JPS6097514A

JPS6097514A - 複合超電導線の製造方法

Info

Publication number: JPS6097514A
Application number: JP58204209A
Authority: JP
Inventors: 村瀬　暁; 白木　八男; 鈴木　英元; 市原　政光; 神定　良昌; 伸夫青木; 智幸熊野
Original assignee: Toshiba Corp; Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: Toshiba Corp; SWCC Corp
Priority date: 1983-10-31
Filing date: 1983-10-31
Publication date: 1985-05-31
Also published as: JPH0377608B2; EP0140356A3; US4776899A; EP0140356A2; EP0140356B1; DE3480754D1

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】〔発明の技術分野〕本発明は、Ｎｂ　３Ｓ　ｎ系複合超電導線の製造方法に
関する。

〔発明の背景技術とその問題点〕

Ｎｂ　ｓ　Ｓ　ｎ系複合超電導線の製造方法として、従
来、次のような方法が知られている。すなわちその１つ
はブロンズ法と呼称されている方法で、すず（Ｓｎ）を
１３〜１４重量％含んだ銅すず（ブロンズ）合金マトリ
、クスの中にニオブ（Ｎｂ）もしくはニオブ系合金等の
ニオブ系金属棒を配置し、これに繰返し、加熱焼鈍を加
えつつ減面加工を施した後、加熱処理を施し、Ｎｂ　ｓ
　Ｓ　ｎ層を生成させて複合超電導線を製造する方法で
ある。

しかしながら、この方法においては次のような欠点があ
った。すなわち、すすを１３〜１４重量％含んだブロン
ズ合金は、加工硬化が大きいため、減面加工中に減面加
工率４０〜６０％毎に１回の割合に５００〜６５０℃の
温度で中間焼鈍回数ない、加工によって増加したブロン
ズ合金の硬度を下げる必要がある・この中間焼鈍回数は
、全加工工程で数１０回にもなり、また、非酸化性雰囲
気中で処理しなければならないので、その準備、および
処理等が非常に煩雑になる欠点がおった。

一方、他の１つは、上述した中間焼鈍をなくすために加
工硬化しない素材構成を採用したＮｂ、ｔｕｂｅ法と呼
称されている方法で、特開昭５２−１６９９７号公報に
示されているように、ニオブ管の内側に銅被覆されたす
ず棒を配置するとともに上記ニオブ管の外側に安定化材
とじての銅を被覆してなる複合体を複数本束ねて減面加
工した後、加熱処理を施し、Ｎｂ　３Ｓ　ｎ層金生成さ
せて複合超電導線を製造する方法である。

しかしながら、この方法では、ニオブ管を使うため、ニ
オブ棒を使用する場合と異なった加工上の問題点が高加
工度の減面加工を飽すに従って現われる。すなわち、複
合体組込時からの減面加工度が１０’を越えるような細
線加工を施した場合、ニオブ管に肉切れ（周方向の切れ
）が生じたり、ニオブ管の断線（芯線切れ）等が生じ易
い。このような現象が生じた超電導素線を加熱処理する
と、ニオブ管内側のすすがニオブ管外に拡散するため臨
界電流（Ｉｃ）の低下や銅マトリックスのすすによる汚
染が引き起こす冷却不安定化を招くことになる。また、
上述の現象が起こらないように低加工度の減面加工で止
めた場合には、ニオブ管の径が太くなシ、かつ加熱処理
によって生成されるＮｂＢＳｎ層も厚くなるので、これ
が原因して臨界曲げ歪（εｂｅ）の低下やＡＣ損失の増
大を招く等の不具合が生じる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされ。

たもので、その目白りとするところは、Ｎｂ、ｔｕｂｅ
法の利点を発揮できるとともに、ニオブ管フィラメント
の肉切れ、芯線切れのない良好な加工性な持ち、かつ、
臨界電流（工。）が高く、臨界曲げ歪（ｇｂ、）が高く
、しかも低ＡＣ損失の充分安定化されたＮｂ　ｓ　Ｓ　
ｎ系複合超電導線を容易に製造しうる方法を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

この発明は、すずまたはすずを主成分とするすす系合金
棒を銅を主成分とする銅系合金管で被覆するとともに上
記銅系合金管の外周金ニオブを主成分とするニオブ系合
金管で覆い、さらに上記ニオブ系合金管の外周を安定化
材としての銅で覆ってなる゛複合体に減面加工を施した
後、６４０〜７７０℃の温度で熱処理して上記複合体中
にＮｂ　５Ｓ　ｎ超電導化合物芯ａ金生成させるように
した複合超電導線の製造方法において、前記銅系合金管
および前記ニオブ系合金管の少々くとも一方として、チ
タンを０．１〜５原子チの範囲含有したものを用いるよ
うにしたことを特徴としている。

〔発明の効果〕

Ｃｕ（銅）系合金管および上記Ｃｕ（銅）系合金管の外
側に配置されるＮｂにニオブ）系合金管の少なくとも一
方ｖｃＴｔ　（チタン）を前記範囲に含有させるように
しているので、百合金管の硬度差を小さくできる。この
ため、減面加工時における両会金管相互の密着性を大幅
に向上させることができ、高加工度の減面加工を施して
もＮｂ系合金管を真円に近い形に保持させることができ
る。この結果、Ｎｂ系合金管（フィラメント）の肉切れ
や芯線切れの発生を防止することができる。このように
加工性を向上させることができるので、次のような効果
が得られる。すなわち、　Ｎｂ系合金管フィラメントが
切れないため・加熱処理時に内包したＳｎ（すず）がＮ
ｂ系合金管の外側の安定化材としてのＣｕマトリックス
に拡散することがない。このためＳｎｉ有効利用でき臨
界電流（Ｉｃ）ヲ高くすることができる。また、Ｃｕマ
トリ、クスがＳｎで汚染されないため、Ｃｕマトリ、ク
スに低熱抵抗を維持させることができ、冷却の安定性を
確保させることができる。また・高減面加工度において
も・Ｎｂ系合金管の健全性が保たれるため、Ｎｂ系合金
管の径を小さくするとともＫＮｂ系合金管の肉厚を薄く
できる。このため、高臨界電流（Ｉｃ）ｔ−得るため、
Ｎｂ系合金管に内包されたＳｎのほとんどをＮｂと反応
させても生成されるＮｂ　Ｂ　Ｓ　ｎ層の厚みはそれ程
、厚くはならない。したがって臨界曲げ歪（εｂｃ）を
大幅に向上させることができるととも＆ＣＡＣ損失を大
幅に低減させることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を適宜図面を参照しながら説明す
る。

冥施例１第１図に示すように、常温と４．２にとにおける電気抵
抗比が１５０の無酸素銅でマトリックス１を構成し、こ
のマトリ、クス１に内径８１ＩＩＩの孔２を複数平行に
設け、これら孔２内にＳｎ棒３ｔ−Ｃｕ系合金管４で被
覆するとともにその外周を内径５．６Ｒｍ　ｓ外径８■
のＮｂ系合金管５で被覆してなる紐体を挿入して複合体
互を構成した。

実際には、以下に述べるように各部の寸法関係が等しい
１６種類の複合体互を製作し、しかも各１１８について
１０個ずつ製作した。これら１６種類の複合体互は、大
きく分けると５つに大別される。すなわち、その１は、
１　ａ　＋　１　ｂ、１ｅ＋１ｄの分類に所属する合計
４０個の複合体で、これらは、参考として形成されたも
のであり、従来のＣｕ系合金管およびＮｂ系合金管をそ
れぞれ用いたものである。また、その２は、２ａ＋２ｂ
＋２ｃの分類罠所属する合計３０個の複合体で、２ａは
Ｔｉ（チタン）　ｔ−０，２原子チ含有したＣｕ系合金
管を用いたもの、２　ｂ　ｔｉＴｉ′ｔ−０，４原子チ
含有したＣｕ系合金管を用いたもの、２ｃはＴｉを０．
６原子チ含有したＣｕ系合金管を用いたものである。ま
た、その３は、３ｍ＋３ｂ＋３ｃ＋の分類に所属する合
計３０個の複合体で、３ａはＴｉｔ−１原子チ含有した
Ｎｂ系合金管を用いたもの、３ｂはＴｉ″ｔ２．５原子
チ含有したＮｂ系合金管を用いたもの、３ｃはＴｉＱ４
原子チ含有したＮｂ系合金管を用いたものである。また
、その４は、４ａ。

４ｂ、４ｃの分類に所属する合計３０個の複合体で、そ
れぞれ表１に示すようにＴｉミラ有したＣｕ系合金管と
、Ｔｉｌ含有し７’ＣＮｂ系合金管とを用いたものであ
る。また、その５は５ａ＋５ｂ＋５ｃの分類に所属する
合計３０個の複合体で、これらはＴｉを０．４　ｉ子チ
含有しｆｒ：、、ｃｕ系合金管を用いたものである。

しかして、上記のように構成された１６種類、合計１６
０個の複合体に、表１！／ｃ示すように、静水圧押出と
冷間引抜加工による減面加工を施し、減面加工度が１０
４〜１０６となるように細線化（線径的０．８　ｍ　）
　した。次に、これらにツイスト加工を施した後、７２
５℃で加熱処理を行ない、第２図に示すようにＮｂ系合
金管５の内側にＮｂ　Ｂ　Ｓ　ｎ層７の生成された複合
超電導線ｘｔ−得た。なお、第２図中８は反応後のＣｕ
５ｎ合金層を示している。

このようにして得られた１６種類１６０本の複合超電導
線について、４．２Ｋ・　１０テスラ磁場中での臨界電
流（ＩＣ）の測定、Ｎｂ系合金管フィラメントの芯線切
れの測定、Ｎｂ系合金管の肉切れ測定を行なってみた。

なお、肉切れの測定は各複合超電導線を長手方向に１２
等分に切断し・そのうちの１０個所の切断端面を顕微鏡
で観察して行なった。また、芯線切れの測定は、１２等
分された各複合超電導線の両端を除く１０区分について
外側Ｃｕ層をしよう酸で溶かして除去し、これら各区分
ｔ−顕微鏡で観察して行なった。

そして、各分類毎に臨界電流（工。）の平均値、肉切れ
の発生しているものの割合、芯線切れの発生しているも
のの割合をめたところ表１に示す結果を得た。

表　１Ｂ　：　Ｎｂ系合金管中のＴｉ濃度←原子チ）Ｃ：減面
加工度Ｄ：芯線切れ（チ〕Ｅ：４．２に、１０テスラ磁場中の臨界電流Ｉｃ（Ａ）
Ｆ　：　Ｎｂ系合金管（フィラメント）の肉切れ（％）
表１から明らかなように、分類ｊ＆・〜１ｄに所属する
従来の製造方法では、１０’以上の加工度で、加工度の
増加と共に芯線切れ、Ｎｂ系合金管フィラメントの肉切
れが増加している。これに対して、分類２ａ＝２ｃ、３
ａ〜３ｅ、４ａ〜４ｅ、５ａ〜５ｅ　ＶＣ爪属する本発
明の製造方法では、加工度が１０５まで、芯線切れやＮ
ｂ系合金管フィラメントの肉切れが全く発生せず、１０
６の加工度で僅かにＮｂ系自金管フィラメントの肉切れ
については２％、芯線切れについては１％発生した。そ
して、臨界電流（Ｉｃ）については、たとえば分類２ａ
〜２ｃと従来の製造方法で製造されたものとを比較する
と４０％も向上し１いる。このような向上は、ＴＩの含
有したＣｕ系合金管あるいはＮｂ系合金管を用いたこと
によって加工性が向上したことによる。この加工性の向
上は、Ｔｉの含有によって、Ｃｕ系合金管とＮｂ系合金
管との硬度差が小さくなったことによる。

このように、Ｃｕ系合金管およびＮｂ系合金管の少なく
とも一方にＴｔｔ−含有させると単に　臨界電流ｎｃ）
ｖ向上させることができるに止まらず、高加工度の加工
が採用できるので、次のような効果もある。すなわち、
Ｎｂ系合金管を小径で薄肉にすることができるので、最
終的に得られるフィラメント直径を十分小さくでき、こ
れによって臨界曲げ歪（εｂｃ）を大きくできるばかシ
かＡＣ損失の低下を図ることができ、結局、全ての特性
が勝れた複合超電導線を得ることができる。

実施例２実施例１における分類２８〜２ｃと同じ複合体構成で、
含有Ｔｉ１度が種々異なるＣｕ系合金管を組込んだ複数
の複合体について、それぞれ加工度工０５で減面加工し
、その後に７２５℃で熱処理して複合超電導線全形成し
た。これら複合超電導線のＴｉ濃度と実施例１で説明し
た手法と同じ手法で測定した芯線切れ（％）との関係を
調べてみた。その結果、第３図に示す通りであった。

なお、図中０印はＴｉ添加Ｃｕ系合金全溶解させた後、
空冷処理したＣｕ系合金管を用いた場合を・また・印は
上記合金を融点以下の温度で１時間以上加熱した後、水
中で急冷する溶体化処理音節［７たＣｕ系合金管を組込
んだ場合を示している。

この図から、Ｔ１を０．１原子チ以上添加すれば芯線切
れが大幅に減少し、またＴ１．’ｅ５原子原子上以上添
加と、逆に芯線切れが増加することが判った。また、溶
体化処理を行なった方が加工性の良いことも判明した。

一方、実施例１における分類３８〜３ｃと同じ複合体構
成で含有Ｔｉ濃度が種々異なるＮｂ系合金管を組込んだ
複数の複合体についても加工度１０５の条件で同様に調
べてみた。この結果、第４図に示す通りであった。

この図からもＴｔｔ０．１原子％〜５原子多添加するこ
とが有効であることが判明した。したがって、Ｔｉの含
有量は０．１〜５原子チの範囲が望ましい。

実施例３第５図に示すように、銅被覆されたＳｎ棒１１を複数集
合させ、この集合体の周シにＴｔｔ０．４原子チ含んだ
複数のＣｕ系合金棒１２を配置してなる複合体１３を形
成した。これに減面加工を施して５．５　ｍ径の組体を
形成した。この組体を外径８ＩＩｌ１ｍ、内径５．６　
ｗｓｘのＮｂ系合金管（図示せず）で被覆し、これらｆ
ｃｕマトリックに設けられた孔内に挿着した後、１ｏ６
加工度の減面加工を施し、０．８闘の細線を得た。次に
、上記細線を７２５℃で熱処理してＮｂ系合金管の内側
にＮｂ　Ｂ　Ｓ　ｎ層の生成された複合超電導線を得た
。

このようにして製造された超電導線について４．２に、
１２テスラの磁界中で臨界電流を測定したところ１６５
Ａであった。また、実施例１゜２と同じ手法で肉切れ、
芯線切れ’＆ｉ／ｌべたところ、発見されなかった。し
たがって、このような製造方法も有効であることが判明
した。

なお、上述した各実施例では、７２５℃で熱処理を行な
ってＮｂ　３　Ｓ　ｎを生成させるようにしているが、
６４０〜７７０℃の範囲であれば良好に生成させること
ができる。すなわち、６４０℃未満ではＮｂ　５　Ｓ　
ｎの生成反応がほとんど進行しない。また、７７０℃を
越える温度ではＮｂ　５　Ｓ　ｎ粒の粒径が増大して臨
界電流（Ｉｅ）ｉ極端に低下させる。また、添加元素と
してＴｉｔ−主に述べてきたが、Ｔａ　ａ　Ｈｆ　＋　
Ｉｎ　＋　Ｍｇ　ｒ　Ｚｒ　＊　Ａｔ　＊　Ｇａ等の元
素もＴｉｌ”ｌどではないが有効である。また、これら
の複合添加も有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例に係る製造方法
における導体断面の変化を示す図、第３図および第４図
はチタン含有量と芯線切れとの関係の実駿結果を示す図
、第５図は本発明の別の実施例に係る製造方法を説明す
るための図である。１・・・マトリックス（銅）、３・・・ずず系合金棒、
４・・・銅系合金管、５・・・ニオブ系合金管。出願人代理人弁理士　鈴　江　武　彦第１図り第２図 ′ノ＼ン〜７／Ｘ〉Ｎｂ振冶Ｈ１菅中のＴｉ頭り【（卑）’７．）第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　すずまたはすすを主成分とするすす系合金棒を
銅を主成分とする銅系合金管で被覆するとともに上記銅
系合金管の外周１−＝オプを主成分とするニオブ系合金
管で覆い、さらに上記ニオブ系合金管の外周を安定化材
としての銅で覆ってなる複合体に減面加工を施した後、
６４０〜７７０℃の温度で熱処理して上記複合体中にＮ
ｂ５Ｓｎ超電導化合物芯線を生成させるようにした複合
超電導線の製造方法において、前記銅系合金管および前
記ニオブ系合金管の少なくとも一方として、チタン金０
．１〜５原子チの範囲含有したものを用いるようにした
ことを特徴とする複合超電導線の製造方法。
（２）　チタンを含有した前記銅系合金管は、融点以下
の温度で溶体化処理されたものであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の複合超電導線の製造方法。
（３）前記すず系合金棒は、それぞれ銅の被覆層で覆わ
れた複数本のすず棒を集合させたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の複合超電導線の製造
方法。
（４）前記銅系合金管は、複数本の銅系合金棒を環状に
配列して構成されたものであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項から第３項の何れか１項に記載の複合超
電導線の製造方法。