JPS6329415A - 化合物超電導線の製造方法 - Google Patents

化合物超電導線の製造方法

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JPS6329415A
JPS6329415A JP61171180A JP17118086A JPS6329415A JP S6329415 A JPS6329415 A JP S6329415A JP 61171180 A JP61171180 A JP 61171180A JP 17118086 A JP17118086 A JP 17118086A JP S6329415 A JPS6329415 A JP S6329415A
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Japan
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superconducting
superconducting wire
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JP61171180A
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吉崎 浄
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Laminated Bodies (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

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〕 この発明は高磁界を発生する超電シコイルの巻線材とし
て用いられる化合物超電導t9の製造方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕
最近、I亥融合、商工ぶルギー物理、核磁気共鳴装置、
物性研究用などの分野において、高磁界を発生できる超
電導コイルの製作が退めらている。
高磁界超電導コイルの巻線材として用いられる化合物超
電導、腺は、主として、フィラメント状のNJSn、 
V3Gaなどの超電導化合物層とCuなどの安定化金属
層、ブロンズ層、Nb、Taなどの拡散障壁層からなっ
ている。このような構成を持つ線は、N b z S 
n L9を例にとると、文献[に、Yoshizaki
 eL al:1EEE Trans、on Mag、
Vol、Ma((−21(1985)、301 Jに示
されるように、各構成成分であるNh3Sn、Cuなど
を一体として伸線し、最終寸法で軌処理することによっ
て内部的にNbJSnを生成させろ、いわゆる複合加工
法で製造されている。第5図及び第6図に、従来の代表
的な化合物超電導線であるNb1Sn線の熱処理前と熱
処理後の横断面を示す。図において、(1)はC8層、
(2)はSn層、(3)は拡散障壁)ibi、(4)は
Nb層、(5)はNb、Si層、(6)はブロンズ層を
示している。第1図において、中央に配置されたSnが
、熱処理によってCuマトリックス中に拡散し、Nbの
表面にNb1Sn を生成させ、Cuマトリフクスをブ
ロンズに変え、第2図に示す構造になる。なお、最外層
に配置されたCuは拡散障壁によってSnの汚染から守
り、高電気伝導性を保っているので、局部的に超電導状
態が破壊しても、それが全体に伝搬することを防ぐ安定
化金属としての役割を果たしている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
超電導コイルには、コンパクトで、安定な運転が可能で
、効率よく、高磁界が発生できることが強く要求されて
いる。そのためには、超電導i!!1温度、)n界も■
界、臨界電流密度の基本特性のうち、鴨1に臨界電流密
度が十分高いことが必要である。
現在、複合加工法で製作されている前述の断面構成を持
った化合物超電導線では、加工上の制限から、超電導層
であるNb、Sn層(5)と常電導層であるブロンズ層
(6)の面積比は、例えば、上述の文献が示すように、
せいぜい1:2程度と超電導層の面積比率が小さく、安
定化材を除く超電導層とブロンズ層の合計断面積当たり
の臨界電流密度が低いので、高磁界を発生するには効率
的ではないという欠点を持っていた。また、Nb3Sn
生成後のマトリックスのSn濃度はせいぜい3wtoA
程度であるため、その電気抵抗が低く、磁界が変動した
場合の損失の原因となるフィラメント間の電気的な結合
を防ぐには十分でないので、いわゆる交流1員失が大き
かった。
この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、Hn界電流特性に優れ、交流損失の少ない化
合物超電導線を製造する方法を得ることを目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
この発明に係る化合物超電導線の製造方法は、少なくと
も英着及び析出のいずれかにより、線状超電導膜層と常
電導膜層を基板に交互に積層して多層膜をけいっセいす
るものである。
〔作用〕
この発明においては基板上に、線状超電導膜層と常電導
膜層を交互に積層するので、超電導層の占積率を高くす
ることができ、口n界電流特性に優れた超電導線を得る
ことができる。また、常電導層の電気抵抗も高くできる
ので、交流損失の小さい超電導線も得られる。
〔実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図ないし第3図は各々この発明の一実施例に係る化合物
超電導線を製造工程j頓に示す断面図である。図におい
て、(11は基板でCu線、(5)は線状超電導膜層で
Nb、Sn層である。(7)は面伏常′電導119層で
5inNa 層である。
まず第1図において厚さ200μm、幅6鳳1のテープ
形状のCu線(1)を連続的に供給して、化学気相法(
以下CV D ?Aと記す)によって、表面にNb3S
n薄膜層(5)を生成させた。Nb3Sn 薄膜層(5
)は厚さ約5μm、幅約20μ爆とし、この層を間隔約
10μmの細線状に多数並行配置したもので、CVD法
によるNb3Sn薄膜層(5)の形成は、常圧下、約3
:1の割合で混合したNbC1n ガスと5nC1s 
ガスを杓5〜50m1/n+inの流量で気密性を持っ
た反応管中に流し、水素ガスで還元して、300〜10
0“Cに加熱したCu、vltoの上に生成させた。ま
た、Nb3Sn層(5)を細線状に生成させるために、
スリットを持ったステンレススチール類のマスクをCu
線+11の上に置いておき、部分的にNb3Sn層(5
)を生成させた。なお、マスク表面には、レジストとし
て酸化マグネノウムの粉末を塗布して、NJSn層を生
成させないようにした。
次いで、第2図に示すようにCVD法によって厚さ約1
μlの5izN4薄膜層(7)を、マスクを用いないで
、腺の全表面に生成させた。 5i))14薄+1’層
(7)は、常圧下、約3:4の割合で混合した5iC1
4ガスとアンモニアガスを、約100〜500m1/w
inの’tJt 1で気密性を持った反応管中に’tA
シ、300〜800℃に加熱した線の上に形成させた。
さらに、この線の表面に、前述と同し方法で、Fit 
ta kM 状(7) Nb3Sn薄膜層(5)の生成
と5i)N4薄膜層(7)の前面生成を交互に行った。
このようにして、第3図に示されるように、NbnSn
超電導薄膜層(5)と51zNa常電導薄膜層(7)が
多層に積層されたNb3Sn化合物超電導線を得た。
このようにして得られた8i電”A 、&Sを12Tの
印加磁界のもとで臨界電流の測定を行ったところ、Cu
を除く線断面積当たりの臨界電流密度は1xlO’A/
c+jと非常に高く、従来の約2倍であった。これは、
上記実施例の超電導線では、Cuを除く線断面積に占め
る超電導NJSn層(5)の面積比率は約60%で、従
来の複合加工法で作成された超電導線の約2倍であった
ためと考えられる。
なお、この発明による・超電導線では、超電厚膜層、常
電導膜層の厚さ、間隔を自由にコントロールして、変化
させることができるので、R界電流をさらに高くできる
という優れた特徴を持っている。
また、磁界の変動に対する安定性を知るために、約LO
T/secの急峻な変動磁界下での交/IiL…失を測
定したところ、従来の約り0%小さい値となり、上記実
施例の超電導線が、変動磁界に対して特に安定であるこ
とがわかった。これは、従来の構成の超電導線では、第
6図に示すように、超電導フィラメント間は比較的電気
抵抗の低いブロンズであったので、磁界が変動した場合
、フィラメント間の電気的結合がある程度起こっていた
が、上記実施例の超電導線では、非常に電気抵抗の高い
Si、N。
であるので、結合はほとんど起こらなかったためと考え
られる。このようにこの発明による超電導線は特に交流
機器用の超電導線としてもイ夏れでいる。さらに、基板
として用いたCuは安定化材として十分機能した。
第4図はこの発明の他の実施例による製造方法で181
造された化合物超1を導線を示す断面図であり、図にお
いて(8)はNb、Ge層で超電導膜層、(9)はAI
N層で常電導膜層、Qlはステンレススチールテープ、
aOはCu層である。
まず、Cuよりも機械的強度の大きい厚さ100μ鴫、
輻5璽履のステンレススチールテープ 法によって、厚さSμ鶴、輻杓20μ鶴、間隔y】10
μmの極細線状のNb=Ge薄膜層(8)を生成させた
。Nb,Ge薄膜層(8)は、常圧下、約3;1の割合
で混合したNbClaガスとGeClsを、約5 〜2
0ml/llinのitで気密性を持った反応管中に流
し、水素ガスで還元して、500〜900 ℃にカロク
へしたステンレススチールテープOlの上に形成した。
その上に、フィラメント間の電気的結合を防ぐために、
絶キ(性、熱伝導性に漬れているA I N il 1
19層(9)を約1.amの厚さで全面に生成させた。
AIN薄膜層(9)は、l:1の割合で混合したAIB
r*ガスとアンモニアガスを約50〜200ml /m
inのlffiで気密性を持った反応管中に流し、線を
400〜700 ℃に加熱した綿の上に生成させる方法
で行った。そして、その上に安定化材としてのIγさ約
20μmのCu層(1)を付け、さらにその上に、上記
と同様の方法で厚さ約1,ij#IのAIN薄j1り層
(9)を全面生成させた。そして、これを繰り返すこと
によって、第4図に示す横断面を持ったNbiGe超電
導線を得た。こうして得た超電導線について、臣n界電
疏、交流損失、安定性の測定を行ったところ、Nb,S
nの場合と同様に、非常に良好な結果が得られた。
上記実施例では、超電導膜層がNJSn、及び、Nb3
Ge化合物、常電導膜層がSiとA1の窒化物の場合に
ついて述べたが、このほかに、超電導膜層がVsGa−
 1’lbiGeXNb,AtなどのAlS形金属間化
合物、NbNなどのBl形遷移金属窒化物、常電導層が
S ’+ Cなどの金属化合物、さらに、磁界の変動が
非常に少ない場合や、交2AF員失よりも安定性を重視
した場合には、熱伝導が大きいキュプロニッケルなどの
金属層としても、上記実施例と同様の効果を示す。また
、基板はCu、ステンレススチールの他、アルシナ等の
セラミクスでもよい。
さらに作成した超電導線を、200°C以上の温度で、
50気圧以上の静水圧下で+へ間部水圧処理を行うこと
は、積層した各薄膜層間の密着1’Lを上げ、超電導特
性を安定させるうえで非常に有効である。
また、薄膜の生成方法としては、上記のCVD法のばか
に、超電導化合物の生成に良く用いられている化合物成
分をターゲツト材に用いるスパッタ法、窒素やアンモニ
アガスなどの反応ガス中でスパッタを行う反応性スパッ
タ法や化合物構成成分の同時蒸着法なども同しく有効で
ある。
また、細線状の超1!導膜層を得るために上記実施例で
はマスクを用いたが全面に形成後、エツチング等で線状
にしてもよい。また、例えばNbとA1の粉末(粒径〜
5μm以下)を原子比でNb:AI=3:1の割合で混
合し、これをア七トンを溶媒としパターン印刷し、Nb
 −AIの混合体の部分にCO2レーザーや電子ビーム
等を照射して超電allり層(NbiA+)を析出され
るようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば少な(とも蒸着及び析
出のいずれかの方法により線状超電導膜層と常電B膜層
を基板に交互に積層して、多層膜を形成し、化合物超電
導線を製造したので、従来よりも、さらに臨界電流特性
が優れ、交fL損失の少ない超電導線が得られるように
なった。また、コンパクトで、高性能な高磁界超電導コ
イルが可能になり、核融合、電力用機器、高エネルギー
物理研究のllk進に役立つ。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は各々この発明の一実施例に係る化
合物超電導線の製造工程順に示す断面図、第4図はこの
発明の他の実施例による製造方法で製造された化合物超
電導線を示す断面図、並びに第5図及び第6図は各々熱
処理前及び執処理後の従来の化合物超電導線を示す断面
図である。 (1) −−Cu線、(51−−Nb、Sn層、(71
−−3iJz層、(8)・・・・・・NbzGe層、(
9)・・・・・・AIN層、Ol・・・・・・ステンレ
ススチールテープ。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)少なくとも蒸着及び析出のいずれかにより、線状
    超電導膜層と常電導膜層を基板に交互に積層して多層膜
    を形成した化合物超電導線の製造方法。 (2)基板は金属系基板である特許請求の範囲第1項記
    載の化合物超電導線の製造方法。(3)基板はセラミク
    ス系基板である特許請求の範囲第1項記載の化合物超電
    導線の製造方法。 (4)常電導膜層は面状に形成した特許請求の範囲第1
    項ないし第3項のいずれかに記載の化合物超電導線の製
    造方法。 (5)超電導膜層と常電導膜層はCVD法により形成し
    た特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載
    の化合物超電導線の製造方法。 (6)超電導膜層はNb_3Sn、V_3Ga、Nb_
    3Al、Nb_3Ge、Nb_3Ga、NbNのうちの
    いずれか1つで形成される特許請求の範囲第1項ないし
    第5項のいずれかに記載の化合物超電導線の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009503794A (ja) * 2005-07-29 2009-01-29 アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション 高温超電導体ワイヤのためのアーキテクチャ

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JPS5370695A (en) * 1976-12-06 1978-06-23 Ulvac Corp Method of producing superconductive stock and composite material
JPS60189813A (ja) * 1984-03-12 1985-09-27 株式会社東芝 化合物超電導線の製造方法

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