CN101390175A - Nb3Sn超导线材的制备用前体和Nb3Sn超导线材 - Google Patents

Nb3Sn超导线材的制备用前体和Nb3Sn超导线材 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在制备Nb3Sn超导线材中使用的Nb3Sn超导线材制备用前体，所述前体包括：超导芯部，其包含Cu－Sn－基合金和多个由Nb或Nb－基合金构成的Nb－基细丝，所述多个Nb－基细丝被设置在Cu－Sn－基合金中；扩散阻挡层，其由Nb构成，并且被设置在所述超导芯部的外周缘上；以及稳定化铜层，其中，在横截面减小处理之后的最终形状中，所述扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb－基细丝之间的距离被设定在2μm以上。

Description

Nb3Sn超导线材的制备用前体和Nb3Sn超导线材
技术领域
本发明涉及一种通过青铜处理或内部扩散法制造的Nb3Sn超导线材以及涉及一种用于制造这样的Nb3Sn超导线材的前体(超导线材制造用前体)。具体地，本发明涉及一种用于制造有利于作为用于产生高磁场的超导磁体的原料的Nb3Sn超导线材的技术。
背景技术
在实际使用超导线材的领域中，对于在高分辨率核磁共振(NMR)分析仪中使用的超导磁体，所产生的磁场变得越高，则分辨率增加越大。因此，近年来，存在越来越要求高磁场超导磁体的趋势。另外，对于在核聚变反应堆中使用的磁体，当所产生的磁场高时，能够实现等离子体约束的能量变大。因此，存在越来越要求在核聚变反应堆中使用的高磁场超导磁体的趋势。
作为用于产生高磁场的这种超导磁体的超导线材，实际使用的是Nb3Sn线材，并且主要采用青铜处理制造这种Nb3Sn超导线材。根据这种青铜处理，如图1(用于制造Nb3Sn超导线材的前体的示意图)所示，将多个(在图中为7个)由Nb或Nb-基合金构成的芯材料2包埋在Cu-Sn-基合金(青铜)基质1中，以构成复合线材。通过将这种复合材料进行拉丝，芯材料2变薄以形成细丝(下文中被称作“Nb-基细丝”)；将多个由这种Nb-基细丝和青铜构成的复合线材捆扎以形成线材组；以及为了稳定作用，将铜(稳定化铜层7)设置在其外部周缘上，然后进行线材牵拉。
另外，在前述的前体中，如图1所示，其中在多个Nb-基细丝被设置于Cu-Sn-基合金(青铜)基质1中的部分(这部分在下文中将被称作“超导芯部”)和位于其外部的稳定化铜层7之间，设置有扩散阻挡层6的构造是常规的。这种扩散阻挡层6由例如Nb层、Ta层或Nb层和Ta层这两层构成(参见，例如专利文献1)，在扩散热处理过程中防止了在超导基质部中的Sn扩散到外部，并且表现出抑制Sn扩散到稳定化铜中的作用。
通过使前述前体(在拉丝之后的线材组)在约600℃至800℃进行扩散热处理(形成Nb3Sn的热处理)，能够在Nb-基细丝和青铜基质之间的界面上形成Nb3Sn化合物层。尽管为描述方便的缘由，而在图1中示出了7根Nb-基细丝，但是，事实上，通常设置几百根到几万根细丝。
作为制备Nb3Sn超导线材的方法，除了上述青铜处理之外，内部扩散法也是已知的。根据这种内部扩散法(也被称作“内部Sn法”)，如图2(用于制备Nb3Sn超导线材的前体的示意图)所示，不仅由Sn或Sn-基合金构成的芯3(下文中，有时通称作“Sn-基金属芯”)被包埋在Cu或Cu-基合金4(下面有时被称作“Cu基材料”)的中心，而且在Sn-基金属芯3周围的Cu基材料4中也设置有多个Nb或Nb-基合金芯5(下文中，有时通称作“Nb-基金属芯”)，因而它们不会彼此接触到，由此形成前体(用于制造超导线材的前体)。
内部扩散法涉及其中在这种前体进行横截面减小处理比如拉丝之后，在Sn-基金属芯3中的Sn由于扩散热处理(Nb3Sn形成热处理)而扩散，并且允许与Nb-基金属芯5反应而形成Nb3Sn的方法(参见，例如专利文献2)。
另外，在前述前体中，如图2所示，还使用其中在设置有前述Nb-基金属芯5和Sn-基金属芯3的部分(这部分在下面有时候被称作“超导芯部”)与位于其外部的稳定化铜层7之间设置有扩散阻挡层6的构造。
这种扩散阻挡层6的构造与在如图1所示的前体的情况中的构造相同。
图2所示的制造超导线材用的前体的制备以如下步骤进行。首先，将Nb-基金属芯(Nb-基细丝)插入在Cu基质管中，并且将它们进行横截面减小处理比如挤出和拉丝，以形成复合条(通常地为具有六角形横截面形状的条)，然后切割成合适的长度。然后，将前述复合条填充在具有Cu制备的外筒并且安置有扩散阻挡层的坯料中，在其中心上设置铜棒，并且进行挤出加工，然后在中心的Cu部分被机械穿孔，以构成管状的复合条。备选地，作为另一种方法，将多个前述复合条填充在由Cu外筒和Cu内筒构成并且具有扩散阻挡层6(在外筒和内筒之间)的空心坯料中，之后，进行管挤出以构成管状的复合条。
然后，将Sn-基金属芯3插入在由这种方法所制备出的管状复合条的中心孔内，之后进行直径减小处理，以制备出如图2所示的前体。
尽管图2所示的前体使用单Sn金属芯3和多个Nb-基金属芯5构成，但是使用多个Sn-基金属芯3构成前体也是可以的。另外，至于Nb-基金属芯5，实际上，通常设置几百到几万个金属芯。
另外，在制造如图1所示的超导线材制造用前体的情况下，除了使用Cu-Sn基质管代替Cu基质管以及在中心没有设置Sn-基金属芯之外，基本上以相同的步骤进行制造。
专利文献1：JP-A-60-253114、权利要求书等
专利文献2：JP-A-49-114389、权利要求书等
发明内容
另外，如图1和2所示，每一个前述前体的构成都是将扩散阻挡层设置在超导基质部和作为其外部的稳定化铜之间。然而，可能存在由于扩散阻挡层而导致产生问题的可能性，比如拉丝时加工性劣化以及超导性能降低。
现在，降低超导线材的性能的现象包括“耦合”。这种现象是例如，当从外部对超导线材施加变化的磁场时，电流在Nb-基细丝彼此之间或Nb-基细丝和扩散阻挡层之间的超导芯部中感生的现象，并且这种现象就好像它是电磁一体化那样具有的。当产生这种现象时，有效的细丝直径增加，并且当在超导线材中的电流或磁场变化时，能量损耗(下文中，被称作“交流损耗”或“AC损耗”)变大。
为了降低这种AC损耗，必需使用在扩散阻挡层的部分中不形成Nb3Sn相的原料。作为扩散阻挡层的原料，采用前面描述的Nb或Ta。这些中，当使用Ta时，由于不形成Nb3Sn相，因此AC损耗得到抑制。然而，可加工性差，因而容易发生断裂等。另外，在使用Nb作为原料的情况下，尽管可加工性相比于Ta优异，但是在扩散阻挡层中形成Nb3Sn相，并且容易发生前述的耦合。
鉴于前述问题，还提出了由Nb层和Ta层这两层构成的复合层(参见，前面的专利文献1)。然而，当使用加工性差的Ta时，在拉丝时容易发生断裂。另外，由于Nb和Ta具有高的熔点并且几乎不形成金属键，因此它们的缺陷在于相互粘合并且变得难于均匀加工。当加工不均匀时，导致扩散阻挡层的断裂，并且导致在超导线材中的残留电阻率最终降低的情形。在最坏的情况下，存在在拉伸过程中发生断裂的可能性。
在只使用Ta作为扩散阻挡层的原料的情况下，不仅可加工性变得非常差，而且成本比Nb高，导致成本增加。另外，由于在Ta部分没有形成Nb3Sn相，因此几乎不产生耦合。然而，由于Ta并不有助于Nb3Sn相的形成，因此增加了非-超导部分，由此临界电流密度Jc趋向于降低相当大。
在这些情况下完成了本发明。本发明的目的是提供一种能够廉价地获得Nb3Sn超导线材制备用前体的构造，其在横截面减小处理时具有优异的可加工性，被设计成通过使横截面构造适当来降低由于耦合所产生的AC损耗，并且能够表现出优异的超导性能；以及使用这种前体的Nb3Sn超导线材。
在用于制造Nb3Sn超导线材中使用的Nb3Sn超导线材制备用前体，所述前体包括：
超导芯部，其包含Cu或Cu-基合金、单个或多个由Nb或Nb-基合金构成的Nb-基细丝、以及单个或多个Sn或Sn-基合金芯，所述单个或多个Nb-基细丝和所述单个Sn或Sn-基合金芯被设置在Cu或Cu-基合金中；
扩散阻挡层，其由Nb构成并且被设置在所述超导芯部的外周缘上；以及
稳定化铜层，
其中，在横截面减小处理之后的最终形状中，扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离被设定在2μm以上。
将这种前体应用于青铜处理。
另外，在这种构造的前体中，扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离优选为10μm以下。
另一方面，前述目的也可以通过使用下列构造而实现。即，在制备Nb3Sn超导线材中使用的Nb3Sn超导线材制备用前体的另一种构造，所述前体包括：
超导芯部，其包含Cu或Cu-基合金、单个或多个由Nb或Nb-基合金构成的Nb-基细丝、以及单个或多个Sn或Sn-基合金芯，所述单个或多个Nb-基细丝和所述单个或多个Sn或Sn-基合金芯被设置在Cu或Cu-基合金中；
扩散阻挡层，其由Nb构成，并且被设置在所述超导芯部的外周缘上；以及
稳定化铜层，
其中，在横截面减小处理之后的最终形状中，扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离被设定在2μm以上。
这种前体被应用于内部扩散法。另外，在这种构造的前体中，扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离优选为40μm以下。
在本发明的超导线材制备用前体中，用于将扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离调节在2μm以上的具体手段的实例包括下列构造(1)和(2)。
(1)其中通过在扩散阻挡层的内周缘的整个表面上形成由Cu或Cu-基合金构成的层，以将前述距离调节在2μm以上的构造。
(2)其中通过部分地在扩散阻挡层的内周缘表面上、且Nb-基细丝与扩散阻挡层邻近(Nb-基细丝设置得更靠近(但没有接触))的位置上，形成由Ta、Cu或Cu-基合金构成的层，以将前述距离调节在2μm以上的构造。
通过热处理前述的制备超导线材用前体，能够制备出表现所需性能的Nb3Sn超导线材。
根据本发明，通过将扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离调节在2μm以上，能够实现Nb3Sn超导线材制备用前体的这样的构造，该构造被设计为降低了由于耦合所致的AC损耗，并且能够表现出优异的超导性能。另外，作为用于将上述距离调节在2μm以上的具体手段，主要是通过不使用Ta或仅在必要位置中设置Ta，可以在被设计成降低成本的同时实现优异的可加工性。
附图说明
图1是示意性示出被应用于青铜处理的超导线材制备用前体的构造实例的横截面图。
图2是示意性示出被应用于内部扩散法的超导线材制备用前体的构造实例的横截面图。
图3是示出本发明的前体的主要部分的横截面图。
图4是示出本发明的前体的一个具体构造实例的主要部分的横截面图。
图5是示出本发明的前体的另一个具体构造实例的主要部分的横截面图。
附图标记和符号的描述
1:Cu-Sn-基合金基质
2:Nb-基金属芯材料
3:Sn-基金属芯
4:Cu-基合金(Cu基材料)
5:Nb-基合金芯
6和6a：扩散阻挡层
7：稳定化铜层
10：基质
11：Nb-基细丝
12：由Cu或Cu-基合金构成的层
15：超导芯部
具体实施方式
为了实现前述目的，本发明已经从各个角度进行了研究。结果发现，通过使在扩散阻挡层的内周缘表面和存在于超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离最优化，可以实现这样的一种前体，由该前体可以获得能够设计成降低耦合所产生的AC损耗并且表现出优异超导性能的Nb3Sn超导线材，从而完成了本发明。下面，参考附图描述本发明前体的构造。
在本说明书中，所有根据质量限定的百分比等都与根据重量限定的那些相同。
图3是示出本发明前体的主要部分的横截面图。该图中，分别地，6a代表由Nb构成的扩散阻挡层；10代表基质；11代表Nb-基细丝；15代表超导芯部。在本发明前体中，在扩散阻挡层6a的内周缘横截面和存在于超导芯部15的最外层部的Nb-基细丝11之间的距离dB-f(在横截面减小处理之后的最终形状中的距离)被设定在2μm以上。并不是这种情况：存在于超导芯部15的最外层部中的所有Nb-基细丝11都以一致距离存在。前述距离dB-f是指在存在于最外层部的Nb-基细丝11之中以与扩散阻挡层6a为最邻近位置存在的Nb-基细丝和扩散阻挡层6a之间的距离(术语“最邻近”是指Nb-基细丝11在最邻近位置上存在但并不接触的状态)。通过使距离dB-f以这种方式最优化，能够降低耦合所产生的AC损耗。
当这种距离dB-f太大时，预期在超导芯部15中的非-超导部分区域变大，由此降低了临界电流密度。因此，还优选的是适当地设置其上限。
尽管这种距离dB-f的上限取决于所应用的工艺而不同，但是在被应用于青铜处理的前体中，该距离dB-f优选为10μm以下。
另一方面，在被应用于内部扩散法的前体中，相比于青铜处理，由于Sn固体可溶解量的限制，所以反应量可能变大。因此，能够使得临界电流密度Jc高于使用青铜处理的这种情况下的临界电流密度Jc。当临界电流密度Jc的绝对值较大时，在内部扩散法的情况下，容许范围大于在青铜处理中的容许范围，并且距离dB-f可以因此而变大。从这些观点考虑，在被应用于内部扩散法的前体中，距离dB-f优选为40μm以下。
描述用于在本发明的前体中将距离dB-f调节为2μm以上的手段。在前体的制造步骤中，可以存在的情形是，Nb-基合金芯并不插入在Cu-Sn基质管(或Cu基质管)中，而是采用进行过拉丝的线材(实心材料)用作隔体，并且还可以考虑将这样的隔体设置在扩散阻挡层的内周缘表面的侧面上。在青铜处理中使用这种隔体的情况下，距离dB-f变得相当大，由此降低了临界电流密度Jc(参见下面所述的在表1中的测试编号13)。另外，在内部扩散法中，能够使用这种隔体将该距离dB-f调节在40μm以下。然而，在这种情况下，界面增加，并且可加工性劣化。
鉴于前述问题，在本发明的前体中，可以提出下列构造作为用于将距离dB-f设置在合适范围的具体手段。图4是示出本发明前体的具体构造实例的主要部分的横截面图。在这种构造中，通过在扩散阻挡层6a的内周缘表面的整个表面上形成由Cu或Cu-基合金构成的层12，将距离dB-f调节在2μm以上。通过提供这种层12，即使当扩散阻挡层6a的原料是Nb时，也可以保持优异的可加工性。
图5是示出本发明前体的另一种具体构造实例的主要部分的横截面图。在这种构造中，通过只在扩散阻挡层6a的内周缘表面上与以存在于最外层部的Nb-基细丝11最邻近设置的Nb-基细丝11对应的内周缘表面上部分地形成由Ta或Cu构成的层13。在这种构造中，由于不仅在使用Cu作为原料的情况下，而且在使用Ta作为原料的情况下，都没有在整个表面上形成层13，因此可以保持优异的可加工性。层13可以被设置在单个位置上，或可以被设置在多个位置上。至于在扩散阻挡层6a的内周缘表面之中没有提供层13的区域，通过调节单个芯或主要的多芯的青铜比率，能够将距离dB-f设置在规定范围。作为在前述的层12或13中使用的Cu合金，从可加工性考虑，也可以使用含有高达约10质量％的Sn等的那些。
在采用任一种构造时，都没有使用昂贵的Ta，或者即使使用Ta时，也可以应用并没有在整个表面上使用Ta的构造。因此，能够降低成本。在整个表面上也可以使用Cu层和部分Ta的组合。
在本发明的前体中，还优选的是，将Nb-基细丝的直径设定在合适的尺寸。从这种观点考虑，在横截面减小处理之后的最终形状(即，在扩散热处理之前的形状)中Nb-基细丝的直径优选为约1.5至6.0μm。在使得Nb-基细丝的直径小于1.5μm的高变形中，由于在线材的纵向的直径波动大(香肠形)，因此，不能实现均匀的加工。另外，当这种直径超过6.0μm时，几乎不可能获得高的临界电流密度。另外，当关心AC损耗的降低时，Nb-基细丝的直径理想地为4μm以下；而当关心抗应力性时，Nb-基细丝的直径理想地为1.5μm以上。
在本发明的前体中，还优选的是适当控制铜的比率(在Cu部分与非-Cu部分的横截面积的比率)。从稳定性考虑，适宜的是，这种铜比率优选0.2以上，并且更优选为0.8以上。然而，当铜比率太大时，非超导部分增加，由此以线材的整个横截面积计的临界电流密度Jc降低。因此，适宜的是，铜比率优选为2.0以下，并且更优选为1.0以下。
在被应用于青铜处理的前体中所使用的Cu-Sn合金优选是Sn含量为13至17质量％的Cu-Sn合金。通过使Sn含量落入在这个范围内，可以进一步改善临界电流密度Jc。当这种Sn含量低于13质量％时，不能表现出提高Sn浓度的作用，而当它超过17质量％时，大量的Cu-Sn化合物沉积，由此几乎不能实现线材的均匀加工。
另一方面，在内部扩散法所使用的前体中，至于其基本构造，Nb-基金属芯5(Nb或Nb-基合金芯)和Sn-基金属芯3(Sn或Sn-基合金芯)互相以一定间隔沉积在Cu或Cu-基合金中。作为在这种构造中使用的Cu合金，可以使用在Cu中包含比如Nb和Ni(约5质量％)之类元素的那种。此外，作为被用作Sn-基金属芯3的原料，可以使用以不阻碍可加工性的量(约5质量％以下)包含比如Ti、Ta、Zr和Hf之类的元素的那种。
另外，在这些方法的任一种中，都可以存在使用Nb-基细丝(在图1中的芯材料和在图2中Nb-基金属芯5)的情况。作为在此使用的Nb-基合金，可以使用以约10质量％以下的量包含比如Ta、Hf、Zr和Ti之类的添加元素的那种。
在本发明的方法中，构造出前述前体，并且将其进行退火和拉丝，之后应用扩散热处理(Nb3Sn形成热处理；通常在600℃以上并且不高于750℃)，以形成Nb3Sn基超导相。由此可以获得表现出优异性能的超导线材。
参考下列实施例，更具体地描述本发明，但是不应当认为本发明限于这些实施例。不用说，在适应前面或后面描述的要旨的范围内通过适当地改变实施本发明是可以的，并且所有的这些改变都包含在本发明的技术范围内。
实施例
实施例1(青铜处理)
将直径为60mm的Nb棒插入在外径为65mm并且内径为35mm的Cu-(15.5质量％Sn)合金中，并且末端通过电子束焊接而密封，从而制备出挤压坯料。将这种挤压坯料进行拉丝，同时在途中于500至600℃适当地退火1小时，由此形成六角形横截面形状的Cu-Sn/Nb复合条(六角形的对边：2.0mm)。将这种Cu-Sn/Nb复合条以1,369的数量捆扎；将厚度为0.1mm的Cu片绕着该捆扎束的外周缘卷绕，如下列表1所示，卷绕数为5；将厚度为0.2mm的Nb片(扩散阻挡层)绕着该外周缘卷绕，卷绕数为5匝；并且将外径为120mm并内径为87mm的Cu(稳定化铜层)设置在其周围。这样获得的复合线材的末端通过电子束焊接而密封，从而形成挤出坯料(多芯型坯料)。
将所获得的挤出坯料进行挤出，并且进行拉丝，以形成丝直径为0.5mm的线材(超导线材制备用前体)。此时，将该线材进行加捻以使间距为13mm。另外，制备出通过将0.2mm Cu片卷绕5匝数量以调节距离dB-f的挤出坯料。
另外，为了比较，制备出(1)使用通过如下制备出的挤压坯料的那种(在表1中的测试编号13)：将具有六角形横截面形状(六角形的对边：2.0mm)的Cu-Sn实心材料(不含插入其内的Nb棒)沉积在前述Cu-Sn/Nb复合条的外周缘上，并且不卷绕Cu片，但是在组装时，在其周围设置外径为120mm并且内径为87mm的Cu(稳定化铜层)；以及(2)采用通过如下制备出的挤压坯料的那种(表1中的测试编号14)：将厚度为0.2的Ta片卷绕5匝以代替Cu片卷绕，并且将外径为120mm并且内径为87mm的Cu(稳定化铜层)设置在其周围；等。
对于所获得的超导线材制备用前体(外径为0.5mm的那些)，检测在最外层细丝和扩散阻挡层之间的距离dB-f以及在挤出和拉丝时的断裂数量。此外，当每一个前体都在650℃进行150小时的热处理(扩散热处理)，以形成Nb3Sn超导线材时，在下列条件下测量AC损耗和临界电流密度(Jc)。
在最外层细丝和扩散阻挡层之间的距离dB-f的测量
在热处理之前将前体的抛光表面进行垂直包埋和抛光，并且通过电子显微镜观测横截面，由此测量出距离dB-f。
AC损耗的测量
通过检拾线圈法(pick-up coil method)，在液体氦(温度：4.2K)、在±3T(特斯拉)的震动磁场中进行测量。
临界电流密度Jc的测量
在液体氦(温度：4.2K)、在12T(特斯拉)的外部磁场中，使电流通过样品(超导线材)；通过四-探针法测量所产生的电压；测量在这个值为0.1μV/cm时的电场下的电流值(临界电流Ic)；并且将这个电流值除以线材的单位非-Cu部分的横截面积，以测量出临界电流密度Jc。
归纳这些结果，并且显示在下表1中。从这些结果清楚看出，在通过中间安置Cu片而使前述距离dB-f变为合适的样品中(测试编号3至12)，降低了AC损耗，并且可以实现优异的临界电流密度Jc。尽管测试编号14涉及采用Ta作为扩散阻挡层的那种，但是在拉丝时频繁发生断裂，因而不能够实现到最终丝直径(直径：0.5mm)的拉丝。
表1
 
测试编号 Cu片的匝数(次数) 断裂的数量(次数) 距离dB-f(μm) AC损耗(kJ/m3) 临界电流密度Jc(A/mm2)
1 0 5 1.5 1500 795
2 1 1 1.8 1200 785
3 2 0 2.2 750 780
4 3 0 2.8 680 778
5 4 0 3.0 650 770
6 5 0 3.5 630 768
7 6 0 3.9 635 771
8 7 0 4.5 627 771
9 8 0 4.9 610 768
10 9 0 5.5 602 770
11 10 0 6.0 597 765
12 5(厚度：0.2mm) 0 9.5 498 745
13 六角形隔体 1 13.0 530 680
 
14 Ta 16 不可能拉丝
实施例2(青铜处理)
除了代替卷绕Cu片的是，在扩散阻挡层的内周缘的12个相应于最靠近细丝部分的位置中设置厚度为0.2mm并且宽度为20mm的Ta片的狭缝之外，以与实施例1相同的方式制备出挤出坯料(多芯类型坯料)。将这种挤出坯料挤出，并且进行拉丝以形成丝直径为0.5mm的线材(超导线材制备用前体)。在这个拉丝阶段没有发生断裂。另外，在拉丝之后的阶段，扩散阻挡层和最靠近细丝之间的距离dB-f为2.5μm。
在与实施例1相同的条件下，将所得前体进行热处理(扩散热处理)，由此形成Nb3Sn超导线材。以与实施例1中相同的方式，测量这种超导线材的AC损耗和临界电流密度(Jc)。结果，AC损耗为320kJ/m3，并且临界电流密度(Jc)为770A/mm2。
实施例3(青铜处理)
除了代替卷绕Cu片的是，在扩散阻挡层的内周缘的12个相应于最靠近细丝部分的位置中设置厚度为0.4mm并且宽度为20mm的Cu片的狭缝之外，以与实施例1相同的方式制备出挤出坯料(多芯类型坯料)。将这种挤出坯料挤出，并且进行拉丝以形成丝直径为0.5mm的线材(超导线材制备用前体)。在这个拉丝阶段没有发生断裂。另外，在拉丝之后的阶段，扩散阻挡层和最靠近细丝之间的距离dB-f为2.3μm。
在与实施例1相同的条件下，将所得前体进行热处理(扩散热处理)，由此形成Nb3Sn超导线材。以与实施例1中相同的方式，测量这种超导线材的AC损耗和临界电流密度(Jc)。结果，AC损耗为675kJ/m3，并且临界电流密度(Jc)为765A/mm2。
实施例4(内部扩散法)
将直径为18mm的Nb棒插入在外径为21mm并且内径为18mm的Cu管中，并且通过模头拉丝，被精整成具有六角横截面形状(六角形的对边：2.0mm)的Cu/Nb复合条，之后被切割成400mm的长度。将这种Cu/Nb复合条在外径为143mm并且内径为124mm的Cu管中捆扎336根的数量，并且被设置在Cu内筒(外径：70mm，内径：61mm)的中心，之后通过电子束焊接以放置盖子，从而形成挤出坯料。
将如此获得的挤出坯料进行管挤出和管牵拉，然后将外径为10mm的Sn棒插入在中心，由此制备出具有六角形横截面形状(六角形的对边：3.5mm)的单元素线材。将这种单元素线材以19的数量捆扎；在外周缘上设置厚度为0.1mm的Nb片，以及在其内侧设置如下表2所示的Cu片；以及将所得物设置在外径为33mm并且内径为26mm的Cu管内，并且再进行拉丝，以形成最终丝直径为2.0mm的线材(多元素线材)。
对于所获得的超导线材制备用前体(外径为2.0mm的那种)，检测在最外层细丝和扩散阻挡层之间的距离dB-f以及在挤出和拉丝时的断裂数。另外，当各个前体都进行热处理(扩散热处理)(在500℃进行100小时以及在650℃进行100小时)，以形成Nb3Sn超导线材时，在与实施例1中相同的条件下，测量AC损耗和临界电流密度(Jc)。
归纳这些结果，并且显示在下表2中。从这些结果清楚看出，在通过将Cu片中间安置在扩散阻挡层和Nb-基细丝之间，而使前述距离dB-f变为合适的样品中(测试编号16至21)，降低了AC损耗，并且可以实现优异的临界电流密度Jc。
表2
 
测试编号 Cu片的匝数(次数)(Cu片厚度) 断裂的数量(次数) 距离dB-f(μm) AC损耗(kJ/m3) 临界电流密度Jc(A/mm2)
15 0 5 1.5 2110 955
16 1(0.05mm) 1 2.0 1100 935
17 1(0.15mm) 0 4.0 993 927
18 3(0.1mm) 0 9.0 985 922
19 5(0.1mm) 0 22 680 910
20 4(0.2mm) 0 31 650 850
21 5(0.2mm) 0 40 630 832
 
22 7(0.2mm) 1 52 530 755
尽管本发明已经详细地并且参考其具体实施方式进行了描述，但是对于本领域的技术人员显然的是，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下，在本发明内进行各种改变和变化。
这个申请基于2006年2月23日提交的日本专利申请(日本专利申请2006-046742)，并且其内容通过引用结合在此。
另外，被引用的所有参考文献都以整体结合在此。
工业适用性
根据本发明，通过将在扩散阻挡层的内周缘表面和存在于超导芯部的最外层部中的Nb-基细丝之间的距离调节在2μm以上，可以实现Nb3Sn超导线材制备用前体的构造，所述Nb3Sn超导线材被设计成降低了由于耦合所产生的AC损耗，并且能够表现出优异的超导性能。另外，作为用于将上述距离调节在2μm以上的具体手段，通过基本上不使用Ta或只在必要位置上设置Ta，可以实现优异的可加工性，同时设计成降低成本。

Claims (8)

1.一种在制备Nb3Sn超导线材中使用的Nb3Sn超导线材制备用前体，所述前体包括：
超导芯部，其包含Cu-Sn-基合金和由Nb或Nb-基合金构成的多个Nb-基细丝，所述多个Nb-基细丝被设置在Cu-Sn-基合金中；
扩散阻挡层，其由Nb构成，并且被设置在所述超导芯部的外周缘上；以及
稳定化铜层，
其中，在横截面减小处理之后的最终形状中，所述扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离被设定在2μm以上。
2.根据权利要求1所述的Nb3Sn超导线材制备用前体，其中所述扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离为10μm以下。
3.一种在制备Nb3Sn超导线材中使用的Nb3Sn超导线材制备用前体，所述前体包括：
超导芯部，其包括Cu或Cu-基合金，单一或多个由Nb或Nb-基合金构成的Nb-基细丝以及单个或多个Sn或Sn-基合金芯，所述单个或多个Nb-基细丝和所述单个或多个Sn或Sn-基合金芯被设置在Cu或Cu-基合金中；
扩散阻挡层，其由Nb构成并且设置在所述超导芯部的外周缘上；以及
稳定化铜层，
其中，在横截面减小处理之后的最终形状中，所述扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离被设定在2μm以上。
4.根据权利要求3所述的Nb3Sn超导线材制备用前体，其中所述扩散阻挡层的内周缘表面和存在于所述超导芯部的最外层部的Nb-基细丝之间的距离为40μm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的Nb3Sn超导线材制备用前体，所述前体包含由Cu或Cu-基合金构成并且设置在所述扩散阻挡层的内周缘的整个表面上的层，其中所述距离被调节在2μm以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的Nb3Sn超导线材制备用前体，所述前体包含由Ta、Cu或Cu-基合金构成的层，并且所述层被设置在所述扩散阻挡层的内周缘表面上的其中Nb-基细丝与扩散阻挡层邻近的位置上，其中所述距离被调节在2μm以上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的Nb3Sn超导线材制备用前体，其中，在横截面减小处理之后的最终形状中，所述Nb-基细丝的直径为1.5至6.0μm。
8.一种Nb3Sn超导线材，其是通过如下方法得到的：使根据权利要求1至7中任一项所述的Nb3Sn超导线材制备用前体进行Nb3Sn形成热处理，由此形成Nb3Sn基超导相。
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