JPS5837643B2 - 化合物超電導線の製造方法 - Google Patents

化合物超電導線の製造方法

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JPS5837643B2
JPS5837643B2 JP55093049A JP9304980A JPS5837643B2 JP S5837643 B2 JPS5837643 B2 JP S5837643B2 JP 55093049 A JP55093049 A JP 55093049A JP 9304980 A JP9304980 A JP 9304980A JP S5837643 B2 JPS5837643 B2 JP S5837643B2
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操 小泉
暁 村瀬
八男 白木
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、化合物超電導線の製造方法に係り、特に、常
電導金属中に化合物超電導体が断続した繊維状に分布し
てなる化合物超電導線の製造方法の改良に関する。
化合物超電導線は、通常、常電導金属中にNb 3 S
n , Vs G aなどの化合物超電導体を形或し
たものとなっている。
そして、このような化合物超電導線には、大きく分けて
、常電導金属中にこの金属の長手力向に沿って連続した
化合物超電導体層を設けたものと、常電導金属中に断続
した繊維状に化合物超電導体を分布させたものとがある
後者は、接近効果、微小抵抗、微細超電導析出物等によ
って超電導機能を発揮させるようにしたもので、化合物
超電導体が断続した繊維状に分布している故に前者に較
べて歪による臨界電流値の劣化が少ない特徴を備えてい
る。
ところで、上記のように常電導金属中に化合物超電導体
が断続した繊維状に分布してなる化合物超電導線を製造
する方法としては、従来、次のような方法が採用されて
いる。
すなわち、ここではNb3Sn層を形戒する場合を例に
あげて説明する。
(1)CuにNb , S nを添加した合金を溶解さ
せた後、冷却して、たとえば円柱状のインゴットを形成
し、このインゴットに減而加工を施して細線化した後、
熱処理を施し、これによって導体中に断続した繊維状の
Nb3Sn層を形成する方法。
(2)CuにNbを添加した合金を溶解させ、この合金
融液を柱状の穴を有した冷却ブロック内に流し込んで急
冷させ、これによってCu中に陥の粒子が均一に析出し
た棒状のインゴットを形戒し、このインゴットを減面加
工して細線化し、内部に冷が断続した繊維状に分布した
ものとする。
次に、この細線化した導体の表面にSnを付着した後、
熱処理を施してSnを拡散させ、内部に存在する断続し
た繊維状Nbの周囲にNb3Sn層を形戒する方法。
(3)Nb,Cu−Snの合金粉末をCuパイプ等に充
填し、これに減面加工を施して細線化した後、熱処理を
施して導体中に断続した繊維状のNb3Sn層を形成す
る方法。
しかしながら、このような従来の製造方法にあっては、
次のような欠点があった。
すなわち、(1)の方法にあってCu−Nb−Sn合金
を減面加工するときの可撓性を考慮すると、Nbの添加
量は10原子係、Snのそれは5原子係が限度である。
このため、得られた超電導線全体(オーバーオール)の
臨界電流値(Ic)が非常に小さく、結局、実用的なも
のを製造できない欠点がある。
また、(2)の方法にあっては、Cu−Nb合金を減面
加工して細線化するため、加工時における可撓性は良い
したがって、Nbの添加量も40原子係まで許容でき、
(1)の方法で製造されたものに較べて臨界電流値(I
c)を大幅に向上させることができる。
しかし、Nbの添加量が増大すると、Cu−Nb合金融
液を冷却して棒状のインゴットを形成するとき、均一に
、かつ大きな冷却速度で急冷しなければ、Cu中に析出
するNbの粒子同志が結合して大きなデンドライトを形
或し、Nbの偏析が生じる。
このようにNbの偏析が生じると、臨界電流値の低下、
線材の長手方向に沿っての特性のばらつきが生じること
になる。
均一に、かつ大きな冷却速度で急冷するためには、必然
的にインゴットの径を小さくする必要がある。
このようにインゴットの径を小さくするには合金融液を
流し込む穴径も小さくする必要があり、流し込み時に合
金融液のススや気泡等で満足な棒状インゴットを得るこ
とができない。
それに加え、Snを付着させて熱処理するとき、このS
nが溶融、脱落などを起こし易く、この結果、線材の長
手力向に沿って臨界電流値の均一なものを得難い問題も
ある。
また、Nb3Sn層の生成に長時間を要し、結局、この
方法では量産化が困難であった。
また、(3)の方法にあっては、粉末の充填時に配合比
が長手力向に沿って不均一となり易いので、長手力向に
沿って均一な特性のものを得難い問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、常電導金属中に化合物超電導体
が断続的にかつ繊維状に分布してなる化合物超電導線を
、少ない工程数で、しかも線材の長手力向に沿って均一
な臨界電流値を示す関係に多量に製造し得る製造方法を
提供することにある。
以下、本発明の詳細を第1図から第5図を参照しながら
説明する。
まず、第1図に示すように内部空間が筒状に形成された
容器1を用意し、この容器1の筒状空間2内に、常電導
金属に化合物超電導体を構或する元素のうちの第1の元
素が添加されてなる合金3を収容する。
次に容器1を加熱し、筒状空間2内に収容されている合
金3を溶解させる。
次に、合金融液の入った容器1をそのまま水、油、溶融
した低融点金属中に投入して急冷し、これによって、第
2図に示すように前記第1の元素が均一に析出した筒状
の合金インゴット4を形成する。
次に、上記合金インゴット4の空洞5に、第3図に示す
ように前記化合物超電導体を構成する第2の元素からな
る純金属材を常電導金属層で覆った芯材あるいは上記第
2の元素の添加された合金材6を常電導金属層7で覆っ
てなる芯材旦を装着し、これを第4図に示すように常電
導金属の筒体9内に複数束ねて装着し、複合超電導基体
10を形成する。
次に、この複合超電導基体10に減而加工を施して細線
化し、これによって前記第1の元素の粒子を断続した繊
維状に均一に分布させる。
次に上記のように細線化されたものに熱処理を施す。
このように熱処理を施すと、前記第2の元素が拡散し、
断続した繊維状の第1の元素の表面に化合物超電導体が
形成され、ここに化合物超電導線を得ることができる。
第5図は、このようにして製造された化合物超電導線X
の端面を示すもので、図中Yは常電導金属を示し、Zは
断続した繊維状に分布してなる化合物超電導体を示して
いる。
なお、このような製造方法を採用するに当り、常電導金
属としてはCu,Al,Niあるいはこれらの合金など
が使用でき、また、第1,第2の元素としでは、Nb3
Sn,Nb3A#,Nb3(Al,Ge)tV 3 G
a ,Nb 3 Ga t Nb 3 G e ,N
b CNなどの化合物超電導体を構成し得るものが使用
できる。
もちろん、上記化合物超電導体を構成する元素の一部を
In,GatHftZrtMgyAltTaなどに置換
して超電導特性の改善を図ることもできる。
また、芯材旦の最表層を形成する常電導金属層7は、第
1の元素と第2の元素とが接触したとき減面加工時の加
工性が損なわれるのを防止するためのものである。
また、このような製造方法を実施するに当って、得られ
る超電導線の安定化を図るために、筒体9を安定化金属
材で形成するとともにこの筒体9の内側にこの筒体9内
へ第2の元素が拡散するのを防止し得る金属材料で形成
された拡散防止筒を装着した状態で複合超電導体10を
形成し、その後、上述した工程で製造すると、安定性に
勝れた化合物超電導線を得ることができる。
第6図は、このようにして製造された化合物超電導線X
′の端面を示すもので、図中Rは安定化金属を、Sは拡
散防止用金属を、Yは常電導金属を、2は断続した繊維
状に分布してなる化合物超電導体を示している。
また、安定化金属材で複数の穴あきブロックを形成し、
このブロックの各穴に拡散防止筒を装着し、これら防止
筒内に前述した合金インゴットに芯材を装着してなるも
のを複数装着して複合超電導基体10を構成し、その後
、前述した工程を経て化合物超電導線を製造してもよい
第7図はこのようにして製造された化合物超電導線X′
の端面を示している。
このような本発明に係る製造方法を採用すれば次のよう
な利点がある。
すなわち、常電導金属中に化合物超電導体を構成する第
1,第2の元素を添加してなる合金を減而加工するので
はなく、常電導金属中に上記第1の元素を添加してなる
合金と、上記第2の元素からなる純金属あるいはこれを
含んだ合金とを常電導金属を介して単に機械的に結合さ
せて複合超電導体10を形成し、この基体10に減面加
工を施して細線化するようにしているので、第1、第2
の元素の量が多い場合であっても加工性が損なわれる虞
れがない。
これに加え、内部空間が筒状に形成された容器1内に、
常電導金属中に上記第1の元素を添加してなる合金3を
収容して上記合金3を溶解させた後、容器1ごと急冷し
て筒状の合金インゴット4を形成するようにしているの
で、容器1ごと急冷したことと容器1の内部空間を筒状
に設定したこととが相俟って、合金融液の各部を均一に
かつ急冷することができ、たとえば第1の元素を多量に
添加した場合であっても、この第1の元素の粒子が均一
に分散した比較的大径の合金インゴット4を形或するこ
とができる。
そして、上述した冷却方式を採用しているのでススや気
泡などの影響を受けない目標通りの合金インゴット4を
形成することもできる。
また、合金インゴット4の空洞5内へ化合物超電導体を
構成する第2の元素を含んだ芯材旦を装着するようにし
ているので、多量の第2の元素を簡単な工程で、しかも
線材の長手力向に沿って均一に配分設定できる。
したがって、線材の長手方向に沿って臨界電流値が均一
で、しかも臨界電流密度の大きい化合物超電導線を容易
に製造することができる。
また、合金インゴット4の空洞5に芯材旦を装着したも
のを複数集合させて複合超電導基体10を形成し、これ
に減而加工を施して細線化しているので、一度に十分長
い化合物超電導線を製造することができ、生産性の向上
化を図ることができ、結局、生産性の向上化と化合物超
電導線の高特性化とを同時に図ることができる。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例 1 まず、常電導金属のCuに化合物超電導体を構或する第
1の元素のNbが30原子係添加されてなる合金をアル
ゴンガス雰囲気中において、厚さ2禦罵、内径10n1
深さ200+m,底板の中心に直径4mmのビンが立設
されたカーボン製の開放容器内で加熱溶融させた。
次に上記容器ごと油中に投入して急冷し、中央に約4m
ynの空洞を有し、外径が約10mw、長さが約150
泪のCu−Nb合金インゴットを形成した。
次に上記合金インゴットの空洞に、第2の元素であるS
nを含んだSn−5at/ocu合金の外周を常電導金
属である厚さ約0.5mmのCuで覆ってなる芯材を装
着し、これを19本束ねて内径約50u1外径約65t
itの常電導金属であるCuパイプ中に装着して複合超
電導基体を形成した。
次に、この基体に減面加工を施して細線化し、線径IN
iの線材を400m形成した。
次にこの線材を700℃のアルコンガス中で50時間熱
処理し、第2の元素であるSnを拡散させ、第5図に示
したように常電導金属であるCu−Sn合金中に断続し
た繊維状のNb3Sn超電導体が存在する化合物超電導
線を製造した。
このようにして得られた化合物超電導線について臨界電
流値を測定したところ、外部磁界4テスラで、臨界電流
値Ie=68OA、臨界電流密度Jc=8.6 5 X
1 02A/mm、外部磁界7テスラで、Ic=2
7OA,Jc=3.4 4X1 02A/m4と優れた
超電導特性を示し、また、線材の長手力向においてもほ
とんど均一であった。
実施例 2 この例は安定化機能を備えたものに実施した例である。
まず、実施例1と同様にして形成された合金インゴット
の空洞に常電導金属である厚さ0. 5 mmのCuで
覆われた第2元素を含む合金Sn−5at/oCuの芯
材を装着したものを19本束ねた後、これを拡散防止用
金属であるTaで作られた内径約50關、外径約551
nNの拡散防止筒内に装着し、その後、これを安定化材
となるCuで作られた内径約55間、外径約65間のパ
イプに装着して複合超電導基体を形成した。
次に、上記複合超電導基体に減面加工を施して線径1m
l!の線材を400m形成した。
次にこの線材を700°Cのアルゴンガス中で50時間
熱処理し、第2の元素であるSnを拡散させて、第6図
に示したように常電導金属であるCu−Sn合金中に断
続した繊維状のNb3Sn超電導体が存在し、かつ安定
化材であるCuで覆われた化合物超電導線を製造した。
このようにして得られた化合物超電導線について臨界電
流値を測定したところ、外部磁界4テスラで、臨界電流
値Ic=69OA、臨界電流密度Jc−8.7 X 1
02k/mtl,外部磁界7テスラでIc=2 7
0 AX Jc=3.4 4X 1 02A/mAと実
施例1と同じ結果、が得られ、しかもこの場合には臨界
電流値を越えたときの電流一電圧特性における電圧の出
方がゆるやかで安定した特性が得られた。
このように、本発明に係る製造方法を採用すれば高特性
の化合物超電導線を容易にかつ多量に生産できることが
確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図から第5図は本発明に係る製造方法の−実施形態
を工程順に説明するための図、第6図および第7図は本
発明に係る製造方法で製造された異なる化合物超電導線
の端面図である。 1・・・・・・容器、4・・・・・・合金インゴット、
旦・・・・・・芯材、10・・・・・・複合超電導基体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 常電導金属に化合物超電導体を構或する元素のうち
    の第1の元素が添加されてなる合金を内部空間が筒状の
    容器内において溶融させた後、上記容器ごと急冷して上
    記第1の元素粒子が均一に分散析出した筒状の合金イン
    ゴットを形或する工程と、上記合金インゴットの空洞内
    へ前記化合物超電導体を構或する元素のうちの第2の元
    素からなる純金属を常電導金属で被覆してなる芯材もし
    くは上記第2の元素が含まれた合金を常電導金属で被覆
    してなる芯材を装着し、これを複数常電導金属中に装着
    して複合超電導基体を形成する工程と、上記複合超電導
    基体に減面加工を施して細線化する工程と、この工程に
    よって得られた細線に熱処理を施して常電導金属中に断
    続した繊維状の化合物超電導体を形成する工程とを具備
    してなることを特徴とする化合物超電導線の製造方法。
JP55093049A 1980-07-08 1980-07-08 化合物超電導線の製造方法 Expired JPS5837643B2 (ja)

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