JP2001135165A

JP2001135165A - Ｃｕ添加Ｎｂ３Ａｌ極細多芯超伝導線材とその製造方法

Info

Publication number: JP2001135165A
Application number: JP35490699A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Inoue; 廉井上; Yasuo Iijima; 安男飯嶋; Akihiro Kikuchi; 章弘菊池
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Research Institute for Metals
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2001-05-18
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: DE10055628A1; JP3577506B2; DE10055628B4; US6376099B1

Abstract

(57)【要約】【課題】低磁場でのＪｃが高く、かつ２６Ｔ以下のあ
らゆる磁場にも対応でき、Ｎｂ_３Ａｌ線材よりも高磁場
中でのＪｃ特性に優れている超伝導線材を提供する。【解決手段】０．２ａｔ％を超えて１０ａｔ％以下の
Ｃｕが添加されているＣｕ−Ａｌ合金がＮｂ中に複合化
されているマイクロ複合芯材を、マトリックス材として
のＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に多数本埋
め込んでなる極細多芯構造を有する超伝導線材であっ
て、前記のマイクロ複合芯材において、１７００℃以上
の温度に２秒以下での急加熱と室温付近への急冷によっ
てＡ１５相化合物構造が形成され、さらに６５０〜９０
０℃の温度で追加熱処理されているＣｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ
極細多芯超伝導線材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、Ｃｕ添加
Ｎｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導線材とその製造方法に関する
ものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、２６
Ｔ程度以下のあらゆる磁場発生にも対応できる、Ｃｕを
添加したＮｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導線材と、その製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来より、合金系超伝導体の
なかでは、４．２Ｋで９Ｔ（テスラ）までの低磁場用に
はＮｂ−Ｔｉ線材が、９〜２１Ｔの高磁場用にはＮｂ_３
Ｓｎ、Ｖ_３Ｇａ線材が実用されている。その一方で、急
熱急冷変態法で作製されたＮｂ_３Ａｌ超伝導線材が、近
年の研究によってその実用化が期待されている。このも
のは、既存の実用超伝導線材の３〜５倍大きいＪｃを示
すことから、高磁場ＮＭＲスペクトロメータ、核融合
炉、超伝導粒子加速器、ＳＭＥＳ等の超伝導応用機器の
性能を大幅に向上できるため、実用超伝導材料に置き換
わる可能性がある。図１には、急熱急冷変態法によるＮ
ｂ_３Ａｌ線材の作製工程を示しているが、この場合の急
熱急冷変態法とは、前駆体線であるＮｂ／Ａｌ極細複合
線を急熱急冷処理し、まず、線材中にＮｂ−Ａｌｂｃ
ｃ過飽和固溶体を直接生成させ、次に、８００℃付近で
追加熱処理を行い、生成したｂｃｃ過飽和固溶体をＡｌ
５相化合物に変態させることにより、極めて高いＪｃ特
性を持つ超伝導線材を作製する方法である（登録番号２
０２１９８６）。

【０００３】また、類似の超伝導線材製法として、図２
に示すように、ＧｅまたはＳｉを添加したＡｌ合金を使
用して作製した前駆体複合線を急熱急冷処理し、まず、
結晶の長距離秩序度の低いＡ１５相化合物としてのＮｂ
_３（Ａｌ，Ｇｅ）を直接生成させ、次いで８００℃付近
で熱処理することで結晶の長距離秩序を回復させて、Ａ
１５相化合物としてのＮｂ_３（Ａｌ，Ｇｅ）超伝導線材
を得る方法がこの出願の発明者らにより提案されてい
る。この製法によるＮｂ_３（Ａｌ，Ｇｅ）超伝導線材
は、ＴｃとＨｃ_２（４．２Ｋ）が大幅に向上し、高磁場
でのＪｃが高いため、２３〜２９Ｔ級の超高磁場発生用
の超伝導線材として、開発が進められている（出願番号
１１−０５９９０７）。しかし、この超伝導線材は低磁
場でのＪｃがあまり高くない。したがって、経済性を考
慮すると、低磁場特性の優れたほかの超伝導線材と組み
合わせて使用せざるをえない。

【０００４】そこで、この出願の発明は、低磁場でのＪ
ｃが低いという欠点を持たず、かつ、２６Ｔ程度以下の
あらゆる磁場発生にも対応できる超伝導線材とその製造
方法を提供することを課題としている。また、この出願
の発明は、Ｎｂ_３Ａｌ線材よりも高磁場中でのＪｃ特性
が優れた超伝導線材を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
は、上記の問題点を解消するものとして、以下の通りの
発明を提供する。

【０００６】すなわち、まず第１には、この出願の発明
は、０．２ａｔ％を超えて１０ａｔ％以下のＣｕが添加
されているＣｕ−Ａｌ合金がＮｂ中に複合化されている
マイクロ複合芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔ
ａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に多数本埋め込んでな
る極細多芯構造を有する超伝導線材であって、前記のマ
イクロ複合芯材において、１７００℃以上の温度に２秒
以下での急加熱と室温付近への急冷によってＡ１５相化
合物構造が形成され、さらに６５０〜９００℃の温度で
追加熱処理されていることを特徴とする、Ｃｕ添加Ｎｂ
_３Ａｌ極細多芯超伝導線材を提供する。

【０００７】そして、第２には、マイクロ複合芯材のＮ
ｂ中に複合化されているＣｕ−Ａｌ合金において、Ｃｕ
−Ａｌ合金の平均径が１μｍ以下であることや、第３に
は、Ｃｕ−Ａｌ合金とＮｂとの体積比がＣｕ−Ａｌ合
金：Ｎｂとして１：２．５〜１：３．５であることなど
も、その態様とする上記第１の発明の超伝導線材を提供
する。

【０００８】さらに、この出願の発明は、第４には、最
外層として安定化Ｃｕ被覆がされていることや、第５に
は、マトリックス材中には、ＮｂまたはＴａからなる拡
散バリア層で囲んだ安定化Ｃｕが配置されていることな
どを特徴とする、上記第１ないし第３のいずれかの発明
の超伝導線材を提供する。

【０００９】また、第６には、この出願の発明は、上記
第１ないし第３のいずれかの発明の超伝導線材の製造方
法であって、極細多芯構造を有する線材を、２秒以下の
急加熱によって１７００℃以上の温度に到達させた後に
室温付近に急冷し、次いで６５０〜９００℃の温度で追
加熱処理を行うことを特徴とする、Ｃｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ
極細多芯超伝導線材の製造方法を提供する。

【００１０】加えて、第７には、追加熱処理の前もしく
は後に、線材表面に安定化Ｃｕ被覆することや、第８に
は、急加熱の前に、ＮｂまたはＴａからなる拡散バリア
層で囲んだ安定化Ｃｕをマトリックス材中に配置するこ
とを特徴とする、上記第６の発明の製造方法を提供す
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】この出願の発明は上記のとおりの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。

【００１２】まず、この出願の第１の発明が提供する超
伝導線材は、次の要件によって特定される。（１）０．２ａｔ％を超えて１０ａｔ％以下のＣｕが添
加されているＣｕ−Ａｌ合金がＮｂ中に複合化されてい
るマイクロ複合芯材を、（２）マトリックス材としての
Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に多数本埋め
込んでなる極細多芯構造を有し、（３）前記（１）のマ
イクロ複合芯材において、１７００℃以上の温度に２秒
以下での急加熱と室温付近への急冷によってＡ１５相化
合物構造が形成され、さらに６５０〜９００℃の温度で
追加熱処理されている。

【００１３】そして、この出願の第２の発明では、要件
（１）に係わるＣｕ−Ａｌ合金は、その平均外径が１μ
ｍ以下であることを好適としており、また第３の発明で
は、Ｃｕ−Ａｌ合金とＮｂとの体積比を、１：２．５〜
１：３．５の範囲を好適としている。なお、「多数本」
との規定は、数十〜数百万本程度を意味し、「室温付
近」との規定は、約１５〜５０℃程度の温度範囲を意味
している。

【００１４】また、この出願の第４の発明では、最外層
として安定化Ｃｕ被覆されているＣｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ極
細多芯超伝導線材であることを特徴とし、第５の発明で
は、マトリックス材中にＮｂまたはＴａからなる拡散バ
リア層で囲んだ安定化Ｃｕを配置することを好適として
いる。

【００１５】ここでＣｕは、超伝導状態にある線材に電
流を流した状態を安定化させる役割を果たしている。つ
まり、一般に、超伝導状態の線材に電流を流すと、電流
は線材の表面から流れはじめて均等には流れず、線材に
エネルギーが貯えられた不安定な状態が発生して、線材
がこすれ合ったり動いたりする事態が生じる。そのた
め、線材中のエネルギーが局部的に開放されてその部分
の超伝導を破壊し、ジュール熱が発生されるので、線材
全体にまで超伝導状態の破壊が拡大してしまう。しか
し、線材に高純度のＣｕを被覆させると、超伝導が壊れ
た部分（常伝導部分）において電流は高純度Ｃｕ部分を
選択的に流れるため、大きな発熱は起こらない。その間
に線材は周辺から冷却されて、常伝導部分は超伝導に復
帰する。このように、Ｃｕ被覆により超伝導状態は安定
に保たれることになる。

【００１６】以上のようなこの出願の超伝導線材につい
ては、その製造方法としては、前記第６、第７、そして
第８の発明が提供されることになる。安定化Ｃｕ被覆し
たこの発明の超伝導線材においては、例えば図３の構造
と製造プロセスとして例示される。製造プロセスとして
は、第６の発明のように、極細多芯構造を有する線材
を、２秒以下の急加熱によって１７００℃以上の温度に
到達させた後に、室温付近に急冷し、次いで６５０〜９
００℃の温度で追加熱処理する。そして、追加熱処理の
前に線材表面に安定化Ｃｕ被覆を施しておく。一方、図
４は、図３の例とは異なって、追加熱処理の後に、線材
表面に安定化Ｃｕ被覆を施すプロセスを例示している。

【００１７】さらに図５の例においては、前記の追加熱
の前に、ＮｂまたはＴａからなる拡散バリア層で囲んだ
安定化Ｃｕをマトリックス材中に配置している。たとえ
ば以上の図３、図４および図５に例示したようにして、
この発明においては、Ａ１５相化合物の結晶化秩序をし
っかりしたものとし、優れた超伝導線材としての特性を
発揮できるものとしている。

【００１８】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。

【００１９】

【実施例】＜Ｉ＞最初に、Ｃｕ−Ａｌ合金がＮｂ中に複
合化されているＮｂ／Ａｌ−Ｃｕマイクロ複合芯材を、
図６に示すＲｏｄ−ｉｎ−ｔｕｂｅ法により作製した。
その手順は次のとおりとした。まず、Ｃｕ−Ａｌ合金の
作製に際して、Ｃｕ−Ａｌ合金のＣｕ添加量は、各々の
試料について、Ａ：０．２ａｔ％、Ｂ：２ａｔ％、Ｃ：
８ａｔ％、Ｄ：１２ａｔ％とした。そして、それぞれの
試料をタンマン溶解により作製した。これらのＣｕ−Ａ
ｌ合金を、外径７ｍｍのロッド状に削り出し、Ｎｂパイ
プ（外径１４ｍｍ、内径７ｍｍ）に詰めた後、冷間溝ロ
ール加工と伸線加工とを施して単芯線を作製した。しか
し、ここで試料Ｄは異常変形による断線が発生したため
伸線加工に失敗し、単芯線は得られなかった。Ｃｕの添
加量が１０ａｔ％を超えると、Ｎｂとの複合加工が困難
となり、単芯線の製作が不可能となる。その他の試料
Ａ、Ｂ、ＣのＣｕ−Ａｌ合金については、ここまでの加
工は順調に行われ、３種の単芯線が得られた。

【００２０】＜ＩＩ＞次に、得られた試料Ａ、Ｂ、Ｃの
各々の単芯線について、１２１×１２１芯複合体（１）
と、３３０×３３０芯複合体（２）とをそれぞれ作製
し、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、およびＣ２のマイ
クロ複合芯材試料を作製した。これらのマイクロ複合芯
材の作製においては、まず得られた各々の単芯線の一部
を１．１４ｍｍφまで、残りを０．７ｍｍφまで伸線加
工し、これを適当な寸法に切断した。次に、切断した
１．１４ｍｍφの単芯線を１２１本束ねてＮｂパイプ
（外径２０ｍｍ、内径１４ｍｍ）に詰め、今度は中間焼
鈍しは無しで１．１４ｍｍφまで溝ロール加工および伸
線加工を施した後、再び適当な長さに切断し、さらに１
２１本束ねてＮｂパイプ（外径２０ｍｍ、内径１４ｍ
ｍ）に詰めた。これによって、１２１×１２１芯複合体
を得た。同様にして、０．７ｍｍφの単芯線は、３３０
本を束ねてＮｂパイプ（外径２５ｍｍ、内径１６ｍｍ）
に詰め、同様に中間焼鈍し無しで０．８ｍｍφにまで加
工した後、再び切断し、さらに３３０本束ねてＮｂパイ
プ（外径２５ｍｍ、内径１６ｍｍ）に詰めた３３０×３
３０芯複合体を得た。以上のとおりの１２１×１２１芯
複合体と３３０×３３０複合体とを溝ロール加工および
伸線加工により、０．８ｍｍψにまで加工し、極細多芯
構造を有するＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、およびＣ
２のＮｂ／Ａｌ−Ｃｕマイクロ複合芯材の試料を得た。
これらの試料において、Ｎｂ：Ａｌの体積比はおよそ
３：１であった。ただし、Ａ１、Ａ２の試料について
は、１２１×１２１芯複合体であるＡ１の伸線加工には
成功したが、３３０×３３０芯複合体であるＡ２では伸
線加工に失敗した。このことから、０．２ａｔ％程度の
Ｃｕ添加では、Ａｌ合金はＮｂに比べて柔らかすぎるた
め、複合加工性が悪く、このＲｏｄ−ｉｎ−ｔｕｂｅ法
にてマイクロ複合芯材を作製することは難しいと判断さ
れる。

【００２１】＜ＩＩＩ＞得られたＮｂ／Ａｌ−Ｃｕマイ
クロ複合芯材を、図７に示すような急熱急冷装置にかけ
た。この装置では、Ｎｂ／Ａｌ−Ｃｕマイクロ複合芯材
を、１ｍ／ｓｅｃの速度で移動させながら電極プーリー
とＧａ浴槽との間で通電加熱することにより、室温から
約２０００℃に急熱させ、次いで、５０℃程度に保持さ
れたＧａ浴槽中を通過させることで、急冷させる。この
時の急冷速度は、１×１０^５℃／ｓｅｃ程度であった。
ここで、Ｇａ浴槽は電極と冷媒の役割を兼ねている。そ
して、巻き取られたＮｂ／Ａｌ−Ｃｕマイクロ複合芯材
をＸ線回折装置で調べたところ、結晶の長距離秩序度の
低いＡ１５相化合物フィラメントが生成していた（図
８）。Ｃｕなどの添加元素を含まないＮｂ／Ａｌ線材を
急熱急冷処理した場合には、過飽和ｂｂｃ固溶体が生成
するのと対照的であった。ただし、Ａ１およびＡ２の試
料は、Ａ１５相化合物からの回折線強度が弱かったの
で、Ｃｕを添加せずに純Ａｌを使用した場合、つまりＮ
ｂ／Ａｌ線材を使用した場合のように、過飽和ｂｂｃ固
溶体がある程度生成しているものと推定される。

【００２２】＜ＩＩＩＩ＞この後、６５０〜９００℃の
追加熱処理を行い、この発明のＣｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ極細
多芯超伝導線材を作製した。試料Ａ１およびＡ２の場合
のＴｃは１７．９Ｋであり、Ｈｃ_２（４．２Ｋ）やＪｃ
（４．２Ｋ）などの超伝導特性と共に、Ｎｂ／Ａｌ線材
を使用した場合とほぼ同じであった。

【００２３】一方、試料Ｂ１およびＢ２の場合は、Ｎｂ
／Ａｌ−Ｃｕマイクロ複合芯材の追加熱処理の前と後と
で、Ｔｃ、Ｈｃ_２（４．２Ｋ）、Ｊｃ（４．２Ｋ）など
の超伝導特性が変化していた。Ｔｃについては、処理前
は１３．０Ｋであったが、７５０℃の追加熱処理により
結晶の長距離秩序度が回復し、１８．２Ｋにまで向上し
た。Ｎｂ／Ａｌ線材を使用した場合の最も高いＴｃとし
ては、１７．９Ｋが得られているので、０．３Ｋ向上し
たこととなる。また、Ｈｃ_２（４．２Ｋ）については、
追加熱処理前は１８Ｔ程度であったが、７００〜９００
℃の熱処理により、２７〜２８．５Ｔにまで向上した。
Ｎｂ／Ａｌ線材を使用した場合のＨｃ_２（４．２Ｋ）は
２５〜２６Ｔであるので、Ｃｕの添加により、２Ｔ程度
も改善された。図９には、３通りの追加熱処理温度で作
製したＮｂ／Ａｌ−２ａｔ％ＣｕのＨｃ_２（４．２Ｋ）
特性について例示したが、どの場合についてもＨｃ
_２（４．２Ｋ）は改善されていた。さらに、Ｊｃ−Ｂ特
性については注目すべきであった。Ｃｕの添加により、
ＴｃおよびＨｃ_２（４．２Ｋ）はある程度改善された
が、Ｊｃ（４．２Ｋ）については、現在の実用超伝導線
材よりはるかに大きな値が得られた。図１０には、試料
Ｂ１、Ｂ２および実用超伝導線材４種のＪｃ−Ｂ特性を
示した。これを詳細に見ると、１８Ｔ以下の低磁場で
は、Ｂ１およびＢ２よりも、Ｎｂ／Ａｌ前駆体複合線
（Ｎｂ箔とＡｌ箔とを巻き重ねた複合体を芯線加工する
ジェリーロール法により作製）を使用した急熱急冷変態
法のＮｂ_３Ａｌ線材の方が高いＪｃを示した。しかし、
現在の超伝導応用技術ではこのような高いＪｃを利用す
る技術は確立されておらず、低磁場でのＪｃとしては、
実用上、この実施例にあるＢ１およびＢ２程度のＪｃで
充分といえる。一方、高磁場でのＪｃは、明らかにＣｕ
の添加により改善されている。金属系超伝導線材の高磁
場でのＪｃは、どうしても低くなりすぎる傾向があるの
で、若干でも改善されることは実用上大きな意味を持
つ。

【００２４】また、試料Ｃ１およびＣ２については、Ｔ
ｃが１８．１Ｋで、Ｈｃ_２（４．２Ｋ）が２８．１Ｔを
示し、Ｎｂ／Ａｌ線材を使用した場合よりも向上してお
り、Ｊｃ特性も、Ｂ１およびＢ２とほぼ同じの高い値を
示した。

【００２５】そして、いずれの線材においても、マイク
ロ複合芯材が１２１×１２１芯（芯径１．５μｍ）の場
合よりも、３３０×３３０芯（芯径０．６μｍ）の場合
の方が、Ｊｃ−Ｂ特性は大幅に向上していた。Ｔｃおよ
びＨｃ_２（４．２Ｋ）は芯径が細かくなっても０．２〜
０．５％程しか向上しないが、Ｊｃ−Ｂ特性については
大幅に向上することが示された。また、これに関連し
て、マイクロ複合芯材中のＡｌ合金の厚さが厚い場合、
Ｊｃ（４．２Ｋ）が小さくなってしまい、実用上都合が
悪い結果となった。

【００２６】＜Ｖ＞以上のことより、Ｃｕ添加量が０．
２ａｔ％以下であると、過飽和ｂｃｃ固溶体が優先して
生成するので、その場合は、急熱急冷変態法と同じ製法
となってしまう。また、Ｃｕ添加量が０．２ａｔ％以下
であったり、１０ａｔ％を超えると、Ｎｂとの複合加工
が困難となり、前駆体の複合線作製が不可能となること
がわかった。しかしこの範囲内でのＣｕの添加は、伸線
加工性を大幅に改善し、マイクロ複合芯材の製造歩留ま
りを向上させるので、線材製造コストが削減できる。

【００２７】また、マイクロ複合芯材中のＡｌ合金の厚
さが厚い場合、Ｊｃ（４．２Ｋ）が小さくなってしま
い、実用上都合が悪くなることがわかった。＜ＶＩ＞なお、以上の実施例では、ＮｂパイプにＣｕ−
Ａｌ合金芯を挿入して伸線加工と複合を繰り返すこと
で、Ｎｂ／Ａｌ−Ｃｕマイクロ複合芯材を作製したが、
この製法以外にも、Ｎｂ粉末とＡｌ合金粉末を混ぜ合わ
せた混合物を伸線加工するＰｏｗｄｅｒ−ｉｎ−ｔｕｂ
ｅ法（図１１）や、ＮｂシートとＡｌ合金シートを重ね
あわせてロール状に巻き込んだ複合体を伸線加工するＪ
ｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ法（図１２）、さらに、Ａｌ合金シ
ートをＮｂシートに重ねた状態で軽度の加工を加え、次
いで、適当な長方形チップ状に切って、押し出し加工に
よりマイクロ複合芯材を作製するＣｌａｄ−Ｃｈｉｐ−
押し出し法（図１３）などの方法も、原理的にその特性
は変化しないと考えられる。

【００２８】さらに、上記の実施例ではマイクロ複合芯
材のＮｂ／Ａｌ合金比を３：１に固定して行ったが、実
用的にはこの組成からある程度、例えば２．５：１〜
３．５：１程度ずれていても問題はない。ただし、大き
くずれると他の非超伝導化合物や非超伝導合金の構成割
合が大きくなるので好ましくない。

【００２９】このほか、上記実施例の急熱急冷処理で
は、線材の移動速度は１ｍ／ｓｅｃを標準に行い、この
場合の加熱時間は０．１秒であった。しかし、その他に
線材移動速度を０．５ｍ／ｓｅｃ、０．２ｍ／ｓｅｃと
遅くした場合でも、得られた超伝導特性はほとんど変わ
らなかった。ただし、線材移動速度を０．０５ｍ／ｓｅ
ｃ以下にすると、Ｇａ浴槽中に溶け出すＮｂ量が増える
ので、長尺線の急熱急冷処理には適さないことが判明し
た。よって、急加熱は２秒以下で行うことが好ましい。
もちろん、急加熱、急冷の手順は、図７のようなＧａ浴
槽を使用する方法に限られることはなく、様々な形態で
あってよい。

【００３０】また上記実施例では、マトリックス材とし
て純Ｎｂを使用した。これはマトリックス材として、１
７００℃以上の温度に耐えることができ、かつ良好な冷
間加工性を持つことが重要であり、加えてＮｂ_３Ａｌと
の拡散反応性に乏しいことも望まれるからである。この
ような要件を備えたマトリックス材としては、Ｎｂの他
に、Ｔａ、Ｎｂ基合金およびＴａ基合金が考えられる。
Ｎｂ基合金とＴａ基合金とでは、塑性加工性が類似して
いる。価格はＴａ合金の方が圧倒的に高価であるが、Ｔ
ａ基合金の方が融点が高いため、急熱急冷処理時に機械
的強度が増すことからマトリックス材の量を減らすこと
が可能となる。マイクロ複合芯材に対するマトリックス
材の量比をゼロにすると極細多芯構造が保てなくなり、
超伝導状態が不安定になるため、超伝導特性の点からは
マトリックス材の量比をゼロにすることはできないが、
０．２程度にまで小さくすることが望ましい。Ｎｂ基合
金を用いた場合には、マトリックス材の量比を０．４ま
で小さくした線材の作製に成功しているが、Ｔａ基合金
をすれば、量比を０．２にまで小さくすることが可能で
あると考えられる。この場合、フィラメント部の超伝導
特性が変わらなければ、超伝導電流容量の密度は、（１
＋０．４）／（１＋０．２）だけ改善できることにな
る。Ｎｂ基合金およびＴａ基合金を具体的に例示する
と、マトリックス材としては、Ｎｂ−Ｖ、Ｎｂ−Ｃｒ、
Ｎｂ−Ｍｏ、Ｎｂ−Ｍｎ、Ｎｂ−Ｔａ、Ｎｂ−Ｔｉ、Ｎ
ｂ−Ｚｒ、Ｔａ−Ｖ、Ｔａ−Ｃｒ、Ｔａ−Ｍｏ、Ｔａ−
Ｍｎ、Ｔａ−Ｎｂ、Ｔａ−ＴｉおよびＴａ−Ｚｒなどが
有望である。それぞれの基合金において、母相に対する
添加元素の割合は、冷間加工性を損なわないという点か
ら１０ａｔ％以下が好ましい。

【００３１】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な形態が可能であ
ることは言うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、飛躍的に高磁場特性の優れたＮｂ_３Ａｌ極細多芯
超伝導線材の製造法が提供される。また、この発明の製
造法によると、低磁場でのＪｃが低いという欠点を持た
ず、かつ２６Ｔ以下のあらゆる磁場発生に対応できるた
め、設計が簡単で、経済的な超高磁場超伝導線材を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】急熱急冷変態法によるＮｂ_３Ａｌ線材の作製を
例示した工程図である。

【図２】急熱急冷法によるＮｂ_３（Ａｌ，Ｇｅ）線材の
作製を例示した工程図である。

【図３】追加熱処理の前に安定化Ｃｕを被覆するこの発
明の製造法を例示した工程図である。

【図４】追加熱処理の後に安定化Ｃｕを被覆するこの発
明の製造法を例示した工程図である。

【図５】急加熱の前に安定化Ｃｕをマトリックス材中に
配置するこの発明の製造法を例示した工程図である。

【図６】Ｎｂ／Ａｌマイクロ複合芯材の加工法−１（Ｒ
ｏｄ−ｉｎ−ｔｕｂｅ法）を例示した図である。

【図７】急熱急冷装置の原理図である。

【図８】Ｎｂ／Ａｌ−２ａｔ％Ｃｕマイクロ複合芯材を
急熱急冷処理した線材のＸ線回折パターン図である。

【図９】高磁場Ｊｃ（４．２Ｋ）のクレーマープロット
により外挿で求めたＨｃ_２（４．２Ｋ）を例示した図で
ある。

【図１０】Ｎｂ／Ａｌ−２ａｔ％Ｃｕ超伝導線材および
実用超伝導線材のＪｃ−Ｂ特性を例示した図である。

【図１１】Ｎｂ／Ａｌマイクロ複合芯材の加工法−２
（Ｐｏｗｄｅｒ−ｉｎ−ｔｕｂｅ法）を例示した図であ
る。

【図１２】Ｎｂ／Ａｌマイクロ複合芯材の加工法−３
（Ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ法）を例示した図である。

【図１３】Ｎｂ／Ａｌマイクロ複合芯材の加工法−４
（Ｃｌａｄ−Ｃｈｉｐ−押し出し法）を例示した図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】０．２ａｔ％を超えて１０ａｔ％以下の
Ｃｕが添加されているＣｕ−Ａｌ合金がＮｂ中に複合化
されているマイクロ複合芯材を、マトリックス材として
のＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に多数本埋
め込んでなる極細多芯構造を有する超伝導線材であっ
て、前記のマイクロ複合芯材において、１７００℃以上
の温度に２秒以下での急加熱と室温付近への急冷によっ
てＡ１５相化合物構造が形成され、さらに６５０〜９０
０℃の温度で追加熱処理されていることを特徴とする、
Ｃｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導線材。
【請求項２】マイクロ複合芯材において、Ｎｂ中に複
合化されているＣｕ−Ａｌ合金は、平均径が１μｍ以下
である、請求項１のＣｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導
線材。
【請求項３】マイクロ複合芯材において、Ｎｂ中に複
合化されているＣｕ−Ａｌ合金は、Ｎｂとの体積比がＣ
ｕ−Ａｌ合金：Ｎｂとして１：２．５〜１：３．５であ
る、請求項１のＣｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導線
材。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかの超伝導線
材において、最外層として安定化Ｃｕ被覆がされている
Ｃｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導線材。
【請求項５】請求項１ないし３のいずれかの超伝導線
材において、マトリックス材中には、ＮｂまたはＴａか
らなる拡散バリア層で囲んだ安定化Ｃｕが配置されてい
る、Ｃｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導線材。
【請求項６】請求項１ないし３のいずれかの超伝導線
材の製造方法であって、極細多芯構造を有する線材を、
２秒以下の急加熱によって１７００℃以上の温度に到達
させた後に室温付近に急冷し、次いで６５０〜９００℃
の温度で追加熱処理を行うことを特徴とする、Ｃｕ添加
Ｎｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。
【請求項７】請求項６の製造方法において、追加熱処
理の前もしくは後に、線材表面に安定化Ｃｕ被覆する、
Ｃｕ添加Ｎｂ_３Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。
【請求項８】請求項６の製造方法において、急加熱の
前に、ＮｂまたはＴａからなる拡散バリア層で囲んだ安
定化Ｃｕをマトリックス材中に配置する、Ｃｕ添加Ｎｂ
_３Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。