KR940006616B1

KR940006616B1 - 초전도선

Info

Publication number: KR940006616B1
Application number: KR1019910700351A
Authority: KR
Inventors: 교지 다시가와; 야스조 다나가; 가나메 마즈모도; 히사끼 사가모도
Original assignee: 각고오 호오진 도가이 다이가꾸; 마쯔메 다쯔로; 후루가와 덴기 고오교오 가부시기가이샤; 도모마쯔 겐고
Priority date: 1989-08-09
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1994-07-23
Also published as: CA2054766A1; US5837941A; EP0437614A1; JPH0371517A; CA2054766C; JP2749652B2; EP0437614A4; WO1991002364A1; KR920701995A; EP0437614B1

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

초전도선

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 극히 양호한 매트릭스 조성 및 구조를 가지는 초전도선에 관한 것이다.

[배경기술]

Nb-Ti계 초전도 재료는 1960년대에 발견되었으며, 1970년대에 들어오면서, 이 재료의 극세심(極細芯)을 다수 Cu 매트릭스안에 채워넣은 소위 극세다심선(極細多芯線)이 개발되었다. 이 극세다심선은 전기적으로 안정하기 때문에 실용초전도선재의 주류가 되고 있다.

실용 Nb-Ti 극세다심선은 강도있는 냉간인발(cold-drawn)을 한후, 300∼400℃의 온도로 열처리를 하여 Nb-Ti 합금중에서 미세한 α-Ti상을 석출시켜서 임계전류밀도(Jc)를 높이며, 시효열처리 한 후에 다시 인발가공을 하므로서, 다시 임계전류밀도(Jc)의 향상을 도모하고 있다.

그러나, 극세다심 형식의 초전도선에 있어서도 자계의 변화가 빠르면, 심사이에 결합전류가 흘러서 전력손실을 일으키는 문제가 있다는 것이 하기에서 명확하게 설명된다.

특히, 발전기나 트랜스와 같은 교류자계의 발생이 필요한 경우, 에네르기 저장이나 핵융합과 같은 펄스(pulse)적인 자계의 발생이 필요한 경우에서는 전력손실이 중요한 문제가 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 극세심 사이의 결합전류를 끊을 목적으로 전기저항이 큰 Cu-Ni 합금층의 배리어(barrier)를 극세다심선 내부에 형성한 소위 Nb-Ti/Cu/Cu-Ni의 3층 구조의 극세다심선이 개발되어 있다. Cu-Ni 합금층은 Nb-Ti 극세심의 주위에 배치되는 경우도 있으며, Cu 매트릭스안에 격벽으로서 배치되는 경우도 있다.

Nb-Ti 극세심 사이의 결합전류를 차단하기 위해서 배치되는 합금저항(배리어 합금층)은 가공성이 양호한 것, 경도가 Nb-Ti 합금에 가까운 것, 고저항인 것 등의 성질을 가진 것이 요구된다. 이러한 관점에서, 최근에는 Cu-Ni 합금(큐프로니길(cupro-Nikel), Cu-약 50원자% Ni)이 사용되고 있다. 배리어 합금층이 Nb-Ti 극세심의 주위에 직접 배치되면 가장 효과적이다. 그러나 Cu-Ni 합금의 경우, Cu 및 Ni은 Nb-Ti 극세심과 확산반응하여 화합물층을 형성하며, 이것이 단선의 원인이 되거나 혹은 Nb-Ti 극세심의 초전도 특성을 약화시키는 원인이 된다. 강도있는 인발가공을 한 후에 열처리를 하면 이와같은 확산반응이 쉽게 일어나게 된다. 특히 Ni의 경우는 Nb-Ti 합금과 쉽게 반응하며, 또한 강자성원소이기 때문에Nb-Ti 합금의 초전도 특성을 현저하게 약화시키는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 초전도선은 예를들면 제9도에서 나타낸 바와같이 Cu-Ni 합금 매트릭스(1)에 Nb-Ti 필라멘트(2)를 복합한 것, 혹은 Cu-Sn 합금 매트릭스(1)에 Nb₃Sn 화합물 필라멘트(2)를 복합한 것으로 크게 나눌 수가 있다.

이들 초전도선에는 각 초전도체 필라멘트(2)는 금속매트릭스(1)에 있어서의 초전도 상태에서 전자기적으로 결합하지 않는 필라멘트간격(L)을 유지할 수 있게 한 구조로 배치되어 있다. 즉 이들 초전도선은 이른바 다심선 구조를 이루고 있다. 이 초전도체 필라멘트간격(L)은 초전도상태보다 약간 높은 온도에서 매트릭스금속(1)의 비저항치에 밀접하게 관련되어 있다는 것이 밝혀져 있다. 종래의 초전도선은 임계전류밀도를크게 하고, 교류 손실을 적게하고, 가공성을 좋게 한다는 조건을 동시에 만족할 수 있도록 경험적으로 설계되어 있다고 하지만 실제로는 결코 적절한 설계로 되어있지 않았다.

즉, 종래의 초전도선의 설계에는 다음과 같은 문제가 있었다.

a. 동계(copper)의 매트릭스합금은 Cu-Ni, Cu-Mn 및 Cu-Sn 등 거의가 순수배합된 이원소합금이며, 드물게 Nb₃Sn 등의 화합물 초전도선에 대해서 Hc₂등의 초전도 특성을 개선할 목적으로 제3원소를 첨가한 것이며, 이러한 것들은 어느 것이나 본래, 주조성이나 가공성이 그다지 우수한 것이 아니며, 그러므로 초전도선과의 결합가공성에서도 제약이 있었다.

b. 가공성을 향상시키기 위해 동계합금의 합금원소량을 감소시키려면, 매트릭스 금속의 비저항을 감소시키고, 초전도 필라멘트를 전자기적으로 결합시켜서 교류손실을 증가시켜야 한다.

c. 반대로, 초전도 필라멘트 사이의 결합을 피하기 위해서 양자의 간격을 크게하면, 단위체적당의 필라멘트량이 낮아져서 임계전류 밀도가 낮아진다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은 유해원소를 포함시키지 않고 초전도체심을 직접 피복할 수 있는 유효한 결합전류의 배리어를 가지는 초전도선을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 임계전류 밀도가 크며, 교류손실이 적은 또한 가공성이 뛰어난 극히 양호한 동합금 매트릭스 조성 및 구조를 가지는 초전도선을 제공함에 있다.

본 발명은 다수개의 금속계 초전도체 필라멘트가 동계합금 매트릭스에 채워 넣어져서 된 초전도선에 있어서, 상기 매트릭스를 형성하는 동계합금이 하기 A군에서 부터 J군에 속하는 1종류 이상의 원소를 포함하며, 또 Cu-Ni, Cu-Sn, Cu-Mn을 제외한 것이며, 이들 합금원소의 함유량은 동계합금의 실온에서의 비저항(Z)이 2×10^-8 m 이상, 65×10^-8Ωm 이하가 되는 조건을 만족하며, 금속계 초전도체 필라멘트 서로의 간격이이상인 것을 특징으로 하는 초전도선이다.

하기

여기서 비저항(Z)는 하기식(0)에 의해서 산출된다.

또한 X_A∼X_J는, 원소군 A-J에 속하는 금속원소의 중량%이다.

매트릭스를 구성하는 동계합금으로서는, 상기 A군에서 부터 B군에 속하는 적어도 3종류 이상의 원소를 포함하는 동합금을 사용할 수 있다.

또 매트릭스를 구성하는 동계합금으로서는 4B족 원소를 적어도 1종류 포함한 것을 사용할 수 있다.

또한, 매트릭스를 구성하는 동계합금으로서는, Cu-1∼10 원자% Si 합금을 사용할 수 있다, 또, 매트릭스를 구성하는 동계합금으로서는, Cu-1∼10 원자％ Ge 합금을 사용할 수 있다. 또, 매트릭스를 구성하는동계합금으로서는, Cu-1∼10 원자％(Si+Ge) 합금을 사용할 수 있다.

또한, 매트릭스를 구성하는 동계 합금으로서는, 하기식(I)에서 구해지는 것을 사용할 수 있다.

또한 매트릭스를 구성하는 동계 합금으로서는, 하기식(II)에서 구해지는 것을 사용할 수 있다.

금속계 초전도체 필라멘트로서는, Nb₃Sn계, Nb-Ti 합금계의 것을 사용할 수 있다.

본 발명은, 초전도선의 동합금매트릭스의 합금원소의 종류 및 함유량을 망라적으로 변환시켜서 실험한 결과에 의거한 것이다. 즉, 실온에서의 비저항(Z)과 합금원소의 함유량과의 선형(Limear) 관계가 실험적으로 얻어졌으며, 합금원소의 함유량은 비저항(Z)이 2×10^-8Ωm∼65×10^-8Ωm의 범위에 속하도록 정하고, 초전도체 매트릭스의 간격을이상이 되도록 하므로서, 초전도선 설계상의 문제점을 해결하고 있다.

여기서, 비저항(Z)을 2×10^-8Ωm∼65×10^-8Ωm로 한 것은 비저항(Z)이 2×10^-8Ωm 이하에서는, 통상의 직류용 초전도선(순수한 동매트릭스)에서와 같이 동합금매트릭스 저항이 낮아지고, 초전도체 필라멘트 사이의 결합이 커지므로 초전도체 필라멘트가 서로 가깝게 위치할 수 없으며, 임계전류를 높게 설계할 수 없기때문이다. 또, 65×10^-8Ωm 이상에서는, 냉간인발과 같은 냉간가공성이 저하되며, 특히 서브미크론(submicron) 정도의 극세선을 얻기 위해서는 중간 어닐링등을 필요로 하며, 초전도체 필라멘트 사이의 계면반응에 의해 가공성이 떨어지기 때문이다.

또한, 초전도체 필라멘트의 간격을이상으로 한 것은, 초전도체 필라멘트가 경제적인속도에서 여자될 수 있으며, 펄스 혹은 교류용으로 초전도선을 광범위하게 사용할 수 있기 때문이다.이하에서는, 초전도 필라멘트가 본래의 다심선 구조의 성질을 더이상 갖지 못하도록 결합된다.

이경우, 다심선은 급속한 여자 또는 교류용에 적합하지 않은 다심선과 같은 역활을 한다.

특히 0.05≤X_D+X_G+X_H≤5.0이라면, 냉간가공성이 우수하며, 초전도체 필라멘트들 사이의 전자기적 결합을 작게 하는데 유효한 원소집단이며, 서브미크론 필라멘트 영역에서는 임계전류 밀도의 저하를 방지하는 작용이 있다.

또 0.4≤X_C/X_D≤0.7, 또는 0.5≤X_C≤6.5 또는 0.1≤X_D≤12.5이라면, 이들 원소는 원소들 사이의 상호작용에 의해서 초전도체 필라멘트가 근접됨에 따라서 Hc₂가 저하되는 것을 방지하는데도 작용한다.

또한 본 발명에서는, 초전도체 필라멘트에 접한상태 혹은 비접촉 상태에서 안정화 금속이 복합된 구조의 초전도선 및 Cu에 Si 또는 이 양자를 합쳐서 1 내지 10원자% 함유시킨 합금을 배리어 합금으로 한 초전도합금선을 포함하는 것이다.

안정화 금속으로서는 일반적으로 Cu, Al, Ag 등이 경제적 이유로서 사용된다.

Si 및 Ge는 주기율표의 같은 계열에 속하며, 이들 원소를 1 내지 10원자% 포함하는 Cu 합금은, 용융상태에서 유동성(소위 탕흐름(molten flow)이 매우 양호하며, 이들 합금을 용융시켜 제작할 경우에는 결함이 없는 주괴를 높은 수율로 제작할 수 있다. 또 이들 합금은 우수한 가공성을 가짐과 아울러 기계적 성질이 Nb-Ti 혹은 Nb₃Sn 합금에 가까우며, 초전도체 합금과 결합하여 강도있는 인발가공을 하는데 적합하다. 또한 열처리를 할 때에 초전도체 합금심과 확산반응을 일으킨다 하더라도 이러한 초전도특성을 잃어버리지않는다.

Si, Ge의 함유량을 1 내지 10원자%의 범위에 한정한 이유는, Si 또는 Ge의 함유량이 1원자% 이하에서는, 결합전류를 차단하는 기능이 불충분하게 되며, 한편, 10원자% 이상에서는 가공성이 저하되므로 본 발명의 목적으로 사용하기에는 적당하지 못하기 때문이다. 특히, 바람직한 함유량은 Si 또는 Ge 또는 양자를 결합한 것이 2∼7 원자%의 범위이다.

또한, 본 발명에 있어서 Cu-Si 합금은 종래의 Cu-Ni 합금에 비해서 훨씬 가격이 싼 것이다. 본 발명에 관한 극세다심 초전도선의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

제1도∼제5도는 여러가지 구조의 초전도선의 단면을 나다낸 것이다. 도면에서 1은 Nb-Ti 등의 초전도심, 2는 안정화금속(Cu,Al,Ag 등), 2a는 배리어 합금층(Cu-Si 합금, Cu-Ge 합금, 또는 Cu-Si-Ge합금), 3은 Cu 합금매트릭스 금속층이다.

제1도에 대해서 설명하면, Nb-Ti 등의 초전도체 합금기재봉을 배리어 합금의 관에 삽입한 복합체를 인발가공한다. 이어서 이 복합선을 다수, 소정조성한 Cu 합금관에 삽입하고 인발가공을 하면 제1도에 나타낸 바와같은 단면구조를 가진 초전도선이 제작된다.

여기서, 배리어 합금과 Cu 매트릭스 합금을 넣는 대신에 Nb-Ti 등의 초전도체 합금봉을 Cu관에 삽입하여 인발한 복합선을 묶어서 배리어합금관에 삽입하여 인발해도 좋다.

또, 배리어 합금은 제2도에서 나타낸 바와같이 Cu 매트릭스 내에서 결합전류의 장벽이 되도록 배치해도좋다, 매트릭스 금속으로서는 동합금 이외에 통상 안정화 금속으로서 사용되는 Cu 및 Cu와 같은 양전도성의 Al 또는 Ag를 사용해도 좋다.

이와같이 하여 복합가공된 초전도체 극세다심선은 앞에서 설명한 바와같이 300℃ 내지 400℃의 온도에서 임계전류밀도(Jc)를 높이기 위한 시효열처리를 하고, 또 필요한 경우에는 재가공을 한다. 또한 이 초전도체 극세다심선에는, 전류분포를 균일화하여 전자기적 안정성을 늪이기 위한 트위스트(twist) 혹은 편조등의 가공을 하며, 또 절연층을 피복하여 실용에 이용한다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

[실시예 1]

Cu에 5원자%의 Si를 함유하는 합금을 흑연도가니를 사용하여 대기중에서 용해하고, 직경 15mm의 봉상주괴를 용제한다. Si의 첨가에는, 시판의 Cu-Si 모합금(Si 함유량 약 30 원자%)을 사용했다. 이 주괴에 6mm 직경의 구멍을 만들어 Nb-67 원자% Ti 합금봉을 삽입했다. 이 복합체를 상온에서 홈롤러, 스웨이징. 인발에 의해 외경 0.7mm의 긴 선으로 가공했다. 이 복합체의 가공성은 극히 양호하며, 상술한 가공에 있어서의 중간 어닐링을 필요로 하지 않았다. 제6도의 곡선1및 곡선2에 Cu-Si 합금과 Nb-Ti 합금의 비커즈경도의 가공도에 의한 변화를 각각 표시했다.

Cu-Si 합금의 경도는, Nb-Ti 합금에 가까우며, 양자가 양호한 상태에서 복합가공을 할 수 있는 것을 나타내고 있다. 또 제6도의 곡선3에는 Cu의 비커즈경도의 가공도에 따른 변화도 나타냈다.

상기 긴 선으로 부터 시료를 잘라내고, 350℃에서 24시간 동안 Jc를 높이기 위한 열처리를 한 다음, 대자율의 변화에 따른 초전도임계온도 Tc를 측정했다. 대자율법에 의하면 Nb-Ti 합금상의 표면층의 Tc를 측정할 수 있다. 이 결과를 하기 1 표에 나타냈다.

Tc는 순수 Cu와 복합가공한 Nb-Ti 합금선과 같으며, 배리어 합금에서의 Si의 확산에 따른 특성의 열화가 없다는 것을 알 수 있다. 한편 종래 기술에 의한 Nb-Ti 합금을 피복하여 복합 가공한 Nb-Ti 합금선의 Tc는 낮아졌으며, Ni의 확산에 다른 Nb-Ti 초전도합금의 본질적인 특성이 열화되어 있다는 것을 나타내고 있다.

[실시예 2]

실시예1과 같은 방법으로 하여 통상의 Cu-3 원자％ Ge 합금주괴를 제작했다. Ge의 첨가는 Cu 용융후순수 Ge를 소정량 첨가하여 실시했다. 이어서 실시예1과 같은 방법으로 Nb-67 원자％ Ti 합금과의 복합체를 제작하고 복합가공을 하여, 긴 선의 시료를 제작했다. 이 복합체의 가공성도 극히 양호하며, 가공할때의 중간 어닐링을 필요로 하지 않았다. Cu-3 원자％ Ge 합금의 비커즈경도의 가공도에 따른 변화를 제3도의 곡선4에 표시했는데, 거의 Nb-Ti 합금의 경도 변화에 가깝다는 것을 알 수 있다.

이어서, 긴 선에서 잘라낸 시료를 350℃에서 24시간 열처리를 한 다음, 대자율 변화에 따른 Tc를 측정했다. 이 결과를 표1에 나타냈는데 Ge의 첨가에 따른 Tc의 낮아짐이 없으며, Ge의 확산에 의한 Nb-Ti 합금심의 특성의 열화가 없다는 것을 알 수 있다.

[실시예 3]

실시예1및 실시예2와 같은 방법으로 Cu-3 원자% Si-1원자% Ge 합금봉을 제작하고, 6mm 직경이 구멍을 만들어서 Nb-67 원자% Ti 합금심과의 복합체를 제작하고 긴 선 시료로 가공했다.

이 복합체의 가공성도 실시예1및 2의 시료와 같이 극히 양호했다. 또 긴 선에서 잘라낸 시료를 350℃에서 24시간 열처리한 후, 대자율 변화에 따른 Tc를 측정했으나 Si 및 Ge의 동시첨가에 다른 Tc의 열화는 전혀 보이지 않았다.

결국, 배리어 합금으로서 Si, Ge를 1∼10원자% 포함하는 Cu기 합금을 사용하고 있기 때문에 Nb-Ti합금심과 확산되다 하더라도 특성을 열화시키지 않는다.

그러므로 현재 다방면에서 사용되고 있는 Nb-Ti계 초전도선의 특성을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 배리어 합금은, 주조성과 가공성이 우수하기 때문에, 실용가치가 높은 Nb-Ti 극세다심초전도선을 제공할 수 있다.

또한 하기 제2표는 본 발명의 실시예 4∼7에서 이용한 25종류의 동계합금의 구성원소를 나타낸 것이다.

[실시예 4]

진공용해로로 합금 No 1,2,7,8 합금을 용제하고, 균일하게 어닐링한 다음에, 800℃×1hr 가열하여 55mmø의 압출재로 만들었다. 이 재료와 Nb-50%wt Ti 합금 및 OFC 동을 사용하여 3회 스태커 방식에 의하여 단면비가 Cu : 동합금 : NbTi 합금=1 : 4 : 1이 되도록 복합했다.

Nb-Ti 합금의 심선수는 약 41700개이며, 선의 외경이 0.5mmø(트위스트피치 4mm) 및 0.1mmø(트위스트피치 0.8mm)인 선재를 사용하여 임계전류밀도(Jc) 및 교류손실을 측정했다. 이 결과를 제3표에 나타낸다.

또한, 이들 선재는 외경 1mmø에 대해서 380℃×2hr의 열처리가 실시되었다. 이상의 결과에서, 합금 No 7,8은 합금 No 1,2보다도 가공성이 좋았다.

합금 No 7은 합금 No 1에 비해, 가는선 지름 0.1mmø(초전도체 필라멘트 지름 약 0.2μm)에 있어서의 임계전류밀도(Jc) 가 높으며, 교류손실이 적었다.

합금 No 8은, 합금 No 2에 비해 가는선 지름에서 Jc가 높으며, 교류손실이 초전도체 필라멘트 지름에 비해 감소되어 있다. 또한, 0.1mmø의 선재의 초전도체 필라멘트 간격을 측정한 결과는, 약 148mm에서, 합금 No 1은 초전도체 필라멘트의 일부가 결합되어 교류손실이 증가된다고 추측된다.

No 2는 교류손실은 적으나, 합금원소가 적어 가공성이 나쁘다. 즉,보다도 초전도체 필라멘트간격이 크다라는 조건을 No 2,7,8은 만족하나 No 2는 가공성이 나빠 실용성이 없다.

[실시예 5]

실시예4와 동일한 방법으로 제2표에 나타낸 합금 No 3,4,5,6,9,10,11,12,13,14,15의 합금을 미리 만들고 동일한 방법으로 외경 0.5mmø 및 0.1mmø의 복합초전도선을 만들었다. 이들에 대해서, 제조공정에서의 가공성 및 초전도특성을 시험하여 하기 제4표에 나타낸 결과를 얻었다.

이 결과에서 이하의 것이 판명되었다.

a. 합금 No 3,4,5,6은 인발공정에서의 단선횟수가 많으며, 트위스트 가공에서의 가공성이 나빠 선 직경의 15배 이하의 피치에서 트위스트할 수 없었다.

b. 합금 No 9,10,12,13은 다른 것에 비해 가공성이 우수했다.

c. 3종류 이상의 원소를 포함하는 합금 No 9,10,12,13에서는 가공성이 양호하며, Nb-Ti 초전도체 필라멘트 지름이 균일하다. (0.5mmø 선에서 약 1μm,0.1mmø 선에서 약 0.2μm). 또한 초전도체 필라멘트의 계산간격이 0.1mmø선인 경우의 실제측정치(약 148nm)보다 낮기 매문에 초전도체 필라멘트는 서로 독립되어 있으며, 선의 지름이 0.5mmø 및 0.1mmø의 교류손실 P_0.5와 P_0.1의 비는 이론치인 5에 가까운치를나타낸다. 다른 합금에서는 예측되는 초전도체 필라멘트 간격에서 추측하면 초전도체 필라멘트는 서로 독립되어 있어야 하나 0.1mmø의 선재에서의 측정결과는 교류손실이 크며, 초전도체 필라멘트는 실질적으로 결합되어 있는 것을 나타냈다.

제7도는 이 실시예에서의 Mn 및 Si의 조성분포를 나타내며 바람직한 조성범위는 0.05<X_Mn+X_si<5.0인 것을 나타내고 있다. 또 순수 이원소에서는 가공성이 악화되기 때문에, Mn, Si의 양원소 모두 약간량은 필요하다.

[실시예 6]

실시예4와 동일한 방법으로 제2표에 나타내는 합금 No 6, 및 16∼21의 합금을 미리 만들고, Cu 및 Nb-46.5wt% Ti 합금을 3회 스태커 방식으로 복합했다. 제1의 스태커는, 1심선에서 단면비를 동합금 : Nb-Ti=0.5 : 1로 하고, 제2의 스태커는 19심선에서 동합금 : Nb-Ti=2 : 1이 되도록 하고, 제3의 스태커에 동 : 동합금 : Nb-Ti=1 : 4 : 1이 되도록 하고, 최종선 지름을 0.5mmø, 0.1mmø로 한후, 380℃에서 1시간 가열했다. 이들에 대한 Jc와 교류손실을 측정한 결과를 하기 제5표에 나타낸다. 이들 선재의 가공성은 합금 No 6 및 20이 0.1mmø까지 인발돠는 과정에서 10-20회 단선되었으나, 그외는 수회 단선되어 비교적 가공성은 양호했다. 0.5mmø의 선재에서는, 어느 선재에서도 Jc 및 교류손실에 큰차는 없었으나, 0.1mmø에서는 X_C/X_D가 약 0.5인 합금 No 7 및 19에서의 Jc는 다른 선재보다 1.5∼2배로 증대되어 있다. 즉 제8도에서 나타낸 바와같이 합급 NO 17 및 19는 0.4≤X_C/X_D≤0.7,0.5≤X_C≤6.5, 0.1≤X_D≤12.5의 범위에 속해있다.

초전도체 필라멘트 간격은 실제측정치 148nm에 대하여 여유있는 충분한 계산치가 나타내져 있으나, 초전도체 필라멘트가 일부 가깝게 접촉된 것은 교류손실비 P_0.5/P_0.1에 의한 것으로 예측했다. 그러나 No 17 및 No 19는 예측과는 반대로 교류손실이 낮아졌을 뿐만 아니라, Jc도 증대하는 특수한 효과가 나타나 있다. 냉간가공성에 관해서는, No 16,20은 현저하게 나쁘며 그외는 중간정도 이었다.

[실시예 7])

진공용해로로 제2표에 나타낸 No 22∼25의 동합금을 용재하고, 750℃로 열간압출하여, 100mmø의 압출재로 만들었다. 이 압출재를 가지고서 2회 스태커 방식으로 동합금과 Nb의 복합을 만들어내었다.

제2회의 스태커할 때에 선재의 중앙부에 Ta 합금을 확산배리어로서 약 25%의 동합금을 복합하고, 최외층으로서 동합금을 복합했다. 동합금과 Nb심의 단면복합비는 Nb : 동합금=1 : 2.9이었다. Nb 필라멘트심은 3800개, 필라멘트 지름은 약 0.5μm, 최외선 외경은 77μm이었다. 이들 선재에 대한 실험결과를 제6표에 나타낸다.

각 선재의 열처리는, 불활성 분위기 중에서 700℃×48h로 했다.

교류손실은 코일상으로 하고, 자기자계 1T에서 증발섭에 의해서 측정한 것이다. 제6표에서 나타낸 결과에서 합금 No 24.25는 동합금 매트릭스중의 Sn 농도의 분포가 균일하게 되어 있으며, 인발공정에서의 단선도 없는 우수한 가공성을 가지며, 따라서 높은 Jc를 나타내고 있다. 또한 합금 No 24,25에서는 초전도체 필라멘트의 단면형상의 불균일성이나 결밥은 없었으며, 교류손실도 낮게 되어 있다. 또한 확산반응후의 실온비저항을 실재 측정하고, 한계가 되는 초전도체 필라멘트 간격을 제산하여 실제측정치와 비교하면, No 22,23에서는 초전도체 필라멘트가 결합되어 있을 가능성이 크다는 것을 알 수 있다. 이러한 것들과, 복합가공성의 불량을 가미하면 본 발명의 요건에 해당하는 No 24,25가 우수하다는 것을 알 수 있다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명에 관한 초전도선에 따르면, 매트릭스를 이루는 동계합금은 소정의 원소군에서 선택된 1종류 이상의 원소를 포함하며, 이들 원소의 함유량은 소정의 계산식에 의해서 산출된 실온에서의 비저항치가 일정범위내에 포함되는 조건을 만족하며, 초전도체 필라멘트의 간격은 상기 저항치에서 정해지는 소정위치 이상이므로 임계전류밀도가 크며, 교류손실이 작다. 더우기 복합가공성이 향상되는 것이며, 발전기, 에네르기 저장등의 전력시스렘 기구에 혹은 자기부상열차 초고에네르기 가속기, 핵융합기등의 선재에 극히 유용한 것이다.

[제 1 표]

[제 2 표]

[제 3 표]

[제 4 표]

[제 5 표]

[제 6 표]

[도면의 간단한 설명]

제1도는∼제5도는 본 발명에 관한 초전도체 극세다심선의 여러가지 타이프의 것을 단면으로 나타낸 설명도.

제6도는 본 발명의 실시예인 Nb-Ti 초전도선의 구성요소의 비커즈경도(Vickers handness)의 가공도에 따른 변화를 나타낸 특성이며, 곡선1은 실시예1의 Cu-5 원자% Si 합금, 곡선2는 실시예1의 Nb-Ti합금심, 곡선3은 실시예1의 Cu, 곡선4는 실시예2의 Cu-3 원자% Ge 합금의 변화를 각각 나타낸다.

제7도는 본 발명에 관한 초전도선의 동합금 매트릭스(Mn-Si-Cu)의 바람직한 조성범위를 나타낸 설명도.

제8도는 본 발명에 관한 다튿 초전도선의 동합금 매트릭스(Al-Mn-Cu)의 바람직한 조성범위를 나타낸 설명도.

제9도는 종래의 초전도선의 단면도.

Claims

복수개의 금속계 초전도체 필라멘트가 동계합금 매트릭스에 채워 넣어져서 되는 초전도선에 있어서, 상기 매트릭스를 성형하는 동계합금이 하기 A군에서 부터 J군에 속하는 1종류 이상의 원소를 포함하며, 또 Cu-Ni, Cu-Sn, Cu-Mn을 제외한 것이며, 이들 합금원소의 함유량은 동계합금의 실온에서의 비저항(Z)의 2×10^-8Ωm 이상, 65×10^-8Ωm 이하가 되는 조건을 만족하며, 금속계 초전도체 필라멘트 서로의 간격이이상인 것을 특징으로 하는 초전도선.

하기

구해진 치. 여기서, X_A∼X_J는 원소군 A-J에 속하는 합금원소의 중량%이다.
제1항에 있어서, 매트릭스를 구성하는 동계합금이 상기 A군에서 부터 J군에 속하는 적어도 3종류이상의 원소를 포함하는 초전도선.
제1항에 있어서, 매트릭스를 구성하는 동계합금이 4B족 원소를 적어도 1종류 함유한 것인 초전도선.
제1항에 있어서, 매트릭스를 구성하는 동계합금이 Cu-1∼10 원자% Si 합금인 초전도선.
제1항에 있어서, 매트릭스를 구성하는 동계합금이 Cu-1∼10 원자% Ge 합금인 초전도선.
제1항에 있어서, 매트릭스를 구성하는 동계합금이 Cu-1∼10 원자％(Si+Ge) 합금인 초전도선.
제1항에 있어서, 매트릭스를 구성하는 동계합금이, 하기식(1)에서 구해지는 것인 초전도선.
제1항에 있어서, 매트릭스를 구성하는 동계합금이 하기식(II)에서 구해지는 것인 초전도선,
제1항에 있어서, 금속계 초전도체 필라멘트가 Nb-Ti 합금계, Nb₃Sn계에서 선택된 어느 하나인것인 초전도선.
제1항에 있어서, 초전도선이 금속초전도체 필라멘트에 접촉된 상태에서 안정화 금속이 복합된 구조인 것인 초전도선.
제1항에 있어서, 초전도선이 금속초전도체 필라멘트에 비접촉상태에서 안정화 금속이 복합된 구조인것인 초전도선.
제1항에 있어서, 안정화 금속이 Cu, Al, Ag의 군에서 선택된 어느 하나의 금속인 것인 초전도선.