JPS6288214A - 化合物超電導線 - 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、核融合炉やエネルギー貯蔵設備、あるいはり
ニヤモータ等に利用され、特に、交流用あるいはパルス
用に適した化合物超電導線に関するらのである。

「従来の技術」 従来、Ｎｂ５Ｓｎ系超電導線のフィラメントを製造する
代表的な方法として第５図ないし第７図を基に説明する
方法が知られている。

第５図を基に説明するのはいわゆるブロンズ法であり、
ブロンズ法は、Ｃｕ−Ｓｎ合金（ブロンズ）からなる基
地Ｉの内部にＮｂ心線２を配して構成された素線に拡散
熱処理を施し、Ｎｂ心線２の外周部にＮｂ３Ｓｎ超電導
金属間化合物を生成させてフィラメントを製造するもの
である。

第６図を基に説明するのは、いわゆるスズメッキ法であ
り、スズメッキ法は、ＣｕあるいはＣｕ合金からなる基
地３の内部にＮｂ心線４を配し、基地３の外周にＳｎメ
ッギ層５を被覆して構成された素線に拡散熱処理を施し
、Ｎｂ心線４の外周部にＳｎメッキ層中のＳｎを拡散さ
せてＮｂ５ｓｎ超電導金属間化合物を生成させ、フィラ
メントを製造する乙のである。

第７図を基に説明するのは、いわゆる内部拡散法であり
、内部拡散法はＳｎあるいは５ｎ−Ｃｕ合金からなる心
線６の外部にＮｂパイプ７を被せて構成された素線に拡
散熱処理を施し、Ｎｂパイプ７の内周部にＮｂ３Ｓｎ超
電導金超電導金物を生成させてフィラメントを製造する
ものである。

「発明が解決しようとする問題点」 第５図ないし第７図を基に説明した方法によって製造し
たフィラメントにあっては以下に述べる問題を有してい
た。

前記した各フィラメントはいずれも多数本集合してＣｕ
からなる安定化パイプに挿入して縮径され、極細多心構
造とされる。

前記ブロンズ法とスズメッキ法によって製造された従来
構造のフィラメントにあっては、極細化によって特性が
安定する特長かあり、拡散熱処理によってＮｂ心線の全
体を超電導金属間化合物化することによって高い臨界電
流値を得ることができる特長を存している。ところが、
ブロンズ法とスズメツ千法により製造された従来構造の
フィラメントにあっては、特性の安定化を目的として、
ＣｕをＮｂ心線２の外周部やＳｎメッキ層５の内側に配
置した構造であるために、ＳｎにょるＣｕの汚染を防止
するためには基地１の内周部や基地３の外周部にＮｂや
Ｔａ等からなる拡散障壁を形成する必要を生じ、製造工
程が複雑化する問題を有していた。

また、前記した内部拡散法によって製造されたフィラメ
ントにあっては、Ｎｂパイプ７の内側に充分な量のＳｎ
が存在し、Ｎｂパイプ７の内周部に充分な量のＮ　ｂ３
Ｓ　ｎが生成するために、ブロンズ法とスズメッキ法に
よって製造されたフィラメントよりも高い電流密度を存
する超電導線を製造できる特長を存し、更に、Ｎｂパイ
プ７の外周部がＳｎに対する拡散障壁の役割を果たす特
長を有している。

ところが、内部拡散法によって製造されたフィラメント
にあっては、Ｎｂパイプ７を第８図に示すように縮径し
た場合、縮径後の心線６′の断面積が小さくなりすぎて
しまい、特性が不安定になるために、ブロンズ法とスズ
メッキ法によって製造されたフィラメントに比較して極
細化に問題がある欠点を有していた。更に、内部拡散法
によって製造されたフィラメントにおいて、第９図に示
すように、Ｎｂパイプ７の内周部に厚いＮ　ｂ３Ｓ　ｎ
層を生成させた場合、Ｎｂパイプ７の一部外周にまでＮ
　ｂ３　Ｓ　ｎが生成することがあり、極細多心構造と
した場合にＮｂパイプ７の外周に設けたＣｕ安定化母材
をＳｎで汚染する危険性があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、前述した
各従来方法により製造されたフィラメントの長所を有す
るとともに、従来のフィラメントが存していた欠点を解
消したもので、高い臨界電流値を示すとともに、極細多
心化した際の安定性にも優れ、特にパルス用や交流用と
して優れた特性を有する化合物超電導線を提供すること
を目的とする。

「問題点を解決するための手段Ｊ 本発明は、前記問題点を解決するために、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、少なくとも
１つの金属元素からなる心線と、前記金属元素の他の金
属元素を含在し前記心線を被覆して設けられた安定化パ
イプと、前記一方の金属元素からなり前記安定化パイプ
を被覆して設けられた素材パイプとを具備してなり、拡
散熱処理が施されてなる化合物超電導線であって、前記
素材パイプの肉厚を心線の半径より大きく形成してなる
ものである。

「作用」 拡散熱処理によって素材パイプの内周部と心線とに超電
導金属間化合物層が生成し、２層の超電導金属間化合物
が良好な超電導特性を奏し、素はバイブの外周部が拡散
障壁を兼ねる。

「実施例」 第１図と第２図は、本発明の一実施例を示すもので、第
２図においてＡはＣｕあるいはＣｕ−Ｎｉ合金からなる
基地１０の内部にｔｉ！電導素線１１を多数埋設してな
る超電導線を示している。

６７５記超電導素線１１は、Ｎｂ心線１２をＣｕ−５ｎ
合金からなる安定化パイプ１３で覆い、更にこの安定化
パイプ１３をＮｂバイブ（素材パイプ）１４で覆って構
成されている。そして、Ｎｂ心線１２の外周部には、Ｎ
ｂ３Ｓｎ超電導金属間化合物からなる内部フィラメント
層１５が、また、ＮｂバイブＩ４の内周部には、Ｎｂ３
Ｓｎ超電導金属間化合物からなる外部フィラメント層Ｉ
６が安定化バイブ１３を覆って形成されている。

前記超電導線Ａは、第１図に示す超電導基線１７を多数
本、バイブ状の基地１０の内部に挿入し、基地ＩＯとと
もに縮径し、拡散熱処理を施して製造されたものである
。

前記超電導基線Ｉ７は、Ｎｂ心線１２と安定化パイプ１
３とＮｂバイブ１４とからなる３層構造のもので、第１
図に示すようにＮｂバイブ１４の厚さｔはＮｂ心線１２
の半径ｒより大きく形成されている。

そして、前記構成の超電導基線Ｉ７を６００〜８００℃
の温度に２０〜２００時間加熱する拡散熱処理を施すこ
とにより超電導素線１１が形成される。即ち、前記拡散
熱処理によって安定化パイプ１３に含有されているＳｎ
をＮｂ心線１２の周囲に拡散移動さＵ゛てＮｂと反応さ
仕ることによって、Ｎｂ心線１２の外周部にＮｂ３Ｓｎ
が生成するとともに、安定化パイプ１３に含有されてい
るＳｎをＮｂパイブト１の内周側に拡散移動させてＮｂ
と反応させることによって、Ｎｂバイブ１４の内周部に
らＮｂ３Ｓｎが生成するのである。前記超電導基線１７
にあっては、Ｎｂ心線１２の半径ｒよりＮｂバイブ１４
の厚ｔさの方が大きいために、Ｎｂ心線１２の全体が拡
散熱処理でＮｂ＊Ｓｎ化する条件（時間と温度）を求め
ておき、これ以下の条件で拡散熱処理を行なうならば、
ＮｂｔＳｎがＮｂバイブＩ４の外周部に到達することが
なくなるために、生成されるＮｂ＋ＳｎがＮｂパイプ１
４の外面に到達することがなくなり、Ｓｎによる基地１
０の汚染を阻止できるのである。従って、Ｎｂ心線１２
の全体か超電導金属間化合物化する条件以下の条件で拡
散熱処理を行うならば、素材バイブの外周部まで超電導
金属間化合物を生成させることはなくなり、極細多心化
した場合に素材バイブの外方の部材をＳｎで汚染するこ
ともなくなる。

前述の如く製造された超電導線Ａにあっては、Ｎｂパイ
プ１４の内周側とＮｂ心線１２の両方にフィラメント層
１５．１６が生成するために、極細多心化した場合であ
ってもフィラメント層の断面積を十分に確保でき、高い
臨界電流値を示し、良好な超電導特性を発揮する。また
、Ｎｂパイプ１４の内周部のみにＮｂ５Ｓｎ超電導金属
間化合物が存在するために、Ｎｂバイブ１４の外周部が
Ｓｎに対する拡散障壁の作用を発揮することになり、こ
のため従来は単独で設ける必要のあった拡散障壁を本発
明を採用することにより省略でき、超電導線の製造工程
の簡略化をなしうる。そして前記の如＜ＮｂバイブＩ４
の外周部が拡散障壁の効果を発揮するために、本発明の
超電導線はその周囲に設ける母材をキュプロニッケル等
の高抵抗材料で構成して極細多心化するならば交流用ま
たはパルス用の超電導線として好適な構造を存している
。

「製造例１」 ７０３本のＮｂ３Ｓｎフィラメントを有して第２図に示
す如き構造を有し、銅比（安定化銅の断面積／安定化銅
以外の部分の断面積）が２を示す安定化銅付きＮｂａＳ
ｎ系超電導線を先に説明した実施例の製造手順に従って
製造した。この超電導線の内部の超電導素線の断面構造
を第３図に示す。

第３図において、２０はＮｂ心線、２ＩはＣｕ−１３ｗ
ｔ％Ｓｎ合金からなろ安定化パイプ、２２がＮｂバイブ
、２３がＮｂ芯材２０の外周部に生成された内部フィラ
メント層、２鬼がＮｂバイブの内周部に生成された外部
フイシン７・ト層を各々示している。第３図に示すＮｂ
バイブ２２の外径は３０μｍ１肉厚は８μｍ、外部フィ
ラメント層２４の厚さは１．５μｍであり、Ｎｂ心線２
０の外径は５μｍ１内部フィラメント層２３の厚さは２
μｍであった。

前記構造のＮｂ５Ｓｎ超電導線の臨界電流値を測定した
ところ、ｌＯテスラ（Ｔ）の磁界中で５０ＯＡの臨界電
流値（Ｉｃ）値を示した。

なお、前記の銅比と同等の銅比をｒイし、同じ線径を有
する超電導線を前記した内部拡散法とブロンズ法を用い
て製造した超電導線の臨界電流値は約４０ＯＡを示した
。

従って本発明の構造を採用した超電導線が従来構造の超
電導線に比較して極めて良好な超電導特性を示すことが
明らかになった。

更に、第２図に示す超電導線を製造するに当たり、拡散
熱処理を施す前の線ｔオを５００ｍ用意し、絶縁処理を
施してコイル加工を施し、次いで、７５０℃に１００時
間加熱する拡散熱処理を施してＮｂ３Ｓｎ超電導コイル
を製造した。この超電導コイルの超電導特性は超電導線
の短線試料が示す超電導特性とほぼ同一の特性を示し、
励磁速度を増加させても安定した特性を示し交流用とし
て好適であった。

「製造例２」 第４図に示す構成のパルス用超電導線３０を製造した。

この超電導線３０は、キュプロニッケル（高抵抗材）か
らなる母材３１の内部に、１３２本の超電導素線とキュ
プロニッケルに囲まれて銅材３３・・・を配した構成を
なし、線径が１．Ｑｍｍ、（胴部分の横断面積／　Ｎ　
ｂ３Ｓ　ｎ層の横断面積）で示される銅比は１である。

前記超電導線３２は第３図に示す超電導素線と同等の構
成を存し、Ｎｂパイプの外径は２０μｍ、その肉厚は５
μｍ、外部Ｎｂ３Ｓｎ層の厚さはＩ　、Ｏｌ１ｍ％Ｎｂ
ロッドの外径は３．５μｍ１内部ＮｂａＳｎ層の厚さは
１．５μｍである。

第４図に示す超電導線３０にあっては、拡散熱処理後で
あっても母材３１のキュプロニッケルとＮ　ｂバイブの
Ｎｂとは反応していない上に、超電導素線内部のブロン
ズ中にらＮｉの拡散は見られなかった。第４図に示す構
成の超電導線３ｏの短線試料の臨界電流値を測定したと
ころ１ｏテスラの磁場中で１０ＯＡの臨界電流値を示し
た。

前記超電導線３０をｆｌｌ用して超電導コイルを製造し
て励磁速度による安定性を測定した結果、Ｂ＝５’ｌ’
／ｓｅｅでら安定であり、優秀な特性を示した。

なお、前記実施例においては、Ｎｂ３Ｓｎ系超電導線に
ついて説明したが、本発明はＶ３Ｇａ系やＮｂｒＡＩ系
等の化合物系超電導線に適用できるのは勿論である。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、心線と安定化パイプと素
材パイプとを具備し、拡散熱処理を施される超電導線で
あって、前記素材パイプの肉厚を心線の半径より大きく
形成したものであるため、拡散熱処理によって素材パイ
プの内周部と心線の両方に超電導金属間化合物層が生成
し２層のフィラメント層を有する構造となるために、高
い臨界電流値を得ることができる。また、素材パイプの
内周部に超電導金属間化合物層を生成させ、芯材にら超
電導金属間化合物層を生成させるために、本発明は、内
部拡散法によって製造された従来の超電導線が有する特
長と、ブロンズ法によって製造された従来の超電導線が
有する特長を併せて有し、しかも、前記従来の超電導線
が有していた欠点を解消している。即ち、本発明の超電
導線は素材パイプの外周部か拡散障壁を兼ねるといった
長所と極細多心化により向上する安定性とを併せて具備
している。しから、従来、Ｓｎによる汚染を防ぐ目的で
ブロンズ法による超電導線にあっては、単独の拡散障害
層を必要とし、製造工程が複雑化していた欠点を本発明
にあっては、素材パイプの外周部を拡散障壁として代用
させることによって解消し、製造工程を簡略化できると
ともに、従来、縮径によってフィラメントの断面積が小
さくなりすぎていた内部拡散法による欠点を本発明では
フィラメントを２層にすることによって解消し、フィラ
メントの断面積を確保して良好な超電導特性を発揮でき
る構成となっている。また、素材パイプの肉厚を心線の
半径より大きく形成したため、拡散熱処理によって心線
全体が超電導金属間化合物化する熱処理条件をあらかじ
め測定しておくならば、この熱処理条件以下の条件で拡
散熱処理を施すことによって、安定化パイプ内の金属元
素が素ｔオパイプの外方に拡散することを防止でき、こ
の金属元素の拡散により生じる汚染を防止できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、本発明の一実施例を説明するための
６ので、第１図は超電導基線の横断面図、第２図は超電
導線の横断面図、第３図は本発明の構成を採用して製造
された超電導素線の一例を示す横断面図、第４図は本発
明の構成を採用して製造された超電導線の横断面図、第
５図ないし第９図は従来の各種超電導線の製造方法を説
明するためのもので、第５図はブロンズ法によって製造
された超電導線の横断面図、第６図はスズメッキ法によ
って製造された超電導基線の横断面図、第７図は内部拡
散法によって製造された超電導基線の横断面図、第８図
は第７図に示す超電導基線の縮径加工による変化を示す
横断面図、第９図は第７図に示す超電導基線に生じた超
電導金属間化合物層を示す横断面図である。 Ａ・・・・・・超電導線、　　　　１０・・・・・・安
定化母材、１１・・・・・・超電導素線、　　１２・・
・・・・Ｎｂ心線、Ｉ３・・・・・・安定化パイプ、 １４・・・・・・Ｎｂパイプ（素材パイプ）、１５・・
・・・・内部フィラメント層、１６・・・・・外部フィ
ラメント層、 第８図　　　　　第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   、少なくとも１つの金属元素からなる心線と、前記２種
   以上の金属元素の内、残りの金属元素を含有し前記心線
   を被覆して設けられた安定化パイプと、前記少なくとも
   １つの金属元素からなり前記安定化パイプを被覆して設
   けられた素材パイプとを具備してなり、拡散熱処理が施
   されてなる化合物超電導線であって、前記素材パイプの
   肉厚は心線の半径より大きく形成されてなることを特徴
   とする化合物超電導線。