JPS6333244B2 - - Google Patents
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- JPS6333244B2 JPS6333244B2 JP55117057A JP11705780A JPS6333244B2 JP S6333244 B2 JPS6333244 B2 JP S6333244B2 JP 55117057 A JP55117057 A JP 55117057A JP 11705780 A JP11705780 A JP 11705780A JP S6333244 B2 JPS6333244 B2 JP S6333244B2
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
本発明は複合超電導体に係り、特に高性能超電
導マグネツトを製造するに好適な複合超電導体の
製造方法に関する。 高性能な超電導マグネツトを製造するに際して
は、複合超電導体の超電導性能が優れていること
は勿論であるが、複合超電導体の熱的安定性が優
れていることと導体強度が大きいことも極めて重
要である。一般に複合超電導体の超電導性能は、
超電導材料の材質、冷間加工断面減少率、熱処理
条件により異なり、熱的安定性は、超電導材料と
複合化させる常電導性金属の材質、量、加工履
歴、熱処理条件、超電導材料との密着性、超電導
材料の物理的性質により異なり、導体強度は、こ
れら超電導材料と常電導性金属との強度に関する
複合的挙動でもつて決定される。これらの諸条件
のうち材質、量等、超電導マグネツトの基本構造
に関する問題は、設計条件により或程度一義的に
決定し得るが、冷間加工、熱処理条件等の導体製
造条件は、一般に超電導性能を最高に発揮させる
ような条件で行われ、そのため導体の熱的安定性
と導体強度は或程度犠牲にならざるを得ない。 例えば、従来の銅被覆ニオブ・チタン・ジルコ
ニウム複合超電導体の場合は、断面減少率99.99
パーセント以上の冷間加工と最終導体形状での安
定化材の軟化温度より高温での熱処理、具体的に
は300〜400℃の温度での長時間熱処理を行い、超
電導材料中の析出処理と安定化材である銅の焼純
を兼ねて１つの製造工程で行つていた。この場合
超電導性能、熱的安定性は十分であるが、導体強
度が弱く、固定コイル巻線出来ない決点があり、
そのため大型の超電導マグネツト或は特殊な形状
の超電導マグネツトでは、電磁力でもつてコイル
内の導体が動き、その発熱のため超電導マグネツ
トの安定化条件が破れ、超電導マグネツトとして
の性能を十分に発揮出来ない欠点がある。又、従
来の銅被覆ニオブ・チタン複合超電導体の場合
は、最終導体形状では断面減少率90パーセント以
上の冷間加工状態で、超電導性能、導体強度は十
分であるが、熱的安定性に欠ける欠点があり、超
電導マグネツトの安定化条件を低くする欠点があ
る。又、従来の大型マグネツト用複合超電導体
は、大量の安定化材と少量の安定化材で被覆され
た複合超電導部材を別々に製造し、この両者を最
終的に低融点金属等を用いて再複合化することが
行われているが、この場合も大量の安定化材を焼
鈍状態で使用しようとすると導体強度が低く、冷
間加工状態で使用しようとすると熱的安定性に欠
ける欠点がある。 本発明の目的は、上記の如き欠点を排除し、導
体強度と熱的安定性を十分に兼ね備えた高性能複
合超電導体の製造方法を提供するにある。 本発明は、各種複合超電導体の製造方法と超電
導マグネツトの性能との関係を系統的に研究した
結果に基づくもので、常電導性金属の安定化材と
超電導性金属とを複合化した複合超電導体に冷間
加工を加え、好ましくは少なくとも断面減少率で
15パーセント以上の冷間加工を受けた状態で最終
形状まで加工する、その後、常電導性金属である
安定化材の軟化温度以下の温度で熱処理すること
を特徴とする。発明者らが実験した結果、このよ
うな冷間加工、熱処理を加えることにより、冷間
加工のみの状態と比較して、導体強度を殆ど変え
ることなく、安定化材の電気抵抗を大巾に小さく
出来ることがわかつた。 上記した常電導性金属の軟化温度は、常電導性
金属の材質、純度、冷間加工断面減少率等に依存
し、特定の温度を規定することは困難であるが、
ここでは軟化温度は再結晶が起つて機械的強度や
低下しはじめる温度を云い、軟化温度以下では機
械的強度は変化せず、冷間加工状態と同等であ
る。一方、冷間加工された常電導性金属の熱処理
による電気抵抗の変化は、点欠陥の移動により生
ずるので、上述の軟化温度より50〜200℃低い温
度から生ずる。従つて、導体強度として必要なレ
ベルまで常電導性金属としての安定化材を加工硬
化させ、その加工硬化させた常電導性金属の軟化
温度より50〜200℃低い温度で熱処理することに
より、複合超電導体の強度と熱的安定性を十分兼
ね備えた高性能複合超電導体を製造することが出
来る。 また、冷間加工の断面減少率を好ましくは15パ
ーセント以上と規定した理由は、コイル巻線時の
巻線張力はマグネツトの電磁応力以上の張力で巻
線することが望ましいこと、その張力で複合超電
導体は塑性変形しないこと、大型導体においては
断面減少率15パーセント以下の冷間加工では導体
横断面内の加工硬化が不均一となり、強度、電気
抵抗等のばらつきが大きくなること等から総合的
に規定したものである。なお冷間加工に必要な断
面減少率は、常電導性金属の材質、純度等により
15パーセント以上の範囲で種々変える必要があ
る。 次に具体的実施例に基づき詳細に説明する。 実施例 １ 基礎データを採取するため、種々の冷間加工度
を加えた直径10ミリメートルの無酸素銅サンプル
を作成し、引張試験と電気抵抗を測定した。第１
図は、その結果の１例を示すもので、強度評価の
目安となる試験温度4.2K及び300Kでの0.2％耐力
値、安定性評価の目安となる試験温度4.2Kでの
０、５、８テスラ（Ｔ）磁界中の比抵抗値と冷間
加工度との関係である。いずれも冷間加工度が大
きくなると、0.2％耐力、比抵抗とも増大する。 次に冷間加工度26％の無酸素銅サンプルに種種
の熱処理を加え、同様に引張試験と電気抵抗を測
定した。第２図は、その結果の１例を示すもの
で、4.2K及び300Kでの0.2％耐力値、4.2Kでの
０、８テスラ（Ｔ）磁界中の比抵抗値と熱処理温
度との関係である。なお、熱処理時間は全て１時
間とした。その結果、熱処理温度を上げていく
と、0.2％耐力、比抵抗とも低下するが、低下し
始める温度に明瞭な差異があることがわかる。従
つてこの結果を複合超電導体中の安定化材の製造
に適用すれば、強度は冷間加工状態と同様の高い
値で、かつ比抵抗は冷間加工状態と焼純状態の中
間値をとることが可能で、強度と安定性を十分兼
ね備えた複合超電導体を製造することが出来る。 実施例 ２ 次に銅被覆ニオブ・チタン多心複合超電導体を
作り、実施例１の効果を確認した。銅被覆ニオ
ブ・チタン多心複合超電導体は、外径1.7ミリメ
ートルで、その中に約30ミクロンのニオブ・チタ
ン合金線が1060本埋め込まれており、銅とニオ
ブ・チタン合金の断面積比は2.0である。この複
合超電導体は、中味のニオブ・チタン合金線の臨
界電流密度を最高に高めるため、銅とニオブ・チ
タン合金を複合化して後、冷間加工と析出熱処理
を繰返し、最終寸法では断面減少率で97％の冷間
加工を受けた状態となつている。次に、この銅被
覆ニオブ・チタン多心複合超電導体を250℃で１
時間熱処理し、複合超電導体の熱処理前後での性
能を測定した。第１表にその結果を示す。
導マグネツトを製造するに好適な複合超電導体の
製造方法に関する。 高性能な超電導マグネツトを製造するに際して
は、複合超電導体の超電導性能が優れていること
は勿論であるが、複合超電導体の熱的安定性が優
れていることと導体強度が大きいことも極めて重
要である。一般に複合超電導体の超電導性能は、
超電導材料の材質、冷間加工断面減少率、熱処理
条件により異なり、熱的安定性は、超電導材料と
複合化させる常電導性金属の材質、量、加工履
歴、熱処理条件、超電導材料との密着性、超電導
材料の物理的性質により異なり、導体強度は、こ
れら超電導材料と常電導性金属との強度に関する
複合的挙動でもつて決定される。これらの諸条件
のうち材質、量等、超電導マグネツトの基本構造
に関する問題は、設計条件により或程度一義的に
決定し得るが、冷間加工、熱処理条件等の導体製
造条件は、一般に超電導性能を最高に発揮させる
ような条件で行われ、そのため導体の熱的安定性
と導体強度は或程度犠牲にならざるを得ない。 例えば、従来の銅被覆ニオブ・チタン・ジルコ
ニウム複合超電導体の場合は、断面減少率99.99
パーセント以上の冷間加工と最終導体形状での安
定化材の軟化温度より高温での熱処理、具体的に
は300〜400℃の温度での長時間熱処理を行い、超
電導材料中の析出処理と安定化材である銅の焼純
を兼ねて１つの製造工程で行つていた。この場合
超電導性能、熱的安定性は十分であるが、導体強
度が弱く、固定コイル巻線出来ない決点があり、
そのため大型の超電導マグネツト或は特殊な形状
の超電導マグネツトでは、電磁力でもつてコイル
内の導体が動き、その発熱のため超電導マグネツ
トの安定化条件が破れ、超電導マグネツトとして
の性能を十分に発揮出来ない欠点がある。又、従
来の銅被覆ニオブ・チタン複合超電導体の場合
は、最終導体形状では断面減少率90パーセント以
上の冷間加工状態で、超電導性能、導体強度は十
分であるが、熱的安定性に欠ける欠点があり、超
電導マグネツトの安定化条件を低くする欠点があ
る。又、従来の大型マグネツト用複合超電導体
は、大量の安定化材と少量の安定化材で被覆され
た複合超電導部材を別々に製造し、この両者を最
終的に低融点金属等を用いて再複合化することが
行われているが、この場合も大量の安定化材を焼
鈍状態で使用しようとすると導体強度が低く、冷
間加工状態で使用しようとすると熱的安定性に欠
ける欠点がある。 本発明の目的は、上記の如き欠点を排除し、導
体強度と熱的安定性を十分に兼ね備えた高性能複
合超電導体の製造方法を提供するにある。 本発明は、各種複合超電導体の製造方法と超電
導マグネツトの性能との関係を系統的に研究した
結果に基づくもので、常電導性金属の安定化材と
超電導性金属とを複合化した複合超電導体に冷間
加工を加え、好ましくは少なくとも断面減少率で
15パーセント以上の冷間加工を受けた状態で最終
形状まで加工する、その後、常電導性金属である
安定化材の軟化温度以下の温度で熱処理すること
を特徴とする。発明者らが実験した結果、このよ
うな冷間加工、熱処理を加えることにより、冷間
加工のみの状態と比較して、導体強度を殆ど変え
ることなく、安定化材の電気抵抗を大巾に小さく
出来ることがわかつた。 上記した常電導性金属の軟化温度は、常電導性
金属の材質、純度、冷間加工断面減少率等に依存
し、特定の温度を規定することは困難であるが、
ここでは軟化温度は再結晶が起つて機械的強度や
低下しはじめる温度を云い、軟化温度以下では機
械的強度は変化せず、冷間加工状態と同等であ
る。一方、冷間加工された常電導性金属の熱処理
による電気抵抗の変化は、点欠陥の移動により生
ずるので、上述の軟化温度より50〜200℃低い温
度から生ずる。従つて、導体強度として必要なレ
ベルまで常電導性金属としての安定化材を加工硬
化させ、その加工硬化させた常電導性金属の軟化
温度より50〜200℃低い温度で熱処理することに
より、複合超電導体の強度と熱的安定性を十分兼
ね備えた高性能複合超電導体を製造することが出
来る。 また、冷間加工の断面減少率を好ましくは15パ
ーセント以上と規定した理由は、コイル巻線時の
巻線張力はマグネツトの電磁応力以上の張力で巻
線することが望ましいこと、その張力で複合超電
導体は塑性変形しないこと、大型導体においては
断面減少率15パーセント以下の冷間加工では導体
横断面内の加工硬化が不均一となり、強度、電気
抵抗等のばらつきが大きくなること等から総合的
に規定したものである。なお冷間加工に必要な断
面減少率は、常電導性金属の材質、純度等により
15パーセント以上の範囲で種々変える必要があ
る。 次に具体的実施例に基づき詳細に説明する。 実施例 １ 基礎データを採取するため、種々の冷間加工度
を加えた直径10ミリメートルの無酸素銅サンプル
を作成し、引張試験と電気抵抗を測定した。第１
図は、その結果の１例を示すもので、強度評価の
目安となる試験温度4.2K及び300Kでの0.2％耐力
値、安定性評価の目安となる試験温度4.2Kでの
０、５、８テスラ（Ｔ）磁界中の比抵抗値と冷間
加工度との関係である。いずれも冷間加工度が大
きくなると、0.2％耐力、比抵抗とも増大する。 次に冷間加工度26％の無酸素銅サンプルに種種
の熱処理を加え、同様に引張試験と電気抵抗を測
定した。第２図は、その結果の１例を示すもの
で、4.2K及び300Kでの0.2％耐力値、4.2Kでの
０、８テスラ（Ｔ）磁界中の比抵抗値と熱処理温
度との関係である。なお、熱処理時間は全て１時
間とした。その結果、熱処理温度を上げていく
と、0.2％耐力、比抵抗とも低下するが、低下し
始める温度に明瞭な差異があることがわかる。従
つてこの結果を複合超電導体中の安定化材の製造
に適用すれば、強度は冷間加工状態と同様の高い
値で、かつ比抵抗は冷間加工状態と焼純状態の中
間値をとることが可能で、強度と安定性を十分兼
ね備えた複合超電導体を製造することが出来る。 実施例 ２ 次に銅被覆ニオブ・チタン多心複合超電導体を
作り、実施例１の効果を確認した。銅被覆ニオ
ブ・チタン多心複合超電導体は、外径1.7ミリメ
ートルで、その中に約30ミクロンのニオブ・チタ
ン合金線が1060本埋め込まれており、銅とニオ
ブ・チタン合金の断面積比は2.0である。この複
合超電導体は、中味のニオブ・チタン合金線の臨
界電流密度を最高に高めるため、銅とニオブ・チ
タン合金を複合化して後、冷間加工と析出熱処理
を繰返し、最終寸法では断面減少率で97％の冷間
加工を受けた状態となつている。次に、この銅被
覆ニオブ・チタン多心複合超電導体を250℃で１
時間熱処理し、複合超電導体の熱処理前後での性
能を測定した。第１表にその結果を示す。
【表】
その結果、複合超電導体を250℃で１時間熱処
理することによつて、臨界電流、0.2％耐力の低
下は夫々数パーセント以内で問題なく、安定化材
の比抵抗は約20パーセント小さくなつて、それだ
け安定性を向上させることがわかつた。 実施例 ３ 次に大量の安定化材を複合化させたニオブ３錫
多心複合超電導体を作り、実施例１の効果を確認
した。この導体は、安定化材である無酸素銅と若
干の銅で被覆されたニオブ３錫多心複合超電導部
材を別々に製造し、はんだでもつてこの両者を再
複合化したものである。安定化材は、外寸法10ミ
リメートル×15ミリメートルで、最終断面寸法で
は断面減少率で15％の冷間加工度を加え、加工の
ままの安定化材と250℃で１時間熱処理した安定
化材の両者を準備した。ニオブ３錫多心複合超電
導部材は、ほぼ４ミリメートル×３ミリメートル
の断面をもち、その中にニオブ３錫層を含むニオ
ブのフイラメントが約124000本埋め込まれてお
り、この部材単独で650℃×200時間の拡散熱処理
を行い、最高の臨界電流密度がとれるようにした
ものである。その後、予め準備した前記安定化材
とニオブ３錫超電導部材を鉛−50％錫はんだで再
複合化し、性能を測定した。第２表にその結果を
示す。
理することによつて、臨界電流、0.2％耐力の低
下は夫々数パーセント以内で問題なく、安定化材
の比抵抗は約20パーセント小さくなつて、それだ
け安定性を向上させることがわかつた。 実施例 ３ 次に大量の安定化材を複合化させたニオブ３錫
多心複合超電導体を作り、実施例１の効果を確認
した。この導体は、安定化材である無酸素銅と若
干の銅で被覆されたニオブ３錫多心複合超電導部
材を別々に製造し、はんだでもつてこの両者を再
複合化したものである。安定化材は、外寸法10ミ
リメートル×15ミリメートルで、最終断面寸法で
は断面減少率で15％の冷間加工度を加え、加工の
ままの安定化材と250℃で１時間熱処理した安定
化材の両者を準備した。ニオブ３錫多心複合超電
導部材は、ほぼ４ミリメートル×３ミリメートル
の断面をもち、その中にニオブ３錫層を含むニオ
ブのフイラメントが約124000本埋め込まれてお
り、この部材単独で650℃×200時間の拡散熱処理
を行い、最高の臨界電流密度がとれるようにした
ものである。その後、予め準備した前記安定化材
とニオブ３錫超電導部材を鉛−50％錫はんだで再
複合化し、性能を測定した。第２表にその結果を
示す。
【表】
その結果、安定化剤を250℃で１時間熱処理す
ることによつて、超電導体の臨界電流値には変化
なく、0.2％耐力の低下は、僅かで、安定化材の
比抵抗は250℃×1hの熱処理、及びPb−Snはんだ
付処理する値に比べて約20パーセント小さくなつ
て、それだけ安定性を向上させることがわかつ
た。 以上の実施例では、常電導性金属として無酸素
銅安定化材を複合超電導体或は複合超電導部材と
して銅被覆ニオブ・チタン合金超電導線、銅被覆
ニオブ３錫複合超電導線を例にとつて説明した
が、常電導性金属としては、アルミニウム、銅−
アルミニウム複合体、銅−銅・ニツケル複合体な
ど本発明の目的に反しない範囲で変更しても類似
の効果が期待出来る。又、超電導線の材質、組成
など特に規定するものではない。 本発明によれば、導体強度と熱的安定性を十分
に兼ね備えた高性能複合超電導体を容易に製造し
得るので、大きな巻線張力でもつて超電導コイル
を固く巻線出来ること、安定化材の比抵抗は強度
が大きいわりには小さく、この両者の相乗効果に
よつて超電導コイルの性質の従来のコイルと比較
して飛躍的に向上させることが出来る。特にこの
効果は、超電導コイルが大型・高磁界になる程顕
著である。或は、安定化材の比抵抗に関する安定
性を同一とすれば、従来の超電導コイルと比較し
て約20％以上電流密度を高めることが出来、その
経済的効果は極めて大きい。
ることによつて、超電導体の臨界電流値には変化
なく、0.2％耐力の低下は、僅かで、安定化材の
比抵抗は250℃×1hの熱処理、及びPb−Snはんだ
付処理する値に比べて約20パーセント小さくなつ
て、それだけ安定性を向上させることがわかつ
た。 以上の実施例では、常電導性金属として無酸素
銅安定化材を複合超電導体或は複合超電導部材と
して銅被覆ニオブ・チタン合金超電導線、銅被覆
ニオブ３錫複合超電導線を例にとつて説明した
が、常電導性金属としては、アルミニウム、銅−
アルミニウム複合体、銅−銅・ニツケル複合体な
ど本発明の目的に反しない範囲で変更しても類似
の効果が期待出来る。又、超電導線の材質、組成
など特に規定するものではない。 本発明によれば、導体強度と熱的安定性を十分
に兼ね備えた高性能複合超電導体を容易に製造し
得るので、大きな巻線張力でもつて超電導コイル
を固く巻線出来ること、安定化材の比抵抗は強度
が大きいわりには小さく、この両者の相乗効果に
よつて超電導コイルの性質の従来のコイルと比較
して飛躍的に向上させることが出来る。特にこの
効果は、超電導コイルが大型・高磁界になる程顕
著である。或は、安定化材の比抵抗に関する安定
性を同一とすれば、従来の超電導コイルと比較し
て約20％以上電流密度を高めることが出来、その
経済的効果は極めて大きい。
第１図は本発明に関する安定化材の冷間加工度
と0.2％耐力、比抵抗の関係を示す図、第２図は
本発明に関する安定化材の熱処理温度と0.2％耐
力、比抵抗の関係を示す図である。
と0.2％耐力、比抵抗の関係を示す図、第２図は
本発明に関する安定化材の熱処理温度と0.2％耐
力、比抵抗の関係を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 常電導性金属の安定化材と超電導性金属とを
複合化した複合超電導体に冷間加工を加えた後、
前記常電導性金属の軟化温度以下の温度で熱処理
することを特徴とする複合超電導体の製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記複合超
電導体が、複合超電導部材を安定化材で再複合化
したものからなることを特徴とする複合超電導体
の製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記冷間加
工の断面減少率を15パーセント以上とすることを
特徴とする複合超電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55117057A JPS5743312A (en) | 1980-08-27 | 1980-08-27 | Method of producing composite superconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55117057A JPS5743312A (en) | 1980-08-27 | 1980-08-27 | Method of producing composite superconductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5743312A JPS5743312A (en) | 1982-03-11 |
| JPS6333244B2 true JPS6333244B2 (ja) | 1988-07-05 |
Family
ID=14702352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55117057A Granted JPS5743312A (en) | 1980-08-27 | 1980-08-27 | Method of producing composite superconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5743312A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60235309A (ja) * | 1984-05-08 | 1985-11-22 | 日立電線株式会社 | エナメル絶縁被覆を施したＮｂ−Ｔｉ合金系超電導線材の製造法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5361996A (en) * | 1976-11-15 | 1978-06-02 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Production of aluminum stabilized compound superconductive wire |
-
1980
- 1980-08-27 JP JP55117057A patent/JPS5743312A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5361996A (en) * | 1976-11-15 | 1978-06-02 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Production of aluminum stabilized compound superconductive wire |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5743312A (en) | 1982-03-11 |
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