專利名稱：用于超導(dǎo)磁體的配線材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超導(dǎo)磁體的配線材料，所述配線材料在例如77K以下的低溫，尤其是20K以下的深冷溫度下表現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率；并且更具體地涉及一種甚至當(dāng)在例如IT以上的強(qiáng)磁場(chǎng)中使用時(shí)也能展現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率的配線材料。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)磁體已經(jīng)被用于多種領(lǐng)域，例如用于診斷的MRI (磁共振成像)、用于分析用途的NMR(核磁共振)或磁懸浮列車。用液氦冷卻至其沸點(diǎn)4. 2K(開(kāi)爾文)的低溫超導(dǎo)線圈和用制冷器冷卻至約20K的高溫超導(dǎo)線圈已被作為超導(dǎo)磁體使用。因?yàn)樾枰獙㈦娏鞲咝У夭⑶揖鶆虻靥峁┙o這些處于冷凍狀態(tài)的超導(dǎo)線圈，將冷卻至液氮沸點(diǎn)77K以下的極低溫的配線材料(用于超導(dǎo)磁體的配線材料)設(shè)置在超導(dǎo)線圈的周圍。通過(guò)用于超導(dǎo)磁體的配線材料向超導(dǎo)線圈供電。當(dāng)然，這種用于超導(dǎo)磁體的配線材料優(yōu)選在極低溫下具有低電阻率。例如，JP 2009-212522A公開(kāi)了一種超導(dǎo)裝置，其中使用銀(Ag)、金(Au)、錸(Re)、鉬(Pt)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鐵(Fe)等作為用于將元件相互電連接的配線材料。在這些金屬中，最廣泛地使用銅，因?yàn)槠湎鄬?duì)廉價(jià)并且易于加工，其次，也經(jīng)常使用鋁。為了確保足夠的電導(dǎo)率，對(duì)于銅，使用具有99. 99質(zhì)量％以上純度的無(wú)氧銅(在下文有時(shí)表示為“4N”(四個(gè)九)并且，在表示純度的質(zhì)量百分比符號(hào)中，有時(shí)將符號(hào)表達(dá)為“N”放置在從頭連續(xù)的“9”的數(shù)目的之后，例如，99. 9999質(zhì)量％以上的純度有時(shí)類似地表示為“6N” (六個(gè)九))。對(duì)于鋁，迄今使用過(guò)的是具有99質(zhì)量％以上(2N)至約99. 99質(zhì)量％以上(4N)的范圍內(nèi)的純度的鋁。JP H7-15208A和JP H7-166283A公開(kāi)了用于深冷溫度的具有99. 98質(zhì)量％以上純度的高純度鋁導(dǎo)體，其甚至在經(jīng)受深冷溫度的疲勞應(yīng)變時(shí)也僅導(dǎo)致電阻上很少的增加。然而，在這些用于超導(dǎo)磁體的配線材料中，在超導(dǎo)線圈的周圍使用的用于超導(dǎo)磁體的配線材料在例如施加磁場(chǎng)通量密度為IT(特斯拉)以上的強(qiáng)磁場(chǎng)的狀態(tài)下使用。因此，產(chǎn)生了這樣的問(wèn)題由在這種強(qiáng)磁場(chǎng)中的磁電阻效應(yīng)導(dǎo)致在未施加磁場(chǎng)的狀態(tài)下具有足夠電導(dǎo)率的上述材料的傳導(dǎo)特性劣化。當(dāng)電導(dǎo)率降低時(shí)，配線材料內(nèi)傳導(dǎo)通路內(nèi)出現(xiàn)的發(fā)熱引起了深冷溫度的容器中液氦蒸發(fā)量上升的問(wèn)題。眾所周知銅具有顯著的磁電阻效應(yīng)(即在磁場(chǎng)中電阻率顯著地增加)，并且同樣眾所周知，雖然比不上銅，鋁也展現(xiàn)巨大的磁電阻效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，對(duì)于使用易于加工的金屬如銅和鋁開(kāi)發(fā)甚至在例如IT以上的磁場(chǎng)通量密度的強(qiáng)磁場(chǎng)中也能表現(xiàn)出優(yōu)異電導(dǎo)率的電配線材料存在強(qiáng)烈的需求。因而，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種易于加工并且甚至在例如IT以上的磁場(chǎng)通、量密度的強(qiáng)磁場(chǎng)中也能表現(xiàn)出優(yōu)異電導(dǎo)率的配線材料。在方面1，本發(fā)明提供一種在IT以上的磁通量密度的磁場(chǎng)中使用的配線材料，所述配線材料包含具有99. 999質(zhì)量％以上純度的鋁。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)通過(guò)將純度控制在99. 999質(zhì)量％以上，即使在鋁(Al)中也可以顯著地抑制磁電阻效應(yīng)。由這種鋁制成的電配線材料即使當(dāng)在IT以上的磁通量密度的磁場(chǎng)中使用時(shí)也能保持優(yōu)異的電導(dǎo)率。即使在由超導(dǎo)線圈施加IT以上的磁通量密度的磁場(chǎng)的狀態(tài)下，根據(jù)本發(fā)明的這種電配線材料的使用也能夠降低由電配線材料的電阻率引起的發(fā)熱。從而，可以抑制制冷劑如液氦的蒸發(fā)，并且還可以減小電配線材料的橫截面，并從而使得能夠?qū)⑹褂贸瑢?dǎo)裝置的設(shè)備小型化。因?yàn)榭梢耘c傳統(tǒng)低純度鋁的電配線材料相類似地處理，根據(jù)本發(fā)明的電配線材料易于加工。 在方面2，本發(fā)明提供根據(jù)方面I所述的配線材料，其中所述鋁具有以質(zhì)量計(jì)Ippm以下的鐵含量。通過(guò)將鐵含量控制在以質(zhì)量計(jì)Ippm以下，可以更確定地保證強(qiáng)磁場(chǎng)中的電導(dǎo)率。在方面3，本發(fā)明提供根據(jù)方面I或2所述的配線材料，其中所述鋁具有99. 9999
質(zhì)量％以上的純度。在方面4，本發(fā)明提供根據(jù)方面I或2所述的配線材料，其中所述鋁具有99. 99998
質(zhì)量％以上的純度。在方面5，本發(fā)明提供根據(jù)方面I至4中的任一項(xiàng)所述的配線材料，其中所述鋁含有金屬間化合物Al3Fe15根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種容易加工，并且甚至在例如IT以上的磁通量密度的強(qiáng)磁場(chǎng)中也表現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率的配線材料。


圖I是顯示電導(dǎo)率指數(shù)與所施加的磁場(chǎng)(磁通量密度)之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的配線材料包含具有99. 999質(zhì)量％以上的純度的鋁，以便在甚至IT以上的磁通量密度的磁場(chǎng)中使用。首先，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，具有純度99. 999質(zhì)量％以上的鋁，即使當(dāng)在IT以上的磁通量密度的磁場(chǎng)中使用時(shí)，也不會(huì)顯著地表現(xiàn)出磁電阻效應(yīng)，并且因此電導(dǎo)率不會(huì)降低。從而完成了本發(fā)明。如在例如JP2009-242865A和JP2009-242866A中公開(kāi)的內(nèi)容，已知在深冷溫度例如液氦溫度，電阻率隨著鋁純度如5N(99. 999質(zhì)量％以上的純度)和6N(99. 9999質(zhì)量％以上的純度)的增加而降低。如在例如JP2010-106329A中公開(kāi)的內(nèi)容，具有99. 999質(zhì)量％以上的純度并且還具有以質(zhì)量計(jì)Ippm以下的鐵含量的鋁也是已知的。已知雖然當(dāng)在沒(méi)有施加磁場(chǎng)的狀態(tài)時(shí)通過(guò)將純度增加至約4N，能改善鋁在制冷溫度的電導(dǎo)率，但當(dāng)在施加IT以上磁通量密度的磁場(chǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著的磁電阻效應(yīng)，并且從而引起電導(dǎo)率的降低?？紤]到與4N純度的鋁類似，5N和6N純度的高純度材料在強(qiáng)磁場(chǎng)中也不能獲得高電導(dǎo)率。因此，據(jù)認(rèn)為具有99. 999質(zhì)量％以上純度的鋁不能在IT以上的磁通量密度的磁場(chǎng)中使用的配線材料中使用。如上所述本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，首先，通常認(rèn)為在強(qiáng)磁場(chǎng)中電阻率的增加不會(huì)在5N以上等級(jí)的高純度鋁中出現(xiàn)。雖然將在下述實(shí)施例中詳細(xì)描述，關(guān)于在沒(méi)有施加磁場(chǎng)的情況下表現(xiàn)出更高電導(dǎo)率的銅，即使在5N或6N或更高純度的高純度材料的情況下，也發(fā)現(xiàn)其電導(dǎo)率在強(qiáng)磁場(chǎng)中急劇下降。因此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)獲得5N以上的高純度甚至在強(qiáng)磁場(chǎng)中也保持高傳導(dǎo)性的現(xiàn)象為鋁所特有。在根據(jù)本發(fā)明的配線材料中，優(yōu)選將鋁中含有鐵的量控制在以質(zhì)量計(jì)Ippm以下。 如以下將詳細(xì)描述的，據(jù)認(rèn)為其理由如下通過(guò)控制作為鐵磁性元素的鐵的量能更加確定地抑制磁電阻效應(yīng)，并且從而使得能夠確保抑制在強(qiáng)磁場(chǎng)中電導(dǎo)率的下降(由強(qiáng)磁場(chǎng)的施加引起)。在77K(_196°C )以下、更優(yōu)選20K(_253°C )以下的溫度并且施加IT以上的磁通量密度的磁場(chǎng)中時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的配線材料能顯著地展現(xiàn)出作用。下面將描述根據(jù)本發(fā)明的配線材料的細(xì)節(jié)。(I)雜質(zhì)的水平如上所述，根據(jù)本發(fā)明的配線材料的特征在于由具有99. 999質(zhì)量％以上的純度的鋁組成。由于以下原因，純度優(yōu)選是99. 9999質(zhì)量％以上，更優(yōu)選99. 99998質(zhì)量％以上(下文有時(shí)表示為“6N8”)。換言之，純度越高，強(qiáng)磁場(chǎng)中電導(dǎo)率的降低越少。此外，在99. 9999質(zhì)量％以上的純度的情況下，與不施加磁場(chǎng)的情況比較，在IT以上的強(qiáng)磁場(chǎng)中電阻率有時(shí)可能下降。招中鐵的含量?jī)?yōu)選是以質(zhì)量計(jì)Ippm以下,并且更優(yōu)選以質(zhì)量計(jì)0. Ippm以下。如上所述，原因是在強(qiáng)磁場(chǎng)中能更確定地抑制電導(dǎo)率的降低。通過(guò)將鐵含量控制至以質(zhì)量計(jì)Ippm以下可以抑制電導(dǎo)率減少的機(jī)制方面仍有許多不清楚的地方。然而，目前認(rèn)為推測(cè)的機(jī)制如下。即，因?yàn)槭氰F磁性元素，鐵很可能受到強(qiáng)磁場(chǎng)的影響，因此，當(dāng)鐵以超過(guò)以質(zhì)量計(jì)Ippm的含量存在時(shí)，施加于電導(dǎo)率上的影響增加，并且因此在強(qiáng)磁場(chǎng)下的電導(dǎo)率可能降低。當(dāng)鐵的含量是0. Ippm時(shí)，幾乎可以完全地排除歸因于鐵磁性材料的影響。然而，這些推測(cè)的機(jī)制不限制本發(fā)明的技術(shù)范圍。已知Ni和Co是除鐵之外的鐵磁性元素。然而，因?yàn)閷?duì)于高純度的鋁，這些元素很容易用已知方法除去，其含量的數(shù)值不是問(wèn)題。然而，這些Ni和Co的含量也為優(yōu)選Ippm以下，并且更優(yōu)選0. Ippm以下。鋁的純度可以用一些方法定義。例如，其可以通過(guò)測(cè)量鋁的含量而確定。然而，優(yōu)選的是通過(guò)以下方式確定鋁的純度測(cè)量鋁中作為雜質(zhì)含有的以下33種元素的含量(質(zhì)量％ )并從100%減去這些含量的總和，以使得以相對(duì)簡(jiǎn)單的方法以高精確度確定鋁的純度。在本文中，作為雜質(zhì)含有的33種元素是鋰(Li)、鈹(Be)、硼(B)、鈉(Na)、鎂(Mg)、硅(Si)、鉀(K)、鈣(Ca)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、砷(As)、鋯(Zr)、鑰(Mo)、銀(Ag)、鎘(Cd)、銦(In)、錫(Sn)、銻(Sb)、鋇(Ba)、鑭(La)、鈰(Ce)、鉬(Pt)、汞(Hg)、鉛(Pb)和鉍(Bi)。這些元素的含量可以通過(guò)例如輝光放電質(zhì)譜法確定。(2)提純方法這種高純度鋁可以通過(guò)使用任何提純(精制)方法獲得。在下面舉例說(shuō)明獲得根據(jù)本發(fā)明的高純度鋁的一些提純方法。然而，提純方法當(dāng)然不限于這些方法。三層電解法可以使用三層電解法作為獲得高純度鋁的一種方法，其中將可商購(gòu)的具有相對(duì)低
純度(例如具有如JIS-H2102中所指定的99. 9%純度的指定等級(jí)I)的鋁加入Al-Cu合金層中并且在熔融態(tài)下用作陽(yáng)極，并在其上設(shè)置其中含有氟化鋁和氟化鋇的電解池，并且從而在陰極上產(chǎn)生高純度鋁。在所述三層電解法中，主要可以獲得具有99. 999質(zhì)量％以上純度的鋁。可以比較容易地將鋁中的鐵含量抑制在以質(zhì)量計(jì)Ippm以下。單向凝固法例如，可以使用單向凝固法以便進(jìn)一步提高由三層電解法獲得的高純度鋁的純度。Fe含量和Ti、V、Cr和Zr的各自含量可以通過(guò)單向凝固法選擇性地降低。已知單向凝固法是這樣的方法例如，其中使用爐體移動(dòng)型管式爐將鋁在爐管中熔化，并且之后通過(guò)將爐體從爐管中抽出的一端單向凝固，并且Ti、V、Cr和Zr各個(gè)元素的含量在凝固起始端的一側(cè)選擇性地增加，并且Fe的含量在凝固完成端一側(cè)(凝固起始端的相反側(cè))選擇性地增加。因此，通過(guò)切除所得錠坯的凝固起始端一側(cè)和凝固完成端一側(cè)，可以確定地降低Fe，以及Ti、V、Cr和Zr每個(gè)元素的含量?？梢酝ㄟ^(guò)沿著凝固方向在合適的間隔分析元素的含量確定必須切除的由單向凝固法獲得的錠坯的特定部分，以使得僅保留其中Fe，以及Ti、V、Cr和Zr的總含量充分地減少的部分。對(duì)于實(shí)施通過(guò)三層電解法提純和通過(guò)單向凝固法提純的順序沒(méi)有特別的限制。通常，通過(guò)三層電解法進(jìn)行提純，并且之后通過(guò)單向凝固法進(jìn)行提純。例如，通過(guò)三層電解法的提純和通過(guò)單向凝固法的提純可以交替地并反復(fù)地進(jìn)行，或可以反復(fù)地進(jìn)行提純中任何一個(gè)或兩者。特別優(yōu)選的是通過(guò)單向凝固法反復(fù)地進(jìn)行提純。在這種方法中，通過(guò)使用三層電解法與單向凝固法的組合可以獲得具有99. 9999質(zhì)量％以上的純度的鋁。還可以以較容易的方式將鋁中鐵的含量抑制在以質(zhì)量計(jì)Ippm以下，并且更優(yōu)選以質(zhì)量計(jì)0. Ippm以下。區(qū)域熔融法此外，可以使用區(qū)域熔融法以便獲得具有高純度的鋁，例如99. 99998質(zhì)量％以上的純度。當(dāng)適宜地使用區(qū)域熔融法時(shí)，可以更確定地將鋁中的鐵含量抑制在以質(zhì)量計(jì)Ippm以下，并且更優(yōu)選以質(zhì)量計(jì)0. Ippm以下。尤其，有效的是使用通過(guò)由本發(fā)明人發(fā)明的區(qū)域熔融法的鋁提純方法(描述在日本專利申請(qǐng)?zhí)?010-064544中的方法)。當(dāng)通過(guò)區(qū)域熔融提純法移除鋁中的雜質(zhì)時(shí)，為了防止雜質(zhì)擴(kuò)散至加熱過(guò)的鋁中，優(yōu)選的是在其中放置鋁的舟皿的表面上預(yù)先形成氧化鋁層，并且區(qū)域熔融提純也在3X KT5Pa以下的真空中進(jìn)行，并且更優(yōu)選從3X KT6Pa至2X 10_5Pa，以便確保將雜質(zhì)從熔融招分尚。優(yōu)選的是進(jìn)行預(yù)處理，其中在進(jìn)行區(qū)域熔融提純之前預(yù)先將經(jīng)過(guò)區(qū)域熔融提純的鋁原材料的表面層溶解并除去。對(duì)預(yù)處理方法沒(méi)有特別的限制，并且可以使用在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中使用的多種處理，以便移除鋁原材料的表面層。預(yù)處理的實(shí)例包括酸處理、電解拋光處理等。在區(qū)域熔融提純法中使用的上述舟 皿優(yōu)選是石墨舟，并且優(yōu)選的是在上述氧化鋁層形成之后在惰性氣體或真空中烘焙。在區(qū)域熔融提純的過(guò)程中，基于鋁原材料的截面尺寸W，優(yōu)選將熔化的鋁熔融段的寬度調(diào)節(jié)至wX I. 5以上wX6以下。在提純中使用的鋁原材料通過(guò)組合使用三層電解法和單向凝固法獲得，例如，優(yōu)選使用具有99. 9999質(zhì)量％以上純度的高純度鋁。在區(qū)域熔融法中，例如，通過(guò)移動(dòng)用于高頻加熱的高頻線圈使熔融段從原料鋁的一端向另一端移動(dòng)，并且從而可以對(duì)全部原料鋁進(jìn)行區(qū)域熔融提純。在雜質(zhì)金屬元素的組分中，包晶組分(Ti、V、Cr、As、Se、Zr和Mo)傾向于富集至熔融起始段,并且共晶組分(從以上提及的33種雜質(zhì)元素中除去包晶的7種元素后余下的26種元素)傾向于富集至熔融完成段，并且從而在除去鋁原材料的兩端之后的區(qū)域可以獲得高純度鋁。在將熔融段在預(yù)定距離內(nèi)移動(dòng)，如鋁原材料的縱向上從一端到另一端的距離之后，完成高頻加熱并使該熔融段凝固。在凝固之后，切斷鋁材(例如，將兩端切去)以獲得提純的聞純度招材。當(dāng)將多個(gè)鋁原材料縱向排列(在熔融段的移動(dòng)方向)時(shí)，優(yōu)選的是這些鋁原材料在縱向彼此接觸并在縱向作為一個(gè)鋁原材料進(jìn)行處理，然后熔融段從一端(即，在多個(gè)鋁原材料的末端中沿縱向不存在相鄰的鋁原材料的兩個(gè)末端中的一個(gè))移動(dòng)到另一端(即，在多個(gè)鋁原材料的末端中沿縱向不存在相鄰的鋁原材料的兩個(gè)末端中的另一個(gè))。原因是在區(qū)域熔融過(guò)程中彼此接觸的鋁原材料的末端連接，并且從而可以獲得長(zhǎng)鋁材料。如上所述，在從鋁原材料的一端到另一端的區(qū)域熔融(區(qū)域熔融提純)之后，可以再次重復(fù)從一端至另一端的區(qū)域熔融。重復(fù)次數(shù)的數(shù)目(道次的數(shù)目)通常是I以上并且20以下。如果道次的數(shù)目超出以上范圍，提純效果的提高有限。為了有效地去除包晶的7種元素，道次的數(shù)目?jī)?yōu)選是3次以上，并且更優(yōu)選5次以上。當(dāng)?shù)来蔚臄?shù)目低于以上范圍時(shí)，包晶的7種元素較不容易移動(dòng)，并且從而不能獲得足夠的提純效果。理由如下。當(dāng)將多個(gè)鋁原材料在縱向彼此接觸排列時(shí)，當(dāng)?shù)来蔚臄?shù)目少于3次時(shí)，連接之后提純的鋁的形狀(尤其是高度尺寸)變得不均勻，并且因此在提純過(guò)程中熔融寬度有時(shí)會(huì)變化，并且較不容易獲得均勻的提純。(3)成型方法將由上述提純方法獲得的高純度鋁的錠坯使用多種方法成形為所需的形狀。成型方法如下所示。然而，成型方法不限于此。
輥軋當(dāng)所獲得的配線材料是板或線時(shí)，輥軋是一種有效的成型方法。輥軋可以使用常規(guī)方法進(jìn)行，例如，其中通過(guò)當(dāng)施加壓力時(shí)將錠坯插入這些輥之間的空間使其穿過(guò)一對(duì)輥的方法。在輥軋的情況下，對(duì)于具體技術(shù)和條件(材料和輥的處理、處理次數(shù)、收縮率等)沒(méi)有特別的限制，并且可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定這些具體的技術(shù)和條件，條件是不損害本發(fā)明的效果。對(duì)于通過(guò)輥軋最終獲得的板材和線材的尺寸沒(méi)有特別的限制。至于優(yōu)選的尺寸，在板材的情況下，厚度為0. Imm至3mm,在線材的情況下,直徑為0. Imm至3mm。
當(dāng)厚度小于0. Imm時(shí)，因?yàn)闄M截面減小，有時(shí)可能不容易獲得作為配線材料所需的足夠的傳導(dǎo)特性。相反，當(dāng)厚度大于3_時(shí)，有時(shí)難以利用柔韌性而變形。當(dāng)厚度為0. Imm至3_時(shí)，存在例如易加工的優(yōu)點(diǎn)，并且可以將該材料設(shè)置在利用柔韌性的曲線容器的側(cè)面。當(dāng)然，通過(guò)輥軋獲得的形狀不限于板材或線并且，例如管狀和H-狀可以通過(guò)輥軋獲得。輥軋可以是熱軋或溫軋，其中將錠坯預(yù)先加熱，并且之后在設(shè)定于高于室溫的狀態(tài)進(jìn)行輥軋，或者可以是其中不將錠坯預(yù)先加熱的冷軋。備選地，可以將熱軋或溫軋與冷軋組合使用。在輥軋的情況下，可以將材料預(yù)先澆鑄或切割成所需的形狀。在澆鑄的情況下，例如可以采用常規(guī)方法，但不限于這樣的方法例如，其中將高純度鋁加熱并熔融以形成熔融金屬，并且將所獲得的高純度鋁熔融金屬通過(guò)在模具中冷卻凝固。并且，在澆鑄的情況下對(duì)于條件等也沒(méi)有特別的限制。加熱溫度通常為700至800°C，并且加熱和熔融通常在真空或惰性氣體(氮?dú)狻鍤獾?氣氛下在由石墨制成的坩鍋中進(jìn)行。不同于輥軋的成型方法作為不同于輥軋的成型方法可以進(jìn)行拉絲或擠出。對(duì)于由拉伸或擠出獲得的形狀沒(méi)有限制。例如，拉伸或擠出適于獲得具有圓形截面的線材。在拉伸獲得輥軋線(輥軋線材)之前可以通過(guò)輥軋獲得所需的線形，并且之后拉伸該輥軋線。所獲得的線材的截面不局限于圓形，并且該線材可以具有非圓形的橫截面，例如橢圓形或方形截面。除拉伸或擠出之外，所需的形狀也可以通過(guò)裁剪錠坯獲得。(4)退火此外，可以任選地對(duì)由上述成型方法比如輥軋獲得的本發(fā)明的成型部件進(jìn)行退火處理?？梢酝ㄟ^(guò)進(jìn)行退火處理除去通常在由錠坯形成的材料的切斷或成型的情況下產(chǎn)生的應(yīng)變。對(duì)退火處理的條件沒(méi)有特別的限制，并且在400至600°C保持一個(gè)或多個(gè)小時(shí)的方法是優(yōu)選的。當(dāng)溫度低于400°C時(shí)，因?yàn)橐韵略蝈V坯中包含的應(yīng)變(錯(cuò)位)不能充分地減少。因?yàn)閼?yīng)變(錯(cuò)位)充當(dāng)增大電阻率的因素，優(yōu)異的傳導(dǎo)特性有時(shí)不能表現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)熱處理溫度高于600°C時(shí)，固體中雜質(zhì)的溶液，尤其是鐵的溶液進(jìn)入至基體中。由于固溶質(zhì)鐵具有增強(qiáng)電阻率的較大影響，傳導(dǎo)特性有時(shí)會(huì)劣化。更優(yōu)選，由于以下的原因?qū)囟仍?30至550°C保持一個(gè)或多個(gè)小時(shí)。當(dāng)溫度在上述范圍之內(nèi)時(shí)，可以將應(yīng)變充分地消除，并且鐵作為與鋁的金屬間化合物存在而沒(méi)有作為固溶物進(jìn)入至基體中。還可以例示以下原因。作為鐵與鋁的金屬間化合物，例如，已知很多種類，如Al6Fe、Al3Fe和AlmFeOii 4. 5)。據(jù)認(rèn)為在溫度范圍(430至550°C )內(nèi)退火之后獲得的高純度鋁材料中存在的鐵與鋁的金屬間化合物的大部分(例如，以體積比計(jì)，50%以上，優(yōu)選70%以上)是Al3Fe0可以通過(guò)以下方法確認(rèn)并測(cè)量Al3Fe的存在及其體積比通過(guò)使用化學(xué)溶劑溶解基體(基礎(chǔ)材料)，并且通過(guò)過(guò)濾收集，之后使用分析電子顯微鏡(分析TEM)觀察通過(guò)過(guò)濾收集的殘?jiān)?，并進(jìn)一步分析。
這種Al3Fe具有這樣的優(yōu)點(diǎn)即使在作為沉淀物存在的情況下，它也幾乎不會(huì)對(duì)電導(dǎo)率施加不利的影響。根據(jù)本發(fā)明的配線材料可以僅由上述具有99. 999質(zhì)量％以上純度的高純度鋁組成，并且也可以含有不同于高純度鋁的部分，例如，防護(hù)涂層，以便賦予多種功能。實(shí)施例如以下詳細(xì)給出的，制備了實(shí)施例1(99.999 質(zhì)量％以上的純度，5N-A1)、實(shí)施例2(99. 9999質(zhì)量％以上的純度，6N-A1)和實(shí)施例3 (99. 99998質(zhì)量％以上的純度，6N8-A1)作為實(shí)施例樣品，并且之后測(cè)量電阻率(比電阻率)。具有4N等級(jí)純度的鋁的比較例1(4N-A1)和具有3N等級(jí)純度的鋁的比較例2(3N-A1)在下面作為比較例給出。通過(guò)計(jì)算確定比較例I和2的電阻率。至于銅，測(cè)量了具有5N等級(jí)純度的銅(5N-CU)的比較例3的電阻率。至于銅，使用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)作為比較例。比較例4是具有4N等級(jí)純度的銅樣品，比較例5是具有5N等級(jí)純度的銅樣品，并且比較例6是具有6N等級(jí)純度的銅樣品。(I)高純度鋁的制備首先，用于制備實(shí)施例I至3中所使用的高純度鋁的方法如下所示。實(shí)施例I將可商購(gòu)的具有99. 92質(zhì)量％的純度的鋁用三層電解法提純，以獲得具有99. 999質(zhì)量％以上純度的高純度鋁。具體地說(shuō)，將可商購(gòu)的鋁(99. 92質(zhì)量％ )加料至Al-Cu合金層中，并將電解池的組成調(diào)節(jié)至41% A1F3_35% BaF2-H% CaF2-IO% NaF。在760°C供電，并且收集沉積在陰極側(cè)的高純度鋁。通過(guò)輝光放電質(zhì)譜法(使用由THERMO ELECTRON Co.，Ltd制造的“VG9000” )分析這種高純度鋁中每種元素的含量，以獲得表I中所示的結(jié)果。實(shí)施例2將通過(guò)上述的三層電解法獲得的高純度鋁通過(guò)單向凝固提純，以獲得具有99. 9999質(zhì)量％以上純度的高純度鋁。具體地，將通過(guò)三層電解法獲得的2kg的高純度鋁放置在坩鍋(內(nèi)部尺寸65mm寬X400mm長(zhǎng)X35mm高)中，并將該坩鍋放在爐體移動(dòng)型的管式爐的爐管內(nèi)(由石英制造，IOOmm內(nèi)徑X 1，OOOmm長(zhǎng))。通過(guò)在I X KT2Pa的真空氣氛將爐體(坩鍋)控制至700°C將高純度鋁熔融，并且之后以30mm/小時(shí)的速度將爐體從爐管中抽出使高純度鋁單向凝固。將沿長(zhǎng)度方向從凝固起始端50mm至從凝固起始端150mm的位置切出后，獲得測(cè)得為65mm寬X IOOmm長(zhǎng)X 30mm厚的塊狀高純度鋁。以如上所述相同的方法通過(guò)輝光放電質(zhì)譜法分析該高純度鋁中各個(gè)元素的含量，以獲得表I中所示的結(jié)果。實(shí)施例3將從通過(guò)上述單向凝固法獲得的6N鋁錠切割成測(cè)得為約18mmX 18mmX IOOmm的四棱柱或相似的形狀，并且進(jìn)一步通過(guò)用純水稀釋制備的20%鹽酸水溶液酸蝕3小時(shí)之后，獲得鋁原材料。使用該鋁原材料，通過(guò)以下方法進(jìn)行區(qū)域熔融法。將石墨舟放置在區(qū)域熔融提純裝置的真空室(測(cè)得為外徑50mm，內(nèi)徑46mm，長(zhǎng)度1，400mm的石英管)內(nèi)。將由住友化學(xué)株式會(huì)社制造的高純度氧化鋁粉末AKP系列(純度99. 99% )涂布至石墨舟放置所述原材料的部分，同時(shí)壓制以形成氧化鋁層。將該石墨舟在真空下通過(guò)高頻加熱烘焙。通過(guò)在10_5至10_7pa的真空中使用用于區(qū)域熔融中的高頻加熱線圈(加熱線圈纏繞數(shù)3圈，內(nèi)徑70mm，約IOOkHz的頻率)加熱進(jìn)行烘焙，并且將舟皿以IOOmm/小時(shí)的速度從一端移動(dòng)至另一端，從而相繼地加熱整個(gè)石墨舟。將總重量約780g的上述9個(gè)鋁原材料排列在設(shè)置于石墨舟中放置原材料的部分(測(cè)得20 X 20 XI，000mm)。以四棱柱形式排列由9個(gè)原材料組成的鋁原材料(鋁原材料的截面尺寸 w = 18mm,長(zhǎng)度 L = 900mm, L = wX 50)。在密封于室內(nèi)之后，通過(guò)渦輪式分子泵和油封的回轉(zhuǎn)泵進(jìn)行抽真空，直到壓力達(dá)到1X10_5以下。之后，將鋁原材料縱向上的一端使用高頻加熱線圈(高頻線圈)加熱并熔融以形成熔融段。調(diào)節(jié)高頻電源的輸出(頻率100kHz，最大輸出5kW)以使熔融段的熔融寬度變成約70mm。之后，將高頻線圈以每小時(shí)IOOmm的速度移動(dòng)從而使該熔融段移動(dòng)約900mm。此時(shí)，室內(nèi)的壓力是5X10_6至9X10_6Pa。通過(guò)輻射溫度計(jì)測(cè)量熔融段的溫度。結(jié)果為800°C至 660°C。之后，逐漸地減少高頻輸出從而使該熔融段凝固。在將室內(nèi)保持為真空的同時(shí)，將高頻線圈移動(dòng)至熔融起始位置(該位置是首先形成熔融段的位置)，并且將鋁原材料加熱并在熔融起始位置再次熔融以形成熔融段。通過(guò)移動(dòng)該熔融段重復(fù)區(qū)域熔融提純。當(dāng)將熔融段以約70mm的熔融寬度和IOOmm/小時(shí)的移動(dòng)速度進(jìn)行三次區(qū)域熔融提純(3道次)時(shí)，從熔融起始段到完成段的形狀變得基本上均勻，并且從那時(shí)起保持均勻的形狀(在下面提及的7道次的過(guò)程中)。之后，以熔融段約50mm的熔融寬度和60mm/小時(shí)的移動(dòng)速度進(jìn)行7道次的區(qū)域熔融提純?；谒峒兊匿X原材料的截面尺寸《，熔融寬度為wX 2. 8至wX 3. 9。在完成總共10道次之后，該室對(duì)大氣開(kāi)放，并且之后將鋁移除以獲得提純的長(zhǎng)度約950mm的鋁。將所獲得的鋁材切出，并用以與如上所述相同的方法進(jìn)行輝光放電質(zhì)譜成分分、析。結(jié)果在表I中給出。表I單位ppm，以質(zhì)量計(jì)
權(quán)利要求
1.一種在IT以上的磁通量密度的磁場(chǎng)中使用的配線材料，所述配線材料包含具有99. 999質(zhì)量％以上純度的鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配線材料，其中所述鋁具有以質(zhì)量計(jì)Ippm以下的鐵含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的配線材料，其中所述鋁具有99.9999質(zhì)量％以上的純度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的配線材料，其中所述鋁具有99.99998質(zhì)量％以上的純度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項(xiàng)所述的配線材料，其中所述鋁含有金屬間化合物Al3Fe0
全文摘要
本發(fā)明提供用于超導(dǎo)磁體的配線材料。本發(fā)明提供了一種易于加工，并且還能在甚至例如1T以上的磁通量密度的強(qiáng)磁場(chǎng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率的配線材料。在1T以上的磁通量密度的磁場(chǎng)中使用的配線材料包含具有99.999質(zhì)量％以上的純度的鋁。
文檔編號(hào)H01B1/02GK102760507SQ20121012988
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者佐佐木憲一, 星河浩介, 田淵宏, 都丸隆行 申請(qǐng)人:住友化學(xué)株式會(huì)社, 大學(xué)共同利用機(jī)關(guān)法人高能加速器研究機(jī)構(gòu)