JPH02213010A - 化合物系超電導撚線の製造方法 - Google Patents

化合物系超電導撚線の製造方法

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JPH02213010A
JPH02213010A JP1033473A JP3347389A JPH02213010A JP H02213010 A JPH02213010 A JP H02213010A JP 1033473 A JP1033473 A JP 1033473A JP 3347389 A JP3347389 A JP 3347389A JP H02213010 A JPH02213010 A JP H02213010A
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優 杉本
Kenji Goto
謙二 後藤
Masayoshi Tange
雅善 丹下
Tsukasa Kono
河野 宰
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CHIYOUDENDOU HATSUDEN KANREN KIKI ZAIRYO GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

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】 「I!!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子離束線の連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電導線に部
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、Cu−Ni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。
「発明が解決しようとする課題」 以上のような背景から、従来、交流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か、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?!!機等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策と通電時の交流1m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、NbjSn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。
なお、化合物系超電導線において、超電導金属間化合物
を構成する複数の元素を含み、拡散熱処理を施すことに
より超電導線となる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知られている。
従ってこの方法を超電導発電機用の超電導撚線の製造方
法に適用することが検討されているが、前述した如く撚
線状に形成する超電導線にあっては、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0りの加工可能な複合素線の状態であっても、
撚線の外周部には凹凸があり、撚線加工を繰り返す場合
に撚線の外周部が損傷し易いなどの理由から、成形性に
問題があり、撚線加工中に断線するなどのトラブルを生
じるおそれがある。また、撚線加工された状態の超電導
線は撚線間に空隙があって安定性が悪く、剛性不足な問
題があった。
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、剛
性が高いとともに、撚線間の空隙が少く、超電導発電機
用などの交流用として優れた構造の化合物超電導撚線を
製造する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」 本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を含み、拡散熱処理を施すこと
により超電導導体となる複合素線を用意するとともに、
良導本生の安定化導体を用意し、前記安定化導体の外周
に前記複合素線を撚線化して安定化導体の外方に撚線導
体部を設けた複合導体を形成し、この後に前記複合導体
に塑性加工を施して撚線導体部を変形さけ、複合素線間
の空隙を閉塞して圧密撚線導体部を形成し、この後に拡
散熱処理を施して圧密撚線導体部に超電導金属■■化合
物を生成させるものである。
「作用 」 安定化導体の外方に撚線化して設けた複合素線を塑性加
工により圧密するので撚線化された複合素線間に存在す
る空隙が閉塞され、撚線化部分の剛性が向上するととも
に、撚線化された複合素線の外周部の凹凸が滑らかにさ
れるので加工性も向上する。また、複合素線を拡散熱処
理nJに撚線加工するので、撚線加工が容易にできる。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
第1図ないし第7図は本発明の方法をNb、Sn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1を用意する。
この安定化導体1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の外周部を被覆して設けられた合
金層4とから構成されている。前記拡散防止層3はコア
導体2を#M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にコア導体
2に外部から不要な元素が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lの外方に前記材料からなるテ
ープあるいは箔などを披せ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l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チコー線を用いる。インサイチュ−
線を得るには、所定成分のCu−N b合金あるいはC
u−N b−S n合金などを溶製して第2図に示すイ
ンサイチュ−インゴット6を作成し、このインサイデユ
ーインゴット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あるいはCu
−8n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すもので、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
インサイチユー綜7を得ることができる。
次にこのインサイチュ−線7の外周面にメツキ処理によ
ってSnの被覆層を形成して第8図に示すメッキインザ
イヂュー線(複合素線)8を形成する。 このメツキイ
ンサイチュ−線8を用意したならば、メッキインザイヂ
ュー線8を複数本用意してこれらを前記安定化導体1の
外方に撚線化して設けることにより、第5図に示す如く
、安定化導体1の外方に撚線導体部9を設けた1次複合
導体IOを得る。
1次複合導体10を作成したならば、この1次複合導体
10を180〜450℃の温度に所定時間加熱する低温
熱処理を施し、メツキインサイチュ−線8の外面に形成
されている被覆層のSnをメッキインザイチュー線8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℃)以上の温度に最初から加熱するとS
n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、Sn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の拡散を更に促進するとともに、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Cu−Sn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。
次に低温熱処理後の1次複合導体10をダイス引きある
いは溝ロール加工などの塑性加工法により圧密し、撚線
導体部9を断面略矩形状に変形させて撚線導体部9に存
在する空隙を閉塞し、第6図に示すように圧密された圧
密撚線導体部IIを有する線材12を形成する。この線
材12を作成する場合においては、既にH記低温熱処理
により、メッキインザイチュー線8における被覆層のS
nが消失されてインザイチュー線7の内部に拡散され、
インザイヂュー綜7が強化されているので、径の小さな
インザイヂュー線7を使用した場合であっても塑性加工
中に断線することはない。
次に線材!2を更に複数本集合し、撚線化して第7図に
示す2次撚線導体13を作成する。この2次撚線導体1
3を作成する場合において、撚線導体部9が既に圧密さ
れて・圧密撚線導体部11となって剛性が向上している
ために、加工中にこの部分が断線することはない。
次いで2次撚線導体I3を500〜700℃に数十〜数
百時間加熱する拡散熱処理を施し、インザイチュー線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 b* S n超電導金属間化合物のフィラメン
トを生成させて第7図に示す2次撚線構造の超電導撚線
を得ることができる。なお、前記拡散熱処理時において
、合金層4に含有されているSnあるいはNiが安定化
導体Iの内部側にも拡散しようとするが、拡散防止B3
で内部側への拡散を阻止されるので、純銅、vJ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。
コア導体2がSnなどの元素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、塑性加工により
撚a部分が圧密されているために、剛性が高く、しから
撚線部分の外周部が円滑になっている。更に、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も高い
。また、インサイデユー線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層4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。しがら
、インサイチュ−17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電導
特性の劣化が少ないなど機械強度の而でも優れている。
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。
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
ブを被せて縮径する操作を複数回行って製造した複合多
心線をインサイチュ−線7の代用として用いても良いの
は勿論である。
また、前記の例では、2次撚線導体I3を拡散熱処理し
て超電導撚線としたか、1次撚線導体!0を拡散熱処理
して超電導撚線を形成してし良い。
更に、前記の例においては、本発明方法をNi1tSn
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 s G a系、N[)3Ce
%Nb5A、1などの化合物系超電導!@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−4(lvL%Nbの組成を有する棒状のインサイ
チュ−インゴットを溶製し、これに鍛造加工と押出加工
と線引加工を施し、更にその外周面Iこ厚さ8μ鑑のS
nメツキ層を被覆して直径0.2tmのインサイチュ−
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NbJiJとCu−Ni合金層を被覆してな
る直径1.3mg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
複合導体を作成し)こ 。
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
ってインサイデユー線の内部にSnを拡散さけてインサ
イデユー線の一体化を行った。続いてこの1次複合導体
にダイスを用いた線引加工により塑性加工を施して外周
部の撚線部分を圧密して圧密導体部を形成する。この際
、インサイチュ−線の断線は生じなかった。
この後に前記1次複合導体を第7図に示すように7本用
いて2次撚線化を行い、厚さ3a+s、幅5−一の2次
撚綜導体を得た。この2次撚tfA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”Cに150〜200
時間加熱するN bs S n生成用の拡散熱処理を施
して高流用のNb、Sn超電導l@線を得ることができ
た。
「発明の効果J 以上説明したように本発明の方法は、安定化導体の外方
に撚線化して設けた撚線導体部を塑性加工により圧密す
るので撚線導体1!IKfこ存在する空隙を閉塞するこ
とができ、撚線部分の剛性を向上さUoることかできる
とともに、撚線導体部の外周部に存在する凹凸を滑らか
にできるので加工性を向上させることができる。また、
複合素線を拡散熱処理する前に撚線加工するので、断線
などのトラブルを起こすことなく撚線加工が容易にでき
る。
従って本発明方法により、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することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第7図は本発明をN bz S n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も
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図はインサイチュ−線
の断面図、第4図はメツキインサイチュ−線の断面図、
第5図は1次複合導体の断面図、第6図は圧密撚線導体
の断面図、第7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・・・インサイチュ−線、8・・・メツキイ
ンサイチュ−線(複合素線)、9・・・撚線導体部、l
O・・・1次複合導体、11・・・圧密撚線導体部、1
2・・・線材、13・・2次撚線導体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 超電導金属間化合物を構成する複数の元素を含み、拡散
    熱処理を施すことにより超電導導体となる複合素線を用
    意するとともに、良導電性の安定化導体を用意し、前記
    安定化導体の外周に前記複合素線を撚線化して安定化導
    体の外方に撚線導体部を設けた複合導体を形成し、この
    後に前記複合導体に塑性加工を施して撚線導体部を変形
    させ、複合素線間の空隙を閉塞して圧密撚線導体部を形
    成し、この後に拡散熱処理を施して前記圧密撚線導体部
    に超電導金属間化合物を生成させることを特徴とする化
    合物系超電導撚線の製造方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54119681A (en) * 1978-03-09 1979-09-17 Showa Electric Wire & Cable Co Method of producing super conductor
JPS6039705A (ja) * 1983-08-15 1985-03-01 日本原子力研究所 アルミニウム安定化超電導導体
JPS60250506A (ja) * 1984-05-28 1985-12-11 株式会社東芝 化合物系超電導線材

Patent Citations (3)

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