JPS58220305A

JPS58220305A - アルミニウム安定化超電導線

Info

Publication number: JPS58220305A
Application number: JP57102231A
Authority: JP
Inventors: 勝蔵相原; 直文多田; 高力　勝男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-06-16
Filing date: 1982-06-16
Publication date: 1983-12-21

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】本発明はアルミニウム安定化超電導線に係り、特に超電
導マグネット用導体に使用すると好適彦アルミニウム安
定化超電導線に関する。

超電導線としてはニオブ３スズ（以下Ｎｂｌ８ｎと記す
）極細多芯線が知られている。Ｎ　ｂｓ　８　ｎ極細多
芯超電導線は、１０テスラ以上の高磁界を発生させる超
電導マグネット用導体として使用されている。第１図に
、最も一般的なＮｂＢ　Ｓｎ極細多芯線の従来例を示す
。Ｃｕ−８ｎ系のブロンズ２にＮｂ、Ｓｎ極細フィラメ
ント１が多数本埋込ま扛、拡散障壁３に包まれたバンド
ル４が銅（Ｃｕ）部材４に多数本埋込まれた構造を有す
るＮｂｌ　Ｓｎ極細多芯線６が示されている。通常、工
学的立場からは、Ｎｂ３　Ｓｎ極細フィラメント１の直
径は数μｍ程度、１つのバンドル４に含まれるＮ１）Ｂ
８ｎ極細フィラメント１の数は数十水乃至数千率、Ｎｂ
、８ｎ極細多芯線６に含まれるバンドル４の数は１本乃
至数百本となっている。超電導線は一般に、電磁気的安
定性を良好にするので、電気比抵抗の小さな金属性物質
を安定化材として構成させる。第１図におけるＣｕ部材
５はそのためのものでおり、通常無酸素ＣｕＴｈ使用す
る。また、拡散障壁３はＮ１ｇ　Ｓｎ極細多芯線６ｆ作
製する工程で、Ｎｂ、８ｎを形成させるための拡散熱処
理を必要とするが、この拡散熱処理時に、ブロンズ２中
の８ｎがＣｕ部材５に拡散して、Ｃｕが汚染するのを防
止するために必要である。ところで、超電導マグネット
の用途或いは規模に応じて、使用する超電導線の通電容
量或いは安定化材の量が決定される。大電流容量化或い
は高安定化ケ図る場合、１例として第１図において、フ
ィラメント１の本数ヲ多くシたり、安定化のためのＣｕ
部材５の断面積を大きくすることでなされるが、大断面
積の複合体製造には高度の技術を要する。このため、大
電流容量化若しくは高安定化を図る簡便な方法として、
第２図に示す撚線型超電導線が採用される。この超電導
線１０は単位の極細多芯線７と安定化線８と１複数本を
撚合せ、半田９で相互全接続した構造を持つ。この場合
、通電容量に応じて極細多芯線７０本数を、安定性の程
度に応じて安定化線８０本数を確保すれば良い。

ところで、超電導マグネットの製造においては第１式で
示すα全安定化パラメータとして用いる。

第１式でＡｓｔは安定化材の電気比抵抗、Ｉｄは超電導
マグネットの通電電流、Ａｓｔは安定化材の断面積、ｐ
は冷却面の実効周囲長、ｑは冷却面からの熱流束である
。第１式でαが小さいほど安定性が良好で、特にαく１
の場合には完全安定化と呼ばれ、たとえ超電導状態が破
壊されたとしてもジューヤ発熱より先冷却性が勝る状態
にある。

さて、第１式においてαヶ小さくするには、幾例学的寸
法を同一とすれば、Ａｓｔの小さい安定化材を用いれば
良いことになる。高純度Ａｔ（純度９９．９９％以上）
は無酸素Ｃｕに比べ電気比抵抗が１１５乃至１／１０　
と非常に小さいので、安定化材としては無酸素Ｃｕ０代
りに高純度Ａｌｔ用いると、電磁気的安定性は飛躍的に
向上する。しかるに、従来第２図の構造を有するＮｂ、
Ｓｎ極細多芯線で安定化線８Ａｔ會用い７ｔ、Ａｔ安定
化Ｎｂ、Ｓｎ極細多芯線は開発されていなかった。この
理由は、Ｎｂ５Ｓｎ極細多芯線の製造工程上、Ｎｂ、　
ｓｎ極細多芯線２０’となるべき複合加工体音６００〜
８００Ｃで拡散熱処理全行い、ＮｂＨＳｎｎ超電導体形
形成せる必要がおるが、複合加工体と安定化線とを撚線
した後に拡散熱処理を行うと、Ａｔが溶落したり、或い
はＡｔが汚染して電気比抵抗を増大させるため実用に供
しないからである。また、複合加工体を拡散熱処理を行
った後にＡｔ安定化線と撚合せようとすると、Ｎｂｓ　
８ｎ極細多芯線に大きな歪が加わり、超電導特性が大き
く劣化して使用に供し得ない。

従って、本発明の目的は、従来実現されていなかった、
Ａｔ安定化しｆＮｂ、Ｓｎ極細多芯線を提供することに
ある。

上記目的に従って、本発明のＡｌ安定化Ｎｂ、　Ｓｎ極
細多芯線は、少なくとも、Ｃｕ系部材に埋込まれた構造
のＮｌ］＊Ｓｎ極細多芯線の１本或いは複数本と、中心
部にＡｔ、外周部にＣｕｆｔ配置し、ＡｔとＣｕの界面
に拡散障壁材を配置した安定化材の１本或いは複数本と
を撚合わせてなる構造ケ有する。

第３図に、本発明の１要素となる安定化線１１の断面構
造を示す。安定化線１１は高純度のＡ４部材１２が中心
部に配置され、拡散障壁１３を介してＣｕ部材１４で包
まれた構造１有する。

第４図は、本発明によるＡ、を安定化ＮｂａＳｎ極細多
芯１Ｉｓ１５の１構造例でわる。ＮｂＨＳｎ極細多芯線
１６を３本と安定化線１１を４本と會撚合わし、半田９
にて相互に接続されている。

第４図の本発明によるＡｔ安定化Ｎｂ、１３ｎ極細多芯
線１５の製造方法の１例を以下に説明する。

まず、無酸素Ｃｕパイプと拡散障壁材パイプと高純度Ａ
ｌ捧とを組合せ、伸線加工を行い・第３図・に示された
安定化線１１を製造する。別途、Ｎｂ棒、ブロンズパイ
プ、拡散障壁材及び無酸素ＣＬＩパイプを組合せ、伸線
加工を行って、第４図に示すＮｂ、　Ｓｎ極細多芯線１
６の素となる複合体を製造する。この複合体と安定化線
１１とを撚合せた後、拡散熱処理ケ施して、Ｎｂとブロ
ンズ中の８ｎと全反応させてＮｂ、５ｎｖｉ７形成させ
、しかる後に半田を含浸せしめてＡｔ安定化Ｎｂ３　Ｓ
ｎ極細多芯＃ｉ！１５を得る。一般にＮｂ、Ｓｎ極細多
芯線では、拡散熱処理条件として、６００〜８００Ｃで
５０〜２００時間の範囲でなさ扛るが、本発明において
は、ｋｔｋ用いているため、Ａｔの溶融温度（６６０ｔ
ｌ：’）’＆−越えないのが望ましい。

本発明において、第３図に示す拡散障壁１３の役目は２
つある。第１は、壺定化材としてのＡｔは高純度である
必要があね、拡散熱処理により、ＣｕとＡｔが反応、し
てＡｔが汚染されないようにすることである。このため
には、拡散障壁材としては、Ｃｕ及びＡｔと反応しにく
い材質を選ぶ必要がある。この目的に従う材質として、
Ｎｂ、Ｔａ或いはこ扛ら全基体とする合金が望ましい。

また、第１図に示されている拡散障壁３と、第３図に示
されている拡散障壁１３とは必ずしも同一の材質である
必要性はない。第２の役目は、各構成材料間での熱膨張
収縮率の差からくる、Ｎｂ５８ｎｆｆｌ細多芯ｍ１６へ
及ぼす熱収縮歪を緩和させることでおる。すなわち、一
般に、Ｎｂ５Ｓｎ極細多芯線では、ブロンズ或いはＣｕ
とＮｂ＠Ｓｎフィラメントとの間で拡散熱処理温度から
、４．２にの液体ヘリウム温度に冷却される過程で、熱
収縮率に約１チの差があり、このためにＮｂａＳｎフィ
ラメントに圧縮歪が加わる。ＮｂＨＳｎフィラメントに
過度の歪が加わると、臨界電流が低下してしまい実用に
供せなくなる。実用的には、この圧縮歪ｆｆ１０．４＊
以下にする必要がある。ところで、Ａｔはブロンズより
さらに約０．５チ熱収縮率が大きく、拡散障壁を有しな
いＡｔ安定化線を考えた場合には、このためにＮｂｎ　
８ｎフイラメントの圧縮率がさらに増加されることにな
る。拡散障壁材は一般に機械強度が強く、熱収縮率が小
さい。このことからＡｔがＮｂ５Ｓｎフイラメントへ与
える圧縮歪を拡散障壁で緩和させることができる。

以上、本発明の製造方法の一例ケ第４図にて説明した。

第４図では、Ｎｂ、　８ｎ極細多芯線１６が３本と安定
化線１１が４本相互に撚合わされた構造となっているが
、本発明の目的に従えば、この本数は任意でおる。着た
、特に機械的強度が要求される場合には、Ｎｂａ　８ｎ
極細多芯線１６或いは安定化線１１の一部會例えばＷ或
いはステンレス鋼線に置換えることもできる。

さらに、第４図にては半田９にてＮｂ、ａｎ極細多芯線
１６と安定化線１１とを相互に接続した構造となってい
るが、必ずしも半田９は必要としない。この場合、撚合
せた後にさらに成形加工音節し、相互の接触面積を大き
くしておくのが望ましい。

以下、本発明の一実施例を説明する。

９９．９９５％の高純度Ａｔ棒とＮｂパイプと無酸素Ｃ
ｕパイプを組合せて複合体とし、伸線加エケ施して、前
記した第３図の構造を有する安定化線１ｒ製造した。こ
の時安定化線１１の外径は直径０．５ｍ、拡散障壁１３
の外直径は０．４１　ｔｔａｘＳＡＬｔ材１２の直径は
０．３９閣であった。

別途、Ｃｕ−１３ｗｔ、チＳｎブロンズパイプとＮｂ棒
と、拡散障壁材としてのＮｂ板と、無酸素Ｃｕパイプと
全組合せ、伸線加工會施して外直径が０．５關の複合体
全製造した。ついで、この複合体を３本と安定化線４本
と１３０ｍのピッチで撚合せ、６３０Ｃで２００時間の
拡散熱処理を行い、その後、Ｐｂ−５０％Ｓｎ半田浴全
通して半田含浸を施し、前記した第４図の構造會有する
ＡＡ安定化Ｎｂ、　Ｓｎｎ極細多芯線製製造た。Ｎｂｓ
　８ｎフイラメント１の直径は約５μｍで、３３１本が
拡散障壁３に包まれている。このバンドル４が７本Ｎｂ
５（９）８ｎ極細多芯線１６に含ｆｆしている。

このＡｔ安定化Ｎｂ５８ｎ極細多芯線１５のＡｔ部材の
全断面積は４．７６　Ｘ　１０−”ｃｍ”、　Ｃｕの全
断面積は４．３５　Ｘ　１０−”ｃＩｎ”　、拡散障壁
１３の全断面積は０．５２　Ｘ　１０−”ｃｍ”　Ｔ１
ツ７ｔ。

本発明の効果全明瞭にするため、別途、第２図に示す従
来のＣｕ安定化ＮｂａＳｎ極細多芯線を作製１．た。そ
の断面構造は、上記本発明品において、Ａｔ安安定綿線
１１Ｃｕ安定化線８で置換えたもので、他の寸法及び拡
散熱処理条件は同一とした。

この場合、Ｃｕの全断面積は９．６３　Ｘ　１０−”ｃ
ｍ”であった。

第５図は、４．２にの液体ヘリウム中に約１５ｃｒｎ長
さの測定試料を入れ、外部から１０テスラの磁界を試料
長さ方向に対し直角となるように印加して、試料の通電
電ｉｔ増加したときの、端子電圧と電流との関係音測定
した結果でおる。この時端子間距離は５ｃｒｒ１長さと
した。実線１が本発明品で、実線ＩＩが従来品の結果で
ある。電流會増加させて行くと、試料は最初、超電導状
態におるので、抵（１０）抗が零即ち端子電圧は発生しない。ある電流値ケ越える
と、電圧発生が見ら扛るが、この時の電流ケ臨界′醒流
と呼んでいる。臨界電流ケ越えて更に電流を増加させる
と、安定化材に電流が分流し、最終的には全電流が安定
化材に流扛ることになる。

第５図の結果から、臨界電流は従来品が２０ＯＡであっ
たのに対１７、本郷明品では２１０ＡＴｈ示し、はぼ同
一の値を示した。全電流が安定化材に流ｎ’ｆｃ時の電
圧と電流の勾配から、安定化材の抵抗ケ求めたところ、
従来品が４．２　Ｘ　１０’−’Ω／ｃｍ　（破線１１
１）であったのに対し、本発明品は１．７　Ｘ　１０−
’Ω／Ｃｒｎ（破線１ｖ　）で１／２以上も小さい値を
示した。

以上の結果から、本発明を用いれば、安定性のすこぶる
良好なＡ４安定化ＮｂａＳｎ極細多芯線が得られること
が分る。

以上、実施例を含めて、本発明を説明したが、本発明に
よれば、安定性の非常、に優ｌｒＬ、たＡｔ安定化Ｎｂ
５８ｎ極細多芯線が得らｒし、また、大容量化が容易で
あるという利点も有している。

【図面の簡単な説明】

（１１）第１図は従来のＮ′ｂ＠　Ｓｎ極細多芯線の断面図、第
２図は従来のＣｕ安定化Ｎｂ、Ｓｎ極細多芯線の断面図
、第３図は本発明に用いるＡｔ安定化線の一実施例の断
面図、第４図は本発明のＡｔ安定化Ｎｂ、Ｓｎ極細多芯
線の一実施例の断面図、第５図は本発明の詳細な説明す
る特性図である。１・・・Ｎｂａ　Ｓｎ極細フィラメント、２・・・ブロ
ンズ、３．１３・・・拡散障壁、４・・・バンドル、５
．１４・・・銅部材、６，１６・・・Ｎｌ）、　Ｓｎ極
細多芯線、７・・・極細多芯線、８．１１・・・安定化
線、９・・・半田、１０・・・超電導線、１２・・・ア
ルミニウム部材、１５・・・Ａｔ（１２）

Claims

【特許請求の範囲】

１、アルミニウム部材と、銅部材と、該両部材の界面に
形成した拡散障壁材とからなる第１の線材の１本或いは
複数本と、銅系部材中にニオブ３スズ（ＮｂｓＳｎ）の
極細線を１本或いは複数本埋め込んだ第２の線材の１本
或いは複数本と會、撚合わせてなることｔ＊徴とするア
ルミニウム安定化超電導線。