JPH01503502A - 超伝導体の製造方法 - 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】 超ｆテ導体の創造　′ 本発明は伝導体コアーとしてのニオブ−チタン−スズまたは同様なフィラメント 、および安定材としてのコアーを取り巻く外装（これは好ましくは高純度アルミ ニウムからなるアルミニウムビレットをダイの成形断面を通して押出したもので ある）より超伝導体を製造する方法に関する。

超伝導とは、ある金属の電気抵抗が絶対零度（−２７３℃）付近の温度で零にな ることができる物理的効果である。

超伝導体は、たとえば弱い磁場および電流を測定するための度量衡宇において、 そしてまた超高速記憶装置およびロジック装置のためのコンピューター工学にお いても使用される。より重要なのは強力な磁場を生じる応用分野、たとえば原子 力発電用の大きな磁石、磁気浮揚鉄道、粒子加速器、そしてさらに超伝導コイル 、損失のないエネルギー伝達用の超伝導ゲーブル、エネルギー発電用の超伝導コ イルまたは超伝導変圧器およびエネルギー貯蔵器の応用分野である。

−ｉに銅線に埋め込まれているニオブ−チタンまたはニオブ−スズの細いフィラ メント（直径３０〜５０μＲ）は超伝導体として働く。用途により、この線は安 定材として働く高純度アルミニウムで個々に外装したりあるいはこれと共に撚っ て束にする。

磁場における干渉が短時間の間超伝導性を妨げることがある。

そこで高純度アルミニウム（純度９．９９（原文のまま）〜９９．９９９％）の 安定材が短時間の間、流れを肩代りしなければならない。

４．２にではアルミニウムの電気抵抗は銅のそれのわずか約１０％であるので、 この目的にはアルミニウムが銅よりもずっと適している。

近年、たとえば原子核研究における粒子加速にますますより強力な磁場が用いら れるようになった。これらの磁場のｈａｒｍｏｎｉｅｓ、すなわち経時変化、に よって高純度アルミニウムの安定材中に、好ましくない熱を発生するが、これは ニオブ−チタンまたはニオブ−スズフィラメントの超伝導性を妨げる渦電流が生 じることによる。今まで、がなり小さい磁場の場合、ヘリウムでさらに強力に冷 却することによって渦電流による熱の発生を補償することができたが、非常に強 力な磁場に対してはもはや不可能である。

導入部で述べたタイプの方法はドイツ特許明細書第３，２４５゜９０３号に記載 されている。ここでは、高純度の銅または高純度のアルミニウムの第１安定材に 埋め込まれたニオブ−チタンまたはＮ　ｂ　ｓ　Ｓ　ｍの超伝導体コアーが提示 されている。第１安定材は超高純度アルミニウムからなる第２安定材で直接取り 巻かれている。加圧子液体または沸騰ヘリウムが操作中通り抜ける冷却水路が第 ２安定材の押出形材の形で伝導体コアーの両側に取り付けられている。

従って、本発明の目的は、超伝導体を製造するための導入部で述べたタイプの方 法を改良することである。すなわち、これによってアルミニウム安定材中に生じ る渦電流は、非常に強力な磁場領域においてさえも渦電流によって発生する熱を 場合によってはヘリウムでの冷却によって十分に速やかに除くことができるほど 少なく、そして超伝導性をとにかく損わないほど少なく保たれる。

この目的を達成すべく本発明は、安定材として用いるアルミニウム外装中に生じ る渦電流を減少させる必要があるという認識にもとづいて行われた。

この目的を達成するには以下のようにする。すなわちまず材料としてその長軸方 向へは同軸状に延び、そして横方向へは積層状にされた低伝導性材料、リボン状 ストリップまたは密接配置された個々の長細いフィラメントまたは個々の繊維ま たは繊維束からなる構造物（組織物）を有するアルミニウムビレットを用いる。

そしてこれを押出して、同軸状に延びている構造体がアルミニウムの外装に埋め 込まれかつ低伝導性材料からなるものとし、伝導体の長軸に対して垂直な方向へ の；導性が著しく滅した超伝導体と形成する。

なお、個々のビレット構成物の間を金属的に緊密に結合するために熱処理を行い 、母材中に含まれかつ拡散しうる材料成分を伝導体の内側にフィラメント状に配 置した材料成分中に拡散させ、もって形成されるフィラメント状の安定化超伝導 体はドイツ公開公報第２，５２５，９８０号に記載されている。

この公知の超伝導体は、ある部分は伝導度が高くまたある部分は抵抗が大きい材 料を用い、内側から外側への断面において層状に組立てである。伝導体コアーは 、渦電流損失を減じるために抵抗の大きな層で個々に取り巻かれている多数のニ オブロッドからなっている。これらの外装ニオブロッドは青銅管で取り巻かれて いるかまたは青銅ブロックにおいて埋め込まれている。

この後に外装としての銅ロッドの層、そして抵抗の大きな合金のケーシングおよ び外装として銅ロッドを取り巻く拡散バリヤ銅でもよい。この公知の超伝導体の 全体の配置で低伝導性材料の配置を通る渦電流が減少することがあるかもしれな いが、これはもっばら非常に高いコストでのみ製造しうるちのであり、そしてこ れはどんなことがあっても押出し法では製造することんかできないものである。

ドイツ公開公報第２，５２５，９８０号にはさらに従来のものとは別のものが簡 単に記されている。それは超伝導体コアーを青銅母材で取り巻き、つまり拡散バ リヤーで取り巻き、そしてこれを電導性の高い銅またはアルミニウムで取り巻い ているものであり、このような取合せは適していないと記載されている。

本発明のさらに詳細については従属請求項に特徴を記しである。

アルミニウム外装に埋め込まれたかつ同軸状に延びている低伝導性材料の層、は 、ある間隔で伝導体コアーを取り巻き、かつ互いにある間隔を保っている閉じた 同心円外装層として形成してもよく、さらにあるいは別に低伝導性材料のリボン 状ストリップを超伝導体コアーに対して星型形態に配置してもよい。

接近した断面配置でアルミニウム外装に埋め込まれた縦に沿った個々のフィラメ ントまたは個々の繊維または繊維束がガラス繊維、酸化物繊維または別の抵抗の 大きな材料からなるものは、本発明の安定材の構成を変えたものであることに気 づくであろ同時に、別の！Ｉ４徴によれば、低伝導性材料のストリップ、個々の フィラメントまたは個々の繊維または繊維束は、同軸状に延びる方向には小さな 断面を、縦の延びに対し垂直に延びる方向には実質的により大きな面積投影を有 する。

本発明の方法によって押出された超伝導体の従来法のものと比べた主な利点は、 アルミニウム安定材の導電性の異方性、すなわち押出し方向に対して平行なおよ び垂直な伝導性が各々異なることである。これは、電流が縦方向に流れるのを妨 げず、他方押出し方向に対して垂直な渦を流を伝導性を減じることによって著し く減少させるという本発明の目的を満たすものである。

停 伝導性コアーは、押出しプレスの器に入れた超高純度アルミニウムの固体または 中空ビレットをダイを通して押出し、そしてその長軸方向へは同軸状に延び、そ して横方向へは積層状にされた低伝導性材料、リボン状ストリップまたは接近し た縦に沿った個々のフィラメントまたは個々のｍ維または繊維束の形の構造物を 有するアルミニウムビレットを得る押出し法によって外装される。

同時に、さらに、断面が円形、楕円形または多角形の固体または中空ビレットを 、円形、楕円形または多角形の円筒固体または中空コアー片から出発して、超高 純度アルミニウムの厚い層および低伝導性材料の薄い層を交互に順次スプレーす ることによって製造することもできる。スプレーはビレットを回転させながら行 なうのがよい。

これを変形したものとして、超高純度アルミニウムの円形、楕円形または多角形 固体または中空ビレットを流し込成形法によって製造してもよい；そしてビレッ トを押出すとき、それらの断面を減少させながら長さに沿って延びるガラス繊維 、酸化物繊維または別の抵抗の大きな材料のストランドまたは繊維を流し造型ま たはメルトに入れてもよい。

さらに本方法を進めたものとして、高純度アルミニウムの最後に押出された外装 ストランドに分離した接合部をつくるために、押出しプレスのダイに固定リブを 設けることと提案する。

このリブはビレット材料を個々のストランドに分け、ダイを出る際、これらは再 び集められて接合部を有する完全なストランドを形成するものである。その折に 、低伝導性材料を接合部に配置してもよい。

上記の目的が特に有利に達成されるのは、導入部で述べたように、低伝導材料の リボン状ストリップをアルミニウム外装中に埋め込むものである。このために、 本方法では、一方において、伝導体コアーを押出し法によって外装し、押出しプ レスの器に入れられた均質な超高純度アルミニウムの固体または中空ビレットを ダイを通して押出し、その中にリボン状ストリップ、繊維束または低伝導性材料 の同様に縦に延びた構造物を導入し、超高純度アルミニウムの外装を適当な寸法 の溝を通して形成する効果を提案する。この方法では、押出しの際に、ダイを通 して導入されたリボン状ストリップは伝導体コアーに対して星型に配列した形状 で埋め込まれる。変形法では、外装を押出し複合法によって製造することもでき る。その方法では、伝導体コアーをまず第１のプレス工程でプレスすることによ り第１外装層で被覆し、そして低伝導性材料の薄い層を上記外装層上に付着し、 次に超高純度アルミニウムの第２外装層をその後のダイを通して押出すことによ りその上にプレスする。さらに、低伝導性材料の薄い層を第２および後続の各外 装層上に各々付着しうろことは明らかである。しかしながら、低伝導性材料の１ 層は超高純度アルミニウムの一番外側の外装層上に付着させないようにする。

必要な物理的−技術的特性および使用条件により変わる本発明の様々な方法によ って、渦電流がかなりな程度まで抑制され、そしてその結果好ましくない加熱も 最小限に限定される超伝導体の製造が可能となる。

図面の簡単な説明 好ましい具体例を参照して本発明と以下でさらに詳しく説明する。ここで、 第１図は、低伝導性材料の円形の層を有する押出しビレットを示し、 第２図は、低伝導性材料の繊維状構造物を有する押出しビレットを示し、 第３図は、低伝導性材料の第２図の繊維の断面を示し、第４図は、リブを有する 丸い容器用の押出しダイを示し、第５図は、リブを有する長方形の容器用の押出 しダイを示し、第６図は、別の具体例における長方形断面の押出し超伝導体を示 し、 第７図は、第６図の押出し超伝導体の別の具体例を示す。

第１図に示す円形断面の固体押出しビレットは超高純度アルミニウム（Ａ　Ｌ９ ９．９９９）からなる。しかしながら、この材料は低伝導性材料の薄い円形外装 層３によって円筒ロール形の個々の物体に分けられでいる。固体押出ビレット１ は、超高純度アルミニウムの厚い層２および低伝導性材料の１い層３を交互に順 次スプレーすることによって製造される。

第２図の固体押出しビレット４は流し込法によって製造され、同様に超高純度ア ルミニウム（Ａ　Ｌ　９９．９９９）からなる。低伝導性構造物は流し造型中お よび／またはメルト中へガラスまたは酸化物繊維６の形で入れられる。

第３図は、繊維６を第２図の流し込固体押出しビレット中に埋め込んだときの、 プレス方向における繊維６のかなり拡大した断面を示す。縦方向において、低伝 導性材料の繊維６は丸いまたは楕円形の断面を有するのが好ましい。

第４図は、リブ８を取付けて作った丸い押出しダイアの端から見た図である。好 ましい具体例では、リブは内側に中心に向けられ、押出しの際、ビレット材料を ８つの個々のストランドに分ける働きをする。ダイを出た後、これらの個々のス トランドは再び融着して密着した完全なストランドを形成する。しかしながらこ のストランドにはＳつの個々のストランドの開に融着継ぎ目がある。

第５図はさらに、押出しの際にビレット材料をＳつの個ぐのストランドに分ける リブ８をやはり持つ長方形の押出しダイ９の端から見た図である。融着後、融着 継ぎ目は伝導性な減じる働きをする。伝導性を減じる方法が互いに補いかつ強ま るように、繊維６を埋め込んだ第２図の押出しビレットと第４図のダイアで押出 すことが可能であることは明らかである。

第６図は、ニオブ−チタンまたはニオブ−スズ合金からなるコアー１３を有する 安定化超伝導体１１の断面である。安定材は。

アルミニウム安定材中の渦電流を減じるために、低伝導性材料のテープ１４を埋 め込んだ超高純度アルミニウムの長方形外装層２として形成される。

第６図の超と導体１ｓ（原文のまま）を変形したものと端から見た図を第７図に 示す。ニオブ−チタンまたはニオブ−スズ合金からなる伝導体コアー１３は超高 純度アルミニウムの安定材外装層５によって取り巻かれている。この複合長方形 形材は第１の押出し工程で製造することができる。次に低伝導性材料の絶縁層１ ６をこの超高純度アルミニウムの外装層５上にスプレーまたは蒸着させる。この 上に、また超高純度アルミニウムの−あるいは同様なアルミニウム合金の一外側 の外装層７をさらにまた押出し工程でプレスする。ここて゛また低伝導性材料の テープまたは繊維を外装層５および１７に埋め込んでもよい。

ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７ 手続補正書□ 平成　元年計月３ｐ日 ”ｎＦ’ＦＫＫ　＊　ＥＢ　＊　＃　ｉｌ　国１、事件の表示 ＰＣＴ／ＣＨ３８１０００７１ 、発明の名称 超伝導体の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許比願人 住所 名　称　シニヴアイツエリッシュ・アルミニウム・アクチェンゲゼルシャフト ４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　平成　１年　８月２２日　■送日）６、補正の対象 タイプ印書により浄書した明細書及び請求の範囲の翻訳文匡際詞査報告 国際調査報告 ＣＨ８８０００７１

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．ニオブーチタニウムーニオブースズ材または同様のフィラメントよりコアー 用の、または安定化材としてフィラメントを囲む外装用の−好ましくは高純度ア ルミニウムよりなるアルミニウムビレットからダイの成形断面を通じて押出され る外装用の−超伝導体を製造する方法であって；本方法では、ビレットの長軸方 向へは同軸状に延び、そして横方向へは積層状にされた低伝導性材料、リボン状 ストリップまたは長手方向に近接配置された個々のフィラメントまたは個々の繊 維または繊維束からなる構造物を有するアルミニウムビレットが用いられるが、 これを押出して、回軸状に延びている構造物がアルミニウム外装に埋め込まれか つ低伝導性材料からなるものとすることにより、伝導体の長軸に対して垂直な方 向への電導性が著しく減じられた超伝導体が形成される上記の方法。
2. ２．アルミニウム外装に埋め込まれかつ同軸状に延びている低伝導性材料の層が ある間隔で伝導体コアーを取り巻き、そして互いにある間隔をとっている閉じた 同心円外装として配置される、請求項第（１）に記載の方法。
3. ３．円形、楕円形または多角形断面の固体または中空ビレットを、円形、楕円形 または多角形の円筒固体または中空コアー片を用いて、超高純度アルミニウムの 厚い層および低伝導性材料の薄い層を交互に順次スプレーすることによって製造 する、請求項第（１）または（２）に記載の方法。
4. ４．スプレーの際、ビレットを回転し続ける、請求項第（３）に記載の方法。
5. ５．押出しの際、伝導体コアーを第１プレス工程においてプレスすることによっ て第１の外装で被覆し、次に低伝導性材料の薄い層上に付着させ、そして超高粒 度アルミニウムのさらに別の外装を次のダイを通して押出すことによってその上 にプレスする、請求項第（１）または（２）のいずれかに記載の方法。
6. ６．低伝導性材料のさらに別の薄い層を第２のそしてさらに続く超高純度アルミ ニウム外装上に付着させる、請求項第（５）に記載の方法。
7. ７．超高純度アルミニウムを一番外側の外装層として付着させる、請求項第（５ ）または（６）記載の方法。
8. ８．ガラス繊維、酸化物繊維または別の抵抗の大きな材料の単一フィラメントま たは単一繊維または繊維束を、アルミニウム外装において縦にかつ接近した断面 分布状に延びるように埋め込む、請求項第（１）〜（７）のいずれかに記載の方 法。
9. ９．超高純度アルミニウムの円形、楕円形または多角形ビレットを流し方法で製 造し、そしてビレットを押出すときに断面を減少させながら長さ方向に延ばされ るガラス繊維、酸化物繊維または別の抵抗の大きな材料のストランドまたは繊維 を流し込型あるいはメルトへ導入する、請求項第（８）に記載の方法。
10. １０．伝導体コアーの外装がダイを通して押出され、この中にリボン状ストリッ プ、繊維束または低伝導性材料の同様に縦に延びた構造物が導入され、超高純度 アルミニウムの外装は適当な寸法の溝を通して形成される、請求項第（１）〜（ ９）に記載の方法。
11. １１．押出しの際、外装に導入されたリボン状ストリップが、伝導体コアーに対 して星形に配列された形で埋め込まれる、請求項第（１０）に記載の方法。
12. １２．低伝導性材料のストリップ、個々のフィラメントまたは繊維または繊維束 が、同軸状に延びる方向には小さな断面で、縦の延びに対して垂直に延びる方向 には実質的により大きな面積投影で導入される（原文のまま）、請求項第（８） 〜（１１）のいずれかに記載の方法。
13. １３．超高純度アルミニウムの最後にプレスされる外装ストランドに分離した継 ぎ目を作るために、ビレット材料の個々のストランドヘの分割を固定リブを持つ ダイによって行ない、ダイを出る際、個々のストランドは再び集められて継ぎ目 を有する完全なストランドを形成する、請求項第（１０）〜（１２）のいずれか に記載の方法。
14. １４．ビレットが、出口付近に固定リブを備えたダイを通して押出され、ビレッ ト材料は個々のストランドに分割され、このストランドはリブ領域を通過しそし てダイを出る前に再び集められて分離した継ぎ目を有する完全なストランドを形 成する、請求項第（１０）〜（１２）のいずれかに記載の方法。