JPH01274318A - 交流用化合物系超電導線の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は超電導発電機用線材などとして利用される交流
用化合物系超電導線の製造方法に関する。

「従来の技術」 Ｃｕなどからなる安定化材の内部に多数の超電導フィラ
メントを配した構造の超電導線にあっては、交流用とし
て使用されて断面方向に交流磁界が加わった場合、隣接
する超電導フィラメント間に安定化材を介して結合電流
が流れ、結合損失を生じる問題がある。そこでこの種の
結合損失を低減するための対策として、従来の交流用超
電導線にあっては、超電導フィラメントの間に高抵抗材
料層を形成すること、あるいは、超電導フィラメントを
可能な限り短いピッチでツイスト加工することなどがな
されている。

ここで従来、交流通電時の結合損失を低減できる構造と
したＮｂ−Ｔｉ系の超電導線を製造する方法として、第
２図ないし第４図を基に以下に説明する方法が知られて
いる。まず、第２図に示すパイプ状のＣｕ製の安定化母
材ｌの内部にＮ　ｂ−Ｔ　ｉ合金線２を配して複合超電
導素線３を形成し、この複合超電導素線３の外周にＣｕ
−Ｎ　ｉ合金などの非磁性の高抵抗金属材料からなる管
体４を被せて被覆複合素線５を形成する。次に、この被
覆複合素線５を第３図に示すように多数本集合して金属
管６の内部に挿入し、縮径加工と熱処理を施し、第４図
に示す高抵抗金属材料製の安定化材７の内部に多数の超
電導フィラメント８を配した構造の超電導線Ａを得るこ
とができる。

「発明が解決しようとする課題」 前記従来の製造方法で得られた超電導線Ａは、内部の各
超電導フィラメント８が高抵抗材料製の安定化材７で分
離された構造であり、結合電流による損失を減少できる
構造となっている。ところが、前述の構造の超電導線Ａ
を製造する場合、以下に説明する問題があった。

前記Ｃｕ−Ｎ　ｉ合金からなる高抵抗金属材料は、Ｃｕ
などに比較して加工硬化率が高いために、縮径加工中の
断線などを阻止するためには４００〜５００℃で焼鈍す
る必要がある。ところが、このような温度で焼鈍処理を
行うと、管体４に含有されているＮｉがＣｕ製の安定化
母材ｌ内に拡散し、安定化母材ｌを汚染する問題がある
。また、前記焼鈍処理の際に、超電導フィラメント８と
その外周の安定化材７の間で拡散反応がなされ、超電導
フィラメント８の外周部分に、脆いＣｕ−Ｔ　ｉ金属間
化合物が生成し、これが原因となって加工中に一超電導
フィラメント８に変形や断線を生じる問題がある。

一方、ＮｂａＳｎ系の交流用超電導線にあっては、Ｎｂ
とＳｎを拡散反応させてＮｂ、Ｓｎを生成させるので、
Ｃｕ−Ｓ　ｎ合金製の基地の内部にＮｂフィラメントを
配して素線を形成し、この素線に拡散熱処理を施し、超
電導フィラメントをＣｕ−Ｓ　ｎ合金基地内に埋設させ
て超電導線を製造している関係から、製造工程において
熱処理が必ず必要になる。

従って従来、この種の超電導線にあっては、一般的に第
５図に示す構造を採用している。

第５図に示すＮｂａＳｎ超電導線Ｂは、金属基地ＩＯの
内部に超電導フィラメント１１・・・を配し、金属基地
ＩＯの外周をＴａあるいはＮｂからなるバリア層１２で
覆い、更にバリア層１２の外方に、Ｃｕ−Ｎ　ｉ製の安
定化母材１３を被覆して構成されている。

この構造の超電導線Ｂはバリア層１２によってＳｎによ
る安定化母材１３の汚染を防止できるようになっている
が、バリア層１２を別途に設ける必要を生じる欠点があ
る。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
結合損失が少なく、安定化母材の汚染も生じない交流用
の化合物系超電導線を製造することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は前記課題を解決するために、Ｔ　ｉ、　Ｚ　ｒ
。

Ｈｆ等の周期律表ＩＶａ族元素およびＡＩ、Ｇａ、Ｉｎ
等の周期律表１ｂ族元素の中から選択される１種以上の
元素に、化合物系超電導体を構成する２種以上の元素の
うち、少なくとも１つの元素を加えた２種以上の元素を
添加したＣｕ合金からなる基地を構成し、この基地の内
部に、超電導体゛を構成する２種以上の元素のうち、残
りの１つ以上の元素を含有する１本以上の芯材を配して
複合素線を作製し、この複合素線を複数本集合して縮径
した後に熱処理を施して超電導体を生成さけるものであ
る。

「作用」 複合素線に含有されるＩＶａ族元素あるいはｍｂ族素が
拡散熱処理時に基地に拡散して基地内に高抵抗層を形成
する。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図（ａ）〜（ｉ）は本発明をＮｂ５Ｓｎ超電導線の
製造方法に適用した例について説明するためのもので、
超電導線を製造するには、まず、６〜８重量％程度の比
較的低濃度のＳｎを含有し、しかも、ｉ〜敗原子％程度
のＴｉを含有するＣ　ｕ−Ｓ　ｎ−Ｔ　ｉ合金からなる
第１図（ａ）に示す合金管（基地）２０を作製する。な
お、この合金管２０を形成する材料はＣｕ−Ｓｎ合金に
、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの周期律表■ａ族元索またはＡ
Ｉ、Ｇａ、Ｉｎなどのｍｂ族元素を含む材料を用いても
良い。ここで前記のように比較的低濃度のＳｎを含有す
るＣｕ合金を用いるのは、Ｓｎの含有ｍが高まると加工
硬化能が向上し、縮径加工中に断線などのおそれを生じ
るからである。

なお、縮径加工中に焼鈍を繰り返し行って断線などの問
題が生じないように縮径加工する場合は、Ｓｎ含有ｍが
１３重量％程度の比較的高濃度のＣｕ合金を使用するこ
ともできる。

次いで前記合金管２０に第１図（ａ）に示すようにＮｂ
製の棒体２１を挿入して複合材２２を作製し、この複合
材２２を縮径して第１図（ｂ）に示す線材２３を得る。

次にこの線材２３を複数本、例えば数十本用意し、前記
合金管２０と同等の材料からなる合金管２４に第１図（
ｃ）に示すように挿入し、更に縮径して第１図（ｄ）に
示す複合素線２５を作製する。

次にＣｕ製の棒状の安定化材２６を用意し、この安定化
材２６にＴａあるいはＮｂからなる管体２７を被せ、溝
ロール加工などの手段により縮径加工して安定化母材を
得る。ここで前記安定化母材を作製するには、前記ロー
ル加工などの手段の他に通常知られているクラッド法や
被覆法あるいはコーティング技術などを用いても良い。

この安定化母材を前記合金管２０と同等の材料からなる
合金管（基地）２８の中心部に挿入し、合金管２８と安
定化母材の間に前記複合素線２５を複数本第１図（ｃ）
に示すように挿入する。

次いで前記集合体を縮径して第１図（ｒ）に示すＴ、線
２９を得る。この素線２９においては、中心部にＣｕ製
の安定化母材３０が配され、その周囲に合金管２４と合
金管２８からなる基地が形成され、この基地の内部に複
合素線２５からなる極細のフィラメントが配された構造
となっている。

次いでこの素線２９にツイスト加工を施してフィラメン
トにツイスト加工を施す。このツイスト加工の後で最終
的に必要な線径まで縮径加工して第１図（ｇ）に示す超
電導素線３Ｉを得る。なお、ｉη述の工程において用い
た合金管２０，２４．２８の５ｎｉｆｆ度が比較的低い
場合は、この縮径加工の後で必要に応じて超電導素線３
１の外周にＳｎメツキ層３２を形成してメツキ複合線３
３を形成する。

次にこのメツキ複合線３３を１８０〜２２０℃で数十〜
数百時間加熱する第１熱処理を施して外周側のＳｎを拡
散させ、外周部のＳｎメツキ層３２を消失させ、次いで
３５０〜４５０℃で数十〜数百時間加熱する第２熱処理
を施した後にＮｂ、Ｓｎを生成する目的で５５０〜８０
０℃で数十〜数百時間加熱する拡散熱処理を行って第１
図（ｉ）に示すＮｂ＊Ｓｎ系の超電導線３５を製造する
。

以上の熱処理によって合金管２０，２４．２８およびＳ
ｎメツキ層３２のＳｎが拡散して棒体２１のＮｂと反応
し、棒体２Ｉが形成するフィラメントの外周部にＮｂ５
Ｓｎ超電導金属間化合物が生成するとともに、合金管２
０，２４．２８に含有されていた周期律表ＩＶ　ａ族元
素あるいはｌ１ｌｂ族元素が各合金管２０，２４．２８
の表面側に拡散して各合金管２０．２４．２８の表面側
にＣｕ−Ｔ　ｉ合金層などのが高抵抗層が生成する。

以上のように製造された超電導線３５は、中心部にＣｕ
製の安定化母材３０を備え、この安定化母材３０の外周
側はバリア層２７で覆われているために、拡散熱処理時
においてもＳｎが安定化母材３０を汚染することがない
。また、拡散熱処理によって生成された多数の超電導フ
ィラメント・・・の周囲は合金管２０，２４．２８の構
成材料が密着されて構成された基地の内部に分散されて
いるので、各々の超電導フィラメントは、周期律表ＩＶ
ａ族元素または周期律表ｍｂ族元素が添加された高抵抗
層で分離された構造となっている。従って前述のように
製造された超電導線３５は交流用として用いた場合、隣
接する超電導フィラメント間に生じようとする結合損失
を低減することができる。

なお、合金管２０，２４．２８をＳｎｎ含有ｆｆ１１形 場合は超電導素線３１に直接拡散熱処理を施すことによ
り前述のＮｂ５Ｓｎ超電導線３５を得ることができる。

ところで前記実施例では本発明をＮｔ）＋Ｓｎ系の超電
導線の製造方法に適用した例について説明したが、本発
明をＶ　３Ｇ　ａ，Ｎ　ｂ３ａ　ａ，ＮｂｚＧ　ｅ，Ｎ
　ｂｓＡ　１など、その他の化合物系超電導線の製造方
法に適用しても良いのは勿論である。

「実施例」 Ｃｕ−８ｖｔ％Ｓ　ｎ−１ｖｔ％Ｔｉ合金からなり外径
１５−鋤、内径ｌ０Ｉｌｌの管体に直径９ａｓのＮｂ製
のロッドを複合して複合体を得、この複合体を直径１Ｉ
ＩＩｆｆｉまで縮径して複合線を得た。次に、直径１３
ｍｍの無酸素銅（純度９９．９％以上、酸素量１０ｐｐ
ｍ以下の０ＰＨＣ）製の棒体に、外径１５ａｍ、内径璽
４ｍｍのＴａ製の管体を被せ、肘ロール加工で直径３Ｉ
１ｍまで縮径した安定化材を用意し、この安定化材をＣ
ｕ−８ｗｔ％Ｓ　ｎ−１ｗｔ％Ｔｉ合金からなり外径２
０１１％内径１６＋ａｍの管体の内部に挿入し、安定化
材と管体の間に前記複合線を１６０本挿入した。

この後、線引加工により縮径加工を行い、０．２２ＩＩ
Ｉｌまで加工した。この線径において２０ｍｍピッチで
ツイスト加工を行い、直径２０ｓ＋ｅまで加工した。

次に前記線材に電気メツキにより厚さ約４μｍのＳｎ層
を形成してメツキ複合線を得た。なお、このようなＳｎ
メツキ層を形成することで線材全体のＣｕ１ｌに対する
Ｓｎの量は、安定化材に含有されるＳｎ量も併せて１３
重量％となった。

続いて前記メツキ複合線を１８０℃で５日間加熱した後
に、更に４００℃で２日間加熱する予備熱処理を行い、
続いて６５０℃で７日間加熱するＮｂ、Ｓｎ生成用の熱
処理を行ってＮｂ５Ｓｎ超電導線を得た。

この超電導線の臨界電流特性を測定した結果、１０Ｔの
磁場中において１　ｃ＝　４０　Ａ（ｌ　ｕ　Ｖ／ａｍ
）でＪｃ＝約２ｘｌＯ″Ａ／ｃＩＩ＋’を示した。この
超電導線をＸ線分析したところ、Ｔｉは各基地の表面に
拡散しており、Ｃｕ−Ｔ　ｉ合金層を形成していた。

このときの比抵抗値（２０Ｋ）は約１．８Ｘ１０″ｓ−
Ωｃｍで、Ｔｉを添加していない場合に比較して１０倍
程度大きくなっていた。また、Ｃｕ−Ｎ　ｉ合金の比抵
抗値は２Ｘｌ（Ｉ’Ωｃｍであり、Ｃｕ−Ｎ　ｉ合金を
用いた場合とほぼ同等の値が得られた。なお、前記Ｔｉ
に代えてＡＩ、Ｈｆ、Ｚｒを複合して製造された超電導
線の比抵抗値を以下に記載する。

ＡＩ複合の場合　　１．６Ｘ１０−’　　Ω’ｃｍｔｔ
　ｒ複合の場合　　１．７ＸＩＯ−’　　Ω”　ｃｍＺ
ｒ複合の場合　　１．９Ｘ１０−’　　Ω・０１１１以
上の結果から明らかなようにいずれの場合も優秀な比抵
抗を示した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、複合素線に含有されるＩ
Ｖａ族元素あるいはｍｂ族素を熱処理時に基地に拡散し
て基地内に高抵抗層を形成し、基地内に生成される化合
物系超電導フィラメントの周囲を囲むために、交流用と
して使用した場合、超電導フィラメント間に流れようと
する結合電流を抑制し、結合損失を減少できる効果があ
る。従って基地の抵抗を増加させるためにＣｕ−Ｎ　ｉ
合金層などを設ける必要がなくなり、その分、複合する
層を少なくすることができ、線材構造を簡略化できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｉ）は本発明方法を説明するためのも
ので、第１図（ａ）は複合材の断面図、第１図（ｂ）は
線材の断面図、第１図（Ｃ）は線材の集合状態を示す断
面図、第１図（ｄ）は複合素線の断面図、第１図（ａ）
は複合素線の集合状態を示す断面図、第１図（ｆ）は素
線の断面図、第１図（ｇ）は超電導素線の断面図、第１
図（ｈ）はメツキ複合線の断面図、第１図（ｉ）は超電
導線の断面図、第２図ないし第４図はＮｂ−Ｔｉ系の超
電導線の従来例を示すもので、第２図は超電導素線の断
面図、第３図は超電導素線の集合状態を示す断面図、第
４図は超電導線の断面図、第５図はＮｂ５Ｓｎ系の従来
の超電導線を示す断面図である。 ２０．２４．２８・・・合金管（基地）、２２・・・複
合体、２３・・・線材、　　　　　２５・・・複合素線
、２６・・・安定化材、　　　２９・・・素線、３０・
・・安定化母材、　３１・・・超電導素線、３２・・・
メツキ層、　　　３５・・・超電導線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｒ等の周期律表IVａ族元素およびＡｌ、
   Ｇａ、Ｉｎ等の周期律表IIIｂ族元素の中から選択され
   る１種以上の元素に、金属間化合物系超電導体を構成す
   る２種以上の元素のうち、少なくとも１つの元素を加え
   た２種以上の元素を添加したＣｕ合金から基地を形成し
   、この基地の内部に、超電導体を構成する２種以上の元
   素のうち、残りの１つ以上の元素を含有する１本以上の
   芯材を配して複合素線を作製し、この複合素線を複数本
   集合して縮径した後に熱処理を施して超電導体を生成さ
   せることを特徴とする交流用化合物系超電導線の製造方
   法。