JP2007073314A - Nb3Al COMPOUND BASED SUPERCONDUCTING WIRE, AND ITS MANUFACTURING METHOD AND DEVICE OF MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Nb3Al化合物系超電導線、その製造方法及びその製造装置に関し、特に、線材長の長いNb3Al化合物系超電導線、その製造方法及びその製造装置に関する。 The present invention relates to a Nb 3 Al compound-based superconducting wire, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus thereof, and more particularly, to a Nb 3 Al compound-based superconducting wire having a long wire length, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus thereof.
Nb3Al化合物系超電導線は、NbTi、Nb3Snのような合金系・化合物系超電導線と比べ、高磁界中における臨界電流密度特性に優れていることから、たとえば、物性研究用NMRマグネット、高エネルギー粒子加速器、核融合炉用マグネット等の超電導材料として実用化が期待されている。 Nb 3 Al compound-based superconducting wires have superior critical current density characteristics in a high magnetic field compared to alloy-based / compound-based superconducting wires such as NbTi and Nb 3 Sn. It is expected to be put to practical use as a superconducting material such as high energy particle accelerators and fusion reactor magnets.
従来、Nb3Al化合物系超電導線の製造方法として、たとえば、NbとAlを所定の組成比率で複合し、相互の拡散距離を数十nm程度まで短くした状態で600〜1050℃の温度に加熱し、固相拡散反応によりNb3Al化合物を生成させる拡散法と呼ばれる製造方法が知られている。 Conventionally, as a method of manufacturing a Nb 3 Al compound-based superconducting wire, for example, Nb and Al are combined at a predetermined composition ratio and heated to a temperature of 600 to 1050 ° C. with a mutual diffusion distance shortened to about several tens of nm. A manufacturing method called a diffusion method in which an Nb 3 Al compound is generated by a solid phase diffusion reaction is known.
しかし、この製造方法によると、化学量論組成において相平衡状態図的に約1300℃以上の高温においてのみ安定な(単相化可能な)Nb3Al相にとっては、温度不足下(非安定温度領域)での固相拡散反応となる。このため、化学量論組成からのずれが発生したり、組成比の異なる相との混相状態になることが考えられる。結果として、高い臨界電流密度を得ることが難しく、たとえば、20T以上の高磁界中で要求特性を満たす必要があるNMRマグネット等に対し、拡散法をもって対処することはほぼ不可能であった。 However, according to this production method, the Nb 3 Al phase that is stable (can be single-phased) only at a high temperature of about 1300 ° C. or more in the stoichiometric composition is in a shortage of temperature (unstable temperature). Region)). For this reason, deviation from the stoichiometric composition may occur, or a mixed phase with phases having different composition ratios may occur. As a result, it is difficult to obtain a high critical current density. For example, it is almost impossible to deal with an NMR magnet or the like that needs to satisfy required characteristics in a high magnetic field of 20 T or more by a diffusion method.
一方、Nb3Al化合物系超電導線を得るための他の製造方法として、NbとAlを所定の組成比率で複合し、これを1500℃以上の温度に急加熱して直ちに急冷し、これによりNb−Al過飽和固溶体を生成させ、その後、これを再加熱することにより、Nb3Al化合物相を析出させる急熱急冷・変態法と呼ばれる製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, as another manufacturing method for obtaining a Nb 3 Al compound-based superconducting wire, Nb and Al are combined at a predetermined composition ratio, and this is rapidly heated to a temperature of 1500 ° C. or higher and immediately cooled, thereby Nb A production method called a rapid heating / quenching / transformation method in which an Nb 3 Al compound phase is precipitated by producing an -Al supersaturated solid solution and then reheating it is known (for example, see Patent Document 1).
この製造方法は、加熱温度が高いために化学量論組成からのずれや混相による臨界電流密度の低下がなく、高い臨界電流密度を有する超電導線の製造が可能であることから、NMRマグネット等の要求に対処可能な製造方法として有望視されている。言い換えると、急熱急冷・変態法は、Nb3Al化合物系超電導線のNMRマグネット等への適用を考えた場合、現状においては唯一の製造方法といえる。 In this manufacturing method, since the heating temperature is high, there is no deviation from the stoichiometric composition or reduction of the critical current density due to the mixed phase, and it is possible to manufacture a superconducting wire having a high critical current density. It is regarded as a promising manufacturing method that can meet the demand. In other words, the rapid heating / quenching / transformation method can be said to be the only manufacturing method at present when considering application to an Nb 3 Al compound-based superconducting wire NMR magnet or the like.
通常、この急熱急冷・変態法による超電導線の製造は、以下の手順によって行われる。まず、NbとAlのシートを準備して積層巻きした後、これをNbパイプで被覆し、シングル線材を作製する。次に、得られたシングル線材の複数本を再度Nbパイプで被覆し、これに伸線加工等を施すことによってNbとAlのマルチ複合線材とし、その後、これを連続通電によるジュール発熱によって1500℃以上の高温に加熱し、直ちに冷却する。この急加熱、急冷によりNb、Al積層部にNb−Al過飽和固溶体を生成させた後、さらに、600〜1050℃の温度で再度加熱し、これによりNb3Alを析出させ、超電導線とするものである。 Usually, the superconducting wire is manufactured by the rapid heating / quenching / transformation method according to the following procedure. First, an Nb and Al sheet is prepared and laminated and wound, and then this is covered with an Nb pipe to produce a single wire. Next, a plurality of the obtained single wires are covered again with an Nb pipe, and this is subjected to wire drawing and the like to obtain a multi-composite wire of Nb and Al, which is then heated to 1500 ° C. by Joule heat generation by continuous energization. Heat to above high temperature and cool immediately. After the Nb-Al supersaturated solid solution is formed in the Nb and Al laminated parts by this rapid heating and rapid cooling, it is further heated again at a temperature of 600 to 1050 ° C., thereby precipitating Nb 3 Al to form a superconducting wire It is.
図13は、急熱急冷・変態法による超電導線の製造に用いられる従来の製造装置(急熱急冷装置)の概略構成図である。急熱急冷装置20は、マルチ線材12を送り出す送出しリール21、リール21からマルチ線材12を受ける通電用の通電キャプスタン22、マルチ線材12を急速加熱するための直流電源23、通電キャプスタン22からマルチ線材12を受けるリール24、リール24からマルチ線材12を受けて巻き取る巻取りリール25、リール24が収容(内部に配置)された冷却用容器26、および冷却用容器26内に入れられたマルチ線材12を急冷するための冷却用金属材27から概略構成されている。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a conventional manufacturing apparatus (rapid heating / quenching apparatus) used for manufacturing a superconducting wire by a rapid heating / quenching / transformation method. The rapid heating and quenching device 20 includes a feed reel 21 that sends out the multi-wire 12, a current-carrying
このような急熱急冷装置20において、線材にNb−Al過飽和固溶体を生成させるためには、まず、マルチ線材12を送出しリール21に巻き付け、一端を送出しリール21から通電キャプスタン22、リール24を介して巻取りリール25に巻き付ける。次いで、巻取りリール25を所定の速度で回転させてマルチ線材12を巻き取る。すると、送出しリール21より送り出されたマルチ線材12は、通電キャプスタン22と冷却用金属材27の液面と間で直流電源23により連続的に通電加熱された(ジュール発熱した)後、冷却用金属材27で急冷され、巻取りリール25で巻き取られる。
しかし、従来の急熱急冷・変態法には以下の問題があった。すなわち、NMRマグネット等へNb3Al線材を適用するためには、均質な特性を有するkm級の線材長が必要となるが、このような長尺の線材について急熱急冷処理によりNb3Al線材を製造すると、急熱急冷処理を行った線材の表面には冷却用金属材およびNbあるいはNb合金と冷却用金属材との化合物が付着するため、急熱急冷処理長が長くなるにしたがって、冷却用容器中の冷却用金属材が減少する。急加熱時の電極も兼ねている冷却用金属材が減少すると、通電加熱部の長さ(線材のジュール発熱区間長さ)が長くなり処理条件が変化するため、急加熱時の最高到達温度が高くなり、線材長手方向に均質な長尺線材の作製が困難となるという問題があった。 However, the conventional rapid heating / quenching / transformation method has the following problems. That is, in order to apply the Nb 3 Al wire to an NMR magnet or the like, a km-class wire length having a homogeneous characteristic is required. For such a long wire, the Nb 3 Al wire is subjected to rapid thermal quenching treatment. Since the metal material for cooling and the compound of Nb or Nb alloy and the metal material for cooling adhere to the surface of the wire that has been subjected to the rapid heating and quenching treatment, cooling is performed as the rapid heating and quenching treatment length increases. The cooling metal in the container is reduced. If the metal material for cooling, which also serves as an electrode during rapid heating, decreases, the length of the current heating section (the length of the Joule heating section of the wire) increases and the processing conditions change, so the maximum temperature reached during rapid heating is There is a problem that it becomes high and it becomes difficult to produce a long wire homogeneous in the longitudinal direction of the wire.
従って、本発明の目的は、均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能なNb3Al化合物系超電導線の製造方法、この製造方法を用いて製造したNb3Al化合物系超電導線、およびこの製造方法に用いる製造装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention, uniform method for manufacturing a rapid heating and quenching treatment capable Nb 3 Al compound superconducting wire long wire in condition, Nb 3 Al compound superconducting wire manufactured using this manufacturing method, And it is providing the manufacturing apparatus used for this manufacturing method.
本発明は、上記目的を達成するため、NbあるいはNb合金とAlあるいはAl合金とを含む線材を、前記線材のジュール発熱により急速に加熱処理した後に、冷却用液体金属材に前記線材を通して急速に冷却処理することによりNb−Al過飽和固溶体を生成させ、その後、再加熱することによりNb3Al化合物相を析出させる、急熱急冷・変態法を用いたNb3Al化合物系超電導線の製造方法であって、製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするための処理として、前記冷却用液体金属材の液面高さを一定とするための処理がなされることを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention rapidly heats a wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy by Joule heat generation of the wire, and then rapidly passes the wire through a cooling liquid metal material. A method for producing a Nb 3 Al compound-based superconducting wire using a rapid heating / quenching / transformation method in which a Nb—Al supersaturated solid solution is generated by cooling treatment, and then an Nb 3 Al compound phase is precipitated by reheating. The Nb 3 Al compound is characterized in that the treatment for making the liquid surface height of the cooling liquid metal material constant is performed as a treatment for making the Joule heat generation section length constant during manufacture. A method of manufacturing a system superconducting wire is provided.
また、本発明は、上記目的を達成するため、NbあるいはNb合金とAlあるいはAl合金とを含む線材を、前記線材のジュール発熱により急速に加熱処理した後に、冷却用液体金属材に前記線材を通して急速に冷却処理することによりNb−Al過飽和固溶体を生成させ、その後、再加熱することによりNb3Al化合物相を析出させる、急熱急冷・変態法を用いたNb3Al化合物系超電導線の製造方法であって、前記冷却処理が行われる際に、前記線材は、前記冷却用液体金属材中に全体が埋まった複数のリールにより送られることを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy is rapidly heated by Joule heat generation of the wire, and then the wire is passed through the cooling liquid metal material. Production of Nb 3 Al compound-based superconducting wire using a rapid thermal quenching / transformation method in which an Nb—Al supersaturated solid solution is formed by rapid cooling treatment and then an Nb 3 Al compound phase is precipitated by reheating. A method for producing an Nb 3 Al compound-based superconducting wire, wherein when the cooling treatment is performed, the wire is fed by a plurality of reels entirely embedded in the cooling liquid metal material Provide a method.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明のNb3Al化合物系超電導線の製造方法により製造されたことを特徴とするNb3Al化合物系超電導線を提供する。 Further, the present invention in order to achieve the above object, provides a Nb 3 Al compound superconducting wire which is characterized by being manufactured by the manufacturing method of the Nb 3 Al compound superconducting wire of the present invention described above.
また、本発明は、上記目的を達成するため、NbあるいはNb合金とAlあるいはAl合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたNb3Al化合物系超電導線の製造装置であって、製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするために前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用液体金属材を注入する注入ポートをさらに備えたことを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a feed reel for feeding a wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy, a heating means for rapidly heating the wire, and a cooling liquid metal for rapidly cooling the wire. An apparatus for manufacturing an Nb 3 Al compound superconducting wire, comprising a cooling container for containing a material, a reel for feeding the wire provided in the cooling container, and a take-up reel for winding the wire. Nb 3 Al, further comprising an injection port for injecting the cooling liquid metal material in accordance with the liquid level of the cooling liquid metal material in order to make the Joule heating section length in the inside constant An apparatus for manufacturing a compound superconducting wire is provided.
また、本発明は、上記目的を達成するため、NbあるいはNb合金とAlあるいはAl合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたNb3Al化合物系超電導線の製造装置であって、前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用液体金属材に沈められる該金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質をさらに備えたことを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a feed reel for feeding a wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy, a heating means for rapidly heating the wire, and a cooling liquid metal for rapidly cooling the wire. An apparatus for producing an Nb 3 Al compound-based superconducting wire, comprising: a cooling container that contains a material; a reel that feeds the wire provided in the cooling container; and a take-up reel that winds the wire. Nb 3 further comprising a substance having a surface that does not substantially cause a chemical reaction with the metal material submerged in the cooling liquid metal material according to a liquid level of the liquid metal material for cooling. An apparatus for producing an Al compound-based superconducting wire is provided.
また、本発明は、上記目的を達成するため、NbあるいはNb合金とAlあるいはAl合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたNb3Al化合物系超電導線の製造装置であって、製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするために前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用容器を上下動させる制御機構をさらに備えたことを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a feed reel for feeding a wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy, a heating means for rapidly heating the wire, and a cooling liquid metal for rapidly cooling the wire. An apparatus for manufacturing an Nb 3 Al compound superconducting wire, comprising a cooling container for containing a material, a reel for feeding the wire provided in the cooling container, and a take-up reel for winding the wire. Nb 3 Al compound further comprising a control mechanism for moving the cooling container up and down according to the liquid level of the cooling liquid metal material in order to make the Joule heat generation section length in the inside constant A superconducting wire manufacturing apparatus is provided.
本発明によれば、均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能であり、線材長手方向に安定した(均質な)臨界電流密度特性を有するNb3Al化合物系超電導線を製造することが可能となる。 According to the present invention, an Nb 3 Al compound-based superconducting wire capable of rapid heating and quenching of a long wire under uniform conditions and having a stable (homogeneous) critical current density characteristic in the longitudinal direction of the wire is manufactured. Is possible.
以下、本発明の一実施形態に係るNb3Al化合物系超電導線の製造方法について説明する。
図1は、本実施形態における各製造過程での線材の形状を示したものである。
Hereinafter, a method for manufacturing a Nb 3 Al compound superconducting wire according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 shows the shape of a wire in each manufacturing process in the present embodiment.
図1(a)は、複合素線7の断面構造を示したものである。この複合素線7は、Nbシート2とAlシート3を積層し、これを中心材4に隙間なく巻き付けることによって構成したジェリーロール形式の積層体1上に、Nbマトリックスを形成するためのNb被覆5を形成し、さらにNb被覆5の上にCu被覆6を形成して作製される。ここで、中心材4としては、例えばNbを使用する。
FIG. 1A shows a cross-sectional structure of the
図1(b)は、シングル線材8を示したものである。このシングル線材8は、複合素線7を静水圧押し出しおよびダイス伸線により断面六角形状に減面加工し、その後、Cu被覆6を除去することによって作製できる。このシングル線材8は、六角形による密接集合が可能な構造となっている。
FIG. 1 (b) shows a
図1(c)は、複合線材11を示したものである。この複合線材11は、外部マトリックスとなるべきNb管9とCu−Ni合金管10を、静水圧押し出しによりシングル線材8の集合束の上に形成することによって得ることができる。この複合線材11は、ダイス伸線によって所定の寸法に減面加工された後、最外周のCu−Ni合金管10が除去され、所定寸法のマルチ線材12とされる。
FIG. 1 (c) shows the composite wire 11. This composite wire 11 can be obtained by forming an
図1(d)は、以上の工程により得られたマルチ線材12の断面構造を示したものである。図中9’は、マルチ線材12の外層部を構成する外部マトリックスを示す。マルチ線材12は、図のように丸線、平角線のどちらでも良い。
FIG. 1D shows a cross-sectional structure of the multi-wire 12 obtained by the above steps. In the figure, 9 'indicates an external matrix constituting the outer layer portion of the
このマルチ線12を後述する急熱急冷装置を用いて、所定の温度(例えば、1500〜2000℃程度)まで急速に加熱し、これを例えば液体ガリウム(Ga)中に浸漬して急冷し、シングル線材8の積層体1の部分にNb−Al過飽和固溶体を生成させた後、所定の温度(例えば、600〜1050℃程度)で再加熱することによってNb3Al化合物相を析出させたNb3Al化合物系超電導線が製造される。
The multi-wire 12 is rapidly heated to a predetermined temperature (for example, about 1500 to 2000 ° C.) using a rapid heating / quenching device to be described later, and this is immersed in, for example, liquid gallium (Ga) and rapidly cooled. after generating the Nb-Al supersaturated solid solution in the portion of laminate 1 of the
急速加熱の手段としては、マルチ線材12をジュール損失による自己発熱(ジュール発熱)で加熱する方法が好適であり、マルチ線材12に直接電流を流す通電加熱方式が採用される。一方、高温に加熱されたマルチ線材12を連続的に急速冷却(急冷)することを勘案すると、急冷の手段としては、沸点または分解温度が高い液体(例えば、液体Ga)に連続的に浸漬する方法が好適である。
As a means for rapid heating, a method of heating the
超電導線材の超電導特性は、ジュール発熱時の線材の最高到達温度により大きく左右されるが、最高到達温度は、線材への投入電気量(通電時間×通電電流値)によって変化するため、これらを一定にする必要がある。なお、「通電時間=通電距離/通線速度」で規定される。通電電流値は電源により制御され、通線速度は通電キャプスタンモーターの回転速度によって制御されるため、これらは一定と考えられる。すなわち、通電距離(通電キャプスタンから液体Ga液面までの距離、ジュール発熱区間長さ)をいかに一定に保つかが重要となる。しかしながら、急冷されたマルチ線材12が、その表面にGaおよび、Gaと外周マトリックス9’との化合物が付着した状態で、液体Gaを入れた冷却用容器の外へ出ることにより、冷却処理の進行に伴って冷却用容器内の液体Gaが減少することがある。ここで、通電キャプスタンは回転するが位置の移動がないことから、ジュール発熱区間長さを一定に保つためには液体Gaの液面高さの変動を制御すればよい。液体Gaの液面高さ変動の主要因としては、
(1)加熱線材の冷却を目的とした液体Ga中への通線時に、液体Gaが温度上昇して熱膨張することによる液面の上昇
(2)通線によるGa液面の揺れ
(3)線材にGaが付着し、冷却用容器内の液体Gaが減ることによる液面の低下
などが挙げられる。
The superconducting characteristics of superconducting wires are greatly affected by the maximum temperature of the wire during Joule heating, but the maximum temperature varies depending on the amount of electricity supplied to the wire (energization time x current value). It is necessary to. It is defined by “energization time = energization distance / transmission speed”. Since the energization current value is controlled by the power source and the line speed is controlled by the rotation speed of the energization capstan motor, these are considered to be constant. That is, it is important how to keep the energization distance (distance from the energization capstan to the liquid Ga liquid surface, the Joule heat generation section length) constant. However, the rapidly cooled multi-wire 12 goes out of the cooling vessel containing liquid Ga in a state where Ga and a compound of Ga and the outer
(1) The rise of the liquid level due to the temperature increase of the liquid Ga during the passage into the liquid Ga for the purpose of cooling the heating wire (2) The fluctuation of the Ga liquid level due to the passage (3) For example, the adhesion of Ga to the wire and the decrease of the liquid level due to the decrease of the liquid Ga in the cooling container may be mentioned.
図2は、以上の超電導線の製造プロセスをフローチャートにまとめたもので、図2の(a)〜(d)は、それぞれ図1の(a)〜(d)に対応している。 FIG. 2 summarizes the manufacturing process of the superconducting wire described above in a flowchart, and FIGS. 2 (a) to (d) correspond to FIGS. 1 (a) to (d), respectively.
〔第1の実施の形態〕
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る製造装置(急熱急冷装置)の概略構成図である。急熱急冷装置30は、真空状態(例えば、5×10−5Torr)とされた第1の筐体31A内部に配置された、マルチ線材12を送り出す送出しリール21、リール21からマルチ線材12を受ける通電用の通電キャプスタン22、マルチ線材12を急速加熱する(ジュール発熱させる)ための直流電源23、通電キャプスタン22からマルチ線材12を受けるリール24、リール24からマルチ線材12を受けて巻き取る巻取りリール25、リール24が収容された冷却用容器26、冷却用容器26内に入れられたマルチ線材12を急冷するための冷却用金属材(例えば、液体Ga27)、さらに、第1の筐体31Aの外部の第2の筐体31B内部に配置された、冷却用容器26に連通された調整用容器32、調整用容器32中の冷却用金属材(例えば、液体Ga33)、液体Ga33の液面高さを計測する液面センサー34、液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて調整用容器32に液体Ga33を注入するGa注入ポート35から概略構成されている。Ga注入ポート35は、第2の筐体31Bの側壁などに設置され、筐体31B外部に通じている。
[First Embodiment]
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the manufacturing apparatus (rapid heating / cooling apparatus) according to the first embodiment of the present invention. The rapid heating and quenching device 30 is arranged inside the first casing 31A in a vacuum state (for example, 5 × 10 −5 Torr), and sends out the multi-wire 12 and the multi-wire 12 from the reel 21 and the reel 21. Receiving the energizing
急熱急冷装置30は、従来の急熱急冷装置20と概ね同様の構成を備えるが、調整用容器32中の液体Ga33の液面高さを一定に保つように調節することで、冷却用容器26内の液体Ga27の液面高さを一定に保つことができる上記機構を備えている点で大きく相違している。 The rapid heating and quenching device 30 has substantially the same configuration as that of the conventional rapid heating and quenching device 20, but the cooling vessel is adjusted by adjusting the liquid level of the liquid Ga 33 in the adjustment vessel 32 to be constant. 26 is greatly different in that it has the above-described mechanism capable of keeping the liquid level of the liquid Ga27 in the liquid 26 constant.
上記冷却用金属材としては、導電性に富み、沸点が高く、融点が低いことから、ガリウム(Ga)が最適である。 As the cooling metal material, gallium (Ga) is most suitable because of its high conductivity, high boiling point, and low melting point.
第2の筐体31B内部は、真空状態、例えば、5×10−5Torrとされる。第1の筐体31Aと第2の筐体31Bの内部は、同等の真空度を有した真空状態とすることが好ましい。両筐体内の真空度が大きく違う場合は、第1の筐体31A中の冷却用容器26又は第2の筐体31B中の調整用容器32のどちらかへ、あるいは第2の筐体31B内部が大気であった場合は、第1の筐体31A中の冷却用容器26側へ第2の筐体31B中の調整用容器32から冷却用金属材が吸い込まれ、液面高さの正確な測定が困難となる。
The inside of the second housing 31B is in a vacuum state, for example, 5 × 10 −5 Torr. The insides of the first casing 31A and the second casing 31B are preferably in a vacuum state having an equivalent degree of vacuum. If the degree of vacuum in the two housings is significantly different, either the cooling
液面センサー34は、真空において使用できるセンサーを第2の筐体31B内部に配置して使用する構成としてもよいが、大気圧下で使用できるセンサーを第2の筐体31B外に配置する構成とすることが望ましい。また、Ga注入ポート35から液体Ga33を注入する際には、調整用容器32中の液体Ga33の液面が出来る限り揺れないようにすることが望ましい。 The liquid level sensor 34 may be configured to use a sensor that can be used in a vacuum inside the second casing 31B. However, the sensor that can be used at atmospheric pressure is disposed outside the second casing 31B. Is desirable. Further, when the liquid Ga33 is injected from the Ga injection port 35, it is desirable that the liquid surface of the liquid Ga33 in the adjustment container 32 is not shaken as much as possible.
〔第2の実施の形態〕
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る製造装置(急熱急冷装置)の概略構成図である。急熱急冷装置40は、急熱急冷装置30と同様の構成を有するが、液面高さを一定に保つための調節機構(方法)において相違している。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus (rapid heating / cooling apparatus) according to the second embodiment of the present invention. The rapid heating and quenching device 40 has the same configuration as the rapid heating and quenching device 30, but differs in an adjustment mechanism (method) for keeping the liquid level constant.
急熱急冷装置40では、急熱急冷装置30におけるGa注入ポート35に換えて、液面センサー34により測定された液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて調整用容器32中の液体Ga33に出し入れされる嵩上げ用治具36を備える。これにより、冷却用容器26内の液体Ga27の液面高さを一定に保つことができる。嵩上げ用治具36を調整用容器32中の液体Ga33に出し入れする際には、液体Ga33の液面が出来る限り揺れないようにすることが望ましい。
The rapid heating and quenching apparatus 40 is not shown so as to keep the liquid level constant according to the change in the liquid level measured by the liquid level sensor 34 instead of the Ga injection port 35 in the rapid heating and quenching apparatus 30. A raising jig 36 is provided which is controlled by the control mechanism and is taken in and out of the liquid Ga 33 in the adjustment container 32. Thereby, the liquid level height of the liquid Ga27 in the cooling
嵩上げ用治具36は、冷却用金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質であればよく、例えば、アルミナコーティングを施した物質を用いることが好ましい。アルミナは高温化でも化学的に安定であるため、急加熱・急冷処理によって冷却用金属材が高温になった場合でも、実質的に冷却用金属材と化学反応を起こさない表面処理として有効である。 The raising jig 36 may be a substance having a surface that does not substantially cause a chemical reaction with the cooling metal material. For example, a substance coated with alumina is preferably used. Alumina is chemically stable even at high temperatures, so it is effective as a surface treatment that does not cause a chemical reaction with the metal material for cooling even when the metal material for cooling becomes high temperature by rapid heating / cooling treatment. .
〔第3の実施の形態〕
図5は、本発明の第3の実施の形態に係る製造装置(急熱急冷装置)の概略構成図である。急熱急冷装置50は、真空状態(例えば、5×10−5Torr)とされた筐体31内部に配置された、マルチ線材12を送り出す送出しリール21、リール21からマルチ線材12を受ける通電用の通電キャプスタン22、マルチ線材12を急速加熱するための直流電源23、通電キャプスタン22からマルチ線材12を受けるリール24、リール24からマルチ線材12を受けて巻き取る巻取りリール25、リール24が収容された図中横長の冷却用容器26、冷却用容器26内に入れられたマルチ線材12を急冷するための冷却用金属材(例えば、液体Ga27)、さらに、図中横長の冷却用容器26内のリール24から離れた位置の液体Ga27の液面高さを計測する液面センサー34、液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて調整用容器32に液体Ga27を注入するGa注入ポート35から概略構成されている。Ga注入ポート35は、筐体31の側壁などに設置され、筐体31外部に通じている。冷却用容器26は、縦幅又は横幅の全体を長くしても良いが、縦幅又は横幅の一部分を突出させてもよい。突出させた部分の液面高さを計測し、変化した液面高さに応じてそこへ液体Ga27をGa注入ポート35から注入する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus (rapid heating / cooling apparatus) according to a third embodiment of the present invention. The rapid heating and
液面センサー34は、真空において使用できるセンサーを筐体31内部に配置して使用する構成としてもよいが、大気圧下で使用できるセンサーを筐体31外に配置する構成とすることが望ましい。また、Ga注入ポート35から液体Ga27を注入する際には、液面が出来る限り揺れないようにすることが望ましい。 The liquid level sensor 34 may be configured to use a sensor that can be used in a vacuum inside the casing 31, but is preferably configured to have a sensor that can be used under atmospheric pressure outside the casing 31. Further, when the liquid Ga27 is injected from the Ga injection port 35, it is desirable to prevent the liquid surface from shaking as much as possible.
〔第4の実施の形態〕
図6は、本発明の第4の実施の形態に係る製造装置(急熱急冷装置)の概略構成図である。急熱急冷装置60は、急熱急冷装置50と同様の構成を有するが、液面高さを一定に保つための調節機構(方法)において相違しており、この点において急熱急冷装置40と同様の構成を有する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus (rapid heating / cooling apparatus) according to a fourth embodiment of the present invention. The rapid heating and quenching device 60 has the same configuration as the rapid heating and
急熱急冷装置60では、急熱急冷装置50におけるGa注入ポート35に換えて、液面センサー34により測定された液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて冷却用容器26中の液体Ga27に出し入れされる嵩上げ用治具36を備える。嵩上げ用治具36を冷却用容器26中の液体Ga27に出し入れする際には、液体Ga27の液面が出来る限り揺れないようにすることが望ましい。
The rapid heating and quenching device 60 is not shown so as to keep the liquid level constant according to the change in the liquid level measured by the liquid level sensor 34 instead of the Ga injection port 35 in the rapid heating and
〔第5の実施の形態〕
図7は、冷却用容器内に収容されたリールの構成を示す概略図であり、(a)は従来の急熱急冷装置に係るものであり、(b)は本発明の第5の実施の形態に係る急熱急冷装置に係るものである。
[Fifth Embodiment]
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a reel accommodated in a cooling container, (a) relates to a conventional rapid heating and quenching apparatus, and (b) is a fifth embodiment of the present invention. The present invention relates to a rapid heating and quenching apparatus according to the embodiment.
従来の急熱急冷装置に係るリール24Aは、巻取りリール25によりマルチ線材12が巻き取られると線材12の動作に合わせて回転するため、液体Ga27の液面が波打ち、液面の揺れ(振動)が発生しやすい。このため、通電キャプスタン22と液体Ga27の液面との距離、すなわち、通電距離に変化が生じることがある。
Since the reel 24A according to the conventional rapid heating / cooling device rotates in accordance with the operation of the
一方、本発明の第5の実施の形態に係る急熱急冷装置に係るリール24Bは、固定されており回転せず、リール24Bの円周に沿って設けられた複数の小リール24bが、巻取りリール25によりマルチ線材12が巻き取られる際に回転するものであり、小リール24bは全体が液体Ga27中に埋まっているため、回転してもGa液面の揺れ(振動)を発生させない、若しくは発生させにくい。 On the other hand, the reel 24B according to the rapid heating and quenching apparatus according to the fifth embodiment of the present invention is fixed and does not rotate, and a plurality of small reels 24b provided along the circumference of the reel 24B are wound. The multi-wire 12 is rotated when the multi-wire 12 is taken up by the take-up reel 25, and since the entire small reel 24b is buried in the liquid Ga27, even if it rotates, the Ga liquid level does not generate a vibration (vibration). Or it is hard to generate.
複数の小リール24bは、例えば、リール24Bの中心角15°前後(10〜20°程度)の間隔でリール24Bの円周に沿って、少なくともマルチ線材12と接する部分に設けられる。小リール24bのリール24Bへの取り付け方法は、特に限定されるものではないが、リール24Bを構成する2枚の円盤の円周に沿って小リール24bの取り付け位置にそれぞれ小孔を設け、並行する小孔を利用して小リール24bを取り付けることができる。
The plurality of small reels 24b are provided, for example, at least at a portion in contact with the
リール24Bの大きさが直径120mm程度である場合には、直径5〜15mm程度(1/24〜1/8程度)の小リール24bを用いることが望ましい。また、小リール24bの材料は、液体Gaと実質的に化学反応しなければよく、アルミナやステンレス等を用いることができる。 When the size of the reel 24B is about 120 mm, it is desirable to use a small reel 24b having a diameter of about 5 to 15 mm (about 1/24 to 1/8). Further, the material of the small reel 24b is not required to substantially chemically react with the liquid Ga, and alumina, stainless steel, or the like can be used.
〔第6の実施の形態〕
図8は、本発明の第6の実施の形態に係る急熱急冷装置の一部拡大概略図である。第6の実施の形態に係る急熱急冷装置は、液体Ga27の液面高さを計測するための、液体Ga27液面上方に設けたセンサーヘッド37とセンサーヘッド37の直下の液体Ga27液面上に浮かせて設けた特殊金属38(被計測体)からなる真空中で使用できる液面センサーを備え、液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて、図示しない作動機構により冷却用容器26が上下動される。冷却用容器26内に収容されたリール24Bの構成は、上述の第5の実施の形態に係る急熱急冷装置と同様の構成である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 8 is a partially enlarged schematic view of the rapid heating and quenching apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The rapid heating and quenching apparatus according to the sixth embodiment includes a sensor head 37 provided above the liquid Ga27 liquid level and the liquid Ga27 liquid level directly below the sensor head 37 for measuring the liquid Ga27 liquid level height. A liquid level sensor that can be used in a vacuum made of a special metal 38 (object to be measured) that is floated on the surface is provided, and a control mechanism (not shown) is used to keep the liquid level constant according to changes in the liquid level. Controlled, the cooling
上記作動機構は、冷却用容器26が上下動される際における液体Ga27の液面の揺れを最小限とするための機構を備えていることが望ましい。また、上記作動機構は、急熱急冷装置の筐体(真空容器)の外部から手動によって作動可能な構成であってもよい。
The operation mechanism preferably includes a mechanism for minimizing the fluctuation of the
液面センサーは、上記の真空中で使用できる液面センサーに換えて、図3のように、大気圧下で使用できるセンサーを筐体外に配置する構成としてもよい。 The liquid level sensor may be configured such that a sensor that can be used under atmospheric pressure is arranged outside the casing as shown in FIG. 3 instead of the liquid level sensor that can be used in the vacuum.
また、冷却用容器26内に収容されたリールは、図7(a)のように従来の回転するリール24Aとしてもよいが、通電距離に変化が生じることがあるため、図8に示した通り、複数の小リール24bを設けた回転しないリール24Bを用いることが望ましい。同様に、第1〜4の実施の形態においても、複数の小リール24bを設けた回転しないリール24Bを用いることが望ましい。
Further, the reel accommodated in the cooling
〔変形例〕
上記実施の形態では、液面上方に設けた液面センサーを用いて液面までの距離を計測するような構造となっているが、液体Ga上に被計測体を浮かせ、側面からこの高さの変動をモニターすることによって液面高さを知る方法も適用できる。
[Modification]
In the above embodiment, the distance to the liquid level is measured using the liquid level sensor provided above the liquid level, but the object to be measured is floated on the liquid Ga, and the height from the side is measured. It is also possible to apply a method of knowing the liquid level by monitoring the fluctuation of the liquid level.
また、冷却用容器26を通過したマルチ線材12を、テフロン(登録商標)(物質名: ポリテトラフルオロエチレン)やシリコーン樹脂(物質名: ポリジメチルシロキサン)のシートで挟み込んだり、同じくテフロン(登録商標)やシリコーン樹脂のシートに穴をあけた治具を通過させることによって、マルチ線材表面に付着した液体Gaを拭ってやり、これを冷却用容器26内に戻してやることによって、簡易的に液面高さの減少を抑制する方法も採用できるが、この方法では完全に液体Gaを拭うことはできず、液面高さの変化をなくすことはできないため、第1〜6の実施の形態において併用することが望ましい。
Further, the
〔実施の形態の効果〕
(1)冷却用容器内の液体Gaの液面高さを一定に保つことにより、通電キャプスタンと液体Ga液面との間の通電距離(ジュール発熱区間長さ)を一定とし、均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能となる。
[Effect of the embodiment]
(1) By maintaining the liquid level height of the liquid Ga in the cooling container constant, the energization distance (joule heating section length) between the energizing capstan and the liquid Ga liquid level is made constant, and uniform conditions This makes it possible to rapidly heat and cool long wires.
(2)冷却用容器内に収容されたリールを固定して、該リールの円周に沿って回転する複数の小リールを設けたことにより、液体Gaの液面の揺れ(振動)を減少できるため、通電キャプスタンと液体Ga液面との間の通電距離(ジュール発熱区間長さ)を一定とし、均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能となる。 (2) By fixing the reel accommodated in the cooling container and providing a plurality of small reels that rotate along the circumference of the reel, the fluctuation (vibration) of the liquid Ga liquid surface can be reduced. Therefore, the energizing distance (joule heat generation section length) between the energizing capstan and the liquid Ga liquid surface is constant, and the rapid heating and quenching treatment of the long wire can be performed under uniform conditions.
(3)線材長手方向に安定した(均質な)臨界電流密度特性を有するNb3Al化合物系超電導線材を製造することが可能である。 (3) It is possible to produce an Nb 3 Al compound-based superconducting wire having a stable (homogeneous) critical current density characteristic in the longitudinal direction of the wire.
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はそれらによって限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
初めに、実施例1〜6および比較例1〜3に使用するマルチ線材12を以下のように作製した。まず、外径5mmのNbの中心材4と、厚さが80μmの純Nbシート2と、厚さが25μmの純Alシート3を用いて、図1に示すようなシングル線材8を製造し、次いで、85本のシングル線材8をNb管9に挿入後、これを更にCu−Ni管10に入れて静水圧押出しし、伸線加工を施してマルチ線材12を作製した。作製したマルチ線材12の線径はφ1.35mm、長さは300m(実施例6では長さ400m)である。
Initially, the multi-wire 12 used for Examples 1-6 and Comparative Examples 1-3 was produced as follows. First, a
(実施例1)
図3に示す急熱急冷装置30(第1の実施の形態)を用いて、作製したマルチ線材12に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。
Example 1
Using the rapid heating and quenching apparatus 30 (first embodiment) shown in FIG. 3, the produced multi-wire 12 was subjected to rapid heating and quenching treatment to generate a supersaturated solid solution.
(実施例2)
図4に示す急熱急冷装置40(第2の実施の形態)を用いて、作製したマルチ線材12に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。ここで、嵩上げ用治具36には表面にアルミナコーティングを施したステンレスの棒を用いた。
(Example 2)
Using the rapid heating and quenching apparatus 40 (second embodiment) shown in FIG. 4, the produced multi-wire 12 was subjected to rapid heating and quenching treatment to generate a supersaturated solid solution. Here, as the raising jig 36, a stainless steel rod having an alumina coating on its surface was used.
(実施例3)
図5に示す急熱急冷装置50(第3の実施の形態)を用いて、作製したマルチ線材12に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。
(Example 3)
Using the rapid heating and quenching device 50 (third embodiment) shown in FIG. 5, the produced multi-wire 12 was subjected to rapid heating and quenching treatment to generate a supersaturated solid solution.
(実施例4)
図6に示す急熱急冷装置60(第4の実施の形態)を用いて、作製したマルチ線材12に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。ここで、嵩上げ用治具36には表面にアルミナコーティングを施したステンレスの棒を用いた。
Example 4
Using the rapid heating and quenching apparatus 60 (fourth embodiment) shown in FIG. 6, the produced multi-wire 12 was subjected to rapid heating and quenching treatment to generate a supersaturated solid solution. Here, as the raising jig 36, a stainless steel rod having an alumina coating on its surface was used.
(比較例1)
図13に示す急熱急冷装置20を用いて、作製したマルチ線材12に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。
(Comparative Example 1)
Using the rapid heating and quenching apparatus 20 shown in FIG. 13, the produced multi-wire 12 was subjected to rapid heating and quenching treatment to generate a supersaturated solid solution.
表1は、実施例1〜4および比較例1における急熱急冷処理条件(使用装置の要点、処理時の通電電流値)、処理開始時と終了時の発生電圧の測定結果、および作製した線材の前後端(処理開始時と終了時)の磁界21T、温度4.2K中における臨界電流値を示したものである。ここで、処理は電流一定で通電し、通電キャプスタン22−液体Ga27の液面間の電圧を発生電圧とした。また、臨界電流特性を測定するサンプルには、Nb3Al化合物相を析出させるための800℃×10時間の再加熱処理を施してある。なお、各例における線材構成が同一であることから、臨界電流特性の比較は、臨界電流密度特性の比較と見なすことができる。
Table 1 shows the rapid heating and quenching treatment conditions in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 (the main points of the device used, the energization current value during the treatment), the measurement results of the generated voltage at the start and end of the treatment, and the produced wire The critical current values in the magnetic field 21T and the temperature of 4.2K at the front and rear ends (at the start and end of processing) of FIG. Here, the process was conducted with a constant current, and the voltage between the energized
表1によれば、液面高さを一定に保つ機構を使用して急熱急冷処理を行った実施例1〜4では、いずれも処理前後の液面高さの変化が−0.01〜−0.02mm程度と非常に小さく、液面高さがほぼ一定に保たれていることがわかる。また、液面高さが一定であることから通電距離(ジュール発熱区間長さ)が変化しておらず、これに伴って発生電圧も処理開始から終了時で0〜0.1Vと小さな変動に抑えられ、処理条件が一定に保たれた急熱急冷処理が行われていることがわかる。さらに、臨界電流値の変化も、線材の前後端で2%以下という、線材長手方向に非常に均質な特性を有する超電導線が作製されている。 According to Table 1, in Examples 1 to 4 in which the rapid heating and quenching treatment was performed using a mechanism that keeps the liquid level constant, the change in the liquid level before and after the treatment was -0.01 to It can be seen that the liquid level is kept almost constant, being as small as −0.02 mm. In addition, since the liquid level is constant, the energization distance (joule heat generation section length) does not change, and accordingly, the generated voltage also varies as small as 0 to 0.1 V from the start to the end of the process. It can be seen that the rapid heating and quenching process is performed while the processing conditions are kept constant. Furthermore, a superconducting wire having a very uniform characteristic in the longitudinal direction of the wire, in which the change in critical current value is 2% or less at the front and rear ends of the wire, has been produced.
一方、液面高さを一定に保つ機構を使用せずに急熱急冷処理を行った比較例1では、処理前後で液面高さが1.42mm減少し、通電距離(ジュール発熱区間長さ)が長くなったことに伴って発生電圧も0.9V上昇し、安定した(均一な)処理条件での急熱急冷処理が行われていないことがわかる。また、線材長手方向に処理条件が変化しているため、線材前後端の超電導特性も変化し、条件の変化した後端では前端の約90%の臨界電流しか流れない。結果として、線材長手方向に不均質な超電導線が作製されていることがわかる。 On the other hand, in Comparative Example 1 in which the rapid heating and quenching process was performed without using a mechanism for keeping the liquid level constant, the liquid level decreased by 1.42 mm before and after the process, and the energization distance (the Joule heating section length) ) Increases with an increase of 0.9 V, indicating that the rapid heating and quenching process under stable (uniform) processing conditions has not been performed. In addition, since the processing conditions change in the longitudinal direction of the wire, the superconducting characteristics at the front and rear ends of the wire also change, and only about 90% of the critical current at the front end flows at the rear end where the conditions change. As a result, it can be seen that a superconducting wire inhomogeneous in the longitudinal direction of the wire is produced.
これらの結果から、線材長手方向に均一な処理条件で急熱急冷処理を行い、均質な臨界電流密度特性を有する超電導線を作製するためには、冷却用金属材(Ga)の液面高さを一定に保つ対策が有効であることがわかる。 From these results, in order to produce a superconducting wire having uniform critical current density characteristics by performing rapid heating and quenching treatment under uniform processing conditions in the longitudinal direction of the wire, the liquid level of the cooling metal material (Ga) It can be seen that measures to maintain a constant value are effective.
(実施例5)
図3に示す急熱急冷装置30において、リール24に換えて、図7(b)に示す小リール24bを設けたリール24Bを用いた装置(第5の実施の形態)にて、作製したマルチ線材12に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。処理時の通電電流値は、223Aにて行った。
(Example 5)
In the rapid heating / cooling apparatus 30 shown in FIG. 3, a multi-piece manufactured by an apparatus (fifth embodiment) using a reel 24B provided with a small reel 24b shown in FIG. The
(比較例2)
一方、図13に示す急熱急冷装置20(図7(a)のリール24Aを備える)を用いて、作製したマルチ線材12に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。処理時の通電電流値は、228Aにて行った。
(Comparative Example 2)
On the other hand, using the rapid heating and quenching apparatus 20 shown in FIG. 13 (including the reel 24A of FIG. 7A), the produced multi-wire 12 was subjected to rapid heating and quenching treatment to generate a supersaturated solid solution. The energizing current value at the time of processing was 228A.
比較例2及び実施例5についてそれぞれ急熱急冷処理時の通電における発生電圧の測定を行った。比較例2及び実施例5の線材における発生電圧の測定結果の一部(線材長さ10m分)をそれぞれ図9,図10に示す。 About the comparative example 2 and Example 5, the measurement of the generated voltage in the energization at the time of a rapid heating quenching process was performed. FIGS. 9 and 10 show part of the measurement results of the generated voltage in the wires of Comparative Example 2 and Example 5 (wire length 10 m), respectively.
図9,図10より明らかなように、比較例2では、液体Gaの液面が揺れる(振動する)ことにより通電距離が変動するため、発生電圧が変動してしまった。一方で、実施例5では、液体Gaの液面の揺れが抑えられるため、発生電圧の変動を極めて小さくすることができた。 As is clear from FIGS. 9 and 10, in Comparative Example 2, the energized distance fluctuates when the liquid surface of the liquid Ga shakes (vibrates), and thus the generated voltage fluctuates. On the other hand, in Example 5, since the fluctuation of the liquid Ga liquid level was suppressed, the fluctuation of the generated voltage could be extremely reduced.
(実施例6)
図3に示す急熱急冷装置30において、図8に示すような冷却用容器26が上下動する装置(第6の実施の形態)にて、作製したマルチ線材12(400m)に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。処理時の通電電流値は、217Aにて行った。
(Example 6)
In the rapid heating / quenching apparatus 30 shown in FIG. 3, the produced multi-wire 12 (400 m) is rapidly heated and cooled by the apparatus (sixth embodiment) in which the cooling
(比較例3)
一方、図13に示す急熱急冷装置20を用いて、作製したマルチ線材12に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。処理時の通電電流値は、
217Aにて行った。
(Comparative Example 3)
On the other hand, using the rapid heating and quenching apparatus 20 shown in FIG. 13, the produced multi-wire 12 was subjected to rapid heating and quenching treatment to generate a supersaturated solid solution. The current value during processing is
At 217A.
実施例6及び比較例3についてそれぞれ発生電圧の測定を行い、急熱急冷処理した線材の長さ約153m(比較例3),約400m(実施例6)における発生電圧の測定結果をそれぞれ図11,図12に示す。 The generated voltage was measured for each of Example 6 and Comparative Example 3, and the measurement results of the generated voltage at a length of about 153 m (Comparative Example 3) and about 400 m (Example 6) of the wire material subjected to the rapid heating and quenching treatment are shown in FIG. , Shown in FIG.
図11,図12より明らかなように、比較例3では、液体Gaが減少することにより通電距離が変動するため、発生電圧が変動してしまった(上昇傾向であった、約150mで約0.2V増大)。一方で、実施例6では、液体Gaの液面高さがほぼ一定に保たれるため、発生電圧をほぼ一定とすることができた(約400mでの変動が0.1V程度以内)。 As is apparent from FIGS. 11 and 12, in Comparative Example 3, the energized distance fluctuates due to a decrease in the liquid Ga, and thus the generated voltage fluctuated (which was on the rise, about 0 at about 150 m). .2V increase). On the other hand, in Example 6, since the liquid surface height of the liquid Ga was kept almost constant, the generated voltage could be made almost constant (the fluctuation at about 400 m is within about 0.1 V).
1:積層体
2:Nbシート
3:Alシート
4:中心材
5:Nb被覆
6:Cu被覆
7:複合素線
8:シングル線材
9:Nb管
9’:外部マトリックス
10:Cu-Ni合金管
11:複合線材
12:マルチ線材
20,30,40,50,60:急熱急冷装置
21:送出しリール
22:通電キャプスタン
23:直流電源
24,24A,24B:リール
24b:小リール
25:巻取りリール
26:冷却用容器
27,33:液体Ga
34:液面センサー
31:筐体
31A:第1の筐体
31B:第2の筐体
32:調整用容器
35:Ga注入ポート
36:嵩上げ用治具
37:センサーヘッド
38:特殊金属
1: Laminated body 2: Nb sheet 3: Al sheet 4: Center material 5: Nb coating 6: Cu coating 7: Composite wire 8: Single wire 9: Nb tube 9 ': External matrix 10: Cu-Ni alloy tube 11 : Composite wire 12: Multi-wire 20, 20, 40, 50, 60: Rapid heating / cooling device 21: Feeding reel 22: Current supply capstan 23: DC power supply 24, 24A, 24B: Reel 24b: Small reel 25: Winding Reel 26: Cooling
34: Liquid level sensor 31: Housing 31A: First housing 31B: Second housing 32: Adjustment container 35: Ga injection port 36: Raising jig 37: Sensor head 38: Special metal
Claims (17)
製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするための処理として、前記冷却用液体金属材の液面高さを一定とするための処理がなされることを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造方法。 A wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy is rapidly heat-treated by Joule heat generation of the wire, and then rapidly cooled through the wire through the wire to form a Nb-Al supersaturated solid solution. A method for producing a Nb 3 Al compound-based superconducting wire using a rapid heating / quenching / transformation method, in which an Nb 3 Al compound phase is precipitated by reheating,
An Nb 3 Al compound-based superconducting wire characterized in that a treatment for making the liquid surface height of the cooling liquid metal material constant is performed as a treatment for making the Joule heating section length constant during manufacture Manufacturing method.
前記冷却処理が行われる際に、前記線材は、前記冷却用液体金属材中に全体が埋まった複数のリールにより送られることを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造方法。 A wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy is rapidly heat-treated by Joule heat generation of the wire, and then rapidly cooled through the wire through the wire to form a Nb-Al supersaturated solid solution. A method for producing a Nb 3 Al compound-based superconducting wire using a rapid heating / quenching / transformation method, in which an Nb 3 Al compound phase is precipitated by reheating,
When the cooling treatment is performed, the wire is sent by a plurality of reels that are entirely embedded in the cooling liquid metal material. A method for producing an Nb 3 Al compound-based superconducting wire.
製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするために前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用液体金属材を注入する注入ポートをさらに備えたことを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造装置。 Sending reel for feeding wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy, heating means for rapidly heating the wire, cooling container for storing a cooling liquid metal material for rapidly cooling the wire, inside the cooling container A Nb 3 Al compound-based superconducting wire manufacturing apparatus provided with a reel for feeding the wire provided on a winding and a take-up reel for winding the wire,
Nb 3 further comprising an injection port for injecting the cooling liquid metal material in accordance with the liquid level of the cooling liquid metal material in order to make the length of the Joule heating section during manufacture constant. Al compound superconducting wire manufacturing equipment.
前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用液体金属材に沈められる該金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質をさらに備えたことを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造装置。 Sending reel for feeding wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy, heating means for rapidly heating the wire, cooling container for storing a cooling liquid metal material for rapidly cooling the wire, inside the cooling container A Nb 3 Al compound-based superconducting wire manufacturing apparatus provided with a reel for feeding the wire provided on a winding and a take-up reel for winding the wire,
Nb further comprising a substance having a surface that does not substantially cause a chemical reaction with the metal material submerged in the cooling liquid metal material according to a liquid level of the cooling liquid metal material. 3 Al compound-based superconducting wire manufacturing equipment.
製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするために前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用容器を上下動させる制御機構をさらに備えたことを特徴とするNb3Al化合物系超電導線の製造装置。 Sending reel for feeding wire containing Nb or Nb alloy and Al or Al alloy, heating means for rapidly heating the wire, cooling container for storing a cooling liquid metal material for rapidly cooling the wire, inside the cooling container A Nb 3 Al compound-based superconducting wire manufacturing apparatus provided with a reel for feeding the wire provided on a winding and a take-up reel for winding the wire,
Nb 3 Al, further comprising a control mechanism for moving the cooling container up and down according to the liquid level of the cooling liquid metal material in order to make the Joule heat generation section length during manufacture constant. Compound superconducting wire manufacturing equipment.
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