JP2003086041A - 粉末法Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法 - Google Patents
粉末法Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法Info
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い外部磁場においても高い臨界電流密度を
実現することができ、９５０ＭＨｚ以上の超高磁場ＮＭ
Ｒマグネットの実現を可能にする粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電
導線材を製造する為の有用な方法を提供する。 【解決手段】 ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ
に、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉
末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、
これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群とし、
この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配
置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは
引き抜き加工した後熱処理する。
実現することができ、９５０ＭＨｚ以上の超高磁場ＮＭ
Ｒマグネットの実現を可能にする粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電
導線材を製造する為の有用な方法を提供する。 【解決手段】 ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ
に、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉
末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、
これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群とし、
この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配
置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは
引き抜き加工した後熱処理する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導
線材を粉末法によって製造する方法に関するものであ
り、特に高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置に用い
られる超電導マグネットの素材として有用な粉末法Ｎｂ
3Ｓｎ超電導線材を製造する方法に関するものである。
線材を粉末法によって製造する方法に関するものであ
り、特に高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置に用い
られる超電導マグネットの素材として有用な粉末法Ｎｂ
3Ｓｎ超電導線材を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気抵抗がゼロで大電流を流すこ
とができる超電導線材を用いることで、大電流送電や強
磁場発生装置等の利用が広がりつつある。特に高分解能
ＮＭＲ分析装置に用いられる超電導マグネットは、大電
流通電による強磁場発生と抵抗ゼロを利用して電源を用
いない永久電流モードの運転を行うものであり、超電導
現象を利用することで初めて実現可能な応用の典型であ
る。また、ＮＭＲ分析装置では、マグネットの発生磁場
が高ければ高いほど分解能が向上するので、こうした分
解能を高めるという観点から近年ますます高磁場化の傾
向にある。
とができる超電導線材を用いることで、大電流送電や強
磁場発生装置等の利用が広がりつつある。特に高分解能
ＮＭＲ分析装置に用いられる超電導マグネットは、大電
流通電による強磁場発生と抵抗ゼロを利用して電源を用
いない永久電流モードの運転を行うものであり、超電導
現象を利用することで初めて実現可能な応用の典型であ
る。また、ＮＭＲ分析装置では、マグネットの発生磁場
が高ければ高いほど分解能が向上するので、こうした分
解能を高めるという観点から近年ますます高磁場化の傾
向にある。
【０００３】超電導マグネットの素材として使用されて
いる超電導線材としては、ＮｂＴｉ線材とＮｂ3Ｓｎ線
材の２種類の金属系超電導線材が一般的に知られてい
る。これらの線材における臨界磁場（超電導性を維持で
きる最高磁場）は、ＮｂＴｉで１１Ｔ、Ｎｂ3Ｓｎで２
５Ｔであるので、中・低磁場用マグネットではＮｂＴｉ
線材で作製され、高磁場用マグネットではその外層をＮ
ｂＴｉ線材、内層をＮｂ 3Ｓｎ線材とする組み合わせで
作製されるのが一般的である。
いる超電導線材としては、ＮｂＴｉ線材とＮｂ3Ｓｎ線
材の２種類の金属系超電導線材が一般的に知られてい
る。これらの線材における臨界磁場（超電導性を維持で
きる最高磁場）は、ＮｂＴｉで１１Ｔ、Ｎｂ3Ｓｎで２
５Ｔであるので、中・低磁場用マグネットではＮｂＴｉ
線材で作製され、高磁場用マグネットではその外層をＮ
ｂＴｉ線材、内層をＮｂ 3Ｓｎ線材とする組み合わせで
作製されるのが一般的である。
【０００４】図１は高磁場用超電導マグネットのコイル
構成の一例を示す概略説明図であり、図中１ａ，１ｂは
Ｎｂ3Ｓｎ線材からなるコイル、２ａ，２ｂはＮｂＴｉ
線材からなるコイルの夫々を示す。図示するように、超
電導マグネットのコイルは、クエンチ時の保護の為に、
複数に分割して作製されている。また線材の使用量を減
らすために、図１に示すように、夫々のコイルは配置位
置によって大きさの適性化が図られており、内側のコイ
ルになるほど高さが低くなる様に工夫されている。この
様な断面構成を有する超電導マグネットを実際に励磁し
た場合、マグネットにおける各コイルの磁場の大きさに
分布が生じて、一般的に超電導コイルの内側ほど磁場が
高くなる傾向があることから、外側のコイル（前記２
ａ，２ｂ）には臨界磁場の低いＮｂＴｉ線材を用い、内
側のコイル（前記１ａ，１ｂ）にはＮｂ3Ｓｎ線材が用
いられている。
構成の一例を示す概略説明図であり、図中１ａ，１ｂは
Ｎｂ3Ｓｎ線材からなるコイル、２ａ，２ｂはＮｂＴｉ
線材からなるコイルの夫々を示す。図示するように、超
電導マグネットのコイルは、クエンチ時の保護の為に、
複数に分割して作製されている。また線材の使用量を減
らすために、図１に示すように、夫々のコイルは配置位
置によって大きさの適性化が図られており、内側のコイ
ルになるほど高さが低くなる様に工夫されている。この
様な断面構成を有する超電導マグネットを実際に励磁し
た場合、マグネットにおける各コイルの磁場の大きさに
分布が生じて、一般的に超電導コイルの内側ほど磁場が
高くなる傾向があることから、外側のコイル（前記２
ａ，２ｂ）には臨界磁場の低いＮｂＴｉ線材を用い、内
側のコイル（前記１ａ，１ｂ）にはＮｂ3Ｓｎ線材が用
いられている。
【０００５】上記の様な超電導マグネットでは、図１に
示した様に超電導接続が必要となるのであるが、ＮｂＴ
ｉ−ＮｂＴｉ間、ＮｂＴｉ−Ｎｂ3Ｓｎ間、およびＮｂ3
Ｓｎ−Ｎｂ3Ｓｎ間においては、技術的に既に確立され
ており、実用化されている。また超電導マグネットを永
久電流モードで運転するに当たって、必要とされる磁場
安定性は、磁場変化が０．０１ｐｐｍ／ｈｒ以下であ
る。換言すれば、永久電流モードを達成するには、定格
磁場を発生した数百Ａの通電状態で且つ少なくとも０．
５Ｔ程度以上の磁場環境下において、１×１０-12Ω以
下の接続抵抗を実現する必要がある。そして前記図１に
示した様な構成の超電導マグネットにおいて、ＮＭＲ分
析装置で実現されている最高磁場は、現在のところ９０
０ＭＨｚ程度である。
示した様に超電導接続が必要となるのであるが、ＮｂＴ
ｉ−ＮｂＴｉ間、ＮｂＴｉ−Ｎｂ3Ｓｎ間、およびＮｂ3
Ｓｎ−Ｎｂ3Ｓｎ間においては、技術的に既に確立され
ており、実用化されている。また超電導マグネットを永
久電流モードで運転するに当たって、必要とされる磁場
安定性は、磁場変化が０．０１ｐｐｍ／ｈｒ以下であ
る。換言すれば、永久電流モードを達成するには、定格
磁場を発生した数百Ａの通電状態で且つ少なくとも０．
５Ｔ程度以上の磁場環境下において、１×１０-12Ω以
下の接続抵抗を実現する必要がある。そして前記図１に
示した様な構成の超電導マグネットにおいて、ＮＭＲ分
析装置で実現されている最高磁場は、現在のところ９０
０ＭＨｚ程度である。
【０００６】ところが、１ＧＨｚ（２３．５Ｔ）の高磁
場になると、Ｎｂ3Ｓｎ線材の限界レベルとなる。従っ
て、超電導マグネットの最内層コイルには、臨界磁場が
より高い酸化物超電導線材がその候補材料として有力視
されている。しかしながら、酸化物超電導線材を用いた
コイルでは、酸化物超電導線材の超電導接続技術が完成
しているとは言えないこと、および酸化物超電導線材で
は通電時に微少抵抗が残ること等もあって、永久電流モ
ードでの運転は容易に実現されないことが予測できる。
こうしたことから、超電導接続技術が既に確立されてい
るＮｂ3Ｓｎ線材の性能を更に改善して、より高磁場に
おける永久電流運転の実現が望されているのが実状であ
る。
場になると、Ｎｂ3Ｓｎ線材の限界レベルとなる。従っ
て、超電導マグネットの最内層コイルには、臨界磁場が
より高い酸化物超電導線材がその候補材料として有力視
されている。しかしながら、酸化物超電導線材を用いた
コイルでは、酸化物超電導線材の超電導接続技術が完成
しているとは言えないこと、および酸化物超電導線材で
は通電時に微少抵抗が残ること等もあって、永久電流モ
ードでの運転は容易に実現されないことが予測できる。
こうしたことから、超電導接続技術が既に確立されてい
るＮｂ3Ｓｎ線材の性能を更に改善して、より高磁場に
おける永久電流運転の実現が望されているのが実状であ
る。
【０００７】これまで用いられてきたＮｂ3Ｓｎ線材
は、ブロンズ法によって製造されるのが一般的である。
このブロンズ法は、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マト
リックス中に複数のＮｂ製芯材を埋設し、これを安定化
の為の銅（安定化銅）に埋設して伸線加工により上記芯
材をフィラメントとなし、或はこのフイラメントを複数
束ねて線材群となし、上記フイラメントまたは線材群を
６００〜８００℃で熱処理することによりＮｂ製のフィ
ラメントに上記マトリックスのＳｎを拡散させてＮｂ3
Ｓｎ層を生成させる方法である。
は、ブロンズ法によって製造されるのが一般的である。
このブロンズ法は、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マト
リックス中に複数のＮｂ製芯材を埋設し、これを安定化
の為の銅（安定化銅）に埋設して伸線加工により上記芯
材をフィラメントとなし、或はこのフイラメントを複数
束ねて線材群となし、上記フイラメントまたは線材群を
６００〜８００℃で熱処理することによりＮｂ製のフィ
ラメントに上記マトリックスのＳｎを拡散させてＮｂ3
Ｓｎ層を生成させる方法である。
【０００８】このブロンズ法で製造されたＮｂ3Ｓｎ線
材で、現在最高性能を実現している線材の熱処理反応後
の断面を図２（図面代用顕微鏡写真）に示す。図１に示
したＮｂ3Ｓｎ線材では、上記線材群の表面にＮｂから
なる拡散バリヤ層および安定化銅を配置し、その断面形
状が平角線材となる様に加工したものである。尚、図２
中ＡはＣｕ−Ｓｎ基合金（以下、「ブロンズ」と呼ぶこ
とがある）、Ｂはブロンズ中のＳｎがＮｂの中に拡散し
て形成されたＮｂ3Ｓｎ、ＣはＮｂを夫々示している。
材で、現在最高性能を実現している線材の熱処理反応後
の断面を図２（図面代用顕微鏡写真）に示す。図１に示
したＮｂ3Ｓｎ線材では、上記線材群の表面にＮｂから
なる拡散バリヤ層および安定化銅を配置し、その断面形
状が平角線材となる様に加工したものである。尚、図２
中ＡはＣｕ−Ｓｎ基合金（以下、「ブロンズ」と呼ぶこ
とがある）、Ｂはブロンズ中のＳｎがＮｂの中に拡散し
て形成されたＮｂ3Ｓｎ、ＣはＮｂを夫々示している。
【０００９】上記の様なＮｂ3Ｓｎ線材において、超電
導になって電流を流せるのは上記Ｎｂ3Ｓｎの部分であ
り、その他の部分は超電導にはならないので、より多く
の電流を流すことができるためには、Ｎｂ3Ｓｎ層が厚
いほど良いことが分かる。また、Ｎｂ3Ｓｎ層の厚さを
厚くするためには、ブロンズからのＳｎをＮｂ中に拡散
させれば良い。しかしながら、８００℃以下の温度領域
においてブロンズ中に固溶できるＳｎ濃度には限界があ
り、１５．８質量％が上限である。従って、ブロンズ法
においては、ブロンズ中のＳｎがなくなってしまうと、
熱処理時間をそれ以上に如何に長くしても、Ｎｂ3Ｓｎ
層の厚さをそれ以上厚くすることはできなくなる。こう
したことから、Ｎｂ3Ｓｎ線材によって更に大電流を流
すためには、断面積に占めるＮｂ3Ｓｎ相の比率が大き
くなる様に別の手段を講じる必要がある。
導になって電流を流せるのは上記Ｎｂ3Ｓｎの部分であ
り、その他の部分は超電導にはならないので、より多く
の電流を流すことができるためには、Ｎｂ3Ｓｎ層が厚
いほど良いことが分かる。また、Ｎｂ3Ｓｎ層の厚さを
厚くするためには、ブロンズからのＳｎをＮｂ中に拡散
させれば良い。しかしながら、８００℃以下の温度領域
においてブロンズ中に固溶できるＳｎ濃度には限界があ
り、１５．８質量％が上限である。従って、ブロンズ法
においては、ブロンズ中のＳｎがなくなってしまうと、
熱処理時間をそれ以上に如何に長くしても、Ｎｂ3Ｓｎ
層の厚さをそれ以上厚くすることはできなくなる。こう
したことから、Ｎｂ3Ｓｎ線材によって更に大電流を流
すためには、断面積に占めるＮｂ3Ｓｎ相の比率が大き
くなる様に別の手段を講じる必要がある。
【００１０】一方、Ｎｂ3Ｓｎ線材を製造する方法とし
ては、上記ブロンズ法の他に、粉末法も知られている。
この粉末法では、Ｔａ6Ｓｎ5を主体とする粉末（例え
ば、Ｔａ6Ｓｎ5＋Ｃｕ粉末の混合粉末）原料粉末とし、
これをＮｂまたはＮｂ基合金（例えば、Ｎｂ／Ｔａ合
金）からなるパイプに充填した後、伸線加工して前記パ
イプ中の原料粉末をフィラメント状とし、この複数本を
安定化の為の銅（安定化銅）内に埋設した後伸線加工し
て熱処理することによって、フィラメントパイプ中のＳ
ｎとパイプであるＮｂとを反応させ、パイプの内側から
Ｎｂ3Ｓｎ層を形成して超電導線材とするものである。
ては、上記ブロンズ法の他に、粉末法も知られている。
この粉末法では、Ｔａ6Ｓｎ5を主体とする粉末（例え
ば、Ｔａ6Ｓｎ5＋Ｃｕ粉末の混合粉末）原料粉末とし、
これをＮｂまたはＮｂ基合金（例えば、Ｎｂ／Ｔａ合
金）からなるパイプに充填した後、伸線加工して前記パ
イプ中の原料粉末をフィラメント状とし、この複数本を
安定化の為の銅（安定化銅）内に埋設した後伸線加工し
て熱処理することによって、フィラメントパイプ中のＳ
ｎとパイプであるＮｂとを反応させ、パイプの内側から
Ｎｂ3Ｓｎ層を形成して超電導線材とするものである。
【００１１】上記ブロンズ法や粉末法で製造されたＮｂ
3Ｓｎ線材と、他の方法（急加熱急冷法）で製造された
Ｎｂ3Ａｌ線材等について、高磁場における特性（オー
バオールの臨界電流密度Ｊｃ）を比較して図３に示す。
尚、図３に示したように、９００ＭＨｚに相当する磁場
は、外部磁場がほぼ２１Ｔのときである。
3Ｓｎ線材と、他の方法（急加熱急冷法）で製造された
Ｎｂ3Ａｌ線材等について、高磁場における特性（オー
バオールの臨界電流密度Ｊｃ）を比較して図３に示す。
尚、図３に示したように、９００ＭＨｚに相当する磁場
は、外部磁場がほぼ２１Ｔのときである。
【００１２】この図から明らかなように、粉末法によっ
て製造されたＮｂ3Ｓｎ線材は、２１Ｔ以上であっても
高い臨界電流密度が達成されており、この線材は９００
ＭＨｚ以上のＮＭＲマグネット用線材として有力視され
ている。
て製造されたＮｂ3Ｓｎ線材は、２１Ｔ以上であっても
高い臨界電流密度が達成されており、この線材は９００
ＭＨｚ以上のＮＭＲマグネット用線材として有力視され
ている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た粉末法Ｎｂ3Ｓｎ線材においても、高磁場での臨界電
流密度Ｊｃの減少が著しく、永久電流運転を達成するた
めに必要とされる臨界電流密度Ｊｃ：７５Ａ／ｍｍ2を
達成するには、外部磁場は９３０ＭＨｚが限界であり、
９５０ＭＨｚ以上の外部磁場においても永久電流運転が
可能となる超電導線材の実現が望まれているのが実状で
ある。
た粉末法Ｎｂ3Ｓｎ線材においても、高磁場での臨界電
流密度Ｊｃの減少が著しく、永久電流運転を達成するた
めに必要とされる臨界電流密度Ｊｃ：７５Ａ／ｍｍ2を
達成するには、外部磁場は９３０ＭＨｚが限界であり、
９５０ＭＨｚ以上の外部磁場においても永久電流運転が
可能となる超電導線材の実現が望まれているのが実状で
ある。
【００１４】従来の粉末法で製造したＮｂ3Ｓｎ線材の
断面を図４（図面代用走査型電子顕微鏡写真）に示す。
尚、図４中３は粉末コア（原料粉末部分）、４は反応に
よって形成されたＮｂ３Ｓｎ層、５はＮｂまたはＮｂ基
合金からなるパイプ部分、６は安定化銅を夫々示す。こ
うした粉末法によって製造されたＮｂ3Ｓｎ線材にあっ
ては、Ｎｂ3Ｓｎ層の厚さは５０μｍ程度の厚みが達成
されているのであるが、上記粉末コア３の部分が問題と
なる。即ち、粉末法によっては、Ｎｂ3Ｓｎ層が５０μ
ｍ程度で形成されるのであるが、上記粉末コア３の様に
原料粉末からＳｎが拡散して残った部分が非超電導相と
して残存し、超電導線材としての有効面積（超電導相の
面積割合）の増大に寄与できていないのである。こうし
たことから、粉末法によって製造されるＮｂ3Ｓｎ線材
において、できるだけ非超電導相を減らして超電導線材
としての有効面積を増大させ、９５０ＭＨｚ以上の超高
磁場ＮＭＲマグネット用線材として、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ
線材の更なる高臨界電流密度化が切望されている状況で
ある。
断面を図４（図面代用走査型電子顕微鏡写真）に示す。
尚、図４中３は粉末コア（原料粉末部分）、４は反応に
よって形成されたＮｂ３Ｓｎ層、５はＮｂまたはＮｂ基
合金からなるパイプ部分、６は安定化銅を夫々示す。こ
うした粉末法によって製造されたＮｂ3Ｓｎ線材にあっ
ては、Ｎｂ3Ｓｎ層の厚さは５０μｍ程度の厚みが達成
されているのであるが、上記粉末コア３の部分が問題と
なる。即ち、粉末法によっては、Ｎｂ3Ｓｎ層が５０μ
ｍ程度で形成されるのであるが、上記粉末コア３の様に
原料粉末からＳｎが拡散して残った部分が非超電導相と
して残存し、超電導線材としての有効面積（超電導相の
面積割合）の増大に寄与できていないのである。こうし
たことから、粉末法によって製造されるＮｂ3Ｓｎ線材
において、できるだけ非超電導相を減らして超電導線材
としての有効面積を増大させ、９５０ＭＨｚ以上の超高
磁場ＮＭＲマグネット用線材として、粉末法Ｎｂ3Ｓｎ
線材の更なる高臨界電流密度化が切望されている状況で
ある。
【００１５】本発明はこうした状況の下になされたもの
であって、その目的は、高い外部磁場においてもより高
い臨界電流密度を実現することができ、９５０ＭＨｚ以
上の超高磁場ＮＭＲマグネットの実現を可能にする粉末
法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する為の有用な方法を提
供することにある。
であって、その目的は、高い外部磁場においてもより高
い臨界電流密度を実現することができ、９５０ＭＨｚ以
上の超高磁場ＮＭＲマグネットの実現を可能にする粉末
法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する為の有用な方法を提
供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明の製造方法とは、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパ
イプに、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓ
ｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填
し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群と
し、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅
を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若し
くは引き抜き加工した後熱処理する点に要旨を有するも
のである。
発明の製造方法とは、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパ
イプに、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓ
ｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填
し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群と
し、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅
を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若し
くは引き抜き加工した後熱処理する点に要旨を有するも
のである。
【００１７】また、本発明の上記目的は、ＮｂまたはＮ
ｂ基合金からなるパイプに、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体と
する粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末から
なる混合粉末を充填し、このパイプの複数本をＣｕ−Ｓ
ｎ基合金製部材に埋設し、このＣｕ−Ｓｎ基合金製部材
の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置して複合
体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加
工した後熱処理することによっても達成される。
ｂ基合金からなるパイプに、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体と
する粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末から
なる混合粉末を充填し、このパイプの複数本をＣｕ−Ｓ
ｎ基合金製部材に埋設し、このＣｕ−Ｓｎ基合金製部材
の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置して複合
体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加
工した後熱処理することによっても達成される。
【００１８】更に、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイ
プに、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ
粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填
し、このパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋
設して伸線加工した後、その複数本を束ねて線材群と
し、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅
を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若し
くは引き抜き加工した後熱処理することによっても、超
電導特性を更に向上した粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材が
得られる。
プに、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ
粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填
し、このパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋
設して伸線加工した後、その複数本を束ねて線材群と
し、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅
を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若し
くは引き抜き加工した後熱処理することによっても、超
電導特性を更に向上した粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材が
得られる。
【００１９】上記方法のうち、Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材
を用いる方法にあっては、（ａ）前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金
製部材中のＳｎ含有量が１３〜１６質量％であること
や、（ｂ）前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材の超電導線材全
断面積に占める割合が７０％以下であることが好まし
い。
を用いる方法にあっては、（ａ）前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金
製部材中のＳｎ含有量が１３〜１６質量％であること
や、（ｂ）前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材の超電導線材全
断面積に占める割合が７０％以下であることが好まし
い。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明者らは、上記目的を達成す
る為に様々な角度から検討した。その結果、上記構成を
採用すれば上記目的が見事に達成されることを見出し、
本発明を完成した。以下、本発明が完成された経緯を説
明しつつ、本発明の作用について説明する。
る為に様々な角度から検討した。その結果、上記構成を
採用すれば上記目的が見事に達成されることを見出し、
本発明を完成した。以下、本発明が完成された経緯を説
明しつつ、本発明の作用について説明する。
【００２１】前述の如く従来の粉末法では、Ｔａ6Ｓｎ5
を主体とする粉末を原料粉末として用いるものである
が、こうした方法では、原料粉末からＮｂまたはＮｂ基
合金からなるパイプへのＳｎの拡散の後残存する粉末コ
アが非超電導相となるため、全断面積に占める超電導相
が占める割合に限界があることが判明した。そこで本発
明者らが、粉末法によってＮｂ3Ｓｎ線材を製造するに
当たり、超電導相をなすＮｂ3Ｓｎ層を更に大きく形成
するための要件について様々な角度から検討した。
を主体とする粉末を原料粉末として用いるものである
が、こうした方法では、原料粉末からＮｂまたはＮｂ基
合金からなるパイプへのＳｎの拡散の後残存する粉末コ
アが非超電導相となるため、全断面積に占める超電導相
が占める割合に限界があることが判明した。そこで本発
明者らが、粉末法によってＮｂ3Ｓｎ線材を製造するに
当たり、超電導相をなすＮｂ3Ｓｎ層を更に大きく形成
するための要件について様々な角度から検討した。
【００２２】その結果、まず原料粉末として従来のＴａ
6Ｓｎ5を主体とする粉末の代りに、（１）Ｎｂ3Ｓｎを
主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉
末からなる混合粉末を用いれば良いとの着想が得られ
た。即ち、上記の様な混合粉末を原料粉末として用い、
この原料粉末をＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに
充填し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材
群とし、この線材群の表面に拡散バリヤー層および安定
化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工
若しくは引き抜き加工した後熱処理する様にすれば、上
記ＮｂまたはＮｂ基合金に拡散して形成されるＮｂ3Ｓ
ｎ層と、原料粉末中のＮｂ3Ｓｎ粉末とが一体化されて
Ｎｂ3Ｓｎ相をなし、こうしたＮｂ3Ｓｎ相の形成によっ
てＮｂ3Ｓｎ線材における超電導特性が格段に向上でき
たのである。
6Ｓｎ5を主体とする粉末の代りに、（１）Ｎｂ3Ｓｎを
主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉
末からなる混合粉末を用いれば良いとの着想が得られ
た。即ち、上記の様な混合粉末を原料粉末として用い、
この原料粉末をＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに
充填し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材
群とし、この線材群の表面に拡散バリヤー層および安定
化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工
若しくは引き抜き加工した後熱処理する様にすれば、上
記ＮｂまたはＮｂ基合金に拡散して形成されるＮｂ3Ｓ
ｎ層と、原料粉末中のＮｂ3Ｓｎ粉末とが一体化されて
Ｎｂ3Ｓｎ相をなし、こうしたＮｂ3Ｓｎ相の形成によっ
てＮｂ3Ｓｎ線材における超電導特性が格段に向上でき
たのである。
【００２３】本発明方法においては、原料粉末として上
記の様な混合粉末を用いるものであるが、このうちＮｂ
3Ｓｎを主体とする粉末は、熱処理前は孤立している
が、熱処理によって粒子同士が焼結・連結され、超電導
電流の流路となるものである。また、この粉末は、Ｎｂ
3Ｓｎだけからなるものでも良いが、必要によってＴｉ
やＴａを含有させても良い。これらＴｉやＴａを含有さ
せると、高磁場での高電流化という効果が発揮される
が、その含有量が過剰になると加工性が低下するので、
０．１〜０．５質量％程度に抑えるのが良い。このＮｂ
3Ｓｎを主体とする粉末は、ブロンズ法線材で生成した
Ｎｂ3Ｓｎ反応層を、外側のブロンズを化学処理によっ
てエッチングして露出させた後、採集する手段等によっ
て調製することができる。
記の様な混合粉末を用いるものであるが、このうちＮｂ
3Ｓｎを主体とする粉末は、熱処理前は孤立している
が、熱処理によって粒子同士が焼結・連結され、超電導
電流の流路となるものである。また、この粉末は、Ｎｂ
3Ｓｎだけからなるものでも良いが、必要によってＴｉ
やＴａを含有させても良い。これらＴｉやＴａを含有さ
せると、高磁場での高電流化という効果が発揮される
が、その含有量が過剰になると加工性が低下するので、
０．１〜０．５質量％程度に抑えるのが良い。このＮｂ
3Ｓｎを主体とする粉末は、ブロンズ法線材で生成した
Ｎｂ3Ｓｎ反応層を、外側のブロンズを化学処理によっ
てエッチングして露出させた後、採集する手段等によっ
て調製することができる。
【００２４】原料粉末中のＳｎ粉末は、ＮｂまたはＮｂ
基合金にＳｎを拡散してＮｂ3Ｓｎ層を形成するのに混
合するものである。また、原料粉末中のＣｕ粉末は、Ｎ
ｂ3Ｓｎ生成の際における熱処理温度低減の為に混合さ
れるものである。
基合金にＳｎを拡散してＮｂ3Ｓｎ層を形成するのに混
合するものである。また、原料粉末中のＣｕ粉末は、Ｎ
ｂ3Ｓｎ生成の際における熱処理温度低減の為に混合さ
れるものである。
【００２５】尚、混合粉末における上記各粉末の混合割
合については特に限定するものではないが、ＳｎがＮｂ
に拡散してＮｂ3Ｓｎとなり、Ｃｕはその反応温度低
減、残存Ｎｂ３Ｓｎはそのまま焼結されるという点を考
慮すれば、Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末：Ｓｎ粉末：Ｃ
ｕ粉末＝１：０．５〜３：０．１〜０．５程度が適切で
ある。また、これらの粉末は、熱処理時の反応性を高め
るという観点から、平均粒径が５０μｍ以下のできるだ
け微細なものを用いることが好ましい。
合については特に限定するものではないが、ＳｎがＮｂ
に拡散してＮｂ3Ｓｎとなり、Ｃｕはその反応温度低
減、残存Ｎｂ３Ｓｎはそのまま焼結されるという点を考
慮すれば、Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末：Ｓｎ粉末：Ｃ
ｕ粉末＝１：０．５〜３：０．１〜０．５程度が適切で
ある。また、これらの粉末は、熱処理時の反応性を高め
るという観点から、平均粒径が５０μｍ以下のできるだ
け微細なものを用いることが好ましい。
【００２６】本発明方法において超電導線材の前駆体
（熱処理前の複合体）となるものは、上記の様な原料粉
末（混合粉末）をＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ
に充填し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線
材群とし、この線材群の表面に拡散バリアー層および安
定化銅を配置してものであるが、（ａ）上記混合粉末を
充填したパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金（ブロン
ズ）製部材に埋設し、このＣｕ−Ｓｎ基合金製部材の表
面に拡散バリアー層および安定化銅を配置した複合体
や、（ｂ）上記混合粉末を充填したパイプの複数本をＣ
ｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設して伸線加工した後、その
複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バ
リアー層および安定化銅を配置した複合体を用いること
も有用である。
（熱処理前の複合体）となるものは、上記の様な原料粉
末（混合粉末）をＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ
に充填し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線
材群とし、この線材群の表面に拡散バリアー層および安
定化銅を配置してものであるが、（ａ）上記混合粉末を
充填したパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金（ブロン
ズ）製部材に埋設し、このＣｕ−Ｓｎ基合金製部材の表
面に拡散バリアー層および安定化銅を配置した複合体
や、（ｂ）上記混合粉末を充填したパイプの複数本をＣ
ｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設して伸線加工した後、その
複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バ
リアー層および安定化銅を配置した複合体を用いること
も有用である。
【００２７】上記（ａ）または（ｂ）の様な複合体を用
いることによって、Ｎｂ3Ｓｎ層はＮｂまたはＮｂ基合
金パイプの内側ばかりでなく、その外側にも形成される
ことになって、Ｎｂ3Ｓｎ線材の特性を更に向上させる
ことができる。こうした構成の複合体を用いる場合に
は、Ｎｂ（パイプ）へのＳｎ拡散をできるだけ促進する
という観点から、上記Ｃｕ−Ｓｎ基合金中のＳｎ含有量
は固溶限内でできるだけ多い方が良く、こうした観点か
ら前記Ｓｎ含有量は１３〜１６質量％程度が好ましい。
また、ブロンズを併用した製造方法では、線材と特性を
より向上させるという観点から、線材全断面積に占める
ブロンズ部分の断面積比ができるだけ小さくするのが良
いこことが分かるが、本発明方法（Ｃｕ−Ｓｎ基合金部
材を用いる方法）では、パイプの内側と外側の両方から
Ｎｂ3Ｓｎ層が形成されていくので、上記断面積比を７
０％以下に容易に達成することができる。
いることによって、Ｎｂ3Ｓｎ層はＮｂまたはＮｂ基合
金パイプの内側ばかりでなく、その外側にも形成される
ことになって、Ｎｂ3Ｓｎ線材の特性を更に向上させる
ことができる。こうした構成の複合体を用いる場合に
は、Ｎｂ（パイプ）へのＳｎ拡散をできるだけ促進する
という観点から、上記Ｃｕ−Ｓｎ基合金中のＳｎ含有量
は固溶限内でできるだけ多い方が良く、こうした観点か
ら前記Ｓｎ含有量は１３〜１６質量％程度が好ましい。
また、ブロンズを併用した製造方法では、線材と特性を
より向上させるという観点から、線材全断面積に占める
ブロンズ部分の断面積比ができるだけ小さくするのが良
いこことが分かるが、本発明方法（Ｃｕ−Ｓｎ基合金部
材を用いる方法）では、パイプの内側と外側の両方から
Ｎｂ3Ｓｎ層が形成されていくので、上記断面積比を７
０％以下に容易に達成することができる。
【００２８】いずれの複合体を用いるにしても、本発明
方法で用いる複合体は、その表面に拡散バリヤー層およ
び安定化銅が配置される。このうち拡散バリヤー層は、
熱処理時にＳｎ等の不純物が安定化銅に拡散して安定化
銅の抵抗値が大きくなることがないように配置されるも
のであり、例えばＮｂやＴａによって構成される。ま
た、安定化銅は、形成されたＮｂ3Ｓｎ層を安定化させ
るために配置されるものであり、純銅によって構成され
る。
方法で用いる複合体は、その表面に拡散バリヤー層およ
び安定化銅が配置される。このうち拡散バリヤー層は、
熱処理時にＳｎ等の不純物が安定化銅に拡散して安定化
銅の抵抗値が大きくなることがないように配置されるも
のであり、例えばＮｂやＴａによって構成される。ま
た、安定化銅は、形成されたＮｂ3Ｓｎ層を安定化させ
るために配置されるものであり、純銅によって構成され
る。
【００２９】上記の各種複合体は、押し出し加工若しく
は引き抜き加工した後、熱処理されることによって、線
材中にＮｂ３Ｓｎ層が形成されることになるが、この熱
処理温度は７００〜８５０℃程度が好ましい。
は引き抜き加工した後、熱処理されることによって、線
材中にＮｂ３Ｓｎ層が形成されることになるが、この熱
処理温度は７００〜８５０℃程度が好ましい。
【００３０】以下、本発明を実施例によって更に具体的
に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のも
のではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形すること
はいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のも
のではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形すること
はいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３１】
【実施例】実施例１
従来のブロンズ法線材において、Ｎｂ芯をまばらに配置
すると共に、十分な熱処理を施すことによってＮｂ芯が
残らず、全てＮｂ3Ｓｎ相となるようにアニールして線
材を作製した後、ブロンズ部分をエッチング等によって
全て除去し、残った部分からＮｂ3Ｓｎを回収した。そ
して、回収したＮｂ3Ｓｎを粉砕してＮｂ 3Ｓｎ粉末を調
製した。
すると共に、十分な熱処理を施すことによってＮｂ芯が
残らず、全てＮｂ3Ｓｎ相となるようにアニールして線
材を作製した後、ブロンズ部分をエッチング等によって
全て除去し、残った部分からＮｂ3Ｓｎを回収した。そ
して、回収したＮｂ3Ｓｎを粉砕してＮｂ 3Ｓｎ粉末を調
製した。
【００３２】更に、粒径５０μｍ以下のＳｎ粉末とＣｕ
粉末を準備し、これらの粉末と上記Ｎｂ3Ｓｎ粉末を、
Ｎｂ3Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃｕ＝２：１：０．３となる様に混
合して原料粉末とした。この原料粉末（後記図５の符号
９）を、Ｔｉを０．２質量％含有させた内径：４ｍｍ，
外径：６ｍｍのＮｂ基合金製パイプ（後記図５の符号
８）に充填し、対辺間距離が３ｍｍの正六角形となるま
で伸線加工した。
粉末を準備し、これらの粉末と上記Ｎｂ3Ｓｎ粉末を、
Ｎｂ3Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃｕ＝２：１：０．３となる様に混
合して原料粉末とした。この原料粉末（後記図５の符号
９）を、Ｔｉを０．２質量％含有させた内径：４ｍｍ，
外径：６ｍｍのＮｂ基合金製パイプ（後記図５の符号
８）に充填し、対辺間距離が３ｍｍの正六角形となるま
で伸線加工した。
【００３３】その後、この伸線加工線材を５０ｃｍに長
さに定尺切断して束ねて線材群とし、図５に示す様に銅
製パイプ６（安定化銅）に挿入した。このとき，線材群
と安定化銅との間には、拡散バリヤー層としてのＮｂシ
ートを介在させた。
さに定尺切断して束ねて線材群とし、図５に示す様に銅
製パイプ６（安定化銅）に挿入した。このとき，線材群
と安定化銅との間には、拡散バリヤー層としてのＮｂシ
ートを介在させた。
【００３４】上記の様にして構成した複合材を、８００
℃で８０時間熱処理して超電導線材とした。得られた線
材の高磁場（外部磁場）における臨界電流密度（オーバ
オールの臨界電流密度：Ｊｃ）を測定した。その結果
を、図６に示す。このとき、比較の為に、断面構成を同
じにして、封入粉末（原料粉末）を従来のＴａ6Ｓｎ5粉
末にしたときのデータを合わせて示した。この結果から
明らかなように、４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊ
ｃは従来法で作製した線材と比べて約３０％も改善され
ていることが分かる。
℃で８０時間熱処理して超電導線材とした。得られた線
材の高磁場（外部磁場）における臨界電流密度（オーバ
オールの臨界電流密度：Ｊｃ）を測定した。その結果
を、図６に示す。このとき、比較の為に、断面構成を同
じにして、封入粉末（原料粉末）を従来のＴａ6Ｓｎ5粉
末にしたときのデータを合わせて示した。この結果から
明らかなように、４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊ
ｃは従来法で作製した線材と比べて約３０％も改善され
ていることが分かる。
【００３５】上記で得られた超電導線材の断面を、走査
型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方
法によって得られた線材では、バイプの内側から反応に
よって生成したＮｂ3Ｓｎは充填した原料粉末部分のＮ
ｂ3Ｓｎと一体化し、パイプの内側には一部ボイドが形
成されるものの、ほとんど非超電導相は残っていないこ
とが分かった。
型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方
法によって得られた線材では、バイプの内側から反応に
よって生成したＮｂ3Ｓｎは充填した原料粉末部分のＮ
ｂ3Ｓｎと一体化し、パイプの内側には一部ボイドが形
成されるものの、ほとんど非超電導相は残っていないこ
とが分かった。
【００３６】これらの結果からして、本発明方法では従
来法と比較して、原料粉末の組成を適切に調整すること
によって、パイプ内の粉末部にもＮｂ3Ｓｎ相が形成さ
れて、全断面積に占める超電導部分の有効断面積が増加
したことが臨界電流密度が改善させた理由であると考え
ることができた。
来法と比較して、原料粉末の組成を適切に調整すること
によって、パイプ内の粉末部にもＮｂ3Ｓｎ相が形成さ
れて、全断面積に占める超電導部分の有効断面積が増加
したことが臨界電流密度が改善させた理由であると考え
ることができた。
【００３７】実施例２
前記実施例１と同様にして、Ｎｂ3Ｓｎ粉末、Ｓｎ粉末
およびＣｕ粉末を準備、これらをＮｂ3Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃ
ｕ＝２：１：０．３となるように混合して原料粉末９と
した。この原料粉末９を、Ｔｉを０．２質量％含有させ
た内径：４ｍｍ、外径：６ｍｍのＮｂパイプ８に充填し
た。そして、図７に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ合金部材
（Ｓｎ含有量：１５質量％）１０に６ｍｍφの孔１１を
複数開け、この孔１１に前記パイプ８を挿入して埋設し
た。そして、この外側にＮｂシート７（拡散バリアー
層）を配置した後、最外部に安定化銅６を配置して複合
ビレットとし、このビレットを押し出し加工または引き
抜き加工を経て最終線径：１．３ｍｍφの線材とした。
およびＣｕ粉末を準備、これらをＮｂ3Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃ
ｕ＝２：１：０．３となるように混合して原料粉末９と
した。この原料粉末９を、Ｔｉを０．２質量％含有させ
た内径：４ｍｍ、外径：６ｍｍのＮｂパイプ８に充填し
た。そして、図７に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ合金部材
（Ｓｎ含有量：１５質量％）１０に６ｍｍφの孔１１を
複数開け、この孔１１に前記パイプ８を挿入して埋設し
た。そして、この外側にＮｂシート７（拡散バリアー
層）を配置した後、最外部に安定化銅６を配置して複合
ビレットとし、このビレットを押し出し加工または引き
抜き加工を経て最終線径：１．３ｍｍφの線材とした。
【００３８】上記線材を、８００℃で８０時間熱処理し
て超電導線材とした。この線材の高磁場（外部磁場）に
おける臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を、前記
図６に合わせて示す。この結果から明らかなように、
４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊｃは従来法で作製
した線材と比べて約５０％も改善されていることが分か
る。
て超電導線材とした。この線材の高磁場（外部磁場）に
おける臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を、前記
図６に合わせて示す。この結果から明らかなように、
４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊｃは従来法で作製
した線材と比べて約５０％も改善されていることが分か
る。
【００３９】上記で得られた超電導線材の断面を、走査
型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方
法によって得られた線材では、バイプの内側から反応に
よって生成したＮｂ3Ｓｎは封入粉末部分のＮｂ3Ｓｎと
一体化し、パイプ内の粉末部分にもＮｂ３Ｓｎが生成し
ていることは前記実施例１と同様であった。
型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方
法によって得られた線材では、バイプの内側から反応に
よって生成したＮｂ3Ｓｎは封入粉末部分のＮｂ3Ｓｎと
一体化し、パイプ内の粉末部分にもＮｂ３Ｓｎが生成し
ていることは前記実施例１と同様であった。
【００４０】また、この方法によって得られた超電導線
材では、Ｎｂ3Ｓｎ相はＮｂパイプの外側からも内側に
向かって生成しており、Ｎｂパイプには未反応のＮｂは
殆ど残っていなかった。前述の如く、従来のブロンズ法
であれば、ブロンズから供給できるＳｎの量に限界があ
るので、ブロンズに埋め込む線材の本数を増やしても、
反応で生成されるＮｂ3Ｓｎ層の断面積は増やすことは
できなかった。即ち、従来のブロンズ法によっては、線
材中におけるブロンズの断面積比は７０％以下にできな
かったのである。
材では、Ｎｂ3Ｓｎ相はＮｂパイプの外側からも内側に
向かって生成しており、Ｎｂパイプには未反応のＮｂは
殆ど残っていなかった。前述の如く、従来のブロンズ法
であれば、ブロンズから供給できるＳｎの量に限界があ
るので、ブロンズに埋め込む線材の本数を増やしても、
反応で生成されるＮｂ3Ｓｎ層の断面積は増やすことは
できなかった。即ち、従来のブロンズ法によっては、線
材中におけるブロンズの断面積比は７０％以下にできな
かったのである。
【００４１】これに対して、本発明によって得られた線
材においては、パイプ内側からのＳｎ拡散が主であり、
ブロンズからのＳｎ拡散は副次的効果であるので、従来
のブロンズ法よりもＮｂ間隔を短くすることができ、そ
の結果としてブロンズ断面積比を下げることができたの
である。ちなみに、本発明によって得られた超電導線材
におけるブロンズ部分の断面積比は５５％程度になって
いた。
材においては、パイプ内側からのＳｎ拡散が主であり、
ブロンズからのＳｎ拡散は副次的効果であるので、従来
のブロンズ法よりもＮｂ間隔を短くすることができ、そ
の結果としてブロンズ断面積比を下げることができたの
である。ちなみに、本発明によって得られた超電導線材
におけるブロンズ部分の断面積比は５５％程度になって
いた。
【００４２】これらの結果からして、この実施例によっ
て得られた線材の臨界電流密度が向上した理由は、パイ
プの内側・外側の両サイドにＮｂ3Ｓｎ層が形成された
ことにより、全断面積に占める超電導部分の有効断面積
が増加したためであると考えられる。
て得られた線材の臨界電流密度が向上した理由は、パイ
プの内側・外側の両サイドにＮｂ3Ｓｎ層が形成された
ことにより、全断面積に占める超電導部分の有効断面積
が増加したためであると考えられる。
【００４３】実施例３
前記実施例２と同様にして、Ｎｂ3Ｓｎ粉末、Ｓｎ粉末
およびＣｕ粉末を準備、これらをＮｂ3Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃ
ｕ＝２：１：０．３となるように混合して原料粉末９と
した。この原料粉末９を、Ｔｉを０．２質量％含有させ
た内径：４ｍｍ、外径：６ｍｍのＮｂパイプ８（前記図
７参照）に充填した。そして、前記図７のＮｂシート７
の内側相当部分として示す様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金部材
（Ｓｎ含有量：１５質量％）１０に６ｍｍφの孔１１を
複数開け、この孔１１に前記パイプ１０を挿入して埋設
した。
およびＣｕ粉末を準備、これらをＮｂ3Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃ
ｕ＝２：１：０．３となるように混合して原料粉末９と
した。この原料粉末９を、Ｔｉを０．２質量％含有させ
た内径：４ｍｍ、外径：６ｍｍのＮｂパイプ８（前記図
７参照）に充填した。そして、前記図７のＮｂシート７
の内側相当部分として示す様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金部材
（Ｓｎ含有量：１５質量％）１０に６ｍｍφの孔１１を
複数開け、この孔１１に前記パイプ１０を挿入して埋設
した。
【００４４】このビレットを伸線加工して最終的に対辺
距離が５ｍｍとなる六角材１０ａとした。これを５０ｃ
ｍの長さに定尺切断し、これらを束ねて図８に示す様に
複合化した。即ち、上記六角材１０ａを束ねた外側にＮ
ｂシート（拡散バリアー層）７を配置した後、最外部に
安定化銅６を配置して複合ビレットとした。そして、こ
の複合ビレットを押し出し加工または引き抜き加工を経
て最終線径：１．３ｍｍφの線材とした。
距離が５ｍｍとなる六角材１０ａとした。これを５０ｃ
ｍの長さに定尺切断し、これらを束ねて図８に示す様に
複合化した。即ち、上記六角材１０ａを束ねた外側にＮ
ｂシート（拡散バリアー層）７を配置した後、最外部に
安定化銅６を配置して複合ビレットとした。そして、こ
の複合ビレットを押し出し加工または引き抜き加工を経
て最終線径：１．３ｍｍφの線材とした。
【００４５】上記線材を、８００℃で８０時間熱処理し
て超電導線材とした。この線材の高磁場（外部磁場）に
おける臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を、前記
図６に合わせて示す。この結果から明らかなように、
４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊｃは従来法で作製
した線材と比べて約７０％も改善されていることが分か
る。
て超電導線材とした。この線材の高磁場（外部磁場）に
おける臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を、前記
図６に合わせて示す。この結果から明らかなように、
４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊｃは従来法で作製
した線材と比べて約７０％も改善されていることが分か
る。
【００４６】上記で得られた超電導線材の断面を、走査
型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方
法によって得られた線材では、前記実施例２と同様に、
Ｎｂ 3Ｓｎ相はＮｂパイプの外側からも内側に向かって
生成しており、Ｎｂパイプには未反応のＮｂは殆ど残っ
ていなかった。これは、フイラメントを細くしたことに
よって、前記実施例２と比較してＳｎの拡散距離が短く
ても効果的にＮｂ3Ｓｎが形成されることになり、その
結果として臨界電流密度の向上が達成されたものと考え
られる。
型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方
法によって得られた線材では、前記実施例２と同様に、
Ｎｂ 3Ｓｎ相はＮｂパイプの外側からも内側に向かって
生成しており、Ｎｂパイプには未反応のＮｂは殆ど残っ
ていなかった。これは、フイラメントを細くしたことに
よって、前記実施例２と比較してＳｎの拡散距離が短く
ても効果的にＮｂ3Ｓｎが形成されることになり、その
結果として臨界電流密度の向上が達成されたものと考え
られる。
【００４７】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、９
５０ＭＨｚ以上の超高磁場ＮＭＲマグネットの実現を可
能にする超電導線材が実現できた。この様な線材では、
強磁場で永久電流モード動作が要求される高性能超電導
マグネットにおいて、従来の金属系超電導マグネットよ
りも更に優れた超電導マグネットの製作が期待でき、そ
の他の永久電流モードを必要とする超電導マグネット応
用においても極めて有利となる。
５０ＭＨｚ以上の超高磁場ＮＭＲマグネットの実現を可
能にする超電導線材が実現できた。この様な線材では、
強磁場で永久電流モード動作が要求される高性能超電導
マグネットにおいて、従来の金属系超電導マグネットよ
りも更に優れた超電導マグネットの製作が期待でき、そ
の他の永久電流モードを必要とする超電導マグネット応
用においても極めて有利となる。
【図１】高磁場超電導マグネットのコイル構成の一例を
示す概略説明図である。
示す概略説明図である。
【図２】ブロンズ法によって製造されたＮｂ3Ｓｎ超電
導線材の断面を示す図面代用顕微鏡写真である。
導線材の断面を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図３】各種製造法で製造された超電導線材の特性を比
較して示したグラフである。
較して示したグラフである。
【図４】従来の粉末法で製造したＮｂ3Ｓｎ線材の断面
を示す図面代用顕微鏡写真である。
を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図５】実施例１で用いた複合体の構成を示す概略説明
図である。
図である。
【図６】各実施例１〜３で製造されたＮｂ3Ｓｎ超電導
線材の特性を比較して示したグラフである。
線材の特性を比較して示したグラフである。
【図７】実施例２で用いた複合体の構成を示す概略説明
図である。
図である。
【図８】実施例３で用いた複合体の構成を示す概略説明
図である。
図である。
１ａ，１ｂ Ｎｂ3Ｓｎ線材からなるコイル
２ａ，２ｂ ＮｂＴｉ線材からなるコイル
３ 粉末コア
４ Ｎｂ3Ｓｎ層
５ Ｃｕ−Ｓｎ基合金層
６ 安定化銅
７ Ｎｂシート（拡散バリヤー層）
８ Ｎｂ基合金パイプ
９ 原料粉末
１０ Ｎｂ基合金パイプ
１１ 孔
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 宮崎 隆好
神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会
社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
Ｆターム(参考） 5G321 AA11 BA02 BA03 CA38 CA41
DC06 DC32
Claims (5)
- 【請求項１】 ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ
に、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉
末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、
これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群とし、
この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配
置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは
引き抜き加工した後熱処理することを特徴とする粉末法
Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の製造方法。 - 【請求項２】 ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ
に、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉
末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、
このパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設
し、このＣｕ−Ｓｎ基合金製部材の表面に拡散バリアー
層および安定化銅を配置して複合体とし、この複合体を
押し出し加工若しくは引き抜き加工した後熱処理するこ
とを特徴とする粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の製造方
法。 - 【請求項３】 ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ
に、（１）Ｎｂ3Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉
末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、
このパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設し
て伸線加工した後、その複数本を束ねて線材群とし、こ
の線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置
して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引
き抜き加工した後熱処理することを特徴とする粉末法Ｎ
ｂ3Ｓｎ超電導線材の製造方法。 - 【請求項４】 前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材中のＳｎ含
有量が１３〜１６質量％である請求項２または３に記載
の製造方法。 - 【請求項５】 前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材の超電導線
材全断面積に占める割合が７０％以下である請求項２〜
４のいずれかに記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001272203A JP3920606B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 粉末法Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001272203A JP3920606B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 粉末法Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086041A true JP2003086041A (ja) | 2003-03-20 |
| JP3920606B2 JP3920606B2 (ja) | 2007-05-30 |
Family
ID=19097608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001272203A Expired - Fee Related JP3920606B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 粉末法Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3920606B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006030744A1 (ja) * | 2004-09-15 | 2006-03-23 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | 粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の製造方法 |
| JP2006252949A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Kobe Steel Ltd | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびその製造方法 |
| JP2006269277A (ja) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Kobe Steel Ltd | 粉末法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法 |
| WO2007102517A1 (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | 粉末法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体および粉末法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材 |
| EP1763091A3 (en) * | 2005-09-13 | 2007-12-19 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Method of manufacturing for Nb3Sn superconducting wire rod by means of powder method and precursor therefor |
-
2001
- 2001-09-07 JP JP2001272203A patent/JP3920606B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006030744A1 (ja) * | 2004-09-15 | 2006-03-23 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | 粉末法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の製造方法 |
| JP2006252949A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Kobe Steel Ltd | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびその製造方法 |
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| EP1763091A3 (en) * | 2005-09-13 | 2007-12-19 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Method of manufacturing for Nb3Sn superconducting wire rod by means of powder method and precursor therefor |
| WO2007102517A1 (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-13 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | 粉末法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体および粉末法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3920606B2 (ja) | 2007-05-30 |
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