JPS62253740A - 超電導部材の製造方法 - 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） 本発明は、Ｃｕ−Ｎｂ又はＣｕ−Ｖを主成分とする超電
導部材の製造方法に係り、特に良好な均一性、加工性を
有する超電導部材の製造方法に関する。

（従来の技術） Ｎｂ、ＳｎあるいはＶｚＧａなどの化合物からなる超電
導線は、高磁界下で大きな臨界電流密度を有するので高
磁界を発生する超電導マグネット用の線材として用いら
れている。

従来、これら超電導線は、主としてブロンズ法で製造さ
れているが、この製造方法では工程が煩雑なうえ、歪に
対して超電導特性の劣化が著しい等の欠点がある。近年
、これらの欠点を克服する線材として、Ｃｕ基に不連続
繊維を形成した超電導線、いわゆるインサイチュ−超電
導線が開発されつつある。このインサイチュ−超電導線
の特徴、は、Ｃｕ母材中に微細なＮｂ３ＳｎあるいはＶ
、Ｇａフィラメントを不連続に分散させていることであ
る。

Ｎｂ３Ｓｎ線材を例に、この種の線材の基本的な製造方
法を次に説明する。

Ｎｂが重量比で１５〜５０ｓｍｔＸとなるようにＣｕ−
Ｎｂ原料を配合し、真空あるいは不活性ガス雰囲気中で
溶解鋳造しＣｕ−Ｎｂ超電導部材を作る。このＣｕ−Ｎ
ｂ超電導部材はＮｂがＣｕ基中にほとんど固溶しないの
で、ＮｂがＣｕ中に樹枝状に析出した組織となる０次に
、このＣｕ−Ｎ、ｂ超電導部材を減面加工により長尺線
化すると、Ｎｂ樹枝状析出物は引伸ばされ、不連続な繊
維状としてＣｕ母材中に分散された構造となる。次いで
伸線の表面にＳｎメッキを施した後、５００〜７５０℃
の温度で拡散熱処理を行なうと、ＳｎはＣｕ基中に拡散
して、Ｎｂと反応してＮｂ５Ｓｎ化合物が形成される。

しかし、この方法では、Ｃｕ−Ｎｂ超電導部材のＮｂ樹
枝状品の形状、大きさが溶解鋳造時の冷却速度に敏感で
あるため、長さ方向及び径方向で均一性の良好なインゴ
ットを製造するのが難かしい。Ｃｕ−Ｎｂ超電導部材の
Ｎｂ樹枝状組織が不均一であると、最終的な超電導線の
臨界電流密度特性が長さ方向で不均一になるので好まし
くない。

上述のようなＣｕ−Ｎｂ超電導部材の不均一性を解決す
る方法として、ＣｕとＮｂの粉末を使用する方法がある
。

この方法を次に説明する。

まず、Ｃｕ粉末とＮｂ粉末を配合し圧縮成形した後焼成
してＣｕ−Ｎｂ超電導部材を作る。このＣｕ−Ｎｂ超電
導部材を減面加工により長尺線化し、表面にＳｎメッキ
を施した後、拡散熱処理をするとＮｂ３Ｓｎ超電導線が
得られる。

この方法では、使用する原料粉末の粒径を調整し、Ｃｕ
及びＮｂ両粉末を十分に攪拌混合すれば、略均−なＣｕ
−Ｎｂ超電導部材を得ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この従来方法の最大の欠点は、Ｎｂが活
性のため、Ｎｂ原料粉末が酸素に汚染されやすいことに
起因する。一般に市販されているＮｂ原料粉末では、酸
素濃度が０．１〜０．５ｗｔχと高く、このＮｂ原料粉
末をそのままＣｕ粉末に混合し、成形−焼結してインゴ
ットを作成し、次いでこのインゴットを伸線化する際に
減面加工性が阻害され、長尺線化が困難となる。これは
Ｃｕ基に分散するＮｂ粒子が酸素に汚染されているため
に脆化し、インゴットを伸線化する際に、Ｎｂ粒子が塑
性変形を起し難いのでＮｂ粒子を起点として応力集中が
生じて割れ発生の原因となるからである。一方、このよ
うに酸素に汚染されたＮｂ粒子がＣｕ基中に分散したＣ
ｕ−Ｎｂ超電導部材では、所望の超電導特性が得られな
いという問題点を有していた。

以上、Ｎｂ１Ｓｎ超電導線を例として従来方法を説明し
たが、Ｖ、Ｇａ超電導線においても状況は類似している
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、Ｃｕ基中に分散させるＮｂ粒子の酸素汚染を
防止し、減面加工性に優れ、且つ超電導特性の優れたＣ
ｕ−Ｎｂ又はＣｕ−Ｖを主成分とする超電導部材の製造
方法を提供することを目的とし、この目的を達成するた
めの手段として、原材料としてＣｕ及びＮｂまたはＶ粉
末を用いて、Ｃｕ−ＮｂまたはＣｕ−■を主成分とする
超電導部材を製造する方法において、原粉末として球状
のＣｕ及びＮｂまたはＶ粉末を真空中または不活性ガス
雰囲気で製造する工程と：　さらに不活性ガス雰囲気ま
たは真空中で混合、カプセル充填等のハンドリングを行
なう工程と：　前記混合粉を熱間静水圧加圧処理により
所望の形状に圧縮成形する工程：　とからなる構成を採
用したのである。

（実施例） 先ず本発明の原粉末の製造手段としては、Ｃｕ球状粉は
、Ｃｕ素材を溶解し、溶湯を細ノズルを通して流出させ
、溶湯流にＡｒ又はＮ、等の不活性ガスを当てて噴霧状
に吹きとばして、製造できる。（以下、不活性ガスアト
マイズ法と記す。）一方、Ｎｂ粉末は融点が２４７０℃
と非常に高いため、上記不活性ガスアトマイズ法では製
造できず、以下の２方法が採用される。

（１）　　ＮｂはＶ素材を円柱状に加工し、これを電極
として、高速回転させながら、該電極にア、−ク、電子
ビームもしくはプラズマを当て、溶融物を遠心力により
飛散させて粉末化する方法（ＲＥＰ法）、 （２）上記と同様にして予備加工した電極にアーク、電
子ビームもしくはプラズマを当て、溶融物を高速回転す
る円盤上に落として遠心力で飛散させて粉末化する方法
（回転ディスク法）。

このようにして得られた粉末の酸素濃度を分析したとこ
ろ、Ｃｕ粉では２０〜５０ｐｐｍ　、Ｎｂ又はＶ粉で８
０〜２００ｐｐｍであった。これらの値は市販粉末に比
較して格段に低い値である。

次に、上記方法で得られた粉末を大気等の酸化雰囲気に
さらすことなく、例えばグローブボックス内の真空又は
不活性雰囲気で所望の組成に配合、混合し、ＨＩＰカプ
セル内に充填する。

次いで、該カプセルを５００〜１０５０″Ｃで１０００
ｋｒ・ｆ／−以上でＨＩＰ処理し、カプセル材を研削等
で除去することによって、Ｃｕ基に一様にＮｂ又は■粒
子が分散した、Ｃｕ−Ｎｂ又はＣｕ−Ｖ超電導部材が得
られる。

なお、超電導特性向上のために、ＣｕあるいはＮｂ。

■素材Ｔｉ、　Ｔａｒ　Ｚｒ＋　Ｈｆ、　ＡＩｌ　Ｍｇ
等を数χ程度の範囲で添加すると効果があるといわれて
いる。

以下、本発明の具体的実施例を比較例と共に例示する。

く具体的実施例〉 ＾ｒガスアトマイズ法で製造した７５〜１５０　μｍの
Ｃｕ粉（酸素濃度：　８０ｐｐｍ）と、前述のＲＥＰ法
（熱源：プラズマ、電極回転数：　４００００ｒｐｍ、
雰囲気ガス：Ａｒ、温度：　３０００℃）で製造したＮ
ｂ粉末（酸素濃度：　１２０ｐｐ１１１の粒度：４５〜
１５０μａ＋）を、Ｃｕ　　２２．５ｗｔχＮｂの組成
に配合し、Ｖ型混合器（回転数３Ｏｒｐｍ）で１０分間
の混合を実施した。得られた混合粉末を外径５０ｍメ×
長さ５ＱｗｆＸ肉厚３ｍｔのカプセルに外径１０．５寵
メ×肉厚１．０１ｌｔＯ脱気バイブを設けた図面に示す
如きＨＩＰカプセルに充填し、脱気封入を行った。なお
、同図において１は粉末充填カプセル、２は脱気用バイ
ブを示す、尚、ここまでの各粉末の取扱いは、すべてＡ
ｒガス雰囲気で実施した。

該カプセルにＨＩＰ処理（６００℃Ｘ　１５００ｋｇｆ
／ｃｄｘ　２ｈｒ）を行なったところ、カプセル外径は
最小部で４２ｍ１まで減少した。カプセル材の軟鋼を機
械加工により除去し、直径３５ｍｍ５ｇＸ長さ４０ｎ１
のＣｕ−Ｎｂ超電導部材（酸素濃度９０ｐｐｍ）を得た
。本発明のＣｕ−Ｎｂ材の密度は理論密度の９９．９８
χを有しており、以後の取扱いは大気中で実施した。

該Ｃｕ−Ｎｂ材を、外径４１龍ｆ×内径３５龍〆のＣｕ
管に挿入した後、真空封入し押出ビレットとした。

該ビレットを６００℃で静水圧押出により、１８ｍｍ）
まで減面後、溝ロールにより、５．０鶴−まで加工した
。続いて、線引きダイスによって、線径０．２５鰭−ま
で伸線加工を行なった。

この間、一度の断線もなく加工性を非常に良好であるこ
とができた。得られた長尺線の長さは、約１．９　ｋａ
＋であった。この長尺線に約６μｍのＳｎを電気メンキ
し、真空中で４５０℃Ｘ　５ｈｒの前熱処理を行なった
後、６００℃Ｘ　７２ｈｒの拡散熱処理を行ないＮｂ、
Ｓｎ超電導線を得た。得られたＮｂ３Ｓｎ線から約１０
０ｍ毎に約１５ｃｍの試料を切りとり、８Ｔの磁場中で
臨界電流（以下、Ｉｃと記す）の測定を行なったところ
、Ｉｃ　＝　２５Ａ　±３Ａの範囲にあり、非常に均一
性の良好なことが確認できた。

（比較例〉 尚、本発明による方法と比較するために、従来物１　（
市販品：酸素温度３２００ｐｐｍ）、従来物２　（従来
物ｌに水素化・脱水素処理を施したもの：酸素濃度１１
ｌ１００ｐｐを本発明と同じ取扱いを実施した上で、Ｈ
ＩＰ前後でＮｂ粒子のビッカーズ硬度を測定した。尚、
従来物１．２とも形状は角状であり、粒度は７５〜１４
９μｍである。

Ｎｂ粒子の硬度測定結果を下記表−１に示す。本発明に
よるものは明らかに硬度が低く、加工性に冨むことがわ
かる。

また、本発明によると、球状粉を用いるために、タップ
密度が高く、ＨＩＰ処理によるカプセル変形も一様であ
り、比較材よりも、歩留りよ（、Ｃｕ−Ｎｂ超電導部材
を得ることができた。

表−Ｉ　　Ｎｂ粒子のビンカーズ硬度（ｋ＋ｒ／Ｉ１ｍ
”）従来物ｌ：市販（酸素濃度３０００ｐｐｍ）従来物
２：従来粉ｌを水素化−脱水素処理した粉末　（酸素濃
度ｏｏｏｐｐ慴） ＨＩＰ条件：６００℃Ｘ１５００ｋｇｆ／ａｍ”　Ｘ２
ｈｒ雰囲気　Ａｒ （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は係わる超電導
部材の製造方法によれば、超電導部材のＣｕ基中に分散
するＮｂ又は粒子の汚染を完全に防止することができ、
減面加工性にすぐれ且つ超電導性のすぐれたＣｕ−Ｎｂ
及びＣｕ−Ｖ超電導部材を提供できるという顕著な効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明で使用するＨＩＰカプセル外観正面図であ
る。 １−・粉末充填カプセル、２−・脱気用バイブ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）原材料としてＣｕ及びＮｂまたはＶ粉末を用いて
   、Ｃｕ−ＮｂまたはＣｕ−Ｖを主成分とする超電導部材
   を製造する方法において、原粉末として球状のＣｕ及び
   ＮｂまたはＶ粉末を真空中または不活性ガス雰囲気で製
   造する工程と：さらに不活性ガス雰囲気または真空中で
   混合、カプセル充填等のハンドリングを行なう工程と：
   前記混合粉を熱間静水圧加圧処理により所望の形状に圧
   縮成形する行程：とからなることを特徴とする超電導部
   材の製造方法。
2. （２）Ｃｕ、Ｎｂ又はＶ粉末を製造する工程として、こ
   れらの素材を円柱状に加工し、これを電極として高速回
   転させながら、該電極にアーク、電子ビームもしくはプ
   ラズマをあて、溶融物を直ちに遠心力で飛散させて粉末
   化することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   超電導部材の製造方法。
3. （３）Ｃｕ、Ｎｂ又はＶ粉末を製造する工程として、こ
   れらの素材を予備加工して電極となし、アーク、電子ビ
   ームもしくはプラズマを当て、溶融物を高速回転する円
   盤上におとして遠心力で飛散させて粉末とすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の超電導部材の製
   造方法。
4. （４）溶融Ｃｕを細ノズルを通して流出させ、溶湯流に
   不活性ガスを当てて噴霧状に吹きとばして、Ｃｕ粉末を
   製造することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の超電導部材の製造方法。