JPH02213009A - 化合物系超電導撚線の製造方法 - 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 この発明は、超電導発電機の界磁巻線などとして好適な
交流用の化合物系超電導撚線およびその製造方法に関す
る。

「従来の技術」 超電導線においてはｍ子・磁束線の運動などに起因して
発熱を生じる場合があり、このような場合に超１線に部
分的に常電導の芽が発生し、超電導線の全体が常電導状
態に転位するおそれがある。

そこで従来、このような磁気的不安定性および常電導転
位などを防止して超電導線を安定化するために、以下に
記載する技術が採用されている。

■超電導体を銅などの良導電性の安定化母材の内部に埋
設する。特に、安定化母材を高純度の銅から形成する。

■超電導体を数μ〜数十μｍの径のフィラメント状に極
細化する。

■多心線をツイスト加工する。

■編組や成形撚線の構造を採用する。

■超電導線を交流用として使用する場合、ＣｕＮｉ合金
などの高抵抗金属材料から安定化母材を構成し、超電導
フィラメント間に生じる結合電流を抑制する。

■金属間化合物系の超電導体は極めて硬く、脆いので、
機械歪が加わると超電導特性が劣化する傾向があり、こ
のため超電導線に補強材を添設して機械歪が加わること
を阻止する。

以上のような背景から、従来、交流用の化合物系超電導
線において、撚線状の超７１１ｆ４線を製造する場合、
超電導金属間化合物を構成する元素のうち、少なくとも
１つの元素を含む線材に、超電導金回間化合物を構成す
る元素のうち、残りの元素を含む被覆層を形成して加工
可能な複合素線を形成し、この複合素線の段階で撚線化
を行い、撚線加工後に拡散熱処理を施して超電導撚線を
製造する方法が行なわれている。

［発明が解決しようとする課題Ｊ ところで、交流用の超電導線において、安定性を向上さ
せる目的で、１度撚線化した６のを複数本集合した後に
再び撚線化して構成する２次撚線構造を採用することが
試みられている。

このような場合、従来では、前記複合素線を複数本集合
して１次撚線化し、続いて１次撚線を複数本集合した後
に２次撚線とした後に、Ｏ線加工などを行い、この後に
拡散熱処理を行って超電導金属間化合物を生成させ、交
流用の超電導撚線を得るようにしている。

ところが、前述した如く撚線状に形成する交流用の超電
導線にあっては、安定化のために超電導線の１本あたり
の断面積を極めて小さく形成するので、拡散熱処理を施
す以ｍの加工が可能な複合素線の状態であっても、複数
回の撚線加工中に断線などのトラブルを引き起こし易い
問題があった。

一方、従来、超電導発電機用の超電導線の一構造例とし
て、Ｎｂ−Ｔｉ線等の線材を撚線化する方法などが採用
されているが、Ｎｂ５Ｓｎなどの化合物系の超電導線材
においては機械歪に弱い欠点があるために、交流用超電
導発電機の導体としての応用例はほとんど見られなかっ
た。

そこで、化合物系超電導線の超電導発電機用としての応
用について検討してみると、最大の課題はコイル加工し
た場合の機械歪に対する対果と通電時の交流損失を低減
することである。

ここでコイル加工時の歪特性の低減には、Ｎｂ５Ｓｎ超
電導体を導体の中心側に配置し、外部側に安定化導体を
配置する構造を採用するならば、コイル加工時の超電導
体の曲がり量を最小にできるので歪を低減し得るが、こ
の構造を採用した場合、安定化導体を中心側に配置し、
その外部側に超電導体を配置した構造の超電導線に比較
して交流損失が増加する問題がある。

本発明は前記課題を解決するためになされたしので、超
電４発１１機用などの交流用として好適な超電導ＰＡｔ
ｌＡを提供すること、並びに、撚線加工を複数回行って
超電導撚線を製造した場合であってら、製造中に断線を
生じないようにすることができる化合物系超電導ｔａｔ
ｌＡの製造方法を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 ！−１求項ｌに記載した発明は前記課題を解決するため
に、良導１ｕ性の金属材料からなるコア導体とこのコア
導体の外周面を覆って設けられた拡散防止層とこの拡散
防止層の外周面を覆って設けられた高電気抵抗の合金層
とから安定化導体を形成し、前記安定化導体の外周に、
安定化導体より細径の化合物系超電導導体を撚線化して
なるものである。

請求項２に記載した発明は前記課題を解決するために、
超電導金属間化合物を構成する複数の元素のうち、少な
くとも１つの元素を含む線材に、前記超電導金属間化合
物を構成する複数の元素のうち、残りの元素を含む被覆
層を形成してなる複合木線を用意し、この複合素線を撚
線化したものを更に集合して撚線化する操作を必要回数
行って撚線導体を作成し、次いでこの撚線導体に、超電
導金属間化合物を生成させる拡散熱処理を施して超電導
撚線を製造する方法において、 前記撚線加工前の複合素線あるいは２回目以降の撚線加
工を行う前の撚ＪＩＱ導体に、超電導金属間化合物を生
成させる拡散熱処理温度よりも低い温度の低温熱処理を
施してｙｌ覆層の元素を素綿内部に拡散さ口る低温熱処
理を行い、この低温熱処理の後に更に撚線加工を施し、
次いで拡散熱処理を施すものである。

［作用］ 安定化導体の外方に撚線状の超電導導体が設けられてい
るので、導体中心側に超電導導体を設ける構造の従来の
超電導線に比較して交流損失が少ない。また、安定化導
体に形成されている高電気抵抗の合金層は超電導導体を
安定化導体の間の渦ｉＸ流損失を低誠する。

一方、ｌ＠線加工の前に行う低温熱処理によって被覆層
の元素が素線内部に拡散して素線と被覆層が一体化され
、複合素線は機械的強度が向上するので撚線加工中の断
線が防止される。更に安定化導体ζこ形成されている拡
散防止層は、熱処理時に、コア導体側への不要元素の拡
散を防止する。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図ないし第３図は本９発明方法をＮｂ５Ｓｎ系の交
流用超電導撚線を製造する場合に適用した例について説
明するためのもので、この例の方法を実施するには、ま
ず、第１図に示す安定化導体Ｉを用意する。

この安定化導体ｌは、純銅からなるコア導体２と、この
コア導体２の外周面を被覆して設けられた拡散防止層３
と、この拡散防止層３の外周面を被覆して設けられた合
金ｒＩＪ４とから構成されている。前記拡散防止Ｊｉ！
１３はコア導体２を構成する純銅との間に不要な化合物
などを生じない材料であって、融点の高いＴａあるいは
Ｎｂなどの金属材料からなり、後述する拡散熱処理時ｌ
こコア導体２に外部から不要な元素か拡散しないように
するために設けられる。また、前記合金層４は電気抵抗
の高いＣｕ−Ｎ　ｉ合金あるいはＣｕ−Ｓｎ合金などか
らなるしのである。

なお、前記コア導体２の外方に拡散防止層３と合金層４
を形成するには、コア導体ｌの外方にメツキ処理を施す
か、あるいは、コア導体１の外方に前記材料からなるテ
ープあるいは箔などを被けて伸線加工するなどの手段に
より容易に形成することができる。

次に前記安定化導体１の外方に撚線化して設けられる複
合素線を用意する。この例では、複合素線としてＳｎメ
ツキされたインサイデユー線を用いる。インサイデユー
線は、所定成分のＣｕ−Ｎ　ｂ合金あるいはＣｕ−Ｎ　
ｂ−５ｎ合金などを溶製して得られた第２図に示すイン
ザイヂ二一インゴット６を線引加工することにより作成
される。前記インサイチュ−インゴット６は、Ｃｕある
い（よＣｕ−Ｓ　ｎ製の金属基地の内部に、Ｎｂからな
る無数の樹枝状晶が分散された構造をなずもので、この
インサイデユーインゴット６を線引加工することで金属
基地内に繊維状のＮｂフィラメントが分散された構造の
第３図に示すインサイデユー線７を得ることができる。

次にこのインサイデユー線７の外周面にメツキ無理によ
ってＳｎの被ｍｖａを形成して第４図に示すメツキイン
サイチュ−Ｊｌ；１（複合ｌｆ：線）８を形成する。　
このメツキインサイデユー線８を用意したならば、メツ
キインサイチュ−線８を複数本用意してこれらを６７１
記安定化導体Ｉの外方に１＠棹化して設けることにより
第５図に示すような断面構造の１次撚綜導体ＩＯを得る
。

１次撚線導体１０を作成したならば、この１次撚線導体
１０を１８０〜４５０℃の温度に所定時間加熱する低温
熱処理を施して被覆層の元素をインサイデユー線７の内
部に拡散させる。この低温熱処理において、Ｓｎの融点
（２３１，９℃）以上ノ温度に最初から加熱するとＳｎ
の被覆層がインサイチュ−線７から溶は落ちるので、低
温熱処理においては、Ｓｎの融点よりも低い温度で、か
つ、Ｓ１１の拡散が進行し易い温度、即ち、１８０〜２
２０℃程度の温度で１次加熱処理を数時間〜数十時間行
って被覆層のＳｎをインサイチュ−線７の内部に十分に
拡散させて被覆層を消失させることが好ましい。この後
に３００〜４５０℃程度の温度で数時間〜数十時間の熱
処理を行ってＳｎの拡散を促進するとともに、インサイ
チュ−線７内におけるＣｕとＳｎの不要な化合物相の生
成を抑制してインサイチュ−線７の金属基地を安定なＣ
ｕ−８員合金相とする。なお、前記低温熱処理において
、４５０℃より高い温度で熱処理すると、ＳｎとＮｂの
拡散反応が進行してＮｂ５Ｓｎが生成し始め、インサイ
チュ−線７の加工性が低下するので好ましくない。

次に低温熱処理を行った１次撚線導体１０を更に複数本
集合し、撚線化して第６図に示す２次撚線導体ＩＩを作
成する。この２次撚線導体１１を作成する場合、前記低
温熱処理により１次ｌ＠線導体９におけるＳｎの被覆層
が消失されてインサイチュ−線７の内部にＳｎが拡散さ
れ、インサイデユー線７が強化されているので、径の小
さなインサイチュ−線７を使用した場合であっても撚線
加工中に断線することはない。

次いでこの２次撚線導体１１を５００〜７００℃に数十
〜数百時間加熱する拡散熱処理を施し、インサイデユー
線７の内部側に拡散させたＳｎとＮｂフィラメントを反
応させ、Ｎ　ｂ３Ｓ　ｎＭ３　’１５導金属間化合物の
フィラメントを生成させることによりインサイデユー線
７を超電導導体９とすることにより、第６図に示ず２次
撚線導体ＩＩと同等の断面構造の２次撚線状の超電導撚
線１２を得ることができる。なお、拡散熱処理時におい
て、合金層４に含汀されているＳｎあるいはＮｉ１また
は、被覆層に含まれているＳｎが安定化導体ｌの内部側
にも拡散しようとするが、拡散防止層３で内部側への拡
散を阻止されるので、純Ｃｕ製のコア導体２がＳｎなど
の不要元素で汚染されることがない。

なお、コア導体２がＳｎで汚染されると極低温における
コア導体２の電気抵抗が上昇してコア導体２の安定化導
体としての性能が低下するので好ましくない。

以上のように製造された超電導撚線は、２次撚線化され
た構造であるために、交流用として安定性が高い。また
、インサイチュ−線７から作成された超電導導体部分と
コア導体２とが高電気抵抗の合金ＪＩ４で遮断されてい
るので超電導導体部分とコア導体２との間に生じようと
する渦電流損失を低減することができる。更に、インサ
イデユーＪＩ７から超電導導体部分を製造しているので
、臨界電流特性に優れ、機械歪を受けても超ｍ導特性の
劣化が少ないなど機械強度の面でも優れている。

従って前記構造の超電導撚線は超電導発電機の界磁巻線
用などとの交流用として好適である。

ところで、前記の例では、２次撚線導体１１を拡散熱処
理したが、１次撚線導体１０に拡散熱処理を施して超電
導金属間化合物を生成させて超電導撚線を製造しても良
いのは勿論である。

なお、前記の例においては、超電導導体部分をインサイ
チュ−線７を用いて形成したが、Ｎｂの芯材にＳｎバイ
ブを披仕て縮径する操作を複数回行って製造した複合多
心線をインサイデユー線７の代用として用いても良いの
は勿論である。

更に前記の例においては、本発明の方法をＮｂ。

Ｓｎ系の超電導撚線の製造方法に適用した例について説
明したが、本発明の方法をＶ、Ｇａ系、Ｎｂ。

Ｇｏ、Ｎｂ＊Δｌなどの化合物系超電導撚線の製造方法
として適用できることは勿論である。

［実施例Ｊ Ｃｕ−４０ｖｔ％Ｎｂの組成をａする棒状のインサイデ
ユーインゴットを溶製し、これに！２造加工と押出加工
と線引加工を施し、更にその外周部に厚さ８μ−のＳｎ
メツキ層を被覆して直径０．２ｇ＋ｉのインサイデユー
線を得た。また、純度９９．９％の無酸素銅製のコア導
体の周囲にＮｂ層とＣｕ−Ｎ　ｉ合金層を被覆してなる
直径１．３１の安定化導体を用意し、この安定化導体の
周囲に前記インサイデユー線を成形撚線化して１次撚線
導体を作成した。

この後Ｎ、ガス雰囲気中において１８０℃で９６時間加
熱した後に、４００℃で４８時間加熱する低温熱処理を
行ってインサイチュ−線の内部にＳｎを拡散させてイン
サイデユー線の一体化を行った。

この後に前記１時撚線導体を第３図に示すように５本用
いて２次撚線化を行い厚さ３　ｓ＋ｓ、幅５ｍｓの２次
撚線導体を得た。この２時撚線導体を！１．！造する場
合、インサイチュ−線の断線は生じなかった。また、こ
の２次撚線導体においては、巻線加工を容易に行うこと
ができた。

前記巻線加工後、５００〜５５０℃に１５０〜２００時
間加熱するＮｂ５Ｓｎ生成用の拡散熱処理を施して高流
用のＮｂ５Ｓｎ超電導撚線を得ることができた。

「発明の効果」 以上説明したように請求項！に記載した発明によれば、
超電導導体とコア導体とが高電気抵抗の合金層で遮断さ
れているので超電導導体とコア導体との間に生じようと
する。ｉｆｉ電流損失を低域することができる。また、
安定化導体の外方に撚線状の超電導導体が設けられてい
るので、導体中心側に超電導導体を設ける構造の従来の
超電導線に比較して交流損失が少ない。

従って１１１求項１に記載した発明の超電導撚線は超電
導発電機の界磁ｙ８線用などとの交流用として好適であ
る。

また、請求項２に記載した発明の方法によれば、線材と
被覆層からなる複合素線を撚線加工する場合、あるいは
、前記複合素線を撚線化した撚線導体を更に撚線加工す
る場合において、撚線加工のｌｉηに低温熱処理によっ
て複合素線と被覆層を一体化して強化してから撚線加工
するので、複合素線あるいは撚線導体を断線させること
なく撚線加工することができる。更にこの発明の方法に
よれば、請求項１に記載した効果を奏する超電導撚線を
製造することができる。

従って超電導発電機の界磁巻線などの交流用として優れ
た超電導撚線を製造中に断線させることなく製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明方法をＮｂ５Ｓｎ径の超電
導撚線の製造方法に適用した一例を説明するためのらの
で、第１図は安定化導体の断面図、第２図はインサイチ
ュ−インゴットの断面図、第３図はインサイデユー線の
断面図、第４図はメツキインサイデユー線の断面図、第
５図は１次撚線導体の断面図、第６図は２次撚線導体の
断面図である。 １・・安定化導体、２・・・コア導体、３・・・拡散防
止層、４・・・合金層、６・・・インザイヂューインゴ
ット、７・・・インサイデユー線、８・・・メツキイン
サイチュ−線（複合素線）、９・・・超電導導体、ＩＯ
・・・１次撚線導体、目！・・・２次撚線導体。 第１図　　　　第２図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）良導電性の金属材料からなるコア導体とこのコア
   導体の外周面を覆って設けられた拡散防止層とこの拡散
   防止層の外周面を覆って設けられた高電気抵抗の合金層
   とから安定化導体が形成され、前記安定化導体の外周に
   、安定化導体より細径の化合物系超電導導体が撚線化さ
   れてなることを特徴とする化合物系超電導撚線。
2. （２）超電導金属間化合物を構成する複数の元素のうち
   、少なくとも１つの元素を含む線材に、前記超電導金属
   間化合物を構成する複数の元素のうち、残りの元素を含
   む被覆層を形成してなる複合素線を用意し、この複合素
   線を撚線化したものを更に集合して撚線化する操作を必
   要回数行って撚線導体を作成し、次いでこの撚線導体に
   、超電導金属間化合物を生成させる拡散熱処理を施して
   超電導撚線を製造する方法において、 前記撚線加工前の複合素線あるいは２回目以降の撚線加
   工を行う前の撚線導体に、超電導金属間化合物を生成さ
   せる拡散熱処理温度よりも低い温度の低温熱処理を施し
   て被覆層の元素を素線内部に拡散させる低温熱処理を行
   い、この低温熱処理の後に更に撚線加工を施し、次いで
   拡散熱処理を施すことを特徴とする化合物系超電導撚線
   の製造方法。