JPH03101013A - 銅安定化Ｎｂ―Ｔｉ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〕 本発明は銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の製造方法に係り
、特に高銅比のＮｂ−Ｔｉ超電導線の長尺安定製造を可
能とする方法に関するものである。

〔従来の技術とその課題〕

超電導発電、ＭＨＩ、粒子加速器等に用いられる超電導
線としては、従来から銅マトリツクス中にＮｂ−Ｔｉ合
金フィラメントを多数理め込んだ銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超
電導線が多用されてきた。

この超電導線において、熱的、電気的および磁気的な安
定性を保証する安定化銅の役割は重要であり、近年の超
電導マグネットの大型大電流化に伴って、安定化銅とＮ
ｂ−Ｔｉ合金フィラメントの断面積比の大きい、すなわ
ち高銅比のＮｂ−Ｔｉ超電導線の需要が増加してきてい
る。

一方、超電導マグネットの特性向上のために、Ｎｂ−Ｔ
ｉ合金フィラメントの細径多芯化が同時に進められてお
り、例えばＮｂ−Ｔｉフィラメント径が３０−一以下で
２０００〜６０００本埋め込まれた銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ
超電導線もめずらしくなくなっている、また、超電導線
の接続部における永久電流の減衰を低減するためには、
できるかぎり超電導線は長尺であることが望ましく、極
細多芯の高銅比安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の長尺安定製
造技術の開発が強く希求されていた。

ところで、超電導線の製造方法としては、通常、中空の
銅ビレットの中にＮｂ−Ｔｉ合金棒を挿入し、これを熱
間押出しした後冷間加工して製造した銅被覆Ｎｂ−Ｔｌ
合金線を整直、定尺切断し、これを多数本束ねて中空の
銅ビレットに挿入、稠密に充填し、この複合ビレットを
再び熱間押出ししたものを母線として、これを冷間加工
と中間熱処理を繰り返して所定のサイズに仕上げるとい
う方法が採られていた。

この方法で製造された銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線（３
１）は、安定化銅（３３）の銅比が大きい場合、第４図
の様な断面構造を呈し、冷間加工時に作用する引張応力
成分の影響によってＮｂ−Ｔｉフイラメン）　（３２）
の断線が多発し、超電導特性（特に臨界電流値）が低下
するという問題があった。なお、上記の引張応力成分は
銅比が大きいほど、線材の中心部はど大きいということ
が各種の解析か線が多発し、中心部に断線が集中してい
るという観察結果からも確認されている。

このような塑性加工上の問題から、例えば特公昭５８−
５８７６５号公報に記載されている様に、中心部に超電
導特性に劣るが加工性に優れたフィラメントを設け、周
辺部には加工性に劣るが超電導特性に優れたフィラメン
トを設けるという方法が開発された。ただし、このよう
な方法では加工性と超電導特性の両者が共に犠牲になっ
ており、好ましい方法とは言い難い状況であった。

そのため、一般には、第５図に示すようなドーナツ状に
Ｎｂ−Ｔｉフィラメント（３２）を配置した銅安定化Ｎ
ｂ−Ｔｉ超電導線（３４）、あるいは、第６図に示すよ
うに異形銅線（３５）の凹部に予め細線５ｎ−Ｐｂ合金
）で固めた銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線（３８）が用い
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第４図の断面構造を有する銅安定化Ｎｂ
−Ｔｉ超電導線ばかりでなく、第５図および第６図の断
面構造を有する銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線にも長尺で
安定した品質を得るためには種々の問題点があった。す
なわち、第５図の構造を有する銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電
導線では、ビレットの組立てが複雑で高度の技術が必要
であると共に、安定化銅（３３）とＮｂ−Ｔｉフィラメ
ント（３２）部の不連続部が２カ所に増え、不連続部の
応力不均一によってフィラメント断線が誘発されるとい
う問題も発生することがあった。また、第６図のものは
塑性加工上の問題は解決されるが、断面が平角形状に限
定され普遍性が小さいこと、凹状の異形銅線（３５）の
加工のためのコストがかさむこと、更には、低融点金属
（３６）で一種化する際の熱で安定化銅（３３）が軟化
し機械的強度が低下することなどの問題があった。また
、絶縁被覆として、エナメル被膜やプラスチック材料な
どの高温で被覆する必要のあるものは低融点金属が溶け
てしまうので使用できないという欠点もあった。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明は上記の
点に鑑み鋭意検討の結果なされたものであり、その目的
とするところは、極細多芯の高銅比銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ
ＭＡ電導線を、Ｎｂ−Ｔｉフィラメントの断線を防止し
て、任意の銅比の、任意の形状に長尺安定に製造できる
方法を提供することにある。

即ち本発明は、Ｎｂ−Ｔｉフィラメントの平均直径が３
０−以下で、かつ銅比Ｒ（銅とＮｂ−Ｔｉの断面積比）
が１．５以上の銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の製造方法
において、表面を活性化した銅比１．０以下の低銅比銅
安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の周囲に、表面を活性化した
銅テープを縦添え状態に供給すると共に円筒状に成形被
覆し、該銅テープの突合わせ部を溶接した後減径加工し
て低銅比銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線と銅テープを機械
的に密着させ、しかる後、減面率としてＲは銅安定化Ｎ
ｂ−Ｔｉ超電導線の銅比）以下の伸線加工を施すことを
特徴とする銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の製造方法であ
る。ここで、Ｒは銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の銅比で
ある。

本発明において、超電導線と銅テープの表面を機械的研
磨、化学的研磨等により活性化するのは、該銅テープを
円筒状に成形して両者を嵌合し伸線する過程で機械的に
密着することを期待するからであり、表面が酸化してい
たり油分が残っていたりすると、銅テープと超電導線の
間ですべりが生じ、伸線加工の際に断線が発生する。

また、銅テープと超電導線を嵌合後、減面率が線加工を
施すとしたのは、これを超える減面率の加工を施すとや
はりＮｂ−Ｔｉフィラメントの断線が顕著になるためで
、特性の劣化として現れる。

なお、減面率は機械的密着を保証するために４０％以上
であることが望ましい。また、伸線加工の途中で５００
℃以下の温度で熱処理を加えると銅テープと超電導線の
密着度が高まるので好ましい。

本発明においては、伸線性が良好なＣｕ比１以下の状態
で細線まで加工し、仕上げ寸法に近いところで銅を被覆
して銅比を例えば１．５以上に高めるので断線トラブル
が無くなる。また、被覆する銅テープの厚さを変えるこ
とによって、自由に銅比を変えられるという利点がある
。また、従来は線材１本の重量が１本のビレット分に制
約されていたが、本発明によれば、後で銅を被覆するの
で、銅比の大きいものでは従来の数倍に単重が増加し、
条長も長いものが得られるという利点もある。

なお、本発明の製造方法がＮｂ−Ｔｉフィラメントの平
均直径が３０−以下でかつ銅比が１．５以上の銅安定化
Ｎｂ−Ｔｉ超電導線を対象にしているのは、Ｎｂ−Ｔｉ
フィラメントの断線による超電導特性の劣化が上記対象
において問題になっているからで、仕上げ寸法において
３０ＪＭを超える直径のＮｂ−Ｔｉフィラメントの超電
導線であったり、銅比が１以下の超電導線ではその減面
加工は容易でＮｂ−Ｔｉフィラメント断線は問題になっ
ていない。

〔実施例〕

以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

実施例１ 第１図は本実施例に用いた銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線
の製造装置の説明図である。銅比が１．０以下の低銅比
銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線（２０）を供給装置（１）
から送り出し、例えば硫酸と過酸化水素水の混合水溶液
からなる化学研磨装置（２）を通して、表面のゴミ、酸
化皮膜を除去、溶解し、その後洗浄装置（３）と乾燥装
置（４）を通ってパイプ成形装置（７）に導かれる。一
方、銅テープ供給装置（５）から送り出された銅テープ
（２１）は、例えばブラシロールのような機械研磨装置
（６）によって表面を研磨活性化した後、超電導線（２
０）に縦添え状態にしてパイプ成形装置（７）に導き、
超電導線（２０）を包み込むようにパイプ状に成形され
、その付き合わせ部を溶接装置（８）によって溶接する
。その後、穴ダイスから成る嵌合ダイス（９）を通して
銅テープ（２１）と超電導線（２０）を密着させて銅比
１．５以上の高銅比銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線（２２
）として、引取装置（１０）を経て巻取袋！（１１）に
巻取られる。その後、通常の伸線装置（図示せず）によ
って Ｒは銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の銅比）以下の減面率
の伸線加工を施すが、この伸線加工は先の被覆ラインと
連続的に行っても構わず、むしろその方が効率的でコス
トダウンとなる。第２図（ａ）〜（ｄ）は、この工程に
おける断面図であり、第２図（ａ）は嵌合ダイス（９）
に入る前、第２図（ｂ）は嵌合ダイスを通って超電導線
（２０）と銅テープ（２１）が密着して安定化銅（２３
）が形成された状態、第２図（Ｃ）と（ｄ）は伸線加工
された後の断面図である。

次に本発明方法により製造した試料について説明する。

まず、中空の銅ビレットに銅被覆ＮｂＴｉ線を挿入した
複合ビレットを熱間押出し、その後引抜きと熱処理を繰
り返して銅比が０．８、Ｎｂ−Ｔｉフィラメント（２４
）数が２５００本、フィラメン）　（２４）平均直径が
２５−の直径４．５ｍｍの低銅比銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超
電導線（２０）を作製した。この低銅比銅安定化Ｎｂ−
Ｔｉ超電導線（２０）を芯線として、第１図に示す製造
装置を用いて種々の厚さの銅テープ（２１）をパイプ状
に成形被覆嵌合し直径５．３　ａｉ、　　６．Ｏａｌｍ
、７．５ｍ、９ｍｍ＋の高銅比銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電
導線を得た。それぞれの銅比は、１．５．２．２．４．
０．６．２である。次に、これを母線として種々のサイ
ズに引抜き、フィラメント断線の有無を観察した。観察
はＨＮ　Ｏ，に浸漬して銅を溶解して、Ｎｂ−Ｔｉフィ
ラメントを直接観察すると同時に、顕微鏡によって局部
的なくびれの発生の有無も調べた。その結果を第３図に
示す。

第３図の結果から明らかなように、銅テープを嵌合後の
伸線減面率γが、銅比をＲとした時、凹円ではＮｂ−Ｔ
ｉフィラメント（２４）は健全であり、それを超えると
フィラメント（２４）の断線もしくは局部的なくびれが
発生していた。なお、銅テープ（２１）を被覆しない銅
比が０．８の超電導線は、計算される減面率以上の加工
を施しても、フィラメント断線は発生しなかった。理由
は不明であるが、銅比が１〜１．５の間で不連続点があ
るものと思われる。

実施例２ 実施例１で作製したφ６．０（銅比２．２）の銅安定化
Ｎｂ−Ｔｉ超電導線を母材として、これを伸線して１．
０　ｍＸ　２．Ｏｍｍの平角線とした。また、比較例と
して、従来から行われてきたと同様、第４図および第５
図に示した断面の銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線を熱間押
出しおよび伸線、熱処理を繰り返しする方法で製造した
。第５図のドーナツ型の超電導線については、安定化銅
の配分を芯に０．８、Ｎｂ−Ｔｉ合金線の被覆に０．４
、外皮に１．０の割合で配分した。その結果、本発明に
よるものは１．０　ｗＸ　２．０ｍｍの平角線にフィラ
メント断線も２ なく伸線できたが、ビレット組立て時に直接、第４図又
は第５図の構造にして製造したものはフィラメント断線
し、特に、第４図の構造のものはＮｂ−Ｔｉ超電導線全
体の断線が発生して１．□ｍｌｌＸ２、Ｏｍの平角線に
加工できなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、表面を活性化した
低銅比銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の周囲に、これも表
面を活性化した銅テープを縦添え状態に供給すると共に
円筒状に成形被覆し、該銅テープの突合わせ部を溶接し
た後、減径加工して低銅比銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線
と銅テースを機械的に密着させ、しかる後に所定の減面
率以下で伸線加工を施すため、Ｎｂ−Ｔｉフィラメント
の断線もなく長尺で高性能の高銅比銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ
超電導線が安定して得られるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の
製造装置の一実施例を示す説明図、第２図（ａ）〜（ｄ
）は前記実施例の製造工程における銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ
超電導線の断面図、第３図は前記実施例における銅安定
化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線のＮｂＴｉフィラメントの加工状
態と伸線減面率および銅比との関係を示す説明図、第４
〜第６図は従来の銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の断面図
である。 １．５・・・供給装置、　２・・・化学研磨装置、　３
・・・洗浄装置、　４・・・乾燥装置、　６・・・機械
研磨装置、　７・・・パイプ成形装置、　８・・・溶接
装置、９・・・嵌合ダイス、　１０・・・引取装置、　
１１・・・巻取装置、　２０．３７・・・低銅比銅安定
化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線、　２１・・・銅テープ、　２２
．３１．３４．３８・・・銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線
、　２３．３３・・・安定化銅、２４、３２・・・フィ
ラメント、　３５・・・異形銅線、　３６・・・低融点
金属。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｎｂ−Ｔｉフィラメントの平均直径が３０μｍ以下で、
   かつ銅比Ｒ（銅とＮｂ−Ｔｉの断面積比）が１．５以上
   の銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の製造方法において、表
   面を活性化した銅比１．０以下の低銅比銅安定化Ｎｂ−
   Ｔｉ超電導線の周囲に、表面を活性化した銅テープを縦
   添え状態に供給すると共に円筒状に成形被覆し、該銅テ
   ープの突合わせ部を溶接した後減径加工して低銅比銅安
   定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線と銅テープを機械的に密着させ
   、しかる後、減面率として １００×｛１−ｅｘｐ（（Ｒ−１０．６）／（２．３）
   ）｝％（但し、Ｒは銅安定化Ｎｂ−Ｔｉ超電導線の銅比
   ）以下の伸線加工を施すことを特徴とする銅安定化Ｎｂ
   −Ｔｉ超電導線の製造方法。