JPH02109214A - 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ｌ二の１：１］用分野　１ 本発明（」、核融合炉用）・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利
用される化合物系超電導線の製造方法に関する。

「従来の技術Ｊ 従来、Ｃｕ合金からなる金属基地の内部？こ無数の極細
のＮ　ｌ）　３　Ｓ　ｎ超電導フィラメント・を配列し
た構造の超電導線か知られている。このＮ１．＋３Ｓｎ
系の超電導線を製造するには、第５図に示すようなＮｂ
ロッドからなる芯材１にＣｕあるいはＣｕ−Ｓｎ合金か
らなろ管体２を被せて形成した複合体を複数本集合し、
次いでＣｕ−Ｓｎ合金の管体３に挿入して縮径し、第６
図に示す１次素線４を作成−ケる。

次にこの１次索線４を複数本集合して第７図に示ずＣｕ
−Ｓｎ合金の管体５に挿入１７て縮径し、四に外周にＳ
ｎメブキ層６を第８図に示すように形成してメッキ素線
７を作成し、このメッキ素線７に拡散熱処理を施し、Ｓ
ｎを拡散さＵてＮ　ｔ、＋のフィラメントと反応させ、
Ｎ　ｂ３Ｓ　ｎ超電導フィラメントを生成さセることに
より第８図に示す超電導線８を製造、ｔ−ることができ
る。

１　究明が解決しようと４″る課題−１Ａｒｉ記υ゛法
で製造された超電導線８において、特に交流用どして製
造されたものは、超電導フィラメノｌ−の直径かＩｌｔ
ｍ以下の小さいものとなり、超１１＾導−゛イーシメノ
ト間・１−）間隔ら小さくなるので、交流通電時に極細
ｔ７−）超電導フィラメント間に結合電流か生じ易い傾
向がある。即ち、超電導電子の市Ｊ′−ベアか金属屑地
側にり、、　、７．、出し、隣接する超電導−？イリメ
ントの間て結合オろノーめに交流通電時の結合損失が増
大する問題があった。

本発明は１１「ｊ記課題を解決するためになされたしコ
・）−ご、超電導特性の安定化の面で優れ、交流通電時
の結、１損失が少なく、交流用として優れた化合物系超
電導線を製造する方法を提供することを目的卜４゛ろ。

課題を解決するための手段　１ 本発明は前記課題を解決２゛るために、超電導金属間化
合物を構成４′ろ複数の元素のうち、少なくどｂ　Ｉ　
−＞　６Ｄ、　、ＩＬ素を告白゛した＋、４料からなり
、溝部あるいは透孔などの収納部を長さ方向に形成した
長尺の母材を川音（７、この母材の収納部にＦｅ、Ｎｉ
Ｃｒ、Ｍｎなどの磁性元素の中から選択さイする１挿具
１−の元素を含有オる芯材を挿入（７て複合体を作成し
、この複合体を複数本集合した後に縮径加１を施す−Ｌ
程を必要回数行−・て索線を作成し、次いでこの素線に
前記金属間化合物を構成４′ろ元素のうち、残りの元素
からなるメ・ツギ層を形成し、更に拡散熱処理を施して
超電導金属間化合物を生成させるものである。

Ｉ−作用　ｊ 超電導フィラメントが分散配列さねへ金ＩＡＪＡ地に磁
性元素が含有されているので、クーパー電子ベアが超電
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６つ磁性モーメントによってペアがこわ
され、交流通電時に超電導フィラメントの間の金属基地
に流れようと一ケろ結合電流か抑制され、交流損失が減
少４−る。１り祠に形成゛４゛ろ収納部の数と大きさを
調節十ろことで磁性元素の含有量を自由に調節すること
かできろ９゜ニー実施例　１ 第１図（Ａ）ないし第１図（Ｊ）は、本発明方法をＮ１
１ＪＳＩＩ系の超電導線の製造方法に適用［、ノコ−実
施例を説明４−るためのらのて、超電導線を製造するに
は、第１図に示４“Ｎｂからなろロッド状の母（４１０
を用（＼し、この母材１０の外周にＩ；す祠１゜のＬ≧
さＵ向に沿−・°ζ１つ以−１−の溝部（収納部）＋１
を７：ｌ５Ｏ−ル加りあるいは切削加工などの方法によ
り第１図（Ｉ（）に示すように形成する。ここで形成・
１゛ろ溝部１１の数と大きさは必要に応じて適宜設定・
４゛ることかできる。

綺いて１〜尚部１１に磁性元素あるいは磁性元素Ｖ）合
金か↓−なる芯材１２を第１図（ｃ）に示すように挿入
（５て複合体１３を作成４−る。なお、芯材１２を構成
・（゛る材料は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＰｅＣ
ｃ）、Ｎ　ｉ、Ｓｒ、Ｙ　、Ｃｂ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ｃｅ、Ｐｒ　ＮｄＳ　ｍ、Ｉ　ｕ、Ｇ　（１，Ｔｂ、Ｉ
）　ｙ、Ｉ（ｏ、Ｅ　ｒ、Ｔ　ｍなどの磁性元素の中か
ら選択されろ１種、あるいは、２種以上か用いらイ１ろ
５、Ｌ′お、芯材１２を合金から構成ずろ場ｉ（’　＋
Ｊ、Ｆｃ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ　　Ｃｒ合金、ＦｅＭ
ｎ合金、Ｐ　ｃ−Ｎ　ｉ−Ｃｒ　Ｍｎなとを用いること
かできろ。

次に前記複合体１３にＮ１）からなる管体１４を第１図
（Ｉ〕）に示すように被せ、更にその外側に、純Ｃｕあ
るいはＣｕ−３Ｏ合金なとからなる管体Ｉ５を被Ｕ、更
に縮径加Ｉ４を施して第１図（１＝：）に示４゛複合体
１６を作成する。

次にこの複合体Ｉ６を第１図（Ｆ）に示４−ように複数
本集合しｆコ後に縮径して第１図（Ｇ）に示４−１次素
線１８を作成し、次いてこの１次索線Ｉ８を第１図Ｃ１
−１）に示すように複数本集合して純ＣｕあるいはＣｕ
−８Ｏ合金からなる管体１９に挿入し、更に縮径して第
１図（、■）に示す２次素線２０を作成する。この２次
索線２０　ｉ；Ｉ：　ＣｕあるいはＣｕ５ｎ合金の基地
の内部に無数のＮ　ｂフィラメントが配列された構造と
なっている。続いてこの２次素線２０の外周にＳｎのメ
ッキ層２０ａを形成して第１図（１）に示４メノギ素線
２１を形成する。

続いてこのメソギ索線２１を１００℃以１−の温度でＳ
ｎの融点より６低い温度、よりに’ｆ　ｔ　１〜＜　１
．１１８０　ｒ：〜２；２０°Ｃて数十時間〜数百時間
加熱ずろ第１熱処理を行；）とともに、３００〜４５０
　℃て散）０口間加熱４゛る第２熱処理を行い、その後
に５００−　（’＋　５０°（：で数１−時時間数数百
間加熱する最終１＋、）、成熱処理を行−）。

以１の８段階の熱処理の場合、第１熱処理におし１てＳ
　（＋の融【Ｊ、（よζ〕低い温度で加熱することによ
り、ノ　Ｉキ層２０ａの溶（ｌ落ｔ５を［：ノノ止し戸
がらメ：ｌキ層：２０　ａのＳｎを２次素線２０の内部
側に拡散さ１」ζメッキ層２０ａを消失さ且ろことがで
きろ。

１）１、第２熱処理において引き続き３００〜４５０″
Ｃで１」［１熱４′るごとによりＣｕ−Ｓｎ化合物の生
成をトＩＩ　＋Ｌ、　ＬらからＳｎを２次素線２０の内
部側に十分に）υ、散きＵろことかできる。そして最終
拡散熱処理を（ｉ；）ごとにより２次素線２０の内部の
Ｎｂの極細−１イラメントとＳｌ′ｌを反応さＵてＮｂ
３Ｓｎ超電導フｒラノ〉・トを生成させ、第１図（Ｊ）
に示す構造のＮｂａＳｎ超電導線Ａを得ることかできる
。

この超電導線Δにあ−）では、熱処理によって芯＋４’
　＋　２υ）磁性元素か周囲の金属基地に拡散している
ので磁性元素を含有するＣｕ−Ｓｎ合金からなる基地の
内部に極細のＮｂｚＳｎ超電導フィラメフィが配列され
た構造になっている３、なお、熱処理により磁性元素は
拡散防止層を通過して拡散しＮｂ。

Ｓｎ超電導フィラメントを覆う５ノ、うにな−・ている
。

また、拡散し雉いような元素であ−、てら、芯＋４１２
かＮｂ３Ｓｎ−、’イラメントの周囲を囲むので後述゛
４゛る結合損失の減少効果を発揮４−る。

前記超電導線Ａは液体ｌ＼リウムなとの冷媒によ−、て
極低温に冷却して使用６−ろ。そして、交流通電を行っ
た場合、金属基地に磁性元素が含（ｆさ２１ているので
、超電導フィラメント間に生しる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て交流通電時に超
電導電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か直径１
μｍ以ｌＪ程度まで極細化さＡ１ており、このような極
細ｉ子の超電導フィラメントからは、その周囲のＣｕ−
Ｓｎ合金基地側に超電導電−ｒのクーパー電ｒ−ベアが
しみ出し、隣接する超電導フィラメントの間で電子ベア
の結合がなされる）こめである。従って超電導フィラメ
ントの周囲のＣ＋ｒ−Ｓｎ合金基地内に磁性を有４゛ろ
丸木か自白′されていると前記クーパー電子のベアかそ
の磁性モーメントによりこわさイ１て結合か生じにくく
なり、交流損失が減少する。また、芯材１２？こ形成す
る溝部１１の数と大きさを調節−４゛るな１′）ば、金
属基地側に拡散さＵる磁性元素のｊ、１ｋを所望の値に
調整できるので、交流通電時の結合損失を、Ｊ、’ａ整
一４゛ろことかでさる１、第２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、’ｌ’ａ、Ｎｌ）などの金属材料からなる拡散
防止層２３を彩成し、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
。、 こごで前記拡散防止層２３は、後工程で行う拡散熱処理
時に、安定化付２２側に元素が拡散することを防止１−
１て安定化材２２の汚染を防止するために設（ｊるもの
であり、その構成材料としては融点か８００℃以」−の
金属材料であって、銅に対する反応性の低いＴ　ａやＮ
　ｂなどが好適に用いられろ。。

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
に複数本集合して束ね、そＡ１らをＣｕ−Ｓｎ合金の管
体２７に挿入し、これを縮径して素線を得、この素線に
Ｓｎメッキ層を形成して熱処理を＠］−と安定化材付き
のｌ’１ｂａｓｎ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ｊＪた安定化材２２
に対４−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１−分に低い値になり
、超電導線の安定性が十分に高いものとなる。更に、超
電導線の中心部に安定化（Ａ２２を複合した構造になっ
ているので超電導線の外方に新たに安定化材を添設ずろ
場合に比較してコンバクＩ−な構造にすることができる
。

第３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２の例を説明するｊ−めのもの
で、この例を実施して超電導線を製造するには、前記の
例で用いた安定化導体２５と同等の安定化導体２５を用
意する。

次にこの安定化導体２５を複数本集合して第３図に示４
−よ−）に逆）゛字−Ｌに配列１−１安定化導体２１ｊ
・の間に、前記の例で用いた１次素線１５あるい（１２
次素線１７を更に複数本集合し、それらをＣ，ｕＳ１合
金の管体２８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
材付きの超電導線を製造する、二とがてさろ、、 第４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３の例を説明するた於のｔ、の
で、無酸素銅などの純銅からなる安定化（イ３０の外周
に、Ｔａ、Ｎｂなとの金属材料からなろＷ：数量止層３
１を形成して安定化導体を作成する。。

前記拡数量［ｌ、層３１を形成したならば、その全周に
かノコリ、前述の１次素線１５あるいは２次素線１７を
配列して添設上る１、素線を添設したならば、その外方
にＣｕあるいはＣｕ−３ｎ合金からなる管体３３を第４
図に示すように被せ、この後に縮径加圧を施して得るべ
き超電導線と同等の線ｉＭ　Ｊ−で縮径して素線を得る
３、 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４゛ならば、超電導線を得るこ
とができる。

なお、前記の各側において（」、Ｎｂ３Ｓｎ系に本発明
方法を適用した例について説明したが、本発明方法を〜
’３Ｇａ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（」勿論であろ４、なおまた、素線を集
合して縮径する工程（」必要回数繰り返し行−・でも差
し支えない。

「実施例」 直径７ｍｍ（７）Ｎｂロッドの周まわりに９０°おきに
４つの溝部（幅１ｍｍ、深ざｌ　ｍｍ）を溝ロール加工
により形成し、その溝にＦｅ−５ｗｔ％Ｍｎ合金からな
る直径０．８ｍｍの芯材を埋め込み、更に全体を外径１
０ｍｍ、内径８ｖｎのｉ’Ｊ　ｂ管に挿入し、更に、Ｃ
ｕ−８ｗ１％Ｓｎ合金からなる外径１５ｍｍ、内径１１
ｍｍの管体に挿入し、続いて線引加工を施し直径１．０
ｍｍまで縮径して１次素線を得た。

次に二の１次索線を９１本束ねｃｕ−８ｗ１％Ｓｎ合金
からなる外径１２　５ｍｍ、内径１１．５ｍｍの管体に
挿入し、その後線引加圧を行って直径１．０ｍｍの２次
素線を得た１、以１−の集合線引工程を２回繰り返した
後に直径０．２ｍｍまで線引加工を行って２次素線を得
た。この２次素線においては、７５７ｊ本余り（９１本
）（９１本×９１本ニア５万本）θ）Ｎｂ−フィラメン
トが複合されている。

次に前記２次素線に厚さ約５μｍのＳｎメッキ層を形成
してメ・ｒギ素線とし、このメッキ素線を１８０℃に４
１４間加熱してＳｎメッキ層を消失させ、更に４（）０
℃で２１−１間加熱して素線内部にＳｎの拡散を進行さ
Ｕ、次いで６００°Ｃに７［」間加熱する熱処理を施し
て内部のＮ　ｌ）の極細フィラメントとＳｎを反応させ
てＮｂ５Ｓ　ｎ超電導フィラメントを牛成さ１）、超電
導線を製造した。

以り説明し５たように製造されたＮｂ、Ｓｎ超電導線の
臨界ｌＡ！１度（′Ｉ″Ｃ）を測定したところ、Ｔｃ（
ミツトポイン１−）−＝　１６．５　Ｋを示し、臨界電
流密度（Ｊｃ）をＩＯＴの磁場中において測定したとこ
ろ、 ４ＩＣ・・ＩｘｌＯ５Δ／ｃｍ’の優秀な値を示した。

「発明の効果」 以旧説明したように本発明によれば、超電導フィラメン
トの周囲に磁性元素を自存さ且ろので、交流通電時に超
電導フィラメント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−）でも、磁性元素の磁性
によ−〕で電子のペアがくずれ、交流通電時の結合電流
を抑制４−ろことかできる。従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ができる。また、芯
材の外周に形成する収納部の大きさと数を調節し、その
内部に挿入する芯材の大きさと数を調節することににり
磁性元素の添加量を自由に調節できるので、所望ｈｔの
磁性元素を添加して特性の優）また超電導線を製造でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）ないし第１図（、、Ｉ）は本発明の製造方
法の一例を説明するためのらので、第１図（Ａ）は母ｌ
４Ｊ）断面図、第１図（Ｉ３）は母Ｈに収納部を形成シ
ノニ状態を示す断ｍｆｉ’１ｌｆｆｌ、第１図（Ｃ）は
芯材と母材の複合状態を示電断面図、第１図（１〕）は
ｆ＋ｊ材を管体に挿入した状態を示４−断面図、第１図
（Ｅ）は複１１体の断面図、第１図（Ｆ）は複合体の集
合状態を７１之セ断面図、第１図（Ｇ）は１次素線の断
面図、第１図（ｌ（）は１次素線の集合状態を示す断面
図、第１図（１）はメッキ素線の断面図、第１図（、Ｉ
）は超電導線の断面図、第２図ないし第４図はこの発明
を安定化＋４付きの超電導線の製造方法に応用した例を
示゛４−もので、第２図は第１の例を説明するための断
面図、第３図は第２の例を説明するための断面図、第４
図は第３の例を説明するための断面図、第５図ないし第
９図は従来の超電導線の製造す法の一例を示すもので、
第５図は複合体の集合状態を４ｊセす断面図、第６図は
１次素線の断面図、第７図；」１次素線の集合状態を示
す断面図、第８図はメッキ素線の断面図、第９図は超電
導線の断面図である。 １０　・母材、１１・溝部（収納部）、Ｉ２　芯材、１
３　・複合体、１６　複合体、１８・　１次素線、２０
ａ　　メッキ石、２０・　２次索線、２２・安定化材、
２５　安定化導体。

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つの元素を含有した材料からなり、溝部あるい
   は透孔などの収納部を長さ方向に形成した長尺の母材を
   用意し、この母材の収納部に、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ
   などの磁性元素の中から選択される１種以上の元素を含
   有する芯材を挿入して複合体を作成し、この複合体を複
   数本集合した後に縮径加工を施す工程を必要回数行って
   素線を作成し、次いでこの素線に前記金属間化合物を構
   成する元素のうち、残りの元素からなるメッキ層を形成
   し、更に拡散熱処理を施して超電導金属間化合物を生成
   させることを特徴とする化合物系超電導線の製造方法。