JPH02103811A - 化合物系超電導線 - 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−１ この発明は、超電導発電機用の界磁巻線などとして好適
な化合物系超電導線に関する。

１−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、安定化母材を極低温において電気抵抗の
小さい高純度の銅から形成する。

■超電導体を数μ〜数十μｍの径のフィラメント状に極
細化する。

■極細化した超電導フィラメントを有する多心線をツイ
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、ＣｕＮ１合金
などの高抵抗の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）」を添設して機械
歪か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
の一例として第２図に示す断面構造の超電導線Ａか提供
されている。この超電導線Ａは、銅からなる安定化ＩＱ
　＋Ａの内部に多数の化合物系超電導フィラメントを配
して超電導索線２を構成し、この超電導素線２を複数本
、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をはんたなとのろう（＝ｔ　ｉＪ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」 ところて近年、超電導技術の電力エネルギー分野への応
用の一環として、超電導発電機の試作研究が進められ、
超電導発電機の界磁巻線として用いられる交流用超電導
線の開発も進められてし）る。

ところか、第２図に示す構造の従来の超電導線へを交流
用、特に超電導発電機の界磁巻線用として検討した場合
、安定化材３の外部に固定されている超電導素線２が、
ろう（＝Ｉ−Ｌｌ金属４を介して安定化材３に固定され
ノニ構造であるために、超電導特性の安定化の効果は十
分ではない問題があり、交流用として更に望ましい構造
の超電導線の開発が進められている。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
交流用として損失の少ない優れた構造の化合物系超電導
線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、首記課題を解決するために、芯部とこの芯部
を囲んで設けられたインザイチコ超電導部を具備してな
り、前記芯部は、芯部を周回りに３つ以」―に分割して
構成された純銅製の安定化導体と、これらの安定化導体
の個々の周面を覆い、各安定化導体を区分する高融点金
属の高抵抗の被覆層とからなり、前記インザイチコ超電
導部は金属基地の内部に化合物系超電導体の繊維状の極
細フィラメントを分散してなるものである。

「作用　」 芯部かその周回りに３つ以上に分割された安定化導体か
らなるために、交流損失が低減されて超電導部の安定性
か高まる。更に各安定化導体は高抵抗の被覆層て覆イつ
れて区分されているために、交流通電時の結合損失が減
少する。また、安定化導体か高融点金属の被覆層で覆わ
れているために、化合物超電導体を生成さ什るために行
う拡散熱処理時に、不要元素の安定化母材側への拡散が
防止されろ。

以ドに本発明を更に詳細に説明する。

第１図（Δ）−（Ｈ）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ちので
、本発明を実施して超電導線を製造するには、ます、第
１図（Δ）に示すインサイチコ筒体９を作成４−ろ。ご
のインサイチコ筒体９は所定成分のＣｕＮｂ合金を溶製
して得たインサイチュインゴットを孔あけ加工すること
により作成する。

１１ト１記インザイチコインゴツトは、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
構造をなす加工性に富むものである。

一方、無酸素銅製のロッド状の安定化母材１０の外周に
、第１図（１３）に示すようにＮｂあるいはＴ　ａなど
の銅より電気抵抗が高く、融点が８００℃以上の加工性
の良好な高融点金属からなる拡散防止管１１を被せて１
次複合体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Ｎｂを選択した理由は、後工程で行
う縮径加工が容易であることと、後工程で施す超電導体
生成用の拡散熱処理時に、安定化母材１０側に不要な元
素が拡散することを阻止して安定化母材ｌＯ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し）ようにする目的で
ＴａあるいはＮｂを選択した。従ってここで用いる拡散
防止管１１の構成材料は高融点金属で電気抵抗が高い金
属材料であれば、ＴａＮｂ以外にステンレスなどの金属
材料を用いても良い。

次に前記１次複合体１３をカセ・ソトロールなと゛を用
いた溝ロール加工あるいは鍛造加工とスウエージング加
工などの方法を用いて第１図（Ｃ）（こ示十横断面扇型
の安定化素材１４を得る。

次にこの安定化素材■４を複数本（図面では６本）集合
して描断面丸型の集合導体とし、更にこの集合導体にＣ
ｕ−Ｓｎ合金などの金属からなる被覆管Ｉ５を披せて第
１図（Ｄ）に示す２次複合体１６を得ろ。次にこの２次
複合体１６を第１図（Ａ）に示すインザイチコ筒体９の
内部に挿入可能な大きさになるまで縮径して第１図（Ｅ
）に示ず内挿体１８を形成し、この内挿体１８をインザ
イヂュ筒体９の内部に第１図（Ｆ）に示すように挿入し
て３次複合体２０どする。

次いでこの３次複合体２０を最終的に得るべき超電導線
の線径と同等になるまで縮径し、更に外周に電気メツキ
あるいは溶融メツキなどによりメツキ層２１を形成して
第１図（Ｇ）に示す素線２２を得る。この素線２２は、
前記内挿体１８を圧密して形成された芯部２３と、その
周囲を囲むインサイヂュ圧密体２４とメツキ層２１とか
らなっている。なお、前記インザイヂュ圧密体２４はＮ
ｂの樹枝状晶を加工Ｉ２て構成されたＮｂの極細フィシ
メントをＣｕからなる基地の内部に分散させた構造にな
っている。

次にこの素線２２を１００℃以」二であってＳｎの融点
（２３１℃）より低い温度、更に好ましくは、１８０〜
２２０℃で数１０〜数１００時間程度加熱する第１熱処
理を施す。この第１熱処理によってメツキ層２１のＳｎ
が圧密体２４の内部側に拡散してメツキ層２Ｉ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
熱するとメツキ層２１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。

次いでこの線材を５００〜７００°Ｃに数ｌＯ〜数１０
０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をＮｂの極細フィラメントと反応させ
、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（■］）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。

前記芯部２３は、横断面扇型の６つの安定化導体３０と
、これらの各安定化導体３ｏの周面を囲むＴ　ａあるい
はＮｂなどの高融点金属からなる被覆層３１とから構成
されている。なお、拡散熱処理時にメツキ層２１からイ
ンザイヂコ圧密体２４の内部に拡散されたＳｎは、管体
２２を通過してインザイヂュ圧密体２４の内周側まで拡
散するが、芯部２３の外周部側に存在する被覆層３１に
よって拡散を阻止され、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
して安定化導体３０がＳｎで汚染されると極低温におけ
る安定化導体３０の電気抵抗が上昇するので好ましくな
い。

以上のように製造された超電導線Ｂの超電導部２８は、
インザイヂュ筒体９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。また、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、機械強度も高い構造とな
っている。

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。

更に、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
化導体３０・・・に交流電流が流れようとするが、安定
化導体３０を純銅よりも高電気抵抗の被覆層３１で分離
し、しかも、横断面扇型に分割した構造となっているた
めに、安定化導体３０・・・間に生じようとする交流損
失を減少することができろ。このために超電導線Ｂは交
流用ど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Ｖ　ｓ　Ｇ　ａ系、Ｎ　ｂ　３　Ｇ　ｅ　−、
Ｎ　ｂ　３Ａ１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る。また、安定化導体３０は６
分割構造に限るもので（Ｊなく、３分割具」二の分割構
造であれば良い。

更に、この例では、Ｓｎのメツキ層２１をインザイチ、
圧密体２４の周囲に形成したが、メツキ層２Ｉを内挿体
Ｉ８の周囲に形成してインザイヂュ圧密体２４の内部側
からＳｎの拡散を行うようにしても良い。また、内挿体
１８の周面にＳｎテープを巻き（−ｊけてＳｎメソギ層
の代用とすることもてきる。

「実施例」 直ｉ￥１５０　ｍｍ、長さ３００　ｍｍのＣｕ−Ｎ　ｂ
合金からなるインザイチコインゴットをるつぼ溶解法に
より作成し、このインザイヂコインゴソトの中心軸に沿
って直径７０ｍｍにわたる孔あけ加工を行ってインザイ
ヂコ筒体を作成した。

次に残留抵抗値ＲＲＲが３００の無酸素銅からなる直径
４０ｍｍの棒体を用意し、この棒体の周囲に肉厚３ｍｍ
のＴ　ａからなる拡散防止管を被せ、スウェーンンク装
置とカセットロールによる冷間加］−により、第１図（
Ｃ）に示す横断面形状の扇型の安定化素材を形成した。

次いでこの安定化素材を第１図（Ｄ）に示すように６枚
合わせ、外径８０ｍｍ。

内径７２ｍｍの６ｗｔ％５ｎ−Ｃｕ合金管に挿入してス
ウェージング装置により縮径し、これを先に形成したイ
ンザイヂュ筒体の内部に挿入し、中間焼鈍処理を適宜施
しながらスウエーノング加工と冷間伸線加工を繰り返し
施して直径０．２５ｍｍの線材を得た。この線材の外周
に電気メツキにより厚さ３０　Ｉｔ　ｍのＳｎのメツキ
層を形成して素線を得た。

次いでこの素線を２００°Ｃで１００時間加熱する第１
熱処理を施してＳｎメソギ層を消失させ、更に６００℃
で１５０時間１１ｎ熱する拡散熱処理を施してＳｎを拡
散さＵてＮｂ３Ｓｎ超電導線を得た。

このようにして製造された超電導線は、安定化銅部分を
分割構造に１．ていない超電導線に比較して交流損失が
約１／３に低減した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、周方向に３つ以上に分割
した分割型の安定化導体を具備し、安定化導体の周囲に
超電導部を設けているので交流用として使用した場合、
交流損失を低減することかできろ。また、安定化導体を
高融点金属の被覆層で覆った構造の芯部を超電導部の内
側に配した横進を採用しているので、拡散熱処理時に安
定化導体か拡散元素で汚染されることが防止され、更に
、高融点で高電気抵抗の被覆層により囲まれて安定化導
体の結合損失も低減した構造となっているので、この発
明の超電導線は臨界電流密度が高く交流用として優れた
特徴がある。更に、超電導部の内側に純銅製の芯部が配
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超電導発電
機の界磁巻線などの交流用超電導線として極めて優れて
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）ないし第１図（Ｈ）は、本発明の超電導線
を製造ずろ方法の一例を説明するためのもので、第１図
（Ａ）はインザイヂコ筒体を示す横断面図、第１図（■
３）は１次複合体を示す断面図、第１図（Ｃ）は安定化
素材の横断面図、第１図（Ｄ）は２次複合体の横断面図
、第１図（Ｅ）は内挿体の横断面図、第１図（Ｆ）は３
次複合体を示す断面図、第１図（Ｇ）は素線を示す横断
面図、第１図（１１）は超電導線の断面図、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。 超電導線、　　　　９・インザイチコ筒体、０・・安定
化母材、１１　拡散防止管、３１次複合体、１４・安定
化素材、 ６・　２次複合体、２０・・３次複合体、ｌ・・・メツ
キ層、　　２２・・・素線、２３・・・芯部、４・・・
インザイチコ圧密体、２８　超電導部、０・・安定化導
体、３１・被覆層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 芯部とこの芯部を囲んで設けられたインサイチュ超電導
   部を具備してなり、前記芯部は、芯部を周回りに３つ以
   上に分割して構成された純銅製の安定化導体と、これら
   の安定化導体の個々の周面を覆い、各安定化導体を区分
   する高融点金属の高抵抗の被覆層とからなり、前記イン
   サイチュ超電導部は金属基地の内部に化合物系超電導体
   の繊維状の極細フィラメントを分散してなることを特徴
   とする化合物系超電導線。