JP2010097902A - PRECURSOR FOR MANUFACTURING Nb3Sn SUPERCONDUCTIVE WIRE, AND Nb3Sn SUPERCONDUCTIVE WIRE - Google Patents

PRECURSOR FOR MANUFACTURING Nb3Sn SUPERCONDUCTIVE WIRE, AND Nb3Sn SUPERCONDUCTIVE WIRE Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal diffusion method-based Nb<SB>3</SB>Sn superconductive wire capable of reducing AC loss to the utmost while maintaining high critical current density Jc by lessening a diameter of a Nb<SB>3</SB>Sn superconductive filament as much as possible and applying to a NMR magnet, and to provide a precursor used for the same. <P>SOLUTION: In the precursor obtained by making into a wire a compound tube having a cylindrical diffusion barrier layer with a stabilized copper layer on its outer periphery and inserted by a group of multiple wires in the cylindrical diffusion barrier layer, the group of multiple wires are formed of a plurality of Cu/Nb element wires where an Nb or Nb-based alloy core is buried in Cu or a Cu-based alloy matrix, and a plurality of Cu/Sn element wires where Sn or Sn-based alloy core is buried in Cu or a Cu-based alloy matrix. The plurality of Cu/Nb element wires are arranged so as to divide into a plurality of zones by the plurality of Cu/Sn element wires connected and arranged with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、Nb3Sn超電導線材を内部拡散法によって製造するための前駆体(超電導線材製造用前駆体)およびこうした前駆体によって製造されるNb3Sn超電導線材に関するものであり、殊に超電導マグネットの素材として有用なNb3Sn超電導線材およびその前駆体に関するものである。 The present invention relates to a precursor (precursor for producing a superconducting wire) for producing an Nb 3 Sn superconducting wire by an internal diffusion method, and an Nb 3 Sn superconducting wire produced by such a precursor, in particular, a superconducting magnet. The present invention relates to a Nb 3 Sn superconducting wire useful as a material for the above and a precursor thereof.

超電導線材が実用化されている分野のうち、高分解能核磁気共鳴(NMR)分析装置や核融合装置、加速器等に用いられる超電導マグネットがある。特に、NMR分析装置に用いられる超電導マグネット(以下、「NMRマグネット」で代表することがある)に関しては、NMR信号の分解能向上とデータ習得の短時間化の要求から、高磁場化・コンパクト化が求められている。   Among the fields where superconducting wires are put into practical use, there are superconducting magnets used in high-resolution nuclear magnetic resonance (NMR) analyzers, fusion devices, accelerators, and the like. In particular, for superconducting magnets used in NMR analyzers (hereinafter sometimes referred to as “NMR magnets”), high magnetic field and compact size are required due to the demand for improved resolution of NMR signals and shortened data acquisition. It has been demanded.

NMRマグネットの高磁場化・コンパクト化に対しては、そのマグネットに使用される超電導線材の高性能化が必須となるのであるが、従来からNMRマグネットの最内層側コイル用線材として用いられてきたブロンズ法Nb3Sn超電導線材の特性を凌駕するような新たな超電導線材の開発が求められている。 To increase the magnetic field and size of an NMR magnet, it is essential to improve the performance of the superconducting wire used in the magnet, but it has been used as the wire for the innermost coil of the NMR magnet. Development of a new superconducting wire that surpasses the characteristics of the bronze Nb 3 Sn superconducting wire is required.

上記のブロンズ法では、Cu−Sn基合金(ブロンズ)マトリクス中に複数のNbまたはNb基合金からなる芯材を埋設して複合線材とし、この複合線材を、押出し若しくは伸線等の縮径加工を施すことによって、上記芯材を細径化してNb基フィラメントとし、このNb基フィラメントとブロンズからなる複合線材を複数束ねて線材群となし、その外周に安定化の為の銅(安定化銅)を配置した後、更に縮径加工する。引き続き、縮径加工後の上記線材群を600℃以上、800℃以下程度で熱処理(拡散熱処理)することにより、Nb基フィラメントとブロンズマトリクスの界面にNb3Sn化合物相(Nb3Sn超電導相)を生成する方法である。 In the above bronze method, a core wire made of a plurality of Nb or Nb base alloys is embedded in a Cu—Sn base alloy (bronze) matrix to form a composite wire, and the composite wire is reduced in diameter by extrusion or wire drawing. The core material is reduced in diameter to form an Nb-based filament, and a plurality of composite wires made of the Nb-based filament and bronze are bundled to form a wire group, and copper for stabilization (stabilized copper) is formed on the outer periphery thereof. ), The diameter is further reduced. Subsequently, the wire group after the diameter reduction is heat-treated (diffusion heat treatment) at about 600 ° C. or more and 800 ° C. or less, so that an Nb 3 Sn compound phase (Nb 3 Sn superconducting phase) is formed at the interface between the Nb-based filament and the bronze matrix. Is a method of generating

しかしながら、この方法では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%以下)、生成されるNbSn化合物相の厚さが薄く、また結晶性が劣化してしまい、高い臨界電流密度Jcが得られないという欠点がある。NMRマグネットは、線材の臨界電流密度Jcが高いほど、NMRマグネットをコンパクトにできることになる。 However, in this method, there is a limit to the Sn concentration that can be dissolved in bronze (15.8% by mass or less), the thickness of the produced Nb 3 Sn compound phase is thin, and the crystallinity is deteriorated. There is a drawback that a high critical current density Jc cannot be obtained. The NMR magnet can be made more compact as the critical current density Jc of the wire is higher.

Nb3Sn超電導線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、粉末のSnやSn基合金を使用した粉末法や、内部拡散法も知られている。これらの方法では、ブロンズ法のような固溶限によるSn濃度に限界がないのでSn濃度をできるだけ高く設定でき、良質なNb3Sn化合物相が生成可能であるため、高い臨界電流密度Jcが得られることが期待されている。また上記ブロンズ法による超電導線材では、Cu−Sn合金が冷間加工中に加工硬化を起こすため多数回の焼鈍(歪取り焼鈍)が必要となるが、特に内部拡散法ではCu,Nb,Sn等の加工性に優れる材料によって前駆体(超電導線材製造用前駆体)が構成されるので、加工途中に焼鈍をする必要がなく、前駆体の製作時間の短縮化が実現できるという利点もある。 As a method for producing the Nb 3 Sn superconducting wire, in addition to the bronze method, a powder method using powdered Sn or Sn-based alloy and an internal diffusion method are also known. In these methods, since there is no limit on the Sn concentration due to the solid solubility limit as in the bronze method, the Sn concentration can be set as high as possible, and a high-quality Nb 3 Sn compound phase can be generated, so that a high critical current density Jc is obtained. Is expected to be. In the superconducting wire by the above bronze method, the Cu—Sn alloy undergoes work hardening during cold working, and thus requires multiple annealing (strain relief annealing). In particular, in the internal diffusion method, Cu, Nb, Sn, etc. Since the precursor (precursor for producing a superconducting wire) is composed of a material having excellent workability, there is an advantage that it is not necessary to perform annealing during processing, and the production time of the precursor can be shortened.

内部拡散法(「内部Sn法」とも呼ばれる)では、図1(内部拡散法Nb3Sn超電導線材製造用前駆体の基本構成の模式図)に示すように、Cu若しくはCu基合金(以下、「Cuマトリクス」と呼ぶことがある)4の中央部に、Sn若しくはSn基合金からなる芯材(以下、「Sn芯材」と呼ぶことがある)3を埋設すると共に、Sn芯材3の周囲のCuマトリクス4中に、複数のNbまたはNb基合金からなる芯材(以下、「Nb芯材」と呼ぶことがある)2を相互に接触しないように配置して前駆体(超電導線材製造用前駆体)1とし、これを伸線加工した後、熱処理(拡散熱処理)によってSn芯材3中のSnを拡散させ、Nb芯材2と反応させることによって線材中にNb3Sn化合物相を生成させる方法である。 In the internal diffusion method (also referred to as “internal Sn method”), as shown in FIG. 1 (schematic diagram of the basic configuration of the precursor for producing the internal diffusion method Nb 3 Sn superconducting wire), Cu or a Cu-based alloy (hereinafter, “ A core material made of Sn or an Sn-based alloy (hereinafter sometimes referred to as “Sn core material”) 3 is embedded in the central portion of 4 (sometimes referred to as a “Cu matrix”), and around the Sn core material 3. In the Cu matrix 4, a core material (hereinafter sometimes referred to as “Nb core material”) 2 made of a plurality of Nb or Nb-based alloys is arranged so as not to contact each other, and a precursor (for superconducting wire manufacturing) Precursor 1 is drawn and processed, and then Sn in the Sn core material 3 is diffused by heat treatment (diffusion heat treatment) and reacted with the Nb core material 2 to generate an Nb 3 Sn compound phase in the wire. It is a method to make it.

また上記のような前駆体においては、図2に示すように、前記Nb芯材2とSn芯材3が配置された部分と、その外部の安定化銅層4aの間に拡散バリア層6を配置した構成(前駆体5)を採用することがある。この拡散バリア層6は、全体形状が筒状(筒状拡散バリア層)であり、例えばNb層またはTa層(各合金層も含む)、或いはNb層とTa層の2層からなり、拡散熱処理の際にSn芯材3中のSnが外部に拡散してしまうことを防止し、超電導線材内でのNb芯付近のSnの濃度を高める作用を発揮するものである。   Further, in the precursor as described above, as shown in FIG. 2, a diffusion barrier layer 6 is provided between the portion where the Nb core material 2 and the Sn core material 3 are disposed and the stabilizing copper layer 4a outside thereof. The arranged configuration (precursor 5) may be employed. The diffusion barrier layer 6 has a cylindrical shape (cylindrical diffusion barrier layer), and is composed of, for example, an Nb layer or a Ta layer (including each alloy layer), or two layers of an Nb layer and a Ta layer. In this case, Sn in the Sn core material 3 is prevented from diffusing to the outside, and the effect of increasing the Sn concentration near the Nb core in the superconducting wire is exhibited.

前記図1、2に示した前駆体の構成では、線材中央部にSn芯材3を配置する関係から、こうした前駆体(超電導線材製造用前駆体)を作製するに当たっては、Nb芯材2を配置させるための外筒と、Sn芯材3を配置させるための内筒からなる複合パイプを準備する必要がある。   In the configuration of the precursor shown in FIGS. 1 and 2, the Nb core material 2 is used for producing such a precursor (precursor for producing a superconducting wire) because the Sn core material 3 is arranged in the central portion of the wire. It is necessary to prepare a composite pipe composed of an outer cylinder for arranging and an inner cylinder for arranging the Sn core material 3.

内部拡散法によってNb3Sn超電導線材を製造する上で、良好な超電導特性(特に、高い臨界電流密度Jc)を発揮する前駆体の構成について様々提案されている。こうした技術としては、例えば図3に示すように、Nb若しくはNb基合金芯(図1、2に示したNb芯材2)がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設された複数のCu/Nbエレメント線材7と、Sn若しくはSn基合金芯(図1、2に示したSn芯材3)がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設された複数のCu/Snエレメント線材8によって複合線材群とし、この複合線材群において、Cu/Snエレメント線材8の周囲を、Cu/Nbエレメント線材7が取り囲むように分散して配置したものである(前駆体10)。 In producing an Nb 3 Sn superconducting wire by an internal diffusion method, various proposals have been made for the structure of a precursor that exhibits good superconducting properties (particularly high critical current density Jc). As such a technique, for example, as shown in FIG. 3, a plurality of Cu / Nb element wires in which a Nb or Nb base alloy core (Nb core material 2 shown in FIGS. 1 and 2) is embedded in a Cu or Cu base alloy matrix. 7 and a Sn or Sn-based alloy core (Sn core material 3 shown in FIGS. 1 and 2) is formed into a composite wire group by a plurality of Cu / Sn element wires 8 embedded in a Cu or Cu-based alloy matrix. In the group, the periphery of the Cu / Sn element wire 8 is dispersed and arranged so as to surround the Cu / Nb element wire 7 (precursor 10).

こうした構成では、Cu/Nbエレメント線材7とCu/Snエレメント線材8は、お互いが接するように配置されることになる。尚、図3に示した構成においても、筒状拡散バリア層6や安定化銅層4a等も配置されることになる。以下では、図3に示した前駆体の構成を「分散型内部拡散法超電導線材前駆体」と呼ぶことがある。こうした分散型内部拡散法超電導線材前駆体では、前記図1、2に示した前駆体と比べて、超電導特性を更に高めることができるのは勿論のこと、上記したような外筒と内筒とからなるCu製複合パイプを必要としないので、製造工程の上でも簡易なものとなる。   In such a configuration, the Cu / Nb element wire 7 and the Cu / Sn element wire 8 are arranged so as to contact each other. In the configuration shown in FIG. 3, the cylindrical diffusion barrier layer 6 and the stabilized copper layer 4a are also disposed. Hereinafter, the configuration of the precursor shown in FIG. 3 may be referred to as a “dispersion type internal diffusion method superconducting wire precursor”. In such a dispersion type internal diffusion method superconducting wire precursor, the superconducting characteristics can be further enhanced as compared with the precursor shown in FIGS. Since a Cu composite pipe made of is not required, the manufacturing process is simplified.

図4は、上記分散型内部拡散法超電導線材前駆体の構成要素となるCu/Nbエレメント線材7の詳細な構成を模式的に示す断面図である。このCu/Nbエレメント線材7では、Nb若しくはNb基合金芯(Nb芯材2)を、Cu若しくはCu基合金からなるパイプに挿入し、押出しや伸線加工等の縮径加工を施して断面形状が六角形に形成された複合体(Nb単芯線)とし、これを複数(この図では37本)束ねてCu若しくはCu基合金からなるパイプ9内に挿入し[図4(a)]、更に押出しや伸線加工等の縮径加工を施して断面形状が六角形に形成されることになる[図4(b)]。尚、Cu若しくはCu基合金からなるパイプ9は、縮径加工後にCuマトリクス4を形成するものである(図5に示すCu/Snエレメント線材8においても同じ)。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a detailed configuration of the Cu / Nb element wire 7 which is a constituent element of the dispersion type internal diffusion method superconducting wire precursor. In this Cu / Nb element wire 7, the Nb or Nb base alloy core (Nb core 2) is inserted into a pipe made of Cu or Cu base alloy, and subjected to diameter reduction processing such as extrusion or wire drawing, and the cross-sectional shape Is a hexagonal composite (Nb single core wire), and a plurality (37 in this figure) are bundled and inserted into a pipe 9 made of Cu or a Cu-based alloy [FIG. 4 (a)]. The cross-sectional shape is formed in a hexagonal shape by performing diameter reduction processing such as extrusion and wire drawing [FIG. 4B]. The pipe 9 made of Cu or a Cu-based alloy forms the Cu matrix 4 after the diameter reduction processing (the same applies to the Cu / Sn element wire 8 shown in FIG. 5).

図5は、上記分散型内部拡散法超電導線材前駆体の構成要素となるCu/Snエレメント線材8の詳細な構成を模式的に示す断面図である。このCu/Snエレメント線材7では、Sn若しくはSn基合金芯(Sn芯材3)を、Cu若しくはCu基合金からなるパイプ9に挿入し[図5(a)]、押出しや伸線加工等の縮径加工を施して断面形状が六角形に形成されることになる[図5(b)]。   FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a detailed configuration of the Cu / Sn element wire 8 serving as a component of the distributed internal diffusion method superconducting wire precursor. In this Cu / Sn element wire 7, an Sn or Sn-based alloy core (Sn core material 3) is inserted into a pipe 9 made of Cu or a Cu-based alloy [FIG. 5 (a)], and extrusion, wire drawing, etc. By reducing the diameter, the cross-sectional shape is formed in a hexagonal shape (FIG. 5B).

従来の分散型内部拡散法超電導線材前駆体(前記図3)では、図4、5に示したCu/Nbエレメント線材7とCu/Snエレメント線材8とを互いに接するように配置して構成される。そしてCu/Nbエレメント線材7とCu/Snエレメント線材8はその断面形状が六角形の状態[図4(b)、図5(b)]で組み合わされるのが一般的であるが、図4(a)、図5(a)に示した段階から適度な縮径加工を施して断面形状が円形の段階のままで組み合わされることもある。   The conventional dispersion type internal diffusion superconducting wire precursor (FIG. 3) is configured by arranging the Cu / Nb element wire 7 and the Cu / Sn element wire 8 shown in FIGS. 4 and 5 so as to contact each other. . The Cu / Nb element wire 7 and the Cu / Sn element wire 8 are generally combined in a hexagonal cross section (FIGS. 4B and 5B). a), an appropriate diameter reduction process may be applied from the stage shown in FIG. 5A, and the cross-sectional shape may be combined in a circular stage.

こうした前駆体に対して熱処理(拡散熱処理)を施し、Cu/Nbエレメント線材中のNb若しくはNb基合金芯と、Cu/Snエレメント線材中のSn若しくはSn基合金芯とを拡散反応させることによってNb3Sn超電導相を生成させて超電導線材とするものである。こうした分散型内部拡散法超電導線材前駆体で作製される超電導線材では、前駆体の段階でCu/Nbエレメント線材同士が全体で網目状に接触したものとなっていることを反映して、Nb3Sn超電導相も網目状に形成されることになる。 Heat treatment (diffusion heat treatment) is applied to such a precursor, and Nb or Nb base alloy core in the Cu / Nb element wire and diffusion reaction of Sn or Sn base alloy core in the Cu / Sn element wire A superconducting wire is formed by generating a 3 Sn superconducting phase. In the superconducting wire manufactured with such a dispersion type internal diffusion method superconducting wire precursor, the Cu / Nb element wires are in contact with each other in the form of a mesh at the precursor stage, and Nb 3 The Sn superconducting phase is also formed in a network.

しかしながら、Nb3Sn超電導相生成熱処理時に、Nb+3Sn→Nb3Snの反応によるNb芯部の体積膨張が生じること、およびSn量が非常に多いCu−Sn部が生成し、この部分の融点は非常に低いものとなるため、Nb3Sn超電導相が生成するNb芯部が、Cu−Sn液相内に存在する様な現象が生じることになる。このような状態にあっても、Nb3Snの生成は進行するが、液相に浮いた(液相内に点在する)状態でのNb芯の動きを抑えることができず、周囲のNb芯と相互に触れ合い、熱処理完了後には大部分のNb3Snが互いに接合してしまい、見かけ上、直径が非常に大きなNb3Snフィラメントとなってしまう。 However, during the Nb 3 Sn superconducting phase generation heat treatment, the volume expansion of the Nb core due to the reaction of Nb + 3Sn → Nb 3 Sn occurs, and a Cu-Sn part with a very large amount of Sn is generated, and the melting point of this part is very high Therefore, a phenomenon occurs in which the Nb core portion formed by the Nb 3 Sn superconducting phase is present in the Cu—Sn liquid phase. Even in such a state, the generation of Nb 3 Sn proceeds, but the movement of the Nb core in the state of floating in the liquid phase (spotted in the liquid phase) cannot be suppressed, and the surrounding Nb The cores touch each other, and after the heat treatment is completed, most of the Nb 3 Sn bonds to each other, resulting in an apparently very large Nb 3 Sn filament.

Nb3Snフィラメントサイズが大きな線材の場合には、電磁気的不安定(フラックスジャンプ)や、交流用での交流損失の増大等を招くことが予想される。このような超電導線材を使ったNMRマグネットはその実用化は非常に困難なものとなってしまう。 In the case of a wire having a large Nb 3 Sn filament size, it is expected to cause electromagnetic instability (flux jump), an increase in AC loss for AC use, and the like. An NMR magnet using such a superconducting wire is very difficult to put into practical use.

このような問題を解決するために、一般的なブロンズ法Nb3Sn超電導線材では、フィラメント径が10μm以下となるように強加工を施すことが行われており、また内部拡散法では、例えは特許文献1に示されるように、Nb芯を放射状に配置することが提案されている。 In order to solve such a problem, a general bronze method Nb 3 Sn superconducting wire is subjected to strong processing so that the filament diameter is 10 μm or less. In the internal diffusion method, for example, As shown in Patent Document 1, it has been proposed to arrange Nb cores radially.

しかしながら、これまで提案されている技術では、分散型内部拡散法超電導線材前駆体を構成することによって工程が簡易となるという有利な点を生かしつつ、見かけのフィラメント径を小さくできるものは実現されておらず、NMRマグネットへ適用する上で、高い臨界電流密度Jcを維持しつつ、交流損失を極力低減できるようなNb3Sn超電導線材が実現できていないのが実情である。
特開2006−32190号公報
However, the technology proposed so far has realized that the apparent filament diameter can be reduced while taking advantage of the fact that the process can be simplified by configuring the dispersion type internal diffusion method superconducting wire precursor. In fact, when applied to an NMR magnet, an Nb 3 Sn superconducting wire that can reduce AC loss as much as possible while maintaining a high critical current density Jc has not been realized.
JP 2006-32190 A

本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、Nb3Sn超電導フィラメントの径をできるだけ小さくすることによって、高い臨界電流密度Jcを維持しつつ、交流損失を極力低減し、NMRマグネットへの適用が可能な、内部拡散法Nb3Sn超電導線材およびそのための前駆体を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and its purpose is to reduce the AC loss as much as possible while maintaining a high critical current density Jc by reducing the diameter of the Nb 3 Sn superconducting filament as much as possible. An object of the present invention is to provide an internal diffusion Nb 3 Sn superconducting wire that can be applied to an NMR magnet and a precursor therefor.

上記目的を達成することのできた本発明の超電導線材製造用前駆体とは、
内部拡散法によってNb3Sn超電導線材を製造する際に用いる前駆体において、外周に安定化銅層を設けた筒状拡散バリア層を有し、該筒状拡散バリア層内に複合線材群が挿入された複合管を線材化して得られる前駆体であって、
前記複合線材群は、
Nb若しくはNb基合金芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設された複数のCu/Nbエレメント線材と、
Sn若しくはSn基合金芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設された複数のCu/Snエレメント線材とからなり、
前記複数のCu/Nbエレメント線材は、互いに連結配置された前記複数のCu/Snエレメント線材によって複数の領域に分断されるように配置されたものである点に要旨を有する。
The precursor for producing a superconducting wire of the present invention that has achieved the above-mentioned object is,
The precursor used when manufacturing Nb 3 Sn superconducting wire by the internal diffusion method has a cylindrical diffusion barrier layer provided with a stabilized copper layer on the outer periphery, and a composite wire group is inserted into the cylindrical diffusion barrier layer A precursor obtained by converting the composite pipe made into a wire,
The composite wire rod group is
A plurality of Cu / Nb element wires in which an Nb or Nb-based alloy core is embedded in a Cu or Cu-based alloy matrix;
The Sn or Sn base alloy core consists of a plurality of Cu / Sn element wires embedded in a Cu or Cu base alloy matrix,
The plurality of Cu / Nb element wires have a gist in that they are arranged so as to be divided into a plurality of regions by the plurality of Cu / Sn element wires connected to each other.

本発明の超電導線材製造用前駆体においては、(a)前記複数のCu/Nbエレメント線材および複数のCu/Snエレメント線材は、断面形状が六角形に形成されたものであること、(b)前記複数のCu/Nbエレメント線材は、周方向に全周連続配置しないように分断されたものであること、(c)分断されたCu/Nbエレメント線材の領域内には、前記Cu/Snエレメント線材が部分的に配置されたものであること、(d)前記複数のCu/Nbエレメント線材の本数Aと、前記複数のCu/Snエレメント線材の本数Bの比(A:B)が 1.5:1.0〜3.0:1.0であること、等の要件を満足することが好ましい。   In the precursor for producing a superconducting wire according to the present invention, (a) the plurality of Cu / Nb element wires and the plurality of Cu / Sn element wires have a cross-sectional shape formed in a hexagon, (b) The plurality of Cu / Nb element wires are divided so as not to be continuously arranged in the circumferential direction. (C) In the divided Cu / Nb element wires, the Cu / Sn elements are separated. (D) The ratio (A: B) of the number A of the plurality of Cu / Nb element wires to the number B of the plurality of Cu / Sn element wires is as follows: It is preferable to satisfy requirements such as 5: 1.0 to 3.0: 1.0.

上記のような超電導線材製造用前駆体を用いて、熱処理することによって希望する特性(高い臨界電流密度Jc、交流損失の低減)を発揮するNbSn超電導線材を製造することができるが、こうした超電導線材の構成は前駆体の構成が反映されて、Cu/Nbエレメント線材中のNb若しくはNb基合金芯と、Cu/Snエレメント線材中のSn若しくはSn基合金芯とを拡散反応させて生成するNb3Sn超電導相領域が、熱処理前にCu/Snエレメント線材が配置されていた部分によって、分断されたものとなる。 A Nb 3 Sn superconducting wire exhibiting desired characteristics (high critical current density Jc, reduced AC loss) can be produced by heat treatment using the above-described precursor for superconducting wire production. The structure of the superconducting wire reflects the structure of the precursor, and is produced by a diffusion reaction between the Nb or Nb base alloy core in the Cu / Nb element wire and the Sn or Sn base alloy core in the Cu / Sn element wire. The Nb 3 Sn superconducting phase region is divided by the portion where the Cu / Sn element wire was disposed before the heat treatment.

本発明の超電導線材製造用前駆体では、前駆体の構成要素としての複合線材群を、Nb若しくはNb基合金芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設された複数のCu/Nbエレメント線材と、Sn若しくはSn基合金芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設された複数のCu/Snエレメント線材とで構成し、且つ複数のCu/Nbエレメント線材は、互いに連結配置された前記複数のCu/Snエレメント線材によって複数の領域に分断されるように配置して構成するようにしたので、高い臨界電流密度Jc特性を維持しつつ交流損失も低減できような分散型内部拡散法Nb3Sn超電導線材が実現できた。 In the precursor for producing a superconducting wire according to the present invention, a composite wire group as a constituent element of the precursor, a plurality of Cu / Nb element wires in which an Nb or Nb base alloy core is embedded in a Cu or Cu base alloy matrix, and Sn Alternatively, the plurality of Cu / Sn elements are composed of a plurality of Cu / Sn element wires in which an Sn-based alloy core is embedded in Cu or a Cu-based alloy matrix, and the plurality of Cu / Nb element wires are connected to each other. Since it is arranged to be divided into a plurality of regions by the wire, a distributed internal diffusion method Nb 3 Sn superconducting wire that can reduce AC loss while maintaining high critical current density Jc characteristics is realized did it.

本発明の超電導線材製造用前駆体(以下、単に「前駆体」と呼ぶことがある)の構成について、図面に基づいて説明する。図6は、本発明の前駆体15の構成例を模式的に示した断面図である。本発明の前駆体の構成では、前記図4に示したようなCu/Nbエレメント線材7(複数本のNb若しくはNb基合金芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設されたもの)と、前記図5に示したようなCu/Snエレメント線材8(1本のSn若しくはSn基合金芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設されたもの)から複合線材群を形成するものであるが、図6に示した構成では、直線状に互いに連結配置された複数のCu/Snエレメント線材8を中心から放射状に3箇所配置するようにしたものである。こうした構成を採用することによって、複数のCu/Nbエレメント線材7は、複数のCu/Snエレメント線材8(放射状に配置されたもの)によって複数(図6では周方向に6箇所)の領域に、Cu/Nbエレメント線材7が周方向に全周連続配置しない(周方向に1周繋がらない)ように分断されることになる。このような構成では、Cu/Nbエレメント線材7が周方向に全周連続配置していないので、交流損失の低減に寄与することになる。また、こうした観点からして、周方向に分断される数は3箇所以上とすることが好ましい。   The structure of the precursor for manufacturing a superconducting wire according to the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “precursor”) will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the precursor 15 of the present invention. In the structure of the precursor of the present invention, a Cu / Nb element wire 7 (a plurality of Nb or Nb base alloy cores are embedded in a Cu or Cu base alloy matrix) as shown in FIG. A composite wire group is formed from a Cu / Sn element wire 8 as shown in FIG. 5 (one Sn or Sn base alloy core is embedded in a Cu or Cu base alloy matrix). In the configuration shown, a plurality of Cu / Sn element wires 8 that are linearly connected to each other are arranged in three locations radially from the center. By adopting such a configuration, the plurality of Cu / Nb element wires 7 are divided into a plurality of (six locations in the circumferential direction in FIG. 6) regions by a plurality of Cu / Sn element wires 8 (disposed radially). The Cu / Nb element wire 7 is divided so as not to be continuously arranged all around in the circumferential direction (not connected once in the circumferential direction). In such a configuration, the Cu / Nb element wire 7 is not continuously arranged in the circumferential direction, which contributes to reduction of AC loss. From such a viewpoint, it is preferable that the number divided in the circumferential direction is three or more.

図7は、本発明の前駆体16の他の構成例を模式的に示した断面図である。この構成では、Cu/Nbエレメント線材7を放射状に配置すると共に、六角形状に連結配置したものである。こうした構成を採用することによって、複数のCu/Nbエレメント線材7は、複数のCu/Snエレメント線材8(放射状および六角形状に配置されたもの)によって複数(図7では12箇所)の領域に分断されることになる。   FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the precursor 16 of the present invention. In this configuration, the Cu / Nb element wires 7 are arranged radially and connected in a hexagonal shape. By adopting such a configuration, a plurality of Cu / Nb element wires 7 are divided into a plurality of regions (12 in FIG. 7) by a plurality of Cu / Sn element wires 8 (arranged radially and hexagonally). Will be.

本発明の前駆体15、16では、上記のようにしてCu/Nbエレメント線材7を複数の領域に分断することを基本的な構成とするものであるが、Cu/Snエレメント線材8を放射状若しくは六角形状に配置するだけでは、Sn供給源として不十分は領域が存在することがある。こうした点を考慮して、必要によって、分断したCu/Nbエレメント線材7の領域内にCu/Snエレメント線材8aを部分的に(個別的にまたは線状に)分散させても良い。但し、図7に示した前駆体16の外周付近のように、Cu/Snエレメント線材8aを部分的に配置していないようなCu/Nbエレメント線材7の領域が存在しても良い。   In the precursors 15 and 16 of the present invention, the Cu / Nb element wire 7 is basically divided into a plurality of regions as described above. If the hexagonal shape is merely arranged, there may be a region that is insufficient as a Sn supply source. Considering these points, the Cu / Sn element wire 8a may be partially (individually or linearly) dispersed in the region of the divided Cu / Nb element wire 7 as necessary. However, there may be a region of the Cu / Nb element wire 7 in which the Cu / Sn element wire 8a is not partially arranged, such as near the outer periphery of the precursor 16 shown in FIG.

図6、7に示した前駆体15,16では、その断面形状が六角形のCu/Nbエレメント線材7およびCu/Snエレメント線材8を組み合わせて線材群としたものを示したが、これらのCu/Nbエレメント線材7およびCu/Snエレメント線材8は、その断面形状が六角形に限らず、前記図4(a)、図5(b)に示したように断面形状が円形のものであっても良い。但し、加工性や組立て時の空隙率を考慮すれば、断面形状が六角形であることが好ましい。   In the precursors 15 and 16 shown in FIGS. 6 and 7, the cross-sectional shape is a hexagonal Cu / Nb element wire 7 and a Cu / Sn element wire 8 combined to form a wire group. The / Nb element wire 7 and the Cu / Sn element wire 8 are not limited to hexagonal cross-sections, and have a circular cross-section as shown in FIGS. 4 (a) and 5 (b). Also good. However, the cross-sectional shape is preferably a hexagon in consideration of workability and the porosity during assembly.

また前記複数のCu/Nbエレメント線材の本数Aと、複数のCu/Snエレメント線材の本数Bの比(A:B)は1.5:1.0〜3.0:1.0であることが好ましい。Bに対するAの値が1.5よりも小さくなるようにCu/Nbエレメント線材の本数Aが少なくなると、Nb芯の減少により超電導特性の低下となり、3.0より大きくなるようにCu/Snエレメント線材の本数Bが少なくなると、Sn不足によりNb3Sn生成量が減り超電導特性が低下する。 The ratio (A: B) of the number A of the plurality of Cu / Nb element wires and the number B of the plurality of Cu / Sn element wires is 1.5: 1.0 to 3.0: 1.0. Is preferred. When the number A of Cu / Nb element wires decreases so that the value of A with respect to B is smaller than 1.5, the superconducting characteristics deteriorate due to the decrease in the Nb core, and the Cu / Sn element increases so as to exceed 3.0. When the number B of wires is reduced, the amount of Nb 3 Sn produced decreases due to Sn shortage and superconducting characteristics deteriorate.

本発明の前駆体においても、従来と同様に拡散バリア層6や安定化銅層4aが配置されることになる。例えば、拡散バリア層6は、Nb若しくはNb基合金からなる層および/またはTa若しくはTa基合金からなる層(Nb若しくはNb基合金からなる層またはTa若しくはTa基合金からなる層の単層、或いはこれらの複層)で構成することができる。   Also in the precursor of the present invention, the diffusion barrier layer 6 and the stabilized copper layer 4a are disposed as in the prior art. For example, the diffusion barrier layer 6 may be a layer made of Nb or an Nb base alloy and / or a layer made of Ta or a Ta base alloy (a layer made of Nb or an Nb base alloy or a single layer made of Ta or a Ta base alloy, or These multilayers) can be used.

Cu/Nbエレメント線材7を複数の線材群に分断する構成については、前記図6、7に示した構成に限らず、その他様々な構成が想定されるが、こうした分断させた構成とすることによって、Nb3Sn相の生成熱処理を施した後においても、従来例(図3に示した構成)とは異なって、当初の配置通りにNb3Sn相が分断された線材を得ることができる。これによって、Nb3Sn相フィラメントの小径化を図ることができ、高い臨界電流密度Jcを保ったまま、交流損失を低減できるものとなる。尚、交流損失(P)は、下記(1)式によって計算されるものであるが、交流損失を低減するには、Nb3Snフィラメント径を小さく維持することが有効であることが分かる。 The configuration for dividing the Cu / Nb element wire 7 into a plurality of wire groups is not limited to the configurations shown in FIGS. 6 and 7, but various other configurations are assumed. Even after the heat treatment for generating the Nb 3 Sn phase, unlike the conventional example (configuration shown in FIG. 3), a wire material in which the Nb 3 Sn phase is divided as originally arranged can be obtained. As a result, the diameter of the Nb 3 Sn phase filament can be reduced, and the AC loss can be reduced while maintaining a high critical current density Jc. The AC loss (P h ) is calculated by the following equation (1). It can be seen that maintaining the Nb 3 Sn filament diameter small is effective in reducing the AC loss.

=(8/3π)×f×λ×Jc×d×B …(1)
但し、f:外部変動磁界の周波数(Hz)
λ :超電導線材中のNb3Sn占積率
Jc:臨界電流密度(A/m2
:フィラメント径(m)
:外部変動磁界の振幅(T)、を夫々示す。
P h = (8 / 3π) × f × λ × Jc × d f × B m (1)
Where f: frequency of externally varying magnetic field (Hz)
λ: Nb 3 Sn space factor in superconducting wire Jc: critical current density (A / m 2 )
d f : Filament diameter (m)
B m : indicates the amplitude (T) of the externally varying magnetic field.

本発明においては、上記のような前駆体15を用い、ブロンズ化熱処理を含めた拡散熱処理(通常200℃以上、800℃未満程度)することによって、良好な超電導特性(臨界電流密度Jc)を発揮するNb3Sn超電導線材を得ることができる。具体的には、180〜600℃の温度範囲でブロンズ化熱処理(SnをCuに拡散させる)を行なった後に、650〜750℃の温度範囲で100〜300時間程度のNb3Snを生成させる熱処理を行なう。尚、ブロンズ化熱処理としては、180〜200℃で50時間程度、340℃前後で50時間程度、550℃前後で50〜100時間等の多段階の熱処理の組合せにすることもできる。 In the present invention, excellent superconducting properties (critical current density Jc) are exhibited by using the precursor 15 as described above and performing diffusion heat treatment (typically about 200 ° C. or more and less than about 800 ° C.) including bronzing heat treatment. Nb 3 Sn superconducting wire can be obtained. Specifically, after performing a bronzing heat treatment (diffusion of Sn into Cu) in a temperature range of 180 to 600 ° C., heat treatment for generating Nb 3 Sn for about 100 to 300 hours in a temperature range of 650 to 750 ° C. To do. The bronzing heat treatment may be a combination of multi-stage heat treatments such as about 180 to 200 ° C. for about 50 hours, about 340 ° C. for about 50 hours, and about 550 ° C. for about 50 to 100 hours.

本発明の前駆体は、基本的には、Nb若しくはNb基合金からなる芯材(Nb芯材2)がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設されたCu/Nbエレメント線材7と、Sn若しくはSn基合金からなる芯材(Sn芯材3)をCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設されたCu/Snエレメント線材8を構成素材とするものであるが、Cuマトリクスの素材として用いるCu基合金としては、CuにNi等の元素を含有(5質量%程度まで)させたものを用いることができる。またNb芯材2として用いるNb基合金としては、Ti,Ta,Zr,Hf等の添加元素を8質量%程度まで含有させたものを用いることができる。更に、Sn芯材3として用いるSn基合金としては、Ti,Ta等の添加元素を、加工性を阻害しない程度(3質量%以下)でSnに含有させたものを使用することができる。   The precursor of the present invention basically includes a Cu / Nb element wire 7 in which a core material (Nb core material 2) made of Nb or Nb base alloy is embedded in a Cu or Cu base alloy matrix, and Sn or Sn base. The core material made of an alloy (Sn core material 3) is composed of Cu / Sn element wire 8 embedded in Cu or a Cu-based alloy matrix, but as a Cu-based alloy used as a material of the Cu matrix, Cu containing an element such as Ni (up to about 5% by mass) can be used. As the Nb-based alloy used as the Nb core material 2, an alloy containing an additive element such as Ti, Ta, Zr, Hf or the like up to about 8% by mass can be used. Furthermore, as the Sn-based alloy used as the Sn core material 3, it is possible to use an alloy in which an additive element such as Ti or Ta is contained in Sn to such an extent that the workability is not hindered (3% by mass or less).

上記のような超電導線材製造用前駆体を用いて、熱処理することによって希望する特性(高い臨界電流密度Jc、交流損失の低減)を発揮するNbSn超電導線材を製造することができるが、こうした超電導線材の構成は前駆体の構成が反映されて、Cu/Nbエレメント線材中のNb若しくはNb基合金芯と、Cu/Snエレメント線材中のSn若しくはSn基合金芯とを拡散反応させて生成するNb3Sn超電導相領域が、熱処理前にCu/Snエレメント線材が配置されていた部分によって、分断されたものとなる。またこのNb3Sn超電導線材は、NMRマグネットの高磁場化・コンパクト化に寄与することになる。 A Nb 3 Sn superconducting wire exhibiting desired characteristics (high critical current density Jc, reduced AC loss) can be produced by heat treatment using the above-described precursor for superconducting wire production. The structure of the superconducting wire reflects the structure of the precursor, and is produced by a diffusion reaction between the Nb or Nb base alloy core in the Cu / Nb element wire and the Sn or Sn base alloy core in the Cu / Sn element wire. The Nb 3 Sn superconducting phase region is divided by the portion where the Cu / Sn element wire was disposed before the heat treatment. The Nb 3 Sn superconducting wire contributes to high magnetic field and compactness of the NMR magnet.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

(実施例1)
下記の手順に従って、前記図6に断面形状を示した前駆体を作製した。まず外径:32.8mm、内径:29.0mmのCu製パイプ内に、外径:28.0mmのNb芯を挿入した後、伸線加工により対辺長:4mmの六角断面形状のCu/Nb複合単芯線を作製した。これを矯正・切断し、37本束ねてCuパイプ(外径:32.8mm、内径:29.0mm)内に挿入し、伸線加工により六角断面形状(六角対辺:2.0mm)のCu/Nb複合多芯線(Cu/Nbエレメント線材7)を作製し、矯正後、2mの長さに裁断した。
Example 1
According to the following procedure, the precursor whose cross-sectional shape was shown in FIG. 6 was produced. First, an Nb core having an outer diameter of 28.0 mm was inserted into a Cu pipe having an outer diameter of 32.8 mm and an inner diameter of 29.0 mm, and then Cu / Nb having a hexagonal cross-sectional shape of 4 mm opposite side length by wire drawing. A composite single core wire was produced. This is straightened and cut, bundled in 37, inserted into a Cu pipe (outer diameter: 32.8 mm, inner diameter: 29.0 mm), and drawn by a hexagonal cross-section (hexagon opposite side: 2.0 mm) Cu / An Nb composite multifilamentary wire (Cu / Nb element wire 7) was prepared, and after correction, cut into a length of 2 m.

一方、外径:24.0mm、内径:21.0mmのCu製パイプ内に、直径:20.6mmのSn−2質量%Ti棒を挿入し、伸線加工により対辺長:2.0mmの六角断面形状のCu/Sn複合単芯線(Cu/Snエレメント線材8)を作製し、矯正後、2mの長さに裁断した。   On the other hand, a Sn-2 mass% Ti rod having a diameter of 20.6 mm was inserted into a Cu pipe having an outer diameter of 24.0 mm and an inner diameter of 21.0 mm, and the opposite side length was 2.0 mm by wire drawing. A Cu / Sn composite single core wire (Cu / Sn element wire 8) having a cross-sectional shape was prepared, and after correction, cut into a length of 2 m.

次に、前記Cu/Nbエレメント線材7:162本と、Cu/Snエレメント線材8:91本とを、前記図6に示したように、Cu/Snエレメント線材8によってCu/Nbエレメント線材7が6箇所に分断されるように、配置して束ね、複合線材群とした(前記A:B≒1.8:1.0)。   Next, as shown in FIG. 6, the Cu / Nb element wire 7 is made up of the Cu / Nb element wire 7: 162 and the Cu / Sn element wire 8: 91, as shown in FIG. Arranged and bundled so as to be divided into six parts to form a composite wire group (A: B≈1.8: 1.0).

Cu製パイプ(外径:45.0mm、内径:38.0mm)内に、厚さ:0.2mmのNbシートを3周巻いたものを挿入し、Cu製パイプ内面に密着させた。このCu製パイプ(内面にNbシートを密着させたもの)内に、上記複合線材群を挿入後伸線し、外径:1.0mmのNb3Sn超電導線材製造用前駆体を作製した。この段階でのCu/Nbエレメント線材7中のNbフィラメント(Nb芯材)の径(1本当り):7.5〜8.0μm、Cu/Snエレメント線材8中のSnフィラメント(Sn芯材)の径:45〜50μmであった。 In a Cu pipe (outer diameter: 45.0 mm, inner diameter: 38.0 mm), a Nb sheet with a thickness of 0.2 mm wound three times was inserted and brought into close contact with the inner surface of the Cu pipe. The composite wire group was inserted into this Cu pipe (in which the Nb sheet was adhered to the inner surface) and then drawn to prepare a precursor for producing an Nb 3 Sn superconducting wire having an outer diameter of 1.0 mm. Diameter of Nb filament (Nb core material) in Cu / Nb element wire 7 at this stage (per one): 7.5 to 8.0 μm, Sn filament in Cu / Sn element wire 8 (Sn core material) Diameter: 45 to 50 μm.

得られた前駆体(外径:1.0mmのもの)を、210℃×50時間+350℃×100時間+670℃×100時間の熱処理(Nb3Sn超電導相生成熱処理)を施して、Nb3Sn超電導線材とした。得られたNb3Sn超電導線材について、下記に示す各方法によって、臨界電流密度Jc、および交流損失を求めた。 The obtained precursor (with an outer diameter of 1.0 mm) was subjected to heat treatment (Nb 3 Sn superconducting phase generation heat treatment) of 210 ° C. × 50 hours + 350 ° C. × 100 hours + 670 ° C. × 100 hours to obtain Nb 3 Sn A superconducting wire was used. The resulting Nb 3 Sn superconducting wire, by the method described below, was determined in terms of critical current density Jc, and AC loss.

[臨界電流密度Jcの測定]
液体ヘリウム中(温度4.2K)で、12T(テスラ)の外部磁場の下、試料(超電導線材)に通電し、4端子法によって発生電圧を測定し、この値が0.1μV/cmの電界が発生した電流値(臨界電流Ic)を測定し、この電流値を、線材の非Cu部当りの断面積で除して臨界電流密度Jcを求めた。
[Measurement of critical current density Jc]
In liquid helium (temperature 4.2K), a sample (superconducting wire) is energized under an external magnetic field of 12T (Tesla), and the generated voltage is measured by the 4-terminal method. This value is an electric field of 0.1 μV / cm. The critical current density Jc was determined by measuring the current value (critical current Ic) at which the current occurred and dividing this current value by the cross-sectional area per non-Cu portion of the wire.

[交流損失の測定]
ピックアップコイル法によって、液体ヘリウム中(温度4.2K)で±3T(テスラ)の変動磁場中で交流損失(mJ/cm3:超電導部の体積当りの損失)を測定した(計算式は前記の通り)。
[AC loss measurement]
AC loss (mJ / cm 3 : loss per volume of superconducting part) was measured in a magnetic field of ± 3T (Tesla) in liquid helium (temperature 4.2K) by the pickup coil method (the calculation formula is Street).

(実施例2)
下記の手順に従って、前記図7に断面形状を示した前駆体を作製した。まず外径:32.8mm、内径:29.0mmのCu製パイプ内に、外径:28.0mmのNb芯を挿入した後、伸線加工により対辺長:4mmの六角断面形状のCu/Nb複合単芯線を作製した。これを矯正・切断し、37本束ねてCuパイプ(外径:32.8mm、内径:29.0mm)内に挿入し、伸線加工により六角断面形状(六角対辺:2.0mm)のCu/Nb複合多芯線(Cu/Nbエレメント線材7)を作製し、矯正後、2mの長さに裁断した。
(Example 2)
According to the following procedure, the precursor whose cross-sectional shape was shown in FIG. 7 was prepared. First, an Nb core having an outer diameter of 28.0 mm was inserted into a Cu pipe having an outer diameter of 32.8 mm and an inner diameter of 29.0 mm, and then Cu / Nb having a hexagonal cross-sectional shape of 4 mm opposite side length by wire drawing. A composite single core wire was produced. This is straightened and cut, bundled in 37, inserted into a Cu pipe (outer diameter: 32.8 mm, inner diameter: 29.0 mm), and drawn by a hexagonal cross-section (hexagon opposite side: 2.0 mm) Cu / An Nb composite multifilamentary wire (Cu / Nb element wire 7) was prepared, and after correction, cut into a length of 2 m.

一方、外径:24.0mm、内径:21.0mmのCu製パイプ内に、直径:20.6mmのSn−2質量%Ti棒を挿入し、伸線加工により対辺長:2.0mmの六角断面形状のCu/Sn複合単芯線(Cu/Snエレメント線8)を作製し、矯正後、2mの長さに裁断した。   On the other hand, a Sn-2 mass% Ti rod having a diameter of 20.6 mm was inserted into a Cu pipe having an outer diameter of 24.0 mm and an inner diameter of 21.0 mm, and the opposite side length was 2.0 mm by wire drawing. A Cu / Sn composite single core wire (Cu / Sn element wire 8) having a cross-sectional shape was prepared, and after correction, cut into a length of 2 m.

次に、前記Cu/Nbエレメント線7:162本と、Cu/Snエレメント線8:91本とを、前記図7に示したようにCu/Snエレメント線材8によってCu/Nbエレメント線材7が12箇所に分断されるように、配置して束ね、複合線材群とした。   Next, the Cu / Nb element wires 7: 162 and the Cu / Sn element wires 8: 91 are connected to the Cu / Sn element wires 8 as shown in FIG. Arranged and bundled so as to be divided into places to form a composite wire group.

Cu製パイプ(外径:45.0mm、内径:38.0mm)内に、厚さ:0.2mmのNbシートを3周巻いたものを挿入し、Cu製パイプ内面に密着させた。このCu製パイプ(内面にNbシートを密着させたもの)内に、上記複合線材群を挿入後伸線し、外径:1.0mmのNb3Sn超電導線材製造用前駆体を作製した。この段階でのCu/Nbエレメント線材7中のNbフィラメント(Nb芯材)の径(1本当り):7.5〜8.0μm、Cu/Snエレメント線材8中のSnフィラメント(Sn芯材)の径:45〜50μmであった。 In a Cu pipe (outer diameter: 45.0 mm, inner diameter: 38.0 mm), a Nb sheet with a thickness of 0.2 mm wound three times was inserted and brought into close contact with the inner surface of the Cu pipe. The composite wire group was inserted into this Cu pipe (in which the Nb sheet was adhered to the inner surface) and then drawn to prepare a precursor for producing an Nb 3 Sn superconducting wire having an outer diameter of 1.0 mm. Diameter of Nb filament (Nb core material) in Cu / Nb element wire 7 at this stage (per one): 7.5 to 8.0 μm, Sn filament in Cu / Sn element wire 8 (Sn core material) Diameter: 45 to 50 μm.

得られた前駆体(外径:1.0mmのもの)を、210℃×50時間+350℃×100時間+670℃×100時間の熱処理(Nb3Sn超電導相生成熱処理)を施して、Nb3Sn超電導線材とした。得られたNb3Sn超電導線材について、実施例1と同様にして臨界電流密度Jc、および交流損失を求めた。 The obtained precursor (with an outer diameter of 1.0 mm) was subjected to heat treatment (Nb 3 Sn superconducting phase generation heat treatment) of 210 ° C. × 50 hours + 350 ° C. × 100 hours + 670 ° C. × 100 hours to obtain Nb 3 Sn A superconducting wire was used. The resulting Nb 3 Sn superconducting wire, was determined in terms of critical current density Jc, and the ac loss in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
下記の手順に従って、前記図3に断面形状を示した前駆体(従来の分散型超電導線材製造用前駆体)を作製した。まず外径:32.8mm、内径:29.0mmのCu製パイプ内に、外径:28.0mmのNb芯を挿入した後、伸線加工により対辺長:4mmの六角断面形状のCu/Nb複合単芯線を作製した。これを矯正・切断し、37本束ねてCuパイプ(外径:32.8mm、内径:29.0mm)内に挿入し、伸線加工により六角断面形状(六角対辺:2.0mm)のCu/Nb複合多芯線(Cu/Nbエレメント線材7)を作製し、矯正後、2mの長さに裁断した。
(Comparative Example 1)
According to the following procedure, a precursor (conventional precursor for manufacturing a distributed superconducting wire) having a sectional shape shown in FIG. 3 was prepared. First, an Nb core having an outer diameter of 28.0 mm was inserted into a Cu pipe having an outer diameter of 32.8 mm and an inner diameter of 29.0 mm, and then Cu / Nb having a hexagonal cross-sectional shape of 4 mm opposite side length by wire drawing. A composite single core wire was produced. This is straightened and cut, bundled in 37, inserted into a Cu pipe (outer diameter: 32.8 mm, inner diameter: 29.0 mm), and drawn by a hexagonal cross-section (hexagon opposite side: 2.0 mm) Cu / An Nb composite multifilamentary wire (Cu / Nb element wire 7) was prepared, and after correction, cut into a length of 2 m.

一方、外径:24.0mm、内径:21.0mmのCu製パイプ内に、直径:20.6mmのSn−2質量%Ti棒を挿入し、伸線加工により対辺長:2.0mmの六角断面形状のCu/Sn複合単芯線(Cu/Snエレメント線材8)を作製し、矯正後、2mの長さに裁断した。   On the other hand, a Sn-2 mass% Ti rod having a diameter of 20.6 mm was inserted into a Cu pipe having an outer diameter of 24.0 mm and an inner diameter of 21.0 mm, and the opposite side length was 2.0 mm by wire drawing. A Cu / Sn composite single core wire (Cu / Sn element wire 8) having a cross-sectional shape was prepared, and after correction, cut into a length of 2 m.

次に、前記Cu/Nbエレメント線材:162本と、Cu/Snエレメント線材:91本とを、前記図3(従来例)に示したようにCu/Snエレメント線材8がCu/Nbエレメント線材7を取り囲むように分散して配置して束ね、複合線材群とした。   Next, the Cu / Nb element wire: 162 and the Cu / Sn element wire: 91, and the Cu / Sn element wire 8 is the Cu / Nb element wire 7 as shown in FIG. 3 (conventional example). Were dispersed and arranged so as to surround them to form a composite wire group.

Cu製パイプ(外径:45.0mm、内径:38.0mm)内に、厚さ:0.2mmのNbシートを3周巻いたものを挿入し、Cu製パイプ内面に密着させた。このCu製パイプ(内面にNbシートを密着させたもの)内に、上記複合線材群を挿入後伸線し、外径:1.0mmのNb3Sn超電導線材製造用前駆体を作製した。 In a Cu pipe (outer diameter: 45.0 mm, inner diameter: 38.0 mm), a Nb sheet with a thickness of 0.2 mm wound three times was inserted and brought into close contact with the inner surface of the Cu pipe. The composite wire group was inserted into this Cu pipe (in which the Nb sheet was adhered to the inner surface) and then drawn to prepare a precursor for producing an Nb 3 Sn superconducting wire having an outer diameter of 1.0 mm.

得られた前駆体(外径:1.0mmのもの)を、210℃×50時間+350℃×100時間+670℃×100時間の熱処理(Nb3Sn超電導相生成熱処理)を施して、Nb3Sn超電導線材とした。得られたNb3Sn超電導線材について、実施例1と同様にして臨界電流密度Jc、および交流損失を求めた。 The obtained precursor (with an outer diameter of 1.0 mm) was subjected to heat treatment (Nb 3 Sn superconducting phase generation heat treatment) of 210 ° C. × 50 hours + 350 ° C. × 100 hours + 670 ° C. × 100 hours to obtain Nb 3 Sn A superconducting wire was used. The resulting Nb 3 Sn superconducting wire, was determined in terms of critical current density Jc, and the ac loss in the same manner as in Example 1.

実施例1、2および比較例1で得られた超電導線材の臨界電流密度Jcおよび交流損失を、下記表1に一括して示す。尚、臨界電流密度Jcは少なくとも1200A/mm2以上は必要であり、交流損失は1000mJ/cm3以下であることが必要である。 Table 1 below collectively shows the critical current density Jc and the AC loss of the superconducting wires obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. The critical current density Jc needs to be at least 1200 A / mm 2 or more, and the AC loss needs to be 1000 mJ / cm 3 or less.

この結果から明らかなように、本発明で規定する要件を満足する実施例1、2のものでは、高い臨界電流密度Jcを維持しつつ交流損失の低減が達成されていることが分かる。これに対して、従来の分散型内部拡散法超電導線材(比較例1)では、良好な臨界電流密度Jcは達成されているのであるが、交流損失が大きくなっていることが分かる。   As can be seen from the results, in Examples 1 and 2 that satisfy the requirements defined in the present invention, the reduction of AC loss is achieved while maintaining a high critical current density Jc. On the other hand, in the conventional dispersion type internal diffusion method superconducting wire (Comparative Example 1), it can be seen that although the critical current density Jc is good, the AC loss is increased.

内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体の基本構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of a basic composition of the precursor for superconducting wire manufacturing applied to an internal diffusion method. 内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体の他の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the other structural example of the precursor for superconducting wire manufacturing applied to the internal diffusion method. 従来技術における超電導線材製造用前駆体(分散型内部拡散法超電導線材前駆体)の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of a structure of the precursor for superconducting wire manufacturing in a prior art (dispersion type internal diffusion method superconducting wire precursor). 分散型内部拡散法超電導線材前駆体の構成要素となるCu/Nbエレメント線材の詳細な構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the detailed structure of the Cu / Nb element wire used as the component of a dispersion type internal diffusion method superconducting wire precursor. 分散型内部拡散法超電導線材前駆体の構成要素となるCu/Snエレメント線材の詳細な構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the detailed structure of the Cu / Sn element wire used as the component of a dispersion type internal diffusion method superconducting wire precursor. 本発明の超電導線材製造用前駆体の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of a structure of the precursor for superconducting wire manufacture of this invention. 本発明の超電導線材製造用前駆体の他の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of another structure of the precursor for superconducting wire manufacturing of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,5,10,13,15,16 超電導線材製造用前駆体
2 NbまたはNb基合金芯(Nb芯材)
3 SnまたはSn基合金芯(Sn芯材)
4 Cuマトリクス
4a 安定化銅層
6 拡散バリア層(筒状拡散バリア層)
7 Cu/Nbエレメント線材
8 Cu/Snエレメント線材
1,5,10,13,15,16 Precursor 2 for manufacturing superconducting wire 2 Nb or Nb-based alloy core (Nb core material)
3 Sn or Sn-based alloy core (Sn core material)
4 Cu matrix 4a Stabilized copper layer 6 Diffusion barrier layer (tubular diffusion barrier layer)
7 Cu / Nb element wire 8 Cu / Sn element wire

Claims (6)

内部拡散法によってNb3Sn超電導線材を製造する際に用いる前駆体において、外周に安定化銅層を設けた筒状拡散バリア層を有し、該筒状拡散バリア層内に複合線材群が挿入された複合管を線材化して得られる前駆体であって、
前記複合線材群は、
Nb若しくはNb基合金芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設された複数のCu/Nbエレメント線材と、
Sn若しくはSn基合金芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設された複数のCu/Snエレメント線材とからなり、
前記複数のCu/Nbエレメント線材は、互いに連結配置された前記複数のCu/Snエレメント線材によって複数の領域に分断されるように配置されたものであることを特徴とするNb3Sn超電導線材製造用前駆体。
The precursor used when manufacturing Nb 3 Sn superconducting wire by the internal diffusion method has a cylindrical diffusion barrier layer provided with a stabilized copper layer on the outer periphery, and a composite wire group is inserted into the cylindrical diffusion barrier layer A precursor obtained by converting the composite pipe made into a wire,
The composite wire rod group is
A plurality of Cu / Nb element wires in which an Nb or Nb-based alloy core is embedded in a Cu or Cu-based alloy matrix;
The Sn or Sn base alloy core consists of a plurality of Cu / Sn element wires embedded in a Cu or Cu base alloy matrix,
The Nb 3 Sn superconducting wire manufacturing method, wherein the plurality of Cu / Nb element wires are arranged so as to be divided into a plurality of regions by the plurality of Cu / Sn element wires connected to each other. Precursor.
前記複数のCu/Nbエレメント線材および複数のCu/Snエレメント線材は、断面形状が六角形に形成されたものである請求項1に記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。 2. The precursor for producing an Nb 3 Sn superconducting wire according to claim 1, wherein the plurality of Cu / Nb element wires and the plurality of Cu / Sn element wires are formed in a hexagonal cross section. 前記複数のCu/Nbエレメント線材は、周方向に全周連続配置しないように分断されたものである請求項1または2に記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。 The precursor for producing a Nb 3 Sn superconducting wire according to claim 1 or 2, wherein the plurality of Cu / Nb element wires are divided so as not to be continuously arranged in the circumferential direction. 分断されたCu/Nbエレメント線材の領域内には、前記Cu/Snエレメント線材が部分的に配置されたものである請求項1〜3のいずれかに記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。 The precursor for producing a Nb 3 Sn superconducting wire according to any one of claims 1 to 3, wherein the Cu / Sn element wire is partially arranged in a region of the divided Cu / Nb element wire. . 前記複数のCu/Nbエレメント線材の本数Aと、前記複数のCu/Snエレメント線材の本数Bの比(A:B)が 1.5:1.0〜3.0:1.0である請求項1〜4のいずれかに記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。 The ratio (A: B) of the number A of the plurality of Cu / Nb element wires to the number B of the plurality of Cu / Sn element wires is 1.5: 1.0 to 3.0: 1.0. Item 5. A precursor for producing a Nb 3 Sn superconducting wire according to any one of Items 1 to 4. 請求項1〜5のいずれかに記載の超電導線材製造用前駆体を熱処理することによって、Cu/Nbエレメント線材中のNb若しくはNb基合金芯と、Cu/Snエレメント線材中のSn若しくはSn基合金芯とを拡散反応させ、生成するNb3Sn超電導相領域が、熱処理前にCu/Snエレメント線材が配置されていた部分によって、分断されたものであることを特徴とするNb3Sn超電導線材。 An Nb or Nb-based alloy core in a Cu / Nb element wire and an Sn or Sn-based alloy in a Cu / Sn element wire by heat-treating the precursor for producing a superconducting wire according to any one of claims 1 to 5. the core is diffusion reaction, resulting Nb 3 Sn superconducting phase region, the portion where Cu / Sn-element wire before the heat treatment had been arranged, Nb 3 Sn superconducting wire which is characterized in that which has been divided.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2278595A1 (en) * 2009-07-20 2011-01-26 Bruker EAS GmbH NbTi superconductor with CuMn-Cu matrix
EP2466660A2 (en) 2010-12-14 2012-06-20 Hitachi Cable, Ltd. Precursor for a Nb3Sn superconductor wire, method for manufacturing the same, Nb3Sn superconductor wire, and superconducting magnet system
US20130053250A1 (en) * 2011-08-25 2013-02-28 Hitachi Cable, Ltd. Nb3Sn SUPERCONDUCTOR WIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING Nb3Sn SUPERCONDUCTOR WIRE
JP2018120860A (en) * 2017-01-25 2018-08-02 ブルカー オーエスティー エルエルシー INCREASING STRAND CRITICAL CURRENT DENSITY IN Nb3Sn SUPERCONDUCTING STRANDS VIA NOVEL HEAT TREATMENT

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2278595A1 (en) * 2009-07-20 2011-01-26 Bruker EAS GmbH NbTi superconductor with CuMn-Cu matrix
EP2466660A2 (en) 2010-12-14 2012-06-20 Hitachi Cable, Ltd. Precursor for a Nb3Sn superconductor wire, method for manufacturing the same, Nb3Sn superconductor wire, and superconducting magnet system
EP2466660A3 (en) * 2010-12-14 2013-10-23 SH Copper Products Co., Ltd. Precursor for a Nb3Sn superconductor wire, method for manufacturing the same, Nb3Sn superconductor wire, and superconducting magnet system
US8778841B2 (en) 2010-12-14 2014-07-15 Sh Copper Products Co., Ltd. Precursor for a Nb3Sn superconductor wire, method for manufacturing the same, Nb3Sn superconductor wire, and superconducting magnet system
US20140221215A1 (en) * 2010-12-14 2014-08-07 Sh Copper Products Co., Ltd. Precursor for a nb3sn superconductor wire, method for manufacturing the same, nb3sn superconductor wire, and superconducting magnet system
US9177700B2 (en) 2010-12-14 2015-11-03 Sh Copper Products Co., Ltd. Precursor for a Nb3Sn superconductor wire, method for manufacturing the same, Nb3Sn superconductor wire, and superconducting magnet system
US20130053250A1 (en) * 2011-08-25 2013-02-28 Hitachi Cable, Ltd. Nb3Sn SUPERCONDUCTOR WIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING Nb3Sn SUPERCONDUCTOR WIRE
JP2013062239A (en) * 2011-08-25 2013-04-04 Hitachi Cable Ltd Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JP2018120860A (en) * 2017-01-25 2018-08-02 ブルカー オーエスティー エルエルシー INCREASING STRAND CRITICAL CURRENT DENSITY IN Nb3Sn SUPERCONDUCTING STRANDS VIA NOVEL HEAT TREATMENT
CN108399974A (en) * 2017-01-25 2018-08-14 布鲁克欧斯特有限公司 Nb is improved by novel thermal process3Strand critical current density in Sn Superconducting Strands

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