JPH0377609B2 - - Google Patents

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JPH0377609B2
JPH0377609B2 JP59048942A JP4894284A JPH0377609B2 JP H0377609 B2 JPH0377609 B2 JP H0377609B2 JP 59048942 A JP59048942 A JP 59048942A JP 4894284 A JP4894284 A JP 4894284A JP H0377609 B2 JPH0377609 B2 JP H0377609B2
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niobium
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超伝導コイル用超伝導体の製法に係
る。
［従来の技術］ 青銅のスズを約800℃の温度でニオブ中の拡散
させ、この熱処理では前記金属中に溶解しないと
いう性質をもつ炭素又は酸化マクネシウムにより
これら超伝導性元素を電気的に絶縁することによ
つてスズとニオブとの合金からなる超伝導体を製
造する方法は仏国特許出願第2165660号により既
に知られている。
この先行技術の製法では、前記仏国特許出願公
開明細書の第４頁第28行目に記載の如く、複数の
フイラメントで構成された多重構造ロープを水酸
化マグネシウム浴に通して拡散熱処理直前の最終
直径を得、このようにして直径が小さく長さの極
めて長い紐状の超伝導性元素を処理するものであ
る。
［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来方法の欠点は絶縁体を極めて長距離
に亘つて取り付ける必要があり、そのためには超
伝導性元素のロープを巻き取らなければならない
という点にある。電磁石を形成する場合はこのロ
ープを再び繰り出して巻装することになる（仏国
特許出願公開第2165660号明細書第５頁第３行
目）。ここで留意すべきは、ニオブ−スズ
（Nb3Sn）超伝導体が拡散後は破壊され易くなり、
従つてその機能を不可能にするような破損を伴わ
ずに繰り出し及び巻取り操作を行うことが難しい
という事実である。
本発明の目的は、この欠点を解消せしめる超伝
導体の製造方法を提供することにある。実際、本
発明の製法では電気的絶縁体を短距離に亘つて配
置するため、製造が簡単で且つ十分な信頼性が得
られる。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、下記の手順で実施される超伝導体の
製造方法に係る。
−第１ステツプ：第１金属元素の複数の棒状物を
少なくとも２種の元素からなる金属のマトリツ
クス内に配置する。この第１金属元素は該金属
マトリツクスの少なくとも１種の元素と共に超
伝導体を構成することになる。
−第２ステツプ：六角形の外形を有するロツドを
形成すべく前記の棒状仏を押出し成形にかけ且
つ延伸処理する。
−第３ステツプ：前記の六角ロツドを組合わせて
１つの集合体を形成し、該集合体を青銅又は銅
の管で被覆する。該集合体を青銅の管で被覆す
る場合には、第２ステツプ及び第３ステツプを
１又は２回繰返し得、その最終回の操作では銅
の管を使用してよく、及び／又は前記ロツド集
合体中央部の幾つかの六角ロツドを銅のロツド
に代えてもよい。これらの銅管及び銅ロツドは
安定化の役割を果たす。
−第４ステツプ：前記ロツド集合体を押出しにか
け、連続的に複数回延伸してその断面積を縮小
させると共に長さを伸ばすことにより細いロー
プに成形する。
−第５ステツプ：前記ロープをコイル状に巻装す
る。
−第６ステツプ：前記コイルを約800℃の温度に
加熱して前記第１金属元素を金属マトリツクス
中に拡散させる。
本発明による前記タイプの製法の特徴は、第３
ステツプにおいて伝導性成分をドープした酸化物
の粉末を低抗成バリヤとして間に配置しながら六
角ロツドを互いに積み重ねる作業を最初に行い、
及び／又はこのステツプの最後に前記の管と抵抗
性環状部材との間に耐熱性でこれら管及び環状部
材には溶解し得ない電気的絶縁性粉末を配置する
ことにある。
本発明はまた下記の手順で実施される超伝導体
の製造方法に係る。
−第１ステツプ：第１金属元素の複数の棒状物を
少なくとも２種の元素からなる金属のマトリツ
クス内に配置する。この第１金属元素と該金属
マトリツクスの少なくとも１種の元素と共に超
伝導体を構成することになる。
−第２ステツプ：前記の棒状物を押出しと延伸と
にかけて六角形の外形をもつロツドに形成す
る。
−第３ステツプ：前記の六角ロツドを積み重ねて
１つの集合体を形成し、該集合体を青銅又は銅
の管で被覆する。該集合体を青銅の管で被覆す
る場合には、第２ステツプ及び第３ステツプを
１乃至２回繰返し得、その最終回の操作では銅
の管を用いてよく、及び／又は前記集合体中央
部の幾つかのロツドを銅のロツドに代えてもよ
い。これら銅管及び銅ロツドは安定化の役割を
果たす。
−第４ステツプ：前記集合体を連続的に何回も延
伸にかけてその断面積を縮小させると共に長さ
を伸ばし細いロープに成形する。
−第５ステツプ：複数の前記多重構造ロープを１
つの絶縁性外装で被包し、複数のロープからな
る多重構造体を形成すべくこれらロープの配置
を行う。
−第６ステツプ：前記の多重構造導体をコイル状
に巻装する。
−第７ステツプ：前記コイルを約800℃に加熱し
て前記第１金属元素を前記金属マトリツクス中
に拡散させる。
本発明による前述タイプの製法の特徴は、第３
ステツプにおいて伝導性成分をドープした酸化物
の粉末を低抗成バリヤとして間に配置しながら六
角ロツドを互いに積み重ねる作業を最初に行い、
及び／又は第５ステツプにおいて前記多重構造導
体と抵抗性外装との間にこれら導体及び外装には
溶解し得ない耐熱性の電気的絶縁材料粉末を配置
することにある。
本発明の一態様によれば、前記のドープした酸
化物の粉末及び電気的絶縁材料の粉末は予め型内
で締固め処理しておいてよく（例えば数十Kg／mm2
の圧力下で）、またその方が有利である。
本発明の別の態様によれば、前記の粉末酸化物
は銅又は銅の合金、例えば青銅もしくはキユプロ
ニツケル、をドープした酸化マグネシウム
（MgO）の粉末である。
本発明の更に別の態様によれば、前記の絶縁性
粉末は、酸化マグネシウム（MgO）、酸化アルミ
ニウム（Al2O3）、又は800℃でも安定性を保持す
るガラス若しくは石英である。
本発明では、好ましくは、前述の如き複数の金
属棒と金属マトリツクスとを用いてニオブ−スズ
Nb3Snをベースとする超伝導性金属間化合物を形
成する。この超伝導性金属間化合物は、ニオブ−
ケイ素（Nb3Si）、ニオブ−アルミニウム
（Nb3Al）、バナジウム−ガリウム（V3Ga）及び
バナジウム−ケイ素（V3Si）の如き化合物をベ
ースとするか又はシエブレル（CHEVREL）相
に基づく化合物をベースとして形成することもで
ある。
本明細書中、「シエブレル相」とは、一般式Mx
Mo6X8［式中、Ｍは金属（例えば、Ag、Sn、Pb、
Cu、Gd、La）であり、Ｘはカルコゲン（例え
ば、Ｓ、Se）であり、またｘは１〜４の数であ
る］で表わされる超伝導性三元モリブデンカルコ
ゲン化物を意味する［φ.Fischer、Appl.Phys.16、
１〜28（1978）参照］。シエブレル相として、特に
PbMo6S8が好ましい。PbMo6S8は一般にMo、
PbS及びＳを高温で数字間加熱処理する等の方法
によつて得ることができる［M.Decrouxら、
CRYOGENICS、No.５、291〜293（1977）］。
超伝導性金属間化合物をニオブ−スズで形成す
る場合は、銅をベースとし最低10重量％のスズを
含む青銅のマトリツクス内に複数の棒状ニオブを
配置して操作を開始する。ここで留意すべきは、
ニオブ中へのスズの拡散を約800℃の温度で全製
造ステツプの最後に多重構造導体をコイル状に巻
装した後で実施することである。これはニオブ−
スズ合金の線即ちロープが拡散実施後は破壊され
易くなり、従つて巻取り等の操作にかけると損傷
を生じるためである。
［実施例］ 以下添付図面に基づき非限定的具体例を挙げて
本発明をより詳細に説明する。尚、同一のエレメ
ントはいずれも図面でも同一符号で示した。
第１ステツプでは、棒状のニオブを青銅マトリ
ツクス内に複数個配置する。
第２製造ステツプでは、前記ニオブの棒と青銅
マトリツクスとを押出し及び延伸にかけて六角形
のロツドに成形する。
第３ステツプでは、これら多重構造六角ロツド
を第１図の如く積み重ねる。この時各ロツド間に
は青銅又はキユプロニツケルの如き伝導性合金を
ドープした酸化マグネシウムMgOの粉末２を配
置する。有利にはこの粉末を予め締固め処理して
おくとよい。
このようにして極度の伝導性も極度の抵抗も示
さないという電気的特性をもつ低抗性バリヤが得
られる。このようなバリヤがあると超伝導性フイ
ラメント相互間の銅部分に生じ且つ熱によつて四
散する寄生誘導電流が消滅する。
第１図では伝導性成分をドープした酸化物の粉
末２により互いに分離された複数の多重構造六角
ロツド１が１つの集合体７を形成しており、この
集合体が銅管４と抵抗性環状部材６とで被覆され
ており、これら管及び環状部材間に絶縁体の粉末
５が配置されている。
第２図は前記集合体の変形例である。この多重
構造六角ロツド集合体７′は、第３ステツプで六
角ロツド１の集合体を青銅の管で被覆した後第２
及び第３ステツプをさらに１回繰り返すことによ
り形成されるキユプロニツケルの抵抗性バリヤ３
を備えており、全体が導管４と抵抗性環状部材６
とで被覆されていてこれら管及び環状部材間に粉
末絶縁体５が配置されている。
第１図及び第２図の具体例に共通の前記第３ス
テツプの最後にこの多重ロツド１の束を導管４で
被覆する。この管は超伝導体安定化の約割、即ち
該超伝導体が偶発的に常電導状態に移行しようと
する時に電流を誘導して大きな抵抗に起因する超
伝導の消失を阻止する役割を果たす。
次に該銅管４とキユプロニツケルもしくはステ
ンレス銅製の抵抗性環状部材６との間に電気的絶
縁体の粉末５を導入する。この粉末絶縁体５はロ
ープ７または７′を互いに電気的に絶縁するため
のものである。何故ならばロープ７又は７′は最
終的にコイル状に巻きとられるため互いに接触し
会つて短絡を生じ得るからである。第１図及び第
２図に示されている粉末絶縁体５は酸化マグネシ
ウムMgOであるのが好ましいが、酸化アルミニ
ウムAl2O3、800℃で安定性を保持するガラス粉、
又は石英粉であつてもよい。
第４ステツプでは、第１図及び第２図のロープ
を例えば30回連続的に延伸処理してその断面積を
約100分の１に縮小する。その結果ロープの直径
は例えば50mmから0.5mmになり、酸化物層５の厚
みは１mmから10ミクロンになる。
第５ステツプでは、このようにして細長く引き
伸ばされたロープを例えば電磁石コイルを形成す
べく巻装する。
第６ステツプでは、得られたコイルを800℃に
加熱して熱処理しその場で金属元素を拡散させ
る。
第３図の構造体は第１図及び第２図の場合より
手がこんでいる。これは、前述の第１〜第４ステ
ツプに従つて得られたロープ７又は７′を、新た
な第５ステツプとして前述の粉末５と同一の絶縁
性粉末９が入つている低抗性外装８内部に例えば
７個配置することにより構成したものである。前
記の抵抗性外装はキユプロニツケル又はステンレ
ス鋼で形成し得る。有利には粉末絶縁体９を予め
型内で締固め処理しておくとよい（例えば数十
Kg／mm2の圧力下で）。
このように第３図の集合体は多数のロープから
なる多重構造導体１０を構成する。
該具体例では第６ステツプでこの導体１０を前
記具体例の第４ステツプと同様の延伸処理に少な
くとも１回かける。１回延伸された前記多重構造
導体１０を次の第７ステツプで例えば電磁石コイ
ルに巻装する。最後に第８ステツプとして前記の
如く巻装された導体１０を約800℃に加熱して熱
処理を行い、金属元素を拡散させて超伝導相を形
成する。
［発明の効果］ 本発明方法では、多重構造ロープをコイル状に
巻装した後に高温で加熱して超伝導相を形成する
結果、従来技術にみられるような超伝導体の直接
的巻装による破損を伴わずに超伝導コイルを得る
ことができる。
さらにまた、伝導性成分をドープした酸化物粉
末を低構成バリヤとして配置させることにより寄
生誘導電流を消滅させることができ、また電気的
絶縁粉末を配置することにより短絡を防止するこ
とができる。
本発明方法は、製造が簡単で且つ十分な信頼性
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は一製法過程における多重構造六角ロツ
ドの集合体を示す拡大横断面図、第２図は一製法
過程における前記集合体の変形例を示す拡大横断
面図、第３図は抵抗性外装により被覆された、よ
り後の過程の多重構造導体の一端を示す拡大説明
図である。 １……多重構造六角ロツド、２，３……抵抗性
バリヤ、４……銅管、５，９……絶縁性粉末、６
……低構成環状部材、７，７′……六角ロツド集
合体、８……抵抗性外装、１０……多重構造導
体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ −第１ステツプで、複数個の第１金属元素の
    棒状物を少なくとも２種の元素から成る金属マ
    トリツクス内に配置し、但し、前記第１金属元
    素と前記金属マトリツクスの少なくとも１種の
    元素とで超伝導体を構成することになるもので
    あり、 −第２ステツプで、前記棒状物を押出し及び延伸
    にかけて六角形の外形をもつロツドに成形し、 −第３ステツプで、前記六角ロツドを組合わせて
    １つの集合体を形成した後この集合体を青銅又
    は銅の管で被覆し、 −第４ステツプで、前記集合体を押出しにかけ且
    つ連続的に複数回延伸してその断面積を縮小さ
    せると共に長さを伸ばして細いロープに成形
    し、 −第５ステツプで、前記ロープをコイル状に巻装
    し、 −第６ステツプで、前記コイルを約800℃に加熱
    して前記第１金属元素を金属マトリツクス中に
    拡散させる超伝導体の製造方法であつて、 前記第３ステツプの最初に伝導性成分をドープ
    した酸化物の粉末を低抗性バリヤとして間に配置
    しながら前記六角ロツドを互いに積み重ね、及
    び／又は前記第３ステツプの最後に前記の管と抵
    抗性環状部材との間にこれらの管及び環状部材に
    は溶解し得ない耐熱性の電気的絶縁粉末を配置す
    ることを特徴とする方法。 ２ 前記第３ステツプで、前記六角ロツドを組み
    合わせて１つの集合体を形成してこの集合体を青
    銅の管で被覆した後、前記第２及び第３ステツプ
    を１又は２回繰り返し、その最終回の操作では前
    記の管を青銅製に代えて銅製とする特許請求の範
    囲第１項に記載の方法。 ３ 前記の酸化物の粉末が銅又は銅の合金、例え
    ば青銅もしくはキユプロニツケル、をドープした
    酸化マグネシウムMgOである特許請求の範囲第
    １項又は第２項に記載の方法。 ４ 前記の絶縁性粉末が酸化マグネシウムMgO
    又は酸化アルミニウムAl2O3である特許請求の範
    囲第１項又は第２項に記載の方法。 ５ 前記の絶縁性粉末が800℃でも安定性を保持
    するガラスである特許請求の範囲第１項又は第２
    項に記載の方法。 ６ 前記の絶縁性粉末が800℃でも安定性を保持
    する石英である特許請求の範囲第１項又は第２項
    に記載の方法。 ７ 超伝導体としての金属間化合物が、前記第１
    金属元素としてニオブ及び前記金属マトリツクス
    として青銅を用いて形成されるニオブ−スズ
    Nb3Snである特許請求の範囲第１〜６項のいずれ
    か一項に記載の方法。 ８ 超伝導体としての金属間化合物が、ニオブ−
    ケイ素Nb3Si、ニオブ−アルミニウムNb3Al、バ
    ナジウム−ガリウムV3Ga及びバナジウム−ケイ
    素V3Siからなる化合物グループから選択される
    特許請求の範囲第１〜６項のいずれか一項に記載
    の方法。 ９ 超伝導体としての金属間化合物が、Mx
    Mo6X8型（Ｍ及びＸはそれぞれ金属及びカルコ
    ゲンであり、ｘは１〜４の数である）のシエフレ
    ル相である特許請求の範囲第１〜６項のいずれか
    一項に記載の方法。 １０ 前記シエブレル相が、鉛−モリブデン−硫
    黄PbMo6S8である特許請求の範囲第９項に記載
    の方法。 １１ 前記のドープした酸化物の粉末及び電気的
    絶縁性の粉末を１mm2当り数十Kgの圧力下で予め締
    固め処理しておく特許請求の範囲第１〜１０項の
    いずれか一項に記載の方法。 １２ −第１ステツプで、複数個の第１金属元素
    の棒状物を少なくとも２種の元素から成る金属
    マトリツクス内に配置し、但し、前記第１金属
    元素と前記金属マトリツクスの少なくとも１種
    の元素とで超伝導体を構成することになるもの
    であり、 −第２ステツプで、前記棒状物を押出し及び延伸
    にかけて六角形の外形をもつロツドに成形し、 −第３ステツプで、前記六角ロツドを組合わせて
    １つの集合体を形成した後この集合体を青銅又
    は銅の管で被覆し、 −第４ステツプで、前記集合体を押出しにかけ且
    つ連続的に複数回延伸してその断面積を縮小さ
    せると共に長さを伸ばして細いロープに成形
    し、 −第５ステツプで、複数の前記多重構造ロープを
    １つの絶縁性外装により被包し、複数のロープ
    をからなる多重構造導体を形成すべくこれらロ
    ープの配置を行い、 −第６ステツプで、前記多重構造導体をコイル状
    に巻装し、 −第７ステツプで、前記コイルを約800℃に加熱
    して前記第１金属元素を前記金属マトリツクス
    中に拡散させる超伝導体の製造方法であつて、 前記第３ステツプの最初に伝導性成分をドープ
    した酸化物の粉末を低抗性バリヤとして間に配置
    しながら前記六角ロツドを互いに積み重ね、及
    び／又は前記第５ステツプで前記多重構造導体と
    前記抵抗性外装との間にこれらの外装及び導体に
    は溶解し得ない耐熱性の電気的絶縁粉末を配置す
    ることを特徴とする方法。 １３ 前記第３ステツプで前記六角ロツドを組み
    合わせて１つの集合体を形成してこの集合体を青
    銅の管で被覆した後、前記第２及び第３ステツプ
    を１又は２回繰り返し、その最終回の操作では前
    記の管を青銅製に代えて銅製とする特許請求の範
    囲第１２項に記載の方法。 １４ 前記の酸化物の粉末が銅又は銅の合金、例
    えば青銅もしくはキユプロニツケル、をドープし
    た酸化マグネシウムMgOである特許請求の範囲
    第１２項又は第１３項に記載の方法。 １５ 前記の絶縁性粉末が酸化マグネシウム
    MgO又は酸化アルミニウムAl2O3である特許請求
    の範囲第１２項又は第１３項に記載の方法。 １６ 前記の絶縁性粉末が800℃でも安定性を保
    持するガラスである特許請求の範囲第１２項又は
    第１３項に記載の方法。 １７ 前記の絶縁性粉末が800℃でも安定性を保
    持する石英である特許請求の範囲第１２項又は第
    １３項に記載の方法。 １８ 超伝導体としての金属間化合物が、前記第
    １金属元素としてニオブ及び前記金属マトリツク
    スとして青銅を用いて形成されるニオブ−スズ
    Nb3Snである特許請求の範囲第１２〜１７項のい
    ずれか一項に記載の方法。 １９ 超伝導体としての金属間化合物が、ニオブ
    −ケイ素Nb3Si、ニオブ−アルミニウムNb3Al、
    バナジウム−ガリウムV3Ga及びバナジウム−ケ
    イ素V3Siからなる化合物グループから選択され
    る特許請求の範囲第１２〜１７項のいずれか一項
    に記載の方法。 ２０ 超伝導体としての金属間化合物が、Mx
    Mo6X8型（Ｍ及びＸはそれぞれ金属及びカルコ
    ゲンであり、ｘは１〜４の数である）のシエブレ
    ル相である特許請求の範囲第１２〜１７項のいず
    れか一項に記載の方法。 ２１ 前記シエブレル相が、鉛−モリブデン−硫
    黄PbMo6S8である特許請求の範囲第２０項に記
    載の方法。 ２２ 前記のドープした酸化物の粉末及び電気的
    絶縁性の粉末を１mm2当り数十Kgの圧力下で予め締
    固め処理しておく特許請求の範囲第１２〜２１項
    のいずれか一項に記載の方法。
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