JPH0290415A - 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」 この発明は超電導発電機の界磁巻線用などの交流機器用
として好適な化合物系超電導線の製造、方法に関する。

「従来の技術」 超電導線においては、磁気的不安定性と常電導転位現象
などを防止して超電導特性を安定化するために、超電導
体を安定化母材の内部に埋設したり、超電導体を数μｍ
〜数ＩＯμｍの径のフィラメント状に極細化する技術が
採用されている。

そして従来から、Ｎｂ３Ｓｎなどの化合物極細超電導フ
ィラメントを有する超電導線を製造する方法の一例とし
て、ブロンズ法が知られている。

このブロンズ法を実施してＮｂ５Ｓｎ超電導線を製造す
るには、第２図（Ａ）に乍ずようにロッド状のＮｂ芯材
ｌに、Ｃｕ−９ｎ合金（ブロンズ）からなる管体２を被
せ、全体を縮径して第２図（Ｂ）に示す複合線３を作成
する。

次にこの複合線３を第２図（Ｃ）に示すように複数本集
合してＣｕ−８ｎ合金からなる管体４の内部に挿入し、
次いで焼鈍処理などの中間熱処理を繰り返し施しながら
縮径加工を施し、第２図（Ｄ）に示すように、Ｃｕ層−
Ｓｎ合金からなる基地の内部にＮｂの極細フィラメント
が分散された素線５を作成する。続いて必要に応じて素
線５の周囲にＳｎメッキ層６を形成し、その後に素線５
を５００〜６５０℃に数ｌＯ時時間数百時間加熱する拡
散熱処理を施し、Ｎｂフィラメントの周囲にＳｎを拡散
させてＮｂ３Ｓｎ超電導フィラメントを生成させること
により超電導線を製造していた。

「発明が解決しようとする課題」 前述の製造方法においては、複合線３を管体４内に集合
して縮径する工程において加工中に断線が生じないよう
に焼鈍処理などの中間熱処理を行うが、この中間熱処理
においては、断面減少率４０〜７５％程度において４０
０〜５００℃程度に数時間加熱して処理する必要がある
。ところが、この上うな縮径加工段階におけるＮｂフィ
ラメントの直径は１０μｍ以下になっており、このよう
な細径のＮｂフィラメントでは、４００〜５０００Ｃの
温度に加熱することより、ＮｂとＳｎの界面での反応が
進行し、界面に脆い金属間化合物層が生成して加工性が
低下する問題があった。このような加工性の低下が生じ
ると、Ｎｂフィラメントが不規則に変形することになり
、結果的に得られる超電導フィラメントが不規則な形状
になる問題があった。

また、最近になって開発が進められている交流用超電導
機器に用いる超電導線は交流特性に優れていることが必
要であるので、更に極細化した超電導フィラメントを形
成する必要が高まっているが、直径Ｉμｍ以下程度の超
極細の超電導フィラメントを製造しようとする場合に、
前述の製造方法では中間熱処理により生成された金属間
化合物が加工性を阻害するので、縮径加工が困難になる
問題がある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
１μｍ以下の超極細の超電導フィラメントを有し、交流
損失の少ない化合物系超電導線を製造することができる
方法の提供を目的とする。

「課属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、超電導金属間化
合物を構成する２つ以上の元素のうち、少なくとも１つ
を含有する芯材をＣｕ層で覆い、その外側を超電導金属
間化合物を構成する２つ以上の元素のうち、残りの元素
を含有するＣｕ合金層で覆って１次素線を作成し、この
１次素線を複数本集合して縮径加工を施す工程を必要回
数行って前記芯材を直径１μｍ以下のフィラメントにな
るまで縮径して超電導素線を形成するとともに、この後
に超電導素線の外周に前記Ｃｕ合金層に含有させた元素
からなるメッキ層を形成してメッキ超電導素線を形成し
、このメッキ超電導素線に拡散熱処理を施してメッキ層
の元素拡散を行い超電導金属間化合物フィラメントを生
成させるものである。

「作用　」 縮径加工に伴ってなされる中間熱処理時において、加熱
による元素の拡散がなされるが、この場合に、フィラメ
ントを覆っているＣｕ層に元素が拡散するのでＮｂフィ
ラメント界面での金属間化合物の生成が抑制される。従
って加工性が向上し、１μｍ以下の超極細径までフィラ
メントの加工が可能になり、生成される超電導フィラメ
ントの径も超極細化される。また、加工性が向上するの
で、断線を引き起こすことなく超極細径の超電導フィラ
メントが得られ、その形状も規則的なものとなる。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｊ）は、本発明の方法をＮｂ５Ｓｎ系
の超電導線の製造方法に適用した一例を説明するための
もので、本発明を実施して超電導線を製造するには、ま
ず、Ｎｂからなるロッド状の芯材１０の外側に無酸素銅
などの純Ｃｕからなる管体ＩＩを被せ、更にその外側に
Ｃｕ−９ｎ合金からなる合金管１２を被せるとともに縮
径加工を施して第１図（Ｂ）に示す１次素線１３を作成
する。この１次索線１３は、Ｎｂからなる芯材をＣｕ層
とＣｕ５ｎ合金層で覆った構造になっている。なお、こ
こで行う縮径加工は、溝ロール加工、スウエージング加
工、線引加工などのいずれの手段を用いても良い。また
、管体１１と合金管１２の間にＳｎメッキ器を形成して
１次素線１３を作成しても差し支えないし、１次素線１
３の外周にＳｎメッキ層を形成しても差し支えない。

次にこの１次素線１３を複数本（図面では７本）集合し
、Ｃｕ−Ｓｎ合金からなる管体１５の内部に第１図（Ｃ
）に示ずように挿入し、縮径加工を施して第１図（Ｄ）
に示す２次索線１６を得る。

一方、第１図（Ｅ）に示す芯部材１７をＴａあるいはＮ
ｂからなる拡散防止層１８で覆い、更にＣｕ５ｎ合金か
らなる被覆層１９で覆って安定化銅部材２０を形成し、
この安定化銅部材２０を縮径して第１図（Ｆ）に示ず安
定化銅素線２１を作成する。

そして前記安定化銅素線２１を複数本集合し、その外方
に前記２次素線１６を複数本第１図（Ｇ）に示すように
配置して全体をＣｕ−Ｓｎ合金からなる管体２２に挿入
し、その後に中間熱処理を必要回数行いながら段階的に
縮径加工を施して第１図（Ｈ）に示す超電導素線２３を
得る。なお、ここで行う縮径加工はＮｂの芯材１０が直
径１μｍ以下のフィラメントになるまで行う。また、２
次素線１６を集合する前に２次索線１６の外周にＳｎメ
ッキ層を形成しても差し支えない。

このように製造された超電導素線２３にあっては、中心
部側が安定化銅素線２１の集合体からなり、その外方側
にはＮｂの芯材１０を縮径して形成されたＮｂフィラメ
ントが分散された構造になっている。なお、このＮｂフ
ィラメントは、管体１１が縮径されてなるＣｕ層と合金
管１２が縮径されてなるＣ　ｕ−８ｎ合金層により覆わ
れている。従ってＮｂフィラメントはＣｕ層に覆われた
状態で縮径加工と中間熱処理を受けるので、中間熱処理
時に４００〜５００℃に加熱されてもＳｎはＣｕ層に対
して拡散され、Ｎｂフィラメント側へのＳｎの拡散は抑
制される。従ってＮｂフィラメント界面での金属間化合
物の生成は抑制される。このため形状の整った規則的な
超極細のＮｂフィラメントが形成される。

次に前記超電導素線２３の外周に電気メッキあるいは溶
融浸漬メッキなどによりＳｎメッキ層２４を形成して第
１図（ｒ）に示すメッキ超電導素線２５を作成する。

そして前記メッキ超電導素線２５を１５０〜２２０℃で
数ｌＯ〜数百時間加熱する第１熱処理を行い、次いで３
５０〜４５０°Ｃで数１０時間加熱する第２熱処理を行
い、最後に５００〜６５０℃で数ｌＯ〜数百時間加熱す
る拡散熱処理を行う。

前記第１熱処理においては、Ｓｎの融点２３１９℃より
低い温度であって、しかもＳｎが比較的容易に拡散でき
る温度に加熱することにより、超電導素線２３の外周に
形成されているメッキ層２４のＳｎの溶は落ちを防止し
つつ超電導素線２３の内部へのＳｎの拡散を行ってメッ
キ層２４を消失させる。

次いで第２熱処理では、ＳｎがＣｕ中に固溶しやすい温
度範囲（Ｃｕ−Ｓｎ合金系の状態図から明らかなように
α相の固溶範囲が広い領域の温度）である３５０〜４５
０℃に加熱することで、不要な化合物を生成させること
なくＮｂフィラメントの外方に存在するＣｕ層にＳｎを
十分に拡散させて純銅層をＣｕ−Ｓｎ合金層に変化させ
る。

この状態で拡散熱処理を施すとＳｎがＮｂフィラメント
側に拡散してＮｂと反応し、Ｎ　ｂ３Ｓ　ｎ超電導フィ
ラメントが生成するので第１図（Ｊ）に示す超電導線３
０を得ることができる。なお、形状の整った超極細のＮ
ｂフィラメントからＮ　ｂｓ　Ｓ　ｎ超電導フィラメン
トが生成されているので、整った形状の規則的な超極細
のＮ　ｂ３Ｓ　ｎ超電導フィラメントが得られる。

このように製造された超電導線３０は、超電導フィラメ
ントが形成されている外周部３１と、その内側の芯部３
２とから構成されている。

前記芯部３２は、Ｃｕ−８ｎ合金層の内側にＴａあるい
はＮｂの拡散防止層が形成され、その内部に、各々拡散
防止層に囲まれた純Ｃｕ製の安定化母材層が配置された
構造となっている。なお、拡散防止層１８によって純Ｃ
ｕ製の芯部材１７が覆われて加工されているので、被覆
層１９と２次素線１６に含有されているＳｒｉが拡散熱
処理時に芯部材１７を汚染することがない。なおここで
、Ｓｎが純Ｃｕ製の芯部材１７を汚染すると極低温にお
υる電気抵抗が上昇するので好ましくない。

前記超電導線Ｂは液体ヘリウムなどの冷媒で極低温に冷
却された状態で使用される。そして、芯部３２の純Ｃｕ
部分が磁気的不安定性あるいは交流損失などの原因で常
電導状態に転位しようとした場合に電流パスとなってこ
れを防止するようになっている。また、生成されている
Ｎｂ３Ｓｎ超電導フィラメントは１μｍ以下の超極細の
ものであるために、交流損失が少なくなっている。この
ため前記超電導線３０は交流用として極めて優れた安定
性を発揮する。

ところで前記の例では本発明の方法をＮｂ３Ｓｎ系の超
電導線の構造に適用した例について説明したが、本発明
の方法をＶ３Ｇａ系、Ｎｂ３Ａｌ系などの化合物系超電
導線の製造方法として適用できることは勿論である。

なおまた前記の例では、管体ＩＩと合金管１２の内部に
１つの芯材ｌＯを挿入する方法について説明したが、管
体１１を練炭状に構成してその内部に複数の芯＋４’　
１０を挿入して１次素線を構成しても良いのは勿論であ
り、１次素線の集合も２回以上行っても良い。

「実施例」 外径１３ｍｍ、内径９ｍｍの純銅製の管体に直径８ｍｍ
のＮｂ棒を挿入し、全体を外径６．５ｍｍまで線引する
とともに、これを８％５ｎ−Ｃｕ合金からなり、外径１
０ｍｍ、内径７ｍｍの合金管に挿入し、線引加工により
全体を約１．０ｍｍまで縮径して１次素線を得る。次い
でこの素線を９１本束ね、８％５ｎＣｕ合金からなり、
外径１２．５ｍｍ、内径１１．５ｍｍの管体に挿入して
縮径加工を行い、直径１．０ｍｍの２次素線を得る。

一方、８％５ｎ−Ｃｕ合金からなる外径１３ｍｍ。

内径１２ｍｍの管体に、外径１１ｍｍ、内径１０ｍｍの
Ｔａ管を入れ、更に、外径９．．５ｍｍの無酸素銅棒を
挿入し、全体を線引して直径１．Ｏｍｍの安定化銅素線
を得た。

次に前記２次素線を６４本４前記安定化銅素線を３７本
集合し、第１図（Ｇ）に示す場合と同様に集合し、８％
５ｎ−Ｃｕ合金からなり、外径１２．５ｍｍ、内径１１
．５ｍｍの管体に挿入して縮径し、直径０．２ｍｍの超
電導素線を得た。

次にこの超電導素線の外周に電気メッキにより厚さ８μ
ｍのＳｎメッキ層を形成してメッキ超電導素線を得た。

このＳｎメッキ層のＳｇが全部超電導素線側に拡散した
場合、超電導素線のＣｕ−Ｓｎ合金部分のＳｎ濃度は１
３重量％になる量である。

また、この超電導素線においてＮｂフィラメントの直径
は約０２μｍであった。

このメッキ超電導素線をＡｒガス雰囲気中において１８
０℃で４日間加熱し、更に４００℃で２日間加熱し、更
に５５０℃で５日間加熱する段階的熱処理を行って超電
導線を製造した。この超電導線をＸ線回折法で分析した
ところ、Ｎｂ、ｓＳｎが生成していることを確認できた
。

得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線を８Ｔ（テスラ）の磁場の
もとて液体ヘリウムで４．２Ｋに冷却して臨界電流密度
を測定したところ、約１，５ｘｌＯ３Ａ／ｍｍ”の優秀
な値を示した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、超電導金属間化合物構成
元素の少なくとも１つを含む芯材をＣｕ層で覆って縮径
加工時の中間熱処理時に芯材側へのＳｎの拡散を抑制し
たので、中間熱処理を行う縮径加工工程において金属間
化合物を生成させることなく芯材を１μｍ以下に縮径加
工することができるようになり、１μｍ以下の超極細の
超電導フィラメントを有する交流損失の少ない超電導線
を製造することができる。また、縮径加工工程において
芯材の界面に金属間化合物が生成することがなくなり、
加工性が向上するので、１μｍ以下の直径の超極細のＮ
　ｂ３Ｓ　ｎ超電導フィラメントであっても規則的に整
った形状のものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）ないし第１図（Ｊ）は、本発明の詳細な説
明するためのもので、第１図（Ａ）はＮｂ芯材をＣｕ管
とＣｕ−３ｎ管で覆った状態を示す断面図、第１図（Ｂ
）は１次素線の断面図、第１図（Ｃ）は１次素線の集合
状態を示す断面図、第１図（Ｄ）は２次素線の断面図、
第１図（Ｅ）は安定化銅素線の断面図、第１図（Ｆ）は
安定化銅素線の縮径状態を示す断面図、第１図（Ｇ）は
１次複合線と安定化銅素線の集合状態を示す断面図、第
１図（■］）は超電導素線の断面図、第１図（Ｉ）はメ
ッキ超電導素線を示す断面図、第１図（Ｊ）は超電導線
の断面図、第２図（Ａ）〜（Ｄ）は従来例を説明するた
めのもので、第２図（Ａ）はＮｂ芯材と管体の複合状態
を示す断面図、第２図（Ｂ）は複合線の断面図、第２図
（、Ｃ）は複合線の集合状態を示す断面図、第２図（Ｄ
）は素線の断面図である。 １０・・芯材、１１・管体、１２・・合金管、＋　３−
１次素線、１６・　２次素線、１７・芯部材、１８・・
・拡散防止層、１９　被覆層、２１　安定化銅素線、 ２３・・・超電導素線、２４・・・メッキ層、２５・・
メッキ超電導素線、３０　超電導線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超電導金属間化合物を構成する２つ以上の元素のうち、
   少なくとも１つを含有する芯材をＣｕ層で覆い、その外
   側を超電導金属間化合物を構成する２つ以上の元素のう
   ち、残りの元素を含有するＣｕ合金層で覆って１次素線
   を作成し、この１次素線を複数本集合して縮径加工を施
   す工程を必要回数行って前記芯材を直径１μｍ以下のフ
   ィラメントになるまで縮径して超電導素線を形成すると
   ともに、この後に超電導素線の外周に前記Ｃｕ合金層に
   含有させた元素からなるメッキ層を形成してメッキ超電
   導素線を形成し、このメッキ超電導素線に拡散熱処理を
   施してメッキ層の元素拡散を行い超電導金属間化合物フ
   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。