JPS60420B2 - Ｖ↓３Ｇａ超電導体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＶ３０ａ超電導体の製造法の改良に関し、更に
詳しくはＭｇ、Ｎａ、ＡＩ、Ｃｅの単独あるいは２種以
上あるいは更にＧａを含有させてその特性を改良した強
磁界発生用等に適するＶ３Ｇａ超電導体の製造法に係わ
るものである。

従来、強磁界発生用磁石の巻線としては、Ｎｂ−Ｔｉ系
の合金超電導線材が広く使用されている。

しかし「 この合金超電導線材では発生磁界は約９忙（
９００００ガウス）が限度であり、それ以上の強磁界を
必要とする場合は、化合物系超電導線材を用いることが
必要である。しかし、該化合物系のものは可塑性に欠け
る欠点があり、その実用化の障害になっている。近年、
表面拡散法及び複合加工法の拡散を利用して化合物系の
超電導体を製造する方法が開発され、Ｖ３ＧａとＮＱＳ
ｎの化合物超電導体が実用化されるようになった。

表面拡散法としては、例えば本発明者らが発明した、Ｖ
（バナジウム）テープを溶融Ｇａ（ガリウム）裕中を連
続的に通過させて、テープ表面にＧａを付着させた後、
これを適当な温度で熱処理してＶとＧａを反応させ、Ｇ
ａに富むＶ３Ｇａ２あるいはＶＧａ２を生成させ、更に
その表面にＣｕ（銅）被覆を施して熱処理することによ
り、Ｖ３０ａ化合物を生成させる方法がある。

（特許第６７０６１ｙ昌明細書参照）また複合加工法と
しては、例えば本発明者らが発明した、ＶとＣｕ−Ｇａ
合金との複合体を加工して熱処理することにより、Ｃｕ
−Ｇａ合金中のＧａを選択的にＶと反応させて、Ｖ３０
ａ化合物を複合体境界面に生成させる方法がある。

（特許第８７６２６２号明細書参照）この複合加工法は
、熱処理を施す前に線状、テープ状、管状等の任意の形
状に比較的容易に加工することができ、またＣｕ−Ｇａ
合金のマトリックス中に、多数のＶ棒を埋め込んで細線
に加工することにより、極細多芯形式の線材とすること
ができる等の特長を有している。この場合Ｃｕ−Ｇａ合
金マトリックス中のＧａ量は固熔限の範囲内で、なるべ
く多くすることが特性上望ましく、通常１９〜２０原子
％のＧａを含有させる。近年、核融合炉用、高エネルギ
ー物理用、エネルギー貯蔵用等の強磁界マグネットの開
発が進められ、これらに使用される超電導線材として１
５Ｔ以上の強磁界領域において大きい臨界電流をもつ線
材が要望されている。Ｖ３０ａ超電導線材は強磁界中で
の特性が優れており、このような目的に最も通した材料
と考えられている。また、この線材に関してはさらに上
部臨界磁界Ｈｃ２の改良と同時に強磁界中での臨界電流
密度Ｊｃを一層高めることによる線材の高性能化が可能
と考えられている。言うまでもなく強磁界中の臨界電流
密度Ｊｃが高められることは強磁界電磁石の体積、重量
を著しく減らし、それに伴なう材料費の節減や冷却コス
トの低減など実用上の効果は大きく、大型設備になるほ
どその効果は著しくなる。このようなＶ３０ａ線材の特
性改善を目的として、本発明者らはさきに、ＶにＧａを
間溶させたＶ基合金とＣｕ−Ｇａ合金にＭｇ（マグネシ
ウム）「Ｎａ（ナトリウム）、Ｎ（アルミニウム）、Ｃ
ｅ（セリウム）等の１種または２種以上の元素を固浴さ
せたＣｕ基合金との複合体を任意の形状に加工した後、
これを熱処理する方法（特豚昭５３一３８１５４号）を
開発した。この方法によると、Ｖ合金中のＧａは、Ｖ３
Ｇａ相の組成を化学量論組成（Ｖ：Ｇａ＝３：１）に近
づけるため臨界磁界Ｈｃ２を高める作用をする。また、
Ｃｕ−○ａ合金中に添加されたＭｇ、Ｎａ、ＡＩまたは
Ｃｅは、Ｇａと共にＶ合金内に拡散して生成されるＶ３
０鉢目の結晶粒を微細化させ、臨界電流密度Ｊｃを増大
させる効果を示す。このようにして強磁界特性を高め得
たものである。しかしこの方法では固熔眼に近いＧａを
含む℃ｕ−Ｇａ合金マトリックスにＭｇ、Ｎａ、ＡＩま
たはＣｅを添加すると、加工硬化が著しくなり、中間嫁
鈍の回数を増さなければならない欠点があった。本発明
はこのような欠点を解消し、加工が容易で、且つ強磁界
特性の優れたＶ３Ｇａ超電導体の製造法を提供するにあ
る。本発明は、純ＶまたはＶに０．５〜１０原子％のＧ
ａを含む合金からなる芯と、ＣｕｌこＭｇ０．０５〜５
原子％、Ｎａｏ．０５〜５原子％、ＡＩＯ．５〜５原子
％、Ｃｅｏ．１〜５原子％の１種、または２種以上を合
計で５原子％以下含有せしめた銅基合金あるいは更に０
．１〜１５原子％のガリウムを含有せしめた銅基合金と
で複合体を作り、この複合体を所望の形状に加工する。
ついでこの加工材の表面に、Ｇａを付着させた後、４０
０〜９００００で拡散熱処理を行い、複合体境界面にＶ
３Ｇａ化合物を生成させることを特徴とするＶ３Ｇａ超
電導体の製造法にある。すなわち、最初に合金濃度が小
さく加工性のよい０．０５〜５原子％のＭｇ、０．０５
〜５原子％のＮａ、０．５〜５原子％の山、０．１〜５
原子％のＣｅの１種または２種以上合計で５原子％以下
を含有せしめたＣｕ基合金をマトリックスとして鎚Ｖま
たはＶ−Ｇａ合金（Ｖに０．５〜１０原子％のＧａを含
む合金）と複合体を作り、この複合体を所望の形状に加
工する。

ついでこの加工材の表面にＧａをメッキ等により付着さ
せた後、熱処理して複合体界面に少量の添加元素を含む
強磁界特性の改良されたＶ３Ｇａ層を生成させる製造法
である。本発明におけるＶに固溶させるＧａ量は、すぐ
れた超電導性を得るために０．５原子％以上であること
が必要であり、また、Ｖ合金の良好な加工性を保持する
ために１０原子％以下であることが必要である。

一層好ましい範囲は１〜８原子％である。また、Ｃｕ基
合金中に含有させる添加元素の量は、すぐれた超電導特
性を得るためには、単独添加の場合には、それぞれＭｇ
０．０５原子％、Ｎａｏ．０５原子％、ＡＩＯ．５原子
％、Ｃｅｏ．１原子％以上であることが必要であり、ま
た、２種以上の添加の場合には合計して少なくとも０．
０５原子％以上であることが必要である。一方、Ｃｕ基
合金の良好な加工性を保持するためには、単独添加の場
合には、それぞれＭｇ５原子％、Ｎａ５原子％、山５原
子％、Ｃｅ５原子％以下であることが必要である。また
２種以上の添加の場合にも合計して５原子％以下である
ことが必要である。また、該Ｃｕ基合金に少量のＧａを
含ませてもよい。しかし、その量は常温における加工性
を損わないため、１５原子％以下であることが必要であ
る。また本発明の製造法においてＣｕ基合金マトリック
ス表面にＧａを付着させる手段は電気メッキ、溶融メッ
キ、真空蒸着等のいずれの方法でもよい。なお、この溶
融メッキを行なう場合、溶融メッキ裕中にＣｕを添加し
てもよい。添加されたＣｕ‘まメッキ膜の付着性を増進
すると共に膜中に少量混入し、熱処理に際しＶ３Ｇａの
拡散生成を促進する効果を持つ。その十分な効果を得る
ためには、その添加量が０．１原子％以上であることが
好ましく、また良好なメッキ状態を得るためには５０原
子％以下であることが好ましい。本発明における拡散熱
処理の温度は、４００〜９００℃で行うことが必要であ
る。

その温度が４００ｑｏより低いと十分な量のＶ３Ｇａ層
が生成されなく、９００℃を超えるとＶ３Ｇａの結晶粒
が粗大化し、超電導特性が劣化する。好ましい温度は５
５０〜７５０ｑｏである。拡散熱処理の時間はＶやａ層
が生成するに要する時間で１分〜５０脚時間、好ましく
は３庇ご〜３００時間である。温度が低い時は長時間を
要し、温度が高くなるにつれて時間が短くてよい。本発
明の方法によると、加工性のよいマトリックス合金を用
いるため、従来の製法における加工途中の多数回の煩雑
な真空中焼鈍作業を大中に省略できるので、それに伴な
う経済的、技術的利益が大きい。

また、Ｖ３Ｇａ生成のためのＧａを加工完了した複合体
の外部から拡散させるため、十分な量のＧａを供給する
ことができ、超電導特性を著しく改善し得る。これらの
効果に加え、従来の製造法においては反応にあずかるＧ
ａの絶対量を多くするためにＶ芯材に対するＣｕ−Ｇａ
合金マトリックスの断面債比率を大きくとる必要があっ
たが、本発明の方法ではＧａが外部から供給されるため
従来の方法よりマトリックス断面積を減らし、その分Ｖ
芯材の本数を増すことができるので、線村全断面積あた
りの臨界電流密度Ｊｃ値の著しく高められた極細多芯形
式の線材が容易に製造できる。

本発明の方法で得られるＶ３Ｇａ超電導体は、臨界磁界
Ｈｃ２が高く、また、強磁界中の臨界電流密度Ｊｃが優
れているので、発生磁界が１５〜２０Ｔの超電導マグネ
ットを可能にする線材として使用可能である。

また、極細多芯型線材が容易に製造できるので、磁界変
化や電流変化に対して安定で交流損失の小さい線材とし
て、核融合炉、高エネルギー物理、エネルギー貯蔵、磁
気浮上列車、磁気分離、物性研究用等々の各種強磁界マ
グネット用線材として効果的に使用し得る、等の優れた
効果を有する。実施例 １ ０．５原子％のＭｇを含むＣｕ一Ｍｇ合金をアルゴンガ
ス中でタンマン炉溶解し、外径１５職、長さ８仇肋の丸
棒に鋳造した。

これらの丸棒から旋盤で外径１４側、長さ３仇肋のＣｕ
−Ｍｇ合金マトリックスを切出し、長さ方向に３層の同
０円状の合計１針圏所の各１．４物？のドリル孔をあげ
、純ＶあるいはＶ−３原子％Ｇａ合金を挿入した複合体
を作製した。この複合体を６５０００の温度に加熱し、
押出し加工を行ない６側少の丸棒に加工した。次に伸線
加工により中間錨焼なしに０．４柳？の細線に加工した
。従来の製法のＣｕに１９原子％のＧａおよび０．５原
子％のＭｇを含有せしめたマトリックスを使用した場合
は、加工硬化が著しく、６脚ぐから０．４側めまで加工
するのに約１２回の中間燐鈍が必要であった。ついでそ
の線を純ＧａあるいはＧａに２０原子％のＣｕを含んだ
合金の溶融浴中に連続的に浸潰し、厚さ約１５山肌のＧ
ａあるいはＧａ合金膜を付着させた後、アルゴンガス中
で石英管に封入して６２５℃で５餌時間の拡散熱処理を
おこない第１表に示したような結果を得た。実施例 ２ 実施例１と同様にしてＶ−６原子％Ｇａ合金とＣｕ−０
．５原子％Ｍｇ−５原子％Ｇａ合金、Ｃｕ−１．０原子
％Ｎａ−３原子％Ｇａ合金、Ｃｕ−２原子％ＡＩ−３原
子％Ｇａ合金およびＣｕ−０．５原子％Ｃｅ−５原子％
Ｇａ合金マトリックスとの複合線を作製したのち、その
表面に約１５山肌のＧａまたはＣｕ−Ｇａ合金膜を溶融
被覆後、アルゴン雰囲気中で６２５℃×２０時間の拡散
熱処理を行なった。

得られた結果を第１表に示す。第１表 これらの値は従来の製法により得られた線材の特性に比
較して著しく改善されている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ バナジウムに０．５〜１０原子％のガリウムを含む
   合金からなる芯と、銅にマグネシウム０．０５〜５原子
   ％、ナトリウム０．０５〜５原子％、アルミニウム０．
   ５〜５原子％、セリウム０．１〜５原子％の１種または
   ２種以上を、合計で５原子％以下含有せしめた銅基合金
   あるいは更に０．１〜１５原子％のガリウムを含有せし
   めた銅基合金との複合体を加工成形した後、該加工成形
   材の表面にガリウムを付着させ、４００〜９００℃で５
   分〜２００時間拡散熱処理を行い複合体境界面にＶ＿３
   Ｇａ化合物を生成させることを特徴とするＶ＿３Ｇａ超
   電導体の製造法。