JPS60170113A - Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法 - Google Patents
Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法Info
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- JPS60170113A JPS60170113A JP59024703A JP2470384A JPS60170113A JP S60170113 A JPS60170113 A JP S60170113A JP 59024703 A JP59024703 A JP 59024703A JP 2470384 A JP2470384 A JP 2470384A JP S60170113 A JPS60170113 A JP S60170113A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は高磁界で使用するＮｂ３Ｓｎ系超電導線の製造
方法に関するものである。
方法に関するものである。
核融合装置、加速器、高エネルギー物理実験装置などの
高磁界が要求される各種機器に対して超電導材料が不可
欠な材料として使用されているが、核融合などの高性能
化が進められている分野では、１０Ｔ （テスラ）以上
の高磁界において臨界電流特性に優れかつ信頼性が高い
線材が要求されている。
高磁界が要求される各種機器に対して超電導材料が不可
欠な材料として使用されているが、核融合などの高性能
化が進められている分野では、１０Ｔ （テスラ）以上
の高磁界において臨界電流特性に優れかつ信頼性が高い
線材が要求されている。
従来高磁界で使用される代表的なＮｂ３Ｓｎ化合物超電
導線としては、第１図に示すＮｂ基金属層（１）とＣｕ
−Ｓｎ合金層（２）からなる構成体を断面縮小加工し
、最終工程でＮｂ表面にＮｂ３Ｓｎを形成する方法があ
るが、これに対して、第三元素を添加しＮｂ３Ｓｎ生成
に関与させてＮｂ３Ｓｎ層の上部臨界磁界を向上させた
り、あるいは液体ヘリウム温度におけるＮｂ３Ｓｎのマ
ルテンサイト変態を抑制して高磁界における臨界電流密
度を改善する試みがなされている。即ち、Ｎｂ３Ｓｎに
添加する第三元素としてＴｉを例にとれば、ＮｂとＴｉ
の二元合金をアーク溶解等により溶製し、このＮｂ −
Ｔｉ合金棒とＣｕ −Ｓｎ合金を一体として断面縮小加
工を施し、最終形状で化合物生成熱処理を行ういわゆる
ブロンズ法によって第三元素を含むＮｂ３Ｓｎｂ化合物
超蜜導線の製造方法が知られている。
導線としては、第１図に示すＮｂ基金属層（１）とＣｕ
−Ｓｎ合金層（２）からなる構成体を断面縮小加工し
、最終工程でＮｂ表面にＮｂ３Ｓｎを形成する方法があ
るが、これに対して、第三元素を添加しＮｂ３Ｓｎ生成
に関与させてＮｂ３Ｓｎ層の上部臨界磁界を向上させた
り、あるいは液体ヘリウム温度におけるＮｂ３Ｓｎのマ
ルテンサイト変態を抑制して高磁界における臨界電流密
度を改善する試みがなされている。即ち、Ｎｂ３Ｓｎに
添加する第三元素としてＴｉを例にとれば、ＮｂとＴｉ
の二元合金をアーク溶解等により溶製し、このＮｂ −
Ｔｉ合金棒とＣｕ −Ｓｎ合金を一体として断面縮小加
工を施し、最終形状で化合物生成熱処理を行ういわゆる
ブロンズ法によって第三元素を含むＮｂ３Ｓｎｂ化合物
超蜜導線の製造方法が知られている。
しかしながら、この方法では重量比で１０〜１４％Ｓｎ
を含むＣｕ −Ｓｎ合金を必要とするが、この合金は加
工性に優れた均質な鋳塊に溶製することが非常に難しく
、かつ製造コストが高くなり、また、線材の断面縮小工
程における加工硬化が顕著であるため、工程中の中間焼
鈍を数十回以上も必要とすること、およびこの中間焼鈍
時にもその処理毎にＮｂフィラメント表面にＮｂ３Ｓｎ
を形成するため＋ Ｎｂフィラメントが細径化するに伴
って局部変形を生じ易くなり、最終線径におけるＮｂ３
Ｓｎフィラメントの断線の発生率が高くなるなどの欠点
がある。
を含むＣｕ −Ｓｎ合金を必要とするが、この合金は加
工性に優れた均質な鋳塊に溶製することが非常に難しく
、かつ製造コストが高くなり、また、線材の断面縮小工
程における加工硬化が顕著であるため、工程中の中間焼
鈍を数十回以上も必要とすること、およびこの中間焼鈍
時にもその処理毎にＮｂフィラメント表面にＮｂ３Ｓｎ
を形成するため＋ Ｎｂフィラメントが細径化するに伴
って局部変形を生じ易くなり、最終線径におけるＮｂ３
Ｓｎフィラメントの断線の発生率が高くなるなどの欠点
がある。
このようなブロンズ法に第三元素を添加する方法の欠点
を改善するためにＣｕ管材中にＮｂ棒を配置し断面縮小
加工を行って細線化し、これを再び集束してＣｕ容器内
に封入し、中空押出しまたは押出し後穿孔によって中空
部を有するＣｕ −Ｎｂ複合金管材製作し、しかる後に
中空部にＳｎを充填し、この集合体を一体化して断面縮
小加工を行い、最終形状で熱処理を施し、Ｎｂの表面に
Ｎｂ３Ｓｎを形成する内部拡散法が提案され、またこの
方法に対して、ＣｕにかえてＣｕ −Ｔｉ合金を使用す
る方法も行われている。
を改善するためにＣｕ管材中にＮｂ棒を配置し断面縮小
加工を行って細線化し、これを再び集束してＣｕ容器内
に封入し、中空押出しまたは押出し後穿孔によって中空
部を有するＣｕ −Ｎｂ複合金管材製作し、しかる後に
中空部にＳｎを充填し、この集合体を一体化して断面縮
小加工を行い、最終形状で熱処理を施し、Ｎｂの表面に
Ｎｂ３Ｓｎを形成する内部拡散法が提案され、またこの
方法に対して、ＣｕにかえてＣｕ −Ｔｉ合金を使用す
る方法も行われている。
この内部拡散法では、集合体が加工性に優れた金属で構
成されるため、ブロンズ法と異なり中間焼鈍を必要とし
ないために、後の冷間加工性を害する中間焼鈍工程にお
けるＮｂフィラメント表面のＮｂ３Ｓｎの生成を生ずる
ことなく、第三元素としてのＴｉ添加の効果を発生させ
ることができる。しかし、この方法においても、上記の
種々の用途に使用する極細多心線の製作に対しては、Ｃ
ｕ基材としてＣｕ−Ｔｉ合金を使用するため、Ｎｂに被
覆するＣｕ −Ｔｉ管材の製作が必要となり、工業的に
入手し易い無酸素鋼管材に対して工業的な製造コストが
増加することや、Ｃｕ−Ｔｉ合金のＴｉ含有量が重量比
で４％近くなると加工硬化が著しく、強度の成形加工を
行う際に支障となる場合があるなどの不都合な点があっ
た。
成されるため、ブロンズ法と異なり中間焼鈍を必要とし
ないために、後の冷間加工性を害する中間焼鈍工程にお
けるＮｂフィラメント表面のＮｂ３Ｓｎの生成を生ずる
ことなく、第三元素としてのＴｉ添加の効果を発生させ
ることができる。しかし、この方法においても、上記の
種々の用途に使用する極細多心線の製作に対しては、Ｃ
ｕ基材としてＣｕ−Ｔｉ合金を使用するため、Ｎｂに被
覆するＣｕ −Ｔｉ管材の製作が必要となり、工業的に
入手し易い無酸素鋼管材に対して工業的な製造コストが
増加することや、Ｃｕ−Ｔｉ合金のＴｉ含有量が重量比
で４％近くなると加工硬化が著しく、強度の成形加工を
行う際に支障となる場合があるなどの不都合な点があっ
た。
この発明は上記の従来法の欠点を改良する目的でなされ
たもので、Ｎｂ基金属層とＳｎ基金属層の周辺にＣｕ基
金属層を配置した構成体を一体として断面縮小加工を施
し、最終断面形状で熱処理を行うことによってＮｂ３Ｓ
ｎ系超電導線を製造する内部拡散法において、Ｎｂ基金
属層としてＨｆ、 Ｔａ、 Ｔｉ、 Ｚｒのうちいずれ
か１種以上の元素を０．１から２０重量パーセント含有
するＮｂ合金を使用することにより、高磁界特性に優れ
、しかも工業的な信頼性に優れた超電導線を製造できる
Ｎｂ３Ｓｎ系超電導線の製造方法を提案するものである
。
たもので、Ｎｂ基金属層とＳｎ基金属層の周辺にＣｕ基
金属層を配置した構成体を一体として断面縮小加工を施
し、最終断面形状で熱処理を行うことによってＮｂ３Ｓ
ｎ系超電導線を製造する内部拡散法において、Ｎｂ基金
属層としてＨｆ、 Ｔａ、 Ｔｉ、 Ｚｒのうちいずれ
か１種以上の元素を０．１から２０重量パーセント含有
するＮｂ合金を使用することにより、高磁界特性に優れ
、しかも工業的な信頼性に優れた超電導線を製造できる
Ｎｂ３Ｓｎ系超電導線の製造方法を提案するものである
。
以下、本発明の実施例、を図について説明する。
・ 第２図はこの発明の一実施例における複合棒の断面
図、第３図は構成体の断面図である。まず、第２図に示
すように、直径０．４ｎ＋ｍの・Ｎｂ−３重量パーセン
トＴｉ合金心線１２００本からなるＮｂ基金属層（１）
を、母相であるＣｕ基金属層（３）に埋設した外径２５
ｍｍ、内径９ｍ＋ｉの複合多心チューブの中央の中空部
に直径８．８ｍｍのＳｎ棒からなるＳｎ基金属層（４）
を挿入配置し、この複合棒の外周にＴａチューブからな
る拡散障壁（５）を介してＣｕチューブからなる安定化
金属層（６）を被せて、第３図に示すような構成体とす
る。この複合した構成体を一体として冷間の引抜加工を
行い、直径０．５ｍｍに伸線した。この引抜加工工程に
おいては、とくに中間焼鈍を施さなくても伸線は容易で
あり、全工程にわたって全く断線することなく良好な加
工性が確認された。次にこの線材を７５０℃で５０時間
熱処理することによってＮｂ３Ｓｎ化合物を生成させた
。
図、第３図は構成体の断面図である。まず、第２図に示
すように、直径０．４ｎ＋ｍの・Ｎｂ−３重量パーセン
トＴｉ合金心線１２００本からなるＮｂ基金属層（１）
を、母相であるＣｕ基金属層（３）に埋設した外径２５
ｍｍ、内径９ｍ＋ｉの複合多心チューブの中央の中空部
に直径８．８ｍｍのＳｎ棒からなるＳｎ基金属層（４）
を挿入配置し、この複合棒の外周にＴａチューブからな
る拡散障壁（５）を介してＣｕチューブからなる安定化
金属層（６）を被せて、第３図に示すような構成体とす
る。この複合した構成体を一体として冷間の引抜加工を
行い、直径０．５ｍｍに伸線した。この引抜加工工程に
おいては、とくに中間焼鈍を施さなくても伸線は容易で
あり、全工程にわたって全く断線することなく良好な加
工性が確認された。次にこの線材を７５０℃で５０時間
熱処理することによってＮｂ３Ｓｎ化合物を生成させた
。
上記の方法によって作成した線材の液体ヘリウム温度（
４，２Ｋ ）における臨界電流密度（Ｊｃ）を測定し、
印加磁界の関数として第４図の曲線Ａに示し □た。ま
た比較のために、Ｎｂ基金属層（１）としてＮｂ−Ｔｉ
合金にかえてＮｂ心線を使用し、Ｎｂ基金属層（１）の
周辺に配置するＣｕ基金属層（３）として無酸素銅（Ｏ
ＦＧ）を使用した同一断面構成の従来の方法による線材
を作成し、同一熱処理条件で熱処理した線材の特性につ
いても臨界電流密度（Ｊｃ）の測定を行って第４図の曲
線Ｂに示した。この結果によれば、本発明の方法により
Ｎｂ−Ｔｉ合合金粉用いて作成したＮｂ３Ｓｎ化合物超
電導線は従来のＮｂ心線を用いたＮｂ３Ｓｎ化合物線材
と比較してＩＯＴ以上の高磁界において高い臨界電流密
度を示し、１２Ｔにおける安定化銅を除く部分の臨界電
流密度（Ｊｃ）を比較すると、従来方法によるＮｂ３Ｓ
ｎ線材が４９５Ａ／ｍｍ２であるのに対し、本発明の方
法による線材では５９２Ａ／ｍｍ”を示し、優れた高磁
界における特性が確認された。
４，２Ｋ ）における臨界電流密度（Ｊｃ）を測定し、
印加磁界の関数として第４図の曲線Ａに示し □た。ま
た比較のために、Ｎｂ基金属層（１）としてＮｂ−Ｔｉ
合金にかえてＮｂ心線を使用し、Ｎｂ基金属層（１）の
周辺に配置するＣｕ基金属層（３）として無酸素銅（Ｏ
ＦＧ）を使用した同一断面構成の従来の方法による線材
を作成し、同一熱処理条件で熱処理した線材の特性につ
いても臨界電流密度（Ｊｃ）の測定を行って第４図の曲
線Ｂに示した。この結果によれば、本発明の方法により
Ｎｂ−Ｔｉ合合金粉用いて作成したＮｂ３Ｓｎ化合物超
電導線は従来のＮｂ心線を用いたＮｂ３Ｓｎ化合物線材
と比較してＩＯＴ以上の高磁界において高い臨界電流密
度を示し、１２Ｔにおける安定化銅を除く部分の臨界電
流密度（Ｊｃ）を比較すると、従来方法によるＮｂ３Ｓ
ｎ線材が４９５Ａ／ｍｍ２であるのに対し、本発明の方
法による線材では５９２Ａ／ｍｍ”を示し、優れた高磁
界における特性が確認された。
本発明のＮｂ基金属層（１）に添加して高磁界における
臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させうる元素としては、上
記実施例におけるＴｉに限るものではなく、Ｈｆ、 Ｔ
ａ、 Ｚｒなどの元素もＴｉ添加と同様の効果が得られ
る。さらにＮｂ基金属層（１）に添加するＨｆ、 Ｔａ
、Ｔｉ、 Ｚｒなどの元素の添加量に関しては、重量比
において０．１パ一セント未満では高磁界における臨界
電流密度の改善効果が認められず、また１重量比が２０
パーセントを越えた場合には、添加量を増加してもさら
に電流特性が向上することはなく、かえって伸線時の加
工硬化が著しくなり、線材の製造時の不都合を生じ易い
６ 上記実施例においては安定化金属層（６）へのＳｎなど
の金属元素の拡散障壁（５）としてＴａを使用したが、
この他にもＮｂを使用しても同様の効果が得られ、また
上記実施例では安定化金属としてＣｕを使用しているが
、この他に高い純度のＡｇやＡｌが使用できる。
臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させうる元素としては、上
記実施例におけるＴｉに限るものではなく、Ｈｆ、 Ｔ
ａ、 Ｚｒなどの元素もＴｉ添加と同様の効果が得られ
る。さらにＮｂ基金属層（１）に添加するＨｆ、 Ｔａ
、Ｔｉ、 Ｚｒなどの元素の添加量に関しては、重量比
において０．１パ一セント未満では高磁界における臨界
電流密度の改善効果が認められず、また１重量比が２０
パーセントを越えた場合には、添加量を増加してもさら
に電流特性が向上することはなく、かえって伸線時の加
工硬化が著しくなり、線材の製造時の不都合を生じ易い
６ 上記実施例においては安定化金属層（６）へのＳｎなど
の金属元素の拡散障壁（５）としてＴａを使用したが、
この他にもＮｂを使用しても同様の効果が得られ、また
上記実施例では安定化金属としてＣｕを使用しているが
、この他に高い純度のＡｇやＡｌが使用できる。
なお、Ｎｂ基金属層として伸線加工の制限を受けない範
囲でＨｆ、 Ｔａ、 Ｔｉ、 Ｚｒなどのうち少なくと
も１種以上の元素を添加した合金を使用する本発明の製
造方法は、他の第三元素をＳｎ基金属層に同時に添加し
高磁界の電流特性をより向上させる特願昭５８−２０６
９３３号発明に比べて、従来の内部拡散法におけるＮｂ
基金属層を単にＩｆ、 Ｔａ、 Ｔｉ、 Ｚｒなどの１
種以上の元素を添加したＮｂ基合金層を使用するだけで
、工業的により簡単な手段により高磁界における優れた
特性が得られる。
囲でＨｆ、 Ｔａ、 Ｔｉ、 Ｚｒなどのうち少なくと
も１種以上の元素を添加した合金を使用する本発明の製
造方法は、他の第三元素をＳｎ基金属層に同時に添加し
高磁界の電流特性をより向上させる特願昭５８−２０６
９３３号発明に比べて、従来の内部拡散法におけるＮｂ
基金属層を単にＩｆ、 Ｔａ、 Ｔｉ、 Ｚｒなどの１
種以上の元素を添加したＮｂ基合金層を使用するだけで
、工業的により簡単な手段により高磁界における優れた
特性が得られる。
以上説明してきたように、本発明によれば、Ｎｂ基金属
層にＨｆ、 Ｔａ、 ＴｉおよびＺｒの１種以上を含有
するＮｂ合金を使用するという簡単な構成により、１０
Ｔ以上の高磁界における臨界電流特性と信頼性に優れた
超電導線材を工業的に安定に製造することが可能となり
、核融合装置や高エネルギー物理関連装置の高磁界マグ
ネットなどに床机に利用することができる。
層にＨｆ、 Ｔａ、 ＴｉおよびＺｒの１種以上を含有
するＮｂ合金を使用するという簡単な構成により、１０
Ｔ以上の高磁界における臨界電流特性と信頼性に優れた
超電導線材を工業的に安定に製造することが可能となり
、核融合装置や高エネルギー物理関連装置の高磁界マグ
ネットなどに床机に利用することができる。
第１図は従来のブロンズ法による線材の断面図、第２図
は本発明の一実施例における複合棒の断面図、第３図は
構成体の断面図、第４図は４．２Ｋにおける印加磁界と
臨界電流密度の関係を示す特性図で、曲線Ａは本発明に
よる線材の特性、曲線Ｂは従来の内部拡散法による線材
の特性を示す。 図において、（１）はＮｂ基金属層、（２）はＣｕ−Ｓ
ｎ合金層、（３）はＣｕ基金属層、（４）はＳｎ基金属
層、（５）は拡散障壁、（６）は安定化金属層をそれぞ
れ示す。 代理人大岩増雄 第１図 第３図 第２図 第４図 石弘 界（Ｔ）
は本発明の一実施例における複合棒の断面図、第３図は
構成体の断面図、第４図は４．２Ｋにおける印加磁界と
臨界電流密度の関係を示す特性図で、曲線Ａは本発明に
よる線材の特性、曲線Ｂは従来の内部拡散法による線材
の特性を示す。 図において、（１）はＮｂ基金属層、（２）はＣｕ−Ｓ
ｎ合金層、（３）はＣｕ基金属層、（４）はＳｎ基金属
層、（５）は拡散障壁、（６）は安定化金属層をそれぞ
れ示す。 代理人大岩増雄 第１図 第３図 第２図 第４図 石弘 界（Ｔ）
Claims (4)
- （１） Ｎｂ基金属層とＳｎ基金属層の周辺にＣｕ基金
属層を配置した構成体を一体として断面縮小加工を施し
、最終断面形状で熱処理することによって’Ｎｂ３Ｓｎ
系超電導線を製造する方法において、Ｎｂ基金属層にＨ
ｆ、 Ｔａ、 Ｔｉ、およびＺｒから選ばれる１種以上
の元素を０．１から２０重量パーセント含有するＮｂ合
金を使用することを特徴とするＮｂ３Ｓｎ系超電導線の
製造方法。 - （２）構成体がその周辺に拡散障壁を介して安定化金属
層を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のＮｂ３Ｓｎ系超電導線の製造方法。 - （３）拡散障壁がＮｂ系金属またはＴａ系金属であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のＮｂ３Ｓｎ
系超電導線の製造方法。 - （４）安定化金属層がＣｕ、 ＡＩまたはＡｇであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項記載
のＮｂ５Ｓ、ｎ系超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024703A JPS60170113A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024703A JPS60170113A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60170113A true JPS60170113A (ja) | 1985-09-03 |
| JPH0350368B2 JPH0350368B2 (ja) | 1991-08-01 |
Family
ID=12145536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59024703A Granted JPS60170113A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60170113A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007509466A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-04-12 | オックスフォード スーパーコンダクティング テクノロジー | Ｔｉソース・ロッドを用いて（Ｎｂ，Ｔｉ）３Ｓｎワイヤを製造するための方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5785944A (en) * | 1980-09-18 | 1982-05-28 | Kernforschungsz Karlsruhe | Ultra-conductive wire based on bronze- nb3sn and production thereof |
| JPS6097514A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | 株式会社東芝 | 複合超電導線の製造方法 |
| JPS60100307A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-04 | 三菱電機株式会社 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
-
1984
- 1984-02-13 JP JP59024703A patent/JPS60170113A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5785944A (en) * | 1980-09-18 | 1982-05-28 | Kernforschungsz Karlsruhe | Ultra-conductive wire based on bronze- nb3sn and production thereof |
| JPS6097514A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | 株式会社東芝 | 複合超電導線の製造方法 |
| JPS60100307A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-04 | 三菱電機株式会社 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007509466A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-04-12 | オックスフォード スーパーコンダクティング テクノロジー | Ｔｉソース・ロッドを用いて（Ｎｂ，Ｔｉ）３Ｓｎワイヤを製造するための方法 |
| JP4728245B2 (ja) * | 2003-10-17 | 2011-07-20 | オックスフォード スーパーコンダクティング テクノロジー | Ｔｉソース・ロッドを用いて（Ｎｂ，Ｔｉ）３Ｓｎワイヤを製造するための方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0350368B2 (ja) | 1991-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |