JP2012243685A - Ｎｂ３Ａｌ超伝導線の前駆体線及びＮｂ３Ａｌ超伝導線並びにＮｂ３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法及びＮｂ３Ａｌ超伝導線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温短時間熱処理におけるＣｕとＴａの間（又はＡｇとＮｂ，Ｔａの間）の非反応性を活用して、従来と全く逆の発想による革新的断面構造を提案し、（１）低磁界不安定性の抑制、（２）良好な前駆体線の伸線加工性、（３）安定化材の複合にかかる費用の低減を図る。
【解決手段】 ＮｂとＡｌとのモル比が３：１で混合されたＮｂとＡｌの複合体からなるＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域が、Ｎｂ又はＴａからなる隔壁で被覆され、その外側がＣｕ又はＡｇからなるフィラメント間バリア材で被覆されたシングル線を複数集合させた集合体の周囲を、Ｎｂ又はＴａからなる外皮で被覆して構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、Ｎｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線及びＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法、並びにＮｂ_３Ａｌ超伝導線及びＮｂ_３Ａｌ超伝導線の製造方法に関するものである。

ＮＭＲ用途に開発された初期の急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ線材は、超伝導接続性を優先し、Ｎｂ_３Ａｌフィラメント間バリアを１Ｔ未満の磁場中でも超伝導性を保持するＮｂとしたため、Ｎｂ_３Ａｌフィラメント同士が電磁気的に結合し低磁界不安定性が生じる欠点があった。

これを改善するために、同じ高融点金属に属し、１Ｔ未満の磁場中で常伝導となるＴａをＮｂに替えてバリア材としたが、加速器マグネットの運転温度である２Ｋまで下げると低磁界不安定性の抑制が不可能なこと、また前駆体線の伸線加工で断線が頻発する等の問題があった。

図１に従来ＮＭＲ用途に開発されてきたフィラメント間バリアをＮｂとする急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ線材の前駆体線横断面構造を示す。外皮１および線材断面中心部のダミーフィラメント８は高融点金属に属するＮｂにより形成されている。

Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域３は、Ｎｂ箔とＡｌ箔を重ねてＮｂ芯の廻りに巻き込むジェリーロール法（特許文献１参照）、又はＮｂマトリックス中に多数のＡｌ芯又はＡｌ合金芯が分散するロードインチューブ法（特許文献２参照）により作製されている。

急熱急冷変態法では、ｒｅｅｌ−ｔｏ−ｒｅｅｌで移動する前駆体線に電流を流して約１９５０℃に通電加熱し、冷媒を兼ねる約８０℃に保った溶融Ｇａ電極浴を通過させることによって急熱急冷処理を行うと、Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域３はＡｌがＮｂに過飽和に固溶したｂｃｃ相過飽和固溶体フィラメントに変換する。その後８００℃、１０時間の条件で追加熱処理すると、ｂｃｃ相からＡ１５相に結晶構造が変化（変態）してＮｂ_３Ａｌ超伝導フィラメントになる（特許文献３参照）。

Ｎｂは４Ｋで約１Ｔまで超伝導状態を保つことができるので、外皮１及びフィラメント間バリア４をＮｂにすると、ＮＭＲマグネット応用で多数必要となる超伝導線同士の接続箇所の接続抵抗を非常に小さくすることができる。

一方、１Ｔ未満の低磁場領域では、個々のＮｂ_３Ａｌフィラメント同士がＮｂのフィラメント間バリア４を介して電磁気的に結合していることとなり、超伝導有効フィラメント径が大きくなってしまう。

したがって、磁気的不安定性を抑制するために提案された細い超伝導フィラメントが多数本分散する断面構造の多芯線断面構造が低磁場領域では機能しないことになる。実際、フィラメント間バリア材をＮｂとする前駆体線を急熱急冷変態処理したＮｂ_３Ａｌ線材では、図２に示す超伝導マグネット応用で想定される２つの冷媒温度（液体ヘリウム温度４Ｋと超流動液体ヘリウム温度２Ｋ）の磁化曲線において、磁束が急激に試料内に侵入する（磁化が急激に減少する）フラックスジャンプと呼ばれる磁気的不安定性が生じる。

このような低磁界不安定性を抑制するためには、Ｎｂ_３Ａｌフィラメント同士の電磁気的結合を断ち切ることが考慮される。そして、そのためにはフィラメント間バリア材を低磁場でも超伝導性を保持するＮｂから、磁場中では常伝導状態となる別の金属に替える必要がある。そのような少なくとも磁場中で常伝導となる金属が兼ね備えるべき性質として、
（１）前駆体線の伸線加工を阻害しない良好な伸線加工性（塑性変形能）を有すること、
（２）Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域をｂｃｃ相過飽和固溶体フィラメントにいったん変換するために自己通電加熱方式によって１９００℃以上で５秒以内で行うｒｅｅｌ−ｔｏ−ｒｅｅｌの通線・熱処理中に前駆体線がクリープ破断しないように高温でも良好な力学特性を有して力学的補強材として作用すること、
（３）通線・熱処理中にＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域と反応しないこと、すなわち、急冷した後の過飽和固溶体の生成を阻害しないだけでなく、最終的なＮｂ_３Ａｌに固溶して超伝導特性を劣化させないこと、
が挙げられる。

このような条件を満足する有力な候補材料としてＴａを挙げることができる。Ｔａは、大気圧下での液体Ｈｅ沸騰温度４．２Ｋより若干高い超伝導臨界温度（４．４Ｋ）を有するもののその温度マージン（臨界温度と冷媒温度の差）が小さいため、磁場が加わると直ちに常伝導状態に転移する特性を有する。

さらにＴａは、
（１）Ｎｂにほぼ匹敵する冷間伸線加工性、
（２）Ｎｂより融点が高いことから約１９５０℃ではＮｂよりもむしろ高いクリープ強度、
（３）通線・熱処理中におけるＮｂ／Ａｌ複合体領域との非反応性、
などの好都合な性質を兼ね備える。

フィラメント間バリアをＴａとする急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の製造では、Ｎｂフィラメント間バリアの場合と比べて伸線加工性がやや劣っているため、伸線途中でフィラメント間バリア部を起点とする３回の断線を経験し、単長（連続した線材の一本あたりの長さ）が短くなってしまったが、最終的に線径が１．３５ｍｍまで伸線加工することができた。

図３に、得られた前駆体線の横断面構造を示す。この前駆体線を急熱急冷処理してＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域３をいったんｂｃｃ相過飽和固溶体に変換し、その後、さらに８００℃で１０時間の変態熱処理を施して、ｂｃｃ相過飽和固溶体をＡ１５型Ｎｂ_３Ａｌに変換したところ、図４に示す磁化曲線に示すように、期待した通り４Ｋではフラックスジャンプ（低磁界不安定性）を抑制することができた。

しかし、２Ｋまで冷媒温度を下げると、規模が小さいながらも再びフラックスジャンプが生じてしまい、高エネルギー粒子加速器などで想定されている超伝導マグネットの２Ｋ運転にはフィラメント間バリアをＴａとする急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ線材は利用困難であることが判った。

これは、２Ｋではフィラメント間バリアＴａの温度マージンが大きくなりＮｂ_３Ａｌフィラメントが電磁気的に結合したためと考えられる。

なお、フィラメント間バリアをＴａに変更することにより、少なくとも４Ｋにおける低磁界不安定性を抑制する効果は、外皮や中心ダミーフィラメントにまで必ずしも高価なＴａを使用しなくても得られる。すなわち、図５に例示するように外皮１や中心ダミーフィラメント８には比較的廉価なＮｂを使用しても構わない。

一方、フィラメント間バリアにＴａを採用したために生じる前駆体の伸線加工性の劣化に関しては、これを抑制するためにＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域をまずＮｂからなる第１バリア層で覆い、さらにＴａからなる第２バリア層で覆う方法が提案されている（特許文献４参照）。

この方法によれば、４Ｋでの低磁界不安定性の抑制を確保しつつ前駆体線の伸線加工時の断線も抑制できるが、隣接するＮｂ_３ＡｌフィラメントがＴａを介して繋がっている状況には変化がないので、２Ｋでのフラックスジャンプは避けられない。

前述したように、急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ多芯線は、約１９５０℃での高温熱処理と急冷、そしていったん生成させたｂｃｃ相過飽和固溶体を７００〜９００℃で追加熱処理（変態熱処理）し、Ａ１５型Ｎｂ_３Ａｌ化合物に変態させることにより製造されている。変態温度が比較的低温なので変態後のＡ１５型化合物結晶粒は微細であり、これがＮｂ_３Ａｌの臨界電流密度を高いものにする。

急熱急冷変態法では、安定化材として利用されるＣｕの融点より遙かに高い温度の高温短時間熱処理が必要なため、前駆体線の表面には、多くの実用超伝導線材と違って、はじめからＣｕ安定化材を複合しておくことができない。

その代わり、前駆体線を急熱急冷処理した後で、密着性を改善するために線材表面（Ｎｂ又はＴａ）の酸化被膜を除去しながらＣｕのイオンプレーティングを行い、その後で電解メッキにより多量のＣｕを複合する工程が必要であった。しかし、このＣｕイオンプレーティング／電解メッキ工程は線材コストを押し上げる欠点があった。

一方、安定化材複合に要するコストを低減する方法に、安定化材が高温短時間熱処理で融解した際にＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域と反応して非超伝導３元化合物を生成させないように高融点金属でＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域と隔離させ、安定化材を線材断面にはじめから含むことを特徴とする内部安定化法が提案されている（特許文献５参照）。

この内部安定化法では、電気伝導度の高いＣｕ安定化材（又はＡｇ安定化材）フィラメントがＴａ（又はＮｂ，Ｔａ）で被覆されており、原理的にはこれを線材断面の任意の場所に配置することが可能であるが、実際には図６に示すように線材断面中央に集中して配置される。

なお、外皮、フィラメント間バリア、内部安定化材フィラメント、内部安定化材フィラメントの被覆層、の材種の組み合わせにより、図６〜図１０に示すような多様な内部安定化Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線が存在する。

Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域をｂｃｃ相過飽和固溶体に変換するための約１９５０℃での高温短時間熱処理を実施すると、Ｃｕ（またはＡｇ）安定化材は融解するものの、Ｃｕ（又はＡｇ）の融解液はＴａ（又はＮｂ，Ｔａ）被覆管の中に閉じこめられる。このＴａ（またはＮｂ，Ｔａ）被覆管は拡散障壁として作用するので、Ｃｕ（又はＡｇ）とＮｂ／Ａｌフィラメント領域との反応を抑制できる。ちょうど石油タンカーの隔壁のように、蜂の巣状のＴａ（又はＮｂ，Ｔａ）層がＣｕ（又はＡｇ）融液を閉じこめる壁として作用し、高温加熱における線材のクリープ変形も抑止する。

５００℃以下に急冷後、Ｃｕ（またはＡｇ）融解液は凝固して安定化材として作用する。内部安定化材フィラメントを断面内に含まない従来の前駆体線（図１、図３、図５）の場合と同様に、急冷によりＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域をｂｃｃ相過飽和固溶体に変換し、次いで、これに８００℃で１０時間の追加熱処理を実施してｂｃｃ相過飽和固溶体をＮｂ_３Ａｌに変態させたものについて、Ｎｂ_３Ａｌ相の断面積で臨界電流を除して計算した臨界電流密度は、内部安定化材フィラメントを含まない場合と同じであった。

内部安定化材がＣｕの場合には、フィラメント間バリアがＴａであるので、４Ｋではフラックスジャンプが抑制されるものの、２Ｋでは小さなフラックスジャンプが避けられない。

また、図３及び図５に例示される、内部安定化材を含まないがフィラメント間バリアをＴａとする前駆体線の場合と同様に、前駆体線の伸線途中でフィラメント間バリア部を起点とする断線を経験した。

一方、内部安定化材がＡｇの場合には、高温（１９５０℃）では、Ｎｂとも、またＴａとも反応しないので、フィラメント間バリアはＮｂであってもＴａであっても急熱急冷処理は可能である。しかし、フィラメント間バリアがＮｂの場合には、Ｎｂ（臨界温度：９Ｋ）が磁場中でも超伝導性を示すことからＮｂ_３Ａｌフィラメント間を電磁気的に結合させ４Ｋ、２Ｋの両温度で顕著な低磁界不安定性が生じてしまう。フィラメント間バリアがＴａ（臨界温度：４Ｋ）の場合には、内部安定化材がＣｕの場合と同様に２Ｋでは小さなフラックスジャンプが避けられず、前駆体線の伸線途中での断線も不可避である。

特許第４００５７１３号公報 特許第１８８８３１２号公報 特許第２０２１９８６号公報 特願２００９−２４１００４号公報 特許第４３８６３０６号公報

本発明は、上記のような背景から従来の問題点を解消するためになされたものであり、この内部安定化技術の基本である高温短時間熱処理におけるＣｕとＴａの間（又はＡｇとＮｂ，Ｔａの間）の非反応性を活用して、従来と全く逆の発想による革新的断面構造を提案し、（１）低磁界不安定性の抑制、（２）良好な前駆体線の伸線加工性、（３）安定化材の複合にかかる費用の低減を図ることを課題とするものである。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、Ｎｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線において、ＮｂとＡｌとのモル比が３：１で混合されたＮｂとＡｌの複合体からなるＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域が、Ｎｂ又はＴａからなる隔壁で被覆され、その外側がＣｕ又はＡｇからなるフィラメント間バリア材で被覆されたシングル線を複数集合させた集合体の周囲を、Ｎｂ又はＴａからなる外皮で被覆して構成されていることを特徴とする。

第２に、上記第１の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線において、集合体の内部に、Ｎｂ又はＴａからなる内部安定化材フィラメント被覆層で被覆されたＣｕ又はＡｇからなる内部安定化材フィラメントを配置する。

第３に、上記第１の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線において、集合体の内部に、Ｃｕ又はＡｇからなるダミーフィラメント被覆層で被覆したＮｂ又はＴａからなるダミーフィラメントを配置する。

第４に、上記第１から第３の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線において、シングル線におけるＣｕ又はＡｇの体積率が７〜２５％である。

第５に、上記第１から第４の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線において、集合体の構成にＣｕを用いたときに、このＣｕと接する材質がＴａである。

第６に、上記第５の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線において、隔壁のＴａの厚さが５μｍ以上である。

第７に、上記第１から第４の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線において、集合体の構成にＡｇを用いたときに、このＡｇと接する材質がＮｂ又はＴａである。

第８に、上記第７の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線において、隔壁のＮｂ又はＴａの厚さが１μｍ以上である。

第９に、Ｎｂ_３Ａｌ超伝導線であって、上記第１から第８の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線のＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域がＮｂ_３Ａｌフィラメントに変換されていることを特徴とする。

第１０に、上記第１から第８の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法であって、ＮｂとＡｌとのモル比が３：１で混合されたＮｂとＡｌとの複合体からなるＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域を、隔壁とするためのＮｂ又はＴａからなる金属シートで巻き込み、これをフィラメント間バリア層とするためのＣｕ又はＡｇからなるパイプに充填して六角シングル線に伸線加工した後、複数本に切断し、次いでこの六角シングル線複数本を集合体とし、この集合体の周りを外皮とするためのＮｂ又はＴａからなる金属シートで巻き込み、これをＣｕパイプ又はＣｕ合金パイプに充填して細線に伸線加工し、最外層のＣｕ又はＣｕ合金をエッチングにより除去することを特徴とする。

第１１に、上記第１０の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、集合体を、六角シングル線と、Ｎｂ又はＴａからなる内部安定化材フィラメント被覆層で被覆したＣｕ又はＡｇからなる内部安定化材フィラメントを伸線加工した内部安定化材フィラメント六角線とで構成する。

第１２に、上記第１１の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、集合体の中心部を内部安定化材フィラメント六角線とし、その周囲を六角シングル線とする。

第１３に、上記第１０の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、集合体を、六角シングル線と、Ｃｕ又はＡｇからなるダミーフィラメント被覆層で被覆したＮｂ又はＴａからなるダミーフィラメントを伸線加工したダミーフィラメント六角線とで構成する。

第１４に、上記第１３の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、集合体の中心部をダミーフィラメント六角線とし、その周囲を六角シングル線とする。

第１５に、上記第１０から第１４の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、六角シングル線におけるＣｕ又はＡｇの体積率が７〜２５％である。

第１６に、上記第１０から第１５の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、集合体の構成にＣｕを用いたときに、このＣｕと接する材質にＴａを用いる。

第１７に、上記第１６の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、六角シングル線におけるＴａの厚さが５μｍ以上である。

第１８に、上記第１０から第１５の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、集合体の構成にＡｇを用いたときに、このＡｇと接する材質にＮｂ又はＴａを用いる。

第１９に、上記第１８の発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法において、六角シングル線におけるＮｂ又はＴａの厚さが１μｍ以上である。

第２０に、Ｎｂ_３Ａｌ超伝導線の製造方法にであって、上記第１から第８のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線を、１９００℃以上で５秒以内の熱処理後に、５００℃以下に急冷し、その後７００〜９００℃で追加熱処理することを特徴とする。

内部安定化材としても機能するＣｕ又はＡｇを、フィラメント間バリア材に採用することにより、前駆体線の伸線加工性改善、急熱急冷変態後においては４Ｋはもちろん２Ｋでも低磁界不安定性を抑制することができる。また、曲げひずみ負荷においては微視的クラック伝搬を抑制することができる。

さらに、前駆体線の伸線加工性の改善と、急熱急冷処理後に別途必要だった安定化材複合工程省略化を可能とするため、製造コストを抑えることが可能となる。

Ｎｂフィラメント間バリアを有する従来の急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の断面図である。 フィラメント間バリアをＮｂとするＮｂ／Ａｌ前駆体線を急熱急冷処理して作成したＮｂ_３Ａｌ線材の４Ｋと２Ｋにおける磁化曲線を示すグラフである。 フィラメント間バリアに加えて外皮とダミーフィラメントもＴａとする急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の断面図である。 フィラメント間バリアに加えて外皮とダミーフィラメントもＴａとするＮｂ／Ａｌ前駆体線を急熱急冷処理して作成したＮｂ_３Ａｌ線材の４Ｋと２Ｋにおける磁化曲線を示すグラフである。 外皮とダミーフィラメントはＮｂのままでフィラメント間バリアだけをＴａとする急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の断面図である。 ダミーフィラメントの替わりにＴａで被覆したＣｕ内部安定化材フィラメントを配置し、フィラメント間バリアと外皮の両方がＴａである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の断面図である。 ダミーフィラメントの替わりにＴａで被覆したＣｕ内部安定化材フィラメントを配置し、フィラメント間バリアがＴａで外皮がＮｂである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の断面図である。 ダミーフィラメントの替わりにＮｂで被覆したＡｇ内部安定化材フィラメントを配置し、フィラメント間バリアと外皮の両方がＮｂである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の断面図である。 ダミーフィラメントの替わりにＴａで被覆したＡｇ内部安定化材フィラメントを配置し、フィラメント間バリアがＴａで外皮がＮｂである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の断面図である。 ダミーフィラメントの替わりにＴａで被覆したＡｇ内部安定化材フィラメントを配置し、フィラメント間バリアと外皮の両方がＴａである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌの前駆体線の断面図である。 ダミーフィラメントの替わりにＴａで被覆したＣｕ内部安定化材フィラメントを配置し、フィラメント間バリアがＣｕで隔壁と外皮の両方がＴａである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線の断面図である。 ダミーフィラメントの替わりにＮｂで被覆したＡｇ内部安定化材フィラメントを配置し、フィラメント間バリアがＡｇで隔壁と外皮の両方がＮｂである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線の断面図である。 ダミーフィラメントの替わりにＴａで被覆したＡｇ内部安定化材フィラメントを配置し、フィラメント間バリアがＡｇで隔壁と外皮の両方がＴａである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線の断面図である。 フィラメント間バリアがＣｕで隔壁と外皮の両方がＴａである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線材を急熱急冷処理した後の線材断面拡大写真である。（（ａ）Ｔａ隔壁：１．６μｍ、（ｂ）Ｔａ隔壁：５．０μｍ）。 Ｃｕ被覆Ｔａダミーフィラメントを断面中央に配置し、フィラメント間バリアがＣｕで隔壁と外皮の両方がＴａである急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線の断面図である。 Ａｇ被覆Ｎｂダミーフィラメントを断面中央に配置し、フィラメント間バリアがＡｇで隔壁と外皮の両方がＮｂである急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線の断面図である。 Ａｇ被覆Ｔａダミーフィラメントを断面中央に配置し、フィラメント間バリアがＡｇで隔壁と外皮の両方がＴａである内部安定化・急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線材の断面図である。 常伝導金属・良導電体フィラメント間バリアがＣｕで、Ｃｕ被覆Ｔａダミーフィラメントを断面中央に配置した前駆体線（Φ１．３５ｍｍ）の急熱急冷処理後の線材横断面の全体写真である。 常伝導金属・良導電体フィラメント間バリアがＣｕで、Ｃｕ被覆Ｔａダミーフィラメントを断面中央に配置した急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ線材の磁化曲線を示すグラフである。 所定の曲げひずみを負荷して除荷した後の急熱急冷変態処理済みＮｂ_３Ａｌ線材の縦断面写真である（（ａ）フィラメント間バリアがＮｂで０．４％の曲げひずみを負荷、（ｂ）フィラメント間バリア線材がＣｕで０．４６％の曲げひずみを負荷）。

本発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の最も基本的な構成は、Ｎｂ／Ａｌ複合体を材料とするＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域の周りを隔壁及びフィラメント間バリアで被覆したシングル線を集合体とし、この集合体を外皮で被覆した構成である。

本発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線を構成するシングル線の中心部は、Ｎｂ金属とＡｌ金属を主な構成要素とする複合体であって、ＮｂとＡｌとのモル比が３：１で混合されたＮｂとＡｌとの複合体からなるＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域である。

シングル線は、Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域を、高融点金属のＮｂ又はＴａからなる隔壁で被覆し、更にその外側を常伝導金属・良導電体のＣｕ又はＡｇからなるフィラメント間バリアで被覆した構成となっている。

フィラメント間バリアは、超電導フィラメントの電磁気的結合を有効に断ち切るために設けられ、隔壁は、フィラメント間バリアと、Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域とが反応して非超伝導化合物を生成するのを防止するために設けられている。

シングル線の最外層となるフィラメント間バリア層を、高融点金属であるＮｂ又はＴａと比べて柔らかく延性に富むＣｕ又はＡｇとすることにより、良好な伸線加工性と、曲げひずみ負荷による微視的クラック伝搬を抑制することができる。

シングル線におけるフィラメント間バリアを構成する常伝導金属・良導電体Ｃｕ又はＡｇの体積率は、７〜２５％の範囲である。体積率が７％より小さいと伸線加工の途中で最外層のフィラメント間バリア（Ｃｕ又はＡｇ）が薄くなり、破れて伸線加工が不可能になる場合がある。

本発明では、隔壁の材料のＮｂ又はＴａと、フィラメント間バリアのＣｕ又はＡｇの組み合わせは任意とすることができるが、急熱急冷変態法によりＮｂ_３Ａｌ超伝導線とした場合の反応による非超伝導化合物の生成を考慮した場合、フィラメントバリア材をＣｕとしたときには、隔壁をＴａとするのが好ましい。これは、隔壁をＮｂとした場合には、ＣｕがＮｂと反応して、非超伝導３元化合物が生成する場合があるためである。

また、この場合には隔壁のＴａの厚さは５μｍ以上、好ましくは５〜７μｍの範囲である。Ｔａの厚さが５μｍ以上であると、ＣｕがＴａ隔壁を拡散してＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域と反応して、非超伝導３元化合物が生成することを防止することができる。

なお、フィラメント間バリア材をＡｇとしたときには、隔壁の材料はＮｂ、Ｔａのどちらでも構わない。これはＡｇとＮｂ、Ｔａとの反応による非超伝導化合物の生成を考慮する必要がないためである。この場合の隔壁のＮｂ又はＴａの厚さは１μｍ以上、好ましくは１〜３μｍの範囲である。

シングル線の製造方法としては、まず、Ｎｂ／Ａｌ複合体を隔壁材料のＮｂ又はＴａの高融点金属シートで巻き込む。次にこれをフィラメント間バリアのＣｕ又はＡｇからなるパイプに充填して伸線加工し、六角シングル線に形成する。

従来の前駆体線の製造では、この段階で、最外層のＣｕのみをエッチング除去する必要があるが、本発明では、この最外層のＣｕがフィラメント間バリアであるのでエッチング除去工程を省略することができ、製造コストを低減することができる。

そして、この六角シングル線を多数本に切断し、短尺で多数の前記六角シングル線を用いて最密充填組み立てして集合体として、この集合体の周りを外皮とするためのＮｂ又はＴａからなる高融点金属シートで巻き込み、更にＣｕパイプ又はＣｕ合金パイプに充填して所定の寸法の細線に再度伸線加工する。伸線加工の方法は特に制限はないが、ダイス伸線加工を好適に採用することができる。

伸線加工を施した後、最終的に、最外層のＣｕ又はＣｕ合金をエッチングにより除去することにより、本発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線とすることができる。

本発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線では、前記のシングル線の集合体と外皮からなる基本構成に加えて、集合体の内部好ましくは中心部に、内部安定化材フィラメントを配置して、その外側にシングル線を配置し、その周りを外皮とする構成とすることができる。

本発明の内部安定化材フィラメントは、超電導を安定化するために設けられ、常伝導金属・良導電体のＣｕ又はＡｇの外周に、高融点金属のＮｂ又はＴａからなる内部安定化材フィラメント被覆層を設けた構成となっている。

なお、常伝導金属・良導電体をＣｕとしたときには、内部安定化材フィラメント被覆層をＴａとするのが好ましい。また、常伝導金属・良導電体をＡｇとしたときには、内部安定化材フィラメント被覆層はＮｂ又はＴａのいずれでもよい。これは上記のシングル線におけるフィラメントバリア材と隔壁の材質選択と同様の理由によるものである。

内部安定化材フィラメントは、Ｃｕ又はＡｇからなるロッドをＮｂ又はＴａ金属シートで巻き込みＣｕパイプの中に挿入して、シングル線の製造と同様にダイス伸線加工したのち最外層のＣｕをエッチングで除去することにより、内部安定化材フィラメント六角線に成形することができる。

また本発明では、集合体の内部好ましくは中心部に、Ｃｕ（またはＡｇ）被覆ダミーフィラメントを配置して、その外側にシングル線を配置し、その周りを外皮とする構成とすることもできる。

このＣｕ（またはＡｇ）被覆ダミーフィラメントは、超伝導線の機械的強度の向上や、加工性の改善を図るために設けられ、高融点金属のＮｂ又はＴａの外周に、常伝導金属・良導電体のＣｕ又はＡｇからなるダミーフィラメント被覆層を設けた構成となっている。

なお、ダミーフィラメント被覆層をＣｕとしたときには、高融点金属をＴａとするのが好ましい。また、ダミーフィラメント被覆層をＡｇとしたときには、高融点金属はＮｂ又はＴａのいずれでもよい。これは上記のシングル線におけるフィラメントバリア材と隔壁の材質選択と同様の理由によるものである。

Ｃｕ（またはＡｇ）被覆ダミーフィラメント六角線は、Ｎｂ又はＴａからなるロッドをＣｕ又はＡｇからなるパイプの中に挿入して、シングル線の製造と同様にダイス伸線加工することにより成形することができる。この方法によれば、最外層の材質のパイプに挿入して伸線加工を行うためエッチング処理を省略することができる。

このような、中心部にＴａ（Ｎｂ）被覆内部安定化材フィラメントを配置して、その外側にシングル線を配置した集合体、及び、中心部にＣｕ（またはＡｇ）被覆ダミーフィラメントを配置して、その外側にシングル線を配置した集合体をＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線とする方法は、前記のシングル線と外皮から構成されたＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法で説明した方法と同様の方法によりＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線とすることができる。

また、本発明では、上記の構成とした本発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線は、急熱急冷変態法によりＮｂ_３Ａｌ超伝導線とする。

急熱急冷変態法では、１９００℃以上、好ましくは１９３０〜２０００℃で５秒以内の熱処理後に、５００℃以下、好ましくは３０〜１００℃に急冷し、その後７００〜９００℃で追加熱処理する。

本発明のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線に対して、急熱急冷処理を行うことにより、前駆体線のＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域は、ＡｌがＮｂに過飽和に固溶したｂｃｃ相過飽和固溶体フィラメントに変換する。さらにその後、追加熱処理することにより、ｂｃｃ相からＡ１５相に結晶構造が変態してＮｂ_３Ａｌ超伝導フィラメントとすることができる。

上記に説明したように、従来の急熱急冷変態法Ｎｂ_３Ａｌ前駆体線では、隣り合うＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域の間にはＮｂ又はＴａのフィラメント間バリアだけが存在しているのに対して、本発明では、図１１〜図１３のシングル線の拡大図に示すように、Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域をＴａ又はＮｂからなる隔壁が覆い、その周りをＣｕ又はＡｇからなるフィラメント間バリアが覆った構成となっている。

以下に、常伝導金属・良導電体フィラメント間バリアがＣｕである前駆体線の製造方法の実施形態を具体的に述べるが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
＜実施形態１＞
（第１工程）
まず、第１工程として、図１１に示すＣｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）シングル線を成形した。

第１工程では、ジェリーロール法またはロッドインチューブ法で作製したＮｂ／Ａｌ複合体（最終的な前駆体線断面におけるＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域３に対応する）の周囲をＴａ金属シート（最終的な前駆体線断面におけるＴａ隔壁１５に対応する）で巻き込み、これをＣｕパイプ（最終的な前駆体線断面におけるＣｕフィラメント間バリア６に対応する）の中に挿入して伸線加工し、Ｃｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線に成形した。

なお、図１２に示す実施形態では、Ｎｂシート（最終的な前駆体線断面におけるＮｂ隔壁１４に対応する）及びＡｇパイプ（最終的な前駆体線断面におけるＡｇフィラメント間バリア７に対応する）を用いてＡｇ／Ｎｂ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）ロッド・シングル線を成形しており、図１３に示す実施形態では、Ｔａシート（最終的な前駆体線断面におけるＴａ隔壁１５に対応する）及びＡｇパイプ（最終的な前駆体線断面におけるＡｇフィラメント間バリア７に対応する）を用いてＡｇ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）ロッド・シングル線を成形している。
（第２工程）
次に、第２工程では、図１１に示すように、内部安定化材フィラメント六角線と、六角シングル線を併せて前駆体線を成形した。

第２工程では、別途準備した１９本の六角形状のＴａを被覆したＣｕ内部安定化材フィラメント六角線（最終的な前駆体線断面におけるＣｕ内部安定化材フィラメント１０に対応する）の周りに、第１工程で形成した６６本の六角形状のＣｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線を積み重ねて配置し、その全体の周囲をＴａ金属シート（最終的な前駆体線断面におけるＴａ外皮２に対応する）で巻き込み、キュプロニッケルパイプに挿入し、静水圧押し出しの後、無断線で、１．５ｍｍΦまで伸線加工した。最終的に最外層のキュプロニッケルをエッチング除去して、線径が１．３５ｍｍの前駆体線とした。

なお、図１２に示す実施形態では、六角形状のＮｂ（最終的な前駆体線断面におけるＮｂ内部安定化材フィラメント被覆層１２に対応する）を被覆したＡｇ内部安定化材フィラメント六角線（最終的な前駆体線断面におけるＡｇ内部安定化材フィラメント１１に対応する）の周りに、Ａｇ／Ｎｂ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線を合わせた構成とし、図１３に示す実施形態では、六角形状のＴａ（最終的な前駆体線断面におけるＴａ内部安定化材フィラメント被覆層１３に対応する）を被覆したＡｇ内部安定化材フィラメント六角線（最終的な前駆体線断面におけるＡｇ内部安定化材フィラメント１１に対応する）の周りに、Ａｇ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線を合わせた構成とした。

また、第２工程における六角形状のＴａ被覆Ｃｕ内部安定化ロッドの数は任意とすることができる。すなわち、第１工程で準備したＣｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線のみで最密充填組み立てすることも可能であり、線材断面内に含まれる安定化材の体積率を増加させるためにＴａ被覆Ｃｕ内部安定化材フィラメント六角線の数を増やすことも可能である。これは図１２及び図１３に示す実施形態においても同様である。

図１１に示す本発明の実施形態では、常伝導金属・良導電体であるＣｕ（図１２、図１３ではＡｇ）のフィラメント間バリアが、互いに直接隣接して連結していることが特徴で、Ｃｕ（図１２、図１３ではＡｇ）領域の中にＴａ（図１２ではＮｂ）被覆Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域が規則正しく配列している。

これにより、前駆体の伸線加工性を劣化させる原因であったＴａフィラメント間バリアとＴａフィラメント間バリアが直接に接するＴａ／Ｔａ界面がなくなり、その替わりにＴａ／Ｃｕ／Ｃｕ／Ｔａ（図１２に示す実施形態ではＮｂ／Ａｇ／Ａｇ／Ｎｂ、図１３に示す実施形態ではＴａ／Ａｇ／Ａｇ／Ｔａ）界面となるため、本発明の１つの効果として、前駆体線の伸線加工性の顕著な改善が実現できた。実際、最終線径１．３５ｍｍΦまで無断線で伸線加工することに成功した。

以下に、図１１に示す断面構成の実施形態において、前駆体線径が１．３５ｍｍΦのときに、Ｃｕフィラメント間バリア平均厚さが６．５μｍで、この常伝導金属・良導電体のフィラメント間バリアとＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域とを区切るＴａ隔壁の平均厚さが１．６μｍと５．０μｍとなる２種類の前駆体線（無断線で伸線加工できたもの）の急熱急冷処理した結果について詳述する。

Ｃｕ内部安定化材フィラメント１０は高温で融解するものの、Ｔａに被覆されているので急冷後も断面組織に大きな変化がないが、一方、後述の実施形態２でも詳しく述べるように、常伝導金属・良導電体のフィラメント間バリア６は広い領域で連結しているので高温で融解したときにＴａ隔壁１５に囲まれたＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域３の中心座標が移動し、その結果、常伝導金属・良導電体フィラメント間バリア６の厚さは一様なものからある分布を持つように変化した。

Ｔａ隔壁１５の平均厚さが１．６μｍではＣｕがＴａ隔壁１５を浸食・貫通してＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域３と反応し、非超伝導３元（Ｃｕ−Ｎｂ−Ａｌ）化合物を生成した。図１４（ａ）に典型的な例を示す。Ｔａ隔壁が消失し、ＣｕとＮｂ／Ａｌ複合体領域が拡散反応している。

一方、Ｔａ隔壁の平均厚さが５μｍでは、図１４（ｂ）に示すように、ほとんどの領域ではＣｕフィラメント間バリア６がＴａ隔壁１５を貫通するまでには至らず、ｂｃｃ相過飽和固溶体フィラメントが健全に生成した。なお、詳細に観察すると、局所的にＴａ隔壁１５が破れ、ごく僅かであるが非超伝導３元（Ｃｕ−Ｎｂ−Ａｌ）化合物が生成する領域も観察された。これらの結果から、急熱急冷処理を実施するときにＴａ隔壁１５の平均厚さは少なくとも５μｍ以上であることが望ましいことが確認された。

一方、図１２及び図１３に示すように、フィラメント間バリアと内部安定化材フィラメントがＡｇの場合には、フィラメント間バリアとＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域を仕切る隔壁、及び内部安定化材フィラメント被覆層はＮｂであってもＴａであっても原理的にはどちらでも構わない。

しかし、本発明の効果である前駆体線伸線加工性の改善と４Ｋ、２Ｋの両温度における低磁界不安定性の抑制効果は隔壁がＴａであっても得られるものの、ＡｇとＴａの両元素はともに原材料コストを高くすることから、フィラメント間バリアがＡｇの場合には隔壁及び内部安定化材フィラメントの被覆材としてはＮｂが推奨される。

以下、図１２に示す隔壁１４及び内部安定化材フィラメント被覆層１２がＮｂの場合について発明の効果をさらに詳しく説明する。

前述したように、約１９５０℃の高温ではＴａが微量ながらＣｕに固溶し、そのため局所的に薄くなっていたＴａ隔壁を通過してＣｕがＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域と反応してしまうことがある。これに対して、ＮｂはＡｇにほとんど全く固溶せず、ＮｂとＡｌの未反応性はＴａとＣｕのそれより完全に近い。

したがって、Ｎｂ隔壁の平均厚さをフィラメント間バリアがＣｕの場合のＴａ隔壁の平均厚さより５分の１の１μｍまで薄くすることができ、その結果、安定化材を除いた断面積で臨界電流を除して得られる非安定化材臨界電流密度は、常伝導金属・良導電体フィラメント間バリアと内部安定化材フィラメントがＡｇの場合の方が、それぞれがＣｕの場合より、高くすることができる。

図１１に示す構成の実施形態１では、１９本の六角形状のＴａ（図１２ではＮｂ、図１３ではＴａ）被覆Ｃｕ（図１２、１３ではＡｇ）内部安定化材フィラメント１０が線材断面中央に集中して配置されている。内部安定化材フィラメント１０がＣｕの場合にはその内部安定化材フィラメント被覆層１３であるＴａが隣接するＴａ内部安定化材フィラメント被覆層１３と直接接して、線材全断面にはＴａ／Ｔａ界面が残っており、伸線加工性の改善の観点からはこの線材断面中央部からもＴａ／Ｔａ界面を除去することが望ましい。

そこで、図１５〜図１７に示すように、線材断面中央部に常伝導金属・良導電体フィラメント間バリア材と同じ材種であるＣｕ（又はＡｇ）で被覆したＴａ（又はＮｂ、Ｔａ）ダミーフィラメントを配置した前駆体線を試作したところ、無断線で伸線加工することができた。

以下に、この場合の常伝導金属・良導電体フィラメント間バリアがＣｕである前駆体線の製造方法の実施形態２を図１５を用いて以下具体的に述べる。
＜実施形態２＞
（第１工程）
まず、第１工程として、Ｃｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線を成形する。

第１工程では、実施形態１と同様に、ジェリーロール法又はロッドインチューブ法で作製したＮｂ／Ａｌ複合体の周囲をＴａ金属シートで巻き込み、これをＣｕパイプの中に挿入して伸線加工し、Ｃｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線に成形した。
（第２工程）
第２工程として、Ｃｕダミーフィラメント被覆層１６で被覆したＴａダミーフィラメント９は円柱状のＴａロッドをＣｕパイプの中に挿入して伸線加工し、上記Ｃｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線成形に使用した同一寸法の六角ダイスで伸線して成形した。

実施形態１でも述べたように、これらの最外層Ｃｕが最終的にフィラメント間バリア６として利用されるので、この段階でＣｕのエッチング除去工程が省略できることから前駆体線の製造コストを低減できる。

これら最外層のＣｕ除去を必要としないことはエッチング工程省略化だけにとどまらない。すなわち、六角ダイスにより仕上がり寸法が直接的に規定されることから、本発明のＣｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線や六角形状のＣｕダミーフィラメント被覆層及び被覆Ｔａダミーフィラメントの寸法精度は、最外層Ｃｕをエッチング除去して得られる従来の六角形状のＴａで被覆したＮｂ／Ａｌ複合体の六角シングル線や六角形状のＴａ被覆Ｃｕ内部安定化材フィラメント六角線と比べて、著しく改善される。

その結果、第２工程における集合体組立において、１９本の六角形状のＣｕ被覆Ｔａダミーフィラメント六角線の周りに６６本のＣｕ／Ｔａ／（Ｎｂ／Ａｌ複合体）六角シングル線を積み重ねて配置したときの充填率はほぼ１００％となる。

その集合体の周囲をＴａシートで巻き込みキュプロニッケルパイプに挿入して静水圧押し出ししても、それぞれの六角ロッドが六角形状を崩さずに縮径化できる。六角ロッドの異常変形を抑制できることは、その後のダイス伸線加工における良好な伸線加工を担保し、無断線で例えば１．５ｍｍΦまでの伸線加工を可能にする。

実際には、伸線加工が終了後、最外層のキュプロニッケルをエッチング除去して、線径が１．３５ｍｍの前駆体線とした。このときのＣｕフィラメント間バリアの平均厚さは６．５μｍで、このＣｕ低融点常伝導フィラメント間バリアとＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域とのＴａ隔壁の平均厚さは５．０μｍであった。

この常伝導金属・良導電体のフィラメント間バリアがＣｕである前駆体線（Φ１．３５ｍｍ）を急熱急冷処理したところ、Ｃｕフィラメント間バリアは広い領域で連結しているので、図１８の急冷線材断面写真に示すように、高温で融解した際に「Ｔａ隔壁で被覆されたＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域」（ｂｃｃ相過飽和固溶体フィラメントに変換している）の中心座標が移動した。その結果、Ｃｕフィラメント間バリアの厚さは一様なものからある分布を持つように変化した。

「Ｔａ隔壁で被覆されたＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域」の中心座標の急冷後の移動が「Ｔａ隔壁で被覆されたＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域」の大きさの半分を越えると、線材の長手方向で隣接する「Ｔａ隔壁で被覆されたＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域」が互いに乗り越えて交差する可能性がある。そのような交差が生じると、変態後の臨界電流密度の改善を目的に実施する急冷後塑性変形（伸線加工）で「Ｔａ隔壁で被覆されたＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域」の断線が生じる恐れがある。

それを避けるためには、Ｃｕフィラメント間バリアの「Ｔａ隔壁で被覆されたＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域」に対する体積率（断面面積率）は２５％以下にすることが望ましい。また、Ｔａ隔壁の厚さに関しても最低５μｍ以上の厚さが必要である。

本実施形態２のＴａ隔壁の厚さが５．０μｍの前駆体線では、ＣｕがＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域に拡散して反応することを十分に抑制することができ、その結果、三元Ｃｕ−Ｎｂ−Ａｌ化合物の生成を阻止できた。

Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域は急冷後にｂｃｃ相過飽和固溶体に変換しており、臨界電流密度の改善を目的とした急冷後塑性変形も、急冷線材を１．３５ｍｍΦから０．５ｍｍΦまで断線させることなく冷間で伸線加工により実施できた。

急熱急冷処理線材については、８００℃で１０時間の追加熱処理（変態熱処理）を施して、ｂｃｃ相過飽和固溶体フィラメントをＡ１５型Ｎｂ_３Ａｌフィラメントに変換した（変態させた）。

図１９に４Ｋと２Ｋの両温度で測定したＡ１５型Ｎｂ_３Ａｌ線材の磁化曲線を示す。従来のフィラメント間バリアがＴａのＮｂ_３Ａｌ線材の場合（図４）と異なり、本発明のフィラメント間バリアがＣｕのＮｂ_３Ａｌ線材は４Ｋだけでなく２Ｋにおいてもフラックスジャンプ（低磁界不安定性）を抑制している。したがって、常伝導金属・良導電体であるＣｕをフィラメント間バリアに採用することにより、２ＫにおいてもＮｂ_３Ａｌフィラメント間の電磁気的結合を有効に断ち切れることが判明した。

実施形態１と実施形態２の違いは線材断面中央部にＴａ（Ｎｂ）被覆内部安定化材フィラメントかＣｕ（Ａｇ）被覆ダミーフィラメントを配置するかによる。したがって、安定化材の複合に着眼して比較すると、安定化材として機能することが期待されているＣｕまたはＡｇの全線材断面積に占める割合が、実施形態１の方が実施形態２より大きくできる点が有利である。
＜実施形態３＞
高融点金属であるＮｂやＴａと比べて格段に柔らかく延性に富むＣｕやＡｇをフィラメント間バリアに採用していることが本発明の様々な効果の源である。従来駆体線の伸線加工性を劣化させる原因であったＴａ／Ｔａ界面がなくなることとＴａと比べて格段に柔らかく延性に富むＣｕまたはＡｇをフィラメント間バリアに用いることがあいまって、前駆体線の伸線加工性を顕著に改善できることを実施形態１及び実施形態２で述べた。

一方、そのようなフィラメント間バリア材種の柔らかさと延性に起因する本発明の効果は、前駆体線の伸線加工性だけではなく、急熱急冷後に変態熱処理させたＮｂ_３Ａｌ線材の耐曲げ性にも現れる。以下に耐曲げひずみ特性について詳述する。

フィラメント間バリアがＣｕで、Ｃｕ被覆Ｔａダミーフィラメントを断面中央に配置した前駆体線（Φ１．３５ｍｍ）について、急熱急冷処理を施した後で臨界電流密度を向上させる塑性変形を兼ねて平ロールにより厚さ０．３５ｍｍの平角線に成形した。その後、はんだ付けが可能なように表面に薄いＣｕ層を電気メッキにより付着させ、直状のまま８００℃での変態熱処理を施して耐曲げ性評価のための直状平角Ｎｂ_３Ａｌ線材とした。

加えようとする曲げひずみに相当する曲率を有する数種類の太鼓橋状の真鍮基板を用意し、これに直状平角Ｎｂ_３Ａｌ線材を押しつけ曲げ変形させ、その状態で半田により固定して臨界電流密度を測定した。図２０（ａ）は０．４％まで曲げひずみ試験を実施した後で、曲げひずみを除荷した従来のフィラメント間バリアがＮｂの急熱急冷変態法平角Ｎｂ_３Ａｌ線材の縦断面を示す。

平角線表面には薄いＣｕ電気メッキ層とその外側に半田が観察される。０．３５％までは曲げひずみを負荷しても臨界電流密度が直状の場合とほとんど変わらず一定であったのが、０．４％の曲げひずみ負荷で臨界電流密度はゼロに急落し、クラックが全断面を貫通した。

一方、図２０（ｂ）に示すように、フィラメント間バリアが柔らかく延性に富むＣｕの場合は、Ｎｂフィラメント間バリアの場合より０．０５％分大きい０．４％の曲げひずみまで臨界電流密度は曲げひずみゼロの場合とほとんど変わらず一定に保持できた。また、０．４６％までさらに曲げひずみを負荷しても臨界電流密度は約７割に若干低下するものの、引っ張りひずみが加わる表面近傍のＮｂ_３Ａｌフィラメントで発生したクラック（白矢印で示す）は線材全断面を通過することなくＣｕフィラメント間バリア部で止まっている。柔らかなＣｕがクラック先端の応力集中を緩衝しクラックの伝播を抑制する効果を発現せしめたと解釈することができる。

本発明の効果によりＮｂ_３Ａｌ超伝導線の耐曲げひずみ特性が改善されることにより、前駆体線をＡ１５型化合物へ変換（リアクト）後の巻き線（ワインド）によるコイル化（いわゆるリアクト＆ワインド法と呼ばれる）を可能にする。リアクト＆ワインド法が適用できると、コイル形状に合わせた大型の熱処理炉が不要になる。

一方、リアクト＆ワインド法が適用できないと、延性に富む前駆体線の状態で熱処理に耐えるセラミックス絶縁を施したうえでコイル状に巻き（ワインド）、その後熱処理によりＡ１５型化合物に変換（リアクト）する方法（ワインド＆リアクト法）を採用せざるをえなく、そのため絶縁材比率が大きくなることからＡ１５型化合物の特長である磁場中での高臨界電流密度特性を生かせないばかりか、エネルギー密度が低下するためにコイルの大型・重量化が避けられない。

上記のように本発明では、リアクト＆ワインド法が適用できることから、絶縁材料もセラミックス系絶縁材料から体積比の小さなワニス絶縁やポリミド系絶縁が利用可能になり、その結果としてコイルの高電流密度・コンパクト・軽量化を実現することが可能となる。

１ 外皮：Ｎｂ
２ 外皮：Ｔａ
３ Ｎｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域
４ フィラメント間バリア：Ｎｂ
５ フィラメント間バリア：Ｔａ
６ フィラメント間バリア：Ｃｕ
７ フィラメント間バリア：Ａｇ
８ ダミーフィラメント：Ｎｂ
９ ダミーフィラメント：Ｔａ
１０ 内部安定化材フィラメント：Ｃｕ
１１ 内部安定化材フィラメント：Ａｇ
１２ 内部安定化材フィラメント被覆層：Ｎｂ
１３ 内部安定化材フィラメント被覆層：Ｔａ
１４ 隔壁：Ｎｂ
１５ 隔壁：Ｔａ
１６ ダミーフィラメント被覆層：Ｃｕ
１７ ダミーフィラメント被覆層：Ａｇ

Claims (20)

1. ＮｂとＡｌとのモル比が３：１で混合されたＮｂとＡｌの複合体からなるＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域が、Ｎｂ又はＴａからなる隔壁で被覆され、その外側がＣｕ又はＡｇからなるフィラメント間バリア材で被覆されたシングル線を複数集合させた集合体の周囲を、Ｎｂ又はＴａからなる外皮で被覆して構成されていることを特徴とするＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線。
2. 集合体の内部に、Ｎｂ又はＴａからなる内部安定化材フィラメント被覆層で被覆されたＣｕ又はＡｇからなる内部安定化材フィラメントを配置したことを特徴とする請求項１に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線。
3. 集合体の内部に、Ｃｕ又はＡｇからなるダミーフィラメント被覆層で被覆したＮｂ又はＴａからなるダミーフィラメントを配置したことを特徴とする請求項１に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線。
4. シングル線におけるＣｕ又はＡｇの体積率が７〜２５％であることを特徴とする請求項１から３に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線。
5. 集合体の構成にＣｕを用いたときに、このＣｕと接する材質がＴａであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線。
6. 隔壁のＴａの厚さが５μｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線。
7. 集合体の構成にＡｇを用いたときに、このＡｇと接する材質がＮｂ又はＴａであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線。
8. 隔壁のＮｂ又はＴａの厚さが１μｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線のＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域がＮｂ_３Ａｌフィラメントに変換されていることを特徴とするＮｂ_３Ａｌ超伝導線。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法であって、ＮｂとＡｌとのモル比が３：１で混合されたＮｂとＡｌとの複合体からなるＮｂ／Ａｌ複合体フィラメント領域を、隔壁とするためのＮｂ又はＴａからなる金属シートで巻き込み、これをフィラメント間バリア層とするためのＣｕ又はＡｇからなるパイプに充填して六角シングル線に伸線加工した後、複数本に切断し、次いでこの六角シングル線複数本を集合体とし、この集合体の周りを外皮とするためのＮｂ又はＴａからなる金属シートで巻き込み、これをＣｕパイプ又はＣｕ合金パイプに充填して細線に伸線加工し、最外層のＣｕ又はＣｕ合金をエッチングにより除去することを特徴とするＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
11. 集合体を、六角シングル線と、Ｎｂ又はＴａからなる内部安定化材フィラメント被覆層で被覆したＣｕ又はＡｇからなる内部安定化材フィラメントを伸線加工した内部安定化材フィラメント六角線とで構成することを特徴とする請求項１０に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
12. 集合体の中心部を内部安定化材フィラメント六角線とし、その周囲を六角シングル線とすることを特徴とする請求項１１に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
13. 集合体を、六角シングル線と、Ｃｕ又はＡｇからなるダミーフィラメント被覆層で被覆したＮｂ又はＴａからなるダミーフィラメントを伸線加工したダミーフィラメント六角線とで構成することを特徴とする請求項１０に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
14. 集合体の中心部をダミーフィラメント六角線とし、その周囲を六角シングル線とすることを特徴とする請求項１３に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
15. 六角シングル線におけるＣｕ又はＡｇの体積率が７〜２５％であることを特徴とする請求項１０から１４のいずれか一項に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
16. 集合体の構成にＣｕを用いたときに、このＣｕと接する材質にＴａを用いることを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
17. 六角シングル線におけるＴａの厚さが５μｍ以上であることを特徴とする請求項１６に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
18. 集合体の構成にＡｇを用いたときに、このＡｇと接する材質にＮｂ又はＴａを用いることを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線製造方法。
19. 六角シングル線におけるＮｂ又はＴａの厚さが１μｍ以上であることを特徴とする請求項１８に記載のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線の製造方法。
20. 請求項１から８のＮｂ_３Ａｌ超伝導線の前駆体線を、１９００℃以上で５秒以内の熱処理後に、５００℃以下に急冷し、その後７００〜９００℃で追加熱処理することを特徴とするＮｂ_３Ａｌ超伝導線の製造方法。