JPH04298917A - 化合物超電導導体の製造方法 - Google Patents

化合物超電導導体の製造方法

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JPH04298917A
JPH04298917A JP3064448A JP6444891A JPH04298917A JP H04298917 A JPH04298917 A JP H04298917A JP 3064448 A JP3064448 A JP 3064448A JP 6444891 A JP6444891 A JP 6444891A JP H04298917 A JPH04298917 A JP H04298917A
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JP
Japan
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superconductor
superconducting
wire
compound
tube
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JP3064448A
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Inventor
Shigeo Nakayama
茂雄 中山
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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】
【0001】[発明の目的]
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物超電導導体の製
造方法に関する。
【0003】
【従来の技術】現在、実用化されている超電導導体とし
ては、Nb3 SnやNb3 Al等の化合物系超電導
体を用いたものや、Nb−Ti やNb−Zr 等の合
金系超電導体を用いたものが知られており、送電ケーブ
ルや電力をほとんど消費することなく強磁界の形成が可
能な超電導コイル等への実用化が進められている。上記
したような化合物超電導体を用いた超電導導体の製造方
法としては、ブロンズ法、チューブ法、内部拡散法、ジ
ェリーロール法等が知られている。
【0004】例えば、Nbチューブ法を適用した超電導
導体は、例えば以下に示すようにして製造される。超電
導導体として、Nb3 Snマルチ超電導線を例にとる
と、まずNbチューブ内に、 Cu−Sn合金やSn棒
を挿入したCu管を充填すると共に、このNbチューブ
の外周にCuを被覆し、これをスウェージングマシン等
により一体化しながら所定の外径まで減面加工する。次
いで、この素線の多数本をCu管内に挿入し、一体化し
た後に、減面加工を施して所定の線径とする。この後、
Nb3 Snの生成温度で熱処理を施すことによって、
Nbチューブ内のSnを拡散させてNbと反応させ、N
bチューブの表面にNb3 Sn超電導体層を形成する
【0005】また、Nb3 Sn等を用いた超電導線は
、長手方向の引張り力や曲げ歪が加わった際に、臨界電
流密度等の超電導特性が低下しやすいという欠点を有し
ているが、断面円形の超電導線よりも断面矩形状の超電
導線の方が、上記した変形による超電導特性の低下が少
ないため、超電導コイルを作製するような際には、断面
矩形状の超電導線が一般的に用いられている。このよう
な平角状の超電導線は、上述したNbチューブ法におい
て、化合物超電導体の生成温度による熱処理前に、減面
加工によって所定の線径とした丸線を加圧ローラ等で圧
延することによって、断面形状を正方形や長方形のよう
な矩形状にし、この後に化合物超電導体の生成温度によ
る熱処理を施して得ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな平角状の超電導線では、丸線を断面矩形状に加工す
る際に、図4に示すように、Sn棒1およびCu管2が
順に充填されたNbチューブ3自体も偏平状に変形して
しまう。同図では省略したが、Nb3 Sn等の超電導
体層は、変形したNbチューブ3の内周側に形成される
ため、Nbチューブ3が偏平状に変形すると、磁場に対
する超電導線の臨界電流密度(Jc)に異方性が生じて
しまう。この様子を図5に示す。図5から明らかなよう
に、超電導線の断面の短辺方向に磁場が印加された際の
Jc (図中、△で示す)に比べて、超電導線の断面の
長辺方向に磁場が印加された際のJc (図中、○で示
す)は大幅に低下する。これによって、超電導線を使用
する際の自由度が大幅に制限されている。
【0007】また、超電導マグネットを作製する際には
、巻き易さや歪および荷重によるJc の低下を抑制す
るため、平角状超電導線の断面長辺が巻き治具に接する
ように巻回している。すなわち平角状超電導線を、超電
導マグネットが形成する磁場方向に対してJc の低下
が大きい方向に巻回することになる。したがって、所定
の磁場を得るためには、巻数を多くしたり、線径を太く
する等によって対処しなければならないため、大型で重
い超電導マグネットになってしまうという問題があった
【0008】本発明は、このような従来技術の課題に対
処するためになされたもので、平角状の超電導導体を作
製する際、超電導素線を変形させることなく、所定の断
面矩形状に容易に加工することを可能にした化合物超電
導導体の製造方法を提供することを目的としている。
【0009】[発明の構成]
【0010】
【課題を解決するための手段と作用】すなわち、本発明
の化合物超電導導体の製造方法は、熱処理により反応し
て化合物超電導体を形成する化合物超電導体材料を含む
多数の素線を、 500℃〜700℃の範囲の温度で加
熱処理されたCu系マトリックス内に埋設する工程と、
前記Cu系マトリックスの外周側に強化銅層を一体化す
る工程と、この一体化された構造体を、所定の外形形状
に冷間加工する工程と、前記加工体に対して、前記化合
物超電導体の生成温度領域での熱処理を施す工程とを有
することを特徴としている。
【0011】本発明に用いられる熱処理により反応して
化合物超電導体を形成する化合物超電導体材料としては
、Nb3 Snの形成材料であるNbとSnや、Nb3
 Alの形成材料であるNbとAl等が例示され、例え
ばNbチューブ内にSnやAlを含む材料等を充填する
ことによって超電導体素線が形成される。また、Nbや
SnもしくはAlを別個に素線として用いることも可能
である。
【0012】このような超電導体素線は、Cu系マトリ
ックス内に埋設される。また、このCu系マトリックス
の外周側には、強化銅層が一体化され、本発明の化合物
超電導導体の原型となる構造体が構成される。ここで、
上記Cu系マトリックスは、 500℃〜 700℃の
温度で加熱処理されたCuからなるものである。このよ
うな加熱処理が施されたCuは、減面加工等の冷間加工
によって軟化現象を起こすため、上記超電導体素線の変
形を防止する上で非常に有効である。上記加熱処理時の
温度が 500℃未満では、上記した軟化現象を十分に
得ることができず、また 700℃を超えると軟化しに
くくなる。加熱処理時の雰囲気は、特に限定されるもの
ではないが、Cuの酸化を防ぐ上で真空または不活性雰
囲気とすることが好ましい。ただし、大気中等の酸化性
雰囲気中において熱処理した際には、その後に酸化層の
除去処理を行えばよい。また、熱処理時間は10時間〜
50時間程度とすることが好ましい。また、上記したC
u系マトリックスの外周側に一体化される強化銅として
は、例えばアルミナ粒子等による粒子分散強化型銅合金
、Cr、Zr、Ti、Zn等による固溶強化型銅合金、
加工硬化させた銅等が例示され、特にアルミナ分散強化
銅が好ましい。このアルミナ分散強化銅は、Cu中にA
l2 O 3 粒子を 1〜 2重量%程度の範囲で分
散させることによって、分散強化させた強化Cu合金で
あり、例えば酸化銅粉末とアルミナ粉末との混合物を還
元焼結させることによって得られる。このアルミナ分散
強化銅は、化合物超電導体の生成温度による熱処理によ
っても、引張り強度の低下が極めて小さく、化合物超電
導導体の強度メンバーとして十分な効果をもたらすと共
に、超電導体素線の変形を防止する上で非常に有効であ
る。
【0013】本発明の製造方法においては、上記した構
造体に対して冷間にて伸線加工を施し、所定の線径の丸
型線とした後、この丸型線を加圧ローラ等によって圧延
して化合物超電導導体の外形形状を断面矩形状に加工す
る。ここで、上記丸型線に印加された圧力は、最外層の
強化銅層により受け止められ、また内部のCu系マトリ
ックスは伸線加工によって軟化現象を起こしており、マ
トリックス内の超電導体素線の移動が起き易くなってい
ることから、超電導体素線に加わる荷重は分散されると
共に軽減される。したがって、化合物超電導導体自体の
外形形状を断面矩形状に加工しても、超電導体素線の形
状をおおよそ断面円形に維持することができる。
【0014】そして、上記したように外形形状を所定の
断面矩形状に加工した加工体に対して、化合物超電導体
の生成温度領域での熱処理を施すことによって、化合物
超電導体層を形成し、目的とする化合物超電導導体が得
られる。この熱処理条件は、例えばNb3 Snの場合
には 650℃〜 770℃の温度で10時間〜 40
0時間程度、Nb3 Alの場合には 750℃〜 9
50℃の温度で 1時間〜 100時間程度である。
【0015】なお、本発明により得られた化合物超電導
導体を熱処理可能な製品へ適用する場合には、本発明の
熱処理をその製品の組立過程で行うようにしてもよい。 例えば、本発明により製造された超電導線を用いて超電
導マグネットを形成するような場合には、コイル用の巻
枠へ熱処理前のものを巻装し、この状態で化合物超電導
体および拡散防止層形成のための熱処理を行うようにし
てもよい。
【0016】
【実施例】次に、本発明の化合物超電導導体の製造方法
の実施例について、図面を参照して説明する。
【0017】実施例1 図1および図2は、本発明の一実施例の化合物超電導導
体の製造工程を示す図である。これらの図にしたがって
、この実施例のマルチ超電導線の製造方法を以下に説明
する。
【0018】まず、純銅からなる管状部材に、大気中に
て 600℃、16時間の加熱処理を施した。次いで、
酸化銅の形成によって黒化した表面を光輝にするため、
さらに 600℃の真空中で熱処理した。このような加
熱処理を施したCu管を、マトリックス構成部材として
使用し、超電導体素線を以下の要領により作製した。
【0019】図1(a)に示すように、Nbチューブ1
1内にSn棒12が充填されたCu管13を挿入した後
、さらにこれを上記加熱処理が施されたCu管14内に
挿入し、一体化して超電導体素線15を作製した。上記
加熱処理が施されたCu管14は、Cuマトリックスの
構成部材となるものである。
【0020】次に、図1(b)に示すように、上記超電
導体素線15を多数本束ね、アルミナ分散強化銅( 1
.1wt% Al2 O 3 −Cu)管16内に挿入
した。このアルミナ分散強化銅管16は、目的とする超
電導線の最外層を構成するものである。
【0021】上記多数本の超電導体素線15を挿入した
アルミナ分散強化銅管16を、図2(a)に示すように
、スウェージングマシンによって一体化して、目的とす
る超電導線の原型となる構造体を作製した。この一体化
工程で、上記加熱処理が施されたCu管14はCuマト
リックスを形成する。この後、上記一体化した構造体に
、冷間にて減面加工(伸線加工)を施して、直径1.1
2mmの丸形線17を得た。
【0022】次に、上記丸形線17を加圧ローラで圧延
し、断面形状が 0.7mm× 1.4mmの長方形と
なるように加工して、図2(b)に示すように平角線1
8を作製した。この平角線18の断面構造を顕微鏡で観
察したところ、図2(b)に示したように、超電導体素
線15の形状はおおよそ丸形を維持していた。これは、
図2(a)に示したように、丸形線17に印加された圧
力(図中、矢印Aで示す)が、機械的強度が大きい最外
層のアルミナ分散強化銅管16に受け止められると共に
、内部のCuマトリックス14は、伸線加工によって軟
化現象を起こしており、マトリックス14内の超電導体
素線15の移動が起き易くなっているためである。
【0023】この後、上記平角線18に、真空中で 7
00℃にて30時間熱処理を施し、Nbチューブ11と
内部のCu管13中を拡散してきたSnとを反応させて
、図2(b)では図示を省略したが、Nbチューブ11
の内周側にNb3 Sn層を形成して、目的とする平角
形の超電導線を得た。
【0024】このようにして得た平角形超電導線の臨界
電流密度を、断面の短辺方向に磁場を印加した状態と長
辺方向に磁場を印加した状態それぞれについて測定した
。その結果を図3に示す。図3から明らかなように、磁
場の印加方向に対する臨界電流密度の異方性が従来の平
角形超電導線(図5参照)に比べて大幅に改善されてい
ることが分かる。例えば、断面の短辺方向に磁場を印加
した状態では、15テスラで 850A/mm2 であ
り、また長辺方向に磁場を印加した状態では、15テス
ラで800A/mm2 であった。また、平角状に加工
する前の丸形線を同様にして作製し、これに同様な熱処
理を施して得た超電導線の臨界電流密度を測定したとこ
ろ、935A/mm2 であった。このことから、超電
導体素線を偏平させることなく平角状に加工することに
よって、臨界電流密度の値自体も丸形超電導線に近い値
が得られることが分かる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の化合物超
電導導体の製造方法によれば、平角状の超電導導体を作
製する際に、超電導体素線を偏平状に変形させることな
く、所定の断面矩形状に容易に加工することが可能とな
るため、磁場の印加方向に対する臨界電流密度等の超電
導特性の異方性が小さい化合物超電導導体を提供するこ
とが可能となる。これにより、平角状の超電導導体を使
用する際の自由度を大幅に向上させることが可能となる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の超電導線の製造工程の一部
を示す断面図である。
【図2】図1に続く超電導線の製造工程を示す断面図で
ある。
【図3】本発明の一実施例により得た平角形超電導線の
印加磁場方向に対する臨界電流密度を示す図である。
【図4】従来の平角形超電導線の断面構造を示す図であ
る。
【図5】従来の平角形の超電導線の印加磁場方向に対す
る臨界電流密度を示す図である。
【符号の説明】
11……Nbチューブ 12……Sn棒 13……Cu管 14……Cuマトリックス(加熱処理が施されたCu管
)15……超電導体素線 16……アルミナ分散強化銅管 17……丸形線 18……平角線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  熱処理により反応して化合物超電導体
    を形成する化合物超電導体材料を含む多数の素線を、 
    500℃〜 700℃の範囲の温度で加熱処理されたC
    u系マトリックス内に埋設する工程と、前記Cu系マト
    リックスの外周側に強化銅を一体化する工程と、この一
    体化された構造体を、所定の外形形状に冷間加工する工
    程と、前記加工体に対して、前記化合物超電導体の生成
    温度領域での熱処理を施す工程とを有することを特徴と
    する化合物超電導導体の製造方法。
JP3064448A 1991-03-28 1991-03-28 化合物超電導導体の製造方法 Withdrawn JPH04298917A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007173102A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Kobe Steel Ltd Nb3Sn超電導線材製造用前駆体およびその製造方法
WO2023013726A1 (ja) 2021-08-06 2023-02-09 古河電気工業株式会社 化合物超電導線用前駆体線、化合物超電導線および化合物超電導線の巻替え方法

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Effective date: 19980514