JPH0227620A - Ｎｂ↓３Ａｌ系超電導線材の製造方法 - 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、臨界温度と臨界磁界が高いことで知られてい
るＮｂ５Ａｌ系超電導線材の製造方法に関し、特に、超
電導発電機用などとして好適な超電導線材が得られる方
法にする。

「従来の技術」 臨界温度と臨界磁界が高いＮｂ５Ａ＋系の超電導線材を
製造する方法として、従来、第１Ｏ図ないし第１７図を
基に以下に説明する方法が知られている。

まず、第１Ｏ図に示すようにＡｔからなる管体ｌの内部
にＮｂからなる芯材２を挿入して複合体３を作成し、こ
の複合体３を押出加工と線引加工により縮径して第１１
図に示す複合線４を作成する。次にこの複合線４を複数
本集合して第１２図に示すようにＡｌからなる管体５に
挿入し、更に縮径して第１３図に示す２次複合線６を得
る。

次いでこの２次複合線６を第１４図に示すように複数本
集合してＡｔからなる管体７に挿入し、更に縮径加工を
施して第１５図に示す３次複合線８を得る。続いてこの
３次複合線８を第１６図に示すように複数本集合してＮ
ｂあるいはＴａからなる拡散防止管９に挿入し、更にＣ
ｕからなる管体ｌＯに挿入し、更に縮径加工を施して目
的の直径の線材を得、この線材を７００〜１０００℃に
加熱する拡散熱処理を施すことにより第１７図に示すＮ
ｂ、Ａｌ超電導線材１１を得ることができる。

この超電導線材１１は、Ｎｂ、Ａｌ超電導フィラメント
が分散された芯部１２をＴａあるいはＮｂからなる拡散
防止層１３と、Ｃｕからなる安定化母材１ｉ１１４で覆
った構造のものである。

「発明が解決しようとする課題」 前述の製造方法で超電導線材１１を製造する場合、Ｎｂ
からなる芯材２はＮｂより軟質のＡｌ基地に囲まれた状
態で加工され、ＡｌとＮｂの硬度差がかなり大きい関係
から、各複合線４．６．８の集合と縮径を行う複合加工
を繰り返し行うにつれて、縮径されてフィラメント状と
なったＮｂの芯材どうしがＡｌ基地の内部で接近し、接
近した状態で更に縮径加工がなされることによりＮｂフ
ィラメントの変形が不均一になり、不均一なＮｂ３Ａｌ
フイラメントが生成される問題があった。また、Ｎｂ。

Ａｌフィラメントを生成させるために行う拡散熱処理は
、Ａｌの融点（６６０℃）より高い温度に加熱（−て行
うので、拡散熱処理時に溶融状態のＡｔ内でＮｂフィラ
メントどうしが接近する現象が生じてＮｂフィラメント
の配置状態が不均一になり、結果的にＮｂ、Ａｌフィラ
メントの配置状態も不均一になる問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
形状が整った超電導フィラメントを均一に分散配置させ
ることができるとともに、線材内のＮｂとＡｌの割合を
自由に制御することができ、加工ら容易になすことがで
きるＮｂ＋Ａｌ系超電導系材電導線材法を提供すること
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、溝部あるいは透孔
などの収納部を長さ方向に形成したＮｂ母材を用意し、
前記収納部に、ＡｇとＳｊとＧａとＧｅの中から選択さ
れる１種以上の元素を含有するＡｌ合金あるいは純Ａｌ
からなる芯材を挿入して複合体を作成し、この複合体を
複数本集合した後に縮径加工を施して素線を形成し、こ
の素線に拡散熱処理を施してＮｂｆｆＡｌ超電導金属間
化合物を生成させるものである。

「作用」 Ａｌより硬度の高いＮｂ母材にＡｔ芯材を複合して縮径
するために、Ｎｂ母材の収納部に挿入されたＡｔ芯材ど
うしが複合加工中に接近することがなくなり、複合加工
時にＡｔ芯材が均一に縮径される。拡散熱処理時に溶融
状態となるＡｌフィラメントは拡散熱処理時に溶融しな
いＮｂフィラメントの収納部に収納されているために、
Ａｌフィラメントどうしの間隔は所定の間隔に維持され
、結果的にＮｂ５Ａ！フイラメントの間隔も均一になる
。

「実施例」 第１図ないし第８図は、本発明の一実施例を説明するた
めのもので、超電導線材を製造するには、第１図に示す
Ｎｂからなるロッド状の母材２０を用意し、この母材２
０の外周に母材２０の長さ方向に沿って１つ以上の溝部
（収納部）２１を形成する。続いて各溝部２１に純Ａｌ
からなる芯材２２を第２図に示すように挿入して複合体
２３を作成する。なお、芯材２２を構成する材料は、Ａ
ｇ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅの中から選択される１１１以上を
Ａｌに添加してなるＡｌ合金を用いても良い。これらの
元素は、ＮｂａＡ、ｌの高磁界域での臨界電流特性を改
善する元素として知られているもので、これらの元素を
添加すると、後述する拡散熱処理によって生じるＮｂ５
Ａｔ超電導フイラメントの高磁界域での臨界電流特性を
向上させることができる。

次に前記複合体２３にＮｂからなる管体２４を第３図に
示すように被せ、その外側に、純ＣｕあるいはＣｕ−Ｎ
ｉ合金またはＣｕ−Ｂ　ｅ合金などからなる管体２５を
被せ、更に縮径加工を施して第５図に示す複合線２６を
作成する。

次にこの複合線２６を第６図に示すように複数本集合し
た後にＴａあるいはＮｂからなる拡散防止管２７に挿入
し、更にその外側に純Ｃｕからなる管体２８を被せて２
次複合体３０を得る。次いでこの２次複合体３０を目的
の超電導線と同等の直径になるまで縮径加工を施して第
７図に示す線材３１を得る。この線材３１は、Ａｌフィ
ラメントをＮｂからなる基地の内部に配置した構造の芯
部３２と、この芯部３２を覆う拡散防止層３３と安定化
層３４とから構成されている。なお、前記芯部３２の内
部のＮｂ基地は第４図に示す管体２５を縮径して形成さ
れた境界層により複数（この実施例の場合は７つ）に仕
切られている。この素線３１にあっては、Ａｔより硬度
の高いＮｂからなる母材２０にＡｌ芯材２２を複合した
後に縮径加工を繰り返し行って作成されているために、
縮径加工後らＡｌフィラメントの相互の間隔は均一に保
たれている。

次にこの素線３１を７００〜１０００℃に加熱する拡散
熱処理を施してＡｌフィラメントのＡｌを拡散させて周
囲のＮｂと反応させ、Ｎｂ３Ａｌ超電導金属間化合物フ
ィラメントを生成させることにより第８図に示す超電導
線材Ｂを得ることができる。

以上のように製造された超電導線材ＢはＡｌフィラメン
トが均一に配置された素線３１に拡散熱処理を施して製
造されているために、Ｎｂ３Ａｌ超電導フイラメントも
均一に配置されている。従って特性の優れた超電導線材
Ｂが得られる。

また、生成されたＮｂｆｆＡｌ超電導フィラメントはＮ
ｂからなる基地の内部に分散されているが、このＮｂ基
地は管体２５を構成する材料を加工して形成された境界
層により複数に区分されている。

従って管体２５を構成する材料にＣｕ−Ｎ　ｉ合金ある
いはＣｕ−Ｂ　ｅ合金などの高抵抗金属材料を用いた場
合は、これらの合金からなる境界層が超電導フィラメン
ト間に生じようとする結合電流を抑制するので交流損失
の少ない超電導線材Ｂを得ることができる。更にまた、
芯材２２を構成する材料にＡｇ、Ｓ　ｉ、Ｇａ、Ｇｅの
中の１種以上の元素を添加したＡｌ合金を用いた場合は
、Ｎｂ１Ａｌフイラメントの高磁界域の臨界電流特性を
向上させることができる効果がある。なお、前述の方法
で超電導線材Ｂを製造する場合、母材２０に形成するＷ
１ｔ２１の大きさと数を適宜調節してそこに挿入する芯
材２２の大きさと本数を変更するならば、素線３１に含
まれるＡｌとＮｂの比率を変更できるので、所望量のＮ
ｂ、Ａｌを生成させることができ、所望の特性の超電導
線材Ｂを製造することができる。

以上説明したように製造された超電導線材Ｂは、高磁界
域での臨界電流特性に優れ、しかも、硬度の高いＮｂ基
地の内部に均一に加工されたＮｂ１Ａｌ超電導フイラメ
ントが均一に分散した構造となっているので、機械強度
も高い。従ってこの超電導線材Ｂは、超電導発電機など
の交流用としても十分使用に耐えるものである。

なお、前記実施例では、Ｎｂの母材２０に形成する収納
部として溝部２１を形成した例について説明したが、第
９図に示すようにＮｂの母材２０゜に透孔２１ａを１つ
以上（この例では３つ）形成し、各透孔２１ａにＡｌか
らなる芯材２２を挿入した後に縮径加工を行って超電導
線材を製造しても差し支えない。ただし、母材２０°に
透孔２１ａを形成する方法では、母材２０°の直径が小
さい場合は実施できない場合がある。この点において前
述のようにロッド状の母材２０にＷＩｔ２１を形成して
芯材２２を挿入する方法で複合を行うと、母材２０が１
０ｍｍ以下の細径のものであっても容易に実施すること
ができる。なお、透孔２１ａを形成して芯材２２の複合
を行う場合は、母材２０′の直径が大きなものを使用す
ると実施可能であるが、その場合は縮径加工に熱間押出
加工を行う必要が生じる。この点において母材２０に溝
２Ｉを形成する方法で細径の母材２０から出発するなら
ば、冷間加工のみで縮径加工が可能である。

なおまた、前記実施例においては、複合線２６を集合す
る工程を１回のみ行う例について説明したが、複合線２
６を複数本集合し、縮径して線材化した後に、更にこの
線材を複数本集合する工程を１回以上行っても差し支え
ない。

「製造例」 直径７．Ｏｍｍのロッド状のＮｂ母材の外周に切削加工
により９０°間隔で深さ２．２ｍｍの断面Ｕ字型の溝を
Ｎｂ母材の全長にわたり４本形成した。

次にＮｂ母材の谷溝にＡ　ｉ３　ａｔ％Ａｇ合金からな
る直径２，０■の丸線状の芯材を挿入し、更に全体を外
径１０ｍ５．内径８ｍｍのＮｂ管に挿入し、更にその外
方に、Ｃｕ−１０％Ｎｉ合金からなる外径１５ＩＩＩ１
１１内径１２ｍｍの管体を被せ、伸線加工を行って直径
１．０ｍｍの複合線を得た。次いでこの複合線を９１本
束ね、外径１３ｍｍ、内径１２＋ａのＣｕ−１０％Ｎｉ
合金からなる管体に挿入した後に縮径して直径１．０ｍ
ｍの素線を作成した。次にこの素線を９１本束ねて外径
１３１１１１１１％内径１２ｍｍのＣｕ１０％Ｎｉ合金
製の管に挿入し、更にその外周に、外径１５ｍｍ、内径
１４ｍ＋ｍのＮｂ管を被せ、更に外径２０＋＋＋ｎ＋、
内径１６ｍｍの無酸素鋼管を被せて伸線加工を行い、直
径０　、５　ｍｍの素線を得た。

得られた素線をＡｒガス気流雰囲気中において７５０℃
で２４時間加熱する拡散熱処理を施してＮｂ、Ａｌ超電
導金属間化合物プイラメントを生成させて超電導線材を
得た。

この超電導線材の超電導特性を測定したところ、１０Ｔ
の磁界中、４．２Ｋにおいて、臨界電流密度Ｊ　ｃ＝　
１．５　Ｘ　１０　’Ａ／ａｍ″の優秀な値を発揮した
。また、この超電導線材は臨界温度Ｔｃ＝１７にの優秀
な値を発揮した。更にこの超電導線材の内部をＸ線回折
法で調査したところ、Ａｌ５型Ｎｂ５Ａｌ超電導化合物
フィラメントが生成されていることを確認できた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、Ａｌより硬度の高いＮｂ
母材にＡｌまたはＡｌ合金芯材を複合して縮径するため
に、Ｎｂ母材の収納部に挿入された芯材どうしが複合加
工中に接近することがなくなり、複合加工時に芯材を均
一に縮径することができる。従って拡散熱処理を施すこ
とによって均一に変形されたＮｂ５Ａ＋超電導フイラメ
ントを生成できる効果がある。また、拡散熱処理時にお
いて溶融状態となるＡｌまたはＡｌ合金フィラメントは
拡散熱処理時に溶融しないＮｂフィラメントに収納され
ているために、Ｎｂ３Ａｌフィラメントどうしの間隔は
所定の間隔に維持される。従って均一に分散されたＮｂ
３Ａｌ超電導フイラメントを有する長尺かつ均一な超電
導線材を製造できる効果がある。また、Ｎｂ母材に形成
する収納部の数と大きさを所望の値にすることによって
ＮｂとＡｌの比率を自由な値に調節することができるの
で、Ｎｂ５Ａｌの生成量を制御できる効果がある。更に
、Ａｔより硬度の高いＮｂ基地の内部にＮｂ３Ａｌ超電
導フィラメントを分散させた機械的強度の高い超電導線
材を製造することができる。従ってこの発明を実施する
ことにより、超電導発電機用などとして好適な機械強度
の高い超電導特性の優れた超電導線材を得ることができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は、本発明の一実施例を説明するた
めのもので、第１図はＮｂ母材の断面図、第２図は収納
部を形成したＮｂ母材にＡｌ芯材を収納した状態を示す
断面図、第３図はＮｂ母材にＮｂ管を被覆した状態を示
す断面図、第４図はＮｂ管に金属管を被せた状態を示す
断面図、第５図は複合線の断面図、第６図は複合線の集
合状態を示す断面図、第７図は線材の断面図、第８図は
超電導線材の断面図、第９図はＮｂ母材の他の例を示す
断面図、第１０図ないし第１７図は従来例を説明するた
めのもので、第１０図は複合線の断面図、第１１図は縮
径後の複合線を示す断面図、第１２図は複合線の集合状
態を示す断面図、第１３図は２次複合線の断面図、第１
４図は２次複合線の集合状態を示す断面図、第１５図は
３次複合線の断面図、第１６図は３次複合線の集合状態
を示す断面図、第１７図は超電導線材の断面図である。 ０・・・Ｎｂ母材、２１・・・溝部（収納部）、２・・
・芯材、２３・・・複合体、３１・・・素線、２・・・
芯部、３３・・・拡散防止層、４・・・安定化層、２０
′・・・Ｎｂ母材、１ａ・・・透孔（収納部）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溝部あるいは透孔などの収納部を長さ方向に形成した長
   尺のＮｂ母材を用意し、前記収納部に、ＡｇとＳｉとＧ
   ａとＧｅの中から選択される１種以上の元素を含有する
   Ａｌ合金あるいは純Ａｌからなる芯材を挿入して複合体
   を作成し、この複合体を複数本集合した後に縮径加工を
   施して素線を形成し、次いでこの素線に拡散熱処理を施
   してＮｂ＿３Ａｌ超電導金属間化合物を生成させること
   を特徴とするＮｂ＿３Ａｌ系超電導線材の製造方法。