JP3428271B2 - Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材及びその製造方法 - Google Patents
Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材及びその製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超電導線材、特にＮｂ3
Ａｌ系超電導線材に関するものである。
Ａｌ系超電導線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超電導核融合装置、電力貯蔵装置あるい
は物性研究用高磁界マグネット等の高い磁界を必要とす
る装置においては、高磁界における臨界電流密度が高
く、かつ運転中に超伝導線材に作用する電磁力によって
生ずる機械的歪みによる臨界電流密度の劣化が小さいＮ
ｂ3 Ａｌ系超電導線材の適用が期待されている。
は物性研究用高磁界マグネット等の高い磁界を必要とす
る装置においては、高磁界における臨界電流密度が高
く、かつ運転中に超伝導線材に作用する電磁力によって
生ずる機械的歪みによる臨界電流密度の劣化が小さいＮ
ｂ3 Ａｌ系超電導線材の適用が期待されている。
【０００３】高磁界特性に優れた化学量論組成のＮｂ3
Ａｌ相は、Ｎｂ−Ａｌ平衡状態図上、１６００℃以上の
高温下においてのみ安定に存在することができるが、そ
れ以下の温度では、化学量論組成からのずれが大きくな
り、臨界温度及び上部臨界磁界が低下し、高い磁界マグ
ネットへの適用が困難とされてきた。
Ａｌ相は、Ｎｂ−Ａｌ平衡状態図上、１６００℃以上の
高温下においてのみ安定に存在することができるが、そ
れ以下の温度では、化学量論組成からのずれが大きくな
り、臨界温度及び上部臨界磁界が低下し、高い磁界マグ
ネットへの適用が困難とされてきた。
【０００４】このような特徴を有するＮｂ3 Ａｌ系超電
導線材の製作法は、次の２つに大別することができる。
導線材の製作法は、次の２つに大別することができる。
【０００５】その１は、１６００℃以上の高温に線材を
加熱し、化学量論組成のＮｂ3 Ａｌ相を析出させ、それ
を急冷することで高磁界特性に優れたＮｂ3 Ａｌ系超電
導線材を作成する析出法であり、他の１は、Ｎｂ及びＡ
ｌ相を数１０〜数１００ｎｍオーダーに微細化させ、６
００〜１０５０℃の比較的低温でＮｂ3 Ａｌ生成反応拡
散熱処理する拡散法である。
加熱し、化学量論組成のＮｂ3 Ａｌ相を析出させ、それ
を急冷することで高磁界特性に優れたＮｂ3 Ａｌ系超電
導線材を作成する析出法であり、他の１は、Ｎｂ及びＡ
ｌ相を数１０〜数１００ｎｍオーダーに微細化させ、６
００〜１０５０℃の比較的低温でＮｂ3 Ａｌ生成反応拡
散熱処理する拡散法である。
【０００６】ところで、核融合炉等の大規模マグネット
は、マグネットの安定性が非常に重要となる。超電導マ
グネットに安定性を付与するにはＣｕ、Ａｌ等の安定化
金属を超電導線材に複合することが必要になるが、上述
した析出法では、１６００℃以上の高温熱処理が必要で
あるため、安定化金属の複合が困難であり、拡散法をベ
ースとした方法によるＮｂ3 Ａｌ系超電導線材の適用が
望まれる。
は、マグネットの安定性が非常に重要となる。超電導マ
グネットに安定性を付与するにはＣｕ、Ａｌ等の安定化
金属を超電導線材に複合することが必要になるが、上述
した析出法では、１６００℃以上の高温熱処理が必要で
あるため、安定化金属の複合が困難であり、拡散法をベ
ースとした方法によるＮｂ3 Ａｌ系超電導線材の適用が
望まれる。
【０００７】拡散法をベースとしたＮｂ3 Ａｌ系超電導
線材の製造方法としては、これまでに、Ｎｂチューブ
法、クラッドチューブ法、ジェリーロール法等が知られ
ている。これらの中では、ジェリーロール法が製作性、
特性面共に実用化に最も適した製造方法である。このジ
ェリーロール法によるＮｂ3 Ａｌ系超電導線材では、Ｎ
ｂ3 Ａｌ系超電導フィラメントにＮｂシート材とＡｌシ
ート材を寿司巻き状に交互に重ね巻きした積層複合体を
用いるため、製作された反応拡散熱処理前の線材のフィ
ラメント断面には、文献（Advanced in Cryogenic Engi
neering (Mate-rials) Vol.38, p.813-820(1992)）に見
られるような、ＮｂとＡｌの層状組織が残ることが特徴
である。
線材の製造方法としては、これまでに、Ｎｂチューブ
法、クラッドチューブ法、ジェリーロール法等が知られ
ている。これらの中では、ジェリーロール法が製作性、
特性面共に実用化に最も適した製造方法である。このジ
ェリーロール法によるＮｂ3 Ａｌ系超電導線材では、Ｎ
ｂ3 Ａｌ系超電導フィラメントにＮｂシート材とＡｌシ
ート材を寿司巻き状に交互に重ね巻きした積層複合体を
用いるため、製作された反応拡散熱処理前の線材のフィ
ラメント断面には、文献（Advanced in Cryogenic Engi
neering (Mate-rials) Vol.38, p.813-820(1992)）に見
られるような、ＮｂとＡｌの層状組織が残ることが特徴
である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記した層状のＮｂ／
Ａｌ複合組織がフィラメントに観察される場合、層状組
織のＮｂとＡｌ層の厚さを数１０〜数１００ｎｍオーダ
ーに十分薄くしても、Ｎｂ3 Ａｌ相の生成が層状界面の
みで進行するため拡散反応速度が遅く、Ｎｂ3 Ａｌ相を
完全に生成させる熱処理条件下では、生成したＮｂ3 Ａ
ｌ相の結晶粒の粗大化が進行し、磁束のピンニングセン
ターとなる結晶粒界数が減少するために結果的に十分な
臨界電流密度が得られない。また、結晶粒粗大化の程度
が低い熱処理条件下では、未反応Ｎｂが残存し、この場
合も十分な臨界電流密度特性が得られない。このよう
に、フィラメントのＮｂ／Ａｌ複合組織に層状組織が観
察される従来技術では、臨界電流密度が低くなってしま
うという問題点を有していた。
Ａｌ複合組織がフィラメントに観察される場合、層状組
織のＮｂとＡｌ層の厚さを数１０〜数１００ｎｍオーダ
ーに十分薄くしても、Ｎｂ3 Ａｌ相の生成が層状界面の
みで進行するため拡散反応速度が遅く、Ｎｂ3 Ａｌ相を
完全に生成させる熱処理条件下では、生成したＮｂ3 Ａ
ｌ相の結晶粒の粗大化が進行し、磁束のピンニングセン
ターとなる結晶粒界数が減少するために結果的に十分な
臨界電流密度が得られない。また、結晶粒粗大化の程度
が低い熱処理条件下では、未反応Ｎｂが残存し、この場
合も十分な臨界電流密度特性が得られない。このよう
に、フィラメントのＮｂ／Ａｌ複合組織に層状組織が観
察される従来技術では、臨界電流密度が低くなってしま
うという問題点を有していた。
【０００９】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、臨界電流密度特性が優れたＮｂ3 Ａｌ系超電
導線材を提供することにある。
を解消し、臨界電流密度特性が優れたＮｂ3 Ａｌ系超電
導線材を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】従来技術の欠点を解消す
るには、フィラメントのＮｂ／Ａｌ複合組織を層状では
なく、Ｎｂ中にＡｌが繊維状に微細に分散したような複
合組織とし、Ｎｂ／Ａｌ界面の接触面積を増大させて拡
散反応をより早く進行させることが必要である。 本発
明の要点は、Ｎｂ／Ａｌ複合組織をＡｌ相がＮｂマトリ
ックス中に繊維状に分散した組織とするために、フィラ
メントとなるＮｂ／Ａｌ積層複合体の成形に、板厚方向
に存在する結晶粒が１５ケ以下の工業用純Ｎｂあるいは
Ｎｂ基合金シート材を用いることにある。更に、その効
果を増大させるために、Ｎｂ／Ａｌ積層複合体形成後の
モノフィラメント線形成時の押出しに静水圧押出しを用
いたことにある。
るには、フィラメントのＮｂ／Ａｌ複合組織を層状では
なく、Ｎｂ中にＡｌが繊維状に微細に分散したような複
合組織とし、Ｎｂ／Ａｌ界面の接触面積を増大させて拡
散反応をより早く進行させることが必要である。 本発
明の要点は、Ｎｂ／Ａｌ複合組織をＡｌ相がＮｂマトリ
ックス中に繊維状に分散した組織とするために、フィラ
メントとなるＮｂ／Ａｌ積層複合体の成形に、板厚方向
に存在する結晶粒が１５ケ以下の工業用純Ｎｂあるいは
Ｎｂ基合金シート材を用いることにある。更に、その効
果を増大させるために、Ｎｂ／Ａｌ積層複合体形成後の
モノフィラメント線形成時の押出しに静水圧押出しを用
いたことにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】一般に、金属材料は多結晶体であ
り、多結晶体の変形は、アトランダムな各々の結晶粒の
変形の総和として現れ、結果的に等方的に変形する。し
かしながら、結晶粒の数が減少するに伴い結晶のすべり
方向の影響を受け、変形状態に異方性が現れるようにな
る。特に、金型等による拘束を受けずに変形した自由表
面は、結晶粒が少なくなるにしたがって皺状に変形し、
凹凸が激しくなる。
り、多結晶体の変形は、アトランダムな各々の結晶粒の
変形の総和として現れ、結果的に等方的に変形する。し
かしながら、結晶粒の数が減少するに伴い結晶のすべり
方向の影響を受け、変形状態に異方性が現れるようにな
る。特に、金型等による拘束を受けずに変形した自由表
面は、結晶粒が少なくなるにしたがって皺状に変形し、
凹凸が激しくなる。
【００１２】ＮｂとＡｌの変形抵抗はその差が大きいた
め、ジェリーロール積層複合体におけるＡｌ層はＮｂ層
の変形を拘束することが殆ど不可能であり、Ｎｂ層の変
形は自由表面に近い変形状態となる。
め、ジェリーロール積層複合体におけるＡｌ層はＮｂ層
の変形を拘束することが殆ど不可能であり、Ｎｂ層の変
形は自由表面に近い変形状態となる。
【００１３】ここで、図６より本発明の作用を説明す
る。
る。
【００１４】図６(a) はジェリーロール法による積層複
合体形成時（変形前）のＮｂ／Ａｌの層状組織を示すも
ので、Ｎｂ１とＡｌ２が交互に積層される。図６(b)
は、この積層複合体に静水圧押出しにより積層半径方向
に等方圧力が作用して変形した結果を示したものであ
り、Ｎｂ層３に皺が発生し、Ｎｂ層間のＡｌ層４の厚さ
が円周方向に不均一となり、部分的にＡｌ溜りが形成さ
れる。これを更に縮径加工して得られる組織を図６(c)
に示す。図６(b) のＡｌ溜りは、Ｎｂ層３の皺の増大、
屈曲点の応力集中等により更に細分され、２次元的にＮ
ｂマトリックス５中に微細なＡｌ相６がアトランダムに
分散した組織、３次元的にＮｂマトリックス５中に微細
な減面加工方向に伸びたＡｌ繊維６がアトランダムに分
散した組織となる。特に、そのジェリーロールＮｂ／Ａ
ｌ積層複合体中のＮｂの体積分率は、化学量論組成のＮ
ｂ3 Ａｌ相を得るには０．７６５となり、積層複合体の
大半をＮｂが占めるため、容易にＮｂ層が一体化してマ
トリックス化する。
合体形成時（変形前）のＮｂ／Ａｌの層状組織を示すも
ので、Ｎｂ１とＡｌ２が交互に積層される。図６(b)
は、この積層複合体に静水圧押出しにより積層半径方向
に等方圧力が作用して変形した結果を示したものであ
り、Ｎｂ層３に皺が発生し、Ｎｂ層間のＡｌ層４の厚さ
が円周方向に不均一となり、部分的にＡｌ溜りが形成さ
れる。これを更に縮径加工して得られる組織を図６(c)
に示す。図６(b) のＡｌ溜りは、Ｎｂ層３の皺の増大、
屈曲点の応力集中等により更に細分され、２次元的にＮ
ｂマトリックス５中に微細なＡｌ相６がアトランダムに
分散した組織、３次元的にＮｂマトリックス５中に微細
な減面加工方向に伸びたＡｌ繊維６がアトランダムに分
散した組織となる。特に、そのジェリーロールＮｂ／Ａ
ｌ積層複合体中のＮｂの体積分率は、化学量論組成のＮ
ｂ3 Ａｌ相を得るには０．７６５となり、積層複合体の
大半をＮｂが占めるため、容易にＮｂ層が一体化してマ
トリックス化する。
【００１５】図７は、本発明におけるＮｂシート材の板
厚方向に存在する結晶粒数の定義方法を示すものであ
る。ジェリーロール積層複合体の成形に用いるＮｂシー
ト材の板厚方向断面１１に対し、少なくとも１mm以上の
間隔のｎ個（ｎ≧５）のシート平面１０からの垂線１２
と結晶粒界との交点１３の数Ｘi を求め、次の式（１）
により板厚方向のＮｂ結晶粒数ＮG を求めた。交点１３
には上下の平面との交点も含めている。
厚方向に存在する結晶粒数の定義方法を示すものであ
る。ジェリーロール積層複合体の成形に用いるＮｂシー
ト材の板厚方向断面１１に対し、少なくとも１mm以上の
間隔のｎ個（ｎ≧５）のシート平面１０からの垂線１２
と結晶粒界との交点１３の数Ｘi を求め、次の式（１）
により板厚方向のＮｂ結晶粒数ＮG を求めた。交点１３
には上下の平面との交点も含めている。
【００１６】
【数１】
【００１７】一方、モノフィラメント線製作のためにＣ
ｕ管中に挿入したジェリーロールＮｂ／Ａｌ積層複合体
の層間には、各層のスプリングバック等により必ず空隙
が存在する。このような状態のものを静水圧押出しする
と、積層複合体の半径方向に等方圧力が作用し、各層が
湾曲変形して空隙が消滅する。静水圧押出しを用いるこ
とで層状組織に湾曲変形、即ち皺状変形が起こること
は、前述したように、Ｎｂ／Ａｌ積層組織がＡｌ繊維分
散組織となるのに効果的である。
ｕ管中に挿入したジェリーロールＮｂ／Ａｌ積層複合体
の層間には、各層のスプリングバック等により必ず空隙
が存在する。このような状態のものを静水圧押出しする
と、積層複合体の半径方向に等方圧力が作用し、各層が
湾曲変形して空隙が消滅する。静水圧押出しを用いるこ
とで層状組織に湾曲変形、即ち皺状変形が起こること
は、前述したように、Ｎｂ／Ａｌ積層組織がＡｌ繊維分
散組織となるのに効果的である。
【００１８】ところで、静水圧押出しは、変形抵抗の差
が大きい構成材からなる複合材の押出加工に最適であ
る。しかし、ＮｂとＡｌの変形抵抗差はかなり大きく、
かつ、Ａｌの融点が低いためＮｂ／Ａｌ積層複合体の高
温押出しでは、ＮｂとＡｌの変形抵抗差が拡大し、不均
一変形が生じ、押出し後の減面加工において断線が起き
易くなると共に、押出加工時の発熱によりＮｂ／Ａｌ積
層複合体中のＡｌ層が溶融し、押出し不能となる危険性
がある。このような危険性を回避するために、モノフィ
ラメント線材の押出温度（ビレット加熱温度）は５００
℃以下とすることが望ましい。
が大きい構成材からなる複合材の押出加工に最適であ
る。しかし、ＮｂとＡｌの変形抵抗差はかなり大きく、
かつ、Ａｌの融点が低いためＮｂ／Ａｌ積層複合体の高
温押出しでは、ＮｂとＡｌの変形抵抗差が拡大し、不均
一変形が生じ、押出し後の減面加工において断線が起き
易くなると共に、押出加工時の発熱によりＮｂ／Ａｌ積
層複合体中のＡｌ層が溶融し、押出し不能となる危険性
がある。このような危険性を回避するために、モノフィ
ラメント線材の押出温度（ビレット加熱温度）は５００
℃以下とすることが望ましい。
【００１９】また、本発明の作用は、Ｎｂ／Ａｌ積層複
合体中のＮｂ層を皺状に変形させ、Ａｌ相溜りを形成さ
せることにあるが、モノフィラメント線の静水圧押出し
の加工度が小さいと、このＡｌ相溜りが粒状となり、そ
の後の減面加工において断線の原因となる。この断線を
防止するためには、押出比が２以上の高加工度押出しに
よりＡｌ相溜りを押出加工軸に平行な繊維状に変形させ
る必要がある。
合体中のＮｂ層を皺状に変形させ、Ａｌ相溜りを形成さ
せることにあるが、モノフィラメント線の静水圧押出し
の加工度が小さいと、このＡｌ相溜りが粒状となり、そ
の後の減面加工において断線の原因となる。この断線を
防止するためには、押出比が２以上の高加工度押出しに
よりＡｌ相溜りを押出加工軸に平行な繊維状に変形させ
る必要がある。
【００２０】本発明には、残留抵抗比が５０以上の工業
用純Ｎｂ、あるいはＴａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒの中の
少なくとも一元素を５原子％以下含んだＮｂ基合金のシ
ート材が適用可能である。また、Ａｌシート材として
は、Ａｌ純度が９９．５％以上の工業用Ａｌ、あるいは
Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｚｎの中
の少なくとも一元素を３０重量％以下含んだＡｌ基合金
が適用可能である。
用純Ｎｂ、あるいはＴａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒの中の
少なくとも一元素を５原子％以下含んだＮｂ基合金のシ
ート材が適用可能である。また、Ａｌシート材として
は、Ａｌ純度が９９．５％以上の工業用Ａｌ、あるいは
Ｃｕ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｚｎの中
の少なくとも一元素を３０重量％以下含んだＡｌ基合金
が適用可能である。
【００２１】ジェリーロール積層複合体成形用のＣｕ巻
芯及びモノフィラメント線、マルチフィラメント線の成
形のためのＣｕ管等には残留抵抗比が５０以上の工業用
純Ｃｕ、あるいはＣｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔ
ｉ、Ｚｒの中の少なく一元素を３０重量％以下含んだＣ
ｕ基合金が適用可能である。
芯及びモノフィラメント線、マルチフィラメント線の成
形のためのＣｕ管等には残留抵抗比が５０以上の工業用
純Ｃｕ、あるいはＣｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔ
ｉ、Ｚｒの中の少なく一元素を３０重量％以下含んだＣ
ｕ基合金が適用可能である。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００２３】図１は、実施例及び比較例で用いたジェリ
ーロール法によるＮｂ3 Ａｌ系超電導線材の製造工程を
示すものであり、図２は、図１中のジェリーロール積層
複合体の構成を示し、図３にモノフィラメント線用のビ
レットの断面構成を示した。まず、直径６mm、長さ１５
０mmの工業用純Ｃｕ丸棒２１を外径８．６mm、内径６．
１mm、長さ１５０mmの工業用純Ｎｂ管２２内に挿入して
作製した巻芯に、厚さ０．１mm、幅１５０mm、長さ２４
００mmの工業用純Ｎｂシート材２３と、厚さ０．０３m
m、幅１５０mm、長さ２４００mmの工業用純Ａｌシート
材２４を積層して重ね巻きし、ジェリーロール積層複合
体３１を製作した。
ーロール法によるＮｂ3 Ａｌ系超電導線材の製造工程を
示すものであり、図２は、図１中のジェリーロール積層
複合体の構成を示し、図３にモノフィラメント線用のビ
レットの断面構成を示した。まず、直径６mm、長さ１５
０mmの工業用純Ｃｕ丸棒２１を外径８．６mm、内径６．
１mm、長さ１５０mmの工業用純Ｎｂ管２２内に挿入して
作製した巻芯に、厚さ０．１mm、幅１５０mm、長さ２４
００mmの工業用純Ｎｂシート材２３と、厚さ０．０３m
m、幅１５０mm、長さ２４００mmの工業用純Ａｌシート
材２４を積層して重ね巻きし、ジェリーロール積層複合
体３１を製作した。
【００２４】次に、このジェリーロール積層複合体３１
を外径２８．５mm、内径２５mm、長さ１７０mmの工業用
純Ｃｕ管３３中に、外径２４．６mm、内径２２．３mm、
長さ１５０mmの工業用純Ｎｂ管３２と共に挿入し、両端
を封じてモノフィラメント線材用のビレットを製作し、
そのビレットを静水圧押出機を用いて室温で外径１２mm
に押出加工した。
を外径２８．５mm、内径２５mm、長さ１７０mmの工業用
純Ｃｕ管３３中に、外径２４．６mm、内径２２．３mm、
長さ１５０mmの工業用純Ｎｂ管３２と共に挿入し、両端
を封じてモノフィラメント線材用のビレットを製作し、
そのビレットを静水圧押出機を用いて室温で外径１２mm
に押出加工した。
【００２５】次に、そのモノフィラメント線材をダイス
を用いて引抜加工し、対辺長さ２．７７mmの六角断面の
モノフィラメント線材とした。
を用いて引抜加工し、対辺長さ２．７７mmの六角断面の
モノフィラメント線材とした。
【００２６】次に、この線材を整直矯正後、長さ１５０
mmに切断し、洗浄した六角断面のモノフィラメント線材
４８本を、モノフィラメント線材と同寸法の工業用純Ｃ
ｕからなる六角断面の線材７本を中心に束ね、外径２
８．４mm、内径２３．４mm、長さ１７０mmの工業用純Ｃ
ｕ管中に挿入し、両端を封じてマルチフィラメント線用
のビレットを製作した。
mmに切断し、洗浄した六角断面のモノフィラメント線材
４８本を、モノフィラメント線材と同寸法の工業用純Ｃ
ｕからなる六角断面の線材７本を中心に束ね、外径２
８．４mm、内径２３．４mm、長さ１７０mmの工業用純Ｃ
ｕ管中に挿入し、両端を封じてマルチフィラメント線用
のビレットを製作した。
【００２７】このビレットを４００℃に加熱後、静水圧
押出機で外径１２mmに押出加工した後、それをダイスを
用いて引抜加工し、直径０．８mmのＮｂ3 Ａｌ系超電導
線材を製作した。ツイストピッチは２０mmとした。
押出機で外径１２mmに押出加工した後、それをダイスを
用いて引抜加工し、直径０．８mmのＮｂ3 Ａｌ系超電導
線材を製作した。ツイストピッチは２０mmとした。
【００２８】図４に製作した線材の断面構成を示し、４
１がＮｂ／Ａｌ複合フィラメント、４２がＣｕマトリッ
クスである。
１がＮｂ／Ａｌ複合フィラメント、４２がＣｕマトリッ
クスである。
【００２９】実施例及び比較例では、図７におけるＮｂ
シート材の長手方向に垂直な断面の(1) 式（ｎ＝10）に
よる結晶粒数ＮG が、実施例では５．３、１０．５及び
１４．６、比較例では１８．７の工業用純Ｎｂシート材
を用いて製作し、Ｎｂ3 Ａｌ相生成熱処理前の直径０．
８mmのマルチフィラメント線材におけるフィラメント断
面のＮｂ／Ａｌ複合組織状態と、前記マルチフィラメン
ト線材に８００℃×１０時間のＮｂ3 Ａｌ相生成熱処理
を施して得た超電導線材の外部磁界１２Ｔにおける非銅
部臨界電流密度を比較した。臨界電流密度は１μＶ／cm
基準で求めた。Ｎｂ／Ａｌ複合組織をスケッチしたもの
を図５に示し、臨界電流密度を表１に示す。
シート材の長手方向に垂直な断面の(1) 式（ｎ＝10）に
よる結晶粒数ＮG が、実施例では５．３、１０．５及び
１４．６、比較例では１８．７の工業用純Ｎｂシート材
を用いて製作し、Ｎｂ3 Ａｌ相生成熱処理前の直径０．
８mmのマルチフィラメント線材におけるフィラメント断
面のＮｂ／Ａｌ複合組織状態と、前記マルチフィラメン
ト線材に８００℃×１０時間のＮｂ3 Ａｌ相生成熱処理
を施して得た超電導線材の外部磁界１２Ｔにおける非銅
部臨界電流密度を比較した。臨界電流密度は１μＶ／cm
基準で求めた。Ｎｂ／Ａｌ複合組織をスケッチしたもの
を図５に示し、臨界電流密度を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】比較例の線材におけるフィラメントのＮｂ
／Ａｌ複合組織は、図５(d) に見られるように凹凸が激
しく、かなり皺状となっているが、Ｎｂ相とＡｌ相が層
状に分離したままの組織となっている。これに対し、実
施例では図５(a) 〜(c) に見られるように、いずれの場
合もＡｌ相が微細にＮｂマトリックス中に分散した組織
となっている。
／Ａｌ複合組織は、図５(d) に見られるように凹凸が激
しく、かなり皺状となっているが、Ｎｂ相とＡｌ相が層
状に分離したままの組織となっている。これに対し、実
施例では図５(a) 〜(c) に見られるように、いずれの場
合もＡｌ相が微細にＮｂマトリックス中に分散した組織
となっている。
【００３２】１２Ｔにおける臨界電流密度は、Ｎｂ／Ａ
ｌが層状に分離したままの組織の比較例では３１５Ａ／
mm2 であったのに対し、実施例では、いずれの場合でも
従来の高磁界用線材として適用実績の多いＮｂ3 Ｓｎ系
超電導線材と同等の５５０Ａ／mm2 以上の値が得られ、
本発明の効果が顕著に現れた結果を示した。
ｌが層状に分離したままの組織の比較例では３１５Ａ／
mm2 であったのに対し、実施例では、いずれの場合でも
従来の高磁界用線材として適用実績の多いＮｂ3 Ｓｎ系
超電導線材と同等の５５０Ａ／mm2 以上の値が得られ、
本発明の効果が顕著に現れた結果を示した。
【００３３】本発明の実施例、比較例においては積層複
合体の内外にＮｂ管が用いられているが、このＮｂ管の
Ｎｂは、Ｎｂ／Ａｌ積層複合体中のＡｌが安定化材のＣ
ｕマトリックスへ拡散してこれが汚染されることを防止
する目的で適用されたもので、シート状のＮｂを用いて
も良い。この場合、拡散防止層として別個のシート材を
巻き付ける方法、あるいはＮｂ／Ａｌ積層複合体に用い
るＮｂシート材の長さをＡｌシート材より拡散防止層形
成の分だけ長くして巻き付ける方法等が適用可能であ
る。
合体の内外にＮｂ管が用いられているが、このＮｂ管の
Ｎｂは、Ｎｂ／Ａｌ積層複合体中のＡｌが安定化材のＣ
ｕマトリックスへ拡散してこれが汚染されることを防止
する目的で適用されたもので、シート状のＮｂを用いて
も良い。この場合、拡散防止層として別個のシート材を
巻き付ける方法、あるいはＮｂ／Ａｌ積層複合体に用い
るＮｂシート材の長さをＡｌシート材より拡散防止層形
成の分だけ長くして巻き付ける方法等が適用可能であ
る。
【００３４】このような拡散防止層には、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｖ、Ｈｆ及びこれらの元素からなる合金が適用でき、そ
れらは単一層あるいは異なる材質の複数層で拡散防止層
を構成することも可能である。
Ｖ、Ｈｆ及びこれらの元素からなる合金が適用でき、そ
れらは単一層あるいは異なる材質の複数層で拡散防止層
を構成することも可能である。
【００３５】また、本発明の実施例では、モノフィラメ
ント線材の縮径加工に静水圧押出しを適用したが、これ
は従来の直接潤滑押出し、間接潤滑押出しでも良く、引
抜き、圧延等の加工法によっても同様の効果を期待する
ことができる。
ント線材の縮径加工に静水圧押出しを適用したが、これ
は従来の直接潤滑押出し、間接潤滑押出しでも良く、引
抜き、圧延等の加工法によっても同様の効果を期待する
ことができる。
【００３６】
【発明の効果】従来のジェリーロール法によるＮｂ3 Ａ
ｌ系超電導線材では、層状のＮｂ／Ａｌ複合組織がフィ
ラメントに観察され、十分な臨界電流密度が得られなか
った。このため、Ｎｂ3 Ａｌ系超電導線材は耐歪特性に
優れているものの、実際のマグネットには殆ど適用され
ていないのが実情であったが、本発明によれば、高臨界
電流密度のＮｂ3 Ａｌ系超電導線材が工業的に製作可能
になったことは、従来のＮｂ3 Ａｌ系超電導線材による
超電導マグネットで必要不可欠であった電磁力対策が大
幅に緩和できるようになる。また、超電導マグネットの
製作性を考えた場合、耐歪特性に優れたＮｂ3 Ａｌ系超
電導線材が適用可能となり、従来のＮｂ3 Ｓｎ系超電導
線材の適用では不可能であった化合物相生成熱処理後の
マグネット巻線加工が可能となる。これらの効果によ
り、特に、核融合等の大規模高磁界超電導マグネット製
作のコストを大幅に低減させることが可能である。
ｌ系超電導線材では、層状のＮｂ／Ａｌ複合組織がフィ
ラメントに観察され、十分な臨界電流密度が得られなか
った。このため、Ｎｂ3 Ａｌ系超電導線材は耐歪特性に
優れているものの、実際のマグネットには殆ど適用され
ていないのが実情であったが、本発明によれば、高臨界
電流密度のＮｂ3 Ａｌ系超電導線材が工業的に製作可能
になったことは、従来のＮｂ3 Ａｌ系超電導線材による
超電導マグネットで必要不可欠であった電磁力対策が大
幅に緩和できるようになる。また、超電導マグネットの
製作性を考えた場合、耐歪特性に優れたＮｂ3 Ａｌ系超
電導線材が適用可能となり、従来のＮｂ3 Ｓｎ系超電導
線材の適用では不可能であった化合物相生成熱処理後の
マグネット巻線加工が可能となる。これらの効果によ
り、特に、核融合等の大規模高磁界超電導マグネット製
作のコストを大幅に低減させることが可能である。
【図１】Ｎｂ3 Ｓｎ系超電導線材の製作工程を示す図。
【図２】図１におけるジェリーロール積層複合体の構成
図。
図。
【図３】図１におけるモノフィラメントビレットの構成
図。
図。
【図４】実施例で製作したＮｂ3 Ｓｎ系超電導線材の断
面構成図。
面構成図。
【図５】実施例で製作したＮｂ3 Ｓｎ系超電導線材にお
けるフィラメント断面のＮｂ／Ａｌ複合組織をスケッチ
した図。
けるフィラメント断面のＮｂ／Ａｌ複合組織をスケッチ
した図。
【図６】Ｎｂ／Ａｌ複合組織の変化をスケッチした図。
【図７】Ｎｂシートの板厚方向結晶粒数の定義図。
１ Ｎｂシート
２ Ａｌシート
３ 皺状に変形したＮｂ層
４ 厚さが不均一となったＡｌ層
５ Ｎｂマトリックス相
６ 分散Ａｌ相
２１ Ｃｕ丸棒
２２ Ｎｂ管
２３ Ｎｂシート
２４ Ａｌシート
３１ ジェリーロール積層複合体
３２ Ｎｂ管
３３ Ｃｕ管
４１ Ｎｂ／Ａｌ複合フィラメント
４２ Ｃｕマトリックス
フロントページの続き
(72)発明者 酒井 修二
茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電
線株式会社システムマテリアル研究所内
(56)参考文献 特開 平８−17272（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−290651（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−132118（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−211168（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01B 12/00 - 13/00
Claims (4)
- 【請求項１】工業用純ＮｂあるいはＮｂ基合金のシート
材と、工業用純ＡｌあるいはＡｌ基合金のシート材を交
互に積層、重ね巻きしてなる、Ｎｂ3 Ａｌ生成熱処理前
のＮｂ3 Ａｌ系超電導線材において、工業用純Ｎｂある
いはＮｂ基合金マトリックス中に工業用純Ａｌあるいは
Ａｌ基合金が繊維状にアトランダムに分散された分散複
合材の複数を工業用純ＣｕあるいはＣｕ基合金マトリッ
クス中に複合させたことを特徴とするＮｂ3 Ａｌ系超電
導線材。 - 【請求項２】工業用純ＮｂあるいはＮｂ基合金のシート
材と、工業用純ＡｌあるいはＡｌ基合金のシート材を交
互に積層、重ね巻きし、その積層体を工業用純Ｃｕある
いはＣｕ基合金の管の中に挿入して減面加工により前記
積層体を芯としたモノフィラメント線材を成形し、この
モノフィラメント線材の複数本を工業用純Ｃｕあるいは
Ｃｕ基合金の管内に挿入した後、減面加工によりマルチ
フィラメント線材を製造する工程を含むＮｂ3 Ａｌ系超
電導線材の製造方法において、工業用純ＮｂあるいはＮ
ｂ基合金のシート材として、板厚方向に存在する結晶粒
が１５ケ以内のものを用いて積層体とすることを特徴と
するＮｂ3 Ａｌ系超電導線材の製造方法。 - 【請求項３】モノフィラメント線材の減面加工を静水圧
押出しで行うことを特徴とする請求項２に記載の製造方
法。 - 【請求項４】モノフィラメント線材の静水圧押出しを、
押出温度５００℃以下、押出比２以上で行うことを特徴
とする請求項３に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01274696A JP3428271B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01274696A JP3428271B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09204826A JPH09204826A (ja) | 1997-08-05 |
| JP3428271B2 true JP3428271B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=11813995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01274696A Expired - Lifetime JP3428271B2 (ja) | 1996-01-29 | 1996-01-29 | Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3428271B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005006354A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | National Institute For Materials Science | Ｇｅ添加Ｎｂ３Ａｌ基超伝導線材の製造方法 |
| KR101764145B1 (ko) | 2016-03-17 | 2017-08-02 | (주)삼동 | 균일한 초전도 합금분말 충진법을 이용한 초전도체-합금 복합선재 제조방법 |
| CN108878054A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-23 | 西南交通大学 | 基于逐层堆叠的Nb3Al超导前驱体线材的制备方法 |
-
1996
- 1996-01-29 JP JP01274696A patent/JP3428271B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005006354A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | National Institute For Materials Science | Ｇｅ添加Ｎｂ３Ａｌ基超伝導線材の製造方法 |
| KR101764145B1 (ko) | 2016-03-17 | 2017-08-02 | (주)삼동 | 균일한 초전도 합금분말 충진법을 이용한 초전도체-합금 복합선재 제조방법 |
| CN108878054A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-23 | 西南交通大学 | 基于逐层堆叠的Nb3Al超导前驱体线材的制备方法 |
| CN108878054B (zh) * | 2018-06-21 | 2020-05-19 | 西南交通大学 | 基于逐层堆叠的Nb3Al超导前驱体线材的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09204826A (ja) | 1997-08-05 |
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