(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｂ３Ａｌ超電導芯線の外周に金属Ｎｂ層を有すると共に、その金属Ｎｂ層の外周にＣｕあるいはＡｇの安定化層を有するＮｂ３Ａｌ超電導線において、
上記金属Ｎｂ層が０．１〜１．０ｍｍ、安定化層が５〜１０００μｍの厚さを有し、上記金属Ｎｂ層と安定化層との間に、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ単体あるいはこれらの合金よりなり、膜厚が０．０１〜５．０μｍの中間膜を備え、
熱処理により上記中間膜成分をその上下の上記金属Ｎｂ層及び上記安定化層側に拡散させてなることを特徴とするＮｂ３Ａｌ超電導線。
【請求項２】
Ｎｂ３Ａｌ超電導芯線上に厚さが０．１〜１．０ｍｍの金属Ｎｂ層を被覆した後、その金属Ｎｂ層上にＮｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ単体あるいはこれらの合金よりなり、膜厚が０．０１〜５．０μｍの中間膜を被覆し、
さらにその中間膜上に厚さが５〜１０００μｍのＣｕあるいはＡｇの安定化層を被覆し、
その後、これらを上記Ｎｂ３Ａｌ超電導芯線の機能喪失温度以下で熱処理して上記中間膜成分をその上下の金属Ｎｂ層上及び上記安定化層側に拡散させることを特徴とするＮｂ３Ａｌ超電導線の製造方法。
【請求項３】
Ｎｂ３Ａｌ超電導芯線上に厚さが０．１〜１．０ｍｍの金属Ｎｂ層を被覆した後、その金属Ｎｂ層上にＮｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ単体あるいはこれらの合金よりなり、膜厚が０．０１〜５．０μｍの中間膜を被覆し、
さらにその中間膜上に厚さが５〜１０００μｍのＣｕあるいはＡｇの安定化層を被覆し、
その後、これらを上記Ｎｂ３Ａｌ超電導芯線の機能喪失温度以下で熱処理して上記中間膜成分をその上下の金属Ｎｂ層上及び上記安定化層側に拡散させ、
しかる後、上記安定化層の一部を除去して新たな安定化層を被覆し形成した後、再び上記熱処理と同様な熱処理を施すことを特徴とするＮｂ３Ａｌ超電導線の製造方法。
【請求項４】
Ｎｂ３Ａｌ超電導芯線上に厚さが０．１〜１．０ｍｍの金属Ｎｂ層を被覆した後、その金属Ｎｂ層上にＮｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ単体あるいはこれらの合金よりなり、膜厚が０．０１〜５．０μｍの中間膜を被覆し、
さらにその中間膜上に厚さが５〜１０００μｍのＣｕあるいはＡｇの安定化層を被覆し、
その後、これらを上記Ｎｂ３Ａｌ超電導芯線の機能喪失温度以下で熱処理して上記中間膜成分をその上下の金属Ｎｂ層上及び上記安定化層側に拡散させ、
しかる後に、上記安定化層の外周に、この安定化層以上の厚さの新たな安定化層を被覆することを特徴とするＮｂ３Ａｌ超電導線の製造方法。
【請求項５】
上記請求項２、３または４のＮｂ３Ａｌ超電導線の製造方法において、上記中間膜の形成方法が、電気めっき法，無電解めっき法，蒸着法のいずれかによることを特徴とするＮｂ３Ａｌ超電導線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導分野、例えば、核融合炉の強磁界発生用電磁石の巻線材等として用いられるＮｂ３Ａｌ超電導線及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、係る超電導分野での適用が検討されている超電導線の一つとしてＮｂ３Ａｌを線材として用いた超電導線が提案されている（岩城源三，他：大電流容量急熱急冷Ｎｂ３Ａｌ線材の高磁界特性，平成８年度東北大学金属材料研究所年次報告書［１９９６］等）。
【０００３】
このＮｂ３Ａｌ超電導線は、例えば図２に示すようにＮｂ３Ａｌ超電導素線を数十本〜百数十本程度束ねたトータル外径が１．０ｍｍ前後のＮｂ３Ａｌ超電導芯線１の外周に、厚さ０．２ｍｍ前後の金属Ｎｂ層２が被覆されると共に、この金属Ｎｂ層２の外周に、高電気伝導性を有するＣｕあるいはＡｇ製の安定化層３を通常のめっき技術或いは金属テープの巻き付けによって０．０５ｍｍ前後の厚さで被覆形成したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このＮｂ３Ａｌ超電導線の最外周に位置する安定化層３は、クエンチ時点における過大電流を効果的に外部に伝導流出させる等のために必要不可欠なものであるが、金属Ｎｂとの密着性が低く、かつＣｕあるいはＡｇ以外の第三金属成分の浸入によって汚染されやすいといった欠点がある。
【０００５】
そのため、この安定化層３を直接、金属Ｎｂ層２上に通常のめっき技術或いは金属テープの巻き付け等によって付与形成した場合、この安定化層３が下地（金属Ｎｂ層２）に確実に密着しなくなり、その結果、金属Ｎｂ層２と安定化層３間の機械的，電気的接続性が弱くなって成形加工性やクエンチ現象に伴う電気伝導性の低下を招くといった問題が発生する。尚、この現象は、安定化層３を形成した後に、さらに拡散熱処理を施しても基本的に改善されないことが実験的に確認されている。
【０００６】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、金属Ｎｂ層に対する安定化層の密着性を向上させて優れた成形加工性や電気伝導性を発揮できる新規なＮｂ３Ａｌ超電導線およびその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、Ｎｂ３Ａｌ超電導芯線の外周に金属Ｎｂ層を有すると共に、その金属Ｎｂ層の外周にＣｕあるいはＡｇの安定化層を有するＮｂ３Ａｌ超電導線において、上記金属Ｎｂ層と安定化層との間に、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ単体あるいはこれらの合金よりなり、膜厚が０．０１〜５．０μｍの中間膜を備え、熱処理により上記中間膜成分をその上下の上記金属Ｎｂ層及び上記安定化層側に拡散させたものである。
【０００８】
すなわち、相互に密着性の低い金属Ｎｂ層と、ＣｕあるいはＡｇ製の安定化層との間に、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ単体あるいはこれらの合金よりなる中間膜を備えることにより、この中間膜が両者の接着剤のような働きを成して金属Ｎｂ層と安定化層との密着性を大幅に向上させることになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係るＮｂ３Ａｌ超電導線の実施の一形態を示したものであり、図中１は、φ数十μｍのＮｂ３Ａｌ超電導素線を数十本〜百数十本程度束ねてなるＮｂ３Ａｌ超電導芯線、２は、このＮｂ３Ａｌ超電導芯線１の外周に被覆形成された金属Ｎｂ層、３は、この金属Ｎｂ層２上に被覆形成された高電気伝導性を有するＣｕあるいはＡｇ製の安定化層である。
【００１１】
そして、図示するように本発明のＮｂ３Ａｌ超電導線にあっては、この金属Ｎｂ層２と安定化層３との間に、電気的・機械的性質に優れた金属成分からなる中間膜４を備えたものであり、これによって、金属Ｎｂ層２と安定化層３との密着性が大幅に向上するため、機械的，電気的接続性の低下を招くことなく、良好な成形加工性及びクエンチ現象に伴う電気伝導性の低下を回避することが可能となる。
【００１２】
ここで中間膜４を形成する金属成分としては、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ単体あるいはこれらの合金が用いられる。すなわち、これら金属にあっては、金属Ｎｂ層２を構成する金属Ｎｂと安定化層３を構成する純ＣｕあるいはＡｇの両者に対して数％以上の固溶限を発生して両者の機械的・電気的接合性を向上させるからである。
【００１３】
また、このＮｂ３Ａｌ超電導線の製作プロセスにおいて、中間膜４を形成する金属成分が金属Ｎｂ層２及び安定化層３側に熱拡散して電気伝導度の低下を招くことを回避するために、後述するような製造方法により、その金属成分の拡散距離と濃度とを正確にコントロールする必要がある。具体的には、安定化層３に対する中間膜成分の拡散距離を安定化層３の厚さの１／２に抑えると共に、金属Ｎｂ層２に対する中間膜成分の拡散距離を安定化層３に対する拡散距離の２０％以下に抑え、かつ、上記安定化層３に対する中間膜成分の拡散濃度を０．００１〜１％の範囲に抑えることで電気伝導度の低下を効果的に回避することができる。ここで、本発明においては、中間膜成分の原子がある物質中に熱拡散するときに、Ｌ＝√（Ｄ・ｔ）、（ここで、Ｄは拡散係数，ｔは熱処理時間である）を拡散距離と定義する。また、熱拡散によって安定化層３中に含まれる中間膜成分の濃度分布は、安定化層３と中間膜との界面から安定化層側へ（径方向外方へ）いくほど減少するように変化するが、その安定化層の厚さで平均した濃度を拡散濃度と定義する。
【００１４】
また、この中間膜４は、その機能は基本的に金属Ｎｂ層２と安定化層３との密着性を高めるだけのものであることから、その厚さはできるだけ薄い方が好ましいが、例えば、金属Ｎｂ層２の厚さが０．１〜１．０ｍｍ、安定化層３の厚さが５〜１０００μｍの範囲である場合、十分な密着性を得るためには、その中間膜４の膜厚は０．０１〜５．０μｍ程度は必要である。
【００１５】
そして、このような構成をした本発明のＮｂ３Ａｌ超電導線を製造する方法としては、上述したように、φ数十μｍのＮｂ３Ａｌ超電導素線を数十本〜百数十本程度束ねてなるＮｂ３Ａｌ超電導芯線１上に、電気めっき法，無電解めっき法，蒸着法等によって金属Ｎｂ層２を被覆した後、その金属Ｎｂ層２上にＮｉ，Ｓｎ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔのいずれか１種、あるいはこれらの合金を同じく電気めっき法等によって均一に被覆して中間膜４を被覆し、さらにこの中間膜４上に、電気めっき法，無電解めっき法，蒸着法に加えて金属テープに巻き付けあるいは塑性加工のいずれかを用いてＣｕあるいはＡｇの安定化層３を同じく被覆する。その後、これらを真空中でＮｂ３Ａｌ超電導芯線１の機能喪失温度以下で熱処理して中間膜を構成する金属成分をその上下の金属Ｎｂ層及び安定化層側に拡散させることで、本発明のＮｂ３Ａｌ超電導線を得ることができる。
【００１６】
ここで、中間膜を構成する金属成分の拡散距離，濃度が上述したような範囲に収まらない場合には、この安定化層３の一部を機械的に除去してさらに新たな安定化層３を被覆形成した後、再び同様な熱処理を施して上記中間膜成分を新たな安定化層側に拡散させる操作を複数回繰り返したり、あるいは、金属成分が拡散した安定化層の外周に、この安定化層３以上の厚さの新たな安定化層をさらに被覆することで、上記金属成分の拡散距離，拡散濃度を所定の範囲内に収めることができる。
【００１７】
【実施例】
冒頭に示した参考文献に準じ、Ｎｂマトリックス比０．８，素線径７６μｍ，素線数１５０本，線径１．２５ｍｍのＮｂ３Ａｌ超電導芯線を急熱急冷法を用いて製作した後、このＮｂ３Ａｌ超電導芯線の表面に厚さ０．３ｍｍの金属Ｎｂ層を被覆形成し、この金属Ｎｂ層に対して、以下の表１に示した手法を用いて、Ｎｉ，Ｓｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔのいずれかあるいはこれらの合金からなる中間層を電気めっき法によって被覆形成した。その後、さらに中間層上に同じく電気めっき法によって安定化層を被覆形成してから真空中で６００℃×４時間の拡散熱処理を加えて複数種の試料を形成した。
【００１８】
そして、これら各試料をＮｂ３Ａｌ化合物生成のために８００℃×１０時間の加熱処理を行い、Ｎｂ３Ａｌ超電導材とした後、以下の表１に示す手法でクエンチ発生磁界を測定すると共に、１８０度曲げ強制剥離試験による安定化層の剥離試験を行い、その結果を表１に示す。
【００１９】
尚、ここでクエンチ発生磁界とは、磁界中での通電による超電導電流測定において超電導状態から常電導状態への遷移が急激に起こるクエンチが発生する最も高い磁界と設定した。超電導線材の臨界電流値は、磁界が高くなるほど低下する傾向にあるが、逆に磁界を低くすると、臨界電流値は増加し、線材の安定化が図られていない場合、クエンチが発生しやすくなる。本測定においては超電導電流測定を高磁界側から低下させながら行い、２３Ｔから２２，２１というように各磁界中で測定を実施した。
【００２０】
【表１】
0003724242.tif 000002
【００２１】
この結果、表１に示すように、本発明の範囲内、すなわち、中間膜としてＮｉ，Ｓｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔのいずれかを使用すると共に、その膜厚を０．０１〜５．０μｍの範囲内に設定した試料１〜８の場合は、いずれもクエンチ発生磁界が１８Ｔでクエンチ現象に伴う電気伝導性の低下が抑制されると共に、強制剥離試験においても安定化層が剥離することがなく、優れた密着性を発揮した。
【００２２】
これに対し、中間膜の膜厚が本発明の規定値以下（０．００１μｍ）である参考試料−１及び中間膜を形成しなかった参考試料−２にあっては、クエンチ発生磁界が１９Ｔと性能が低下し、また、強制剥離試験においても安定化層の剥離が生じてしまった。
【００２３】
また、中間膜としてＮｉを用い、その厚さを安定化層の膜厚の１／５（１０μｍ）とした参考試料−３、及び最終段階における熱処理温度を９００℃×２時間とした参考試料−４の場合にあっては、いずれも膜剥離は生じなかったが、クエンチ発生磁界がそれぞれ２０Ｔ，１９Ｔであり、電気的性能が低下してしまった。この原因は参考試料−３の場合にあっては、安定化層の膜厚に対する中間膜の膜厚比が大きすぎて拡散熱処理時にＮｉが安定化層内に高濃度に拡散するためと考えられ、また、参考試料−４の場合にあっては、熱処理温度が高すぎるために、中間膜層が金属Ｎｂ層及び安定化層側に拡散しすぎて、それらの電気伝導度を低下させた結果と考えられる。
【００２４】
また、試料１０は、熱処理後の安定化層の一部を除去し、さらにその上に電解めっきにより新たな安定化層を形成する工程を３回繰り返すことで安定化層内に拡散した中間膜成分を実質的に除去したものであり、また、試料１１は、熱処理後の安定化層の上にさらに新たな安定化層を重ねるように形成し、最終的に安定化層全体の厚さを２００μｍとしたものである。そして、いずれの試料１０，１１の場合でも、安定化層の電気伝導度が回復するため、クエンチ特性が大きく改善された。
【００２５】
さらに、安定化層の材料としてＡｇを用い、その膜厚を３０μｍとした本発明範囲内である試料１２にあっては、上記試料１〜１１と同様にクエンチ現象に伴う電気伝導性の低下が抑制されると共に、強制剥離試験においても安定化層が剥離することがなく、優れた密着性を発揮した。
【００２６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、金属Ｎｂ層と安定化層との密着性が向上するため、金属Ｎｂ層と安定化層間の機械的，電気的接続性が向上し、成形加工性やクエンチ現象に伴う電気伝導性の低下等といった不都合を未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るＮｂ３Ａｌ超電導線の実施の一形態を示す拡大側面図である。
【図２】  従来のＮｂ３Ａｌ超電導線の一例を示す拡大側面図である。
【符号の説明】
１  Ｎｂ３Ａｌ超電導心線
２  金属Ｎｂ層
３  安定化層
４  中間
【図１】
0003724242.tif 000003
【図２】
0003724242.tif 000004