JPH0286015A - 超電導撚線の製造方法 - 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Ｎｂ３Ｓｎなどの化合物系の超電導撚線用安
定化銅素線おとび超電導撚線の製造方法に関するもので
、特に、超電導金属間化合物を生成させる拡散熱処理に
よって安定化銅の汚染がなされないようにするものであ
る。

「従来の技術」 従来から、この種の化合物系超電導線を製造する方法の
代表例として、ブロンズ法と内部スズ拡散法と外部スズ
拡散法が知られている。

ブロンズ法とは、Ｃｕ−Ｓｎ合金（ブロンズ）製の基地
の内部に多数のＮｂフィラメントを配した素線を作成し
、この素線を拡散熱処理してＳｎを拡散させ、Ｎｂ、Ｓ
ｎ超電導フィラメントを生成させる方法である。

また、内部スズ拡散法とは、銅あるいは調合金製の基地
の内部にＮｂフィラメントを配する際に、基地の内部に
スズロッドあるいはスズメツキ層を被覆したＮｂロッド
を複合して縮重加工を行い、次いで拡散熱処理を施して
Ｓｎを拡散させ、Ｎｂフィラメントの周囲にＮｂ５Ｓｎ
超電導金属間化合物フィラメントを生成させる方法であ
る。

更に、外部スズ拡散法とは、銅あるいは銅合金基地の内
部にＮｂフィラメントを多数配置して線材を作成し、こ
の線材の外面にスズメツキ層を形成して素線を作成し、
この素線を拡散熱処理してＳｎを拡散させ、Ｎｂフィラ
メントの外周部にＮｂ。

Ｓｎ超電導フィラメントを生成させる方法である。

ところで従来から、前記様々の方法で製造されたＮｂ、
Ｓｎ系の超電導線に適用されている安定化銅の構造例と
して、第６図と第７図に示される構造のものが知られて
いる。

第６図に示す従来の安定化銅の構造例は、安定化母材か
らなる基地の内部に多数のＮｂ３Ｓｎ超電導フィラメン
トを配して超電導導体部Ｉを構成し、この超電導導体部
■を拡散防止層２を介して安定化銅３で覆ってなる構造
である。また、第７図に示す安定化銅の構造例は、芯状
の安定化銅５の外周を拡散防止層６で覆い、さらにその
外周を安定化母材の内部に多数のＮｂ５Ｓｎ超電導フイ
ラメントを配した筒状の超電導導体部７で覆ってなる構
造である。

「発明が解決しようとする課題」 第６図に示す構造例では、前記ブロンズ法あるいは内部
スズ拡散法を適用できるものの、外部スズ拡散法には適
用できない問題がある。即ち、第６図に示す超電導線を
製造する場合、安定化銅３の外周にスズメツキを施して
拡散熱処理を行ったのでは、拡散熱処理によって安定化
銅がスズで汚染されて極低温時の電気抵抗が増加するた
めである。

第７図に示す構造例は、ブロンズ法や外部スズ拡散法に
適しているものの、この構造では安定化銅の比率（安定
化銅以外の部分に対する比率）を高めることができない
欠点がある。例えば、安定化鋼と、それ以外の部分の比
率をｌ＝１とすると、線材の直径に対し、安定化鋼の直
径が７０％を越えるようになる。しかも、このような超
電導線を製造する場合は、超電導線の構成として安定化
銅の比率を予め決定して製造を開始しているので、むや
みに安定化銅の比率を変更できない問題がある。

ところで、超電導発電機用あるいは大容量用に用いられ
る超電導線は素線のみでは電流容量が不足であるので撚
線導体化ずろことが一般的である。

特に化合物系の超電導線の場合は、第８図に示すように
複数本の超電導線８を成形撚線として設計し、超電導線
８の占積率を含め、線材全体を機械的強度に優れた撚線
とすることがなされている。

しかも撚線化する場合、機械強度を更に高めるために、
第９図に示すように撚線の中央部にステンレス調帯など
の構造材９を複合することらなされている。

ここで超電導線８を成形撚線として設計する場合、成形
撚線に安定化銅線を撚り込めるならば超電導線８の安定
化を掻めて容易に実現でき、しかも撚り込む安定化銅線
の本数により安定化銅の比率を簡単に調整できる１１１
点がある。ところが、成形撚線として外部スズメツキ法
で用いろスズメツキ線を用い、このスズメツキ線と安定
化銅線を撚線化した後に拡散熱処理を施して超電導撚線
を製造すると、スズメツキのＳｎが拡散熱処理時に安定
化銅線側に拡散して安定化銅が汚染され、極低温時にお
ける安定化銅の電気抵抗が増加する問題がある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、
安定化銅の比率の制御が容易であり、超電導撚線の超電
導特性の安定化が容易にできる安定化銅素線、および、
交流用として優れ、超電導特性の安定した超電導撚線を
製造できる方法を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 請求項！に記載した発明は前記課題を解決するために、
超電導金属間化合物を構成する２つ以上の元素を含む超
電導素線とともに撚線化され、撚線後に超電導素線とと
もに拡散熱処理される安定化銅素線であって、純銅から
なる芯部とこの芯部を被覆した拡散防止層とこの拡散防
止層を被覆した被覆金属層を具備させたものである。

請求項２に記載した発明は前記課題を解決するために、
純銅からなる芯部とこの芯部を被覆した拡散防止層とを
具備してなる安定化銅素線を超電導金属間化合物を構成
する２つ以上の元素を含む超電導素線とともに複数本集
合して撚線化し、撚線後に超電導金属間化合物を生成さ
せる拡散熱処理を施すものである。

「作用　」 純銅製の芯部を拡散防止層で覆って安定化銅素線が構成
されているので、超電導素線と安定化鋼素線を撚線化し
た後に拡散熱処理する際に、超電導素線に含有されてい
る元素が安定化銅素線側に拡散した場合でもこの元素が
芯部まで拡散することがない。また、安定化銅素線と超
電導素線を撚り込むので、撚り込む本数により安定化銅
の比率が容易に調整され、超電導特性の安定化が容易に
なされる。

「実施例」 第１図（ａ）ないしくｈ）は、本発明方法とインサイチ
ュ法を利用してＮｂ３Ｓｉ系の超電導撚線を装填する場
合の一実施例を示すもので、超電導撚線を製造するには
、まず、第１図（ａ）に断面構造を示すような直径数１
Ｏｎ＋ｍ程度の棒状のインサイチュインコツトｌＯを作
成する。このインサイチュインゴット１０を作成するに
は、特定の組成のＣｕＮｂ合金あるいはＣｕ−Ｎ　ｂ−
Ｓ　ｎ合金などをアーク溶解法などで溶製することによ
り得ることができる。

このインサイチュインゴット１０は、ＣｕあるいはＣｕ
−Ｓｎ合金からなる基地の内部に無数のＮｂの樹枝状晶
が分散された構造のものであり、加工性の良好なしので
ある。

次にこのインサイチュインゴット１０に、鍛造加工ある
いは溝ロール加工または線引加工などの縮径加工を適宜
施して直径０．２〜１ｍｍ程度の第１図（ｂ）に示すイ
ンサイチュ素線１１を作成する。

次いでこのインサイチュ素線１１に数１ピッチでねじり
を加えるツイスト加工を施してツイストした後に最終伸
線加工を施して第１図（ｃ）に示すインサイチュ線１２
を得る。以上のようにインサイチュインゴット１０を縮
径することによりＮｂの樹枝状晶を微細なフィラメント
状に加工することができるとともに、ツイスト加工を施
すことにより微細なフィラメントにねじりを加えること
ができる。

続いて前記インサイチュ線１２の外周に厚さ数μｍ〜数
ｌθμｍ程度のＳｎメツキ層を形成して第１図（ｄ）に
示すメツキインサイチュ線１４を作成し、このメツキイ
ンサイチュ線（超電導撚線材４を複数本（この実施例で
は７本）集合して撚線化することにより第１図（ｅ）に
示す撚線１５を作成する。

一方、第１図（「）に示す複合体１６を作成する。

この複合体ｉ６は、純銅製の芯部１７とこの芯部１７に
被覆されたＴａあるいはＮｂからなる拡散防止層１８と
、拡散防止層１８の外周面に被覆されたＣｕ−Ｓｎ合金
製の金属被覆層１９とから構成され、銅ロッドとＴａ管
とＣｕ−Ｓｎ合金管を複合するなどの手段により作成さ
れる。なお、この例では、芯部１７の全体を純銅から構
成したが、芯部１７の内部に補強用の金属線などを複合
することば自由である。

次に前記複合体１６を前記撚線１５と同等の外径まで縮
径して第１図（ｇ）に示す安定化銅素線２０を得る。

続いて前記撚線！５と安定化銅素線２ｏを複数本用意し
て第１図（ｈ）に示すように交互に複数本集合して撚線
化する。そしてこの撚線を５００〜６５０℃で数１０〜
数ｌｏｏ時間加熱する拡散熱処理を施す。この拡散熱処
理によってＮｂの繊維状フィラメントにＳｎが拡散して
ＮｂとＳｎが反応し、Ｎｂ＊Ｓｎ金属間化合物超電導フ
ィラメントが生成して撚線１５は超電導撚線材２２とな
り、超電導撚線材２２と安定化銅素線２ｏが撚線化され
た第１図（ｈ）に示す超電導撚線Ａが得られる。

このように製造された超電導撚線Ａにあっては、超電導
撚線材２２と安定化銅素線２ｏが撚線化されているため
に、超電導特性が極めて安定したものとなる。また、超
電導撚線材２２の内部にはツイスト加工されたＮｂ３Ｓ
ｎ超電導フィラメントが設けられているために、交流通
電時の損失も少なく、超電導発電機用などの交流用超電
導線として好適な構造となっている。

なおここで、前記拡散熱処理時に撚線１５の外周部に存
在するスズメツキ層から各安定化銅素線２０側にＳｎが
拡散するおそれがある。安定化銅素線２０の芯部１７に
Ｓｎが拡散すると、芯部１７の株低温における電気抵抗
が増加して超電導特性の安定化の効果が損なわれるおそ
れがある。ところが前記安定化銅素線２０においては、
芯部１７が拡散防止層１８により覆われているために、
接触している撚線１５のＳｎが拡散熱処理時に拡散して
も拡散防止層１８で拡散が抑制され、芯部１７ｈ＜Ｓｎ
で汚染されることがない。従って安定化銅素線２０の芯
部１７の汚染は防止され、超電導撚線材２２は安定化さ
れるので超電導撚線Ａの超電導特性は優秀なものとなる
。なお、安定化銅素線２０の外周部には、Ｃｕ−Ｓｎ合
金からなる金属被覆層１９が形成されているが、この金
属被覆層１９は、Ｃｕ−８ｎ−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｓ　ｎ−
Ｎ　ｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金などの高抵抗金属材料から
形成してら差し支えない。ただし金属被覆層１９の構成
材料は、拡散熱処理時に超電導撚線材２２側に拡散して
超電導特性に悪影響を及ぼさないような元素が望ましい
。この点においてＣｕ−Ｓｎ合金であると前記影響がな
いばかりか、拡散熱処理時にメツキインサイチュ線１４
のスズメツキ層からＳｎを奪うこともない。すなわち、
金属被覆層１９を純銅から形成すると拡散熱処理時にス
ズメツキ層のＳｎが安定化銅素線２０側に多く拡散して
Ｎｂ１Ｓｎ超電導金属間化合物の生成量が減少するおそ
れがある。なおまた、安定化銅素線２０と超電導撚線材
２２を撚線化する場合に、それぞれの本数を適宜調節す
るならば、安定化銅部分と超電導導体部分の割合を所望
の値に容易に調節することができる。

第２図は超電導撚線の他の構造例を示すもので、この例
の超電導撚線Ｂは、超電導素線２５と安定化銅素線２６
を複数本寄り合わせて形成した導体を更に複数本寄り合
わせて超電導導体Ｂを形成した構造である。なお、ここ
で用いる超電導素線２５は前記超電導撚線Ａのメツキイ
ンサイチュ線！４と同等の構造であり、安定化銅素線２
６は前記超電導撚線Ａの安定化銅素線２０と同等の構造
である。

第２図に示す構造の超電導撚線Ｂであっても先に説明し
た超電導撚線Ａと同等の効果が得られる。

第３図は安定化鋼素線の第２の構造例を示すもので、こ
の例の安定化銅素線３０は、純銅製の芯部３１の外周を
ＴａあるいはＮｂからなる拡散防止層３２て覆った構成
である。また、第４図は安定化銅素線の第３の構造例を
示すもので、この例の安定化銅素線３５は、芯部３６を
拡散防止層３７で覆い、その外側を銅製の金属被覆層３
８で覆った構造である。

第３図と第４図に示す構造の安定化銅素線３０３５を用
いた場合でも先に説明した例と同等の効果を得ろことが
できる。

第５図は超電導撚線の更に別の構造例を示すもので、こ
の例の超電導撚線は、複数（図面では１３本）の超電導
素線１１４を安定化銅素線−２０の外周に隙間なく配置
した構造であり、このような構造を採用した場合にも前
記の例と同等の効果が得られる。

なお、前記実施例においてはＮｂ３Ｓｎ系の超電導撚線
用の安定化銅素線およびＮｂ３Ｓｎ系の超電導撚線の製
造方法にこの発明を適用した例について説明したが、こ
の発明をＮｂａＧａ系、Ｖ３Ｇａ系などの化合物系超電
導撚線用の安定化銅素線あるいは超電導撚線の製造方法
に適用できるのは勿論である。

「製造例」 ルツボ溶解法によってＣｕ−Ｎ　ｂ合金製の直径５０１
１Ｉｌのインサイチュインゴットを作成し、このインサ
イチュインゴットをスウエージング加工と伸線加工によ
り縮径加工して０．２１５ｍｍのインサイチュ素線を作
成した。このインサイチュ素線を５ｏ＋ｏ＋のピッチで
ツイスト加工するとともに更に伸線加工を施して０．２
ｍ＋ｓのインサイチュ線を得た。

この後に前記インサイチュ線の表面に電気メツキにより
厚さ３０μｍのスズメツキ層を形成し、更にスズメツキ
後のインサイチュ線を７本実合して外径０．６ｍｍの撚
線を得た。

一方、ＲＲＲ（残留抵抗比）３００の純銅からなる直径
１０ａｍの芯部と、外径１１　ｍｍｓ内径ｌ００４１の
Ｔａ管と、外径１４．５ｍｍ、内径１１．５ｍｉ＋の６
重量％Ｓｎブロンズからなる管体を一体化して複合体を
得、全体を０．６＋ａｍまで縮径して安定化銅素線を得
た。

次に前記撚線を６本とインサイチュ線を５本用意し、そ
れぞれを第１図（ｈ）に示すように交互に撚り合わせて
成形し、幅３．４ｍｍ、高さ１．２ｍｍの帯状導体とし
た。この帯状導体をＮｔガス雰囲気中において５５０℃
で２５０時間加熱する拡散熱処理を施して超電導導体を
得た。

この超電導導体は、ｌ０Ｔ（テスラ）の磁界下で９５Ｏ
Ａの臨界電流特性を示した。しかもこの超電導導体はイ
ンサイチュ撚線からなる超電導撚線と安定化銅素線とが
交互に撚線化されているために極めて安定した特性を示
した。

「実施例２」 実施例１で作成した安定化銅素線を直径０．２ｍｍまで
伸線し、更に、実施例１で作成したインサイチュ線を０
．２ｍｍまで伸線し、安定化銅素線４本とインサイチュ
線３本を第２図に示すように撚り合わせて撚線を得、こ
の撚線を１１本集合して撚線とし、更に拡散熱処理を施
して第２図に示す構造の超電導導体を得た。

この超電導導体も実施例１の超電導導体と同等に極めて
安定した超電導特性を示した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明の安定化銅素線を用いて超電
導撚線を製造すると、超電導素線と安定化銅素線を撚線
化した後に拡散熱処理ずろ際に、超電導素線に含有され
ている元素が安定化銅素線側に拡散した場合であっても
、前記元素が芯部側まで拡散することがない。従って極
低温時におけろ芯部の電気抵抗増加が防止されるので、
超電導撚線の超電導特性を良好に安定化できる効果があ
る。また、安定化銅素線と超電導素線を撚り込んで熱処
理を行い、超電導撚線を製造するので、撚り込む本数に
より安定化銅の比率を容易に調整することができ、超電
導特性の安定化が容易に実現できる。従ってこの発明の
構造の安定化銅素線を用いて超電導撚線を製造するなら
ば、交流通電時などにおいても優れた安定性を発揮する
超電導撚線を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｈ）は、本発明の製造方法の一例を示
すもので、第１図（ａ）はインサイチュインゴットの断
面図、第１図（ｂ）はインサイチュインゴットの縮径状
態を示す断面図、第１図（ｅ）はインサイチュ線の断面
図、第１図（ｄ）はメツキインサイチュ線の断面図、第
１図（ｅ）はメツキインサイチュ線の集合状態を示す断
面図、第１図（ｆ）は複合体の断面図、第１図（ｇ）は
安定化銅素線の断面図、第１図（ｈ）は超電導撚線の断
面図、第２図は超電導撚線の他の例を示す断面図、第３
図は安定化銅素線の第２の構造例を示す断面図、第４図
は安定化銅素線の第３の構造例を示す断面図、第５図は
超電導撚線の他の例を示す断面図、第６図は従来の安定
化銅の一橋造例を示す断面図、第７図は従来の安定化銅
の他の構造例を示す断面図、第８図は従来の超電導撚線
の斜視図、第９図は従来の超電導撚線の他の例を示す斜
視図である。 ｌＯ・・・インサイチュインゴット、１２・・・インサ
イチュ線、１４・・・メツキインサイチュ線（超電導素
線）、１５・・・撚線、１７・・・芯部、１８・・・拡
散防止層、Ｉ９・・・Ｃｕ−８ｎ合金層、２０・・・安
定化銅素線、２５・・・超電導素線、２６・・・安定化
銅素線、３０゜３５・・・安定化銅素線、３１，３６・
・・芯部、３２，３７・・・拡散防止層。

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つ以上の元素を
   含む超電導素線とともに撚線化され、撚線後に超電導素
   線とともに拡散熱処理される安定化銅素線であって、純
   銅からなる芯部とこの芯部を被覆した拡散防止層とこの
   拡散防止層を被覆した被覆金属層を具備してなる化合物
   系超電導撚線用安定化銅素線。
2. （２）純銅からなる芯部とこの芯部を被覆した拡散防止
   層とを具備してなる安定化銅素線を超電導金属間化合物
   を構成する２つ以上の元素を含む超電導素線とともに複
   数本集合して撚線化し、撚線後に超電導金属間化合物を
   生成させる拡散熱処理を施すことを特徴とする化合物系
   超電導撚線の製造方法。