JP2910586B2 - Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材 - Google Patents
Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導マグネットの構
成素材に用いられるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に関し、特に
安定した高磁場臨界電流特性を備えたＮｂ3 Ｓｎ超電導
線材に関するものである。
成素材に用いられるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に関し、特に
安定した高磁場臨界電流特性を備えたＮｂ3 Ｓｎ超電導
線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超電導物質によって実現される永久電流
現象を利用し、電力を消費せずに大電流を流し、コイル
状にして磁場を発生させる超電導マグネットは、核磁気
共鳴（ＮＭＲ）装置等の各種物性測定装置の他、超電導
発電機、磁場浮上列車、核融合装置等への応用が進めら
れている。そして上記の様な超電導マグネットの構成素
材としては、従来からＮｂ3 ＳｎやＶ3 Ｇａ等の超電導
線材が使用されている。
現象を利用し、電力を消費せずに大電流を流し、コイル
状にして磁場を発生させる超電導マグネットは、核磁気
共鳴（ＮＭＲ）装置等の各種物性測定装置の他、超電導
発電機、磁場浮上列車、核融合装置等への応用が進めら
れている。そして上記の様な超電導マグネットの構成素
材としては、従来からＮｂ3 ＳｎやＶ3 Ｇａ等の超電導
線材が使用されている。
【０００３】上記超電導線材のうち、実用に供せられる
Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、いわゆるブロンズ法と呼ばれ
る複合加工法によって主に製造されている。上記ブロン
ズ法の一般的方法を、図面を用いて更に詳細に説明す
る。
Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、いわゆるブロンズ法と呼ばれ
る複合加工法によって主に製造されている。上記ブロン
ズ法の一般的方法を、図面を用いて更に詳細に説明す
る。
【０００４】まず単芯型超電導線材の場合から述べる
と、図２に示す様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金やＣｕ−Ｓｎ−Ｔ
ｉ合金等のＣｕ−Ｓｎ基合金製のビレットケース１（線
状母材）にＮｂ線２を埋設した後、端部を電子ビーム溶
接して単芯型複合ビレット３を組み立てる。該単芯型複
合ビレット３を熱間静水圧押出しに付して一体化と減面
加工を同時に行ない、さらに冷間加工によって所定の寸
法まで伸線加工する。このとき、冷間伸線加工により、
Ｃｕ−Ｓｎ合金は著しく加工硬化するため、加工率３０
〜６０％程度の加工毎に加工硬化ひずみを除去するため
の中間焼鈍が必要となる。その後熱処理（６００〜７０
０℃）によって、Ｃｕ−Ｓｎ合金製線状母材１とＮｂ線
２の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させてＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材とする。
と、図２に示す様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金やＣｕ−Ｓｎ−Ｔ
ｉ合金等のＣｕ−Ｓｎ基合金製のビレットケース１（線
状母材）にＮｂ線２を埋設した後、端部を電子ビーム溶
接して単芯型複合ビレット３を組み立てる。該単芯型複
合ビレット３を熱間静水圧押出しに付して一体化と減面
加工を同時に行ない、さらに冷間加工によって所定の寸
法まで伸線加工する。このとき、冷間伸線加工により、
Ｃｕ−Ｓｎ合金は著しく加工硬化するため、加工率３０
〜６０％程度の加工毎に加工硬化ひずみを除去するため
の中間焼鈍が必要となる。その後熱処理（６００〜７０
０℃）によって、Ｃｕ−Ｓｎ合金製線状母材１とＮｂ線
２の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させてＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材とする。
【０００５】次に多芯型超電導線材の場合は、前記した
図２或は図３に示す様に１本または複数本のＮｂ線２を
Ｃｕ−Ｓｎ基合金のビレットケース１ａ製（線状母材）
に埋設してこれを断面減少加工に付して断面六角形の１
次多芯ビレット８を構成し、これを複数本円筒状に束ね
て線材群１０（図４参照）とし、図４に示す様に、Ｃｕ
やＣｕ−Ｓｎ基合金からなる円筒状の外層ケース９（最
外層）に挿入し、単芯型の場合と同様の方法で伸線し
て、最終形状において３０００〜３００００本のＮｂ線
２が含まれた２次多芯ビレット１１（多芯型複合ビレッ
ト）を構成する。尚２次多芯ビレット１１では、前記図
４に示した様に、その中央部に安定化材となる線・棒状
の無酸素銅７（安定化銅）が組み込まれており、前記１
次多芯ビレット８の線材群１０と無酸素銅７の間には、
Ｃｕ−Ｓｎ基合金からなる筒状の内部層５、およびＮｂ
3 Ｓｎ生成のための拡散熱処理時にＣｕ−Ｓｎ合金から
のＳｎの拡散を防止するバリア層として円筒状のＮｂ層
またはＴａ層（以下拡散バリア層）６が形成されてい
る。従って拡散バリア層６は前記無酸素銅７がＳｎによ
って汚染されることを防ぐものである。最後に熱処理を
施すことにより、Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材１ａとＮ
ｂ線２の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させて多芯型Ｎｂ3 Ｓ
ｎ超電導線材とする。
図２或は図３に示す様に１本または複数本のＮｂ線２を
Ｃｕ−Ｓｎ基合金のビレットケース１ａ製（線状母材）
に埋設してこれを断面減少加工に付して断面六角形の１
次多芯ビレット８を構成し、これを複数本円筒状に束ね
て線材群１０（図４参照）とし、図４に示す様に、Ｃｕ
やＣｕ−Ｓｎ基合金からなる円筒状の外層ケース９（最
外層）に挿入し、単芯型の場合と同様の方法で伸線し
て、最終形状において３０００〜３００００本のＮｂ線
２が含まれた２次多芯ビレット１１（多芯型複合ビレッ
ト）を構成する。尚２次多芯ビレット１１では、前記図
４に示した様に、その中央部に安定化材となる線・棒状
の無酸素銅７（安定化銅）が組み込まれており、前記１
次多芯ビレット８の線材群１０と無酸素銅７の間には、
Ｃｕ−Ｓｎ基合金からなる筒状の内部層５、およびＮｂ
3 Ｓｎ生成のための拡散熱処理時にＣｕ−Ｓｎ合金から
のＳｎの拡散を防止するバリア層として円筒状のＮｂ層
またはＴａ層（以下拡散バリア層）６が形成されてい
る。従って拡散バリア層６は前記無酸素銅７がＳｎによ
って汚染されることを防ぐものである。最後に熱処理を
施すことにより、Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材１ａとＮ
ｂ線２の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させて多芯型Ｎｂ3 Ｓ
ｎ超電導線材とする。
【０００６】尚２次多芯ビレットとしては、上記の他
に、中心側に安定化銅やバリア層を設ける代わりに、１
次多芯ビレットをＣｕ−Ｓｎ基合金等にスタックしたそ
の外周側にバリア層、次いで安定化銅を配置したものも
あり、これらの設計変更は本発明を制限するものではな
い。
に、中心側に安定化銅やバリア層を設ける代わりに、１
次多芯ビレットをＣｕ−Ｓｎ基合金等にスタックしたそ
の外周側にバリア層、次いで安定化銅を配置したものも
あり、これらの設計変更は本発明を制限するものではな
い。
【０００７】上記の様にして得られる各Ｎｂ3 Ｓｎ超電
導線材は、超電導線材同士の接続を行う場合、Ｃｕ−Ｓ
ｎ基合金を硝酸等で化学的に除去し、露出した超電導フ
ィラメントを直接的に接続させることができるため、容
易でかつ安定に超電導接続が可能であるという特長があ
る。したがって、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は非常に高い磁
場安定度を要求するＮＭＲ装置用として、最適の構造を
有している。
導線材は、超電導線材同士の接続を行う場合、Ｃｕ−Ｓ
ｎ基合金を硝酸等で化学的に除去し、露出した超電導フ
ィラメントを直接的に接続させることができるため、容
易でかつ安定に超電導接続が可能であるという特長があ
る。したがって、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は非常に高い磁
場安定度を要求するＮＭＲ装置用として、最適の構造を
有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところでＮＭＲ装置に
用いられる超電導マグネットは、極めて高い精度の磁場
の空間的均一度と時間的安定度が要求される。前者はマ
グネットの設計に依存する課題であり、後者は使用する
超電導線材の性能に大きく依存する事項である。即ち、
磁場の時間的不安定性は、超電導線材中に流れる永久電
流の減衰によって生じるからである。このような現象
は、ＮｂＴｉ超電導線材に比べてより高磁場で使用され
るＮｂ3 Ｓｎ線材でより顕著になっている。一般に使用
されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材における約０．１〜１００p
pm ／h 程度の減衰は、これまでの汎用的応用機器にと
ってはそれほど重大な問題にならなかったのであるが、
ＮＭＲ装置の様な分析機器においては、わずかな減衰で
あっても、正確性という点で極めて重大な問題を生じ
る。
用いられる超電導マグネットは、極めて高い精度の磁場
の空間的均一度と時間的安定度が要求される。前者はマ
グネットの設計に依存する課題であり、後者は使用する
超電導線材の性能に大きく依存する事項である。即ち、
磁場の時間的不安定性は、超電導線材中に流れる永久電
流の減衰によって生じるからである。このような現象
は、ＮｂＴｉ超電導線材に比べてより高磁場で使用され
るＮｂ3 Ｓｎ線材でより顕著になっている。一般に使用
されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材における約０．１〜１００p
pm ／h 程度の減衰は、これまでの汎用的応用機器にと
ってはそれほど重大な問題にならなかったのであるが、
ＮＭＲ装置の様な分析機器においては、わずかな減衰で
あっても、正確性という点で極めて重大な問題を生じ
る。
【０００９】永久電流の減衰の原因としては、線材中の
Ｎｂ3 Ｓｎ生成フィラメントの不均一さから生じる電流
分流や近接効果による磁束クリープがあげられる。前者
の不均一性について述べると、加工工程でフィラメント
の表面に凹凸を生じることがあり、この結果としてフィ
ラメント断面積が局所的に小さい部分を生じ、当該部分
の臨界電流が平均のフィラメント当たりの臨界電流より
小さくなる。このとき臨界電流に余裕のある他のフィラ
メントに電流が分流し、その際抵抗が発生して永久電流
の減衰につながる。後者の近接効果について述べると、
超電導フィラメントの間隔が狭い場合は、フィラメント
間の常伝導部分にも超電導電子がしみだしてフィラメン
ト間にも弱い超電導部が生成する現象であり、この部分
の磁束は容易にクリープして動くことになり、抵抗が発
生し、電流減衰となる。
Ｎｂ3 Ｓｎ生成フィラメントの不均一さから生じる電流
分流や近接効果による磁束クリープがあげられる。前者
の不均一性について述べると、加工工程でフィラメント
の表面に凹凸を生じることがあり、この結果としてフィ
ラメント断面積が局所的に小さい部分を生じ、当該部分
の臨界電流が平均のフィラメント当たりの臨界電流より
小さくなる。このとき臨界電流に余裕のある他のフィラ
メントに電流が分流し、その際抵抗が発生して永久電流
の減衰につながる。後者の近接効果について述べると、
超電導フィラメントの間隔が狭い場合は、フィラメント
間の常伝導部分にも超電導電子がしみだしてフィラメン
ト間にも弱い超電導部が生成する現象であり、この部分
の磁束は容易にクリープして動くことになり、抵抗が発
生し、電流減衰となる。
【００１０】一方、超電導マグネットで磁場を発生させ
る場合、マグネットを構成する超電導線材にはフープ力
と呼ばれる外向きの力が働く。Ｎｂ線２の全体を全てＮ
ｂ3Ｓｎに変化させると、このＮｂ3 Ｓｎは金属間化合
物で機械的に脆いため、ときにはフープ力によりＮｂ3
Ｓｎに割れが発生し、線材ひいてはマグネットの特性を
大きく劣化させることがある。このような劣化を防ぐた
め、Ｎｂ線２の全てを完全にＮｂ3 Ｓｎ化させずに、Ｎ
ｂ線２の中央部に延性で強度の高いＮｂ芯を未反応で残
留させ、周囲のみをＮｂ3 Ｓｎ化させる手法を用いてい
る。そしてこのＮｂ芯の残留量は、一般に線材断面にお
いて一様であることが望ましい。
る場合、マグネットを構成する超電導線材にはフープ力
と呼ばれる外向きの力が働く。Ｎｂ線２の全体を全てＮ
ｂ3Ｓｎに変化させると、このＮｂ3 Ｓｎは金属間化合
物で機械的に脆いため、ときにはフープ力によりＮｂ3
Ｓｎに割れが発生し、線材ひいてはマグネットの特性を
大きく劣化させることがある。このような劣化を防ぐた
め、Ｎｂ線２の全てを完全にＮｂ3 Ｓｎ化させずに、Ｎ
ｂ線２の中央部に延性で強度の高いＮｂ芯を未反応で残
留させ、周囲のみをＮｂ3 Ｓｎ化させる手法を用いてい
る。そしてこのＮｂ芯の残留量は、一般に線材断面にお
いて一様であることが望ましい。
【００１１】しかしながら、前述の様にして製造される
多芯型Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、線材中央部付近と外周
部ではＮｂ線２の周囲のＳｎ量が大きく異なっており、
Ｓｎ量の少ない中央部ではＮｂ芯の残留量が多いのに対
し、Ｓｎ量の多い外周部ではＮｂ芯が残らず、Ｎｂフィ
ラメントが完全にＮｂ3 Ｓｎ化してしまう欠点があっ
た。この欠点は、ＮＭＲ装置の超電導マグネットにおい
ては永久電流の減衰、すなわち磁場のわずかな減衰（約
０．１〜１００ppm ／h ）として現れることが判明し
た。ところが、上述した如くこの減衰が分析機器として
の性能を大きく劣化させることになり、上記多芯型超電
導線材はＮＭＲ装置用超電導線材として若干の問題を有
している。
多芯型Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、線材中央部付近と外周
部ではＮｂ線２の周囲のＳｎ量が大きく異なっており、
Ｓｎ量の少ない中央部ではＮｂ芯の残留量が多いのに対
し、Ｓｎ量の多い外周部ではＮｂ芯が残らず、Ｎｂフィ
ラメントが完全にＮｂ3 Ｓｎ化してしまう欠点があっ
た。この欠点は、ＮＭＲ装置の超電導マグネットにおい
ては永久電流の減衰、すなわち磁場のわずかな減衰（約
０．１〜１００ppm ／h ）として現れることが判明し
た。ところが、上述した如くこの減衰が分析機器として
の性能を大きく劣化させることになり、上記多芯型超電
導線材はＮＭＲ装置用超電導線材として若干の問題を有
している。
【００１２】更に、上記ブロンズ法によって製造される
各Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、６００〜７００℃程度の熱
処理によって、Ｎｂ線２とＣｕ−Ｓｎ合金製線状母材１
（または１ａ）の界面にＮｂ3 Ｓｎ化合物を生成させた
後、液体ヘリウム温度に冷却して使用するので、線材中
のＮｂ3 Ｓｎはヘリウム温度では圧縮歪がかかってお
り、無歪状態に比べて臨界電流や臨界温度がやや劣化し
た状態にある。
各Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、６００〜７００℃程度の熱
処理によって、Ｎｂ線２とＣｕ−Ｓｎ合金製線状母材１
（または１ａ）の界面にＮｂ3 Ｓｎ化合物を生成させた
後、液体ヘリウム温度に冷却して使用するので、線材中
のＮｂ3 Ｓｎはヘリウム温度では圧縮歪がかかってお
り、無歪状態に比べて臨界電流や臨界温度がやや劣化し
た状態にある。
【００１３】本発明者等は、かねてから、上記の様な従
来のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の有する技術的課題を解決す
る為に種々研究を行ない、永久電流の減衰等の問題を生
じることなく、ＮＭＲ装置用超電導マグネットの素材と
して有用なＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に到達し、先に特許出
願を済ませた（特願平５−１０９５９４号）。
来のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の有する技術的課題を解決す
る為に種々研究を行ない、永久電流の減衰等の問題を生
じることなく、ＮＭＲ装置用超電導マグネットの素材と
して有用なＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に到達し、先に特許出
願を済ませた（特願平５−１０９５９４号）。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記先願発明は、上記目
的を達成する上での重要構成要件の一つとして、Ｃｕ−
Ｓｎ基合金製線状母材中で最隣接するＮｂ3 Ｓｎ同士の
間隔Ｄｓ（図１参照）を０．５〜１．０μｍの範囲内に
制御することを示した。しかしながらその後更に研究を
進めたところ、０．５μｍ未満であっても、０．１μｍ
以上を確保できさえすれば、永久電流の減衰等の問題を
生じることなく、長期間に亘って安定使用できる有用な
Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材となることが分かった。即ち、今
回提供する本発明とは、線・棒状の安定化銅、円筒状の
拡散バリア層、円筒状のＣｕ−Ｓｎ基合金製内部層、任
意本数のＮｂ線を埋設したＣｕ−Ｓｎ基合金製線状母材
を円筒状に複数束ねた線材群、更に円筒状のＣｕまたは
Ｃｕ−Ｓｎ基合金製最外層を、半径方向中心側から外周
側に向かって上記々載順序で配置されると共に、熱処理
によって前記Ｎｂ線と前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材
との界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させたＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材であって、Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材中で最隣接す
るＮｂ3 Ｓｎ同士の間隔Ｄｓが０．１μｍ以上０．５μ
ｍ未満の範囲内であると共に、下記（１），（２）式を
満足することを要旨とするものである。 ０．３≦Ｒ≦０．６ ……（１） Ｄｆ＜７μｍ ……（２） 但しＲ＝（Ｓ／Ｓｆ）−１であり、Ｓは図３に示す１次
多芯材中に含まれるＮｂ線２のフィラメント全体の外接
円Ｐの面積、Ｓｆは熱処理前のＮｂ線２の各面積の総
和、ＤｆはＮｂ線の直径である。
的を達成する上での重要構成要件の一つとして、Ｃｕ−
Ｓｎ基合金製線状母材中で最隣接するＮｂ3 Ｓｎ同士の
間隔Ｄｓ（図１参照）を０．５〜１．０μｍの範囲内に
制御することを示した。しかしながらその後更に研究を
進めたところ、０．５μｍ未満であっても、０．１μｍ
以上を確保できさえすれば、永久電流の減衰等の問題を
生じることなく、長期間に亘って安定使用できる有用な
Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材となることが分かった。即ち、今
回提供する本発明とは、線・棒状の安定化銅、円筒状の
拡散バリア層、円筒状のＣｕ−Ｓｎ基合金製内部層、任
意本数のＮｂ線を埋設したＣｕ−Ｓｎ基合金製線状母材
を円筒状に複数束ねた線材群、更に円筒状のＣｕまたは
Ｃｕ−Ｓｎ基合金製最外層を、半径方向中心側から外周
側に向かって上記々載順序で配置されると共に、熱処理
によって前記Ｎｂ線と前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材
との界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させたＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材であって、Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材中で最隣接す
るＮｂ3 Ｓｎ同士の間隔Ｄｓが０．１μｍ以上０．５μ
ｍ未満の範囲内であると共に、下記（１），（２）式を
満足することを要旨とするものである。 ０．３≦Ｒ≦０．６ ……（１） Ｄｆ＜７μｍ ……（２） 但しＲ＝（Ｓ／Ｓｆ）−１であり、Ｓは図３に示す１次
多芯材中に含まれるＮｂ線２のフィラメント全体の外接
円Ｐの面積、Ｓｆは熱処理前のＮｂ線２の各面積の総
和、ＤｆはＮｂ線の直径である。
【００１５】
【作用】本発明は上述の如く構成されるが、要するに前
記先願発明とここに提供する本発明は、前記Ｄｓ値の範
囲を互いに補完し合うことにより、全体として０．１〜
１．０μｍという意義のある有効範囲を示し得たのであ
る。
記先願発明とここに提供する本発明は、前記Ｄｓ値の範
囲を互いに補完し合うことにより、全体として０．１〜
１．０μｍという意義のある有効範囲を示し得たのであ
る。
【００１６】前記先願発明において、最隣接するＮｂ3
Ｓｎの間隔Ｄｓを０．５μｍ以上と定めた理由は、０．
５μｍ未満ではＮｂ3 Ｓｎの相互の間隔が狭くなりす
ぎ、近接効果が顕著になると認識した為である。即ち、
近接効果による電流は磁束クリープされやすく、このク
リープが電流減衰につながると考えたのである。尚、前
記間隔Ｄｓを１．０μｍ以下と定めた理由は、これより
大きくなるとＮｂ線２の均一加工が困難となるためであ
る。即ち、加工工程でＮｂ線２の表面に凹凸を生じるこ
とがあり、Ｎｂ線２の断面積が小さい部分の臨界電流が
Ｎｂ線２個々の平均臨界電流より小さくなり、この小さ
くなった部分の電流が、臨界電流に余裕のある隣接した
他のＮｂ3 Ｓｎに分流し、このとき抵抗が発生して永久
電流の減衰につながるのである。結局のところ、上記の
要件は、前記間隔Ｄｓを所定の範囲内にすることによっ
て、電流減衰の原因となる近接効果と電流の分流を低減
することができるものであると評価されるのである。
Ｓｎの間隔Ｄｓを０．５μｍ以上と定めた理由は、０．
５μｍ未満ではＮｂ3 Ｓｎの相互の間隔が狭くなりす
ぎ、近接効果が顕著になると認識した為である。即ち、
近接効果による電流は磁束クリープされやすく、このク
リープが電流減衰につながると考えたのである。尚、前
記間隔Ｄｓを１．０μｍ以下と定めた理由は、これより
大きくなるとＮｂ線２の均一加工が困難となるためであ
る。即ち、加工工程でＮｂ線２の表面に凹凸を生じるこ
とがあり、Ｎｂ線２の断面積が小さい部分の臨界電流が
Ｎｂ線２個々の平均臨界電流より小さくなり、この小さ
くなった部分の電流が、臨界電流に余裕のある隣接した
他のＮｂ3 Ｓｎに分流し、このとき抵抗が発生して永久
電流の減衰につながるのである。結局のところ、上記の
要件は、前記間隔Ｄｓを所定の範囲内にすることによっ
て、電流減衰の原因となる近接効果と電流の分流を低減
することができるものであると評価されるのである。
【００１７】一方本発明においては、前記Ｄｓ値が０．
５μｍより短くなってもよいこと、且つ０．１μｍ以上
でなければならないことを夫々見出したので、以下この
点について述べる。
５μｍより短くなってもよいこと、且つ０．１μｍ以上
でなければならないことを夫々見出したので、以下この
点について述べる。
【００１８】上記Ｎｂ3 Ｓｎは熱処理時の相互拡散によ
って生成されるものであるため、Ｎｂ3 Ｓｎ層の厚さは
熱処理条件に支配される。Ｎｂ3 Ｓｎ層の厚さが変化す
ればＤｓ値も変化する。そこでこの熱処理条件が若干変
動してもＤｓ値の変動幅を小さくし得る様な設計上のパ
ラメータについて検討したところ、下記のパラメータ及
びその最適範囲を見出した。 ０．３≦Ｒ≦０．６ ……（１） Ｄｆ＜７μｍ ……（２） 但しＲ＝（Ｓ／Ｓｆ）−１である。
って生成されるものであるため、Ｎｂ3 Ｓｎ層の厚さは
熱処理条件に支配される。Ｎｂ3 Ｓｎ層の厚さが変化す
ればＤｓ値も変化する。そこでこの熱処理条件が若干変
動してもＤｓ値の変動幅を小さくし得る様な設計上のパ
ラメータについて検討したところ、下記のパラメータ及
びその最適範囲を見出した。 ０．３≦Ｒ≦０．６ ……（１） Ｄｆ＜７μｍ ……（２） 但しＲ＝（Ｓ／Ｓｆ）−１である。
【００１９】式中Ｓは図３に示す１次多芯材中に含まれ
るＮｂ線２のフィラメント全体の外接円Ｐの面積、Ｓｆ
は熱処理前のＮｂ線２の各面積の総和、ＤｆはＮｂ線の
直径である。
るＮｂ線２のフィラメント全体の外接円Ｐの面積、Ｓｆ
は熱処理前のＮｂ線２の各面積の総和、ＤｆはＮｂ線の
直径である。
【００２０】上記設計範囲を定める為に、後記実施例の
表１に示す様にＤｆ値及びＲ値を変化させて多芯型複合
ビレットの伸線加工材を得、これを熱処理した後のＤｓ
値及びＩｃ（臨界電流）、Ｐ（交流損失）、電流減衰を
測定し、夫々を評価した。詳細条件は実施例の項で述べ
るが、結論的にはＲを０．３〜０．６の範囲とし、且つ
Ｄｆを７μｍ未満とすれば、評価はいずれも○印とな
り、このときのＤｓ値は０．１〜０．７μｍの範囲であ
った。従って前記先願発明において好適範囲と定めた
０．５〜１．０μｍよりも低い領域である０．１〜０．
５μｍにおいても、電流減衰を０．０１ｐｐｍ／ｈ以下
の好適レベルに抑制し得ることが分かった。
表１に示す様にＤｆ値及びＲ値を変化させて多芯型複合
ビレットの伸線加工材を得、これを熱処理した後のＤｓ
値及びＩｃ（臨界電流）、Ｐ（交流損失）、電流減衰を
測定し、夫々を評価した。詳細条件は実施例の項で述べ
るが、結論的にはＲを０．３〜０．６の範囲とし、且つ
Ｄｆを７μｍ未満とすれば、評価はいずれも○印とな
り、このときのＤｓ値は０．１〜０．７μｍの範囲であ
った。従って前記先願発明において好適範囲と定めた
０．５〜１．０μｍよりも低い領域である０．１〜０．
５μｍにおいても、電流減衰を０．０１ｐｐｍ／ｈ以下
の好適レベルに抑制し得ることが分かった。
【００２１】尚Ｒ（以下局所ブロンズ比Ｒと言うことが
ある）が０．３を下回るとＮｂ線の一部が隣接Ｎｂ線と
一体化することがあり、またＤｓ値が０．１μｍ未満の
部分が増えるので、超電導線材中での磁化の増大、磁束
のクリープによる永久電流の減衰が顕著になる。一方Ｒ
が０．６を超えると、Ｎｂ線の均一加工が困難となり、
線材の途中で表面に凹凸が生じ、断面の不均一によって
電流の分流を招き、やはり永久電流が減衰する。またＤ
ｆが７μｍ以上になると熱処理によって生成したＮｂ3
Ｓｎの結晶性が大きくなり易く、これによって臨界電流
が低下することがある。
ある）が０．３を下回るとＮｂ線の一部が隣接Ｎｂ線と
一体化することがあり、またＤｓ値が０．１μｍ未満の
部分が増えるので、超電導線材中での磁化の増大、磁束
のクリープによる永久電流の減衰が顕著になる。一方Ｒ
が０．６を超えると、Ｎｂ線の均一加工が困難となり、
線材の途中で表面に凹凸が生じ、断面の不均一によって
電流の分流を招き、やはり永久電流が減衰する。またＤ
ｆが７μｍ以上になると熱処理によって生成したＮｂ3
Ｓｎの結晶性が大きくなり易く、これによって臨界電流
が低下することがある。
【００２２】尚本発明でＮｂ線２を埋設する線状母材
１、内部層５および外最層９は、純Ｃｕ−Ｓｎ合金が一
般的に用いられるが、Ｃｕ−Ｓｎに第３元素または第４
元素を添加した合金を用いても同様の効果が得られる。
本発明では、これらを一括してＣｕ−Ｓｎ基合金として
いる。
１、内部層５および外最層９は、純Ｃｕ−Ｓｎ合金が一
般的に用いられるが、Ｃｕ−Ｓｎに第３元素または第４
元素を添加した合金を用いても同様の効果が得られる。
本発明では、これらを一括してＣｕ−Ｓｎ基合金として
いる。
【００２３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいず
れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいず
れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２４】
【実施例】直径１７ｍｍのＮｂロッド７本を外径６５ｍ
ｍのＣｕ−１３％Ｓｎ合金母材中に図３の様な配置で挿
入し、断面減少加工を行なった後、６角成形した（１次
多芯線）。この時、伸線後の局所ブロンズ比Ｒが異なる
５種類の１次多芯線（Ｎo.１〜５）と、直径１８．５ｍ
ｍ及び２０ｍｍのＮｂロッドを用いて同様に６角成形し
た１次多芯線を製作した（Ｎo.６，７）。これらの１次
多芯線材を夫々８３４本スタックし、再びＣｕ−１３％
Ｓｎ合金母材中に挿入し、内側のＣｕ−Ｓｎ合金管の内
部にＳｎ拡散防止障壁としてＴａ管を挿入し、中心部に
安定化のためのＣｕロッドを挿入した。ここで内周部、
外周部のブロンズにはＣｕ−１３％Ｓｎ−０．３％Ｔｉ
を用いた（２次多芯線）。この後、断面減少加工を行な
い線径０．８ｍｍの線材を得た。
ｍのＣｕ−１３％Ｓｎ合金母材中に図３の様な配置で挿
入し、断面減少加工を行なった後、６角成形した（１次
多芯線）。この時、伸線後の局所ブロンズ比Ｒが異なる
５種類の１次多芯線（Ｎo.１〜５）と、直径１８．５ｍ
ｍ及び２０ｍｍのＮｂロッドを用いて同様に６角成形し
た１次多芯線を製作した（Ｎo.６，７）。これらの１次
多芯線材を夫々８３４本スタックし、再びＣｕ−１３％
Ｓｎ合金母材中に挿入し、内側のＣｕ−Ｓｎ合金管の内
部にＳｎ拡散防止障壁としてＴａ管を挿入し、中心部に
安定化のためのＣｕロッドを挿入した。ここで内周部、
外周部のブロンズにはＣｕ−１３％Ｓｎ−０．３％Ｔｉ
を用いた（２次多芯線）。この後、断面減少加工を行な
い線径０．８ｍｍの線材を得た。
【００２５】尚ここでＴａを用いたのは、前記先願明細
書で述べた通り、Ｔａの降伏応力の方がＮｂの降伏応力
より大きいので、全体として割れが入る限界歪が高くな
るからである。
書で述べた通り、Ｔａの降伏応力の方がＮｂの降伏応力
より大きいので、全体として割れが入る限界歪が高くな
るからである。
【００２６】Ｎｂ3 Ｓｎを生成させるために、これら６
種類の線材に６７０℃、５０時間の熱処理を施した。こ
れらの線材について、電子顕微鏡を用いて最隣接Ｎｂ3
Ｓｎ間隔Ｄｓを測定した。更に外部磁場１２Ｔ中で臨界
電流Ｉｃの測定をした。また、これらの線材の磁化を見
積もるために−０．５Ｔから＋０．５Ｔの間で変化する
外部磁場中での交流損失Ｐを測定した。さらに、これら
６種類の線材を用いて小コイルを作製し、その中心部の
磁場の時間減衰を測定することで永久電流モードでの電
流減衰の度合いを測定した。以上の測定の結果を表１に
示す。
種類の線材に６７０℃、５０時間の熱処理を施した。こ
れらの線材について、電子顕微鏡を用いて最隣接Ｎｂ3
Ｓｎ間隔Ｄｓを測定した。更に外部磁場１２Ｔ中で臨界
電流Ｉｃの測定をした。また、これらの線材の磁化を見
積もるために−０．５Ｔから＋０．５Ｔの間で変化する
外部磁場中での交流損失Ｐを測定した。さらに、これら
６種類の線材を用いて小コイルを作製し、その中心部の
磁場の時間減衰を測定することで永久電流モードでの電
流減衰の度合いを測定した。以上の測定の結果を表１に
示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】この結果は次の様に考察できる。Ｎo.１の
線材ではフィラメント同士が接触しており、そのため磁
化が大きくなり電流減衰も大きくなっている。一方、Ｎ
o.６の線材ではフィラメント径が大きく、このためＮｂ
3 Ｓｎの臨界電流が小さくなり、電流減衰が大きくなっ
た。また、Ｎo.５の線材の母材を硝酸を用いて除去し、
フィラメントの表面を電子顕微鏡で観察したところ、数
１０μｍの周期の凹凸が見られた。従って、この線材に
見られた大きな電流減衰は、この凹凸による電流の分流
のためと思われる。これらの線材以外の本発明による線
材（Ｎo.２〜４，７）は、いずれも電流減衰が０．０１
ｐｐｍ／ｈ以下になっており、電流減衰が非常に小さい
ことが分かる。また、ここではＮo.４のＤｓ値が前記先
願発明で規定された範囲内に入っているが、本発明によ
る局所ブロンズ比Ｒの規定を用いると、従来法での規定
よりもＤｓの小さい領域でも電流減衰を抑制できること
が確認された。結局上記から、Ｄｓ値が０．１μｍ以上
０．５μｍ未満であっても、超電導コイルの永久電流モ
ードでの運転電流減衰の低減に有効であることが分かっ
た。
線材ではフィラメント同士が接触しており、そのため磁
化が大きくなり電流減衰も大きくなっている。一方、Ｎ
o.６の線材ではフィラメント径が大きく、このためＮｂ
3 Ｓｎの臨界電流が小さくなり、電流減衰が大きくなっ
た。また、Ｎo.５の線材の母材を硝酸を用いて除去し、
フィラメントの表面を電子顕微鏡で観察したところ、数
１０μｍの周期の凹凸が見られた。従って、この線材に
見られた大きな電流減衰は、この凹凸による電流の分流
のためと思われる。これらの線材以外の本発明による線
材（Ｎo.２〜４，７）は、いずれも電流減衰が０．０１
ｐｐｍ／ｈ以下になっており、電流減衰が非常に小さい
ことが分かる。また、ここではＮo.４のＤｓ値が前記先
願発明で規定された範囲内に入っているが、本発明によ
る局所ブロンズ比Ｒの規定を用いると、従来法での規定
よりもＤｓの小さい領域でも電流減衰を抑制できること
が確認された。結局上記から、Ｄｓ値が０．１μｍ以上
０．５μｍ未満であっても、超電導コイルの永久電流モ
ードでの運転電流減衰の低減に有効であることが分かっ
た。
【００２９】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、最
隣接Ｎｂ3 Ｓｎ同士の間隔が狭い領域においても磁場安
定度のきわめて優れた超電導マグネットの構成素材とな
り得るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材が実現でき、これによって
分析、医療等の幅広い分野における機器の性能向上が期
待できる。
隣接Ｎｂ3 Ｓｎ同士の間隔が狭い領域においても磁場安
定度のきわめて優れた超電導マグネットの構成素材とな
り得るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材が実現でき、これによって
分析、医療等の幅広い分野における機器の性能向上が期
待できる。
【図１】本発明で規定する平均間隔Ｄｓを説明する為の
図である。
図である。
【図２】ブロンズ法による単芯型複合ビレットの断面を
示す図である。
示す図である。
【図３】ブロンズ法による１次多芯ビレット８の断面を
示す図である。
示す図である。
【図４】ブロンズ法による２次多芯ビレット１１の断面
を示す図である。
を示す図である。
１ ビレットケース（Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材） ２ Ｎｂ線 ３ 混合ビレット（単芯型複合ビレット） ５ 内部層 ６ Ｎｂ層（拡散バリア層） ７ 無酸素銅（安定化銅） ８ １次多芯ビレット ９ 外層ケース（最外層） １０ 線材群 １１ ２次多芯ビレット（多芯型複合ビレット）
フロントページの続き (72)発明者 井上 康彦 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 枩倉 功和 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 嶋田 雅生 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (56)参考文献 特開 平５−334920（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−190514（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01B 12/10 ZAA C22F 1/00 H01B 13/00 565 H01F 6/06 ZAA
Claims (1)
- 【請求項１】 線・棒状の安定化銅、円筒状の拡散バリ
ア層、円筒状のＣｕ−Ｓｎ基合金製内部層、任意本数の
Ｎｂ線を埋設したＣｕ−Ｓｎ基合金製線状母材を円筒状
に複数束ねた線材群、更に円筒状のＣｕまたはＣｕ−Ｓ
ｎ基合金製最外層を、半径方向中心側から外周側に向か
って上記々載順序で配置されると共に、熱処理によって
前記Ｎｂ線と前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材との界面
にＮｂ3 Ｓｎを生成させたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材であっ
て、 Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材中で最隣接するＮｂ3 Ｓｎ
同士の間隔Ｄｓが０．１μｍ以上０．５μｍ未満の範囲
内であると共に、 下記（１），（２）式を満足する ことを特徴とするＮｂ
3 Ｓｎ超電導線材。０．３≦Ｒ≦０．６ ……（１） Ｄｆ＜７μｍ ……（２） 但しＲ＝（Ｓ／Ｓｆ）−１であり、Ｓは図３に示す１次
多芯材中に含まれるＮｂ線２のフィラメント全体の外接
円Ｐの面積、Ｓｆは熱処理前のＮｂ線２の各面積の総
和、ＤｆはＮｂ線の直径である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6278147A JP2910586B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6278147A JP2910586B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138460A JPH08138460A (ja) | 1996-05-31 |
| JP2910586B2 true JP2910586B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=17593251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6278147A Expired - Fee Related JP2910586B2 (ja) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910586B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6078501B2 (ja) * | 2014-07-18 | 2017-02-08 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体 |
| EP4354664A1 (en) * | 2021-06-08 | 2024-04-17 | National Institute for Materials Science | Superconducting connection structure of nb3sn superconducting wire rod and nbti wire rod, method for producing same, and nuclear magnetic resonance apparatus using same |
| CN115740715A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-07 | 北京工业大学 | 一种电子束焊接制备铌钛线材和铌三锡混合超导接头的方法 |
-
1994
- 1994-11-11 JP JP6278147A patent/JP2910586B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08138460A (ja) | 1996-05-31 |
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