JPS585487B2 - ２つの金属の複合物製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、超電導体として使用され得る複合物の製造
方法に関する。

さらに特定すると、この発明は、電導性の金属、とくに
、ニオビウム、バナジウム、あるいはこれらの合金から
なる極めて細いフィラメントから構成されるワイアに係
ると共に、同上の製造に係る。

過去において、ロッド、ケーブル、あるいはワイア製造
用の複合物は、金属を積層することあるいはこれらをあ
る方法で結合すること、そののち、これらの最終の大き
さに製造することによって、製造された。

ニオビウム合金の超電導体は、こうした方法で製造され
て来たが、しかし種々の欠点をともなった。

実例として、細い連続するフィラメントをもつニオビウ
ム・スズの合金ワイアを製造する方法は、コストがかか
ると共に、信頼性がなかった。

というのは、ニオビウムのロッドが使用されて、電導体
のフィラメントを形成するからである。

ロッドは典型的には、１／８インチ（約３ ｍｍ）ある
いはそれ以上の直径の大きさをもち、そしてかなりな直
径の縮小を必要とする。

１ミクロン直径のフィラメントをもつワイアを製造する
ためである。

ワイアは通常、ニオビウムのロッドをブロンズの軸体内
に置くと共に、このニオビウムのロッドからあるサイズ
のフィラメントに達するまで、数回この軸体を押し出す
ことにより製造される。

結果として得られるワイアはそれから、他のワイアに束
ねられると共に、再び押し出される。

拡散プロセスで、この場合、ブロンズ内のスズは、ニオ
ビウム内へ拡散され、大きなカーケンドル（Ｋｉｒｋｅ
ｎｄａｌｌ）の孔が、ブロンズ内につくられる。

この場合、ニオビウムのフィラメントは、比較的大きな
大きさで、典型的には１０ミクロンを越える。

大きなカーケンドルの孔は、ワイアに対し有害になる。

さらに、これらの先行技術のプロセスによって製造され
るワイアは、個別で分離したフィラメントからなると共
に、大きな直径から小さな直径に押し出されるから、フ
ィラメントは製造プロセス中に破損しがちである。

個々のフィラメントが破損すると、これらが原料ワイア
を弱くする原因になると共に、結局はワイアを損傷する
原因になり、これによって、使用できない製品生産を増
加することになる。

通常のプロセスの場合、必要なのは、多数回の押し出し
によりワイア軸体を製造すると共にワイアをダイに通し
て引き抜き、最終の大きさを達成することである。

各押し出しは、フィラメントには極めて困難であると共
に、遂行するには極めて高価である。

それゆえ望ましいのは、製造することのできる複合物を
つくるもうひとつの方法を見い出すことである。

細いニオビウム合金のフィラメントをもつワイアを形成
するために、この方法は、過去のプロセスの欠点、たと
えば、コスト高ならびにフィラメントの損傷がない。

本発明により、見い出されたのは、大きな強度をもつ金
属の複合物が、孔群をもつ形の複合物のひとつの層を有
することにより、製造され得るということである。

ニオビウム、バナジウムならびに、これらの合金を含む
極めて細いサイズのワイアは、単一の押し出しで形成さ
れ、孔群をもつ金属の形で、ニオビウムあるいはバナジ
ウムを使用することにより、少ない破損ならびに大きな
強度を有する。

ワイアは、超電導の特性を有する。ニオビウムあるいは
バナジウムが、元素で、あるいは合金の形で、多孔にさ
れると共に、裏板物質に積層され、そして、この物質が
、銅、アルミニウム、タンタル、ブロンズ、あるいはこ
れらの組み合せで形成されて、得られた積層品は、筒形
に巻かれ、そして、この筒形は外側に覆いが与えられて
、ワイアにつくられる。

ニオビウムあるいはバナジウムが、合金の形で使用され
る場合、この合金は、たとえば、Ｎｂ５ｓｎ＋Ｎｂ３Ｇ
ａ、Ｎｂ３Ｇｅ、Ｎｂ３Ｓｉ、ＮｂＴ７．Ｖ３Ｇａ。

Ｖ３Ｓｉ、Ｖ３Ｓｎ、Ｖ３Ａｌ、あるいはＶ３Ｇｅであ
る。

加えて、このタイプの合金は、複合物の構成要素から形
成される。

すなわち孔群をもつ金属層に裏板物質を拡散することに
よって形成される。

本発明の方法は、強度の大きい電気導管を作るのに有用
であり、そして、これらの導管は使用時に強いのみなら
ず、とくに重要なのは、種々の形状、たとえばロンド、
ケーブル、ワイアなどの形状に製造する場合、持ちこた
えるのに十分に強いことであり、これら導管はその中に
幾つかのフィラメントを含んでいる。

このことは、つぎのことを可能にする。

すなわち、電導性の金属あるいは合金を、孔群をもった
形で使用でき、孔群をもつ金属あるいは合金を他の金属
に積層でき、そして積層品を最終の形状に製造すること
ができる。

明らかになったのは、複合物を製造する先行技術の処理
の多くの問題が、とくに、ニオビウム合金、たとえばニ
オビウム・スズの合金からなる細いフィラメントをもつ
超電導ワイアの場合、本発明の方法によって解消され得
ることである。

この場合、孔群をもつニオビウム金属は、裏板金属に積
層されると共に、筒形の形状に巻かれる。

ニオビウム・ロンドの製造の場合と、対称的である。

孔群をもつ金属の使用は、先行技術の処理に比べ多くの
利点をもつ。

すなわち、融通性を大きく増加すると共に、複合物の設
計を多種類にし、必要とされる縮小を少なくして多くの
細いフィラメントをつくり、均一な電導断面をつくる。

他方、単一の細いフィラメントとしての利点を有する。

さらに、細い電導フィラメントをもつ長い長さの電導体
は、先行技術のプロセスによるよりも著しく安価に製造
され得る。

これらの利点は、より細い開始物質を使用できることか
ら生じ、この場合、はとんど縮小を必要としないで、従
来法よりも更に細いフィラメントを達成できる。

というのは、導電体の開始サイズが細いので、超導電体
の最終サイズは充分に細くなり得て、拡散の反応時間を
短くでき、加えて、カーケンドルの孔を形成する可能性
を減少できると共に、こわれやすいニオビウム・スズの
合金からなる極細のフィラメントの伸えん性を、利用で
きることになる。

本発明によってつくられる電導体は、抵抗を改良し、張
力ひずみと組み合わされて部品減を適切にする。

メツシュ形状を使用する結果である。もしひとつのフィ
ラメントが損傷すると孔群をもつ金属のフィラメントの
残りが、なおも接続されている。

というのは、ストレスが、他の支持用フィラメントに分
散されるからである。

このようにして、すべてのフィラメントは、あたかもこ
れらが、単一のフィラメントであるかのように、同等に
作用し、これにより、損傷の徴候を最小化すると共に、
破損のない長い長さを製造することができる。

これらのことは、現在までの方法を使用して達成するに
は極めて困難である。

本発明は、添付図面を参照してさらに詳しく説明されよ
う。

本発明によると、ワイアは第１図ならびに第２図に示さ
れるように、薄板をとることによって製造され得る。

この場合、ブロンズの層１が、孔群をもつニオビウム金
属の層２に積層される。

ブロンズの層は、スズを拡散によりニオビウムに供給す
るために使用され、Ｎｂ３Ｓｎを形成する。

この方法は、固体状態の拡散作用のため、望ましい反応
動力学をもつ。

というのは、スズにとって困難なのは、ニオビウムに配
置されること、ならびに、このことを達成することであ
るからである。

ブロンズは、普通の特性をもち、通常、１０〜１３％の
スズを含む。

薄板４は、銅のロッド３まわりに巻かれて、筒体を形成
すると共に、銅の外側の層５でほぼ覆われる。

これにより、第２図に示される断面構造をもつ軸体を形
成する。

銅の覆い体の層５は、製造を容易にするために有効で、
ワイアを引っ張るのを容易にする。

得られた軸体はそれから任意の所望の断面形状、たとえ
ば、円形、矩形、長方形、あるいは平らに縮小されると
共に引張される。

孔群をもつ金属の層２は、バナジウム、ニオビウム、あ
るいはニオビウム・チタニウムの合金であり得る。

他の金属の層１は、アルミニウム、銅、タンタル、ある
いはブロンズで形成されると共に、ニオビウム、あるい
はバナジウムと合金化される金属、たとえばガリウム、
ゲルマニウム、スズあるいはシリコンを含む。

両方の金属の厚味ならびに他の特性は、所望の最終製品
に依存する。

説明される特定の実例の場合、孔群をもつニオビウムの
金属の層２は、ブロンズの層１がそうであるように、任
意の厚さであり得る。

望ましいのは、伸ばす前の薄板を、ニオビウムに対する
ブロンズの比を、それぞれ体積で１対３にして、層の厚
みの適切な選択を達成することである。

孔群をもつ金属は通常、０．００１から０．０６インチ
（０，２５から１．５ｍｍ）、望ましくは０．００５か
ら０．０１５インチ（０，１３から０．４ｍｍ）の薄さ
をもつ。

薄板で形成される軸体は、押し出され、そして後で引張
される。

技術の現状の方法で可能なことは、この方法によって製
造されるワイアを再び束ねて、その後の縮小ならびに引
張りにより、さらに細いフィラメントならびにさらに多
数のフィラメントをもつワイアを、終極的に製造するこ
とである。

軸体まわりの銅は、十分な厚さをもつべきで、破損され
てはならないし、複合エレメントを表面に露出してはな
らないと共に、縮小ならびに引張り作業を通じて、一体
的に維持されなければならない。

高い品質の孔群をもつニオビウムの金属層で開始するか
ら、可能なことは、縮小工程を通じて、これまでのプロ
セスよりも量産が行なえることである。

本発明はつぎの実例でさらに説明される。

実例 軸体は、外側の直径２．３７５インチ（６，０３ｃｍ）
×長さ６インチ（１５，２ｃｍ）の大きさで形成される
と共に、ブロンズに孔群をもつニオビウムの構成を有し
て、銅のロッドまわりに巻かれ、そして銅のケーシング
で覆われた。

軸体は断面で約８％のＮｂを含むと共に、０．０２０イ
ンチ（０，０５ｃｍ）の直径である連続したワイアに、
通常の方法で製造され、そして、通常の方法で（６００
℃の焼きなましで）反応された。

臨界温度、すなわち、この温度で、ワイアは電流流れに
ゼロの抵抗を示し、そしてこの温度で、ワイアは超電導
になった。

この臨界温度は、純粋のニオビウムの既知の臨界温度で
決定されると共に、比較された。

加えて、ワイアは、８００℃の熱処理で１５分間さらさ
れると共に、臨界温度が、ふたたび決定された。

この結果かつぎの表に再掲されている。上の表の結果が
以下のことを示す。

すなわち改良された（たとえば、高い）臨界温度が、純
粋なニオビウムに対し、熱処理されることなく得られる
と共に、さらに改良された臨界温度が、最終の熱処理に
よって得られ、スズの拡散をブロンズからニオビウムに
遂行して、合金形成を促進している。

上述されたように、合金用のエレメントは通常、中空で
ない金属層内に、あるいはその上に含まれ、この層は、
ニオビウムまたはバナジウムの孔群をもつ金属に積層さ
れる。

この例外は、ニオビウム・チタニウムの合金で、この合
金は、マスター（ｍａｓｔｅｒ）合金として形成される
ことが可能であると共に、孔群をもつ金属層内に製造さ
れ得る。

合金用の要素、たとえば、ガリウム、ゲルマニウム、ス
ズ等が、バナジウムあるいはニオビウムに、薄板層から
の拡散によって、合金化されることが可能である。

上述かられかり得るように、これらの合金のすべては、
実例のニオビウム、スズ、あるいはブロンズに置き換え
られることができる。

変形が、本発明の範囲内で可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、中空でない金属層ならびに孔群をもつ金属層
からなる薄板の断面図を示す。 第２図は、第１図の薄板からなる軸体の断面を示す。 第１図の薄板を銅のロッドまわりにまるめて、銅で包ん
だものである。 第３図は第１図の正面図で、中空でない金属層を覆う孔
群をもつ金属層を示す。 １……（ブロンズ）層、２……にオビウム金属）層、３
……（銅）ロッド、４……薄板、５……（銅）覆い体（
層）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸体を長手体に形成することにより、２つの金属の
   複合物を製造する方法であって、２つの金属のひとつが
   、孔群をもつ形であり、該２つの金属の薄板を巻いて、
   筒形に巻かれた軸体を形成するようにしたことを特徴と
   する製造方法。 ２ 上記特許請求の範囲第１項の方法において、上記孔
   群をもつ形の金属がニオビウムあるいはバナジウムであ
   り、そして他の金属が、ブロンズ、銅、アルミニウム、
   あるいはタンタルを含むことを特徴とする製造方法。 ３ 上記特許請求の範囲第２項の方法において、ニオビ
   ウムあるいはバナジウムが、ある合金用要素の拡散によ
   り合金化され、この合金用要素が、スズ、ガリウム、ゲ
   ルマニウム、あるいはシリコンであって、中空でない金
   属層から孔群をもつニオビウムあるいはバナジウムの層
   に、ワイヤの製造中に合金化されることを特徴とする製
   造方法。 ４ 上記特許請求の範囲第２項、あるいは上記特許請求
   の範囲第３項の方法において、上記薄板が銅のロッドま
   わりに巻かれると共に、得られるコイルが銅のケーシン
   グで覆われて、上記軸体を形成することを特徴とする製
   造方法。