JPH0461448B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はNb₃SnやV₃Ga等の化合物系超電導
材料からなる極細フイラメントを多数備えた化合
物系極細多芯超電導線の製造方法に関し、特に複
合加工法による製造方法に関するものである。

従来の技術 周知のようにNb₃Sn等の超電導金属間化合物
は、優れた超電導特性を備えているが、その反
面、加工性特に展性や延性が低い問題があり、そ
のためNb₃Sn等の金属間化合物を用いた超電導線
を製造する場合、金属間化合物が生成された状態
で加工することは困難であるから、金属間化合物
を形成する各金属元素が未だ別個に存在する状
態、例えばNbとSnとが別個に存在する複合状態
で加工を加えて所望の線径とし、その後拡散熱処
理を施してNb₃Sn等の化合物を生成させるのが通
常である。

このような金属間化合物系超電導線の製造方法
としては、所謂複合加工法が代表的であり、この
ほかインサイチユ法や粉末冶金法もあるが、ここ
では最も実用的な複合加工法について説明する。
この複合加工法により例えばNb₃Sn系極細多芯超
電導線を製造する方法としては、従来からブロン
ズ法が知られている。このブロンズ法は、Cu−
Sn合金（ブロンズ）からなる基地中に１本また
は２本以上のNb芯材を配して複合素線を作り、
通常はその複合素線を複数本集合した後縮径加工
を施して所望の線径の極細多芯複合素線を得、そ
の極細多芯複合素線に拡散熱処理を施してCu−
Sn合金基地中のSnを拡散させ、多数のNb₃Snフ
イラメントを生成させる方法である。しかしなが
らこの方法では、縮径加工における加工性に劣る
重大な欠点がある。すなわち充分な量のNb₃Snを
生成させるためにはSn濃度が10〜14％と相当に
高いCu−Sn合金を基地として用いる必要があり、
このようにSn濃度が高いCu−Sn合金は加工硬化
が極めて生じ易く、そのため縮径加工中における
中間焼鈍を頻繁に行なわなければならず、生産性
が低い問題がある。

一方Nb₃Sn系極細多芯超電導線の製造方法とし
ては、外部メツキと称される方法も知られてい
る。この方法は、純銅からなる基地中に１本また
は２本以上のNb芯材を配して複合素線を作り、
通常はその複合素線を複数本集合した後縮径加工
を施して所望の線径とし、さらにその外周面に
Snメツキを施して極細多芯複合線とし、その極
細多芯複合線に拡散熱処理を施してSnメツキ層
からCu基地を介してSnを拡散させ、前記同様に
Nb₃Snフイラメントを生成させる方法である。こ
の外部メツキ法では基地として加工性の良好な純
銅を用いているため、縮径加工における中間焼鈍
回数をブロンズ法の場合と比較して格段に少なく
することができ、また加工度を大きくすることが
できる。しかしながらその反面、充分な量の
Nb₃Snを生成させるためには、相当に厚いSnメ
ツキ層を必要とし、そのためメツキに長時間を要
し、またメツキ層の厚さ制御が困難となる等の問
題がある。

そこで上述の外部メツキ法を改良し、外部メツ
キ法とブロンズ法とを折衷させた改良方法がいく
つか提案されている。すなわち前記外部メツキ法
における純銅基地の代りに10wt％程度未満の低
Sn濃度の加工性が比較的良好なCu−Sn合金基地
を用い、外部メツキ法と同様に集合および縮径加
工後に低Sn濃度のCu−Sn合金基地で不足するSn
分に相当するSnメツキを施す方法、あるいは基
地としてはCu−Sn合金を用いるがその外側に加
工性が良好な純銅を配し、集合および縮径加工後
にSnメツキを施す方法、さらには基地として高
Sn濃度のCu−Sn合金を用いてその外側に加工性
が良好な低Sn濃度のCu−Sn合金を配し、前記同
様にSnメツキを施す方法である。これらの改良
外部メツキ法では、加工度は通常の外部メツキ法
ほど大きくとれないが、通常のブロンズ法よりは
大きくすることができ、またSnメツキ層は内部
のCu−Sn合金の不足分を補うだけで良いから、
そのSnメツキ層の厚みは通常の外部メツキ法よ
りは薄くすることができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上述のように改良外部メツキ法で
もSnメツキ層の厚みが数μｍ〜数十μｍ程度は
必要であり、特に大径の極細多芯超電導線を製造
する場合には表面のSnメツキ層から補給すべき
Sn量が多くなるからSnメツキ層の厚みもある程
度厚くする必要がある。ところでNb₃Snを生成す
るための拡散熱処理は通常650〜850℃程度で行な
う必要があるが、このような拡散熱処理時には表
面のSnメツキ層が溶融するから、Snメツキ層の
厚みがある程度以上厚い場合には、線表面から
Snが溶け落ちてしまつたり、あるいは溶融Snが
線の長手方向に流動して１ケ所に溜まり、その
Snの溜まつた領域で極めて脆い化合物層が生成
されて超電導線の強度を損うことがある。これら
の問題を防止するための方法としては拡散熱処理
として２段熱処理あいるは多段熱処理を施す方法
も考えられているが、これらの方法では熱処理工
程が複雑となる欠点があるほか、このような熱処
理法を適用しても上述の問題を確実に防止するこ
とは困難であつた。

したがつて従来は前述の通常の外部メツキ法の
場合はもちろん、改良メツキ法の場合でさえも
Nb₃Sn系極細多芯超電導線の線径には限界があ
り、後者の改良メツキ法の場合でも10ミル（外径
0.25mm）程度が実用上の限界とされており、これ
以上の径では前述の現象が生じてしまうのが実情
であつた。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、前述のような従来の複合加工法、特に外部メ
ツキ法あるいは改良外部メツキ法の欠点を解消し
て、外部メツキ法もしくは改良外部メツキ法でも
大径の化合物径極細多芯超電導線を支障なく製造
し得るようにすることを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この発明の製造方法では、化合物系超電導材料
を形成する一方の元素からなる芯材を、他方の元
素と銅との合金もしくは銅単独からなる中空管に
挿入して複合素線を作成し、さらにその複合素線
を複数本集合して前記他方の元素と銅との合金も
しくは銅単独からなる中空管に挿入した後縮径加
工する過程を１回または２回以上繰返すことによ
つて、前記一方の元素からなる多数本の極細芯材
が前記他方の元素と銅との合金もしくは銅単独か
らなる基地中に配された極細多芯複合線材を得、
かつその極細多芯複合線材の基地の外周面には間
隔を置いてスリツトを形成しておき、基地の外面
に前記他方の元素による溶融メツキを施してその
他方の元素の金属を前記スリツト内に充填させる
とともに、スリツト以外の外表面に付着した前記
他方の元素の金属を除去し、その後拡散熱処理を
施して超電導金属間化合物を生成させることによ
つて前述の課題を解決している。

作 用 この発明の化合物系極細多芯超電導線の製造方
法においては、化合物系超電導材料を形成する一
方の元素からなる多数本の極細芯材を他方の元素
と銅との合金もしくは純銅からなる基地中に配し
た極細多芯複合線材を作成し、かつその極細多芯
複合線材における基地の外周面に、間隔を置いて
スリツトを形成しておく。ここで前述の極細多芯
複合線材の形成にあたつては、前記一方の元素か
らなる芯材を他方の元素と銅との合金もしくは純
銅からなる中空管に挿入して複合素線を形成し、
さらにその複合素線を複数本集合して前記同様な
中空管に挿入した後縮径する過程を１回または２
回以上繰返すことによつて作成する。すなわち所
謂複合加工法を適用して極細多芯複合線材を作成
する。そしてその後に前記他方の元素の金属を溶
融メツキすることによりスリツトにそのメツキ金
属を充填する。このとき、基地におけるスリツト
以外の外表面にもメツキ金属が付着するのが通常
であるが、その外表面のメツキ金属は除去してお
く。その後、拡散熱処理を行なつて、スリツト内
に充填されているメツキ金属を基地内部へ拡散さ
せて、超電導金属間化合物を生成させる。

上述のような拡散熱処理時にはメツキ金属は溶
融することになるが、そのメツキ金属は基地外周
面には存在せず、スリツト内に充填されているだ
けであるため、円周方向へ流動して下面側から垂
れ落ちたり、あるいは長さ方向に流動して１ケ所
に溜つたりすることが有効に防止され、そのため
垂れ落ちにより拡散金属量に不足が生じたり、局
部的に溜ることにより脆い化合物相が生成された
りすることがない。

なおここで、基地にスリツトを形成していて
も、単に溶融メツキを行なうだけの場合には、溶
融メツキ時にスリツト内にメツキ金属が充填され
るのみならず、スリツト以外の外表面にもメツキ
金属が付着残留するため、前述のように拡散熱処
理時にメツキ金属の溶融により垂れ落ちや局部的
な滞留が生じるおそれがあるが、この発明では溶
融メツキに併せて、余分な外周面のメツキ金属の
除去を行なつているため、このような問題の発生
を確実に防止できるのである。

発明の実施のための具体的な説明 以下にこの発明の方法をNb₃Sn系極細多芯超電
導線の製造に適用した場合を例にとつて詳細に説
明する。

この発明の方法においては、先ず第１図に示す
ようにCu−Sn合金もしくは鈍銅からなる線材状
の基地１中に多数の極細綟からなるNb芯材２が
間隔を置いて埋め込まれかつ前記線材状の基地１
の外周面に複数のスリツト３が形成された極細多
芯複合線材４を作成する。ここでスリツト３は線
材４の長手方向に沿いかつ線材４の周方向に間隔
を置いて形成されたものである。このような線材
４を作成するためには、例えばCu−Sn合金もし
くは鈍銅からなる中空管にNb芯材を挿入して複
合素線を作成し、その複合素線を多数本集合して
Cu−Sn合金もしくは純銅からなる管に挿入した
後、所望の径まで縮径加工し、さに必要に応じて
同様な集合−挿入および縮径加工を適宜繰返し、
最終仕上がり径とした後、外周面にスリツトを形
成すれば良い。またこのスリツト形成手段として
は、例えば前記スリツトに対応する突部を内面に
形成したダイスを用いて引抜いても良いし、ある
いはレーザー加工等を用いることもできる。なお
スリツト３の断面形状は、第１図のような楔形の
ほか、矩形断面等が考えられる。

上述のようにスリツトを形成した後、溶融メツ
キ法によりSnメツキを施して、第２図に示すよ
うにスリツト３内にSnを充填５させる。この工
程においては、スリツト３以外の外表面にSnを
付着残留させることは好ましくなく、したがつて
溶融スズ層から引上げる際にアスベスト等により
線を絞つて余分なSnを除去する。

このようにスリツトにSnを充填させた後、常
法にしたがつて拡散熱処理を行なえば、スリツト
中のSnが基地を介してNb芯材の周囲に拡散し、
Nb₃Snが形成される。この拡散熱処理は通常650
〜850℃程度で行なうから、スリツト中のSnは溶
融状態となるが、外周面にSnが存在する場合と
異なり、前述のように円周方向へ流動して下面側
から溶け落ちたり、あるいは長さ方向へ流動して
１ケ所に溜つたりすることが有効に防止され、し
たがつて溶け落ちによりSn拡散量が不足したり
あるいはSnが局部的に溜ることにより脆い反応
領域が形成されたりすることが防止される。

なお外側から供給されるSn量はスリツトの全
断面積によつて定まるから、予め供給すべきSn
量を計算して、それに対応してスリツトの幅、深
さ、数を決定する。但し基地としてCu−Sn合金
を用いる場合には、その基地のSn量も考慮する
ことはもちろんである。

実施例 ６％Sn−0.15％Ｐ−Cuのリン青銅を基地とし
て用いてNb₃Sn系極細多芯超電導線を製造するに
あたり、前記リン青銅基地中に外径5.5μｍのNb
フイラメント1159本が埋め込まれた外径0.5mmの
線材を作成し、その外周面に幅0.02mm、深さ0.04
mmの断面矩形状のスリツトを長さ方向に沿つて計
12本平行に形成し、これを溶融スズメツキ層に通
してアスベストで絞り、スリツト内のみにSnを
充填させた。そして750℃×100時間の拡散熱処理
を施してNb₃Snを生成させた。上述の拡散熱処理
時においてはSnの溶け落ちも少なく、また熱処
理後は全体が均一かつ充分な銅色を呈していて、
局部的にSnが溜まつた事実がないことが判明し
た。また得られたNb₃Sn系極細多芯超電導線の超
電導特性も、100KG、4.2K、10Tでの臨界電流密
度が線全体で500A／mm²、Nb₃Snのみについて3.6
×10A／mm²に相当し、優れた超電導特性を有する
ことが明らかである。

なお以上の説明ではNb₃Sn系についてのみ示し
たが、V₃Ga等、他の化合物系超電導材料にも適
用可能なことはもちろんである。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明の製造
方法によれば、複合加工法、特に外部メツキ法あ
るいは改良外部メツキ法により化合物系極細多芯
超電導線を製造するにあたつて、拡散熱処理時に
外側のメツキ金属が溶け落ちたりあるいは流動し
て１ケ所に溜つたりすることが有効に防止され、
したがつて大径の超電導線を製造するべく外部メ
ツキによる補給金属量を多くする場合でも特に支
障なく製造することができる顕著な効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製造方法におけるメツキ前
の線材の状態の１例を示す断面図、第２図はこの
発明の製造方法におけるメツキ後、拡散熱処理前
の線材の状態の一例を示す断面図である。 １……基地、２……Nb芯材、３……スリツト、
５……充填Sn層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 化合物系超電導材料を形成する一方の元素か
   らなる芯材を、他方の元素と銅との合金もしくは
   銅単独からなる中空管に挿入して複合素線を作成
   し、さらにその複合素線を複数本集合して前記他
   方の元素と銅との合金もしくは銅単独からなる中
   空管に挿入した後縮径加工する過程を１回または
   ２回以上繰返すことによつて、前記一方の元素か
   らなる多数本の極細芯材が前記他方の元素と銅と
   の合金もしくは銅単独からなる基地中に配された
   極細多芯複合線材を得、かつその極細多芯複合線
   材の基地の外周面には間隔を置いてスリツトを形
   成しておき、基地の外面に前記他方の元素による
   溶融メツキを施してその他方の元素の金属を前記
   スリツト内に充填させるとともに、スリツト以外
   の外表面に付着した前記他方の元素の金属を除去
   し、その後拡散熱処理を施して超電導金属間化合
   物を生成させることを特徴とする化合物系極細多
   芯超電導線の製造方法。