JP2010135215A - Nb3Sn超電導線材製造用前駆体およびNb3Sn超電導線材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前駆体13は下記(a)〜(c)の3種類の線材7、8、9が束ねて構成されている。(a)複数のNb若しくはNb基合金芯2がCu若しくはCu基合金マトリクス4に埋設され、且つ断面形状が六角形である複数のNbエレメント線材7、(b)単数のSn若しくはSn基合金芯3がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設され、且つ断面形状が六角形である複数のSnエレメント線材8、(c)前記(a)の複数のNb若しくはNb基合金芯よりも太径である、単数または複数の補強用金属芯14がCu若しくはCu基合金マトリクス4に埋設され、且つ断面形状が六角形である複数の補強用エレメント線材9。
【選択図】図4
Description
内部Sn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部材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、下記(a)〜(c)の3種類のエレメント線材が束ねて構成されたものである点に要旨を有するものである。
(a)複数の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、且つ断面形状が六角形である複数のNbエレメント線材、
(b)単数の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、且つ断面形状が六角形である複数のSnエレメント線材、
(c)前記(a)の複数のNb若しくはNb基合金芯よりも太径である、単数または複数の補強用金属芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設され、且つ断面形状が六角形である複数の補強用エレメント線材。
角形に形成された複数のNbエレメント線材7と、単数の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、且つ断面形状が六角形に形成された複数のSnエレメント線材8の他、補強用金属芯14(図4では1本)がCu若しくはCu基合金マトリクス4に埋設され、且つ断面形状が六角形である複数の補強用エレメント線材9によって、前駆体13の線材群(複合線材群)が構成される。このとき補強用金属芯14は、反応後も残存させて補強材としての機能を発揮させるためには、前記Nb芯材2よりも太径に形成されることになる。
下記の手順に従って、前記図4に準じた断面形状の前駆体を作製した。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、縮径加工して六角断面形状(六角対辺:4.0mm)のCu/Nb複合単芯線を作製して矯正後、1.0mの長さに裁断した。これを37本(図4では19本)束ねてCu製パイプ(外径:32.8mm、内径:29.0mm)内に挿入して伸線し、六角断面形状(六角対辺:2.0mm)のCu/Nb複合多芯線(Nbエレメント線材)を作製して矯正後、1.0mの長さに裁断した。
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。
補強用エレメント線材で用いる補強用金属芯をTiとする以外は、実施例1と同様にして外径:1.0mmの前駆体(超電導線材製造用前駆体)を作製した。この前駆体に対して、実施例1と同じ条件で拡散熱処理を施して、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0.2%耐力を求めた。尚、拡散熱処理後における補強用エレメント線材9中の補強用金属芯14の超電導線材断面中に占める割合は6.8面積%となっていた。
補強用エレメント線材で用いる補強用金属芯をNb−47質量%Tiとする以外は、実施例1と同等にして外径:1.0mmの前駆体(超電導線材製造用前駆体)を作製した。この前駆体に対して、実施例1と同じ条件で拡散熱処理を施して、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0.2%耐力を求めた。尚、拡散熱処理後における補強用エレメント線材9中の補強用金属芯14の超電導線材断面中に占める割合は6.8面積%となっていた。
補強用エレメント線材で用いる補強用金属芯をNb−7.5質量%Taとする以外は、実施例1と同等にして外径:1.0mmの前駆体(超電導線材製造用前駆体)を作製した。この前駆体に対して、実施例1と同じ条件で拡散熱処理を施して、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0.2%耐力を求めた。尚、拡散熱処理後における補強用エレメント線材9中の補強用金属芯14の超電導線材断面中に占める割合は6.5面積%となっていた。
下記の手順に従って、前記図3に準じた断面形状の前駆体を作製した。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、縮径加工して六角断面形状(六角対辺:4.0mm)のCu/Nb複合単芯線を作製して矯正後、1.0mの長さに裁断した。これを37本(図3では19本)束ねてCu製パイプ(外径:32.8mm、内径:29.0mm)内に挿入して伸線し、六角断面形状(六角対辺:2.0mm)のCu/Nb複合多芯線(Nbエレメント線材)を作製して矯正後、1.0mの長さに裁断した。
下記の手順に従って、ブロンズ法による前駆体を作製した。直径:8.0mmのNb棒を、外径:67mmのCu−15質量%Sn合金中に挿入し、溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。その後、押出加工を行なった。更に、伸線加工を行ない、その途中で適宜400〜600℃で1時間の焼鈍を入れながら加工し、六角断面形状のCu−Sn/Nb複合線(六角対辺:2.5mm)とした。このCu−Sn/Nb複合線を433本束ねて、その外周に厚さ:0.2mmのNbシートを2回巻き(拡散バリア層)、その周囲に外径:67mm、内径:59mmのCuパイプ(安定化銅)を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットをした。この押出しビレットを、押出し、伸線加工によって線径:1.0mmの線材(超電導線材製造用前駆体)とした。
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 Nbエレメント線材
8 Snエレメント線材
9 補強用エレメント線材
Claims (7)
- 内部Sn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部材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、下記(a)〜(c)の3種類のエレメント線材が束ねて構成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。
(a)複数の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、且つ断面形状が六角形である複数のNbエレメント線材、
(b)単数の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、且つ断面形状が六角形である複数のSnエレメント線材、
(c)前記(a)の複数のNb若しくはNb基合金芯よりも太径である、単数または複数の補強用金属芯がCu若しくはCu基合金マトリクスに埋設され、且つ断面形状が六角形である複数の補強用エレメント線材。 - 前記補強用エレメント線材は、補強用金属芯の占める合計割合が補強用エレメント線材の横断面に対して60〜90面積%である請求項1に記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。
- 前記補強用金属芯は、Nb,Ti,Nb−Ti合金またはNb−Ta合金のいずれかからなるものである請求項1または2に記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。
- 前記補強用金属芯がNb,Nb−Ti合金またはNb−Ta合金のいずれかであり、補強用エレメント線材中の補強用金属芯の横断面の直径をD、Nbエレメント線材中のNb若しくはNb基合金芯の直径をdとしたとき、これらの比(D/d)が3以上である請求項3に記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。
- 前記補強用エレメント線材は、Nb3Sn超電導線材製造用前駆体の横断面内で均一に分散配置されたものである請求項1〜4のいずれかに記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。
- 前記補強用エレメント線材は、補強用金属芯の占める合計割合が、Nb3Sn超電導線材製造用前駆体の横断面に対して5〜20面積%である請求項1〜5のいずれかに記載のNb3Sn超電導線材製造用前駆体。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の超電導線材製造用前駆体を、拡散熱処理することによってNb3Sn超電導相を形成したものであるNb3Sn超電導線材。
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