(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々のチャンネルが不活性で除去可能な充填剤物質で充填され、ビレットの横断面に関して均整がとれた状態で分布した複数の縦方向に延びる前記チャンネルを有する十分に結合されたニオブ／銅複合ビレットを形成し、
前記不活性な充填剤物質を除去して前記ビレットに縦方向に延びる前記チャンネルを開口し、
スズ又はスズ合金を前記チャンネル中に挿入し、かつ、
該挿入されたスズ又はスズ合金とともに前記ニオブ／銅複合ビレットを所望の最終ディメンジョンに冷間延伸し、該延伸複合体を加熱してＮｂ3Ｓｎをその場で形成する、
ステップを含んで成る、Ｎｂ3Ｓｎを含むマルチフィラメント状の超電導体の製造方法。
【請求項２】
前記不活性な充填剤物質が該物質が可溶な溶媒の添加により除去される請求の範囲１に記載の方法。
【請求項３】
前記不活性な充填剤物質が水溶性塩であり水の添加により除去される請求の範囲２に記載の方法。
【請求項４】
前記塩が塩化ナトリウムである請求の範囲３に記載の方法。
【請求項５】
前記十分に結合した複合ビレットが、
複数の銅管を前記不活性な充填剤物質で充填し、
該充填された銅管が均整が取れた状態で間に分布しているニオブ／銅の複合ロッドを包含した未結合ビレットを形成し、かつ、
該未結合ビレットを、前記不活性な充填剤物質を含む前記十分に結合された複合ビレットを形成するために十分な結合条件に置く、
ステップにより形成される請求の範囲１に記載の方法。
【請求項６】
前記結合条件が、前記未結合ビレットをコンパクト化しかつ熱間押出しすることによりもたらされる請求の範囲５に記載の方法。
【請求項７】
前記結合条件が、前記未結合ビレットにアイソスタチックなホットプレスを行なうことによりもたらされる請求の範囲５に記載の方法。
【請求項８】
前記未結合ビレットの前記銅管及び複合ロッドの両者が、該未結合ビレット中での良好な充填を確保するために六角形断面を有している請求の範囲５に記載の方法。
【請求項９】
前記十分に結合された複合ビレットが、
（ａ）前記不活性な充填剤物質により充填された中心チャンネルを有しかつ同心状の銅シリンダーにより囲まれたニオブシリンダーを含んで成る複数のロッドを形成し、
（ｂ）前記ステップ（ａ）のロッドを六角形にし、かつこれを並んだ関係で銅缶中に配置して未結合ビレットを形成し、かつ、
（ｃ）該未結合ビレットを前記十分に結合された複合ビレットを形成するために十分な結合条件に置く、
ステップにより形成される請求の範囲１に記載の方法。
【請求項１０】
前記結合条件が、前記未結合ビレットをコンパクト化しかつ熱間押出しすることによりもたらされる請求の範囲９に記載の方法。
【請求項１１】
前記結合条件が、前記未結合ビレットにアイソスタチックなホットプレスを行なうことによりもたらされる請求の範囲９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、Nb3Sn（ニオブ−スズとも呼ぶ）を含むマルチフィラメント状の金属間超電導体、及びその製造方法に関する。
発明の背景
低温におけるその抵抗が殆ど零であるため、最も望ましい超電導物質の１つはニオブ−スズ（Nb3Sn）である。しかしそれは極度に硬くかつ脆い物質であり、不連続性や他のダメージを生じさせることなく好適な形状やディメンジョンを有するワイヤやロッドに到達するための作業を行なうことが困難である。
前記ワイヤやロッドを形成するためには、超電導物質は圧縮、延伸、延び及び加熱を繰り返し受けなければならない。しかしこれらのステップの全ては、ニオブ−スズ物質の一体性、構造及び超電導能に対して有害である。従って実際には当初は圧縮、延伸、成形、伸び、加熱及び一般的な物質加工の全てを、純粋で延性及び展性があり一般に容易に加工できるニオブ及び銅物質で行なってきた（後者は高度に導電性のある基幹物質として使用される）。その後、加工性のより小さいスズをめっき又は他の方法により成形されたロッド又はワイヤ表面に付着させ、全物質を最終的に加熱する。このような加熱の後に、スズはそれが結合された導電性銅基幹物質を通して移行して含有されるニオブと接触し、適切なディメンジョンと形態を有する必要とされるニオブ−スズ物質をその場で形成する。
ブロンズプロセスでは、Nbロッドを穿孔されたブロンズ（銅14％スズ合金）ビレット中に挿入する。これを排気し、押出し、かつ延伸して六角形の断面のロッドにし、これを第２の押出し缶に再度積み重ねる。これを押出しかつ延伸して最終的なワイヤサイズとし、更に熱処理してスズをブロンズマトリックスからNbに拡散させてNb3Snを形成する。
このプロセスの欠点はマトリックス中で利用できるスズの量が制限されること及びブロンズ加工品が迅速に硬化し数ダイパスごとに焼なましをしなければならないことである（１回ごとに約40％又はそれ以下の表面積減少）。
その代わりに、ビレット中でNb、Cu及びSnを結合させることにより複合導電体を作製できる。しかし該複合ビレットは冷間加工しかできない。これは後のステージの銅と銅の加工及び銅とニオブの加工で限定された結合しか許容しない。このような結合されていない導電体は加工がより困難であり、ビレットのコンフィギュレーションで有する寛容度を制限する。
先行する記述に従って、本発明の目的は、引き続いて反応してNb3Snを形成するスズ又はスズ合金の挿入に先立って全ての成分の拡散結合を可能にする、マルチフィラメント状Nb3Sn超電導体の製造方法を提供することである。
本発明の他の目的は、スズ又はスズ合金の挿入のために複数の均整が取れた状態で分布したチャンネルが十分に結合したニオブ−銅ビレット中に創造され、かつ結合していない複合体では生じてしまうような成分の再集束が必要とされない、ニオブ−スズ（Nb3Sn）を含むマルチフィラメント状の超電導体の製造方法を提供することである。
発明の概要
本発明によると、ニオブ−スズ（Nb3Sn）を含むマルチフィラメント状の超電導体の製造方法が提供される。該方法に従うと、ビレットの横断面に関して均整が取れた状態で分布している縦方向に延びかつ不活性で除去可能な充填剤物質が充填されている複数のチャンネルを有する十分に結合したニオブ／スズ複合ビレットが形成される。十分に結合したビレットの調製の後に不活性な充填剤物質を除去すると、縦方向に延びるチャンネルが開口される。次いでスズ又はスズ合金を前記チャンネルに挿入し、ニオブ／銅複合ビレットを前記挿入されたスズ又はスズ合金とともに冷間延伸して所望の最終ディメンジョンを得る。次いで延伸された複合体を熱処理してニオブ−スズのその場における形成を行なわせる。
前記不活性な充填剤物質は水の添加により除去できる塩のような水溶性物質を含んで成り、あるいは該物質が可溶な溶媒の添加により除去できる他の不活性な充填剤物質を含んで成ることができる。典型的な操作では、前記物質は例えばスチームやジェットのような水の使用により簡単に除去できる塩化ナトリウムを含んで成ることができる。
十分に結合した複合ビレットの形成の一態様では、複数の銅管を前記不活性充填剤物質で充填する。次いで、該充填された銅管が均整が取れた状態で間に分布しているニオブ／銅の複合ロッドを包含した未結合ビレットを組む。次いで前記未結合ビレットを、前記不活性な充填剤物質を含む十分に結合した複合ビレットを形成するために十分な結合条件に置く。未結合ビレットの銅管及び複合ロッドの両者は、組上げられた未結合ビレット中での良好な充填を確保するために六角形断面を有することができる。前記結合条件は、前記未結合ビレットを圧縮しかつ熱間で押出すことにより、又は未結合ビレットにアイソスタチックなホットプレスを行なうことによりもたらすことができる。
十分に結合した複合ビレットを形成する他の態様では、各々が前記不活性な充填剤物質で充填された中心チャンネルを有しかつ同心状の銅シリンダーにより囲まれたニオブシリンダーを含んで成る複数のロッドを形成する。このロッドは、六角形になりかつ並んだ位置関係で銅缶中に配置され、組上げられた未結合ビレットを形成している。次いで該未結合ビレットは、十分に結合された複合ビレットを形成するために十分な結合条件に置かれる。該結合条件は未結合ビレットを圧縮及び熱間押出しすることにより、又は未結合ビレットにアイソスタチックなホットプレスを行なうことによりもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
ここに添付した図面中、
図１は、本発明の実施要領を概略的に示すもので、その中に銅を含むマルチフィラメント状のニオブの六角形のロッド及び除去可能な塩が充填された六角形の銅管が充填された銅缶を含む当初集められた結合されていないビレットの開端面図であり、
図２は、図１に類似する本発明の実施要領を示す図あり、スズ又はスズ合金ロッド又はフィラメントの挿入とともに、ビレットを通して縦方向に延びるチャンネルの形成を、銅管からの塩の除去とともに概略的に示すものである。
好ましい態様の説明
一般に本発明は、超電導体の断面を通して実質的に均整が取れた状態で又は均一に分布したニオブ−スズ超電導物質を有する所望サイズのニオブ−スズマルチフィラメント状超電導体の製造方法を含んで成る。
本発明によると、除去可能で（銅、スズ及びニオブに対して、及び押出し加熱に対して）不活性な充填剤物質、最も好ましくは水溶性の不活性塩、又は押出し及び延伸又はプレス操作に耐えられる他の好便な溶媒に溶解可能な組成物が、均整が取れた断面で分布しているニオブ／銅複合ビレットの長さに沿って分布している。金属成分間に結合を与える、好適なサイズへの押出し及び延伸の又はアイソスタチックなホットプレスのような他の操作の後に、それが充填されていた空間の破壊を生じさせることなく、前記不活性な充填剤物質を除去する（例えば塩化ナトリウム充填剤塩用の水ジェットである前記塩用の溶媒のジェットのようなもの）。これは、マトリックスを通して分布している非常に均一なチャンネル又は孔を有する十分に結合したニオブ／銅複合ビレットを残す。次いでスズロッド又はフィラメントを空けられた空間に挿入し、ビレット又はロッドを最終サイズに冷間延伸し、次いで加熱して好適な超電導体コンフィギュレーション及びディメンジョンを有するニオブ−スズの均一な分布形成をその場で生じさせる。
図面を特定して参照すると、図１には典型的な６インチ（15.2cm）の銅ビレット缶10が、銅中に押出されたマルチフィラメント状のニオブから成形された固体のニオブ−銅の六角形のロッド12、及びその中に塩化ナトリウム塩充填剤14を有する銅の六角形管13が充填されているものとして示されている。前記ロッド12及び管13は実質的に同じディメンジョンである。均一な分布のために、塩化ナトリウム充填剤を有する銅の六角形管はビレット缶を通して均一に又は均整が取れた状態で分布している。加工の際には、前記ビレット缶はシールされかつ排気され、次いでコンパクト化されかつ約３インチの直径に押出され、生成する押出しロッドが約10フィートの長さに切断される。
図２は、十分に処理された銅及びニオブ間の結合を有する押出しロッドを示している。塩化ナトリウム塩充填剤14は、銅管13の芯構造を破壊することなく、該塩充填剤を溶解しそれを持ち去る水又は他の溶媒で洗浄することにより銅管13から除去される。このような塩除去により均一な引き延ばされたチャンネル又は空間15が残り、スズのフィラメント又はロッド16が前記空間15に挿入されかつ延伸され、前記管はその後、排気される。冷間延伸の最後のステップはスズと銅管の間に十分な結合を与え、ロッドが加熱されたときに、スズが導電性銅を通して容易に移行してニオブ−銅ロッドのニオブに接触することを許容する。図２中に矢印で示した点の軌跡は、ニオブ−スズ超電導体のその場での形成の最終ステップの間のスズの均一移行を示している。その後の残りの反応していないスズは約２〜10重量％の押出し複合体である。
ニオブ銅複合体に関していうと、特により少ない数の分布の場合、望ましいのであれば、銅六角形はマルチフィラメント状ではなく単一の芯のニオブを含むことができ、かつより大きいディメンジョンのスズロッドを利用することができる。更に、排気された空間を充填する際に、好適なディメンジョンの数個のスズフィラメントを単一のスズフィラメントの代わりに使用することができる。スズ−アルミニウム複合体又はドープされたスズのようなスズ合金も、取扱いを容易にするために、純粋なスズロッドの代わりに利用できる。
上記説明及び図面は本発明を例示するものであり、構造、成分分布、物質及び方法ステップの変化は、引き続く請求の範囲で定義された本発明の範囲を逸脱しなければ可能であると理解すべきである。
【図１】
0003796266.tif 000002
【図２】
0003796266.tif 000003