JP2517867B2 - Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法 - Google Patents
Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、Ｖ3 Ｓｉ超電導極細
多芯線材の製造法に関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、交流用の超電導線材として温度マージ
ングが大きく低交流損失で高安定性を有する強磁界特性
の優れたＶ3 Ｓｉ超電導極細多芯線材の高性能、効率的
な製造方法に関するものである。
多芯線材の製造法に関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、交流用の超電導線材として温度マージ
ングが大きく低交流損失で高安定性を有する強磁界特性
の優れたＶ3 Ｓｉ超電導極細多芯線材の高性能、効率的
な製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】現在、実用化されている交流
用超電導線材はＮｂＴｉ合金極細多芯線が唯一である。
この通常のＮｂＴｉ合金極細多芯線では、安定性を十分
確保するためにマトリックス材に純銅を使用している
が、交流磁界中ではフィラメント（ＮｂＴｉ）が電気的
に結合し、フィラメント間に起電力が生じて銅マトリッ
クスに電流が流れ、ジュール損失（結合損失）が発生す
る。これを低減するために、通常は、マトリックスの横
方向電気抵抗率を高めることが有効で、そのため純銅に
替えて高電気抵抗材料をマトリックスとして使用する。
ただし、交流損失のもう一つの原因である磁束線のピン
止めに伴う損失（ヒステリシス損失）は超電導フィラメ
ントが細くなるほど小さくなる。そのためフィラメント
径が１μｍ以下になるまで伸線加工する必要があること
から、マトリックスの高電気抵抗材料としては、加工性
にも優れたキュプロニッケル等の銅合金に限定されてい
る。
用超電導線材はＮｂＴｉ合金極細多芯線が唯一である。
この通常のＮｂＴｉ合金極細多芯線では、安定性を十分
確保するためにマトリックス材に純銅を使用している
が、交流磁界中ではフィラメント（ＮｂＴｉ）が電気的
に結合し、フィラメント間に起電力が生じて銅マトリッ
クスに電流が流れ、ジュール損失（結合損失）が発生す
る。これを低減するために、通常は、マトリックスの横
方向電気抵抗率を高めることが有効で、そのため純銅に
替えて高電気抵抗材料をマトリックスとして使用する。
ただし、交流損失のもう一つの原因である磁束線のピン
止めに伴う損失（ヒステリシス損失）は超電導フィラメ
ントが細くなるほど小さくなる。そのためフィラメント
径が１μｍ以下になるまで伸線加工する必要があること
から、マトリックスの高電気抵抗材料としては、加工性
にも優れたキュプロニッケル等の銅合金に限定されてい
る。
【０００３】しかしながら、マトリックスが高電気抵抗
材料である場合には熱伝導率も低くなるので通電中に常
電導の芽が一旦発生してしまうと回復することは不可能
で、安定性が損なわれてしまうことになる。ただ、横方
向の電気抵抗は高いが長手方向の電気抵抗は低いマトリ
ックス材料がもし存在すれば、低交流損失と高安定性を
同時に実現することができる。そのような理想的なマト
リックス材料を得るために、現実には、純銅と高電気抵
抗材料を適当に配置した混合マトリックス材料を用い
る。しかし、交流用多芯線としては極めて高度な複合加
工技術を必要とする。そして、さらに、ＮｂＴｉ自身の
臨界磁界（４．２Ｋ）が１１．５Ｔと低いので８Ｔ以上
の交流磁界を発生することは不可能であり、また、臨界
温度も９．５Ｋと低いので超電導発電機など使用温度が
５Ｋを越える交流機器には温度マージンが小さ過ぎると
いう欠点があった。
材料である場合には熱伝導率も低くなるので通電中に常
電導の芽が一旦発生してしまうと回復することは不可能
で、安定性が損なわれてしまうことになる。ただ、横方
向の電気抵抗は高いが長手方向の電気抵抗は低いマトリ
ックス材料がもし存在すれば、低交流損失と高安定性を
同時に実現することができる。そのような理想的なマト
リックス材料を得るために、現実には、純銅と高電気抵
抗材料を適当に配置した混合マトリックス材料を用い
る。しかし、交流用多芯線としては極めて高度な複合加
工技術を必要とする。そして、さらに、ＮｂＴｉ自身の
臨界磁界（４．２Ｋ）が１１．５Ｔと低いので８Ｔ以上
の交流磁界を発生することは不可能であり、また、臨界
温度も９．５Ｋと低いので超電導発電機など使用温度が
５Ｋを越える交流機器には温度マージンが小さ過ぎると
いう欠点があった。
【０００４】一方、直流用に開発されてきたブロンズ法
Ｎｂ3 Ｓｎ極細多芯線は、臨界温度が１７Ｋ以上でまた
臨界磁界が２３Ｔを越えることから、温度マージンが大
きい強磁界交流用超電導線材としても注目されている。
しかし、このブロンズ法には、伸線工程で焼鈍（約６０
０℃で１時間）しなければならないという欠点があっ
た。それと言うのもブロンズの加工硬化が顕著であるか
らであった。しかし、中間焼鈍で生成する微量のＮｂ3
Ｓｎ化合物は芯径が細くなるほど複合加工性を劣化させ
る。そのため、Ｎｂ芯径を１μｍ以下まで細くしなけれ
ばならない交流用多芯線では、伸線途中で破断しやすく
なる欠点があった。また、overall ＪC を大きくするた
めには、フィラメント間距離は無制限に大きくできな
い。そのため、伸線終了後の比較的高温での熱処理（約
７００℃で１００時間）で、各Ｎｂフィラメントの廻り
に生成するＮｂ3 Ｓｎが部分的に合体してフィラメント
間が物理的に結合するブリッジングが避けられない。こ
のようなブリッジングが生じると有効超電導芯径が大き
くなってヒステリシス損失を増大させる欠点があり、さ
らに、Ｎｂ3 Ｓｎの生成後のＣｕ−Ｓｎ合金は、結合損
失を軽減するには電気抵抗が低すぎ、また、安定性を向
上させるほどには電気抵抗が高すぎるという中途半端な
ものであった。
Ｎｂ3 Ｓｎ極細多芯線は、臨界温度が１７Ｋ以上でまた
臨界磁界が２３Ｔを越えることから、温度マージンが大
きい強磁界交流用超電導線材としても注目されている。
しかし、このブロンズ法には、伸線工程で焼鈍（約６０
０℃で１時間）しなければならないという欠点があっ
た。それと言うのもブロンズの加工硬化が顕著であるか
らであった。しかし、中間焼鈍で生成する微量のＮｂ3
Ｓｎ化合物は芯径が細くなるほど複合加工性を劣化させ
る。そのため、Ｎｂ芯径を１μｍ以下まで細くしなけれ
ばならない交流用多芯線では、伸線途中で破断しやすく
なる欠点があった。また、overall ＪC を大きくするた
めには、フィラメント間距離は無制限に大きくできな
い。そのため、伸線終了後の比較的高温での熱処理（約
７００℃で１００時間）で、各Ｎｂフィラメントの廻り
に生成するＮｂ3 Ｓｎが部分的に合体してフィラメント
間が物理的に結合するブリッジングが避けられない。こ
のようなブリッジングが生じると有効超電導芯径が大き
くなってヒステリシス損失を増大させる欠点があり、さ
らに、Ｎｂ3 Ｓｎの生成後のＣｕ−Ｓｎ合金は、結合損
失を軽減するには電気抵抗が低すぎ、また、安定性を向
上させるほどには電気抵抗が高すぎるという中途半端な
ものであった。
【０００５】また、Ｖ3 Ｓｉ化合物も臨界温度が１６Ｋ
以上で、また臨界磁界（４．２Ｋ）が２０Ｔを越すた
め、温度マージンが大きい強磁界交流用超電導線材とし
て期待できる。しかし、ブロンズ法を適用したこのＶ3
Ｓｉ化合物の製造法では、Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度
が高いとＶ5 Ｓｉ3 層が優先的に厚く生成し、Ｖ3 Ｓｉ
層はＶ5 Ｓｉ3 層と未反応のＶとの界面に薄く生成する
ので、overall ＪC は小さかった（K. Tachikawa et a
l., J. Mater, Sci.,７（１９７２），１１５４−１１
６０，M. Suenaga et al., “１９７２ Applied Supe
rconductivity Conference”，ＩＥＥＥ，New York, １
９７２，ｐ４８１−４８５．）。一方、Ｃｕ−Ｓｉ合金
中のＳｉ濃度を下げるとＶ5 Ｓｉ3 層厚に対するＶ3 Ｓ
ｉ層厚の割合が増加し、Ｓｉ濃度が１ａｔ％以下になる
とＶ3 Ｓｉ層だけが生成する（J. Livingston, J. Mate
r, Sci.,１２（１９７７），１７５９−１７６３）。こ
の場合、厚くＶ3 Ｓｉを生成させるためにはＶに対する
Ｃｕ−Ｓｉ合金の体積率をかなり大きくする必要があ
り、やはりoverall ＪC の改善は困難であった。なお、
Livingstonは、Ｓｉに対するＶの組成比（Ｖ原子数／Ｓ
ｉ原子数）をできるだけ大きく調整すれば、Ｓｉ濃度の
高いＣｕ−Ｓｉ合金を出発材料に用いても熱処理でのＣ
ｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度の減少にともない、初期に生
成したＶ5 Ｓｉ3 が最終的にＶ3 Ｓｉに変態する可能性
を指摘した。しかし、Suenaga らは、ＶのＳｉに対する
組成比が十分大きい試料（Ｖ／Ｓｉ〜３．５）を用いた
が、Ｖ3 Ｓｉを厚く生成させようとすると高温で長時間
の熱処理が必要であり、そのようにして生成したＶ3 Ｓ
ｉは結晶粒が粗大化し、磁束線のピン止め中心である結
晶粒界密度が減少するので、結局大きなoverall ＪC は
得られないことを報告している。Suenaga らの試料では
Ｖ芯径が３０μｍ以上で太かった。
以上で、また臨界磁界（４．２Ｋ）が２０Ｔを越すた
め、温度マージンが大きい強磁界交流用超電導線材とし
て期待できる。しかし、ブロンズ法を適用したこのＶ3
Ｓｉ化合物の製造法では、Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度
が高いとＶ5 Ｓｉ3 層が優先的に厚く生成し、Ｖ3 Ｓｉ
層はＶ5 Ｓｉ3 層と未反応のＶとの界面に薄く生成する
ので、overall ＪC は小さかった（K. Tachikawa et a
l., J. Mater, Sci.,７（１９７２），１１５４−１１
６０，M. Suenaga et al., “１９７２ Applied Supe
rconductivity Conference”，ＩＥＥＥ，New York, １
９７２，ｐ４８１−４８５．）。一方、Ｃｕ−Ｓｉ合金
中のＳｉ濃度を下げるとＶ5 Ｓｉ3 層厚に対するＶ3 Ｓ
ｉ層厚の割合が増加し、Ｓｉ濃度が１ａｔ％以下になる
とＶ3 Ｓｉ層だけが生成する（J. Livingston, J. Mate
r, Sci.,１２（１９７７），１７５９−１７６３）。こ
の場合、厚くＶ3 Ｓｉを生成させるためにはＶに対する
Ｃｕ−Ｓｉ合金の体積率をかなり大きくする必要があ
り、やはりoverall ＪC の改善は困難であった。なお、
Livingstonは、Ｓｉに対するＶの組成比（Ｖ原子数／Ｓ
ｉ原子数）をできるだけ大きく調整すれば、Ｓｉ濃度の
高いＣｕ−Ｓｉ合金を出発材料に用いても熱処理でのＣ
ｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度の減少にともない、初期に生
成したＶ5 Ｓｉ3 が最終的にＶ3 Ｓｉに変態する可能性
を指摘した。しかし、Suenaga らは、ＶのＳｉに対する
組成比が十分大きい試料（Ｖ／Ｓｉ〜３．５）を用いた
が、Ｖ3 Ｓｉを厚く生成させようとすると高温で長時間
の熱処理が必要であり、そのようにして生成したＶ3 Ｓ
ｉは結晶粒が粗大化し、磁束線のピン止め中心である結
晶粒界密度が減少するので、結局大きなoverall ＪC は
得られないことを報告している。Suenaga らの試料では
Ｖ芯径が３０μｍ以上で太かった。
【０００６】なお、これまでＶ3 Ｓｉ線材を交流用超電
導線材として着目した研究報告例は知られていない。こ
の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであ
り、従来方法の欠点を解消し、温度マージングが大きく
低交流損失で高安定性を有する強磁界特性の優れた交流
用超電導極細多芯線材を製造することができる新しい方
法を提供することを目的としている。
導線材として着目した研究報告例は知られていない。こ
の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであ
り、従来方法の欠点を解消し、温度マージングが大きく
低交流損失で高安定性を有する強磁界特性の優れた交流
用超電導極細多芯線材を製造することができる新しい方
法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するものとして、Ｃｕ−Ｓｉ合金マトリックスとＶ
芯から構成される複合体において、Ｃｕ−Ｓｉ合金の組
成ならびにＣｕ−Ｓｉ合金マトリックス／芯の体積比を
調整してＶとＳｉの組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）を
１．７以上に制御し、この複合体を中間焼鈍と冷間加工
によりＶ芯径が１０μｍ以下になるまで線状に加工した
のち、Ｖ芯の廻りにＣｕ−Ｓｉ合金側からＶ5 Ｓｉ3 層
およびＶ3 Ｓｉ層を拡散生成させる熱処理を行い、生成
したＶ5Ｓｉ3 層をＶ3 Ｓｉフィラメント間の物理的及
び電気的結合を切る高電気抵抗層とし、またＳｉ濃度が
低減したブロンズ合金を安定化材とする低交流損失・高
安定の交流用超電導Ｖ3 Ｓｉ極細多芯線材の製造方法を
提供する。
解決するものとして、Ｃｕ−Ｓｉ合金マトリックスとＶ
芯から構成される複合体において、Ｃｕ−Ｓｉ合金の組
成ならびにＣｕ−Ｓｉ合金マトリックス／芯の体積比を
調整してＶとＳｉの組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）を
１．７以上に制御し、この複合体を中間焼鈍と冷間加工
によりＶ芯径が１０μｍ以下になるまで線状に加工した
のち、Ｖ芯の廻りにＣｕ−Ｓｉ合金側からＶ5 Ｓｉ3 層
およびＶ3 Ｓｉ層を拡散生成させる熱処理を行い、生成
したＶ5Ｓｉ3 層をＶ3 Ｓｉフィラメント間の物理的及
び電気的結合を切る高電気抵抗層とし、またＳｉ濃度が
低減したブロンズ合金を安定化材とする低交流損失・高
安定の交流用超電導Ｖ3 Ｓｉ極細多芯線材の製造方法を
提供する。
【０００８】さらに詳しくは、この発明の製造方法にお
いて、全てのＳｉがＶと反応したときに、Ｖが全てＶ5
Ｓｉ3 に変化しない（未反応ＶまたはＶ3 Ｓｉが残る）
ようにする。このため、Ｃｕ−Ｓｉ合金に含まれるＳｉ
の総量をＶ原子数／Ｓｉ原子数で１．７以上になるよう
に、Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度およびＣｕ−Ｓｉ合金
のＶに対する体積比を制御する。
いて、全てのＳｉがＶと反応したときに、Ｖが全てＶ5
Ｓｉ3 に変化しない（未反応ＶまたはＶ3 Ｓｉが残る）
ようにする。このため、Ｃｕ−Ｓｉ合金に含まれるＳｉ
の総量をＶ原子数／Ｓｉ原子数で１．７以上になるよう
に、Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度およびＣｕ−Ｓｉ合金
のＶに対する体積比を制御する。
【０００９】Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度は、Ｃｕ−Ｓ
ｉ合金の体積率を小さくしてoverall ＪC を大きくする
ため、また硬度を上げてＶとの良好な複合加工性を確保
するために、４原子％、好ましくは７原子％以上、ま
た、Ｃｕ−Ｓｉ合金の良好な冷間加工性を保持する上か
ら１１原子％、好ましくは９原子％以下とする。中間焼
鈍温度は、Ｃｕ−Ｓｉ合金のＳｉ濃度に応じて変化させ
る必要があるが、Ｃｕ−Ｓｉ合金を十分焼鈍するために
は３００℃、好ましくは４８０℃以上、またＶとＳｉが
化合物を生成してその後の伸線加工性を劣化させないた
めには５７０℃、好ましくは５４０℃以下とする。
ｉ合金の体積率を小さくしてoverall ＪC を大きくする
ため、また硬度を上げてＶとの良好な複合加工性を確保
するために、４原子％、好ましくは７原子％以上、ま
た、Ｃｕ−Ｓｉ合金の良好な冷間加工性を保持する上か
ら１１原子％、好ましくは９原子％以下とする。中間焼
鈍温度は、Ｃｕ−Ｓｉ合金のＳｉ濃度に応じて変化させ
る必要があるが、Ｃｕ−Ｓｉ合金を十分焼鈍するために
は３００℃、好ましくは４８０℃以上、またＶとＳｉが
化合物を生成してその後の伸線加工性を劣化させないた
めには５７０℃、好ましくは５４０℃以下とする。
【００１０】最終的なＶ芯径は、Ｓｉとの拡散反応が比
較的低温で短時間で終了させて結晶粒の粗大化を抑制す
るため及びヒステリシス損失を低減化するために、１０
μｍ、好ましくは１μｍ以下とする。化合物生成のため
の最終熱処理温度は、Ｖ3 ＳｉのＶ5 Ｓｉ3 に対する割
合を実用的な熱処理時間以内（２００時間）で大きくす
るために６００℃、好ましくは６５０℃以上、また、Ｖ
3 Ｓｉの結晶粒を粗大化させないために９５０℃、好ま
しくは９００℃以下とする。
較的低温で短時間で終了させて結晶粒の粗大化を抑制す
るため及びヒステリシス損失を低減化するために、１０
μｍ、好ましくは１μｍ以下とする。化合物生成のため
の最終熱処理温度は、Ｖ3 ＳｉのＶ5 Ｓｉ3 に対する割
合を実用的な熱処理時間以内（２００時間）で大きくす
るために６００℃、好ましくは６５０℃以上、また、Ｖ
3 Ｓｉの結晶粒を粗大化させないために９５０℃、好ま
しくは９００℃以下とする。
【００１１】ＶとＳｉの組成比と最終的なＶ芯径を確保
するために、Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉとの反応性が無視
できるほど小さくＣｕ−Ｓｉ合金との複合加工性に優れ
たＴａ、Ｎｂ、これらの合金等の材料をスタック用シー
ス材や拡散バリア材として複合体中に含んでも良い。添
付した図１は、この発明の製造方法によって得られる極
細多芯線材の部分構成を例示した断面図である。
するために、Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉとの反応性が無視
できるほど小さくＣｕ−Ｓｉ合金との複合加工性に優れ
たＴａ、Ｎｂ、これらの合金等の材料をスタック用シー
ス材や拡散バリア材として複合体中に含んでも良い。添
付した図１は、この発明の製造方法によって得られる極
細多芯線材の部分構成を例示した断面図である。
【００１２】たとえばこの図１に示したように、Ｖ芯線
（１）の周囲には、Ｖ3 Ｓｉ層（２）、Ｖ5 Ｓｉ3 層
（３）、そしてＳｉ濃度の低下したＣＵ−Ｓｉ合金層
（４）が形成されることになる。Ｖ5 Ｓｉ3 層（３）
は、Ｖ3 Ｓｉ層（２）フィラメント間の高電気抵抗層と
して働き、Ｃｕ−Ｓｉ合金層（４）は安定化材として働
くことになる。
（１）の周囲には、Ｖ3 Ｓｉ層（２）、Ｖ5 Ｓｉ3 層
（３）、そしてＳｉ濃度の低下したＣＵ−Ｓｉ合金層
（４）が形成されることになる。Ｖ5 Ｓｉ3 層（３）
は、Ｖ3 Ｓｉ層（２）フィラメント間の高電気抵抗層と
して働き、Ｃｕ−Ｓｉ合金層（４）は安定化材として働
くことになる。
【００１３】次ぎに実施例を示してさらに詳しくこの発
明について説明する。もちろん、この発明は以下の実施
例によって限定されるものではない。とくにＶ／Ｓｉ比
を１．７以上に確保してＶ芯径を１０μｍ以下の複合多
芯線を作製することが本発明の骨子なので、実施例と違
って多芯線を出発材料としてスタック工程を省略する場
合や、また多芯線を出発材料にして１回のスタック工程
で完了する場合も、この発明の請求範囲に含まれる。さ
らに、スタック用シース材とＳｉの拡散バリア材を兼ね
て実施例ではＴａを用いているが、Ｃｕ−Ｓｉ合金中の
Ｓｉとの反応性が低くまたＣｕ−Ｓｉ合金との複合加工
性が優れていれば、スタック用シース材や拡散バリア材
としてＴａ以外の材料でも構わない。
明について説明する。もちろん、この発明は以下の実施
例によって限定されるものではない。とくにＶ／Ｓｉ比
を１．７以上に確保してＶ芯径を１０μｍ以下の複合多
芯線を作製することが本発明の骨子なので、実施例と違
って多芯線を出発材料としてスタック工程を省略する場
合や、また多芯線を出発材料にして１回のスタック工程
で完了する場合も、この発明の請求範囲に含まれる。さ
らに、スタック用シース材とＳｉの拡散バリア材を兼ね
て実施例ではＴａを用いているが、Ｃｕ−Ｓｉ合金中の
Ｓｉとの反応性が低くまたＣｕ−Ｓｉ合金との複合加工
性が優れていれば、スタック用シース材や拡散バリア材
としてＴａ以外の材料でも構わない。
【００１４】
【実施例】電子ビーム溶解により溶製したＶインゴット
を１１００℃で１時間の中間焼鈍と溝ロール圧延・スウ
ェージングによる冷間加工を交互に繰り返し、直径３．
９ｍｍφの丸棒に加工したのち２次再結晶が生じないよ
うに比較的低温の９００℃で１時間での真空焼鈍を行っ
て芯材とした。一方マトリックス材は、アーク溶解炉で
溶製したＣｕ−１６ｗｔ．％Ｓｉ母合金と純銅を原材料
にしてタンマン炉でＣｕ−８．５ａｔ．％Ｓｉ合金に溶
製し、溝ロール圧延・スウェージング・ドリル加工によ
り管状（７．９／４．０ｍｍφ）に加工して作製した。
両者を複合後、５２０℃で１時間の中間焼鈍と５０％の
冷間加工（溝ロール圧延・カセットローラダイスによる
伸線加工）を交互に繰り返して、０．７ｍｍφ（Ｖ芯
径：３５０μｍ）の単芯線に加工した。単芯線に於ける
Ｖ／Ｓｉ組成比は３．２である。ついで、Ｃｕ−８．５
ａｔ％Ｓｉシース管（１０．５／７．５ｍｍφ）とＴａ
シース管（１０／７．５ｍｍφ）に上記単芯線を８０本
束ねて挿入し、それぞれ上記と同様の中間焼鈍を加えな
がら再び０．７ｍｍφまで伸線加工し、２種類の１次ス
タック線とした。このうちＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｃ
ｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｖ線については１０．５／７．
４ｍｍφのＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉシース管に再び８０
本を束ねて挿入して２次スタック線とした。また、Ｔａ
／Ｃｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｖ線については１２．３／
９ｍｍφのＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉシース管に１３４本
束ねて挿入し２次スタック線とした。２種類の２次スタ
ック線は共に粒径が０．３１５ｍｍまで破断することな
く伸線加工できた。なお、Ｔａを用いた２次スタック線
ではＴａがＳｉの拡散バリアになっているのでＶとの反
応に寄与するＳｉは単芯線部分のＣｕ−Ｓｉ合金に含ま
れるだけであり、Ｖ／Ｓｉ組成比は単芯線の場合と同様
に３．２である。また、Ｔａを用いない場合はシース材
のＣｕ−Ｓｉ合金も反応に寄与するので、Ｖ／Ｓｉ組成
比は１次スタック線で１．４、２次スタック線で０．８
１となる。
を１１００℃で１時間の中間焼鈍と溝ロール圧延・スウ
ェージングによる冷間加工を交互に繰り返し、直径３．
９ｍｍφの丸棒に加工したのち２次再結晶が生じないよ
うに比較的低温の９００℃で１時間での真空焼鈍を行っ
て芯材とした。一方マトリックス材は、アーク溶解炉で
溶製したＣｕ−１６ｗｔ．％Ｓｉ母合金と純銅を原材料
にしてタンマン炉でＣｕ−８．５ａｔ．％Ｓｉ合金に溶
製し、溝ロール圧延・スウェージング・ドリル加工によ
り管状（７．９／４．０ｍｍφ）に加工して作製した。
両者を複合後、５２０℃で１時間の中間焼鈍と５０％の
冷間加工（溝ロール圧延・カセットローラダイスによる
伸線加工）を交互に繰り返して、０．７ｍｍφ（Ｖ芯
径：３５０μｍ）の単芯線に加工した。単芯線に於ける
Ｖ／Ｓｉ組成比は３．２である。ついで、Ｃｕ−８．５
ａｔ％Ｓｉシース管（１０．５／７．５ｍｍφ）とＴａ
シース管（１０／７．５ｍｍφ）に上記単芯線を８０本
束ねて挿入し、それぞれ上記と同様の中間焼鈍を加えな
がら再び０．７ｍｍφまで伸線加工し、２種類の１次ス
タック線とした。このうちＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｃ
ｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｖ線については１０．５／７．
４ｍｍφのＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉシース管に再び８０
本を束ねて挿入して２次スタック線とした。また、Ｔａ
／Ｃｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｖ線については１２．３／
９ｍｍφのＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉシース管に１３４本
束ねて挿入し２次スタック線とした。２種類の２次スタ
ック線は共に粒径が０．３１５ｍｍまで破断することな
く伸線加工できた。なお、Ｔａを用いた２次スタック線
ではＴａがＳｉの拡散バリアになっているのでＶとの反
応に寄与するＳｉは単芯線部分のＣｕ−Ｓｉ合金に含ま
れるだけであり、Ｖ／Ｓｉ組成比は単芯線の場合と同様
に３．２である。また、Ｔａを用いない場合はシース材
のＣｕ−Ｓｉ合金も反応に寄与するので、Ｖ／Ｓｉ組成
比は１次スタック線で１．４、２次スタック線で０．８
１となる。
【００１５】このようにして得られた極細多芯線を７０
０〜８５０℃で熱処理し、超電導特性を測定した結果を
表１に示す。また、観察した微視的組織を表２に示し
た。Ｔａをスタック用シース材に用いていない比較例１
〜１１においては、Ｖに対するＳｉの割合は大きく、熱
処理初期にＶ5 Ｓｉ3 と未反応Ｖとの界面似一旦Ｖ3 Ｓ
ｉが薄く生成するが、その後の熱処理によってさらにＳ
ｉが供給され続けるため最終的にＶ5 Ｓｉ3 に変化し、
超電導性を示さなくなる。Ｖ／Ｓｉの比率が大きい３．
２の場合には、Ｖ芯径が１０μｍ以上であると（表１比
較例１２〜１５、表２比較例１９〜２３）、同じＶ芯径
でＳｉの供給量が多い場合（表１比較例８〜１１、表２
比較例１８）と比較して、短時間の熱処理で臨界温度の
高いＶ3 Ｓｉが厚く生成し、高磁界でのoverall ＪC も
大きくなる。しかし、Ｖ芯径が１０μｍ以下のもの（表
１実施例１〜１１、表２実施例１２）を比較するとover
all ＪC は１桁ほど小さい。Ｓｉ濃度が十分低下してＣ
ｕ−Ｓｉ合金が安定化材として利用できるまでに要する
時間は、Ｖ芯径が１０μｍ以上の場合には、きわめて長
い。そのためＶ3 Ｓｉの結晶粒が粗大化し、結局overal
l ＪC が低下したと解釈される。なお、Ｖ芯径が細い場
合（表１実施例１〜７）でも長時間熱処理を行うとover
all ＪC が若干劣化する。しかし、最適熱処理条件が低
温で短時間側にシフトするために、overall ＪC の絶対
値はＶ芯径が１０μｍ以上のものと比較すると遙かに大
きい。８５０℃で熱処理した場合にこれまで得られてい
る超電導特性を比較すると（表１比較例１６〜１７およ
び実施例８〜１１）、Ｖ芯径を細くすると最適熱処理時
間が短時間側にシフトしていることが判る。
０〜８５０℃で熱処理し、超電導特性を測定した結果を
表１に示す。また、観察した微視的組織を表２に示し
た。Ｔａをスタック用シース材に用いていない比較例１
〜１１においては、Ｖに対するＳｉの割合は大きく、熱
処理初期にＶ5 Ｓｉ3 と未反応Ｖとの界面似一旦Ｖ3 Ｓ
ｉが薄く生成するが、その後の熱処理によってさらにＳ
ｉが供給され続けるため最終的にＶ5 Ｓｉ3 に変化し、
超電導性を示さなくなる。Ｖ／Ｓｉの比率が大きい３．
２の場合には、Ｖ芯径が１０μｍ以上であると（表１比
較例１２〜１５、表２比較例１９〜２３）、同じＶ芯径
でＳｉの供給量が多い場合（表１比較例８〜１１、表２
比較例１８）と比較して、短時間の熱処理で臨界温度の
高いＶ3 Ｓｉが厚く生成し、高磁界でのoverall ＪC も
大きくなる。しかし、Ｖ芯径が１０μｍ以下のもの（表
１実施例１〜１１、表２実施例１２）を比較するとover
all ＪC は１桁ほど小さい。Ｓｉ濃度が十分低下してＣ
ｕ−Ｓｉ合金が安定化材として利用できるまでに要する
時間は、Ｖ芯径が１０μｍ以上の場合には、きわめて長
い。そのためＶ3 Ｓｉの結晶粒が粗大化し、結局overal
l ＪC が低下したと解釈される。なお、Ｖ芯径が細い場
合（表１実施例１〜７）でも長時間熱処理を行うとover
all ＪC が若干劣化する。しかし、最適熱処理条件が低
温で短時間側にシフトするために、overall ＪC の絶対
値はＶ芯径が１０μｍ以上のものと比較すると遙かに大
きい。８５０℃で熱処理した場合にこれまで得られてい
る超電導特性を比較すると（表１比較例１６〜１７およ
び実施例８〜１１）、Ｖ芯径を細くすると最適熱処理時
間が短時間側にシフトしていることが判る。
【００１６】また、表１の実施例８の試料について磁化
測定により超電導有効芯径を求めた。超電導有効芯径は
熱処理前のＶ芯径とほぼ一致しており、Ｖ5 Ｓｉ3 層が
超電導フィラメント同士の直接的な物理的結合を阻害す
るのに有効に作用していたことが明らかにされた。ま
た、生成したＶ5 Ｓｉ3 の電気抵抗率は４．２Ｋで約５
×１０-7Ωｍであった。この値は、従来から高電気抵抗
材料として用いられているキュプロニッケルの値３．５
×１０-7Ωｍと比較しても大きく、結合損失を低減させ
るのに十分な高電気抵抗材料であることが確認された。
測定により超電導有効芯径を求めた。超電導有効芯径は
熱処理前のＶ芯径とほぼ一致しており、Ｖ5 Ｓｉ3 層が
超電導フィラメント同士の直接的な物理的結合を阻害す
るのに有効に作用していたことが明らかにされた。ま
た、生成したＶ5 Ｓｉ3 の電気抵抗率は４．２Ｋで約５
×１０-7Ωｍであった。この値は、従来から高電気抵抗
材料として用いられているキュプロニッケルの値３．５
×１０-7Ωｍと比較しても大きく、結合損失を低減させ
るのに十分な高電気抵抗材料であることが確認された。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】この発明の製造法の場合には、従来のＶ
3 Ｓｉ化合物の製法と違って、比較的低温で短時間の熱
処理で結晶粒が微細なＶ3 Ｓｉ層をＶ5 Ｓｉ3 層に比べ
て厚く生成できるので、大きなoverall ＪC が得られ
る。また、このＶ5 Ｓｉ3 層を必要な厚さだけ残すこと
が可能でマトリックス横電気抵抗率を高めるのに利用で
きる。そのうえ熱処理後Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度が
１ａｔ％以下まで減少し電気抵抗が十分低下するので、
この純銅化したＣｕ−Ｓｉ合金を安定化材として利用で
きる。したがって、従来の交流用超電導線材の製法と違
って、純銅と高電気抵抗材との混合マトリックス材料を
別途被覆することなく、結合損失が小さくそのうえ安定
性にも優れた交流用超電導線材を製造できる。
3 Ｓｉ化合物の製法と違って、比較的低温で短時間の熱
処理で結晶粒が微細なＶ3 Ｓｉ層をＶ5 Ｓｉ3 層に比べ
て厚く生成できるので、大きなoverall ＪC が得られ
る。また、このＶ5 Ｓｉ3 層を必要な厚さだけ残すこと
が可能でマトリックス横電気抵抗率を高めるのに利用で
きる。そのうえ熱処理後Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度が
１ａｔ％以下まで減少し電気抵抗が十分低下するので、
この純銅化したＣｕ−Ｓｉ合金を安定化材として利用で
きる。したがって、従来の交流用超電導線材の製法と違
って、純銅と高電気抵抗材との混合マトリックス材料を
別途被覆することなく、結合損失が小さくそのうえ安定
性にも優れた交流用超電導線材を製造できる。
【００２０】また、中間焼鈍温度は５７０℃以下と低い
ので、ブロンズ法Ｎｂ3 Ｓｎ極細多芯線材と違って、中
間焼鈍による化合物生成及びそれに伴う複合加工性の劣
化はほとんどない。したがって、Ｖ芯径を１μｍ以下に
伸線加工するのは容易で、そのためヒステリシス損失を
小さくできる。さらに、最終熱処理でフィラメント間の
ブリッジングが仮に生じても、常電導化合物のＶ5 Ｓｉ
3 同士が結合するだけで、超電導化合物のＶ3 Ｓｉの物
理的な結合は原理的には生じない。そのため、超電導有
効芯径の増加に伴うヒステリシス損失の増大はないと思
われる。
ので、ブロンズ法Ｎｂ3 Ｓｎ極細多芯線材と違って、中
間焼鈍による化合物生成及びそれに伴う複合加工性の劣
化はほとんどない。したがって、Ｖ芯径を１μｍ以下に
伸線加工するのは容易で、そのためヒステリシス損失を
小さくできる。さらに、最終熱処理でフィラメント間の
ブリッジングが仮に生じても、常電導化合物のＶ5 Ｓｉ
3 同士が結合するだけで、超電導化合物のＶ3 Ｓｉの物
理的な結合は原理的には生じない。そのため、超電導有
効芯径の増加に伴うヒステリシス損失の増大はないと思
われる。
【００２１】耐歪特性に関しても、一般的にＡ１５型化
合物では負荷歪に対して非可逆的にＪC が劣化し始める
歪量εirrav がフィラメント径が小さくなるほど大きく
なるので、１μｍ以下のフィラメント径を有する本発明
のＶ3 Ｓｉ極細多芯線材も比較的大きな歪量εirrav を
有するものと期待される。さらに、この発明は、特殊な
装置を必要とせずに従来のブロンズ法Ｎｂ3 Ｓｎ極細多
芯線の場合と同様の溶解、伸線加工、熱処理装置をその
まま利用できる利点を有し、そのうえ、キュプロニッケ
ル等の高電気抵抗材や純銅などの安定化材を別途導入す
る必要がないので、線材の製造工程が簡略化され製造コ
ストを下げることが可能である。また、交流損失が多少
あっても臨界温度が１６Ｋ以上で高いため余裕をもった
設計が可能となる。そのため、マグネットの小型化を図
ることができ、冷却コストの節減につながる。
合物では負荷歪に対して非可逆的にＪC が劣化し始める
歪量εirrav がフィラメント径が小さくなるほど大きく
なるので、１μｍ以下のフィラメント径を有する本発明
のＶ3 Ｓｉ極細多芯線材も比較的大きな歪量εirrav を
有するものと期待される。さらに、この発明は、特殊な
装置を必要とせずに従来のブロンズ法Ｎｂ3 Ｓｎ極細多
芯線の場合と同様の溶解、伸線加工、熱処理装置をその
まま利用できる利点を有し、そのうえ、キュプロニッケ
ル等の高電気抵抗材や純銅などの安定化材を別途導入す
る必要がないので、線材の製造工程が簡略化され製造コ
ストを下げることが可能である。また、交流損失が多少
あっても臨界温度が１６Ｋ以上で高いため余裕をもった
設計が可能となる。そのため、マグネットの小型化を図
ることができ、冷却コストの節減につながる。
【図１】この発明の方法によって製造される線材の部分
断面を示したものである。
断面を示したものである。
１ Ｖ芯線 ２ Ｖ3 Ｓｉ層 ３ Ｖ5 Ｓｉ3 層 ４ Ｓｉ温度低下Ｃｕ−Ｓｉ合金層
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｃｕ−Ｓｉ合金マトリックスとＶ芯から
構成される複合体において、Ｃｕ−Ｓｉ合金の組成なら
びにこの合金マトリックス／芯の体積比を調整してＶと
Ｓｉの組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）を１．７以上に
制御し、この複合体を中間焼鈍と冷間加工によってＶ芯
径が１０μｍ以下になるまで線状に加工したのち、Ｖ芯
の廻りにＣｕ−Ｓｉ合金側からＶ5 Ｓｉ3 層およびＶ3
Ｓｉ層を拡散生成させる熱処理を行い、生成したＶ5 Ｓ
ｉ3 層をＶ3 Ｓｉフィラメント間の物理的及び電気的結
合を切る高電気抵抗層とし、またＳｉ濃度が低減したＣ
ｕ−Ｓｉ合金を安定化材とする強磁界特性の優れた交流
用のＶ3 Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造方法。 - 【請求項２】 Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉ濃度が４原子％
〜１１原子％の範囲で、中間焼鈍温度が３００℃〜５７
０℃の範囲にある請求項１の製造方法。 - 【請求項３】 真空、不活性ガス雰囲気で６００℃〜９
５０℃の範囲でＶ5Ｓｉ3 層およびＶ3 Ｓｉ層を拡散生
成・熱処理する請求項１または２の製造方法。 - 【請求項４】 Ｖ5 Ｓｉ3 およびＶ3 Ｓｉの拡散生成に
寄与するＳｉ量を制御し、さらに１０μｍ以下までＶ芯
径を伸線加工するために、Ｃｕ−Ｓｉ合金中のＳｉとの
反応性が低く、またＣｕ−Ｓｉ合金との複合加工性に優
れた材料を拡散バリア材またはスタック用シース材とし
て複合体に含む請求項１、２または３の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4303290A JP2517867B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4303290A JP2517867B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196033A JPH06196033A (ja) | 1994-07-15 |
| JP2517867B2 true JP2517867B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=17919173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4303290A Expired - Lifetime JP2517867B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2517867B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS596004B2 (ja) * | 1973-06-29 | 1984-02-08 | 三菱電機株式会社 | Ｖ３ｓｉ ケイチヨウデンドウセンノ セイゾウホウホウ |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP4303290A patent/JP2517867B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06196033A (ja) | 1994-07-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |