JPS6029165B2 - 超電導化合物線およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超電導化合物線において心材と被覆材との中
間にその心材と被覆材を遮断するように高融点成分金属
と隔壁金属を配置してなる超電導化合物線およびその製
造方法に関するものである。

従来、超電導怪物質の極細線を、極低温で良導体である
常伝導性金属と複合した線材が、超電導機器の巻線材と
して安定化特性上優れていることは周知であり、可塑性
に富むＮｂＴｉなどの超電導合金線においてすでに実用
化されている。

しかし一般的に知られるＮ広ＳｎやＶ３０ａなどの超電
導化合物は、機械的に脆弱なためこのような常伝導性金
属と複合することは必ずしも容易ではない。常伝導性金
属と複合して安定化した超電導化合物線を製造する従来
の一つの方法として、第１図に示す方法がある。超電導
化合物としてＮ＆Ｓｎを例として説明する。この方法で
は、同図ａに示すごとく高融点成分のＮｂの管村１の中
に、これと反応してＮ広Ｓｎを形成する低融点成分のＳ
ｎを含む反応金属、例えばＣｕ−Ｓｎ合金の心材２を挿
入し、４．本の極低温で常伝導性金属である例えばＣｕ
の被覆材３で包囲した組合体を作る。これを伸線加工し
て熱処理すれば、管材１の内面にＮｂとＣｕ−Ｓｎ合金
中のＳｎが選択的に反応して超電導化合物４、すなわち
ＮＣＳｎが生成し、第１図ｂの断面図に示す超電導化合
物線が得られる。この線はＮｂ３Ｓｎが未反応で残った
Ｎｂを介して熱的、電気的良導体のＣｕと接合され、安
定化した複合線となる。またＮ＆Ｓｎの生成反応中にＮ
ｂの管村１に内包された心材２の中のＳｎは、処理を適
当に行なえば外側に逸出することはなく、またＣｕの被
覆材３を汚染することもなく、このＮｂの管材１は隔壁
として機能する。またこの線は、第１図ｂを単位とした
多心線とすることもできる。しかし従釆のこの製造方法
の欠点は、素材としてＮｂの管材を使用するために、組
合体の伸線が困難なことであり、特に多心の場合に顕著
である。これは主として伸線初期の空隙が消滅する過程
における管材の不整な変形、およびその後の加工過程に
おける肉厚の不均一化が原因で破断が起りやすいためで
ある。したがってＮｂの管材との反応で生成する管状の
Ｎｂ３Ｓｎを極細線化することは困難であり、超電導物
質を極細線とする本質的安定化の目的に合致しがたい。
また素材としてのＮｂの管材は、榛材などに比べて高価
であり、長尺に製造することも難かしく作業性が悪いた
め経済的にはなはだ不利である。以上の説明においては
超電導化合物としてＮはＳｎを例としたが、高融点成分
金属をＶとし、低融点成分金属をＧａとしたＶ３Ｇａの
場合についても適用でき、従来の製造方法には同様の欠
点がある。

この発明は、このような従来の製造方法における欠点を
除去した超電導化合物線およびその製造方法を提供する
ことを目的としてなされたものである。

すなわちこの発明は、超電導化合物の低融点成分金属を
含む反応金属と常伝導性金属とのいずれか一方を心材と
し、この心材の周囲に上記反応金属と常伝導性金属との
いずれか他方を被覆材として配置し、上記、心材と被覆
材との両者において心材を取り囲み心材と被覆材との間
を遮断するように、超電導化合物の高融点成分金属と隔
壁金属とを周方向に交互に隣接させて配置した組合体を
作り、この組合体を加工して中間体としたのち、熱処理
するか、あるいは中間体を集東して加工したのち熱処理
することを特徴とする超電導化合物線及びその製造方法
である。こ）で隔壁金属とは例えばＴａのごとく、超電
導化合物の構成成分と反応して超電導化合物線の性能を
劣化せしめることの少ない金属であり、加工や加熱など
の処理工程を通じて高融点および低融点成分金属に有害
な作用を及ぼさずこれらを分離する機能を有する金属で
ある。この発明によれば、素材として高融点成分金属の
管材を必要とせず、榛材のま）で使用することができ、
線村の加工性が改善される。また高融点成分金属は隔壁
金属によって分割された体をなし、高融点成分金属上に
生成する超電導化合物は多数本に分割されるから極細な
線状とすることが容易であり、本質的安定化が果される
。また高融点成分金属の榛材は管村に比でて安価であり
、長尺化できるため、生産性が著しく向上する利点があ
る。次にこの発明を実施例によって説明する。

第２図はＮはＳｎ超電導化合物線に関する実施例におけ
る線材類の横断面を示した図である。

まず同図ａのようにＣｕで作られた被覆材３とＣｕ−Ｓ
ｎ合金の心材２との間に、Ｎｂの榛材５とＴａの榛材６
とを交互に周万向に並べた層を設けて、被覆材と心材と
を分離した配置の組合体を作る。ＮｂおよびＴａの各様
材は、互いに近隣して配置されることが望ましい。次に
この組合体を、押出し、圧延、引き抜き、その他の縦径
加工によって線状に加工して第２図ｂに示す中間体をつ
くる。この縞蓬加工の過程で、Ｎｂの榛材５とＴａの榛
材６は塑性変形して、隣接する綾材間に一種のはめ合い
結合が起り、強固に連結した管状の層が形成される。し
たがってこの層によってＣｕの被覆材３とＣｕ−Ｓｎ合
金の心材２とが幾何学的に分離され、またＮｂの榛材も
Ｔａの棒材によって分割して配置された構造となる。中
間体への加工は極めて容易であり、従来の方法のＮｂの
管村におけるような偏肉や彼断も起らず安定である。第
２図ａの組合体におけるＮｂとＴａの各榛材の形状はか
まぼこ状であるが、組合体が縮径加工を受ける段階で変
形して連結層を十分に形成できるものであればよく、横
断面形状が円形、楕円形、六角形あるいははめ合い形で
あっても効果を上げることができる。しかし、薄板状で
あれば塑性変形量が少なく、板材間の連結が不十分とな
る。したがって榛材の断面における最短径と最長径の比
はその形状によらず１〜１／１０の範囲にあることが望
ましい。組合体から中間体への良好な加工性は、異種の
ＮｂとＴａとが隣接していてもそこなわれることはない
。所望の太さに加工した中間体を６００〜１００ぴ０の
温度に加熱すればＣｕ−Ｓｎ合金の心材２に含まれるＳ
ｎが榛材のＮｂと選択的に反応して超電導化合物４のＮ
らＳｎが第２図ｃのごとく生成する。

加熱中にＴａの榛材６はＳｎと多少反応するが微少であ
り、その生成物が超電導線の特性をそこなうことはない
。したがってＮｂ榛材とＳｎとの優先的反応によって生
成した超電導化合物４たるＮはＳｎが、Ｔａの榛材によ
って分離された多数の細線として配置される。このよう
な分割構造は、第１図ｂの従釆の方法による超電導化合
物線との対比において、超電導化合物の極細線化がより
良く達成され、本質的安定化の効果の向上に役立つこと
は明白である。またＮｂとＴａの樺材は相互に強固に連
結して管状をなしているため、熱処理を適当に制御する
ことによって、Ｓｎが外側のＣｕの被覆材３へ逸出拡散
して汚染することを防止することができ、被覆材の熱的
、電気的良導性が維持された超電導化合物線が得られる
。このようにＴａは未反応のＮｂと共に連結層を構成し
、内部のＳｎが外部に逸出することを防ぐ隔壁を形成す
るとともに、連結層内の隣接したＮｂ上に生成するＮ広
Ｓｎ超電導化合物を分離する隔壁として二重の隔壁機能
を有する。

この実施例の組合体を構成する高融点成分金属は、Ｎｂ
の外にＮｂ−Ｚｒ合金（Ｚｒ：０．５〜５ｗ％）、Ｎｂ
−Ｔｉ合金（Ｔｉ：０．５〜１１ｗ％）とすることがで
き、生成するＮＱＳｎの超電導性電流特性を向上せしめ
る。

またＮｂ−Ｖ合金（Ｖ：０．５〜７ｗ％）は強度が高く
、中間体の加工性を高めるために有効である。一方心材
２の反応金属はＣｕ−Ｓｎ合金（Ｓｎ：２〜１榊％）の
外に、Ｃ婚誓の中に固体又は粉体のＳｎ、あるいはＳｎ
を主成分としたＳｕ−Ｃｎ合金（Ｃｕ：２〜５肌％）を
充填した混成体とすることができ、上述のＣｕ−Ｓｎ合
金の場合のような強い加工硬化性がないため、中間暁錨
なしで中間体に冷間加工できる利点があり、Ｎｂぶｎの
生成反応上はＣｕ−Ｓｎ合金と類似の結果となる。なお
心材の構成は強度的理由から、Ｃｕが心材に占める容積
率を２０〜５０％とすることが適当である。隔壁金属は
超電導化合物を構成する高融点成分金属のＮｂなどと共
に一体として縮蓬加工ができる良好な加工性を有し、且
つ加熱母国程で有害な反応を起さずに同一層内の超電導
化合物を第２図ｃの如く互いに分離できるものであれば
よい。したがってＴａの外に、Ｎｂ３Ｓｎ系超電導化合
物の場合にはＴａ合金あるいはＶとその合金などから選
択できる。第３図はこの発明の多心のＮ広Ｓｎ系超電導
化合物線の製造実施例における多心の組合体を示し、第
２図ａの組合体または同図ｂの中間体に相当する中間素
材７の多数本を集東して、Ｃｕの外部被覆材３で包囲し
、排気密封した状態を示す。

この多心の組合体を５００〜８００℃で押し出し加工す
れば、第２図ｂの中間体に相当する部分を多数本内蔵し
た多心の中間体となる。これを２５０〜６００つ○の温
度で中間蛾鈍を適宜加えながら伸線し、アルゴン気中ま
たは真空中で加熱すれば第２図ｃに相当する部分を多数
内蔵した多心超電導化合物線が得られる。この時のＮｂ
とＴａの榛で構成される管状の層の直径は通常３０ミク
ロン以下であり、その層の中の各Ｎｂの榛（または線）
の直径は数ミクロンとなるから、Ｎ広Ｓｎ化合物はさら
に細い線となる。このようなＮｂ３Ｓｎ化合物の心の極
細線化は、従来の方法における第１図ｃの管状のＮｂ３
Ｓｎの超主導化合物に比べ高度であり、また管自体をそ
れほど細くしなくても個々独立のＮＧＳｎ心線は細くで
きるから、同一線径のＮｂ３ＳｍＤ線を得るには製線が
極めて容易である。多心化合物超電導線はこのように第
２図を用いた実施例の場合と同様に容易であり、高融点
成分金属と隔壁金属の棒から成る層によって反応金属と
常伝導性金属とを分離した構造の線材をつくり、これを
熱処理するこの発明の方法の特徴は同一である。第４図
はこの発明の他の実施例の説明図である。

まずあらかじめＣｕ−Ｇａ合金（Ｇａ：２〜１３Ｗ％）
のマトリックス９の中に複数本のＶまたはＶ−Ｚｒ合金
（Ｚｒ：０．５〜６ｗ％）の内部機材８を埋め込んだ複
合榛材を作り、Ｃｕの被覆材３の中に挿入し、その中間
にＶまたはＶ一Ｚｒ合金の外部綾材１０とＴａの樺材６
から成る分離層を設けて第４図ａに示す組合体を形成す
る。この組合体を２５０〜５００００の温度でＣｕ−○
ａ合金のマトリックスの加工硬化に対する競純を加えな
がら縮蓬加工して中間体とし、所望の最終線径において
５００〜８００ｏｏで最終熱処理すれば、Ｃｕ−Ｇａ合
金のマトリックス９に含まれるＧａがＶまたはＶ−Ｚｒ
合金の内部榛材８と外部糠材１０と反応してＶ３Ｇａか
らなる超電導化合物１１を生成して、第４図ｂに示すＶ
３０ａ系の超電導化合物線が得られる。この例では超電
導化合物１ １が、ＶまたはＶ−Ｚｒ合金の内部陣材８
の外表面および外部榛材１０の内表面に生成するが、外
部捧材１０の一部を未反応のま）で残せば、これと隔壁
金属としてのＴａの榛材１１とが形成する管状の隔壁が
Ｇａを内部的に封入して、Ｃｕの外部被覆材３への拡散
を防止する。その結果第２図による実施例の場合に比べ
てより多数の超電導化合物の心線を内蔵した超電導化合
物線が得られる利点がある。こ）で用いられるＴａの榛
材１ １はＧａと殆んど反応しない隔壁金属であるから
、整形状問題のない範囲でＶから成る外部榛材１川こ比
べて細くしてＶを量的に増やすことが望ましい。一方こ
の例のごとく、Ｖの内部榛材８を多数本かつ多量に内蔵
し、十分な超電導化合物を確保できる線材では、外部榛
材１０も全てＴａの極材にして、隔壁金属の穣材のみに
よって層を形成することもできる。第４図によって説明
した実施例はＶ３Ｇａ系の超電導化合物線のみならずＮ
ｂ３Ｓｎ系超電導化合物線についても等しく実施でき、
第２図によって説明した実施例がＶ３０ａ系超電導化合
物線に適用できることと同様に一般性がある。

また第４図ａの組合体、あるいはこれを縮径加工した中
間体を第３図の多心の組合体の中間素材７として使用す
ることを繰り返して、任意の多数の心を含む線とするこ
ともできる。以上限られた数の実施例についてこの発明
を説明したが、説明の用語として、高融点成分金属とは
、超電導化合物の高融点成分であるＮｂ，Ｖまたはこれ
らの金属を主成分とする合金を指す。

低融点成分金属とは、該超電導化合物の低融点成分であ
るＳｎ，Ｇａ，Ｎ，Ｑ，Ｓｉから選ばれる単体または合
金を指しＣｕなどの煤介金属と合金または混成して反応
金属を形成する。隔壁金属とは線村の加工や加熱などの
処理工程を通じて高融点成分金属および低融点成分金属
と有害な作用をおよぼさずこれらを分離する機能を有し
、Ｔａ，Ｖ，から選ばれる。常伝導性金属とは４．狐で
電気的熱的良導体である、高純度のＣｕ Ａｇ，ＡＩか
ら選ばれる。したがってこの発明はＮ広ＳｎやＶ３Ｇａ
を対象とするだけでなく、Ｖぶｉ，ＮＱＳｎｘ（山，〜
）など、Ｎｂ，Ｖをベースとする他の多元超電導化合物
線にも適用できる。また第２図ａ，ｂの組合体および中
間体において、心材２をＣｕ被覆材３をＣｕ−Ｓｎ合金
とすれば、同図ｃの超電導化合物４はＮｂの榛材５の外
側に生成し、構成成分位置の異なる線とすることができ
、製造技術的にも問題はない。以上説明したように、こ
の発明は、超電導化合物の高融点成分金属と隔壁金属と
の榛材から成る層を利用することによって、極細な多数
の超電導化合物を心線とする超電導化合物線の安定化特
性を向上せしめ、製造を容易にし、製造費用の節減と生
産能率の大中な向上を可能にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂはそれぞれ従来の方法における縫合体
および超電導化合物線の断面図である。 第２図ａ，ｂおよびｃはそれぞれ、この発明の実施例に
おける組合体、中間体および超電導化合物線の断面図で
ある。また第３図はこの発明の他の実施例における組合
体の断面図、第４図ａおよびｂはそれぞれ、他の応用実
施例における組合体および超電導化合物線の断面図であ
る。図面において、１はＮｂの管村、２はＣｕ−Ｓｎ合
金の心材、３はＣｕの被覆材、４はＮｂぶｎからなる超
電導化合物、５はＮｂの榛材、６はＴａの綾材、７は中
間素材、８はＶまたはＶ−Ｚｒ合金の内部綾材、９はＣ
ｕ−Ｇａ合金のマトリックス、１０はＶまたはＶ−Ｚｒ
合金の外部榛材、１ １はＶ３Ｇａからなる超電導化合
物である。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超電導化合物の低融点成分金属を含む反応金属と常
   伝導性金属とのいずれか一方を心材とし、この心材の周
   囲に上記反応金属と常伝導性金属とのいずれか他方を被
   覆材として配置し、上記心材と被覆材との両者の間にお
   いて心材を取り囲み心材と被覆材との間を遮断するよう
   に、超電導化合物の高融点成分金属と隔壁金属とを、周
   方向に交互に隣接させて配置したことを特徴とする超電
   導化合物線。 ２ 反応金属がＣｕ−Ｓｎ合金またはＣｕとＳｎとの混
   成体、高融点成分金属がＮｂまたはＮｂ基合金、隔壁金
   属がＴａ，Ｖ，Ｔａ基合金またはＶ基合金であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超電導化合物線
   。 ３ 反応金属がＣｕ−Ｇａ合金、高融点成分金属がＶま
   たはＶ基合金、隔壁金属がＴａであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の超電導化合物線。 ４ 心線の太さが３０μｍ以下であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
   超電導化合物線。 ５ 超電導化合物の高融点成分金属からなる棒材と隔壁
   金属の棒材とを交互に配置して構成される層を、超電導
   化合物の低融点成分金属を含む反応金属と、常伝導性金
   属とを分離する様に中間に配置した組合体をつくり、こ
   の組合体を一体として線状に加工したのち熱処理して超
   電導化合物を生成せしめることを特徴とする超電導化合
   物線の製造方法。 ６ 上記組合体を加工して中間体をつくり、この中間体
   を複数本集束して線状に加工したのち、熱処理して超電
   導化合物を生成せしめることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の超電導化合物線の製造方法。 ７ 高融点成分金属の棒材と、隔壁金属の棒材との長さ
   方向に垂直な断面における最短径と最長径の比が、１〜
   １／１０の範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項または第６項記載の超電導化合物線の製造方法。