JPH04132108A - Nb↓3Al系超電導導体 - Google Patents

Nb↓3Al系超電導導体

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JPH04132108A
JPH04132108A JP2252329A JP25232990A JPH04132108A JP H04132108 A JPH04132108 A JP H04132108A JP 2252329 A JP2252329 A JP 2252329A JP 25232990 A JP25232990 A JP 25232990A JP H04132108 A JPH04132108 A JP H04132108A
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JP
Japan
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layer
nb3al
diffusion barrier
filaments
superconducting conductor
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JP2252329A
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English (en)
Inventor
Kazuya Daimatsu
一也 大松
Yuichi Yamada
雄一 山田
Masayuki Nagata
永田 正之
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

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】 [産業上の利用分野コ この発明は、核融合炉用パルス超電導コイル、超電導発
電機、SMES、および交流用トランスなどに用いるこ
とのできる大容量高磁界超電導線材に関するものである
[従来の技術] 従来より、核融合炉用パルス超電導コイルや超電導発電
機などの用いられる大容量高磁界超電導線材としては、
NbTi超電導導体や、Nb3Sn超電導導体がある。
NbTi超電導導体は、合金系のNbTiを用いている
ため、加工性に優れているが、Hc2が低く、使用する
磁界が9T以下に限られていた。また、Tcも低く、大
容量導体の安定性に対するマージンが少ないため、運転
電流に対して2倍以上の電流容量を有する導体が用いら
れている。
Nb3Sn超電導導体は、化合物系のNb3Snを用い
ているため、Nb3 Snを形成させた後にはもろくな
り、歪の印加に対して弱い等の欠点があるが、Hc2が
NbTiより高く、10T以上16〜18T付近の使用
に最適である。また、Tcも23にとNbT iの倍量
上あり、安定性に対するマージンも大きいため、高磁界
の大容量導体用には、もっばらNb3 Snが用いられ
ていた。
しかしながら、Nb3 Snは、上述のように歪に弱い
という決定的な欠点があり、圧縮歪で0゜3%印加する
と、歪のない場合に比べIcが70%に低下してしまい
、0.5%圧縮歪を印加すると50%までIcが低下し
てしまう。
大容量導体では、素線を撚り合わせて平角撚線にしたり
、先撚を重ねてケーブルインコンジットの構造にするこ
とが必要であり、素線間への歪の印加は避けられなかっ
た。このため、Nb3 Snでは、設計したIcまで十
分に到達した例はほとんどなく、高磁界用の大容量導体
としては決定的な欠点が存在していた。
[発明が解決しようとする課題] Nb、Alは、本質的に歪に対するIcの劣化率がNb
3 Snよりはるかに小さく良好である。
したがって、このNb3Alを用いれば、優れた高磁界
用の大容量超電導導体を得ることができるはずである。
しかしながら、従来のNb3Alでは、大容量で、かつ
特にパルス用途および交流用途として用いる高磁界超電
導導体としては不十分なものであった。
この発明の目的は、Nb3Al系の超電導導体を用いた
パルス用途または交流用途に使用することのできる大容
量高磁界超電導導体を提供することにある。
[課題を解決するための手段] この発明のNb3Al系超電導導体は、複数のNb3A
l系フィラメントを有する素線を撚り合わせて構成され
、Nb3Al系フィラメントが互いにそれぞれ第1の高
抵抗層で分離されており、かつ素線の外周面に第2の高
抵抗層が設けられていることを特徴としている。
この明細書において、Nb、Al系とは、Nb3Alの
ほかに、これにGe、5n1Ti、S t。
Hf、Ta、Zr、MgおよびBeのうちの少なくとも
1種を含む超電導導体をも含む系をいう。
この発明に用いられる高抵抗層としては、Cu−M合金
(MはNt、Mn、Fe、Cr、およびSiからなるグ
ループより選ばれる少なくとも1種である)から形成す
ることが好ましい。
また、この発明においては、Nb3Al系フィラメント
は、Nb箔とAl箔とを重ね巻きして形成されるジェリ
ーロール法によるものであることが好ましい。
さらに、Nb箔とAl箔とを重ね巻きして形成されるジ
ェリーロール層と安定化材との間にはNbまたはTaか
ら形成される拡散バリア層が設けられていることが好ま
しい。
[発明の作用効果コ この発明では、Nb3Alを超電導体として使用してお
り、Hc2が30T程度と、Nb3 Snに比べて非常
に大きく、高磁界の用途に使用することができる。また
Tcも17〜18にと高い。
さらに、Nb3Alは、Nb3 Snに比べると歪に対
して強い素材である。
この発明では、Nb3Alフィラメントが互いにそれぞ
れ第1の高抵抗層で分離されている。このため、フィラ
メント間の結合損失が低減でき、パルス用途や交流用途
に用いることができる。
さらに、この発明では、素線の外周面に第2の高抵抗層
が設けられている。このため、素線間の結合損失が低減
でき、大容量化を図ることができる。また、NbaAl
は歪に対して強い材質であるため、撚り合わせることが
可能である。
またNb3Alフィラメントを、ジェリーロール法で形
成させた場合、臨界電流密度を高めることができるので
、高電流密度の大容量導体とすることができる。
Nb3SnやNb3Alなどのような化合物系超電導体
では、最終的な導体を形成しコイル巻きした後に、熱処
理して超電導層(Nb3SnやNb5ALのA15型構
造)を形成させる。この熱処理は通常700℃から80
0℃の高温になる。
このため、CuNiやSUSなどから形成されるコンジ
ット材料とNb3SnやNb3Al素線との熱収縮差の
違いにより、熱処理の際に大きな歪が印加される。この
発明に用いているNb3Alは、上述のように歪に対し
て強いので、このような熱処理の際に大きな歪が印加さ
れてもNb3Snよりもその影響が少ない。このため、
この発明の超電導導体は、素線が撚り合わせてコンジッ
ト内に挿入されるケーブルインコンジットとしても有用
なものである。
[実施例] 第1図は、この発明に従う一実施例のNb5ALフイラ
メントを示す断面図である。第1図を参照して、中心C
u部1のまわりには、第1の拡散バリア層2が設けられ
ている。第1の拡散バリア層2のまわりには、AI箔3
およびNb箔4を重ね巻きして形成されるジェリーロー
ル層が設けられている。このジェリーロール層のまわり
には、第2の拡散バリア層5を介して安定化Cu層6が
設けられている。この安定化Cu層6は、線引き加工に
より断面六角形状になるように形成されている。この安
定化Cu層6のまわりには第1の高抵抗層7が設けられ
ている。この実施例では、第1のバリア層2および第2
バリア層5としてNbが用いられており、第1の高抵抗
層7としてはCu−Ni合金が用いられている。このよ
うにして構成されるNb3Alフィラメント8をCuパ
イプ内に多数配置してビレットを形成し、このビレット
を縮径加工することにより素線が形成される。
第2図は、このようにして形成された素線を示す断面図
である。第2図を参照して、素線15の中心には内部安
定化Cu1lが設けられており、この内部安定化Cu1
lのまわりには第3の高抵抗層12を介して多数のNb
3Alフィラメント8から形成されるNb3Alフィラ
メント部13が設けられている。Nb3Alフィラメン
ト部13のまわりには第2の高抵抗層14が設けられて
いる。この実施例において、第2の高抵抗層14および
第3の高抵抗層12は、第1の高抵抗層7と同様にCu
−Ni合金が用いられている。
第3図は、第2図に示すNb3Alフィラメント部を示
す拡大図である。第3図を参照して、Nb5A見フイラ
メント8は、そのまわりの第1の高抵抗層7により互い
にそれぞれ分離されている。
また、第2図に示すように、素線15の外周面には第2
の高抵抗層14が設けられている。
第4図は、第2図に示す素線を撚り合わせ、コンジット
内に挿入したケーブルインコンジットを示す断面図であ
る。第4図を参照して、このケーブルインコンジットで
は、外周面に第2の高抵抗層を有する素線15を多数撚
り合わせて、コンジット16内に挿入している。
第5図は、この発明の他の実施例を示す断面図である。
第5図に示すように、素線15を平角撚線に撚り合わせ
てもよい。
第6図は、この発明のさらに他の実施例を示す断面図で
ある。第6図に示すように素線15の撚線をさらに平角
撚線に撚り合わせてもよい。
この発明に従い、第4図に示すようなケーブルインコン
ジットの超電導導体を作成した。この超電導導体の構成
については表1に示す。
表1 1、導体 導体のタイプ  ケーブルインコンジット強制冷却タイ
プ 外径      22.5mm コンジット材  CuNiシームレスパイプボイド率 (厚み1.5’) 35、0% 2、ケーブル(撚線) 運転電流    10kA (12T、4.2K)臨界
電流    24kA (12T、4.2K)撚線構成
    324本 (3x3x3x12本撚) 3、素線 臨界電流密度 線径 フィラメント数 銅比 フィラメント径 外径 内径 Nb層厚 Al層厚 360A/mm2 (12T、4.2K) 0、 88mm 360本 2.1 28μm 11μm 00nm 0nm このケーブルインコンジット構造の超電導導体は、核融
合炉用マグネット用線材として作成したものであり、1
2Tで、10kAの運転電流を想定したものである。
フィラメント系は28μmであり、素線の線径は0.8
8μmである。フィラメントは第1図に示すようなジェ
リーロール法により製造されたもので、10000m以
上製造されたものを3×3X3X12本の撚線として、
Cu−Niのコンジット内に挿入したものである。
実際のコイル巻きを想定して、曲げ半径1.5mで曲げ
て800℃×5日の熱処理を施し、中のNb5A見素線
をダメージのないように取り出して、Icを測定した。
その結果、撚線前Φ素線のIcが74Aであったのに対
し、熱処理後取り出したものは70.5Aであり、約5
%低下していた。これはNb3 Snに比べると非常に
低い低下であり、この発明の超電導導体が、大容量のケ
ーブルインコンジット導体用線材として適していること
が明らかとなった。
同様にして、熱処理処理して取り出した素線の電気抵抗
を異なる磁場中で測定した。この結果を示すのが第7図
である。
残留抵抗比(RRR)の値としては200以上が得られ
た。
抵抗の磁界依存性を諷べた結果、以下に示すような式の
関係にあることがわかった。
pm=0.8+〇、6xB OT<B<27    (1) pm=1: 07+0.465xB 2T<B<87    (2) この結果は、純度の高い無酸素皮調の結果であり、この
発明に従う超電導導体が、高抵抗層でフィラメントが分
離されていても、高抵抗層から安定化材のCuへの元素
の拡散がなく、高い安定性を有していることが確認され
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に従う一実施例のNb5A見フイラ
メントを示す断面図である。 第2図は、この発明に従う一実施例の素線を示す断面図
である。 第3図は、第2図に示す素線のNb3Alフィラメント
部を示す拡大図である。 第4図は、第2図に示す素線を撚り合わせコンジット内
に挿入したケーブルインコンジットを示す断面図である
。 墓5図は、この発明の他の実施例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を示す断面図で
ある。 第7図は、この発明に従う一実施例のN b 、 、A
糺超電導導体における抵抗と磁界依存性を示す図である
。 図において、1は中心Cu部、2は第1の拡散バリア層
、3はAl箔、4はNb箔、5は第2の拡散バリア層、
6は安定化Cu層、7は第1の高抵抗層、8はNb3A
lフィラメント、11は内部安定化Cu、12は第3の
高抵抗層、13はNb5Alフィラメント部、14は第
2の高抵抗層、15は素線、 16はコンジッ トを示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数のNb_3Al系フィラメントを有する素線
    を撚り合わせて構成されるNb_3Al系超電導導体で
    あって、 前記Nb_3Al系フィラメントが互いにそれぞれ第1
    の高抵抗層で分離されており、かつ前記素線の外周面に
    第2の高抵抗層が設けられている、Nb_3Al系超電
    導導体。
  2. (2)前記高抵抗層がCu−M合金(MはNi、Mn、
    Fe、Cr、およびSiからなるグループより選ばれる
    少なくとも1種である)から形成されている、請求項1
    に記載のNb_3Al系超電導導体。
  3. (3)前記素線が撚り合わされてコンジット内に挿入さ
    れ、ケーブルインコンジットとして構成されている、請
    求項1に記載のにNb_3Al系超電導導体。
  4. (4)前記Nb_3Al系フィラメントが、Cuから形
    成される中心部と、 前記中心部のまわりに設けられるNbまたはTaから形
    成される第1の拡散バリア層と、 前記第1の拡散バリア層のまわりに設けられ、Nb箔と
    Al箔を重ね巻きして形成されるジェリーロール層と、 前記ジェリーロール層のまわりに設けられるNbまたは
    Taから形成される第2の拡散バリア層と、 前記第2の拡散バリア層のまわりに設けられる安定化銅
    層と、 前記安定化銅層のまわりに設けられる前記第1の高抵抗
    層とを備える、請求項1に記載のNb_3Al系超電導
    導体。
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