JPS5827606B2 - 超電導導体の製造方法および装置 - 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金属間
化合物を有する超電導導体の製造方法に関する。

この場合、化合物の少なくとも１つの元素からなる延性
の第１の成分が、化合物の残りの元素のための延性担持
金属を含む第２の成分と接触状態におかれ、次いでとの
ようにして得られた構成体が上記残シの元素の溶融物上
に形成されたこの元素の蒸気中で熱処理され、第２の成
分を貫通して拡散する化合物の残りの元素と第１成分と
の反応により化合物が生ずるようにされる。

本発明は、さらにこの方法を実施するための装置にも関
する。

例えばＮ ｂ ３ Ｓ ｎや■３ＧａのようにＡ１５−
結晶構造を持つＡ３Ｂ形の２元素からなる超電導金属間
化合物は、非常に優れた超電導特性を持ち、特に高い臨
界磁界、高い遷移温度ならびに高い臨界電流密度により
秀でている。

この化合物は、それ故特に、例えば研究の目的で必要と
されるような強磁界を生ずるための超電導コイル用超電
導導体として適している。

その他に、例えば磁気浮上鉄道の浮上案内用超電導磁石
ないし電気機械の巻線用に使用可能である。

最近、例えばニオブ−アルミニウムーゲルマニウム（Ｎ
ｂｇＡｉｇ、６Ｇｅ□、２）のような三元化合物にも強
い関心が寄せられている。

ＬかＬながら、これらの金属間化合物は非常に脆いので
、例えば磁石用コイルに適した形状に作るには大きな困
難を伴う。

長い線状ないし帯状をなす、特に二元金属間化合物を有
する超電導導体の製造が可能な多くの方法が公知になっ
ている。

特にＮ ｂ ３ Ｓ ｎ ＞よびＶ ３Ｇａからなる導
線を常電導マトリックス内に配列したいわゆる多芯導体
の製造に特に利用されるこれら方法の場合、化合物を形
成する延性元素の導線、例えばニオブないしバナジウム
導線は、延性の担持金属と化合物の残りの元素を含む合
金、例えば銅−錫合金ないし銅−ガリウｔ１合金からな
るスリーブで覆われる。

特に、また多数のこのような導線を上記の合金からなる
マトリックス中に配置することもできる。

このようにして得た構成体に、次いで断面積を減少させ
るカロエを行う。

こうすることにより、コイルに要求されるような長い導
線が得られる。

他方このカロ工の際、例えばニオブあるいはバナジウム
からなる導線の直径は約３０〜５０μのオーダないしそ
れ以下の小さな値に減少しこのことは導体の超電導特性
に関して望ましいことである。

さらに、断面積を減少させる力ロ工により、導体を脆く
させるような反応を伴うことなしに、導線とこれを囲む
上記の合金からなる７トリツクス材料との間にきわめて
良好な冶金的結合を得ることができる。

断面積を減少させる力ロエの後１本あるいは複数本の導
線とこれを囲むマｌ−ＩＪラックス料からなる導体に、
導線材料２例えばニオブないしバナジウムが、これを取
り囲むマｌ−’Ｊソクス中に含１れた化合物の他の元素
例えば錫ないしガリウムと反応することにより所望の化
合物を生ずるような熱処理を行う。

この際マトリックス中に含１れた元素が化合物の他の元
素からなる導線材料中に拡散し、これと反応して所望の
化合物からなる層を形成する（西ドイツ国特許出願公開
第２０４４６６０号、同第２０５２３２３号および同第
２１０５８２８号公報参照）。

これらの公知の方法は、しかしながら次のような一連の
理由からなむ十分に満足するものではない。

１ずこれらの方法の場合、マトリックス中に存在するガ
リウムないし錫の総てを金属間化合物の生成のために使
用できるように拡散工程を制御することはできない。

それ故この方法の場合、任意の厚みのＶ３ＧａないしＮ
ｂ３ Ｓｎ層を形成することができない。

むしろ、ガリウムないし錫のバナジウムないしニオブ芯
線の方向への拡散は、ガリウムおよび錫の銅マｌ−ＩＪ
ソクス内における活性度が、生成された金属間化合物Ｖ
３ Ｇ ａないしＮ ｂ ３ Ｓ ｎ内におけるそれ
らの活性度と等しいときには停止する。

換言すれば、銅マトリツクス内のガリウムないし錫の濃
度が、ガリウムないし錫の芯線内への拡散により所定の
値に低下するときは、もはやＶ３ＧａないしＮｂ３Ｓｎ
はそれ以上上じなくなる。

例えばガリウムを１８原子係含む銅−ガリウムマトリッ
クスから７００℃の温度においてガリウムをバナジウム
芯線内に拡散すると、もはやＶ３Ｇａが形成されなくな
る上記の平衡状態は、マトリックスのガリウム含有量が
約１２原子係に低下したときに生ずる。

このことは、マトリックス中に存在するガリウムの約３
８％のみがＶ ３ Ｇ ａの生成に役立つにすぎないこ
とを意味する。

多芯導体内に形成されるＮｂ３ＳｎないしＶ、３ Ｃｒ
ａ層の厚みは、それ故公知の方法の場合、７）Ｄ熱時
間、力ロ熱温度釦よび銅−ガリウムないし銅−錫合金の
組成に依存するばかりでなく、各芯線との反応に与る金
錫ないしガリウム量、即ち各単位芯線にこれら元素を供
給するマトリックスの容積により定はる。

高い有効臨界電流密度を得るために、即ち全導体断面に
わたって高い臨界電流密度を得るために、製造すべき金
属間化合物からなるできるだけ厚い層が必要である。

上記の公知の方法の場合この要求は、導体の全断面積に
おいてマトリックスが占める部分の芯線のそれに対する
比を、層の成長がガリウムないし錫の供給量が制限され
ることにより限界付けられないように規定することによ
ってのみ達成される。

即ち芯線の間隔をできるだけ大きくすることが必要であ
る。

Ｌかしながらこの要求は、所定の断面積を持つ多芯導体
に釦いては、芯線数が定１つているなら断面積を減少さ
せる力ロ工工程に訟いて芯線を特に細く引抜くかあるい
は芯線の断面積が定１つているなら芯線の数を減らすこ
とによってしか満たされ得ない。

しかし、いずれの方法もち１り満足できるものではない
。

というのは、一方において芯線を非常に催く引抜くのは
きわめて困難で多くの費用を要し、他方において芯線数
全滅らすと、正にこれに伴い有効電流密度が低下しそし
て厚い拡散層が得られたとしても通常相殺されてし１う
だけだからである。

芯線間隔を任意に増大することは、同様に成形加工技衛
士の理由から不可能である。

即ち、例えば多数のバナジウムないＬニオブ芯線を同時
に、それらの断面積を互に等しく保ちながら細く引抜こ
うとするなら、芯線間隔をあ１り大きくできない。

公知の方法の場合、この他に次のような難点を生ずる。

即ち、担持金属と化合物を形成する残りの元素からなり
かつ芯線を抱持したマｌ−ＩＪラックス料は、特に上記
元素の濃度が高い場合比較的変形性が劣るのである。

これら材料は特に、断面積を減少させるための冷間加工
時にきわめて急速に硬化し、その後のカロエが著しく困
難になるという特性を持っている。

それ故これらの方法の場合には、芯線とマトリックス材
料からなる導体構成体に、比較的わずかな加工工程を施
した後その都度、冷間加工中にもろくなったマトリック
ス組織の回復と再結晶のための中間加熱を行う必要があ
る。

この加熱処理は、一般に製造すべき超電導化合物が生じ
ないような温度と力ロ熱時間で行うことができるが、し
ばしば繰り返し行わねばならないために非常に時間を要
する。

このように製造すべき化合物の残りの元素の含有量を増
大した場合にマトリックス材料の変形の困難性が増大す
るということは、製造すべき化合物の比較的厚い層を得
るためにマトリックス内の例えばガリウムあるいは錫の
濃度を単純に任意に増加することができないことの理由
にもなる。

その上この元素の濃度を増すと、マｌ−Ｕソクス材料の
融点が低下し、このことは濃度が非常に高い場合金属間
化合物を製造するための熱処理に有害である。

さらに、これらの元素は濃度がち１りに高いと、担持金
属と望ｔＬ＜ない金属間化合物相を形成する。

上述のような頻繁な中間熱処理を避けられる方法につい
ての提案も既になされている。

この方法の場合、先ず製造すべき化合物の延性元素、特
にニオブないしバナジウムからなる芯線を、それ自体は
製造すべき化合物の元素を含壕ないか非常に微量だけ含
む延性のマトリックス材料、例えば銅、銀ないしニッケ
ル内に配置する。

芯線とこのマトリックス材料からなる構成体を、次いで
各中間加熱なしに、断面積を減少させる加工、例えば冷
間引抜きにより、バナジウムないしニオブからなる非常
に細い芯線を有する細い導線にカロエする。

断面積を減少させる最後の工程の後、マトリックス材料
上に製造すべき化合物の残りの元素、即ちＮｂ ３ Ｓ
ｎの場合には錫を付与する。

このためには、導線を短時間錫溶融体に浸漬するか、マ
トリックス材料上に錫層を蒸着する。

続いて熱処理を行いこの際マトリックス材料上に付与し
た化合物を形成する元素を先ずマドｌ）ツクス材料内に
そしてこれを貫通させて拡散し、次いで芯線との反応に
より所望の超電導化合物を形成する（ ” Ａｐｐｌ
１ｅｄｌＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ” ２０ （
１９７２） 、第４４３〜４４５頁および西ドイツ国特
許公開第２２０５３０８号公報参照）。

この場合しかしながら例えば銅からなるマトリックス上
には、例えば錫を比較的微量しか付与することができな
い。

なぜなら、多量の錫を付与すると、錫を銅マトリツクス
内に拡散するのに必要な温度において車重しくない銅と
錫からなる中間相が容易に生ずるからである。

さらに捷た、多量の錫を付与した後に錫をマトリックス
中に拡散させると、錫自体あるいはマトリックスの表面
部分が溶融し、マｌ−’Ｊソクス表面から滴下あるいは
流下するおそれがある。

従ってこれらの方法においても所望の金属間化合物、例
えばＮｂ３Ｓｎを形成するためには、低融点元素、例え
ば錫はある限られた量だけしか反応に与らない。

西ドイツ国特許出願公開第２２０５３０８号公報には、
マトリックスを錫で被覆するための、次いで銅−錫層Ｉ
−ＩＪラックス形成し均質化するためのおよびマトリッ
クス内に含１れた銅をニオブ芯線と反応させるための各
処理工程を何回も繰り返し行うことにより、必要に応じ
て銅マトリック内に含１れたニオブの全量をＮｂ３Ｓｎ
に変換することができることが既に述べられている。

しかしながらこのような方法は、必要な処理工程が多い
ために非常に費用を要する。

さらに、西ドイツ国特許出願公開第２２０５３０８号公
報には、Ｎ ｂ ３Ｓ ｎ−多芯導体を製造するための
連続的な方法が述べられている。

この方法においては、銅マトリックスとこの中に収容さ
れたニオブ芯線からなる導線状導体構成体を、溶融した
錫を入れた多数の容器を相並べて配置した炉を通して連
続的に導く。

これらの各容器の上側の炉内部空間を、導体構成体が順
次走行する。

続いて導体構成体を再度炉から引出す。

導体構成体が最初に走行する蒸気空間を持つ第１の錫溶
融物は１５００℃の温度にし、残りの錫溶融物、即ち導
体構成体がその後に走行する蒸気空間を形成するそれは
１０００℃の温度にする。

導体自体は、炉によって８５０℃の温度に保たれる。

１５００’Ｃの温度にある第１の錫溶融物上の蒸気空間
内において、西ドイツ国特許出願公開第２２０５３０８
号明細書の開示によれば、錫蒸気圧を、錫の転移率ない
し沈積率が銅マドＩＪツク内における錫の固体拡散率を
超過するように高くし、この結果導体半径にわたり錫濃
度傾斜が横方向に急速に生ずるように高くする。

導線状の導体構成体を、より高温の錫溶融物上に、所望
の平均的なマトリックス組成を得るのに充分な錫が付着
する１で保持する。

導体構成体が続いて通過する１０００’Ｃの温度にある
錫溶融物上の蒸気空間内における錫蒸気圧は、西ドイツ
国特許出願公開第２２０５３０８号公報によれば、錫供
給率が、錫が銅マ） ＩＪラックス通って拡散しそして
ニオブ芯線の表面上に固体拡散により到達するのと同じ
値に減少するような大きさにされる。

固体拡散自体は、８５０°Ｃの温度に釦いて起こる。

この温度は、錫溶融物の温度より著しく低く選んであり
、この結果マトリックスからの錫の再蒸発およびマＩ−
ＩＪソクスの溶融は避けられる。

この方法もまた、錫溶融物と導体構成体のために３つの
それぞれ異なる温度を必要とし、比較的長時間を要する
この方法の実施期間中これらの温度を正確に保持ぜねば
ならないので、著しく費用全要する。

本発明の目的は、明細書冒頭に述べたように、先ず、化
合物の少なくとも１つの元素からなる延性の第１の成分
乞化合物の残りの元素のための延性担持金属を含む第２
の成分と接触させ、次にこのようにして得た構成体を、
残りの元素の溶融物上に形成されたこの元素の蒸気内に
おいて、第２の成分を貫通して拡散したその残りの元素
が第１の成分との反応により化合物を形成するように熱
処理するようにして、少なくとも２つの元素からなる超
電導金属間化合物を有する超電導導体を製造する方法を
改良することにある。

特に製造される超電導金属間化合物の層厚がこの方法に
基づいて制限されることなしに一層簡単化されねばなら
ない。

さらに、もし必要があれば、中間加熱なしに冷間で加工
される延性のマトリックス材料を提供する利点も保持す
る必要がある。

この目的は本発明によれば、２つの成分からなる構成体
と、化合物の製造に当り溶融される残りの元素とを、熱
処理の際同じ温度に加熱し、この熱処理を残留ガス圧１
Ｏ−２Ｔｏｒｒ以下の真空下であるいは最高５００ Ｔ
ｏｒｒの圧力の不活性ガス中で行うことにより遠吠され
る。

溶融物と熱処理される導体構成体のために３つの互に異
なる温度が必要な公知の方法と比べて、本発明の方法は
著しく簡単である。

驚くべきことに、化合物を形成するための残りの元素の
溶融のために、導体構成体の熱処理温度より高温が必要
ないことが明らかとなった。

むしろ、化合物の残りの元素の溶融物上におけるこれら
の元素の蒸気圧を調整するには、熱処理時に担持金属と
化合物の残りの元素から生ずる合金の溶融点より低い値
を示す導体構成体の熱処理のために必要な温度で充分で
あり、上記圧力において適当な真空下でないし不活性ガ
ス下で、製造すべき金属間化合物の所望の層厚を形成す
るのに充分な量の元素が担持金属層内に拡散すべく供給
される。

本発明の方法は、後に述べる通り、構成部品が少なくと
も２つの元素からなる超電導金属間化合物のただ１つの
層を有するかあるいは全体がこのような化合物からなる
限り、種々の形状の超電導構成部品の製造に適する。

しかしながら本発明の方法は１％に多芯導体の製造に適
する。

このために、筐ず第１の成分からなる多数の芯線を、第
２の成分からなるマｌ−ＩＪソクス材料内に配置し、両
者を断面積を減少させるべく加工する。

断面積を減少させる最後の加工工程の後、化合物を形成
する限りの元素の蒸気中で熱処理を行う。

本発明の方法は、特に、Ａ１５−結晶構造を持つＡ３Ｂ
形の２つの元素からなる化合物を有する超電導導体の製
造に適する。

このような化合物の製造にあたっては、第１の成分は化
合物の高融点元素から作られ、他方熱処理は低融点元素
の蒸気中で行われる。

第２の成分が化合物を形成する残りの元素のための担持
金属のみからなるようにすると、第１と第２の成分から
なる導体構成体の冷間成形性を特に優れたものとするこ
とができる。

製造されるべき金属間化合物の特に厚い層を形成するた
めには、熱処理を、比較的長時間行うことが必要である
。

第２の成分が担持金属の他に化合物を形成する残りの元
素の一部を含んでいるときには、所望の厚みの層をつく
るのに必要な時間を短縮できる。

第２の成分の冷間成形性を良くしたいときは、しかしな
がら、この比率をあ１り高くしてはならない。

第２の成分の担持金属として、特に銅訟よび銀ないしこ
れら金属からなる延性の合金が適する。

場合によっては、化合物を形成する残りの元素が第１の
成分に拡散するのを許容し、化合物を形成する元素と有
害な反応を起こさないような他の延性の金属も好適であ
る。

本発明の方法は、金属間化合物■３Ｇａ を有する超電
導導体の製造に対し特に有効である。

このような超電導導体の製造に当っては、第１の成分を
バナジウムから、第２の成分を、それぞれＯ〜２３原子
係ガリウムを含む銅、銀ないし銅−銀合金から作るとよ
い。

第２の成分の優れた冷間成形性が望１れるときは、これ
が１５原子係以上のガリウムを貴重ないようにするべき
である。

第２の成分のガリウム含有量が最高１２原子係となるよ
うにすると、断面積減少率が約９９係に達する著しく高
い冷間成形性が得られる。

Ｖ ３Ｇａを有する超電導導体製造のための熱処理は、
６００と９５０’Ｃの間の温度で行うのが有利である。

この場合処理温度と第２の成分のガリウム含有量は、第
２の成分が熱処理の際も、また気相からのガリウムの付
加的な拡散の際も、溶融しないように互に調整される。

熱処理のために％に好適なのは、６００と７５０℃の間
の温度である。

本発明による方法はまた、金属間化合物 Ｎｂ３Ｓｎを有する超電導導体の製造にも特に適する。

この化合物を有する超電導導体の製造に当っては、第１
の成分がニオブから、第２の成分が、それぞれ錫をＯ〜
８５原子係を含む銅、銀ないし銅−銀合金からなる構成
体を出発片とすると有利である。

第２の成分が優れた冷間成形性を有することが望１れる
ときは、錫含有量を４原子係より多くしてはならない。

熱処理は６００と８５０℃の間の温度で行うのがよく、
この温度であれば、同様に第２の成分が溶融することは
ない。

６００と８００℃の間の温度における熱処理が特に好適
である。

各製法パラメータを変えることにより、本発明の方法で
作られる超電導金属間化合物からなる層の厚みを非常に
良好に制御することができる。

所定の真空ないし不活性ガス圧下において、および担持
金属と場合によっては化合物の残りの元素を含む第２の
成分の所定の組成比において、拡散時間を増やしあるい
は熱処理の温度を高めることにより層厚が増大する。

温度と拡散時間が定１っているときは、層厚は真空と不
活性ガスの何れを選ぶかおよび不活性ガス圧をいかなる
値に選ぶかで制御される。

ここに不活性ガスとは、熱処理時。金属間化合物の形成
に与る金属と反応しないガスを意味する。

不活性ガスとしては、稀ガス、特にヘリウムないしアル
ゴンが好適である。

熱処理を真空下で行うと厚みの大きな化合物層が得られ
る。

残留ガス圧約１０−５Ｔｏｒｒあるいはそれ以下の真空
中で処理し、熱処理を少なくとも４５時間にわたって行
うと、特に大きな層厚が得られる。

熱処理を稀ガスのもとで行う場合は、反応室内の圧力が
減少するとともに形成される化合物層が厚くなる。

反応室内が一定の圧力のときは、原子量の小さなガスを
用いるほど形成される層が厚くなる。

従って、５μおよびそれ以上の厚みを持つＶｓＧａない
ＬＮｂ３Ｓｎ層を得ようとするときは、ヘリウム下で熱
処理を行う場合にはガス圧を最大５００Ｔｏｒｒとし、
熱処理を少なくとも１００時間にわたって行わねばなら
ない。

アルゴン下での熱処理の場合には、均一な層厚を得るに
は、最高１００Ｔｏｒｒのガス圧で処理し、熱処理を少
なくとも１００時間にわたり実施する。

第２の成分が、担持金属の他に製造すべき化合物の元素
を含む場合、即ち例えば純銅の代りに銅−ガリウムない
し銅−錫合金からなる場合には、その他の点で同一の条
件の下に釦いて、より厚い化合物層が得られる。

第２の成分のガリウムないし錫含有量は、しかＬながら
既に述べた理由により過度に多くしてはならない。

さらに、第２の成分に過大な量のガリウムないし錫を添
力目すると、製造された導体を折り曲げるのが難しくな
るというおそれもでてくる。

本発明の方法により製造される多芯導体の芯線は、その
総てが化合物の少なくとも１つの延性元素１例えばバナ
ジウムないＬニオブからなっていなくともよい。

むしろ芯線は、熱および電気良導性で、超電導導体の動
作温度において常電導性の１つの金属からなる核を有す
るようにし、この核を取り囲むスリーブだけが化合物の
少なくとも１つの元素からなるようにすることもできる
。

核の材料としては、電気釦よび熱良導性で、例えば４〜
５にの超電導導体の動作温度に釦いて常電導であり、熱
処理時にスリーブの金属と不都合な層を形成するような
反応をしない総ての金属が適する。

なかでも銅と銀は、その融点が熱処理の温度より高いこ
とと熱転よび電気伝導性が優れることから特に好適であ
る。

芯線の核が、芯線を取り囲むマトリックス材料中に担持
金属として含１れているのと同じ金属からなる場合には
、製造技術上きわめて簡単になる。

熱および電気伝導性に優れる芯線の核は、完成した超電
導導体に優れた電気的安定性を与える。

本発明による方法の場合、熱処理時間が比較的長いので
、熱処理は連続処理によらず、閉鎖室内で行うのがよい
。

閉鎖室内で行えば、既に述べたように反応過程に大きな
影響を及ぼす圧力状態を長時間にわたり一定に保つのが
より簡単にもなる。

本発明の方法を実施するための装置は、排気が可能で場
合によっては不活性ガスを満たし得る室と、熱処理を施
こすべき導体構成体を支持するため室内に配置されたか
ご形の車と、金属間化合物を形成するために溶融される
元素を入れるために室内に配置された容器と、室を取り
囲む力ロ熱体とからなる装置が特に適する。

かご形の車は、かごがその上に１き付けられ熱処理を施
こされる導体構成体とその表面のきわめて小さな部分と
しか接触せず、従って金属蒸気が導体表面に侵入するの
か妨げられないという利点を有する。

蒸気が妨げられることなく侵入できるようにするために
、かご形の車上に巻き付けられる導体構成体の互に隣り
合う巻線が接触しないようにするの力琴ましい。

かご形の車の骨材は、導体構成体の材料に対して不活性
で耐熱性の材料から作る必要がある。

かかる材料としては特にセラミックスが適する。

以下本発明を具体的な実施例について詳細に説明する。

実施例 Ｉ Ｖ ３Ｇａ−単芯導体を製造するため、１ず約７皿の直
径を持つバナジウム棒に外径約２０ａｍの鋼内筒内に差
し込んだ。

一連の断面積を減少させる冷間引抜き工程により、との
構成体を、外径が約０、４ ｍｙｒｔテハナジウム芯線
の直径が０．１５ｍｍの１に加工した。

このようにして製造した導線を、ガリウムと一緒に石英
アンプル内に収容した。

ヘリウムで洗浄した後、この石英アンプルを残留ガス圧
１０−５Ｔｏｒｒまで排気し、溶封した。

ガリウムは、導線が融けたガリウムと触れないように配
置した。

次いで溶封したアンプルを４８時間にわたり７００℃の
温度に加熱した。

導線並びにガリウム溶融物が７００°Ｃの同一の温度に
力ロ熱されるこの熱処理の後、アンプルを開きそして導
線を調べた。

この検査の結果、バナジウム芯線の表面に厚さ８μのＶ
２Ｏ備が生じていることが解った。

即ち蒸気状のガリウムは、導線の銅被覆内にそしてこれ
を貫通して拡散し、バナジウム芯線と反応して比較的厚
いＶ ｓ Ｇ ａ層を形成した。

溶融体上のガリウム蒸気１′−）Ｅは、７００ ’Ｃの
温度において約１０−７〜１Ｏ−６ＴＯｒｒであった。

実施例 ２ 実施例１に従って製造されたバナジウム芯線と銅スリー
ブを有する導線の他の片を、ガリウムと共に約１Ｏ−５
Ｔｏｒｒの真空下で４６時間にわたり６６０°Ｃで熱処
理した。

バナジウム芯線の表面に形成されたＶｓＧａ層は約２μ
の厚みとなった。

実施例 ３ 他のＶ ３ Ｇ ａの単芯導体を製造するため、約１０
順の直径を持つバナジウム棒を、ガリウム１０原子係、
残部銅の銅−ガリウム合金からなりかつ外径が約２Ｑｍ
ｍの円節内に挿入した。

一連の冷却成形加工を行い、この構成体を、外径がＱ、
４ ｍｍバナジウム芯線の直径が０２間の導線にカロ
工した。

銅−ガリウム円節のガリウム含有量が比較的僅かなので
、断面積を減少させる各冷間成形工程間の中間加熱は不
要であった。

このようにして作った導線片を、ガリウムと共に約１０
’Ｔｏｒｒの真空下で４８時間にわたり７００°Ｃの温
度に保った。

この熱処理の際、バナジウム芯線の表面に１０μの厚み
を持つＶ ３Ｇａ層が生じた。

比較実験を行うため、次いでバナジウム芯線と銅−ガリ
ウム被覆からなる導線の別の片を、同一の真空中で、但
しガリウムは収容せずに、同様ｌ／７：４８時間にわた
り７００°ＣＫ７ａ熱した。

この導線の検査の結果、バナジウム芯線の表面にはＶ
３ Ｇ ａ層が生じていないことが解った。

というのは、銅−ガリウム被覆中のガリウム濃度が、こ
のような層を形成するには低すぎるからである。

実施例 ４ 実施例３に従って製造された導線を、ガリウムと共に約
１０’Ｔｏｒｒの真空下で４８時間にわたり６６０°Ｃ
の温度に力ロ熱した。

形成されたＶ３Ｏａ層の厚みは４μであった。

実施例 ５ 実施例３に従って製造された導線の別の片を、ガリウム
と共に約５００ Ｔｏｒｒの蒸気圧のヘリウムで満たさ
れた石英アンプル内で、６３時間にわたり７００℃に力
ロ熱した。

バナジウム芯線の表面に形成されたＶ２Ｏ調は約３μの
厚みであった。

その他は同一条件で１００時間にわたり熱処理を行った
ところ、５μ以上の■３Ｇａ層厚が得られた。

実施例 ６ Ｖ３Ｇａの多芯導体を作るため、先ず約１０ｍｍの直径
を持つバナジウム棒を、ガリウム１８原子係、残部銅の
銅−ガリウム合金からなりかつ約２０ｍｍの直径を有す
る円筒内に挿入した。

次いでとの構成体に断面積を減少させる冷間成形加工を
施こし、外径約１ ｍｍの導線に７ＪＩ］工した。

ガリウム−銅合金のガリウム含有量が比較的多いので、
それぞれ約３０％の加工を行う毎に中間力ロ熱（約５５
０℃において３０分間）行った。

このようにして作った６０本の導線を、続いて鋼内筒内
に挿入し、各々３０係ずつの力日工を行う毎に中間加熱
を施こしながら、０．４間の外径を持つ導体構成体が得
られる１で断面積を減少させる加工を行った。

この結果導体構成体は、平均３７μの芯線直径を持った
６０本のバナジウム芯線を持つことになった。

平均芯線間隔は７μであった。

このようにして作った導体構成体の１片を、次に約１Ｏ
−５Ｔｏｒｒの真空下でガリウムと共に１１２時間にわ
たり７００℃の温度に力ロ熱した。

続いて検査した結果、この熱処理により導体構成体の総
てのバナジウム芯線が、その全断面にわたりＶ ３ Ｇ
ａに変化していたことが解った。

実施例 ７ 実施例６に従って製造された６０本のバナジウム芯線を
有する導体構成体を、約５００ Ｔｏｒｒの圧力のアル
ゴン中でガリウムと共に１１２時間にわたり７００°Ｃ
の温度に力ロ熱した。

この熱処理により各バナジウム芯線の表面には約３μの
厚みを持つＶ ｓ Ｇ ａ層が形成された。

実施例 ８ 実施例６に従って製造された６０本のバナジウム芯線を
有する導体構成体の１片を、約１００Ｔｏｒ ｒの圧力
のアルゴン中でガリウムの存在下に１１２時間にわたり
７００℃の温度に加熱した。

この熱処理により各バナジウム芯線の表面には約５μの
厚みを持つＶ３Ｇａ層が形成された。

実施例 ９ 実施例６に従って作られた６０本のバナジウム芯線を持
つ導体構成体の別の片を、約１Ｏ−５Ｔｏ ｒｒの真空
下でガリウムと共に４６時間にわたり６６０℃の温度に
力ロ熱した。

この熱処理により各バナジウム芯線の表面にはそれぞれ
約７μの厚みを持つＶ ｓ Ｇ ａ層が生じた。

この方法で作られた導体の有効臨界電流密度は、磁束密
度５Ｔｅｓｌａの外部磁界中で４．２にの温度において
１．２Ｘ１０５Ａ／−であった。

同一条件で、但しガリウムを収容せずに比較実１験を行
ったところ、Ｖ３Ｇａ層の層厚は約１．３μにしかなら
なかった。

この厚みのＶ Ｂ Ｇ ａ層を持つ多芯導体は、５Ｔｅ
ｓｌａの外部磁界中で４．２Ｋにおいて３Ｘ１０’Ａ／
ｉの有効臨界電流密度を示したにすぎない。

実施例９の導体の製造法を、第１図および第２図を参照
してより詳しく説明する。

理解を容易にするため、図には、実施例９による導体が
実際に有するのより少ないバナジウム芯線を示しである
。

第１図は、断面積を減少させる最後のカロエ工程を終え
、熱処理を施こされる前の導体構成体を示す。

銅−ガリウムマトリックス１内に一連のバナジウム芯線
２が配置されている。

熱処理を終えて完成した導体を第２図に示す。

熱処理中に、各バナジウム芯線２の表面にはｖ３Ｇａ層
３が形成されている。

実施例 １０ 実施例６に従って作られた６０本のバナジウム芯線を有
する導体構成体の別の片を、約１００Ｔｏｒｒの圧力の
アルゴン中でガリウムと共に４６時間にわたり６６０’
Ｃの温度に力ロ熱した。

この際バナジウム芯線の表面にはそれぞれ約２μの厚み
を持つＶ ３Ｇ ａ層が形成された。

実施例 １１ Ｎｂ３Ｓｎ−多芯導体を作るために、１ず、ニオブ棒を
鋼内部内に挿入し、この構成体を中間加熱なしに長い導
線に引抜いた。

この導線の２０本の片を一つの束にまとめ再度鋼内筒内
に挿入し、断面積を減少させる冷間成形により外径約０
．６５ ｍｍ■導線に引抜いた。

導線内に含まれた２０本のニオブ芯線は、それぞれ約５
０μの直径を示した。

平均的な芯線間隔は３５μであった。

このようにして作った導体構成体の１片を、錫と共に約
１Ｏ−５Ｔｏｒｒの真空下で６３時間にわたり７００°
ＣＫ７１［］熱した。

この熱処理によりニオブ芯線の表面には層厚的５μのＮ
ｂ ３ Ｓ ｎ層が生じた。

７００°Ｃにおける錫蒸気圧は約１０−６〜１Ｏ−７Ｔ
ｏｒｒであった。

実施例 １２ 実施例１１に従って作られた導体構成体の他の片を約１
０−５Ｔｏｒｒの真空下で錫と共に４６時間にわたり７
５０°Ｃの温度に保持した。

この熱処理によりニオブ芯線の表面には約１４μの厚み
を持つＮｂ３ Ｓｎ層が形成された。

実施例 １３ Ｎｂ３ Ｓｎ単芯導体を作るために、ニオブ棒を鋼内市
内に挿入し、これと共に断面積を減少させる冷間成形を
行い、外径０．５５ ｍ７１Ｌの導線にカロ干した。

この導線内のニオブ芯線の直径は０．１５ｍｍであった
。

このようにして作った導線の１片を、錫と共に真空下で
４６時間にわたり７５０℃の温度に加熱した。

この際ニオブ芯線の表面には約７μの厚みを持つＮ ｂ
３ Ｓ ｎ層が生じた。

実施例 １４ この実施例においては、各バナジウム芯線が銅からなる
核を有する■３Ｇａ多芯導体の製造を説明する。

このような導体を作るために、１ず、バナジウムスリー
ブと、これを取り囲むガリウム１８原子係、残部銅の銅
−ガリウム合金からなる被覆とを有する導線状の銀核を
作った。

このために、銅棒を円筒状のバナジウムスリーブ内に、
そしてこれを銅−ガリウム合金からなる円筒内に挿入し
、このようにして得られた構成体に断面積を減少させる
加工を行った。

このような導線６０本を一つの束にし、そして次の断面
積を減少させる加工を容易にする目的で鋼内筒内に挿入
した。

なおこの円筒は、導体の断面積を減少させる加工が終え
れば再度溶解してし１うものである。

このようにして得た導体構成体に、更に断面積を減少さ
せる加工を施こし、約Ｑ、４ｍｍの外径を持つ導線に加
工した。

各バナジウムスリーブは、この処理の後約３５μの外径
と約７．５μの壁厚とを示した。

銀核の外径は約２０μであった。

各バナジウムスリーブ間に存在する銅−ガリウム層の厚
みは約１３μであった。

このようにして作った導線を、ガリウムと共に約１０
’Ｔｏｒｒの真空下で４９時間にわたり６６０°Ｃの温
度に加熱した。

この際各芯線のバナジウムスリーブの表面には約３μの
厚みを持つＶ ３ Ｇ ａ層が形成された。

この導線の臨界電流は、５Ｔｅｓｌａの磁界中４．２Ｋ
Ｋ＄−いて７６〜９０Ａであった。

比較のため、同一の導線片に同一条件下で、但しガリウ
ムを収容せずに熱処理を施こした。

この比較実、験の際にバナジウムスリーブの表面に形成
された■３Ｇａ層は約１μおよびそれ以下の厚みを有す
るにすぎなかった。

５Ｔｅｓｌａの磁界中にお・いて、この導線は４．２に
のとき、約２ＯＡの小さな臨界電流を示したにすぎない
。

実施例１４に従って製造された多芯導体を第３図に概略
的に示す。

銀核２１とバナジウムスリーブ２２を有する芯線が、銅
−ガリウムマトリックス２３内に配置されている。

バナジウムスリーブの表面に形成された■３ＧａＪ響を
２４で示す。

勿論このような導線の製造にあたり、銅−ガリウムマト
リックスの代りに純銅マトリックスを使うこともできる
。

第４図は１本発明の方法により作られる非常に長い導体
に熱処理を施こすのに特に適した装置を概略的に示す。

この装置は下側部分３１と取り外し可能な上側部分３２
とで構成された室からなる。

パイプ接続体３３を介して、室が排気され、場合によっ
ては不活性ガスで満たされる。

室内にかご形の車３４が配置されており、そのかご３５
はセラミックス棒からなる。

このかご形の車上に、熱処理を施こされる導体構成体３
６が巻き付けられている。

さらにこの室内には、溶融させるべきガリウムないし錫
３８を収容する容器３７が収容されている。

室は外側から炉３９、例えば電気抵抗炉で囲１れて釦り
、これにより熱処理に必要な温度捷で刀口熱される。

既に述べた通り、本発明による方法は、導線状の超電導
導体のみでなく他の形状の超電導構成部品の製造にも適
する。

例えばＶ ３Ｇ ａ層を有する超電導遮蔽板ないし超電
導遮蔽円筒を製造することもでき、この場合にはバナジ
ウム板ないしバナジウム円筒の一表面に銅層を設け、こ
のようにして得た構成体をＩ ０−５Ｔｏｒｒの真空中
でガリウムの存在下に約５０時間にわたり約７００’Ｃ
の温度に加熱する。

このとき銅層内にガリウムが拡散し、隣接するガリウム
と反応して■３Ｇａ層を形成する。

これに対しバナジウム構成体の銅が存在しない側におい
ては、所定の条件下では実際上バナジウムとガリウムの
反応が起こらないので、この個所にはＶ ３Ｇａ層は形
成されない。

製造すべき化合物のより高融点の元素を有する第１の成
分は、本発明による方法の場合、必ずしも単一の金属か
らなる必要はなく、場合によっては添加物を含んでいて
もよい。

例えばニオブないしバナジウムにチタン、ジルコニウム
あるいはタンタルを約３０重量％ｔでの範囲で添加でき
る。

またハフニウムを添加することもできる。

さらに第１の成分として、例えばバナジウム−ニオブ合
金を利用することもできる。

同様にガリウムや錫のような化合物を形成する残りの一
つの元素の代りに、このような元素のいくつかを、製造
すべき導体構成体の第２の成分内の相持金属に付カロ的
に刃口えることも、また熱処理時に利用する金属蒸気中
に力りえることもできる。

例えば錫とガリウムが一緒に存在するようにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例に係る超電導導
体の製造方法を工程を追って示す横断面図、第３図は他
の実施例により製造された超電導導体の横断面図、第４
図は本発明による熱処理を行うのに適した装置の概略図
である。 １．２３・・・・・・銅−ガリウムマトリソクス、２・
・・・・・バナジウム芯線、３，２４・・・・・Ｖ ｓ
Ｇ ａ層、２１・・・・・・銀核、２２・・・・・・
バナジウムスリーブ、３４・・・・・・かご形車、３６
・・・・・・導体構成体、３８・・・・・・溶融元素、
３９・・・・・・加熱装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２つの元素からなる超電導金属間化合物
   を有する超電導導体を製造するために、化合物の少なく
   とも１つの元素からなる延性の第１の成分からなる一つ
   又は複数個の芯線を、化合物の残りの元素のための延性
   担持金属を含む第２の成分からなるマｌ−ＩＪソクス材
   料内に埋込み、両者を断面積を減少させるべく加工し、
   このようにして得た常時固体状態にある構成体が残りの
   元素の溶融物上に生じたこれらの元素の蒸気中で６００
   ０〜９５０℃の温度で熱処理され、第２の成分を貫通し
   て拡散する残りの元素と第１の成分とが反応して化合物
   が形成するようにしたものにおいて、両成分からなる構
   成体と、化合物を形成するために溶融される残りの元素
   とを熱処理時に同一の温度に加熱し、熱処理を残留ガス
   圧が最高１Ｏ−２Ｔｏｒｒの真空下であるいは最高５０
   ０ Ｔｏｒｒの臣ン 力を持つ不活性ガス中で行うことを特徴とする超電導導
   体の製造方法。 ２ 排気力刈゛能で場合によ’Ｉｆ）−ｔ：Ｊｌは不活
   性ガス中−セントる室３１．３２と、熱り４Ｊ−雫を施
   こすべき導体構成体３６を支持するため前記室内に配置
   されたかご形のｎｊ３４と、金属間化合物６：形成寸−
   るために溶融される元素３８を入れるプとめ（・て室内
   （・で配置された容器３７ど、室を取り囲む７．ｉｉｉ
   熱体３９とからなること全特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法を実施−するための装置。