JPH0973821A - アルミニウム安定化複合超電導導体 - Google Patents

アルミニウム安定化複合超電導導体

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JPH0973821A
JPH0973821A JP7229121A JP22912195A JPH0973821A JP H0973821 A JPH0973821 A JP H0973821A JP 7229121 A JP7229121 A JP 7229121A JP 22912195 A JP22912195 A JP 22912195A JP H0973821 A JPH0973821 A JP H0973821A
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JP
Japan
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aluminum
superconducting conductor
alloy
strength member
solder
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JP7229121A
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English (en)
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Fumikazu Hosono
史一 細野
Takahiro Suzuki
隆洋 鈴木
Shoji Inaba
彰司 稲葉
Masahiro Kiyofuji
雅宏 清藤
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ホール効果による安定化材の比抵抗の増大を解
消し、併せてアルミニウム及びその合金の半田接合性を
改善することのできるアルミニウム安定化複合超電導導
体を提供する。 【解決手段】銅マトリックス中に複数の超電導素線が分
散配置された超電導線を撚合せた超電導撚線1を高純度
アルミニウムからなる安定化材2で被覆した超電導導体
3を、ウルミニウム合金若しくは銅合金からなる断面門
型状の強度メンバー4の中に、Sn−Ag系半田5を介
して埋め込む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウ安定化複
合超電導導体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】大電流を要する超電導導体を作成する場
合、一般的には超電導線の複数本を束ね、それを一般的
なPb−Sn半田を介して強度メンバーの中に埋め込む
構造が採用されている。ここで強度メンバーとは、導体
をコイル化して通電することで磁場を発生させたときに
導体に強大な電磁力が働くため、導体を強化するために
用いられるものである。
【0003】アルミニウム安定化複合超電導導体の代表
的な例として、Cu−2重量%Ni合金で被覆されたア
ルミニウム安定化材とNb−Ti系超電導撚線とを銅製
の強度メンバー内にPb−Sn半田で埋め込んだものが
知られている。
【0004】また、実績は見当たらないものの、強度メ
ンバーにアルミニウム合金の活用が検討された例があ
る。これは、アルミニウム合金製の強度メンバーの中に
アルミニウニ安定化超電導導体を半田を介して埋め込ん
だ構造のもので、アルミニウム安定化超電導導体として
はNb−Ti系超電導撚線を高純度アルミニウムで被覆
したものが用いられ、半田としてはアルミニウム用とし
て一般的なSn−Zn系半田が用いられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】強度メンバーに銅を用
いた場合、銅とアルミニウムとの間のホール効果によ
り、得られる電気抵抗率(比抵抗)が複合則で得られる
価より大幅に大きなものとなってしまう。その対策とし
て、アルミニウム安定化材の外周にCu−Ni系合金が
被覆されるが、この構造では製造工程が多くなり、コス
ト高となる恐れがある。
【0006】一方、アルミニウム合金を強度メンバーと
して用いた場合、アルミニウム合金とアルミニウム安定
化超電導導体を複合する際に用いられるSn−Zn系半
田のZnが、複合化の際、強度メンバーであるアルミニ
ウム合金内の粒界に侵入して応力腐食割れを発生させる
ことがある。強度メンバーに残留応力があったり、複合
時の温度が270℃以上で行われた場合等は特にこの現
象が著しく発生する。従って、Sn−Zn系半田を使用
した場合、製造時の割れ等の不良が発生する危険性が非
常に高くなる。
【0007】また、アルミニウム合金とSn−Zn系半
田を用いた場合、その界面に酸化物等が生成され、界面
強度が著しく低下するため、コイル巻き時に剥がれが生
じ、不良を起こす可能性が高い。さらに、Znを含む半
田は腐食性が高く、防食が必要となる。
【0008】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
であるホール効果による安定化材の比抵抗の増大を解消
し、併せてアルミニウム及びその合金の半田接合性を改
善することのできるアルミニウム安定化複合超電導導体
を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、強度メンバー
として銅合金若しくはアルミニウム合金を用いると共
に、接合用の半田としてSn−Ag系半田を用いたもの
である。
【0010】
【発明の実施の形態】強度メンバーとして銅合金若しく
はアメミニウム合金を用いることにより、ホール効果に
よるアルミニウム安定化材の比抵抗の増大を解消させる
ことができる。
【0011】ホール効果とは、磁界に対して垂直な方向
に電子が電磁力で推移して電場を形成する挙動であり、
その応用として磁界を測定すること等に用いられてい
る。その電場の向きは、一般にホール係数と呼ばれるも
ので判断がつく。
【0012】アルミニウムと銅を複合した場合、アルミ
ニウム及び銅のホール係数はそれぞれ+1.136及び
−0.6となり、アルミニウム側から銅側に電場が形成
されることになる。これは半導体的挙動のような電子と
ホールの関係となり、磁界と垂直方向に電流が流れて電
圧が発生する。このことにより実際の比抵抗はアルミニ
ウムと銅との複合則から求まるものより大きな値となる
ことが知られている。従って、その対策として、本発明
ではアルミニウムと同種のプラスのホール係数を有する
アルミニウム合金を採用するか、ホール効果が起きても
不純物による銅側の電子散乱によってホール効果を抑制
できる銅合金が採用される。
【0013】この場合、アルミニウム合金としては、例
えばAl−4.5重量%Mg合金、Al−1重量%Mg
−0.6重量%Si−0.2重量%Cu合金等の時効材
が用いられる。
【0014】また、銅合金としては、例えばCu−Ni
合金、Cu−Sn合金等が用いられるが、中でもCu−
0.5〜5重量%Ni合金が望ましい。この場合、Ni
濃度が0.5重量%以下では強度メンバーとしての機械
的性能が得られないばかりでなく、低電気抵抗となるた
めにホール効果が生じ易くなるためであり、5重量%を
越えると熱伝導率の低下により導体の熱流束値が極度に
低下して安定性が劣化し、導体に機械的もしくは熱的な
じょう乱が生じてコイルとしたときにクエンチしやすく
なるためである。
【0015】なお、このCu−Ni系合金における不純
物はできるだけ少なく、例えばFeが0.5重量%以
下、Mnが1.5重量%以下、Pが0.5重量%以下、
その他の不可避的な不純物が0.5重量%以下であるこ
とが望ましい。
【0016】一方、Sn−Ag系半田を採用することの
効果について見る。Al−Zn系合金の場合、270℃
以上で合金が形成されることが知られている。この合金
は湿った大気中で粒間腐食により、ときには崩壊する。
従って、アルミニウムやアルミニウム合金を270℃以
上に加熱した状態でSn−Zn系半田で半田付けした場
合、上記した脆い合金が生成され、残存応力があった場
合には粒界割れが生ずる。しかし、Al−Sn系合金及
びAl−Ag系合金では、通常半田付けが行われている
250〜300℃でそのような脆い合金が生成されるこ
とがないため、応力が残存しても母材であるアルミニウ
ムやアルミニウム合金に割れが発生しないことになる。
【0017】この場合、Sn−Ag系半田におけるAg
の濃度は、0.5〜10重量%の範囲が望ましい。それ
はAgの濃度が10重量%を越えると半田自体の融点が
高くなると同時に、Agが高価なために工業的に価値が
小さくなり、また0.5重量%以下では半田の濡れ性が
悪くなるからである。
【0018】なお、このSn−Ag系半田における不可
避的な不純物はできるだけ少なく、例えばSbが1重量
%以下、Cuが0.08重量%以下、Cdが0.05重
量%以下、Bi+Zn+Fe+Al+Asが0.35重
量%以下であることが望ましい。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0020】図1は、銅マトリックス中に複数の超電導
素線が分散配置された超電導線を撚合せた超電導撚線1
を高純度アルミニウムからなる安定化材2で被覆した超
電導導体3を、アルミニウム合金若しくは銅合金からな
る断面門型状の強度メンバー4の中に、Sn−Ag系半
田5を介して埋め込んだ複合超電導導体を示している。
【0021】また、図2は、図1と同様、強度メンバー
4の中に導体3をSn−Ag系半田5を介して埋め込
み、超電導導体3の上側に強度メンバー4と同じ材質の
蓋材6を装着したものである。
【0022】実施例1:Al−4.5重量%Mg合金
(A5083)及びAl−1重量%Mg−0.6重量%
Si−0.2重量%Cu合金(A6061)の時効材か
らなる断面門型状の強度メンバーと、Nb−Ti系超電
導撚線を99.99%の高純度アルミニウムで被覆した
超電導導体を用意し、それらの表面に夫々超音波半田付
けによりSn−3.5重量%Ag合金からなる半田を塗
布した後、それを250℃に加熱されたSn−3.5重
量%Ag半田の槽に通すことにより、超電導導体を強度
メンバー内に埋め込んで図1に示すような断面構造の複
合超電導導体を得た。得られた複合超電導導体を夫々コ
イルに成形したが、超電導導体の高純度アルミニウム及
び強度メンバーに割れや剥がれは認められなかった。
【0023】実施例2:実施例1と同様の超電導導体と
強度メンバーを用意し、実施例1と同様にして超電導導
体を強度メンバー内に埋め込み、最終的に強度メンバー
と同じ材質の蓋材を装着することにより図2に示すよう
な断面構造の複合超電導導体を得た。
【0024】実施例3:強度メンバーとしてCu−2重
量%Ni合金材を用いた以外は実施例1と同様の超電導
導体及び半田を用い、実施例1と同様にして図1に示す
ような断面構造の複合超電導導体を得た。得られた複合
超電導導体をコイルに成形したが、高純度アルミニウム
側に割れや剥がれは認められなかった。
【0025】実施例4:強度メンバーとしてCu−2重
量%Ni合金材を用いた以外は実施例2と同様の超電導
導体及び半田を用い、実施例2と同様にして図2に示す
ような断面構造の複合超電導導体を得た。
【0026】以上のようにして得られた各実施例の複合
超電導導体の4.2Kにおける比抵抗の磁気抵抗効果の
測定値から各々の複合超電導導体における高純度アルミ
ニウムの比抵抗を求めた。このとき、同時に各々の複合
超電導導体における強度メンバーの比抵抗も求めた。以
下にその結果について説明する。
【0027】比抵抗の測定は、図3に示すように、サン
プル10が液体ヘリウム12中に浸漬され、バックグラ
ウンドマグネット13によって所定の磁界が印加され、
磁界中の比抵抗が測定される方式によった。なお、図3
中、11は液体窒素、14はX−Yレコーダ、15はシ
ャント抵抗、16は電源を示す。
【0028】比抵抗(ρ)は次の式から求めた。
【0029】 ρ=(L・V)/(S・I)・・・・・・・・(1) ここで、L(m)は電圧タップ間距離、S(m2 )はサ
ンプル断面積、V(V)は発生電圧、I(A)は通電電
流値である。
【0030】次に、この値を用いて高純度アルミニウム
の比抵抗を求めた。その算出は次の式を用いて求めた。
【0031】 1/R3 =1/R1 +1/R2 ・・・・・・・(2) ここで、R3 は各実施例のサンプルの抵抗値、R1 は各
実施例のサンプルにおける高純度アルミニウムの抵抗
値、R2 は各実施例のサンプルにおける強度メンバーの
抵抗値であり、抵抗値RはR=ρL/Sで表すことがで
きる。
【0032】上記(1)、(2)式から、高純度アルミ
ニウムの比抵抗を求めた結果を強度メンバーの比抵抗と
併せて表1に示す。
【0033】表1の結果から、各実施例による複合超電
導導体においてはホール効果が生じていないといえる。
【0034】
【表1】
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、アルミニウム安定化材の比抵抗の増大を解消
し、併せてアルミニウム及びその合金の半田接合性を改
善することのできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る複合超電導導体の例を示す断面
図。
【図2】本発明に係る複合超電導導体の別の例を示す断
面図。
【図3】比抵抗の測定方法の概略を示す図。
【符号の説明】
1 超電導撚線 2 高純度アルミニウムからなる安定化材 3 導体 4 強度メンバー 5 Sn−Ag系半田 6 蓋材
フロントページの続き (72)発明者 清藤 雅宏 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム安定化超電導導体がSn−A
    g系半田を介して強度メンバー内に埋め込まれているこ
    とを特徴とするアルミニウム安定化複合超電導導体。
  2. 【請求項2】Sn−Ag系半田におけるAg濃度が0.
    5〜10重量%である請求項1に記載のアルミニウム安
    定化複合超電導導体。
  3. 【請求項3】sn−Ag系半田における不可避的な不純
    物組成として、Sbが1重量%以下、Cuが0.08重
    量%以下、Cdが0.05重量%以下、Bi+Zn+F
    e+Al+Asが0.35重量%以下である請求項2に
    記載のアルミニウム安定化複合超電導導体。
  4. 【請求項4】強度メンバーが銅合金である請求項1又は
    請求項2に記載のアルミニウム安定化複合超電導導体。
  5. 【請求項5】強度メンバーが、Ni濃度が0.5〜5重
    量%のCu−Ni系合金である請求項4に記載のアルミ
    ニウム安定化複合超電導導体。
  6. 【請求項6】Cu−Ni系合金の不純物組成として、F
    eが0.5重量%以下、Mnが1.5重量%以下、Pが
    0.5重量%以下、その他の不可避的な不純物が0.5
    重量%以下である請求項5に記載のアルミニウム安定化
    複合超電導導体。
  7. 【請求項7】強度メンバーがアルミニウム合金である請
    求項1又は請求項2に記載のアルミニウム安定化複合超
    電導導体。
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