JPS60422B2 - Nb↓3Sn複合加工材の製造法 - Google Patents

Nb↓3Sn複合加工材の製造法

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JPS60422B2
JPS60422B2 JP55128550A JP12855080A JPS60422B2 JP S60422 B2 JPS60422 B2 JP S60422B2 JP 55128550 A JP55128550 A JP 55128550A JP 12855080 A JP12855080 A JP 12855080A JP S60422 B2 JPS60422 B2 JP S60422B2
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恭治 太刀川
稔久 浅野
孝夫 竹内
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は珪素あるいは更にガリウムまたはアルミニウム
を添加して特性の改善された強磁界発生用NはSn複合
加工材の製造法に関する。
超電導線材は電力消費なしに大電流を流せ、また強磁界
までその超電導状態を保つことが可能なので、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村は、Nb−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
万5千ガウス(8.5テスラ:8.5T)が限度であり
、これ以上の強磁界を発生させるためには、上部臨界磁
界(Hc2)の高い化合物系超電導体を用いる必要があ
る。しかし、化合物特有の可塑性に欠ける点が実用化に
際しての大きな障害となっていた。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開
発され、Nb3SnとV3Ga化合物の線村化が可能と
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Nbテーープを溶融錫(Sn)裕中に連続的に通
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NbとSnを拡散反応させテープ表面にN
b3Sn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と銅(Cu)−Sn固溶合金体とを複
合一体化した後加工、熱処理してCu−Sn合金中のS
nのみを選択的にNbと反応させて、Nb3Sn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。NbおよびCu−Sn固溶合金体はともに十分な可
塑性を有するため、熱処理を施す以前に複合体のまま要
求される線、テープト管等の任意の形状に容易に加工が
可能である。さらに、Cu−Sn合金マトリックス中に
多数のNb棒を埋め込んで紬線加工することにより、遠
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
より作製されたNb3SnあるいはV30a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
発が進められており、これらに使用される超電導線材と
して15T以上の強磁界領域において大きい臨界電流(
lc)をもち、しかも遠い磁界変化に対して安定な化合
物極細多芯線の実用化が急がれている。
しかし、従来の純NbとCu−Sn2元合金との複合体
から作製したN広Sn化合物線材の臨界電流(lc)は
、lOT以上の磁界で急速に低下し、この線材によって
は12r以上の磁界を発生し得る超電導マグネットを作
製することは困難であった。一方、V30a化合物線材
は強磁界特性がN広Snよりもすぐれているが、材料の
価格がNGSnよりかなり高価であるため、線材を大量
に使用する大型設備に関しては、強磁界特性を少量の合
金元素添加により改善したNQSn線材を使用する方が
得策である。最近、Nbにハフニウム(Hf)を固溶さ
れた2元合金体と、Cu−Sn2元合金あるいはそれに
GaまたはAIを添加した3元Cu基合金体とを複合一
体化したのち加工、熱処理して強磁界中の超電導特性が
顕著に改善されたNb3Sn化合物線材を製造する方法
が開発された(特願昭53−112191)。Nb合金
中のHfはNb3Sn相内に固溶してN広Sn層の拡散
生成速度を著しく増大させてNb3Sn層の厚さを増加
しlcを増大させる。また、Cu−Sn合金中に添加さ
れたGaまたはAIもSnとともにNO合金体内に拡散
して「生成されるN広Sn相内に固溶しそのHc2を高
める。このようにしてHf、あるいはHfおよびGaL
あるいはHfおよびAIを添加したN広Sn複合加工
線材の強磁界特性は著しく改善され、強磁界まで大きい
lc値が得られている。しかし「上記発明において使用
されるHfは高価なため、V30a線村に比較して安価
というNらSn線材の利点が若干損なわれる欠点があっ
た。そのためさらに安価な添加元素で強磁界特性を改善
することが「V3Gaと競合する強磁界用Nb3Sn複
合加工線材の実用化条件として要求されていた。本発明
はこのような要求を満たすために、Hfに比べはるかに
安価なSiを添加したNb合金体と、Cu−Snあるい
はCu触Sn−GaあるいはCu−Sn−山合金体との
複合体を所定の形状まで加工して熱処理し、複合体境界
面にSi、Ga、山を少量含む強磁界特性の改善された
N広Sn層を拡散生成させることを目的とする。
この明細書中の合金の含有率はすべて原子%で表示され
ている。本発明による製造法では、まずNb3Sn層の
拡散生成を促進させるためにSiを固溶させたNb基合
金体を溶製し、また別にCu−Sn合金体あるいはそれ
にN広SnのHc2を高める効果のあるGaまたはAI
を添加した合金体を溶製し、上記Nb基合金体をCu基
合金体で被覆した各種形状の複合体を作り、これを線引
き、圧延あるいは管引きなどにより線「テープあるいは
管などに加工する。ここでNbに添加されるS瞳はすぐ
れた超電導特性を得るために0.1%以上、またNb基
合金体の良好な加工性を保持する上から3%以下の範囲
内にあること、特に0.2〜1%の範囲内にあることが
望ましい。またCu−Sn−GaあるいはCu−Sn−
AI合金体中のGaあるいはAI量もすぐれた超電導特
性を得るためにそれぞれ0.1%以上、またCu基合金
体の良好な加工性を保持する上から15%あるいは18
%以下の範囲内になければならない。さらにCu基合金
体中のSn量は十分なNb3Sn層厚を得るために2%
以上「 また良好な加工性を保持する上から9%以下の
範囲内になければならない。ついで該加工材を熱処理し
、Snあるいはそれに加えて少量のGaまたはAIをN
b基合金体内に拡散させて複合体境界面に少量のSiあ
るいはさらにGaまたはAIを含む超電導特性のすぐれ
たNb3Sn化合物層を生成せしめる。ここで拡散のた
めの熱処理は600〜900oCの温度範囲で1分間〜
20餌時間の時間内おこなう。これより低い温度あるい
は短い時間の熱処理では十分な量のN広Sn層が生成さ
れず、また逆にこれより高温、長時間になるとNb3S
nの結晶粒が粗大化し超電導特性が劣化する。本発明で
得られるSiあるいはさらにGaまたはAIが添加され
たNbぶn複合加工線材は、従来のN広Sn線材と比較
して臨界電流cと上部臨界磁界Hc2が増加し、その結
果強磁界におけるlcの改善が顕著である。
そのため本発明は各種超電導利用機器を十分な余裕をも
って強磁界で使用可能ならしめ、機器の性能、安全性、
ならびに信頼性を向上させることに効果がある。さらに
強磁界特性を改善するためにNbに添加されたSjは、
同様の目的で添加されるHfに比較してはるかに安価で
、製造コストをほとんど増大させることなくNGSnの
強磁界特性を顕著に改善できるので、その経済的ならび
に技術的効果がきわめて大きい。また本発明は複合加工
法を採用しているため、遠い磁界変化に対して安定で、
交流損失の小さい極細多芯形式の緑材を作製することが
可能であり、さらに大容量線材の製造も容易で利用機器
の大型化も可能になる。以上のように本発明により改善
されたNb3Sn複合加工線材は、15T以上の強磁界
を安定度よく発生できるので、核融合炉、高エネルギー
貯蔵、超電導発電機、高エネルギー物理加速器、物性研
究用等の各種強磁界マグネットの巻線材として効果的に
使用し得る。
実施例 1 純NbおよびNbに0.3 0.51%のSiを配合し
た素材をアルゴン雰囲気中でアーク溶解炉にて溶製し、
これを溝ロールおよびスェージングにて3肋径まで加工
してNb−Si合金棒を作製した。
これを外径8柳内径3肋のCu−7%Sn合金管に挿入
した複合体を溝ロールおよび平ロールにより厚さ約25
0rm幅約5帆のテープ状に加工し、アルゴン雰囲気で
800qoで10岬時間の熱処理をおこなった。試料の
N広Sn層の厚さおよびTcの測定した結果は第1表の
通りであった。また、これらの試料のうちの代表的なも
ののlcの測定結果は第1図の通りであった。Siの添
加によりNはSn層の厚さが顕著に増大し、また全磁界
領域でのlc特性が著しく改善されることがわかる。第
1表 実施例 2 実施例1と同様にしてNb−0.3 0.ふ1%S捨金
棒と、Cu−5%Sn−4%Ga合金管との複合体をテ
ープ状に加工したのち80000で10畑寿間の熱処理
をおこなった。
NらSn層の厚さおよびTcの測定結果を前記第1表に
、またこれらの試料のうち代表的なもののlcの測定結
果を第1図に示す。Siとoaの同時添加によりTcが
上昇し、さらに磁界の増加によるlcの低下が明らかに
小さくなり、1の以上の強磁界で大きいlcが得られる
。これはTcの上昇に伴いHc2が増加したためと考え
られる。実施例 3 実施例2と同様にしてNb−0.3 0.5、1%S捨
金体と、Cu−5%Sn−4%AI合金体との複合テー
プを作製したのち800q0で10餌時間の熱処理をお
こなった。
NはSn層の厚さおよびTcの測定結果を前記第1表に
示す。SiとAIの同時添加によりTcが上昇し、また
実施例2と同様に強磁界でlcの改善が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1および2で記した本発明によるN広S
n複合加工線材を800qoで100時間熱処理した場
合の磁界−臨界電流曲線である。 1:Nb/Cu−7%Sn、2:Nb−0.5%Si/
Cu−7%Sn、3:Nb−1%Si/Cu−7%Sn
、4:Nb−0.5%SiノCu−5%Sn−4%Ga
、5:Nb−1%SiノCu−5%Sn−4%Ga。 袋′図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ニオブに0.1〜3原子%の珪素を含む合金体と、
    銅に2〜9原子%の錫を含む合金体との複合体を、線引
    き、圧延あるいは管引きなどにより線、テープあるいは
    管状などに加工した後、600〜900℃で1分〜20
    0時間熱処理を行い複合境界にNb_3Sn化合物を生
    成させることを特徴とするNb_3Sn複合加工材の製
    造法。 2 ニオブに0.1〜3原子%の珪素を含む合金体と、
    銅に2〜9原子%の錫と0.1〜15原子%のガリウム
    または0.1〜18原子%のアルミニウムを含む合金体
    との複合体を、線引き、圧延あるいは管引きなどにより
    線、テープあるいは管状に加工した後、600〜900
    ℃で1分〜200時間熱処理を行い複合体境界面にNb
    _3n化合物を生成させることを特徴とするNb_3S
    n複合加工材の製造法。
JP55128550A 1980-09-18 1980-09-18 Nb↓3Sn複合加工材の製造法 Expired JPS60422B2 (ja)

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