明による一変形方法での半製品の横断面縮小の概略図である。 粉末の選択的電子ビーム溶融によって、超電導線用の半製品のＮｂＴｉ含有構造を本発明に従って生成するための装置の概略図である。

図１は、選択的レーザ溶融によって超電導線用の半製品のＮｂＴｉ含有構造２を本発明に従って層状に生成するための装置１の概略的な部分断面図を示す。

装置１は、ガイド４内で鉛直方向に変位可能な構造プラットフォーム３を備える。部分的に生成されたＮｂＴｉ含有構造２は構造プラットフォーム３上に配置され、ＮｂＴｉ含有構造２の複数の層５がすでに生成されている。

粉末（粉末材料）６を有するリザーバ９がさらに設けられ、粉末底部７がガイド８内で鉛直方向に変位可能である。粉末底部７を上げることにより、少量の粉末材料６が装置底面１０のレベルより上に上がり、したがって、この粉末材料６を、水平に変位可能なスライダ１１によって構造プラットフォーム３まで運ぶことができる。図示の例では、粉末材料６は、元素チタンと元素ニオブの混合物である。

さらにレーザ１２が設けられ、レーザ１２のレーザビーム１３は、枢動可能且つ／又は変位可能なミラー系１４によって、構造プラットフォーム３の表面全体に向けられ得る。

電子制御装置１５によって、レーザ１２（好ましくはレーザ１２の出力）、ミラー系１４、スライダ１１、構造プラットフォーム３、及び粉末底部７を自動的に制御することができる。制御には、生成されるべきＮｂＴｉ含有構造２に関するＣＡＤデータが入っている。

ＮｂＴｉ含有構造２の新たな最上層５ａを生成するために、構造プラットフォーム３は１つの層の厚さ（通常、約２５μｍ〜１００μｍ）だけ下げられ、粉末底部７は上方に少々動かされ、スライダ１１を使用して、粉末材料６は、構造プラットフォーム３の上の部分的に生成されたＮｂＴｉ含有構造２の上に装置底面１０のレベルまで充填され、平坦に均される。次いで、レーザビーム１３又はレーザビーム１３の基準点は、この層５ａに定められた領域（照射領域）２０の上を通る。粉末材料６は、この領域内で溶解され固化される。通常、高温材料又は溶融材料上の酸化プロセスを防ぐために、少なくとも最上層５ａの周囲に保護ガス雰囲気（Ｎ_２やＡｒなど、又は真空）が存在する。粉末材料６は、非照射領域１６内ではばらばらのままである。

図９は、選択的レーザ溶融によって超電導線用の半製品のＮｂＴｉ含有構造２を層状に生成するための別の装置１を示す。この装置１は、図１の装置にほとんど対応しているので、ここでは本質的な違いのみ論じる。

電子銃１２ａによって電子ビーム１３ａが生成され、電子ビーム１３ａはレンズ系１４ａによって偏向される。電子ビーム１３ａは、構造プラットフォーム３上の粉末６の最上層５ａに定められた領域を走査する。この目的のために、電子銃１２ａ（好ましくは電子銃１２ａの出力も）及びレンズ系１４ａは、制御装置１５によって対応する方法で自動的に制御される。電子ビーム１３ａ中の電子のエネルギーは、照射領域２０内の粉末６を溶解又は固化させる。電子ビーム１３ａは真空下で伝搬する。

図２は、ガイド４内の粉末材料６の最上層５ａの上面図を示す。図示の例では、円盤状の照射領域２０が、材料堆積のために、すなわち粉末材料６を固化するために定められ、輪状の外層１６はレーザ又は電子銃の照射を受けない。

照射領域２０は、全領域２０がビームにさらされた後で固化されるように、レーザビーム又は電子ビームの基準点のための軌道２１で覆われる、又は軌道２１が通される。この場合、レーザ溶融処理又は電子溶融処理において、ビームは軌道２１をたどる（矢印の向きも参照）。

この場合、本発明によれば、軌道２１を通じて変更され得るレーザ溶融処理又は電子溶融処理が行われる。軌道２１の大部分がこの場合は第１の区間２３内にあり、軌道２１のごく一部が７つの第２の区間２４（破線で示されている）内にある。磁束管用のピン止め中心は破線区間２４内に構成されるべきである。この目的のために、レーザ処理又は電子ビーム処理の少なくとも１つのパラメータが、第２の区間２４に比べて第１の区間２３内で変更される。このようにして、第１の区間２３内の固化材料は、第２の区間２４内のものとは異なる特性を帯びる。

図示の例では、ビーム又はビームの基準点は、第１の区間２３において軌道２１上を第１の一定送り速度ｖ１で進み、第２の区間２４において軌道２１上を第２の一定送り速度ｖ２で進むものとする。この場合、第２の送り速度ｖ２は、第１の送り速度ｖ１よりも有意に小さく、例えば、ｖ２≦（１／３）＊ｖ１である。

図３は、軌道２１（図３で左から右に走る）の部分区間上でのレーザビーム１３又は電子ビーム１３ａの進行の概略断面を示す。レーザビーム１３又は電子ビーム１３ａは、ビームの基準点２５を中心とする領域に、最上層５ａ内の局所粉末材料６から溶解プール２６を生成し、この場合は、最上層５ａの下にある（すでに生成され、固化された）層５ｂもわずかに溶解され得る。溶解プール２６の前縁２７では粉末材料６が溶解され、溶解プール２６の後縁２８では溶解プール２６が固化材料として凝固する。

高い送り速度（第１の区間２３における送り速度ｖ１）では、溶解プール２６の温度は、低い送り速度（第２の区間２４における送り速度ｖ２）での温度を下回る。この理由は、（ビーム出力が一定のままであるとすると）溶解されるべき材料の量当たりの送り速度が下がると、より多くのエネルギーが利用できるからである。溶解プール温度が上がると、溶解プールの成分の蒸発が、当該の成分（特に、その成分の沸点）に依存して増大する。液体Ｎｂと液体Ｔｉの混合物においては、ＴｉがＮｂよりも有意に低い沸点又は蒸気圧を有するので、ＴｉはＮｂよりも強く蒸発する。蒸発プロセスは全体的に、したがって、（第１の区間２３における）低い温度であるか（第２の区間２４における）高い温度であるかは関係なく、極めて極小であり、かなりの量のＴｉが蒸発するが、同時にＮｂはほとんど蒸発しない。したがって結果として、Ｔｉは、（第２の区間２４における）高い温度の溶解プール２６内で著しく劣化する。加えて、送り速度が第２の区間２４内で遅くなるため、軌道２１上の与点での溶解プール２６の滞留時間は第１の区間２３に対して長くなり、このことも、より容易に揮発するＴｉの劣化を促進する。

その結果、第１の区間２３内及び第２の区間２４内に異なる相が形成される。特に第２の区間２４内では、Ｎｂ及び／又はＮｂ_{６０ｗｔ％}Ｔｉ_{４０ｗｔ％}相（＝Ｎｂ_{４４ａｔ％}Ｔｉ_{５６ａｔ％}）などの非超電導相は、第２の区間内での人工ピン止め中心の形成をもたらす。このようにして、ＮｂＴｉ含有構造の超電導通電容量が改善される。

なお、レーザビーム又は電子ビームの送り速度を遅くする代わりに又はこれに加えて、例えば、第２の区間内でのビーム出力を増大させることもでき、又は第２の区間内で別のビーム源又は同時に第２のビーム源を使用することもでき、あるいはビームの集束を狭めることもでき、これによって、第２の区間２４内において溶解プール温度がより高くなる。

図４は、本発明による方法によって生成された半製品用のＮｂＴｉ含有構造２の一例を示す。

この場合、ＮｂＴｉ含有構造２は本質的に円筒形状であって、長手方向の長さＬ（図４の上から下まで）と長手方向軸線に垂直な直径Ｄとを有する。ＮｂＴｉ含有構造２は、超電導ＮｂＴｉからなる（第１の区間に対応する）マトリックス３０と、この場合は１つ又は複数の非超電導相を含む（第２の区間に対応する）７つの含有物３１とを備える。含有物３１は、ＮｂＴｉ含有構造２の超電導状態において磁束管用のピン止め中心として働く。含有物３１は棒状の構成を有し、ＮｂＴｉ含有構造２の全長Ｌを貫通して一直線に延びる。ＮｂＴｉ含有構造２の横断面において、含有物３１は、この場合は六角形格子上にほぼ均等に分散される。

この場合、長さＬは直径Ｄの約３倍である。含有物３１は、長手方向と直交に、ＮｂＴｉ含有構造２の直径Ｄの１／１０未満に対応する最大拡張ＭＡ（直径）を有する。したがってＭＡ≦１／３０＊Ｌも適用される。

ＮｂＴｉ含有構造２は、複数の層５が長手方向に互いに続くように長手方向に沿って生成された（図４の拡大部分参照）。棒状含有物３１を形成するには、連続的する層５における第２の区間のそれぞれが重なり合う形で配置され、したがって、各棒状含有物３１は、第２の区間の隣接空間構造３２として理解することができる。ＮｂＴｉ含有構造２は、比較的小さい装置を使用して生成することができる（図１又は図９参照）。

図５は、本発明による方法によって生成された半製品用のＮｂＴｉ含有構造２の別の例を示す。

この場合、ＮｂＴｉ含有構造２は本質的に円筒形状であって、長手方向の長さＬ（図５の左から右まで）と長手方向軸線に垂直な直径Ｄとを有する。ＮｂＴｉ含有構造２は、超電導ＮｂＴｉからなる（第１の区間に対応する）マトリックス３０と１つ又は複数の非超電導相を含む（第２の区間に対応する）複数の含有物３１とを備える。含有物３１は、ＮｂＴｉ含有構造２の超電導状態において磁束管用のピン止め中心として働く。この場合、含有物３１は、ほぼ球状の構成を有し、ＮｂＴｉ含有構造２内に分散して配置される。このようにして、連続する層５内の様々な含有物３１の重なり合いが妨げられる。図５の拡大部分も参照されたい。

この場合、長さＬは直径Ｄの３倍超である。含有物３１は、長手方向と直交に、ＮｂＴｉ含有構造２の直径Ｄの１／１０未満に対応する最大拡張ＭＡ（直径）を有する。したがってＭＡ≦１／３０＊Ｌも適用される。

ＮｂＴｉ含有構造２は、長手方向と直交に生成されて、複数の層５が長手方向に平行に且つ長手方向に対して垂直に連続的に位置するように生成された（図５の拡大部分参照）。これにより、連続する層５の間に面欠陥又は非超電導領域があっても、確実に長手方向の超電導電流の流れを妨げないようにできる。

図６は、半製品を生成するための本発明の範囲内にある被覆管４０内への、例えば図４に示されているようなＮｂＴｉ含有構造２の挿入を概略的に示す。図７に概略的に示されているように、半製品を生成するための半完成ブロック４１内に複数のＮｂＴｉ含有半製品２を挿入することも可能である。なお、しかしながら、ＮｂＴｉ含有構造２は単独でも超電導線の半製品を構成できる。

最後に、図８は、この場合は被覆管４０及びＮｂＴｉ含有構造２からなる半製品５０がどのようにして押し出されることによって横断面を縮小した半製品５１を得るかを示す。横断面縮小及びバンドリングが随意に何度も行われることにより、多数の個々の超電導フィラメントを有する超電導線を得ることができる。

１ 装置
２ ＮｂＴｉ含有構造
３ 構造プラットフォーム
４ ガイド
５ 層
５ａ 最上層
５ｂ 最上層の下にある層
６ 粉末／粉末材料
７ 粉末底部
８ ガイド
９ リザーバ
１０ 装置底面
１１ スライダ
１２ レーザ（レーザ光源）
１２ａ 電子銃
１３ レーザビーム
１３ａ 電子ビーム
１４ ミラー系
１４ａ レンズ系
１５ 電子制御装置
１６ 非照射領域
２０ 照射領域
２１ 軌道
２３ 第１の区間
２４ 第２の区間
２５ 基準点
２６ 溶解プール
２７ 前縁
２８ 後縁
３０ マトリックス
３１ 含有物
３２ 隣接空間構造
４０ 被覆管
４１ 半完成ブロック
５０ 半製品
５１ 横断面縮小後の半製品
Ｄ 直径
Ｌ 長さ
ＭＡ 最大拡張

Claims (19)

1. 超電導線用の半製品（５０、５１）を生成する方法であって、
   前記半製品（５０、５１）は、少なくとも１つのＮｂＴｉ含有構造（２）、特にＮｂＴｉ含有ロッド構造を備え、
   前記ＮｂＴｉ含有構造（２）は、Ｎｂ及びＴｉを含有する粉末（６）の選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融によって層状に生成され、
   前記ＮｂＴｉ含有構造（２）の少なくともいくつかの層（５、５ａ、５ｂ）の生成において、前記層（５、５ａ、５ｂ）それぞれの材料堆積のために設けられる照射領域（２０）の生成中に、前記選択的レーザ溶融又は前記選択的電子ビーム溶融の１つ又は複数のプロセスパラメータが、前記照射領域（２０）の１つ又は複数の第１の区間（２３）内では、前記照射領域（２０）の１つ又は複数の第２の区間（２４）に比べて異なることを特徴とする方法。
2. 前記１つ又は複数の第２の区間（２４）内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、Ｔｉの含有量は、前記１つ又は複数の第１の区間（２３）に比べて劣化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記１つ又は複数の第２の区間（２４）内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、溶解プール（２６）の最高温度を前記１つ又は複数の第１の区間（２３）に対して高くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記１つ又は複数の第２の区間（２４）内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、溶解プール（２６）の局所滞留時間を前記１つ又は複数の第１の区間（２３）に対して増やすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記１つ又は複数の第２の区間（２４）内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、ビーム出力を前記１つ又は複数の第１の区間（２３）に対して高めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記１つ又は複数の第２の区間（２４）内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、レーザビーム（１３）又は電子ビーム（１３ａ）の基準点（２５）の送り速度（ｖ２）を前記１つ又は複数の第１の区間（２３）における前記基準点（２５）の送り速度（ｖ１）に対して下げることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記１つ又は複数の第２の区間（２４）内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、前記レーザビーム（１３）又は電子ビーム（１３ａ）の集束を前記１つ又は複数の第１の区間（２３）に対して変更することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記１つ又は複数の第１の区間（２３）内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、第１のレーザ光源又は第１の電子銃が使用され、前記１つ又は複数の第２の区間（２４）内での選択的レーザ溶融又は選択的電子ビーム溶融において、第２のレーザ光源又は第２の電子銃が、前記第１のレーザ光源又は前記第１の電子銃の代わりに、もしくは前記第１のレーザ光源又は前記第１の電子銃に加えて使用されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記ＮｂＴｉ含有構造（２９）は、長手方向の長さＬと長手方向軸線に垂直な最大直径Ｄとを有して生成され、Ｌ≧３＊Ｄ、好ましくはＬ≧４＊Ｄ、特に好ましくはＬ≧５＊Ｄであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記ＮｂＴｉ含有構造（２）は、前記ＮｂＴｉ含有構造（２）の長手方向軸線に対して垂直に層状に生成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記ＮｂＴｉ含有構造（２）は、前記ＮｂＴｉ含有構造（２）の長手方向軸線に沿って層状に生成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記照射領域（２０）内の前記１つ又は複数の第２の区間（２４）の各々が、５μｍ〜１０００μｍの最大拡張（ＭＡ）を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 複数の第２の区間（２４）が、連続する層（５、５ａ、５ｂ）内で重なり合わない、
    好ましくは、前記複数の第２の区間（２４）が少なくとも５つの連続する層（５、５ａ、５ｂ）に亘って重なり合わないことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 複数の第２の区間（２４）が、連続する層（５、５ａ、５ｂ）内で少なくとも部分的に重なり合って、前記複数の第２の区間（２４）の隣接空間構造（３２）が前記ＮｂＴｉ含有構造（２）内に形成されるようにすることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記ＮｂＴｉ含有構造（２）に、横断面を縮小させる変形が施されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記ＮｂＴｉ含有構造（２）の生成後に、該ＮｂＴｉ含有構造（２）が被覆管（４０）、特にＣｕ被覆管内に挿入されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 複数のＮｂＴｉ含有構造（２）、特に少なくとも６つのＮｂＴｉ含有構造（２）が、前記選択的レーザ溶融又は前記選択的電子ビーム溶融によって層状に生成され、次いで、半製品ブロック（４１）、特にＣｕ半製品ブロックの凹部内に挿入されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記１つ又は複数の第２の区間（２４）は、前記照射領域（２０）内に実質的に一様に分散されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 超電導線用の半製品（５０、５１）であって、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のように生成された少なくとも１つのＮｂＴｉ含有構造（２）を備えることを特徴とする半製品（５０、５１）。