JPH0251808A - Ｎｂ↓３Ａ１系超電導線材の製造方法 - 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】 １−産業上の利用分野　、 本発明は、臨界温度と臨界磁界が高いことで知られてい
るＮｂｚＡｌ系超電導系材電導線材法に関し、特に、超
電専売７１Ｘ機用などとして好適な超電導線材が得られ
る方法にする。

「従来の技術」 臨界温度と臨界磁界が高いＮｂｉΔ１系の超電導線材を
製造する方法として、従来、第１１図ないし第１８図を
４号に以下に説明する方法が知られている。

まず、第１１図に示すようにＡｌからなる管体ｌの内部
にＮｌ）からなる芯）第２を挿入して複合体３を作成し
、この複合体３を押出加工と線引加］−により縮径して
第１２図に示す曳ｉ１線・１を作成干る。次にこの複合
線４を複数本集合して第１３図に示すようにＡｌからな
る管体５に挿入し、更に縮径して第１４図ζこ示す２次
複合線６を得る。

次いでこの２次複合線６を第１５図に示すように複数本
集合してＡｌからなる管体７に挿入し、更に縮径加工を
惟して第１６図に示′處−３次度合線８を得る。続いて
この３次複合ｖＡ８を第１７図に示すように複数本集合
してＮｂあるいはＴ　ａからなる拡散防止管９に挿入し
、更にＣｕからなる管体ＩＯに挿入し、更に縮径加工を
施して目的の直径の線す才を１辱、この線材を７００〜
１０００℃（こ加熱する拡散熱処理を施すことにより第
１８図に示すＮｂ、Ａｌ超電導線材！ｌを得ろことがで
きる。

この超電導線材１１は、Ｎ１）、Δｌ超電導フィラメン
トが分散された芯部１２をＴａあるいはＮｂからなる拡
散防止層１３と、Ｃｕからなる安定化分Ｈ層１４で覆っ
た構造のらのである。

「発明が解決しようとする課題」 前述の製造方法で超電導線材１１を製造する場ト）、Ｎ
ｂからなる芯材２はＮｂより軟質のＡＩ基地に囲まれた
状態で加工され、ＡＩとＮｂの硬変差がかなり大きい関
係から、各複合線４．６．８の集合と縮径を行う複合加
工を繰り返し行うにつれて、縮径されてフィラメント状
となったＮｂの芯材ど’ｌ　ＬがＡＩ）ｉ！ｉ地の内部
で接近し、接近した状態で更に縮径加工がなされること
によりＮｂフィラメントの変形が不均一になり、不均一
なＮｂ、ＡＩフィラメントが生成される問題があった。

また、Ｎｔ）＋Δｌフィラメントを生成させるために行
う拡散熱処理は、ＡＩの融点（６６０℃）より高い温度
に加熱して行うので、拡散熱処理時に溶融状態のＡｌ内
でＮｂフィラメントどうしが接近する現象が生じてＮｂ
フィラメントの配置状態が不均一になり、結果的にＮｂ
ｚＡｌフィラメントの配置状態ら不均一になる問題があ
った。

本発明は、前記課題を解決するためになされたらので、
形状が整った超？Ｔ１４フィラメントを均一に分散配置
させることができるととらに、線材内のＮｂとＡｌの割
合を自由に制御することができ、加工も容易になすこと
ができろＮ　ｂ、Ａ　Ｉ系超電導線材の製造方法を提供
することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は前記課題を解決するために、複数のｌ１ｌを並
設したＮｂ板からなる基材を用合し、この基材の溝に純
ＡＩあるいはＡｌ合金からなる芯材を埋め込んで複合板
を形成し、次いて少なくと乙外面をＮｂで構成した金属
ロッドに前記複合板を巻き付けて複合体を形成し、この
複合体を複数本集合した後に縮径加工を施して素線を形
成し、この素線に拡散熱処理を施してＮｂ５Ａｌ超電導
フイラメントを生成させるしのである。

「作用　ｊ ＡＩより硬度の高いＮｂに囲まれたＡｌの芯材は相互の
間隔が推持された状態で縮径されるので、拡散熱処理に
より間隔の整った均一なＮｂ３Ａｌ超電導フィラメント
が生成する。ま１こ、拡散熱処理温度ではＮｂが溶融し
ないために、Ｎｂに囲まれたＡｌが溶融状態になってら
Ｎｂ５Ａｌ超電導フイラメントは均一に生成する。Ｎ　
ｂ板に形成する溝の数と大きさあるいは、１ｌＩｔに挿
入する芯材の敢と大きさを通１丁調節することにより生
成されるＮｂ５ＡＩの組成比と生成量が調節される。

「実施例」 第１図ないし第１０図は、本発明の一実施例を説明する
ためのもので、超電導線材を製造するには、第１図に示
すＮｂ仮２０を用意し、このＮｂ板２０に溝ロール加工
などを胞して第２図に示すように複数の溝２１を同一間
隔で形成する。この溝の形状は凹型あろい半円型など任
怠の断面形状（こ形成して良い。

次に純Ａｌ、あるいは、ＡＩにＧ　ｅ、Ｓ　ｉ、Ｇ　ａ
、　ｒ　ｎなどの元素を添加したＡｌ合金からなる芯材
２２をｍ０してこれらの芯材２２をｌ！ｏｒ記ｉＭ　２
１・に埋め込み、第３図に示す複合板２３を形成する。

なお、ｎＱ記Ａｌに／６　ｌ１ｌ−４−る元素は、Ｎ　
ｂ　、Ａ　Ｉの高磁界域での臨界７１１流特性を改善す
る元素として知られているもので、これらの元素を添１
ｆｆｌオろと、後述する拡散熱処理によって生じろＮ　
ｂ　：ｌ　Ａ　ｌ超電導フィラメントの高磁界域での臨
界電流特性を向上さ仕ることができる。

続いてｌｉＮ記曳合板２３をＮｂからなる断面円形状の
金属ロッド２５に第４図に示すように巻き付けて複合体
２６を作成ずろ。この巻き付けにあたり、芯材２２が金
属ロッド２５の外周面側に接触ずろように複合板２３を
巻き付ける。なお、この例では、金属ロット２５として
全体がＮｂからなるしのを用いたが、Ｃｕロッドの外周
にＮｂ７Ｆを）皮せた構造の金属ロット、あるいは、Ｃ
ｕロッドの外周にＮｂ層を形成した金属ロッドを用いて
も差し支えない。これらの構造の金属ウッドを用いた場
合は、中心部のＣｕロットを安定化母材にすることがで
きる。

次に前記複合体２６を第５図に示すように縮径して１次
素線２７を作成し、続いてこの１次素線２７を第６図に
示すように複数本集合して純ＣｕあるいはＣｕ合金から
なる管体２８の内部に挿入し、更に縮径加工を施して第
７図に示す２次素線２９を得る。この２次素線２９を作
成する際に用いるＣｕ合金は、Ｃｕ−Ｎ　ｉ合金あるい
はＣｕ−Ｂ　ｅ合金などの高抵抗金属材料が用いられる
。

次にこの２次素線２９を第８図に示すように複数本集合
した後にＴａあるいはＮｂからなる拡散防＋）二管３０
に挿入し、史にその外側に純Ｃｕからなる管体３１を被
せ、次いでこれを目的の超電導線と同等の直径になるま
で縮ｉそ加工を職して第９図に示す３次素線３２を得る
。この３次素線３２は、ＡｌあるいはＡｌ合金フィラメ
ントをＮｂからなる縫地の内部に配置し、Ｎｂ基地を管
体２８の構成材料層が囲んだ構造の芯部３３と、この芯
部３３を覆う拡散防止層３４と安定化層３５とから構成
されている。この３次素線３２にあっては、ＡｌよりＶ
！度の高いＮｂの内部側にＡＩあるいはＡｌ合金の芯材
２２を複合した後に縮径加工を繰り返１−行って作成さ
れているために、縮径加工後らＡＩあるいはＡｌ合金フ
ィラメントの相互の間隔は均一に保たれている。

次にこの３次索線３２を７００〜１０００℃に加熱する
拡散熱処理を施してＡＩフィラメン１〜のＡｌを拡散さ
せて周囲のＮｂと反応させ、Ｎｂ、ＡＩ超電導金属間化
合物フィラメントを生成させることにより第１０図に示
す超電導線材ｒ）を得ることができる。この拡散熱処理
によってＡｌが拡散されるが、芯部３３と安定化層３５
との間に拡散防止層３４が配されているので、安定化層
３５へのＡＩの拡散は阻止される。従って極低温時にお
１する安定化層３５の電気抵抗増加はｌｌｌ’ｌ　＋Ｉ
−されるために、安定化層３５はＮｂｔＡｌ超電導フィ
ラメノトの超電導状態を安定化ずろ。

以−トのように製造された超電導線（４ＢはＡｌ．ｊう
ろいはＡｌ合金フィラメントが均一に配置された３次素
線３２に拡散熱処理を施して製造されているために、Ｎ
ｂｙＡＩ超電導フィラメントら均一に配置される。従っ
て特性の優れた均一の超電導線ｔオＹ３が得られる。

また、生成されたＮｂｚＡｌ超電導フィラメントよＮ　
ｂからなる基地の内部に分散されているが、このＮｂ晧
地は管体２８を構成する材料を加工して形成された層に
より囲まれている。従って管掌２８を構成する）オ科に
Ｃｕ　Ｎ　ｉ合金あるいはＣｕ−［，１ｅ合金なとの高
抵抗金属材料を用いた場合は、これらの合金からなる層
がＮｂｉΔ１超電導フイラメン（・間に生しようとする
結合電流を抑制するので交流損失の少ない超電導線材Ｉ
３を得ろことができる。更にまた、芯材２２を構成する
材料にＳｉ。

Ｇａ、Ｇｃ、Ｉｎ等の元素の１種以上を添加したＡｌ合
金を用いた場合は、Ｎｂ３Ａｌフィラメントの高磁界域
の臨界電流特性を向上させろことができる。

なお、前述の方法で超電導線ＩＢを製造する場を等、Ｎ
ｂ仮２０に形成する溝２Ｉの大きさと数を適宜調節する
ととらに、そこに挿入する芯材２２の大きさと本数を調
節するならば、３次素線３２に含まれるＡＩとＮｂの比
率を調節できるので、所望１ｔのＮｂ、ｌＡＩを生成さ
せることがてき、所望の特性の超電導線材［３を製造す
ることができる。

以上説明したように製造された超７ｕ導線材［３は、高
磁界域での臨界電流特性に優れ、しかし、硬１“χの高
いＮｂ基地の内部に均一に加工されたＮｂｔＡＩ超電導
フィラメントが均一に分散した構造とな−・ているので
、機械強度ら高い。従ってこの超電導線材Ｂは、超電導
発電機などの交流用としてム十分使用に耐えるものであ
る。

更に、前記実施例においては、素線の集合工程を２回行
う例について説明したか、各素線２７２９．３２を集合
する工程を合計３回以上行っても差し支えない。

「製造例」 厚さ５　ｍｍ、幅３２＋ｎ＋ｎのＮｂテープの表面にカ
セットロール圧延により深さ２　＋ｎｍ、幅２ｍｍの凹
型の溝を１６本平行に形成し、これらの溝に縦１．８ｍ
ｍ、横１　、＋　８　ｍｍの平角形状の純Ａｌ芯材を埋
め込んで複合体を得る。また、直径５．８ｍｇ１の丸線
状の純Ｃｕ製の芯Ｈに外径１０ｍｍ、内径６＋＋ｕｎの
Ｎｂ管を挿入した金属ロッドを用意シ２、この金属ロッ
ドの外周に１１「１記複合体を巻き付けるとともに、そ
の外方に、’ｌ−ｉ！２２ｍｍ、内径１５ｍｍのＣｕ−
１０％Ｎｉ合金製の背体を被せ、全体を縮径加−［して
直径１ｍｍの１次素線を得た。

次にこの１次素線を１２７本集合口て外径１５ａｍ、内
径１３ｍｍのＣｕ−１０％Ｎ１合金管に挿入し、縮径し
て直径１．０ｍｍの２次索線を得た。

次にこの２次素線を１２７本集合口て外ｉＭ　１５ｍｍ
、内ｉ１１３　ｎ＋ｍのＣｕ−１０％Ｎｉ合金管に挿入
した後に、その外方に外径１６ｍｍ、内径１５．４ｍｍ
のＴ　ａ７を被せ、更にその外方に外径２０ｍｍ、内径
１８ｍｍの純Ｃｕ製の背体を披仕、縮径加工を施して直
径１．０ｍｍの３次素線を得た。この３次素線には、純
ＡＩ部材を１６本人れた１次素線を１２７本集合口、こ
の１次素線を更に１２７本集合口ているので、合計２５
８０６４本のＡＩフィラメントう（含まれている。

得られた３次素線をＡｒガス気流雰囲気中において８０
０°Ｃで１２時間加熱する拡散熱処理を施してＮｌ）＋
ＡＩ超電導金属間化合物フィラメントを生成させて超電
導線材を得た。

この超電導線材の超電導特性を測定したところ、１０Ｔ
の磁界中、４．２Ｋにおいて、臨界電流密度はＪｃ＝　
Ｉ　、８　Ｘ　Ｉ　Ｏ５Ａ／ａｍ’の優秀な値を発揮し
た。ま１こ、この超′−π導線材の臨界温度はＴｃ＝１
７．５にの優秀な値を発揮した。

更にこの超電導線（オの内部をＸ線回折法で観察したと
ころ、Ａｌ５型Ｎ＋）、ＡＩ超電導化合物フィラメント
が生成されていることを確認できた。

［発明の効果！ 以上説明したように本発明は、Ａｌより硬度の高いＮ　
ｂ板の溝にＡ　ＩあるいはＡｌ合金の芯材を複合して縮
径するため？こ、芯材どうしが複合加工中に接近するこ
とがなくなり、複合加工時に芯（オを均一に縮径するこ
とができる。従って拡散熱処理を施すことによって均一
に変形された長尺のＮｂ。

ＡＩ超電導フィラメントを生成できろ効果がある。

また拡散熱処理時において溶融状態となるＡｌまたはＡ
ｌ合金フィラメントは拡散熱処理時に溶融しないＮｂに
囲まれているために、Ｎｂ、ＡＩフィラメントどうしの
間隔は所定の間隔に維持される。

二のため均一に分散されたＮ　ｂｓ　Ａ　ｌ　ｆｊ３７
ｒｉ導フイラメントをａする長尺の超電導線材を製造で
きる効果か。１５る。

史に、Ｎｂ仮に形成する溝の大きさを調節するとＩＥ　
ｌｉｔされるＮｂ、Ａｌ中のＮｂとＡｌの比率を調節４
゛ることかできろととらに、溝の数と溝に挿入する芯（
すの敗を所望の値にすることによりＮｂ：＋Ａｌの生成
量を調節することができる効果がある。

更にまた、ＡＪより硬度の高いＮｂ基地の内部にＮｂ、
Δｌ超電導フィラメントを分散させた構造となるので機
械的強度の高い超電導線材を製造することができる。

従ってこの発明を実施することにより、超電導発電機用
などとして好適な機械強度の高い超電導特性の優れた超
電導線材を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は、本発明の一実施例を説明するた
めのらので、第１図はＮｂ板の斜視図、第２図は溝を形
成したＮｂ板の斜視図、第３図は複合体を示す断面図、
第４図は金属【Ｊラドにｉ（合体を巻き付けた状態を示
す断面図、第５図は１次素線の断面図、第６図は１次素
線の集合状態を示す断面図、第７図は２次素線の断面図
、第８図は２次素線の複合状態を示す断面図、第９図は
３次素線の断面図、第１Ｏ図は超電導線ヰ４の断面図、
第１１図ないし第１７図は従来例を説明するためのもの
で、第１１図は複合線の断面図、第１２図は縮径後の複
合線を示す断面図、第１３図は１９合線の集合状態を示
オ断面図、第１・１図は２次複合線の断面図、第１５図
は２次複合線の集合状態を示す断面図、第１６図は３次
複合線の断面図、第１７図は３次複合線の集合状態を示
す断面図、第１８図は超電導線材の断面図である。 ２０・・・Ｎｂ板、２１−溝、２２・・芯材、２３・・
複合体、２５・・金属ロッド、火災合線、 管体、 ・２次素線、 ・２次設合線、 ・超電導線材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の溝を並設したＮｂ板からなる基材を用意し、この
   基材の溝に純ＡｌあるいはＡｌ合金からなる芯材を埋め
   込んで複合板を形成し、次いで少なくとも外面をＮｂか
   ら構成した金属ロッドに前記複合板を巻き付けて複合体
   を形成し、この複合体を複数本集合した後に縮径加工を
   施して素線を形成し、この素線に拡散熱処理を施してＮ
   ｂ＿３Ａｌ超電導フィラメントを生成させることを特徴
   とするＮｂ＿３Ａｌ系超電導線材の製造方法。