JPH0419917A - 化合物超電導線材の製造方法 - Google Patents

化合物超電導線材の製造方法

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JPH0419917A
JPH0419917A JP2119857A JP11985790A JPH0419917A JP H0419917 A JPH0419917 A JP H0419917A JP 2119857 A JP2119857 A JP 2119857A JP 11985790 A JP11985790 A JP 11985790A JP H0419917 A JPH0419917 A JP H0419917A
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JP
Japan
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niobium
powder
aluminum
supersaturated solid
germanium
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JP2119857A
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English (en)
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Yoshihide Wadayama
芳英 和田山
Katsuzo Aihara
勝蔵 相原
Naofumi Tada
直文 多田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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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  • Wire Processing (AREA)
  • 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〕 本発明は化合物超電導線材の製造方法に係り、特に高臨
界磁界、高臨界電流密度を有するNbaA犯及びNba
(AQ、Ge)の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
Nb5AQ及びNba(AL、Ge)等のA15型化合
物は非常に硬くて脆いため線材に直接加工することは不
可能である。従って構成元素から成る複合体を作製して
、減面加工し長尺化した後、拡散熱処理を施してA15
型化合物を得る方法がとられる。例えばNbとAQの薄
板をCu芯に巻き付けて、これを多数本Cu母材中に埋
め込んで複合加工した後、拡散熱処理する方法、たとえ
ばジェリーロール法や、NbとAQの粉末をCuパイプ
に充填し、上記方法と同様に複合加工した後、拡散熱処
理する方法等がある。
ジェリーロール法は、(S、Ceresara、eta
l :Superconducting proper
ties  of  Nb5A Ω  formeda
t temperature lower than 
1000℃、 5th Int。
Conf、Magnet、Tech、、p685(19
75) )に記載されている。
後者の方法は、アブライズド フイジツクスレターズ 
37.11.1981年 第1044頁 [C,Tie
me、etal、:  Improved  high
  fieldperformance of Nb−
An  powder metallurgyproc
essed 5uperconductj、ng wi
re、 Appl、Phys。
Lett、44,260. (1984))に記載され
ている。
またNbとAQの融液を急冷することによって過飽和固
溶体等の準安定相を作製して熱処理し、微細な結晶粒を
析出させる方法(析出法) CM、Hong、*eta
1.:  Direct  5olid−state 
 precipitation −processed
 A15 superconducting mate
rial、Appl。
Phys、Lett−,37,11,(1981)p、
1044)があり、高臨界温度と高臨界磁界の特性を有
する化合物が作製できる。この過飽和固溶体は体心立方
構造で変形性に富む性質をもつ。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、高臨界温度と高臨界磁界を有するNbaAQ及
びNb5(An、Ge)等の化合物超電導体は、平衡状
態的にその組成が3:1の化学量論組成をとるのは19
00 ’C付近の高温域だけであり、低温では同組成が
AQ過剰となるため臨界温度と臨界磁界が低下する。従
って、上記のAQとNbを拡散させる方法を用いると、
高臨界温度と高臨界磁界を得るためには高温熱処理が必
要となり、結果として化合物の結晶粒が粗大化し高臨界
電流密度が得られない。また逆に低温熱処理を施すと結
晶粒を微細化できるが、組成が化学量論組成から太きく
ずれて臨界温度と臨界磁界が低くなる。
析出法は化学量論組成に近い組成でしかも微細な結晶粒
が得られる特徴を有するが、高融点金属Nbを融点が低
いAQと共に溶解させるためAQの蒸発に伴う組成変動
が大きく、しかも大量の溶融体を急冷させることが困難
で急冷過程で少なからずA15型化合物が析出し加工性
を低下させるという問題点があった。
本発明の目的は、上記したNb5AQ及びNba(AQ
、Ge)等の製造方法における問題点を解決し、化合物
超電導体の組成を化学量論組成しこ近づけて高臨界温度
と高臨界磁界を有し、かつ結晶粒が微細で高臨界電流密
度を有する化合物超電導体が安定化金属中に微細に分布
する超電導線材の製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するために本発明では化合物超電導体の
製造方法において、延伸性を有する過飽和固溶体から成
る膜をプラズマ溶射法によって金属基板上に形成し、該
過飽和固溶体膜を安定化金属と共に減面伸線加工して長
尺線材とし、析出熱処理を施して膜内に化合物超電導体
を析出させることを見出した。
これによって、安定化金属と高性能な化合物超電導体が
微細に分布する超電導線材を得た。
〔作用〕
以下にその詳細を説明する。NbとAffあるいはNb
と(AQ、Ge)等から成る金属粉末をプラズマ溶射法
で溶融させ成膜すると入熱条件によって異なるもののプ
ラズマジェット中の温度は7000℃以上に達し、高融
点金属NbはAQと共に瞬時に溶融して基板上に衝突し
急冷される。
プラズマ溶射を行う雰囲気を減圧アルゴン雰囲気にする
と酸素分圧が低くなり、NbとAQの酸化が抑制される
と共にプラズマ炎の長さが長くなり粒子溶融が促進され
る。さらに、粒子が基板に衝突するスピードが速く冷却
速度も早くなり、NbとAQ過飽和固溶体が得られやす
くなる。また、プラズマガスをA r + Hzガスに
するとプラズマ炎の温度が高くなり粒子溶融が促進され
ると共に、NbやAQの酸化がさらに抑制される。なお
、溶射に伴うアルミニウムの損失は1wt%以下である
。溶射に供する金属粉末はニオブ、アルミニウム、ゲル
マニウム等から成る混合金属粉末の他、これらいったん
溶解し粉砕した合金粉末を用いることもできる。ニオブ
とアルミニウム、ゲルマニウム等の溶融体を急冷する方
法で過飽和固溶体を得るためにはNbとAQあるいはA
Qと(A Q 。
Ge)等の組成比が熱平衡的に限定される。例えば、N
bとAQあるいはNbと(AM、Ge)ではNbが74
−81at%、AQあるいは(A Q 。
Ge)が19〜26at%が好ましい。この組成範囲よ
りもAQが少ないと過飽和固溶体は得られやすくなるが
、熱処理によって析出するNbaA nの体積比は低く
なる。逆にこの組成範囲よりもARが多いと過飽和固溶
体から成る単一相は得られず、硬くて脆いNbaAR相
が部分的に直接生成し、伸線加工性を低下させる。上記
組成範囲で得られた過飽和固溶体膜は体心立方構造で伸
延性を有する。この膜が形成された基板を多層構造とな
るように銅等の安定化金属に巻付けてさらに銅等の安定
性金属のパイプ内に挿入して、減面加圧すると安定化金
属で覆われた過飽和固溶体の細線を得ることができる。
この時、減面加工された多層構造から成る線材をさらに
数本束ねて銅等の安定化金属のパイプ内に挿入して減面
加工すると多芯構造を有する線材を得ることができる。
このNbとAQの過飽和固溶体は600〜900 ℃の
熱処理をするとA15相のNbaARが析呂するため、
線材は超電導性を有するようになる。析出法によって得
られたNb5AΩ は組成が化学量論組成で高臨界温度
を有し、しかも結晶粒が非常に微細なために高臨界電流
密度を有する。さらに安定化金属と超電導体が交互に微
細に分布した構造となっているため超電導電流を通電し
た際に超電導状態の安定化が保持しやすい。
〔実施例〕
以下に本実施例をあげ詳細に説明する。
実施例1゜ 48〜200メツシユのニオブ及びアルミニウム粉末を
所定の割合で配合し、メノウ製ボールミル容器内で高純
度アルゴンガスと共に密封し、約5時間混合、粉砕する
。得られた粉末を減圧雰囲気中溶射装置を用いて大きさ
300X300X2■のニオブ基板上に溶射した。減圧
雰囲気中溶射の条件は出カニ34kW、雰囲気圧カニ 
50Torr。
プラズマガス:アルゴンガス95%十水素51%。
プラズマ電流:800Aである。なおニオブ基板上にニ
オブ−アルミニウムを均一に溶射するために、溶射ノズ
ル先端を350X350anの範囲で繰返し移動させた
。このような溶射による粉末の溶融、急冷によって厚さ
100μmのニオブ−アルミニウムの過飽和固溶体膜が
得られた。得られたニオブ−アルミニウム膜を得するニ
オブ基板を銅芯に巻き付けて、さらに銅パイプ内に挿入
し直径0.5mmまで減面加工した。得られた細線を9
00℃で5時間熱処理し、線材内部にNb5A Qを微
細に析呂させた。表1にニオブとアルミニウム粉末の混
合比と線材の超電導特性の関係を示す。
ニオブとアルミニウム粉末の混合比が73 : 27の
場合、過飽和固溶体膜内に1〜2VOQ%のNb5AQ
  が直接生成し、加工性が若干低下した。
ニオブとアルミニウム粉末の混合比が76 : 26の
時、最も高い臨界温度17.8K が得られた。
またこの線材の液体ヘリウム温度における臨界電流密度
は20Tの磁界中において200A/nn+2であった
表  1 実施例2゜ 48〜200メツシユのニオブ及びアルミニウム、ゲル
マニウムを原子比で74:21:5の割合で取り、メノ
ウ製ボールミル容器内で高純度アルゴンガスと共に密封
し、約5時間混合、粉砕する。得られた粉末を減圧雰囲
気中溶射装置を用いて大きさ300X300X2nnの
タンタル基板上に溶射した。減圧雰囲気中溶射の条件は
出カニ34kW、雰囲気圧カニ 50Torr、プラズ
マガス:アルゴンガス95%十水素5%、プラズマ電流
:800Aである。なおタンタル基板上にニオブ−アル
ミニウムを均一に溶射するために、溶射ノズル先端を3
50X350mの範囲で繰返し移動させた。このような
溶射による粉末の溶融、急冷によって厚さ100μmの
ニオブ−アルミニウムーゲルマニウムの過飽和固溶体膜
が得られた。得られたニオブ−アルミニウムーゲルマニ
ウム膜を有するタンタル基板を銅芯に巻き付けて、さら
に銅パイプ内に挿入し直径0.5mまで減面加工した。
得られた細線を850°Cで7時間熱処理し、線材内部
にNba(AQ、Ge)を微細に析出させた。この化合
物超伝導線材の臨界温度は20.4にであった。また液
体ヘリウム温度における臨界電流密度は20Tの磁界中
において24OA/lll12であった。
〔発明の効果〕

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、化合物超電導体を構成する2種以上の金属元素から
    成る粉末をプラズマジェット中に供給して、金属基板上
    に溶融、衝突させ、10^4℃/sec以上の冷却速度
    で急冷し、基板表面上に過飽和固溶体膜を形成させた後
    、熱処理を施すことによって、膜内に前記化合物超電導
    体を析出させたことを特徴とする化合物超電導線材の製
    造方法。 2、請求項1において、前記過飽和固溶体膜を有する基
    板を多層に巻き付け、これを延伸して細線化した後、熱
    処理を施すことによつて、細線内に前記化合物超電導体
    を析出させたことを特徴とする化合物超電導線材の製造
    方法。 3、請求項1において、前記2種以上の金属元素がニオ
    ブ、アルミニウムとゲルマニウムとガリウムの少なくと
    も1つから成り、前記過飽和固溶体皮膜におけるニオブ
    とアルミニウム、ゲルマニウム、ガリウムの少なくとも
    1つとの割合がニオブ74〜81at%、アルミニウム
    とゲルマニウムとガリウム19〜26at%から成るこ
    とを特徴とする化合物超電導線材の製造方法。 4、請求項1において、前記プラズマジェットによる過
    飽和固溶体の形成を減圧アルゴン雰囲気中で行い、プラ
    ズマガスをアルゴン95〜80Vol.%、水素5〜2
    0Vol.%としたことを特徴とする化合物超電導線材
    の製造方法。 5、請求項1において、前記基板がタンタル、ニオブ、
    銅、アルミニウムから選ばれた材料からなることを特徴
    とする化合物超電導線材の製造方法。
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