JP2002033025A - Ｎｂ３Ａｌ超電導多芯線とその製造方法 - Google Patents
Ｎｂ３Ａｌ超電導多芯線とその製造方法Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高磁界特性に優れ、かつ、コイル成形等の成
形加工を阻害しない機械的強度を有するＮｂ3Ａｌ超電
導多芯線およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 中心部にＮｂジャケットで被覆したＡｇ
安定化材１を配置し、その周囲に内周部としてＡｌ−２
ａｔ％Ｃｕ合金のＮｂ／Ａｌ−２ａｔ％Ｃｕ・ＲＩＴ法
サブマルチ線２を配置し、また、その外側に外周部とし
てＮｂ−２５ａｔ％Ａｌの組成を有し、Ａｌの層厚が１
００ｎｍのＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ線３を配置した。
形加工を阻害しない機械的強度を有するＮｂ3Ａｌ超電
導多芯線およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 中心部にＮｂジャケットで被覆したＡｇ
安定化材１を配置し、その周囲に内周部としてＡｌ−２
ａｔ％Ｃｕ合金のＮｂ／Ａｌ−２ａｔ％Ｃｕ・ＲＩＴ法
サブマルチ線２を配置し、また、その外側に外周部とし
てＮｂ−２５ａｔ％Ａｌの組成を有し、Ａｌの層厚が１
００ｎｍのＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ線３を配置した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＮｂ3Ａｌ超電導多
芯線およびその製造方法に関し、特に、高磁界特性およ
びコイル等の成形加工性に優れるＮｂ3Ａｌ超電導多芯
線およびその製造方法に関する。
芯線およびその製造方法に関し、特に、高磁界特性およ
びコイル等の成形加工性に優れるＮｂ3Ａｌ超電導多芯
線およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｎｂ3Ａｌ化合物系超電導線は、超電導
線として一般的なＮｂ3ＳｎおよびＮｂＴｉに比較し
て、高磁界における臨界電流密度特性に優れているた
め、核融合炉や高エネルギ−加速器などの超電導線自身
に大きな電磁力が加わる大型・応用超電導機器への利用
が期待されている。
線として一般的なＮｂ3ＳｎおよびＮｂＴｉに比較し
て、高磁界における臨界電流密度特性に優れているた
め、核融合炉や高エネルギ−加速器などの超電導線自身
に大きな電磁力が加わる大型・応用超電導機器への利用
が期待されている。
【０００３】従来のＮｂ3Ａｌ化合物系超電導線の製造
方法として、急熱急冷・変態（ＲＨＱＴ）法がある。こ
のＲＨＱＴ法では、例えば、ジェリ−ロ−ル（Jelly−R
oll；以下、ＪＲとする）法に基づいて形成されたＮｂ
／Ａｌ多芯複合線を１ｍ／ｓｅｃの速度で移動させつつ
通電加熱することにより０．１秒で２０００℃まで加熱
し、冷媒と電極を兼ねた液体Ｇａに浸漬することによっ
て体心立方（ｂｃｃ）相のＮｂに２５ａｔ％Ａｌが過飽
和に固溶したＮｂ（Ａｌ）ｓｓを形成する。そして、こ
のＮｂ（Ａｌ）ｓｓに７００℃から８００℃の変態熱処
理を施すことによってｂｃｃ相からＡ１５型化合物ヘマ
ッシブ変態させることにより化学量論組成のＮｂ3Ａｌ
化合物系超電導線を形成する。
方法として、急熱急冷・変態（ＲＨＱＴ）法がある。こ
のＲＨＱＴ法では、例えば、ジェリ−ロ−ル（Jelly−R
oll；以下、ＪＲとする）法に基づいて形成されたＮｂ
／Ａｌ多芯複合線を１ｍ／ｓｅｃの速度で移動させつつ
通電加熱することにより０．１秒で２０００℃まで加熱
し、冷媒と電極を兼ねた液体Ｇａに浸漬することによっ
て体心立方（ｂｃｃ）相のＮｂに２５ａｔ％Ａｌが過飽
和に固溶したＮｂ（Ａｌ）ｓｓを形成する。そして、こ
のＮｂ（Ａｌ）ｓｓに７００℃から８００℃の変態熱処
理を施すことによってｂｃｃ相からＡ１５型化合物ヘマ
ッシブ変態させることにより化学量論組成のＮｂ3Ａｌ
化合物系超電導線を形成する。
【０００４】上記したＲＨＱＴ法に基づくＮｂ（Ａｌ）
ｓｓは、冷間加工性に優れることからコイル状に巻いた
状態で変態熱処理を施すワインド・アンド・リアクト
（Windand React）法を適用できる。このため、巻き径
が小なる高磁界用内層コイルの成形に有効であるが、変
態熱処理による積層欠陥の生成が不可避であり臨界温度
Ｔｃは１７．９Ｋ、また臨界磁場Ｂｃ２（４．２Ｋ）は
２７Ｔと超電導特性に限界がある。
ｓｓは、冷間加工性に優れることからコイル状に巻いた
状態で変態熱処理を施すワインド・アンド・リアクト
（Windand React）法を適用できる。このため、巻き径
が小なる高磁界用内層コイルの成形に有効であるが、変
態熱処理による積層欠陥の生成が不可避であり臨界温度
Ｔｃは１７．９Ｋ、また臨界磁場Ｂｃ２（４．２Ｋ）は
２７Ｔと超電導特性に限界がある。
【０００５】このような超電導特性を改善するものとし
て、急熱急冷における到達最大温度を下げる、あるいは
Ｃｕ、Ｇｅ、Ｓｉ等の第３元素を添加することによって
Ａ１５型化合物が直接生成され、化学量論組成のＮｂ3
Ａｌ化合物が形成されることが確認されている。このＡ
１５型化合物は長範囲規則性が低下した不規則性の特徴
を有し、規則化のために７００℃から８００℃の熱処理
を施すことによって臨界温度Ｔｃは１８．５Ｋ、またＢ
ｃ２（４．２Ｋ）は２９Ｔまで向上し、高磁界での臨界
電流密度Ｊｃが改善される。
て、急熱急冷における到達最大温度を下げる、あるいは
Ｃｕ、Ｇｅ、Ｓｉ等の第３元素を添加することによって
Ａ１５型化合物が直接生成され、化学量論組成のＮｂ3
Ａｌ化合物が形成されることが確認されている。このＡ
１５型化合物は長範囲規則性が低下した不規則性の特徴
を有し、規則化のために７００℃から８００℃の熱処理
を施すことによって臨界温度Ｔｃは１８．５Ｋ、またＢ
ｃ２（４．２Ｋ）は２９Ｔまで向上し、高磁界での臨界
電流密度Ｊｃが改善される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＡ１５
型化合物が直接生成するＮｂ3Ａｌ化合物系超電導線で
は、熱処理によって不規則Ａ１５型化合物を規則化する
と高磁界での臨界電流密度Ｊｃが向上する反面、低磁界
での臨界電流密度Ｊｃが低下する。また、脆くなってコ
イル成形時の巻き込み性や撚り線導体化等の成形加工性
が低下する。機械的強度は超電導部に対するＮｂマトリ
ックスの割合を大にすることにより補強できるが、この
場合にはoverallＪｃが大幅に低下するという問題があ
る。
型化合物が直接生成するＮｂ3Ａｌ化合物系超電導線で
は、熱処理によって不規則Ａ１５型化合物を規則化する
と高磁界での臨界電流密度Ｊｃが向上する反面、低磁界
での臨界電流密度Ｊｃが低下する。また、脆くなってコ
イル成形時の巻き込み性や撚り線導体化等の成形加工性
が低下する。機械的強度は超電導部に対するＮｂマトリ
ックスの割合を大にすることにより補強できるが、この
場合にはoverallＪｃが大幅に低下するという問題があ
る。
【０００７】従って、本発明の目的は、高磁界特性に優
れ、かつ、コイル成形等の成形加工を阻害しない機械的
強度を有するＮｂ3Ａｌ超電導多芯線およびその製造方
法を提供することにある。
れ、かつ、コイル成形等の成形加工を阻害しない機械的
強度を有するＮｂ3Ａｌ超電導多芯線およびその製造方
法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、過飽和固溶体からＡ１５相に変態したＮｂ
3Ａｌフィラメントおよび不規則Ａ１５相を規則化させ
たＮｂ3Ａｌフィラメントを同一の断面内に有するＮｂ3
Ａｌ超電導多芯線を提供する。
成するため、過飽和固溶体からＡ１５相に変態したＮｂ
3Ａｌフィラメントおよび不規則Ａ１５相を規則化させ
たＮｂ3Ａｌフィラメントを同一の断面内に有するＮｂ3
Ａｌ超電導多芯線を提供する。
【０００９】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、過飽和固溶体から変態したＮｂ3Ａｌが体積比で５
０％以上のＮｂ3Ａｌフィラメントと、該Ｎｂ3Ａｌフィ
ラメントに不規則Ａ１５相から規則化したＮｂ3Ａｌフ
ィラメントを分散・混合した構成を有するＮｂ3Ａｌ超
電導多芯線を提供する。
め、過飽和固溶体から変態したＮｂ3Ａｌが体積比で５
０％以上のＮｂ3Ａｌフィラメントと、該Ｎｂ3Ａｌフィ
ラメントに不規則Ａ１５相から規則化したＮｂ3Ａｌフ
ィラメントを分散・混合した構成を有するＮｂ3Ａｌ超
電導多芯線を提供する。
【００１０】また、本発明は、上記目的を達成するた
め、Ｎｂのマトリックスで被覆した複数本のサブマルチ
線を内周部と外周部に積層して積層体を形成し、前記積
層体をＮｂのマトリックスで被覆してマルチ線を形成
し、前記マルチ線を所定の温度で１次加熱し、１次加熱
された前記マルチ線を冷却用金属材で冷却処理して前記
外周部に過飽和固溶体フィラメント、前記内周部に不規
則Ａ１５相を生成させ、冷却後に所定の温度で２次加熱
して前記外周部に過飽和固溶体からＡ１５相に変態した
Ｎｂ3Ａｌフィラメント、前記内周部に不規則Ａ１５相
を規則化させたＮｂ3Ａｌフィラメントを生成させるＮ
ｂ3Ａｌ超電導多芯線の製造方法を提供する。
め、Ｎｂのマトリックスで被覆した複数本のサブマルチ
線を内周部と外周部に積層して積層体を形成し、前記積
層体をＮｂのマトリックスで被覆してマルチ線を形成
し、前記マルチ線を所定の温度で１次加熱し、１次加熱
された前記マルチ線を冷却用金属材で冷却処理して前記
外周部に過飽和固溶体フィラメント、前記内周部に不規
則Ａ１５相を生成させ、冷却後に所定の温度で２次加熱
して前記外周部に過飽和固溶体からＡ１５相に変態した
Ｎｂ3Ａｌフィラメント、前記内周部に不規則Ａ１５相
を規則化させたＮｂ3Ａｌフィラメントを生成させるＮ
ｂ3Ａｌ超電導多芯線の製造方法を提供する。
【００１１】上記したＮｂ3Ａｌ超電導多芯線およびそ
の製造方法によると、延性に富む過飽和固溶体からＡ１
５相に変態したＮｂ3Ａｌフィラメントと超電導特性の
良好な不規則Ａ１５相を規則化させたＮｂ3Ａｌフィラ
メントとを同一の断面内に配置することによって、曲げ
等の機械的歪みによる不規則Ａ１５相Ｎｂ3Ａｌフィラ
メントの破断を防ぐとともに超電導特性、特に、overal
lＪｃを大にできる。
の製造方法によると、延性に富む過飽和固溶体からＡ１
５相に変態したＮｂ3Ａｌフィラメントと超電導特性の
良好な不規則Ａ１５相を規則化させたＮｂ3Ａｌフィラ
メントとを同一の断面内に配置することによって、曲げ
等の機械的歪みによる不規則Ａ１５相Ｎｂ3Ａｌフィラ
メントの破断を防ぐとともに超電導特性、特に、overal
lＪｃを大にできる。
【００１２】過飽和固溶体Ｎｂ（Ａｌ）ｓｓを生成させ
るには高温で固溶体を形成する必要がある。外周部のフ
ィラメントがそのような条件を満たすとき、線材・横断
面の中心部で不規則Ａ１５相フィラメントを生成させる
にはＮｂとＡｌ間の拡散反応が終了していないことが必
須で、そのためには、外周部に配されるものと比較して
シングル線材のＡｌあるいはＡｌ合金の厚さ（太さ）を
２倍以上大きくする必要がある。一方、その比が１００
を越えると未反応Ｎｂが大量に残ってＮｂ3Ａｌの体積
比が低くなりoverallＪｃが小になる。また、Ｎｂ（Ａ
ｌ）ｓｓの固溶限は温度の上昇とともに増加するので、
中心部に配置されるサブマルチ線の公称Ａｌ濃度を外周
部に配されるものと比較して１ａｔ％以上高くすること
により、過飽和固溶体フィラメントと不規則Ａ１５相フ
ィラメントが共存する加熱温度域が存在する。公称Ａｌ
濃度が５ａｔ％以上高くなるとＮｂ2Ａｌ相が大量に生
成し、結局、不規則Ａ１５相の体積比が低くなりoveral
lＪｃは小さくなってしまう。
るには高温で固溶体を形成する必要がある。外周部のフ
ィラメントがそのような条件を満たすとき、線材・横断
面の中心部で不規則Ａ１５相フィラメントを生成させる
にはＮｂとＡｌ間の拡散反応が終了していないことが必
須で、そのためには、外周部に配されるものと比較して
シングル線材のＡｌあるいはＡｌ合金の厚さ（太さ）を
２倍以上大きくする必要がある。一方、その比が１００
を越えると未反応Ｎｂが大量に残ってＮｂ3Ａｌの体積
比が低くなりoverallＪｃが小になる。また、Ｎｂ（Ａ
ｌ）ｓｓの固溶限は温度の上昇とともに増加するので、
中心部に配置されるサブマルチ線の公称Ａｌ濃度を外周
部に配されるものと比較して１ａｔ％以上高くすること
により、過飽和固溶体フィラメントと不規則Ａ１５相フ
ィラメントが共存する加熱温度域が存在する。公称Ａｌ
濃度が５ａｔ％以上高くなるとＮｂ2Ａｌ相が大量に生
成し、結局、不規則Ａ１５相の体積比が低くなりoveral
lＪｃは小さくなってしまう。
【００１３】Ｎｂ（Ａｌ）ｓｓの固溶限は、Ｃｕ、Ｇ
ｅ、Ｓｉの第３元素を添加することにより減少する。中
心部に配置されるサブマルチ線にＡｌ合金、また外周部
に純Ａｌを用いると不規則Ａ１５相フィラメントと過飽
和固溶体フィラメントを同時に生成することができる。
そのためにはＣｕを０．５ａｔ％、Ｇｅを５ａｔ％、ま
たＳｉを５ａｔ％以上それぞれＡｌに添加して過飽和固
溶体を不安定化させる必要がある。しかし、添加量がそ
れぞれ２ａｔ％、２０ａｔ％、１５ａｔ％を越えるとＡ
ｌ合金が脆くなり、Ｎｂ／Ａｌ複合体の加工性が低下す
る。過飽和固溶体と不規則Ａ１５相を混合してフィラメ
ントを形成する場合は、過飽和固溶体の体積率を５０％
以上とすることでフィラメントの最低限の加工性を確保
できる。
ｅ、Ｓｉの第３元素を添加することにより減少する。中
心部に配置されるサブマルチ線にＡｌ合金、また外周部
に純Ａｌを用いると不規則Ａ１５相フィラメントと過飽
和固溶体フィラメントを同時に生成することができる。
そのためにはＣｕを０．５ａｔ％、Ｇｅを５ａｔ％、ま
たＳｉを５ａｔ％以上それぞれＡｌに添加して過飽和固
溶体を不安定化させる必要がある。しかし、添加量がそ
れぞれ２ａｔ％、２０ａｔ％、１５ａｔ％を越えるとＡ
ｌ合金が脆くなり、Ｎｂ／Ａｌ複合体の加工性が低下す
る。過飽和固溶体と不規則Ａ１５相を混合してフィラメ
ントを形成する場合は、過飽和固溶体の体積率を５０％
以上とすることでフィラメントの最低限の加工性を確保
できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】表１は、後述する実施例１〜４で
形成されるＮｂ3Ａｌ超電導多芯線の構成、機械的特
性、および超電導特性を示す。
形成されるＮｂ3Ａｌ超電導多芯線の構成、機械的特
性、および超電導特性を示す。
【表１】 本発明のＮｂ3Ａｌ超電導多芯線は、サブマルチ線を複
数本組み込んでマルチ構造線とすることにより形成され
る。サブマルチ線の製造方法には多くの方法が存在する
が、本発明ではＪＲ法とロッドインチュ−ブ（ＲＩＴ）
法で作製したサブマルチ線について説明する。
数本組み込んでマルチ構造線とすることにより形成され
る。サブマルチ線の製造方法には多くの方法が存在する
が、本発明ではＪＲ法とロッドインチュ−ブ（ＲＩＴ）
法で作製したサブマルチ線について説明する。
【００１５】〔実施例１〕図１は、Ｎｂ3Ａｌ超電導多
芯線の断面を示し、（ａ）は本発明の実施の形態にかか
るマルチ線、（ｂ）は比較例としての標準試料であるマ
ルチ線である。（ａ）のマルチ線は、中心部にＮｂジャ
ケットで被覆したＡｇ安定化材１を７本配置し、その周
囲に内周部としてＡｌ−２ａｔ％Ｃｕ合金のフィラメン
ト数が７９９９（４２１×１９）本のＮｂ／Ａｌ−２ａ
ｔ％Ｃｕ・ＲＩＴ法サブマルチ線２を１層（計１２本）
配置し、また、その外側に外周部としてＮｂ−２５ａｔ
％Ａｌの組成を有し、Ａｌの層厚が１００ｎｍのＪＲＮ
ｂ／Ａｌサブマルチ線３を３層（計６６本）配置してマ
ルチ線４を形成し、このマルチ線４に急熱急冷（ＲＨ
Ｑ）処理を施した。
芯線の断面を示し、（ａ）は本発明の実施の形態にかか
るマルチ線、（ｂ）は比較例としての標準試料であるマ
ルチ線である。（ａ）のマルチ線は、中心部にＮｂジャ
ケットで被覆したＡｇ安定化材１を７本配置し、その周
囲に内周部としてＡｌ−２ａｔ％Ｃｕ合金のフィラメン
ト数が７９９９（４２１×１９）本のＮｂ／Ａｌ−２ａ
ｔ％Ｃｕ・ＲＩＴ法サブマルチ線２を１層（計１２本）
配置し、また、その外側に外周部としてＮｂ−２５ａｔ
％Ａｌの組成を有し、Ａｌの層厚が１００ｎｍのＪＲＮ
ｂ／Ａｌサブマルチ線３を３層（計６６本）配置してマ
ルチ線４を形成し、このマルチ線４に急熱急冷（ＲＨ
Ｑ）処理を施した。
【００１６】（ｂ）のマルチ線は、中心部にＮｂジャケ
ットで被覆したＡｇ安定化材１を７本配置し、その周囲
に内周部としてフィラメント状のＮｂ５を配置し、ま
た、その外側に外周部としてＮｂ−２５ａｔ％Ａｌの組
成を有し、Ａｌの層厚が１００ｎｍのＪＲＮｂ／Ａｌサ
ブマルチ線３を３層（計６６本）配置しており、急熱急
冷条件の異なる標準試料１および２としている。このマ
ルチ線についても同様に急熱急冷処理を施した。
ットで被覆したＡｇ安定化材１を７本配置し、その周囲
に内周部としてフィラメント状のＮｂ５を配置し、ま
た、その外側に外周部としてＮｂ−２５ａｔ％Ａｌの組
成を有し、Ａｌの層厚が１００ｎｍのＪＲＮｂ／Ａｌサ
ブマルチ線３を３層（計６６本）配置しており、急熱急
冷条件の異なる標準試料１および２としている。このマ
ルチ線についても同様に急熱急冷処理を施した。
【００１７】図２は、急熱急冷処理のときの通電電流に
対する変態熱処理後の臨界温度Ｔｃを示し、（ａ）は実
施例１のマルチ線の臨界温度Ｔｃの変化、（ｂ）は標準
試料のマルチ線の臨界温度Ｔｃの変化である。ＲＨＱ処
理後、定電流電源から供給される電流値による急熱急冷
処理条件に基づいて、８００℃で１０時間の変態熱処理
を施したところ、本発明のマルチ線では、外周部に配置
されたＪＲサブマルチ（フィラメント）だけが過飽和固
溶体になっており、内周部に配置されたＲＩＴサブマル
チ（フィラメント）では不規則Ａ１５相が生じる。臨界
温度Ｔｃも１８．２Ｋを越える値が得られている。表１
に示すように、低磁界の臨界電流密度Ｊｃが若干小さく
なるが、高磁界での臨界電流密度Ｊｃは改善され、良好
な曲げ加工性を保持している。また、高い臨界温度Ｔｃ
を示すＲＨＱ条件の選択範囲が広い。
対する変態熱処理後の臨界温度Ｔｃを示し、（ａ）は実
施例１のマルチ線の臨界温度Ｔｃの変化、（ｂ）は標準
試料のマルチ線の臨界温度Ｔｃの変化である。ＲＨＱ処
理後、定電流電源から供給される電流値による急熱急冷
処理条件に基づいて、８００℃で１０時間の変態熱処理
を施したところ、本発明のマルチ線では、外周部に配置
されたＪＲサブマルチ（フィラメント）だけが過飽和固
溶体になっており、内周部に配置されたＲＩＴサブマル
チ（フィラメント）では不規則Ａ１５相が生じる。臨界
温度Ｔｃも１８．２Ｋを越える値が得られている。表１
に示すように、低磁界の臨界電流密度Ｊｃが若干小さく
なるが、高磁界での臨界電流密度Ｊｃは改善され、良好
な曲げ加工性を保持している。また、高い臨界温度Ｔｃ
を示すＲＨＱ条件の選択範囲が広い。
【００１８】比較例のマルチ線では、標準試料１につい
て、不規則Ａ１５相が生成するＲＨＱ条件では臨界温度
Ｔｃが高く、表１に示すように高磁界での臨界電流密度
Ｊｃが大きい。しかし、低磁界になっても臨界電流密度
Ｊｃは向上せず、急冷後の曲げ加工性が低下する。標準
試料２について、過飽和固溶体が生成するＲＨＱ条件で
は臨界温度Ｔｃが低いが、急冷後は表１に示すように極
めて良好な曲げ加工性を有する。磁界が減少すると臨界
電流密度Ｊｃは向上するが、高磁界側で臨界電流密度Ｊ
ｃは急速に劣化する。このようにＲＨＱ条件により特性
が大きく異なる。
て、不規則Ａ１５相が生成するＲＨＱ条件では臨界温度
Ｔｃが高く、表１に示すように高磁界での臨界電流密度
Ｊｃが大きい。しかし、低磁界になっても臨界電流密度
Ｊｃは向上せず、急冷後の曲げ加工性が低下する。標準
試料２について、過飽和固溶体が生成するＲＨＱ条件で
は臨界温度Ｔｃが低いが、急冷後は表１に示すように極
めて良好な曲げ加工性を有する。磁界が減少すると臨界
電流密度Ｊｃは向上するが、高磁界側で臨界電流密度Ｊ
ｃは急速に劣化する。このようにＲＨＱ条件により特性
が大きく異なる。
【００１９】〔実施例２〕中心部にＮｂジャケットで被
覆したＡｇ安定化材を７本配置し、その周囲に内周部と
してＮｂ−２５ａｔ％Ａｌの組成を有し、Ａｌの層厚が
１μｍのＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ線を配置し、また、
その外側に外周部としてＮｂ−２５ａｔ％Ａｌの組成を
有し、Ａｌの層厚が１００ｎｍのＪＲＮｂ／Ａｌサブマ
ルチ線を配置してマルチ線を形成した。内周部に配置し
たＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ線のＡｌの層厚は外周部の
層厚より１０倍厚く形成されている。
覆したＡｇ安定化材を７本配置し、その周囲に内周部と
してＮｂ−２５ａｔ％Ａｌの組成を有し、Ａｌの層厚が
１μｍのＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ線を配置し、また、
その外側に外周部としてＮｂ−２５ａｔ％Ａｌの組成を
有し、Ａｌの層厚が１００ｎｍのＪＲＮｂ／Ａｌサブマ
ルチ線を配置してマルチ線を形成した。内周部に配置し
たＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ線のＡｌの層厚は外周部の
層厚より１０倍厚く形成されている。
【００２０】このマルチ線に急熱急冷処理を施したとこ
ろ、外周部に配置されたＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ（フ
ィラメント）は過飽和固溶体になっており、内周部に配
置されたＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ（フィラメント）で
は不規則Ａ１５相が生じた。このマルチ線に８００℃で
１０時間の変態熱処理を施したところ、表１に示すよう
に、低磁界の臨界電流密度Ｊｃが若干小さくなるものの
高磁界での臨界電流密度Ｊｃは改善され、良好な曲げ加
工性が得られた。
ろ、外周部に配置されたＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ（フ
ィラメント）は過飽和固溶体になっており、内周部に配
置されたＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ（フィラメント）で
は不規則Ａ１５相が生じた。このマルチ線に８００℃で
１０時間の変態熱処理を施したところ、表１に示すよう
に、低磁界の臨界電流密度Ｊｃが若干小さくなるものの
高磁界での臨界電流密度Ｊｃは改善され、良好な曲げ加
工性が得られた。
【００２１】〔実施例３〕Ｎｂジャケットで被覆したＡ
ｇ安定化材を中心部に７本配置し、その周囲に内周部と
してＮｂ−２７．５ａｔ％Ａｌの組成を有し、Ａｌの層
厚が１００ｎｍのＪＲＮｂ／Ａ１サブマルチ線を配置
し、また、その外側に外周部としてＮｂ−２５ａｔ％Ａ
ｌの組成を有し、Ａｌの層厚が１００ｎｍのＪＲＮｂ／
Ａｌサブマルチ線を配置してマルチ線を形成した。内周
部に配置したサブマルチ線の公称Ａｌ濃度は外周部の公
称Ａｌ濃度より２．５ａｔ％高くした。
ｇ安定化材を中心部に７本配置し、その周囲に内周部と
してＮｂ−２７．５ａｔ％Ａｌの組成を有し、Ａｌの層
厚が１００ｎｍのＪＲＮｂ／Ａ１サブマルチ線を配置
し、また、その外側に外周部としてＮｂ−２５ａｔ％Ａ
ｌの組成を有し、Ａｌの層厚が１００ｎｍのＪＲＮｂ／
Ａｌサブマルチ線を配置してマルチ線を形成した。内周
部に配置したサブマルチ線の公称Ａｌ濃度は外周部の公
称Ａｌ濃度より２．５ａｔ％高くした。
【００２２】このマルチ線に急熱急冷処理を施したとこ
ろ、外周部に配置されたＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ（フ
ィラメント）は過飽和固溶体になっており、内周部に配
置されたＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ（フィラメント）で
は不規則Ａ１５相が生じた。このマルチ線に８００℃で
１０時間の変態熱処理を施したところ、表１に示すよう
に、低磁界の臨界電流密度Ｊｃが若干小さくなるものの
高磁界での臨界電流密度Ｊｃは改善され、良好な曲げ加
工性が得られた。
ろ、外周部に配置されたＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ（フ
ィラメント）は過飽和固溶体になっており、内周部に配
置されたＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ（フィラメント）で
は不規則Ａ１５相が生じた。このマルチ線に８００℃で
１０時間の変態熱処理を施したところ、表１に示すよう
に、低磁界の臨界電流密度Ｊｃが若干小さくなるものの
高磁界での臨界電流密度Ｊｃは改善され、良好な曲げ加
工性が得られた。
【００２３】〔実施例４〕Ｎｂジャケットで被覆したＡ
ｇ安定化材を中心部に７本配置し、その周囲に内周部と
してＮｂ／Ａｌ−２ａｔ％ＣｕのＲＩＴ法７芯線４０本
とＮｂ／Ａｌ−５ａｔ％ＭｇのＲＩＴ法７芯線８１本を
混合して作成したサブマルチ線を配置し、また、その外
側に外周部と同一のサブマルチ線を配置してマルチ線を
形成した。
ｇ安定化材を中心部に７本配置し、その周囲に内周部と
してＮｂ／Ａｌ−２ａｔ％ＣｕのＲＩＴ法７芯線４０本
とＮｂ／Ａｌ−５ａｔ％ＭｇのＲＩＴ法７芯線８１本を
混合して作成したサブマルチ線を配置し、また、その外
側に外周部と同一のサブマルチ線を配置してマルチ線を
形成した。
【００２４】このマルチ線に急熱急冷処理を施したとこ
ろ、各フィラメントには過飽和固溶体と不規則Ａ１５相
が約７：３の割合で混合して生じた。このマルチ線を８
００℃で１０時間の変態熱処理を施したところ、表１に
示すように、低磁界の臨界電流密度Ｊｃが若干小さくな
るものの高磁界での臨界電流密度Ｊｃは改善される。こ
の場合でも、コイル成形に必要な曲げ加工性は確保され
ている。
ろ、各フィラメントには過飽和固溶体と不規則Ａ１５相
が約７：３の割合で混合して生じた。このマルチ線を８
００℃で１０時間の変態熱処理を施したところ、表１に
示すように、低磁界の臨界電流密度Ｊｃが若干小さくな
るものの高磁界での臨界電流密度Ｊｃは改善される。こ
の場合でも、コイル成形に必要な曲げ加工性は確保され
ている。
【００２５】上記したＮｂ3Ａｌ超電導多芯線による
と、断面内での配置あるいは混合比を制御して、不規則
Ａ１５相と過飽和固溶体を同時に生じさせるようにした
ので、過飽和固溶体が不規則Ａ１５相を機械的に支持す
る。このことによって余分なＮｂマトリックスを増大さ
せることなしに良好な成形加工性を保持しながら高磁界
特性が改善される。例えば、Wind and React法に基づく
巻き径の小なる１ＧＨｚクラスＮＭＲ超電導マグネット
の最内層コイル等の形成が可能になる。また、撚り線に
よる大電流容量化も可能となり、最大経験磁場が高くな
る次世代核融合炉超電導マグネット導体に適する。超電
導特性では、実用線材として使用されているＮｂ3Ｓｎ
の２倍以上の臨界電流密度Ｊｃを示し、優れた耐歪み特
性を有するので、核融合炉や高エネルギ−加速器などの
大型超電導システムの強磁場化を実現するとともにシス
テム全体のコンパクト化を図ることができ、装置コスト
を低減することができる。
と、断面内での配置あるいは混合比を制御して、不規則
Ａ１５相と過飽和固溶体を同時に生じさせるようにした
ので、過飽和固溶体が不規則Ａ１５相を機械的に支持す
る。このことによって余分なＮｂマトリックスを増大さ
せることなしに良好な成形加工性を保持しながら高磁界
特性が改善される。例えば、Wind and React法に基づく
巻き径の小なる１ＧＨｚクラスＮＭＲ超電導マグネット
の最内層コイル等の形成が可能になる。また、撚り線に
よる大電流容量化も可能となり、最大経験磁場が高くな
る次世代核融合炉超電導マグネット導体に適する。超電
導特性では、実用線材として使用されているＮｂ3Ｓｎ
の２倍以上の臨界電流密度Ｊｃを示し、優れた耐歪み特
性を有するので、核融合炉や高エネルギ−加速器などの
大型超電導システムの強磁場化を実現するとともにシス
テム全体のコンパクト化を図ることができ、装置コスト
を低減することができる。
【００２６】なお、上記した実施の形態で適用した公称
Ａｌ濃度、ＮｂとＡｌ間の拡散距離、合金添加の有無等
の製造パラメ−タは、ＪＲ法、ＲＩＴ法以外の他の製造
方法であるクラッドチップ押出し法、粉末押出し法にお
いても同様に適用することができる。
Ａｌ濃度、ＮｂとＡｌ間の拡散距離、合金添加の有無等
の製造パラメ−タは、ＪＲ法、ＲＩＴ法以外の他の製造
方法であるクラッドチップ押出し法、粉末押出し法にお
いても同様に適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のＮｂ3Ａｌ
超電導多芯線およびその製造方法によると、延性に富む
過飽和固溶体からＡ１５相に変態したＮｂ3Ａｌフィラ
メントと超電導特性の良好な不規則Ａ１５相を規則化さ
せたＮｂ3Ａｌフィラメントを同一の断面内に配置した
ため、高磁界特性に優れ、かつ、コイル成形等の成形加
工を阻害しない機械的強度を付与することができる。
超電導多芯線およびその製造方法によると、延性に富む
過飽和固溶体からＡ１５相に変態したＮｂ3Ａｌフィラ
メントと超電導特性の良好な不規則Ａ１５相を規則化さ
せたＮｂ3Ａｌフィラメントを同一の断面内に配置した
ため、高磁界特性に優れ、かつ、コイル成形等の成形加
工を阻害しない機械的強度を付与することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係るＮｂ3Ａｌ超電導多
芯線を示し、（ａ）は、本発明のマルチ線の断面図 （ｂ）は、比較例としての標準試料であるマルチ線の断
面図
芯線を示し、（ａ）は、本発明のマルチ線の断面図 （ｂ）は、比較例としての標準試料であるマルチ線の断
面図
【図２】急熱急冷処理のときの通電電流に対する変態熱
処理後の臨界温度Ｔｃを示す説明図
処理後の臨界温度Ｔｃを示す説明図
１ Ａｇ安定化材 ２ Ｎｂ／Ａｌ−２ａｔ％Ｃｕ・ＲＩＴ法サブマル
チ線 ３ ＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ線 ４ マルチ線 ５ Ｎｂ
チ線 ３ ＪＲＮｂ／Ａｌサブマルチ線 ４ マルチ線 ５ Ｎｂ
フロントページの続き (72)発明者 伴野 信哉 茨城県つくば市千現一丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 和田 仁 茨城県つくば市千現一丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 田川 浩平 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサ−チセンタ−内 (72)発明者 森合 英純 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサ−チセンタ−内 (72)発明者 中川 和彦 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 5G321 AA11 BA03 DC32 DC36
Claims (15)
- 【請求項１】 過飽和固溶体からＡ１５相に変態したＮ
ｂ3Ａｌフィラメントおよび不規則Ａ１５相を規則化さ
せたＮｂ3Ａｌフィラメントを同一の断面内に有するこ
とを特徴とするＮｂ3Ａｌ超電導多芯線。 - 【請求項２】 前記過飽和固溶体からＡ１５相に変態し
たＮｂ3Ａｌフィラメントは、前記断面の外周部に配置
される構成の請求項第１項記載のＮｂ3Ａｌ超電導多芯
線。 - 【請求項３】 前記不規則Ａ１５相を規則化させたＮｂ
3Ａｌフィラメントは、前記断面の内周部に配置される
構成の請求項第１項記載のＮｂ3Ａｌ超電導多芯線。 - 【請求項４】 前記過飽和固溶体からＡ１５相に変態し
たＮｂ3Ａｌフィラメントは、２２ａｔ％から２５ａｔ
％の公称Ａｌ濃度を有する構成の請求項第１項記載のＮ
ｂ3Ａｌ超電導多芯線。 - 【請求項５】 前記不規則Ａ１５相を規則化させたＮｂ
3Ａｌフィラメントは、前記過飽和固溶体からＡ１５相
に変態したＮｂ3Ａｌフィラメントの公称Ａｌ濃度より
１ａｔ％から５ａｔ％大なる公称Ａｌ濃度を有する構成
の請求項第１項記載のＮｂ3Ａｌ超電導多芯線。 - 【請求項６】 前記不規則Ａ１５相を規則化させたＮｂ
3Ａｌフィラメントは、元素Ｍの添加に基づいて組成が
Ｎｂy(Ａｌ1-xＭx)1-yで表記されるとき、元素Ｃｕの添
加量ｘが０．００５−０．０２、元素Ｇｅの添加量ｘが
０．０５−０．２、元素Ｓｉの添加量ｘが０．０５−
０．１５である構成の請求項第１項記載のＮｂ3Ａｌ超
電導多芯線。 - 【請求項７】 前記過飽和固溶体からＡ１５相に変態し
たＮｂ3Ａｌフィラメントは、Ａｌ、純Ａｌ、又は元素
Ｍの添加に基づいて組成がＮｂy(Ａｌ1-xＭx)1-yで表記
されるとき、元素Ｍｇの添加量ｘが０−０．１である構
成の請求項第１項記載のＮｂ3Ａｌ超電導多芯線。 - 【請求項８】 過飽和固溶体から変態したＮｂ3Ａｌが
体積比で５０％以上のＮｂ3Ａｌフィラメントと、 該Ｎｂ3Ａｌフィラメントに不規則Ａ１５相から規則化
したＮｂ3Ａｌフィラメントを分散・混合した構成を有
することを特徴とするＮｂ3Ａｌ超電導多芯線。 - 【請求項９】 前記断面の任意の位置にＮｂの拡散バリ
ヤで被覆されたＡｇが内部安定化材として配置される構
成の請求項第１項あるいは第８項記載のＮｂ 3Ａｌ超電
導多芯線。 - 【請求項１０】 Ｎｂのマトリックスで被覆した複数本
のサブマルチ線を内周部と外周部に積層して積層体を形
成し、 前記積層体をＮｂのマトリックスで被覆してマルチ線を
形成し、 前記マルチ線を所定の温度で１次加熱し、 １次加熱された前記マルチ線を冷却用金属材で冷却処理
して前記外周部に過飽和固溶体フィラメント、前記内周
部に不規則Ａ１５相を生成させ、 冷却後に所定の温度で２次加熱して前記外周部に過飽和
固溶体からＡ１５相に変態したＮｂ3Ａｌフィラメン
ト、前記内周部に不規則Ａ１５相を規則化させたＮｂ3
Ａｌフィラメントを生成させることを特徴とするＮｂ3
Ａｌ超電導多芯線の製造方法。 - 【請求項１１】 前記内周部の前記サブマルチ線のＡｌ
サイズが前記外周部のＡｌサイズより２倍から１００倍
大である請求項第１０項記載のＮｂ3Ａｌ超電導多芯線
の製造方法。 - 【請求項１２】 前記サブマルチ線のＮｂシ−スを除い
た公称Ａｌ濃度が、前記外周部で２２ａｔ％から２５ａ
ｔ％の範囲にあり、前記内周部で前記外周部より１ａｔ
％から５ａｔ％大である請求項第１０項記載のＮｂ3Ａ
ｌ超電導多芯線の製造方法。 - 【請求項１３】 前記内周部のＮｂ3Ａｌフィラメント
部に元素Ｍが添加されて組成がＮｂy(Ａｌ1-xＭx)1-yで
表記されるとき、元素Ｃｕの添加量ｘが０．００５−
０．０２、元素Ｇｅの添加量ｘが０．０５−０．２、元
素Ｓｉの添加量ｘが０．０５−０．１５である請求項第
１０項記載のＮｂ3Ａｌ超電導多芯線の製造方法。 - 【請求項１４】 前記サブマルチ線を構成するＮｂとＡ
ｌから成る複合体がＡｌサイズ、公称Ａｌ濃度、元素添
加の有無において異なるものの混合物で、前記Ａｌサイ
ズが２倍から１００倍小であり、前記公称Ａｌ濃度が１
ａｔ％から５ａｔ％小であり、又は元素添加しないもの
の体積比が５０％以上であって、前記内周部と前記外周
部とを区別せずに結束する請求項第１０項記載のＮｂ3
Ａｌ超電導多芯線の製造方法。 - 【請求項１５】 Ｎｂの拡散バリヤで被覆されたＡｇが
内部安定化材として前記積層体内の任意の位置に配置さ
れる請求項第１０項記載のＮｂ3Ａｌ超電導多芯線の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000216950A JP4402815B2 (ja) | 2000-07-18 | 2000-07-18 | Ｎｂ３Ａｌ超電導多芯線とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000216950A JP4402815B2 (ja) | 2000-07-18 | 2000-07-18 | Ｎｂ３Ａｌ超電導多芯線とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002033025A true JP2002033025A (ja) | 2002-01-31 |
| JP4402815B2 JP4402815B2 (ja) | 2010-01-20 |
Family
ID=18712131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000216950A Expired - Fee Related JP4402815B2 (ja) | 2000-07-18 | 2000-07-18 | Ｎｂ３Ａｌ超電導多芯線とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4402815B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004059666A1 (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-15 | National Institute For Materials Science | Ｎｂ３Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ３Ａｌ超伝導線材 |
| WO2005006354A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | National Institute For Materials Science | Ｇｅ添加Ｎｂ３Ａｌ基超伝導線材の製造方法 |
| JP2012243685A (ja) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | National Institute For Materials Science | Ｎｂ３Ａｌ超伝導線の前駆体線及びＮｂ３Ａｌ超伝導線並びにＮｂ３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法及びＮｂ３Ａｌ超伝導線の製造方法 |
| CN103329219A (zh) * | 2011-01-18 | 2013-09-25 | 独立行政法人物质·材料研究机构 | 混合阻挡层型Nb3Al超导多芯线材 |
| CN109609750A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-12 | 西南石油大学 | 一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理系统 |
-
2000
- 2000-07-18 JP JP2000216950A patent/JP4402815B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004059666A1 (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-15 | National Institute For Materials Science | Ｎｂ３Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ３Ａｌ超伝導線材 |
| US7134181B2 (en) | 2002-12-25 | 2006-11-14 | National Institute For Materials Science | Method for producing Nb3Al superconductive wire |
| WO2005006354A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | National Institute For Materials Science | Ｇｅ添加Ｎｂ３Ａｌ基超伝導線材の製造方法 |
| US7354486B2 (en) | 2003-07-15 | 2008-04-08 | National Institute For Materials Science | Process for producing Ge-added Nb3Al base superconducting wire material |
| CN103329219A (zh) * | 2011-01-18 | 2013-09-25 | 独立行政法人物质·材料研究机构 | 混合阻挡层型Nb3Al超导多芯线材 |
| US9037203B2 (en) | 2011-01-18 | 2015-05-19 | National Institute For Materials Science | Composite barrier-type Nb3AI superconducting multifilament wire material |
| JP2012243685A (ja) * | 2011-05-23 | 2012-12-10 | National Institute For Materials Science | Ｎｂ３Ａｌ超伝導線の前駆体線及びＮｂ３Ａｌ超伝導線並びにＮｂ３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法及びＮｂ３Ａｌ超伝導線の製造方法 |
| CN109609750A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-04-12 | 西南石油大学 | 一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理系统 |
| CN109609750B (zh) * | 2019-01-17 | 2024-04-12 | 西南石油大学 | 一种制备高性能超导线材的零张力同步传动热处理系统 |
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