JPS62243747A - 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、高磁界域における臨界電流特性を改善した超
電導線の製造方法に関するしので、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
方法に関するものである。

「従来の技術」 所定成分のＣｕ−Ｎｂ−Ｓｎ３元１合金を溶製した場合
、銅合金基地内にＮｂのデンドライトが分散した組織を
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
ずろと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−ｓｉｔｕ）法
として知られている。そして更に、このインサイチュ法
を採用して製造した前記組成のインサイチュロッドに、
拡散熱処理を施すことによってＮ　ｂ３Ｓ　ｎ超電導金
属間化合物を生成させ、繊維分散型ＮｂａＳｎ超電導線
を製造することがなされている。

また、Ｎｂ＊Ｓｎ等の超７［を導金属間化合物にＴｉ等
の第３元素を添加することによって超電導金属間化合物
の高磁界域における臨界電流特性を向上できることが知
られている。

そこで従来、前記インサイチュ法によって製造される繊
維分散型超電導線の高磁界域における臨界電流特性を向
上させる目的でインサイチュロッドの内部に第３元素を
複合する方法が実施されている。

ここで、従来一般に、前記インサイチュ法を利用して繊
維分散型超電導線を作製する場合に第３元素を添加する
方法として、Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｎ合金の溶解時に予め第３
元素を添加しておく方法が採用されている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところがＣｕ−Ｎｂ−Ｓｎ合金の溶解時に第３元素を添
加して繊維分散型ＮｂａＳｎ超電導線を製造した場合、
以下に説明する欠点を生じる問題があった。

（１）添加した第３元素が、溶解工程、あるいは鋳造工
程において消耗するノこめに、得られたインサイチュ〔
１ノドによｊける第３元素の含何贋が不足することにな
り、目的とする組成の繊維分散型超電導線を得ることが
困難になる。

（２）Ｊ＋’；地内のＣｕまたはＮｂデンドライトと第
３元素が反応するか、あるいは、固溶することにより、
加工性に劣る合金、または、化合物が生成するために、
インサイチュ法本来の良好な加工性が失われ、縮径加工
中にトラブルを生じたり、中間焼鈍を頻繁に施さなくて
はならない問題がある。

（３）添加した第３元素の偏析を生じ易く、第３元素の
濃度が不均一になる。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、必要とす
る正確な量の第３元素を含有させた繊維分散型超電導線
を製造することができるとともに、加工性ら良好であり
、第３元素を超電導線の内部に均一に添加することがで
きろ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決するために、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
つからなる極細繊維を基地の内部に形成してなるインサ
イチュロッドを用意し、前記インサイチュロッドの外方
に前記超電導金属間化合物の高磁界域における臨界電流
値を向上させるＴｉ％Ｔａ、　　Ｉｎ、　Ｈｆ、　ＡＩ
％Ｚｒ等の第３元素のいずれか１つ以上からなる薄肉部
材を配し、その外方にＣｕまたはＣｕ−Ｓｎ合金からな
る管体を配し、その外周にＳｎメッキを施し、この後に
拡散熱処理を施して法地内の金属元素と極細繊維の金属
元素と第３元素を拡散し反応させて超電導金属間化合物
を生成させるものである。

「作用　」 インサイチュロッドに第３元素を複合し、しかも、拡散
熱処理前まで第３元素と基地を合金化しないためにイン
サイチュロッドが本来有する優れた加工性を維持しつつ
縮径加工することができるとともに中間焼鈍条件ら有利
になる。また、インサイチュロッドを作製した後に第３
元素を添加するために、溶解時や鋳造時に第３元素が消
耗していた従来方法に比較して正確な量の第３元素を含
ａさけることができる。

「実施例」 第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、Ｎｂ５Ｓｎ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り第１図（Ｇ）に示
す繊維分散型Ｎｂ３　Ｓ　ｎ超電導線Ｔを製造する。

前記繊維分散型Ｎｂ＊Ｓｎ超電導線′ｒ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１を作
製する。このインサイチュロッドＩを作製するには、銅
合金基地内にＮｂのデンドライトが分散した組織を存す
るＣｕ−Ｎｂ−Ｓｎ３元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
状に密接させろことにより製造する。なおこのインサイ
チュロッドｌはＮｂの繊維２が多数密接して銅合金基地
３内に分散配列した構造を有する公知のものである。

次いで前記インサイチュロッド１を第１図（Ｂ）に示す
ように縮径し、更にその外方にＮｂ、Ｓｎの高磁界域に
おける臨界電流値を向上させる第３元素であるＴｉから
なる薄肉部材５を第１図（Ｃ）に示す如く披せる。この
薄肉部材５は、管体から、あるいは、テープや箔から構
成され、テープや箔から構成する場合は、インサイチュ
ロッド１に縦添えする等の手段により形成される。なお
、前記薄肉部材５を構成する元素は、Ｔｉ、　Ｔａ、　
Ｈｆ、Ａｌ、　　Ｉｎ、　Ｇａ％Ｚｒ等の第３元素から
なる高純度材料、あるいは、これらの合金材料を用いる
こともできる。また、前記インサイチュロッドＩを覆う
薄肉部材５の肉厚を所要の値に設定することによって、
超電導線′ｒに含育させる第３元素ｍを所望の値に設定
することができる。そしてこれによって所望の臨界電流
値を発揮する超電導線Ｔを製造することが可能となる。

続いて前記薄肉部材５の外周に、第１図（Ｄ）に示す如
＜ＣｕまたはＣｕ−’Ｓｎからなる管体４を被せ、更に
必要に応じて中間焼鈍処理を施しつつ第１図（Ｅ）に示
す如く縮径して複合線Ｆを作製する。

なお、この縮径工程においては、薄肉部材５と銅合金Ｊ
＋’；地３を合金化していないために、インサイチュロ
ッド１が本来有する良好な加工性を維持することができ
ろ。従って溶製時にＴ　ｉを添加してインサイチュロッ
ドを作製していた従来の超電導線の製造方法に比較して
中間焼鈍条件も育に１になって縮径加工中のトラブルも
なくなる効果がある。

また、インサイチュロッド１の製造のための溶解時と鋳
造時に第３元素を添加しないために、添加した第３元素
の消耗もなくなる上に、所要厚さの第３元素からなる薄
肉部材５を複合することによって、所望量の第３元素を
正確に含存させることができる。　次いで前記複合線Ｆ
の外周にＳｎメッキ層６を形成して第１図（Ｆ）に示す
メッキ複合線７を作製する。

次に前記メッキ複合線７を２００〜３００　’Ｃ程度に
加熱ずろ熱処理を施してＳｎメッキ層６を複合線Ｆの内
部側に拡散させ、更に拡散熱処理（５５０〜８５０℃程
度に２０〜３００時間程度加熱する熱処理）を施し、銅
合金基地３の内部のＮｂデンドライトと、銅合金基地３
の内部のＳｎとＳｎメッキ層６のＳｎを反応させてＮｂ
５Ｓｎを生成させ、薄肉部材５の内部のＴｉを拡散させ
て繊維状のＮｂ。

Ｓ　ｎ　−Ｔ　ｉを生成させ、第１図（Ｇ）に示す超電
導線Ｔを製造する。

このように製造された超電導線ＴはＮｂ５Ｓｎ層の中に
Ｔｉが拡散しているために、優れた臨界電流特性を高磁
界域で発揮する。また、Ｎｂ５Ｓｎが生成する過程にお
いて、Ｓｎメッキ層６のＳｎがインサイチュロッドＩの
内部側に拡散してインサイチュロッドＩの外周部側のＮ
ｂの繊維２からＮｂａＳｎを生成し始めるがここでイン
サイチュロッドＩの外周に薄肉部材５が配されているた
めに、薄肉部材５の第３元素がＮ　ｂａ　Ｓ　ｎ層の中
に効率良く均一に拡散してＮｂ５Ｓｎ−Ｔｉを生成する
。

一方、第２図は、本発明を繊維分散型多心Ｎｂ。

Ｓｎ超電導線の製造に適用した例を示すものである。

本実施例においては、第２図（Ａ）に示すインサイチュ
ロッドｌを第２図（Ｂ）に示すように縮径し、Ｔｉから
なる薄肉部材５を第２図（Ｃ）に示すように披Ｕ゛、更
に、ＣｕあるいはＣｕ−Ｓｎ合金からなる管＋５を第２
図（Ｄ）に示すように被せ、更に縮径加工を施して第２
図（Ｅ）に示す度合線Ｆを作製し、更に複合線ＦにＳｎ
メッキ層６を形成して第２図（Ｆ）に示すメッキ複合線
７を作製する。そしてこのメッキ複合線７を第２図（Ｇ
）に示すように多数本集合し、低Ｓｎ濃度のＣｕ−Ｓｎ
合金または銅からなるパイプ２０に挿入し、拡散バリヤ
用のＴａあるいはＮｂからなる管２１に挿入し、更に、
安定化材となるＣｕまたはＡＩからなる管体２２に挿入
し、縮径して第２図（ＩＩ）に示す超電導素線Ｓを作製
する。次いでこの超電導素線Ｓに拡散熱処理を施して繊
維分散型ＮｂａＳｎ超電導線を製造する。

以上説明したような方法を実施して繊維分散型Ｎ　ｂ：
＋　Ｓ　ｎ多心超電導線を製造した場合、メッキ複合線
７をパイプ２０内に挿入するために、拡牧熟処理時にＳ
ｎメッキ層６の溶は落ちを防止できる効果がある。この
点において先に記載した例においては、Ｓｎメッキ層６
の溶は落ちを防止するために、拡散熱処理の萌段階で低
温度に長時間加熱することによりＳｎメッキ層６を基地
の内部に拡散させる必要があり、その後にＮｂ、Ｓｎ生
成用拡散熱処理を施す必要を生じるために、熱処理時間
が長くなるが、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、前述のように製造した超電導線にあっては、内部に
多数のＮｂ＋Ｓｎ−’ｒｉ繊維を具備しているために、
電流容量が大きな特徴がある。

ところで従来、超電導線の容量を拡大し多心化するため
に、インサイチュロッドからなるＮｂ、Ｓｎ超電導線を
安定化ロッドの周囲に腹敗、はんだ等の固定材で接着し
てプレイド化することがなされているか、Ｎｂ＊Ｓｎ生
成後にプレイド化するために機械的応力を受けて超電導
特性が劣化する問題がある。

この点において、前述のように繊維分散型多心Ｎｂ＋Ｓ
ｎ超電導線を製造すると、多数のメッキ複合線７をパイ
プ２０内に配して縮径した後に拡散熱処理を施すために
、従来行っていたプレイド化法のように超電導金属間化
合物生成後に機械加工する必要かなくなり、超電導特性
の劣化ら生しない効果がある。

「製造例１」 外径２０＋ｎｍのインサイチュロッドを用意し、このイ
ンサイチュロッドに押出と線引加工を施して線材を得る
。次にこの線材に、外径１１ｍ＋ｎ、内径１０．４ｍｎ
のＴｉからなる管体を被せ、更にこれらを外径１３１ｍ
、内径１２ＩＩｌ−であって、Ｓｎ６ｗｔ％を含有する
ブロンズ管に挿入し、更に縮径加工と中間焼鈍処理を施
してｍ合線を作製する。次に、この複合線に電気メツキ
法により５μ厚のＳｎメッキ層を形成してメッキ複合線
を作製した。

次いでこのメッキ複合線に２００℃と３５０℃に段階的
に昇温する熱処理を施してＳｎメッキ層を基地内に拡散
させ、この後に６５０℃に７５時間加熱する拡散熱処理
を施してＮｂａＳｎを生成させ、薄肉部材のＴｉをＮｂ
ａＳｎ層の中に拡散させて超電導線を製造した。

この超電導線の臨海電流特性を測定したところ、外部磁
界１４Ｔ（テスラ）のもとて臨海電流密度５００　Ａ　
／　ｍｍ”を示した。なお、同等の条件において、Ｔｉ
を添加していない従来の超電導線は臨海ｒｉ流密度が３
００　Ａ／ａ＋ｓ”程度であることを考慮するならば本
発明の超電導線は極めて優秀な臨海電流値を示すことが
明らかになった。

「製造例２」 直径２０ＩＩＩｌの銅基地の内部にＮｂ繊維を配した構
成であって、Ｎｂ３０ｗｔ％を含有するＣｕ−Ｎｂ合金
からなるインサイチュロッドをアーク溶解法を採用して
作製した。このインサイチュロッドに縮径加工を施して
直径６ＩＩＩＩ１１のロッドを作製した。

このロッドに厚さ６０μｍのＴｉ箔を縦沿えして被せ、
更に、外径１０ｍｍ、内径７Ｉ１ｍであって、Ｓｎ６ｗ
ｔ％を含有するブロンズ管中に挿入して縮径加工を施し
、直径１ａ＋ｍの複合線を作製した。

次に、このｍ合線に電気メツキ法を採用して厚さ３０μ
ｌのＳｎメッキ層を形成してメッキ複合線を作製し、こ
のメッキ複合線を９１本集合し、更に、拡散バリヤ用の
Ｎｂ管と安定化鋼管を被せて縮径し、外径ＩｆｉＩｌの
多心超電導素線を得た。

この多心超電導素線を６５０℃に１００時間加熱する拡
散熱処理を施して繊維分散型Ｎｂ５Ｓｎ超電導線を作製
した。

前述のように作製した繊維部型Ｎｂ５Ｓｎ超電導線は、
特に、１４Ｔ（テスラ）以上の高磁界域において著しい
臨海電流特性の改善が見られた。

ところで、以上の例においては繊維分散型Ｎｂ。

Ｓｎ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、Ｖ　ｓ　Ｇ　ａ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。

な゛お、繊維分散型ＶｓＧａ超電導線を製造する場合に
は、Ｃｕ−Ｖ−Ｓｎ３元合金からインサイチュロッドを
作製し、これを用いて複合線を作製し、複合線にＧａメ
ッキを施してメッキ複合線を作製し、必要に応じてメッ
キ複合線を多数本集合して拡散熱処理を施すことにより
、繊維分散型Ｖ＊ＧａＭ３１ｉ導線を製造することがで
きる。

「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）インサイチュロッドに第３元素の芯体を複合し、
拡散熱処理前にインサイチュロッドの金属元素と第３元
素を反応させない状態で縮径加工するしのであり、イン
サイチュロッドが本来何する良好な加工性を維持しつつ
縮径加工するために、溶製時に第３元素を添加していた
従来方法に比較して縮径加工中のトラブルがなくなり、
中間焼鈍条件ら有利になる効果がある。

（２）インサイチュロッドを覆う薄肉部材の肉厚を適宜
の値に調節するならば所望量の第３元素を含有した超電
導線を製造できる効果がある。また、薄肉部材の肉厚を
変更することにより含有させる第３元素ｆｆ１４：調節
できるために第３元素量を容易に調節できる効果がある
。

（３）溶製時に第３元素を添加していた従来方法におい
ては第３元素の偏析を生じる問題があったが、第３元素
を芯体の状態でインサイチュロッドに複合するために偏
析の問題を生じることもなく、しかも、溶解時や鋳造時
に第３元素が消耗することもなくなるために、正確な贋
の第３元素を添加できろ効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Δ）〜（Ｇ）は、本発明の一実施例を示す乙の
で、第１図（Ａ）はインサイチュロッドの横断面図、第
１図（Ｂ）は縮径したインサイチュロッドを示す横断面
図、第１図（Ｃ）はインサイチュロッドに薄肉部材を被
せた状態を示す横断面図、第１図（Ｄ）は薄肉部材の外
方に基地を被せた状態を示す横断面図、第１図（Ｅ）は
複合線を示す横断面図、第１図（Ｆ）はメッキ複合線の
横断面図、第１図（Ｇ）は超電導線の横断面図、第２図
（Ａ）〜（■４）は本発明の他の実施例を示すもので、
第２図（Ａ）はインサイチュロッドの横断面図、第２図
（Ｂ）は縮径後のインサイチュロッドの横断面図、第２
図（Ｃ）は縮径後のインサイチュロッドに薄肉部材を被
せた状態を示す横断面図、第２図（Ｄ）は薄肉部材に管
体を被せた状態を示す横断面図、第２図（Ｅ）は複合線
の横断面図、第２図（Ｆ’）はメッキ複合線の横断面図
、第２図（Ｇ）はメッキ複合線の集合状態を示す横断面
図、第２図（Ｉ（）は超電導素線の横断面図である。 Ｔ・・・・・・超電導線、　　　　　Ｓ・・・・・・超
電導素線、ｌ・・・・・インサイチュロッド、２・・・
・・・Ｎｂの繊維、３・・・・・・銅合金基地、　　　
　４・・・・・・管体、５・・・・・・薄肉部材、　　
　　　６・・・・・・Ｓｎメッキ層、７・・・・・メッ
キ複合線。

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つからなる極細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意し、前記インサイチ
   ュロッドの外方に、前記超電導金属間化合物の高磁界域
   における臨界電流値を向上させるＴｉ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｈ
   ｒ、Ａｌ、Ｚｒ等の第３元素のいずれか１つ以上からな
   る薄肉部材を配し、その外方にＣｕまたはＣｕ−Ｓｎ合
   金からなる管体を配し、その外周にＳｎメッキを施した
   後に拡散熱処理を施して基地内の金属元素と極細繊維の
   金属元素と第３元素を拡散し反応させて超電導金属間化
   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。