JPH08190824A - 化合物系超電導線材およびコイルの製造方法 - Google Patents

化合物系超電導線材およびコイルの製造方法

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JPH08190824A
JPH08190824A JP6070474A JP7047494A JPH08190824A JP H08190824 A JPH08190824 A JP H08190824A JP 6070474 A JP6070474 A JP 6070474A JP 7047494 A JP7047494 A JP 7047494A JP H08190824 A JPH08190824 A JP H08190824A
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JP
Japan
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compound
wire
strands
superconductor
coil
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JP6070474A
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English (en)
Inventor
Naoki Ayai
直樹 綾井
Yuichi Yamada
雄一 山田
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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】 【目的】 接合により、電気的および機械的特性の優れ
た長尺の化合物系超電導線材およびコイルを製造する。 【構成】 ジェリーロール法またはブロンズ法等に従っ
て、化合物系超電導体の原材料となる金属と安定化金属
とが複合された線材を複数本準備する。次いで線材同士
11a、11bをその長手方向に沿って長さLだけ重ね
合わせる。長さLは素線の線径dの30倍以上である。
次いで、重ね合わせた部分について撚り合わせる。撚り
合わせのピッチPは、線径dの15倍以下である。この
ような撚り合わせによって接合された線材を、熱処理し
て化合物超電導体を生成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物系超電導線材お
よびコイルの製造方法に関し、特に、分析用NMR、核
融合および電力貯蔵等の用途における超電導マグネット
のための線材およびコイルを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物系超電導材料は、加工性に乏しい
ため、Nb−Tiのような合金系超電導材料のように直
接これを加工して細線にすることが困難である。そのた
め、化合物系超電導線材を得る方法として、一般に、化
合物超電導材料の原材料となる複数種類の金属と安定化
のための銅を複合した後、伸線加工することにより細線
を得、これを最終的に熱処理する方法が取られている。
【0003】ところが、これらの複合材も、またあまり
加工性がよくないため、伸線加工のみにより長尺線材を
得ることが困難である。そのため、線材の接続によって
必要な長さを得る方法が考えられている。
【0004】線材を接続するため、たとえば溶接を行な
う方法がある。しかし、溶接等の熱を加える方法では、
その熱で複合材料が反応し、接合時に化合物が生成して
しまう。化合物の生成した接合部は、機械的強度が弱
く、次工程において撚線やコイル巻きを行なうことが困
難である。また、撚線やコイル巻きを行なうことができ
た場合でも、化合物超電導体を生成するための最終熱処
理において、撚線およびコイル巻き工程で線材に加わっ
た歪みを解放しようとする力によって、接合部が破断す
る可能性が高い。
【0005】一方、熱を加えない接合方法として、接続
すべき複合線材の端末断面同士を機械的に圧着するいわ
ゆるコールドジョイントが知られている。この方法で接
続された部分での電流の遷移において、常電導部分を介
する距離が長いために大きな抵抗が発生する。また、コ
ールドジョイントによる接合部分は、曲げや捻りに対す
る強度に乏しいので、熱を加える接合方法と同様に、次
工程の撚線、コイル巻きまたは最終熱処理において接合
部の破断を生じさせる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような従来の問題点を解決し、電気的および機械的特性
の優れた長尺の化合物系超電導線材およびコイルを製造
できる方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に従う化合物系超
電導線材の製造方法は、特定の金属元素XおよびX合金
からなる群から選択される金属からなる第1の固体と、
第1の固体に接触し、かつXと化合して化合物系超電導
体を形成し得る金属YおよびY合金からなる群から選択
される金属からなる第2の固体と、第1および第2の固
体を覆う安定化のためのマトリックス金属とからなる素
線を複数本準備する工程と、素線を2本以上つなぎ合わ
せて長尺の線材を得る工程と、得られた長尺の線材に、
熱処理を施してXとYとの反応により化合物系超電導体
を生成させる工程とを備える。このような工程におい
て、本発明は、素線を2本以上つなぎ合わせるため、素
線の外径の30倍以上の長さにわたってつなぎ合わせる
べき素線同士を重ね合わせ、かつ重ね合わせた部分につ
いて、素線外径の15倍以下の長さのピッチで素線同士
を撚り合わせることを特徴とする。
【0008】本発明に従う化合物系超電導コイルの製造
方法は、上記素線を複数本準備する工程と、素線を2本
以上つなぎ合わせて長尺の線材を得る工程と、得られた
長尺の線材を巻き加工してコイルを形成する工程と、得
られたコイルに熱処理を施してXとYとの反応により化
合物系超電導体を生成させる工程とを備える。以上の工
程において、本発明は、素線を2本以上つなぎ合わせる
ため、素線の外径の30倍以上の長さにわたってつなぎ
合わせるべき素線同士を重ね合わせ、かつ重ね合わせた
部分について、素線の15倍以下の長さのピッチで素線
同士を撚り合わせることを特徴とする。
【0009】本発明において、金属元素Xは、Nbまた
はV、金属元素YはSn、AlまたはGaとすることが
でき、化合物系超電導体としてNb3 Sn、Nb3 Al
またはV3 Ga系超電導体を含む線材またはコイルを製
造することができる。安定化のためのマトリックスとし
ては、銅または銅合金が好ましく用いられる。
【0010】本発明において、XまたはX合金、Yまた
はY合金および安定化のためのマトリックス金属を複合
した素線は、いわゆるジェリーロール法、ブロンズ法等
によって準備することができる。
【0011】
【発明の作用効果】本発明において、たとえば図1
(a)に示すようなジェリーロール法に従い、Xまたは
X合金からなる第1のシート1と、YまたはY合金から
なる第2のシート2とが、安定化剤3の周りに重ね巻き
(ジェリーロール)される。得られた材料は、安定化剤
のパイプに挿入され、伸線加工に供される。伸線加工に
おいて、得られる線材は、必要に応じて六角形状にする
ことができる(図1(b))。伸線加工により得られた
線材は、必要に応じて複数のセグメントを得るため切断
される。
【0012】得られたセグメントは、図1(c)に示す
ように束ねられ、たとえば安定化材からなるパイプ内に
充填される。集合された線材は、伸線加工に供される。
伸線加工の後、得られた線材は図1(d)に示すように
マトリックス10中に複数のX/Yフィラメント20を
有する。
【0013】本発明では、たとえば、以上の工程により
得られた線材をつなぎ合わせる。つなぎ合わせに際し、
図2(a)に示すように、素線同士11a、11bを、
その長手方向に沿って長さLだけ重ね合わせる。Lは素
線の線径(外径)dの30倍以上である。次いで、図2
(b)に示すように、重ね合わせた部分について撚り合
わせる。撚り合わせのピッチPは、線径dの15倍以下
である。このような寸法に従って撚り合わせを行なうこ
とで、接合部の曲げ、捻り、引張り等に対する強度が強
くなり、次工程で実施される撚線、コイル巻き、熱処理
等において接合部は十分に耐えることができる。一方、
長さLが線径dの30倍以下またはピッチPが線径dの
15倍以上であるときは、接続部の曲げ、捻り、引張り
等に対する強度が低下し、撚線、コイル巻き、熱処理等
によって、接合部分の分離が生じる。特に、接続部分の
長さLが線径dの30倍以下の場合には、電流の遷移に
おいて、常電導部分の顕著な抵抗のため、得られる超電
導線材の臨界電流特性について顕著な劣化が生じる。線
材の接合の後、化合物超電導体の形成のための熱処理に
より、接合部において拡散接合が行なわれる。本発明に
従えば、接合部において抵抗の発生は抑えられ、電流の
遷移は速やかに行なうことができる。
【0014】化合物超電導体の中で、Nb3 Sn系、N
3 Al系またはV3 Ga系超電導体を生成させる場
合、これら超電導体の生成に当たり600℃以上の高温
が用いられる。この高温のため、接合部分のマトリック
ス、特に銅の融着が十分に行なわれ、優れた電気的特性
が得られる。
【0015】なお、コイルを形成する場合、本発明に従
って接合された線材を巻き加工した後、反応のための熱
処理が行なわれる。
【0016】以上説明してきたように、本発明に従う接
合により、電気的および機械的特性に優れた長尺の化合
物系超電導線材またはコイルを形成することができる。
【0017】
【実施例】
実施例1 ジェリーロール法に従って、外径(d)が0.9mmφ
のCu/Nb/Al複合多芯線を作製した。次に、表1
に示すような条件で試験を行なった。
【0018】実施例1および比較例1−2〜6では、得
られた線材の接合を行なった。一方、比較例1−1で
は、線材の接合を行わなかった。本発明に従う実施例1
の接合では、接合部分の長さ(図2(a)のLに相当す
る)を30mm(線材外径の33倍)、撚りピッチ(図
2(b)のPに相当する)を10mm(線材外径の11
倍)とした。一方、比較例1−2〜5の接合では、表1
に示すとおり、接合部分の長さを10mm〜30mm、
撚りピッチを10mm〜20mmの範囲内でそれぞれ変
えて接合を行なった。比較例1−6では、従来法に従っ
てコールドジョイントを施した。
【0019】得られたそれぞれの線材を、40mmφに
コイル巻きした後、800℃で熱処理を施しNb3 Al
を生成させた。得られたコイルについて、4端子法で、
通電中の発生電圧を読取った。そして、0.1μV/c
m、1μV/cmの電界が発生する点をそれぞれ基準と
した臨界電流値の測定を実施した。測定結果を表1に示
す。
【0020】実施例2 ブロンズ法に従って、外径(d)が0.9mmφのCu
/Nb/CuSn複合多芯線を作製した。次に、表1に
示すような条件で試験を行なった。
【0021】実施例2および比較例2−2〜6では、得
られた線材の接合を行なった。一方、比較例2−1では
線材の接合を行なわなかった。本発明に従う実施例2の
接合では、接合部分の長さ(Lに相当)を30mm(線
材外径33倍)、撚りピッチ(Pに相当)を10mm
(線材外径の11倍)とした。一方、比較例2−2〜5
の接合では、表1に示すとおり、接合部分の長さを10
mm〜30mm、撚りピッチを10mm〜20mmの範
囲内でそれぞれ変えて接合を行なった、比較例2−6で
は、従来法に従ってコールドジョイントを施した。
【0022】得られたそれぞれの線材を、40mmφに
コイル巻きした後、650℃で熱処理を施しNb3 Sn
を生成させた。得られたコイルについて、4端子法で、
通電中の発生電圧を読取った。そして、0.1μV/c
m、1μV/cmの電界が発生する点をそれぞれ基準と
した臨界電流値の測定を実施した。測定結果を表1に示
す。
【0023】
【表1】
【0024】以上の結果より、本発明に従って接合を行
なえば、接合を行なわなかった線材とほぼ同等の超電導
特性を示す長尺の線材が得られることが明らかとなっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】化合物系超電導線材を製造するためのプロセス
を示す模式図である。
【図2】本発明に従って、線材を接合するための工程を
示す模式図である。
【符号の説明】
11a、11b 素線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 41/04 Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 特定の金属元素XおよびX合金からなる
    群から選択される金属からなる第1の固体と、前記第1
    の固体に接触し、かつ前記Xと化合して化合物系超電導
    体を形成し得る金属YおよびY合金からなる群から選択
    される金属からなる第2の固体と、前記第1および第2
    の固体を覆う安定化のためのマトリックス金属とからな
    る素線を複数本準備する工程と、 前記素線を2本以上つなぎ合わせて長尺の線材を得る工
    程と、 得られた長尺の線材に、熱処理を施して前記XとYとの
    反応により化合物系超電導体を生成させる工程とを備
    え、 前記素線を2本以上つなぎ合わせるため、前記素線の外
    径の30倍以上の長さにわたってつなぎ合わせるべき素
    線同士を重ね合わせ、かつ重ね合わせた部分について、
    前記素線外径の15倍以下の長さのピッチで素線同士を
    撚り合わせることを特徴とする、化合物系超電導線材の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記XがNbまたはVであり、前記Yが
    Sn、AlまたはGaであり、化合物系超電導体として
    Nb3 Sn、Nb3 AlまたはV3 Ga系超電導体が生
    成される、請求項1記載の化合物系超電導線材の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 特定の金属元素XおよびX合金からなる
    群から選択される金属からなる第1の固体と、前記第1
    の固体に接触し、かつ前記Xと化合して化合物系超電導
    体を形成し得る金属元素YおよびY合金からなる群から
    選択される金属からなる第2の固体と、前記第1および
    第2の固体を覆う安定化のためのマトリックス金属とか
    らなる素線を複数本準備する工程と、 前記素線を2本以上つなぎ合わせて長尺の線材を得る工
    程と、 得られた長尺の線材を巻き加工してコイルを形成する工
    程と、 得られたコイルに熱処理を施して前記XとYとの反応に
    より化合物系超電導体を生成させる工程とを備え、 前記素線を2本以上つなぎ合わせるため、前記素線の外
    径の30倍以上の長さにわたってつなぎ合わせるべき素
    線同士を重ね合わせ、かつ重ね合わせた部分について、
    前記素線の15倍以下の長さのピッチで前記素線同士を
    撚り合わせることを特徴とする、化合物系超電導コイル
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記XがNbまたはVであり、前記Yが
    Sn、AlまたはGaであり、化合物系超電導体として
    Nb3 Sn、Nb3 AlまたはV3 Ga系超電導体が生
    成される、請求項3記載の化合物系超電導コイルの製造
    方法。
JP6070474A 1994-04-08 1994-04-08 化合物系超電導線材およびコイルの製造方法 Withdrawn JPH08190824A (ja)

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