JP2005108782A - Nb3Al基超伝導線材および該線材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 化学量論比でA15型構造のNb3Al基合金をシース材内に充填し、該合金の酸素含有量が1000ppm以下であるNb3Al基超伝導線材。化学量論比のNb3Al基合金を溶製する工程、合金に水素を吸蔵させて粉砕する工程、粉末を脱水素処理する工程と、脱水素した粉末をシース材内に充填して線材に加工する工程、線材を熱処理する工程とを備えるNb3Al基超伝導線材の製造方法。他の形態では化学量論比組成でA15型構造のNb3Al基合金と、In、Sn、Al、Cu、Pb、Au、Agから選択される1種以上の金属とからなる焼結体をシース材内に充填したNb3Al基超伝導線材とする。
【効果】 超伝導線材として優れた超伝導特性を示す。また、本発明の製造方法により該線材を効率よく製造できる。
【選択図】 図1
Description
現在、Nb3Al超伝導体の線材化には、Nb箔とAl箔を重ね合せた捲回体をシース材に挿入し、線材に加工後熱処理によりNbとAlを拡散させることによって超伝導相を形成する方法がとられている(例えば非特許文献1)。
IEEE Transactions on magnetics,vol.MAG−11,no,2,March 1975 P263〜265
その理由の詳細は明らかではないが、酸素含有量を1000ppm以下としたことにより、特別な配慮をすることなく1000ppmを越える酸素を含有するNb3Al基超伝導線材に比べて明らかに優れた超伝導特性を示す。
また、前記したNb3Al基合金の酸素含有量の低減と、上記In等の金属組織とを組み合わせることによって超伝導特性の向上効果を一層顕著なものとすることができる。
上記粉末は、常法により溶製し、粉末化したものを用いることができる。溶製法としてはアーク溶解法が好適例として示される。また、粉末化としては機械的粉化などが挙げられるが、水素吸蔵を利用した粉化が好ましい。Nb3Al基合金粉末として酸素含有量を1000ppm以下としたものを使用する場合、酸素含有量の低減は、原料の選別や合金溶製時の脱ガスなどによって行うことが可能であるが、上記した粉砕時の水素吸蔵による作用を利用するのが望ましい。該水素吸蔵によってNb3Al基合金の粉砕がなされるとともに吸蔵される水素の還元作用によって含有酸素量の低減を図ることができる。
また、Nb3Al基合金粉末に、In、Sn、Al、Cu、Pb、Au、Agの群から選択される1種または2種以上の金属粉末を混合する場合、これら金属粉末の混合量は、30体積%以下が望ましく、さらに好適には10〜15体積%である。なお、Nb3Al基合金粉末の粒径は本発明としては特に限定されないが、20〜100μmの粒径を例示することができる。なお、上記In等は、Nb3Al基合金粉末と同等の大きさとすることもできるが、Nb3Al基合金粉末よりも小径とするものであってもよい。
アーク溶解法等によって溶製した化学量論比組成のNb3Al基合金(Alの一部をGe、Siで置換したものでもよい)に水素を吸蔵させて粉砕し、例えば20〜100μm径のNb3Al基合金粉末1を調製する。なお、該調製に際し分級を行ってもよい。
Nb3Al基合金粉末1は、次に、真空中で加熱するなどして脱水素処理(Dehydrogenation)を行う。図には、該処理例のヒートパターンが示してあり、200℃まで0.5時間、次に850℃まで3時間をかけて昇温させ、850℃で5時間保持して脱水素処理し、その後、炉冷している。
このシース材3は、例えば溝付きローラ10、10でロール加工(Grooved Rolling)して厚肉線材3aとし、これを平ローラ11、11でロール加工(Flat Rolling)して線材30を得る。この例では該線材としては4mm幅、0.6mm厚のものを得ている。なお、上記線材加工の中間では、中間熱処理(Intermediate Annealing)を行うことができる。該中間熱処理は200〜800℃の加熱条件によって行うことができる。この実施形態では250℃×2時間の条件が例示される。
アーク溶解したNb3Al合金鋳魂に、水素を吸蔵させて粒径20〜100μmに粉砕し、これを高真空中(1×10−6Torr)、850℃で10時間脱水素処理して、酸素濃度を約910ppmに低下させたNb3Al合金粉末を作製した。また、他の形態として、脱水素処理後の粉末の取扱いをAr雰囲気中で行う以外は上記と同様にして酸素濃度を450ppmに低下させたNb3Al合金粉末を作製した。これらの粉末の残留水素は前者で約30ppm、後者で約35ppmであった。これらの粉末の超伝導臨界温度Tcを磁化法により測定したところ17.9Kを示し、アーク溶解後の鋳塊のTc17.2Kに対し上昇がみられ、また、超伝導遷移もシャープになった。これはA15型結晶構造の規則度の向上によるものと考えられる。これらの粉末をTaシース材に充填した。なお一部の供試材では、Nb3Al合金粉末に、10体積%In粉末、10体積Sn粉末または10体積%Ag粉末を混合してTaシース材に充填した。これらシース材をテープ線材(幅4mm、厚さ0.6mm)に加工後、熱処理(850℃×10時間または800℃×10時間)を行って発明材を用意した。また、比較のため、上記水素の吸蔵、脱水素処理を行わない以外は、上記と同様の工程によって比較材を用意した。この比較材の酸素濃度は1970ppmであった。
なお、Nb3Al粉末に、In粉末、Sn粉末またはAg粉末を混合して作製した線材では、臨界電流値が改善された。特に、In添加は高磁界の臨界電流を増大させ、Ag添加は低磁界の臨界電流を増大させる傾向にある。
2 金属粉末
3 シース材
10 溝付きロール
11 平ロール
30 Nb3Al基超伝導線材
Claims (14)
- 化学量論比組成で実質的にA15型構造からなるNb3Al基合金がシース材内に充填された線材からなり、前記Nb3Al基合金の酸素含有量が1000ppm以下であることを特徴とするNb3Al基超伝導線材。
- 化学量論比組成で実質的にA15型構造からなるNb3Al基合金と、In、Sn、Al、Cu、Pb、Au、Agの群から選択される1種または2種以上の金属とが焼結した焼結体がシース材内に充填された線材からなることを特徴とするNb3Al基超伝導線材。
- 前記Nb3Al基合金の酸素含有量が1000ppm以下であることを特徴とする請求項2記載のNb3Al基超伝導線材。
- 前記Nb3Al基合金が、Nb3Al1−xMxの化学式を有し、MがGe、Si、Bの一種または2種以上からなり、さらにx≦0.5であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のNb3Al基超伝導線材。
- 前記Nb3Al基合金を収容したシース材の外側がCuマトリックスで被覆されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のNb3Al基超伝導線材。
- 化学量論比組成からなり、酸素含有量を1000ppm以下としたNb3Al基合金粉末をシース材内に充填して線材に加工し、該線材を熱処理することを特徴とするNb3Al基超伝導線材の製造方法。
- 化学量論比組成のNb3Al基合金を溶製する工程と、該合金に水素を吸蔵させて粉砕する工程と、前記粉砕工程で得られるNb3Al基合金粉末を脱水素処理する工程と、脱水素したNb3Al基合金粉末をシース材内に充填して線材に加工する工程と、該線材を熱処理する工程とを備えることを特徴とするNb3Al基超伝導線材の製造方法。
- 前記脱水素処理を真空中で行うことを特徴とする請求項7記載のNb3Al基超伝導線材の製造方法。
- 前記脱水素処理を600〜900℃の温度に加熱して行うことを特徴とする請求項7または8記載のNb3Al基超伝導線材の製造方法。
- 前記Nb3Al基合金粉末中の酸素含有量が1000ppm以下であることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載のNb3Al基超伝導線材の製造方法。
- 前記Nb3Al基合金粉末に、In、Sn、Al、Cu、Pb、Au、Agの群から選択される1種または2種以上の金属粉末を混合することを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載のNb3Al基超伝導線材の製造法。
- 化学量論比組成からなるNb3Al基合金粉末に、In、Sn、Al、Cu、Pb、Au、Agの群から選択される1種または2種以上の金属粉末を混合し、該混合粉末をシース材内に充填して線材に加工し、該線材を熱処理することを特徴とするNb3Al基超伝導線材の製造方法。
- 前記線材加工工程の中間で、前記シース材を800℃以下で加熱する中間熱処理を行うことを特徴とする請求項11または12に記載のNb3Al基超伝導線材の製造方法。
- 前記熱処理が、非酸化性雰囲気下で加熱温度600℃超1000℃未満で行われることを特徴とする請求項6〜13のいずれかに記載のNb3Al基超伝導線材の製造方法。
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