JPS5828685B2 - チヨウデンドウ ｖ３ｇａ センザイノ セイゾウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は安定化Ｖ３Ｇａ超電導線材の製造法に関するも
のである。

近年超電導線は、強磁場に釦ける安定性に関する研究の
進歩により、常伝導金属中に非常に細い超電導体の多数
本を埋め込んだ極細多芯超電導線が主として使用される
様になって来た。

超電導材料としては、Ｎｂ−Ｔｉ 系、Ｎｂ −Ｚｒ系
合金などの合金系とＮｂ３Ｓｎ、Ｖ３Ｇａなどの化合物
系があるが、現在９０ ＫＧ以上の高磁場を発生するマ
グネットに用いられる線材はほとんど化合物系の超電導
材料である。

これは、化合物系の超電導材料は合金系に比べて超電導
の上部臨界磁場Ｈｃ２ ＞よび臨界電流密度Ｊｃが高
いという理由による。

しかしこの高磁場発生に適した化合物系の超電導材料は
合金系に比べて脆いという欠点があり、製造に際し引伸
加工がむつかしく、特に上述の極細多芯超電導線の製造
がむつかしいので、テープ状の線材しか作られなかった
。

例えばこのテープ状線材の製造方法としては特公昭４７
−２１３５６号に述べられている。

これによるとＶ３Ｇａ 化合物の加工性のないことがら
■テープの表面に溶融Ｇａめつきを施こし、各種組成の
非超電導性Ｖ−Ｇａ化合物に完全に転化することにより
余剰のＧａを残さず、その後その上にＣｕを被覆してＶ
ＢＧａ 層を形成する方法が述べられている。

これにより加工性のないＶＢＧａ 層を持った導体の
製法を可能とし、テープ状導体として実用化されている
。

しかしこの方法では後述の如き、極細多芯導体の製造は
困難である。

このテープ状の線材の最大の欠点は垂直磁場に対する不
安定性であり、この不安定性の問題を解決するため、超
電導材料を細かく多芯化するととにより、方向性を持た
ない、かつ磁化の少ない安定な超電導線材を製造するこ
とが必要である。

この安定化多芯■３Ｇａ 超電導線材の製造法としては
例えば金属材料技術研究所が開発した次の如き方法があ
る。

即ち１８原子係のＧａを含むＣｕ−Ｇａ合金中に多数本
の■を埋め込んで線引き加工し、最後に熱処理して超電
導ＶＢＧａ 層を■の表面に得る方法である。

この方法の欠点は線引き加工によるＣｕ−Ｇａ合金の加
工硬化が著しく、１回５０％程度の加工度しかとれない
ので、加工時何回も熱処理を必要とし、又上記加工硬化
によりＶの不均一変形および長さ方向での特性のバラツ
キが生じ易い欠点がある。

本発明はＶ上の溶融Ｇａめつきに釦いて、ｖまたは■合
金表面にＶ−Ｇａ化合物層を被覆すると共に余剰のＧａ
層を被覆せしめることにより、従来から困難とされてい
たＶ−Ｇａ化合物の機械的加工を可能にするもので、Ｃ
ｕパイプ中に挿入後の減面加工時Ｖ−Ｇａ化合物層を粉
砕し、かつｖ−Ｇａ化合物粒界に余剰に被覆したＧａを
浸透させることにより、化合物層の減面加工を行なって
単芯または多芯Ｖ３Ｇａ 超電導線材を容易に製造し
うる方法を提供せんとするものである。

本発明ばＶｔたはＶ合金よりなる棒の表面に溶融Ｇａめ
つきを施こし、Ｃｕパイプ中に挿入した複合棒を減面加
工して引伸する工程と、上記引伸した線を最終寸法で５
０００〜９００℃で加熱処理することによりＶ３Ｇａ
超電導体を生成させる工程とより戒り、必要に応じ、
更に上記引伸した複合線の複数本を束ねてＣｕパイプ中
に挿入し減面加工して引伸する工程を、上記複合線のＶ
線が所望の本数に達する昔で繰り返して後、最終所望寸
法の線に減面加工を施こす工程を含む超電導Ｖ３Ｇａ
線材の製造法に３いて、上記溶融ＧａめつきによりＶ
ｔたば■合金表面にＶ−Ｇａ化合物および余−ＪＩＪＯ
Ｇａ層を被覆せしめて、上記複合線の減面加工時Ｖ−Ｇ
ａ化合物層を粉砕し、かつＶＧａ化合物粒界にＧａを浸
透させることにより、最終的に得られるＶ３Ｇａ 層の
連続性をそこなうことなく、上記■−Ｇａ化合物層の減
面加工を容易ならしめることを特徴とするものである。

本発明に使用するＶｔたは■合金よりなる棒とは、純ｖ
または０．１〜１０原子咎のＴ １ ｓ Ｚ ｒ若しく
ばＨｆなどの元素を含むＶ合金であり、■に添加するこ
れらの元素は■へのＧａの拡散を促進させてＶ３Ｇａを
生成し易くして前記Ｉｃを向上し、また線材の機械的性
質を改善する効果がある。

又本発明に使用するＣｕパイプは電導性の良い例えば無
酸素銅、タブピッチ銅、脱酸銅など製のものである。

本発明にむいて、ＶまたはＶ合金表面に溶融めっきする
Ｖ−Ｇａ化化合物層上び余剰のＧａ層の厚さは爾後の減
面加工に釦ける加工性お・よび熱処理によるＶ３ Ｇａ
の生成上重要な因子である。

本発明者らは本発明に到る過程に釦いて、とのＶ−Ｇａ
化合物層を被覆する段階に釦いて、後述する温度と時間
でこの化合物層にクラックの発生のあることを見付けて
いるが、本発明に訟ける余剰のＧａは、このクラックの
空隙を満たすように被覆され、更にＶ−Ｇａ化合物層の
表面に、爾後の減面加工において発生するＶ−Ｇａ化合
物層のクラックの空隙を充分溝たしてめっき層の連続性
をそこなわないような厚さのＧａ層が被覆されることが
必要で、通常この厚さは約１μ以上あれば充分その効果
が認められる。

又Ｖ−Ｇａ化合物層については、Ｖ−Ｇａ化合物面積／
■面積は０．１〜０．５が適当で、約０．３程度が最も
良い。

この比が０．１以下ではＶ３Ｇａ 生成に必要なＧａが
不足となって充分なＶ３Ｇａ の生成かむつかしく、
０．５以上になると加工中粉砕されたＶ−Ｇａ化合物層
の粒界へのＧａの浸透が充分でなくなり、複合材料自体
の延性不足から加工性が悪くなると共に１得られる最終
Ｖ３Ｇａ 層の連続性をそこなう。

これらのＶ−Ｇａ化合物層とＧａ層の厚さは溶融めっき
にむけるＧａの温度、浸漬時間などの条件を適当に選択
することにより、所望の厚さのものが得られる。

又本発明に釦いてマトリックスとなるＣｕとＶなどの芯
との面積比ば１：１程度以上が適当で、Ｃｕが多くなる
程伸線加工における加工性は良くなる。

本発明にお・いて複合棒または複合線に施こされる減面
加工は伸線、圧延またはスェージング加工の倒れでも良
く、又減面加工後の形状は丸線、平角線筐たはテープの
何れでも良い。

又本発明により得られる超電導ｖ３Ｇａ 線材は超電導
Ｖ３Ｇａ が単芯のものでも多芯のものでも良く、多
芯の場合は上述の複数本の複合線束ね、Ｃｕパイプ挿入
、引伸加工を、芯線が所望の本数に達する１で繰返えさ
れる。

又単芯または多芯の引伸加工した線を撚線曾たは編組線
等に仕上げることも可能であり、その際のｖ３Ｇａ 生
成のための熱処理は撚線または編組の前または後に実施
すれば良い。

以下本発明を図面により実施例について説明する。

第１図イル二は本発明方法の実施例を工程順に示す斜視
図である。

先ず所定のサイズに線引きしたＶ棒１または■合金棒１
とこのＶ棒が挿入できるサイズのＣｕパイプを準備する
。

次にＶ棒１を例えば８０００〜１０００’Ｃで真空中で
焼鈍し、これを針状結晶（■とＧａの化合物）が析出し
ない程度に昇温した溶融Ｇａ中に真空中で適当な時間浸
漬して引上げ、■棒１表面にＶ−Ｇａ化合物層むよび余
剰のＧａ層とよりなるめっき層３を被覆する。

この溶融めっきしたＶ棒１をＣｕパイプ２中に挿入しく
イ図）この複合棒を所要サイズ１でスェージング、伸線
、または圧延などの引伸加工を行なって複合線４とする
（四回）。

この減面加工中Ｖ−Ｇａ化合物層は粉砕されるが、その
粒界にＧａが浸透するのでめっき層の連続性が破壊され
ず、加工性が良い。

単芯の場合はこの複合線４に後述の熱処理を施こして超
電導Ｖ３Ｇａ を生成させる。

多芯の場合は、このようにして作った複合線４を適当数
、例えば７本束ねて、その束の外径に合ったＣｕパイプ
５中に挿入しくハ図）、引伸加工して複合線６とする（
二図）。

この複合線６におけるＶ線１の本数が所望の本数に達し
ない場合は更に複合線６を複数本束ねてＣｕパイプに挿
入して引伸加工するハ図〜二図の工程を繰返し、マトリ
ックスのＣｕの割合を考慮した目的の■本数に達した時
点で、最終所望寸法の線径又はテープ曾で伸線渣たは圧
延加工を施こす。

このようにして作った複合線またはテープを真空中で５
０００〜９００℃の温度で２〜２００時間加熱処理する
ことにより、マトリックスＣｕとＶ線１の境界に超電導
Ｖ３Ｇａ 層を生成させ、第２図に示す如き超電導多芯
ｖ３Ｇａ 線７捷たはテープを得る。

第２図において１１はＶｔたばＶ合金、１２はマトリッ
クスＣｕ、１３は超電導■３Ｇａ 層である。

第２図は芯■が７本の場合を示しているが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、多本数の場合には第１図
ハル二の工程を何回も繰返せば良い。

又■３Ｇａ 生成熱処理の前または後に必要によりツイ
スト加工を行なっても良い。

実施例： この実施例は上述に説明した方法と同様の方法により行
った。

９００℃で２時間真空焼鈍を施こした３４ｍｍ＄、長さ
３００ｍｍの■棒２本を真空中で５５０’Ｃに昇温した
溶融Ｇａ中に６時間浸漬して引上げて溶融めっきを施こ
した。

この場合のめつき層のＶ−Ｇａ化合物層の厚さは２３０
μ、 Ｖの寸法は３．２０５ ｎｌｍｐで断面にむけ
るＶ−Ｇａ化合物面積／Ｖ面積は０．３０８であった。

又余剰のＧａ層は生成されたｖ−Ｇａ化合物のクラック
による空隙を充分溝たし、更に表面に厚さ１μ以上被覆
した。

この２本の■棒を夫々外径６ ｍｍ 、内径４ｍｍ、長
さ３００ｍｍのＣｕパイプに挿入し、この２本の複合棒
を夫々１．９６ｍｍ〆まで伸線加工した。

この伸線加工中、粉砕されたＶＧａ化合物層の粒界にＧ
ａが浸透した結果、めっき層の連続性がそこなわれるこ
となく、支障なく伸線可能であった。

この１．９６ｍｍｏの複合線を夫々長さ３００ｍｍ宛に
切断して７本の複合線を準備した。

次にこの７本の１．９６ｍｍ〆の複合線を束ねて外径８
ｒｒＩｍ１内径６ｍｍ、長さ３００ｍｍ中に挿入し、こ
の複合棒を０．３８５ｒｒｏｌｔで伸線加工した。

この場合もｖ−Ｇａ層が存在するための破壊による支障
はなく、伸線加工性は良好で、中間焼鈍を施こすことな
く、支障なく伸線可能であった。

その後この０．３８５ ｍｍｉの複合線を真空中で、６
５０°Ｃで５０時間熱処理を行ない、マトリックスＣｕ
とＶ線との境界に超電導Ｖ３Ｇａ 層を生成させた。

得られた超電導多芯■３Ｇａ 線の断面は第２図と同様
のもので、この場合の各芯■線上の超電導Ｖ３Ｇａ
層の厚さは約２μであった。

得られた線について、４．２ Ｋにおいて３０ＫＧおよ
び５０ＫＧの垂直磁場中で臨界電流密度を測定した結果
は下表むよび第３図に示す如くである。

第３図は磁場の磁束密度Ｈｃと臨界電流密度Ｊｃとの関
係を示す図で、横軸にＨＣ１縦軸にＪｃを示す。

尚、比較のため従来のＣｕめつき表面拡散法（金属材料
技術研究所、特公昭４７−２１３５６号による方法）で
作成した１ ２．７ｎｏＸ Ｏ，１２ｍｍの超電導Ｖ３
Ｇａ テープと比較した。

即ち、本発明による品は従来品（テープ）に比べ、高、
低磁場共、高い臨界電流密度を示し、前述のＣｕ−Ｇａ
合金埋込み法によって作成した超電導多芯Ｖ３Ｇａ
とほぼ同等の性能を示した。

以上述べたように、本発明は超電導ＶＢＧａ 線を製
造する方法にむいて、Ｃｕパ゛イ）プ中に挿入する溶融
ＧａめっきしたＶ棒筐たはＶ合金棒のめつき層をＶ−Ｇ
ａ化合物層と余剰のＧａ層とより構成せしめて、複合線
の減面加工時ｖ−Ｇａ化合物層が粉砕しても、その■−
Ｇａ化合物粒界にＧａを浸透させることにより、■−Ｇ
ａ化合物層の連続性をそこなうことなく、支障なく引伸
することかでき、引伸加工を容易ならしめる利点がある
。

又途中の加工工程に釦いてＣｕ−Ｇａ合金の生成がない
ので、Ｃｕ−Ｇａ合金の低加工性をも克服し得、高い加
工度を施こすことができる利点がある。

従って本発明により超電導多芯Ｖ３Ｇａ線を工業的に製
造することが可能となり、超電導特性の優れた均一な超
電導多芯線が得られる利点がある。

更にＣｕ−Ｇａ合金中にＶ又はＶ合金棒に挿入して作る
複合多芯法に比較すると、製造に必要なＧａ量は桁違い
に少なくてすみ、ロスが少ないためＧａ量を必要最小限
に制御することができるので、非常に経済的に製造しう
る利点がある。

又本発明は引伸加工にまり長尺の超電導線材を得ること
ができ、又多本数の複合線束ね→Ｃｕ−々イブ挿入→引
挿入上引伸加工ことにより、多本数の芯を有する安定化
超電導多芯線材を任意に製造しうる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図イル二は本発明方法の実施例を工程順に示す斜視
図である。 第２図は第１図に示す方法により製造した超電導多芯Ｖ
３Ｇａ線の断面図である。 第３図は本発明による品と従来品（テープ）との磁場の
磁束密度と臨界電流密度との関係を示す図である。 １・・・・・・Ｖ棒（又は■合金棒）、２・・・・・・
Ｃｕ−ζイブ、３・・・・・・Ｖ−Ｇａ化合物層むよび
Ｇａ層とよりなるめっき層、４，６・・・・・・複合線
、５・・・・・・Ｃｕ”イブ、７・・・・・・超電導多
芯■３Ｇａ 線、１１・・・・・・Ｖまたは■合金、１
２・・・・・・マトリックスＣｕ、１３・・・・・・超
電導Ｖ３Ｇａ層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｉ ＶｔたはＶ合金よりなる棒の表面に溶融Ｇａめつ
   きを施こし、Ｃｕパイプ中に挿入した複合棒を減面加工
   して引伸する工程と、上記引伸した線を最終寸法で５０
   ０ 〜９００℃で加熱処理することによりＶ３Ｇａ 超
   電導体を生成させる工程とより成り、必要に応じ更に上
   記引伸した複合線の複数本を束ねてＣｕパイプ中に挿入
   し減面加工して引伸する工程を、上記複合線のＶ線が所
   望の本数に達する昔で繰り返して後、最終所望寸法の線
   に減面加工を施こす工程を含む超電導Ｖ３Ｇａ 線材
   の製造法にむいて、上記溶融ＧａめつきによりＶまたは
   Ｖ合金表面にＶ−Ｇａ化化合物上び余剰のＧａ層を被覆
   せしめて、上記複合線の減圧加工時Ｖ−Ｇａ化合物層を
   粉砕し、かつＶ−Ｇａ化合物粒界にＧａを浸透させるこ
   とにより、最終的に得られるＶ３Ｇａ 層の連続性を
   そこなうことなく、上記Ｖ−Ｇａ化合物層の減面加工を
   容易ならしめることを特徴とする超電導Ｖ３Ｇａ 線材
   の製造法。