JPS6021212B2 - 超電導材料の製造方法 - Google Patents

超電導材料の製造方法

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JPS6021212B2
JPS6021212B2 JP50088512A JP8851275A JPS6021212B2 JP S6021212 B2 JPS6021212 B2 JP S6021212B2 JP 50088512 A JP50088512 A JP 50088512A JP 8851275 A JP8851275 A JP 8851275A JP S6021212 B2 JPS6021212 B2 JP S6021212B2
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compound
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禎四郎 守安
誠 林
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は良好な成形性を有する超電導材料の製造方法に
関するものである。
現状においては良好な成形性を有する実用的な超電導材
料として、Nd−Tj、Nd−Zr系の合金材料がマグ
ネット、超電導電力ケーブル、超電導通信ケぜブル、そ
の他の応用に適用されている。
しかしこれら材料の臨界温度(以下、Tcという)は低
く(〜11K)、高いTcが要求される応用には適さな
いと云う欠点を有する。一方、Tcの高い超電導材料は
全て化合物材料であるため、固くて脆い性質を有し、合
金系材料の如き良好な成形性を保有しないと云う欠点が
ある。従釆、この種の化合物超電導線材の製造方法とし
て展延性に富んだ常導金属と、超電導化合物材料を構成
する2〜3の元素とを共に溶解し、これに線引きなどの
減面加工を施こした後、超電導材相を生成させる為の熱
処理を施こすことにより、成形性を保有する超電導線材
を製造する方法が知られている。
これを第1および2図を用いて一例について具体的に説
明すると、展延性に富む常電導金属としてCuを用い、
超電導化合物材料を構成する元素としてNb及びSnを
用いて、これらを共に溶解、鋳造した後、線引き加工を
行なう。この線引き加工によりCu−Sn合金マトリッ
クス中にNbが細い繊維状となって分布する。次にNb
を超電導材料であるNbやn化合物に変えるための熱処
理を施こす。このようにして成形性を保有するNはSn
化合超電線材が出来上る。ひ 第2図はこのようにして
得られたNb3Sn化合物超電導線材の縦断面構造を示
す。第2図において、1はCu−Sn合金マトリックス
、2はNbを含むNb3Sn化合物繊維である。
しかしこのような方法によれば、溶解鋳造した状態です
でにマトリックス材料がCu−Sn合金となり材料全体
が硬いため、線材への滅面加工の際その加工度に限度が
あり、目的の寸法まで加工する工程の途中で多数回の暁
鈍熱処理を施こす必要がある。この多数回の嫌錨熱処理
を重ねてゆくうちに常電導合金中に加工性を阻害する化
合物相が生成し、尚更目的の寸法までの減面加工が困難
となる。このような困難性を克服する為には、低い加工
度で加工を行なっても線材全体が超電導体となるように
、常電導金属中に占める超電導材料の構成元素の含有率
を大きくせざるを得ない。このようにしてつくられた線
材は常電導金属中に存在する超電導繊維が比較的太く、
又量が多い為に良好な成形成を有していると云い難い。
本発明は、上述の欠点を解消するもので、減面加工性が
すぐれ、製造が容易で、良好な成形性を有する高Tc超
電導化合物材料を製造する方法を提供せんとするもので
ある。
本発明の製造方法を概略的に述べると、展延性に富む常
電導金属と、溶解鋳造後その合金の加工性を著しく害し
ない超電導化合物材料を構成するNb又はVの少量とを
共に溶解し鋳造する。
次にこの鋳造材の中に長さ方向に1本又は複数本の穴を
あげ、その穴の中に超電導化合物材料を構成するSn又
はGaを充填する。次にこの材料を強減面加工する事に
より、常電導金属中における上記−方の構成元素を超微
細蓬の繊維状と成すと同時に、充填した他方の元素を連
続した1本又は複数本の細い線状又は板状となす。次い
でこの材料に拡散熱処理を施こすことによって、常電導
金属中に超微細径を有する繊維状の超電導化合物材料を
分散した状態と成し、良好な成形性を有する高Tc超電
導化合物材料とする。
本発明と類似の方法で、上記溶解鋳造後、これを滅面加
工した後、その材料の表面に超電導材料3を構成する他
方の元素を被覆し、次いで拡散熱処理する事によって本
発明と同様な構造を有する超電導化合物材料を製造する
方法も考えられる。しかしこの類似方法によれば、拡散
熱処理後材料表面に常電導層が生成し、例えば材料表面
に超4電導層が必要な超電導通信ケーブル用導体材料に
は不適当である。本発明は良好な成形性を有し、且つ材
料表面にも超電導層を有する高Tc超電導化合物材料を
製造する方法を提供するものである。次に本発明を実施
例により詳述する。
実施例 1 第3図〜第7図は本発明方法の実施例を示す図夕 で、
第3図は製造工程図で第5図〜第7図はその各工程にお
ける断面を夫々模式的に示す図である。
第3図に示すように、先ず純度99.99%のCuと純
度99.9%のNbとをグラフアィトるつぼに入れ高周
波誘導加熱によりこれを溶解、鋳造し、099.2原子
%Cu−0.8原子%Nb疑合金を作成した。この時の
鋳型は内径3仇蚊、高さ8仇帆のカーボンるつぼであり
、冷却速度は250℃まで250qo/秒とした。次に
この棒状の鋳造材の表面を切削し、25側め夕のインゴ
ットとした。
こうして作成したィンゴットの組織を検鏡した結果、第
4図に示す如くCuマトリックス3中にNb4が均一に
分散された状態となり、そのN地位径は最高2.5〃程
度であった。ここで、合金がいくつかの元素の原子レベ
ルでの固溶した状態をさすのに対して、本願発明の疑合
金は上述の如くCuマトリックス中に最高2.5ム程度
のNbの粒が均一に分散された状態であって、原子レベ
ルでは固溶していない単なる混合物をさすものである。
次に第5図に示す如くこのィンゴット5の横断面中心に
長さ方向に直径9肋の1本の穴6をあげ、この穴6の中
にSn7を充填した後、関口部を円板状のC略でシール
した。
次にこのCu−Nb−Snィンゴツトを袷間で6帆0ま
でスウェージング加工し、次いで0.1柳ぐまで線引き
した。
この時の最終加工度は断面積で99.9班%である。こ
れらの冷間加工工程では何の困難も伴わず容易に線引き
が可能であった。こうして作成した0.1柵◇のCu−
Nb−Sn線材の縦断面の組織を検鏡した結果、第6図
に示す如くCuマトリックス9中に0.1仏?程度の超
微細径を有すホィスカー状のNb繊維10の存在が認め
られ、線材の中心には約30仏0のSn線11の存在が
認められた。この織村のTcを抵抗法で測定した結果、
6.3〜8.1Kを示し、このままの状態でも加工性の
良い超電導材料として使用する事が出来る。
次にこの0.1肋0のCu−Nb−Sn線材を真空中6
50午0で5G時間の熱処理を施こした結果、線村のほ
ぼ中心に存在するSnllがCu9中に拡散し、更にN
b繊維10と反応して第7図に示す如くCu−Snマト
リックス12中に直径0.1〜0.9仏、長さ0.7〜
900山のNbぶn化合物繊維13が生成した。
こうして得られた線を直線状でそのTcを抵抗法で測定
した結果、14.9〜17.4Kを示し、次に直径2肋
の棒に巻きつけて測定した結果、Tc及びその遷移中に
は変化は認められず、更にこの線を真直に伸ばし、再度
2凧?の棒にきつける操作を30回線返返した後もTc
及びその遷移中に変化は認められなかった。又4.2K
,3雌G中でのJcは2.9×1ぴA/のを示し、上述
と同様の榛に巻きつけた後のJcにも袷んど変化はなく
、曲げ、引伸ばしの操作を30回繰返した後に於ても、
上罰リcの70%の値を示した。
この様な苛酷な曲げ加工に対しても本発明による線が良
好な特性値が得られるのは、材料の強加工の結果得られ
るNASn繊維が超微細蓬を有するところにある。種々
な組成による系統的な実験を実施した結果、上記Cu−
Nb鋳造材のCu量が97原子%以上の範囲で99.9
%以上の冷間加工が可能である事が判明した。
又Cuの量が99.4京子%以上貝0ちNbo.6原子
%以下では99.9%以上の加工を加えてもCu−Nb
合金線が超電導を示さない事が判明した。又N広Snに
するための拡散熱処理温度は600qC〜850℃が最
適である事も分った。実施例 2 先ず純度99.99%のCuと純度99.9%のVとを
実施例1と同じ方法で溶解、鋳造し99.1原子%をC
u−0.9原子%V疑合金ィンゴツトを準備した。
次に実施例1と同様の方法でCu−V鋳造材料の中心に
直径11肋の穴をあげ、この穴にGaを充填し開ロ部を
円板状のCuでシールし、これを0.1肋ぐまで線引加
工した。次に、この線材に含有されるホィスカー状のV
繊維をV30a化合物に変える為660℃で3畑時間、
熱処理を施こした。
こうして得た線を直線状でそのTcを測定した結果11
.7〜13.ぽKを示した。次に直径2肋の棒に巻きつ
けて測定した結果、Tc及びその遷移中には変化は認め
られなかった。又4.をK、30KG中でのJcは2.
2×IQA/仇を示し、上述の同様の棒に巻きつけた後
のJcにも殆んど変化はなかった。本発明が適用される
材料の範囲は、上述の実施例におけるCuの代りにSu
、A〆、Pb、Au等を含有するCu合金、Nbの代り
にZr、Si等を含有するNq合金、又はVの代りにZ
r、Si、Ga等を含有するV合金を用いてもよく、又
インゴツトに充填すべきSn又はGaの量はCu−Nb
又はCu−V合金の寸法及びCu中のNb及びVの含有
量により自由に選択出釆、る。
尚実施例1及び2に於て、鋳造後ある程度の減面加工を
加えた後、SnあるいはGaをその材料に充填する工程
を経て拡散熱処理を施こす方法を採用しても構わない事
は明らかである。
本発明は、常電導金属と、その加工性を著しく害しない
超電導化合物材料を構成する一方の元素との合金を溶解
鋳造し、ある程度の減面加工後、上記超電導化合物材料
を構成する他方の元素(例、Sn)を充填し、拡散熱処
理を施こす場合も含むもので、同様の効果を奏すること
は実験により確認している。
以上述べたように、本発明方法は、常電電導金属と、そ
の加工性を著しく害しない超電導化合物材料を構成する
Nb又はVとの疑合金を溶解鋳造し、この鋳造材にあげ
た穴にSn又はGaを充填し、これを滅面加工するため
、従来のように減面加工途中競錨熱処理する必要がなく
、高度の減面加工が容易で高汀c化合物超電導材料の製
造が容易である利点を有する。
又本発明方法は、上述の高度の減面加工により、常電導
マトリックス中に超微細径を有するホィスカー状の化合
物超電導繊維が分散した線が得られるので、超電導特性
及び成形性の良い超電導材料が得られる利点がある。
又本発明方法は、超電導化合物材料を構成する他方の元
素を材料表面に被覆せず、材料内部に充填し、これを拡
散熱処理するため、材料表面には超電導層が生成し、例
えば超電導通信ケーブル用導体には最適な材料を提供す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のN広Sn超電導線材の製造造造工程を示
す図で、第2図はこれにより得られたNはSn超電導線
材の構造を漠式的に示す縦断面図である。 第3図〜第7図は本発明の実施例であるN公Sn超電導
線材を製造する方法を示す図で、第3図は製造工程図、
第4図は鋳造後のNb−Cu合金の鋳造材組織、第5図
は穴あげ加工、Sn充填後のCu−Nb−Snィンゴツ
ト縦断面、第6図は減面加工後のNb−Cu−Sn線材
の縦断面構造、第7図は最終的に得られたNbぶn超電
導線の縦断面構造を夫々模式的に示す図である。1・・
・Cu−Sn合金マトリックス、2・・・Nbを含むN
はSn化合物繊維、3,9・・・Cuマトリックス、4
・・・Nb、5・・・インゴツト、6・・・穴、7,1
1・・・Sn、8・・・円板状のCu、10・・・Nb
繊維、12,14…Cu一Snマトリックス、13…N
bぶn化合物繊維。 カー図 才2図 才3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 常電導金属マトリツクス中に微細な繊維状の超電導
    化合物材料を分散させてなる超電導材料を製造ずる方法
    において、上記常電導金属と、その加工性を著しく害し
    ない上記超電導化合物材料を構成するNb,Nb合金,
    V又はV合金との疑合金を溶解鋳造する工程、これに穴
    あけ加工し、この穴の中に上記超電導化合物材料を構成
    するSn又はGaを充填する工程、これを減面加工する
    ことにより上記合金中の上記構成元素を繊維状とする工
    程、次いで拡散熱処理を施こすことにより微細な繊維状
    の超電導化合物材料を生成させる工程とよりなることを
    特徴とする超電導材料の製造方法。
JP50088512A 1975-07-18 1975-07-18 超電導材料の製造方法 Expired JPS6021212B2 (ja)

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JPS6276914U (ja) * 1985-10-30 1987-05-16
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