JPH01294314A - 化合物系超電導線の製造方法 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 この発明は、粒子加速機あるいは核磁気共鳴診断装置な
どに利用されている超電導磁石用線材として好適であっ
て、特に高臨界電流密度を有する化合物系超電導線の製
造方法に関する。

「従来の技術」 特定の成分のＣｕ−Ｎ　ｂ合金を溶製した場合、Ｃｕか
らなる基地の内部にＮｂの樹枝状晶が分散した組織を有
し、しかも加工性が高いインゴットを得ろことができる
。そして、このインゴットに縮径加工などの強加工を施
すことにより、Ｎｂの繊維をＣｕ製の基地内に多数密接
させて分散させた構造のロッドを作製し、このロッドの
外周にＳｎ層を形成し、次いでＳｎを拡散させる熱処理
を行うことにより、ＳｎとＮｂを反応させてＮｂ３Ｓｎ
化合物系超電導体を生成させることができ、このような
超電導線の製造方法は、従来インサイチュ法として知ら
れている。

ところで、前記インサイチュ法を応用して実用的な超電
導線を製造するには、例えばＮｂ５Ｓｎ超電導線を得る
場合、Ｃｕからなる基地の内部にＮｂの樹枝状晶が分散
した組織を有する断面円形状で棒状のインサイチュイン
ゴットを溶製し、このインサイチュインゴットにＣｕ製
の管体を被せて所望の線径まで縮径し、次いでＳｎから
なる被覆層を形成し、さらにＳｎを拡散させる熱処理を
施してＳｆ＋とＮｂを反応させ、Ｎｂ５Ｓｉ化合物系超
電導体を生成させて超電導素線とする。その後、第８図
に示すように該超電導素線２０の複数本を安定化銅２１
の周囲に撚線化して添設し、各超電導素線２０・・・を
はんだ２２で安定化銅２１に固定して超電導線２３とす
る。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記の製造方法にあっては、安定化銅の
周囲に超電導素線を撚線化するに際し、脆い超電導素線
に応力を加えなければならないことからクラック等が発
生して超電導特性の低下を来すといった恐れがあった。

また、超電導素線自体は脆く低強度であるので、補強を
十分に行う必要があり、このため第８図に示した安定化
銅２Ｉを補強材としても作用させているが、補強性を強
化しようとすると超電導線２３全体の断面積が増大し大
型化してしまうといった問題があった。

「課題を解決するための手段」 そこで本発明の請求項Ｉに記載の製造方法では、超電導
金属間化合物を構成する２種以−ヒの金属元素のうち、
少なくと６１つの元素からなる樹枝状晶を基地の内部に
配してなるインサイチュインゴットを用意し、さらに該
インサイチュインゴットを穿孔してインサイチュ筒体と
し、安定化部材の外周上に拡散障壁層、高抵抗金属層を
順次形成して安定化素体とし、次に上記インサイチュ筒
体内に拡散障壁管を挿通するとともに、該拡散障壁管内
に上記安定化素体を複数本挿通して複合体とし、次いで
該複合体に縮径加工を施してインサイチュ線とし、次い
で該インサイチュ線の外周上に上記超電導金属間化合物
を構成する２種以上の金属元素のうち、残りの元素から
なる被覆層を形成して被覆複合線とし、その後熱処理し
て超電導線を得ることにより上記課題を解決した。

また、請求項２に記載した製造方法では、超電導金属間
化合物を構成する２種以上の金属元素のうち、少なくと
も１つの元素からなる樹枝状晶を基地の内部に配してな
るインサイチュインゴットを用意し、さらに該インサイ
チュインゴットを穿孔してインサイチュ筒体とし、安定
化部材の外周上に拡散障壁層、高抵抗金属層を順次形成
して安定化素体とし、次に上記インサイチュ筒体内に第
１の拡散障壁管を挿通するとともに、該拡散障壁管内に
上記安定化素体を複数本挿通して複合体とし、次いで該
複合体に縮径加工を施してインサイチュ線とし、次いで
該インサイチュ線の外周上に上記超電導金属間化合物を
構成する２種以上の金属元素のうち、残りの元素からな
る被覆層を形成して被覆複合線とし、次いで該被覆複合
線の複数本を、集合して縮径加工を行った後、熱処理し
て超電導線を得ろことにより上記課題を解決した。

以下、この発明の請求項Ｉに記載した製造方法を、Ｎｂ
、Ｓｎ化合物超電導線の製造に適用した場合を例にして
詳しく説明する。

まず、予めインサイチュ（１ｎ−ｓｉｔｕ　）法により
作製した、Ｎｂの繊維状フィラメント（樹枝状晶）をＣ
ｕ製の基地内に多数密接させて分散させた構造のインサ
イチュインゴットを用意し、該インサイチュインゴット
を穿孔して第１図に示すようにインサイチュ筒体ｌを形
成する。

また、これとは別に、第２図に示すように安定化部材２
の外周面にこれを覆って拡散障壁層３を形成し、さらに
該拡散障壁層３上にこれを覆って高抵抗金属層４を形成
し、全体を安定化素体５とする。ここで、安定化部材２
は、超電導体が超電導状態から常電導状態に移行するの
を防止し、さらには超電導体が常電導状態に移行したと
き電流を導通させるだめの安定化層となるもので、その
材料には無酸素銅（ＯＦＣ）が好適に用いられる。

さらに、拡散障壁層３としてはＮｂあるいはＴａからな
る層が、また高抵抗金属層４としてはＣｕ−Ｎｉ、Ｃｕ
−Ｔｉ、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｇａ等の合金からなる層が
好適に用いられる。

次に、第３図に示すように上記インサイチュ筒体ｌに拡
散障壁管６を挿通し、かつ該拡散障壁管６内に上記安定
化素体５を複数本（例えば数百本）挿通して全体を複合
体７とする。ここで、拡散障壁管６としては、Ｔａある
いはＮｂが好適に用いられる。なお、インサイチュ筒体
Ｉに予め無酸素鋼管を外挿し、あるいは得られた複合体
７に無酸素鋼管を外挿することにより、該複合体７の加
工性を向上させて後述する縮径加工が円滑に行なわれる
ようにしてもよい。

次いで、該複合体７に縮径加工を施して第４図に示すよ
うなインサイチュ線８を得る。ここでの縮径加工には、
鍛造加工あるいは溝ロール加工、線引加工などが行なわ
れるものとされ、通常はこの縮径加工により直径０．ｆ
〜０　、５　Ｊ！Ｊｌ程度のインサイチュ線８を得るよ
うにする。

次いで、該インサイチュ線８の外周上に上記超電導金属
間化合物を構成する２種以上の金属元素のうち、残りの
元素、すなわちこの例では第５図に示すようにＳｉから
なる被覆層９を形成して被覆複合線菫０とする。ここで
、被覆層９の形成法としては電気メツキ等のメツキ法が
好適に採用され、また形成する被覆層９の厚さとしては
数μｍ〜数十μ肩程度とされる。

その後、上記被覆複合線１０に熱処理を施し、被覆層９
を構成するＳｎ元素を拡散させてインサイチュ筒体Ｉ中
のＮｂの繊維状フィラメント（樹枝状晶）と反応せしめ
、Ｎｂ、Ｓｎ化合物系超電導体のフィラメントを生成す
る。ここで被覆複合線ＩＯの熱処理としては、まず１０
０℃以上でＳｎの融点より低い温度、好ましくは１８０
〜２２０℃程度で数十時間〜数百時間加熱するとともに
、３００℃〜４５０℃で数十時間加熱する予備熱処理を
行う。この場合、上述のようにＳｎの融点より低い温度
で加熱するので、被覆層９（Ｓｎメツキ層）の溶は落ち
を防止しながら該被覆層９のＳｎをインサイチュ筒体１
中に拡散させることができ、かつスズドロップなどの欠
陥を生じることはない。

なお、この予備熱処理において、Ｓ′ｎの融点より高い
温度に加熱すると被覆層９（Ｓｎメツキ層）の溶は落ち
が生じるため好ましくなく、１００℃より低い温度では
Ｓｎの拡散が十分ではなくなるため好ましくない。また
、３００〜４５０℃に加熱することにより、インサイチ
ュ筒体１中のＣｕ製の基地が安定なＣｕ−Ｓｎ合金層と
なり、Ｃｕ−Ｓｎ化合物などの生成が阻止される。

次いで、５００〜６５０℃で数十時間〜数百時間加熱す
る。この熱処理によってＮｂの繊維状フィラメント（樹
枝状晶）とＳｎが反応し、Ｎｂ、Ｓｎ化合物系超電導体
フィラメントが生成して第６図に示す超電導線１１が得
られる。このように製造された超電導１１は、脆いＣｕ
−Ｓｉ化合物の生成が阻止されながら製造されるので、
高い機械強度を有するものとなる。しかも、インサイチ
ュインゴットから出発して製造され、Ｃｕ製基地の内部
に微細なフィラメント状の超電導体を分散させた構造と
なっているので、曲げや引張りなどの応力に対して超電
導特性の劣化が少ないものとなる。

なお、ＮｂとＳｎとを拡散反応させる場合Ｚこは、熱処
理温度の上限を８５０℃とするのが一般的であるが、前
述のようにインサイチュインゴットを用いる場合には、
Ｎｂのフィラメントが極めて小さく、反応が容易である
ので熱処理温度の上限を６５０℃としても差しつかえな
い。

このような化合物系超電導線の製造方法によれば、超電
導体を形成するための材料層となるインサイチュ筒体ｌ
と安定化部材２とを一体にした後これに縮径加工等を行
うので、内部に安定化部材。

２からなる安定化層を一体に備えているにもかかわらず
、外径が小さく、よって軽量小型の超電導線を製造する
ことができる。また、得られた超電導線はその内部に安
定化層が一体に組み込まれているので、該安定化層が補
強材としても作用することにより機械的強度に優れたも
のとなる。

次に、この発明の請求項２に記載した製造方法を、上記
と同様にＮｂ＊Ｓｎ化合物超電導線の製造に適用した場
合を例にして説明する。

ここで説明する例が先に述べた例と異なるところは、先
の例において第５図に示したごとく被覆層９を形成して
被覆複合線！０を作製した後、さらにこれを複数本集合
して縮径加工を行う点である。

請求項２に記載した発明の例では、第５図に示した被覆
複合線１０を作製した後、第７図に示すように拡散障壁
管１２を内管、高抵抗金属管１３を外管とする複管１４
内に、複数本の被覆複合線ＩＯ・・・を集合挿通してこ
れを縮径加工し、さらに熱処理を施す。ここで、複管１
４を構成する拡散障壁管１２には、第３図に示した拡散
障壁管６と同様にＴａあるいはＮｂなどからなる金属管
が用いられ、高抵抗金属管１３には第２図に示した高抵
抗層４と同様にＣｕ−Ｎ　ｉ、　Ｃｕ−Ｔ　ｉ、　Ｃｕ
−Ａ　Ｉ、　Ｃｕ−Ｇａ等の合金からなる材質のものが
用いられる。

また、ここで行う縮径加工および熱処理も、先の例で述
べた加工および処理と同様にして行なわれる。

このような製造方法によれば、先に述べた例の超電導線
をさらに複数本集合した状態の高密度なものにするので
、より臨界電流密度に優れた超電導線を作製することが
できる。

なお、上記例では、本発明をＮｂ３Ｓｎ系の超電導線の
製造方法に適用した例について説明したが、本発明はこ
れに限定されることなく、他に例えばＶ　３　Ｇ　ａ系
等の化合物系超電導線の製造方法に適用することもでき
る。

［実施例Ｊ 以下、この発明を実施例によりさらに具体的に説明する
。

上記の請求項１に記載した方法により超電導線を作製し
た。

まず、Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｂの組成で直径１００ｘｘの
棒状のインサイチュインゴットを溶製し、その中央部を
穿孔して内径７５ｍｍの円筒体とした後、これを外径１
１０ｚｍ、内径１１０５ｘの無酸素管に内挿した。

また、直径１５■の無酸素銅棒に外径１７＊ａ＋、内径
１６ｘｘのＮｂ管、外径２０ｘｔｔｔ、内径１８ｉｘの
Ｃｕ・Ｎｉ管を順次外挿し、安定化素体を多数作製した
。

次に、上記安定化素体を２１７本集白して外径７４ｘｘ
、内径７０ＪＩＪＩのＴａ管に挿通し、このＴａ管を上
記インサイチュインゴットの円筒体内に挿通し、さらに
全体に押出加工、線引加工を施して０．３２ｘｍの線径
にまで縮径してインサイチュ線とした。次いで、このイ
ンサイチュ線にツイストピッチ１５ｉｘでツイスト加工
を行い、さらに伸線加工を行って線径０．８０ｘｘに縮
径した。次いで、このインサイチュ線の外周面上にホウ
フッ化スズ浴を用いた電気メツキ法により厚さ８μ！の
純スズ製の被覆層を形成した。

その後、このＳｎ被覆層を形成したインサイチュ線に、
アルゴンガス雰囲気中において１８０℃で４日間、４０
０℃で２日間、５５０℃で５日間の熱処理を順次連続し
て行い、Ｎｂ５Ｓｉを生成させて超電導線を得た。

得られた超電導線をＸ線マイクロアナライザで観察した
ところ、インサイチュインゴット中に存在したＮｂフィ
ラメントは、拡散により供給されたＳｎとほぼ゛完全に
反応してＮｂ３Ｓｎになっていた。また、超電導線中央
部の複数の安定化素体から構成された安定化銅（無酸素
銅）部分には、高抵抗層となるＣｕ−Ｎｉ管中のＮｉ元
素の拡散混入による汚染は見られなかった。

さらに、この超電導線の臨界電流密度を測定したところ
、ＩＯＴの磁場中において４．２にで、１．８　ｘ　１
０５（Ａ／ｃｍ’　）の値が得られた。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の請求項１に記載した製造
方法によれば、超電導体を形成するための材料層となる
インサイチュ筒体と安定化部材とを一体にした後これに
縮径加工等を行うので、内部に安定化部材からなる安定
化層を一体に備えているにもかかわらず、外径が小さく
、よって軽暖小型の超電導線を製造することができる。

また、得られた超電導線はその内部に安定化層が一体に
組み込まれているので、該安定化層が補強材としても作
用することにより機械的強度に優れたものとなる。

また本発明の請求項２に記載した製造方法によれば、請
求項１に記載したごとく個々に超電導線となり得る線材
を複数集合して縮径し熱処理して全体を超電導線とする
ので、超電導体部分を高密度に備えたものにすることが
でき、よって臨界電流密度に優れた超電導線を作製する
ことができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図はこの発明の製造方法を説明するた
めの図であって、第１図はインサイチュ筒体の断面図、
第２図は安定化素体のの断面図、第３図は複合体の断面
図、第４図はインサイチュ線の断面図、第５図は被覆複
合線の断面図、第６図は得られた超電導線の断面図、第
７図は請求項２に記載した製造方法の説明図、第８図は
従来の化合物系超電導線の一例を示す断面図である。 ■・・・・・・インサイチュ筒体、２・・・・・・安定
化部材、３・・・・・・拡散障壁層、４・・・・・・高
抵抗金属層、５・・・・・安定化素質体、６・・・・・
・拡散障壁管、７・・・・・・複合体、８・・・・・・
インサイチュ線、９・・・・・・被覆層、ＩＯ・・・・
・・被覆複合線、２・・・・・・超電導線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導金属間化合物を構成する２種以上の金属元
   素のうち、少なくとも１つの元素からなる樹枝状晶を基
   地の内部に配してなるインサイチユインゴットを用意し
   、さらに該インサイチユインゴットを穿孔してインサイ
   チュ筒体とし、 安定化部材の外周上に拡散障壁層、高抵抗金属層を順次
   形成して安定化素体とし、 次に上記インサイチュ筒体内に拡散障壁管を挿通すると
   ともに、該拡散障壁管内に上記安定化素体を複数本挿通
   して複合体とし、次いで該複合体に縮径加工を施してイ
   ンサイチュ線とし、次いで該インサイチュ線の外周上に
   上記超電導金属間化合物を構成する２種以上の金属元素
   のうち、残りの元素からなる被覆層を形成して被覆複合
   線とし、その後熱処理することを特徴とする化合物系超
   電導線の製造方法。
2. （２）超電導金属間化合物を構成する２種以上の金属元
   素のうち、少なくとも１つの元素からなる樹枝状晶を基
   地の内部に配してなるインサイチュインゴットを用意し
   、さらに該インサイチュインゴットを穿孔してインサイ
   チュ筒体とし、 安定化部材の外周上に拡散障壁層、高抵抗金属層を順次
   形成して安定化素体とし、 次に上記インサイチュ筒体内に第１の拡散障壁管を挿通
   するとともに、該拡散障壁管内に上記安定化素体を複数
   本挿通して複合体とし、次いで該複合体に縮径加工を施
   してインサイチュ線とし、次いで該インサイチュ線の外
   周上に上記超電導金属間化合物を構成する２種以上の金
   属元素のうち、残りの元素からなる被覆層を形成して被
   覆複合線とし、次いで該被覆複合線の複数本を、集合し
   て縮径加工を行った後、熱処理することを特徴とする化
   合物系超電導線の製造方法。