JPS5823110A - Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＴｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ
（ハフニウム）を添加してその特性を改善し九Ｎｂａ　
Ｓｎ複合超電導体の製造法に関する。

超電導線材は電力消費なし釦大電流を流せ、また強磁界
までその超電導状態を保つことが可能々ので、強磁界発
生用電磁石の巻線材として利用されている。現在もっと
も多量に使用されている線材はＮｂにオブ）−Ｔｉ系の
合金線材であるが、その合金線材の発生磁界は約８万５
千ために長尺の実用線材に加工することは困難であった
。近年、表面拡散法および複・合加工法などの拡散を利
用した方法が相次いで発明され、Ｎｂ、Ｓｎにオフ３・
錫）とＶ、Ｇａ（、＜ナジウム３・ガリウム）化合物の
線材化が可能となり実用に供せられるようになった。表
面拡散法とは、例えばＮｂ５Ｓｎ化合物線材の場合Ｎｂ
テープを溶融ｆ３ｎ浴中を連続的（（通過させてテープ
表面にＳｎを付着させた後、適当な温度で熱処理して隅
とＳｎを拡散反応させテープ表面ＫＮｂ、Ｓｎ化合物層
を生成させる方法である。複合加工法とは、例えばＮｂ
芯とＣｕ（銅）−３ｎ固溶合合体（マトリックス）とを
複合一体化した後加工、熱処理してＣｕ−３ｎ合金中の
、９ｎのみを選択的に隅と反応させて、Ｎｂ５Ｓｎ化合
物層を境界面に生成させる方法で、固体拡散法の一種で
ある。複合加工法の場合Ｎｂ芯およびＣｕ−８ｎ固溶合
金体はともに十分な打型性を有するため、熱処理を施す
以前１ｃ要求される線、テープ、管勢の任意の形状に容
易に加工が可能である。さらに、Ｃｕ　７８　ｎ合金マ
トリックス中に多数のＮｂ棒を埋め込んで細線加工する
ことによシ、速い磁界変化に対して安定な極細多芯形式
の線材とすることができる。このような表面拡散法およ
び複合加工法にょシ作製されたＮ　ｂ　＊　Ｓ　ｎある
いはＶｓＧａ化合物線材はすでに物性研究用などの小型
強磁界マグネットとして利用されている。

一方、近年、核融合炉用、高エネルギー貯蔵用、超電導
発電機用等の大型強磁界マグネットの開発が進められて
おシ、これらに使用される超電導線材として１２Ｔ以上
の強磁界領域におい超電導マグネットを作製することは
困難であった。一方、ｖｓａａ化合物線材はＮｂ、ｓｎ
に比較して強磁界特性がすぐれているが、材料の価格が
かなり為価なため、線材を大量に使用する大型設備に関
しては有利と云えず、むしろ少量の合金元素添加によシ
強磁界特性を改善した複合加工Ｎｂ、Ｓｎ線材を使用す
る方が得策である０本発明者らはさきに、ＮｂにＨｆあ
るいはＴｉを固溶した２元合金芯と、Ｃｕ−８ｎ　Ｚ元
合金あるいはそれにＱａまたはＡＬ（アルミニウム）を
添加した３元Ｃｕ基合金体との複合加工によシ、強磁界
中の超電導特性が顕著に改善されたＮｂ５８ｎ化合物線
材を製造する方法を発明した（特許１０３７０６４．及
び特願昭５５−１２８５５１　）。この場合、Ｎｂ芯お
よびＣｕ−８ｎ合金中の添加金属はＮｂ５ｓｎ化合物の
拡散生成を促進するとともに、一部が化合物層内に固溶
しその強磁界中での超電導特性を高める作用を有する。

しかしながら、極めて細いＮｂ芯をもつ極細多芯線を加
工する場合、Ｎｂ芯の加工性の良いことがとくにに振で
あり、そのためＮｂ芯に添加し得る■ｌｆ＋Ｔｌの量に
は限度があシ、したがって、特性改善にも限界があった
。

本発明は、この１問題点を解決しようとするものでその
目的は強磁界特性が優れ、且つ極細多芯線への加工も容
易なＮｂ、　８１１１１合超亀導体の製造法を提供する
にある。

本発明者は前記目的を達成すべく研究の結果、Ｃｕ−Ｓ
ｎマトリックス合金中にＴｔ、ＺｒｔＨｆを含有させる
と強磁界特性が改善されること、そして極細多芯線への
加工を容易にするためには、隅と複合体を作るＣｕ基合
金体として錫と１ｌｌｉ、ｚｒ　。

Ｈｔの１種または２種以上を一定量含有させたものを使
用することにより解決し得られることを究明し得、本発
明を完成した。

本発明は、Ｎｂ芯とＣｕ基合金体を複合し、押出し、圧
延、線引あるいは管引等の方法によシ長尺の線状に加工
したのち、熱処理によシ複合体境界面にＮｂｓ　Ｓｎ超
電導化合物を生成させる複合加工法によるＮｂ５８ｎ線
材の製造法において、Ｃｕ基合金体としてＳｎの＃１か
にＴｔ　、　Ｚｒ　＊　Ｈ’のうち１種又社２種以上の
元素を合計で０．１〜８原子係の範囲内で添加すること
を特徴とする。さらにＮｂ１ の代シに、ＮｂＫＴｉ　、　Ｚｒ　、　Ｈｆのうち１種
の元素を０．１〜１５原子−添加した励合金芯を用いて
もよい。Ｃｕ基合金中のｉ９ｎ濃度は１〜１５原子優の
範囲内にあることが必要で、１原子−以下では熱処理の
際Ｎｂｓ　Ｓｎの生成がきわめて遅くなるとともに、そ
の超電導特性も著しく劣化する。又１５原子優以上では
Ｃｕ基合金の加工性を著しくそこなう。とくに望ましい
範囲は５〜９原子ヂである。

（’ｕ基合金に添加きれる元素はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆのう
ち１種または２種以上であシ、それぞれ０．１〜８原子
係、０，１〜５原子チ、０．１〜５原子慢または合計し
て０．１〜８原子係の範囲でＣｕ−Ｓｎ合全中に含有す
るものである。最小濃度以下では添加の効果が現われず
、最大濃度以上では、Ｃｕ基合金マトリックスの加工性
をそこなうほか、Ｎｂｓ　Ｓｎの超電導特性を低下させ
る。Ｔｉ　、　７．ｒ　Ｊ（ｆを合計して０．５〜３原
子優がとくに望ましい範囲である。一方、Ｎｂ芯に添加
する元素はＴｉ、Ｚｒ、）（ｆのうちいずれか１ｆｌｉ
の元素であ６Ｎｂ中に０．１〜１５原子優の範囲内にな
ければならない。添加量が０．１原子憾以下では添加の
効果逅なく、また、１５原子嘩以上では超電導特性が劣
化する＃デか、Ｎｂ芯の加工性を著しくそこなう。とく
に望ましい添加量の範囲は０．５〜５原子優である。Ｎ
ｂ、　ｉ９ｎ化合物を生−となるはか、Ｎｂ、　Ｓｎの
結晶粒が粗大化し、超電導輯性が低下する。また、Ｎｂ
、Ｓｎを生成させる反応熱処理の前に、加工された複合
材の表面に電気メッキ、溶融メッキ、真空蒸着等の方法
によ１）ｆ３ｎを被覆してもよい。これＫよＪ）Ｓｎを
マトリックス中に拡散させ、マトリックス内の３ｎ濃度
を高め得られる。その際のＳｎ量はＣｕ基合金マトリッ
クスの０．１〜５０体積チ体積当で、０，１体積チリ下
では超電導特性の改善に効果がなく、また、５０体積チ
以上ではＮｂ、　Ｓｎ以外の化合物層が生成して好まし
くない。さらにｆ３ｎを被覆した後Ｎｂｓ　Ｓｎを生成
させる熱処理の前に（’ｕ−ｊ９ｎ合金中への合金金図
る目的で１００−６５０℃において予備熱処理を行って
龜良い。さらに、Ｎｂ５Ｓｎを生成させる反応熱処理の
後、Ｃｕ基合金体の゛機械的強度を増すための時効熱処
理を施すことが望ましい。

その場合の温度範囲は２００〜６００℃が適当で、２０
０℃以下または６００℃以上ではそれぞれＣｕ基合金体
を強化させる効果がない。

本発明においてＣｕ基合金体に添加されたＴｉ。

Ｚｒ、ＨｆはＮｂ、　Ｓｎを生成させる熱処理の除に、
廣−化合物層中に固溶し、Ｎｂｓ　Ｓｎ化合物の超電導
性って強磁界で使用可能とし機器の安全、信頼性の向上
を含めてその経済的並びに技術的効果はきわめて大きい
。Ｃｕ基合金中のｒｔ　、　ｚｒ　、　■Ｈの拡散速度
はＮｂ芯中におけるよシもはるかに速く容易にＮｂ富Ｓ
ｎ化合物に供給され固溶するので、Ｎｂ芯のみにＴｉ等
を添加した場合よシも添加量を少なくしても特性の改善
かえられる。

極細多芯線を加工する場合芯材の加工性が良いか悪いか
は実用上極めて重要であるが本発明のように純Ｎｂ芯ま
たは、’ｌ’ｉ、Ｚｒ、）ｉｆの添加量の少ない合金芯
を用いることＫよって芯の加工性を向上させられること
は実用上特に有利である。

例えばＮｂ−１０原子ＩＨｆ合金芯を用いた極細多芯線
の加工では芯径２０ｐｍまでは芯材の切断がなかったが
５趣に到ると各所に芯材の切断個所を生じ、特性の低下
を来九した。これに対し、純摘芯またはＮｂ−２原子％
Ｈｆ合金芯を用いた場合には芯径５１％までの沖線加工
に何らの支障も生じなかった。’Ｊ’、ｉ、Ｚｒ、）ｉ
ｆのＣｕ基合金マトリックスへの添加はＳｎの拡散を促
進しＮｂ＊　ｓｎの生成速度を高めるが、加工材の表面
に３ｎを被覆しＳｎを追加を生成させる熱処理を行った
後時効熱処理を行うことによｐ、Ｃｕ基合金中に残存し
たＴｉ、ｚｒｓＨｆの作用で時効硬化するために、Ｃｕ
基基金合金マトリックス耐応力特性を向上させることが
出来る。核融合炉等の大型マグネットでは巻線材に強い
電磁応力が加わることが予想され、耐応力特性の優れた
巻線材が必要とされるが、本発明はこの点においても著
しく効果がある。

実施例ｌ Ｃｕ−７原子＄Ｓｎ、Ｃｕ−７原子％８ｎ−１原子嗟Ｔ
ｉ、Ｃｕ−７原子ｌ５ｎ−０，５原子％ｚｒ、Ｃｕ−７
原子％８ｎ−１原子％　Ｈｆ　、及びＣｕ−７原子９６
８１１−１原子ａｓ　Ｔｉ−ａｓ原子ＩＨｆの４種のＯ
基合金体をグラファイトるつぼを用いタンマン溶解炉に
て溶製した。各Ｃｕ基合金体はスェージング、機械加工
等によシ外径７■内径３５■の合金管とした。この中に
挿丸棒を挿入した複合体を溝ロール及び線引加工によシ
外径０．５−の丸線に加工し、アルゴンガス雰囲気中で
７５０℃で５０時間の熱処理を行に示す、Ｃｕ基合金マ
トリックスへの’ｌ”ｉ　、　ｚｒ　、　Ｈｌの参考例
に示した挿芯のみに４原子・チのＴｉを添−第　　　　
　１　　　　　表 実施例２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　ニオブまたはこれにチタン、ジルコニウム、・・
   ７ニウムのいずれか１種を０．１〜１５原子チ含有させ
   たニオブ合金体と、銅基合金体とより成る複合体を作シ
   、該複合体を押出し、線引き、圧延あるいは管引き等に
   よシ線、テープあるいは管等の所望の形状に加工した後
   、該複合加工材を６００〜９００℃で反応熱処理を行な
   い複合体境界面に１ＩＪｂ、Ｓｎ超電導化合物を生成さ
   せる方法において、銅基合金体として錫１〜１５原子優
   を含み、さらにチタン０．１〜８原子優、ジルコニウム
   ０．１〜５原子係、ハフニウム０１〜５原子優のうち１
   種または２種以上を合計で０．１〜８原子チ含有せしめ
   た銅基合金を用いることを特徴とするＮｂ＃　Ｓｎ複合
   超電導体の製造法。 ２）　反応熱処理を行った後、さらに２００〜６００℃
   で時効熱処理を行なう特許請求の範凹第１項記載のＮｂ
   ｓ　１９ｎ複合超電導体の製造法。 ３）　ニオブまたはこれにチタン、ジルコニウム、ハフ
   ニウムのいずれか１種を０，１〜１５原子幅含有させた
   ニオブ合金体と、銅基合金体とよシ成る複合体を作り、
   該複合体を押出し、線引き、圧延あるいは管引き等によ
   シ、線、テープあるいは管等の所望の形状に加工した後
   、該複合加工材を６００〜９００℃で反応熱処理を行な
   い複合体境界面にＮｂ、Ｓｎ超電導体化合物を生成させ
   る方法において、前記反応熱処理を行なう前に、ニオブ
   またはニオブ合金体と銅基合金体との複合加工材の表面
   に、銅基合金体の０．１〜５０体積優の錫を被覆すると
   共に、銅基合金として錫１〜１５原子優を含み、さらに
   チタン０．１〜８原子優、ジルコニウム０、１〜５１Ｑ
   ＋俤、ハフニラＡ　Ｏ，１〜５原子優の１種または２種
   以上を金側で０．１〜８原子係含有せしめた銅基台金を
   用いる仁とを特徴とするＮｂ５Ｓｎ複合超電導体の製造
   法・４）　反応熱処理を行なった後、さらに２００−６
   ００ｔ：で時効熱処理を行なう特許請求の範囲第３項記
   載のＮｂ、　Ｓｎ複合超電導体の製造法。