JP2808874B2 - Nb (3) Manufacturing method of Al multi-core superconducting wire - Google Patents

Nb (3) Manufacturing method of Al multi-core superconducting wire

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、たとえば核融合炉用およびSMES用などの
超電導線材として用いることのできるNb3Al多芯超電導
線の製造方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a Nb 3 Al multi-core superconducting wire that can be used as a superconducting wire for a nuclear fusion reactor and for a SMES, for example.

[従来の技術] Nb3Al超電導材料は、30Tを超えると言われている高い
臨界磁界を有しており、歪特性もNb3Snより良好なこと
から、NbTiおよびNb3Snに続く第3の実用的な超電導材
料として期待されており、特に核融合炉の超電導マグネ
ット用線材として期待されている。
[Prior Art] Nb 3 Al superconducting material has a high critical magnetic field which is said to more than 30T, since the distortion characteristic is also better than Nb 3 Sn, the third following NbTi and Nb 3 Sn Is expected as a practical superconducting material, particularly as a wire for a superconducting magnet in a fusion reactor.

また、近年、Nb3Al超電導線において、NbおよびAlの
厚みを0.1μm程度にまで薄くすると、臨界電流密度が
上昇し、Nb3Snの臨界電流密度と同等か、あるいはこれ
を超える高い値が得られると報告されている。
In recent years, in the Nb 3 Al superconducting wire, when the thickness of Nb and Al is reduced to about 0.1 μm, the critical current density increases, and a high value equal to or exceeding the critical current density of Nb 3 Sn is obtained. It is reported to be obtained.

しかしながら、NbとAlの加工性がよくないため、工業
的には長尺化が困難であり、長尺の超電導線として得る
ことができないという問題があった。ジェリーロール法
およびNbパイプ法等により、Nb3Alの長尺線材化が試み
られているが、未だ十分な成果は得られていない。たと
えば、核融合炉の超電導マグネットに用いる線材として
は、少なくとも600mの長さが必要であり、現在の目標と
しては1000m以上の長尺化が要望されている。また、Cu
−10%Niをシースとした線材化が一部試みられている
が、安定化材としてはCuを用いることが必要である。
However, since the workability of Nb and Al is not good, it is difficult to increase the length industrially, and there is a problem that a long superconducting wire cannot be obtained. Attempts have been made to make Nb 3 Al long wires by the jelly roll method and the Nb pipe method, but no satisfactory results have yet been obtained. For example, a wire rod used for a superconducting magnet in a fusion reactor needs to be at least 600 m long, and the current goal is to increase the length to 1000 m or more. Also, Cu
Some attempts have been made to use -10% Ni as a sheath, but it is necessary to use Cu as a stabilizer.

[発明が解決しようとする課題] このように、Nb3Al多芯超電導線において長尺化が困
難な理由は、NbとAlの積層部における相互の界面が、面
積的に大きいことと、異種金属同士であるために、伸線
加工中におけるAlとNbの変形量が相違し、密着性が不良
になり、断線が生じることによる。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, the reason why it is difficult to increase the length of the Nb 3 Al multi-core superconducting wire is that the mutual interface in the laminated portion of Nb and Al is large in area and different from each other. This is because Al and Nb are different in the amount of deformation during wire drawing due to metal-to-metal bonding, resulting in poor adhesion and disconnection.

長尺線材の製作が可能なNbとAlの厚さは、従来は、0.
8μmおよび0.2μm程度である。このような厚みでは、
熱処理しても、高い臨界電流密度(Jc)は得られず、20
0A/mm2(12T)程度である。このため、現在実用化され
ているNb3Sn超電導線の半分程度でしかない。
Conventionally, the thickness of Nb and Al for which long wires can be manufactured is
They are about 8 μm and 0.2 μm. At such a thickness,
Even after heat treatment, a high critical current density (Jc) was not obtained.
It is about 0A / mm 2 (12T). For this reason, it is only about half of the Nb 3 Sn superconducting wire currently in practical use.

この発明の目的は、このような従来の問題点を解消
し、NbおよびAlの厚さをさらに薄くして高い臨界電流密
度を得ることのできるNb3AlなどのNb3X系多芯超電導線
の製造方法を提供することにある。
The purpose of this invention is to solve such conventional problems, Nb 3 X based multi-filamentary superconducting wire, such as Nb 3 Al, which can be obtained thinner to high critical current density thickness of the Nb and Al It is to provide a manufacturing method of.

[課題を解決するための手段] この発明の製造方法は、Nb金属またはNb合金からなる
Nb含有シートとNbと反応して超電導線を示す化合物を作
る元素Xまたは元素Xを含む合金からなるX含有シート
を重ね合せてロール上に巻き、CuまたはCu合金パイプ中
に挿入した1次スタックを少なくとも1回の押出より縮
径加工して1次セグメントとするステップと、複数の1
次セグメントをCuまたはCu合金パイプ中に挿入して2次
スタックを形成し、この2次スタックを押出により縮径
加工して2次セグメントとするステップと、2次セグメ
ントを所望の線径まで縮径加工するステップと、2次セ
グメントを加熱処理してNb3Xを形成するステップとを備
えている。
[Means for Solving the Problems] The production method of the present invention comprises Nb metal or Nb alloy.
A primary stack in which an Nb-containing sheet and an X-containing sheet made of an element X or an alloy containing the element X, which forms a compound showing a superconducting wire by reacting with Nb, are overlapped and wound on a roll and inserted into a Cu or Cu alloy pipe Reducing the diameter of at least one extrusion to form a primary segment;
Inserting a secondary segment into a Cu or Cu alloy pipe to form a secondary stack, reducing the diameter of the secondary stack by extrusion to form a secondary segment, and reducing the secondary segment to a desired wire diameter. The method includes a step of forming a diameter and a step of heat-treating the secondary segment to form Nb 3 X.

Nbと反応して超電導性を示す化合物を作る元素Xとし
ては、たとえばAl、SnまたはGeなどがある。
Examples of the element X that forms a compound exhibiting superconductivity by reacting with Nb include Al, Sn, and Ge.

この発明は、特に元素XとしてAlを用いる。 The present invention particularly uses Al as the element X.

Nb合金および/または元素Xを含む合金中の含有合金
元素としては、Ti、Hf、Ta、Zr、MgまたはBeなどが挙げ
られる。
Examples of alloy elements contained in the Nb alloy and / or the alloy containing the element X include Ti, Hf, Ta, Zr, Mg, and Be.

[発明の作用効果] この発明では、押出により縮径加工して1次セグメン
トを形成しているので、Cu、XおよびNbの相互の界面の
密着性が良好となり、したがって線材全体の加工性が向
上する。
[Effects of the Invention] In the present invention, since the primary segments are formed by reducing the diameter by extrusion, the adhesion at the mutual interface between Cu, X and Nb is improved, and therefore the workability of the entire wire is reduced. improves.

この発明において、1次セグメントを形成する際の押
出法としては、熱間押出法および静水圧押出法などを採
用することができる。
In the present invention, as an extrusion method for forming the primary segment, a hot extrusion method, an isostatic extrusion method, or the like can be employed.

この発明では、特に押出として静水圧押出が好ましく
用いられる。
In the present invention, hydrostatic extrusion is particularly preferably used as the extrusion.

また、この発明において、1次セグメントを形成する
際に複数回押出すれば、NbとXの厚みを極限まで薄くす
ることができる。このため、臨界電流密度(Jc)を飛躍
的に向上させることができる。また複数回押出すことに
より、Cu、NbおよびXの相互の密着性をより向上させる
ことができ、線材全体の加工性を高めることができる。
Further, in the present invention, the thickness of Nb and X can be reduced to the minimum by extruding a plurality of times when forming the primary segment. Therefore, the critical current density (Jc) can be significantly improved. Further, by extruding a plurality of times, the mutual adhesion of Cu, Nb and X can be further improved, and the workability of the entire wire can be improved.

また、この発明に従えば、1次セグメントを形成する
のに押出を用いており、押出は1回の加工度を大きくと
ることができるので、生産性も向上させることができ
る。
Further, according to the present invention, extrusion is used to form the primary segment, and the extrusion can be performed at a high degree of processing, so that productivity can be improved.

[実施例] 実施例1 第1図に示すように、Nbシート1の上にAlシート2を
並べて配置し、Nbシート1とAlシート2をCu棒3を中心
にして巻込み重ね合せてロール状にした。これをマトリ
ックスパイプとしてのCuパイプ4中に挿入した。この後
電子ビーム溶接により両端をCuで蓋をして、静水圧押出
法により直径70mmから直径25mmに押出し縮径加工した。
Example 1 Example 1 As shown in FIG. 1, an Al sheet 2 was arranged side by side on an Nb sheet 1, and the Nb sheet 1 and the Al sheet 2 were rolled up around a Cu bar 3 and rolled. I made it. This was inserted into a Cu pipe 4 as a matrix pipe. Thereafter, both ends were covered with Cu by electron beam welding, and the diameter was reduced from 70 mm to 25 mm by hydrostatic extrusion.

第2図は、このようにして得られた1次セグメント5
を示す断面図である。
FIG. 2 shows the primary segment 5 thus obtained.
FIG.

このようにして得られた1次セグメントを線引加工し
て断面六角形状の一次セグメント6とした後、第3図に
示すように、マトリックスパイプとしてのCuパイプ7中
に複数配置して2次スタックとした。この2次スタック
を再度静水圧押出して2次セグメントとした後、この2
次セグメントを伸線加工して所望の線径のNb3Al多芯超
電導線とした。
The primary segment obtained in this manner is drawn to form a primary segment 6 having a hexagonal cross section, and as shown in FIG. Stacked. The secondary stack is again subjected to hydrostatic extrusion to form a secondary segment.
The next segment was drawn to obtain a Nb 3 Al multicore superconducting wire having a desired wire diameter.

第4図は、このようにして得られたNb3Al多芯超電導
線を示す断面図である。第4図を参照して、Cuマトリッ
クス8中に多数の1次セグメント6が形成されている。
この実施例では、表1に示すように最終線径が0.81mmと
なるように伸線加工され、Nb3Alフィラメント中のNb層
の厚みが295nm、Al層の厚みが80nmとなるように、使用
するNbシートおよびAlシートの厚みを定めている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the Nb 3 Al multi-core superconducting wire thus obtained. Referring to FIG. 4, a large number of primary segments 6 are formed in a Cu matrix 8.
In this example, as shown in Table 1, wire drawing was performed so that the final wire diameter was 0.81 mm, the thickness of the Nb layer in the Nb 3 Al filament was 295 nm, and the thickness of the Al layer was 80 nm. The thickness of the Nb sheet and Al sheet to be used is determined.

実施例2 1次スタックを縮径加工して1次セグメントとする際
の押出を2回の静水圧押出とする以外は、上記の実施例
1と同様にしてNb3Al多芯超電導線を作製した。
Example 2 An Nb 3 Al multifilamentary superconducting wire was produced in the same manner as in Example 1 except that the primary stack was reduced in diameter to form a primary segment, and was extruded twice by hydrostatic extrusion. did.

最終的な超電導線の線径において、NbおよびAlの厚み
は、それぞれ110nmおよび30nmとなり、実施例1に比べ
ると非常に薄くなった。
In the final superconducting wire diameter, the thicknesses of Nb and Al were 110 nm and 30 nm, respectively, which were much smaller than those in Example 1.

実施例3 この実施例では、実施例2と同様に1次スタックから
1次セグメントに縮径加工する際の押出を2回の熱間直
接押出により行なった。ただし最終的なNbおよびAlの厚
みが、上記実施例1とほぼ同じになるように、予めNbシ
ートおよびAlシートの厚みを調整しておいた。
Example 3 In this example, as in Example 2, the extrusion for reducing the diameter from the primary stack to the primary segment was performed by two hot direct extrusions. However, the thicknesses of the Nb sheet and the Al sheet were adjusted in advance so that the final thicknesses of Nb and Al were almost the same as in Example 1 above.

比較例 1次スタックを1次セグメントに縮径加工するのに、
押出ではなく伸線加工を用いた以外は、上記の実施例と
同様にしてNb3Al多芯超電導線を作製した。
Comparative Example For reducing the diameter of the primary stack into primary segments,
An Nb 3 Al multi-core superconducting wire was produced in the same manner as in the above example except that wire drawing was used instead of extrusion.

上記実施例1〜3および比較例の最終線径におけるNb
層およびAl層の厚み、ならびに単長(最終的な伸線加工
により得られた線材の平均長さ)、および12T,4.2Kにお
ける非銅部当りの臨界電流密度(Jc)を併せて表1に示
した。
Nb at the final wire diameter of Examples 1 to 3 and Comparative Example
Table 1 shows the thickness of the layer and the Al layer, the single length (average length of the wire obtained by the final drawing), and the critical current density (Jc) per non-copper portion at 12T and 4.2K. It was shown to.

表1から明らかなように、この発明に従い、1次スタ
ックから1次セグメントに縮径加工する際の加工方法を
押出とした実施例1〜3は、最終的な線材の長さを従来
の比較例のものより長くすることができ、またJcの高い
超電導線を得ることができた。
As is clear from Table 1, according to the present invention, in Examples 1 to 3 in which the processing method for reducing the diameter from the primary stack to the primary segment was extruded, the final wire length was compared with the conventional one. The superconducting wire with high Jc could be obtained longer than the example.

また実施例2からも明らかなように、1次スタックか
ら1次セグメントに縮径加工する際の押出を複数回行な
うことにより、より一層Nb層およびAl層の厚みを薄くす
ることができ、より高いJcを得ることのできることがわ
かった。
Further, as is apparent from Example 2, the Nb layer and the Al layer can be further reduced in thickness by performing extrusion plural times when reducing the diameter from the primary stack to the primary segment. It turned out that high Jc can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、この発明に従い1次スタックを形成する方法
を示す斜視図である。 第2図は、この発明に従い形成された1次セグメントを
示す断面図である。 第3図は、この発明に従い2次スタックを形成する方法
を示す斜視図である。 第4図は、この発明に従い形成された2次セグメントを
示す断面図である。 図において、1はNbシート、2はAlシート、3はCu棒、
4はCuパイプ、5は1次セグメント、6は六角形状にさ
れた1次セグメント、7はCuパイプ、8はCuマトリック
ス、9は2次セグメントを示す。
FIG. 1 is a perspective view showing a method of forming a primary stack according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a primary segment formed according to the present invention. FIG. 3 is a perspective view showing a method of forming a secondary stack according to the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing a secondary segment formed according to the present invention. In the figure, 1 is an Nb sheet, 2 is an Al sheet, 3 is a Cu rod,
4 is a Cu pipe, 5 is a primary segment, 6 is a hexagonally shaped primary segment, 7 is a Cu pipe, 8 is a Cu matrix, and 9 is a secondary segment.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−130699(JP,A) 特開 平2−148620(JP,A) 特開 昭55−163710(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01B 13/00 565 F H01B 12/10──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-49-130699 (JP, A) JP-A-2-148620 (JP, A) JP-A-55-163710 (JP, A) (58) Investigation Field (Int.Cl. 6 , DB name) H01B 13/00 565 F H01B 12/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Nb金属またはNb合金からなるNb含有シート
とAlまたはAlを含む合金からなるAl含有シートの2種類
のシートを重ね合わせてロール状に巻き、CuまたはCu合
金パイプ中に挿入した1次スタックを少なくとも1回の
静水圧押出により縮径加工して1次セグメントとするス
テップと、 複数の前記1次セグメントをCuまたはCu合金パイプ中に
挿入して2次スタックを形成し、この2次スタックを静
水圧押出により縮径加工して2次セグメントとするステ
ップと、 前記2次セグメントを所望の線径まで縮径加工するステ
ップと、 前記2次セグメントを加熱処理してNb3Alを形成するス
テップと、 を備える、Nb3Al多芯超電導線の製造方法。
1. An Nb-containing sheet made of Nb metal or an Nb alloy and an Al-containing sheet made of Al or an alloy containing Al are overlapped and wound into a roll and inserted into a Cu or Cu alloy pipe. Reducing the diameter of the primary stack by at least one hydrostatic extrusion to form a primary segment; and inserting the plurality of primary segments into a Cu or Cu alloy pipe to form a secondary stack. Reducing the diameter of the secondary stack by hydrostatic extrusion to form a secondary segment; reducing the diameter of the secondary segment to a desired wire diameter; and heat-treating the secondary segment to Nb 3 Al Forming a multi-core Nb 3 Al superconducting wire.
【請求項2】前記2種類のシートをCu棒の周囲に重ね合
わせてロール状に巻き、Cuパイプ中に挿入して1次スタ
ックを形成し、かつ 複数の前記1次セグメントをCuパイプ中に挿入して2次
スタックを形成することを特徴とする、請求項1に記載
の製造方法。
2. The two types of sheets are superimposed around a Cu rod, wound into a roll, inserted into a Cu pipe to form a primary stack, and a plurality of the primary segments are placed in a Cu pipe. The method of claim 1, wherein the secondary stack is formed by inserting.
【請求項3】前記1次セグメントとするステップにおい
て、前記静水圧押出を複数回行なうことを特徴とする、
請求項1または2に記載の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein in the step of forming the primary segment, the hydrostatic extrusion is performed a plurality of times.
The method according to claim 1.
【請求項4】得られた前記1次セグメントを線引加工し
て断面六角形状とした後、複数の前記1次セグメントを
CuまたはCu合金パイプ中に挿入して前記2次スタックを
形成することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1
項に記載の製造方法。
4. After the obtained primary segment is drawn into a hexagonal cross section, a plurality of the primary segments are
The secondary stack is formed by being inserted into a Cu or Cu alloy pipe.
The production method according to the paragraph.
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