JPS6174210A - 繊維分散型Ａｌ基超電導線材及びその製造法 - 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 本発明は繊維分散型ｋＬ基超超電導線材びその製造法に
関する。

超電導応用の最近の発展は目覚しく、高エネルギー物理
学分野では、加速器を初め、核融合、ＭＴ−ＩＤ発電、
磁気浮上列車、また電気工学分野では、発電機、エネル
ギー蓄積装置、さらＫＮＭ’Ｒ−ＯＴなどの医療機器の
分野にも実用化への試みが進められている。一方、エレ
クトロ二−クス関係においては、ジョセフノン素子応用
によるスーパーコンビ−ターを目指した開発研究が進め
られている。このように応用分Ｄ７＝−広範囲となるに
伴い超電導線材の所望特性も多様化し、各種用途に応じ
た線材が要求されている。

また、価格の低廉化を図るためにも原料の選択と量、量
化の容易さが課題である。

従来技術 現在、最も広く使用されている超電導線材は、Ｎｂ−Ｔ
ｉ系合金線材である。また、強磁界を必要とする場合に
は、臨界磁界の高いＮｂ５８ｎあるいはＶｓ　Ｇ　ａの
化合物系の線材が用いられている。

また、これらの超電導線材には、実用上の必要性からＯ
ｕ、　ｋｌなどの、いわゆる安定化材が被覆されている
。しかし、合金系あるいは化合物系の１ｘ−ｊ；ｈも、
主要原料けＮｂＸｖあるいはＴｉなどの活性で高融点の
金属であるため、溶解工程では高真空装置を備えたアー
ク溶解あるいは電子ビーム溶解と言う特殊な溶解法が必
要であり、また、加工工程では熱間静水圧押出し装置、
真空焼鈍炉、その他真空鍍金装置などの特別な装置が必
要である。特にＮ　ｂ　ｓ　Ｓ　ｎ及びＶ、Ｇａの超電
導線材の場合、これらは化合物で著しく可塑性が欠ける
ために加工工程において種々の工夫と技術を必要とする
問題点がある。

また、超電導特性の点からみると、合金系のＮｂ−Ｔｉ
の臨界磁界は約１１テスラ、化合物系のＮ　ｂ　ｓ　Ｓ
　ｎ及びＶｓ　Ｇ　ａの臨界磁界は約２２テスラの高い
臨界磁界を有している、しかし、一方、最近注目され始
めているＮＭＲ−ＯＴ医療機器用マグネットでは、発生
磁界が２テスラ以下でも有効に用いられることが明らか
になっている。

このような低磁界超電導マグネット線材としては、前記
のような溶解及び加工工程に難点のあるＮｂ系またはＶ
系の超電導線材を用いるよりも、低融点金属であり、室
温でも加工硬化のないｐｂを主成分とする合金を用いる
方が得策である。

Ｐｂ合金の中でもＰｂ−Ｂｉ合金は８．９にの最も高い
臨界温度と約２，５テスラの高い臨界磁界を持ち、しか
もこれらの原料が従来のＮｂ、　Ｖなどの高融点金属よ
りも安価なことから上記の目的に沿った超電導線材とし
ては最も有望でちると考えられる。

しかしながら、Ｐｂ−Ｂｉ合金を単独で使用すると機械
的強度が小さく、また、安定化のためのＯｕ＋ｋＬとの
複合一体化が困難であり、これらの点が実用化への大き
な障害となっていた。

発明の目的 本発明はＰｂ−Ｂｉ合金を使用し、機械強度が優れ、加
工も容易で安価な超電導線材を提供せんとするものであ
る。

発明の構成 本発明者らは、前記目的を達成すべく研究の結果、Ａ／
＝の中にＰｂ−Ｂｉ合金粒子を均一に分散させた複合体
を、溶解法、粉末法あるいは複合加工法で作り、これを
圧延、線引きなどにより、線、テープに加工すると、Ａ
ｌマトリックス中にＰｂ−Ｂｉ合金極細繊維が分散され
た新規な形状の超電導線材が得られることを究明し得た
。この知見に基いて本発明を完成した。

本発明の要旨 Ａｌマトリックス中にＰｂ−Ｂｉ合金繊維をＰｂとＢｉ
の総量で１．２〜７５体積チ体積−６０原子ヂ）含ませ
たものからなる繊維分散型Ａｌ基超超電導線材びその製
造法にか＼わる。

このような超電導線材を製造する方法としては、先ずｋ
ｌにＰｂ−Ｂｉの総量が１．２〜７５体積チ体積−６０
原子チ）を含む合金体を作る。このとき、Ｐｂ−Ｂｉ合
金中のＢｉｆｌｋ度は１〜７０原子俤とする。このよう
な合金体は（１）Ａｌ、　Ｐｂ及びＢｉを一液相状態の
高温から急冷凝固させる方法。

（２１Ａ４Ｐｂ及びＢｉの混合粉末を焼結処理する方法
などで作ることができる。しかし、後者（２）の方法が
、ｙｔに対しＰｂ−Ｂｉ合金骨の含量を太きくし易いこ
とかや合金粒子のサイズの選、究゛オ±易でかつより均
一な合金体が得易い点→鹸記’ｉｉ−￥−！　・ の方法より有利である。

得られた合金体を圧延、溝ロールあるｉｄ引きなどてよ
し、線、テープあるいは管に加工すると、内部のｐｂ−
Ｂｉ合金粒子は容易に繊維状に引伸ばされ、その結果、
ｈｔマ）　ＩＪワックス中Ｐｂ−Ｂｉ合金極細嗜雄が分
散されたものが得られる。このときｎＩ椎の直径はｌＱ
ｎｍ以上で１０μｍ以下であることが望オしい（ｌｎｍ
（ナノメーター）＝１０−ｍ、１μｍ（ミクロンメータ
ー）＝　１０　’ｍ）。１０ｎｍ以下だと超電導電子の
リークによって、臨界温度の低下を招き、また、１０／
Ｊｍ以上の粗大径だと繊維間の間隔が大きくな妙すき゛
線材全体として超電導性を示さなくなる。

Ｐｂ−Ｂｉ合金の含有量はｋＡに対し１．２〜７５体積
％（ｔ〜６０原子チ）の範囲であることが必要であるう
その量が１．２体杷％（１原子％）より少ないとＡ−ｔ
マトリックス中のＰｂ−Ｂｉ合金の繊維密度が小さくな
り、繊維間隔が大きくなって超電導特性が低下する。ま
だ、その量が７５体積％（６０原子チ）を超えると、溶
解法、粉末法共にＡｌマ）　ＩＪワックス中偏析が現わ
れて品質の優れた線材を作ることが困難となる。なお分
散させるＰｂ−Ｂｉ合金中のＢｉ濃度は、１〜７０原子
壬の範囲内であることが望ましい。１原子チ以下だと臨
界磁界が低下し、また、７０原子チ以上だと臨界温度、
臨界磁界がともに低下するなど超電導特性の劣化を生じ
る。まだ、前記線材を作る際、Ｐｂ−Ｂｉ合金のほかに
更にＧａＸＺｎ。

８ｎ、　Ｉｎ及びｓｂから選ばれ九凰独あるいは２種以
上の金属を含有させると、線材の超電導臨界磁界及び臨
界電流密度を高めることができる。

これら金属の含有骨はＰｂ−Ｂｉ合金に対［２て１０〜
３０原子鴫であることが必要であり、また、これら金属
とＰｂ−Ｂｉ合金の１ｌｌ−が入ｔに対し、１．２〜７
５体積４（１〜６０原子チ）であることが必要である。

ｐｂ−ＢＡおけるこれら金属の含有骨が１．０原子チよ
り少ないと臨界磁界及び臨界電流密度を高める効果が小
さく、また、３０原子チを超えると超電導臨界磁界の低
下を招き、かえって高磁界の臨界電流密度を低下させる
。

金属とＰｂ−Ｂｉ合金の総景がＡｌに対して１．２体積
鴫（１原子鴫）より少なく、あるいは７５体積チ（６０
原子％）を詔えると、Ｐｂ−Ｂｉの２元合金を含有させ
た場合と同様な欠点が生ずる。

なお、ＡｌとＰｂ−Ｂｉ合金を機械的に組込み加工する
複合加工法も適用しうるが、前述の製法に比べて細い繊
維にまで加工する工程用−眸之なる。

発明の効果 本発明の繊維分散型Ａｌ基超超電導線材、従来のものと
比べて次のような優れた効果を有する。

（１）４維分散型の複合線材であるから、機械的特性が
優れ取扱いが容易である。

（２）　　マ）　ＩＪワックス材ＡｌはＰｂ−Ｂｉ合金
極細繊維の超電導特性を安定させる安定化材としてその
まま利用し得る。

（３）　　Ｐｂ−Ｂｉ合金及びＡｌは低融点であるため
、溶解及び粉末製造が容易で、また、室温で加工硬化す
ることがないので、強加工することができ、線材を容易
に子骨生産することができる。

（４）　　Ａｌ、　Ｐｂ　及（ｊ　Ｂｉ　ｌｄ従来）Ｎ
ｂＸＶ　ｆｘ　トニ比へて廉価であるため、安価な超電
導線材を提供することができる。

以上のことから本発明の線材は低磁界用超電導線材及び
超電導配線材として実用上極めて大きな利点を有する。

実施例 実施例ｌ Ａｌ−７原子チＰｂ−７原子チＢｉ合金およびＡｌ−１
５原子チＰｂ−１５原子％Ｂｉ合金を非消耗電極型アー
ク溶解後、急冷凝固させる方法を用いｐｂ−Ｂｉ合金粒
子をＡｌマトリックス中に均一に分散させた２０謀≠の
インゴットを作製した。この場合、Ｐｂ−Ｂｉ合金の全
体に対する体積率はそれぞれ２４％４６チとなる。　次
いで、それぞれのインゴットを溝ロールおよび線引によ
って０゜３５嘱ｊの線材に強加工して、Ａｌマトリック
ス中にＰｂ−Ｂｉ合金が繊維状に引き伸ばされた繊維分
散型複合線材を得た。

表１には線材の超電導特性の臨界温度（ＴＣ）、臨界磁
界（Ｈｃｚ）及び１テスラにおける臨界電流密ｔ（Ｊｃ
）を示した。

実施例２ Ａｌ−ｉｏ原子％Ｐｂ−８原子％Ｂｉ−２原子％Ｇａ合
金及びＡｌ−１０原子％Ｐｂ−７原子チＢｉ−３原子チ
Ｚｎ合金を高周波溶解後、実施例１と同様な方法でＰｂ
−Ｂｉ−Ｇａ及びＰｂ　　Ｂｉ　　Ｚｎ合金粒子をＡｌ
マトリックス中に分散させた２０ｍ＋のインゴットを作
製した。この場合、Ｐｂ−Ｂｉ−Ｃ）ａおよびＰｂ−Ｂ
ｉ−Ｚｎ合金の全体に対する体積率は共に約３２チとな
る。これらのインゴットを実施例１と同様な加工によっ
て繊維分散型超電導線材が得られ、壜、↓にそれらの超
電導特性を示した。

実施例３ あらかじめ、Ｐｂ−Ｂｉ−８ｎ及びＰｂ−Ｂｉ−Ｉｎ　
　合金を溶製及び機械加工によって直径５．４閣長さ１
０ｍの棒状として、これを外径８ｆｉ内径５．４ｆｉの
Ａｌｆに挿入し、単芯の複合体を作製した。次いで、こ
れらを線引などによって０．３ｍ径の細線にし、さらに
、これらを短く切断したものを多数束ねて外径１６四、
内径１４ｍ長さ５．２副のＡｌ管に挿入して多芯の複合
体を作製した。これらを再び線引などによって直径０．
３　ｍの細線に加工して、Ａｌマトリックス中にＰｂ−
Ｂｉ合金芯が多数分散した超電導線材を作製した。最終
的に線材の組成けＡｌ−１０原子チＰｂ−８原子チ旧−
２原子％Ｓｎ及びＡｌ−１０原子％Ｐｂ−７原子％Ｂｉ
−３原子％Ｉｎの割合いの合金となり、また、Ｐｂ−Ｂ
ｉ−８ｎ及びＰｂ−Ｂｉ−Ｉｎ合金の全体に対する体積
率は共に約３３憾となっているう表１１７Ｃそれらの超
電導特性を示した。

実施例４ それぞれ４０μｍの平均径をもつ人を粉末とＰｂ−１３
ｉあるいはＰｂ−Ｂｉ−３ｂ合金粉末を、へＬ−２０原
子％Ｐｂ−２０原子チＢｉあるいはＡＬ−２０原子壬Ｐ
ｂ−１６原子％Ｂｉ−４原子％Ｓｂ合金の組成になるよ
う廻混合したのち、圧縮プレスによって２０鰭！ す長さ３０嘱の圧粉複合体に成型した。この場合、Ｐｂ
−ＢｉあるいはＰｂ−Ｂｉ−８ｂ合金の全体に対する体
積率は共に約５７チとなる。次いで、それぞれの圧粉複
合体を外径２４ｆｉ、内径２０鯖のＡｌ管に挿入して、
実施例１と同様に強加工を行ない繊維分散型超電導線材
を得た。これらの線材におけるＰｂ−Ｂｉ　ｈ　ルイｄ
　Ｐｂ−Ｂ　ｉ　−８ｂ合金′ａｉｍｆ）　−”Ｆｌ’
ＪｉｉＬ直径は１００　ｎｍであった９表１にこれらの
線材の超電導特性を示【７た、 表１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌマトリックス中にＰｂ−Ｂｉ合金繊維１．２
   〜７５体積％（１〜６０原子％）含ませ、かつ、Ｐｂ−
   Ｂｉ合金繊維中のＢｉ濃度を１．０〜７０原子％とする
   繊維分散型Ａｌ基超電導線材。
2. （２）Ａｌに対しＰｂ−Ｂｉ合金の総量を１２〜７５体
   積％（１〜６０原子％）の割合とし、かつ、Ｐｂ−Ｂｉ
   合金中のＢｉ濃度を１．０〜７０原子％とする混合粉末
   を成形して得た複合体を、圧延あるいは溝ロールあるい
   は線引きにより加工を行うことを特徴とする繊維分散型
   Ａｌ基超電導線材の製造法。
3. （３）Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｎ及びＳｂから選ばれた単
   独または２種以上の金属をＰｂ−Ｂｉ合金に対し１．０
   〜３０原子％加えた３元以上の合金繊維を、Ａｌに対し
   総量で１２〜７５体積％（１〜６０原子％）含ませ、か
   つ、合金繊維中の Ｂｉ濃度を１．０〜７０原子％とする繊維分散型Ａｌ基
   超電導線材。
4. （４）Ａｌマトリックス中の合金繊維の直径が１０ｎｍ
   （ナノメーター）〜１０μｍ（ミクロンメーター）の範
   囲にある特許請求範囲第１項、第２項及び第３項記載の
   超電導線材。