JPH02297809A - 超電導線 - 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、発電機や交流機器などに用いられる交流用
または直流用の超電導線に関するものである。

［従来の技術］ 発電機やトランス等の交流機器の超電導マグネットに用
いられる超電導線においては、交流磁界に対して安定で
あること、すなわち常電導転移しないこと、および変動
磁界に対して交流損失が小さいことが必要とされる。

このような交流用の超電導線に必要な要件を満たすため
には、交流損失を小さくするとともに、安定化材を配置
させることが必要となる。このため、従来の交流用の超
電導線は、以下のような構造を備えている。

■　交流損失のうちの超電導フィラメント内部で発生す
るヒステリシス損失を低下させるため、超電導フィラメ
ントの径を数ミクロンからサブミクロン、すなわち１μ
ｍ以下にしている。

■　交流損失のうちの超電導フィラメント間の結合損失
を低下させるため、ＣｕＮｉ等の高抵抗　　′マトリッ
クス中に超電導フィラメントを配置させている。

■　交流損失のうちの安定化材を通しての結合損失およ
び渦電流損失を低下させるため、安定化材の径を小さく
し、かつこの安定化材を高抵抗マトリックスにより仕切
っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の超電導線では、結合損
失および渦電流損失を低下させる目的で安定化材の径を
小さくするため、安定化材と高抵抗マトリックスとの境
界面の面積が増加し、熱処理を行なった際、高抵抗マト
リックス中の元素が安定化材中に拡散し、安定化材の比
抵抗が増加して、安定化材としての役割を果たさなぐな
るという問題があった。たとえば安定化材としてＣｕを
用い、高抵抗マトリックスとしてＣｕＮｉまたはＣｕＭ
ｎを用いた場合には、熱処理によって、高抵抗マトリッ
クス中のＮｉまたはＭｎが、安定化材であるＣｕ中に拡
散し、ＣＩ４の抵抗を増加させる。

また、超電導フィラメントのまわりに安定化材を設ける
場合には、ヒステリシス損失の低下の目的で超電導フィ
ラメントの径を小さくする必要があり、これとともに超
電導フィラメントのまわりの安定化材との境界面の面積
が増大し、熱処理した際超電導フィラメント中の元素が
安定化材中に拡散し、同様にして安定化材の抵抗を増加
させて、安定化材としての機能が発揮されないという問
題を生じる。たとえば、超電導フィラメントとしてＮｂ
Ｔ　ｉまたはＮｂ、Ｓｎを用いる場合には、熱処理によ
り、ＴｉまたはＳｎが安定化材中に拡散する。

この発明の目的は、このような従来の問題点を解消し、
安定化材中に高抵抗マトリックス中の元素あるいは超電
導フィラメント中の元素が拡散することを防止すること
によって、安定化材および超電導フィラメントの径をよ
り小さくすることを可能にして交流損失の低下を図った
交流用の超電導線を提供することにある。

Ｃ課題を解決するための手段］ この発明の超電導線では、安定化材と高抵抗マトリック
スとの境界領域または安定化材と超電導フィラメントと
の間の境界領域に、拡散バリア層番設けたことを特徴と
している。

拡散バリア層の材質としては、安定化材と反応しない材
質であることは必要であり、安定化材としてＣｕやＡｍ
等を用いる場合には、ＴａやＮｂなどを用いることがで
きる。また、ＮｂおよびＴａは、加工性の面でも優れて
いる。

この発明において、拡散バリア層の厚みは特に限定され
るものではないが、好ましくは１０μｍ以下、さらに好
ましくは１〜５μｍ以下である。

安定化材の径は３００μｍ以下であることが好ましい。

また、安定化材間で安定化材を仕切っている高抵抗マト
リックス層の厚みとしては、１μｍ以上であることが好
ましい。

［発明の作用効果コ この発明の超電導線では、安定化材と高抵抗マトリック
スとの境界領域および／または安定化材と超電導フィラ
メントとの境界領域に拡散バリア層が設けられているた
め、熱処理の際にも安定化材中に高抵抗マトリックスや
超電導フィラメントから元素が拡散して侵入することが
ない。このため、安定化材の本来の役割を十分に発揮さ
せることができ、またこのような安定化材の拡散反応に
よる汚染を防止できることから、安定化材および超電導
フィラメントの径を十分に小さくして交流損失を減少さ
せることができる。

また、安定化材の径を小さくできることから、安定化材
間で安定化材を仕切っている高抵抗マトリックスの厚み
を厚くすることができ、より一層結合損失および渦電流
損失を小さくすることができる。具体的に、発電機用超
電導線としては磁界変動下における交流損失が数１０ｋ
Ｗ／ｍ”以下であることが要求されているが、安定化材
としての銅の径を３００μｍ以下とし、安定化材間の高
抵抗マトリックスの厚みを１μｍ以上とすることにより
、このような要求される特性を達成することができる。

この発明が適用される超電導線としては、ＮｂＴｉやＮ
ｂ、Ｓｎなどの超電導材料を超電導フィラメントとして
用いることができる。たとえば、ＮｂＴｉを超電導フィ
ラメントの材質として用いる場合には、伸線した後、臨
界電流密度を高めるため、４００℃前後の熱処理が必要
である。またＮｂ、Ｓｎの場合には、超電導相を拡散反
応によって形成するため、７００℃前後の熱処理が必要
である。このようないずれの温度の熱処理においても、
ＴａやＮｂは安定化材であるＣｕやＡｆｌ等と反応する
ことはない。

この発明の超電導線では、安定化材との境界領域に拡散
バリア層を設けることによって、熱処理した際に安定化
材が汚染されるのを防止し、安定化材本来の機能を十分
に発揮させることができる。

このため、超電導フィラメントおよび安定化材の径を小
さくして、交流損失の小さな超電導線とすることができ
る。したがって、この発明の超電導−線は、強い変動磁
界を受け、交流損失の小さいことが要求される超電導発
電機の界磁巻線等に有効に用いられる。また、商用周波
数で運転される交流機器に用いられる交流用の超電導線
にも有効に用いられるものである。さらに、強い磁界や
熱による突発的な外部擾乱に対しても安定であるので、
直流用等で用いられるＭＲＩ用超電導線材や、電力貯蔵
超電導マグネット用の超電導線材にも有効に用いられる
ものである。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す断面図である。第
１図に示す超電導線１においては、安定化材を高抵抗マ
トリックス中に配置した中心部２のまわりに、安定化材
を被覆した超電導フィラメントを高抵抗マトリックス中
に配置した外周部３が設けられている。

第２図は、第１図の実施例の外周部３を示す部分拡大断
面図である。第２図に示されるように、この実施例の超
電導線では、超電導フィラメント４と安定化材６との境
界領域に拡散バリア層５を設け、さらに安定化材６と高
抵抗マトリックス８との境界領域に拡散バリア層７を設
けている。

なお、第２図、第３図および第６図では、図示簡略化し
ているが、超電導フィラメントや安定化材は高抵抗マト
リックス中で図示した箇所以外にも均等に分布し配置し
ている。

−第３図は、第１図の実施例の中心部２を示す部分拡大
断面図である。第３図に示されるように、この実施例で
は、断面が六角形状の安定化材１１と高抵抗マトリック
ス１３との境界領域に、拡散バリア層１２が設けられて
いる。

第４図は、この発明の他の実施例を示す断面図であり、
平角成型撚々線の断面構造を示している。

第４図で示すように、この実施例の平角成型撚々線２０
は、９本の撚線２１から構成されている。

第５図は、この撚線２１の断面構造を示す図である。第
５図に示されるように、撚線２１は、中心に位置する線
を含めた４つの素線２２と、３つの素線２３とから構成
されている。素線２２は、第１図に示すような断面構造
を有する線であり、素線２３は、第１図の中心部２に相
当する構造すなわち第３図に示す構造を有する線である
。

実施例１および２ならびに比較例１および２第１図に示
すような構造、すなわち安定化材を高抵抗マトリックス
中に配置した中心部２のまわりに、超電導フィラメント
を高抵抗マトリックス中に配した外周部３を設けた構造
の超電導線を作製した。但し、ここでは、外周部３は、
第６図に示すように超電導フィラメント３１のまわりに
安定化材を設けていない構造の超電導線を作製した。

表１に示すような、超電導フィラメント径、高抵抗マト
リックス金属の材質、中心部の安定化銅の径、この安定
化銅を被覆する拡散バリア層の厚みにして、実施例１お
よび実施例２の超電導線を作製した。また、比較として
、安定化銅のまわりに拡散バリア層を設けない比較例１
および比較例２の超電導線を作製した。

得られた実施例１および２ならびに比較例１および２の
超電導線について、残留抵抗比および、変動磁界中での
安定性を評価した。結果を表１に示す。

安定化銅のまわりを拡散バリア層で覆った実施例１およ
び２の超電導線は、いずれも残留抵抗比が１４０であり
高い値を示した。これに対して、拡散バリア層を設けな
かった比較例１および比較例２では、超電導フィラメン
トの径が小さくなるにつれて、１００．７０となり残留
抵抗比の低下が著しくなった。

変動磁界中での安定性については、拡散バリア層を有す
る実施例１および実施例２の超電導線は、超電導から常
電導への転移が認められず良好であったが、超電導フィ
ラメント径２μｍで拡散バリア層を有しない比較例１は
一部が転移し、やや良好という状態であった。さらに超
電導フィラメント径を０．５μｍまで小さくした比較例
２では、すべてが転移した。この結果、超電導フィラメ
ント径を小さくしても、この発明の超電導線では、安定
性がほとんど低下しないことが認められた。

（以下余白） 表１ 実施例３ならびに比較例３および４ 上記の実施ｆ１１および２と同様な構造を有し、表２に
示すような、超電導フィラメント径、高抵抗マトリック
スの材質、安定化銅の径、拡散バリア層の厚みを有する
超電導線を作製し、残留抵抗比、および変動磁界中での
安定性を測定した。また、交流損失（ｋＷ／ｍ”）を算
出した。これらの結果を、表２に併せて示す。

表２ 比較例３および比較例４から明らかなように、安定化銅
の径を小さくすることにより交流損失を小さくすること
ができるが、残留抵抗比が１４０から１１０と低下し、
安定性が悪くなる。これに対し、この発明に従い、拡散
バリア層を設けた実施例３では、残留抵抗比が比較例３
と同じ＜１４０であり、安定性が良好であった。

以上の結果から明らかなように、この発明に従う実施例
１，２および３は、安定化材の径を小さくしても、残留
抵抗比が変化せず、優れた安定性を示すことが確認され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す断面図である。第
２図は、第１図の実施例の外周部を示す部分拡大断面図
である。第３図は、第１図の実施例の中心部を示す部分
拡大断面図である。第４図は、この発明の他の実施例を
示す断面図である。 第５図は、第４図の実施例の撚線の１つを示す断面図で
ある。第６図は、この発明のさらに他の実施例の外周部
を示す部分拡大断面図である。 図において、１は超電導線、２は中心部、３は外周部、
４は超電導フィラメント、５．　７．　１２は拡散バリ
ア層、６，１１は安定化材、８，１３は高抵抗マトリッ
クスを示す。 第１図 第２図 第６図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）高抵抗マトリックス中に超電導フィラメントおよ
   び安定化材を配置させた超電導線において、 前記安定化材との境界領域に拡散バリア層を設けたこと
   を特徴とする、超電導線。
2. （２）前記拡散バリア層がＮｂまたはＴａである、請求
   項１記載の超電導線。
3. （３）前記安定化材の径が３００μｍ以下である、請求
   項１記載の超電導線。
4. （４）前記安定化材がＣｕまたはＡｌである、請求項１
   記載の超電導線。
5. （５）前記安定化材間で安定化材を仕切っている前記高
   抵抗マトリックスの厚みが１μｍ以上である、請求項１
   記載の超電導線。