JPH06290651A

JPH06290651A - Ｎｂ３Ｘ系超電導線材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH06290651A
Application number: JP6010470A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yamada; 雄一山田; Naoki Ayai; 直樹綾井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-02-02
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】断面積を小さくする加工の加工量を特に増加
させることなく、優れた超電導特性を有するＮｂ₃Ｘ系
超電導線を提供する。【構成】純ＮｂまたはＮｂを含む合金からなる第１の
シート１６と、Ｎｂと反応して超電導線を示す化合物を
つくる金属原子ＸまたはＸを含む合金からなる第２のシ
ート１７とを重ね合わせて巻き上げてなる線材であっ
て、第１のシート１６と第２のシート１７との接触面積
が増加するように、第１のシート１６と第２のシート１
７との界面が、密にジグザグ形状になるように形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｎｂ₃Ｘ系超電導線
材およびその製造方法に関するものであり、特に、核融
合炉や、その他の用途に用いられる超電導マグネット等
の高磁界用超電導材料として用いられるＮｂ₃Ｘ系超電
導線材およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｎｂ₃Ａｌ、Ｎｂ₃Ｓｎ、Ｎｂ₃
ＧｅなどのＮｂ₃Ｘ系超電導材料は、ＮｂＴｉ等の合金
系超電導材料では対応できない高磁界用途に用いること
ができるため、超電導材料として期待されている。中で
も、Ｎｂ₃Ａｌ系超電導材料は、高磁界における臨界電
流特性や耐歪み特性が良好であるために、特に高磁界中
で大磁力を受ける核融合炉や、電力貯蔵用超電導材料と
して有望視されている。

【０００３】一般に、これらのＮｂ₃Ｘ系超電導材料
は、ＮｂＴｉ等の合金系超電導材料に比べて、極めて硬
く、脆いため、塑性加工が困難である。そのため、これ
らのＮｂ₃Ｘ系超電導材料の製造方法に関しては、従来
より種々の検討がなされてきた。

【０００４】図１２は、Ｎｂ−Ａｌ二元系合金状態図で
ある。図１２を参照して、Ｎｂ₃Ａｌは、１６００℃以
上の高温においては、化学量論組成として、ＮｂとＡｌ
との組成比が３：１として安定に存在する。しかし、１
６００℃未満の低温においては、非超電導材料であるＮ
ｂ₂ＡｌがＮｂ₃Ａｌに混在した状態で生成される。そ
のため、１６００℃未満の低温において製造されたＮｂ
₃Ａｌ系の化合物超電導材料は、一般に、臨界温度、臨
界磁界（Ｈｃ）および臨界電流密度（Ｊｃ）が低い。し
たがって、Ｎｂ₃Ａｌ系超電導材料の製造方法として
は、１６００℃以上の高温から短時間で冷却する急冷法
などの製造方法が研究されているが、実用化されるには
至っていなかった。

【０００５】ところが、近年、Ｎｂ層中へのＡｌ原子の
拡散距離が短い部分、および／またはＡｌ層中へのＮｂ
原子の拡散距離が短い部分においては、１０００℃以下
の温度であっても、良好なＮｂ₃Ａｌが生成されること
が知見された。そのため、粉末冶金（ＰＭ）法、チュー
ブ法、クラッドチップ押出し法等の複合加工法、および
ジェリーロール法などの製造方法が開発された。これら
の製造方法は、いずれも、純ＮｂまたはＮｂを含む材料
と、純ＡｌまたはＡｌを含む材料とを極めて微細な状態
で混合するものであり、前述の拡散距離が短い部分を多
くすることができる製法である。そのため、これらの製
造方法によれば、化学量論組成としてＮｂとＡｌの組成
比が３：１に近く、臨界温度、臨界磁界（Ｈｃ）および
臨界電流密度（Ｊｃ）がいずれも高い、高性能のＮｂ₃
Ａｌ系超電導材料を得ることができる。

【０００６】ところで、これらの製造方法のうち、ジェ
リーロール法は、多芯化された構造を有する超電導線材
を製造することができ、安定化材を複合することがで
き、さらに、長尺材が製作しやすいという利点を有して
いる。そのため、最も実用化に近いＮｂ₃Ａｌ系超電導
線の製造方法である。

【０００７】以下、図を参照して、ジェリーロール法を
説明する。図１３は、ジェリーロール法によるＮｂ₃Ａ
ｌ系超電導多芯線の製造方法を概略的に示す工程図であ
る。

【０００８】図１３を参照して、まず、溶解、圧延によ
って、高純度のＮｂシートと高純度のＡｌシートとを準
備する。次に、このＮｂシートとＡｌシートとを無酸素
銅棒を中心に重ね合わせて巻き上げて、線材（ジェリー
ロール）を作製する。次に、この線材を無酸素銅パイプ
に挿入した後伸線し、断面を六角形状に形成した後、所
望の長さに切断し、六角セグメント１０９を作製する。
次に、複数本の六角セグメント１０９を銅パイプ中に充
填してビレットを作製した後、真空中で電子ビーム溶接
により封じ切り、押出し加工を行なう。次に、このよう
にして形成された多芯線を伸線加工し、所望のツイス
ト、成形、撚線、絶縁等を行ない、コイル巻を行なった
後、熱処理して超電導相（Ｎｂ₃ＡｌのＡ１５型構造）
を形成させる。なお、以上のジェリーロール法に関して
は、１９９１年９月住友電気第１３９号、９３頁〜１０
０頁に、より詳細な説明が記載されている。

【０００９】ところで、このようなジェリーロール法に
よって超電導特性に優れたＮｂ₃Ｘを生成するために
は、前述した拡散距離の短い部分を多くするために、伸
線加工等の断面積を小さくする加工の量をできる限り多
くして、第１のシートと第２のシートとを薄くする必要
がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この線
材を伸線加工等によって断面積を小さくしていく際に
は、第１のシート、第２のシートおよび安定化材として
用いるＣｕマトリックスの引っ張り強さ（Ｎ／ｍ
ｍ²）、延性、靭性、脆性、加工硬化性等の強度差が原
因して、線材が不均一な変形を起こして、損傷したり断
線したりする。

【００１１】すなわち、従来のジェリーロール法におい
ては、臨界電流密度（Ｊｃ）等の超電導特性を向上させ
るためには、伸線加工等の断面積を小さくする加工の量
を多くする必要があるが、一方、加工量を増加させる
と、線材が損傷したり断線したりする可能性も高くな
る、という問題があった。

【００１２】この発明の目的は、伸線加工等の断面積を
小さくする加工の加工量を特に増加させることなく、従
来のＮｂ₃Ｘ系超電導線に比べ、高い臨界電流密度（Ｊ
ｃ）等を有する、特性の優れたＮｂ₃Ｘ系超電導線材お
よびそのジェリーロール法を用いた製造方法を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によるＮ
ｂ₃Ｘ系超電導線材は、純ＮｂまたはＮｂを含む合金か
らなる第１のシート、Ｎｂと反応して超電導性を示す化
合物をつくる金属原子ＸまたはＸを含む合金からなる第
２のシートと重ね合わせて巻き上げてなる線材であっ
て、第１のシートと第２のシートとの接触面積が増加す
るように、第１のシートと第２のシートとの界面が、密
にジグザグ形状になるように形成されたことを特徴とし
ている。

【００１４】なお、第１のシートと第２のシートとの界
面は、巻き上げた時点でジグザグ形状になっている必要
はなく、最終的に、すなわち加工後または加工に伴っ
て、ジグザグ形状になればよい。

【００１５】請求項２の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線
材は、マトリックス中に多数の超電導フィラメント線材
が埋込まれて構成される超電導多芯線材であって、超電
導フィラメント線材は、純ＮｂまたはＮｂを含む合金か
らなる第１のシートと、Ｎｂと反応して超電導性を示す
化合物をつくる金属原子ＸまたはＸを含む合金からなる
第２のシートとを重ね合わせて巻き上げてなる線材であ
って、第１のシートと第２のシートとの接触面積が増加
するように、第１のシートと第２のシートとの界面が、
密にジグザグ形状になるように形成されたことを特徴と
している。

【００１６】請求項３の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線
材は、請求項１または請求項２の発明において、金属原
子Ｘは、Ａｌ、ＳｎおよびＧｅから選ばれる金属であ
る。

【００１７】請求項４の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線
材は、請求項１〜請求項３の発明において、第１のシー
トに含まれるＮｂは、純度９９．０％以上であることを
特徴としている。

【００１８】請求項５の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線
材の製造方法は、純ＮｂまたはＮｂを含む合金からなる
第１のシートを熱処理する工程と、熱処理された第１の
シートと、Ｎｂと反応して超電導性を示す化合物をつく
る金属原子ＸまたはＸを含む合金からなる第２のシート
とを重ね合わせ巻き上げて線材を作製する工程と、線材
の断面積を小さくする加工を施す工程とを備えている。

【００１９】請求項６の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線
材の製造方法は、請求項５の発明において、断面積を小
さくする加工が施された線材を、熱処理する工程をさら
に備えている。

【００２０】請求項７の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線
材の製造方法は、純ＮｂまたはＮｂを含む合金からなる
第１のシートを熱処理する工程と、熱処理された第１の
シートと、Ｎｂと反応して超電導性を示す化合物をつく
る金属原子ＸまたはＸを含む合金からなる第２のシート
とを重ね合わせて巻き上げてなる線材を作製する工程
と、線材の断面積を小さくする加工を施す工程と、加工
が施された線材を複数本束ねて筒材中に充填する工程
と、線材が充填された筒材に、さらに断面積を小さくす
る工程を施して多芯線材を作製する工程とを備えてい
る。

【００２１】請求項８の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線
材の製造方法は、請求項５または請求項７の発明におい
て、第１のシートを熱処理する工程は、第１のシートの
結晶組織を再調整し、結晶方位を乱すのに十分な温度範
囲と時間行なわれる。

【００２２】請求項９の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線
材の製造方法は、請求項５または請求項７の発明におい
て、第１のシートを熱処理する工程は、熱処理後の第１
のシートの結晶粒径が、１０μｍ以上になるように熱処
理する。

【００２３】請求項１０の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導
線材の製造方法は、請求項５または請求項７の発明にお
いて、第１のシートを熱処理する工程は、４００℃〜１
３００℃の温度範囲で１時間〜１０時間程度行なわれ
る。

【００２４】請求項１１の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導
線材の製造方法は、請求項５または請求項７の発明にお
いて、第１のシートを熱処理する工程は、７００℃〜１
１００℃の温度範囲で行なわれる。

【００２５】請求項１２の発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導
線材の製造方法は、純ＮｂまたはＮｂを含むインゴット
から、中間焼鈍および冷間加工によって純ＮｂまたはＮ
ｂを含む合金からなる第１のシートを作製する工程と、
作製された第１のシートを熱処理する工程と、熱処理さ
れた第１のシートにスキンパス程度の軽い冷間加工を施
す工程と、冷間加工が施された第１のシートと、Ｎｂと
反応して超電導性を示す化合物をつくる金属原子Ｘまた
はＸを含む合金からなる第２のシートと重ね合わせて巻
き上げ線材を作製する工程と、線材の断面積を小さくす
る加工を施す工程とを備えている。

【００２６】なお、Ｎｂと反応して超電導性を示す化合
物をつくる金属原子Ｘとしては、たとえば、Ａｌ、Ｓｎ
またはＧｅなどを挙げることができる。また、Ｎｂを含
む合金および／または金属原子Ｘを含む合金は、たとえ
ば、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍ
ｇ、Ｂｅ等を含有してもよい。

【００２７】また、線材等の断面積を小さくする加工と
しては、たとえば、伸線加工、線引き加工、鍛造加工、
圧延加工等が挙げられる。

【００２８】

【作用】この発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線材は、重ね
合わせて巻き上げられた第１のシートと第２のシートと
の接触面積が、最終的に（加工後、加工に伴って）増加
するように、第１のシートと第２のシートとの界面が、
密にジグザグに形状になるように形成されている。

【００２９】一般に、ＮｂとＸの組成比が３：１である
良質なＮｂ₃Ｘは、拡散反応（熱処理）によって、第１
のシートと第２のシートとの界面近傍に形成される。こ
の発明によれば、第１のシートと第２のシートとの接触
面積が大きくなっているので、熱処理の際良質のＮｂ₃
Ｘの形成量が増加する。

【００３０】また、本発明による超電導線材は、第１の
シートと第２のシートとの界面が密にジグザグ形状に形
成されているため、前述の拡散距離の短い部分が多くな
る。そのため、金属原子ＸおよびＮｂ原子の拡散性が向
上し、その結果、単位時間当りの熱処理によって形成さ
れるＮｂ₃Ｘの量が、従来に比べて多くなる。そのた
め、従来に比べて、より高い臨界電流密度（Ｊｃ）を有
するＮｂ₃Ｘ系超電導線が得られる。

【００３１】また、本発明によるＮｂ₃Ｘ系超電導線材
では、第１のシートと第２のシートとの接触面積が大き
くなっているので、従来に比べ、所定量のＮｂ₃Ｘを短
時間の拡散反応（熱処理）により形成することができ
る。この短時間で形成されたＮｂ₃Ｘの結晶の平均粒径
は、時間をかけて形成された場合と比べて微細なものと
なるため、ピン止めが多くなる。

【００３２】ここで、ピン止めとは、磁束を動かないよ
うに固定することをいう。電流と磁界が存在すると、磁
束には、電流密度と磁束密度の積で与えられる電磁力が
加わる。電磁力がピン止め力を超えると、磁束が動き始
め電圧が発生する。したがって、ピン止め力と電磁力が
拮抗するときの電流密度を、その磁界における臨界電流
密度と考えることができる。磁束は格子欠陥や結晶粒界
などにピン止めされると考えられ、Ｎｂ₃Ｘを微細な結
晶状態で析出させると、ピン止めが多くなるため、高い
臨界電流密度（Ｊｃ）が得られる。

【００３３】すなわち、本発明に従うＮｂ₃Ｘ系超電導
線は、前述のように、従来と比べて、平均粒径の微細な
Ｎｂ₃Ｘの結晶を形成できる。そのため、ピン止めが多
くなり、高い臨界電流密度（Ｊｃ）を示す。

【００３４】さらに、この発明に従うＮｂ₃Ｘ系超電導
線材では、第１のシートと第２のシートとの界面がジグ
ザグ形状である。すなわち、第１のシート、第２のシー
トのそれぞれに部分的に膜薄な部分が形成されている。
そのため、従来のように断面積を小さくする加工の量を
多くして第１のシート、第２のシートのそれぞれの膜厚
を全体として膜薄とする必要がないため、線材の損傷、
断線の発生が著しく減少する。

【００３５】また、この発明によれば、熱処理した第１
のシートを用いることによって、第１のシートと第２の
シートとの界面をジグザグ形状にしている。すなわち、
第１のシートは、熱処理されることによって結晶組織が
再調整され、結晶方位が乱れたものになる。この熱処理
された第１のシートと第２のシートとを重ね合わせて巻
き上げた後、断面を小さくする加工を施すと、その加工
の際、第１のシートの滑り面の方向が乱れ、第１のシー
トと第２のシートとの界面がジグザグ形状になる。

【００３６】また、純ＮｂまたはＮｂを含む合金からな
る第１のシートを熱処理する工程は、４００℃〜１３０
０℃の温度範囲で１時間〜１０時間程度、より好ましく
は、２時間程度であることが好ましい。４００℃未満の
温度範囲では、結晶組織を再調整し、乱れた結晶方位を
有する第１のシートを形成するには十分でなく、一方、
１３００℃を超える温度範囲では、高純度なＮｂは再結
晶が進みすぎ、第１のシートの表面が肌あれを起こした
り、延性を失ったりして、使用に耐えなくなるので好ま
しくないからである。また、４００℃〜１３００℃の温
度範囲で、１時間未満の熱処理では、結晶組織を再調整
し、乱れた結晶方位を有する第１のシートを形成するの
に十分でなく、一方、１０時間を超えて熱処理を行なう
と、Ｎｂ結晶の粒径が粗大化し、第１のシートが脆くな
るので好ましくないからである。

【００３７】さらに、熱処理後の第１のシートにおいて
は、圧延等の加工工程によって形成された微細な結晶粒
が、熱処理によって再結晶して大きくなり、結晶粒径が
１０μｍ以上になっていることが好ましい。結晶粒径が
１０μｍより小さいと、ジェリーロール層の厚さに対し
て小さすぎて、ジグザグ形状による実質的な効果が得ら
れないためである。また、結晶粒径が１０μｍより小さ
いシートは強度が高く（引っ張り強さや硬度）、実際上
複合加工性に問題が生じるからである。

【００３８】さらに、第１のシートの熱処理（焼鈍）条
件は、圧延前の純ＮｂまたはＮｂを含む合金からなる溶
解インゴットの組成の均一性、不純物の含有量、加工履
歴等によって異なる。しかし、組成の均一性が良く、不
純物の含有量が少ない等の良質なインゴットを用いた場
合には、低温熱処理での焼鈍が可能となり、かつ、結晶
粒が肥大化する熱処理温度も低下する傾向にあった。し
たがって、第１のシートとして、純度９９．５％以上、
残留抵抗比１００以上の良質の材料を用いた場合は、４
００℃で２時間程度の熱処理をすれば、十分本発明の効
果が得られる。

【００３９】また、この熱処理する工程は、１０^-5ｔｏ
ｒｒ〜１０^-7ｔｏｒｒの真空度で行なうことが好まし
い。

【００４０】さらに、真空度、炉内不純物の面で、１１
００℃以上の工業的な熱処理は現実的に難しく、強度が
小さくなった薄いシートの熱処理は、物理的に困難にな
ることもある。したがって、これらの製造条件と得られ
る特性との両面を考慮して、第１のシートの熱処理は、
約７００〜１１００℃程度の温度で行なうことが最適と
考えられる。

【００４１】

【実施例】

（実施例１）図１〜図７は、本発明に従う一実施例のＮ
ｂ₃Ａｌ系超電導多芯線の製造方法を説明するための図
である。

【００４２】図１を参照して、まず、溶解および圧延に
より、厚さ０．１８ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ８００ｍ
ｍのＮｂ箔からなるＮｂ含有シート１を準備した。この
Ｎｂ含有シート１を、７００℃〜９００℃の温度範囲に
おいて約２時間保持した後、室温まで冷却するという熱
処理（いわゆる焼鈍処理）を行なった。

【００４３】次に、熱処理がされたＮｂ含有シート１の
表面上に、厚さ０．０５ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ５０
０ｍｍのＡｌ箔からなるＡｌ含有シート２を重ね合わせ
た。なお、このとき、Ｎｂ含有シート１の両端部１ａ、
１ｂにおいて、Ａｌ含有シート２が重ねられていない部
分ができるようにした。

【００４４】続いて、これを、直径３ｍｍ、長さ４００
ｍｍの銅棒３の周りに、Ｎｂ含有シート１の一端部１ａ
側から巻き付けた。すなわち、最初に、Ｎｂ含有シート
１の端部１ａの部分を銅棒３の周りに４回巻き付けた
後、Ｎｂ含有シート１とＡｌ含有シート２とが重ね合わ
された部分を巻き付けた後、さらに、Ｎｂ含有シート１
の他端部１ｂの部分を巻き付け、線材（いわゆるジェリ
ーロール部）４を作製した。その後、銅棒３の両端の合
わせて１００ｍｍ分の余分な銅棒を除去した。

【００４５】図２は、このようにして得られた線材４を
概略的に示す断面図である。図２を参照して、この線材
４は、中心に位置する銅棒３の周りに形成された第１の
拡散障壁層５と、第１の拡散障壁層５の周りに形成され
た積層部６と、積層部６の周りに形成された第２の拡散
障壁層７とから構成されていた。第１の拡散障壁層５
は、Ｎｂ含有シート１の端部１ａの部分が４回巻き付け
られたものである。また、積層部６は、Ｎｂ含有シート
１とＡｌ含有シート２とが交互に重ね合わされた状態で
巻き上げられている。さらに、第２の拡散障壁層７は、
Ｎｂ含有シート１の端部１ｂの部分が複数回巻き付けら
れたものである。

【００４６】次に、図３を参照して、この線材４を、外
径１９ｍｍ、内径１６ｍｍの銅パイプ８内に挿入した
後、伸線加工することにより、六角セグメント９を作製
した。

【００４７】図４は、このようにして作製された六角セ
グメント９を示す斜視図である。図４を参照して、この
六角セグメント９は、断面が六角形状であり、対辺距離
が２ｍｍ、長さが２００ｍｍであった。

【００４８】次に、図５を参照して、この六角セグメン
ト９を、外径７０ｍｍ、、内径６８ｍｍの銅パイプ１０
内に約８００本詰めた後、銅パイプ１０の両端１０ａ、
１０ｂを銅製の蓋（図示せず）を用いて塞ぎ、電子ビー
ム溶接することにより封止し、ビレット（図示せず）を
作製した。続いて、このビレットを押出し加工し、伸線
加工を繰返すことによって、直径が１ｍｍの線材１１を
作製した。

【００４９】図６は、このようにして得られた線材１１
を概略的に示す断面図である。図６を参照して、この線
材１１は、Ｃｕからなるマトリックス（安定化材）１２
中に、Ｎｂ、ＡｌおよびＣｕで構成される線材１３が多
数埋込まれて構成されていた。

【００５０】図７は、線材１３の断面を示す倍率４０倍
または８０倍の顕微鏡写真の模式図である。

【００５１】図７を参照して、線材１３は、中心部に位
置する銅マトリックス（安定化材）１４の外表面を取り
囲むように形成されたＮｂを含有する第１の拡散障壁層
１５と、第１の拡散障壁層１５を取り囲むように形成さ
れた積層部１８と、積層部１８を取り囲むように形成さ
れたＮｂを含有する第２の拡散障壁層１９とから構成さ
れていた。また、この線材１３の周囲には、第２の拡散
障壁層１９の外表面を取り囲むように、銅マトリックス
（安定化材）２０が形成されていた。

【００５２】この線材１３において、積層部１８は、Ｎ
ｂ含有層１６とＡｌ含有層１７とが、交互に渦巻き形状
に形成されていた。そして、Ｎｂ含有層１６とＡｌ含有
層１７との接触面積が増加するように、Ｎｂ含有層１６
とＡｌ含有層１７との界面が密にジグザグ形状になるよ
うに形成されていた。また、第１の拡散障壁層１５と銅
マトリックス１４との界面および第２の拡散障壁層１９
と銅マトリックス２０との界面も、いずれもジグザグ形
状になるように形成されていた。

【００５３】（実施例２）実施例１で得られた直径が１
ｍｍの線材１１を、さらに伸線することによって、直径
０．６ｍｍの線材を作製した。

【００５４】このようにして得られた線材の断面の構成
は、図７に示す実施例１の線材と同様であった。しか
し、実施例１よりも伸線加工の加工量が多くなったた
め、Ｎｂ含有層１６およびＡｌ含有層１７の厚さが、実
施例１の線材よりも全体的に薄くなっていた。

【００５５】（比較例１）比較のため、熱処理がされて
いないＮｂ含有シートを用いて、直径が１ｍｍの線材を
作製した。他の条件については、実施例１と全く同様で
あるので、その説明は省略する。

【００５６】図８は、このようにして得られた線材２１
を概略的に示す断面図である。図８を参照して、この線
材２１は、Ｃｕからなるマトリックス（安定化材）２２
中に、Ｎｂ、ＡｌおよびＣｕで構成される線材２３が多
数埋込まれて構成されていた。

【００５７】図９は、線材２３の断面を示す倍率４０倍
または８０倍の顕微鏡写真の模式図である。

【００５８】図９を参照して、この線材２３は、中心部
に位置する銅マトリックス（安定化材）２４の外表面を
取り囲むように形成されたＮｂを含有する第１の拡散障
壁層２５と、第１の拡散障壁層２５を取り囲むように形
成された積層部２８と、積層部２８を取り囲むように形
成されたＮｂを含有する第２の拡散障壁層２９とから構
成されていた。また、この線材２３の周囲には、第２の
拡散障壁層２９の外表面を取り囲むように、銅マトリッ
クス（安定化材）３０が形成されていた。

【００５９】この線材２３において、積層部２８は、Ｎ
ｂ含有層２６とＡｌ含有層２７とが交互に渦巻き形状に
形成されていた。そして、Ｎｂ含有層２６とＡｌ含有層
２７との界面は滑らかになるように形成されていた。

【００６０】（比較例２）比較例１で得られた直径が１
ｍｍの線材２１を、さらに伸線することによって、直径
０．６ｍｍの線材を作製した。

【００６１】このようにして得られた線材の断面の構成
は、図９に示す比較例１の線材と同様であった。しか
し、比較例１よりも伸線加工の加工量が多くなったた
め、Ｎｂ含有層２６およびＡｌ含有層２７の厚さが、比
較例１の線材よりも全体的に薄くなっていた。

【００６２】（比較例３）Ｎｂ含有シートの代わりにＮ
ｂ１％Ｚｒ含有シートを用いて、直径が１ｍｍの線材を
作製した。他の条件については、比較例１と全く同様で
あるので、その説明は省略する。

【００６３】図１０は、このようにして得られた線材３
１を概略的に示す断面図である。図１０を参照して、こ
の線材３１は、Ｃｕからなるマトリックス（安定化材）
３２中に、Ｎｂ１％Ｚｒ、ＡｌおよびＣｕで構成される
線材３３が多数埋込まれて構成されていた。

【００６４】図１１は、線材３３の断面を示す倍率４０
倍または８０倍の顕微鏡写真の模式図である。

【００６５】図１１を参照して、線材３３は、中心部に
位置する銅マトリックス（安定化材）３４の外表面を取
り囲むように形成されたＮｂを含有する第１の拡散障壁
層３５と、第１の拡散障壁層３５を取り囲むように形成
された積層部３８と、積層部３８を取り囲むように形成
されたＮｂを含有する第２の拡散障壁層３９とから構成
されていた。また、この線材３３の周囲には、第２の拡
散障壁層３９の外表面を取り囲むように、銅マトリック
ス（安定化材）４０が形成されていた。

【００６６】この線材３３において、積層部３８は、Ｎ
ｂ含有層３６とＡｌ含有層３７とが交互に渦巻き形状に
形成されていた。そして、積層部３８は、比較例１に比
べ、さらにきれいに揃った層として形成されていた。

【００６７】（比較例４）比較例３で得られた直径が１
ｍｍの線材３１を、さらに伸線することによって、直径
０．６ｍｍの線材を作製した。

【００６８】このようにして得られた線材の断面の構成
は、図１１に示す比較例３の線材と同様であった。しか
し、比較例３よりも伸線加工の加工量が多くなったた
め、Ｎｂ含有層３６およびＡｌ含有層３７の厚さが、比
較例３の線材よりも全体的に薄くなっていた。

【００６９】（超電導特性試験）実施例１〜実施例２、
比較例１〜比較例４で得られた６種の線材について、８
００℃で５時間の熱処理を施して超電導線を作製し、
４．２Ｋ、１２Ｔでの臨界電流密度（Ｊｃ）を測定し
た。その結果を表１に示す。

【００７０】

【表１】

【００７１】表１より明らかなように、線径が同じ線材
同士で比較した場合、実施例では、Ｎｂ含有層とＡｌ含
有層との接触面積が増加するように、Ｎｂ含有層とＡｌ
含有層との界面が密にジグザグ形状になるように形成さ
れた結果、比較例と比べてより高い臨界電流密度（Ｊ
ｃ）が得られた。

【００７２】また、実施例１と実施例２を比較して、熱
処理前の伸線加工の加工量が多いほど、より高い臨界電
流密度（Ｊｃ）が得られた。

【００７３】（実施例３）電子ビーム溶解によって精製
したＮｂインゴットを鍛造し、冷間圧延と中間熱処理を
繰り返して得られたＮｂシートを、表２に示す各種の温
度で高真空中（１×１０^-6Ｔｏｒｒ）で２時間熱処理し
た。このようにして得られた熱処理後のＮｂシートの結
晶粒径を測定した。なお、ここでは熱処理したＮｂシー
トをそのままジェリーロール工程へ進めたが、熱処理に
よって得られた再結晶程度を低下させない程度なら、Ｎ
ｂシートの寸法精度を向上させる等のために、いわゆる
スキンパス程度の加工を加えても構わない。

【００７４】このＮｂシートとＡｌシートを、銅棒に最
初Ｎｂシートだけ４回巻き付けた後に、ＮｂシートとＡ
ｌシートとを重ねて巻き付けていき、残った長さ分のＮ
ｂシートをさらに巻き付けて、最外層にＮｂシートを数
回巻いて、いわゆるジェリーロールを作製した。これを
銅パイプに挿入し、伸線を行ない、対辺距離が約２ｍ
ｍ、長さ２００ｍｍの六角棒を作製した。これを、外径
７０ｍｍの銅パイプの中に約２５０本詰め、両端を銅製
の蓋で締め、電子ビーム溶接で封止した。このようにし
て得られた超電導ビレットを押出し、伸線加工を繰り返
し、０．８ｍｍまで伸線した。その後、各線材に８００
℃で５時間の熱処理を加え、超電導線を作製した。な
お、伸線の際、熱処理していないＮｂシートを用いた線
材と３５０℃で熱処理をしたＮｂシートを用いた線材
は、断線が多発し、目的の０．８ｍｍのサンプルが得ら
れなかった。

【００７５】このようにして得られた線径０．８ｍｍφ
の超電導線の４．２Ｋ、１２Ｔでの臨界電流密度（Ｊ
ｃ）を測定した。その結果を表２に示す。また、熱処理
後のＮｂシートの結晶粒径および超電導線の作製時の伸
線状況についても、併わせて表２に示す。なお、伸線状
況は、断線が最初に発生する線径を断線サイズとして表
示した。

【００７６】

【表２】

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、伸線加工等の断面積を小さくする加工の加工量を特
に増大させることなく、従来のＮｂ₃Ｘ系超電導線に比
べ、高い臨界電流密度（Ｊｃ）等を有する、特性の優れ
たＮｂ₃Ｘ系超電導線ならびにその製造方法が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う一実施例のＮｂ₃Ａｌ系超電導線
を作製する第１の工程を概略的に示す斜視図である。

【図２】図１に示す工程において作製された線材を概略
的に示す断面図である。

【図３】本発明に従う一実施例のＮｂ₃Ａｌ系超電導線
を作製する第２の工程を概略的に示す斜視図である。

【図４】本発明に従う一実施例のＮｂ₃Ａｌ系超電導線
を作製する第３の工程を概略的に示す斜視図である。

【図５】本発明に従う一実施例のＮｂ₃Ａｌ系超電導線
を作製する第４の工程を概略的に示す斜視図である。

【図６】本発明に従う一実施例のＮｂ₃Ａｌ系超電導多
芯線材を概略的に示す断面図である。

【図７】図６に示す線材を拡大して概略的に示す断面図
である。

【図８】比較例としてのＮｂ₃Ａｌ系超電導多芯線材を
概略的に示す断面図である。

【図９】図８に示す線材を拡大して概略的に示す断面図
である。

【図１０】比較例としてのＮｂ₃Ａｌ系超電導多芯線材
を概略的に示す断面図である。

【図１１】図１０に示す線材を拡大して概略的に示す断
面図である。

【図１２】Ｎｂ−Ａｌ２元系合金状態図である。

【図１３】従来のジェリーロール法によるＮｂ₃Ａｌ系
超電導多芯線の製造方法を概略的に示す工程図である。

【符号の説明】

１Ｎｂ含有シート２Ａｌ含有シート４線材６，１８積層部９六角セグメント１０銅パイプ１１線材１２，２０マトリックス１３線材１６Ｎｂ含有層１７Ａｌ含有層なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】純ＮｂまたはＮｂを含む合金からなる第
１のシートと、前記Ｎｂと反応して超電導性を示す化合
物をつくる金属原子ＸまたはＸを含む合金からなる第２
のシートとを重ね合わせて巻き上げてなる線材であっ
て、前記第１のシートと前記第２のシートとの接触面積が増
加するように、前記第１のシートと前記第２のシートと
の界面が、密にジグザグ形状になるように形成されたこ
とを特徴とする、Ｎｂ₃Ｘ系超電導線材。
【請求項２】マトリックス中に多数の超電導フィラメ
ント線材が埋込まれて構成される超電導多芯線材であっ
て、前記超電導フィラメント線材は、純ＮｂまたはＮｂを含む合金からなる第１のシートと、
前記Ｎｂと反応して超電導性を示す化合物をつくる金属
原子ＸまたはＸを含む合金からなる第２のシートとを重
ね合わせて巻き上げてなる線材であって、前記第１のシートと前記第２のシートとの接触面積が増
加するように、前記第１のシートと前記第２のシートと
の界面が、密にジグザグ形状になるように形成されたこ
とを特徴とする、Ｎｂ₃Ｘ系超電導線材。
【請求項３】前記金属原子Ｘは、Ａｌ、ＳｎおよびＧ
ｅから選ばれる金属である、請求項１または請求項２記
載のＮｂ₃Ｘ系超電導線材。
【請求項４】前記第１のシートに含まれるＮｂは、純
度９９．０％以上であることを特徴とする、請求項１〜
請求項３記載のＮｂ₃Ｘ系超電導線材。
【請求項５】純ＮｂまたはＮｂを含む合金からなる第
１のシートを熱処理する工程と、前記熱処理された第１のシートと、前記Ｎｂと反応して
超電導性を示す化合物をつくる金属原子ＸまたはＸを含
む合金からなる第２のシートとを重ね合わせて巻き上げ
て線材を作製する工程と、前記線材に断面積を小さくする加工を施す工程とを備え
る、Ｎｂ₃Ｘ系超電導線材の製造方法。
【請求項６】前記断面積を小さくする加工が施された
線材を、熱処理する工程をさらに備える、請求項５記載
のＮｂ₃Ｘ系超電導線材の製造方法。
【請求項７】純ＮｂまたはＮｂを含む合金からなる第
１のシートを熱処理する工程と、前記熱処理された第１のシートと、前記Ｎｂと反応して
超電導性を示す化合物をつくる金属原子ＸまたはＸを含
む合金からなる第２のシートとを重ね合わせて巻き上げ
て線材を作製する工程と、前記線材に断面積を小さくする加工を施す工程と、前記加工が施された線材を複数本束ねて筒材中に充填す
る工程と、前記線材が充填された筒材に、さらに断面積を小さくす
る加工を施して多芯線材を作製する工程とを備える、Ｎ
ｂ₃Ｘ系超電導線材の製造方法。
【請求項８】前記第１のシートを熱処理する工程は、
前記第１のシートの結晶組織を再調整し、結晶方位を乱
すのに十分な温度範囲と時間行なわれる、請求項５また
は請求項７記載のＮｂ₃Ｘ系超電導線材の製造方法。
【請求項９】前記第１のシートを熱処理する工程は、
熱処理後の前記第１のシートの結晶粒径が、１０μｍ以
上になるように熱処理する、請求項５または請求項７記
載のＮｂ₃Ｘ系超電導線材の製造方法。
【請求項１０】前記第１のシートを熱処理する工程
は、４００℃〜１３００℃の温度範囲で１時間〜１０時
間程度行なわれる、請求項５または請求項７記載のＮｂ
₃Ｘ系超電導線材の製造方法。
【請求項１１】前記第１のシートを熱処理する工程
は、７００℃〜１１００℃の温度範囲で行なわれる、請
求項５または請求項７記載のＮｂ₃Ｘ系超電導線材の製
造方法。
【請求項１２】純ＮｂまたはＮｂを含むインゴットか
ら、中間焼鈍および冷間加工によって、純ＮｂまたはＮ
ｂを含む合金からなる第１のシートを作製する工程と、前記作製された第１のシートを熱処理する工程と、前記熱処理された第１のシートに、スキンパス程度の軽
い冷間加工を施す工程と、前記冷間加工が施された第１のシートと、前記Ｎｂと反
応して超電導性を示す化合物をつくる金属原子Ｘまたは
Ｘを含む合金からなる第２のシートとを重ね合わせて巻
き上げて線材を作製する工程と、前記線材に断面積を小さくする加工を施す工程とを備え
る、Ｎｂ₃Ｘ系超電導線材の製造方法。