JPH0315285B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明はV₃Ga繊維分散型超電導線材の製造法
に関する。 従来技術 強磁界発生用電磁石の巻線材として使用される
超電導線材としては、従来Nb−Ti系の合金線材
が主として用いられているが、この合金線材は発
生磁界の限度が8.5T（8.5テスラ＝85000ガウス）
であり、これ以上の強磁界を必要とする場合は、
臨界磁界の高い化合物系超電導体を用いる必要が
ある。しかし、化合物系超電導体は、化合物特有
の可塑性に欠ける点が実用化に際しての大きな障
害になつていたが、近年表面拡散法及び複合加工
法などの拡散を利用した方法が発明され、V₃Ga
（臨界温度Tc＝約15K、臨界磁界Hc₂＝約21T）、
Nb₃Sn（臨界温度Tc＝約18K、臨界磁界Hc₂＝約
22T）の化合物超電導線材が実用化されるように
なつた。この内複合加工法は、例えばV₃Gaにお
いては、バナジウムと銅−ガリウム合金とを密着
させ、線状またはテープ状に加工した後、熱処理
によつて銅−ガリウム合金中のガリウムを選択的
にバナジウムと反応させてV₃Ga化合物層を境界
面に生成させる方法で、固体拡散法の１種であ
る。この固体拡散法を利用して、銅−ガリウム合
金マトリツクス中に多数のバナジウム棒を埋め込
んだ複合体を線状に加工して熱処理することによ
り、V₃Ga化合物極細多芯線の製造が可能となつ
た。また、Nb₃Sn化合物極細多芯線が同様にして
製造される。 しかし、この複合加工法では、最初に複合体を
作る複雑な作業を必要とし、また銅−ガリウム合
金は加工中著しく加工硬化するため、約40〜50％
の断面縮小率毎に中間焼鈍を必要とし、実用的な
長尺線材を作るには焼鈍回数が極めて多くなる。
従つて、このような複合線材は合金線材に比較し
て製造コストが著しく高くなり、製造法も複雑で
ある難点があつた。 一方、最近、この難点を克服したイン・サイチ
ユー法が開発された。イン・サイチユー法は、銅
−バナジウム二元合金をアーク溶解等により溶製
して、銅マトリツクス内にバナジウムのデンドラ
イト粒子が一様に分散したインゴツトを作製す
る。この合金は加工性に優れ、中間焼鈍を全く必
要とせずに任意の径の細線に加工し得られる。こ
の加工により、バナジウム粒子は大きな変形を受
け極めて細長い繊維状となつて、線状のなかに多
数分散されたものとなる。この線材表面にカリウ
ムを電気メツキ、溶融メツキ等により付着させ、
これを熱処理すると、ガリウムが内部に拡散して
バナジウム繊維と反応してV₃Gaの極微細な不連
続繊維を多数含んだ線材となる。このようにして
得られたV₃Ga線材は、複合加工法によるV₃Ga
線材よりも優れた超電導臨界電流密度Jcを有し、
また含有繊維は径が細く間隙も狭いため繊維自体
が強化の役目を果して線材自身の強度を高めると
共に曲げや引張りなどによる歪に対しても臨界電
流などの超電導特性の劣化を少なくし得られる。 しかしながら、この方法で得られた線材でも
18T以上の強磁界では臨界電流密度の減少が急激
であり、ミラー型核融合装置をはじめとする、超
強磁界マグネツトのための線材としては、なお強
磁界でのJc値の改善がのぞまれていた。 発明の目的 本発明は上に述べた従来法における欠点を解消
した強磁界での臨界電流密度が顕著に改良された
イン・サイチユー型V₃Ga超電導線材を製造する
方法を提供することを目的とする。 発明の構成 本発明の方法は、銅に10〜70原子％のバナジウ
ムおよび0.1〜10原子％のアルミニウムを加えた
３元銅基合金を溶製後、線引き、圧延あるいは管
引きにより線、テープあるいは管状に加工した
後、該加工材の表面に、電気メツキ、溶融メツキ
等によつてガリウムを付着させて400〜700℃の熱
処理を行ない、銅基母相内にV₃Gaの極細繊維を
分散生成させる方法である。 銅にバナジウムと共に特定量のアルミニウムを
添加することにより、生成するV₃Ga相の臨海磁
界Hc₂が向上する。さらにアルミニウムは、ガリ
ウムの線材中心部までの拡散、浸透を促進する作
用を有し、ガリウム濃度が線材全断面について均
質である線材の作製を容易にする。これにより線
材全断面当りの磁界電流密度Jcは全磁界領域で高
められるが、特に強磁界で顕著に高い値が得られ
る。 銅基合金中のバナジウムの含量は10〜70原子％
であることが必要である。10原子％より少ない線
材内部のＶ繊維密度が小さくなり、繊維間距離が
長くなつて超電導性が保持されなくなる。また70
原子％を超えると、ガリウムの線材内部への均一
な拡散が困難となつて超電導性及び機械的特性を
著しく損うようになる。 アルミニウムの添加量は、0.1〜10原子％であ
ることが必要である。0.1原子％より少ないと有
効な特性改善を行うことができなく、10原子％を
超えると加工性が悪くなる。 熱処理の温度は400〜700℃の範囲が適当であ
る。400℃より低い温度ではガリウムが十分内部
まで拡散せず、また700℃を超えるとV₃Gaの結
晶粒が粗大化し超電導特性が劣化する。 熱処理時間は１〜300時間の範囲が適当である。
１時間より短かい熱処理時間ではV₃Gaはほとん
ど生成されず、また300時間を超えるとV₃Gaの
結晶粒の粗大化が進み超電導特性が劣化する。 実施例 バナジウムにそれぞれ３、６、９原子％のアル
ミニウムを含む合金をアーク溶解で溶製し、これ
らを銅と複合して消耗電極型アーク溶解の電極棒
を作製した。また比較のためにアルミニウムを含
有しない電極棒も同時に作製した。これらを溶解
して外径40mmφ、長さ70mmのインゴツト（組成を
原子％で表わすと、それぞれ約Cu−34％Ｖ−１
％Al、Cu−33％Ｖ−２％Al、Cu−32％Ｖ−３％
Al、およびCu−35％Ｖ）とし、溝ロール、線引
き、平ロールなどによつて中間焼鈍なしに幅３
mm、厚100μｍのテープに加工した。次いでこの
テープをガリウム溶融浴中に連続的に浸漬して約
10μｍ厚のガリウム膜を付着させ、500℃で100時
間の拡散熱処理を加えてV₃Ga超電導線材を作製
した。第１表には、4.2Kで16Tおよび20Tの磁界
中における線材全断面積についての臨界電流密度
Jcおよび超電導遷移温度Tcを示す。この結果が
示すようにアルミニウムの添加によつて全磁界領
域でJcが改善され、特に高磁界での上昇率が大き
いことが分る。これはアルミニウムの添加によつ
て臨界磁界Hc₂が高められたことによる。

【表】 発明の効果 本発明の方法によると、イン・サイチユー法に
おけるV₃Gaの極細繊維を含む超電導線材を容易
に得られる利点を有すると共に、更に次のような
優れた効果を有する。 (1) バナジウムを含有する銅基合金へアルミニウ
ムを含ませることによつてイン・サイチユー線
材の高磁界での臨界電流密度Jcを高め得られ
る。 (2) アルミニウム添加により、ガリウムの均一拡
散が容易にできるので、断面積の大きい大容量
の線材を製造することができる。 本発明の方法によつて得られた超電導線材は、
電気機械、エネルギー貯蔵、核融合炉、高エネル
ギー物理用粒子加速器などの各種超電導機器の性
能を著しく高め得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銅に10〜70原子％のバナジウムおよび0.1〜
   10原子％のAlを加えた３元合金を溶製後、線引
   き、圧延あるいは管引きにより線、テープあるい
   は管状に加工した後、ガリウムを付着させ、400
   〜700℃で熱処理を行い、銅基母相内にV₃Gaの
   極細繊維を分散生成させることを特徴とする
   V₃Ga超電導線材の製造法。