JPS60231886A - 複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多数のフィラメントを備えた線状もしくは棒
状の複合体であって、そのフィラメントは複合体の縦軸
にほぼ平行に通り、互に間隔を保って複合体中に埋め込
まれ、断面を減少する変形加工によって複合体の他の材
料と固く結合され、フィラメントは変形加工の前に先ず
マットの形で存在し、そのマットは巻き上げて巻回体に
される複合体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

雑誌「アイ、イー、イー、イー、トランスアクションズ
、オン、マグネティクス（ＩＥＥＥ　ＴＲＡ−ＮＳＡＣ
ＴＩＯＮＳ　ＯＮ　ＭＡＧＮＥＴＩＣ８ＪＭＡＧ−１９
巻、第３号、１９８３年５月、１１２４ないし１１２７
頁に、ニオブからなる多数のフィラメントを含み、超電
導体として使用される複合体が記載されている。非常に
多くのフィラメントを唯一の工程で導体中に封じ込むた
めに、網状に穿孔された板、いわゆるエキスパンデッド
メタルを巻と上げてそれぞれ巻回体にし、それから套管
中に挿入する。そのように形成された軸状体は圧縮およ
び線引ぎされ、その結果断面は著しく減少する。

これによってエキスパンデッドメタル中に横方向ブリッ
ジが広い範囲に引き裂かれ、その結果形成された複合体
中にニオブからなる個々のフィラメントが存在する。複
合体の他の材料は、超電導体としての挿入物として多く
は銅およびスズからなり、それ放熱処理によりニオブフ
ィラメントに超電導性のＮｂ３Ｓｎ層ができる。

多数のフィラメントを備えた複合体のすでにかなり以前
から知られている別の方法は、例えばドイツ連邦共和国
特許出願公開第３２０７１５９号明細書に記載されてい
る。そこに開示された複合体は棒から組み立てられてお
り、その棒の各々はすでに青銅中に埋め込まれたニオブ
俸からなっている。それ故非常に多数のフィラメントを
備えた複合体を製造するためには、二つの集束工程を順
次実施しなければならなかった。

雑誌「アイ、イー、イー、イー、トランスアクションズ
、オン、マグネティクス（■ＥＥＥＴＲＡＮｓＡｃＴＩ
ＯＮｓ　ＯＮ　ＭＡＧＮＥＴＩＣ８）Ｊに記載された製
造方法は、それに対して、封入すべきフィラメントが比
較的多数の場合も唯一の集束工程によるだけで間に合う
。しかし、上記のドイツ連邦共和国特許出願公開第３２
０７１５９号明細書に開示された導体にくらべると不利
も忍ばねばナラナい。その上エキスパンデッドメタル中
のフィラメントを形成する渡りは、押し広げられた長方
形もしくは長円形の断面を持つことが不可避である。こ
れは圧縮あるいは線引きによる断面減少の際に、非対称
の断面減少と、中でも半径方向にあられれる大きな力成
分により条件づけられる切欠き効果をひき起こす。これ
によって許容断面減少の程度は限定される。この結果、
巻回体を含む最初の軸状体の比較的小さい直径より使用
できなくなり、その結果製造される複合体の長さは多段
集束による方法に対して限定されている。

超電導層に対する支持体としてフィラメントを用いる場
合には、フィラメントの最大の寸法がそれぞれ交流の際
に生ずるうず電流およびヒステリシス損に対して決定的
であるから、多段集束の方法は、フィラメントに対して
そこで丸い断面を用いることによって葉質的な利点をも
つ。そのようにして、縦方向に通るフィラメントの間に
存在するエキスパンデッドメタルの連結部が断面減少の
際に完全には引き裂かれず、フィラメントの間にブリッ
ジが残ったままで、それが超電導体として用いる場合に
うず電流およびヒステリシス損をひぎ起こす。

さらに、多段集束によって超電導体として使用するため
のフィラメントの最適の約３μｍの直径を複合体の大き
な長さの場合に制御することが簡単である。

３μｍのフィラメント直径は、ＮｂＢｓｎ超電導体の場
合には、それから固体拡散によって約１μｍのＮｂ３Ｓ
ｎ層が形成できるから、最適と見なされる。

この層厚さは、電流に対して役立つ断面積を決定する。

しかし、ニオブ中へのスズの拡散の際のこの層の増大に
よってＮｂ３Ｓｎ層中の結晶も大きくなり、交番磁界が
加わる際に磁力線をつなぎ止める粒界の数がそれによっ
て減少する。

得ることのできる最大電流密度はしかしこの粒界の数に
依存するから、その結果増加する層厚さは一方では電流
のための断面積を増大するが、他方では得ることのでき
る最大電流密度を低減させるということができる。電流
容量はこの二つの量の積であるから、制御されるべき層
厚さに対する最適の範囲が存在し、それはＮｂ３Ｓｎ超
電導体の場合約１μｍにある。

しかしそのような複合体の他の応用に対しても、非常に
小さいフィラメント直径を望ましくする根拠が存在する
。

〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明が解決しようとする問題点は、上述の二つの公知
の方法の利点を合せ持つような方法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の問題点は本発明によれば、冒頭に記載した方法に
おいて、円形断面をもつ互に平行な縦線とそれにほぼ垂
直に通る組み合わせ線とからなるマットが、縦線の相互
の間隔が組み合わせ線の間隔より小さいように織られる
かあるいは編まれることによって解決される。

本発明による方法の有利な実施態様は特許請求の範囲第
２項以下に記載されている。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面について説明する。

第１図および第２図において、複合体は一般に二つの異
なる材料から製造されるものとする。符号Ａは後にフィ
ラメントを形成する縦線をあられし、一方符号Ｂは複合
体のその他の材料からなり、ここでは縦線人相互を分離
する便口を持つ縦線をあられす。それに垂直に組み合わ
せ線Ｃが走り、この線は織る際に用いられるべきたて糸
の機能を満足し、一部は大系および切れ日系として作用
する。組み合わせ線Ｃは、縦線Ｂと同様に複合体の他の
材料からなり、その結果隣接する縦線Ａは同じ材料から
なるブリッジによっては組み合わされない。組み合わせ
ｖＪＣは集ってたて糸１を形成し、それはたて糸巻き２
から解かれる。互いに密集して位置する縦線ＡおよびＢ
を持つでき上がったマットは、それから織布工程で通常
のように巻ぎ芯３の上に巻ぎ上げられる。

当然他の公知の織製あるいは編製方法も使用できる。組
み合わせ線と縦線の方向を交換することも考えられるが
、もちろんそれによって巻と芯の上に巻ぎ付けられるマ
ット４を第１図に示した方向と垂直に巻き上げなければ
ならず、織機の限られた幅のために任意の長さにするこ
とができない。

第３図においては、縦線Ａがニオブから、縦線Ｂが銅か
らなり、超電導体が製造されるものとする。マット４の
うち第３図では縦線だけが示されている。

第３図は、第１図中のマット４の二つの組み合わせ＠Ｃ
に平行でその中間の断面をあられす。超電導体が仮定さ
れた場合においては、巻き芯３は銅棒からなり、それは
タンタルからなる拡散阻止層８により包まれ、その上に
先ずマット４、それから銅からなる箔５、それからスズ
からなる箔６、そして再び銅からなる箔７が巻き上げら
れる。マット４（第３図に対応）が十分巻ぎ上げられる
ならば、各縦線Ａが銅（縦線Ｂ１箔５および７）によっ
て包まれ、それぞれ二つの銅箔の間にスズ箔が存在する
ような軸状体が得られる。この軸状体を圧縮と線引きに
より最終断面にするならば、超電導体において通常の熱
処理の際にスズが銅を通ってニオブ棒中に拡散してゆぎ
、そこでニオブに富んだ超電導性層Ｎ　ｂ　３８ｎを形
成する。拡散阻止層８を備えた銅からなる巻芯はこの例
の場合導体の安定化に役立つ。

第４図には複合体の断面が示され、それにおいてはマッ
ト４の二つの層の間にそれぞれ銅からなる箔５が挿入さ
れている。第４図の芯９はこの場合同様に銅からなり、
全体が鋼管１０の中に封入されている。そのように作り
上げられた軸状体は、高温におけるプレスで変形加工さ
れる。

この実施例においては、第４図に断面で示された軸状体
から管が圧縮成形されるか、あるいは芯９の一部をくり
抜くことによって管が得られる。

この管は次いでスズあるいはスズに富んだ銅合金によっ
て充填し、封じ、そして複合体の最終断面まで線引きす
る。

この方法は、全断面積に関して非常に多くのフィラメン
トを複合体中に入れることができ、それにも拘らずスズ
の超電導層の形成のための十分な量が存在する利点を持
つ。これによってＮｂ３Ｓｎ超電導体の場合に、導体の
全断面にわたって測つて非常に高い電流密度が生ずる。

複合体の他の材料として以前用いられた銅スズ青銅の場
合は、必要な可変形性のために１３．５重量％までのス
ズを含む青銅だけが用いられる。これにより、そして多
段集束に必要なフィラメントの個々の束の間の中間層に
よって、従来は青銅の不均一な分布を行なうことを余儀
なくさせされ、その結果最初にでき上がった束の中に含
まれるフィラメントは薄い青銅外被によって、それに対
して束は厚い青銅外被によって包まれている。しかし断
面減少の際にフィラメントの接触とそれに伴なう増大し
たうず電流損を避けるために、フィラメントの均一な分
布を得るように努めなければならない。その上低いスズ
含有量によって、一般にフィラメントの分離を確実にす
るよりも大きな青銅層の厚さが与えられる。

第４図により述べた方法においては、純粋なスズが熱間
圧縮の後に芯の中に取り込まれるから、織製技術と結合
して十分小さい断面において十分なスズ量を入れること
が可能である。それと共に基材料（例えばＮｂ３Ｓｎ超
電導体の場合には銅）に関してフィラメントの分量が増
加し、導体断面に関して大とな電流容量が得られる。

同じことが以前の複合体の強度特性に対してもあてはま
る。何故ならこの方法は少ない他の材料Ｃ基材料）にお
いて非常に多くのフィラメントを断面中に入れることを
可能にするからである。

本発明による複合体の製造に対する他の可能性を第５図
について説明する。そこには縦線１１の二つの断面が示
されており、それは第１図ないし第３図における縦線Ａ
およびＢとは違ってそれぞれ単芯複合材料からなる。芯
１２は各単芯複合線１１において、製造すべき複合体の
フィラメントがそれからなるべき材料からなり、一方被
Ｎ１３はその中にフィラメントが埋め込まれるその他の
材料からなる。そのような単芯複合線１１を、第１図な
いし第３図について述べた実施例に対応して縦線として
用いるならば、異なる材料からなるくて、単芯複合線１
１を備えるだけで十分である。

マット４を巻き芯３の上に巻き上げる際にも、マット４
０個々の層の間に箔を置くことはもはや必要でない。そ
のような単芯複合線１１の被覆１３をガリウム又はスズ
を含む青銅から作ってもよく、それから作られたマット
を、拡散阻止層を備えた銅芯の上に巻き付ける。この場
合には、超電導層の形成のために用いられる材料は被覆
１３の青銅中に含まれており、銅芯は導体に対して安定
化のために役立つ。

複合体は原則としてすべての変形可能な材料から構成で
きる。

超電導体として複合体を用いる際に、上述のニオブおよ
びスズから形成される超電導体の代りに、例えばガリウ
ムおよびバナジウム又はニオブおよびアルミニウムのよ
うな他の超電導材料を使用することができる。

Ｎｂ５Ａ７相を有する超電導体を製造するためには、比
較的少ないアルミニウムを必要とするだけである。何故
ならアルミニウムはスズのように銅と一緒に持ち込まな
くてもよいからである。この場合、縦線Ｂとしてニオブ
からなる線だけを用い、この線をゆるく織り合わせ、そ
の結果二つの隣接する線それぞれの間に小さい間隔が制
御されろならば、特に簡単で高くない製造の可能性が生
ずる。

アルミニウムはそのとぎ巻き上げられるマット４のそれ
ぞれ二つの層の間に、第６図に示されたように箔として
挿入される。そこではニオブからなる個々の縦線Ｂは相
互に僅かな間隔を有するだけであり、巻き上げられるマ
ット４の二つの層の間にはそれぞれアルミニウム箔１４
が存在する。この部分を銅あるいはニッケルもしくは高
い反応温度に対して適した他の延性材料からなる軸状体
１５の中に差し込む。軸状体１５には、それによって軸
状体１５を真空排気することができ後に溶接されている
排気０１６が存在する。巻き上げられたマット４は端面
側で延性銅板１７によって区切られ、閉鎖板１，８が軸
状体１５の真空密封じに用いられる。

超電導相Ｎｂ３Ｓｎの形成のために必要な高い反応温度
における混合相あるいは金属間相の形成を防ぐために、
アルミニウムと軸状体１５の材料の間には、拡散阻止層
、例えばニオブあるいはタンタルからなる箔１９を置く
。変形加工性の改善のためにさらに拡散阻止層の層の間
に銅箔２０を配置するとよい。

第７図は巻き上げられたマットの等方圧縮前の状態を示
し、第８図は等方圧縮工程後の状態を示す。ここではア
ルミニウム箔１４が隙間中に圧入され、その結果ニオブ
からなる個々の縦線Ｂはアルミニウムによって十分に包
まれていることが見られる。このようにしてアルミニウ
ムの全体としてわずかな分量を簡単に実現することがで
きる。

真空排気された軸状体１５の圧縮は、水圧プレス中で低
い温度で有利に実施できる。何故なら圧力が軸状体１５
０表面に完全に一様に働くからである。等方縁密化はそ
のとき押圧工程の際に自動的に生じ、その結果一つの工
程で緻密化と軸状体の絞り込みによる最初の断面減少が
金型によって行われることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図に本発明の一実施例におけるマット作成工程を示
す斜視図、第２図はマットの断面図、第３図はマットの
巻上げ工程を示す断面図、第４図は別の実施例における
巻ぎ上げられたマツ）７断面図、第５図は本発明の異な
る実施例において用いられる単芯複合線の断面図、第６
図はＮｂ５Ａ７相を有する超電導体の製造の実施例の工
程を示す斜視図、第７図は第６図に示した実施例の圧縮
前のマットの断面図、第８図は同じく圧縮後のマットの
断面図である。 Ａ、Ｂ・・・縦線、Ｃ・・・組み合わせ線、１・・・た
て糸、２・・・たて糸巻ぎ、３・・・巻ぎ芯、４・・・
マット、５・・・銅箔、６・・・スズ箔、７・・・銅箔
、１１・・・承芯複合線、１２・・・芯、１３・・・被
覆、１４−・・アルミニウム箔、１５・・・軸状体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複合体の縦軸にほぼ平行に通り、互に間隔を保って
   複合体の中に埋め込まれ、そして断面を減少する変形加
   工によって複合体の他の材料と・固く結合される多数の
   フィラメントを備え、フィラメントは変形加工前に先ず
   マット（４）の形で存在し、そのマツ）（４）ＩＪ巻ぎ
   上げて巻回体にされる複合体を製造するための方法にお
   いて、円形断面をもつ互いに平行な縦線（Ａ、Ｂ）とそ
   れにほぼ垂直に通る組み合わせ線（Ｃ）とからなるマッ
   ト（４）を、縦線（Ａ、Ｂ）の相互の間隔が組み合わせ
   線（Ｃ）の間隔より小さいように織るか編むことを特徴
   とする複合体の製造方法。 ２）マツＬ（４）が織られており、織製の際にたて糸巻
   き（２）から解かれるたて糸（１）が組み合わせ線（Ｃ
   ）からなり、一方縦線（Ａ、Ｂ）をよこ糸として用いる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方法
   。 ３）縦線（Ａ）がフィラメントのために用意された材料
   からなり、二つのそのような縦線（Ａ）の間に複合体の
   他の材料からなる少なくとも一つの別の縦線（Ｂ）が位
   置することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製
   造方法。 ４）マット（４）の２層のそれぞれの間に複合体の他の
   材料からなる少なくとも一つの箔（５，６’、７）が巻
   き込まれることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の製造方法。 ５）ニオブおよび銅からなる縦線によって作られ弁巻き
   上げられたマット（４）の２層の間に銅箔（５）、スズ
   箔（６）および別の銅箔（７）がそれぞれ巻かれたこと
   を特徴とする超電導体製造のための特許請求の範囲第１
   項記載の　製造方法。 ６）ニオブの代りにバナジウム、スズの代りにガリウム
   を用いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   製造方法。 ７）すべての縦線（ＡおよびＢ）がそれぞれフィラメン
   トに対して用意される材料からなる芯（１２）と複合体
   の他の材料からなる被覆（１３）とを備えた単芯複合線
   （１１）からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。 ８）巻ぎ芯（３）が銅棒からなり、マット（４）がニオ
   ブもしくはバナジウムからなる縦線（’　Ａ　）と銅か
   らなる縦線（Ｂ）を含み、このマット（４）を銅あるい
   はスズもしくはガリウム含有の青銅からなる箔と一緒に
   巻ぎ上げ、より小さい断面への熱間圧縮によって管に変
   形し、そして管の内部に超電導層の形成のために必要な
   別のスズもしくはガリウムを挿入することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ９）単芯複合線（１１）の被Ｎ（１３）が青銅からなり
   、単芯複合線（１１）から織られたかあるいは編まれた
   マットが拡散阻止体の介在のもとに巻かれており、その
   結果銅芯が安定化材料として働くことを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の製造方法。 １０）縦線（Ｂ）がニオブからなりゆるく織られ、その
   結果二つの隣接する縦＠（Ｂ）の間に間隔が存在し、マ
   ット（４）の巻ぎ上げの際に２層の間にアルミニウムか
   らなる箔（１４）を置き、そのように形成された複合体
   を別の変形加工の前に等方圧綿によって緻密化すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 １１）巻き上げられたマット（４）を真空排気された軸
   状体（１５）の中に挿入し、この軸状体を静水圧プレス
   中で緻密化することを特徴とする特許請求の範囲第１０
   項記載の製造方法。 １２）軸状体（１５）の緻密化およびより小さい直径を
   持つ軸状体への絞り込みが静水圧プレス中で１工程で行
   われることを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の
   製造方法。