JP2861545B2 - Ｎｂ系化合物超電導コイルの製造方法 - Google Patents
Ｎｂ系化合物超電導コイルの製造方法Info
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- JP2861545B2 JP2861545B2 JP3295593A JP29559391A JP2861545B2 JP 2861545 B2 JP2861545 B2 JP 2861545B2 JP 3295593 A JP3295593 A JP 3295593A JP 29559391 A JP29559391 A JP 29559391A JP 2861545 B2 JP2861545 B2 JP 2861545B2
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- wire
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- superconducting
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- 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、例えば高磁界用超電
導材料として、核融合その他に用いることのできる超電
導マグネット用などの超電導線の製造方法に関するもの
である。
導材料として、核融合その他に用いることのできる超電
導マグネット用などの超電導線の製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】Ｎｂ3 Ｘ系超電導線の製造方法は、従来
より、その性質によってさまざまなものが検討されてい
る。その中で、Ｎｂ3 Ａｌ系超電導材料は、高磁界の臨
界電流特性および耐ひずみ特性が良好であり、有望視さ
れている。しかしながら、Ｎｂ 3 Ａｌ系超電導材料は、
１６００℃以上の高温でのみ安定に存在し、高温かつ短
時間の熱処理によってしか超電導材料を得ることができ
なかった。
より、その性質によってさまざまなものが検討されてい
る。その中で、Ｎｂ3 Ａｌ系超電導材料は、高磁界の臨
界電流特性および耐ひずみ特性が良好であり、有望視さ
れている。しかしながら、Ｎｂ 3 Ａｌ系超電導材料は、
１６００℃以上の高温でのみ安定に存在し、高温かつ短
時間の熱処理によってしか超電導材料を得ることができ
なかった。
【０００３】これに対し、熱処理の際の拡散距離が極め
て短いときには、局所的にＡｌが欠乏した状態からＮｂ
3 Ａｌ系超電導材料が生成することが判明し、この方法
に従う粉末冶金（ＰＭ）法、複合加工法、およびジェリ
ーロール法などの製造方法が開発された。なかでも、ジ
ェリーロール法と呼ばれる製造方法は、安定化および量
産化の点から実用化に一番近い方法として期待されてい
る。
て短いときには、局所的にＡｌが欠乏した状態からＮｂ
3 Ａｌ系超電導材料が生成することが判明し、この方法
に従う粉末冶金（ＰＭ）法、複合加工法、およびジェリ
ーロール法などの製造方法が開発された。なかでも、ジ
ェリーロール法と呼ばれる製造方法は、安定化および量
産化の点から実用化に一番近い方法として期待されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、Ｎｂ3
Ｘ超電導線は、Ｎｂと、ＸまたはＸを含む合金とを複合
加工することにより製造されているが、化合物自体が脆
弱なため、ひずみに弱く、ＮｂＴｉ等のように線材とし
て自由に加工することができず、巻線等に加工すること
が困難であった。このため、化合物を生成させるための
熱処理は、超電導コイルなどの所望の形状に加工した状
態で行なわれることが多い。このように加工後熱処理し
ようとすると加工後の形態が非常に大きな体積を有し、
このため大きな熱容量を有するので、高温で短時間の熱
処理を現実的に行なうことは不可能であった。
Ｘ超電導線は、Ｎｂと、ＸまたはＸを含む合金とを複合
加工することにより製造されているが、化合物自体が脆
弱なため、ひずみに弱く、ＮｂＴｉ等のように線材とし
て自由に加工することができず、巻線等に加工すること
が困難であった。このため、化合物を生成させるための
熱処理は、超電導コイルなどの所望の形状に加工した状
態で行なわれることが多い。このように加工後熱処理し
ようとすると加工後の形態が非常に大きな体積を有し、
このため大きな熱容量を有するので、高温で短時間の熱
処理を現実的に行なうことは不可能であった。
【０００５】また、超電導線として使用するには、安定
化のためマトリックスとして銅または銅合金を用いるこ
とが必要であるが、銅の融点は１０８３℃であることか
ら、それ以下の温度の熱処理でなければならない。した
がってジェリーロール法において、現実的な熱処理は８
００〜８５０℃で１〜１０時間で行なわれている。
化のためマトリックスとして銅または銅合金を用いるこ
とが必要であるが、銅の融点は１０８３℃であることか
ら、それ以下の温度の熱処理でなければならない。した
がってジェリーロール法において、現実的な熱処理は８
００〜８５０℃で１〜１０時間で行なわれている。
【０００６】このような、ジェリーロール法で得られる
超電導材料は、従来高磁界材料として使われている通常
のブロンズ法のＮｂ3 Ｓｎに比べて１２Ｔ前後以下の磁
界では優れた特性を有しているものの、より高い磁界で
の特性が十分得られておらず、臨界磁界が３０Ｔ前後あ
るとされているのに対して、２０Ｔ程度となっている。
超電導材料は、従来高磁界材料として使われている通常
のブロンズ法のＮｂ3 Ｓｎに比べて１２Ｔ前後以下の磁
界では優れた特性を有しているものの、より高い磁界で
の特性が十分得られておらず、臨界磁界が３０Ｔ前後あ
るとされているのに対して、２０Ｔ程度となっている。
【０００７】この発明の目的は、高磁界特性が良好なＮ
ｂ系化合物超電導コイルの製造方法を提供することにあ
る。
ｂ系化合物超電導コイルの製造方法を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の製造方法は、
Ｎｂ系化合物超電導線の原材料を複合化した線材に対し
て第１の熱処理を施す工程と、第１の熱処理後に、線材
を巻線に加工する工程と、巻線に対して、第１の熱処理
より低温でかつ長時間の第２の熱処理を施す工程とを備
えていることを特徴としている。
Ｎｂ系化合物超電導線の原材料を複合化した線材に対し
て第１の熱処理を施す工程と、第１の熱処理後に、線材
を巻線に加工する工程と、巻線に対して、第１の熱処理
より低温でかつ長時間の第２の熱処理を施す工程とを備
えていることを特徴としている。
【０００９】この発明において、Ｎｂ系化合物超電導線
を形成する超電導材料は、純Ｎｂ又はＮｂ合金と、純Ｘ
又はＸ合金（ＸはＮｂと超電導性を示す化合物を作る元
素であり、Ａｌ、Ｓｎ、およびＧｅなどである）を複合
して形成される、Ｎｂ3 ＡｌまたはＮｂ3 （Ｘ−Ｙ）系
の化合物超電導材料が用いられる。ここで、ＹはＮｂ合
金またはＸ合金を構成する元素であり、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓ
ｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｇ、およびＢｅ
などである。
を形成する超電導材料は、純Ｎｂ又はＮｂ合金と、純Ｘ
又はＸ合金（ＸはＮｂと超電導性を示す化合物を作る元
素であり、Ａｌ、Ｓｎ、およびＧｅなどである）を複合
して形成される、Ｎｂ3 ＡｌまたはＮｂ3 （Ｘ−Ｙ）系
の化合物超電導材料が用いられる。ここで、ＹはＮｂ合
金またはＸ合金を構成する元素であり、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓ
ｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｍｇ、およびＢｅ
などである。
【００１０】また、この発明でＮｂ系化合物超電導線の
マトリックスとしては、銅または銅合金が好ましい。
マトリックスとしては、銅または銅合金が好ましい。
【００１１】この発明において、第１の熱処理の処理温
度は８５０℃以上１０５０℃以下であることが好まし
く、また第１の熱処理の熱処理時間は１時間未満である
ことが好ましい。
度は８５０℃以上１０５０℃以下であることが好まし
く、また第１の熱処理の熱処理時間は１時間未満である
ことが好ましい。
【００１２】またこの発明において、第２の熱処理の熱
処理温度は８５０℃未満であることが好ましく、第２の
熱処理の熱処理時間は１時間以上であることが好まし
い。
処理温度は８５０℃未満であることが好ましく、第２の
熱処理の熱処理時間は１時間以上であることが好まし
い。
【００１３】第１の熱処理の熱処理温度が１０５０℃以
下が好ましいとしているのは、マトリックスの銅の融点
が１０８３℃であるためであり、８５０℃以上が好まし
いとしているのはこれよりに低い温度になると熱処理時
間が長くなりすぎる場合があるからである。
下が好ましいとしているのは、マトリックスの銅の融点
が１０８３℃であるためであり、８５０℃以上が好まし
いとしているのはこれよりに低い温度になると熱処理時
間が長くなりすぎる場合があるからである。
【００１４】また、第２の熱処理が８５０℃未満１時間
以上が好ましいとしてるのは、体積の大きな対象物に対
し最適な熱処理が安定して行なえるのは１時間以上であ
り、１時間以上での熱処理が最適な特性であるのが８５
０℃未満だからである。
以上が好ましいとしてるのは、体積の大きな対象物に対
し最適な熱処理が安定して行なえるのは１時間以上であ
り、１時間以上での熱処理が最適な特性であるのが８５
０℃未満だからである。
【００１５】
【作用】Ｎｂ3 Ａｌ等は高温でかつ短時間の熱処理によ
り高磁界の特性が向上するが、熱処理後の巻線ではひず
みにより特性が劣化する。このため、巻線後に熱処理を
行なう必要がある。しかしながら、巻線後の熱処理では
少量の処理は可能であるが、現実の問題として体積の大
きなものを高温でかつ短時間に熱処理することは不可能
である。
り高磁界の特性が向上するが、熱処理後の巻線ではひず
みにより特性が劣化する。このため、巻線後に熱処理を
行なう必要がある。しかしながら、巻線後の熱処理では
少量の処理は可能であるが、現実の問題として体積の大
きなものを高温でかつ短時間に熱処理することは不可能
である。
【００１６】この発明では、巻線に加工する前に第１の
熱処理を高温短時間で行なうことにより、高磁界特性の
優れたＮｂ３ＡｌなどのＮｂ系化合物超電導結晶粒が生
成しやすい状態になる。第１の熱処理後、巻線に加工し
た後に低温長時間の第２の熱処理を行ない、第１の熱処
理により生じた結晶の不規則性を除去するとともに、巻
線加工による歪みも除去し、特性のよいＮｂ３Ａｌなど
のＮｂ系化合物超電導コイルを得ることができる。この
ため、巻線加工による特性の劣化を最小限に抑えること
ができる。
熱処理を高温短時間で行なうことにより、高磁界特性の
優れたＮｂ３ＡｌなどのＮｂ系化合物超電導結晶粒が生
成しやすい状態になる。第１の熱処理後、巻線に加工し
た後に低温長時間の第２の熱処理を行ない、第１の熱処
理により生じた結晶の不規則性を除去するとともに、巻
線加工による歪みも除去し、特性のよいＮｂ３Ａｌなど
のＮｂ系化合物超電導コイルを得ることができる。この
ため、巻線加工による特性の劣化を最小限に抑えること
ができる。
【００１７】
【発明の効果】この発明によれば、第１の熱処理により
高磁界特性の優れたＮｂ系化合物超電導結晶粒が生成し
やすいようにしておき、巻線に加工した後に、より低温
でかつ長時間の第２の熱処理を施すことにより、特性を
向上させながら、巻線加工による特性の劣化を最小限に
抑えることができる。このため、この発明によれば、高
磁界特性が良好なＮｂ系化合物超電導コイルを得ること
ができる。
高磁界特性の優れたＮｂ系化合物超電導結晶粒が生成し
やすいようにしておき、巻線に加工した後に、より低温
でかつ長時間の第２の熱処理を施すことにより、特性を
向上させながら、巻線加工による特性の劣化を最小限に
抑えることができる。このため、この発明によれば、高
磁界特性が良好なＮｂ系化合物超電導コイルを得ること
ができる。
【００１８】
【実施例】長さ８００ｍｍ厚さ０．２ｍｍのＮｂ板と、
長さ６００ｍｍ厚さ０．０６ｍｍのＡｌ箔を重ね合わ
せ、直径５ｍｍの銅棒を中心にまずＮｂ板のみを３回巻
いた後、Ａｌ箔を重ね、６００ｍｍ分巻き合わせた後、
残ったＮｂだけを３回巻きし、これを外径１８ｍｍ内径
１６ｍｍの銅管に挿入した。これを線引き加工して線材
化し９１本束ね合わせ、これをさらに外径１８ｍｍ内径
１６ｍｍの銅管に挿入した。この複合材を直径０．８ｍ
ｍまで線引き加工した。
長さ６００ｍｍ厚さ０．０６ｍｍのＡｌ箔を重ね合わ
せ、直径５ｍｍの銅棒を中心にまずＮｂ板のみを３回巻
いた後、Ａｌ箔を重ね、６００ｍｍ分巻き合わせた後、
残ったＮｂだけを３回巻きし、これを外径１８ｍｍ内径
１６ｍｍの銅管に挿入した。これを線引き加工して線材
化し９１本束ね合わせ、これをさらに外径１８ｍｍ内径
１６ｍｍの銅管に挿入した。この複合材を直径０．８ｍ
ｍまで線引き加工した。
【００１９】このようにして得られた線材を試験のため
直径８０ｍｍのボビンに５ターン巻いた。なお、熱処理
は以下のように、この巻線の前後の両方あるいはいずれ
か１方において行なった。
直径８０ｍｍのボビンに５ターン巻いた。なお、熱処理
は以下のように、この巻線の前後の両方あるいはいずれ
か１方において行なった。
【００２０】 巻線後８００℃で５時間熱処理した。 ９００℃で１５分間熱処理したものを巻線した。
【００２１】 巻線後９００℃で１５分間熱処理し
た。 １０００℃で５分間熱処理した後、７５０℃で１０
０時間熱処理したのものを巻線した。
た。 １０００℃で５分間熱処理した後、７５０℃で１０
０時間熱処理したのものを巻線した。
【００２２】 １０００℃で５分間熱処理した後、巻
線したものを７５０℃で１００時間熱処理した。
線したものを７５０℃で１００時間熱処理した。
【００２３】巻線後９５０℃で５分間熱処理した後、
７５０℃で１００時間熱処理した。 はこの発明にしたがう実施例であり、〜および
は比較例である。なお、およびにおいては、巻線後
に熱処理しており、５ターンコイルでは所定の熱処理が
可能であったが、現実のコイルに適用した場合には昇温
および降温時の熱履歴を実現することができなかった。
７５０℃で１００時間熱処理した。 はこの発明にしたがう実施例であり、〜および
は比較例である。なお、およびにおいては、巻線後
に熱処理しており、５ターンコイルでは所定の熱処理が
可能であったが、現実のコイルに適用した場合には昇温
および降温時の熱履歴を実現することができなかった。
【００２４】上記のようにして作製した〜のボビン
に巻いた各試料の超電導部の臨界電流密度（Ｊｃ）（８
Ｔ，１２Ｔ，１５Ｔ）とその臨界電流密度から計算され
る臨界磁界（推定）を表１に示す。
に巻いた各試料の超電導部の臨界電流密度（Ｊｃ）（８
Ｔ，１２Ｔ，１５Ｔ）とその臨界電流密度から計算され
る臨界磁界（推定）を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】、およびの比較から明らかなよう
に、より高温でより短時間の熱処理を施すことにより、
高磁界の特性を向上させることができる。またおよび
から明らかなように、熱処理後に巻線を行なうことに
より、ひずみが発生し、特性が劣化する。この発明に従
い第１の熱処理をコイル巻前に高温短時間で行ない、そ
の後低温長時間で第２の熱処理を行なうことによって、
巻線による特性の劣化を最小限に抑えながら特性を向上
させることができる。なお、上記実施例では、所定の形
状に加工する工程として巻線加工を採用しているが、超
電導線を使用する応用製品への種々の加工を採用しても
よい。たとえば、第１の熱処理後、撚線や複合導体化
（補強材や安定化材との集合、ケーブルインコンジット
化）を行なった後に、第２の熱処理を行なうことも可能
である。
に、より高温でより短時間の熱処理を施すことにより、
高磁界の特性を向上させることができる。またおよび
から明らかなように、熱処理後に巻線を行なうことに
より、ひずみが発生し、特性が劣化する。この発明に従
い第１の熱処理をコイル巻前に高温短時間で行ない、そ
の後低温長時間で第２の熱処理を行なうことによって、
巻線による特性の劣化を最小限に抑えながら特性を向上
させることができる。なお、上記実施例では、所定の形
状に加工する工程として巻線加工を採用しているが、超
電導線を使用する応用製品への種々の加工を採用しても
よい。たとえば、第１の熱処理後、撚線や複合導体化
（補強材や安定化材との集合、ケーブルインコンジット
化）を行なった後に、第２の熱処理を行なうことも可能
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01B 12/10 H01B 13/00 565 B21F 19/00 G C22F 1/00 D
Claims (2)
- 【請求項１】 銅または銅合金をマトリックスとしてＮ
ｂ系化合物超電導線の原材料を複合化した線材に対して
８５０℃以上１０５０℃以下の温度で第１の熱処理を１
時間未満、施す工程と、 前記第１の熱処理後に、前記線材を巻線に加工する工程
と、 前記巻線に対して、８５０℃未満の温度で第２の熱処理
を１時間以上、施す工程とを備える、Ｎｂ系化合物超電
導コイルの製造方法。 - 【請求項２】 前記超電導線がＮｂ ３ Ａｌ化合物超電導
線であることを特徴とする、請求項１に記載のＮｂ系化
合物超電導コイルの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3295593A JP2861545B2 (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | Ｎｂ系化合物超電導コイルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3295593A JP2861545B2 (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | Ｎｂ系化合物超電導コイルの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05135636A JPH05135636A (ja) | 1993-06-01 |
| JP2861545B2 true JP2861545B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=17822639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3295593A Expired - Lifetime JP2861545B2 (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | Ｎｂ系化合物超電導コイルの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861545B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5504984A (en) * | 1993-12-13 | 1996-04-09 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Methods of manufacturing Nb3 Al superconducting wire and coil |
| CA2601517C (en) * | 2004-03-15 | 2011-02-15 | Gennadij Alexandrovich Markov | Method for transiting a metal conductor into a superconducting state |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0644427B2 (ja) * | 1988-08-12 | 1994-06-08 | 科学技術庁金属材料技術研究所長 | 超極細多重構造のＮｂ▲下３▼Ａ１超電導線材の製造法 |
| JPH01292709A (ja) * | 1988-05-19 | 1989-11-27 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | Ｎｂ↓３Ａｌ超電導部材の製造方法 |
-
1991
- 1991-11-12 JP JP3295593A patent/JP2861545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05135636A (ja) | 1993-06-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981110 |