JP2926774B2 - Nb for AC (3) Sn multi-core superconducting wire - Google Patents

Nb for AC (3) Sn multi-core superconducting wire

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JP2926774B2 JP1219477A JP21947789A JP2926774B2 JP 2926774 B2 JP2926774 B2 JP 2926774B2 JP 1219477 A JP1219477 A JP 1219477A JP 21947789 A JP21947789 A JP 21947789A JP 2926774 B2 JP2926774 B2 JP 2926774B2
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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、たとえばパルス用途や商用周波数用途に
用いられるトランス、発電機、および限流器などにおけ
るNb3Sn超電導マグネット用線材に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wire for an Nb 3 Sn superconducting magnet in a transformer, a generator, a current limiter, and the like, which are used, for example, in pulse applications and commercial frequency applications. .

[従来の技術] Nb3Sn線材は、化合物系の超電導マグネット用線材と
してこれまで多く用いられているが、ほとんどのものは
直流用途であり、パルス用途や商用周波数用途では現在
のところほとんど使用されていない。超電導発電機や交
流機器用途にNb3Sn線材を用いる場合には、NbTi線材と
同様に、低交流損失化を図る必要がある。このように低
交流損失化のためには、交流損失すなわち、ヒステリシ
ス損失と結合損失の低減が必要となる。
[Prior art] Nb 3 Sn wire has been used as a compound superconducting magnet wire in the past, but most of it is used for direct current, and currently used for pulse and commercial frequency applications. Not. When an Nb 3 Sn wire is used for a superconducting generator or an AC device, it is necessary to reduce the AC loss as in the case of the NbTi wire. As described above, in order to reduce the AC loss, it is necessary to reduce the AC loss, that is, the hysteresis loss and the coupling loss.

ヒステリシス損失の低減には、Nb3Snフィラメントを
1ミクロン以下、すなわちサブミクロン化することが必
要となり、結合損失の低減にはマトリックスの高抵抗化
が必要となる。Nb3Sn線材では、マトリックスとしてCu
−Sn合金が使用され、この合金はCu−Ni合金と同程度の
高い抵抗を有している。このため、Nb3Sn線材における
低交流損失化の第1の問題は、フィラメントのサブミク
ロン化となる。
To reduce the hysteresis loss, it is necessary to reduce the Nb 3 Sn filament to 1 micron or less, that is, to submicron, and to reduce the coupling loss, it is necessary to increase the resistance of the matrix. In the case of Nb 3 Sn wire, Cu
A -Sn alloy is used, which has as high a resistance as a Cu-Ni alloy. For this reason, the first problem of reducing the AC loss in the Nb 3 Sn wire rod is to make the filament submicron.

Nb3Sn線材においては、ブロンズ法、インサイチュー
法、外部拡散法、内部拡散法、Nbチューブ法、および粉
末法など種々の製造方法が開発されている。いずれの製
造方法においても、最終線径においてNb3Snを生成させ
るための熱処理を施すことが必要である。したがって、
Nb3Snフィラメントのサブミクロン化は、熱処理前のNb
フィラメントをサブミクロン化しておくことが前提とな
る。
For the Nb 3 Sn wire rod, various production methods such as a bronze method, an in-situ method, an external diffusion method, an internal diffusion method, an Nb tube method, and a powder method have been developed. In any of the manufacturing methods, it is necessary to perform a heat treatment for generating Nb 3 Sn at the final wire diameter. Therefore,
Nb 3 Sn submicron filaments before heat treatment Nb
It is assumed that the filament is submicronized.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の製造方法では、以下のような問
題であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional manufacturing method has the following problems.

すなわち、ブロンズ法では、加工工程において中間焼
鈍が必要であるが、この中間焼鈍の際にNbとSnの化合物
が形成され、フィラメントが不均質に変形されてしまう
ので、サブミクロン化が困難であった。
In other words, in the bronze method, intermediate annealing is required in the processing step, but during this intermediate annealing, a compound of Nb and Sn is formed and the filament is deformed inhomogeneously, so that it is difficult to reduce the diameter to submicron. Was.

また、インサイチュー法や粉末法では、フィラメント
が本質的に相互に分離していないため、設計フィラメン
ト径より実際の電磁気的なフィラメント径、すなわち有
効フィラメント径が大きくなりサブミクロン化が図れな
いという問題があった。
In the in-situ method and the powder method, since the filaments are not essentially separated from each other, the actual electromagnetic filament diameter, that is, the effective filament diameter, is larger than the designed filament diameter, so that submicronization cannot be achieved. was there.

また、内部拡散法や外部拡散法では、Nb3Sn形成の熱
処理の際にフィラメントが相互に接触し、有効フィラメ
ント径が大きくなりサブミクロン化が図れないという問
題点があった。
Further, in the internal diffusion method and the external diffusion method, there is a problem that the filaments come into contact with each other at the time of heat treatment for forming Nb 3 Sn, so that the effective filament diameter becomes large and submicronization cannot be achieved.

さらに、Nbチューブ法では、Nb内にSnを配置させる構
造であるため、Sn自体をサブミクロン化する必要がある
が、Snの加工性が悪いため本質的にサブミクロン化を図
ることができないという問題点があった。
Furthermore, in the Nb tube method, Sn is required to be submicron because of the structure in which Sn is arranged in Nb.However, it is not possible to essentially achieve submicron due to poor workability of Sn. There was a problem.

それゆえに、この発明の目的は、フィラメント径のサ
ブミクロン化を図り、交流損失を減少させた交流用Nb3S
n多芯超電導線を提供することにある [課題を解決するための手段] この発明のNb3Sn多芯超電導線は、CuまたはCu合金中
に複数のNbフィラメントが埋込まれた1次スタックを、
CuまたはCu合金マトリックス中においてSnまたはSn合金
部のまわりに複数本配置することによって2次スタック
を作製し、さらにこの2次スタックをCuまたはCu合金マ
トリックス中に複数本配置した構造を有し、熱処理によ
ってNbフィラメントにSnを拡散させNb3Snを形成させる
交流用Nb3Sn多芯超電導線において、マトリックスにお
けるCuに対するSn濃度が10wt%以下であり、SnまたはSn
合金部の直径が30μm以下であり、NbフィラメントとSn
またはSn合金部との距離が50μm以下であり、Nbフィラ
メント径が0.3μm以上、1μm以下であり、かつNbフ
ィラメント間の間隔がNbフィラメントの径の1/2以上、
1以下であり、Nb3Sn形成のための熱処理の温度を700℃
以下とすることを特徴としている。
Therefore, an object of the present invention is to reduce the AC loss by reducing the filament diameter to a submicron Nb 3 S for AC.
Means for Solving the Problems The Nb 3 Sn multi-core superconducting wire of the present invention is a primary stack in which a plurality of Nb filaments are embedded in Cu or a Cu alloy. To
A secondary stack is produced by arranging a plurality of the secondary stacks around the Sn or Sn alloy part in the Cu or Cu alloy matrix, further having a structure in which a plurality of the secondary stacks are arranged in the Cu or Cu alloy matrix, In an alternating current Nb 3 Sn multi-core superconducting wire in which Sn is diffused into Nb filaments by heat treatment to form Nb 3 Sn, the Sn concentration with respect to Cu in the matrix is 10 wt% or less, and Sn or Sn
The diameter of the alloy part is 30 μm or less, and Nb filament and Sn
Or the distance to the Sn alloy part is 50 μm or less, the Nb filament diameter is 0.3 μm or more and 1 μm or less, and the interval between the Nb filaments is の or more of the diameter of the Nb filament,
1, and the heat treatment temperature for forming Nb 3 Sn is 700 ° C.
It is characterized as follows.

[発明の作用効果] この発明の交流用Nb3Sn多芯超電導線では、Nbフィラ
メントの径を0.3μm以上、1μm以下としているた
め、交流損失が低く、またNbフィラメント間の間隔がNb
フィラメントの径の1/2以上、1以下であるため、Nbフ
ィラメント間の電磁的な結合を防止して、有効フィラメ
ント径を小さくすることができる。また、熱処理温度を
700℃以下としているため、大きな臨界電流密度を示
す。
[Effects of the Invention] In the multi-core Nb 3 Sn superconducting wire for AC of the present invention, the diameter of the Nb filament is 0.3 μm or more and 1 μm or less, so that the AC loss is low and the interval between the Nb filaments is Nb.
Since the diameter is not less than 1/2 and not more than 1 of the diameter of the filament, electromagnetic coupling between Nb filaments can be prevented and the effective filament diameter can be reduced. Also, set the heat treatment temperature
Since the temperature is 700 ° C or less, a large critical current density is exhibited.

この発明において、マトリックスにおけるCuに対する
Sn濃度を10wt%以下としているのは、Sn濃度が10wt%を
超えると、有効フィラメント径は急激に増大する傾向に
あるからである。
In the present invention, for Cu in the matrix
The reason why the Sn concentration is set to 10% by weight or less is that when the Sn concentration exceeds 10% by weight, the effective filament diameter tends to rapidly increase.

また、この発明において、SnまたはSn合金部の直径を
30μm以下としているのは、SnまたはSn合金部の直径が
30μmを超えると、線材としての加工性が悪くなり、も
とNbフィラメントへのSnの拡散距離が長くなり、均一に
Snを分散させるのが難しくなるからである。
In the present invention, the diameter of the Sn or Sn alloy portion is
The reason why the diameter is 30 μm or less is that the diameter of the Sn or Sn alloy portion is
If it exceeds 30 μm, the workability as a wire material will deteriorate, and the diffusion distance of Sn to the Nb filament will be long, and it will be uniform.
This is because it becomes difficult to disperse Sn.

さらに、この発明においては、NbフィラメントとSnま
たはSn合金部との距離を50μm以下としているのは、50
μmをを超えると、CuまたはCu合金中でのSnの拡散が不
十分となる場合があるからである。
Further, in the present invention, the distance between the Nb filament and the Sn or Sn alloy portion is set to 50 μm or less because the distance
If the thickness exceeds μm, the diffusion of Sn in Cu or Cu alloy may be insufficient.

したがって、この発明に従うNb3Sn多芯超電導線は、
パルス用途や商用周波数用途の超電導マグネット用線材
として有効なものである。
Therefore, the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire according to the present invention,
It is effective as a superconducting magnet wire for pulse applications and commercial frequency applications.

[実施例] 第1図は、この発明の実施例のNb3Sn多芯超電導線の
全体を示す断面図である。第1図を参照して、Nb3Sn多
芯超電導線1は、CuまたはCu合金マトリックス2中に7
本の2次スタック3を配置して構成されている。
Embodiment FIG. 1 is a sectional view showing an entire Nb 3 Sn multi-core superconducting wire according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, Nb 3 Sn multifilamentary superconducting wire 1 has Cu or Cu alloy matrix 2
It is configured by arranging a secondary stack 3 of books.

第2図は、第1図のNb3Sn多芯超電導線中の2次スタ
ックを示す断面図である。第2図を参照して、2次スタ
ック3は、CuまたはCu合金マトリックス4中において、
SnまたはSn合金部6のまわりに6本の1次スタック5を
配置させることにより構成されている。
FIG. 2 is a sectional view showing a secondary stack in the Nb 3 Sn multicore superconducting wire of FIG. Referring to FIG. 2, the secondary stack 3 is formed in a Cu or Cu alloy matrix 4 by
It is constituted by disposing six primary stacks 5 around the Sn or Sn alloy portion 6.

第3図は、第2図の2次スタック中の1次スタックを
示す断面図である。第3図を参照して、1次スタック5
は、CuまたはCu合金マトリックス7中に多数のNbフィラ
メント8を配置することにより構成されている。
FIG. 3 is a sectional view showing a primary stack in the secondary stack of FIG. Referring to FIG. 3, primary stack 5
Is constituted by arranging a large number of Nb filaments 8 in a Cu or Cu alloy matrix 7.

このようにして構成された線材を熱処理すると、マト
リックスを通りSnが拡散しNbフィラメント8との間で拡
散反応を生じてNb3Snを形成する。
When the wire thus configured is heat-treated, Sn diffuses through the matrix and causes a diffusion reaction with the Nb filament 8 to form Nb 3 Sn.

この実施例においては、表1に示すように、大きく分
けて2種類のAおよびBのNb3Sn多芯超電導線を作製し
た。Aの試料では、169本のNbフィラメントを配置した
1次スタックを、SnまたはSn合金のまわりに6本配置し
て2次スタックを構成した。この2次スタックをさらに
7本束ねてそのまま素線として用いたものと、7本撚合
せたものとを作製した。マトリックスとしては、Cu−6.
2wt%Snを用い、Nbフィラメント径に対し、Nbフィラメ
ント間の間隔を1/2となるようにした。
In this example, as shown in Table 1, two types of A and B Nb 3 Sn multicore superconducting wires were roughly divided. In the sample A, the primary stack having 169 Nb filaments was arranged around the Sn or Sn alloy to form a secondary stack. A further seven bundles of this secondary stack were used as the element wires as they were, and a second bundle was prepared by twisting seven strands. As a matrix, Cu-6.
Using 2 wt% Sn, the interval between Nb filaments was set to be half of the Nb filament diameter.

一方、Bっの試料では、同じく169本のNbフィラメン
トを配置した1次スタックを、SnまたはSn合金部のまわ
りに6本配置して2次スタックを構成した。この2次ス
タックをさらに7本束ねてそのまま素線として用いたも
のと、7本撚合せたものとを作製した。マトリックスと
してはCu−5.8wt%Snを用い、Nbフィラメント径に対
し、Nbフィラメント間の間隔を1とした。
On the other hand, in the sample B, the primary stack in which 169 Nb filaments were also arranged was arranged around the Sn or Sn alloy portion to constitute a secondary stack. A further seven bundles of this secondary stack were used as the element wires as they were, and a second bundle was prepared by twisting seven strands. Cu-5.8wt% Sn was used as the matrix, and the interval between Nb filaments was set to 1 with respect to the Nb filament diameter.

表1に示すように、線径0.1mmの素線を7本の撚り線
とするか、あるいは線径0.2mmの素線をそのまま素線と
して用いるかにより、AおよびBのそれぞれについて試
料記号A−1,A−2および試料記号B−1,B−2の4種類
を作製した。
As shown in Table 1, depending on whether a strand having a wire diameter of 0.1 mm is used as seven stranded wires or a strand having a wire diameter of 0.2 mm is used as it is as a strand, a sample symbol A for each of A and B is used. -1, A-2 and four types of sample symbols B-1, B-2 were prepared.

試料記号A−1では、Nbフィラメント径0.4μm、Nb
フィラメント間隔0.2μmとなるように1次スタックを
構成した。2次スタックでは、この1次スタック6本
を、Snコア径7μmのSnまたはSn合金部のまわりに配慮
した。さらに2次スタックを7本束ねて素線を製作し、
0.1mmまで伸線した後、ツイストピッチ1.0mmとなるよう
にツイストを施した線径0.1mmの素線を構成し、この素
線7本を撚ピッチ3.0mmとなるように撚合せている。
In sample symbol A-1, the Nb filament diameter was 0.4 μm,
The primary stack was configured so that the filament interval was 0.2 μm. In the secondary stack, six primary stacks were considered around a Sn or Sn alloy portion having a Sn core diameter of 7 μm. In addition, seven secondary stacks are bundled to make strands,
After drawing to 0.1 mm, a twisted wire having a wire diameter of 0.1 mm is formed so as to have a twist pitch of 1.0 mm, and the seven wires are twisted to have a twist pitch of 3.0 mm.

同様に試料記号B−1では、Nbフィラメント径0.3μ
m、Nbフィラメント間隔0.3μmとなるように1次スタ
ックを構成した。2次スタックでは、この1次スタック
6本をSnコア径7μmのSnまたはSn合金部のまわりに配
置した。さらに2次スタックを7本束ねて素線を製作
し、0.1mmまで伸線した後、ツイストピッチ1.0mmとなる
ようにツイストを施した線径0.1mmの素線を構成し、こ
の素線7本を撚ピッチ3.0mmで撚合せている。
Similarly, in sample symbol B-1, the Nb filament diameter is 0.3 μm.
The primary stack was configured so that the spacing between the m and Nb filaments was 0.3 μm. In the secondary stack, the six primary stacks were arranged around a Sn or Sn alloy portion having a Sn core diameter of 7 μm. Further, a bundle of seven secondary stacks is bundled to produce a wire, and after drawing to 0.1 mm, a wire having a wire diameter of 0.1 mm is twisted so that a twist pitch becomes 1.0 mm. The books are twisted at a twist pitch of 3.0 mm.

試料記号A−2では、Nbフィラメント径0.8μm、Nb
フィラメント間隔0.4μmとなるように1次スタックを
構成した。2次スタックでは、この1次スタック6本を
Snコア径14μmのSnまたはSn合金部のまわりに配置し
た。さらに2次スタックを7本束ねて素線を製作し、0.
2mmまで伸線した後、ツイストピッチ2.0mmとなるように
ツイストを施した線径0.2mmの素線を構成し、この素線
をそのまま用いて評価した。
In sample symbol A-2, the Nb filament diameter was 0.8 μm,
The primary stack was configured so that the filament interval was 0.4 μm. In the secondary stack, this 6 primary stacks
It was arranged around a Sn or Sn alloy part having a Sn core diameter of 14 μm. In addition, seven secondary stacks are bundled to produce strands,
After drawing to 2 mm, a twisted wire having a wire diameter of 0.2 mm was formed so as to have a twist pitch of 2.0 mm, and the wire was evaluated as it was.

また試料記号B−2も同様に、Nbフィラメント径0.6
μm、Nbフィラメント間隔0.6μmとなるように1次ス
タックを構成した。2次スタックでは、この1次スタッ
ク6本をSnコア径14μmのSnまたはSn合金部のまわりに
配置した。さらに2次スタックを7本束ねて素線を製作
し、0.2mmまで伸線した後、ツイストピッチ2.0mmとなる
ようにツイストを施した線径0.2mmの素線を構成し、こ
の素線をそのまま用いて評価した。
Similarly, the sample symbol B-2 has an Nb filament diameter of 0.6.
The primary stack was configured so that the spacing between the Nb filaments was 0.6 μm. In the secondary stack, the six primary stacks were arranged around a Sn or Sn alloy portion having a Sn core diameter of 14 μm. Furthermore, a bundle of seven secondary stacks is bundled to produce a strand, and after drawing to 0.2 mm, a strand having a diameter of 0.2 mm is twisted so as to have a twist pitch of 2.0 mm. It was evaluated as it was.

原子比による評価 Nb3Sn形成反応を定量的に調べるため、試料A−2お
よびB−2のそれぞれの組成について熱処理後のNb3Sn
フィラメントについてEDX分析を行なった。第4図は、
このEDX分析結果を示す図である。この分析において
は、NbとSnで100%構成されたとして原子比を定量分析
している。分析したフィラメントは、169本の1次スタ
ックの中心部にあるものである。
Evaluation by atomic ratio In order to quantitatively examine the Nb 3 Sn formation reaction, Nb 3 Sn after heat treatment was applied to each composition of Samples A-2 and B-2.
EDX analysis was performed on the filament. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the results of this EDX analysis. In this analysis, the atomic ratio is quantitatively analyzed assuming that it is composed of 100% of Nb and Sn. The filaments analyzed were those at the center of the 169 primary stack.

第4図から明らかなように、500℃ではNbが90〜100
%、Snが0〜10%であるが、熱処理温度が高くなるにつ
れて、Nbの比率が減少し、Snの比率が増加している。70
0℃の熱処理で、Nb:Sn=3:1となり、700℃においてほぼ
完全にNb3Snフィラメントが形成されていると考えられ
る。このことから、サブミクロンのフィラメント径を有
するNb3Sn線材においては、700℃の熱処理で十分であ
り、従来行なわれてきた熱処理温度より低いところに最
適の値が存在することがわかった。
As is apparent from FIG. 4, at 500 ° C., Nb is 90 to 100.
% And Sn are 0 to 10%, but as the heat treatment temperature increases, the ratio of Nb decreases and the ratio of Sn increases. 70
By the heat treatment at 0 ° C., Nb: Sn = 3: 1, and it is considered that the Nb 3 Sn filament is almost completely formed at 700 ° C. From this, it was found that in the case of the Nb 3 Sn wire having a submicron filament diameter, the heat treatment at 700 ° C. was sufficient, and there was an optimum value at a temperature lower than the heat treatment temperature conventionally performed.

臨界電流特性 試料A−1、A−2、B−1およびB−2について、
それぞれ熱処理温度を変化させて熱処理し得られた線材
について臨界電流密度を測定して、臨界電流密度の処理
温度依存性を検討した。熱処理温度は、500℃、550℃、
600℃、650℃、700℃、および750℃に変化させた。臨界
電流密度の測定は、液体ヘリウム中で4端子法によって
行なった。試料はスパイラル状とし、0.5Tの磁界の方向
は垂直な方向とした。臨界電流密度は、Nbフィラメント
の面積がNb3Snになったと仮定して、CuおよびSnの部分
はマトリックスとして計算した。臨界電流値の定義は線
材あたり1μv/cmで求めた。
Critical current characteristics For samples A-1, A-2, B-1 and B-2,
Critical current densities were measured for wires obtained by heat treatment at different heat treatment temperatures, and the dependence of the critical current density on the treatment temperature was examined. Heat treatment temperature is 500 ℃, 550 ℃,
Changed to 600 ° C, 650 ° C, 700 ° C, and 750 ° C. The measurement of the critical current density was performed in liquid helium by a four-terminal method. The sample was made into a spiral shape, and the direction of the 0.5 T magnetic field was set to the vertical direction. The critical current density was calculated assuming that the area of the Nb filament became Nb 3 Sn, and the portions of Cu and Sn were used as a matrix. The definition of the critical current value was determined at 1 μv / cm per wire.

第5図は試料A−1およびA−2における臨界電流密
度の熱処理温度依存性を示す図である。第5図に示され
るように、試料A−1およびA−2ともに臨界電流密度
は熱処理温度の上昇とともに増加する。試料A−1で
は、650℃で最大値をとった後減少する。一方試料A−
2では650℃から750℃までほぼ一定と値を維持する。
FIG. 5 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of the critical current density in samples A-1 and A-2. As shown in FIG. 5, in both samples A-1 and A-2, the critical current density increases as the heat treatment temperature increases. In sample A-1, it decreases after it takes the maximum value at 650 ° C. On the other hand, sample A-
In 2, the value is kept almost constant from 650 ° C to 750 ° C.

第6図は、試料B−1およびB−2の臨界電流密度の
熱処理依存性を示す図である。第6図に示されるよう
に、試料A−1およびA−2とほぼ同様な傾向を示して
おり、試料B−1は650℃で最大値をとった後減少する
のに対し、試料B−2は650℃から700℃まで少し増加す
る。
FIG. 6 is a diagram showing the heat treatment dependency of the critical current densities of samples B-1 and B-2. As shown in FIG. 6, the tendency was almost the same as that of Samples A-1 and A-2. Sample B-1 decreased after having reached the maximum value at 650 ° C., whereas Sample B- 2 increases slightly from 650 ° C to 700 ° C.

以上の結果から明らかなように、熱処理条件として
は、650℃から700℃が最適であることがわかった。
As is clear from the above results, it was found that the optimal heat treatment condition was 650 ° C. to 700 ° C.

交流損失特性 試料A−1、A−2、B−1およびB−2のそれぞれ
について、熱処理温度を代えて熱処理し、交流損失にお
ける熱処理温度の依存性を検討した。第7図は、このよ
うにして得られた交流損失の熱処理温度依存性を示す図
である。損失値は1サイクルあたりの値を示している。
AC Loss Characteristics The heat treatment temperature was changed for each of the samples A-1, A-2, B-1 and B-2, and the dependency of the heat treatment temperature on the AC loss was examined. FIG. 7 is a graph showing the heat treatment temperature dependence of the AC loss obtained in this manner. The loss value indicates a value per cycle.

試料A−2の場合、損失値は熱処理温度が高くなるほ
ど、ともに増加し、750℃まで増加する。試料A−1で
は、600℃で40kJ/m3の最大値をとった後、750℃までほ
ぼ一定の値を維持する。
In the case of sample A-2, the loss value increases as the heat treatment temperature increases, and increases to 750 ° C. In sample A-1, after the maximum value of 40 kJ / m 3 was obtained at 600 ° C., the value was kept almost constant up to 750 ° C.

試料B−2では、650℃で、試料B−1では750℃でと
もに損失値は一度飽和するが、熱処理温度の上昇ととも
に再び増加する。しかし、損失の絶対値は、試料B−1
およびB−2の方が、試料A−1および試料A−2より
も小さく、特に、試料B−2の場合には1桁も低い値を
示している。
The loss value of the sample B-2 is saturated at 650 ° C. and that of the sample B-1 at 750 ° C., but increases again as the heat treatment temperature increases. However, the absolute value of the loss was the same as in Sample B-1.
And B-2 are smaller than Samples A-1 and A-2, and in particular, Sample B-2 shows a value which is one digit lower.

以上の結果から、損失値とフィラメント径、フィラメ
ント間隔には相関関係があり、フィラメント間隔が狭く
なるほど損失値が大きくなることがわかる。また、損失
値の増加は、主として臨界電流密度の増加に見られるよ
うな、Nb3Sn相の増加によるものと考えられるが、650℃
以上で、臨界電流密度はほぼ飽和しているにもかかわら
ず、試料A−2、試料B−1、および試料B−2の損失
値は増加している。この原因は、フィラメント相互の密
着による有効フィラメント径の増大によるものと考えら
れる。
From the above results, it is understood that there is a correlation between the loss value, the filament diameter, and the filament interval, and the loss value increases as the filament interval decreases. The increase in the loss value is thought to be mainly due to the increase in the Nb 3 Sn phase as seen in the increase in the critical current density.
As described above, although the critical current density is almost saturated, the loss values of the samples A-2, B-1, and B-2 are increasing. This is considered to be due to an increase in the effective filament diameter due to close contact between the filaments.

有効フィラメント径の評価 試料A−1、A−2、B−1、およびB−2の4種に
ついて、各熱処理温度における有効フィラメント径を算
出した。有効フィラメント径(deff)は、 において、Bmが±0.5Tの三角波の振幅の場合について求
めた。Jc(B)は、0.5Tと1.0Tのそれぞれの熱処理温度
におけるJcの磁界依存性の実測値をもとに次式により近
似した。
Evaluation of Effective Filament Diameter The effective filament diameter at each heat treatment temperature was calculated for four types of samples A-1, A-2, B-1, and B-2. The effective filament diameter (deff) is In the above, Bm was obtained in the case where the amplitude of the triangular wave was ± 0.5T. Jc (B) was approximated by the following equation based on the measured value of the magnetic field dependence of Jc at each of the heat treatment temperatures of 0.5T and 1.0T.

第8図には試料A−2およびB−2の結果を、第9図
には試料A−1およびB−1の結果をそれぞれ示した。
第9図から明らかなように、試料A−1では、550℃以
上の熱処理において、有効フィラメント径は約9μmで
一定となった。これに対し試料B−1では、熱処理温度
の上昇とともに増加し、750℃の熱処理で約5μmとな
った。9μmの値は、試料A−1のフィラメント設計値
の0.4μmに対しおよそ25倍の値であり、1次スタック
の径にほぼ等しい値である。このことは、フィラメント
間隔が狭いために、1次スタックが550℃以上の低温熱
処理において、既に電磁的に結合していることを示して
いる。また、試料B−1では、フィラメント間隔が広い
ために、電磁的な結合が熱処理温度の上昇とともに次第
に発生しているものと考えられる。
FIG. 8 shows the results of Samples A-2 and B-2, and FIG. 9 shows the results of Samples A-1 and B-1.
As is clear from FIG. 9, in the sample A-1, the effective filament diameter became constant at about 9 μm in the heat treatment at 550 ° C. or more. On the other hand, in sample B-1, it increased with the heat treatment temperature and became about 5 μm by the heat treatment at 750 ° C. The value of 9 μm is approximately 25 times the 0.4 μm of the filament design value of the sample A-1, and is substantially equal to the diameter of the primary stack. This indicates that the primary stack was already electromagnetically coupled in the low-temperature heat treatment at 550 ° C. or higher because the filament interval was small. Further, in sample B-1, it is considered that the electromagnetic coupling gradually occurred with an increase in the heat treatment temperature because the filament interval was wide.

一方第8図から明らかなように、試料A−2は、熱処
理温度の上昇に伴い有効フィラメント径が増加し設計値
より大幅に増加している。試料B−2では、約1μmで
飽和し、設計フィラメント径のおよそ2倍の値となっ
た。
On the other hand, as is clear from FIG. 8, in sample A-2, the effective filament diameter increased with an increase in the heat treatment temperature, and significantly increased from the design value. In sample B-2, the saturation occurred at about 1 μm, and the value was about twice the designed filament diameter.

以上の結果から明らかなように、試料B−2以外の試
料は、熱処理とともにフィラメント相互の電磁的な結合
が発生し、有効フィラメント径の増大による損失値の増
加を生じさせることがわかった。特にフィラメント間隔
が狭い場合には、550℃〜600℃の低温熱処理において
も、損失の増加が発生する。試料B−2では、有効フィ
ラメント径はほぼ設計フィラメント径と一致することが
わかった。このことから、フィラメント間隔をフィラメ
ント径の1/2以上に、好ましくは同じ大きさにすること
が有効フィラメント径を低減し、設計値に近づけるのに
有効であることが明らかとなった。
As is clear from the above results, it was found that in the samples other than the sample B-2, the electromagnetic coupling between the filaments occurred with the heat treatment, and the loss value increased due to the increase in the effective filament diameter. In particular, when the filament interval is narrow, the loss increases even in the low-temperature heat treatment at 550 ° C. to 600 ° C. In sample B-2, it was found that the effective filament diameter almost coincided with the design filament diameter. From this, it became clear that it is effective to reduce the effective filament diameter and to approach the design value by setting the filament interval to at least 1/2 the filament diameter, preferably the same size.

以上の実験結果から明らかなように、Nbフィラメント
の径を0.3μm以上、1μm以下とし、Nbフィラメント
の間隔をNbフィラメント径の1/2以上、1以下とし、熱
処理温度を700℃以下とすることにより、有効フィラメ
ント径が小さく、低交流損失化の図られた交流用Nb3Sn
多芯超電導線とすることができる。
As is clear from the above experimental results, the diameter of the Nb filament should be 0.3 μm or more and 1 μm or less, the interval between the Nb filaments should be 1/2 or more and 1 or less of the Nb filament diameter, and the heat treatment temperature should be 700 ° C. or less. Nb 3 Sn for AC with small effective filament diameter and low AC loss
It can be a multi-core superconducting wire.

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

第1図は、この発明の実施例のNb3Sn多芯超電導線の全
体を示す断面図である。 第2図は、第1図のNb3Sn多芯超電導線中の2次スタッ
クを示す断面図である。 第3図は、第2図の2次スタック中の1次スタックを示
す断面図である。 第4図は、Nb3SnフィラメントのEDX分析結果を示す図で
ある。 第5図は、試料A−1およびA−2における臨界電流密
度の熱処理温度依存性を示す図である。 第6図は、試料B−1およびB−2における臨界電流密
度の熱処理温度依存性を示す図である。 第7図は、交流損失の熱処理温度依存性を示す図であ
る。 第8図は、試料A−2およびB−2における有効フィラ
メント径の熱処理温度依存性を示す図である。 第9図は、試料A−1およびB−1における有効フィラ
メント径の熱処理温度依存性を示す図である。 図において、1はNb3Sn多芯超電導線、2はCuまたはCu
合金マトリックス、3は2次スタック、4はCuまたはCu
合金マトリックス、5は1次スタック、6はSnまたはSn
合金部、7はCuまたはCu合金マトリックス、8はNbフィ
ラメントを示す。
FIG. 1 is a sectional view showing an entire Nb 3 Sn multi-core superconducting wire according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a secondary stack in the Nb 3 Sn multicore superconducting wire of FIG. FIG. 3 is a sectional view showing a primary stack in the secondary stack of FIG. FIG. 4 is a view showing an EDX analysis result of the Nb 3 Sn filament. FIG. 5 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of the critical current density in samples A-1 and A-2. FIG. 6 is a view showing the heat treatment temperature dependence of the critical current density in samples B-1 and B-2. FIG. 7 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of AC loss. FIG. 8 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of the effective filament diameter in samples A-2 and B-2. FIG. 9 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of the effective filament diameter in samples A-1 and B-1. In the figure, 1 is Nb 3 Sn multi-core superconducting wire, 2 is Cu or Cu
Alloy matrix, 3 for secondary stack, 4 for Cu or Cu
Alloy matrix, 5 for primary stack, 6 for Sn or Sn
The alloy part, 7 indicates a Cu or Cu alloy matrix, and 8 indicates an Nb filament.

───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01B 12/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】CuまたはCu合金中に複数のNbフィラメント
が埋込まれた1次スタックを、CuまたはCu合金マトリッ
クス中においてSnまたはSn合金部のまわりに複数本配置
することによって2次スタックを作製し、さらにこの2
次スタックをCuまたはCu合金マトリックス中に複数本配
置した構造を有し、熱処理によって前記Nbフィラメント
にSnを拡散させNb3Snを形成させる交流用Nb3Sn多芯超電
導線において、 マトリックスにおけるCuに対するSn濃度が10wt%以下で
あり、SnまたはSn合金部の直径が30μm以下であり、Nb
フィラメントとSnまたはSn合金部との距離が50μm以下
であり、前記Nbフィラメント径が0.3μm以上、1μm
以下であり、かつ前記Nbフィラメント間の間隔がNbフィ
ラメントの径の1/2以上、1以下であり、Nb3Sn形成のた
めの前記熱処理の温度を700℃以下とすると、交流用Nb3
Sn多芯超電導線。
A secondary stack is formed by arranging a plurality of primary stacks in which a plurality of Nb filaments are embedded in Cu or Cu alloy around a Sn or Sn alloy portion in a Cu or Cu alloy matrix. Produced, and this 2
In the alternating current Nb 3 Sn multi-core superconducting wire having a structure in which a plurality of the next stacks are arranged in a Cu or Cu alloy matrix and diffusing Sn into the Nb filament by heat treatment to form Nb 3 Sn, Sn concentration is 10 wt% or less, Sn or Sn alloy part diameter is 30 μm or less, Nb
The distance between the filament and the Sn or Sn alloy part is 50 μm or less, and the Nb filament diameter is 0.3 μm or more and 1 μm.
Less and, and the Nb spacing between filaments Nb filaments diameter 1/2 or more, is 1 or less, when the temperature of the heat treatment for Nb 3 Sn formed to 700 ° C. or less, AC Nb 3
Sn multi-core superconducting wire.
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