JPS637353A - 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ＩＩＩ
用される１１分散型超電導線の製造方法に関する。

「従来の技術Ｊ 所定成分のＣｕ−Ｎｂ−９ｎａ元合金、あるいは、Ｃｕ
−Ｖ−Ｇａａ元合金を溶製した場合、銅合金基地内にＮ
ｂあるいはＶの樹枝状晶か分子（ｌした組織を有し、し
かも加工性が高いインゴットを得ろことができる。

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、第７図に示すように、ＮｂあるいはＶからなる樹枝
状晶の繊（゛佑１が銅合金基地２内に多数密接して分散
配列したインサイチュロッド３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−ｓ己Ｕ）
法として知られている。

そして従来、自記インサイチユロツド３を用いて繊維分
散型超電導線を製造するには、インサイチュロッド３に
縮径加工を在して基地２の内部にフィラメント４が配さ
れた第８図に示すインサイチュ線５を作成する。次に、
このインサイチュ線５に、後述する如く熱処理を施して
第９図に示すようにフィラメント４を横断面円形状のフ
ィラメント４°に変形させた後に、このインサイチュ線
５の表面にＳｎあるいはＧａのメツキ層６を形成して第
１Ｏ図に示すメツキ複合線７を作成する。そしてこのメ
ツキ複合線７に拡散熱処理を施すことによってＳｎとＮ
ｂ、あるいはＶとＧａを反応させてＮｂ、Ｓｎ、あるい
はＶ、Ｇａ超電導金属間化合物からなる繊Ｍｔ　８を生
成させ、第１＋図に示す繊維分散型超電導線９を製造す
る。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで前述した方法によって繊維分散型超電導線９を
製造する場合、インサイチュロッド３の内部に生成され
た繊維ｌが、第７図に示すようにランダムな方向を向き
、６繊Ｍ１１の１次アームと　。

２次アーム、パ別方向を向いている関係から、縮径加工
を施して作成した第８図に示すインサイチュ線５にあっ
ては、繊維Ｉがリボン状に波打ちした複雑な断面形状の
フィラメント４に変形している。

そしてこのリボン状のフィラメント４を有するインサイ
チュロッド５にそのまま拡散熱処理を施すと以下に説明
する問題を生じろ。

まず、第８図に示すようにリボン状のフィラメント４が
複雑に配されてなるインサイチュ線５にあっては、拡散
熱処理を施してＳｎやＶを基地２の内部で拡散移動する
場合、フィラメント４がこれら元素の拡散障壁となり、
基地２の内部に超電導金属間化合物が不均一に生成する
ことがあり、製造された超７Ｉ￥心線の超電導特性に異
方性を生じる虞がある。

そこで前述した従来方法においては、前記リボン状のフ
ィラメント４の断面形状を比較的円形に近い形状に変形
させるために、５００〜１０００℃の温度に数十時間か
ら数百時間の間加熱する熱処理を施して第９図に示すよ
うに溝断面円形状のフィラメント４゛を形成する方法が
採用されている。

ところが、５００〜１０００℃らの高温度に長時間の間
加熱する熱処理を行ったのでは、基地２を構成するＣｕ
等の金属元素とフィラメント４を構成するＳｎ等の金属
元素とが反応して加工性に劣る化合物層が生成してしま
い、萌記熱処理後の加工性が劣化する問題を生じていた
。なお、前記の如く高温度に長時間加熱する熱処理を行
うこと自体、エネルギーと時間のロスが大きく、超電導
線の製造工程を１９准かつロスの多いものにずろ問題か
ある。更に前述の熱処理ではりホン状のフィラメント４
の全てを円形状に変形することは困堆であった。また、
この高温の熱処理によって、線材外周耶のＮｂフィラメ
ントどうしが溶融して接し合い、拡散バリアのような状
態を生じて拡散熱処理時にＳｎや■の拡散を阻害する問
題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、超電導金
唄間化合物構成元素の拡散か容易になされるように２次
アームを破壊することによって、超電導特性に異方性の
ない超電導線を製造できるとともに、従来行う必要があ
ったフィラメントの円形化のための熱処理を省略するこ
とかでき、熱処理の簡略化を実現でき、更に縮径加工に
おける加工性ら良好な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、面金問題点を解決するルめに、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樹枝状晶の繊維をロッド状の基
地の内部に有してなり、樹枝状晶の１次アームがインサ
イチュロッドの径方向に延出してなるインサイチュロッ
ドを作製し、このインサイチュロッドに縮径加工を施し
てｆＩｌｌ　ｖＡを作製し、この後に拡散熱処理を施す
ことにより基地の内部でｉη記金金属元素拡散し反応さ
せて繊維状の超電導金属間化合物を生成する繊維分）牧
型超電導線の製造方法であって、面金縮径加工を施す萌
のインサイチュロッドに、インサイチュロッドの径方向
に圧力を付加して行う熱間加工を施して前記樹枝状晶の
２次アームを１次アームから切り離し、その後に縮径加
工を施すものである。

「作用　」 インサイチュロッドの径方向に圧力を付加するｐＡ熱間
加工施すことにより樹枝状晶の２次アームを１次アーム
から切り離して破壊し、この後に縮径加工を施すために
、横断面円形状の繊維を有するインサイチュロッドを得
ることができ、拡散熱処理時の金属元素の拡散移動が円
滑に速くなされる。また面金金属元素の拡散移動によっ
て十分な量の超電導金属間化合物を生成できるために外
部磁場に対する超電導特性の異方性を小ざくできるとと
乙に、従来行っていたフィラメントの円形化のための熱
処理を省略することができる。

「実施例」 第１図ないし第５図は、本発明方法を繊維分散型Ｎｂ３
Ｓｎ超電導線の製造方法に適用した一例を示すものであ
る。

繊維分散型Ｎｂ５Ｓｎ超電導線を製造するには、まず、
第１図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、誘導加熱
溶解法等の手段を用い、Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｎ合金あるいは
、ＣｕＮｂ合金の溶湯から鋳造により棒状のインサイチ
ュロッド２０を得ろ。このインサイチュロッド２０は、
Ｃｕ−Ｓｎ合金あるい、よＣｕからなる基地１０の内部
にＮｂからなる樹枝状晶ＩＯが多数分散された構造であ
る。そして、インサイチュロッド２０の外周部に近い側
の内、１５には、１次アームＩＩをインサイチュロッド
２０の径方向に延出し、２次アーム１２をインサイチュ
ロッド２０の長さ方向に延出した＼ｉｂの樹枝状晶から
なる繊維１３が分散されろととらに、インサイチュロッ
ド２０の中心部側には、比較的ランタムな向きをしった
樹枝状晶からなる繊維１１が分散されている。

次にこのインサイチュロッド２０に、５００〜９００°
Ｃの温度範囲で、インサイチュロッド２０の径方向に圧
力を付加する熱間圧延加工、あるいは、熱間鍛造等の熱
間加工を施す。この熱間加工によって各樹枝状晶の２次
アーム１２は１次アームＩＩから分離されて破壊され、
第２図に示すように配置する。なお、熱間加工の温度範
囲の下限を５００℃に規定したのは、５００℃がＮｂの
軟化開始温度であり、これより低い温度ではＮｂからな
る２次アーム１２の破壊を十分に期待できないためであ
る。また、熱間加工の上限を９００°Ｃに規定したのは
、９００℃以上の温度ではＣｕの溶融温度である１０８
０°Ｃに近くなり、インサイチュロッド自体の溶融の問
題を生じる虞があり、これを避けろためである。従って
熱間加工によって２次アームＩ２を破壊するためには、
熱間加工温度を５００〜９００°Ｃの範囲の温度であっ
て、５００℃より高い温度（例えば７００〜８００６Ｃ
）に設定することが望ましい。

この後にインサイチュロッド２０に縮径加工を操り返し
施して第３図に示す素線１６を作成する。

市ｊ記縮径加工を曳敗回施すことにより各１次アーム１
１・・は素線１６の長さ方向に沿って徐々に配列してゆ
き、各１次アームＩＩは横断面円形状に近い形状を推持
する。なお前記縮径加工においては、内部にＮｂ５Ｓｎ
超電導金属間化合物を生成ざ仕ていない状聾て加工し、
しから、インサイチュロッド２０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
縮径加工を実施できる。

次にこの素線１６の表面にＳｎめっき、”；り　Ｉ　７
を形成し、更に、６００〜８５０°Ｃ程度に２０〜１５
０時間加熱する拡散熱処理を施して素線１６の内部でＮ
ｂとＳｎを反応さ仕る。この反応においては、横断面円
形状となって分散している１次アーム１１・・・の間を
通過してＳｎが拡散でさるために、１次アームと２次ア
ームがリボノ状に絡まっｆこ繊９（Ｃが分散していた従
来のインサイチュロッドに比較してＳｎを円心に速く拡
散できる。なお、従来行っていたリボン状のフィラメン
トを（苗！析面円ｊＦニ状に変形するための熱処理を省
略でごるｌ二めに熱処理工程を簡略化できる効果があり
、この熱処理により従来生じていｆこ脆い化合物の土成
ら阻止することができる。

前記拡散熱処理を施すことにより、基地１０５）内部に
、第５図に示すようにＮｂ３Ｓｎ、Ｉ電導金属間化合物
からなる繊Ｎ’ｌ　ｌ　８を生成させてＮｂ３Ｓｎ超電
導線Ｔ、を製造する。

前記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線Ｔ、は、前述した如＜Ｓｎの拡
散が円滑に速くなされ、その内部に十分な量のＮｂ＊Ｓ
ｎが生成されているために、異方性のない俊秀な超電導
特性を発揮する。

なお、インサイチュロッド２０を用いて［Ｕ分散型超電
導線を製造する場合、以下・に説明するように多心化す
る方法を採用しても良い。

まず、第６図（Ａ）に示すインサイチュロッド２０に熱
間圧延加工あるいは熱間鍛造を前述と同等の温度で施し
、更に縮径して第６図（Ｂ）に示すインサイチュ線２０
゛を作製する。

次いでインサイチュ線２０°の表面に、電気メツキ法に
よってＳｎメツキ層２３を形成し第１図（Ｃ）に示すメ
ツキ複合線２・１を作製する。

次に、前記メツキ複合線２４を複数本集合し、更に、低
濃変のＳｎを含有したＣｕ−Ｓｎ合金から、または、Ｃ
ｕからなるパイプ２５に第１図（Ｄ）に示すように挿入
し、更に、このパイプ２５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２６を肢仕
、更に管体２６にＣｕまたはＡＩからなる安定化パイプ
２７を披せて；夏合線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Ｔ２とほぼ同じ直径を有する第１図（Ｆ）に示
す超電導素線２９を作製する。

そして次に、前記超電導素線２９に拡散熱処理を施し、
ＮｂとＳｎを反応させてＮ　ｂ３Ｓ　ｎを生成させ、第
１図（Ｇ）に示す繊維分散型Ｎ　ｂ３　Ｓ　ｎ超電導線
Ｔを製造する。

ところで、この実施例においては、多心型Ｎｂ５Ｓｎ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
Ｖ３Ｇａ等その他の多心型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。

また、化合物系超電導金属間化合物においては、’ｒｉ
、　Ｔａ、　Ｈｆ、　　Ｉｎ、　Ｓｉ、　Ａｌ、　Ｚｒ
等の第３元素を添加することによりその臨界電流特性を
向上できることが知られている。そこで前ｚ１第３元素
を予め添加しておいてインサイチュロッドを製造し、こ
のインサイチュロッドを用いて超電導線を製造してもよ
い。

「製造例１」 Ｎｂ３０重里％を含有するＣｕＮｂ合金からなり、外径
２０ｍｍのインサイチュロッドを誘導溶解法で作製した
。このインサイチュロッドに７００℃で熱間圧延加工を
施し、直径１０ｍｍのインサイチュロッドを作製しｒ二
。

このインサイチュロッドの断面観察を行ったところ、鋳
造組織であるＮｂ樹枝状品は各１次アームの方向ら揃い
、２次アームは破壊されていた。

前記インサイチュロッドに押出加工と線引加工を施して
直径０　、　Ｉ　ｍｍのインサイチュ線を作製した。こ
のインサイチュ線の内部構造について顕微鏡観察を行っ
たところ、Ｎｂフィラメントの横断面形状は比較的円形
状に近くなっており、偏平なリボン状のフィラメントは
確認できなかツｆこ。

前記インサイチュ線にＳｎメツキを施すとともに、５５
０°Ｃに１００時間加熱する拡散熱処理を施してＮｂと
Ｓｎを反応させ、繊維分散型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線を製造
した。

このＮｂ５Ｓｎ超電導線の臨界電流値を測定したところ
、ＩＯ’ｒ（テスラ）の外部磁界中で２．４Ａを示した
。また、臨界電流密度（Ｊｃ）はＩＯＴにおいてＩ　０
００　Ａ／ｍｍ”を示した。

「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。

インサイチュロッド内の樹枝状晶の２次アームを熱間圧
延加工によって１次アームから分離して破壊した後に、
縮径加工を施すために、横断面円形状の１次アームから
なる繊維を何するインサイチュロッドを作製できろ。こ
のため拡散熟処理時に超電導金属間化合物をｔ１′４成
する金属元素の拡１牧が容易にできるとともに、十分な
ｍの超電導金属間化合物を生成さけることができ、外部
磁場等に影響を受けることがなく、超電導特性の異方性
の少ない繊維分散型超電導線を製造できる。

また、リボン状のフィラメントが生成しないために、従
来施す必要があったフィラメント円形化のための熱処理
が不要になり、その分熱処理工程の簡略化を図ることが
できる。

更に、前記熱処理を省略できるために、基地を構成する
元素と繊維を構成する元素の反応をなくして加工性に劣
る化合物層の生成を阻止できるようになり、加工も容易
にできろようになる。従って縮径加工中に断線等のトラ
ブルが生じなくなる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、本発明の一実施例を示すもので
、第１図はインサイチュロッドの縦断面図、第２図は熱
間加工後のインサイチュロッドを示す縦断面図、第３図
は縮径後のインサイチュ線を示す溝断面図、第４図はメ
ツキ層を形成したインサイチュ線の横断Ｕ′ｊＩ図、第
５図はＮ　ｂｓ　Ｓ　ｎ超電導線の横断面図、第６図（
Ａ）〜（Ｆ）は、インサイチュロッドから多心型超電導
線を製造する工程の一例を示す乙ので、第６図（Ａ）は
インサイチュロッドの横断面図、第６図（Ｂ）はインサ
イチュ線を示す１苗断面図、第６図（Ｃ）はメツキ曳合
線を示す横断面図、第６図（Ｄ）はインサイチュ線を集
合してバイブの内部に挿入した状態を示す（透析面図、
第６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６図（Ｆ）は超電導素線の
横断面図、第６図（Ｇ）は超電導線の横断面図、第７図
ないし第１１図は従来方法を説明するためのらので、第
７図は鋳造後のインサイチュロッドの横断面図、第８図
は縮径後のインサイチュ線の横断面図、第９図は熱処理
後のインサイチュ線の横断面図、第１０図はメツキ層を
形成したインサイチュ線の横断面図、第１１図はＮｂ３
Ｓｎ超電導線の横断面図である。 １０・・・・・基地、　　　　　ＩＩ・・・・・１次ア
ーム、１２・・・・・・２次アーム、　　１３・・・繊
維、２０・・・・パインサイチュロンド、 １６．２０°・・・・・インサイチュ線、１７．２３・
・・・・メツキ層、 Ｔ　、、Ｔ　、・・・・・・繊維分散型超電導線。

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つの金属元素からなる樹枝状晶の繊維を
   ロッド状の基地の内部に有してなり、樹枝状晶の１次ア
   ームが基地の径方向に延出してなるインサイチュロッド
   を作製するとともに、このインサイチュロッドに縮径加
   工を施してインサイチュ線を作製し、このインサイチュ
   線に拡散熱処理を施すことにより基地の内部で前記金属
   元素を拡散し反応させて繊維状の超電導金属間化合物を
   生成する繊維分散型超電導線の製造方法であって、前記
   縮径加工を施す前のインサイチュロッドに、インサイチ
   ュロッドの径方向に圧力を付加する熱間加工を施して前
   記樹枝状晶の２次アームを１次アームから切り離し、そ
   の後に縮径加工を施すことを特徴とする繊維分散型超電
   導線の製造方法。