JPS5827605B2 - チヨウデンドウセイキンゾクカンカゴウブツオユウスル チヨウデンドウセンノセイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも２つの元素からなる超電導性金属
間化合物を有する超電導線を製造するために、化合物の
一つの元素からなる可延性の第１の成分が、可延性の担
体金属および化合物の残りの元素を含む合金からなる第
２の成分と接触させられ、次に同成分が一緒に断面積縮
少加工を施され、それから第１の成分と第２の成分中に
含１れる化合物の元素との反応によって化合物が生成さ
れるように熱処理されるような超電導線の製造方法に関
する。

２つの元素からなりＡ−１５結晶構造金有するＡ３Ｂ形
の超電導性金属間化合物、例えばＮｂ ３ Ｓ ｎある
いはＶ ３ Ｇ ａは、極めて良好な超電導特性金持ち
、とりわけ高い臨界磁界、高い透化温度および高い臨界
電流密度の点ですぐれている。

従って、これらは特に例えば研究のために必要となるよ
うな強磁界発生用超電導コイルに使用する超電導線とし
て適している。

別の用途としては、例えば磁気浮上軌道の浮上案内用超
電導磁石あるいは電気機械の巻線などが考えられる。

更に最近では例えばニオブ−アルミニウムーゲルマニウ
ム（Ｎｂ３Ａｌｏ、５Ｇｅｏ、２） のような３元化
合物に関心が寄せられている。

しかしながらこの化合物は非常にもろいために、例えば
磁石コイルに適した形状に作り上けることは極めて困難
である。

１ず、錫がニオブ錫材もしくはニオブ帯状材に例えば電
解法あるいは蒸着法によって装着され、続く約９５０〜
１０００°Ｃの温度の力ロ熱によってニオブ中に拡散さ
れ、それによって錫がニオブと反応してＮｂ３Ｓｎが生
成されるという方法でＮ ｂ ３ Ｓ ｎからなる表面
層を有する線材もしくは帯状材が製造されてきた。

電気的安定化のために、このような線材もしくは帯状材
は、ニオブ−錫層の形成後、一般に電解法により設けら
れる銅層で被覆されてきた。

このような方法における欠点を避けるために、表面にニ
オブ−錫層を有する安定化された帯状ないし線状の導線
を製造するために、１ず銅芯にニオブ層を設け、とのニ
オブ層中に公知の方法により錫を拡散させることは既に
提案されている（ドイツ連邦共和国特許第１．．２８２
，１１７号明細書）。

しかしながらこの従来の拡散方法は種々の欠点を持って
いる。

特にかなり高い拡散温度が必要であった。

更に、常電導マトリックス中に挿入された多数の薄い超
電導性の糸状体からなるいわゆる多芯導線の製造は、金
属間化合物のもろさのために極めて困難であった。

その後、特に２つの成分の金属間化合物を有し長い線材
ないし帯状材の形状を持つ超電導線の製造を比較的低い
拡散温度において可能にする多数の方法が知られるよう
になった。

常電導マトリックス中に配列された線材群、特にＮｂ３
ＳｎやＶ ３Ｇａからなる線材群を有する多芯導線を製
造するのに特に用いられるこれらの方法においては、生
成すべき化合物の１つの線状の可延性元素、例えばニオ
ブ線またはバナジウム線が、可延性の担体金属と化合物
の残りの元素とを含む合金、例えば銅−錫合金または銅
−ガリウム合金から成る被覆で囲１れる。

特に多数のこのような線が合金からなるマトリックス中
に挿入されうる。

それからこのようにして得られた構成物が断面積縮少力
目工される。

それによって、一方ではコイルを作るのに必要となるよ
うな長い線が得られる。

他方ではこの加工で飼えはニオブ筐たはバナジウムから
なる線の直径が導線の超電導特性にとって所望の値であ
る約３０〜５０μｍの大きさに減らされる。

更に、断面積縮少カロ工によって、線材とその線材を囲
む合金からなる外被材料との間のできるだけ良好な冶金
学的結合が、導線をもろくする反応なしに得られるよう
な努力が払われている。

それからこの断面積縮少力ロ工の終了後、ノ １つまたは多数の線とこの線を囲むマｌ−１，１ツクス
材料とからなる導線は、線材料、即ち例えばニオブ筐た
はバナジウムとこれを囲むマトリックス中に含壕れてい
る化合物の他方の元素、例えば錫またはガリウムとの反
応によって所望の化合物が生成されるように熱処理を施
される。

その場合に７トリソクス中に含すれる元素が、化合物の
別の元素からなる線材料中に拡散してこれと反応し、所
望の化合物からなる層を形成する（ドイツ連邦共和国特
許出願公開第２，０４４，６６０号、同第２．０５２，
３２３号、同第２，１０５，８２８号公報）。

しかしながら、この拡散に督いて、合金外被中に含１れ
ている化合物の元素のすべてが、この化合物の他方の元
素からなる線もしくは線群中に拡散し、そこでこの化合
物の生成に使われるというようなことはなく、むしろ拡
散比率からいつも化合物の一方の元素のかなり多くの量
がマトリックス材料中にとど丑るため、このマトリック
ス材料は比較的高い電気的な残留抵抗を持つ。

例えば銅の残留抵抗はガリウム濃度が高いほど激しく増
大する。

従ってこの外被は超電導線の安定化材料としては適当な
ものではない。

しかＬながら超電導線の電気的安定化は、良く知られて
いるように、超電導線の超電導状態から常電導状態への
突然の移行を避けるために一般に必要である。

安定化の目的のためには、よく知られているように、超
電導線を電気的熱的に良好な伝導性を持ち例えば４．２
にの超電導線運転温度にむいて常電導を行なう金属と密
に接触させ、この金属が超電導線における短時間の局部
的な常電導発生時に生ずる熱を速やかに超電導線を包囲
している冷却材、例えば液体ヘリウムへ発散させ得るよ
うにしなければならない。

更に、安定化材料は局部的な常電導発生時に少なくとも
短時間超電導線を通って流れる電流を引き受けるという
役目も持っている。

安定化材料としては、特に銅、アルミニウムあるいは銀
の、ことに高純度のものが適している。

本発明の目的は、一方では少なくとも２つの元素からな
る超電導性金属間化合物を有する超電導線の製造の際に
固体拡散がもたらす利点が維持され、しかし他方では超
電導線の良好なる電気的安定化も得られる、冒頭に述べ
たような方法を提供することにある。

この目的を達成するために本発明によれば、電論的熱的
に良好な伝導性を有し超電導線の運転温度で常電導を行
なう金属からなる芯が、第１の成分からなる被覆により
囲１れ、この被覆が更に第２の成分からなる外被により
囲１れ、そうして得られた構成物が断面積縮少加工され
、それから化合物生成のために熱処理される。

熱処理の際に、化合物の１つの元素からなる被覆中に、
他の元素又は元素群が、その被覆を囲みかつ他の元素又
は元素群と担体金属との合金からなる外被から拡散し、
被覆材料と反応して超電導性化合物からなる層を形成す
る。

しかＬながら外被中に含はれる化合物の元素の、被覆に
よって囲１れかつ電気的熱的に良好な伝導性を有する材
料からなる芯への拡散は、その被覆によって防止される
ので、その元素の拡散によって芯材料の残留抵抗が高め
られるということがなくなる。

それ故、この芯はこれを包囲する啓復と断面積縮少力ロ
王により機械的に良好に接触し、非常に良好な安定化作
用を行なう。

多芯導線の製造に対しては、第１の成分からなる被覆４
備え、かつ電気的熱的に良好な伝導性を有する材料から
なる多数の芯が、第２の成分からなりマトリックスを形
成する共通な外被により囲１れるようにするのが好まし
い。

その場合に被覆を備えた芯は、それらが第２の成分から
なる外被により囲１れこの外被と共に更に断面積縮少の
ために成形加工される前に予め断面積縮少加工を施して
釦くようにすることもできる。

特に、本発明による方法は、２つの元素からなるＡ−１
５結晶構造を有するＡ３Ｂ形の超電導性金属間化合物を
有する超電導線の製造に適している。

このような化合物を製造する場合には、担体金属からな
る外被は製造する化合物の溶融点の低い方の元素を含み
、これに対して芯を囲む被覆は化合物の溶融点の高い方
の元素からなるようにするのが有利である。

特に元素穴としてはバナジウムおよびニオブの元素が、
そして元素Ｂとしてはガリウムおよび錫の元素が考えら
れ、しかも特にその有効な超電導特性からことに化合物
■３ＧａおよびＮ ｂ ３ Ｓ ｎが都合がよい。

金属間化合物Ｖ ｓ Ｇ ａ ｋ有する超電導線を製造
するためには、外被がとりわけそれぞれ０．１〜３０原
子パーセントのガリウムを含む銅、銀″！、たは銅−銀
合金からなるようにするのがよい。

その場合に、約１８原子パーセント以下のガリウム成分
を含む合金が比較的良好な延性を持つことから特に有利
である。

Ｖ３Ｇａ層を作り出すための熱処理は、特に５００〜９
５０℃の温度で行ない、そして外被を形成する合金のガ
リウム含有率およびＶ３Ｇａ層の所望の厚みに応じて５
分ないし１００時間続けるとよい。

金属間化合物Ｎｂ３Ｓｎを有する超電導線を製造するに
は、外被はそれぞれ０．１〜８原子パーセン１への錫を
含む銅、銀または銅−銀合金からなり、これに対して芯
を囲む被覆はニオブからなるようにするのがよい。

その場合に熱処理は７００〜８５０°Ｃの温度で行ない
、数分ないし約２０時間続けるようにするのが好ましい
。

外被については、熱処理の際に、作り出すべき化合物の
元素との反応を妨げないような他の可延性金属も担体金
属として使用することができる。

被覆によって囲１れ電気的安定化に役立つ芯のための材
料としては、超電導線の運転温度において常電導状態に
あり、熱処理時に被覆材料と反応してじゃ昔になる層を
形成することがないような、電気的熱的に伝導性の良い
すべての金属が用いられる。

特に、錫および銀の金属が、熱処理温度よりも高い溶融
点および電気的熱的に高い伝導度を有することから適し
ている。

被覆によって包１れている芯が、外被を形成する合金に
担体金属として含昔れている金属と同じ金属からなる場
合には製造技術についても特に簡単になる。

以下図面に示す実施例を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。

第１図は本発明による方法に基づいて作られた単一の芯
を有する導線の熱処理前の構成を示す断面図、第２図は
第１図による導線の金属間化合物生成のための熱処理終
了後における構成を示す断面図、第３図は本発明に従っ
て製造された多芯導線の実施例の断面図を示す。

第１図に示された構成物から金属間化合物Ｖ ３Ｇａを
有する超電導線を作るわけであるが、この構成物におい
ては銅からなる線状の芯１が管状のバナジウム被覆２に
よって包囲されている。

この被覆２は更に１８原子パーセントのガリウムを含む
銅の合金からなる外被３により包囲されている。

この構成物を製造するために、例えば芯１が第１の成分
であるバナジウムの管２中にさし込まれ、このようにし
て得られた構成物は、場合によっては断面積を縮少する
予備加工を施した後、第２の成分である銅−ガリウム合
金からなる管３中にさし込まれる。

それからこのようＫｌて得られた物体が適当な線引工程
または圧延工程によって断面積を縮少された長い線に加
工される。

最終加工段後、線は熱処理をとりわけ真空または保護ガ
スのもとで施され、この熱処理において外被３中に金塗
れているガリウムの一部が外方からバナジウム被覆２中
に拡散し、でゆき、バナジウムと反応してＶ３Ｇａ１ｍ
４を形成する（第２図）。

この熱処理は特に６００〜８００℃、例えば約６６０℃
の温度で行ない、例えば約５０時間続けるようにすると
よい。

出来上がった導線において得られる臨界電流密度は、４
．２にの温度および約５テスラの外部磁界のもとで、外
被および安定材料を含む全導線断面積に関して約１０４
〜１０”Ａ／−となる。

第３図に示されている導線の場合には、銅−ガリウムマ
トリックス３１内に多数の線状銅芯３２が配列され、こ
れらの銅芯はバナジウムからなる被覆３３によって囲１
れている。

被覆３３の７トリソクス３１と隣接する部分は熱処理に
よって金属間化合物■３Ｇａからなる層３４に変化させ
られる。

第３図に示された導線の構成を作り出すことは種々の方
法で行なうことができる。

例えば、バナジウム被覆３３で被覆された銅線３２金そ
れぞれ固有の銅−ガリウム外被で囲み、それからこれら
の銅線群を断面積縮少加工で個々の銅−ガリウム外被が
共同して銅−ガリウムマトリックス３１を形成するよう
に変形することができる。

この束の中には付力曲勺に更に銅−ガリウム線材を品め
でもよい。

他の方法として、銅−ガリウム合金からなるブロック体
に孔を設け、これらの孔にバナジウム被覆付きの銅芯を
さし込み、こうして得た構成物に更に断面積縮少力ロ王
を施すようにすることもできる。

金属間化合物Ｎｂ３Ｓｎを有する超電導線は、例えば銅
−ガリウムマトリックスの代りに銅−錫合金からなるマ
トリックスを使用し、バナジウム被覆の代りにニオブ被
覆を使用することによって、同様に製造することができ
る。

第３図に示された形の超電導線は次のようにして製作さ
れた。

即ち、昔ずバナジウム被覆３３とこのバナジウム被覆を
包む１８原子パーセントのガリウムを含む銅−ガリウム
外被とを有する線状銅芯３２が作り出された。

このようにして得た６１本の線材が、一つの束に１とめ
られ、次の断面積縮少加工段を容易にするために可延性
金属からなる管の中にさし込１れ、この管は導線の断面
積縮少カロ工の後間びはがされた。

この断面積縮少力ロエはこのカロエで作られる銅−ガリ
ウムマトリックスの外径が約０．４ ｍｍになる１で続
けられた。

低側のバナジウム被覆３３ｒ／′ｉこの力ロエ後約３５
μｍの外径と線７．５μｍの壁厚を持つようになった。

銅芯３２の外径は約２０μｍとなった。

個々のバナジウム被覆間に存在する銅−ガリウム層の厚
さは約１３μｍとなった。

このようにして作り出された導線構１戎物は、それから
約１５０トルの圧力を有する希薄なアルゴン雰囲気中で
約４９時間、６６０’ＣＶＣ７７［］熱された。

この力ロ熱処理によって銅−ガリウムマトリックス３１
に隣接する個々のバナジウム被覆の境界領域３４が約１
μｍの厚みを持つＶ３Ｇａ層に変化させられた。

このようにして作られた超電導線を４．２にの温Ｕにお
いて示す臨界電流は、次の表においてテスラ〔Ｔ〕で測
定された外部磁界に対して示されている。

全導線断面積について測定された有効電流密度は、この
場合４．２にの温度と５テスラの磁界のもとで１．２５
Ｘ １０４Ａ／＝となった。

更に導線は特にすぐれた電気的安定性を示す。

個々の芯のバナジウム被覆は、本発明による方法の場合
、もちろん完全にＶ ３ Ｇ ａに変化されるようにす
ることもできる。

しかしながらその被覆によって四重れている芯の良導電
材料中にガリウムが入っていかないようにすることが重
要である。

バナジウム被覆３３がどの程度までＶ３Ｇａに変化する
かは、熱処理の時間並びに熱処理において使用される温
度に関係する。

更に、バナジウム被覆３３の厚みとそれを取り巻いてい
る銅−ガリウム外被において自由になるガリウム量とが
関係する。

バナジウム被覆が薄いほど、そしてその合金のガリウム
成分が多いほど、すべての被覆が反応しつくす確率が高
くなる。

更に、反応させられる層の厚さは又熱処理温度および熱
処理時間とともに増犬する。

その都度の個々の場合について正確な反応パラメータが
容易に実験的に見い出される。

本発明による方法に従って製造される多芯導線は、最終
の熱処理の前に、長手軸の１わりにねじられ、個々の超
電導線が良く知られているように螺旋状の軌跡を描くよ
うにするのが好昔しい。

更に、良導電材料からなる芯を取り囲む被覆は純粋の金
属から構成する必要はなく、よく知られるように添加物
を含んでいてもよい。

例えばバナジウムに０．１〜１０原子パーセントのチタ
ン、ジルコンまたはハフニウムが、あるいはニオブに例
えば２５重量パーセントのタンタルが添カ目されていて
もよい。

本発明による方法に従って製造される超電導線は、既に
述べた利点の外に、安定化に役立つ芯の断面積が本来の
超電導線の断面積に対し、良好な安定化についてのその
都度の要求に応じて比較的広範囲にわたって変えられ得
るという利点を持っている。

本発明によって製造される超電導線は、合金外被の比較
的高い電気抵抗によって例えば多芯導線内に発生するう
ず電流が速やかに減衰させられるために、交流あるいは
ゆっくり変化する電流を持つ用途に対しても比較的良く
適している。

更に本発明による方法は、安定化部分を含む全超電導線
が熱処理前における一連の成型段階で仕上けられ、熱処
理後にはそれ以上のカロ上段階は何ら行なわれる必要が
ないという利点を持っている。

例えばＶ３Ｇａ層が銅−ガリウム合金からなるマトリッ
クス中に封入されるような既に公知の超電導線の場合に
は確かに基本的にはマトリックスを外からもう一度安定
化金属で囲むことができる。

しかしながらこれを熱処理−１に行なえば、熱処理時に
ガリウムがバナジウム層中のみならず銅−ガリウム合金
を囲む安定化材料中へも拡散してゆき。

それによって安定化材料の残留抵抗値が高められ、安定
化作用が著しく劣化させられてしまう。

また安定化材料を熱処理後に始めて設けると、それは実
用上電解法によってしか行なえない。

というのは超電導性化合物からなる敏感な層はもうこれ
以上の成形工程に堪えることができないからである。

このようにわずられしい公知の方法に対して本発明によ
る方法は極めて簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図な本発明による方法に従って製造された単−芯の
導線の熱処理前における構成を示す断面図、第２図は第
１図の導線の熱処理後における構成を示す断面図、第３
図は本発明によって製造される多芯導線の実施例を示す
断面図である。 １・・・・・・銅芯、２・・・・・・バナジウム被覆、
３・・・・・・銅−ガリウム合金外被、４・・・・・・
Ｖ３Ｇａ層、３１・・・・・・銅−ガＩＪ ｖ″７ Ａ
合金マトリックス、３２・・・・・・銅芯、３３・・・
・・・バナジウム被覆、３４・・・・・・■３ Ｇ ３
層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも２つの元素からなる超電導性金属間化合
   物を有する超電導線の製造のために、前記化合物の一つ
   の元素からなる可延性の第１の成分が、可延性の担体金
   属および前記化合物の残りの元素を含む合金からなる第
   ２の成分と接触させられ、次に同成分が、一緒に断面積
   縮少加工玉されてから、第１の成分と第２の成分中に含
   １れている前記化合物の元素との反応によって前記化合
   物が生成されるように熱処理されるような方法において
   、電気的および熱的に良好な伝導性を有しかつ超電導線
   の運転温度において常電導状態にある金属からなる芯に
   前記第１の成分からなる被覆が設けられ、その被覆が更
   に前記第２の成分からなる外被で囲１れ、このようにし
   て得られた構成物が断面積縮少加工されてから、前記化
   合物生成のために熱処理されることを特徴とする超電導
   線の製造方法。