JPH02247339A - Ｎｂ―Ｔｉ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」 本発明は燃焼合成によりＮｂ−Ｔｉ合金を製造し、この
Ｎｂ−Ｔ’ｉ合金を用いてＮｂ−’ｌ”ｉ超電導線を製
造する方法に関する。

「従来の技術」 現在、実用化がなされている合金系超電導材料において
、最も一般的な乙のとしてＮｂ−Ｔｉ合金が知られてい
る。この合金は、最初に実用化がなされたＮ　ｂ−Ｚ　
ｒ合金よりも塑性加工性に優れ、」二部臨界磁界が若干
高いなどの長所を有しているので、現在最も広く使用さ
れており、特に、超電導線用のものとしてＴ　ｉ含有ｆ
ｆ１５０〜７０原子％の合金が多用されている。

この種の合金を用いて超電導線を製造するには、アーク
溶解または電子ビーム溶解でＮ　ｂ−Ｔ　ｉ合金鋳塊を
溶製し、次にこの鋳塊に１０００℃以上の高温で鍛造あ
るいは圧延などの１次加工を施して加工性を高め、この
後に常温で棒状に加工し、更にＣｕパイプなどと複合し
、線引船主することで超電導線を得ている。

ところで、一般に、特定の組成の合金鋳塊を製造するに
は、合金成分の各元素を単体であるいは複合状態で含有
する地金あるいは鋳塊などを用意し、これらを目的の組
成比となるように所定の割合で混合し、この混合体を加
熱して溶融させ、溶融状態で攪拌して成分の均一化を図
った後に冷却して合金鋳塊を得るようにしている。また
、地金あるいは鋳塊の溶融混合状態において雰囲気中の
不純物やガスなどが混入すると合金成分に変動を来し、
純度が低下するので、真空雰囲気中などにおいて溶解処
理を行い、更に加熱効率の良好なアーク放電あるいは電
子ビーム溶解による加熱などを行って、不純物の少ない
良質の合金鋳塊を製造するようにしている。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、溶解法によって合金鋳塊を製造した場合、溶
湯を十分に攪拌して凝固させた場合であっても、溶湯内
の各合金成分の比重差などが原因となって溶湯内におい
て合金成分が不均一に混合された状態を生じる場合があ
るとともに、凝固時に生じる重力偏析などのために、所
望の組成比の均質な合金鋳塊を得ることが困難な問題が
あった。

そして前記Ｎ　ｂ−Ｔ　ｉ合金などの超電導材料におい
ては、組成比が異なると、超電導特性にも影響を生じる
ので、ＮｂとＴｉの含有割合は所望の組成比に合致する
ように調整されなくてはならない。

ところが、この合金の成分元素であるＮｂとＴｉはいず
れも高融点金属であるために、高熱を発生させるために
特殊な溶解装置が必要であるとともに、両元素に比重差
があることなどから、組成比が整った均質な合金鋳塊を
得ることが困難な問題があり、従来から行なわれている
溶解鋳造法とは別種の新たな製造方法が種々試みられて
いる。

本発明は前記課題を解決するためになされたしので、Ｎ
ｂとＴ　ｉを所定の組成比で含有させることができ、偏
析の問題や不純物の混入の問題を生じることなく均質な
Ｎｂ−’ｌ”ｉ合金を製造するとともに、その合金から
特性の優秀なＮ　ｂ−Ｔ　ｉ超電導線を製造する方法を
提供することを目°的とする。

１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、Ｎｂ粉末と′１゛
ｉ粉末を混合して得た混合粉末を加圧して圧密体を形成
し、次にこの圧密体の一部に点火して点火部分を化学反
応により発熱させるとともに、この化学反応により生じ
る生成熱によって化学反応部分に隣接する部分を加熱し
、順次化学反応部分を圧密体の他の部分に拡開して圧密
体の全体を化学反応させることにより圧密体の全体を合
金化してＮｂ−Ｔｉ合金を得るとともに、このＮ　ｂ−
Ｔ　ｉ合金を熱間で押出加工した後に、Ｃｕなどの良導
電性金属材料からなる被覆材で覆い、次に伸線加工を行
って素線を作成し、更にこの素線を複数本集合して縮径
する処理を必要回数行うものである。

「作用」 ＮｂとＴｉの合計エンタルピーとＮ　ｂ−Ｔ　ｉ合金の
エンタルピーとの間に差があるので、Ｎｂ粉末と１゛ｉ
粉末の圧密体に点火して部分的に合金を生成させた場合
に反応熱が生じ、この反応熱によって反応部分が自然に
圧密体の全体に広がり、Ｎｂ粉末と′ｒｉ粉末からなる
圧密体の全体が順次自然にＮｂ−Ｔｉ合金化する。また
、反応熱によって自身が合金化する圧密体の内部におい
ては、溶解法などに比較して大規模な原子の移動や偏析
は生じないので、所望の組成でＮｂ粉末とＴ　ｉ粉末を
均一に混合して圧密体を形成することで、反応後の圧密
体の全体が均一な組成のＮ　ｂ−Ｔ　ｉ合金となる。

そして、このように均質化されたＮ　ｂ−Ｔ　ｉ合金を
被覆材で覆って伸線加工することで、所望の組成の均質
な超電導体を有する超電導線を得ることができる。

「実施例」 第１図ないし第１４図は本発明の方法の一例を説明する
だめのもので、この例の方法を実施してＮｂ−Ｔｉ合金
を製造するには、第１図に示ずＮｂ粉粉末色第２図に示
ずＴ　ｉ粉末２を用意する。これらの粉末は、高純度の
ｒｉあるいは高純度のＮｂからなるものであって、その
粒径は０．１〜２０μｍ程度の十分に粒径の揃ったもの
を用いることが好ましい。

次にｉｑ記Ｎｂ粉末ｌと′ｒｉ粉末２を、製造するべき
Ｎｂ−Ｔｉ合金の組成比と同一になるように秤量して第
３図に示すように所要量、攪拌容器３内に投入し、十分
に攪拌して均一に混合して混合粉末を得る。この混合処
理の際に、Ｎｂ粉粉末色Ｔｉ粉末２の粒径が異なるよう
であると、均一混合が不十分になるので、Ｎｂ粉末１と
Ｔｉ粉末２の粒径をできる限り揃えることが好ましい。

次にこの混合粉末４を白金板などの薄肉金属板からなる
容器５に収納し、容器５を真空排気装置に接続して容器
５の内部を真空排気する。この真空排気処理により容器
５内の不要なガスを排除して不純物元素の混入を防止す
る。

次いで第４図に示す如く前記容器５ごと冷間等方圧プレ
ス加工を行って混合粉末からなる圧密体７を形成する。

前記等方圧プレス加工法では冷間で静水圧によるプレス
法を行っても良い。この場合に加える加圧力は、０．５
〜５ｔ／ｃｍ”程度が好ましい。

プレス加工によって圧密体７を得たならば、この圧密体
７を容器５から分離して圧密体７を露出させ、第５図に
示すようにこの圧密体７の上部中央部分を放電加熱ある
いは電熱線による強熱などの加熱手段により３０００℃
程度に加熱して点火する。以上のように点火された圧密
体７の上部においては、化学反応か始まり、Ｎｂ＆Ｔｉ
とが反応してＮｂ−Ｔｉ合金が生成されて生成熱が放出
される。そして、Ｎｂ−’ｌ”ｉ合金が生成される際に
放出される生成熱により、反応部分の周囲の圧密体が加
熱されて点火され、この部分にもＮｂ−Ｔｉ合金が生成
する。

このようにして圧密体７の上部側から下部側に順次反応
が伝達される結果、第６図に示すように圧密体７には上
部側から順次Ｎｂ−Ｔｉ合金が生成され、圧密体７の底
部まで反応が完了すると第７図に示すように全体がＮｂ
−Ｔｉ合金からなる円柱状の合成品Ｓを得ることができ
る。

ここで第８図に、ＮｂとＴ　ｉの合計エンタルピー値と
Ｎｂ−Ｔｉ合金のエンタルピー値を比較して示す。第８
図から両方のエンタルピーに差異があるので、前述のよ
うに点火による燃焼合成方法によりＮｂ−Ｔｉ合金を合
成できることが明らかである。

前述のように製造された合成品８においては、均一に混
合したＮｂ粉粉末色Ｔｉ粉末２の圧密体からなり、しか
も、点火されて燃焼合成される場合に圧密体７の内部で
は、溶解法の場合と異なり、固相反応に近い元素拡散が
なされ、偏析は生じないので、合成品８にはＮｂとＴｉ
が均一に含有されている。従って組成比の整った均質な
Ｎｂ−Ｔｉ合金の合成品８を得ることができる。更に、
Ｎｂと１゛ｉの合計エンタルピー特性とＮ　ｂ−Ｔ　ｉ
合金のエンタルピー特性の差異により生成熱か発生し、
この生成熱により燃焼合成が圧密体の全体に広がるので
、特別な熱源を用いることなく、最初の点火を行い、圧
密体７を１０００〜１７００℃程度に加熱する操作で簡
単にＮｂ−Ｔｉ合金を製造することができる。

Ｎｂ−Ｔｉ合金の合成品８を得たならば、この合成品８
にＡｒガスなどの不活性ガス雰囲気中において第９図に
示すように熱間静水圧加工を施して２次合成品１０を作
成する。この熱間静水圧加工を行う条件は、１０００〜
１５００℃の温度で０．５〜２．５ｔ／ｃｍ’が好まし
い。

２次合成品ｌＯを作成したならば、次にこの２次合成品
ｌＯに第１０図に示すように１０００°Ｃ程度の温度で
熱間押出加工を施して、１次ロッド１１を作成する。こ
の押出加工を行うには、例えば第１０図に示すように、
コンテナ１２とその先端部に設けられたダイス１３とコ
ンテナ１２の内部に挿入自在に設けられたラム１４とを
備えた押出装置を用いて行う。この押出加工時の温度は
、７００〜１２００℃が好ましい。

１次ロッド１１を作成したならば、次にこの１次ロッド
１１を第１１図に示１−ようにダイス１５を用いて線引
加工して２次ロッド１６を作成する。

次にこの２次ロッドＩ６に第１２図に示すようにＣｕな
どの良導電性金属材料からなるバイブ１７肢せて縮径し
、第１３図に示４−素線１８を得る。

この素線１８は、Ｎｂ−’Ｉ’ｉ合金からなる芯材Ｉ９
を良導電性金属材料からなる金属プレス２０で覆ってな
る構造になっている。

次いで前記索線１８を第１４図に示すように曳数本集合
してＣｕなどの良導電性金属材料からなるシース管２１
の内部に集合し、更に縮径加工を施す。このように素線
を集合して縮径する工程を複数回行うことにより第１５
図に示す如く金属基地２２の内部に無数のＮ　ｂ−Ｔ　
ｉ合金フィラメントを配し、た構造の超電導線２３を得
ることができる。

以上説明したように製造された超電導線にあっては、所
望の組成比のＮｂ−’ｌ”ｉ合金から製造されているの
で、所望の超電導特性を発揮することができ、特に、従
来方法により製造された超電導線に比較し、て臨界電流
密度か優れている。。

「実施例」 Ｎｂ粉末とＴｉ粉末を混合する際に、Ｎｂ粉末の割合を
４６原子％〜５３原子％まで変化させて混合してなる混
合粉末を調製し、各混合粉末を冷間液圧プレスで２ｔ／
’ｃ＋ａ”の圧力を加えて直径２０ｍｍ、高さｌ００ｏ
＋＋ａの円柱状に成型して複数の圧密体を得た。次いで
これらの圧密体の上端部を、放電加熱により３０００℃
に加熱して上端部に点火して燃焼合成を行い、Ｎｂ−Ｔ
ｉ合金製の円柱状の合成品を得た。

得られた合成品におけるＮｂの含有量を化学分析した結
果、第１６図に示すように粉末混合時に添加したＮｂ量
とほぼ等しくなっていることが判明した。

前記Ｎ　ｂ−Ｔ　ｉ合金のうち、Ｎｂ含有量５２％の合
金を用い、この合金をＡｒガス雰囲気中において１４０
０℃で熱間静水圧プレス加工を施して２次合成品を得、
次いでこの２次合成品を１０００℃で押出して直径５Ｉ
ＩＩＩｌｌの１次ロッドを得た。

続いてこの１次ロッドを外径１０ｍｍ、内径６ｍＩＩＩ
のＣｕパイプに挿入し、全体を縮径加工して直径２ｔｍ
の素線を得た。次いでこの素線を７本集合してＣｕパイ
プを被せ、更に７本集合してＣｕパイプに被せる処理を
繰り返し行ってＣｕ基地の内部に１８０００本のＮｂ−
Ｔｉ合金のフィラメントを分散配列させた極細多心構造
の超電導線を得ることができた。

この超電導線において、４．２Ｋにおける臨界電流密度
を種々の磁場中で測定した結果を第１７図に示す。また
、比較のために、従来行なわれているアーク溶解法によ
り製造されたＮｂ−Ｔｉ合金を用い、前記と同等の工程
で製造された超電導線の４．２Ｋにおける臨界電流密度
を種々の磁場中で測定した結果を第１７図に示す。

第１７図から明らかなように、本発明の方法で製造され
た超電導線は従来方法で得られた超電導線に比較して臨
界電流密度の面で優れていることが判明した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、Ｎｂ粉末とＴｉ粉末の混
合粉末から形成した圧密体に点火することにより、Ｎｂ
とＴｉの合計エンタルピー特性とＮｂ−Ｔｉ合金のエン
タルピー特性の間のエンタルピー差を利用して生成熱に
よる燃焼合成を行い、Ｎｂ−Ｔｉ合金を生成させるので
、圧密体の内部で固相反応に近い反応が進行し、圧密体
の内部で偏析などを起こすことなくＮｂ−Ｔｉ合金化さ
せることができ、圧密体に混合させたＮｂとＴｉの割合
と同等の割合の均質なＮｂ−Ｔｉ合金を得、この合金を
基に超電導線を製造するので、所望の組成比の超電導体
を備えた超電導線を製造できる効果がある。

また、ＮｂとＴｉの合計エンタルピー特性とＮｂＴｉ合
金のエンタルピー特性の差異により生成熱が発生し、こ
の生成熱により燃焼合成が圧密体の全体に広がるので、
特別な熱源を用いることなく、最初の点火を行うのみの
操作で簡単にＮｂ−Ｔｉ合金を製造することができ、こ
の合金を基に超電導線を製造するので、特殊な熱源など
を用いることなく超電導線を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１５図は本発明方法の一例を説明するた
めのもので、第１図はＮｂ粉末を示す側面図、第２図は
Ｔｉ粉末を示す側面図、第３図はＮｂ粉末とＴｉ粉末の
混合状態を示す断面図、第４図は等方圧ブレス状態を示
す断面図、第５図は圧密体に点火した状態を支援ず断面
図、第６図は圧密体の燃焼合成途中の状態を示す断面図
、第７図は合成品の断面図、第８図はＮｂとＴ　ｉの合
計エンタルピー特性とＮｂ−Ｔｉ合金のエンタルピー特
性を示す図、第９図は２次合成品の断面図、第１Ｏ図は
押出加工状態を示す断面図、第１１図は線引加工状態を
示す断面図、第１２図は１次ロッドを被覆層で覆った状
態を示す断面図、第１３図は素線の断面図、第１４図は
素線の集合状態を示す断面図、第１５図は超電導線の断
面図、第１６図は実施例で製造された合成品のＮｂ含有
重と混合粉末中に含有させたＮｂｌを比較して示す図、
第１７図は本発明方法を実施して得られた超電導線の臨
界電流特性と、アーク溶解法による合金を用いて製造し
た超電導線の臨界電流特性を比較して示す図である。 弔ｌ 第３図 Ｎｂ粉末、 ・・・混合粉末、 ・・合成品、１ １・・・１次ロッ ８・・・素線、２ ２・・・Ｔ　ｉ粉末、３・・・混合容器、５・・・容器
、７・・・圧密体、 ０・・・２次合成品、 ド、１６・・・２次ロッド、 ３・・・超電導線。 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎｂ粉末とＴｉ粉末を混合して得た混合粉末を加圧して
   圧密体を形成し、次にこの圧密体の一部に点火して点火
   部分を化学反応により発熱させるとともに、この化学反
   応により生じる生成熱によって化学反応部分に隣接する
   部分を加熱し、順次化学反応部分を圧密体の他の部分に
   伝播させて圧密体の全体を化学反応させることにより圧
   密体の全体を合金化してＮｂ−Ｔｉ合金を得るとともに
   、このＮｂ−Ｔｉ合金を熱間で押出加工した後に、Ｃｕ
   などの良導電性金属材料からなる被覆材で覆い、次に伸
   線加工を行って素線を作成し、更にこの素線を複数本集
   合して縮径する処理を必要回数行うことを特徴とするＮ
   ｂ−Ｔｉ超電導線の製造方法。