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    公开号:WO1991002364A1
    申请号:PCT/JP1990/000622
    申请日:1990-05-17
    公开日:1991-02-21
    发明作者:Kyoji Tachikawa；Yasuzo Tanaka；Kaname Matsumoto；Hisaki Sakamoto
    申请人:Tokai University；The Furukawa Electric Co., Ltd.；
    IPC主号:H01L39-00
    专利说明:
    [0001] 明細書
    [0002] 超電導線
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は、 極めて良好な銅合金マ ト リ ックス組成および構 造を有する超電導線に関する。
    [0005] 背景技術
    [0006] N b— T i系超電導材料は、 1 9 6 0年代に見出された力 1 9 7 0年,代に入り、 この材料の極細芯を多数 C uマ ト リ ツ クス中に埋めこんだいわゆる極細多芯線が開発された。 この 極細多芯線は、 電磁気的に安定であることから、 実用超電導 線材の主流となっている。
    [0007] 実用 N b - T i極細多芯線は、 強度の冷間伸線を行つた後、 3 0 0〜4 0 0での温度で熱処理を行って N b - T i 合金中 に微細な 一 T i相を折出させて、 臨界電流密度 （ J c ) を 高め、 時効熱処理後に再び伸線加工を行う ことにより、 さ ら に臨界電流密度 （ J c ) の向上を図っている。
    [0008] しかし、 極細多芯形式の超電導線においても、 磁界の変化 が速いと、 芯間に結合電流が流れて電力損失を生ずる問題が あることがその後明らかになった。 特に、 発電機や トラ ンス のよ うに交流磁界の発生が必要な場合や、 エネルギ-貯蔵や 核融合のようにパルス的な磁界の発生が必要な場合には、 電 力損失は重要な問題となる。
    [0009] この問題を解消するために、 極細芯間の結合電流を断つ目 的で、 電気抵抗の大きい C u — N i 合金層のバリャを極細多 芯線内部に設けたいわゆる N b — T i / C u / C u - N i の 3雇構造の極細多芯線が開発されている。 C u - N i合金 層は、 N.b—丁 i極細芯の周りに配置される場合もあるし、 C uマ ト リ ックスの中に隔壁として配置される場合もある。
    [0010] N b - T i極細芯間の結合電流を遮断するために配置され る合金抵抗雇 （バリア合金層） は、 加工性が良好であること. 硬度が N b— T i合金に近いこと、 高抵抗であることなどの 性質をもつことが要求される。 これらの観点から、 従来 C u 一 N i合金 （キュプロニッケル， C u—約 50原子％N i ) が使用されていた。 バリア合金層は、 N b— T i極細芯の周 囲に直接配置されると最も効果的である。 しかし C u— N i 合金の場合、 C u及び N iが N b— T i極細芯と拡散反応し て化合物層を形成し、 これが断線の原因となったり、 N b— T i極細芯の超電導特性を劣化させる原因となる。 強度の伸 線加工を行った後に熱処理を行うと、 このような拡散反応が 起り易く なる。 ことに N iの場合、 N b— T i合金と反応し 易く、 さらに.、 強磁性元素であるため N b— T i合金の超電 導特性を著しく劣化させる問題点があつた。
    [0011] また、 従来の超電導線は、 例えば第 9図に示すように、 C u— N i合金マ ト リ ッ クス 1に N b— T i フィ ラメ ン ト 2 を復合したもの、 あるいは、 C u— S n合金マ ト リ ッ クス 1 に N b 3 S π化合物フイ ラメ ン ト 2を復合したものに大別す ることができる。
    [0012] これらの超電導線では、 各超電導体フィ ラメ ン ト 2は金属 マ ト リ ックス 1において超電導状態で電磁 id的に結合しない フィ ラメ ン ト間隔 （L) を保つような構造に配置されたいる
    [0013] 新たな用紙 すなわち、 これらの超電導線はいわゆる多芯線構造をなし ている。 この超電導体フ ィ ラ メ ン ト間隔 3は、 超電導状態直 上の温度におけるマ ト リ ッ クス金属 1の比抵抗 ί直に密接に関 連していることが明らかになつている。 従来の超電導線は、 臨界電流密度を大き く し、 交流損失を小さ く し、 加工性をよ くするという条件を同時に満たすように経験的に設計されて いたが、 実際には必ずしも最適な設計はなされていなかつた c すなわち,、 従来の超電導線の設計には、 次のような問題が あった。
    [0014] a . 銅系のマ ト リ ッ ク ス合金は C u— N i、 C u — M nおよ び C u — S nなどほとんどが純粋配台された二元素合金であ り、 まれに N b 3 S nなど化合物超電導線に対して H c 2 な ど超電導特性を改善する目的で第 3元素を添加したもので、 いずれも本来、 铸造性や加工性があま り優れたものでなく、 従って、 超電導線との複合加工性にも制約があった。
    [0015] b . 銅系台金の合金元素量を減少させ、 加工性を向上させよ う とすると、 マ ト リ ッ ク ス金属の比抵抗が低下し、 超電導フ イ ラメ ン トが電磁的に結合し、 交流損失が増大する。
    [0016] c . 逆に、 超電導フ ィ ラ メ ン ト間の結合を避けるために両者 の間隔を大き くすると、 単位体積当たり のフ ィ ラ メ ン ト量が 低下し、 臨界電流密度が低下する。 発明の開示
    [0017] 本発明の目的は、 有害元素を含まず、 超電導体芯を直接被 覆できる有効な結台電流のバリヤを有する超電導線を提供す る と ί め る 。
    [0018] 本発明の他の目的は、 臨界電流密度が大き く、 交流損失が 小さく、 しかも、 加工性に優れた極めて良好な鋦合金マ ト リ ッ クス組成及び構造を有する超電導線を提供することにある, 本発明は、 複数本の金属系超電導体フィ ラ メ ン 卜が銅系合 金マ ト リ ッ クスに埋め込まれてなる超電導線において、 前記 マ ト リ ッ クスを形成する銅系合金が、 下記 Α群から ：！群に属 する 1種類 上の元素を含み、 かつ、 C u— N i 、 C u - S n、 C u— M nを除いたものであり、 それら合金元索の含有 量は鋦系合金の室温における比抵抗 （ Z ) が 2 X 1 ◦— 8Ω m 以上、 6 5 X 1 0—8Ω m以下になる条件を滴し、 金属系超電 導体フ ィ ラ メ ン ト相互の間隔が 0 6 2 5 x 1 /ΓΣ n m以 上であることを特徴とする超電導線である。
    [0019] 記
    [0020] A Z r Z n A g P t 、 I n、 A u .
    [0021] B S n N i P b G d、 P d、 B i .
    [0022] C A£ I r M g
    [0023] D S b M n R h G e
    [0024] E C r B e
    [0025] F A s
    [0026] G S i C o
    [0027] H F e
    [0028] I P .
    [0029] J T i
    [0030] こ こで、 比抵抗 （ Z ) は、 下記式 （◦ ) により算出される Z (Ω m) = 1. 68 x 1 0 "s+ 1. 2 ( 0. 5 X A + X B + 2 X c + 3 X D + 4 X E + 5 X F + 6 X G + 1 0 XH + 1 5 X i + 1 7. 5 X j ) X 1 0 "s ( 0 ) また、 XA 〜X j は、 元素群 A— J に属する合金元素の重 量％である。
    [0031] マ ト リ ッ クスを構成する銅系合金と しては、 前記 A群から J群に属する少なく とも 3種類以上の元素を含む銅合金を使 用すること,ができる。 また、 マ ト リ ックスを構成する銅系合 金と して、 4 B族元素を少なく とも一種類含有したものを使 用することができる。
    [0032] また、 マ ト リ ックスを構成する銅系合金と しては、 C u — 1〜 1 0原子％ S i合金を使用することができる。
    [0033] また、 マ ト リ ックスを構成する銅系合金としては、 C u — 1〜 1 ◦原子％ G e合金を使用することができる。
    [0034] また、 マ ト リ ックスを構成する銅系合金と しては、 C u — 1〜： L 0原子％ ( S i + G e ) 合金を使用するこ とができる, また、 マ ト リ ッ クスを構成する銅系合金としては、 下記式 ( I ) で求められるものを使用することができる。
    [0035] 0. 0 5≤ X D + X G + X H ≤ 5. 0 ( I ) また、 マ ト リ ッ クスを構成する銅系合金としては、 下記式 ( Π ) で求められるものを使用することができる。
    [0036] 〇 . 4≤ X c /XD ≤ 0. 7 、 かつ、
    [0037] 0. 5≤ X c ≤ 6. 5 、 かつ、
    [0038] 0. 1 ≤ XD ≤ 1 2. 5 ( Π ) 金属系超電導体フィ ラメ ン トと しては、 N b 3 S n系、 N b — T i合金系のものを使用することができる。
    [0039] 本発明は、 超電導線の鋦合金マ ト リ ックスの合金元素の種 類および含有量を網羅的に変えて実験した結果に裏付けられ たものである。 すなわち、 室温における比抵抗 Zと合金元素 の含有量とのリニアな関係を実験的に定め、 合金元素の含 有量は、 比抵抗2が 2 1 0 _8 0111〜 6 5 1 0—8 0111の 範囲に入るように定め、 超電導体フィ ラメ ン トの間隔は、 ◦ , 0 6 2 5 X 1 / ^"n m以上にすることにより、 超電導 線設計上の問題点を解決している。
    [0040] こ こで、 比抵抗 Zを 2 X 1 0-8 Ω π！〜 65 X 1 0-8 Q mと したのは、 比抵抗 Zが 2 X 1 0-8 Ω πι以下では、 通常の直流 用超電導線 （純銅マ ト リ ックス） のように網合金マ ト リ ック ス抵抗が低ぐ、 超電導体フイ ラメ ン ト間の結合が大きいため 超電導体フイ ラメ ン 卜が近接できず、 臨界電流を高く設計で きないからである。 また、 65 X 1 I -8 Q m以上では、 伸線 などの冷間加工性に劣り、 特にサブミ ク口ンの極細線を得る ために中間焼鈍などを必要とし、 超電導体フイ ラメ ン トとの 界面反応で加工性が劣化するからである。
    [0041] ま た、 超電導体フ ィ ラ メ ン ト の間隔を 0. 0 6 2 5 X 1 / ^Z n m以上としたのは、 超電導体フイ ラメ ン トを経済 的なスビー ドで励磁することや、 パルスあるいは交流用に超 電導線を広範囲に利用するためである。 これ以下では、 超電 導フイ ラメ ン トが結合し、 本来の多芯線構造はもはや意味を なさず、 一体化して単芯線的に振舞うため、 急速な励磁や交 流的用途には全く適さなく なる。
    [0042] 新た な 紙 特に、 0. 0 5≤ X D + X G + X H ≤ 5. 0であれば、 冷 間加工性に優れ、 超電導体フイ ラメ ン ト間の電磁気的結合を 小さ くするに有効な元素集団であり、 サブミ クロンフィ ラメ ン ト域では臨界電流密度の低下を防止する作用がある。
    [0043] また、 0 , 4≤ X c ZXD ≤ 0. 7、 かつ、 0. 5≤ X c ≤ 6. 5、 かつ、 0. 1 ≤ XD ≤ 1 2. 5 であれば、 これ らの元素は元素間の相互作用によつて超電導体フイ ラメ ン ト が近接する,ことに伴って H c 2 が低下することを防止するよ うにも作用する。
    [0044] また、 本発明では、 超電導体フィ ラメ ン 卜に接した状態或 いは非接触状態に安定化金属が複合された構造の超電導線及 び、 C uに S i または G eまたはその両者を合計して 1ない し 1 0原子％含有させた合金を、 バリア合金と した超電導合 金線を包含する ものである。
    [0045] 安定化金属と しては、 一般に C u、 A j 、 A gなどが経済 的理由から使用される。
    [0046] S i及び G eは、 周期律表の同じ系列に属し、 これらの 元素を 1ないし 1 ◦原子％含む C u合金は溶融状態で流動性 (いわゆる湯流れ） が極めて良く、 それらの合金を溶製する 際に、 欠陥のない铸塊を歩留り良く作製することができる。 またこれらの合金は優れた加工性を有するとともに、 機械的 性質が N b — T i或いは N b 3 S n合金に近く、 超電導体合 金と複合して強度の伸線加工を行うのに適している。 さ らに 熱処理の際に、 超電導体合金芯と拡散反応を生じてもその超 電導特性を損なう こ とがない。 S i、 G eの含有量を 1 ないし 1 0原子％の範囲に限定し た理由は、 S i または G eの含有量が、 1原子％以下では、 結合電流を遮断する機能が不充分となり、 一方、 1 0原子％ 以上では加工性が低下するため、 本発明の目的に使用するの に適さなく なるからである。 特に、 好ま しい含有量は、 S i または G e または両者を合計したものが、 2〜 7原子％の範 囲である。
    [0047] なお、 本発明における C u — S i 合金は従来の C u — N i 合金に比べてはるかに安価なものである。
    [0048] 本発明にかかる極細多芯超電導線の実施例を図面を参照 して説明する。 第 1図〜第 5図は、 種々の構造の超電導線の 断面を示すものである。
    [0049] これらの図で 1は、 N b — T i などの超電導芯， 2は安定 化金属 （ C u、 A £ 、 A gなど） 、 2 aは、 バリァ合金層 ( C u - S i合金， C u— G e合金， 又は C u — S i - G e 合金） 、 3は、 C u合金マ 卜 リ ッ ク ス金属層である。
    [0050] 第 1図について説明すると、 N b— T i などの超電導体合 金基材棒をバリャ合金の管に挿入した複合体を伸線加工する。 次いで、 この複合線を多数、 所定組成の C u合金管に挿入し て伸線加工を行うと第 1図に示したような断面構造をもった 超電導線が作製される。
    [0051] こ こで、 ' リャ合金と C uマ ト リ ッ クス合金を入れ代えて、 N b - T i などの超電導体合金棒を C u管に挿入して伸線し た複合線を束ねてバリヤ合金管に挿入して伸線してもよい。 また、 バリヤ合金は、 第 2図に示すように C uマ ト リ ッ クス 内に結合電流の障壁となるよう配置してもよい。 マ ト リ ッ ク ス金属と しては、 銅合金の他に、 通常安定化金属と して使用 される C u並びに、 C u と同様に良電導性の A j または A g を用いても差支えない。 このようにして複合加工された超電 導体極細多芯線は先にのベたように 3 0 0 °Cないし 4 ◦ 0。C の温度で臨界電流密度 （ J c ) を高めるための時効熱処理を 行い、 さ らに必要な場合は再加工を行う。 さ らに、 この超電 導体極細多,芯線には、 電流分布を均一化して電磁気的安定性 を増すためのツイス トあるいは編組等の加工が施され、 また. 絶緣層が被覆されて実用に供される。 図面の簡単な説明
    [0052] 第 1図〜第 5図は、 本発明にかかる超電導体極細多芯線の 種々のタイプのものの断面を示す説明図、
    [0053] 第 6図は、 本発明の一実施例である N b— T i超電導線の 構成要素のビッカース硬さの加工度による変化を示す特性図 であり、 曲線 1 は、 実施例 1 の C u— 5原子％ S i 合金， 曲 線 2は、 実施例 1の N b— T i 合金芯， 曲線 3は、 実施例 1 の C u、 曲線 4は実施例 2の C u— 3原子％ G e合金の変化 をそれぞれ示す、
    [0054] 第 7図は、 本発明にかかる超電導線の銅合金マ 卜 リ ッ クス ( M n— S i — C u ) の好ま しい組成範囲を示す説明図、 第 8図は、 本発明にかかる他の超電導線の銅合金マ ト リ ッ ク ス （Α β — M n — C u ) の好ま しい組成範囲を示す説明図 第 9図は、 従来の超電導線の断面図である。 0 発明を実施するための最良の形態
    [0055] 以下、 本発明の実施例について図面を参照して説明する。 実施例 1
    [0056] C uに 5原子％の S i を含む合金を黒鉛るつぼを用いて大 気中で溶解し、 直径 1 5 m mの棒状铸塊を溶製した。 S i の 添加には、 市販の C u - S i母合金 （ S i 含有量約 3 0原子 ) 用いた。 この铸塊に 6 m m径の穴をあけ N b — 6 7原子 % T i合金棒を挿入した。 この複合体を常温において溝ロー ル， スエージング、 線引きによって外径 0 . 7 m mの長尺線に 加工した。 この複合体の加工性は極めて良好であり、 上述の 加工において中間焼鈍を必要としなかった。 第 6図の曲線 1 及び曲線 2に C u — S i合金と芯の N b— T i合金のビッ力 ース硬さの加工度による変化をそれぞれ示した。
    [0057] C u - S i合金の硬さは、 N b— T i 合金に近く、 両者が良 好な状態で複合加工出来ることを示している。 また、 第 6図 の曲線 3には C uのビッカース硬さの加工度による変化も示 した。
    [0058] 上記長尺線から試料を切り出し、 3 5 0 Cで 24時間の J c を高めるための熱処理を行ったのち、 蒂磁率の変化により超 電導臨界温度 T cを測定した。 帯磁率法によれば N b - T i 合金芯の表面層の T cを測定することができる。 その結果を 下記第 1表に示す。 T cは純 C u と複合加工した N b— T i 合金線と同じであり、 バリヤ合金からの S i の拡散による特 性の劣化のないことが分かる。 一方、 従来技術により C u— N i合金を被覆して複合加工した N b — T i 合金線の T c は 低下しており、 N i の拡散により N b — T i 超電導合金の本 質的な特性が劣化していることを示している。 実施例 2
    [0059] 実施例 1 と同様にして棒状の C u— 3原子％ G e合金铸塊 を作製した。 G eの添加は、 C u溶融後純 G eを所定量添加 して行った 9 次いで実施例 1 と同様な方法で N b— 6 7原子 % T i合金との複合体を作製して複合加工を行い、 長尺線試 料を作製した。 この複合体の加工性も極めて良好で、 加工の 際中間焼鈍を必要と しなかった。 C u - 3原子％ G e台金の ビッカース硬さの加工度による変化を第 3図の曲線 4に示し たが、 ほぼ N b— T i 合金の硬さの変化に近いことがわかる ( 次いで、 長尺線から切り出した試料を 3 5 0 °Cで 24時間熱 処理を行ったのち、 帯磁率変化から T cを測定した。 その結 果を表 1 に示したが、 G eの添加による T cの低下がなく G eの拡散による N b — T i合金芯の特性の劣化がないことが わ力、る。 実施例 3
    [0060] 実施例 1及び 2と同様の方法で C u - 3原子％ S i 一 1原 子％ G e合金棒を作製し、 6 mm径の穿孔を行って N b - 6 7原子％ T i合金芯との複合体を作製し、 長尺線試料に加 ェした。 この複合体の加工性も実施例 1及び 2の試料と同様 に極めて良好であった。 また、 長尺線から切り出した試料を 3 5 0 で 24時間熱処理を行つたのち、 帯磁率変化から T cを測定したが S i及び G eの同時添加による T cの劣化 は全く認められなかった。
    [0061] つま り、 バリヤ合金と して、 S i , G eを 1〜： L 0原子％ 含む C u基合金を用いているので、 N b — T i 合金芯と拡散 しても特性を劣化させることがない。 そのため現在多方面に 使用されている N b— T i系超電導線の性能を向上させるこ とができる。 また、 本発明のバリヤ合金は、 鋅造性と加工性 に優れるため、 実用価値の高い N b— T i極細多芯超電導線 を提供することができる。
    [0062] また、 下記第 2表は、 本発明の実施例 4 ~ 7に用いた 2 5 種類の銅系合金の構成元素を示したものである。 実施例 4
    [0063] 真空溶解炉によって合金 N o 1、 2、 7、 8合金を溶製し. 均一化焼鈍した後、 80 0 °C、 x l h r加熱し、 5 5 m m 0 の押出材と した。 この材料と N b — 5 0 % WTT i合金および O F C鋇を用いて 3回スタ ッ ク方式によって断面比が、 C u 網合金 ： N b T i合金- 1 ： 4 ： 1になるように複合した。
    [0064] N b - T i合金の芯線数は、 約 4 1 7 0 0本であり、 線外 径〇. 5 m m 0 (ツイス ト ピッチ 4 mm) および 0. 1 m m φ (ツイス ト ピッチ 0. 8 m m) の線材を用いて臨界電流密 度 （ J c ) および交流損失の測定を行った。 その結果を第 3 表に示す。 なお、 これらの線材は、 外径 1 で 380で X 2 h rの熱処理が施されている。 以上の結果から、 合金 N o ', 、 8は合金 Ν ο 1、 2より も 加工性が良い。 合金 Ν ο 7は、 合金 Ν ο 1に比較して細い線 径 0. I mm 0 (超電導体フィ ラメ ン ト径約 0. S ^ m) に おいて臨界電流密度 （ J c ) が高く、 交流損失が低い。
    [0065] 合金 N o 8は、 合金 N o 2に比較して細い線径で J cが高 く、 交流損失が超電導体フィ ラメ ン ト径に比較して低下して いる。 なお、 0. I mm 0の線材の超電導体フィ ラメ ン ト間 隔を測定下結果は、 約 148 n mで、 合金 N o 1は超電導体 フィ ラメ ン トの一部が結合して交流損失が高く なつていると 思われる。 N o 2は、 交流損失は低いが、 合金元素が少なく 加工性が悪い。 すなわち、 0. 0 6 2 5ノ より も超電導 体フィ ラメ ン ト間隔が大きいという条件は、 N o 2、 7、 8 が満足するが、 N o 2は、 加工性が悪く実用性がない。 実施例 5
    [0066] 実施例 4 と同様に第 2表に示す合金 N o 3、 4、 5、 6、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15の合金を予め作成し、 同様にし て外径 0. 5 mm 0および 0. 1 m m øの複合超電導線を作 成した。 これらについて、 製造工程での加工性および超電導 特性を試験し、 下記第 4表に示す結果を得た。
    [0067] これらの結果から、 以下のことが明らかとなった。
    [0068] a . 合金 N o 3、 4、 5、 6は、 伸線工程での断線が多く、 ツイス ト加工での加工性が悪く、 線径の 1 5 β以下のピッチ でッイス トすることができない。
    [0069] b . 合金 N o 9、 10、 12、 13は、 他に比較して加工性に優れ ている。
    [0070] c. 3種類以上の元素を含む合金 N o 9、 10、 12、 13では、 加工性が良好であり、 N b— T i超電導体フィ ラメ ン ト径が 均一である （0. 5mm 0線で約 l 〃 m、 0. I mm 0線で 約 0. 2 m) 。 さらに、 超電導体フィ ラメ ン トの計算間隔 が◦. I mm 0線の場合の実測値 （約 148 n m) より低い ため、 超電導体フイ ラメ ン トは互いに独立しており、 線径が 0. 5 mm 0および 0. 1 m m ¾6の交流損失 P 0.5 と P 0. i の比が理論値の 5に近い値を示す。 他の合金では、 予測され る超電導体フィ ラメ ン ト間隔から推測すると、 超電導体フィ ラメ ン トは互いに独立しているはずであるが、 0. 1 m m ø の線材での測定結果は交流損失が大きく、 超電導体フィ ラメ ン トは実質的に結合していることを示す。
    [0071] 第 7図は、 この実施例における M nおよび S iの組成分布 を示し、 望ま し組成範囲は 0. 05く XMn+ XSiく 5. 0で あることを示している。 なお、 純二元素では加工性が悪化す るため、 M n、 S iの両元素とも若干量は必要である。 実施例 6
    [0072] 実施例 4と同様に第 2表に示す合金 N o 6、 および 16〜21 の合金を予め作成し、 C uおよび N b— 46. 5WT%T i合 金を 3回ス夕 ッ グ方式で複合した。
    [0073] 第 1回スタックは、 1芯線で断面比を鋦合金 ： N b— T i = 0. 5 : 1と し、 第 2回スタ ックは、 19芯線で銅合金 ： N b - T i = 2 ： 1になるようにし、 第 3回スタックで、 銅 ： 銅合金 ： N b— T i = l : 4 : lになるようにし、 最終線径 を◦. 5 mm 0、 0. I mm 0と した後、 38〇 で 1時間 加熱した。 これらについて、 J cと交流損失を測定した結果 を下記第 5表に示す。
    [0074] これらの線材の加工性は、 合金 N o 6および 20が 0. 1 m m φまで伸線する過程で 10〜 20回断線したが、 他は数回の断 線で比較的加工性は良好であつた。
    [0075] 0. 5 m,m 0の線材では、 いずれの線材でも J cおよび交 流損失に大きいな差はなかった力《、 0. I mm 0では X c Z X D が約 0. 5である合金 N o 7 および 19において J cが他 の線材の 1. 5〜 2倍に増大している。 すなわち、 第 8図に 示すように、 合金 N o 17および 19は、 0. 4≤X c ZXD ≤ 0. 7、 0. 5≤ X c≤ 6. 5、 0. 1≤ X D ≤ 1 2. 5の 範囲に入つている。
    [0076] 超電導体フイ ラメ ン ト間隔は、 実測値 14 8 n mに対して 十分に余裕のある計算値が示されているが、 超電導体フィ ラ メ ン 卜がー部近接したことが交流損失比 P 0. 5 / P 0. 1 より 予測された。 しかし、 N 017および N 019は、 予測に反して 交流損失が低いばかりかでなく 、 J c も増大する特殊な効果 が現れている。 冷間加工性に関しては、 N o l6,2D は著しく 悪く、 他は中程度であつた。 実施例 7
    [0077] 真空溶解炉により第 2表に示す合金 N 022〜25の銅合金を 溶製し、 7 50 °Cで熱間押出し、 l O O mm 0の押出材と し た。 この押出材をもちいて 2回スタック方式で鋦合金と N b の複合を作成した。
    [0078] 第 2回のスタツ ク時に線材の中央部に T a合金を拡散バリ ァと して約 25% の銅合金を複合し、 最外層と して銅合金を複 合した。 銅合金と N b芯の断面複合比は、 N b ： 銅合金- 1 2 . 9であった。 N bフィ ラメ ン ト芯は 3800本、 フイ ラメ ン ト径は約 0 . 5 m、 最外線外径は 7 7 ^ mであった。 これ らの線材についての試験結果を第 6表に示す。
    [0079] 各線材の熱処理は、 不活性雰囲気中で 7 0 0 °C X 4 8 hと した。 交流損失はコイル状とし、 自己磁界 1 Tにおいて蒸発 法により測定したものである。 第 6表に示した結果より、 合 金 N o 24、 25は鋦合金マ ト リ ックス中の S n濃度の分布が均 —になっており、 伸線工程での断線もなく加工性に優れてお り、 従って高い J cを示している。 また、 合金 N o 24、 25で は、 超電導体フィ ラメ ン トの断面形状の不揃いや接合がなく 交流損失も低く なつている。 また、 拡散反応後の室温比抵抗 を実測し、 限界となる超電導体フィ ラメ ン ト間隔を計算し、 実測値と比較すると、 N o 22、 23では超電導体フイ ラメ ン ト が接合している可能性が大きいことが分かる。 これらのこと と、 複合加工性の良否を加味すると、 本発明要件に該当する N o 24、 25が優れていることが分かる。 産業上の利用可能性
    [0080] 本発明にかかる超電導線によれば、 マ ト リ ックスをなす銅 系合金は所定の元素群から選択された 1種類以上の元素を含 み、 それらの元素の含有量は所定の計算式により算出された 室温における比抵抗値が一定範囲内に入る条件を満たし、 超 電導体フ ィ ラメ ン 卜の間隔は前記抵抗値から定まる所定の値 以上であるため、 臨界電流密度が大きく、 交流損失が小さく しかも、 複合加工性が向上するもので、 発電機、 エネルギー 貯蔵等の電力システム機器に、 あるいは磁器浮上列車、 超高 エネルギ-加速器、 核融合機器等の線材に極めて有用なもの
    [0081] Cある o
    [0082] f ) 表
    [0083] Cu— 3原子％ Cu— 3原子％ C u -N i合金 純 C u C u— 5原子％
    [0084] 試 料 S i 合 金 G e 合 金 S i— 1原子％ 祓 合 铼 筏 合 ^
    [0085] 複 合 線 饯 合 線 G e合金複合線 (比敉例 ) 臨界温度 8. 5 8. 6 8. 5 8. 6 7. 7
    [0086] (K)
    [0087] §ー
    [0088] O • O · O · CD ·
    [0089] 8 S S 8
    [0090] <
    [0091] U LO LO L
    [0092] cn CO CO c
    [0093] < i < )
    [0094] L LO LO LO LO L
    [0095] O CO
    [0096] s s s s s s
    [0097] < C O O O O O
    [0098] • · · · <
    [0099] ω *1
    [0100] o CD O O O
    [0101] lO LO LO UO LO LO
    [0102] Q
    [0103] ■^ί* LO LO L LO L
    [0104] 〇 O LO LO c
    [0105] PQ
    [0106] oo oo co cn cr>
    [0107] < * LO → cr O O O O
    [0108] 第 3 表
    [0109] Tc (A/mm2、 IT) ^ ^ (kw/ni、 ι τ) フィフメント Γ曰 加工性
    [0110] (nm)
    [0111] 0.5 mm ^ 0, 1 mm ^ 0.5 mm ^ 0.1 mm 1 0. s/ Po. 1 (十 ）
    [0112] 6 6100 3600 320 1 10 2.9 1 0 X
    [0113] 16 6000 3500 350 105 3.3 '130 Δ
    [0114] 17 5700 8000 360 80 4.5 1 1 厶
    [0115] 18 5800 4500 380 100 3.8 105 Δ
    [0116] 19 5400 9500 390 90 4.3 84 Δ
    [0117] 20 5500. 5800 350 120 2.9 72 X
    [0118] 21 5000 4000 355 130 2.7 88 厶
    [0119] 第 斗 表
    [0120]
    [0121] 第 5 衷
    [0122]
    [0123] 第 S 表
    [0124] 人 入 ·，
    [0125] 1回スタック ΰπι性 Jc 父 フィラメント i¾ i(nm) Sn分布 (wt%) 體） - (A/mm2 、 10T) (kw/irf, IT) (10-°Ωπι. RT、 麵 麵1] iiu
    [0126] 「 ~ 八
    [0127] 22 土 1 10 400 ό 00 6.9 .237 105
    [0128] 23 ±1:3 15 600 900 7.8 223 190
    [0129] 24 ±0.3 なし 1000 300 13.0 174 192
    [0130] 25 ±0.2 なし 1500 250 15.3 159 190
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    ( 1 ) 複数本の金属系超電導体フィ ラ メ ン 卜が銅系合金マ ト リ ッ クスに埋め込ま.れてなる超電導線において、 前記マ ト リ ックスを形成する鋦系合金が、 下記 A群から J群に属する 1 種類以上の元素を含み、 かつ、 C u — N i、 C u — S n、 C u — M nを除いたものであり、 それら合金元素の含有量は 銅系合金の室温における比抵抗 （ Ζ ) 力 2 X 1 0— 8Ω πι以 上、 6 5 x ,l 0—8P- m以下になる条件を満し、 金属系超電導 体フ ィ ラ メ ン ト相互の間隔が◦ . 0 6 2 5 x 1 /Ιϊ n m以上 であることを特徴とする超電導線。
    記
    A Z r Z n A g P t、 I n、 A u .
    B S n N i P b G d、 P d、 B i .
    C AH I r M g
    D S b M n R h G e
    E C r B e
    F A s
    G S i C o
    H F e
    I P .
    J T i
    Z ( Ω m) = 1. 6 8 x l 0 -8+ l . 2 (〇 . 5 X A + X 3 + 2 X c + 3 XD + 4 X E + 5 X F + 6 X G + 1 0 X H + 1 5 X ! + 1 7. 5 X j ) X 1 0— 8より求めた値。 こ こで、 X A 〜 X _! は、 元素群 A - J に属する合金元素の 重量％である。
    ( 2 ) マ ト リ ツクスを構成する銅系合金が、 前記 A群から J 群に属する少なく とも 3種類以上の元素を含む銅合金である 請求項第 1項記載の超電導線。
    ( 3) マ ト リ ッ ク スを構成する銅系合金が、 4 B族元素を少 なく とも一種類含有したものである請求項第 1項記載の超電 導線。 ，
    (4) マ ト リ ッ ク スを構成する銅系合金が、 C u — 1〜 1 〇 原子％ S i 合金である請求項第 1項記載の超電導線。
    ( 5 ) マ ト リ ックスを構成する銅系合金が、 C u — 1 ~ 1 0 原子％ G e合金である請求項第 1項記載の超電導線。
    ( 6 ) マ 卜 リ ックスを構成する銅系合金が、 C u — 1〜 1 〇 原子％ ( S i + G e ) 合金である請求項第 1項記載の超電導 1¾
    ¾ ο
    ( 7 ) マ 卜 リ ッ クスを構成する銅系合金が、 下記式 （ I ) で 求められるものである請求項第 1項記載の超電導線。
    〇 . 0 5≤ X D + X G + X H ≤ 5. 0 ( I )
    (8) マ ト リ ッ クスを構成する銅系合金が、 下記式 （ Π ) で 求められるものである請求項第 1項記載の超電導線。
    0. 4≤ X c /XD ≤ 0. 7 、 かつ、
    0. 5≤ X c ≤ 6. 5 、 かつ、
    0. 1 ≤ X D ≤ 1 2. 5 ( Π )
    ( 9 ) 金属系超電導体フイ ラ メ ン ト力《、 N b — T i 合金系、 N b 3 S n系の群から選ばれたいずれかのものである請求項 第 1項記載の超電導線。
    ( 10) 超電導線が、 金属超電導体フィ ラメ ン 卜に接した状態 に安定化金属が複合された構造のものである請求項第 1項記 載の超電導線。
    ( 11) 超電導線が、 金属超電導体フイ ラメ ン トに非接触状態 に安定化金属が複合された構造のものである請求項第 1項記 載の超電導線。
    ( 12) 安定化金属が、 C u、 A j？ 、 A gの群から選ばれたい ずれかの金属である請求項第 1項記載の超電導線。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0437614A1|1991-07-24|
    JPH0371517A|1991-03-27|
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    JP1/206292||1989-08-09||
    JP1206292A|JP2749652B2|1989-08-09|1989-08-09|超電導線|KR1019910700351A| KR940006616B1|1989-08-09|1990-05-17|초전도선|
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