JPH04131400A - 超伝導空洞の電解研磨方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ニオブ製の超伝導空洞の電解研磨方法に関す
る。

［従来の技術及び課題］ 超伝導体の高周波抵抗は、その転移温度を下回ると急激
に減少して銅の１万分の１程度となる。

従って、超伝導材料で作製された高周波空洞共振器（超
伝導空洞）は、一般の常伝導材料で作製されたものと比
べて内部に蓄えらる交番電界や磁界を飛躍的に高めるこ
とができる。

前記超伝導空洞の材料としては、安定性や臨界磁界か高
いことから純粋のニオブが採用される。

このニオブ製の超伝導空洞は、例えば、以下のような方
法により製造される。まず、厚さ　２〜３　ｍＩｎのニ
オブ製の板をプレス加工或いは絞り加工により半分割形
状に成形し、内面をパブ研磨により鏡面仕上げする。こ
の半分割形状のものを組み合わせて電子ビーム法により
溶接する。この溶接のビードを機械的に削って平坦化し
た後、接合した超伝導空洞の内側表面を電解研磨により
　１００μｍ程度研磨し、超純水で充分に洗浄してニオ
ブ製の超伝導空洞を製造する。

ところで、高周波空洞共振器として利用されるニオブ製
の超伝導空洞では、■高周波電磁波の伝播に寄与する部
分が空洞内側の極表面であること、■超伝導体自体の高
周波抵抗が極めて小さいため空洞の内側表面上の酸化膜
や不純物による高周波抵抗が大きく影響すること、及び
■空洞内面の傷などが放電の原因となることから、空洞
の内側表面が清浄かつ平坦であることが要求される。従
つて、ニオブ製の超伝導空洞の製造においては前記電解
研磨工程が特に重要な工程である。従来、超伝導空洞内
面の電解研摩は、該空洞内にカソード電極を差し込み、
以下のような条件で行なわれている。

研磨液：フッ化水素酸（濃度４０重量％）と硫酸（濃度
９７重量％）との混合溶液 フッ化水素酸、硫酸−１０：　８５　（体積比）研磨液
の液温、２５〜３０℃ 電流密度：５０〜１．　ＯＯｍ入／　ｃｄ平均電圧・２
０Ｖ カソード材：純アルミニウム 研磨速度＝１μｍ／分 研磨量：１００μｍ程度 このような超伝導空洞の電解研磨では、空洞と研磨液と
の電解反応が以下の第１〜３の反応段階を経て進むこと
が知られている。

第１の反応段階 ２Ｎｂ＋５ＳＯ４’−＋５Ｈ２０ −Ｎｂ２Ｏ，＋ＬＯＨ”　＋５５Ｏ４’−＋ｌＯｅ第２
の反応段階 Ｎｂ２Ｏ，＋６ＨＦ →　Ｈ２ＮｂＯＦ、＋ Ｎｂ０２Ｆ・　０．５Ｈ２０＋　　１．５Ｈ２０第３の
反応段階 ＮｂＯ２Ｆ・　０．５Ｈ２０＋４ＨＦ −Ｈ２Ｎｂ０Ｆ５＋１．５Ｈ２０ この電解反応では、カソードから大量の水素ガスか発生
する。ニオブは、水素の吸収性が高く水素化合物を形成
するためニオブ製の超伝導空洞に脆化や超伝導特性の劣
化を招く。

このようなことから、テフロンなどのフッ系樹脂製の半
透膜でカソードを囲み、カソードで発生した水素ガスが
前記超電導空洞の表面に直接触れないようにしたニオブ
製の超伝導空洞の電解研磨方法が採用されている。かか
る電解研磨方法では、通電中は研磨液を攪拌せずに静止
させておき、通電を止めてから研磨液を攪拌している。

しかしながら、前述したニオブ製の超伝導空洞の電解研
磨方法では、以下のような問題点がある。

即ち、ニオブ製の超伝導空洞の表面には、ニオブ板を成
形加工した時に生じた異常組織（ＢｅＩ　Ｉｂｙ層）が
残っている。この異常組織を超伝導空洞の内側表面から
電解研磨で取り除くためには、該表面を５０〜１００μ
ｍ研磨する必要がある。ところが、該表面を１００μｍ
研磨するには２時間程度かかる。

このため、生産性に劣り、更に水素リッチの研磨液中に
長時間さらされて超伝導空洞に吸収される水素量が増え
る。しかも前記第１の反応段階の電解反応を進めるのに
必要な電流密度が不十分になり、安定して電解研磨する
ことができずに研磨面が梨子地状になることがある。

また、研磨液を静止させて電解研磨しているため、研磨
液の上下動により研磨面に条溝が生じないようにするこ
とができず、更に電極で発生する熱を取り去ることがで
きず電流密度を上げると電極付近で研磨液の沸騰を起こ
すことがある。

本発明は、従来の問題点を解決するためになされたもの
で、ニオブ製の超電導空洞内面の電解研磨時間を短縮で
き、該超電導空洞への水素吸収を減少させ、しかも研磨
面を容易に鏡面にすることかできる超電導空洞の電解研
磨方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ニオブ製の超伝導空洞の内部にカソード電極
を配設し、前記空洞内にフッ化水素酸と硫酸とからなる
研磨液を流通させながら２００ａ＋Ａ／Ｃ／以上の電流
密度で電解することを特徴とする超伝導空洞の電解研磨
方法である。

前記カソード電極を形成する材料としては、純アルミニ
ウム、銀や銅の表面を耐蝕材料で被覆したものなどが挙
げられる。

前記研磨液におけるフッ化水素酸及び硫酸の配合量は、
フッ化水素酸（濃度４０重量％）と硫酸（濃度９７重量
％）との体積比で表わした場合、該フッ化水素酸１０に
対して該硫酸が７０〜９０、より好ましくは８０〜９０
であるのが望ましい。

前記超伝導空洞内に研磨液を流通させる形態としては、
特に制限されないが、空洞内の研摩液の流れを均一にす
る為には該空洞を縦置きに配置し、空洞内の下方開口部
から上方開口部に向かって研磨液を流通させる形態か望
ましい。また、前記研磨液の流量は、超伝導空洞の大き
さ、研磨速度、水素ガスの発生量などに応して適宜設定
される。

なお、前記研磨液によって電解研磨に用いる装置が浸食
されないように、該装置の研磨液との接触箇所（配管等
）は該研磨液に浸食され難い材質にする。この材質とし
ては長期的な耐浸触性の観点からＰＴＥＦ　（ポリテト
ラフルオロエチレン）か望ましい。

前記超伝導空洞の外側には、Ｃｕ鍍金などが施されてい
てもよい。

［作用］ ニオブ製の超伝導空洞内面の電解研磨において、フッ化
水素酸と硫酸とからなる研磨液を十分に攪拌した初期状
態での電流密度と電極間の電圧との関係を第１図に示す
。第１図から明らかなようにように電流密度と電圧との
関係は、電流密度が１１１０ｍＡ／ｃシ以下の低電流密
度領域ａ１電流密度が８０ａ＾／Ｃシを越え、かつ２０
０ｍＡ／ｃｄ未満の中電流密度領域ｂ、及び電流密度か
２００ａ＋Ａ／ｃｍ２以上の大電流密度領域Ｃに分けら
れる。

前記低電流密度領域ａては、ニオブの酸化反応である前
記第１の反応段階の電解反応か起きず、研磨液中に電気
か通じている。このため、第１図に示すように電圧が低
く、かつ電解反応に起因するオシレーションと呼ばれる
電圧の振動もなｔＸ０従って、電解研磨か順調に進まず
、電解研磨よりエツチングが進行して研磨面（超伝導空
洞の内側表面）が梨子地状になり易い。また、前記中電
流密度領域すは、前記低電流密度領域ａと大電流密度領
域Ｃとの遷移範囲であり、電解研磨の進行が不安定な領
域である。

これに対し、電流密度が２００ｍＡ／ｃｍ２以上の大電
流密度領域Ｃでは、第１図に示すように電解反応に起因
する電圧のオシレーションが一定範囲内で安定して起き
ている。従って、電解研磨が安定して進行して超伝導空
洞内面を良好に研磨できる。

また、電流密度に応じて研磨スピードも増すため、短時
間での研磨か可能となる。更に電流密度が上かることに
より時間当りの水素ガスの発生量は増えるものの、研磨
時間の短縮により水素ガスを含む研磨液に浸っている時
間が短くなるため、超電導空洞への水素の侵入は減少す
る。

また、前記大電流密度領域Ｃでの超伝導空洞内面の電解
研磨において、該空洞内に研磨液を流通させることによ
り、電解時間が経過するに連れて研磨液が水素リッチに
なったり不均一化したりすることがなくなる。このため
、電解研磨が常に安定して進行して超伝導空洞内面を良
好に研磨でき、その結果、研磨面を容品に鏡面にするこ
とができる。更に大電流を流すことによりカソード電極
が発熱しても研磨液の温度上昇を抑制でき、研磨液の沸
騰やカソード電極の焼けなどを防止できる。

従って、本発明によれば、ニオブ製の超伝導空洞の内部
にカソード電極を配設し、前記空洞内にフッ化水素酸と
硫酸とからなる研磨液を流通させながら２００ｍＡ／ｃ
−以上の電流密度で電解することによって、ニオブ製の
超電導空洞内面の電解研磨時間を短縮でき、該超電導空
洞への水素吸収を減少させ、しかも研磨面を容易に鏡面
にすることができる。

〔実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第２図は本実施例の電解研磨処理に用いられる装置を示
す説明図である。

図中の１は、ニオブ製の３連超伝導空洞である。

この超伝導空洞１は、その空洞内に気相を生しることな
く研磨液２で満せるように垂直に配置されている。前記
超伝導空洞１の下方開口部１ａには研磨液流入用の配管
３ａの一端が接続され、同上方開口部１ｂには研磨液排
出用の配管３ｂの一端が接続されている。前記配管３ａ
の途中には研磨液２を流通させるポンプ４か設けられ、
該配管３ａの他端は上方が開口した貯蔵槽５の下部に接
続されている。

この貯蔵槽５内には、研磨液２の温度を所定温度前後に
保つように冷却管６が配置されている。前記配管３ｂの
他端は、前記貯蔵槽５の開口部から内部に向かうように
位置している。このため、前記貯蔵槽５中に貯えられた
研磨液２は、前記ポンプ４によって汲み出されて配管３
ａを経由して超伝導空洞１に送り込まれ、更に配管３ｂ
、貯蔵槽の順に送られて循環するにようになっている。

前記超伝導空洞１内には上方開口部１ｂから挿入された
純アルミニウム製のカソード棒７が配設されている。

かかるカソード棒７は、陰極（カソード電極）になるよ
うに直流電源８の負極端子８ａと電線９ａを介して接続
されている。一方、また、前記超伝導空洞１は、陽極に
なるように同直流電源８の正極端子８ｂと電線９ｂを介
して接続されている。前記直流電源８は、必要とする電
流密度を得るのに充分な電流を出力でき、かつ５０Ｖ程
度の電圧を出力できる出力容量を有する。

かかる構造の装置を用いて共振周波数３ＧＨｚのニオブ
製の３連超伝導空洞の内面を以下の条件で電解研磨した
。

研磨液、フッ化水素酸（濃度４０重量９ｏ、５００ｃｃ
）と硫酸（濃度９７重量％、４２５０ｃｃ）との混合溶
液フッ化水素酸、硫酸−１０：　８５　（体積比）研磨
液の液温：３０℃ 研磨液の流量：　１０４１１　／分 電流密度：　　８００ｍＡ／ｃｄ このような電解研磨によって、ニオブ製の３連超電導空
洞の内面を２０分間で１００μｍ研磨ができ、しかもそ
の研磨面は鏡面状態であった。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によればニオブ製の超電導空
洞内面の電解研磨時間を短縮でき、該超電導空洞への水
素吸収を減少させ、しかも研磨面を容易に鏡面にするこ
とか可能な超電導空洞の電解研磨方法を提供することか
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はニオブ製超伝導体の電解研磨における電流密度
と電極間の電圧との関係を示す特性図、第２図は本実施
例の電解研磨処理に用いられる装置を示す説明図である
。 １・・・超伝導空洞、２・・・研磨液、３ａ、３ｂ・・
・配管、４・・・ポンプ、７・・・カソード電極（カソ
ード棒）、８・・・直流電源。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ニオブ製の超伝導空洞の内部にカソード電極を配設し、
   前記空洞内にフッ化水素酸と硫酸とからなる研磨液を流
   通させながら２００ｍＡ／ｃｍ＾２以上の電流密度で電
   解することを特徴とする超伝導空洞の電解研磨方法。