JP3273953B2 - ニオブ−スズ系超電導線の製造方法 - Google Patents
ニオブ−スズ系超電導線の製造方法Info
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Description
電導線材など高磁界発生用電磁石の巻線材などに用いら
れるNb3Sn系超電導線の製造方法に関するものであ
る。
どなく、大電流を流すことができ、かつ高磁界まで超電
導状態が保たれることから高磁界発生用電磁石の巻線材
としての利用が進んでいる。現在、最も広く利用されて
いる線材はNb−Ti系の合金線であるが、この合金線
の発生磁界は9テラスの限界があり、これ以上の高磁界
を必要とする場合には、臨界磁界の高いNb3Sn系の
化合物線材が用いられる。
エネルギー加速器用、超電導発電機用等の大型強磁界マ
グネットへの使用が進められている。これらに使用され
る超電導線材として12テラス以上の強磁界領域におい
て大きい臨界電流をもち、速い磁界変化に対し、安定な
化合物系超電導多芯線の実用化が急がれている。
は、Sn内部(固体)拡散は安定化材と、Snバリア材
と、超電導モジュールを構成するCuまたはCu合金及
びNbまたはNb合金及びSn及びSn合金からなる複
合体を線引きにより線材加工した後、400〜850℃
の熱処理を加えることよりなる。このNb3Sn系超電
導線材は塑性加工性に優れ、比較的高い臨界電流が得ら
れるため、他の製造方法より優位にあるが、最近の高臨
界電流要求に伴い第三元素添加法が提唱された(特公昭6
2−12607号公報他)。この方法は例えば超電導モジュー
ル構成材のCuまたはCu合金及びNbまたはNb合金
及びSnまたはSn合金の1種または2種にTi、H
f、Gaのいずれか1種以上を添加し、強磁界の超電導
特性で臨界電流の向上を図るものである。しかし、超電
導モジュールを構成するNbまたはNb合金の平均フィ
ラメント径及び超電導モジュールの平均断面積が不適当
な場合、十分な臨界電流が得られなかった。
(固体)拡散法Nb3Sn線は、これら第三元素添加法の
みではとみに最近の要求されている高臨界電流特性が得
られず、強く改善が望まれている。
されたもので、超電導モジュールを構成するNbまたは
Nb合金フィラメントの平均径及び/または超電導モジ
ュールの平均断面積を最適範囲とし、それによって高臨
界電流特性が得られるNb3Sn系超電導線の製造方法
を提供することを目的とする。
系超電導線の製造方法は、中心にSnまたはSn合金が
位置し、その周囲にCuまたはCu合金並びにNbまた
はNb合金フィラメントが配置されてなり、引抜伸線す
ることにより得られた超電導モジュール、超電導モジュ
ールの周囲に配置されるSn拡散バリア材並びにSn拡
散バリア材の周囲に配置されるCuまたはCu合金より
なる安定化材から構成される複合体を引抜伸線し、得ら
れた線材を加熱してNb3Sn生成熱処理を施すことか
らなるNb3Sn系超電導線の製造方法において、前記
複合体の引抜伸線後の線材中のNbまたはNb合金フィ
ラメントの平均直径が1〜3μmφの範囲内にあるか、
または各超電導モジュールの平均断面積が0.0314
〜0.0019625mm2の範囲内にあるか、または
それら両範囲内にあることを特徴とする。
法を図を用いて説明する。図3に示すように、本発明の
Nb3Sn系超電導線の製造方法においては、まず、C
uまたはCu合金(4)及びNbまたはNb合金フィラメ
ント(5)及びSnまたはSn合金(6)とした超電導モジュ
ールを得る。次に、図2に示すように、CuまたはCu
合金よりなる安定化材(1)と、例えばNbよりなるSn
拡散バリア材(2)の内側に超電導モジュールを配置して
複合体を得、得られた複合体を引抜、伸線し、目的線径
とする。この際、NbまたはNb合金フィラメント(5)
の平均直径が1〜3μmφの範囲になるように、設計作
製する。また、この引抜、伸線処理において、超電導モ
ジュールも同時に引抜、伸線されるが、目的線径におい
て、各超電導モジュールの平均断面積が0.0314〜0.0019
625mm2の範囲となるよう、複合体(図2)を設計作製す
る。この時もNbまたはNb合金フィラメント(5)の平
均直径を1〜3μmφとすることが望ましい。目的線径
とした線材(図1)を400〜850℃で数10〜数10
0時間のNb3Sn生成熱処理を施せば、Nb3Sn超電
導線が得られる。このNb3Sn生成熱処理でNbまた
はNb合金フィラメント平均直径及び/または各超電導
モジュールの平均断面積を以上の範囲とすることで、S
nの拡散の均一性とNb3Sn生成量を大きくすること
ができ、それによって大幅な臨界電流密度の改善が得ら
れる。
明機械加工後、中心部にSn−1.2重量%Ti合金を
充填複合し、引抜伸線にて超電導モジュール(図3)を得
る。これを最終複合可能な外径3.3mmφ、長さ1m
の超電導モジュール(3)とし、7本束ねて外径11mm
φ、内径10mmφ、長さ1mのNbのSn拡散バリア
(2)と外径18.5mmφ、内径11.2mmφ、長さ1
mのCuの安定化材(1)とを複合し、複合体(図2)とす
る。これを目的線径である1.0mmφまで引抜、伸線
加工し、Nb3Sn超電導素線(図1)とした。この時の
Nbフィラメント(5)の平均直径は2.8μmφで、1つ
の超電導モジュールの平均断面積は0.037994mm2であ
る。このNb3Sn超電導素線をAとする。また、この
素線をさらに伸線し、線径0.8mmφとし、Nbフィ
ラメント(5)の平均直径を2.24μmφ、1つの超電導
モジュールの平均断面積を0.024316mm2とした。この
Nb3Sn超電導素線をBとする。これらのNb3Sn超
電導素線を不活性ガス雰囲気中で温度700℃、120
時間のNb3Sn生成熱処理を施し、Nb3Sn超電導線
とし、従来法により製作された超電導線(C)との臨界電
流密度を測定した結果を図6に示した。なお、従来法に
より製作された超電導線のNbフィラメント(5)の平均
直径は3.8μmφで、1つの超電導モジュールの平均
断面積は0.045216mm2のものである。
Sn生成熱処理をすることで、Nb3Sn超電導線が得
られる。Nb3Sn生成熱処理は超電導モジュール中心
のSnまたはSn合金(6)の融点例えば235℃を超え
ると溶融し、300℃程度からCuまたはCu合金(4)
中に拡散し、580℃程度で均一なCuSn合金とな
る。580℃を超えるとNbまたはNb合金フィラメン
ト(5)とCu−Sn中のSnとが固体反応しNb3Snと
なる。Sn(6)またはCu(4)またはNbフィラメント
(5)中の1種以上に例えばTiを添加している場合は(N
b・Ti)3Snとなる。
NbまたはNb合金フィラメント(5)の平均直径が3μ
mφを超えると、フィラメント中心部までNb3Snが
生成されず、Nbフィラメント外周部のみにNb3Sn
が生成されるので、Nb3Snの絶対量が減り、高い臨
界電流が得られないので、NbまたはNb合金フィラメ
ント(5)の平均径を3μmまでとした。また、Nbまた
はNb合金フィラメントの平均直径が1μmφ未満では
工業的に均一なフィラメントに加工することは困難で、
かつフィラメント断線発生などの不具合があり、1μm
φ以上とした。
積が0.0314mm2を超えると、超電導モジュール中心に
あるSnまたはSn合金(6)の拡散距離が長くなり、S
nより遠いNbまたはNb合金フィラメント(5)のNb3
Sn生成量を減じてしまうので0.0314mm2までとし
た。また、0.0019625mm2未満では、均一に伸線加工で
きず、著しい場合には線材の断線などの不具合が生ずる
ので、1つの超電導モジュールの断面積を0.0019265m
m2以上とした。
0.7mmφで、Sn拡散バリア内の超電導モジュール
数を19本とし、Nbフィラメントの平均直径が1.8
μmφで1つの超電導モジュールの平均断面積が0.0226
86mm2であるNb3Sn超電導素線を製作した。
Sn生成熱処理を施した後の臨界電流密度を図6のDに
示す通り、フィラメント平均直径と1つの超電導モジュ
ール平均断面積の最適化を図ることで、主要超電導特性
の臨界電流特性は従来の製作方法と比較して12テラス
において、70%程度の大幅向上が図られた。
慮して任意の数選択することは本発明の効果を損なうも
のではない。
ルを1つずつ単数または複数複合し、安定化材に配置し
ても差し支えない。また、Sn拡散バリアを使用せず、
直接安定化材に超電導モジュールを配置してもよい。
形状は特に限定されるものではなく、丸断面、矩形断
面、楕円楕円、テープ状でも本発明の効果を損なうもの
ではない。
電導線の製造方法によれば、中心にSnまたはSn合金
が位置し、その周囲にCuまたはCu合金並びにNbま
たはNb合金フィラメントが配置されてなり、引抜伸線
することにより得られた超電導モジュール、超電導モジ
ュールの周囲に配置されるSn拡散バリア材並びにSn
拡散バリア材の周囲に配置されるCuまたはCu合金よ
りなる安定化材から構成される複合体を引抜伸線し、得
られた線材を加熱してNb3Sn生成熱処理を施すこと
からなるNb3Sn系超電導線の製造方法において、前
記複合体の引抜伸線後の線材中のNbまたはNb合金フ
ィラメントの平均直径が1〜3μmφの範囲内にある
か、または各超電導モジュールの平均断面積が0.03
14〜0.0019625mm2の範囲内にあるか、ま
たはそれら両範囲内にすることにより、その後のNb3
Sn生成熱処理後に得られるNb3Sn系超電導線は高
磁界での臨界電流特性を大幅に向上・改善することがで
きるという効果を奏する。
素線の1実施態様を示す断面図である。
造するために使用する複合体の断面構成例を示す図であ
る。
造するために使用する超電導モジュールの断面図であ
る。
素線の他の実施態様を示す断面図である。
造するために使用する複合体の他の実施態様による断面
構成例を示す図である。
電導線の強磁界中の臨界電流密度を比較したデータを示
すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】 中心にSnまたはSn合金が位置し、そ
の周囲にCuまたはCu合金並びにNbまたはNb合金
フィラメントが配置されてなり、引抜伸線することによ
り得られた超電導モジュール、超電導モジュールの周囲
に配置されるSn拡散バリア材並びにSn拡散バリア材
の周囲に配置されるCuまたはCu合金よりなる安定化
材から構成される複合体を引抜伸線し、得られた線材を
加熱してNb3Sn生成熱処理を施すことからなるNb3
Sn系超電導線の製造方法において、前記複合体の引抜
伸線後の線材中のNbまたはNb合金フィラメントの平
均直径が1〜3μmφの範囲内にあるか、または各超電
導モジュールの平均断面積が0.0314〜0.001
9625mm2の範囲内にあるか、またはそれら両範囲
内にあることを特徴とするNb3Sn系超電導線の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06604591A JP3273953B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ニオブ−スズ系超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06604591A JP3273953B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ニオブ−スズ系超電導線の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04301322A JPH04301322A (ja) | 1992-10-23 |
JP3273953B2 true JP3273953B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=13304515
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06604591A Expired - Lifetime JP3273953B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ニオブ−スズ系超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3273953B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4687438B2 (ja) * | 2005-12-14 | 2011-05-25 | 日立電線株式会社 | Nb3Sn超電導線用芯線、Nb3Sn超電導線及びその製造方法 |
JP2007214002A (ja) | 2006-02-10 | 2007-08-23 | Kobe Steel Ltd | Nb3Sn超電導線材の製造方法およびそのための前駆体 |
JP4791346B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2011-10-12 | 株式会社神戸製鋼所 | Nb3Sn超電導線材およびそのための前駆体並びに前駆体用Nb複合単芯線 |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP06604591A patent/JP3273953B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH04301322A (ja) | 1992-10-23 |
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