JPS62230959A - 化合物系超電導線の製造方法 - 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Ｊ 本発明は、核融合炉用トロイダルマグネット、粒子加速
器用マグネット、超電導発電機用マグネット等にＩＩＩ
用される高磁界特性の潰れた化合物系超電導線を製造す
るための方法に関４゛るらのである。

「従来の技術」 Ｎｂ５Ｓｎ金属間化合物にＴ　ｉ等の第３元素をｔ６和
することによってＮｂ３Ｓｎ超電導線の高磁界特性、特
に、ＩＯ’ｒ（テスラ）以上の臨界電流特性を改乃てき
ることが知られている。そして、Ｔ　ｉを添加したＮｂ
５ＳｎＢ３電導線を製造する方法として、従来、以下に
説明ずろ方法が提案されている。

１）Ｎｂ芯材＋、：　′ｒ　ｉを微ｆｆ１（０，１〜ｌ
　５ｒｉ′ｊｉ子％の範囲てあって、好ましくは１．０
〜１．５電量％程度）添加して合金化したＮｂ芯材を製
造し、このＮｂ芯材を耕地内に配して超電導素線を作製
し、これに拡散熱処理を施してＮｂｚＳｎ超電導線を製
造する方法。

２）ブロンズ基地（Ｃｕ−５ｎ合金基地）の内部にＴｉ
を微量（０１〜５原子％の範囲で、好ましくは０゜２〜
０．４重量％）添加することにより３元合金系ブロンズ
基地（Ｃｕ−５ｎ−Ｔｉ合金基地）を製造し、この３元
合金系ブロンズ基地の内部にＮｂ芯材を配してＭ３出導
素線を作製し、これに拡散熱処理を施してＮ　ｂ３　Ｓ
　ｎ！Ｂ電導線を製造する方法。

なお、添加する第３元素としてＴｉの代わりにＴａ、ｔ
ｌｒ、Δ１、Ｉｎ５Ｚｒ、Ｓｉ等を用いろこともある。

７発明か解決しようとする問題点」 市ｆ記した各方法には、以下に説明する問題があった。

ａ）Ｔｉのように高温で非常に活性な元素をＮｂ芯材に
微ｍ添加する場合、コストの高い特殊な溶解法、例えば
、電子ビーム溶解法やアーク溶解法を新たに採用しなく
てはならす、製造コストが嵩むとともに、これらの溶解
法を採用してらＴｉをＮｂ芯材に均一に添加するには技
術的にかなりの困難性を伴う。

また、Ｎｂ芯材にＴｉを微ｍ添加することによってＮｂ
芯材の硬度が向上する関係から、極細多心化のために行
う縮径加工の際に強加工する場合、断線等のトラブルを
生じろ問題がある。

従って縮径工程においては、Ｎｂ芯材を合金化Ｕ°ずに
純Ｎｂの状態のまま加工することが望ましいのである。

ｂ）ブロンズ基地にＴｉを添加する場合、大気溶解を行
うと後工程の縮径加工の際に割れを生しろため（ζ、真
空溶解を行う必要があり、溶解量に制限を生しろ問題が
ある。また、この場合、ブロンズ基地がＣｕ−５ｎ−Ｔ
ｉ系の３元合金となるために、加工硬化能が大きくなり
、縮径工程で全体に硬化することが早くなり、中間焼鈍
をひんばんに行わないと断線等のトラブルを生じる問題
がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、極細多心
化のための縮径加工時に断線等のトラブルを生じさける
ことかなく良好な加工性を有し、臨界電流密度か高く、
良好な超電導特性を発揮する超電導線の製造方法の提供
を目的とする。

「問題点を解決するだめの手段」 本発明の製造方法は、前記問題点を解消するために、超
電導金属間化合物を構成する２種以上の金属元素の内一
方の金属元素を含有した基地の内部に、他方の金属元素
を含有する管体を配して構成された超電導素線に拡散熱
処理を施すことにより超電導金属間化合物を生成させる
化合物系超電導線の製造方法であって、前記管体の内側
に超電導金属間化合物の高磁界域における臨界電流値を
向」二さＵ゛ろ′ｌ゛１、’Ｉ’ａ、　　Ｈｒ、　　Ｉ
　ｎ、　　Ｓ　ｉ、ＡＩ、Ｚｒの１つ以上からなる薄肉
部材を配して芯材を構成し、日記芯材を前記基地の内部
に配した後に拡散熱処理を施す乙のである。

「作用」 加工性に富む薄肉部材を拡散熱処理前に複合するために
中間焼鈍条件が有利になって加工が容易になるととらに
、拡散熱処理を施してＮｂとＳ　’ｎを反応させ、Ｔｉ
を拡散してＮｂ＊Ｓｎ　　Ｔｉを生成する。

「実施例」 第１図ないし第４図は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の製造に適
用した本発明の一実施例を示すもので、第３図に示す超
電導素線Ｔに拡散熱処理を施して第４図に示ずＮ　ｂｉ
　Ｓ　ｎ超電導線Ｓを製造することかできる。

第３図に示す超電導素線Ｔを製造するには、まず、Ｓｎ
棒あるいは、Ｃｕ−５ｎ合金棒からなる第１図に示す素
芯材ｌに、Ｔｉからなる箔体（薄肉＋１＜材）２を縦添
えして第２図に示す芯材３を作製する。この箔体２は、
圧延方向に沿ってテープ状に切り出して形成されたちの
で、圧延方向を素芯材Ｉの長さ方向に向けて素芯材Ｉに
縦添えされる。

なお、この箔体２を構成する元素は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導
金属間化合物の高磁界域における臨界電流値を向上させ
る第３元素である、’ｔ’　ｉ、　’ｒ　ａ、　！１　
「、Ｉｎ、　Ｓｉ、　ＡＩ、　Ｚｒの１つ以上から選択
して良い。

また、素意Ｈ’　ｌに箔体２を縦添えすることにより１
１ｊ記第３元素を添加でさるために、長尺の素意財ｌて
あっての箔体２を簡単に縦添えすることができ、また、
素意（第１か大径の乙のであっても簡単に縦添えするこ
とかできる。従って大径の超電導線、まｆこは長尺の超
電導線の製造にも対応することかできる。なお、素意材
ｌに縦ｔ０えする以的に箔体２に電界研摩加工を施し、
箔体２の表面の不純物を除去することにより、後に行う
縮径加工におｊＩ′るＩｌｌ’ｌ工性を向上させること
ができる。

次に、１ｉｉｉ記芯十４３に、第２図と第３図に示すよ
うにＳｎあるいは５ｎ−Ｃｕ合金からなるパイプ４と、
Ｎ　ｌ）からなる管体５と無酸素鋼管６を被せ、最終的
に製造すへさ超電導線Ｓと同一の直径になるまて縮径加
工を施して第３図に示す超電導素線′ｒを作製才ろ。な
お、前記縮径加工に際し、箔体２の′Ｉ′１は池の部分
の構成元素と合金化していないために、素意材ｌと管体
５と無酸素銅管６とか本来台する良好な加工性を維持ず
ろことができ、これにより加工時の中間焼鈍条件が有利
になって加工性か向上する。

また、前述の如く圧延方向に沿って切り出しｆこテープ
状の箔体２を素意材１に縦添えしｆコ場合、以下に説明
ずろ効果を奏する。

即し、箔体２の圧延方向を素意財ｌの長さ方向に沿わひ
ると、縮径加工により強加工した場合であっても箔体２
が切断されろ虞か少ない。二の点において、箔体２の圧
延方向と素意材ｌの長さ方向を揃えない場合、縮径加工
による強加工によって箔体２かその長さ方向において部
分ごとに破断して管体５の内側に島状に点在ずろことに
なり、後述する如＜Ｎｂ３Ｓｎを生成させた場合にＴｉ
の拡散が不均一になる虞かある。このため本実施例にお
いては箔体２の圧延方向と素意＋、４’　Ｉの長さ方向
を揃えた。

次に、前記超電導素線Ｔを６００〜８５０℃に２０〜１
５０時間加熱する拡散熱処理を施して箔体２のＴ１と素
意１．ｔ１のＳｎと管体４のＮｂを拡散反応させて管体
５の内周部側にＮ　ｂ３ｓ　ｎ　−Ｔ　ｉｌＭ　Ｎを生
成させ、無酸素銅管６からなる基地の内部にＮ　Ｉ）、
Ｓ　ｎ−′Ｉ’　ｉ層Ｎを埋め込んだ超電導線Ｓを製造
する。なお、生成されるＮ　ｂ３Ｓ　ｎ　　Ｔ　ｒ層Ｎ
が管体４の外周部に到達ずろ而に拡散熱処理を終了させ
ろ。このように管体５の内周部側にＮｂ５Ｓｎ−Ｔｉを
生成させるならば、Ｓｎの拡散によって無酸素銅管６か
らなるＪＩＩ；地か汚染されることらなくなる。

この点において従来構造の超電導線においては、Ｓｎに
よる基地の汚染を避けるためにＴａ等からなる拡１牧バ
リア層を基地とＮｂ部分との間に形成する必要力舅うっ
たか、本発明の実施によってこの拡１牧バリア、１１り
を省略することができろ効果がある。

このように製造された超電導線Ｓにあっては、内部にＮ
ｂ５Ｓｎ−Ｔｉ層Ｎが生成されているために、高磁界域
において高い臨界電流密度を示し、優れｆ二超電導特性
を発揮４゛る。

−・方、超電導線Ｓにか汀さＵ′るＴ　ｉの量は、超電
導素線′ｒにト（合する箔体２の厚さを所要の値にする
ことによって自由に設定できる。ま１こ、前述した製造
方法によれば、Ｔ　ｉを含汀した合金を作製する必要か
ないために、従来方法において必要であった特殊な溶解
法は不要になり、合金化に伴う偏析し生じなくなり、超
電導線の品質が安定する。

ところで、素意材１を箔体２て覆う場合、箔体２を第５
図に示すように往き付けても良い。そしてこの際、箔体
２を巻き付けるにあたり、ラップ巻きやギャップ巻きを
することら自由てある。また、第６図に示ケように、箔
体２て覆った素意（第１にＮｂからなる管体５を被せ、
更に無酸素銅管６を被せて超電導索線Ｔ゛を形成して乙
良い。史に本発明の製造方法はＶ　３　Ｇ　ａ系超電導
線の製造にも適用できるのは勿論である。

また、本発明の方法は、以下に説明する場合にも適用可
能である。即ち、Ｎｂから素意材１を構成し、この素意
材の外方にＴｉ等からなる箔体（薄肉部材）２を披Ｕ°
、さらにその外方にＳｎあるいはＣｕ−９ｎ合金からな
るパイプを彼せて縮径、１−ろことにより超電導素線を
作製し、この超電導素線に拡散熱処理を施して超電導線
を製造する方法にも適用することができる。

「製造例１」 ５ｎ９０％を含何し、第７図（Ａ）に示すような直径１
０ｍｍの５ｎ−Ｃｕ合金棒２０に、第７図（Ｂ）に示す
ように１７さ１０μｍの圧延Ｔｉ層２１を縦添えして？
Ｕ合線２２を作製する。この際、Ｔｉ箔２１は、圧延方
向に沿って切り出したものと圧延方向に直ｆｌＪに切り
出した乙のを別々に用意し、それぞれ別々の前記５ｎ−
Ｃｕ合金棒２０に破け、２種類の複合線２２を製造し、
それらの各々に以下に説明する加工を血す。各複合線２
２には、外径ｌ３１ＴＩＩｎ、肉１’７１．２ｍｍのＮ
ｂ管２３と、外径１８ｍｍ、肉厚１．２ｍｍの無酸素銅
管２４を第７図（Ｃ）に示すように彼Ｕ、更に縮径加工
を施して第７図（Ｄ）に示すように直径２ｍｍの！次段
合線２５を作製した。この１次段合線２５を６１本集合
し、外径２２ｍｍ、肉１”；［１，５ｍｍの無酸素鋼管
２６に第７図（Ｅ）に示すように挿入し、更に縮径加工
を施して第７図（Ｆ）に示す直径１ｍｍの超電導素線Ｔ
を作製した。

前記縮径加工において、加工中に各線の差は見られなか
ったが、各超電導素線ＴにおいてＮｂ管２３の内周側に
おけるＴ　ｉ箔２１の残存状況を走査電子顕微ｖｔ（Ｓ
ＥＭ）と電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ
）で観察したところ、圧延方向に沿って切り出して作製
した′［゛ｌ箔２１を用いて作製した超電導素線にあっ
ては、内部にＴｉか均一に分布していた。ところが、圧
延方向に直角に切り出して作製したＴｉ箔２１を用いて
作製した超電導素線にあっては、内部にＴ　ｉが部分的
に存在していることか判明した。

次に、これら各超電導素線Ｔを６５０℃に５０時間加熱
ずろ拡散熱処理を施してＮｂ管２３の内周側にＮｂ３Ｓ
ｎを生成させ、Ｎｂ５ｓｎ超電導線を製造した。これら
Ｎ　ｂ　：Ｉ　Ｓ　ｎ超電導線の臨界電流特性を第８図
に示す。

第８図において、実線Ａか圧延方向に〆０っで切り出し
て作製したＴｉ層を使用して製造したＮｂ。

Ｓｎ超電導線の臨界電流特性を示し、実線Ｂが圧延方向
に直角に切り出して作製したＴｉ層を使用して作製し１
こＮｂｔＳｎ超電導線の臨界電流特性を示し、実線Ｃが
Ｔｉを複合していない従来のＮｔ）ｓＳｎ超電導線の臨
界電流特性を示す。

第８図より明らかなように圧延方向に沿って切り出して
作製したＴｉ層を使用して製造したＮｂ３Ｓｎ超電導線
は高磁界域において浸れた臨界電流特性を示している。

７製造例２」 ５ｎ８０％を含何する直径１２ｍｍの５ｎ−Ｃｕ合金棒
に、１９さ３０μｍの純Ｔ　ｉ箔を１層巻き付けて；（
合線を作製する。この複合線に、外径１５ｍｍ。

肉厚１ｍｍのＮｂ管と、外径１８ｍｍ、肉厚１ｍｍの無
酸素銅管を肢せ、更に縮径加工を施して直径２ｍｍの１
次段合線を作製した。この１次段合線を９１本集合し、
外径２７ｍｍ、肉厚２ｍｍの無酸素鋼管に挿入し、更に
縮径加工を施して直径１ｍｎ＋の超電導素線を作製した
。前記縮径加工において、中間焼鈍は途中２回施しｆコ
だけで極めて良好な加工性を示した。Ｎ　ｌｌ管は縮径
加工によって外径７０μｍ。

肉厚ＩＯμｍとなっているが、Ｔｉ層は１μｍ以下の厚
さになっていると推定され、一般的な顕微鏡とオージェ
原子分光分析法を用いて観察した結果、０．１〜０．２
μｍのｉ層　ｉ層が５ｎ−Ｃｕ合金棒とＮｂ管との間に
存在していることを確認できた。

前記超電導索線を６５０℃に５０時間加熱する拡散熱処
理を施したところ、Ｎｂ管の内側に２〜５μｍ厚のＮｂ
５Ｓｎ−Ｔｉ層が生成されｆこ。この超電導線の臨界電
流特性を測定したところ第９図に示す結果が得られた。

第９図において、鎖線Ｄ　ｈ＜　Ｔ　ｉ箔を複合した前
記超電導線の臨界ＴＬ流特性を示し、実線Ｅが従来一般
の超電導線の臨界電流特性を示している。

第９図より明らかなようにＴｉを環合した超電導線にあ
っては、従来の超電導線に比較して高磁界域において著
しい特性改善が見られた。

「製造例３」 直径６ｍｍのＮｂ棒に、厚さ３０μｍであって、圧延方
向に沿って切り出して作製したＴｉ層を縦沿えして作製
した棒体と、直径６ｍｍのＮｂ棒に、厚さ３０ｕｍであ
って、圧延方向に直角に切り出し７作ＩＤ１−たＴｉ層
を畿沿え１．て作ｆｉｉ＊ｉ棒体を２々用意し、これら
に以下に説明する加工を施す。

各棒体の各々を外径１０ｍｍ、肉厚２ｍｍであって、Ｓ
ｎ６ｗｔ％を含有するブロンズ管に別々に挿入して縮径
し、６々直径０．８ｍｍの複合線を作製した。

これらの複合線を個々に９１本集合し、外径ｌ０ｍｍ、
肉厚０．５ｍｍであって、Ｓｎ６ｗｔ％を含有するブロ
ンズ管に各々挿入し、縮径して直径１．０ｍｍの！次段
合線を２種作製した。次いて各１次段合線に電気メツキ
法により厚さ３０μｍのＳｎメッキを施し、別個に９１
本集合し、これらを、外径２０ｍｍ、肉Ｆ７２ｎ＋ｍの
鋼管と、外径１５ｍｍ、肉厚０゜３ｍｍの拡散バリア用
Ｔａ管と、外径１３ｍｍ、肉厚０．５ｍｍてあってＳｎ
６ｗｔ％を含有するブロンズ管とからなる）宴会管に挿
入し、縮径加工を施して直径１．４ｍｍの超電導素線を
作製した。

以−トの加工に、１３いて、圧延方向に沿って切り出し
たＴ　ｉ箔を用いて作製した超電導素線と、圧延方向に
直ｆｆ＋に切り出したＴｉ箔を用いて作製した超電導索
線を比較してみると、伸線時においては両者に加工上の
差異は見られなかったが、得られた超電導素線における
Ｎｂ表面のＴ１箔の残存状況を走杏電子顕微鏡で観察し
たところ、圧延方向に沿って切り出したＴｉ箔を用いた
超電導素線はＴ　ｉが均一に分布しているか、圧延方向
に直ｆｒｌに切り出したＴｉ箔を用いた超電導素線はＴ
　ｉか部分的にしか残存していないことか判明しｆこ。

次に、前記両超電導素線を８００°Ｃに５０時間加熱ケ
る拡散熱処理を施して超電導線を製造し、これらの臨海
電流密度を測定した。

その結果を第１Ｏ図に示す。第１０図において鎖線Ｆが
従来一般の超電導線の特性を示し、実線Ｇが圧延方向に
沿って切り出したＴｉ箔を含む超電導線の特性を示し、
実線！−１が圧延方向に直ｆｆ１に切り出したＴＩ箔を
含む超電導線の特性を示している。

第１Ｏ図より明らかなように、圧延方向に沿って切り出
したＴ１箔を含む超電導線が高磁界域において最ら良好
な特性を示した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、管体の内側に超電導金属
間化合物の高磁界域における臨界電流値を向上させろＴ
　ｉ、　Ｔ　ａ、　Ｈｒ、Ｉｎ、５ｉＳＡｌ。

Ｚｒの１つ以上からなる薄肉部材を配して芯材を構成し
、面記芯材を前記基地の内部に配した後に拡散熱処理を
施す乙のであるため以下に示す効果を奏する。

（１）管体内部に薄肉部材を配し、この後に拡散熱処理
を施すことにより高磁界域における臨界電流特性の浸れ
たＮｂ＊Ｓｎ　　’ｒｉを生成でき、特性の優秀な超電
導線を製造することができろ。

（１１）Ａ、Ｗ内部材を管体内部に配して基地内に配し
、縮径し、薄肉部材を構成する元素と基地に含まれる元
素とを合金化していない状態で縮径するために、基地が
具備する加工性を維持した状態て縮径することがてき、
良好な加工性で縮径ずろことがてきる。従って縮径加工
におけろ中間焼鈍条件か汀１’ｌｌになり、断線等のト
ラブルを生じることなく欠陥のない超電導線を製造でき
ろ効果がある。

（ＩＩＩ）管体内部に配する箔体の厚さを所望の値に１
役定することによって超電導金属間化合物の高磁界域に
おける臨界７ｒｉ流密度を向上させる元素を所望の全含
有させることかできる。

（ＩＶ）管体の内部に薄肉部１４を配し、これらを基地
の内部に配するために、長尺の超ＩＴｉ導線、まｆこば
大径の超電導線を製造する場合であって乙薄肉部材を管
体内部に配することがてき、長尺の超電導線、または大
径の超電導線の製造にも適用可能な特徴がある。

（Ｖ）また、本発明の製造方法によれば、１゛ｉを含有
した合金を作製する必要がないために、従来方法におい
て必要でめった特殊な溶解法は不要になり、合金化に伴
う偏析し生じなくなり、品質の安定した超電導線を製造
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明の一実施例を示すしので
、第１図は素意（４に薄肉部ｋを縦添えする状態を示す
斜視図、第２図は薄肉部材を縦添えした索芯材をＮｂ管
に挿入ずろ状態を示す斜視図、第３図は超電導素線の横
断面図、第２１図は超電導線の横断面図、第５図は素意
＋４に薄肉部材をび回している状態を示す斜視図、第６
図は超電導素線の他の例を示す横断面図、第７図（Ａ）
〜（Ｆ）は製造例Ｉにおいて作製する超電導素線の製造
工程を示す乙ので、第７図（Ａ）は素意材の横断面図、
第７図（１３）は薄肉部材の縦添え状態を示す横断面図
、第７図（Ｃ）は集合状態を示す横断面図、第７図（Ｄ
）は１次ト（合線の横断面図、第７図（Ｅ）は１次段合
線の集合状態を示す横断面図、第７図（Ｆ）は超電導素
線の横断面図、第８図は製造例Ｉにおいて製造した超電
導線と従来の超電導線の特性を比較して示４−線図、第
９図は製造例２において製造した超電導線と従来の超電
導線の特性を比較して示す線図、第１Ｏ図は製造例３に
おいて製造した超７ｕ導線とｉメＬ来の超電導線の特性
を比較して示す線図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導金属間化合物を構成する２種以上の金属元
   素の内一方の金属元素を含有した基地の内部に、他方の
   金属元素を含有する管体を配して構成された超電導素線
   に拡散熱処理を施すことにより超電導金属間化合物を生
   成させる化合物系超電導線の製造方法であって、前記管
   体の内側に、超電導金属間化合物の高磁界域における臨
   界電流値を向上させるＴｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｓｉ、
   Ａｌ、Ｚｒの１つ以上からなる薄肉部材を配して芯材を
   構成し、前記芯材を前記基地の内部に配した後に縮径加
   工を施し、更に拡散熱処理を施すことを特徴とする化合
   物系超電導線の製造方法。
2. （２）管体の内側に、圧延によって成形された薄肉部材
   を薄肉部材の圧延方向と管体の長さ方向とを揃えて配し
   、その後に管体を基地の内部に配することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の化合物系超電導線の製造方
   法。
3. （３）電界研摩加工を施した後に薄肉部材を管体の内側
   に配することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   化合物系超電導線の製造方法。