| 発明の名称 |
アルミニウム安定化複合超電導導体 |
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| 発行国 |
日本国特許庁（ＪＰ） |
| 公報種別 |
公開特許公報（Ａ） |
| 公開番号 |
特開平９−７３８２１ |
| 公開日 |
平成９年（１９９７）３月１８日 |
| 出願番号 |
特願平７−２２９１２１ |
| 出願日 |
平成７年（１９９５）９月６日 |
| 代理人 |
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 孝
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| 発明者 |
細野 史一 / 鈴木 隆洋 / 稲葉 彰司 / 清藤 雅宏 |
| 要約 |
目的
構成
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特許請求の範囲
【請求項１】アルミニウム安定化超電導導体がＳｎ−Ａｇ系半田を介して強度メンバー内に埋め込まれていることを特徴とするアルミニウム安定化複合超電導導体。
【請求項２】Ｓｎ−Ａｇ系半田におけるＡｇ濃度が０．５〜１０重量％である請求項１に記載のアルミニウム安定化複合超電導導体。
【請求項３】ｓｎ−Ａｇ系半田における不可避的な不純物組成として、Ｓｂが１重量％以下、Ｃｕが０．０８重量％以下、Ｃｄが０．０５重量％以下、Ｂｉ＋Ｚｎ＋Ｆｅ＋Ａｌ＋Ａｓが０．３５重量％以下である請求項２に記載のアルミニウム安定化複合超電導導体。
【請求項４】強度メンバーが銅合金である請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム安定化複合超電導導体。
【請求項５】強度メンバーが、Ｎｉ濃度が０．５〜５重量％のＣｕ−Ｎｉ系合金である請求項４に記載のアルミニウム安定化複合超電導導体。
【請求項６】Ｃｕ−Ｎｉ系合金の不純物組成として、Ｆｅが０．５重量％以下、Ｍｎが１．５重量％以下、Ｐが０．５重量％以下、その他の不可避的な不純物が０．５重量％以下である請求項５に記載のアルミニウム安定化複合超電導導体。
【請求項７】強度メンバーがアルミニウム合金である請求項１又は請求項２に記載のアルミニウム安定化複合超電導導体。
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発明の詳細な説明
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウ安定化複合超電導導体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】大電流を要する超電導導体を作成する場合、一般的には超電導線の複数本を束ね、それを一般的なＰｂ−Ｓｎ半田を介して強度メンバーの中に埋め込む構造が採用されている。ここで強度メンバーとは、導体をコイル化して通電することで磁場を発生させたときに導体に強大な電磁力が働くため、導体を強化するために用いられるものである。
【０００３】アルミニウム安定化複合超電導導体の代表的な例として、Ｃｕ−２重量％Ｎｉ合金で被覆されたアルミニウム安定化材とＮｂ−Ｔｉ系超電導撚線とを銅製の強度メンバー内にＰｂ−Ｓｎ半田で埋め込んだものが知られている。
【０００４】また、実績は見当たらないものの、強度メンバーにアルミニウム合金の活用が検討された例がある。これは、アルミニウム合金製の強度メンバーの中にアルミニウニ安定化超電導導体を半田を介して埋め込んだ構造のもので、アルミニウム安定化超電導導体としてはＮｂ−Ｔｉ系超電導撚線を高純度アルミニウムで被覆したものが用いられ、半田としてはアルミニウム用として一般的なＳｎ−Ｚｎ系半田が用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】強度メンバーに銅を用いた場合、銅とアルミニウムとの間のホール効果により、得られる電気抵抗率（比抵抗）が複合則で得られる価より大幅に大きなものとなってしまう。その対策として、アルミニウム安定化材の外周にＣｕ−Ｎｉ系合金が被覆されるが、この構造では製造工程が多くなり、コスト高となる恐れがある。
【０００６】一方、アルミニウム合金を強度メンバーとして用いた場合、アルミニウム合金とアルミニウム安定化超電導導体を複合する際に用いられるＳｎ−Ｚｎ系半田のＺｎが、複合化の際、強度メンバーであるアルミニウム合金内の粒界に侵入して応力腐食割れを発生させることがある。強度メンバーに残留応力があったり、複合時の温度が２７０℃以上で行われた場合等は特にこの現象が著しく発生する。従って、Ｓｎ−Ｚｎ系半田を使用した場合、製造時の割れ等の不良が発生する危険性が非常に高くなる。
【０００７】また、アルミニウム合金とＳｎ−Ｚｎ系半田を用いた場合、その界面に酸化物等が生成され、界面強度が著しく低下するため、コイル巻き時に剥がれが生じ、不良を起こす可能性が高い。さらに、Ｚｎを含む半田は腐食性が高く、防食が必要となる。
【０００８】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点であるホール効果による安定化材の比抵抗の増大を解消し、併せてアルミニウム及びその合金の半田接合性を改善することのできるアルミニウム安定化複合超電導導体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、強度メンバーとして銅合金若しくはアルミニウム合金を用いると共に、接合用の半田としてＳｎ−Ａｇ系半田を用いたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】強度メンバーとして銅合金若しくはアメミニウム合金を用いることにより、ホール効果によるアルミニウム安定化材の比抵抗の増大を解消させることができる。
【００１１】ホール効果とは、磁界に対して垂直な方向に電子が電磁力で推移して電場を形成する挙動であり、その応用として磁界を測定すること等に用いられている。その電場の向きは、一般にホール係数と呼ばれるもので判断がつく。
【００１２】アルミニウムと銅を複合した場合、アルミニウム及び銅のホール係数はそれぞれ＋１．１３６及び−０．６となり、アルミニウム側から銅側に電場が形成されることになる。これは半導体的挙動のような電子とホールの関係となり、磁界と垂直方向に電流が流れて電圧が発生する。このことにより実際の比抵抗はアルミニウムと銅との複合則から求まるものより大きな値となることが知られている。従って、その対策として、本発明ではアルミニウムと同種のプラスのホール係数を有するアルミニウム合金を採用するか、ホール効果が起きても不純物による銅側の電子散乱によってホール効果を抑制できる銅合金が採用される。
【００１３】この場合、アルミニウム合金としては、例えばＡｌ−４．５重量％Ｍｇ合金、Ａｌ−１重量％Ｍｇ−０．６重量％Ｓｉ−０．２重量％Ｃｕ合金等の時効材が用いられる。
【００１４】また、銅合金としては、例えばＣｕ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金等が用いられるが、中でもＣｕ−０．５〜５重量％Ｎｉ合金が望ましい。この場合、Ｎｉ濃度が０．５重量％以下では強度メンバーとしての機械的性能が得られないばかりでなく、低電気抵抗となるためにホール効果が生じ易くなるためであり、５重量％を越えると熱伝導率の低下により導体の熱流束値が極度に低下して安定性が劣化し、導体に機械的もしくは熱的なじょう乱が生じてコイルとしたときにクエンチしやすくなるためである。
【００１５】なお、このＣｕ−Ｎｉ系合金における不純物はできるだけ少なく、例えばＦｅが０．５重量％以下、Ｍｎが１．５重量％以下、Ｐが０．５重量％以下、その他の不可避的な不純物が０．５重量％以下であることが望ましい。
【００１６】一方、Ｓｎ−Ａｇ系半田を採用することの効果について見る。Ａｌ−Ｚｎ系合金の場合、２７０℃以上で合金が形成されることが知られている。この合金は湿った大気中で粒間腐食により、ときには崩壊する。従って、アルミニウムやアルミニウム合金を２７０℃以上に加熱した状態でＳｎ−Ｚｎ系半田で半田付けした場合、上記した脆い合金が生成され、残存応力があった場合には粒界割れが生ずる。しかし、Ａｌ−Ｓｎ系合金及びＡｌ−Ａｇ系合金では、通常半田付けが行われている２５０〜３００℃でそのような脆い合金が生成されることがないため、応力が残存しても母材であるアルミニウムやアルミニウム合金に割れが発生しないことになる。
【００１７】この場合、Ｓｎ−Ａｇ系半田におけるＡｇの濃度は、０．５〜１０重量％の範囲が望ましい。それはＡｇの濃度が１０重量％を越えると半田自体の融点が高くなると同時に、Ａｇが高価なために工業的に価値が小さくなり、また０．５重量％以下では半田の濡れ性が悪くなるからである。
【００１８】なお、このＳｎ−Ａｇ系半田における不可避的な不純物はできるだけ少なく、例えばＳｂが１重量％以下、Ｃｕが０．０８重量％以下、Ｃｄが０．０５重量％以下、Ｂｉ＋Ｚｎ＋Ｆｅ＋Ａｌ＋Ａｓが０．３５重量％以下であることが望ましい。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２０】図１は、銅マトリックス中に複数の超電導素線が分散配置された超電導線を撚合せた超電導撚線１を高純度アルミニウムからなる安定化材２で被覆した超電導導体３を、アルミニウム合金若しくは銅合金からなる断面門型状の強度メンバー４の中に、Ｓｎ−Ａｇ系半田５を介して埋め込んだ複合超電導導体を示している。
【００２１】また、図２は、図１と同様、強度メンバー４の中に導体３をＳｎ−Ａｇ系半田５を介して埋め込み、超電導導体３の上側に強度メンバー４と同じ材質の蓋材６を装着したものである。
【００２２】実施例１：Ａｌ−４．５重量％Ｍｇ合金（Ａ５０８３）及びＡｌ−１重量％Ｍｇ−０．６重量％Ｓｉ−０．２重量％Ｃｕ合金（Ａ６０６１）の時効材からなる断面門型状の強度メンバーと、Ｎｂ−Ｔｉ系超電導撚線を９９．９９％の高純度アルミニウムで被覆した超電導導体を用意し、それらの表面に夫々超音波半田付けによりＳｎ−３．５重量％Ａｇ合金からなる半田を塗布した後、それを２５０℃に加熱されたＳｎ−３．５重量％Ａｇ半田の槽に通すことにより、超電導導体を強度メンバー内に埋め込んで図１に示すような断面構造の複合超電導導体を得た。得られた複合超電導導体を夫々コイルに成形したが、超電導導体の高純度アルミニウム及び強度メンバーに割れや剥がれは認められなかった。
【００２３】実施例２：実施例１と同様の超電導導体と強度メンバーを用意し、実施例１と同様にして超電導導体を強度メンバー内に埋め込み、最終的に強度メンバーと同じ材質の蓋材を装着することにより図２に示すような断面構造の複合超電導導体を得た。
【００２４】実施例３：強度メンバーとしてＣｕ−２重量％Ｎｉ合金材を用いた以外は実施例１と同様の超電導導体及び半田を用い、実施例１と同様にして図１に示すような断面構造の複合超電導導体を得た。得られた複合超電導導体をコイルに成形したが、高純度アルミニウム側に割れや剥がれは認められなかった。
【００２５】実施例４：強度メンバーとしてＣｕ−２重量％Ｎｉ合金材を用いた以外は実施例２と同様の超電導導体及び半田を用い、実施例２と同様にして図２に示すような断面構造の複合超電導導体を得た。
【００２６】以上のようにして得られた各実施例の複合超電導導体の４．２Ｋにおける比抵抗の磁気抵抗効果の測定値から各々の複合超電導導体における高純度アルミニウムの比抵抗を求めた。このとき、同時に各々の複合超電導導体における強度メンバーの比抵抗も求めた。以下にその結果について説明する。
【００２７】比抵抗の測定は、図３に示すように、サンプル１０が液体ヘリウム１２中に浸漬され、バックグラウンドマグネット１３によって所定の磁界が印加され、磁界中の比抵抗が測定される方式によった。なお、図３中、１１は液体窒素、１４はＸ−Ｙレコーダ、１５はシャント抵抗、１６は電源を示す。
【００２８】比抵抗（ρ）は次の式から求めた。
【００２９】
ρ＝（Ｌ・Ｖ）／（Ｓ・Ｉ）・・・・・・・・（１）
ここで、Ｌ（ｍ）は電圧タップ間距離、Ｓ（ｍ2 ）はサンプル断面積、Ｖ（Ｖ）は発生電圧、Ｉ（Ａ）は通電電流値である。
【００３０】次に、この値を用いて高純度アルミニウムの比抵抗を求めた。その算出は次の式を用いて求めた。
【００３１】
１／Ｒ3 ＝１／Ｒ1 ＋１／Ｒ2 ・・・・・・・（２）
ここで、Ｒ3 は各実施例のサンプルの抵抗値、Ｒ1 は各実施例のサンプルにおける高純度アルミニウムの抵抗値、Ｒ2 は各実施例のサンプルにおける強度メンバーの抵抗値であり、抵抗値ＲはＲ＝ρＬ／Ｓで表すことができる。
【００３２】上記（１）、（２）式から、高純度アルミニウムの比抵抗を求めた結果を強度メンバーの比抵抗と併せて表１に示す。
【００３３】表１の結果から、各実施例による複合超電導導体においてはホール効果が生じていないといえる。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明によれば、アルミニウム安定化材の比抵抗の増大を解消し、併せてアルミニウム及びその合金の半田接合性を改善することのできる効果がある。
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