JPS625990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は化合物系超電導線材の製造方法に関す
る。

従来から金属間化合物心線が母相中に多数連続
繊維として埋設されて成るNb₃Sn，V₃Ga，Nb₃Al
等の金属間化合物系超電導線材が知られている。
しかし、かかる構成のいわゆる極細多心超電導化
合物線材は優れた超電導特性を有する反面、金属
間化合物であることから本質的に脆弱であり、そ
の伸びは0.1％以下とほとんどなく、機械的引張
力や曲げに対して極めて弱く、このため製造時に
おける又は超電導マグネツトを構成する場合の信
頼性が非常に低いものであつた。

そこで、最近では極細の超電導化合物繊維を非
連続にかつ極めて近接させて母相中に多数埋設す
ることによつて近接効果又はフイラメント効果な
どと称されている現象を利用して超電導特性を有
する化合物系線材を製造することも行われてい
る。即ち、例えばNb₃Sn化合物からなる非連続繊
維化合物超電導線材は、Nbの粉末あるいは短尺
繊維に、Sn系金属の粉末あるいは短尺繊維を又
はCu系金属の粉末あるいは短尺繊維を組合せて
混合し、成形、断面縮少加工を施こし、最終寸法
にてNb₃Sn生成のための熱処理を施こし母相中に
長く引伸ばされて埋設されているNb繊維を
Nb₃Snに変換することにより製造されている。ま
た場合によつては断面縮小加工を容易にするため
にNbの粉末あるいは繊維の表面の少なくとも一
部にCu系金属層を付着し、上記製造工程にて化
合物超電導線材を製造することも行われている。
しかしながら、上記いずれの方法においてもNb
繊維が埋設されている母相の機械的強度が弱いた
め断面縮小加工中に線材が断線することがあり、
製造上の信頼性が乏しかつた。また、かかる方法
にて得られた線材は、10テスラ以上の高磁場を印
加した場合臨界電流値が従来の極細多心化合物線
材のそれよりも低いという他の欠点も免れなかつ
た。

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、
製造上の信頼性を有し、超電導特性の優れた化合
物系超電導線材を得ることができる製造方法を提
供することを目的とする。

即ち、本発明はNb系又はＶ系のいずれか一種
の金属粉末あるいは金属繊維と、Cu―Sn合金
系、Cu―Ga合金系、Cu―In合金系、Cu―Al合
金系、Cu―Mg合金系、Cu―Mn合金系などの二
元金属、又はこれらを組合せた三元以上の銅合金
の粉末あるいは金属繊維のいずれか一種又は二種
以上とを容易に変形する金属を介して混合する工
程と、金属混合物を成形加工する工程と、成形体
に断面縮小加工を施こし線材を得る工程と、この
線材に熱処理を施こし超電導化合物を生成する工
程とを含むことを特徴とする化合物糸超電導線材
の製造方法である。

そして、かかる製造方法によれば、製造時に断
線が生ぜず、また機械的強度及び超電導特性が優
れている化合物系超電導線材を容易かつ大量に製
造することができる。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例 １ 平均粒径約40μｍの市販のNb粉末及びCu粉末
と、アトマイズ法にて作成したCu―10wt/0Ga粉
末を体積比で３：４：３の割合でよく混合し、こ
の混合物を外径100mm、内径90mm、長さ250mmの
Cu容器に密に充填（充填率約70％）し、この容
器をプレス成形した後電子ビームで密封溶接し
た。次に成形体を520℃で押出して直径20mmの棒
状体に成形し、これを更に冷間にて0.3mmφまで
伸線して線材を作成した。そして、この線材の表
面に約10μｍの厚さのSn層を電気メツキによつ
て付着した後この線材を700℃で50hr熱処理して
Snを拡散させ、Nb₃Sn化合物線材を製造した。

この線材の製造において、線材のCuとCu―10
wt/0Gaから成る母相の機械的強度が大きいため
伸線時に断線が生じることがなかつた。そして、
線材の熱処理前の断面を調べたところ、上記母相
中に平均直径約0.1μｍ、平均長さ約10mmの引伸
ばされたNb繊維が約0.05〜0.1μｍの間隔で多数
存在していた。また、この線材の熱処理後の断面
を調べたところ、上記Nb繊維はNb₃Snに変換し
ていた。

得られたNb₃Sn化合物線材を4.2Kの液体ヘリウ
ム中に浸漬し、８〜12テスラの印加磁界中での臨
界電流を測定した。この結果を第１図に曲線Ａと
して示す。尚、比較のためにNb粉末とCu粉末と
を混合して従来法によりNb₃Sn化合物線材を製造
し、この線材の臨界電流を同一条件にて測定し、
その結果を曲線Ｂとして示した。この第１図から
明らかなように、本発明に係る線材は従来法の線
材に比べて８テスラで約10％、10テスラで約40
％、12テスラで約70％臨界電流密度が向上してい
る。

次に、上記本発明に係る線材と従来法による線
材とを4.2Kの液体ヘリウム中に浸漬し、10テス
ラのバイアス磁場のもとで曲げによる歪を加えつ
つそれぞれの臨界電流を測定した。この結果を第
２図に示す。即ち、第２図において、本発明に係
る線材（曲線Ｃ）は歪が０での臨界電流値を約２
％の歪まで維持し、しかもそれ以上の歪に対して
の臨界電流値の低下は緩やかであつた。これに対
して従来法の線材（曲線Ｄ）は歪が０での臨界電
流値が歪か1.0％以上で急激に低下した。

以上のことから本発明に係るNb₃Sn化合物線材
は超電導特性及び機械的特性が極めて優れている
のが明らかである。

尚、本実施例において、Nb粉末に代えてNb繊
維又はNb粉末もしくは繊維の表面に予めCuをメ
ツキしたものを用いても全く同一の効果を得るこ
とができ、また、Cu合金粉末に代えて繊維状の
Cu合金を用いても同一の効果を得ることができ
る。

実施例 ２ 第３図に示すように、母相２がCuで、このCu
母相２中にNb心線１が等間隔で７本配設されて
成るCu―Nb複合多心線を作成し、この多心線を
直径0.1mmまで伸線した後長さが約１〜５mmにな
るように切断加工し、Cu層が付着したNb繊維か
ら成る短尺複合金属線を得た。次にこの短尺複合
金属線と、Cu―４wt/0Sn合金及びCu−10wt/0In
合金の各アトマイズ粉末（平均粒径約40μｍ）と
を体積比５：３：２の割合でよく混合し、この混
合物を外径100mm、内径90mm、長さ250mmのCu容
器に充填率約60％で充填し、この容器を電子ビー
ムで密封溶接した後520℃で直径が20mmになるよ
うに押出し棒状体を得た。次にこの棒状体の中央
に直径６mmの孔を設けてSnを挿入すると共に、
その周面に拡散のバリヤとして機能するTaパイ
プと安定化のためのCuパイプとをこの順で被覆
し、これらを一体として直径が0.5mmになるまで
冷間にて伸線し線材を作成した。そして最後にこ
の線材を550℃で100hr熱処理し、安定化のCu層
を有するNb₃Sn超電導線材を得た。

次にこの得られたNb₃Sn超電導線材の臨界電流
を上記実施例１で説明したと同一条件にて測定し
たところ、第１図の曲線Ａ及び第２図の曲線Ｃで
示す特性とほぼ同一の結果が得られた。

尚、上記実施例のCu―４wt/0Sn及びCu―10w
ｔ／０In合金は繊維状で用いてもよく、又混合する
際SnあるいはCu濃度が0.1〜50wt/0のSn―Cu合
金を添加してもよい。また、上記実施例では熱間
押出しにより棒状体を作成しているが、冷間押出
しであつても作成することができる。

実施例 ３ 一部にCu層を被覆したＶ繊維から成る短尺複
合金属線と、粉末状のCu―10wt/0Ga合金及びCu
―10wt/0Ga―５wt/0Al合金とを用いて上記実施
例２と同様の工程で線材を作成し、この線材に
620℃で50hr熱処理を施こし、V₃Ga化合物超電導
線材を製造し、上記したと同様にその特性を調べ
たところ、ほぼ同様の結果が得られた。

また、Nb₃Al化合物超電導線材及びV₃Si化合物
超電導線材をそれぞれ上記実施例１及び実施例２
と全く同一の工程にて作成し、その特性を調べた
ところ、上記したと同様の結果が得られた。

ところで、上記実施例１〜３において、Cu―
10wt/0Ga，Cu―４wt/0Sn，Cu―10wt/0Inなど
のCu合金を用いているが、Cu―Al合金、Cu―
Mn合金、Cu―Mg合金又はCuを主たる成分とし
てこれにSn，Al，Ga，In，Mn，Mgのうちの二
種以上の成分を組合せて成る三元以上の合金、例
えばCu―Sn―Ga合金やCu―Sn―Ga―Al合金な
ども用いることができ、その使用態様は粉末状、
繊維状のいずれであつてもよい。

また、Nb系の化合物超電導線材の製造におい
ては、Nbに0.1〜50wt/0Hf，Ta，Zrなどを含ま
せて成る合金の粉末又は繊維を使用するようにし
てもよい。

更に、本発明においては、その素材のNb，
Ｖ，Cu，Sn，Ga，Cu―Sn，Cu―In，Cu―Al，
Cu―Mg，Cu―Mnなどに、有害ならざる成分を
添加し、あるいは上記素材の金属粉及び金属繊維
の作成方法、混合方法、又はこれらの成形方法は
種々考えられ、また工夫し得るが、いずれにおい
ても本発明の特長を損うものではない。

以上説明したように本発明方法は、上述した二
種の金属粉末あるいは金属繊維を混合すると共に
これを易変形金属と共に成形加工する手段により
加工し、更に断面縮小加工するようにしたので、
加工性が高い状態で上記縮小加工が行われ、断線
が生じることなく超電導特性の優れた化合物系超
電導線材を安定に製造でき、従つて品質の優れた
超電導線材を従来よりも量産化できる。また、耐
曲げ性、耐引張り性などの機械的特性が極めて優
れていることから冷却効率の良好な形状の線材を
製造できるだけでなく、コイル巻回作業が容易に
なるのでコイル特性の優れた信頼性の高い化合物
超電導コイルも製造でき、更に臨界電流値が非常
に高い化合物系超電導線材を得ることができるの
で、高磁界マグネツトの製造も容易になる。更に
本発明においては線材の安定化及び液体ヘリウム
による冷却効率の向上に必要な高純度のCuある
いはAlなどの金属層を付着することが極めて容
易に行うことができるなどの効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は印加磁界中での臨界電流密度を示す特
性図、第２図は歪と臨界電流密度との関係を示す
特性図、第３図は本発明の第２の実施例における
短尺複合金属線の横断面図である。 １…Nb心線、２…母相。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Nb系又はＶ系のいずれか一種の金属粉末あ
   るいは金属繊維と、Cu―Sn合金系、Cu―Ga合金
   系、Cu―In合金系、Cu―Al合金系、Cu―Mg合
   金系、Cu―Mn合金系などの二元金属、又はこれ
   らを組合せた三元以上の合金の金属粉末あるいは
   金属繊維のいずれか一種又は二種以上とを容易に
   変形する金属を介して混合するとともに該金属混
   合物を成形加工する工程と、該成形体に断面縮小
   加工を施こし線材を得る工程と、該線材に熱処理
   を施こし超電導化合物を生成する工程とを含むこ
   とを特徴とする化合物系超電導線材の製造方法。 ２ 上記容易に変形する金属は、上記Nb系又は
   Ｖ系の金属粉末あるいは金属繊維、又は上記各種
   の銅合金系の金属粉末あるいは金属繊維の少なく
   とも一部に付着されて用いられることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の化合物系超電導
   線材の製造方法。 ３ 上記Nb系又はＶ系金属の粉末あるいは繊維
   に、Sn系あるいはCu濃度が0.1〜50wt／０のSn
   ―Cu合金系、又はGa系あるいはCu濃度が0.1〜
   50wt／０のGa―Cu合金系の少なくとも一種又は
   二種以上を直接、又は上記容易に変形する金属若
   しくは上記各種の銅合金を介して並設することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の化合物系超電導線材の製造方法。 ４ 上記粉末あるいは繊維状の銅合金は超電導特
   性を向上せしめるSn，Ga，In，Al，Mg，Mnな
   どを一種又は二種以上含み、これら金属濃度は銅
   に対して0.1〜30wt／０であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の化合物系超電導線材の製造方法。