JPH02109213A - 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、核融合炉用トロイダルマグネット、粒子加速
機用マグネット、超電導発電機用マグネット等にｆｌＩ
用される化合物系超電導線の製造方法に関−七ろ、 ［従来の技術　１ 従来、Ｃｕ合金からなる金属基地の内部に無数の極細の
Ｎｂ５Ｓｎ超電導フィラメントを配列した構造の超電導
線が知られている。このＮｂｚＳｎ系の超電導線を製造
するには、第１１図に示すように、Ｎ　１）ｃｙ　ソｌ
’からなる芯材１にＣｕあるいはＯｕＳ　ｎ合金からな
ろ管体２を被０て形成シフノー複合体を複数本集合し、
次いで（’：、　ｕ　−Ｓ　ｎ合金の管体３に挿入して
Ｖ？ｉ径し、第１２１Ｘ］ｉこ示ず１次素線４を作成４
“ろ、、次にこの１次素線４を複数本集合して第１３図
に示４′３）、うにＣＵ−８１１合金の管体５に挿入し
て縮ｉ子し、更に外周にＳｎメッキ層６を形成して第１
４図に示すメッキ素線７を作成し、このメッキ素線７に
拡散熱処理を施してＳｎを拡散させ、Ｎｂ、８ｎ超電導
フィラメントを生成さＵて第１５図に示−ケ超心導線８
金製ＩＬ’ｌ’るご七ができる。

［−発明が解決しようとする課題」 前記方法で製造された超電導線８において、特に交流用
として製造されたものは、超電導フィラメントの直径が
１７１ｍ以下の小さいものとなり、超電導フィラメント
間の間隔ら小さくなるので、極細の超電導フィラメント
間に結合電流が生じ易い傾向がある。即ら超重導電子の
電子ベアが金属板地側にしみ出ｊ７、隣接する超電導フ
ィラメントの間で結合４−るために交流通電時の結合損
失が増大Ａ−る欠点があった。また、前記構造の超電導
線８は安定化祠を具備していないために、実用に供する
場合は別途に良導電性の金属安定化材を添設する必要が
あり、導体が大型化する欠点があ−た。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
超電導特性の安定化の面で優れ、交流通電時の結合損失
が少なく、交流用として優れｆコ化合物系超電導線を製
造オろ方法を提供することをｌｌ的とする。

「課題を解決４＝るための手段　１ 本発明は、［１１ｊ記課題を解決するために、超電導金
属間化合物を構成する複数の元素のうち、少なくと０１
つの元素を含有する芯部ど、磁性元素を含ａする金属被
覆層とを具備してなる複合体を形成し、この複合体を複
数本集合して縮径する加工を必要回数行つて金属基地の
内部にフィラメントを多数埋設ｊ−２た構造の素線を作
成し、次にこの素線に前記超電導金属間化合物を構成す
る複数の元素の一′）ち、残りの元素を含有上ろメッキ
層を形成してメノギ素線を作成し、次いてこのメソギ素
線に拡散熱処理を施し、メッキ層の元素を素線の内部側
に拡散させて超？［導フィラメントを生成させろ乙ので
ある４、 １−作用 超電導フィラメントが分散配列さイまた金属基地に磁性
元素が含（丁されているので、クーパー電子ペアが超電
導フィラメントから常電導金属基地側にしみ出した場合
に、磁性元素のＧつ磁気モーメントによってペアがこイ
つされ、交流通電時に超電導フィラメントの間の金属基
地に流れようとする結合電流が抑制され、交流損失が減
少ケる。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図ないし第７図は、本発明方法をＮ１）３Ｓｎ超電
導線に適用した一実施例を示すしので、本発明方法を実
施して超電導線を製造するには、第１図に示ｉｆ’　Ｎ
ｋｌからなる〔ｌツト状の芯材ＩＯの外周に磁性元素を
添加したＣ　ｕ合金からなる管体１１を被Ｕ、更にその
外側にＣｕ−Ｓｎ合金からなる管体１２を被せ、全体を
縮径して第２図にポケ複合体１３を作成−２”る。ここ
でｒｉｉｊ記管体１１は、５ｃＴｉ、Ｖ、ＣｒＪ４ｎ、
Ｆｃ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｙ、Ｃｂ　ＺｒＲｈ、Ｐ　ｄ
、（、）　ｅ、Ｐ　ｒ、Ｎ　ｄ、　Ｓ　ｍ、Ｅ　ｕ、Ｇ
　ｄ、　Ｔｂ、Ｄ　ｙ、ｌＩ。

１’：　ｒ、　ｉ”　ｍなどの磁性元素の１挿具］−を
Ｃｕに添加してなるものである。なお、前記管体１１に
おける磁ｔ＋元素の含Ｙ丁晴は、超電導フィラメントを
囲む金属基地（この例の場合はＣｕ合金）を構成する金
属、ル素に対して磁性元素が全率固溶するしのである場
合は、２重量％以Ｆか好ましく、金属間化合物を生しる
１：そ、号〕がある磁性元素の場合け０５市にん以上か
好ましい。なおごごてごの例のよ−“）＋、ｍ　Ｃ１ｕ
（ハ全属括地を１１いろ場合は、Ｍ　ｎと二＼Ｉなどか
Ｃｕに対して全率固溶４−るのでＭｎまたｉｊ：　Ｎ　
ｉを添加する場合に２重量％以下添加ケろらのとする。

次に前記複合体１３を複数本第３図に示すように集合し
た後にＣｕ−Ｓｎ合金などからなる管体１・１に収納し
て縮径し７、第４図に示す１次素線１５を作成し、次い
でこの１次素線１５を複数本集合して第５図に示夕よう
にＣｕ−Ｓｎ合金なとからなる管体１６に挿入し、更に
縮径して第６図に示す２次素線１７を作成する。続いて
Ａｉｊ記２次素線１７の外周にＳｎのメッキ層１８を形
成して第６図に小−七メツギ素線１９を形成１“る１゜
続いてこのメゾギ素線１９を１００°Ｃ以」１の温度で
Ｓ　ｎの融点よりし低い温度、より好まＩ、　＜は１８
０℃〜２２０℃で数十時間〜数百時間加熱ずろ第１熱処
理を行うとともに、３００〜４５０°Ｃで数十時間加熱
する第２熱処理を行い、その後に５００〜６５０℃で数
十時間〜数十時間加熱する最終拡散熱処理を行う。

以上の各段階の熱処理の場合、第１熱処理におい一ζＳ
ｎの融「ハより低い温度て加熱オることによリ、メッキ
層Ｉ８の溶は落ちを防止しなからメッキ層１８のＳｎを
２次素線１７の内部側に拡散さＵてメ・ツキ層Ｉ８を消
失させることができる。、また、第２熱処理において引
き続き３００〜４５０℃で加熱することによりＣｕ　−
Ｓ　ｎ化合物の生成を１ｔ１１　＋ｔ−ＬなからＳ　ｎ
を２次素線１７の内部側に十分に拡散さＵろごとができ
る。そして、最終拡散熱処理を行・′）ことにより２次
素線１７の内部のＮｂの極細フィラメントとＳｎを反応
させてＮ　ｂ３５　ｎ超電導″フィラメントを生成さＵ
、第７図に示４−構造のＮｂ、Ｓｎ超電導線２０を得る
ことができる。この超電導線２０にあ−）では、磁性元
素を含（■−４“ろＣｕ−Ｓｎ合金からなる基地の内部
に極細のＮｂ＊Ｓｎ超電導フィラメントが配列された構
造にな、・ている。

ｉｉＱ記超電導線２０は液体ヘリウノ、なとの冷媒によ
−）で極低温に冷却して使用する。そして、交流通電を
行−）た場合、金属基地に磁性元素が含Ｒされているの
で、超電導フィラメント間に生じろ結合損失を低減させ
ることができる。ここで超電導線においで交流通電時に
超電導複フィラメントの間に結合損失が生じるのは、交
流用の超電導線にあっては、超電導フィラメントが直径
０．］７ｚｍ程度まで極細化されており、このような極
細径の超電導フィラノン！・からは、その周囲の（／　
ｕ−８ｎ合金法地側に超重導電子の電ｊ−ペアかしみ出
し、隣接−ｄ゛ろ超電導フィラメントの間で電子ペアの
結合がなされろためである。従って超電導フィラメント
の周囲のＣｕ−Ｓｎ合金基地内に磁性を存する元素が含
（了されているどクーパー電子のペアが磁性元素の磁性
モーメントによりくずされて結合が生じにくくなり、交
流損失が減少する。

第８図はこの発明の製造方法を安定化材付きの超電導線
の製造方法に適用した例を説明するためのらので、この
例を実施して超電導線を製造するには、無酸素銅などの
純銅からなる安定化材２２の外周に、Ｔａ、Ｎｂなどの
金属（Ａ料からなる拡散防止層２３を形成し、更にその
外周にＣｕ−Ｓｎ合金からなる被覆層２４を形成して安
定化導体２５を作成する、。

ここで前記拡散防止層２３は、後工程で行う拡散熱処理
時に、安定化材２２側に元素が拡散・１−ろことを防止
して安定化材２２の汚染を防１１−４−るために設：Ｊ
ろらのであり、その構成＋Ａネ４としては融点か８００
℃以−にの金属（オ料てあって、銅に対ｉ−ろ反応性の
低い′Ｉ″ａやＮｂなどか好適に用いられろ。

次にこの安定化導体２５を複数本集合し、その外方に前
記の例で用し）た１次素線１５あるｔ）は２次素線１７
を更に複数本集合して束ね、それらをＣｕＳｎ合金の管
体２７に挿入し、これを縮ｉ子して素線を得、この素線
にＳｎメッキ層を形成して熱処理を施すと安定化＋Ａ付
きのＮｂ３Ｓｎ超電導線を製造することができる。

この超電導線においては中心部に設けた安定化材２２に
対するＳｎの汚染が防止されているので、安定化材２２
の極低温における電気抵抗は十分に低い値になり、超電
導線の安定性が１分に高いしのとなる。四に、超電導線
の中心部に安定化材２２を複合した構造にな−）でいる
ので超電導線の外ノｊに新たに安定化材を添設−４゛ろ
場合に比較し７てよりコンパクトな構造にすることがで
きる。

第９図（」この発明の製造方法を安定化材付きの超電導
線の製造方法に適用した第２の例を説明するためのらの
で、この例を実施して超電導線を製造するには、０１ｊ
記の例で用いた安定化導体２５と同等の安定化導体２５
を用依する。

次にこの安定化導体２５を複数本集合して第９図に示す
ように逆Ｙ字にに配列し、安定化導体２５　の間に、１
１１記の例で用いた１次素線１５あるいは２次素線１７
を更に複数本集合し、それらをＣｕ−Ｓｎ合金の管体２
８に挿入し、全体を縮径して素線を作成した後にＳｎメ
ッキ層を形成して熱処理を施４′と安定化材（・ｊきの
超電導線を製造することかでさる。。

第１０図はこの発明の製造方法を安定化材付きの超電導
線の製造方法に適用した第１１の例を説明ケろためのら
ので、無酸素銅なとの純銅からなる安定化（４３０の外
周に、Ｔ　ａ　、　Ｎｂなとの金属何月からなる拡散量
＋ｌ−層３１を形成１〜で安定化導体を作成する５゜ 前記拡散防止層３Ｉを形成したならば、その全周にわた
り、前述の１次素線１５あるいは２次素線１７を配列し
て添設する。素線を添設したならば、その外方にＣｕあ
るいはＣｕ−Ｓｎ合金からなる管体：３３を第９図に示
すよ・）に被せ、この後に縮径加にを施して得るべき超
電導線と同等の線径まで縮径して素線を得る４、 次にこの素線の外周にＳｎのメッキ層を形成して熱処理
を前述と同等の条件で施すならば、超電導線を得ること
ができる。

なお、前記の６例においては、Ｎ　ｂ３Ｓ　ｎ系に本発
明方法を適用した例について説明したか、本発明方法を
ＶＪＧａ系などの他の化合物系超電導線の製造方法に適
用してもよいのは勿論である。なおまた、素線を集合し
て縮径する工程は必要回数繰り返し行っても差し支えな
い。

「実施例」 直径９ｍｍのＮｂロッドにＣｃｒ１ｗｔ％Ｍｎ合金から
なる外径１５＋＋ｕｎ、内径１０ｍｍのデユープを被せ
、その後に直径９ｍｍ土で縮径（７て複合材を作成ずろ
。

次いてこの複合＋ＡをＣｕ８ｗ１％Ｓｎ合金からなる外
径１５ｍｍ、内径１０ｍｍの管体に挿入し、縮径して直
径１．０ｍｍの複合体を得ろ３３次にこの複合体を９１
本集合し、Ｃｕ−８ｗＬ％Ｓｎ合金からなる外径１２．
５ｍｍ、内径１１　５ｍｍの管体に挿入し、縮径加工を
行−・て直径１．Ｏｍｍの１次複合体を得る９゜次に同
様な集合工程と縮径工程をムう一度行、）で赤の数が約
８００９の２次素線を作成（７た。

−・方、Ｃｕ８Ｗ［％Ｓｎ合金からなる外径１２ｍｍ、
内径１１ｍｍのデユープとＴ’　ａからなる外ｉ￥１０
ｍｍ、内径８ｍｍのデユープと内径７ｍｍの無酸素銅ロ
ソＦを複合し、全体を１．Ｏｍｍ：４て縮ｉＭして安定
化導体を得た。

次に前記安定化導体を３７本集合し７て束ね、その外方
に１１１１記２次素線を５４本配置した後にＣｕ８ｗ１
％Ｓｎ合金からなる外径１２．５ｍｍ、内（Ｍｌ１５ｍ
ｍの管体に収納し縮径加圧を行って直径０．３＋＋＋ｍ
の素線を得た。

次いでこの素線の外周に電気メ・ツギに、Ｊ：り厚さ８
μｍのＳｎメブキ層を形成し、メッキ素線を作成した。

続いてこのメッキ素線を１８０°Ｃて５　ｌ”、１１　
ｌｅｔ］加熱してＳｎメソギ層を消失さＵ゛、更に４０
０℃で２［１間加熱して素線内部にＳｎの拡散を進行さ
せ、次いで６００℃に７日間加熱する熱処理を施してイ
ンザイヂュ導体内部のＮｂの極細フィラメントとＳｎを
反応させてＮ　ｂ３Ｓ　ｎ超電導フィラメントを生成さ
Ｕ−で超電導線を製造した。

以」二説明したように製造されたＮ　ｔ＞　３８　ｎ　
ｊｉ３電導線の臨界温度（’ｒｃ）を測定したところ、
Ｔｃ（ミツドポイント）＝１６．５Ｋを示し、臨界電流
密度（、Ｊｃ）を］　ＯＴの磁場中において測定したと
ころ１ 、Ｊ　ｃ＝　Ｉ　Ｘ　ｌ　Ｏ’Δ／ｃｍ’の優秀な値を
示した。

１　発明の効果−１ 以に説明したように本発明によれば、超電導フィラメン
トを囲む金属基地に磁性元素を含有させるので、交流通
電時に超電導フィラメン）・の周囲の金属基地に超電導
電子のペアのしみ出しが生じた場合であ−・てし、磁性
元素の磁性によって電子のベアかこわれ、交流通電時の
結合電流を抑制することができる。（Ｌって交流通電時
の損失が少ない化合物系超電導線を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明方法の一例を説明上ろため
の乙ので、第１図は芯材と管体の複合状態を示す断面図
、第２図は複合体の断面図、第３図は複合体の集合状態
を示す断面図、第４図は１次素線の断面図、第５図は１
次素線の集合状態を示す断面図、第６図はメッキ素線の
断面図、第７図は超電導線の断面図、第８図ないし第１
０図はこの発明を安定化材付きの超電導線の製造方法に
応用した例を示すもので、第８図は第１の例を説明干る
ための断面図、第９図は第２の例を説明するための断面
図、第１Ｏ図は第３の例を説明するための断面図、第１
１図ないし第１５図は従来の超電導線の製造方法の一例
を示すしので、第１１図は複合体の集合状態を示す断面
図、第１２図はＩ・次素線の断面図、第１３図は１次素
線の集合状態を示す断面図、第１４図はメッキ素線の断
面図、第１５図は超電導線の断面図である。 ＋０ 芯材、１１　管体、１２・・・管体、 複合体、ｌ　５−１次素線、１７ メ・ｌキ層、１９　メ・ツキ素線、 超電導線、２２・安定化材、 安定化導体。 ２次素線、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超電導金属間化合物を構成する複数の元素のうち、少な
   くとも１つの元素を含有する芯部と、磁性元素を含有す
   る金属被覆層とを具備してなる複合体を形成し、この複
   合体を複数本集合して縮径する加工を必要回数行って金
   属基地の内部にフィラメントを多数埋設した構造の素線
   を作成し、次にこの素線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、残りの元素を含有するメッキ
   層を形成してメッキ素線を作成し、次いでこのメッキ素
   線に拡散熱処理を施し、メッキ層の元素を素線の内部側
   に拡散させて超電導フィラメントを生成させることを特
   徴とする化合物系超電導線の製造方法。