JP2003297162A - Ｎｂ３Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法 - Google Patents
Ｎｂ３Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法Info
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- Y10T428/294—Coated or with bond, impregnation or core including metal or compound thereof [excluding glass, ceramic and asbestos]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 化学量論組成もしくはその近傍の優れた超伝
導特性を示すＮｂ3Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを
有し、高磁場発生にも対応できるＮｂ3Ｇａ極細多芯超
伝導線材と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物をＮ
ｂ中に埋め込んだ複合体芯材を、マトリックス材として
のＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本
埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に対して、
１４００〜２１００℃の温度範囲に２秒以内で急加熱し
たのち、５０００℃／秒以上の速度で急冷し、次いで６
００〜８５０℃の温度範囲で１〜４００時間の追加熱処
理を行うことで、化学量論組成のＮｂ3Ｇａを含む複合
化物がＮｂ中に埋め込まれた複合体芯材が、マトリック
ス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金
に多数本埋め込まれてなる極細多芯構造を有する超伝導
線材とする。
導特性を示すＮｂ3Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを
有し、高磁場発生にも対応できるＮｂ3Ｇａ極細多芯超
伝導線材と、その製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物をＮ
ｂ中に埋め込んだ複合体芯材を、マトリックス材として
のＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本
埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に対して、
１４００〜２１００℃の温度範囲に２秒以内で急加熱し
たのち、５０００℃／秒以上の速度で急冷し、次いで６
００〜８５０℃の温度範囲で１〜４００時間の追加熱処
理を行うことで、化学量論組成のＮｂ3Ｇａを含む複合
化物がＮｂ中に埋め込まれた複合体芯材が、マトリック
ス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金
に多数本埋め込まれてなる極細多芯構造を有する超伝導
線材とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、Ｎｂ3Ｇ
ａ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、化学量論組成
もしくはその近傍の優れた超伝導特性を示すＮｂ3Ｇａ
により、高磁場でも高いＪｃを有し、高磁場発生にも対
応できるＮｂ3Ｇａ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。
ａ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、化学量論組成
もしくはその近傍の優れた超伝導特性を示すＮｂ3Ｇａ
により、高磁場でも高いＪｃを有し、高磁場発生にも対
応できるＮｂ3Ｇａ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、化学量論組成のＮ
ｂ3Ｇａは優れた超伝導特性を示す超伝導材料として知
られており、Ｎｂ3Ｇａの製造法としては、溶融法、化
学蒸着（ＣＶＤ）法、スパッタ法、あるいは拡散法等の
各種の方法が知られている。このＮｂ3Ｇａは、高温で
は化学量論組成に近いＮｂ3Ｇａが生成し、７００℃付
近での加熱処理によって結晶構造の長距離秩序度が向上
し、１９〜２０．７Ｋの高い超伝導遷移温度（Ｔｃ）を
示すことが知られている。
ｂ3Ｇａは優れた超伝導特性を示す超伝導材料として知
られており、Ｎｂ3Ｇａの製造法としては、溶融法、化
学蒸着（ＣＶＤ）法、スパッタ法、あるいは拡散法等の
各種の方法が知られている。このＮｂ3Ｇａは、高温で
は化学量論組成に近いＮｂ3Ｇａが生成し、７００℃付
近での加熱処理によって結晶構造の長距離秩序度が向上
し、１９〜２０．７Ｋの高い超伝導遷移温度（Ｔｃ）を
示すことが知られている。
【０００３】しかしながら、従来の方法では、Ｎｂ3Ｇ
ａを長尺の線材として製造することが難しく、極細多芯
線の実現は未だに成されておらず、線材としてはテープ
状のＮｂ3Ｇａ超伝導線材が報告されているのみであ
る。このテープ状Ｎｂ3Ｇａ超伝導線材は、拡散法によ
り超伝導Ｎｂ3Ｇａを生成して製造されているのである
が、１０００℃以上の高温でＮｂ3Ｇａを拡散生成させ
ると結晶粒が粗くなり、臨界電流密度（Ｊｃ）の小さい
線材しか得ることができないという問題があった。線材
におけるＪｃは、実用に際して最も重要となってくる特
性であるため、Ｔｃのみならず、高いＪｃを持つＮｂ3
Ｇａ超伝導線材の実現が期待されている。
ａを長尺の線材として製造することが難しく、極細多芯
線の実現は未だに成されておらず、線材としてはテープ
状のＮｂ3Ｇａ超伝導線材が報告されているのみであ
る。このテープ状Ｎｂ3Ｇａ超伝導線材は、拡散法によ
り超伝導Ｎｂ3Ｇａを生成して製造されているのである
が、１０００℃以上の高温でＮｂ3Ｇａを拡散生成させ
ると結晶粒が粗くなり、臨界電流密度（Ｊｃ）の小さい
線材しか得ることができないという問題があった。線材
におけるＪｃは、実用に際して最も重要となってくる特
性であるため、Ｔｃのみならず、高いＪｃを持つＮｂ3
Ｇａ超伝導線材の実現が期待されている。
【０００４】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、化学量論組成もしくはその近傍の優れた超伝導
特性を示すＮｂ3Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを有
し、高磁場発生にも対応できるＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝
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。
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、化学量論組成もしくはその近傍の優れた超伝導
特性を示すＮｂ3Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを有
し、高磁場発生にも対応できるＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発
明を提供する。
は、上記の課題を解決するものとして、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、化学量論組成のＮｂ3Ｇａを含む複合化物がＮｂ中
に埋め込まれた複合体芯材が、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
込まれてなる極細多芯構造を有する超伝導線材であっ
て、この複合芯材におけるＮｂ3Ｇａは、１４００〜２
１００℃の温度範囲への２秒以下での急加熱と５０００
℃／秒以上の速度での急冷によってＡ１５型化合物とし
て生成され、さらに６００〜８５０℃の温度で追加熱処
理されて結晶秩序度が向上されたものであることを特徴
とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材を提供する。
は、化学量論組成のＮｂ3Ｇａを含む複合化物がＮｂ中
に埋め込まれた複合体芯材が、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
込まれてなる極細多芯構造を有する超伝導線材であっ
て、この複合芯材におけるＮｂ3Ｇａは、１４００〜２
１００℃の温度範囲への２秒以下での急加熱と５０００
℃／秒以上の速度での急冷によってＡ１５型化合物とし
て生成され、さらに６００〜８５０℃の温度で追加熱処
理されて結晶秩序度が向上されたものであることを特徴
とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材を提供する。
【０００７】そしてこの出願の発明は、上記の発明につ
いて、第２には、超伝導線材中には、複合体芯材ととも
にＡｇ芯材が埋め込まれていることを特徴とするＮｂ3
Ｇａ極細多芯超伝導線材を、第３には、表面がＣｕで被
覆されていることを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝
導線材を、第４には、４．２Ｋ、２４Ｔ以下でのＪｃが
１００Ａ/ｍｍ2以上であることを特徴とするＮｂ3Ｇａ
極細多芯超伝導線材を提供する。
いて、第２には、超伝導線材中には、複合体芯材ととも
にＡｇ芯材が埋め込まれていることを特徴とするＮｂ3
Ｇａ極細多芯超伝導線材を、第３には、表面がＣｕで被
覆されていることを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝
導線材を、第４には、４．２Ｋ、２４Ｔ以下でのＪｃが
１００Ａ/ｍｍ2以上であることを特徴とするＮｂ3Ｇａ
極細多芯超伝導線材を提供する。
【０００８】一方で、この出願の発明は、第５には、Ｎ
ｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物をＮｂ中に埋め込んだ
複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎ
ｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本埋め込んだ極細多
芯構造を有する前駆体線材に対して、１４００〜２１０
０℃の温度範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００
℃／秒以上の速度で急冷し、次いで６００〜８５０℃の
温度範囲で１〜４００時間の追加熱処理を行うことを特
徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法を提
供する。
ｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物をＮｂ中に埋め込んだ
複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎ
ｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本埋め込んだ極細多
芯構造を有する前駆体線材に対して、１４００〜２１０
０℃の温度範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００
℃／秒以上の速度で急冷し、次いで６００〜８５０℃の
温度範囲で１〜４００時間の追加熱処理を行うことを特
徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法を提
供する。
【０００９】加えて、この出願の発明は、第６には、Ｎ
ｂ-Ｇａ化合物が、ＮｂＧａ3、Ｎｂ 5Ｇａ13、Ｎｂ4Ｇａ
5、ＮｂＧａ、Ｎｂ5Ｇａ4、Ｎｂ3Ｇａ4、Ｎｂ5Ｇａ3、
Ｎｂ2ＧａまたはＮｂ3Ｇａのいずれか１種あるいは２種
以上であることを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導
線材の製造方法を、第７には、Ｎｂ線材にＧａを被覆し
て熱処理を施すことでＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化
物とすることを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線
材の製造方法を、第８には、前駆体線材が、複合体芯材
とともにＡｇ芯材を含むことを特徴とするＮｂ3Ｇａ極
細多芯超伝導線材の製造方法を、第９には、急冷後に、
線材の表面をＣｕで被覆することを特徴とするＮｂ3Ｇ
ａ極細多芯超伝導線材の製造方法を、第１０には、Ｃｕ
での被覆は、線材の表面に、Ｃｕをイオンプレーティン
グにより０．１μｍ以上の厚さで被覆し、さらにメッキ
により数１０〜数１００μｍの厚さで被覆するようにす
ることを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製
造方法を、第１１には、Ｃｕでの被覆は、線材の表面に
Ｃｕをメッキするか、あるいはＣｕ管内に線材を挿入し
て両端を封じて、１００気圧以上の不活性ガス雰囲気下
で、５００℃以上の温度でＨＩＰ処理を施すようにする
ことを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造
方法等を提供する。
ｂ-Ｇａ化合物が、ＮｂＧａ3、Ｎｂ 5Ｇａ13、Ｎｂ4Ｇａ
5、ＮｂＧａ、Ｎｂ5Ｇａ4、Ｎｂ3Ｇａ4、Ｎｂ5Ｇａ3、
Ｎｂ2ＧａまたはＮｂ3Ｇａのいずれか１種あるいは２種
以上であることを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導
線材の製造方法を、第７には、Ｎｂ線材にＧａを被覆し
て熱処理を施すことでＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化
物とすることを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線
材の製造方法を、第８には、前駆体線材が、複合体芯材
とともにＡｇ芯材を含むことを特徴とするＮｂ3Ｇａ極
細多芯超伝導線材の製造方法を、第９には、急冷後に、
線材の表面をＣｕで被覆することを特徴とするＮｂ3Ｇ
ａ極細多芯超伝導線材の製造方法を、第１０には、Ｃｕ
での被覆は、線材の表面に、Ｃｕをイオンプレーティン
グにより０．１μｍ以上の厚さで被覆し、さらにメッキ
により数１０〜数１００μｍの厚さで被覆するようにす
ることを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製
造方法を、第１１には、Ｃｕでの被覆は、線材の表面に
Ｃｕをメッキするか、あるいはＣｕ管内に線材を挿入し
て両端を封じて、１００気圧以上の不活性ガス雰囲気下
で、５００℃以上の温度でＨＩＰ処理を施すようにする
ことを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造
方法等を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
【００１１】まず、この出願の発明が提供するＮｂ3Ｇ
ａ極細多芯超伝導線材は、化学量論組成のＮｂ3Ｇａを
含む複合化物がＮｂ中に埋め込まれた複合体芯材が、マ
トリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴ
ａ基合金に多数本埋め込まれてなる極細多芯構造を有す
る超伝導線材である。そしてこの複合芯材におけるＮｂ
3Ｇａは、１４００〜２１００℃の温度範囲への２秒以
下での急加熱と５０００℃／秒以上の速度での急冷によ
ってＡ１５型化合物として拡散生成もしくは溶融凝固に
より生成され、さらに６００〜８５０℃の温度で追加熱
処理されて結晶秩序度が向上されたものであることを特
徴としている。
ａ極細多芯超伝導線材は、化学量論組成のＮｂ3Ｇａを
含む複合化物がＮｂ中に埋め込まれた複合体芯材が、マ
トリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴ
ａ基合金に多数本埋め込まれてなる極細多芯構造を有す
る超伝導線材である。そしてこの複合芯材におけるＮｂ
3Ｇａは、１４００〜２１００℃の温度範囲への２秒以
下での急加熱と５０００℃／秒以上の速度での急冷によ
ってＡ１５型化合物として拡散生成もしくは溶融凝固に
より生成され、さらに６００〜８５０℃の温度で追加熱
処理されて結晶秩序度が向上されたものであることを特
徴としている。
【００１２】このＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材におい
て、複合化物には、Ｎｂ3Ｇａに加え、Ｎｂおよび化学
量論から外れた各種のＮｂ−Ｇａ化合物が存在すること
になるが、この複合化物における化学量論組成のＮｂ3
Ｇａの割合は特に限定されるものではなく、１０数％〜
１００％とすることができる。より具体的には、たとえ
ば後述の実施例においては、化学量論組成のＮｂ3Ｇａ
の割合を２０〜４０％程度とした超伝導線材を実現でき
ることなどが例示される。
て、複合化物には、Ｎｂ3Ｇａに加え、Ｎｂおよび化学
量論から外れた各種のＮｂ−Ｇａ化合物が存在すること
になるが、この複合化物における化学量論組成のＮｂ3
Ｇａの割合は特に限定されるものではなく、１０数％〜
１００％とすることができる。より具体的には、たとえ
ば後述の実施例においては、化学量論組成のＮｂ3Ｇａ
の割合を２０〜４０％程度とした超伝導線材を実現でき
ることなどが例示される。
【００１３】これらの複合化物は、様々な形態でＮｂ中
に埋め込まれて複合体芯材を構成することができ、Ｎｂ
中に一体のものとして埋め込まれたり、極細いフィラメ
ント状のものとして埋め込まれていてもよい。そして、
たとえばこの複合化物がフィラメント状である場合に
は、その平均外径が１μｍ以下であることがより好まし
い。
に埋め込まれて複合体芯材を構成することができ、Ｎｂ
中に一体のものとして埋め込まれたり、極細いフィラメ
ント状のものとして埋め込まれていてもよい。そして、
たとえばこの複合化物がフィラメント状である場合に
は、その平均外径が１μｍ以下であることがより好まし
い。
【００１４】またこれらの複合体芯材は、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
多数本埋め込まれて、この出願の発明の極細多芯構造を
有する超伝導線材を形成するものである。なお、この出
願の発明において、「多数本」との規定は、数十〜数百
万本程度を意味している。
材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に
多数本埋め込まれて、この出願の発明の極細多芯構造を
有する超伝導線材を形成するものである。なお、この出
願の発明において、「多数本」との規定は、数十〜数百
万本程度を意味している。
【００１５】このようなこの出願の発明のＮｂ3Ｇａ極
細多芯超伝導線材は、化学量論組成のＮｂ3Ｇａを高い
結晶秩序度で含んでいるため、優れた超伝導特性を示す
ことができる。すなわち、バルクのＮｂ3Ｇａに匹敵す
るほどの高い超伝導遷移温度（Ｔｃ）に加え、高い超伝
導第２臨界磁場（Ｈｃ２）および高い超伝導臨界電流密
度（Ｊｃ）を兼ね備えたものとして実現することができ
る。この超伝導特性は、具体的には、たとえば４．２
Ｋ、２４Ｔ以下でのＪｃが１００Ａ/ｍｍ2以上と、線材
としての使用に十分な特性を備えている。
細多芯超伝導線材は、化学量論組成のＮｂ3Ｇａを高い
結晶秩序度で含んでいるため、優れた超伝導特性を示す
ことができる。すなわち、バルクのＮｂ3Ｇａに匹敵す
るほどの高い超伝導遷移温度（Ｔｃ）に加え、高い超伝
導第２臨界磁場（Ｈｃ２）および高い超伝導臨界電流密
度（Ｊｃ）を兼ね備えたものとして実現することができ
る。この超伝導特性は、具体的には、たとえば４．２
Ｋ、２４Ｔ以下でのＪｃが１００Ａ/ｍｍ2以上と、線材
としての使用に十分な特性を備えている。
【００１６】また、この出願の発明のＮｂ3Ｇａ極細多
芯超伝導線材は、複合体芯材とともにＡｇ芯材が埋め込
まれているものや、表面がＣｕで被覆されているもの等
としても考慮することができる。
芯超伝導線材は、複合体芯材とともにＡｇ芯材が埋め込
まれているものや、表面がＣｕで被覆されているもの等
としても考慮することができる。
【００１７】このＡｇ芯材およびＣｕ被覆は、超伝導状
態にあるこのＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の電流を流
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、電流は複合
体芯材および線材においてそ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
状態となり、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、複合体芯材および線材中のエネルギ
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、複合体芯材および線材全体
にまで超伝導状態の破壊が拡大してしまうという危険性
がある。しかしながら、複合体芯材および線材に高純度
のＡｇあるいはＣｕを接触させておくと、超伝導が壊れ
た部分（常伝導部分）において電流は高純度Ａｇあるい
はＣｕ部分を選択的に流れるため、大きな発熱は起こら
なくなる。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、Ａｇ芯材あるい
はＣｕ被覆により、超伝導状態は安定に保たれることに
なる。
態にあるこのＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の電流を流
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、電流は複合
体芯材および線材においてそ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
状態となり、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、複合体芯材および線材中のエネルギ
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、複合体芯材および線材全体
にまで超伝導状態の破壊が拡大してしまうという危険性
がある。しかしながら、複合体芯材および線材に高純度
のＡｇあるいはＣｕを接触させておくと、超伝導が壊れ
た部分（常伝導部分）において電流は高純度Ａｇあるい
はＣｕ部分を選択的に流れるため、大きな発熱は起こら
なくなる。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、Ａｇ芯材あるい
はＣｕ被覆により、超伝導状態は安定に保たれることに
なる。
【００１８】このＡｇ芯材については、超伝導線材の中
心部に埋め込まれていることが好ましく、たとえば超伝
導線材の断面積に対して、５〜４０％程度の割合で埋め
込むことができる。また、Ｃｕによる被覆は、超伝導線
材の用途によって複合量を断面積の５〜１０００％程度
の割合で調整することができる。最も好適な複合量とし
ては、たとえば低磁場用の線材の場合には１０〜２０％
程度、また高磁場用の線材の場合には断面積の８０〜９
０％程度となるよう被覆することができる。
心部に埋め込まれていることが好ましく、たとえば超伝
導線材の断面積に対して、５〜４０％程度の割合で埋め
込むことができる。また、Ｃｕによる被覆は、超伝導線
材の用途によって複合量を断面積の５〜１０００％程度
の割合で調整することができる。最も好適な複合量とし
ては、たとえば低磁場用の線材の場合には１０〜２０％
程度、また高磁場用の線材の場合には断面積の８０〜９
０％程度となるよう被覆することができる。
【００１９】以上のようなこの出願の超伝導線材は、た
とえば以下に示すこの出願の発明のＮｂ3Ｇａ極細多芯
超伝導線材の製造方法により好適に製造することができ
る。
とえば以下に示すこの出願の発明のＮｂ3Ｇａ極細多芯
超伝導線材の製造方法により好適に製造することができ
る。
【００２０】すなわち、この出願の発明が提供するＮｂ
3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法は、Ｎｂ-Ｇａ化合
物とＮｂの複合化物をＮｂ中に埋め込んだ複合体芯材
を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あ
るいはＴａ基合金に多数本埋め込んだ極細多芯構造を有
する前駆体線材に対して、１４００〜２１００℃の温度
範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００℃／秒以上
の速度で急冷し、次いで６００〜８５０℃の温度範囲で
１〜４００時間の追加熱処理を行うことを特徴としてい
る。
3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法は、Ｎｂ-Ｇａ化合
物とＮｂの複合化物をＮｂ中に埋め込んだ複合体芯材
を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あ
るいはＴａ基合金に多数本埋め込んだ極細多芯構造を有
する前駆体線材に対して、１４００〜２１００℃の温度
範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００℃／秒以上
の速度で急冷し、次いで６００〜８５０℃の温度範囲で
１〜４００時間の追加熱処理を行うことを特徴としてい
る。
【００２１】この複合体芯材において、Ｎｂに埋め込ま
れるＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物は、後工程の急
加熱および急冷処理による拡散反応あるいは溶融凝固に
より、Ｎｂ3Ｇａを生成するものを用いることができ
る。したがって、このようなＮｂ-Ｇａ化合物として
は、各種のＮｂ-Ｇａ化合物であってよく、具体的に
は、ＮｂＧａ3、Ｎｂ5Ｇａ13、Ｎｂ4Ｇａ5、ＮｂＧａ、
Ｎｂ5Ｇａ4、Ｎｂ3Ｇａ4、Ｎｂ 5Ｇａ3、Ｎｂ2Ｇａまた
はＮｂ3Ｇａのいずれか１種あるいは２種以上の混合
物、さらにはこれらの中間化合物などであってもよい。
れるＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物は、後工程の急
加熱および急冷処理による拡散反応あるいは溶融凝固に
より、Ｎｂ3Ｇａを生成するものを用いることができ
る。したがって、このようなＮｂ-Ｇａ化合物として
は、各種のＮｂ-Ｇａ化合物であってよく、具体的に
は、ＮｂＧａ3、Ｎｂ5Ｇａ13、Ｎｂ4Ｇａ5、ＮｂＧａ、
Ｎｂ5Ｇａ4、Ｎｂ3Ｇａ4、Ｎｂ 5Ｇａ3、Ｎｂ2Ｇａまた
はＮｂ3Ｇａのいずれか１種あるいは２種以上の混合
物、さらにはこれらの中間化合物などであってもよい。
【００２２】また、これらのＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの
複合化物は、Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂを複合化すること
で作製することができるが、たとえば、この出願の発明
においては、Ｎｂ線材にＧａを被覆して熱処理を施すこ
とでＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物を作製すること
を簡便な手段として示すことができる。この場合の熱処
理は、Ｎｂ中にＧａが容易に拡散する温度範囲で行なう
ことができ、コストの面からはなるべく低温であること
が望ましい。したがって、たとえば、６５０〜１０００
℃程度の温度範囲とすることができる。これにより、拡
散反応によりＮｂ線材の表面がＮｂ-Ｇａ化合物に変化
された複合化物を得ることができる。
複合化物は、Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂを複合化すること
で作製することができるが、たとえば、この出願の発明
においては、Ｎｂ線材にＧａを被覆して熱処理を施すこ
とでＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物を作製すること
を簡便な手段として示すことができる。この場合の熱処
理は、Ｎｂ中にＧａが容易に拡散する温度範囲で行なう
ことができ、コストの面からはなるべく低温であること
が望ましい。したがって、たとえば、６５０〜１０００
℃程度の温度範囲とすることができる。これにより、拡
散反応によりＮｂ線材の表面がＮｂ-Ｇａ化合物に変化
された複合化物を得ることができる。
【００２３】このＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物
は、たとえば、粉末充填法や、ジェリーロール法、クラ
ッドチッピング法、ロッドインチューブ法等の各種の方
法により、Ｎｂ中に埋め込むことができる。
は、たとえば、粉末充填法や、ジェリーロール法、クラ
ッドチッピング法、ロッドインチューブ法等の各種の方
法により、Ｎｂ中に埋め込むことができる。
【００２４】そしてこの複合体芯材を、マトリックス材
としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に
多数本埋め込んで、極細多芯構造を有する前駆体線材と
することができる。このＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるい
はＴａ基合金は、極細多芯構造の形成等のための冷間加
工性に優れ、１８００℃以上の、さらには２０００℃程
度でも十分な機械的強度を持つものとして選択されるも
のである。したがって、マトリックス材としては、Ｎｂ
あるいはＴａの単体を用いることが好ましく、一方でＮ
ｂ基合金あるいはＴａ基合金を用いる場合には、合金元
素の含有量が単一元素で３％以下、合計で５％以下であ
って、ＮｂあるいはＴａの含有量が９５％以上の希薄合
金とすることが好ましい。
としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に
多数本埋め込んで、極細多芯構造を有する前駆体線材と
することができる。このＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるい
はＴａ基合金は、極細多芯構造の形成等のための冷間加
工性に優れ、１８００℃以上の、さらには２０００℃程
度でも十分な機械的強度を持つものとして選択されるも
のである。したがって、マトリックス材としては、Ｎｂ
あるいはＴａの単体を用いることが好ましく、一方でＮ
ｂ基合金あるいはＴａ基合金を用いる場合には、合金元
素の含有量が単一元素で３％以下、合計で５％以下であ
って、ＮｂあるいはＴａの含有量が９５％以上の希薄合
金とすることが好ましい。
【００２５】この極細多芯構造の形態やその作製方法な
どには特に制限はなく、たとえば、上記のマトリックス
材からなるチューブに多数本の複合体芯材を束ねて入
れ、溝ロール加工や伸線加工する等してすることができ
る。この場合の複合体芯材の形態は、断面が円形、楕円
形、方形、楔形やそれに類似する形状などの、各種のも
のとすることができる。
どには特に制限はなく、たとえば、上記のマトリックス
材からなるチューブに多数本の複合体芯材を束ねて入
れ、溝ロール加工や伸線加工する等してすることができ
る。この場合の複合体芯材の形態は、断面が円形、楕円
形、方形、楔形やそれに類似する形状などの、各種のも
のとすることができる。
【００２６】そしてこの出願の発明では、以上のような
極細多芯構造を有する前駆体線材に対し、Ｎｂ3Ｇａが
安定に生成し存在する１４００〜２１００℃程度の温度
範囲、より好ましくは１４００〜１８６０℃程度の温度
範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００℃／秒以上
の速度で急冷する急加熱急冷処理を施すようにしてい
る。
極細多芯構造を有する前駆体線材に対し、Ｎｂ3Ｇａが
安定に生成し存在する１４００〜２１００℃程度の温度
範囲、より好ましくは１４００〜１８６０℃程度の温度
範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００℃／秒以上
の速度で急冷する急加熱急冷処理を施すようにしてい
る。
【００２７】ここで、加熱温度を１４００℃未満とする
と、化学量論組成あるいはそれに近いＮｂ3Ｇａが得ら
れなくなるため好ましくない。また、２１００℃を超え
る温度への加熱は、Ｎｂ3Ｇａが安定でないことに加え
て、線材が断線するおそれがあるために好ましくない。
また、加熱および冷却に長時間を要すると、拡散生成さ
れたＮｂ3Ｇａが粗大化してしまい、得られる超伝導線
材のＪｃ特性が低下するために好ましくない。
と、化学量論組成あるいはそれに近いＮｂ3Ｇａが得ら
れなくなるため好ましくない。また、２１００℃を超え
る温度への加熱は、Ｎｂ3Ｇａが安定でないことに加え
て、線材が断線するおそれがあるために好ましくない。
また、加熱および冷却に長時間を要すると、拡散生成さ
れたＮｂ3Ｇａが粗大化してしまい、得られる超伝導線
材のＪｃ特性が低下するために好ましくない。
【００２８】ここで得られるＮｂ3Ｇａは、Ａ１５型化
合物結晶として生成されるが、結晶化秩序はあまり高い
ものではない。そこで、Ａ１５型化合物結晶の長距離秩
序性を高めるために、６００〜８５０℃の温度範囲で１
〜４００時間の追加熱処理を行うようにしている。これ
によって、この出願の発明においては、Ｎｂ3Ｇａ極細
多芯超伝導線材を、Ａ１５型化合物の結晶化秩序をしっ
かりしたものとし、優れた超伝導特性を有する線材とし
て実現することができる。
合物結晶として生成されるが、結晶化秩序はあまり高い
ものではない。そこで、Ａ１５型化合物結晶の長距離秩
序性を高めるために、６００〜８５０℃の温度範囲で１
〜４００時間の追加熱処理を行うようにしている。これ
によって、この出願の発明においては、Ｎｂ3Ｇａ極細
多芯超伝導線材を、Ａ１５型化合物の結晶化秩序をしっ
かりしたものとし、優れた超伝導特性を有する線材とし
て実現することができる。
【００２９】また、この出願の発明においては、前駆体
線材として複合体芯材とともにＡｇ芯材を含むものを用
いることや、急冷後に線材の表面をＣｕで被覆すること
で、得られるＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の超伝導特
性を安定化させることができる。
線材として複合体芯材とともにＡｇ芯材を含むものを用
いることや、急冷後に線材の表面をＣｕで被覆すること
で、得られるＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の超伝導特
性を安定化させることができる。
【００３０】Ａｇ芯材は、前記のとおり、たとえばマト
リックス材からなるチューブに多数本の複合体芯材とと
もに束ねて入れるなどして前駆体線材に含ませることが
できる。そして、Ａｇ芯材については、超伝導線材の中
心部に配設されていることが好ましく、たとえば超伝導
線材の断面積に対して、５〜４０％程度の割合で用いる
ようにする。
リックス材からなるチューブに多数本の複合体芯材とと
もに束ねて入れるなどして前駆体線材に含ませることが
できる。そして、Ａｇ芯材については、超伝導線材の中
心部に配設されていることが好ましく、たとえば超伝導
線材の断面積に対して、５〜４０％程度の割合で用いる
ようにする。
【００３１】また、Ｃｕによる被覆はたとえば超伝導線
材の断面積に対して、５〜１０００％程度の割合となる
よう被覆することができる。このＣｕ被覆は、、各種の
方法で行なうことができるが、たとえば、線材の表面
に、Ｃｕをイオンプレーティングにより０．１μｍ以上
の厚さで被覆し、さらにメッキにより数１０〜数１００
μｍの厚さで被覆することで、線材の表面とＣｕとが良
好な界面で接合され、より安定化効果の高いＮｂ3Ｇａ
極細多芯超伝導線材を得ることができる。イオンプレー
ティングによるＣｕ被覆は、線材表面とＣｕとの良好な
界面を形成するためにメッキの下地層として機能するこ
とができる。したがって、たとえば追加熱処理などを必
要とせずに、Ｃｕの被覆を行なうことができる。そし
て、この場合のイオンプレーティングによる被覆の厚さ
は、０．１μｍ未満の場合には、良好なＣｕ／Ｎｂ接合
が得られず、十分な安定化効果が得られないため好まし
くない。
材の断面積に対して、５〜１０００％程度の割合となる
よう被覆することができる。このＣｕ被覆は、、各種の
方法で行なうことができるが、たとえば、線材の表面
に、Ｃｕをイオンプレーティングにより０．１μｍ以上
の厚さで被覆し、さらにメッキにより数１０〜数１００
μｍの厚さで被覆することで、線材の表面とＣｕとが良
好な界面で接合され、より安定化効果の高いＮｂ3Ｇａ
極細多芯超伝導線材を得ることができる。イオンプレー
ティングによるＣｕ被覆は、線材表面とＣｕとの良好な
界面を形成するためにメッキの下地層として機能するこ
とができる。したがって、たとえば追加熱処理などを必
要とせずに、Ｃｕの被覆を行なうことができる。そし
て、この場合のイオンプレーティングによる被覆の厚さ
は、０．１μｍ未満の場合には、良好なＣｕ／Ｎｂ接合
が得られず、十分な安定化効果が得られないため好まし
くない。
【００３２】また一方で、Ｃｕでの被覆は、線材の表面
にＣｕをメッキするか、あるいはＣｕ管内に線材を挿入
して両端を封じて、１００気圧以上の不活性ガス雰囲気
下で、５００℃以上の温度で温熱間等静圧圧縮成形（Ｈ
ＩＰ）を施すことでも行なうことができる。不活性ガス
雰囲気としては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスやＮ2等
を用いることができる。不活性ガス雰囲気が１００気圧
未満や、５００℃未満の条件でのＨＩＰは、線材の表面
とＣｕメッキあるいはＣｕ管との接合反応が進行しにく
いために好ましくない。なお、このＨＩＰ処理の温度を
６００〜８５０℃とすることで、追加熱処理をあわせて
行うことなどもできる。
にＣｕをメッキするか、あるいはＣｕ管内に線材を挿入
して両端を封じて、１００気圧以上の不活性ガス雰囲気
下で、５００℃以上の温度で温熱間等静圧圧縮成形（Ｈ
ＩＰ）を施すことでも行なうことができる。不活性ガス
雰囲気としては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスやＮ2等
を用いることができる。不活性ガス雰囲気が１００気圧
未満や、５００℃未満の条件でのＨＩＰは、線材の表面
とＣｕメッキあるいはＣｕ管との接合反応が進行しにく
いために好ましくない。なお、このＨＩＰ処理の温度を
６００〜８５０℃とすることで、追加熱処理をあわせて
行うことなどもできる。
【００３３】これによって、Ｎｂ3Ｇａ極細多芯超伝導
線材の優れた超伝導特性を、より安定なものとして実現
することができる。
線材の優れた超伝導特性を、より安定なものとして実現
することができる。
【００３４】以上のこの出願の発明が提供するＮｂ3Ｇ
ａ極細多芯超伝導線材は、Ｎｂ3Ｇａの持つ高いＴｃを
備えた極細多芯超伝導線材を初めて実現すると共に、実
用化において重要なＨｃ２およびＪｃ特性についても優
れている。またこれらの特性は、金属系の実用線材と比
較して優れたものとして認めることができ、酸化物超伝
導線材との比較でも長尺線の特性比較ではほぼ同等で、
信頼性および製造コストの面では極めて優位なものとし
て提供される。
ａ極細多芯超伝導線材は、Ｎｂ3Ｇａの持つ高いＴｃを
備えた極細多芯超伝導線材を初めて実現すると共に、実
用化において重要なＨｃ２およびＪｃ特性についても優
れている。またこれらの特性は、金属系の実用線材と比
較して優れたものとして認めることができ、酸化物超伝
導線材との比較でも長尺線の特性比較ではほぼ同等で、
信頼性および製造コストの面では極めて優位なものとし
て提供される。
【００３５】
【実施例】（実施例１）図１に示したような急熱急冷装
置を使用し、直径０．３ｍｍのＮｂ線の表面にＧａメッ
キを施した。Ｎｂ線は、Ｇａ浴と通電リールとの間で通
電加熱により２０００℃付近に急加熱され、Ｇａ浴中を
通過するときに急冷されると同時に、Ｇａ被覆される。
この線材に対して７００℃で２時間の熱処理を施したと
ころ、拡散反応によりＮｂ線の表面がＮｂ−Ｇａ化合物
に変化され、Ｎｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線材が得られ
たことが確認された。このＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合
線材の構成を図２に示した。このＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合
物の主成分はＮｂＧａ3であった。
置を使用し、直径０．３ｍｍのＮｂ線の表面にＧａメッ
キを施した。Ｎｂ線は、Ｇａ浴と通電リールとの間で通
電加熱により２０００℃付近に急加熱され、Ｇａ浴中を
通過するときに急冷されると同時に、Ｇａ被覆される。
この線材に対して７００℃で２時間の熱処理を施したと
ころ、拡散反応によりＮｂ線の表面がＮｂ−Ｇａ化合物
に変化され、Ｎｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線材が得られ
たことが確認された。このＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合
線材の構成を図２に示した。このＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合
物の主成分はＮｂＧａ3であった。
【００３６】このＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線材を長
さ１２０ｍｍに切断し、内径１４ｍｍ、外径２０ｍｍの
Ｎｂパイプに１０００本ずつ挿入して複合線とした。こ
の様子を図３に示した。この複合線を、溝ロール加工と
伸線加工により直径０．７ｍｍの細線に加工した後、長
さ１２０ｍｍに切断して、内径１４ｍｍ、外径２０ｍｍ
のＮｂパイプに２００本ずつ挿入し、溝ロール加工と伸
線加工により、２００芯の極細多芯形状の前駆体線材を
作成した。
さ１２０ｍｍに切断し、内径１４ｍｍ、外径２０ｍｍの
Ｎｂパイプに１０００本ずつ挿入して複合線とした。こ
の様子を図３に示した。この複合線を、溝ロール加工と
伸線加工により直径０．７ｍｍの細線に加工した後、長
さ１２０ｍｍに切断して、内径１４ｍｍ、外径２０ｍｍ
のＮｂパイプに２００本ずつ挿入し、溝ロール加工と伸
線加工により、２００芯の極細多芯形状の前駆体線材を
作成した。
【００３７】次いでこの前駆体線材を、図１の急熱急冷
装置を使い、１３００〜１９００℃付近の高温まで０．
１秒間で急加熱し、直ちにＧａ浴中を通過させること
で、急過熱・急冷処理を行った。この急過熱・急冷処理
により前駆体線材表面に形成されたＧａ溶融メッキを塩
酸で溶かして取り除いた後、不活性雰囲気中で、６００
〜８５０℃で１００時間の追加熱処理を行なった。な
お、この急過熱・急冷処理における最高到達温度と追加
熱処理条件は、後の表１に示した。
装置を使い、１３００〜１９００℃付近の高温まで０．
１秒間で急加熱し、直ちにＧａ浴中を通過させること
で、急過熱・急冷処理を行った。この急過熱・急冷処理
により前駆体線材表面に形成されたＧａ溶融メッキを塩
酸で溶かして取り除いた後、不活性雰囲気中で、６００
〜８５０℃で１００時間の追加熱処理を行なった。な
お、この急過熱・急冷処理における最高到達温度と追加
熱処理条件は、後の表１に示した。
【００３８】これらの追加熱処理後の極細多芯線をＸ線
回折で調べたところ、Ａ１５型化合物特有の回折パター
ンが含まれていることが確認された。さらにこれらの極
細多芯線の超伝導遷移温度（Ｔｃ）を抵抗法により調べ
た結果を表１に示した。
回折で調べたところ、Ａ１５型化合物特有の回折パター
ンが含まれていることが確認された。さらにこれらの極
細多芯線の超伝導遷移温度（Ｔｃ）を抵抗法により調べ
た結果を表１に示した。
【００３９】
【表１】
【００４０】表１より、１９．７Ｋに達する高いＴｃを
示す極細多芯線がいくつか得られていることが確認され
た。Ｎｂ-Ｇａ系のＡ１５化合物Ｎｂ3Ｇａについては、
１２．０〜２０．７ＫのＴｃを持つことが報告されてお
り、この極細多芯線中にＮｂ 3Ｇａが形成されているこ
とが確認された。
示す極細多芯線がいくつか得られていることが確認され
た。Ｎｂ-Ｇａ系のＡ１５化合物Ｎｂ3Ｇａについては、
１２．０〜２０．７ＫのＴｃを持つことが報告されてお
り、この極細多芯線中にＮｂ 3Ｇａが形成されているこ
とが確認された。
【００４１】またこのＮｂ3Ｇａ極細多芯線と、実用超
伝導線材であるブロンズ法による（Ｎｂ，Ｔｉ）3Ｓｎ
極細多芯線について、超伝導臨界電流密度（Ｊｃ）を測
定し、その結果を図４に示した。このＮｂ3Ｇａ極細多
芯線は、１４Ｔ以上の磁場で、ブロンズ法（Ｎｂ，Ｔ
ｉ）3Ｓｎ極細多芯線よりも高いＪｃ値を示した。そし
て２４ＴまでのＪｃが１００Ａ/ｍｍ2以上であり、実用
線材として十分なＪｃを有することが確認された。
伝導線材であるブロンズ法による（Ｎｂ，Ｔｉ）3Ｓｎ
極細多芯線について、超伝導臨界電流密度（Ｊｃ）を測
定し、その結果を図４に示した。このＮｂ3Ｇａ極細多
芯線は、１４Ｔ以上の磁場で、ブロンズ法（Ｎｂ，Ｔ
ｉ）3Ｓｎ極細多芯線よりも高いＪｃ値を示した。そし
て２４ＴまでのＪｃが１００Ａ/ｍｍ2以上であり、実用
線材として十分なＪｃを有することが確認された。
【００４２】一般に超伝導化合物のＪｃ値は、量子磁束
線のピン止め点となる結晶粒界密度の高い、細かい結晶
粒の場合に大きくなることが知られている。このことか
ら、このＮｂ3Ｇａ極細多芯線における急熱急冷処理で
造られたＮｂ3Ｇａは、微細な結晶粒からなるものと推
定される。また、先のＴｃ値は、Ｎｂ3Ｇａについて報
告されている値の範囲内であったが、このＪｃ値につい
ては、溶融法、ＣＶＤ法、スパッタ法、拡散法等で作製
されたＮｂ3Ｇａについて報告されている値よりも高い
ものであった。さらに、このＮｂ3Ｇａ極細多芯線は、
高磁場でのＪｃが極めて高い。これは、このＮｂ3Ｇａ
極細多芯線のＨｃ２（４．２Ｋ）が３２Ｔもあり、ブロ
ンズ法（Ｎｂ，Ｔｉ）3Ｓｎ極細多芯線のＨｃ２（４．
２Ｋ）＝２６Ｔよりも大幅に高いためであり、またおそ
らく細かい組織のＮｂ3Ｇａが生成されて強いピン止め
センターが導入されたためであると考えられる。 （実施例２）実施例１と同様な方法で、Ｎｂ線にＧａを
溶融メッキし、９００℃で１時間の熱処理を施したとこ
ろ、図５に例示したように、Ｎｂ線の表面で、中心側か
ら順に、Ｎｂ2Ｇａ層、ＮｂＧａ層、Ｎｂ3Ｇａ2層およ
びＮｂＧａ3層が多層構造のものとして形成された複合
線材が得られたことがわかった。
線のピン止め点となる結晶粒界密度の高い、細かい結晶
粒の場合に大きくなることが知られている。このことか
ら、このＮｂ3Ｇａ極細多芯線における急熱急冷処理で
造られたＮｂ3Ｇａは、微細な結晶粒からなるものと推
定される。また、先のＴｃ値は、Ｎｂ3Ｇａについて報
告されている値の範囲内であったが、このＪｃ値につい
ては、溶融法、ＣＶＤ法、スパッタ法、拡散法等で作製
されたＮｂ3Ｇａについて報告されている値よりも高い
ものであった。さらに、このＮｂ3Ｇａ極細多芯線は、
高磁場でのＪｃが極めて高い。これは、このＮｂ3Ｇａ
極細多芯線のＨｃ２（４．２Ｋ）が３２Ｔもあり、ブロ
ンズ法（Ｎｂ，Ｔｉ）3Ｓｎ極細多芯線のＨｃ２（４．
２Ｋ）＝２６Ｔよりも大幅に高いためであり、またおそ
らく細かい組織のＮｂ3Ｇａが生成されて強いピン止め
センターが導入されたためであると考えられる。 （実施例２）実施例１と同様な方法で、Ｎｂ線にＧａを
溶融メッキし、９００℃で１時間の熱処理を施したとこ
ろ、図５に例示したように、Ｎｂ線の表面で、中心側か
ら順に、Ｎｂ2Ｇａ層、ＮｂＧａ層、Ｎｂ3Ｇａ2層およ
びＮｂＧａ3層が多層構造のものとして形成された複合
線材が得られたことがわかった。
【００４３】この複合線材を使い、実施例１と同様にし
て、Ｎｂ／Ｎｂ2Ｇａ／ＮｂＧａ／Ｎｂ3Ｇａ2／ＮｂＧ
ａ3から構成される極細多芯形状の前駆体線材を作成し
た。この前駆体線材に対して、実施例１と同様の急熱急
冷処理を行なったところ、実施例１と類似した超伝導特
性を示す極細多芯線が得られた。 （実施例３）実施例１と同様の方法で、Ｎｂパイプの代
わりにＴａパイプを使用し、マトリックスがＴａとなる
極細多芯形状の前駆体線材を作成した。この前駆体線材
に対して、実施例１と同様の急熱急冷処理を行なったと
ころ、実施例１と同等の超伝導特性を示す極細多芯線が
得られた。 （実施例４）実施例１と同様の製法で、１０００芯の複
合線をＮｂパイプ中に挿入する際に、Ｎｂ被覆された外
径２ｍｍのＡｇ線を中心付近に７本と、その周囲に１０
００芯の多芯線を１１０本を組み入れて、溝ロール加工
と伸線加工により極細多芯形状の前駆体線材を作成し
た。この前駆体線材に、実施例１と同様の急加熱急冷処
理を施した。このとき線材中のＡｇとＮｂは反応してお
らず、Ａｇは極細多芯線の中心部に高導電体として残っ
ていた。
て、Ｎｂ／Ｎｂ2Ｇａ／ＮｂＧａ／Ｎｂ3Ｇａ2／ＮｂＧ
ａ3から構成される極細多芯形状の前駆体線材を作成し
た。この前駆体線材に対して、実施例１と同様の急熱急
冷処理を行なったところ、実施例１と類似した超伝導特
性を示す極細多芯線が得られた。 （実施例３）実施例１と同様の方法で、Ｎｂパイプの代
わりにＴａパイプを使用し、マトリックスがＴａとなる
極細多芯形状の前駆体線材を作成した。この前駆体線材
に対して、実施例１と同様の急熱急冷処理を行なったと
ころ、実施例１と同等の超伝導特性を示す極細多芯線が
得られた。 （実施例４）実施例１と同様の製法で、１０００芯の複
合線をＮｂパイプ中に挿入する際に、Ｎｂ被覆された外
径２ｍｍのＡｇ線を中心付近に７本と、その周囲に１０
００芯の多芯線を１１０本を組み入れて、溝ロール加工
と伸線加工により極細多芯形状の前駆体線材を作成し
た。この前駆体線材に、実施例１と同様の急加熱急冷処
理を施した。このとき線材中のＡｇとＮｂは反応してお
らず、Ａｇは極細多芯線の中心部に高導電体として残っ
ていた。
【００４４】この極細多芯線の超伝導特性は、実施例１
で得られた値とほとんど同じであったが、超伝導状態が
破れたときの抵抗値が実施例１の場合よりも１／３０以
下に低下していた。このことから、超伝導破壊時には、
極細多芯線中心のＡｇ部分に電流が分流してジュール発
熱が抑制されるため、極細多芯線が安定化されているこ
とが確認された。 （実施例５）実施例１で作製したＮｂ3Ｇａ極細多芯線
の表面にＣｕを厚さ２０μｍ程度メッキして、ＮｂとＣ
ｕの界面を調べたところ、界面にクラックが発生してい
るのが確認された。この状態で超伝導特性を調べたとこ
ろ、電気的、熱的、機械的にうまく接続しておらず、実
施例４のようには安定化されていないことがわかった。
で得られた値とほとんど同じであったが、超伝導状態が
破れたときの抵抗値が実施例１の場合よりも１／３０以
下に低下していた。このことから、超伝導破壊時には、
極細多芯線中心のＡｇ部分に電流が分流してジュール発
熱が抑制されるため、極細多芯線が安定化されているこ
とが確認された。 （実施例５）実施例１で作製したＮｂ3Ｇａ極細多芯線
の表面にＣｕを厚さ２０μｍ程度メッキして、ＮｂとＣ
ｕの界面を調べたところ、界面にクラックが発生してい
るのが確認された。この状態で超伝導特性を調べたとこ
ろ、電気的、熱的、機械的にうまく接続しておらず、実
施例４のようには安定化されていないことがわかった。
【００４５】そこで、実施例１と同様にＮｂ3Ｇａ極細
多芯線を作製する際に、追加熱処理の前にＣｕメッキを
したところ、得られたＣｕメッキＮｂ3Ｇａ極細多芯線
の超伝導特性および超伝導破壊時の特性が安定化されて
いることが確認された。 （実施例６）実施例１で作製したＮｂ3Ｇａ極細多芯線
の表面に０．１μｍの厚みのＣｕをイオンプレーティン
グし、その上にさらにＣｕを電気メッキしたところ、極
めて接合の良好なＮｂ/Ｃｕ界面が得られ、超伝導状態
も安定化されていることが確認された。一方で、イオン
プレーティングによるＣｕの厚みを０．０５μｍとした
ところ、Ｎｂ/Ｃｕ界面の接合がうまくなく、優れた超
伝導状態を得ることができなかった。 （実施例７）実施例１で作製したＮｂ3Ｇａ極細多芯線
の表面に銅メッキを施したものと、Ｎｂ3Ｇａ極細多芯
線全体にＣｕ管を被せて両端を溶接で封じたものとを用
意し、これらに対して、５００気圧のＡｒ雰囲気におい
て、６００℃で２時間のＨＩＰ処理を施した。
多芯線を作製する際に、追加熱処理の前にＣｕメッキを
したところ、得られたＣｕメッキＮｂ3Ｇａ極細多芯線
の超伝導特性および超伝導破壊時の特性が安定化されて
いることが確認された。 （実施例６）実施例１で作製したＮｂ3Ｇａ極細多芯線
の表面に０．１μｍの厚みのＣｕをイオンプレーティン
グし、その上にさらにＣｕを電気メッキしたところ、極
めて接合の良好なＮｂ/Ｃｕ界面が得られ、超伝導状態
も安定化されていることが確認された。一方で、イオン
プレーティングによるＣｕの厚みを０．０５μｍとした
ところ、Ｎｂ/Ｃｕ界面の接合がうまくなく、優れた超
伝導状態を得ることができなかった。 （実施例７）実施例１で作製したＮｂ3Ｇａ極細多芯線
の表面に銅メッキを施したものと、Ｎｂ3Ｇａ極細多芯
線全体にＣｕ管を被せて両端を溶接で封じたものとを用
意し、これらに対して、５００気圧のＡｒ雰囲気におい
て、６００℃で２時間のＨＩＰ処理を施した。
【００４６】得られたＣｕ被覆Ｎｂ3Ｇａ極細多芯線に
は、ともに接合の良好なＮｂ/Ｃｕ界面が得られ、超伝
導状態も安定化されていることが確認された。なお、５
００℃以下あるいは５０気圧以下でのＨＩＰ処理では良
好なＮｂ/Ｃｕ界面は得られず、超伝導状態も安定化さ
れなかった。
は、ともに接合の良好なＮｂ/Ｃｕ界面が得られ、超伝
導状態も安定化されていることが確認された。なお、５
００℃以下あるいは５０気圧以下でのＨＩＰ処理では良
好なＮｂ/Ｃｕ界面は得られず、超伝導状態も安定化さ
れなかった。
【００４７】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態様が可能であ
ることは言うまでもない。
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、化学量論組成もしくはその近傍の優れた超伝導特
性を示すＮｂ3Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを有
し、高磁場発生にも対応できるＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝
導線材と、その製造方法が提供される。
って、化学量論組成もしくはその近傍の優れた超伝導特
性を示すＮｂ3Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを有
し、高磁場発生にも対応できるＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝
導線材と、その製造方法が提供される。
【図１】実施例において用いた急熱急冷装置を模式的に
例示した図である。
例示した図である。
【図２】実施例におけるＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線
材の構成を例示した図である。
材の構成を例示した図である。
【図３】実施例においてＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線
材をＮｂパイプに入れる様子を模式的に例示した図であ
る。
材をＮｂパイプに入れる様子を模式的に例示した図であ
る。
【図４】この出願の発明のＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線
材と、実用超伝導線材であるブロンズ法（Ｎｂ，Ｔｉ）
3Ｓｎ極細多芯線の超伝導臨界電流密度（Ｊｃ）を例示
した図である。
材と、実用超伝導線材であるブロンズ法（Ｎｂ，Ｔｉ）
3Ｓｎ極細多芯線の超伝導臨界電流密度（Ｊｃ）を例示
した図である。
【図５】Ｎｂ線表面に複数種のＮｂ-Ｇａ化合物が多層
構造として形成された複合線材を模式的に例示した図で
ある。
構造として形成された複合線材を模式的に例示した図で
ある。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 吉田 勇二
茨城県つくば市千現一丁目２番１号 独立
行政法人物質・材料研究機構内
Ｆターム(参考） 5G321 AA11 CA09 CA36 CA42 DC11
DC33 DC36
Claims (11)
- 【請求項１】 化学量論組成のＮｂ3Ｇａを含む複合化
物がＮｂ中に埋め込まれた複合体芯材が、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
多数本埋め込まれてなる極細多芯構造を有する超伝導線
材であって、この複合芯材におけるＮｂ3Ｇａは、１４
００〜２１００℃の温度範囲への２秒以下での急加熱と
５０００℃／秒以上の速度での急冷によってＡ１５型化
合物として生成され、さらに６００〜８５０℃の温度で
追加熱処理されて結晶秩序度が向上されたものであるこ
とを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材。 - 【請求項２】 超伝導線材中には、複合体芯材とともに
Ａｇ芯材が埋め込まれていることを特徴とする請求項１
記載のＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材。 - 【請求項３】 表面がＣｕで被覆されていることを特徴
とする請求項１または２記載のＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝
導線材。 - 【請求項４】 ４．２Ｋ、２４Ｔ以下でのＪｃが１００
Ａ/ｍｍ2以上であることを特徴とする請求項１または２
記載のＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材。 - 【請求項５】 Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物をＮ
ｂ中に埋め込んだ複合体芯材を、マトリックス材として
のＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本
埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に対して、
１４００〜２１００℃の温度範囲に２秒以内で急加熱し
たのち、５０００℃／秒以上の速度で急冷し、次いで６
００〜８５０℃の温度範囲で１〜４００時間の追加熱処
理を行うことを特徴とするＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線
材の製造方法。 - 【請求項６】 Ｎｂ-Ｇａ化合物が、ＮｂＧａ3、Ｎｂ5
Ｇａ13、Ｎｂ4Ｇａ5、ＮｂＧａ、Ｎｂ5Ｇａ4、Ｎｂ3Ｇ
ａ4、Ｎｂ5Ｇａ3、Ｎｂ2ＧａまたはＮｂ3Ｇａのいずれ
か１種あるいは２種以上であることを特徴とする請求項
５記載のＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。 - 【請求項７】 Ｎｂ線材にＧａを被覆して熱処理を施す
ことでＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物とすることを
特徴とする請求項５または６記載のＮｂ3Ｇａ極細多芯
超伝導線材の製造方法。 - 【請求項８】 前駆体線材が、複合体芯材とともにＡｇ
芯材を含むことを特徴とする請求項５ないし７いずれか
に記載のＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。 - 【請求項９】 急冷後に、線材の表面をＣｕで被覆する
ことを特徴とする請求項５ないし８いずれかに記載のＮ
ｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。 - 【請求項１０】 Ｃｕでの被覆は、線材の表面に、Ｃｕ
をイオンプレーティングにより０．１μｍ以上の厚さで
被覆し、さらにメッキにより数１０〜数１００μｍの厚
さで被覆するようにすることを特徴とする請求項９記載
のＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。 - 【請求項１１】 Ｃｕでの被覆は、線材の表面にＣｕを
メッキするか、あるいはＣｕ管内に線材を挿入して両端
を封じて、１００気圧以上の不活性ガス雰囲気下で、５
００℃以上の温度でＨＩＰ処理を施すようにすることを
特徴とする請求項９記載のＮｂ3Ｇａ極細多芯超伝導線
材の製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2002092654A JP3716304B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Ｎｂ３Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法 |
| US10/397,198 US6845254B2 (en) | 2002-03-28 | 2003-03-27 | Nb3Ga multifilamentary superconducting wire and process for preparing the same |
| EP20030251973 EP1349218A3 (en) | 2002-03-28 | 2003-03-28 | Nb3Ga multifilamentary superconducting wire and process for preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002092654A JP3716304B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Ｎｂ３Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法 |
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|---|---|
| JP2003297162A true JP2003297162A (ja) | 2003-10-17 |
| JP3716304B2 JP3716304B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=27800527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002092654A Expired - Lifetime JP3716304B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | Ｎｂ３Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法 |
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|---|---|
| US (1) | US6845254B2 (ja) |
| EP (1) | EP1349218A3 (ja) |
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| CN106008174A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 青岛和新精细化工有限公司 | 4,4′-二烷氧基甲基二苯醚的制备方法 |
| WO2020087069A2 (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | University Of Houston System | Round superconductor wires |
| 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 |
| CN111554505B (zh) * | 2020-05-26 | 2022-12-20 | 合肥夸夫超导科技有限公司 | 一种PbMo6S8超导线材的制备方法 |
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| US4411959A (en) * | 1981-08-17 | 1983-10-25 | Westinghouse Electric Corp. | Submicron-particle ductile superconductor |
| US5174831A (en) * | 1989-06-08 | 1992-12-29 | Composite Materials Technology, Inc. | Superconductor and process of manufacture |
| JP2727874B2 (ja) * | 1992-06-30 | 1998-03-18 | 株式会社日立製作所 | 超電導線及び複合超電導導体 |
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| JP3577506B2 (ja) * | 1999-11-09 | 2004-10-13 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Ｃｕ添加Ｎｂ３Ａｌ極細多芯超伝導線材とその製造方法 |
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2002
- 2002-03-28 JP JP2002092654A patent/JP3716304B2/ja not_active Expired - Lifetime
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2003
- 2003-03-27 US US10/397,198 patent/US6845254B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-28 EP EP20030251973 patent/EP1349218A3/en not_active Withdrawn
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| EP1349218A3 (en) | 2006-08-30 |
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