JPS63276827A - 繊維分散型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」 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利用さ
れる繊維分散型超電導線の製造方法に関する。

「従来の技術」 所定成分のＣｕ−Ｎｂ−Ｓｎ３元合金を溶製した場合、
銅合金基地内にＮｂの樹枝状晶が分散した組織を有し、
しかも加工性が高いインゴットを得ることができる。そ
してこのインゴットに線引加工等を施して強加工すると
、Ｎｂの繊維が多数密接して銅合金基地内に分散配列し
たインサイチュロッドを得ることができ、この製法は、
従来、いわゆるインサイチュ（Ｉｎ−ｇｉｔｕ）法とし
て知られている。そして、前記インサイチュロッドに拡
散熱処理を施すことにより内部のＳｎとＮｂを反応させ
てＮｂ５Ｓｎ超電導金属間化合物を生成させ、繊維分散
型超電導線を製造することがなされている。

ところで、前述のように構成された超電導線は単独では
電流容量も小さく、しかも別途に安定化材を必要とする
ために、従来、実用的には第２図（Ａ）〜（Ｅ）に示す
ように加工を施し、安定化材を付設して大容量化するこ
とがなされている。

即ち、第２図（Ａ）に示すインサイチュロッドｌを用い
て第２図（Ｅ）に示す大容量型超電導線Ｂを製造するす
るには、まず、インサイチュロッドｌを第２図（Ｂ）に
示すように所望の直径まで縮径してインサイチェ線２を
作製し、その外面にＳｎメッキ層３を形成して第２図（
Ｃ）に示すメッキ複合線４を作製する。次いでこのメッ
キ複合線４に拡散熱処理を施すことによってインサイチ
ュロッドｌの内部に繊維状のＮｂ５Ｓｎ超電導金属間化
合物を生成させ、！１ｌｔａ分散型Ｎｂ５Ｓｎ超電導線
５を製造する。そして、この超電導線５をＣｕ製あるい
はＡｔ製の安定化材６の外方に、編み組み状態で配置し
てハンダ等の金属系接着材７で固定し、第２図（Ｅ）に
示す大容量型超電導線Ｂを製造するのである。

一方、従来、多心化した超電導線として第３図に示すよ
うに、Ｓｎからなるコアー材８をインサ・イチュロツド
９の内部に複合して複合線ＩＯを作製し、この複合線ｌ
Ｏを安定化材１１の内部に複数集合して製造された超電
導線１２、あるいは、第４図に示すように、Ｓｎからな
る芯材１３の周囲にインサイチュロッド１４を配し、こ
れらを安定化材１５の内部に集合してなる超電導線１６
が知られている。

「発明が解決しようとする問題点」 第２図（Ｅ）に示す構造の大容量型超電導線Ｂを製造す
る場合には、加工性の悪いＮ　ｂｓ　Ｓ　ｎを生成させ
た後に超電導線５を編み組みして集合し、金属系接着材
７で固定して大容量化する必要があるために、編み組み
加工する際に、各超電導線５に機械的応力を付加して歪
を生じさせてしまい、この歪によって各超電導線５の超
電導特性が劣化する問題があつた。

ところで、第２図（Ｃ）に示すメッキ複合線４に拡散熱
処理を施す場合、Ｓｎメッキ１１３の溶は落ちを防止す
る必要がある。このため従来、前記拡散熱処理時には、
Ｓｎメッキ層３のＳｎがインサイチュ線２の内部に拡散
するまで低温度で熱処理を施し、その後に高温度でＮｂ
５Ｓｎ生成用の拡散熱処理を施す必要があり、熱処理時
間が長くなる問題を有していた。

一方、第３図と第４図に示す構造の超電導線１２．１６
にあっては、線材の断面積に対してＳｎからなる芯材８
，１３の断面積割合が大きく、拡散熱処理時に、芯材８
，１３の表面にボイドを生じ易いために、後に施す機械
加工の際に、外力に対する特性劣化を生じ易い問題があ
った。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、インサイ
チュロッドを用いて超電導線を製造する場合、縮径時の
機械的応力により従来生じていた超電導特性の劣化を防
止でき、電流容量の高い超電導線を製造することができ
、拡散熱処理の処理時間の短縮化をなしえるとともに、
拡散熱処理時に内部にボイドを生じることのない繊維分
散型超電導線の製造方法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」 本発明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、少なくとも１
つの元素からなる繊維を基地の内部に形成してなるイン
サイチュロッドを用い、前記インサイチュロッドの外周
に、前記金属間化合物を構成する２種以上の金属元素の
内、残りの金属元素からなるか、あるいは残りの金属元
素を含有するテープを被せて被覆複合線を作製し、次に
、前記被覆複合線を複数本集合し、これらを前記超電導
金属間化合物を構成する元素の拡散を防止する元素から
なる管体に挿入した後に、この管体の外側に安定化パイ
プを被せ、更に、縮径加工を施して所望の直径の超電導
素線を作製し、次いでこの超電導素線に拡散熱処理を施
し、前記薄肉部材を構成する元素を拡散させて前記繊維
を構成する元素と反応させ、超電導金属間化合物を生成
させるものである。

「作用」 安定化パイプの内側の管体の内部に複数の被覆複合線を
挿入した後に拡散熱処理を施すために、従来方法で行っ
ていたメッキ層の溶は落ちを防止する低温の熱処理を行
うことなく拡散熱処理を施すことができ、熱処理時間を
短縮できる。また、縮径加工により所望の直径に加工し
た後に拡散熱処理を施してＮｂ５Ｓｎを生成させるため
に、超電導線に機械的応力による歪を付加することなく
多心化することができ、縮径時に良好な加工性を維持す
ることができる。更に、管体に収納する被覆複合線の本
数を増加することにより大容量の超電導線を容易に製造
することができる。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、Ｎｂ５Ｓｎ系超電導線の製造
に適用した本発明の一実施例を示すもので、第１図（Ａ
）〜（Ｇ）に示す加工を施すことによって第１図（Ｇ）
に示す繊維分散型Ｎｂ、Ｓｎ超電導ｔｌＡＴを製造する
ことができる。

前記繊維分散型Ｎｂ５Ｓｎ超電導線Ｔを製造するには、
まず、第１図（Ａ）に示すインサイチュロッド２０を作
製する。このインサイチュロッド２０を作製するには、
銅合金基地あるいは銅基地内にＮｂの樹枝状晶が分散し
た組織を有するＣｕ−Ｎｂ〜Ｓｎａ□元合金、あるいは
、Ｃｕ−Ｓｎ合金インゴットを溶製し、このインゴット
に線引加工を施してＮｂデンドライトを繊維状に密接さ
せることにより製造する。このインサイチュロッド２０
はＮｂの繊維２１が多数密接して基地２２内に分散配列
した構造である。

次に、前記インサイチュロッド２０に中間焼鈍処理を施
しつつ第１図（Ｂ）に示すように縮径してインサイチェ
線２０′を作製し、更にその表面にＳｎテープ２３を被
覆し、第１図（Ｃ）に示す被覆複合線２４を作製する。

次に、前記被覆複合線２４を複数本集合し、更に、第１
図（Ｅ）に示すように、ＮｂまたはＴａからなる拡散バ
リア用の管体２５を被せ、更に管体２５にＣｕまたはＡ
Ｉからなる安定化パイプ２７を被せて複合線２８を作製
する。

そして、前記複合線２８に縮径加工を施して製造すべき
超電導線Ｔとほぼ同じ直径を有する第１図ＣＦ）に示す
超電導素線２９を作製する。

ここで前記各縮径工程においては、内部にＮｂ■Ｓｎ超
電導金属間化合物を生成させていない状態で加工し、し
かも、インサイチュロッド１は本来良好な加工性を有し
ているために、断′線等のトラブルを起こすことなく縮
径加工することができる。

そして次に、前記超電導素線２９に拡散熱処理（５００
〜８５０℃程度に２０〜３ｏＯ時間程度加熱する熱処理
）を施し、Ｓｎテープ２３のＳｎを拡散させて銅合金基
地２２の内部のＮｂ繊維２１とＳｎを反応させてＮ　ｂ
、Ｓ　ｎ超電導金属間化合物を生成させることにより、
第１図（Ｇ）に示す繊維分散型Ｎｂ５Ｓｎ超電導線Ｔを
製造する。

以上説明したような方法を実施して繊維分散型Ｎｂ５Ｓ
ｎ多心超電導線Ｔを製造した場合、被覆複合線２４を管
体２５と安定化パイプ２７の内部に挿入するために、拡
散熱処理時にＳｎテープ２３の溶は落ちを防止する必要
はなくなる。この点において従来方法においては、Ｓｎ
メッキ層の溶は落ちを防止するために、拡散熱処理の前
段階で低温度に長時間加熱することによりＳｎメッキ層
を基地の内部に拡散させる熱処理を施す必要があり、そ
の後でＮｂ＊Ｓｎ生成用拡散熱処理を施していたために
、熱処理時間が長くなっていたが、本実施例においては
前記低温度の熱処理が不要になるために熱処理時間の短
縮化をなしうる。なお、Ｓｎテープ２３の厚さを調節す
ることによって超電導線Ｔに含有させるＳｎ量を制御で
きるために、所望量のＳｎを含有した超電導線Ｔを製造
することができる。

また、繊維分散型Ｎｂ５Ｓｎ超電導線Ｔを製造するにあ
たり、被覆複合線２４を多数本、管体２５の内部に配し
て縮径した後に拡散熱処理を施すために、従来の大容量
化法のように超電導金属間化合物生成後に編み組み加工
を行う必要がなくなり、超電導特性の劣化を生じること
がな（なる。更に、管体２５の内部に挿入する被覆複合
線２４の数を任意に選定できるために、管体２５の内部
に多数の被覆複合線２４を挿入することによって超電導
線を容易に大容量化できる効果がある。

一方、インサイチェ線２の外周に被覆するＳｎテープ２
３の横断面積は、超電導線Ｔの横断面積に対して極めて
小さい値であるために、拡散熱処理によりボイドを生じ
ることはなくなり、ボイドによる超電導特性の劣化は生
じない。

ところで、前記実施例においては、Ｎ　ｂａ　Ｓ　ｎ系
超電導線の製造に本発明を適用した例について説明した
がＶｓＧａ等その他の化合物系超電導線に本発明を適用
しても良いのは勿論である。

「実施例」 Ｎｂ４０ｉ１量％を含有した外径５０ｍ５のインサイチ
ュロッドを誘導加熱溶解法によって作製し、スウェージ
ング加工と線引加工を施して直径３＋ｕ＋のインサイチ
ェ線を作製した。このインサイチェ線に純Ｓｎテープ（
厚さ０　、５　ｇｚｍ）を被覆し、ロール成形により隙
間なく密着させて被覆複合線を作製した。この被覆複合
線を７本束ね、内径１３ａｍ。

外径１４ｍ−のＮｂ管の内部に集合し、更に、安定化材
となる内径１５鴎魁外径１８膳ｌの安定化パイプの内部
に挿入し、全体を縮径して最終線径１　ａｓの超電導素
線を得た。この超電導素線を６００℃に１５０時間加熱
する拡散熱処理を施し、内部にＮｂ、Ｓｎ超電導金属間
化合物を生成させて超電導線を得た。

この超電導線の超電導特性を測定したところ、１０Ｔ（
テスラ）の磁界における臨界電流値２４０Ａで臨界電流
密度として９５０Ａ／ａｍ”を示し、良好な特性を得る
ことができた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば以下に説明する効果
を奏する。

（１）管体内部に任意の数の被覆複合線を挿入すること
ができるために、多数の被覆複合線を管体内部に挿入し
て超電導線を製造することによって大容量の超電導線を
容易に製造できる効果がある。

（２）インサイチュロッドに被着するテープの厚さを自
由に選択できるために、所望の厚さのテープを用いるこ
とによって超電導金属間化合物を構成する金属元素を所
望の量添加することができ、所望の特性を有する超電導
線を製造できる効果がある。

（３）被覆複合線を管体に挿入した後に所望の直径にな
るまで縮径加工を施し、後に拡散熱処理を施すために、
拡散熱処理前の縮径工程において、内部にＮｂ５Ｓｎ超
電導金属間化合物を生成していない状態で加工すること
ができ、しかも、インサイチュロッドが本来良好な加工
性を有しているために、断線等のトラブルを起こすこと
な（縮径加工することができ、機械的応力による歪のな
い構造の超電導線を製造することができる。

（４）管体内部に被覆複合線を挿入するために、熱処理
時にテープの溶は落ちが生じることはない。

このため本発明方法によれば、従来Ｎｂ５Ｓｎ生成用の
拡散熱処理以前にＳｎメッキの溶は落ちを防止するため
に行っていた低温度における熱処理を省略することがで
きるようになり、熱処理時間の短縮化をなしうる。

（５）超電導線の内部にテープを複合するものであり、
超電導線の横断面積に対するテープの割合は極めて小さ
いために、拡散熱処理時にボイドを生じることもなくな
り、ボイドによる機械特性劣化のおそれも生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明方法の一例を示すもの
で、第１図（Ａ）はインサイチュロッドの横断面図、第
１図（Ｂ）はインサイチュ線を示す横断面図、第１図（
Ｃ）は被覆複合線を示す横断面図、第１図（Ｄ）はイン
サイチュ線を集合してパイプの内部に挿入した状態を示
す横断面図、第１図（Ｅ）はパイプの外部に管体と安定
化パイプを被せた状態を示す横断面図、第１図（Ｆ’）
は超電導素線の横断面図、第１図（Ｇ）は超電導線の横
断面図、第２図（Ａ）〜（Ｅ）は従来方法の一例を示す
もので、第２図（Ａ）はインサイチュロッドの横断面図
、第２図（Ｂ）はインサイチェ線の横断面図、第２図（
Ｃ）は被覆複合線の横断面図、第２ｇ：Ｊ（Ｄ）は超電
導線の横断面図、第２図（Ｅ）は大容量型超電導線の横
断面図、第３図は従来の超電導線の一構造例を示す横断
面図、第４図は従来の超電導線の他の構造例を示す横断
面図である。 Ｔ・・・・・・超電導線、 ２０・・・・・・インサイチュロッド、２１・・・・・
・Ｎｂの繊維、　　２２・・・・・・基地、２５・・・
・・・管体、　　　　　２７・・・・・・安定化パイプ
、２９・・・・・・超電導素線。

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つの元素からなる繊維を基地の内部に形
   成してなるインサイチュロッドを用い、前記インサイチ
   ュロッドの外周に、前記金属間化合物を構成する２種以
   上の金属元素の内、残りの金属元素から構成されるか、
   あるいは、残りの金属元素を含有するテープを被せて被
   覆複合線を作製し、次に、前記被覆複合線を複数本集合
   し、これらを前記超電導金属間化合物を構成する金属元
   素の拡散を防止する元素からなる管体に挿入した後に、
   この管体の外側に安定化パイプを被せ、更に、縮径加工
   を施して所望の直径の超電導素線を作製し、次いでこの
   超電導素線に拡散熱処理を施し、前記テープの金属元素
   を拡散させて前記繊維を構成する元素と反応させ、超電
   導金属間化合物を生成させることを特徴とする繊維分散
   型超電導線の製造方法。