JPH01294310A

JPH01294310A - 超電導線およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01294310A
Application number: JP63123360A
Authority: JP
Inventors: Masaru Sugimoto; 優杉本; Tsukasa Kono; 河野　宰; Yoshimitsu Ikeno; 池野　義光; Nobuyuki Sadakata; 伸行定方; Takashi Saito; 隆斎藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1989-11-28
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JP2742421B2

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ｊこの発明は、粒子加速器あるいは核磁気共鳴診断装置な
どに利用されている超電導磁石用線材として好適であっ
て、特に高臨界電流密度を示し、機械強度も高い超電導
線およびその製造方法に関する。

「従来の技術」超電導線においては量子磁束線の運動などに起因して発
熱を生じる場合があり、このような場合に超電導線に部
分的に常電導の芽が発生し、超電導線の全体が常電導状
態に転位するおそれがある。

そこで従来、このような磁気的不安定性および常電導転
位などを防止して超電導線を安定化するために、以下に
記載する技術が採用されている。

■超電導体を銅などの良導電性の安定化母材の内部に埋
設する。特に、安定化母材を高純度の銅から形成する。

■超電導体を数μ〜数十μ−の径のマイラメン１ト状に
極細化する。

■多心線をツイスト加工する。

■編組や成形撚線の構造を採用する。

■超電導線を交流用として使用する場合、Ｃｕ−Ｎｉ合
金などの高抵抗金属材料から安定化母材を構成し、超電
導フィラメント間に生じる結合電流を抑制する。

■化合物系などの超電導体は機械歪が加わると超電導特
性が劣化するので、超電導線に補強材を添設して機械歪
が加わることを阻止する。

このような背景から、従来、交流用の化合物系超電導線
として第２図に示す構造の超電導線Ａが提供されている
。

第２図に示す超電導線Ａは、銅からなる安定化母材の内
部に多数の化合物系超電導フィラメントを配して超電導
素線２を構成するとともに、この超電導素線２を複数本
用意し、無酸素銅製の安定化材３の周囲に撚線化して添
設し、各超電導素線２をはんだなどのろう付は金属４で
安定化材３に固定した構造となっている。即ち、この構
造の超電導線Ａにあっては、安定化材３が各超電導素線
２の安定化をなすとともに超電導素線２の補強材ともな
っている。

「発明が解決しようとする課題」ところで、第２図に示す従来の超電導線Ａを製造する場
合、安定化材３の周囲に超電導素線２を撚線化する際に
、脆い超電導素線２に応力を加える問題があり、超電導
素線２の超電導特性に劣化を来す欠点があった。また、
超電導素線２自体は脆く低強度であるので、補強を十分
に行う必要があり、このため第２図に示す超電導線Ａで
は安定化材３が補強材を兼ねた構造となっているが、補
強材３を太き（すると全体の断面積が増大して導体が大
型化する問題がある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
高い臨界電流密度を示し、機械強度が高く、コンパクト
な構造の化合物系超電導線およびその製造を提供するこ
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、良導電性金属材
料からなる複数の安定化母材と、この安定化母材を個々
に分離する高抵抗金属製の遮蔽層と、前記安定化母材を
個々に覆う拡散防止層とからなる芯部と、この芯部を覆
って設けられ、金属基地の内部に超電導体のフィラメン
トを配して形成された超電導部を具備してなるものであ
る。

また、超電導金属間化合物を構成する複数の元素のうち
、１つ以上の元素からなる樹枝状晶を金属基地の内部に
配してなるインサイチュ線を作成するとともに、銅など
の良導電性金属材料からなる安定化母材の外方にＴａ、
Ｎｂなどからなる拡散防止層と高抵抗金属層を形成して
安定化素材を形成し、この安定化素材の外方に前記イン
サイチュ部材を複数本配置し、全体を縮径して複合線を
作成した後に、複合線の外周に前記超電導金属間化合物
を構成する複数の元素のうち、残りの元素からなる被覆
層を形成し、更に熱処理を施して被覆層の元素をインサ
イチュ線からなる圧密体の内部に拡散させて超電導金属
間化合物を生成することを問題解決の手段とした。

「作用」安定化母材が拡散防止層で覆われるので不要元素による
安定化母材の汚染が防止される。また、安定化母材が高
抵抗金属材料製の遮蔽層で個々に分離されるので交流損
失が低減されて超電導線の安定性が高まる。更にインサ
イチュ線を基に超電導部を製造するので機械強度の高い
臨界電流密度の高い超電導線が得られる。

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Ｎｂ３Ｓｎ系の超電
導線の製造方法に適用した一例を説明するためのもので
、本発明を実施して超電導線を製造するには、まず、無
酸素銅製のロッド状の安定化母材ｌＯの外周に、第１図
（ａ）に示すようにＮｂあるいはＴａなどからなる拡散
防止管１１を被せ、更にその外周に、Ｃｕ−Ｎ　ｉ合金
からなる被覆管１２を被せて複合材１３を得る。

ここで拡散防止管１１の構成材料としてＴａあるいはＮ
ｂを選択したが、この理由は、後の工程で施す拡散熱処
理時に、被覆管１２に含有されるＮｉが安定化母材ｌＯ
側に拡散することを阻止して安定化母材ＩＯの汚染を防
止する目的と、拡散熱処理時に安定化母材１０の構成元
素との間で不要な化合物を生じないようにする目的でＴ
ａあるいはＮｂを選択した。また、被覆管１２を構成す
る合金は、銅の電気抵抗を増加させるＮｉあるいはＴｉ
、Ｚｒ、Ｈｆ’などの周期律表ＩＶａ族元素あるいはＡ
Ｉ、Ｇａ、Ｉｎなどの周期律表Ｉ［Ｉｂ族元素のうち、
少なくとも１種を銅に添加してなる合金が用いられる。

次に前記複合材室３を溝ロール加工あるいは鍛造加工な
どの縮径加工法により縮径して第１図（ｂ）に示す安定
化素材１４を得る。

次にこの安定化素材１４を複数本（図面では７本）集合
し、ＴａあるいはＮｂからなる拡散防止管１５と純銅製
の管体Ｉ６を重ねた２重管の内部に第１図（ｃ）に示す
ように挿入し、縮径加工を施して第１図（ｆ）に示す複
合部材１７を得る。

一方、第１図（ｄ）に示すインサイチュインゴット２０
を作成する。このインサイチュインゴット２０は所定成
分のＣｕ−Ｎ　ｂ合金を溶製することにより作成され、
Ｃｕ製の金属基地の内部に、Ｎｂからなる無数の樹枝状
晶が分散された構造をなしている。インサイチュインゴ
ット２０を作成したならば、これを縮径して第１図（ｅ
）に示すインサイチュ線２１を作成する。

次いで前記複合部材Ｉ７の外周に複数のインサイチュ線
２１を配し、更に銅からなる管体２２に第１図（ｆ）に
示すように挿入するとともに、これを縮径する。これに
より第１図（ｇ）に示すように、複合部材１７を圧密縮
径して形成された芯部２３とその周囲を囲むインサイチ
ュ線２１の圧密体２４からなる複合線２５が得られる。

次いで更に外周にメツキ法などによりＳｎからなる被覆
層２６を形成して第１図（ｇ）に示す被覆複合線２７を
作成する。

次にこの被覆複合線２７を１００℃以上でＳｎの融点（
２３１℃）より低い温度、更に好ましくは、１８０〜２
２０℃で数十〜数百時間程度加熱する第１熱処理を施す
。この第１熱処理によって被覆層２６中のＳｎが被覆複
合線２７の内部側に拡散して被覆層２６は消失する。な
お、この熱処理時にＳｎの融点より高い温度で加熱する
と被覆層２６が溶は落ちるので好ましくなく、１００℃
以下の温度で熱処理を行うとＳｎの拡散に時間がかかる
ので好ましくない。次いで好ましくはこの線材を３００
〜４５０℃に数十時間〜数百時間加熱する熱処理を行っ
てＳｎの拡散を促進し、不要な化合物の発生を防止する
。

次いでこの線材を５００〜７００℃に数十〜数百時間加
熱する拡散熱処理を施し、圧密体２４の内部側に拡散さ
せたＳｎとＮｂフィラメントを反応させ、Ｎｂ３Ｓｎ超
電導金属間化合物のフィラメントを生成させて第１図（
ｈ）に示す超電導線Ｂを得る。この超電導線Ｂは、外周
側の超電導部２８とその中心部に設けられた芯部２３と
からなる構造となっている。

この芯部２３の断面構造は第１図（ｉ）に示すように、
銅からなる内被層３０の内側にＴａあるいはＮｂ製の拡
散防止層３１が形成され、その内部にＣ，ｕ−Ｎｉ製の
遮蔽層３３が充填され、遮蔽層３３の内部に、各々拡散
防止層３４に囲まれた純銅製の安定化母材３５が分散配
置された構造となっている。なお、熱処理時に被覆層２
６から被覆複合線２４の内部に拡散されたＳｎは、管体
２２を通過してインサイチュ線からなる圧密体２４の内
部側まで拡散するが、芯部２３の外周部側に存在する拡
散防止層３１によってその拡散を阻止され、芯部２３の
内部側へのＳｎの拡散は阻止される。

なお、Ｓｎが芯部２３の内部側に拡散して安定化母材３
５がＳｎで汚染されると極低温における安定化母材３５
の電気抵抗が上昇するので好ましくない。また、安定化
母材３５は個々に拡散防止層３４により遮蔽層３３から
区画されているので、遮蔽１ｗ３３に含まれているＮｉ
が安定化母材３５を汚染することも防止される。

以上のように製造された超電導線Ｂは、インサイチュ線
２１を基に製造されているので、臨界電流特性に優れ、
機械歪を受けても超電導特性の劣化が少ないなど機械強
度の面でも優れている。声た、超電導線Ｂはその中心部
に芯部２３を配しているので芯部２３で補強された構造
となっており、機械強度ら高い構造となっている。この
ため超電線Ｂは第２図に示す従来の超電導線Ａのように
特別な補強材を必要としないために、従来より導体全体
をコンパクトにすることができる。

前記超電導線Ｂは液体ヘリウムなどの冷媒で極低温に冷
却された状態で使用される。そして、超電導部２８の一
部が何等かの原因で常電導状態に転位しようとした場合
に芯部２３に電流を流して発熱を防止できるようになっ
ている。

なお、前記超電導線Ｂを交流用として使用し、超電導部
２８の一部が常電導状態に転位しようとした場合、安定
化母材３５・・・に交流電流が流れるが、各安定化母材
３５を高抵抗のＣｕ−Ｎ　ｉ製の遮蔽層３３で分離した
構造となっているために、安定化母材３５・・・間に生
じようとする交流損失を減少することができる。このた
めに超電導線Ｂは交流用として極めて優れた安定性を発
揮する。

ところで前記の例では本発明の構造をＮｂ３Ｓｎ系の超
電導線の構造に適用した例に着いて説明したが、本発明
の構造をＶｓＧａ系、Ｎｂ５Ｇｅｖ　Ｎｂ３Ａｌなどの
化合物系超電導線の構造として適用できることは勿論で
あり、Ｎｂ−Ｔｉ系などの合金系超電導線に適用するこ
ともできる。また、本発明の方法はＮｂ５Ｓｎ系の他に
Ｖ　ｓ　Ｇ　ａ系などの一般の化合物系超電導線の製造
方法として適用することができる。

なおまた前記の例では、超電導部２８の内部に１つの芯
部２３を配する超電導線の構造について説明したが、超
電導部２８の内部に複数の芯部２３を配する構造の超電
導線にこの発明を適用しても良いのは勿論である。

「実施例」Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｂの組成を有し、直径５０＋ａｍの
棒状のインサイチュインボッｈを溶製し、これに鍛造加
工と押出加工と線引加工を施して直径２ｍｓのインサイ
チュ線を得た。また、純度９９．９％の無酸素銅製、の
ロッドに、外径１５ａｇ＋、内径１４ＩＩＩＩＩｌのＮ
ｂ管と、Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｉの組成を有し外径２０ｍ
ｍ内径１６ｍｍの管体を被せて線引加工を施して直径１
　、１　ａｍの安定化素材を得た。

次に前記安定化素材を９１本集合し、外径１５−１、内
径１４ｍｍのＴａ管の内部に挿入し、更に外径１８ａ＋
ｓ、内径１６ｍｍの無酸素銅製の管体の内部に挿入した
後に全体を縮径して直径１１−園の複合部材を得た。

次いでこの複合部材を外径１８ｍ５．内径１６＋ａｍの
無酸素銅製の管体の中心部に配し、その周囲に１８本の
前記インサイチュ線を配し、全体を縮径して直径０．２
５ｍｍの複合線を得た。なお、縮径加工の途中において
線径０．３ｍ−の段階でピッチ１０ａｍとなるようなツ
イスト加工を施した。更にこの外周に電気メツキ法によ
り厚さ８μｌのＳｎメツキ層を形成してメツキ複合線を
得た。

次にこのメツキ複合線を１８０℃で４日間加熱し、次い
で４００℃で２日間加熱し、更に５５０℃で５日管加熱
する熱処理を行って超電導線を製造した。

得られた超電導線をｌ０Ｔ（テスラ）の磁場のもとて液
体ヘリウムで４．２Ｋに冷却して臨界電流密度を測定し
たところ、Ｊ、５Ｘ　Ｉ　Ｏ５Ａ／ｃｍ”の優秀な値を
示した。

なお、この超電導線の内部をＸ線マイクロアナライザで
分析したところ、線材の表面から約５０μｍ〜６０μ量
までＳｎが拡散していることが判明した。また、中心部
の安定化母材はその周囲に存在するＮｉにより汚染され
ていないことも確認できた。

「発明の効果」以上説明したように本発明は、安定化母材を拡散防止層
で覆い、更に周囲に高抵抗金属層を配した構造の芯部を
超電導部の内側に配した構造を採用しているので、拡散
熱処理時に安定化母材が汚染されることが防止され、更
に、高抵抗金属製の遮蔽層により安定化母材の交流損失
も低減した構造となっているので、臨界電流密度が高く
交流用として優れた特徴がある。また、芯部が配されて
いるので機械的に強く、かつ、コンパクトな構造となっ
ている。従ってこの発明の超電導線は交流用超電導線と
して極めて優れている。

また、本発明の方法によれば、インサイチュ線から製造
した超電導部を有しているので臨界電流密度が高く、機
械歪による超電導特性の劣化が少なく強度の高い超電導
線を製造することができる。

また、安定化母材を拡散防止層で覆い、更に周囲に高抵
抗金属層を配した構造の芯部を超電導部の内側に配した
構造となるので、拡散熱処理時の安定化母材の汚染を防
止でき、更に、高抵抗金属製の遮蔽層で安定化母材を覆
って交流損失も低減した構造となっているので、交流用
として臨界電流密度が高い超電導線を製造できる効果が
ある。また、内部に芯部を配するので機械強度も高くコ
ンパクトな構造の超電導線を製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ないし第１図（ｉ）は、本発明の詳細な説
明するためのもので、第１図（ａ）は安定化母材の被覆
状態を示す断面図、第１図（ｂ）は安定化素材を示す断
面図、第１図（ｃ）は安定化素材の集合状態を示す断面
図、第１図（ｄ）はインサイチュインゴットを示す断面
図、第１図（ｅ）はインサイチュ線を示す断面図、第１
図（ｆ）は安定化素材とインサイチュ線の集合状態を示
す断面図、第１図（ｇ）は複合線を示す断面図、第１図
（ｈ）は超電導線の断面図、第１図（ｉ）は第１図（ｈ
）に示す超電導線の中心部構造を示す拡大断面図、第２
図は従来の化合物系超電導線の一構造例を示す断面図で
ある。Ｂ・・・超電導線、１０・・・安定化母材、Ｉ５・・・拡散防止管、２０・
・・インサイチュインゴット、２１・・・インサイチュ線、２３・・・芯部、２４・・
・圧密体１，２６・・・被覆層、２７・・・メツキ複合
線、２８・・・超電導部、３１・・・拡散防止層、３３
・・・遮蔽層、３４・・・拡散防止層、３５・・・安定
化母材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）良導電性金属材料からなる複数の安定化母材と、
この安定化母材を個々に分離する高抵抗金属製の遮蔽層
と、前記安定化母材を個々に覆う拡散防止層とからなる
芯部と、この芯部を覆って設けられ、金属基地の内部に
超電導体のフィラメントを配して形成された超電導部を
具備してなることを特徴とする超電導線。
（２）超電導金属間化合物を構成する複数の元素のうち
、１つ以上の元素からなる樹枝状晶を金属基地の内部に
配してなるインサイチュ線を作成するとともに、銅など
の良導電性金属材料からなる安定化母材の外方に、Ｔａ
、Ｎｂなどからなる拡散防止層と高抵抗金属製の遮蔽層
を形成して安定化素材を形成し、この安定化素材の外周
に前記インサイチュ線を複数本配置し、更に全体を縮径
して複合線を作成した後に、複合線の外周に前記超電導
金属間化合物を構成する複数の元素のうち、残りの元素
からなる被覆層を形成し、更に熱処理を施して被覆層の
元素をインサイチュ線からなる圧密体の内部側に拡散さ
せて超電導金属間化合物を生成することを特徴とする化
合物系超電導線の製造方法。