CN101313373B - 超导线材制造用Nb类棒状材料及Nb3Sn超导线材的制造方法 - Google Patents

超导线材制造用Nb类棒状材料及Nb3Sn超导线材的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够使制造Nb3Sn超导线材时使用的Nb或Nb基合金的加工性良好的Nb类棒状材料，以及制造使用该Nb类棒状材料发挥良好的超导特性的超导线材的方法。上述Nb类棒状材料是通过将该棒状材料的原料放入截面为圆形或大致圆形的铸模进行铸造的工序、将该铸造得到的成形物由截面形状为圆形或大致圆形的加工装置进行热加工或冷加工从而形成圆柱或近似圆柱的工序来制造的。

Description

超导线材制造用Nb类棒状材料及Nb3Sn超导线材的制造方法
技术领域
本发明涉及用于制造Nb3Sn超导线材的有用的方法，以及在这样的制作方法中作为原材料使用的超导线材制造用Nb类棒状材料。
背景技术
作为超导线材所实用化的领域，具有用于高分解能核磁共振(NMR)分析装置中的超导磁体。该超导磁体所产生的磁场越高，上述NMR分析装置的分解能越高，因此该超导磁体近年来具有越来越高磁场化的趋势。
作为这样的高磁场产生用超导磁体所使用的超导线材，Nb3Sn线材正在实用化。在该Nb3Sn超导线材的制造中主要采用青铜法。
该青铜法中使用图1中概略地示出的Nb3Sn超导线材制造用复合材料。该复合材料中Cu-Sn基合金(青铜)的基体1中埋设有多根(图1中是7根)由Nb或Nb基合金构成的芯材2。该芯材2利用拉丝加工而直径变细而成为细丝。并且，多个该芯材2的细丝和上述青铜的复合材料被捆扎成束而形成线材组，在该线材组的外周配置有用于稳定化的铜(稳定化Cu)之后，进行拉丝加工。该拉丝加工后的线材组在600℃以上且800℃以下左右进行热处理(扩散热处理)，由此在上述细丝和基体的界面上生成Nb3Sn化合物层。
上述青铜法之外，作为制造Nb3Sn超导线材的方法，已知有套管法、内部扩散法及粉末法等。
在该套管法中使用图2中概略地示出的Nb3Sn超导线材制造用复合材料。该复合材料中，在由Nb或Nb基合金构成的套管(管状部件)3中配置有由Sn或Sn基合金构成的芯材4。该复合材料根据需要被插入到Cu管5内，接受拉丝加工等的缩径加工之后，通过热处理，Nb和Sn相互扩散反应而生成Nb3Sn(例如专利文献1)。并且，从加工性的观点看，有时也在芯材4和Nb套管3之间配置有Cu管6(例如专利文献2)。
在上述内部扩散法中使用图3中概略地示出的Nb3Sn超导线材制造用复合材料。该复合材料中，在由Cu或Cu基合金构成的母材7的中央部埋设有由Sn或Sn基合金构成的芯材8，且该芯材8的周围的母材7中配置有多个(本图中是15根)由Nb或Nb基合金构成的芯材9。该复合材料在被拉丝加 工后进行热处理，从而上述芯材8中的Sn扩散并与芯材9中的Nb反应，由此生成Nb3Sn(例如专利文献3)。
在上述粉末法中使用图4中概略地示出的Nb3Sn超导线材制造用复合材料。该复合材料是通过在由Nb或Nb基合金构成的鞘(管状部件)10内填充至少含有Sn的原料粉末(例如Ta-Sn类粉末)形成粉末芯部11的工序、以及将这些鞘10和粉末芯部11进一步插入Cu制坯段(未图示)内的工序而生成的。该复合材料经过挤压加工、拉丝加工等缩径加工而线材化后，卷绕在磁体等上进行热处理，由此从上述鞘10的内表面侧成形出Nb3Sn超导相。
在上述图2～图4中，为了便于说明，示出了单芯的复合材料。但是在实际应用中，一般使用在Cu基体中配置有多根单芯的多芯复合材料。
并且，提出了在使用如上所述的复合材料制造超导线材时，在Nb3Sn相内含有Ti、Ta、Zr、Hf等元素的方案。在Nb3Sn超导线材内含有这样的元素，与不含有上述元素的Nb3Sn超导线材相比，使得该超导线材的高磁场下的超导特性提高。例如专利文献4中记载了：在内部扩散法中Sn金属芯(上述图3的芯材8)含有30原子％以下的Ti，或在Nb金属芯(上述图3的芯材9)中含有5原子％以下的Ti，能够使在15T(特斯拉)以上的外部磁场中的超导线材的临界电流密度Jc的提高。
在上述超导线材的制作中，为了在成为其前体的复合材料上进行挤压加工或拉丝加工等缩径加工，广泛应用具有圆形截面的线材作为该复合材料。并且，有时在该复合材料上进行某种程度的加工后，进行被称为六边拉丝的将上述复合材料的截面做成六边形的拉丝，将数根或数百根该六边截面的原材料组合形成为多芯型复合线材，进而对于该复合线材进行拉丝加工。并且，有时在拉丝的中途在加工性差的情况下进行中间退火。这样一来，该复合材料被拉丝加工成使得拉丝加工前具有数十～数百mm左右的直径的复合材料的该直径达到数微米单位。
在这样的加工率高的拉丝加工中，需要使原材料截面随着拉丝加工均匀地变形。在上述方法的任何一个中，Nb或Nb基合金作为构成原材料(管状部件或芯材)而使用，但在对该构成原材料进行加工率高的拉丝加工时，有时会产生复合材料内的Nb或Nb基合金的截面不能保持圆形而变形为菱形或方形的现象。并且，在如上所述以最终的超导线材的特性的提高为目的而向作为构成原材料而使用的Nb或Nb基合金中添加Ti、Ta、Zr、Hf等的元素的情况下，该添加反而使加工性下降，更容易产生上述的现象。
上述现象是在拉丝中途产生断线的原因，或有时产生最终所得到的超导线材的临界电流密度(Jc)的低下或n值(表示从超导状态到常导状态的转移的敏锐度的指标的值)的低下、甚至交流损失的增大的问题。
由于这样的情况，以往调整拉丝率以使截面的形状不发生变化，即预先准备截面积小的拉伸原材料而以比较低的加工率进行加工，由此回避上述不良情况的产生。但是，这样的方法进行的制造的效率极低。因此，期望确立能够在使用大面积的拉伸原材料的情况下不产生改变地实现良好的加工的技术。
专利文献1：特开昭52-16997号公报
专利文献2：特开平3-283320号公报
专利文献3：特开昭49-114389号公报
专利文献4：特公平1-8698号公报
发明内容
本发明是为了实现上述期望提出的，其目的在于提供一种Nb类棒状材料，能够在制造Nb3Sn超导线材时使用且令Nb或Nb基合金的加工性良好，并且，提供用于制造使用这样的Nb类棒状材料而发挥良好的超导特性(特别是临界电流密度及n值)的超导线材的有用的方法。
为了实现该目的，本发明提供的是用于制造超导线材的Nb类棒状材料，由截面为圆形或大致圆形的铸模铸造该Nb类棒状材料的原料，之后由截面形状为圆形或大致圆形的加工装置对上述铸造后的材料进行热加工或冷加工而将其形成为圆柱或大致圆柱状而制成所述Nb类棒状材料。
在该Nb或Nb基合金构成的Nb类棒状材料中，在进行上述热加工或冷加工时，最好是在整个工序中将截面维持为圆形或者大致圆形而制成所述Nb材料。
并且，在该Nb或Nb基合金构成的Nb类棒状材料中，最好是满足下述等条件：(a)结晶粒径为5～100μm(更好的是5～50μm)，(b)从碳、氮、氧和氢构成的组里选出的一种或两种以上的元素的浓度为200ppm以下，(c)含有0.1～20质量％的从Ti、Ta、Zr和Hf构成的组里选出一种或两种以上元素，(d)含有以上70质量％的Nb。
并且，本发明是用于实现上述目的的制造方法，具有：将上述被热加工或冷加工之后的圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料与Cu或Cu基合金及Sn 或Sn基合金、或Cu-Sn基合金复合化而生成超导线材制造用复合材料的第1工序；将上述复合化后的超导线材制造用复合材料进行缩径加工而线材化，由此生成超导线材制造用前体线材的第2工序；以及对上述超导线材制造用前体线材进行热处理而形成超导相的第3工序。
该制造方法中，若例如将圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料和Cu-Sn基合金复合化，从而生成超导线材制造用复合材料，则可以使用青铜法或内部扩散法。或者若将圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料加工为圆筒状或大致圆筒状之后，和Cu或Cu基合金及Sn或Sn基合金复合化，从而生成上述超导线材制造用复合材料，则可以使用粉末法或套管法。
附图说明
图1是示意地表示应用于青铜法的复合材料的剖视图。
图2是示意地表示应用于套管法的复合材料的剖视图。
图3是示意地表示应用于内部扩散法的复合材料的剖视图。
图4是示意地表示应用于粉末法的复合材料的剖视图。
具体实施方式
本发明的发明者从各个角度讨论了由于超导线材制造用复合材料的拉丝加工而在作为该复合材料的结构部件的Nb或Nb基合金(至少含有70质量％以上的Nb的合金)上产生不均匀的变形的原因。其结果是，确定了因为在该制造工序的过程中形成了特定的聚合组织，这些成为不均匀变形的原因。考虑到上述Nb或Nb基合金是难以再结晶的，因此形成有上述那样的特定的聚合组织的现象是显著地产生的。并且，确认了即使再结晶，也有该再结晶的聚合组织由拉丝加工前圆形的截面形状破坏为方形或菱形的倾向。
上述Nb或Nb基合金在铸造的阶段中被作为具有圆形或矩形状的截面的铸片而成形，在其后的加工(热加工或冷加工)的阶段中使之变形为上述截面为方形、菱形或椭圆形状，最终被作为具有圆形截面或矩形状截面的复合材料用原材料而提供。经过这样的工序所制造的原材料中，截面形状的边角部的部分(矩形中为4个部位)有显著变形，该部分中特定的聚合组织特别发达。认为该聚合组织发达的部分处于难以变形的状态，因此其后进行的拉丝加工阶段中难以均匀地加工，而使截面形状变形。
因此，本发明的发明者对能够避免不均匀变形的聚合组织进行了潜心研 究。其结果是，判明了在截面内具有相对于中心轴对称的聚合组织的情况下，即使在拉丝加工后期截面也不会变为矩形或菱形，而能够在维持圆形或大致圆形的状态下续进行拉丝。并且，上述所谓“大致圆形”，当然包含即使达不到正圆也接近正圆的形状，并且也包含截面六边形状。
本发明中所希望的聚合组织是轴对称的。为了得到这样的聚合组织，可以是在浇注(铸造)的阶段中在截面为圆形或大致圆形的铸模中进行铸造，并且使用截面形状为圆形或大致圆形的加工装置进行加工。
即，判明了贯穿整个制造工序，若在整个制造工序中始终实施使截面形成轴对称的加工(使截面维持圆形的加工)，则上述的优选的聚合组织发达。特别是，进行加工(热加工及冷加工)时，不是最终截面形状成为圆形或大致圆形即可，最好是在整个工序中维持为圆形或大致圆形地形成。并且，本发明中的热加工包含热轧制或热锻造等，冷加工包含冷轧制或冷锻造等。
本发明的由Nb或Nb基合金构成的Nb类棒状材料中，其平均结晶粒径最好为5～100μm，更好的是5～50μm。该结晶粒径对加工性有影响，该平均结晶粒径小于5μm时，加工硬化严重，拉丝加工时易产生裂痕。
另一方面，平均结晶粒径越大，加工性(延展性)本身越良好。但是，平均结晶粒径超过100μm时，表面性状变差(在表面上容易产生凹凸)，有时作为复合部件时与所邻接的部件的变形阻力变大，均匀加工变得困难。此外，铸模的大小(直径)小的时候，有时得不到加工率，会比上述颗粒直径还大。这种情况下，可以进行在长度方向上压缩的镦粗锻造。
并且，在本发明的Nb或Nb基合金棒中作为不可避免的杂质而含有碳、氮、氧和氢等，这些是形成侵入型固溶体的元素(侵入型元素)，若含量过多则加工硬化变得过高，成形加工本身也变得困难。所以，这些元素的浓度最好总计200ppm以下。另一方面，它们的浓度的下限并没有特别限定，但该浓度最好是20ppm以上。所制造的超导线材是上述Nb或Nb基合金棒与铜或铜合金的复合材料，因此有时若上述元素的含量过少，则与其周围的铜或铜合金的变形阻力差变得过大，该变形阻力差在复合加工时反而引发香肠形束段、带状的不均匀变形，引起特性的恶化。
上述平均结晶粒径能够由锻造、轧制等加工和退火的调整来控制。并且，合金熔解时的高真空化、在高真空中的反复熔解等能够实现上述杂质浓度的降低。
在上述Nb或Nb基合金棒中，根据需要含有0.1～20质量％的选自由Ti、 Ta、Zr和Hf构成的组的一种或两种以上的元素。这些元素对于最终所得到的线材的超导特性(特别是临界电流密度Jc)的提高有效。为了发挥这样的效果，上述元素的含量最好为0.1质量％以上。但是，超过20质量％的含量会使加工性降低。
在使用上述这样的Nb或Nb基合金棒的超导线材的制造中，可以进行将成为细丝的Nb或Nb基合金棒的截面保持为近似圆形的状态的均匀的加工，可以使截面内的电流分布均匀。其结果是能够改善临界电流密度Jc或n值。并且上述那样的结晶粒径的适当的控制能够降低与Nb或Nb基合金相邻接的部件的接触阻力，抑制细丝间的耦合而降低超导线材中的交流损失。
使用上述所述的超导线材制造用Nb或Nb基合金的Nb3Sn类超导线材的制造可以按照通常的顺序进行。最好包含有例如下述(a)～(c)的工序来实施。
(a)将上述热加工或冷加工后的圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料与Cu或Cu基合金及Sn或Sn基合金、或Cu-Sn基合金复合化而生成超导线材制造用复合材料的工序。
(b)将上述复合化后的超导线材制造用复合材料进行缩径加工而线材化，由此生成超导线材制造用前体线材的工序。
(c)对上述超导线材制造用前体线材进行热处理而形成超导相的工序。
在该超导线材的制作方法中，将圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料与例如Cu或Cu基合金及Sn或Sn基合金、或Cu-Sn基合金复合化，由此能够生成上述图1和图3所示的超导线材制造用复合材料，该复合材料可以应用于青铜法或内部扩散法。并且，使用圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料，将它们加工为圆筒状或大致圆筒状之后，和Cu或Cu基合金及Sn或Sn基合金复合化，由此能够生成上述图2和图4所示的超导线材制造用复合材料，该复合材料可以应用于粉末法或套管法。在上述粉末法中，作为上述Sn基合金，使用了Sn为主体的粉末(例如Ta-Sn粉末)。即，复合化后的Sn基合金中含有上述那样的粉末。
下面例举实施例来更具体地说明本发明。但是本发明并不限于下述实施例，当然可在适合上/下述的主旨的范围内施加适当的变化来实施，任何变化都包含在本发明的技术范围内。
实施例1
使用内径300mm的圆筒状铸模铸造Nb棒，在下述条件(A)或下述条件 (B)下进行轧制直到最终直径变为14mm。
(A)用轧制截面形状为圆形的轧制装置4道次轧制之后，用轧制截面形状为椭圆形的轧制装置4道次轧制。
(B)用轧制截面形状为圆形的轧制装置4道次轧制。
在上述条件(A)下所得到的Nb棒(以下称为“Nb棒A”。)、及上述条件(B)下所得到的Nb棒(以下称为“Nb棒B”。)的任意一个中，通过EB(电子束)对熔解条件的控制来降低不可避免的杂质。具体地，控制上述束的强度、上述束的截面积、上述束的输出和熔解次数以及熔解时的真空度等，由此分别将上述不可避免的杂质中的C降低为30ppm、N降低为20ppm、O降低为20ppm、H降低为10ppm。轧制后的平均结晶粒径的测定的结果为在上述Nb棒A和上述Nb棒B中都是100μm。
上述各Nb棒A、B的外径都是14mm，长度都是200mm。分别制作了将7根这些Nb棒A、B埋设在外径67mm的Cu-15质量％且Sn-0.3质量％Ti合金中而得到的复合材料(参照上述图1)。并且，通过这些复合材料的挤压加工和拉丝加工，生成具有一边的长度为2mm的正六边形的截面的线材(六边单芯线材)。
这些六边单芯线被切断为预定的长度，673根被束在一起。另一方面，内径68mm、外径160mm的Cu制管中配置有1.5mm厚的Nb制扩散屏蔽层，在其内侧配置有上述六边单芯线的束，由此生成多芯型复合材料。通过该复合材料的挤压加工和拉丝加工制造最终线径为0.3mm的超导线材制造用前体线材。并且，对这些复合材料进行700℃下的100小时的Nb3Sn生成热处理，由此制造Nb3Sn超导线材。对于这些Nb3Sn超导线材，在下述条件下测定了临界电流密度Jc、n值以及交流损失。
[临界电流密度Jc的测定]
在液氦中在18T的外部磁场下给试样(超导线材)通电，用4端子法测量其产生电压。该测量出的电压与预定值(形成0.1μV/cm的电场时的电压值)相符合时的电流值作为临界电流Ic被测量，将该被测量出的临界电流Ic除以与上述线材的截面积中的非Cu部分相当的截面积的值，从而作为临界电流密度Jc被求出。
[n值的测定]
通过与用于上述临界电流的测量相同的测量求得(Ic-V)曲线。该曲线中，0.1μV/cm和1.0μV/cm之间的数据的双方由对数表示的曲线的斜率作为n值(即，“n值”)而被求出。即，上述电流和电压的关系中经验地由下述(1)式那样的近似式表示。根据该等式求得上述n值。
V＝Vc(Iop/Ic)n...(1)
这里，Iop是磁体的运转电流，Ic是线材的临界电流，Vc是定义Ic的基准电压。
[交流损失的测定]
在液氦中在外部磁场±3T扫描的状态下由耦合线圈法测定磁化曲线，该磁化曲线的面积作为交流损失被测定。
上述的测定结果如下述表1所示。
[表1]
  Nb棒   临界电流密度Jc  (A/mm2)   n值   交流损失  (mJ/cc)±3T
  A   165   21   236
  B   195   29   195
该结果示出了使用上述Nb棒所制造的线材具有良好的临界电流Jc和n值，而且其交流损失小。
实施例2
使用内径300mm的圆筒状铸模铸造Nb-7.5质量％Ta合金棒，分别在下述条件(C)或下述条件(D)下进行轧制直到最终直径变为55mm。
(C)用轧制截面形状为圆形的轧制装置4道次轧制之后，用轧制截面形状为矩形的轧制装置4道次轧制(Nb基合金棒C)。
(D)用轧制截面形状为圆形的轧制装置4道次轧制(Nb基合金棒D)。
在上述条件(C)下所得到的Nb棒(以下称为“Nb基合金棒C”。)、及上述条件(D)下所得到的Nb棒(以下称为“Nb基合金棒D”。)的任意一个中，通过EB控制熔解条件来降低不可避免的杂质。具体地，将C降低为20ppm、N降低为20ppm、0降低为30ppm、H降低为10ppm。轧制后的上述Nb基合金棒C和上述Nb基合金棒D中的平均结晶粒径的测定的结果为都是150μm。
接着，通过上述各Nb基合金棒C和D的穿孔加工，加工出外径55mm、内径30mm、长150mm的管状部件。
另一方面，称量Ta粉末和Sn粉末使得这些粉末的原子比为6∶5，与V混合器混合约30分钟。这样得到的混合粉末(原料粉末)在真空中950℃下热处理10小时之后被粉碎。进而在该原料粉末中分别添加5质量％的Cu粉 末、25质量％的Sn粉末，生成新的混合粉末。
将该新的混合粉末填充到上述各管状部件的内侧，由此制作多个复合部件(参照上述图4)。这些复合部件被插入外径65mm、内径30mm的Cu制坯段，再进行挤压加工和拉丝加工，由此生成具有一边的长度为4mm的正六边形的截面的线材，即六边单芯线材。
这样得到的六边单芯线被切断为预定的长度，该被切断的线163根被束在一起。该束被配置在外径65mm、内径58mm的Cu制管中，由此生成多芯型复合材料。通过该复合材料的挤压加工和拉丝加工分别生成最终线径为1.2mm的超导线材制造用前体线材。
并且，对这些前体线材进行650℃下的250小时的Nb3Sn生成热处理，由此分别制造Nb3Sn超导线材。对于这些Nb3Sn超导线材，与上述实施例1同样地测定了临界电流密度Jc、n值以及交流损失，其结果如下述表2所示。
[表2]
  Nb合金棒   临界电流密度Jc  (A/mm2)   n值   交流损失  (mJ/cc)±3T
  C   230   35   1410
  D   345   43   1024
该结果示出了使用上述Nb基合金棒D所制造的线材具有良好的临界电流Jc和n值，而且其交流损失小。
并且，在其他的实施例中，准备了锻造截面形状为圆形、大小不同的四个锻造模具，以从大的模具起依次使用而分阶段地依次直径变小的方式重复圆打锻造，由此制作Nb棒。用这样的截面为圆形的模具锻造而形成为圆形状的Nb棒，与一边旋转Nb棒一边用平模具敲打使其直径变小而成为圆形状地锻造的Nb棒相比，显示出良好的特性。
此外，实施例2的Nb基合金棒含有Ta，但Ti、Zr、Hf等的含有也是有效的。并且，Nb含量最好为80质量％以上。
本发明提供解除了各向异性并可进行良好的均匀加工的Nb类棒状材料，并且，提供了通过使用该棒状材料作为原材料，制造具有优良临界电流密度且具有大的n值、能产生高磁场的Nb3Sn超导线材的方法。这样制造的超导线材对于紧凑且低成本的NMR磁体、加速器用磁体、核融合用磁体等的实现是有用的。

Claims (6)

1.一种超导线材制造用Nb类棒状材料，用于制造超导线材，其特征在于，
由截面为圆形或大致圆形的铸模铸造该Nb类棒状材料的原料，之后由截面形状为圆形或大致圆形的加工装置对上述铸造后的材料进行热加工或冷加工，由此将其形成为圆柱或大致圆柱状而制成所述Nb类棒状材料，
在进行上述热加工或冷加工的整个工序中，将截面维持为圆形或大致圆形而制成所述Nb类棒状材料，
平均结晶粒径为5～100μm，
从碳、氮、氧和氢构成的组里选出的一种或两种以上的元素的浓度为200ppm以下。
2.如权利要求1所述的超导线材制造用Nb类棒状材料，其特征在于，
含有0.1～20质量％的从Ti、Ta、Zr和Hf构成的组里选出的一种或两种以上元素。
3.一种Nb3Sn超导线材的制造方法，使用如权利要求1或2所述的超导线材制造用Nb类棒状材料来制造Nb3Sn类超导线材，其特征在于，具有：
(a)将上述热加工或冷加工之后的圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料与Cu或Cu基合金及Sn或Sn基合金、或Cu-Sn基合金复合化而生成超导线材制造用复合材料的第1工序；
(b)将上述复合化后的超导线材制造用复合材料进行缩径加工而线材化，由此生成超导线材制造用前体线材的第2工序；以及
(c)对上述超导线材制造用前体线材进行热处理而形成超导相的第3工序。
4.如权利要求3所述的Nb3Sn超导线材的制造方法，其特征在于，
上述第1工序是将上述圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料与Cu或Cu基合金及Sn或Sn基合金、或Cu-Sn基合金复合化而生成上述超导线材制造用复合材料的工序，
上述第2工序和上述第3工序采用青铜法或内部扩散法对由第1工序生成的复合材料进行加工处理。
5.如权利要求3所述的Nb3Sn超导线材的制造方法，其特征在于，
上述第1工序是将上述圆柱或大致圆柱状的Nb类棒状材料加工为圆筒状或大致圆筒状之后，与Cu或Cu基合金及Sn或Sn基合金复合化而生成上述超导线材制造用复合材料的工序，
上述第2工序和上述第3工序采用粉末法或套管法(tube method)对由第1工序生成的复合材料进行加工处理。
6.一种Nb3Sn超导线材，使用如权利要求1或2所述的超导线材制造用Nb类棒状材料而形成。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5308683B2 (ja) * 2008-01-29 2013-10-09 株式会社神戸製鋼所 ブロンズ法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金棒、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびその製造方法、並びにＮｂ３Ｓｎ超電導線材
CN102082009B (zh) * 2010-12-28 2012-05-30 西部超导材料科技有限公司 一种青铜法Nb3Sn超导线材的制备工艺
GB2498999A (en) * 2012-02-02 2013-08-07 Siemens Plc Mechanical superconducting switch
EP2808873A1 (de) * 2013-05-28 2014-12-03 Nexans Elektrisch leitfähiger Draht und Verfahren zu seiner Herstellung
RU2547814C1 (ru) * 2013-12-04 2015-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "НАНОЭЛЕКТРО" СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ Nb3Sn СВЕРХПРОВОДНИКА МЕТОДОМ ВНУТРЕННЕГО ИСТОЧНИКА ОЛОВА
DE102015203305A1 (de) * 2015-02-24 2016-08-25 Bruker Eas Gmbh Halbzeugdraht mit PIT-Elementen für einen Nb3Sn-haltigen Supraleiterdraht und Verfahren zur Herstellung des Halbzeugdrahts
GB2540729B (en) * 2015-05-01 2018-03-21 Oxford Instruments Nanotechnology Tools Ltd Superconducting magnet
CN106298059B (zh) * 2016-08-11 2017-12-22 西部超导材料科技股份有限公司 一种内锡法Nb3Sn复合超导线材最终坯料的组装方法
CN110722014B (zh) * 2019-10-21 2021-04-09 青岛理工大学 一种Nb锭坯、Nb棒的制备方法及其应用
CN111105901B (zh) * 2019-12-23 2022-03-08 福建师范大学 一种改良型青铜法Nb3Sn超导线材的制备方法
CN111262051B (zh) * 2020-03-13 2021-01-29 中国科学院电工研究所 一种内锡工艺的Nb3Sn超导线接头及其制备方法
CN115747597B (zh) * 2022-11-23 2024-02-27 西部超导材料科技股份有限公司 一种NbTaHf合金铸锭及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1460848A (en) * 1973-02-27 1977-01-06 Mitsubishi Electric Corp Process for making a niobium alloy superconductor composite wire
CN1508813A (zh) * 2002-10-23 2004-06-30 EMS-ŷ�ްͽ���������ɷݹ�˾ 获得用于制造高性能超导电缆的棒状半成品的冷合成方法
CN1605131A (zh) * 2001-11-05 2005-04-06 通用电气公司 氧化锆稳定的复丝铌－锡超导线

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3838503A (en) * 1972-07-12 1974-10-01 Atomic Energy Commission Method of fabricating a composite multifilament intermetallic type superconducting wire
JPS5216997A (en) 1975-07-31 1977-02-08 Toshiba Corp Processing method of multi-superconductor
JPS62174354A (ja) 1986-01-25 1987-07-31 Natl Res Inst For Metals Ｔｉ添加Ｎｂ３Ｓｎ複合超電導線材の製造法
JPH03238158A (ja) * 1990-02-16 1991-10-23 Furukawa Electric Co Ltd:The Ｎｂ―Ｔｉ系合金のアーク溶解鋳造方法
JPH03283320A (ja) 1990-03-30 1991-12-13 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd Ｎｂ↓３Ｓｎ多芯超電導線の製造方法
JP2865798B2 (ja) * 1990-04-20 1999-03-08 株式会社フジクラ Ｃｕ−Ｎｂ合金導体からなるマグネットワイヤの製造方法
JP5341292B2 (ja) * 2000-05-22 2013-11-13 キャボット コーポレイション ニオブスパッタ要素、ニオブ金属およびそれを含む物品
JP2004342561A (ja) * 2003-05-19 2004-12-02 Kobe Steel Ltd Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材
JP4523861B2 (ja) * 2005-03-10 2010-08-11 株式会社神戸製鋼所 Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1460848A (en) * 1973-02-27 1977-01-06 Mitsubishi Electric Corp Process for making a niobium alloy superconductor composite wire
CN1605131A (zh) * 2001-11-05 2005-04-06 通用电气公司 氧化锆稳定的复丝铌－锡超导线
CN1508813A (zh) * 2002-10-23 2004-06-30 EMS-ŷ�ްͽ���������ɷݹ�˾ 获得用于制造高性能超导电缆的棒状半成品的冷合成方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP平3-238158A 1991.10.23
JP平4-2749A 1992.01.07
JP特开2004-342561A 2004.12.02

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