(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属面同士を接合する方法であって、
金属イオンを照射することにより一方の金属面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より上層に、他方の金属面と同種の金属または他方の金属と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
該金属膜に他方の金属面を密着させて強加工を施す工程
を含む前記方法。
【請求項２】
内側金属管または内側金属棒と外側金属管とを接合する方法であって、
金属イオンを照射することにより内側金属管または内側金属棒の外周面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より外層に、外側金属管と同種の金属または外側金属管と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
減面加工を行う工程
を含む前記方法。
【請求項３】
内側金属管または内側金属棒と外側金属管とを接合する方法であって、
金属イオンを照射することにより外側金属管の内周面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より内層に、内側金属管もしくは内側金属棒と同種の金属または内側金属管もしくは内側金属棒と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
減面加工を行う工程
を含む前記方法。
【請求項４】
金属板の金属面同士を接合する方法であって、
金属イオンを照射することにより一方の金属板の表面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より上層に、他方の金属板と同種の金属または他方の金属板と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
該金属膜に他方の金属板を密着させて圧延加工を行う工程
を含む前記方法。
【請求項５】
金属添加層がＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＡｌ、Ｃ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、ＴａおよびＷからなる群から選択される金属を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
金属膜の膜厚が０．０１μｍ〜１００μｍである、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
金属膜の成膜を、１０−１Ｐａ〜１０−１０Ｐａおよび１５０℃〜６００℃の条件で実施する、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項２または３記載の方法によって得られる、内側金属管または内側金属棒と外側金属管とが接合された構造を有する多重金属管。
【請求項９】
内側金属管または内側金属棒と外側金属管とが接合された構造を有する多重金属管であって、
内側金属管または内側金属棒、
該内側金属管または内側金属棒の外周表面に金属イオンを照射することにより形成された金属添加層、
該金属添加層より外層に形成され、外側金属管と同種の金属または外側金属管と合金化しうる金属からなる金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して内側金属管または内側金属棒に接合された外側金属管
を含む前記多重金属管。
【請求項１０】
内側金属管または内側金属棒と外側金属管とが接合された構造を有する多重金属管であって、
外側金属管、
該外側金属管の内周表面に金属イオンを照射することにより形成された金属添加層、
該金属添加層より内層に形成され、内側金属管もしくは内側金属棒と同種の金属または内側金属管もしくは内側金属棒と合金化しうる金属からなる金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して外側金属管に接合された内側金属管または内側金属棒
を含む前記多重金属管。
【請求項１１】
金属添加層がＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＡｌ、Ｃ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、ＴａおよびＷからなる群から選択される金属を含む、請求項８〜１０のいずれか１項記載の多重金属管。
【請求項１２】
金属膜の膜厚が０．０１μｍ〜１００μｍである、請求項８〜１１のいずれか１項記載の多重金属管。
【請求項１３】
請求項５記載の方法によって得られる、複数の金属板が接合された構造を有する多重金属板。
【請求項１４】
複数の金属板が接合された多重金属板であって、
金属板、
該金属板の表面に金属イオンを照射することにより形成された金属添加層、
該金属添加層より上層に形成された金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して該金属膜に接合されたさらなる金属板
を含み、
該金属膜が、該金属添加層および金属膜を介して該金属膜に接合されたさらなる金属板と同種の金属または該金属板と合金化しうる金属からなる、
前記多重金属板。
【請求項１５】
金属添加層がＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＡｌ、Ｃ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、ＴａおよびＷからなる群から選択される金属を含む、請求項１３または１４記載の多重金属板。
【請求項１６】
金属膜の膜厚が０．０１μｍ〜１００μｍである、請求項１３〜１５のいずれか１項記載の多重金属板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属面を接合する方法、ならびに該方法によって得られる多重金属管および多重金属板に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板同士の接合や金属管同士の接合といった異種金属面同士の接合は、非常に多様な分野において必要とされる。例えば、超電導線金属管、ジュメット線およびクラッドメタルなどは、異種金属同士を接合することで製造される製品であり、接合させることで、複数金属の特性を有効に活用できる。
【０００３】
異種金属面同士を接合させる方法としては、従来から酸洗浄やアセトン洗浄により酸化層を除去した後金属面同士を強加工で接合させる方法が知られている。例えば、ＣｕとＦｅなどの互いに合金を形成しない金属の組合せについて金属面同士を接合する場合は、分子間力で接合することとなるため、それぞれの表面に存在する酸化層を減少させることが必要となる。したがって、酸洗浄やアセトン洗浄により酸化層を除去し、さらに線引き加工などの強加工によって酸化層をこすり落としながら接合を行う。しかし、酸洗浄やアセトン洗浄を行っても酸化層を十分に除去することはできないし、除去してもすぐに新たな酸化層が形成され、強固かつ健全な接合を達成することが難しい。特に、酸化層の厚い活性金属の接合は困難である。また、線引き加工のような強加工を行うためには、それに耐える優れた靭性を有する金属が好ましいが、靭性の異なる金属同士に強加工を施すと、一方の金属のみが伸ばされるため接合界面にずれが生じ、その結果、接合界面に割れが生じてしまう。
【０００４】
これに対し、接合しようとする双方の金属と合金を形成しうる金属からなる接合助剤を部分的に塗布する方法が知られている。例えば、ＣｕとＦｅの接合においては、双方の金属と合金を形成しうるＣｕ−Ｎｉ合金が接合助剤として用いられる。この方法においては、接合助剤の塗布量や塗布箇所などを定量化して加工する必要があるが、金属管の長さ、表面粗さ、材質などの変化で接合助剤として機能する塗布量は変化する。そのため、同じ塗布条件を毎回用いることはできず、塗布条件の調節が難しい。金属管同士の接合においては、塗布量が多いと接合助剤の管内への巻き込みが生じ、塗布量が少ないと界面で割れが生じる。また、金属の組合せによっては、双方の金属と合金を形成する接合助剤が存在しないため、この方法によって接合できる金属の組合せは制限される。
【０００５】
特許文献１には、Ｃｕを被覆したＮｂ−Ｔｉ合金芯線からなる複数本の一次素線をＣｕ製の管に挿入しＮｂ−Ｔｉ合金超伝導線を製造する方法が記載されている。しかし、当該方法では、Ｎｂ−Ｔｉ合金芯線の酸化層が除去されていないため、有効なＣｕ被覆を形成することが難しく、したがってＣｕ管とＮｂ−Ｔｉ合金芯線との間で健全な接合界面を形成することはできない。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３２９２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、金属面の接合において、高い歩留で、健全な接合界面を形成する手段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】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、金属添加層を形成しつつ金属酸化層を除去し、金属膜により金属新鮮面を保護するとともに接合を補助することにより、金属面の健全な接合が達成できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
（１）金属面同士を接合する方法であって、
一方の金属面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より上層に、他方の金属面と同種の金属または他方の金属と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
該金属膜に他方の金属面を密着させて強加工を施す工程
を含む前記方法。
【００１０】
（２）内側金属管または内側金属棒と外側金属管とを接合する方法であって、
内側金属管または内側金属棒の外周面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より外層に、外側金属管と同種の金属または外側金属管と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
減面加工を行う工程
を含む前記方法。
【００１１】
（３）内側金属管または内側金属棒と外側金属管とを接合する方法であって、
外側金属管の内周面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より内層に、内側金属管もしくは内側金属棒と同種の金属または内側金属管もしくは内側金属棒と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
減面加工を行う工程
を含む前記方法。
【００１２】
（４）金属板の金属面同士を接合する方法であって、
一方の金属板の表面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より上層に、他方の金属板と同種の金属または他方の金属板と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
該金属膜に他方の金属板を密着させて圧延加工を行う工程
を含む前記方法。
【００１３】
（５）金属添加層がＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＡｌ、Ｃ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、ＴａおよびＷからなる群から選択される金属を含む、（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。
【００１４】
（６）金属膜の膜厚が０．０１μｍ〜１００μｍである、（１）〜（５）のいずれかに記載の方法。
（７）金属膜の成膜を、１０−１Ｐａ〜１０−１０Ｐａおよび１５０℃〜６００℃の条件で実施する、（１）〜（６）のいずれかに記載の方法。
（８）（２）または（３）記載の方法によって得られる、内側金属管または内側金属棒と外側金属管とが接合された構造を有する多重金属管。
【００１５】
（９）内側金属管または内側金属棒と外側金属管とが接合された構造を有する多重金属管であって、
内側金属管または内側金属棒、
該内側金属管または内側金属棒の外周表面に形成された金属添加層、
該金属添加層より外層に形成され、外側金属管と同種の金属または外側金属管と合金化しうる金属からなる金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して内側金属管または内側金属棒に接合された外側金属管
を含む前記多重金属管。
【００１６】
（１０）内側金属管または内側金属棒と外側金属管とが接合された構造を有する多重金属管であって、
外側金属管、
該外側金属管の内周表面に形成された金属添加層、
該金属添加層より内層に形成され、内側金属管もしくは内側金属棒と同種の金属または内側金属管もしくは内側金属棒と合金化しうる金属からなる金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して外側金属管に接合された内側金属管または内側金属棒
を含む前記多重金属管。
【００１７】
（１１）金属添加層がＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＡｌ、Ｃ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、ＴａおよびＷからなる群から選択される金属を含む、（８）〜（１０）のいずれかに記載の多重金属管。
（１２）金属膜の膜厚が０．０１μｍ〜１００μｍである、（８）〜（１１）のいずれかに記載の多重金属管。
（１３）（５）記載の方法によって得られる、複数の金属板が接合された構造を有する多重金属板。
【００１８】
（１４）複数の金属板が接合された多重金属板であって、
金属板、
該金属板の表面に形成された金属添加層、
該金属添加層より上層に形成された金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して該金属膜に接合されたさらなる金属板
を含み、
該金属膜が、該金属添加層および金属膜を介して該金属膜に接合されたさらなる金属板と同種の金属または該金属板と合金化しうる金属からなる、
前記多重金属板。
【００１９】
（１５）金属添加層がＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＡｌ、Ｃ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、ＴａおよびＷからなる群から選択される金属を含む、（１３）または（１４）記載の多重金属板。
（１６）金属膜の膜厚が０．０１μｍ〜１００μｍである、（１３）〜（１５）のいずれかに記載の多重金属板。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、金属面の接合において、高い歩留で、健全な接合界面を形成することができる。接合する金属の種類や組合せに制限されることなく、金属面を接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、金属面同士、特に異種金属からなる金属面同士を接合する方法に関する。本発明の方法は、
一方の金属面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より上層に、他方の金属面と同種の金属または他方の金属と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
該金属膜に他方の金属面を密着させて強加工を施す工程
を含む。
【００２２】
本発明によって金属面同士を接合できる金属は、金属添加層の形成や金属膜の成膜を実施する条件下で溶融しないものであれば特に制限されない。例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｔ、ＡｕおよびＰｂから選択される任意の組合せで金属面を接合することができる。本発明において、金属には合金も包含される。本発明は、接合しようとする金属と合金化しうる接合助剤を用いるものではないので、接合する金属の種類が限定されないという点で非常に有利である。本発明は、従来の方法では健全な接合界面を形成できない金属の接合、例えば、双方に合金化しうる金属が存在しない金属間の金属面の接合（例えば、Ｃｕ−Ｎｂ）、靭性の異なる金属間の金属面の接合（例えば、Ｃｕ−Ｆｅ）、酸化層の厚い活性金属に対する金属面（例えば、Ｎｂ）の接合において特に有利に用いられる。特にＣｕ−Ｆｅ、Ｃｕ−Ｎｂ間の金属面の接合において好適に用いられる。
【００２３】
金属添加層の形成は、金属面に金属イオンを照射することにより実施できる。金属面に金属イオンを照射することにより、金属酸化層が除去されるとともに、金属イオンが金属面の上層に導入され金属添加層が形成される。金属イオンを照射する方法としては、スパッタリング法、アークイオンプレーティング法およびＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔ）法等が挙げられ、好ましくはスパッタリング法が用いられる。金属添加層は、通常、金属面の上層に別の金属が入り込んだ構造を有する。形成される金属添加層の厚さは、通常、１ｎｍ〜９９０ｎｍである。照射する金属イオンとしては、高エネルギー金属イオン、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、ＴｉＡｌ、Ｃ、Ａｌ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｈｆ、ＴａおよびＷのイオンが挙げられ、好ましくはＴｉ、ＣｒまたはＴｉＡｌのイオンを用いる。高エネルギー金属イオンは、粒子径が大きく、金属酸化層を効果的に除去することができる。金属添加層の形成は、１種類の金属イオンの照射によって行ってもよいし、複数種の金属イオンの照射によって行ってもよい。
【００２４】
金属添加層の形成は、通常、１０−１Ｐａ〜１０−１０Ｐａ、好ましくは１０−１Ｐａ〜１０−５Ｐａの減圧条件下、通常、１００℃〜６００℃、好ましくは３００℃〜５００℃の温度で、金属イオンを照射することにより実施する。
【００２５】
本発明の方法では、上記のように形成した金属添加層より上層に、金属膜を成膜する。上記工程により金属酸化層が除去されているため、金属膜の成膜を効果的に実施することができる。金属膜は、接合しようとする他方の金属面と同種の金属、または接合しようとする他方の金属面と合金化しうる金属からなる。他方の金属面と合金化しうる金属としては、当業者であれば適宜選択することができるが、例えば、ＦｅおよびＣｕと合金化しうる金属としてＣｕ−Ｎｉ合金等が挙げられる。
【００２６】
金属膜の成膜は、好ましくは乾式成膜法によって実施する。通常１０−１Ｐａ〜１０−１０Ｐａ、好ましくは１０−２Ｐａ〜１０−４Ｐａで、通常、１５０℃〜６００℃、好ましくは３００℃〜５００℃の温度で実施する。金属膜の成膜は、金属添加層の形成後、減圧条件を維持したまま実施するのが好ましい。そうすることにより新たに酸化層が形成するのを防止することができる。成膜する金属膜の膜厚は、通常０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．１μｍ〜５μｍである。
【００２７】
乾式成膜法としては、例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔ）法、ＥＣＲＣＶＤ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔ）法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）法、直流スパッタリング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）蒸着法、抵抗加熱蒸着法、イオン化蒸着法、アーク蒸着法、レーザ蒸着法などが挙げられ、好ましくは、アークイオンプレーティング法を用いる。乾式成膜法を用いることにより、金属膜の膜厚を所望の範囲に調整することできる。
【００２８】
金属添加層より上層とは、金属添加層の上に直接金属膜が成膜される場合だけでなく、接合を阻害しない別の層を介して金属膜が成膜される場合も包含することを意味する。別の層として、金属面の密着性を高めるための層、具体的には、ＣとＦｅの間にＣｒ層、ＮｂとＴａの間にＴｉ層を介在させることができる。
【００２９】
またこの成膜後の金属膜表面にはドロップレットと呼ばれる金属湯摘が存在することが望ましい。これは金属面同士を接合する際の接触点となるため、強加工から得られる接触面圧を向上することができる。
【００３０】
上記のように金属膜を成膜することにより、酸化層を除去した後で新たに酸化層が形成するのを防止することができる。また、金属膜は接合する金属と同種の金属または合金化しうる金属からなるため、接合の密着性を高める機能をも有する。さらに、強加工の際にたとえ金属膜が剥がれても、金属酸化層ではなく金属新鮮面を表れるので、健全な接合が阻害されることはない。
【００３１】
強加工には、減面加工および圧延加工などが包含され、当業者であれば、接合する金属面の形態に合わせて好適な加工法を選択することができる。強加工を実施する前に金属を温めてもよい。
【００３２】
金属面には、平面だけでなく曲面も包含され、階段状の面や波状の面など凹凸を有する面も包含され、本発明の方法によりいずれの金属面も接合することができる。金属板における平面同士も、金属管における曲面同士も接合することができる。
【００３３】
したがって、一実施形態において本発明は、内側金属管または内側金属棒と外側金属管とを接合する方法であって、
内側金属管または内側金属棒の外周面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より外層に、外側金属管と同種の金属または外側金属管と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
減面加工を行う工程
を含む前記方法に関する。
【００３４】
金属添加層を形成する工程および金属添加層より外層に金属膜を成膜する工程については上記と同様である。金属添加層より外層にとは、上記と同様に、金属添加層上に直接金属膜が成膜される場合だけでなく、接合を阻害しない別の層を介して金属膜が成膜される場合も包含することを意味する。すなわち、外側金属管のすぐ内側に外側金属管と同種または合金化しうる金属からなる金属膜が存在する限り、その下層は別の層、好ましくは高密着性をもたらすことのできる別の層が存在していてもよい。減面加工は、通常、加工によって材料の全体径または高さが小さくなり高密度化されるような加工方法をいう。具体的には、線引き加工、引き抜き加工および押し出し加工などが包含される。
【００３５】
本発明はまた、上記方法によって得られる、内側金属管または内側金属棒と外側金属管とが接合された構造を有する多重金属管に関する。本発明の多重金属管は、金属棒と金属管、または複数の金属管がその外周面と内周面とで接合した構造を有し、二重金属管だけでなく、三重金属管や四重金属管なども包含される。また、本発明において多重金属管には、中心部が金属棒であるものや、管腔に金属が充填されているものも包含される。本発明の方法により接合された金属接合面を１つでも有する限り、本発明の多重金属管に含まれる。三重金属管および四重金属管を製造する場合も同様に、内側の金属管に金属添加層を形成後、外側に接合する金属管と同種の金属または合金化しうる金属からなる金属膜を成膜し、減面加工を実施すればよい。
【００３６】
本発明において、内側金属管または内側金属棒と外側金属管とが接合された構造を有する多重金属管は、
内側金属管または内側金属棒、
該内側金属管または内側金属棒の外周表面に形成された金属添加層、
該金属添加層より外層に形成され、外側金属管と同種の金属または外側金属管と合金化しうる金属からなる金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して内側金属管または内側金属棒に接合された外側金属管、を含む。
【００３７】
本発明の多重金属管においては、金属添加層と金属膜の間に接合を阻害しない別の層、例えば高密着層が存在してもよい。
【００３８】
本発明によれば、内側金属管または内側金属棒と外側金属管の両方に合金化する金属が存在しない場合でも、内側金属管または内側金属棒の酸化層を除去した後であれば、外側金属管と同種の金属膜を内側金属管または内側金属棒に成膜することが容易であるため、金属の組合せによる不具合は生じない。また金属膜は、内側金属管または内側金属棒の外側にほぼ同じ膜厚で均等に成膜されるため、最適な塗布量は容易に制御できる。そのため、減面加工の際に内側金属管の内部に成膜した金属が巻き込まれることもない。
【００３９】
あるいは、金属添加層の形成および金属膜の成膜を、外側金属管の内周面に施すことによって多重金属管を製造することもできる。したがって、一実施形態において本発明は、内側金属管または内側金属棒と外側金属管とを接合する方法であって、
外側金属管の内周面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より内層に、内側金属管もしくは内側金属棒と同種の金属または内側金属管もしくは内側金属棒と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
減面加工を行う工程を含む方法にも関する。
【００４０】
当該方法によって得られる多重金属管は、
外側金属管、
該外側金属管の内周表面に形成された金属添加層、
該金属添加層より内層に形成され、内側金属管もしくは内側金属棒と同種の金属または内側金属管もしくは内側金属棒と合金化しうる金属からなる金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して外側金属管に接合された内側金属管または内側金属棒、を含む。
【００４１】
本発明の多重金属管を構成する金属管の外径、内径および長さ等は、減面加工を実施できるものであれば特に制限されず、当業者であれば適宜決定することができる。
【００４２】
本発明によって得られる多重金属管は、複合超電導線の製造に有用である。複合超電導線の製造においては、例えば、外側金属管をＣｕ管とし、内側金属管をＦｅ管またはＮｂ管とする二重金属管を使用でき、この場合、金属膜としてはＣｕ膜を成膜するのが好ましい。例えば、本発明の多重金属管の管内部にＭｇ粉末とＢ粉末を充填することにより、ＭｇＢ２超伝導線を製造することができる。ＭｇＢ２超電導線においては、酸化層が存在することで超伝導性能が低下するため、金属管同士の界面に酸化層が存在しないことが重要である。従って、本発明により優れたＭｇＢ２超電導線を製造することができる。また、用いる金属管の種類や組合せが制限されることなく、金属管同士が健全に接合した複合材料を製造できる点においても有利である。
【００４３】
本発明は、Ｃｕ−Ｎｂの二重金属管を用いるＮｂ３Ｓｎ超電導線材やＮｂ３Ａｌ超電導線にも同様に適用が可能である。またＮｂＴｉ超電導線におけるＮｂＴｉフィラメントと安定化ＣｕまたはＣｕ−Ｎｉ合金との高密着化にも適用可能である。さらに超電導材の製造だけでなく、一般的な金属粉末を中に充填した機能材料にも同様に適用可能である。
【００４４】
別の実施形態において本発明は、金属板の金属面同士を接合する方法に関する。該方法は、
一方の金属板の表面に金属添加層を形成する工程、
該金属添加層より上層に、他方の金属板と同種の金属または他方の金属板と合金化しうる金属からなる金属膜を成膜する工程、および
該金属膜に他方の金属板を密着させて圧延加工を行う工程、を含む。
【００４５】
金属添加層を形成する工程および金属添加層より上層に金属膜を成膜する工程については上記と同様である。金属添加層より上層にとは、上記と同様に、金属添加層上に直接金属膜が成膜される場合だけでなく、接合を阻害しない別の層を介して金属膜が成膜される場合も包含することを意味する。
【００４６】
ここで金属板の形状は、圧延加工を実施できるものであれば特に制限されず、平板でも曲板でも凹凸を有する形状でもよいが、好ましくは平板である。
【００４７】
圧延加工は、回転するロールの間に金属材料を通して厚みや断面積を減少して成形する加工法であり、例えば、厚板圧延、熱間薄板圧延、冷間薄板圧延、形鉱圧延などが挙げられる。
【００４８】
本発明はまた、上記方法によって得られる、複数の金属板が接合された構造を有する多重金属板に関する。本発明の多重金属板は、少なくとも２枚の金属板が接合した構造を有し、二重金属板だけでなく、三重金属板や四重金属板なども包含される。本発明の方法により接合された金属接合面を１つでも有する限り、本発明の多重金属板に含まれる。
【００４９】
本発明において、複数の金属板が接合された構造を有する多重金属板は、
金属板、
該金属板の表面に形成された金属添加層、
該金属添加層より上層に形成された金属膜、および
該金属添加層および金属膜を介して該金属膜に接合されたさらなる金属板、を含み、
該金属膜が、該金属添加層および金属膜を介して該金属膜に接合されたさらなる金属板と同種または合金化しうる金属からなる。
【００５０】
本発明の多重金属板においては、金属添加層と金属膜の間に接合を阻害しない別の層、例えば高密着層が存在してもよい。
【実施例】
【００５１】
比較例１  酸洗浄またはアセトン洗浄のみを実施し強加工で接合することによるＭｇＢ２超電導線の製造
（比較例１−１）Ｃｕ−Ｆｅ二重金属管の場合
図１に製造したＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。ＭｇＢ２超電導線１は、外側金属管２、内側金属管３、ＭｇＢ２コア部４から形成される。この場合、外側金属管２がＣｕ管、内側金属管３がＦｅ管となる。Ｆｅ管にボールミル混合したＭｇ粉末とＢ粉末をＡｒガス中で充填し、その外側にＣｕ管を被せ、ドローベンチによる線引き加工を実施した。図２に比較例１−１で製造したＣｕ−Ｆｅ二重金属管を用いたＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。ＭｇＢ２超電導線の断面観察の結果から、ＣｕとＦｅの界面で割れが生じ、健全な線材ができていないことがわかる。
【００５２】
Ｃｕは靭性に富むのに対しＦｅは靭性に乏しいため、Ｃｕのみが伸ばされ、接合界面が強加工中にずれ、その結果接合界面に割れが生じたものと考えられる。以上から、靭性が異なる金属面の接合を従来の方法で実施しても、健全な接合界面を形成できないことが示された。
【００５３】
（比較例１−２）Ｃｕ−Ｎｂ二重金属管の場合
断面構造は図１と同様である。この場合、外側金属管２がＣｕ管、内側金属管３がＮｂ管となる。Ｎｂ管にボールミル混合したＭｇ粉末とＢ粉末をＡｒガス中で充填し、その外側にＣｕ管を被せ、ドローベンチによる線引き加工を実施した。図３に比較例１−２で製造したＣｕ−Ｎｂ二重金属管を用いたＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。ＭｇＢ２超電導線の断面観察の結果から、ＣｕとＮｂの界面で接合不良が生じ、健全な線材ができていないことがわかる。
【００５４】
Ｃｕ、Ｎｂともに靭性に富むが、Ｎｂは活性金属であるため、酸化層が非常に厚く、線引き加工で酸化層が除去しきれず、酸化層が残った箇所で接合不良が生じたものと考えられる。したがって、従来の方法では、靭性が優れた金属同士であっても、活性金属への接合においては、健全な接合界面を形成できないことが示された。
【００５５】
比較例２  双方の金属と合金を形成しうる接合助剤を用いたＭｇＢ２超電導線の製造
（比較例２−１）Ｃｕ−Ｆｅ二重金属管の場合
図４に製造したＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。ＭｇＢ２超電導線１は外側金属管２、接合助剤層５、内側金属管３、ＭｇＢ２コア部４から形成される。この場合、外側金属管２がＣｕ管、内側金属管３がＦｅ管、接合助剤層５がＣｕ−Ｎｉ合金となる。Ｆｅ管にボールミル混合したＭｇ粉末とＢ粉末をＡｒガス中で充填し、その外側にＣｕ−Ｎｉ合金を塗布した上にＣｕ管を被せ、ドローベンチによる線引き加工を実施した。図５に比較例２−１で製造したＣｕ−Ｆｅ二重金属管を用いたＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。ＭｇＢ２超電導線の断面観察の結果から、ＣｕとＦｅの接合界面は健全であったが、ＭｇＢ２コア部４に接合助剤層５を形成しているＣｕ−Ｎｉ合金が巻き込まれていることがわかる。
【００５６】
これは、接合助剤であるＣｕ−Ｎｉ合金の塗布量が多すぎたためと考えられる。図６に接合助剤の塗布量を減少させ、同様に製造したＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。塗布量低減により部分的に界面で割れを生じた。以上から、接合助剤を用いた場合であっても、健全な接合界面を有するＭｇＢ２超電導線を製造できないことが示された。
【００５７】
実施例１  金属添加層および金属膜を介した金属接合によるＭｇＢ２超電導線の製造
（実施例１−１）Ｃｕ−Ｆｅ二重金属管の場合
図７に、本実施例で製造したＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。ＭｇＢ２超電導線１は外側金属管２、金属膜６、金属添加層７、内側金属管３、ＭｇＢ２コア部４から形成される。この場合、外側金属管２がＣｕ管、金属膜６がＣｕ膜、金属添加層７がＴｉ添加層、内側金属管３がＦｅ管となる。
【００５８】
Ｆｅ管を１０−３Ｐａ程度の高真空状態のチャンバー内に封入し、５００℃に加熱後、ＴｉイオンをＦｅ管に照射し、Ｆｅ管の表面酸化層を除去し、Ｆｅ管表面に金属添加層を形成した。金属添加層はＴｉイオンがＦｅ管の最外部に注入されることで形成される。次にこの真空度、温度を保ったまま、Ｆｅ管上にＣｕ膜を３μｍ成膜した。
【００５９】
次にＣｕを成膜したＦｅ管にボールミル混合したＭｇ粉末とＢ粉末をＡｒガス中で充填し、その外側にＣｕ管を被せ、ドローベンチによる線引き加工を実施した。図８に本実施例で製造したＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。ＭｇＢ２超電導線の断面観察の結果、ＣｕとＦｅの界面の接合が均一で健全であることがわかった。
【００６０】
（実施例１−２）Ｃｕ−Ｎｂ二重金属管の場合
断面構造は図７と同様である。この場合、外側金属管２がＣｕ管、金属膜６がＣｕ膜、金属添加層７がＴｉ添加層、内側金属管３がＮｂ管となる。本実施例で製造したＣｕ−Ｎｂ二重金属管を用いたＭｇＢ２超電導線における、各金属管の初期寸法は以下のとおりである。
Ｃｕ管：外径１８ｍｍ、内径１６ｍｍ、長さ５００ｍｍ
Ｎｂ管：外径１５ｍｍ、内径１１ｍｍ、長さ５００ｍｍ
まずイオンプレーティング装置を用いて、Ｎｂ管の外周面にＴｉイオンを照射することで、酸化層を除去するとともにＮｂ管外周面にＴｉの金属添加層を形成した。なお成膜中のチャンバー内の雰囲気は５００℃、３．０×１０−３Ｐａであった。
【００６１】
次にチャンバー内からＮｂ管を出さずにＣｕをＮｂ管上に成膜した。なお成膜中の雰囲気はＴｉイオン照射時と同様であった。またＣｕの膜厚は３μｍとした。図９に成膜したＮｂ管の断面構造を示す。これよりＮｂ管上に金属添加層のＴｉを介在させたＣｕ膜が成膜されたことがわかる。次にこのＣｕ膜を成膜したＮｂ管の中にボールミル混合したＭｇ粉末とＢ粉末をＡｒガスで封止したグローブボックス内で充填した。続いてＭｇ粉末とＢ粉末を充填しＣｕ膜を成膜したＮｂ管の外周にＣｕ管を被せ、ドローベンチにより線引き加工を実施した。線引き加工は全体径がφ０．５ｍｍとなるまで実施した。図１０に線引き加工後のＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。これより健全な接合面が形成されていることがわかる。
【００６２】
上記で製造したＭｇＢ２超電導線を用いて、線材の臨界電流測定を実施した。測定は一般的な直流四端子法を用いて、試料全体を液体ヘリウム中に浸漬して行った。図１１にその結果を示す。これより、製造したＭｇＢ２超電導線が磁場依存性を示す健全な超電導線材であることがわかった。
【００６３】
実施例２  双方の金属と合金化しうる金属膜を有する二重金属管の製造
金属膜として、内側金属管および外側金属管と合金化する金属からなる金属膜を用いて、二重金属管を製造した。内側金属管にはＦｅ、外側金属管にはＣｕを用いた。図１２に本実施例で製造したＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。ＭｇＢ２超電導線１は外側金属管２、金属膜８、金属添加層７、内側金属管３、ＭｇＢ２コア部４から形成される。この場合、外側金属管２がＣｕ管、金属膜８がＮｉ膜、金属添加層７がＴｉ添加層、内側金属管３がＦｅ管となる。Ｆｅ管に実施例１−１と同じ条件で、Ｔｉによる酸化層除去および金属添加層の形成を実施し、形成した金属添加層上にＮｉ膜を成膜した。次にＮｉ膜を成膜したＦｅ管にボールミル混合したＭｇ粉末とＢ粉末をＡｒガス中で充填し、その外側にＣｕ管を被せ、ドローベンチによる線引き加工を実施した。図１３に本実施例で製造したＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。ＭｇＢ２超電導線の断面観察の結果、ＣｕとＦｅの界面の接合がＮｉを介して均一で健全であることがわかった。以上のことから、金属学的に内側金属管と外側金属管の両金属と合金化する金属を成膜しても同様の効果が得られることがわかった。
【００６４】
実施例３  高密着層を有する二重金属管の製造
金属添加層と金属膜の間に高密着層を形成して、二重金属管を製造した。図１４に多段構造の膜を有するＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。ＭｇＢ２超電導線１は外側金属管２、金属膜６、高密着層９、金属添加層７、内側金属管３、ＭｇＢ２コア部４から形成される。この場合、外側金属管２がＣｕ管、金属膜６がＣｕ膜、高密着層９がＮｉ膜、金属添加層７がＴｉ添加層、内側金属管３がＦｅ管となる。この構造を用いてＭｇＢ２超電導線を製造し、断面観察の結果、ＣｕとＦｅの界面の接合がＮｉを介して均一で健全であることがわかった。以上のことから、金属添加層と金属膜の間に高密着層を形成した場合にも同様の効果が得られることがわかった。
【００６５】
実施例４  三重金属管の製造
図１５に、本実施例で製造した三重管構造を有するＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。ＭｇＢ２超電導線１は外側金属管２、金属膜６、金属添加層７、中間金属管１０、最内金属膜１１、最内金属添加層１２、内側金属管３、ＭｇＢ２コア部４から形成される。この場合、外側金属管２がＣｕ管、金属膜６がＣｕ膜、金属添加層７がＴｉ添加層、中間金属管１０がＡｌ管、最内金属膜１１がＡｌ、最内金属添加層１２がＴｉ添加層、内側金属管３がＦｅである。この構造を有するＭｇＢ２超電導線を上記実施例と同様に製造した。断面観察の結果、ＣｕとＡｌ、ＡとＦｅの界面の接合が均一で健全であることがわかった。以上のことから、多重管構造の場合にも同様の効果が得られることがわかった。
【００６６】
実施例５  金属棒と金属管との接合
実施例１と同様の方法を用いて、中心部が金属棒である二重金属管を製造した。図１６は、本実施例で製造した二重金属管の断面構造を示す。二重金属管１３は外側金属管２、金属膜６、金属添加層７、内側金属棒１４から形成される。この場合、外側金属管２がＣｕ管、金属膜６がＣｕ膜、金属添加層７がＴｉ添加層、内側金属棒１４がＦｅ−Ｎｉ棒である。Ｆｅ−Ｎｉ金属棒にＴｉイオンを照射することにより、酸化層を除去するとともに金属添加層を形成した後、Ｃｕ膜を成膜した。そしてその外側にＣｕ管を被せ、ドローベンチによる線引き加工を実施した。断面観察の結果、ＣｕとＦｅ−Ｎｉの界面の接合が均一で健全であることがわかった。以上のことから、内側金属管のかわりに金属棒を用いた場合でも同様の効果が得られることがわかった。
【００６７】
実施例６  金属板
実施例１および２と同様の方法を用いて、二重金属板を製造した。図１７に、本実施例で製造した二重金属板の断面構造を示す。二重金属板１５は金属上板１６、金属膜６、金属添加層７、金属下板１７から形成される。本実施例では、金属上板１６がＡｌ、金属膜６がＡｌ膜、金属添加層７がＴｉ添加層、金属下板１７をＣｕとした。Ｃｕ金属板にＴｉイオンを照射することにより、酸化層を除去するとともに金属添加層を形成した後、Ａｌ膜を成膜した。そしてその上側にＡｌ板をのせ、圧延加工を実施した。断面観察の結果、ＣｕとＡｌの界面の接合が均一で健全であることがわかった。以上のことから、金属板同士でも同様の効果が得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、電流リード、送電ケーブル、大型マグネット、核磁気共鳴分析装置、医療用磁気共鳴診断装置、超電導電力貯蔵装置、磁気分離装置、磁場中単結晶引き上げ装置、冷凍機冷却超電導マグネット装置、超電導エネルギー貯蔵、超電導発電機、核融合炉用マグネット等の機器に適用される超電導線材や異種金属同士を接合させたクラッドメタル、電球用フィラメントなどに適用されるジュメット線などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】比較例１−１で製造したＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。
【図２】比較例１−１で製造したＣｕ−Ｆｅ二重金属管を用いたＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。
【図３】比較例１−２で製造したＣｕ−Ｎｂ二重金属管を用いたＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。
【図４】比較例２−１で製造したＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。
【図５】比較例２−１で製造したＣｕ−Ｆｅ二重金属管を用いたＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。
【図６】比較例２−１において、接合助剤の塗布量を減少させ、同様に製造したＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。
【図７】実施例１−１で製造したＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。
【図８】実施例１−１で製造したＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。
【図９】実施例１−２において、Ｃｕ膜を成膜したＮｂ管の断面構造を示す。
【図１０】実施例１−２で製造したＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。
【図１１】実施例１−２で製造したＭｇＢ２超電導線を用いて、線材の臨界電流測定を実施した結果を示す。
【図１２】実施例２で製造したＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。
【図１３】実施例２で製造したＭｇＢ２超電導線の断面写真を示す。
【図１４】実施例３で製造した多段構造の膜を有するＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。
【図１５】実施例４で製造した三重管構造を有するＭｇＢ２超電導線の断面構造を示す。
【図１６】実施例５で製造した中心部が金属棒である二重金属管の断面構造を示す。
【図１７】実施例６で製造した二重金属板の断面構造を示す。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・ＭｇＢ２超電導線、２・・・外側金属管、３・・・内側金属管、４・・・ＭｇＢ２コア部、５・・・接合助剤層、６・・・金属膜、７・・・金属添加層、８・・・合金金属膜、９・・・高密着層、１０・・・中間金属管、１１・・・最内金属膜、１２・・・最内金属添加層、１３・・・金属棒を含む二重金属管、１４・・・内側金属棒、１５・・・二重金属板、１６・・・金属上板、１７・・・金属下板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004533254.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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