JP3353217B2 - Ｎｂ▲３▼Ｓｎ系超電導線材の製造方法 - Google Patents
Ｎｂ▲３▼Ｓｎ系超電導線材の製造方法Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超電導発電機や限流器等
の交流機器に好適なＮｂ3 Ｓｎ系超電導線材の製造方法
に関し、詳細には安定化材とバリア層を有するＮｂ3 Ｓ
ｎ系超電導線材の交流損失特性を劣化させることのない
製造方法に関するものである。
の交流機器に好適なＮｂ3 Ｓｎ系超電導線材の製造方法
に関し、詳細には安定化材とバリア層を有するＮｂ3 Ｓ
ｎ系超電導線材の交流損失特性を劣化させることのない
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｎｂ3 Ｓｎ系超電導線材は、Ｎｂまたは
Ｎｂ合金と、ＣｕまたはＣｕ合金の複合材を伸線し、熱
処理を施してＮｂとＳｎを反応させＮｂ3 Ｓｎを生成す
ることにより製造されているが、その出発材料の違いか
ら、ブロンズ法，チューブ法，粉末法，インサイチュー
法などに分類されている。以下に、上記ブロンズ法を代
表的にとりあげ、Ｎｂ3 Ｓｎ系超電導線材の一般的な製
造方法を図面に基づいて詳細に説明する。
Ｎｂ合金と、ＣｕまたはＣｕ合金の複合材を伸線し、熱
処理を施してＮｂとＳｎを反応させＮｂ3 Ｓｎを生成す
ることにより製造されているが、その出発材料の違いか
ら、ブロンズ法，チューブ法，粉末法，インサイチュー
法などに分類されている。以下に、上記ブロンズ法を代
表的にとりあげ、Ｎｂ3 Ｓｎ系超電導線材の一般的な製
造方法を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００３】まず単芯型超電導線材の場合から述べる
と、図１に示す様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金やＣｕ−Ｓｎ−Ｔ
ｉ合金等のＣｕ−Ｓｎ基合金製のビレットケース１（線
状母材）にＮｂ線２を埋設した後、端部を電子ビーム溶
接して単芯型複合ビレット３を組み立てる。該単芯型複
合ビレット３を熱間静水圧押出しに付して一体化と減面
加工を同時に行ない、さらに冷間加工によって所定の寸
法まで伸線加工する。このとき、冷間伸線加工により、
Ｃｕ−Ｓｎ合金は著しく加工硬化するため、加工率３０
〜６０％程度の加工毎に加工硬化ひずみを除去するため
の中間焼鈍が必要となる。その後熱処理（６００〜７０
０℃）によって、Ｃｕ−Ｓｎ合金製線状母材１とＮｂ線
２の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させてＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材とする。
と、図１に示す様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金やＣｕ−Ｓｎ−Ｔ
ｉ合金等のＣｕ−Ｓｎ基合金製のビレットケース１（線
状母材）にＮｂ線２を埋設した後、端部を電子ビーム溶
接して単芯型複合ビレット３を組み立てる。該単芯型複
合ビレット３を熱間静水圧押出しに付して一体化と減面
加工を同時に行ない、さらに冷間加工によって所定の寸
法まで伸線加工する。このとき、冷間伸線加工により、
Ｃｕ−Ｓｎ合金は著しく加工硬化するため、加工率３０
〜６０％程度の加工毎に加工硬化ひずみを除去するため
の中間焼鈍が必要となる。その後熱処理（６００〜７０
０℃）によって、Ｃｕ−Ｓｎ合金製線状母材１とＮｂ線
２の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させてＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材とする。
【０００４】次に多芯型超電導線材の場合は、前記した
図１或は図２に示す様に１本または複数本のＮｂ線２を
Ｃｕ−Ｓｎ基合金のビレットケース１ａ製（線状母材）
に埋設してこれを断面減少加工に付して断面六角形の１
次多芯ビレット８を構成し、これを複数本円筒状に束ね
て線材群１０（図３参照）とし、図３に示す様に、Ｃｕ
やＣｕ−Ｓｎ基合金からなる円筒状の外層ケース９（最
外層）に挿入し、単芯型の場合と同様の方法で伸線し
て、最終形状において３０００〜３００００本のＮｂ線
２が含まれた２次多芯ビレット１１（多芯型複合ビレッ
ト）を構成する。尚２次多芯ビレット１１では、前記図
３に示した様に、その中央部に線・棒状の無酸素銅等が
安定化材７として組み込まれており、前記１次多芯ビレ
ット８の線材群１０と安定化材７の間には、Ｃｕ−Ｓｎ
基合金からなる筒状の内部層５、およびＮｂ3 Ｓｎ生成
のための拡散熱処理時にＣｕ−Ｓｎ合金からのＳｎの拡
散を防止する拡散バリア層として、円筒状のＮｂ層また
はＴａ層（以下、拡散バリア層という）６が形成されて
いる。従って該拡散バリア層６を設けることにより前記
安定化材７がＳｎによって汚染されることを防ぐことが
できる。最後に熱処理を施すことにより、Ｃｕ−Ｓｎ基
合金製線状母材１ａとＮｂ線２の界面にＮｂ3Ｓｎを生
成させて多芯型Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材とする。
図１或は図２に示す様に１本または複数本のＮｂ線２を
Ｃｕ−Ｓｎ基合金のビレットケース１ａ製（線状母材）
に埋設してこれを断面減少加工に付して断面六角形の１
次多芯ビレット８を構成し、これを複数本円筒状に束ね
て線材群１０（図３参照）とし、図３に示す様に、Ｃｕ
やＣｕ−Ｓｎ基合金からなる円筒状の外層ケース９（最
外層）に挿入し、単芯型の場合と同様の方法で伸線し
て、最終形状において３０００〜３００００本のＮｂ線
２が含まれた２次多芯ビレット１１（多芯型複合ビレッ
ト）を構成する。尚２次多芯ビレット１１では、前記図
３に示した様に、その中央部に線・棒状の無酸素銅等が
安定化材７として組み込まれており、前記１次多芯ビレ
ット８の線材群１０と安定化材７の間には、Ｃｕ−Ｓｎ
基合金からなる筒状の内部層５、およびＮｂ3 Ｓｎ生成
のための拡散熱処理時にＣｕ−Ｓｎ合金からのＳｎの拡
散を防止する拡散バリア層として、円筒状のＮｂ層また
はＴａ層（以下、拡散バリア層という）６が形成されて
いる。従って該拡散バリア層６を設けることにより前記
安定化材７がＳｎによって汚染されることを防ぐことが
できる。最後に熱処理を施すことにより、Ｃｕ−Ｓｎ基
合金製線状母材１ａとＮｂ線２の界面にＮｂ3Ｓｎを生
成させて多芯型Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材とする。
【０００５】尚２次多芯ビレットとしては、上記の如
く、中心側に安定化材や拡散バリア層を設ける代わり
に、１次多芯ビレットをＣｕ−Ｓｎ基合金等にスタック
したその外周側に拡散バリア層、次いで安定化材を配置
したものもある。
く、中心側に安定化材や拡散バリア層を設ける代わり
に、１次多芯ビレットをＣｕ−Ｓｎ基合金等にスタック
したその外周側に拡散バリア層、次いで安定化材を配置
したものもある。
【０００６】この様にいずれの製造方法においても２次
多芯ビレットには、超電導線材の熱的及び電気的な安定
性を確保することを目的として、導電性に優れた安定化
材が設けられている。但し、該安定化材にＳｎが拡散し
て汚染されると、電気抵抗が大きくなると共に、熱伝導
率が小さくなり安定化材としての機能を果たさなくなる
ことから、安定化材とＳｎを含む部分との間にＳｎの拡
散を止める拡散バリア層を配置し、安定化材へのＳｎの
侵入を防いでいる。
多芯ビレットには、超電導線材の熱的及び電気的な安定
性を確保することを目的として、導電性に優れた安定化
材が設けられている。但し、該安定化材にＳｎが拡散し
て汚染されると、電気抵抗が大きくなると共に、熱伝導
率が小さくなり安定化材としての機能を果たさなくなる
ことから、安定化材とＳｎを含む部分との間にＳｎの拡
散を止める拡散バリア層を配置し、安定化材へのＳｎの
侵入を防いでいる。
【０００７】上記拡散バリア層の材料としては、比較的
に加工が容易であり、Ｃｕと合金を作りにくく、且つＳ
ｎを透過させにくいという理由から、ＮｂまたはＴａを
用いることが一般的であるが、いずれも以下の様な問題
点を有している。
に加工が容易であり、Ｃｕと合金を作りにくく、且つＳ
ｎを透過させにくいという理由から、ＮｂまたはＴａを
用いることが一般的であるが、いずれも以下の様な問題
点を有している。
【０００８】まず、拡散バリア層の材料としてＮｂを用
いる場合には、反応熱処理により拡散するＳｎとバリア
材のＮｂが反応し、拡散バリア層自体がＮｂ3 Ｓｎ超電
導体になる。その結果、円筒状の拡散バリア層の外径が
超電導フィラメントの直径のようになり、超電導線材内
部に太い超電導フィラメントが存在するのと同じ作用を
発揮する。
いる場合には、反応熱処理により拡散するＳｎとバリア
材のＮｂが反応し、拡散バリア層自体がＮｂ3 Ｓｎ超電
導体になる。その結果、円筒状の拡散バリア層の外径が
超電導フィラメントの直径のようになり、超電導線材内
部に太い超電導フィラメントが存在するのと同じ作用を
発揮する。
【０００９】超電導発電機や限流器等の交流機器に用い
られる超電導線材には、交流電流を通電した際に線材に
発生する交流損失を極力小さくして、交流機器の効率等
に悪影響を及ぼすことを防止する観点から、可及的に細
く形成された極細の超電導フィラメントを多数有する多
芯型の超電導線材が用いられている。しかしながら、超
電導フィラメントを極細多芯化しても円筒状の拡散バリ
ア層が超電導体になると交流損失が大きくなり、交流用
の超電導線材として機能しなくなるという問題点を有し
ていた。
られる超電導線材には、交流電流を通電した際に線材に
発生する交流損失を極力小さくして、交流機器の効率等
に悪影響を及ぼすことを防止する観点から、可及的に細
く形成された極細の超電導フィラメントを多数有する多
芯型の超電導線材が用いられている。しかしながら、超
電導フィラメントを極細多芯化しても円筒状の拡散バリ
ア層が超電導体になると交流損失が大きくなり、交流用
の超電導線材として機能しなくなるという問題点を有し
ていた。
【００１０】一方、Ｔａを拡散バリア層の材料として用
いる場合には、Ｔａは加工性が悪いことから、伸線加工
の際に断線が生じることがあり、大きな減面率での伸線
加工ができないので、伸線・焼鈍を繰り返す回数が多く
なる。また、ＴａはＮｂよりも高価な材料なので、Ｔａ
を拡散バリア層に用いると製造コストが非常に高くなっ
てしまう。
いる場合には、Ｔａは加工性が悪いことから、伸線加工
の際に断線が生じることがあり、大きな減面率での伸線
加工ができないので、伸線・焼鈍を繰り返す回数が多く
なる。また、ＴａはＮｂよりも高価な材料なので、Ｔａ
を拡散バリア層に用いると製造コストが非常に高くなっ
てしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、拡散バリア層に用いる材
料として、加工性に乏しく且つコスト的に不利なＴａで
はなく、Ｎｂを用いることを前提として、交流損失特性
を劣化させることなくＮｂ3 Ｓｎ系超電導線材を製造す
る方法を提供しようとするものである。
目してなされたものであって、拡散バリア層に用いる材
料として、加工性に乏しく且つコスト的に不利なＴａで
はなく、Ｎｂを用いることを前提として、交流損失特性
を劣化させることなくＮｂ3 Ｓｎ系超電導線材を製造す
る方法を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明の製造方法とは、円筒状の拡散バリア層を安定化材の
外周側または内周側に配置されたＮｂ3Ｓｎ系超電導線
材の製造方法であって、上記拡散バリア層に、Ｐを０．
０１〜１ｗｔ％含有するＮｂ合金を用いることを要旨と
するものである。また上記Ｎｂ合金として、Ｐ以外に、
Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆよりなる群から選ばれる１種以
上の元素を２０ｗｔ％以下（但し、０％は含まない）含
有するＮｂ合金を用いてもよい。
明の製造方法とは、円筒状の拡散バリア層を安定化材の
外周側または内周側に配置されたＮｂ3Ｓｎ系超電導線
材の製造方法であって、上記拡散バリア層に、Ｐを０．
０１〜１ｗｔ％含有するＮｂ合金を用いることを要旨と
するものである。また上記Ｎｂ合金として、Ｐ以外に、
Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆよりなる群から選ばれる１種以
上の元素を２０ｗｔ％以下（但し、０％は含まない）含
有するＮｂ合金を用いてもよい。
【００１３】また上記Ｎｂ合金として、Ｐ以外に、Ｔ
ａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆよりなる群から選ばれる１種以上
の元素を２０ｗｔ％以下（但し、０％は含まない）含有
するＮｂ合金を用いてもよい。
ａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆよりなる群から選ばれる１種以上
の元素を２０ｗｔ％以下（但し、０％は含まない）含有
するＮｂ合金を用いてもよい。
【００１４】
【作用】超電導フィラメントの直径を細くすればするほ
ど超電導線材の交流損失は小さくなるが、従来は拡散バ
リア層の表面にＮｂ3 Ｓｎが生成していたため、円筒状
の拡散バリア層が電磁気的に１本の太いフィラメントの
ように振る舞い、超電導フィラメントを細くした効果が
なくなり、交流損失を小さくできなかった。これに対し
て、本発明の製造方法によれば拡散バリア層にＮｂ3 Ｓ
ｎが生成することはない。従って超電導線材の交流損失
は、超電導フィラメントを細くすることによって小さく
できるので、交流損失の大幅な低減が可能である。
ど超電導線材の交流損失は小さくなるが、従来は拡散バ
リア層の表面にＮｂ3 Ｓｎが生成していたため、円筒状
の拡散バリア層が電磁気的に１本の太いフィラメントの
ように振る舞い、超電導フィラメントを細くした効果が
なくなり、交流損失を小さくできなかった。これに対し
て、本発明の製造方法によれば拡散バリア層にＮｂ3 Ｓ
ｎが生成することはない。従って超電導線材の交流損失
は、超電導フィラメントを細くすることによって小さく
できるので、交流損失の大幅な低減が可能である。
【００１５】本発明者らは、Ｎｂを主体とする拡散バリ
ア層にＰを添加することにより、反応熱処理の際にＳｎ
が上記拡散バリア層に侵入してもＮｂ3 Ｓｎが生成され
ないことを見出し、本発明に想到した。この様なＮｂ3
Ｓｎの生成抑制効果を発揮する上で、Ｎｂ中のＰの含有
量は０．０１ｗｔ以上必要であり、０．０５ｗｔ％以上
であると好ましく、０．１ｗｔ％以上であるとより好ま
しい。一方、Ｐの含有量は多過ぎても拡散バリア層の加
工性を確保できないので、１ｗｔ％以下とすることが必
要であり、０．７ｗｔ％以下が好ましく、０．４ｗｔ％
以下であるとより好ましい。
ア層にＰを添加することにより、反応熱処理の際にＳｎ
が上記拡散バリア層に侵入してもＮｂ3 Ｓｎが生成され
ないことを見出し、本発明に想到した。この様なＮｂ3
Ｓｎの生成抑制効果を発揮する上で、Ｎｂ中のＰの含有
量は０．０１ｗｔ以上必要であり、０．０５ｗｔ％以上
であると好ましく、０．１ｗｔ％以上であるとより好ま
しい。一方、Ｐの含有量は多過ぎても拡散バリア層の加
工性を確保できないので、１ｗｔ％以下とすることが必
要であり、０．７ｗｔ％以下が好ましく、０．４ｗｔ％
以下であるとより好ましい。
【００１６】尚、本発明の製造方法においては、前記Ｎ
ｂ合金として、Ｐ以外に、Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆより
なる群から選ばれる１種以上の元素を２０ｗｔ％以下
（但し、０％は含まない）含有するＮｂ合金を用いても
よい。これらの元素を含有させることにより、ＰのＮｂ
3 Ｓｎ生成抑制効果を阻害することなくＮｂ合金の加工
性を改善できる。
ｂ合金として、Ｐ以外に、Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆより
なる群から選ばれる１種以上の元素を２０ｗｔ％以下
（但し、０％は含まない）含有するＮｂ合金を用いても
よい。これらの元素を含有させることにより、ＰのＮｂ
3 Ｓｎ生成抑制効果を阻害することなくＮｂ合金の加工
性を改善できる。
【００１７】さらに本発明の製造方法においては、前記
拡散バリア層を同心円状に２層に分け、上記安定化材と
接する一方側の拡散バリア層にはＮｂを用い、他方側の
拡散バリア層にはＰを０．０１〜１ｗｔ％含有するＣｕ
合金を用いる方法も推奨される。この様に拡散バリア層
をＮｂとＣｕ−Ｐ合金の２層構造とし、Ｃｕ−Ｐ合金か
らなる拡散バリア層を反応熱処理時にＳｎが侵入する側
に配設することによって、Ｎｂからなる拡散バリア層が
Ｓｎと反応してＮｂ3 Ｓｎが生成することを防止するこ
とが可能である。
拡散バリア層を同心円状に２層に分け、上記安定化材と
接する一方側の拡散バリア層にはＮｂを用い、他方側の
拡散バリア層にはＰを０．０１〜１ｗｔ％含有するＣｕ
合金を用いる方法も推奨される。この様に拡散バリア層
をＮｂとＣｕ−Ｐ合金の２層構造とし、Ｃｕ−Ｐ合金か
らなる拡散バリア層を反応熱処理時にＳｎが侵入する側
に配設することによって、Ｎｂからなる拡散バリア層が
Ｓｎと反応してＮｂ3 Ｓｎが生成することを防止するこ
とが可能である。
【００１８】Ｃｕ−Ｐ合金中のＰの含有量は０．０１ｗ
ｔ％以上必要であり、０．０５ｗｔ％以上が好ましく、
０．１ｗｔ％以上であればより好ましい。一方、Ｐの含
有量は多過ぎると拡散バリア層の加工性が劣化するの
で、１ｗｔ％以下とすることが必要であり、０．７ｗｔ
％以下が好ましく、０．５ｗｔ％以下であればより好ま
しい。
ｔ％以上必要であり、０．０５ｗｔ％以上が好ましく、
０．１ｗｔ％以上であればより好ましい。一方、Ｐの含
有量は多過ぎると拡散バリア層の加工性が劣化するの
で、１ｗｔ％以下とすることが必要であり、０．７ｗｔ
％以下が好ましく、０．５ｗｔ％以下であればより好ま
しい。
【００１９】本発明はＣｕ−Ｐ合金からなる拡散バリア
層の厚さにより限定されるものではないが、伸線加工後
（製品）で５μｍ以上であればＳｎ拡散のバリア層とし
て機能することができる。
層の厚さにより限定されるものではないが、伸線加工後
（製品）で５μｍ以上であればＳｎ拡散のバリア層とし
て機能することができる。
【００２０】尚、前記Ｃｕ合金として、Ｐ以外に、Ｓ
ｎ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｎｉよりなる群か
ら選ばれる１種以上の元素を１５ｗｔ％以下（但し、０
％は含まない）含有するＣｕ合金を用いてもよい。これ
らの元素を含有させることによりＣｕ合金の加工性を改
善することができる。
ｎ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｎｉよりなる群か
ら選ばれる１種以上の元素を１５ｗｔ％以下（但し、０
％は含まない）含有するＣｕ合金を用いてもよい。これ
らの元素を含有させることによりＣｕ合金の加工性を改
善することができる。
【００２１】また、ブロンズ法だけでなく、安定化材と
拡散バリア層を有する超電導線材の製造方法であれば、
チューブ法，粉末法，インサイチュー法，液体浸漬法，
内部拡散法，外部拡散法などあらゆる超電導線材の製造
方法に適用することができる。
拡散バリア層を有する超電導線材の製造方法であれば、
チューブ法，粉末法，インサイチュー法，液体浸漬法，
内部拡散法，外部拡散法などあらゆる超電導線材の製造
方法に適用することができる。
【００２２】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２３】
【実施例】実施例１ （ブロンズ法） 図４に示すような線材中央に安定化材７（無酸素銅）、
その周りにＮｂ−０．２％Ｐ合金シートを巻き拡散バリ
ア層６とし、その外側に５８９３本のＮｂフィラメント
を配置したビレットを準備した。また図５に示す様に、
安定化材７の周囲にＮｂシートを巻き拡散バリア層６ｂ
とすると共に、その外側にＣｕ−０．２％Ｐのシートを
巻き拡散バリア層６ａを形成したビレットを準備した。
さらに従来例として、図４の拡散バリア層６にＮｂシー
トを用いたビレットと、Ｔａシートを用いたビレットを
準備した。
その周りにＮｂ−０．２％Ｐ合金シートを巻き拡散バリ
ア層６とし、その外側に５８９３本のＮｂフィラメント
を配置したビレットを準備した。また図５に示す様に、
安定化材７の周囲にＮｂシートを巻き拡散バリア層６ｂ
とすると共に、その外側にＣｕ−０．２％Ｐのシートを
巻き拡散バリア層６ａを形成したビレットを準備した。
さらに従来例として、図４の拡散バリア層６にＮｂシー
トを用いたビレットと、Ｔａシートを用いたビレットを
準備した。
【００２４】これらのビレットをφ１５０からφ３５に
静水圧押出しにより縮径加工した。静水圧押出し後、ダ
イス伸線し線材を製作した。反応熱処理を施してＮｂ3
Ｓｎ超電導素線とし、その断面観察を行った。図６〜９
に、反応熱処理後における夫々の拡散バリア層のＳＥＭ
写真を示す。図６は、Ｎｂシートだけを拡散バリア層に
用いたビレットのＳＥＭ写真であり、拡散バリア層のＮ
ｂがＳｎと反応してＮｂ3 Ｓｎになっていることが分か
る。これに対して、本発明方法によるビレットの拡散バ
リア層（図７及び図８）では、いずれもＮｂ3 Ｓｎは生
成されておらず、交流損失特性を劣化させることなく安
定化材をＳｎの汚染から防ぐことができた。
静水圧押出しにより縮径加工した。静水圧押出し後、ダ
イス伸線し線材を製作した。反応熱処理を施してＮｂ3
Ｓｎ超電導素線とし、その断面観察を行った。図６〜９
に、反応熱処理後における夫々の拡散バリア層のＳＥＭ
写真を示す。図６は、Ｎｂシートだけを拡散バリア層に
用いたビレットのＳＥＭ写真であり、拡散バリア層のＮ
ｂがＳｎと反応してＮｂ3 Ｓｎになっていることが分か
る。これに対して、本発明方法によるビレットの拡散バ
リア層（図７及び図８）では、いずれもＮｂ3 Ｓｎは生
成されておらず、交流損失特性を劣化させることなく安
定化材をＳｎの汚染から防ぐことができた。
【００２５】尚、図９は、Ｔａを拡散バリア層に用いた
ビレットのＳＥＭ写真であり、静水圧押出し後の試料の
一部を硝酸で溶かし、拡散バリア層の加工状態を観察し
たものである。多数の亀裂が入っており、Ｔａからなる
拡散バリア層が正常に加工されていないことが分かる。
このビレットを伸線し続けると、Ｔａからなる拡散バリ
ア層は、Ｓｎ拡散に対するバリアとしての役目を果たさ
なくなる。これに対してＮｂ−Ｐを主体とする拡散バリ
ア層及びＮｂとＣｕ−０．２％Ｐ複合材からなる本発明
に係る拡散バリア層では加工性に全く問題はなかった。
ビレットのＳＥＭ写真であり、静水圧押出し後の試料の
一部を硝酸で溶かし、拡散バリア層の加工状態を観察し
たものである。多数の亀裂が入っており、Ｔａからなる
拡散バリア層が正常に加工されていないことが分かる。
このビレットを伸線し続けると、Ｔａからなる拡散バリ
ア層は、Ｓｎ拡散に対するバリアとしての役目を果たさ
なくなる。これに対してＮｂ−Ｐを主体とする拡散バリ
ア層及びＮｂとＣｕ−０．２％Ｐ複合材からなる本発明
に係る拡散バリア層では加工性に全く問題はなかった。
【００２６】実施例２（内部拡散法） 図１０に示す様に、線材中央にＳｎロッドを配設し、そ
の外側に５８９３本のＮｂフィラメントが埋め込まれた
Ｃｕマトリックス、その外側にＣｕ−０．５％Ｐのシー
トを巻き拡散バリア層６ａを形成し、その周りにＮｂシ
ートからなる拡散バリア層６ｂを形成し、最外層に安定
化材７（無酸素銅）を配置したビレットを準備した。ま
た、また図１１に示す様に、拡散バリア層６にＮｂシー
トだけを用いたビレットも比較例として準備した。
の外側に５８９３本のＮｂフィラメントが埋め込まれた
Ｃｕマトリックス、その外側にＣｕ−０．５％Ｐのシー
トを巻き拡散バリア層６ａを形成し、その周りにＮｂシ
ートからなる拡散バリア層６ｂを形成し、最外層に安定
化材７（無酸素銅）を配置したビレットを準備した。ま
た、また図１１に示す様に、拡散バリア層６にＮｂシー
トだけを用いたビレットも比較例として準備した。
【００２７】これらのビレットをφ１５０からφ３５に
静水圧押出しにより縮径加工した。静水圧押出し後、ダ
イス伸線し線材を製作した。反応熱処理を施してＮｂ3
Ｓｎ超電導線材とし、その交流損失を測定した。図１２
に両線材の交流損失の比較を示す。両線材はＣｕ−０．
５％Ｐのシートの有無以外は同じ断面構成であるが、Ｎ
ｂとＣｕ−０．５％Ｐの複合材バリアの方が格段に交流
損失が小さいことが分かる。このことから、本発明は超
電導線材の交流損失の低減に有効であることが明らかで
ある。
静水圧押出しにより縮径加工した。静水圧押出し後、ダ
イス伸線し線材を製作した。反応熱処理を施してＮｂ3
Ｓｎ超電導線材とし、その交流損失を測定した。図１２
に両線材の交流損失の比較を示す。両線材はＣｕ−０．
５％Ｐのシートの有無以外は同じ断面構成であるが、Ｎ
ｂとＣｕ−０．５％Ｐの複合材バリアの方が格段に交流
損失が小さいことが分かる。このことから、本発明は超
電導線材の交流損失の低減に有効であることが明らかで
ある。
【００２８】実施例３（外部拡散法） 図１３に示す様に、線材中央に安定化材７（無酸素銅）
を配設し、その周りにＮｂ−０．２％Ｐシートを巻き拡
散バリア層６を形成し、その外側に５８９３本のＮｂフ
ィラメントを埋め込んだＣｕマトリックスを配置したビ
レットを準備した。また図１４に示す様に、Ｎｂシート
を拡散バリア層６に用いたビレットも比較例として準備
した。
を配設し、その周りにＮｂ−０．２％Ｐシートを巻き拡
散バリア層６を形成し、その外側に５８９３本のＮｂフ
ィラメントを埋め込んだＣｕマトリックスを配置したビ
レットを準備した。また図１４に示す様に、Ｎｂシート
を拡散バリア層６に用いたビレットも比較例として準備
した。
【００２９】これらのビレットをφ１５０からφ３５に
静水圧押出しにより縮径加工した。静水圧押出し後、ダ
イス伸線し線材を製作した。伸線加工後、線材の表面に
Ｓｎメッキを施し、これを反応熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ超
電導線材として、その交流損失を測定した。図１５に両
線材の交流損失の比較を示す。両線材はバリア材として
ＮｂまたはＮｂ−０．２％Ｐを用いている点以外は同じ
断面構成であるが、Ｎｂ−０．２％Ｐバリアの方が格段
に交流損失が小さいことが分かる。このことから、本発
明は超電導線材の交流損失の低減に有効であることが明
らかである。
静水圧押出しにより縮径加工した。静水圧押出し後、ダ
イス伸線し線材を製作した。伸線加工後、線材の表面に
Ｓｎメッキを施し、これを反応熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ超
電導線材として、その交流損失を測定した。図１５に両
線材の交流損失の比較を示す。両線材はバリア材として
ＮｂまたはＮｂ−０．２％Ｐを用いている点以外は同じ
断面構成であるが、Ｎｂ−０．２％Ｐバリアの方が格段
に交流損失が小さいことが分かる。このことから、本発
明は超電導線材の交流損失の低減に有効であることが明
らかである。
【００３０】実施例４ 図１０に示すビレットにおいて、Ｃｕ−Ｐ合金からなる
拡散バリア層６ａのＰ含有量が０．００５％，０．０１
％，０．０２％，０．０５％，０．１％，０．５％，１
％，１．５％と異なる８種類のビレットを準備した。
拡散バリア層６ａのＰ含有量が０．００５％，０．０１
％，０．０２％，０．０５％，０．１％，０．５％，１
％，１．５％と異なる８種類のビレットを準備した。
【００３１】これらのビレットをφ６７からφ２０に静
水圧押出しにより縮径加工した。静水圧押出し後、ダイ
ス伸線し、線径φ０．８の線材を製作した。これらに反
応熱処理を施しＮｂ3 Ｓｎを生成させた後、断面を調べ
た。その結果、Ｐ含有量が０．００５％の線材では拡散
バリア層のＮｂの一部にＮｂ3 Ｓｎの生成が見られた。
また、Ｐ含有量が１．５％の線材では拡散バリア層のＣ
ｕ−１．５％Ｐ合金に亀裂が見られ、安定化材にＳｎの
拡散が見られた。このことから、Ｐ含有量が０．００５
％と１．５％の線材ではバリア材が機能していないこと
がわかる。したがって、拡散バリア層６ａに用いるＣｕ
−Ｐ合金中のＰ含有量は、０．０１〜１．０％程度が適
当と考えられる。
水圧押出しにより縮径加工した。静水圧押出し後、ダイ
ス伸線し、線径φ０．８の線材を製作した。これらに反
応熱処理を施しＮｂ3 Ｓｎを生成させた後、断面を調べ
た。その結果、Ｐ含有量が０．００５％の線材では拡散
バリア層のＮｂの一部にＮｂ3 Ｓｎの生成が見られた。
また、Ｐ含有量が１．５％の線材では拡散バリア層のＣ
ｕ−１．５％Ｐ合金に亀裂が見られ、安定化材にＳｎの
拡散が見られた。このことから、Ｐ含有量が０．００５
％と１．５％の線材ではバリア材が機能していないこと
がわかる。したがって、拡散バリア層６ａに用いるＣｕ
−Ｐ合金中のＰ含有量は、０．０１〜１．０％程度が適
当と考えられる。
【００３２】実施例５ 図１３に示すビレットにおいて、Ｎｂ−Ｐ合金からなる
拡散バリア層６のＰ含有量が０．００５％，０．０１
％，０．０２％，０．０５％，０．１％，０．５％，１
％，１．５％と異なる８種類のビレットを準備した。
拡散バリア層６のＰ含有量が０．００５％，０．０１
％，０．０２％，０．０５％，０．１％，０．５％，１
％，１．５％と異なる８種類のビレットを準備した。
【００３３】これらのビレットをφ６７からφ２０に静
水圧押出により縮径加工した。静水圧押出後、ダイス伸
線し、線径φ０．８の線材を製作した。伸線加工後、線
材の表面にＳｎメッキを施し、これらに反応熱処理を施
しＮｂ3 Ｓｎを生成させた後、断面を調べた。その結
果、Ｐ含有量が０．００５％の線材では拡散バリア層の
Ｎｂの一部にＮｂ3 Ｓｎの生成が見られた。また、Ｐ含
有量が１．５％の線材ではバリア材のＮｂ−１．５％Ｐ
合金に亀裂が見られ、安定化材にＳｎの拡散が見られ
た。このことから、Ｐ含有量が０．００５％と１．５％
の線材ではバリア材が機能していないことがわかる。し
たがって、拡散バリア層６に用いるＮｂ−Ｐ合金中のＰ
含有量は、０．０１〜１．０％程度が適当と考えられ
る。
水圧押出により縮径加工した。静水圧押出後、ダイス伸
線し、線径φ０．８の線材を製作した。伸線加工後、線
材の表面にＳｎメッキを施し、これらに反応熱処理を施
しＮｂ3 Ｓｎを生成させた後、断面を調べた。その結
果、Ｐ含有量が０．００５％の線材では拡散バリア層の
Ｎｂの一部にＮｂ3 Ｓｎの生成が見られた。また、Ｐ含
有量が１．５％の線材ではバリア材のＮｂ−１．５％Ｐ
合金に亀裂が見られ、安定化材にＳｎの拡散が見られ
た。このことから、Ｐ含有量が０．００５％と１．５％
の線材ではバリア材が機能していないことがわかる。し
たがって、拡散バリア層６に用いるＮｂ−Ｐ合金中のＰ
含有量は、０．０１〜１．０％程度が適当と考えられ
る。
【００３４】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、拡散バリア層に用いる材料としてＮｂを採用しても
Ｎｂ3 Ｓｎが生成されず、超電導線材の交流損失特性を
劣化させることのないＮｂ3 Ｓｎ系超電導線材の製造方
法が提供できることとなった。
で、拡散バリア層に用いる材料としてＮｂを採用しても
Ｎｂ3 Ｓｎが生成されず、超電導線材の交流損失特性を
劣化させることのないＮｂ3 Ｓｎ系超電導線材の製造方
法が提供できることとなった。
【図１】ブロンズ法による単芯型複合ビレットの断面を
示す図である。
示す図である。
【図２】ブロンズ法による１次多芯ビレット８の断面を
示す図である。
示す図である。
【図３】ブロンズ法による２次多芯ビレット１１の断面
を示す図である。
を示す図である。
【図４】本発明方法をブロンズ法に適用した場合の超電
導線材の断面を示す説明図である。
導線材の断面を示す説明図である。
【図５】本発明方法をブロンズ法に適用した場合の超電
導線材の断面を示す説明図である。
導線材の断面を示す説明図である。
【図６】反応熱処理後における拡散バリア層のＳＥＭ写
真であり、拡散バリア層にＮｂを用いた従来法によるも
のである。
真であり、拡散バリア層にＮｂを用いた従来法によるも
のである。
【図７】反応熱処理後における拡散バリア層のＳＥＭ写
真であり、拡散バリア層にＮｂ−Ｐ合金を用いた本発明
方法によるものである。
真であり、拡散バリア層にＮｂ−Ｐ合金を用いた本発明
方法によるものである。
【図８】反応熱処理後における拡散バリア層のＳＥＭ写
真であり、拡散バリア層にＮｂとＣｕ−Ｐ合金の複合材
を用いた本発明方法によるものである。
真であり、拡散バリア層にＮｂとＣｕ−Ｐ合金の複合材
を用いた本発明方法によるものである。
【図９】反応熱処理後における拡散バリア層のＳＥＭ写
真であり、拡散バリア層にＴａを用いた従来法によるも
のである。
真であり、拡散バリア層にＴａを用いた従来法によるも
のである。
【図１０】本発明方法を内部拡散法に適用した場合の超
電導線材の断面を示す説明図である。
電導線材の断面を示す説明図である。
【図１１】従来の内部拡散法による超電導線材の断面を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図１２】交流損失の外部磁場振幅依存性について、本
発明方法と従来法による拡散バリア層の比較を行なうグ
ラフである。
発明方法と従来法による拡散バリア層の比較を行なうグ
ラフである。
【図１３】本発明方法を外部拡散法に適用した場合の超
電導線材の断面を示す説明図である。
電導線材の断面を示す説明図である。
【図１４】従来の外部拡散法による超電導線材の断面を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図１５】交流損失の外部磁場振幅依存性について、本
発明方法と従来法による拡散バリア層の比較を行なうグ
ラフである。
発明方法と従来法による拡散バリア層の比較を行なうグ
ラフである。
１ ビレットケース（Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材） ２ Ｎｂ線 ３ 混合ビレット（単芯型複合ビレット） ５ 内部層 ６ Ｎｂ層（拡散バリア層） ７ 無酸素銅（安定化銅） ８ １次多芯ビレット ９ 外層ケース（最外層） １０ 線材群 １１ ２次多芯ビレット（多芯型複合ビレット）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮武 孝之 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 倉橋 秀文 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 宮崎 隆好 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 千葉 政道 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (72)発明者 嶋田 雅生 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研 究所内 (56)参考文献 特開 平６−203654（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−281751（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−338228（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−61794（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 12/00 - 13/00
Claims (2)
- 【請求項１】 円筒状の拡散バリア層が安定化材の外周
側または内周側に配置されたＮｂ3Ｓｎ系超電導線材の
製造方法であって、 上記拡散バリア層に、Ｐを０．０１〜１ｗｔ％含有する
Ｎｂ合金を用いることを特徴とするＮｂ3Ｓｎ系超電導
線材の製造方法。 - 【請求項２】 前記Ｎｂ合金が、Ｐ以外に、Ｔａ，Ｚ
ｒ，Ｔｉ，Ｈｆよりなる群から選ばれる１種以上の元素
を２０ｗｔ％以下（但し、０％は含まない）含有するＮ
ｂ合金である請求項１に記載のＮｂ3Ｓｎ系超電導線材
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14658795A JP3353217B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Ｎｂ▲３▼Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14658795A JP3353217B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Ｎｂ▲３▼Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08339728A JPH08339728A (ja) | 1996-12-24 |
| JP3353217B2 true JP3353217B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=15411092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14658795A Expired - Fee Related JP3353217B2 (ja) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Ｎｂ▲３▼Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3353217B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1719190B1 (en) * | 2004-02-19 | 2010-05-19 | Oxford Superconducting Technology | Improving critical current density in Nb3Sn superconducting wire |
-
1995
- 1995-06-13 JP JP14658795A patent/JP3353217B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08339728A (ja) | 1996-12-24 |
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