JPH0251809A - 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】 「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ＮｂｊＡｌ系超電導系材電導線材法に関し、特に、超
電導発電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Ｎ　ｂｉ　Ａ　ｌ系の超電導
線材を製造する方法として、従来、第９図ないし第１６
図を基に以Ｆに説明する方法が知られている。

まず、第９図に示すようにＡｌからなる管体Ｉの内部に
Ｎｂからなる芯材２を挿入して複合材３を作成し、この
複合材３を押出加工と線引加工により縮径して第１０図
に示す複合線４を作成する。

次にこの複合線４を複数本集合して第１Ｉ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１２図
に示す２次設合線６を得る。

次いてこの２次・複合線６を第１３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
を施して第１４図に示す３次設合線８を得る。続いてこ
の３次設合線８を第１５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１０に挿入し、更に縮径加工を施し
て目的の直径の線材を得、この線材を７００〜１０００
℃に加熱する拡散熱処理を施すことにより第１６図に示
すＮｂｔＡｌ超電導線材１１を得ることができる。

この超電導線材１１は、Ｎ　ｔ）＋　Ａ　Ｉ超電導フィ
ラメントが分散された芯部】２をＴａあるいはＮｂから
なる拡散防止層１３と、Ｃｕからなる安定化け１４層１
４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」 ｍ述の製造方法で超電導線材１１を製造する場合、Ｎｂ
からなる芯参第２はＮｂより軟質のＡｌ基地に囲まれた
状態で加工され、ＡｌとＮｂの硬度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の芯材とうしがＡｌ基地の内部で接近し、
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ＮｂｌＡ
ｌフィラメントが生成される問題があった。なお、Ｎｂ
３Ａｌフィラメントが接近した状態で配置された場合、
交流通電時の結合損失が増加する問題がある。

また、Ｎｂ３Ａｌフィラメントを生成させるために行う
拡散熱処理は、Ａｌの融点（６６０℃）より高い温１χ
にｌＪｎ熱して行うので、拡散熱処理時に溶融状態のＡ
ｌ内でＮｂフィラメントどうしが接’、ｊｑ　４−る現
象が生してＮｂフィラメントの配置状態か不均一になり
、結果的にＮｂ３Ａｌフィラメントの配置状＠ら不均一
になるとと乙に、ＡｔＪＪ地が溶融するので、線材の内
部にボイドか生し易い問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたしので、
形状が整った超電導フィラメントを均一に分散配置さＵ
−ることかできろとと乙に、線材内のＮ　））とＡ）の
割合を自由に制御することかてき、加工ら容易にな１−
ことができるＮｂ、Ａｆ系超、Ｕ導線材の製造方法を提
供することを［１的と４−ろ。

「課題を解決ずろための手段− 本発明は市Ｉ記課題を解決ずろために、少なくとし外面
にＮｂ層を形成してなる金属の；（合体を彩成し、この
複合体の外方に、Ｈｈからなる芯）オとＡｌあるいけＡ
ｌ合金からなる括芯付をｈ々復敗配して複合材を形成し
、この複合材を安定化分生（からなる管体に挿入し、縮
径した後に拡散熱処理を施してＮｂ５Ａ＋超電導金属１
１０化合物を生成さ仕るしのである。

「作用　」 拡散熱処理温度では溶融しないＮｂ層と管体に囲まれ・
た状Ｕで縮径されたＮｂ芯材は、相互の間隔が維持され
た状態で拡散熱処理されるので、均一に揃った状態のＮ
ｂｔＡｌ超電導フィラメントが生成する。安定化母ヰオ
の周囲に配するＮｂの芯イオとＡｌあるいはＡｌ合金の
盾芯Ｉオの本数と大きさと組み合わせを調節することで
Ｎｂ、Ａｌ超電導フィラメントの生成量が制御されろ。

「実施例」 第１図ないし第８図は、本発明の一実、泡例を説明する
ためのらので、Ｎｂ３Ａｌ超電導線材を製造するには、
Ｃｕなどの高導電性金回材料からなるロッド状の第１図
に示す安定化母材２０を用きし、この安定化母材２０の
外周面にＮｂ層２１を形成して複合体１９を作成する。

前記Ｎｂ層２１を形成する場合、安定化母材２０にＮｂ
からなる管体を被せて縮径加工するか、Ｎｂメッギを行
うか、Ｎｂテープをひき付けるなとといっｆこ手段によ
り形成しても差し支えない。

次に複合体１９の外周に、Ｎｂからなる。を薯す２２と
、Ａ　ｌあるいはＡｌ合金からなる基芯材２：３を交互
に添わり゛て第２図に示すような複合材２１を作成計る
。ここで＋’＋７ｊ記Ｊ人芯）第２３をＡｌ合金て構成
する場合、用いるＡｌ合金は、Ｓ　Ｉ、　Ｇ　ａ　、　
Ｇ　ｅの中から選択されるｌ　ｌ＝Ｍ以上の元素をＡ　
Ｉに添ｉｘｊ＋−てなるしのを用いろ。これらの元素を
Ａｌにｔｈ　１ｌｌｌすると、後述する拡散熱処理によ
って生じろＮｂ：ａＡｌ超電導フィラメントの高磁界域
での臨界電流特性を向」二さＵ・るこ・とができる。ま
た、複合体１９の外周に芯材２２と基芯（第２３を添設
する場合、芯材２２と括芯材２３を設ける順序と本数は
適宜変更して差し支えない。

次に前記複合＋４２４にＮｂあるいはＴａからなる拡散
防を管２５を第３図に示すように被り・、その外側に、
Ｃｕ−Ｎ　ｉ合金、Ｃｕ−Ｂ　ｅ合金などの高抵抗金属
１才科あるいはｉｔｉ　Ｃｕからなる管体２６を彼せ、
更に縮径加工を施して第４図に示すＩ次反合線２７を作
成する。

次にこの１次慢合線２７を第５図に示すように度数本集
合した後に、その外側に前記管体２６の構成材料と同等
の構成（オ料からなる管体２８を披せで２次慢合材３０
を得、この２火災合材３０を縮径して第６図に示ず２次
；夏合線３１を得る。

続いてこの２次慢合線３１を第７図に示すように度数本
集合し、ＴａあるいはＮｈ！！７の拡散防止管３３に挿
入し、その外側に純Ｃｕからなるバイブ３・１を被せ、
全体を目的の超電導線と同等のｉ五になるまで縮ｉそす
る。この縮洋後に得られた線材の内部にあっては、Ｎｂ
製の芯材２２と、Ａ　ｌあるいよＡｌ合金製の基芯材２
３とが縮径加工されて極４１１のフィラメントとなって
いるとともに、フィラメントの集合体は管体２６あるい
は管体２８を構成する金属（（料により囲まれ・て区画
され、線材の最外周部分には１１１ＩＣｕ製の安定化け
Ｉ４層が設けらｉｔた構造になっている。

次にこの線（オを７００〜１０００°Ｃに加熱する拡散
熱処理を施してＡｌフィラメントのＡｌを拡散させて周
囲のＮｂフィラメントと反応さ仕、ＮｂｚＡｌ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８図
に示を超電導線材Ｂをｉすろことができる。この超電導
線材已にあっては、最外周部に純Ｃｕ製の安定化母材層
が存在し、その内方側に多数のＮｂｊＡ＋超電導フィラ
メントが存在するとと乙に、Ｎ　ｂ　３　Ａ　ｌ超電導
フィラメントは管体２Ｇ、２８を構成する金＠材料と、
拡散防止管２５．３３を構成する金属材料で囲まれた構
造となっている。

前記拡散熱処理時においてＡｌの拡散がなされるが、安
定化け（４２０はＮ　ｂ層２１により覆イつれ、２次慢
合線３１は拡散防止管３３により覆われていて、純Ｃｕ
製の安定化け（第２０とペイプ３４へのＡｌの拡散か阻
＋Ｉｘされるので、安定化ＩＴｌ　ｔｔ　２０とバイブ
３４の極低温における電気抵抗増１＋ｏが阻１ヒされる
。従って安定化Ｌ１材２０とバイブ３４は、超電導線材
Ｂを極低温に冷却して通電した場合に、Ｎ　ｂ　３　Ａ
　ｌ超電導フィラメントの超電導状態を安定化４−る。

また、前記拡散熱処理によってＡ　Ｉ製の基芯材２３は
溶融するが、芯材２２は拡散熱処理温度で；ヱ溶融しな
い安定化母材２０およびＮｂ層２１と、７１体２６およ
び拡散防ＩＬ管２５とに囲まれた状態どなっているため
に、拡散熱処理時に芯材２２ど一′）シが接近すること
がなく、芯材２２どうしの間隔は一定に保持される。こ
のため生成されたＮｂ１Ａｌ超・１豆フイラメントら均
一に配置され、特性ノ）浸れた超電導線材Ｂうく得られ
ろ。

更に猜芯（第２３を構成する（４料にＡｇ、Ｓｉ、Ｇａ
Ｇ　ｃの中の１ＦＩｊ以上の元素を添加したＡｌ合金を
用いた場合は、Ｎ　ｂ　ＪＡ　Ｉ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。また、前
述の方法で超電導線材Ｂを製造する場合、Ｎｂ層２１の
外周に配置する芯材２２と塙芯材２３の大きさと数を適
宜調節するならば、超電導線材Ｂに含まれるＡｌとＮｂ
の比率を変更できるので、所９１咀のＮ１３３Ａｌを生
成さけることができ、所望の特性の超電導線材Ｂを製造
することかできる。

以−Ｌ説明したように製造された超電導線（オＢは、高
磁界域での臨界、Ｕ丸打性に浚れ、Ｎｂ３Ａｌ超電導フ
ィラメンｉ−が均一に分散した構造となっている。しか
し、７７体２６．２８の参Δ成材料にｇＪ電気抵抗の金
属（（科を用いた場合は、Ｎ１）３Ａｌ超電導フイラメ
ントを高抵抗金属材料層で遮蔽した構造となるので、交
流通電時にＮ　ｌ）ｚ　Ａ　Ｉ　Ｍｉ電導フィラメンＩ
・間に生じようとする結合電流を抑制することができる
。従ってこの超電導線ｉｔ　ＩＩは、超１１１導発電機
などの交流用としてら十分使用に耐えるしのである。

なおまた、前記実施例においては、線（オを集合する工
程を２回行“う例について説明したが、線材を集合して
縮径する工程を１回あるいは３回置に行ってし差し支え
ない。

「製造例」 外径１６ｍｍ、内１１１２ｍｍのＮｂ１ｊＵの管体に、
無酸素銅製の直径１１．５ｍｍのロゾドを挿入し、溝ロ
ール加工により直径９．５．ｍｍまで縮径して基線を得
た。次に、直径２．３ｍｍのＮｂ！ｌ；ＩとＡｌ線をそ
れぞれ８本ずつ用αし、Ｎｂ線とＡｌ線を交互に前記基
線の周囲に添わせるととらに全体を外径２０■、内径１
５ｎ＋ｍ０′）Ｎｂ管に挿入し、Ｎｂ管の外方に、Ｃｕ
−１０％Ｎｉ合金からなる外径２５ａ＋ｍ、内径２１ｍ
ｍの管体を被せ、全体を縮径して直径１．０ｍｍの１火
源合線を得た。

次にこの１火源合線を１２７本集合口、外径Ｉ５　ｍｍ
、内径１３ｏ＋ｍのＣｕ−１０％Ｎｉ合金からなる管体
に挿入して縮径加工を施し、直径１０ｍｍの２次）（合
線を得た。

続いて面記２次設合線を１２７本集合口、外径１５ｍｍ
、内径１３ｍｍのＣｕ−１０％Ｎｉ合金製の管体に挿入
し、更に、その外方に外径１７ｍｍ、内径１６ｍｍのＮ
ｂ管と外径２０ｍｍ、内径１８＋ｎｍの無酸累銅管を彼
せ、縮匡加工を施して直径１．０ｍｍの線材を得た。

そしてこの線材を２　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔｏｒｒの真空中
において８００℃で２０時間加熱する拡散熱処理を行っ
てＮｂｆｆＡｌ超電導線材を得た。

得られた超電導線材の臨界電流密度は、４．２に１外部
磁場１０Ｔにおいて、約１，７ＸＩＯ５Ａ／ｃｍ’の優
秀な値を示した。更に臨界温度を測定した結果、ｌ　７
．４　Ｋ（Ｔｃ　ｍｉｄ　ｐｏｉｎｔ）の優秀な値が得
られた。

得られた超電導線材をＸ線回折法で分析したところ、Ａ
ｌ１型のＮｂ、、Ａｌ超電導金属間化合物が生成しでい
ることを確認できた。そ（２て、この時同時に、未反応
Ｎｂと未反応Ａｌの回折ピークら得ることができた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、安定化１′！３：材の外
周にＮ　ｂ層とＮｂ芯材とＡｌ括芯（オを配し、その周
囲を安定化母材で・覆って縮径するために、熱処理時に
溶融しない安定化ｆ’ｉＮ才の構成材料でＮｂ芯材か固
定されているために、ＮｂｔΔ１超電導フィラメントど
うしの間隔は所定の間隔にｊ４（持されろ。

従って均一に分散されたＮｂｓハ１超電導フィラメント
をＳｉする長尺かつ均一な極細多心超電導線材を製造で
きる効果がある。また、安定化母材の周囲に配置するＮ
ｂ芯材とＡｌ基芯材の本数と組み合わせと大きさを所望
の（−１にすることによってＮｂとＡｌの比率を自由な
値に調節することができるので、Ｎｂ、Ａｌの生成量を
制御できる効果がある。

従−てこの発明を実施することにより、超電導発電機用
などとして好適な均一で超電導特性の優れた長尺の超７
１Ｘ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８図は、本発明の一実施例を説明ｔろた
めのらので、第１図は安定化母材に拡散防止層を被覆し
た状態を示す断面図、第２図は複合材の断面図、第３図
は複合（オの集合状態を示す断面図、第４図は複合材を
縮径した１火源合線を示す断面図、第５図は！次複合線
を集合した状態を示す断面図、第６図は２次複合線の断
面図、第７図は２次複合線の集合状態を示す断面図、第
８図は超電導線材の断面図、第９図ないし第１６図は従
来例を説明するためのもので、第９図は複合線の断面図
、第１０図は縮径後の複合線を示す断面図、第１１図は
複合線の集合状態を示す断面図、第１２図は２次複合線
の断面図、第１３図は２次複合線の集合状態を示す断面
図、第１・１図は３次複合線の断面図、第１５図は３次
複合線の集合状態を示す断面図、第１６図は超電導線材
の断面図である。 ２０・安定化母材、２１・・Ｎ　ｂ層、２２・芯材、２
３・居芯材、２・１ ２５・拡散防ＩＬ管、２６・管体、 ２７・・１火源合線、２８・・・管体、３１・・・２次
段合線、３３・・拡散防１１″、Ｔ′？、３４・・管体
、Ｂ　・超電導線材。 複合材、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも外面にＮｂ層を形成してなる金属の複合体を
   形成し、この複合体の外方に、Ｎｂからなる芯材とＡｌ
   あるいはＡｌ合金からなる基芯材を各々複数本添設して
   複合材を形成し、この複合材を安定化母材からなる管体
   に挿入して縮径した後に、拡散熱処理を施してＮｂ＿３
   Ａｌ超電導金属間化合物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。