JPH0799652B2 - ニオブ３・すず超電導体の形成方法 - Google Patents
ニオブ３・すず超電導体の形成方法Info
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- JPH0799652B2 JPH0799652B2 JP4166513A JP16651392A JPH0799652B2 JP H0799652 B2 JPH0799652 B2 JP H0799652B2 JP 4166513 A JP4166513 A JP 4166513A JP 16651392 A JP16651392 A JP 16651392A JP H0799652 B2 JPH0799652 B2 JP H0799652B2
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
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- C23C2/26—After-treatment
- C23C2/261—After-treatment in a gas atmosphere, e.g. inert or reducing atmosphere
-
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- C23C2/26—After-treatment
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電流容量を改良した
ニオブ３・すず超電導体を形成する方法および改良した
ニオブ３・すずテープに関する。
ニオブ３・すず超電導体を形成する方法および改良した
ニオブ３・すずテープに関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導は、ある種の材料が抵抗なしで電
流を伝える特性である。超電導材料は、その温度が材料
の超電導臨界温度より低くなっていて、材料が材料の超
電導臨界磁界より大きい磁界あるいは材料の超電導臨界
電流より大きい電流を受けないときだけ、この特性を発
揮する。したがって、超電導素子が受ける温度、磁界ま
たは電流を臨界温度、磁界または電流より高くすること
により、超電導は失効する（クエンチする）、すなわ
ち、抵抗状態に戻る。超電導の失効は、特定の材料に応
じて、すなわち温度、磁界または電流についてのその超
電導遷移状態の相対的幅に応じて、急激に起こるか、も
っとゆっくり起こる。
流を伝える特性である。超電導材料は、その温度が材料
の超電導臨界温度より低くなっていて、材料が材料の超
電導臨界磁界より大きい磁界あるいは材料の超電導臨界
電流より大きい電流を受けないときだけ、この特性を発
揮する。したがって、超電導素子が受ける温度、磁界ま
たは電流を臨界温度、磁界または電流より高くすること
により、超電導は失効する（クエンチする）、すなわ
ち、抵抗状態に戻る。超電導の失効は、特定の材料に応
じて、すなわち温度、磁界または電流についてのその超
電導遷移状態の相対的幅に応じて、急激に起こるか、も
っとゆっくり起こる。
【０００３】周知のように、選ばれた親金属は、それが
純粋なものでも、少量の合金化元素を含有するものでも
（後者が好ましい）、他の金属と反応させて、大きな電
流容量を有する超電導化合物または合金を形成すること
ができる。親金属たとえばニオブ、タンタル、テクネチ
ウムおよびバナジウムを、反応性金属たとえばすず、ア
ルミニウム、けい素およびガリウムと反応すなわち合金
化させて、超電導合金たとえばニオブ３・すずを形成す
ることができる。ここで用いる用語「ニオブ３・すず」
は、１個のすず原子あたり約３個のニオブ原子を含有す
る金属間化合物の形態の超電導合金である。ニオブ３・
すずはこの発明が対象とする超電導体である。
純粋なものでも、少量の合金化元素を含有するものでも
（後者が好ましい）、他の金属と反応させて、大きな電
流容量を有する超電導化合物または合金を形成すること
ができる。親金属たとえばニオブ、タンタル、テクネチ
ウムおよびバナジウムを、反応性金属たとえばすず、ア
ルミニウム、けい素およびガリウムと反応すなわち合金
化させて、超電導合金たとえばニオブ３・すずを形成す
ることができる。ここで用いる用語「ニオブ３・すず」
は、１個のすず原子あたり約３個のニオブ原子を含有す
る金属間化合物の形態の超電導合金である。ニオブ３・
すずはこの発明が対象とする超電導体である。
【０００４】また、ニオブ３・すずを改良できることが
知られており、第１の方法では、親金属すなわちニオブ
を、親金属原子の直径より０．２９オングストローム以
上大きい原子直径を有する溶質金属の少量と合金化する
ことにより、ニオブ３・すずを改良する。米国特許第
３，４２９，０３２号に、約２５％以下のジルコニウム
を含有するニオブを、過剰なすずおよび酸素、窒素およ
び炭素から選んだ非金属の存在下で加熱することにより
形成したニオブ３・すずは、臨界電流が向上しているこ
とが開示されている。また、反応性金属すずを銅と合金
化してニオブ３・すずを改良することも知られている。
Ｊ．Ｓ．Ｃａｓｌａｗ「低温学」（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ
ｓ）（１９７１年２月）５７−５９頁の「ニオブ−すず
における臨界電流密度の向上」では、ニオブを約４５重
量％以下の銅および残部量のすずからなる反応性金属と
反応させることにより、ニオブ３・すずの臨界電流密度
を改良している。
知られており、第１の方法では、親金属すなわちニオブ
を、親金属原子の直径より０．２９オングストローム以
上大きい原子直径を有する溶質金属の少量と合金化する
ことにより、ニオブ３・すずを改良する。米国特許第
３，４２９，０３２号に、約２５％以下のジルコニウム
を含有するニオブを、過剰なすずおよび酸素、窒素およ
び炭素から選んだ非金属の存在下で加熱することにより
形成したニオブ３・すずは、臨界電流が向上しているこ
とが開示されている。また、反応性金属すずを銅と合金
化してニオブ３・すずを改良することも知られている。
Ｊ．Ｓ．Ｃａｓｌａｗ「低温学」（Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ
ｓ）（１９７１年２月）５７−５９頁の「ニオブ−すず
における臨界電流密度の向上」では、ニオブを約４５重
量％以下の銅および残部量のすずからなる反応性金属と
反応させることにより、ニオブ３・すずの臨界電流密度
を改良している。
【０００５】ニオブ３・すず合金は、高磁界超電導電磁
石のような装置を製造する目的で、種々の形態に、特に
ワイヤおよびテープの形態に作製されている。超電導テ
ープを連続的に製造する１方法では、ニオブまたはニオ
ブ合金テープを溶融した反応性金属、たとえばすずまた
はすず合金の浴に連続的に通過させる。溶融浴から反応
性金属の薄い皮膜がテープに付着し、このテープをその
後反応炉で加熱して、親金属テープの表面上に超電導合
金の形成を促す。
石のような装置を製造する目的で、種々の形態に、特に
ワイヤおよびテープの形態に作製されている。超電導テ
ープを連続的に製造する１方法では、ニオブまたはニオ
ブ合金テープを溶融した反応性金属、たとえばすずまた
はすず合金の浴に連続的に通過させる。溶融浴から反応
性金属の薄い皮膜がテープに付着し、このテープをその
後反応炉で加熱して、親金属テープの表面上に超電導合
金の形成を促す。
【０００６】テープ上に生成した超電導合金は弱くもろ
いので、非超電導金属の外側層（ラミナ）をテープに重
ねて積層型超電導体を形成する。この積層型超電導体は
強く、超電導材料を損傷することなくコイルに巻くこと
ができる。たとえば、ニオブホイルの比較的薄いテープ
をすずで処理して、テープの両表面にニオブ３・すずの
密着層を形成する。ほぼ同じ幅の銅テープを超電導テー
プの主面それぞれにはんだ付けして、対称な積層構造を
形成する。銅とニオブ−ニオブ３・すずテープの熱膨張
係数に差があるので、もろい金属間化合物は常温でも圧
縮下におかれ、コイル巻きの際の機械的破断の危険が小
さくなる。
いので、非超電導金属の外側層（ラミナ）をテープに重
ねて積層型超電導体を形成する。この積層型超電導体は
強く、超電導材料を損傷することなくコイルに巻くこと
ができる。たとえば、ニオブホイルの比較的薄いテープ
をすずで処理して、テープの両表面にニオブ３・すずの
密着層を形成する。ほぼ同じ幅の銅テープを超電導テー
プの主面それぞれにはんだ付けして、対称な積層構造を
形成する。銅とニオブ−ニオブ３・すずテープの熱膨張
係数に差があるので、もろい金属間化合物は常温でも圧
縮下におかれ、コイル巻きの際の機械的破断の危険が小
さくなる。
【０００７】銅の外側層はテープにいくつかの他の重要
な機能を果たす。超電導テープへの電流負荷が臨界電流
密度Ｊｃを越えると、テープは普通の抵抗状態に追いや
られ、多量の熱が発生するが、この熱を迅速に放散しな
いと、テープが損傷される。銅の外側層は、ニオブ３・
すずが非超電導になったときに、代わりの通常の電流通
路を与え、発生する熱を減らす。銅の外側層は熱的冷却
通路も与え、ニオブ３・すずを超電導体の臨界温度以下
に下げる。銅の外側層が超電導テープにそのような効果
を発揮するためには、ニオブ３・すずと銅外側層との間
に強い均一な結合が必要である。
な機能を果たす。超電導テープへの電流負荷が臨界電流
密度Ｊｃを越えると、テープは普通の抵抗状態に追いや
られ、多量の熱が発生するが、この熱を迅速に放散しな
いと、テープが損傷される。銅の外側層は、ニオブ３・
すずが非超電導になったときに、代わりの通常の電流通
路を与え、発生する熱を減らす。銅の外側層は熱的冷却
通路も与え、ニオブ３・すずを超電導体の臨界温度以下
に下げる。銅の外側層が超電導テープにそのような効果
を発揮するためには、ニオブ３・すずと銅外側層との間
に強い均一な結合が必要である。
【０００８】
【発明の目的】この発明の目的は、すぐれた電流容量を
有するニオブ３・すず超電導体を形成する方法を提供す
ることにある。この発明の他の目的は、積層したニオブ
３・すずテープの非超電導外側層とニオブ３・すず内側
層との間に良好なはんだ結合を提供することにある。
有するニオブ３・すず超電導体を形成する方法を提供す
ることにある。この発明の他の目的は、積層したニオブ
３・すずテープの非超電導外側層とニオブ３・すず内側
層との間に良好なはんだ結合を提供することにある。
【０００９】
【発明の概要】この発明の方法は、すぐれた電流容量を
有するニオブ３・すず超電導体を形成する。ニオブテー
プをすず浴で被覆し、被覆テープを反応焼鈍（アニー
ル）してニオブ３・すずを形成することにより、超電導
ニオブ３・すずテープを形成する。この発明の方法で
は、ニオブテープを約５−２５重量％の鉛、約５−２５
重量％の銅および残部量のすずから実質的になるすず浴
で被覆する。鉛−銅−すず合金被覆は、被覆テープの反
応焼鈍中に微粒子ニオブ３・すずの迅速な形成を促進す
る。ニオブ３・すずの微細な結晶粒度は、超電導テープ
の電流容量を向上させる。反応焼鈍後にニオブ３・すず
上に残る鉛−銅−すず合金被覆は、非超電導外側層のニ
オブ３・すずへのはんだ結合も向上させる。
有するニオブ３・すず超電導体を形成する。ニオブテー
プをすず浴で被覆し、被覆テープを反応焼鈍（アニー
ル）してニオブ３・すずを形成することにより、超電導
ニオブ３・すずテープを形成する。この発明の方法で
は、ニオブテープを約５−２５重量％の鉛、約５−２５
重量％の銅および残部量のすずから実質的になるすず浴
で被覆する。鉛−銅−すず合金被覆は、被覆テープの反
応焼鈍中に微粒子ニオブ３・すずの迅速な形成を促進す
る。ニオブ３・すずの微細な結晶粒度は、超電導テープ
の電流容量を向上させる。反応焼鈍後にニオブ３・すず
上に残る鉛−銅−すず合金被覆は、非超電導外側層のニ
オブ３・すずへのはんだ結合も向上させる。
【００１０】
【詳しい説明】ニオブ３・すずテープは当業界でよく知
られており、たとえば、アイ・イー・イー・イー・トラ
ンザクションズ・オブ・マグネティクス（Ｉ．Ｅ．Ｅ．
Ｅ． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃｓ）ＭＡＧ−２巻，４号，１９６６年１２月，ｐｐ
７６０−７６４のエム．ベンツの論文「拡散処理したニ
オブ−すずテープの超電導特性」（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ
ｕｃｔｉｎｇＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｉｆｆｕ
ｓｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ Ｎｉｏｂｉｕｍ−Ｔｉ
ｎ Ｔａｐｅ）に記載されている。
られており、たとえば、アイ・イー・イー・イー・トラ
ンザクションズ・オブ・マグネティクス（Ｉ．Ｅ．Ｅ．
Ｅ． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔ
ｉｃｓ）ＭＡＧ−２巻，４号，１９６６年１２月，ｐｐ
７６０−７６４のエム．ベンツの論文「拡散処理したニ
オブ−すずテープの超電導特性」（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ
ｕｃｔｉｎｇＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｉｆｆｕ
ｓｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ Ｎｉｏｂｉｕｍ−Ｔｉ
ｎ Ｔａｐｅ）に記載されている。
【００１１】連続な長尺のニオブ３・すずテープを形成
する方法が知られており、たとえば、英国特許第１，３
４２，７２６号および第１，２５４，５４２号に記載さ
れている。この方法を図１−４を参照して説明する。ジ
ルコニウム、アルミニウム、ハフニウム、チタンおよび
バナジウムよりなる群から選んだ約５原子％以下の金属
と約５０００ｐｐｍ以下の酸素を含有するニオブテープ
２を、約４５重量％以下の銅を含有する溶融すず浴と接
触させて皮膜４を形成する。あるいはまた、すずと銅を
別々にニオブワイヤまたはテープの上に、少なくとも部
分的にめっきにより堆積してもよい。さらに、すずと銅
をニオブワイヤまたはテープに電解法または化学法によ
り適用してもよい。
する方法が知られており、たとえば、英国特許第１，３
４２，７２６号および第１，２５４，５４２号に記載さ
れている。この方法を図１−４を参照して説明する。ジ
ルコニウム、アルミニウム、ハフニウム、チタンおよび
バナジウムよりなる群から選んだ約５原子％以下の金属
と約５０００ｐｐｍ以下の酸素を含有するニオブテープ
２を、約４５重量％以下の銅を含有する溶融すず浴と接
触させて皮膜４を形成する。あるいはまた、すずと銅を
別々にニオブワイヤまたはテープの上に、少なくとも部
分的にめっきにより堆積してもよい。さらに、すずと銅
をニオブワイヤまたはテープに電解法または化学法によ
り適用してもよい。
【００１２】被覆したニオブテープ１０を約８５０−１
１００°Ｃで反応焼鈍して、ニオブ基板を被覆と反応さ
せ、ニオブテープ２の両側にニオブ３・すずの層６を形
成する。図３に示すように過剰な皮膜４’がニオブ３・
すず層６をおおう。残りのニオブテープ２’の厚さは、
ニオブ３・すず層６を形成する皮膜との反応で減少す
る。非超電導性外側層８を反応済みテープに、たとえ
ば、はんだ付けにより結合し、強度と成形性の改良され
た積層ニオブ３・すずテープ１４を形成する。たとえ
ば、はんだを外側層８およびニオブ３・すずテープ１２
に付着させ、外側層８およびニオブ３・すずテープ１２
を接触させ、適当なはんだ付け温度に加熱して積層ニオ
ブ３・すずテープ１４を形成する。
１００°Ｃで反応焼鈍して、ニオブ基板を被覆と反応さ
せ、ニオブテープ２の両側にニオブ３・すずの層６を形
成する。図３に示すように過剰な皮膜４’がニオブ３・
すず層６をおおう。残りのニオブテープ２’の厚さは、
ニオブ３・すず層６を形成する皮膜との反応で減少す
る。非超電導性外側層８を反応済みテープに、たとえ
ば、はんだ付けにより結合し、強度と成形性の改良され
た積層ニオブ３・すずテープ１４を形成する。たとえ
ば、はんだを外側層８およびニオブ３・すずテープ１２
に付着させ、外側層８およびニオブ３・すずテープ１２
を接触させ、適当なはんだ付け温度に加熱して積層ニオ
ブ３・すずテープ１４を形成する。
【００１３】この発明の方法を、やはり図１−４を参照
しながら、説明する。本発明者は、ニオブテープ２を、
好ましくは約８−１０重量％の鉛、約８−１０重量％の
銅および残部量のすずから実質的になるすず浴で被覆し
て、皮膜４を形成する場合、被覆したテープを反応焼鈍
して、電流容量の改良されたニオブ３・すずの層６を形
成できることを見出した。ニオブテープ２上の鉛−銅−
すず合金皮膜４が均一で連続であり、被覆量約０．０１
−０．０３ｇ／ｃｍ2 であるのが好ましい。その上、反
応焼鈍後にニオブ３・すず上に残っている鉛−銅−すず
合金の残留（余分な）皮膜４’は、ニオブ３・すずテー
プ１２を外側層８にはんだ付けして積層ニオブ３・すず
テープ１４を形成するときに、良好なはんだ結合を与え
る。
しながら、説明する。本発明者は、ニオブテープ２を、
好ましくは約８−１０重量％の鉛、約８−１０重量％の
銅および残部量のすずから実質的になるすず浴で被覆し
て、皮膜４を形成する場合、被覆したテープを反応焼鈍
して、電流容量の改良されたニオブ３・すずの層６を形
成できることを見出した。ニオブテープ２上の鉛−銅−
すず合金皮膜４が均一で連続であり、被覆量約０．０１
−０．０３ｇ／ｃｍ2 であるのが好ましい。その上、反
応焼鈍後にニオブ３・すず上に残っている鉛−銅−すず
合金の残留（余分な）皮膜４’は、ニオブ３・すずテー
プ１２を外側層８にはんだ付けして積層ニオブ３・すず
テープ１４を形成するときに、良好なはんだ結合を与え
る。
【００１４】ニオブテープ２は、ジルコニウム、ハフニ
ウム、モリブデン、ウラン、レニウムまたはこれらの混
合物よるなる群から選んだ約５原子％以下の溶質、約１
０原子％以下の酸素、残部量のニオブおよび不可避的不
純物から構成するのがよい。ニオブテープが、約１−２
原子％の溶質および約２−４原子％の酸素を含有するの
が好ましい。ニオブテープ表面の酸化およびニオブテー
プの内部酸化は、当業界で知られた通常の手段により、
たとえば、英国特許第１，３４２，７２６号に記載され
ているように、行うことができる。陽極酸化に続いて不
活性雰囲気中で焼鈍するのが、ニオブテープに酸素を導
入する手段として好適である。適当なニオブテープ２は
厚さ約１０−５０ミクロン、幅約０．０７６−５ｃｍで
ある。
ウム、モリブデン、ウラン、レニウムまたはこれらの混
合物よるなる群から選んだ約５原子％以下の溶質、約１
０原子％以下の酸素、残部量のニオブおよび不可避的不
純物から構成するのがよい。ニオブテープが、約１−２
原子％の溶質および約２−４原子％の酸素を含有するの
が好ましい。ニオブテープ表面の酸化およびニオブテー
プの内部酸化は、当業界で知られた通常の手段により、
たとえば、英国特許第１，３４２，７２６号に記載され
ているように、行うことができる。陽極酸化に続いて不
活性雰囲気中で焼鈍するのが、ニオブテープに酸素を導
入する手段として好適である。適当なニオブテープ２は
厚さ約１０−５０ミクロン、幅約０．０７６−５ｃｍで
ある。
【００１５】適当な陽極酸化法では、導体、すなわちニ
オブテープを適当な電解浴中で陽極として接続する。電
解酸化の結果、テープの表面上に酸化ニオブＮｂ2 Ｏ5
フィルムが生成する。酸化物フィルムを保持するテープ
を不活性雰囲気、たとえばアルゴン中で加熱し、酸素を
テープ中に拡散させる。酸素の望ましい濃度、たとえば
約１０原子％以下をテープ本体に拡散させ、テープ表面
を酸化物なしとする。酸素がテープ中の溶質元素と結合
すると考えられる。
オブテープを適当な電解浴中で陽極として接続する。電
解酸化の結果、テープの表面上に酸化ニオブＮｂ2 Ｏ5
フィルムが生成する。酸化物フィルムを保持するテープ
を不活性雰囲気、たとえばアルゴン中で加熱し、酸素を
テープ中に拡散させる。酸素の望ましい濃度、たとえば
約１０原子％以下をテープ本体に拡散させ、テープ表面
を酸化物なしとする。酸素がテープ中の溶質元素と結合
すると考えられる。
【００１６】ニオブテープ２を被覆するには、テープを
鉛−銅−すず合金よりなる溶融すず浴に通す。好ましく
は、皮膜４を十分に厚くし、ニオブテープの約９０％ま
でと反応し、残りの（余りの）皮膜４’をニオブ３・す
ず６上に残すようにする。被覆したテープ１０を不活性
雰囲気中で、ニオブ３・すず超電導体６を形成するのに
十分な時間、たとえば約２０−３００秒熱処理する。好
ましくは、ニオブテープが完全に反応する前に、反応焼
鈍を停止して、ニオブテープに脆いニオブ３・すず６を
支えるニオブコア２’が残り、そして残存する皮膜４’
がニオブ３・すず６をおおうようにする。
鉛−銅−すず合金よりなる溶融すず浴に通す。好ましく
は、皮膜４を十分に厚くし、ニオブテープの約９０％ま
でと反応し、残りの（余りの）皮膜４’をニオブ３・す
ず６上に残すようにする。被覆したテープ１０を不活性
雰囲気中で、ニオブ３・すず超電導体６を形成するのに
十分な時間、たとえば約２０−３００秒熱処理する。好
ましくは、ニオブテープが完全に反応する前に、反応焼
鈍を停止して、ニオブテープに脆いニオブ３・すず６を
支えるニオブコア２’が残り、そして残存する皮膜４’
がニオブ３・すず６をおおうようにする。
【００１７】反応済みテープ１２を、熱膨張係数がニオ
ブ３・すずより大きい金属、好ましくは銅の２つの非超
電導外側層８の間にはんだ付けする。外側層８はテープ
１２とだいたい同じ幅で、厚さ約７５−１５０μｍであ
る。はんだ結合は、たとえば図５に示すように行うこと
ができる。ニオブ３・すずテープ１２と２つの外側層８
を、約２３０−２５０°Ｃに加熱したはんだ浴２０に導
入する。整合用ローラにより浴２０内でテープ１２を外
側層８と対称に整合させ、接触させる。ローラワイパ２
２により余分なはんだを除去するとともに、テープ１２
と外側層８を圧力下で密着させ、両者間にはんだ結合を
形成し、こうして積層ニオブ３・すずテープ１４を形成
する。
ブ３・すずより大きい金属、好ましくは銅の２つの非超
電導外側層８の間にはんだ付けする。外側層８はテープ
１２とだいたい同じ幅で、厚さ約７５−１５０μｍであ
る。はんだ結合は、たとえば図５に示すように行うこと
ができる。ニオブ３・すずテープ１２と２つの外側層８
を、約２３０−２５０°Ｃに加熱したはんだ浴２０に導
入する。整合用ローラにより浴２０内でテープ１２を外
側層８と対称に整合させ、接触させる。ローラワイパ２
２により余分なはんだを除去するとともに、テープ１２
と外側層８を圧力下で密着させ、両者間にはんだ結合を
形成し、こうして積層ニオブ３・すずテープ１４を形成
する。
【００１８】再び図３−４に戻ると、好ましくは、約３
７重量％の鉛および残部量のすずよりなる通常の鉛−す
ずはんだを用いて、外側層８をニオブ３・すずテープ１
２に結合する。鉛−銅−すず皮膜の残存層４’が、ニオ
ブ３・すずテープ１２と外側層８との間に良好なはんだ
結合を達成する。はんだ結合の形成しやすさと、はんだ
結合の均一性および強度とを、鉛−銅−すず合金よりな
る残存皮膜４’により改良する。たとえば、鉛−銅−す
ず合金よりなる残存皮膜４’を用いると、すずまたは銅
−すず合金よりなる残存皮膜４’と較べて、はんだ結合
をより低い温度であるいはより短い時間で形成すること
ができる。その結果、外側層８がより高い強度に維持さ
れるので、ニオブ３・すず６はより高い圧縮レベルに維
持され、そして積層したニオブ３・すずテープ１４は成
形性がより良好になる。
７重量％の鉛および残部量のすずよりなる通常の鉛−す
ずはんだを用いて、外側層８をニオブ３・すずテープ１
２に結合する。鉛−銅−すず皮膜の残存層４’が、ニオ
ブ３・すずテープ１２と外側層８との間に良好なはんだ
結合を達成する。はんだ結合の形成しやすさと、はんだ
結合の均一性および強度とを、鉛−銅−すず合金よりな
る残存皮膜４’により改良する。たとえば、鉛−銅−す
ず合金よりなる残存皮膜４’を用いると、すずまたは銅
−すず合金よりなる残存皮膜４’と較べて、はんだ結合
をより低い温度であるいはより短い時間で形成すること
ができる。その結果、外側層８がより高い強度に維持さ
れるので、ニオブ３・すず６はより高い圧縮レベルに維
持され、そして積層したニオブ３・すずテープ１４は成
形性がより良好になる。
【００１９】
【実施例の説明】この発明の方法のその他の特徴と効果
は以下の実施例に示す。以下の実施例で形成したニオブ
３・すずテープの電流密度は、当業界で周知の通常の４
プローブ抵抗測定法により測定した。簡単に説明する
と、２つの電圧プローブを超電導テープに短い距離離し
てはんだ付けした。電流リードを超電導テープに、電圧
プローブのそれぞれからさらに遠くではんだ付けした。
液体窒素で冷却し、ついで液体ヘリウムで冷却すること
により、ニオブ３・すずテープを４．２Ｋに冷却した。
磁界約５Tesla の磁石をテープ上に、磁界が超電導テー
プの電流通路に直角になるように、位置決めした。テー
プに電流を段階的に増加しながら流し、そしてテープ上
のプローブから電圧を記録した。この試験では、臨界電
流を、プローブ間に０．２μＶの電圧差を生じる電流と
して定義した。
は以下の実施例に示す。以下の実施例で形成したニオブ
３・すずテープの電流密度は、当業界で周知の通常の４
プローブ抵抗測定法により測定した。簡単に説明する
と、２つの電圧プローブを超電導テープに短い距離離し
てはんだ付けした。電流リードを超電導テープに、電圧
プローブのそれぞれからさらに遠くではんだ付けした。
液体窒素で冷却し、ついで液体ヘリウムで冷却すること
により、ニオブ３・すずテープを４．２Ｋに冷却した。
磁界約５Tesla の磁石をテープ上に、磁界が超電導テー
プの電流通路に直角になるように、位置決めした。テー
プに電流を段階的に増加しながら流し、そしてテープ上
のプローブから電圧を記録した。この試験では、臨界電
流を、プローブ間に０．２μＶの電圧差を生じる電流と
して定義した。
【００２０】
【実施例１】幅約２５ｍｍ、厚さ約２５μｍで、約１．
０重量％のジルコニウムを含有するニオブテープを、テ
レダイン・ワ・チャン（Ｔｅｌｅｄｙｎｅ ＷａｈＣｈ
ａｎｇ、米国オレゴン州アルバニー）から入手した。こ
のニオブテープを陽極酸化するため、約９０°Ｃに加熱
した約７ｇ／リットルの硫酸ナトリウムを含有する水性
浴にテープを通した。１４５Ｖの電位を陽極としてのテ
ープとステンレス鋼陰極との間に印加した。こうしてテ
ープを浴内で約約３０５ｃｍ／分（１０フィート／分）
の速度で陽極酸化した。陽極酸化したテープを長さ約９
１ｃｍ／分（３フィート）の加熱区域を有する管炉に約
６１ｃｍ／分（２フィート／分）の速度で通し、アルゴ
ン雰囲気中で１０００°Ｃに加熱した。テープ表面上の
酸化ニオブを分解して、金属ニオブの実質的に酸化物を
含まないテープ表面を形成し、酸素をテープの内部に拡
散させた。
０重量％のジルコニウムを含有するニオブテープを、テ
レダイン・ワ・チャン（Ｔｅｌｅｄｙｎｅ ＷａｈＣｈ
ａｎｇ、米国オレゴン州アルバニー）から入手した。こ
のニオブテープを陽極酸化するため、約９０°Ｃに加熱
した約７ｇ／リットルの硫酸ナトリウムを含有する水性
浴にテープを通した。１４５Ｖの電位を陽極としてのテ
ープとステンレス鋼陰極との間に印加した。こうしてテ
ープを浴内で約約３０５ｃｍ／分（１０フィート／分）
の速度で陽極酸化した。陽極酸化したテープを長さ約９
１ｃｍ／分（３フィート）の加熱区域を有する管炉に約
６１ｃｍ／分（２フィート／分）の速度で通し、アルゴ
ン雰囲気中で１０００°Ｃに加熱した。テープ表面上の
酸化ニオブを分解して、金属ニオブの実質的に酸化物を
含まないテープ表面を形成し、酸素をテープの内部に拡
散させた。
【００２１】内部酸化テープのサンプルを、約１６．６
重量％の銅、残部量のすずおよび不可避的不純物からな
るすず浴と接触させた。すず浴を約１０５０°Ｃに加熱
し、テープを浴に約３０５ｃｍ／分（１０フィート／
分）の速度で通して、テープ表面に約０．０３ｇ／ｃｍ
2 のすず−銅合金の密着連続フィルムを生成した。すず
被覆テープをアルゴン雰囲気の管炉中で、１０００−１
１５０°Ｃの範囲の温度で、２５−６００秒の種々の反
応時間熱処理した。反応済みテープは、テープの各側面
に約２．６−１０．８μｍのニオブ３・すず反応層を有
し、テープのコアに約１−２２μｍの未反応ニオブを有
した。各テープサンプルについて、反応温度、反応時
間、ニオブ３・すずの厚さ、臨界電流の測定特性すなわ
ち電流密度を表Ｉに示す。
重量％の銅、残部量のすずおよび不可避的不純物からな
るすず浴と接触させた。すず浴を約１０５０°Ｃに加熱
し、テープを浴に約３０５ｃｍ／分（１０フィート／
分）の速度で通して、テープ表面に約０．０３ｇ／ｃｍ
2 のすず−銅合金の密着連続フィルムを生成した。すず
被覆テープをアルゴン雰囲気の管炉中で、１０００−１
１５０°Ｃの範囲の温度で、２５−６００秒の種々の反
応時間熱処理した。反応済みテープは、テープの各側面
に約２．６−１０．８μｍのニオブ３・すず反応層を有
し、テープのコアに約１−２２μｍの未反応ニオブを有
した。各テープサンプルについて、反応温度、反応時
間、ニオブ３・すずの厚さ、臨界電流の測定特性すなわ
ち電流密度を表Ｉに示す。
【００２２】
【表１】 （表 Ｉ） サンプル 反応温度 反応時間 Ｎｂ3 Ｓｎ ５テスラでのＪｃ 番号 （°Ｃ） （ｓｅｃ） 厚さ（μｍ） （×１０ 5 Ａ／cm 2 ） １ １０００ １５０ ２．６ ７．０１ ２ １０００ ３００ ４．３ １０．３ ３ １０００ ５００ ８．１ ９．５９ ４ １０００ ６００ ９．７ ８．７６ ５ １０５０ １８０ ６．１ ８．０４ ６ １１５０ ２５ ２．６ ６．２５ ７ １１５０ ５０ ４．１ ９．１５ ８ １１５０ ７５ ８．１ ６．７４ ９ １１５０ １００ １０．８ ７．４１
【００２３】
【実施例２】すず浴が約８．８重量％の銅、８．８重量
％の鉛、残部量のすずおよび不可避的不純物からなるこ
と以外は、実施例１と同じ方法で、ニオブ３・すず超電
導テープのサンプルを形成した。反応温度、反応時間、
ニオブ３・すずの厚さ、そして測定した特性を表ＩＩに
示す。
％の鉛、残部量のすずおよび不可避的不純物からなるこ
と以外は、実施例１と同じ方法で、ニオブ３・すず超電
導テープのサンプルを形成した。反応温度、反応時間、
ニオブ３・すずの厚さ、そして測定した特性を表ＩＩに
示す。
【００２４】
【表２】 （表 II） サンプル 反応温度 反応時間 Ｎｂ3 Ｓｎ ５テスラでのＪｃ 番号 （°Ｃ） （ｓｅｃ） 厚さ（μｍ） （×１０ 5 Ａ／cm 2 ） １０ １０５０ １５０ ３．３ １１．４７ １１ １０５０ ２００ ５．１ １０．７７ １２ １０５０ ２５０ ６．８ １１．８４ 表Ｉと表ＩＩのデータを比較すると、鉛−銅−すず合金
被覆から形成したニオブ３・すずの電流密度が、銅−す
ず被覆から形成したニオブ３・すずより大きいことがわ
かる。この発明の方法により形成したニオブ３・すずテ
ープのすぐれた電流容量が、図６および図７を参照する
と、さらによくわかる。図６および図７は、銅−すず合
金で被覆したニオブテープおよび鉛−銅−すず合金で被
覆したニオブテープをそれぞれ反応させて形成したニオ
ブ３・すずテープについて、電流密度と反応時間との関
係および電流密度とＮｂ3 Ｓｎ層の厚さとの関係を示す
グラフである。
被覆から形成したニオブ３・すずの電流密度が、銅−す
ず被覆から形成したニオブ３・すずより大きいことがわ
かる。この発明の方法により形成したニオブ３・すずテ
ープのすぐれた電流容量が、図６および図７を参照する
と、さらによくわかる。図６および図７は、銅−すず合
金で被覆したニオブテープおよび鉛−銅−すず合金で被
覆したニオブテープをそれぞれ反応させて形成したニオ
ブ３・すずテープについて、電流密度と反応時間との関
係および電流密度とＮｂ3 Ｓｎ層の厚さとの関係を示す
グラフである。
【００２５】実施例１の方法により形成したニオブ３・
すずテープの約１００のサンプルの電流密度を平均し
て、図６および図７の白丸で示す曲線を得た。ニオブが
銅−すず合金被覆と反応する反応時間が増加するにつれ
て、ニオブ３・すず層に結晶粒が成長するため、ニオブ
３・すずの電流密度が減少することがわかる。しかし、
ニオブを鉛−銅−すず合金被覆と反応させることにより
形成したニオブ３・すず超電導体は、反応時間が増加し
ても、細かい結晶粒度を維持し、電流密度が従来のニオ
ブ３・すず超電導体より向上している。
すずテープの約１００のサンプルの電流密度を平均し
て、図６および図７の白丸で示す曲線を得た。ニオブが
銅−すず合金被覆と反応する反応時間が増加するにつれ
て、ニオブ３・すず層に結晶粒が成長するため、ニオブ
３・すずの電流密度が減少することがわかる。しかし、
ニオブを鉛−銅−すず合金被覆と反応させることにより
形成したニオブ３・すず超電導体は、反応時間が増加し
ても、細かい結晶粒度を維持し、電流密度が従来のニオ
ブ３・すず超電導体より向上している。
【図１】ニオブテープの側面図である。
【図２】すず合金で被覆したニオブテープの側面図であ
る。
る。
【図３】反応焼鈍したニオブ３・すずテープの側面図で
ある。
ある。
【図４】反応焼鈍したニオブ３・すずテープを非超電導
外側層にはさんだ構造の側面図である。
外側層にはさんだ構造の側面図である。
【図５】この発明の方法を説明するはんだ浴を含む被覆
装置の図である。
装置の図である。
【図６】銅−すず合金で被覆したニオブテープおよび鉛
−銅−すず合金で被覆したニオブテープそれぞれから形
成したニオブ３・すず超電導体について、電流密度と反
応時間との関係を示すグラフである。
−銅−すず合金で被覆したニオブテープそれぞれから形
成したニオブ３・すず超電導体について、電流密度と反
応時間との関係を示すグラフである。
【図７】銅−すず合金で被覆したニオブテープおよび鉛
−銅−すず合金で被覆したニオブテープそれぞれから形
成したニオブ３・すず超電導体について、電流密度と結
晶粒度との関係を示すグラフである。
−銅−すず合金で被覆したニオブテープそれぞれから形
成したニオブ３・すず超電導体について、電流密度と結
晶粒度との関係を示すグラフである。
２ ニオブテープ ２’ 残存ニオブテープ ４ 皮膜 ４’ 残存皮膜 ６ ニオブ３・すず ８ 外側層 １０ 被覆ニオブテープ １２ ニオブ３・すずテープ １４ 積層したニオブ３・すずテープ ２０ はんだ浴 ２２ ローラワイパ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−139215（ＪＰ，Ａ) 米国特許3429032（ＵＳ，Ａ) 英国特許1254542（ＧＢ，Ａ) 英国特許1342726（ＧＢ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 ニオブテープをすず浴で被覆し、被覆し
たテープを反応させてニオブ３・すずを形成する工程を
含むニオブ３・すず超電導テープの形成方法において、 ニオブテープを約５−２５重量％の鉛、約５−２５重量
％の銅および残部量のすずから実質的になるすず浴で被
覆することを特徴とするニオブ３・すず超電導テープの
形成方法。 - 【請求項２】 ニオブテープが約１−２原子％のジルコ
ニウムおよび約２−４原子％の酸素を含有する請求項１
に記載のニオブ３・すず超電導テープの形成方法。 - 【請求項３】 ニオブ３・すずテープがすず浴被覆の過
剰な層を有し、これを銅外側薄層にはんだ付けすること
を含む請求項１に記載のニオブ３・すず超電導テープの
形成方法。 - 【請求項４】 ジルコニウム、ハフニウム、モリブデ
ン、ウラン、レニウムまたはこれらの混合物よるなる群
から選んだ約５原子％以下の溶質と約１０原子％以下の
酸素を含有するニオブテープをすず浴で被覆し、被覆し
たテープを反応させてニオブ３・すずを形成する工程を
含むニオブ３・すず超電導テープの形成方法において、 ニオブテープを約５−２５重量％の鉛、約５−２５重量
％の銅および残部量のすずから実質的になるすず浴で被
覆することを特徴とするニオブ３・すず超電導テープの
形成方法。 - 【請求項５】 ニオブ３・すずテープがすず浴被覆の過
剰な層を有し、これを銅外側薄層にはんだ付けすること
を含む請求項４に記載のニオブ３・すず超電導テープの
形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US72301791A | 1991-06-28 | 1991-06-28 | |
| US723017 | 1991-06-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05198227A JPH05198227A (ja) | 1993-08-06 |
| JPH0799652B2 true JPH0799652B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=24904459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4166513A Expired - Lifetime JPH0799652B2 (ja) | 1991-06-28 | 1992-06-25 | ニオブ３・すず超電導体の形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0799652B2 (ja) |
| GB (1) | GB2257437B (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0690143A1 (en) * | 1994-06-27 | 1996-01-03 | General Electric Company | Method of coating niobium foil |
| US5505790A (en) * | 1994-09-09 | 1996-04-09 | General Electric Company | Method for enhancing critical current of triniobium tin |
| US6358331B1 (en) * | 1995-04-03 | 2002-03-19 | General Electric Company | Method for improving quality of triniobium tin superconductor in manufacturing environment by controlling iron content in molten tin bath |
| US5540787A (en) * | 1995-06-14 | 1996-07-30 | General Electric Company | Method of forming triniobium tin superconductor |
| GB2308490A (en) * | 1995-12-18 | 1997-06-25 | Oxford Instr Ltd | Superconductor and energy storage device |
| CN110560817A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-12-13 | 苏州新材料研究所有限公司 | 一种超导材料连续锡焊装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3429032A (en) | 1963-10-15 | 1969-02-25 | Gen Electric | Method of making superconductors containing flux traps |
| GB1254542A (en) | 1968-02-20 | 1971-11-24 | Plessey Co Ltd | Improvements in or relating to superconducting electrical conductors |
| GB1342726A (en) | 1970-02-04 | 1974-01-03 | Plessey Co Ltd | Electrical conductors |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55107769A (en) * | 1979-02-09 | 1980-08-19 | Natl Res Inst For Metals | Manufacture of nb3 sn diffused wire |
-
1992
- 1992-06-22 GB GB9213163A patent/GB2257437B/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-06-25 JP JP4166513A patent/JPH0799652B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3429032A (en) | 1963-10-15 | 1969-02-25 | Gen Electric | Method of making superconductors containing flux traps |
| GB1254542A (en) | 1968-02-20 | 1971-11-24 | Plessey Co Ltd | Improvements in or relating to superconducting electrical conductors |
| GB1342726A (en) | 1970-02-04 | 1974-01-03 | Plessey Co Ltd | Electrical conductors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05198227A (ja) | 1993-08-06 |
| GB2257437A (en) | 1993-01-13 |
| GB9213163D0 (en) | 1992-08-05 |
| GB2257437B (en) | 1994-05-18 |
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