JP3716304B2

JP3716304B2 - Ｎｂ３Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法

Info

Publication number: JP3716304B2
Application number: JP2002092654A
Authority: JP
Inventors: 廉井上; 安男飯嶋; 章弘菊池; 勇二吉田
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: US20040028886A1; JP2003297162A; EP1349218A2; US6845254B2; EP1349218A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、Ｎｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材とその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、化学量論組成もしくはその近傍の優れた超伝導特性を示すＮｂ₃Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを有し、高磁場発生にも対応できるＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材と、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、化学量論組成のＮｂ₃Ｇａは優れた超伝導特性を示す超伝導材料として知られており、Ｎｂ₃Ｇａの製造法としては、溶融法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、スパッタ法、あるいは拡散法等の各種の方法が知られている。このＮｂ₃Ｇａは、高温では化学量論組成に近いＮｂ₃Ｇａが生成し、７００℃付近での加熱処理によって結晶構造の長距離秩序度が向上し、１９〜２０．７Ｋの高い超伝導遷移温度（Ｔｃ）を示すことが知られている。
【０００３】
しかしながら、従来の方法では、Ｎｂ₃Ｇａを長尺の線材として製造することが難しく、極細多芯線の実現は未だに成されておらず、線材としてはテープ状のＮｂ₃Ｇａ超伝導線材が報告されているのみである。このテープ状Ｎｂ₃Ｇａ超伝導線材は、拡散法により超伝導Ｎｂ₃Ｇａを生成して製造されているのであるが、１０００℃以上の高温でＮｂ₃Ｇａを拡散生成させると結晶粒が粗くなり、臨界電流密度（Ｊｃ）の小さい線材しか得ることができないという問題があった。線材におけるＪｃは、実用に際して最も重要となってくる特性であるため、Ｔｃのみならず、高いＪｃを持つＮｂ₃Ｇａ超伝導線材の実現が期待されている。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、化学量論組成もしくはその近傍の優れた超伝導特性を示すＮｂ₃Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを有し、高磁場発生にも対応できるＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材と、その製造方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発明を提供する。
【０００６】
すなわち、まず第１には、この出願の発明は、化学量論組成のＮｂ₃Ｇａを含む複合化物がＮｂ中に埋め込まれた複合体芯材が、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に多数本埋め込まれてなる極細多芯構造を有する超伝導線材であって、この複合芯材におけるＮｂ₃Ｇａは、１４００〜２１００℃の温度範囲への２秒以下での急加熱と５０００℃／秒以上の速度での急冷によってＡ１５型化合物として生成され、さらに６００〜８５０℃の温度で追加熱処理されて結晶秩序度が向上されたものであることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材を提供する。
【０００７】
そしてこの出願の発明は、上記の発明について、第２には、超伝導線材中には、複合体芯材とともにＡｇ芯材が埋め込まれていることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材を、第３には、表面がＣｕで被覆されていることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材を、第４には、４．２Ｋ、２４Ｔ以下でのＪｃが１００Ａ/ｍｍ²以上であることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材を提供する。
【０００８】
一方で、この出願の発明は、第５には、Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物をＮｂ中に埋め込んだ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に対して、１４００〜２１００℃の温度範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００℃／秒以上の速度で急冷し、次いで６００〜８５０℃の温度範囲で１〜４００時間の追加熱処理を行うことを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法を提供する。
【０００９】
加えて、この出願の発明は、第６には、Ｎｂ-Ｇａ化合物が、ＮｂＧａ₃、Ｎｂ₅Ｇａ₁₃、Ｎｂ₄Ｇａ₅、ＮｂＧａ、Ｎｂ₅Ｇａ₄、Ｎｂ₃Ｇａ₄、Ｎｂ₅Ｇａ₃、Ｎｂ₂ＧａまたはＮｂ₃Ｇａのいずれか１種あるいは２種以上であることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法を、第７には、Ｎｂ線材にＧａを被覆して熱処理を施すことでＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物とすることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法を、第８には、前駆体線材が、複合体芯材とともにＡｇ芯材を含むことを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法を、第９には、急冷後に、線材の表面をＣｕで被覆することを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法を、第１０には、Ｃｕでの被覆は、線材の表面に、Ｃｕをイオンプレーティングにより０．１μｍ以上の厚さで被覆し、さらにメッキにより数１０〜数１００μｍの厚さで被覆するようにすることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法を、第１１には、Ｃｕでの被覆は、線材の表面にＣｕをメッキするか、あるいはＣｕ管内に線材を挿入して両端を封じて、１００気圧以上の不活性ガス雰囲気下で、５００℃以上の温度でＨＩＰ処理を施すようにすることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法等を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記の通りの特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１１】
まず、この出願の発明が提供するＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材は、化学量論組成のＮｂ₃Ｇａを含む複合化物がＮｂ中に埋め込まれた複合体芯材が、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に多数本埋め込まれてなる極細多芯構造を有する超伝導線材である。そしてこの複合芯材におけるＮｂ₃Ｇａは、１４００〜２１００℃の温度範囲への２秒以下での急加熱と５０００℃／秒以上の速度での急冷によってＡ１５型化合物として拡散生成もしくは溶融凝固により生成され、さらに６００〜８５０℃の温度で追加熱処理されて結晶秩序度が向上されたものであることを特徴としている。
【００１２】
このＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材において、複合化物には、Ｎｂ₃Ｇａに加え、Ｎｂおよび化学量論から外れた各種のＮｂ−Ｇａ化合物が存在することになるが、この複合化物における化学量論組成のＮｂ₃Ｇａの割合は特に限定されるものではなく、１０数％〜１００％とすることができる。より具体的には、たとえば後述の実施例においては、化学量論組成のＮｂ₃Ｇａの割合を２０〜４０％程度とした超伝導線材を実現できることなどが例示される。
【００１３】
これらの複合化物は、様々な形態でＮｂ中に埋め込まれて複合体芯材を構成することができ、Ｎｂ中に一体のものとして埋め込まれたり、極細いフィラメント状のものとして埋め込まれていてもよい。そして、たとえばこの複合化物がフィラメント状である場合には、その平均外径が１μｍ以下であることがより好ましい。
【００１４】
またこれらの複合体芯材は、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に多数本埋め込まれて、この出願の発明の極細多芯構造を有する超伝導線材を形成するものである。なお、この出願の発明において、「多数本」との規定は、数十〜数百万本程度を意味している。
【００１５】
このようなこの出願の発明のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材は、化学量論組成のＮｂ₃Ｇａを高い結晶秩序度で含んでいるため、優れた超伝導特性を示すことができる。すなわち、バルクのＮｂ₃Ｇａに匹敵するほどの高い超伝導遷移温度（Ｔｃ）に加え、高い超伝導第２臨界磁場（Ｈｃ２）および高い超伝導臨界電流密度（Ｊｃ）を兼ね備えたものとして実現することができる。この超伝導特性は、具体的には、たとえば４．２Ｋ、２４Ｔ以下でのＪｃが１００Ａ/ｍｍ²以上と、線材としての使用に十分な特性を備えている。
【００１６】
また、この出願の発明のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材は、複合体芯材とともにＡｇ芯材が埋め込まれているものや、表面がＣｕで被覆されているもの等としても考慮することができる。
【００１７】
このＡｇ芯材およびＣｕ被覆は、超伝導状態にあるこのＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の電流を流した状態を安定化させる役割を果たしている。つまり、一般に、超伝導状態の線材に電流を流すと、電流は複合体芯材および線材においてその表面から流れはじめて均等には流れず、線材にエネルギーが貯えられた不安定な状態となり、線材がこすれ合ったり動いたりする事態が生じる。そのため、複合体芯材および線材中のエネルギーが局部的に開放されてその部分の超伝導を破壊し、ジュール熱が発生されるので、複合体芯材および線材全体にまで超伝導状態の破壊が拡大してしまうという危険性がある。しかしながら、複合体芯材および線材に高純度のＡｇあるいはＣｕを接触させておくと、超伝導が壊れた部分（常伝導部分）において電流は高純度ＡｇあるいはＣｕ部分を選択的に流れるため、大きな発熱は起こらなくなる。その間に線材は周辺から冷却されて、常伝導部分は超伝導に復帰する。このように、Ａｇ芯材あるいはＣｕ被覆により、超伝導状態は安定に保たれることになる。
【００１８】
このＡｇ芯材については、超伝導線材の中心部に埋め込まれていることが好ましく、たとえば超伝導線材の断面積に対して、５〜４０％程度の割合で埋め込むことができる。
また、Ｃｕによる被覆は、超伝導線材の用途によって複合量を断面積の５〜１０００％程度の割合で調整することができる。最も好適な複合量としては、たとえば低磁場用の線材の場合には１０〜２０％程度、また高磁場用の線材の場合には断面積の８０〜９０％程度となるよう被覆することができる。
【００１９】
以上のようなこの出願の超伝導線材は、たとえば以下に示すこの出願の発明のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法により好適に製造することができる。
【００２０】
すなわち、この出願の発明が提供するＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法は、Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物をＮｂ中に埋め込んだ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に対して、１４００〜２１００℃の温度範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００℃／秒以上の速度で急冷し、次いで６００〜８５０℃の温度範囲で１〜４００時間の追加熱処理を行うことを特徴としている。
【００２１】
この複合体芯材において、Ｎｂに埋め込まれるＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物は、後工程の急加熱および急冷処理による拡散反応あるいは溶融凝固により、Ｎｂ₃Ｇａを生成するものを用いることができる。したがって、このようなＮｂ-Ｇａ化合物としては、各種のＮｂ-Ｇａ化合物であってよく、具体的には、ＮｂＧａ₃、Ｎｂ₅Ｇａ₁₃、Ｎｂ₄Ｇａ₅、ＮｂＧａ、Ｎｂ₅Ｇａ₄、Ｎｂ₃Ｇａ₄、Ｎｂ₅Ｇａ₃、Ｎｂ₂ＧａまたはＮｂ₃Ｇａのいずれか１種あるいは２種以上の混合物、さらにはこれらの中間化合物などであってもよい。
【００２２】
また、これらのＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物は、Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂを複合化することで作製することができるが、たとえば、この出願の発明においては、Ｎｂ線材にＧａを被覆して熱処理を施すことでＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物を作製することを簡便な手段として示すことができる。この場合の熱処理は、Ｎｂ中にＧａが容易に拡散する温度範囲で行なうことができ、コストの面からはなるべく低温であることが望ましい。したがって、たとえば、６５０〜１０００℃程度の温度範囲とすることができる。これにより、拡散反応によりＮｂ線材の表面がＮｂ-Ｇａ化合物に変化された複合化物を得ることができる。
【００２３】
このＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物は、たとえば、粉末充填法や、ジェリーロール法、クラッドチッピング法、ロッドインチューブ法等の各種の方法により、Ｎｂ中に埋め込むことができる。
【００２４】
そしてこの複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本埋め込んで、極細多芯構造を有する前駆体線材とすることができる。このＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金は、極細多芯構造の形成等のための冷間加工性に優れ、１８００℃以上の、さらには２０００℃程度でも十分な機械的強度を持つものとして選択されるものである。したがって、マトリックス材としては、ＮｂあるいはＴａの単体を用いることが好ましく、一方でＮｂ基合金あるいはＴａ基合金を用いる場合には、合金元素の含有量が単一元素で３％以下、合計で５％以下であって、ＮｂあるいはＴａの含有量が９５％以上の希薄合金とすることが好ましい。
【００２５】
この極細多芯構造の形態やその作製方法などには特に制限はなく、たとえば、上記のマトリックス材からなるチューブに多数本の複合体芯材を束ねて入れ、溝ロール加工や伸線加工する等してすることができる。この場合の複合体芯材の形態は、断面が円形、楕円形、方形、楔形やそれに類似する形状などの、各種のものとすることができる。
【００２６】
そしてこの出願の発明では、以上のような極細多芯構造を有する前駆体線材に対し、Ｎｂ₃Ｇａが安定に生成し存在する１４００〜２１００℃程度の温度範囲、より好ましくは１４００〜１８６０℃程度の温度範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００℃／秒以上の速度で急冷する急加熱急冷処理を施すようにしている。
【００２７】
ここで、加熱温度を１４００℃未満とすると、化学量論組成あるいはそれに近いＮｂ₃Ｇａが得られなくなるため好ましくない。また、２１００℃を超える温度への加熱は、Ｎｂ₃Ｇａが安定でないことに加えて、線材が断線するおそれがあるために好ましくない。また、加熱および冷却に長時間を要すると、拡散生成されたＮｂ₃Ｇａが粗大化してしまい、得られる超伝導線材のＪｃ特性が低下するために好ましくない。
【００２８】
ここで得られるＮｂ₃Ｇａは、Ａ１５型化合物結晶として生成されるが、結晶化秩序はあまり高いものではない。そこで、Ａ１５型化合物結晶の長距離秩序性を高めるために、６００〜８５０℃の温度範囲で１〜４００時間の追加熱処理を行うようにしている。これによって、この出願の発明においては、Ｎｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材を、Ａ１５型化合物の結晶化秩序をしっかりしたものとし、優れた超伝導特性を有する線材として実現することができる。
【００２９】
また、この出願の発明においては、前駆体線材として複合体芯材とともにＡｇ芯材を含むものを用いることや、急冷後に線材の表面をＣｕで被覆することで、得られるＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の超伝導特性を安定化させることができる。
【００３０】
Ａｇ芯材は、前記のとおり、たとえばマトリックス材からなるチューブに多数本の複合体芯材とともに束ねて入れるなどして前駆体線材に含ませることができる。そして、Ａｇ芯材については、超伝導線材の中心部に配設されていることが好ましく、たとえば超伝導線材の断面積に対して、５〜４０％程度の割合で用いるようにする。
【００３１】
また、Ｃｕによる被覆はたとえば超伝導線材の断面積に対して、５〜１０００％程度の割合となるよう被覆することができる。このＣｕ被覆は、、各種の方法で行なうことができるが、たとえば、線材の表面に、Ｃｕをイオンプレーティングにより０．１μｍ以上の厚さで被覆し、さらにメッキにより数１０〜数１００μｍの厚さで被覆することで、線材の表面とＣｕとが良好な界面で接合され、より安定化効果の高いＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材を得ることができる。イオンプレーティングによるＣｕ被覆は、線材表面とＣｕとの良好な界面を形成するためにメッキの下地層として機能することができる。したがって、たとえば追加熱処理などを必要とせずに、Ｃｕの被覆を行なうことができる。そして、この場合のイオンプレーティングによる被覆の厚さは、０．１μｍ未満の場合には、良好なＣｕ／Ｎｂ接合が得られず、十分な安定化効果が得られないため好ましくない。
【００３２】
また一方で、Ｃｕでの被覆は、線材の表面にＣｕをメッキするか、あるいはＣｕ管内に線材を挿入して両端を封じて、１００気圧以上の不活性ガス雰囲気下で、５００℃以上の温度で温熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）を施すことでも行なうことができる。不活性ガス雰囲気としては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の希ガスやＮ₂等を用いることができる。不活性ガス雰囲気が１００気圧未満や、５００℃未満の条件でのＨＩＰは、線材の表面とＣｕメッキあるいはＣｕ管との接合反応が進行しにくいために好ましくない。なお、このＨＩＰ処理の温度を６００〜８５０℃とすることで、追加熱処理をあわせて行うことなどもできる。
【００３３】
これによって、Ｎｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の優れた超伝導特性を、より安定なものとして実現することができる。
【００３４】
以上のこの出願の発明が提供するＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材は、Ｎｂ₃Ｇａの持つ高いＴｃを備えた極細多芯超伝導線材を初めて実現すると共に、実用化において重要なＨｃ２およびＪｃ特性についても優れている。またこれらの特性は、金属系の実用線材と比較して優れたものとして認めることができ、酸化物超伝導線材との比較でも長尺線の特性比較ではほぼ同等で、信頼性および製造コストの面では極めて優位なものとして提供される。
【００３５】
【実施例】
（実施例１）
図１に示したような急熱急令装置を使用し、直径０．３ｍｍのＮｂ線の表面にＧａメッキを施した。Ｎｂ線は、Ｇａ浴と通電リールとの間での通電加熱により２０００℃付近に急加熱され、Ｇａ浴中を通過するときに急冷されると同時に、Ｇａ被覆される。この線材に対して７００℃で２時間の熱処理を施したところ、拡散反応によりＮｂ線の表面がＮｂ−Ｇａ化合物に変化され、Ｎｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線材が得られたことが確認された。このＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線材の構成を図２に示した。この場合のＮｂ−Ｇａ化合物の主成分はＮｂＧａ₃ であった。
【００３６】
上記のＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線材を長さ１２０ｍｍに切断し、内径１４ｍｍ、外径２０ｍｍのＮｂパイプに１０００本挿入して複合線とした。この様子を図３に示した。この複合線を、溝ロール加工と伸線加工により、直径０．７ｍｍの細線に加工した後、長さ１２０ｍｍに切断して、内径１４ｍｍ、外径２０ｍｍのＮｂパイプに２００本挿入し、溝ロール加工と伸線加工により、２００芯の極細多芯形状の前駆体線材を作成した。
【００３７】
次いでこの前駆体線材を、図１の急熱急冷装置を使い、１３００〜１９００℃付近の高温まで０．１秒間で急加熱し、直ちにＧａ浴中を通過させることで、急加熱・急冷処理を行った。この急加熱・急冷処理により前駆体線材表面に形成されたＧａ溶融メッキを塩酸で溶かして取り除いた後、不活性雰囲気中で、６００〜８５０℃の温度での追加熱処理を行った。この急加熱・急冷処理における最高到達温度と追加熱処理条件を、表１に示した。
【００３８】
追加熱処理後の極細多芯線をＸ線回折で調べたところ、Ａ１５型化合物特有の回折パターンが含まれていることが確認された。さらにこれらの極細多芯線の超伝導遷移温度（Ｔｃ）を抵抗法により調べた結果等も表１に示した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１より、１９．７Ｋに達する高いＴｃを示す極細多芯線がいくつか得られていることが確認された。Ｎｂ-Ｇａ系のＡ１５化合物Ｎｂ₃Ｇａについては、１２．０〜２０．７ＫのＴｃを持つことが報告されており、この極細多芯線中にＮｂ₃Ｇａが形成されていることが確認された。
【００４１】
またこのＮｂ₃Ｇａ極細多芯線と、実用超伝導線材であるブロンズ法による（Ｎｂ，Ｔｉ）₃Ｓｎ極細多芯線について、超伝導臨界電流密度（Ｊｃ）を測定し、その結果を図４に示した。このＮｂ₃Ｇａ極細多芯線は、１４Ｔ以上の磁場で、ブロンズ法（Ｎｂ，Ｔｉ）₃Ｓｎ極細多芯線よりも高いＪｃ値を示した。そして２４ＴまでのＪｃが１００Ａ/ｍｍ²以上であり、実用線材として十分なＪｃを有することが確認された。
【００４２】
一般に超伝導化合物のＪｃ値は、量子磁束線のピン止め点となる結晶粒界密度の高い、細かい結晶粒の場合に大きくなることが知られている。このことから、このＮｂ₃Ｇａ極細多芯線における急熱急冷処理で造られたＮｂ₃Ｇａは、微細な結晶粒からなるものと推定される。また、先のＴｃ値は、Ｎｂ₃Ｇａについて報告されている値の範囲内であったが、このＪｃ値については、溶融法、ＣＶＤ法、スパッタ法、拡散法等で作製されたＮｂ₃Ｇａについて報告されている値よりも高いものであった。さらに、このＮｂ₃Ｇａ極細多芯線は、高磁場でのＪｃが極めて高い。これは、このＮｂ₃Ｇａ極細多芯線のＨｃ２（４．２Ｋ）が３２Ｔもあり、ブロンズ法（Ｎｂ，Ｔｉ）₃Ｓｎ極細多芯線のＨｃ２（４．２Ｋ）＝２６Ｔよりも大幅に高いためであり、またおそらく細かい組織のＮｂ₃Ｇａが生成されて強いピン止めセンターが導入されたためであると考えられる。
（実施例２）
実施例１と同様な方法で、Ｎｂ線にＧａを溶融メッキし、９００℃で１時間の熱処理を施したところ、図５に例示したように、Ｎｂ線の表面で、中心側から順に、Ｎｂ₂Ｇａ層、ＮｂＧａ層、Ｎｂ₃Ｇａ₂層およびＮｂＧａ₃層が多層構造のものとして形成された複合線材が得られたことがわかった。
【００４３】
この複合線材を使い、実施例１と同様にして、Ｎｂ／Ｎｂ₂Ｇａ／ＮｂＧａ／Ｎｂ₃Ｇａ₂／ＮｂＧａ₃から構成される極細多芯形状の前駆体線材を作成した。この前駆体線材に対して、実施例１と同様の急熱急冷処理を行なったところ、実施例１と類似した超伝導特性を示す極細多芯線が得られた。
（実施例３）
実施例１と同様の方法で、Ｎｂパイプの代わりにＴａパイプを使用し、マトリックスがＴａとなる極細多芯形状の前駆体線材を作成した。この前駆体線材に対して、実施例１と同様の急熱急冷処理を行なったところ、実施例１と同等の超伝導特性を示す極細多芯線が得られた。
（実施例４）
実施例１と同様の製法で、１０００芯の複合線をＮｂパイプ中に挿入する際に、Ｎｂ被覆された外径２ｍｍのＡｇ線を中心付近に７本と、その周囲に１０００芯の多芯線を１１０本を組み入れて、溝ロール加工と伸線加工により極細多芯形状の前駆体線材を作成した。この前駆体線材に、実施例１と同様の急加熱急冷処理を施した。このとき線材中のＡｇとＮｂは反応しておらず、Ａｇは極細多芯線の中心部に高導電体として残っていた。
【００４４】
この極細多芯線の超伝導特性は、実施例１で得られた値とほとんど同じであったが、超伝導状態が破れたときの抵抗値が実施例１の場合よりも１／３０以下に低下していた。このことから、超伝導破壊時には、極細多芯線中心のＡｇ部分に電流が分流してジュール発熱が抑制されるため、極細多芯線が安定化されていることが確認された。
（実施例５）
実施例１で作製したＮｂ₃Ｇａ極細多芯線の表面にＣｕを厚さ２０μｍ程度メッキして、ＮｂとＣｕの界面を調べたところ、界面にクラックが発生しているのが確認された。この状態で超伝導特性を調べたところ、電気的、熱的、機械的にうまく接続しておらず、実施例４のようには安定化されていないことがわかった。
【００４５】
そこで、実施例１と同様にＮｂ₃Ｇａ極細多芯線を作製する際に、追加熱処理の前にＣｕメッキをしたところ、得られたＣｕメッキＮｂ₃Ｇａ極細多芯線の超伝導特性および超伝導破壊時の特性が安定化されていることが確認された。
（実施例６）
実施例１で作製したＮｂ₃Ｇａ極細多芯線の表面に０．１μｍの厚みのＣｕをイオンプレーティングし、その上にさらにＣｕを電気メッキしたところ、極めて接合の良好なＮｂ/Ｃｕ界面が得られ、超伝導状態も安定化されていることが確認された。一方で、イオンプレーティングによるＣｕの厚みを０．０５μｍとしたところ、Ｎｂ/Ｃｕ界面の接合がうまくなく、優れた超伝導状態を得ることができなかった。
（実施例７）
実施例１で作製したＮｂ₃Ｇａ極細多芯線の表面に銅メッキを施したものと、Ｎｂ₃Ｇａ極細多芯線全体にＣｕ管を被せて両端を溶接で封じたものとを用意し、これらに対して、５００気圧のＡｒ雰囲気において、６００℃で２時間のＨＩＰ処理を施した。
【００４６】
得られたＣｕ被覆Ｎｂ₃Ｇａ極細多芯線には、ともに接合の良好なＮｂ/Ｃｕ界面が得られ、超伝導状態も安定化されていることが確認された。なお、５００℃以下あるいは５０気圧以下でのＨＩＰ処理では良好なＮｂ/Ｃｕ界面は得られず、超伝導状態も安定化されなかった。
【００４７】
もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、化学量論組成もしくはその近傍の優れた超伝導特性を示すＮｂ₃Ｇａにより、高磁場でも高いＪｃを有し、高磁場発生にも対応できるＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材と、その製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例において用いた急熱急冷装置を模式的に例示した図である。
【図２】実施例におけるＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線材の構成を例示した図である。
【図３】実施例においてＮｂ／Ｎｂ−Ｇａ化合物複合線材をＮｂパイプに入れる様子を模式的に例示した図である。
【図４】この出願の発明のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材と、実用超伝導線材であるブロンズ法（Ｎｂ，Ｔｉ）₃Ｓｎ極細多芯線の超伝導臨界電流密度（Ｊｃ）を例示した図である。
【図５】Ｎｂ線表面に複数種のＮｂ-Ｇａ化合物が多層構造として形成された複合線材を模式的に例示した図である。

Claims

化学量論組成のＮｂ₃Ｇａを含む複合化物がＮｂ中に埋め込まれた複合体芯材が、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金またはＴａ基合金に多数本埋め込まれてなる極細多芯構造を有する超伝導線材であって、この複合芯材におけるＮｂ₃Ｇａは、１４００〜２１００℃の温度範囲への２秒以下での急加熱と５０００℃／秒以上の速度での急冷によってＡ１５型化合物として生成され、さらに６００〜８５０℃の温度で追加熱処理されて結晶秩序度が向上されたものであることを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材。
超伝導線材中には、複合体芯材とともにＡｇ芯材が埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材。
表面がＣｕで被覆されていることを特徴とする請求項１または２記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材。
４．２Ｋ、２４Ｔ以下でのＪｃが１００Ａ/ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１または２記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材。
Ｎｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物をＮｂ中に埋め込んだ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基合金あるいはＴａ基合金に多数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に対して、１４００〜２１００℃の温度範囲に２秒以内で急加熱したのち、５０００℃／秒以上の速度で急冷し、次いで６００〜８５０℃の温度範囲で１〜４００時間の追加熱処理を行うことを特徴とするＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。
Ｎｂ-Ｇａ化合物が、ＮｂＧａ₃、Ｎｂ₅Ｇａ₁₃、Ｎｂ₄Ｇａ₅、ＮｂＧａ、Ｎｂ₅Ｇａ₄、Ｎｂ₃Ｇａ₄、Ｎｂ₅Ｇａ₃、Ｎｂ₂ＧａまたはＮｂ₃Ｇａのいずれか１種あるいは２種以上であることを特徴とする請求項５記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。
Ｎｂ線材にＧａを被覆して熱処理を施すことでＮｂ-Ｇａ化合物とＮｂの複合化物とすることを特徴とする請求項５または６記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。
前駆体線材が、複合体芯材とともにＡｇ芯材を含むことを特徴とする請求項５ないし７いずれかに記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。
急冷後に、線材の表面をＣｕで被覆することを特徴とする請求項５ないし８いずれかに記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。
Ｃｕでの被覆は、線材の表面に、Ｃｕをイオンプレーティングにより０．１μｍ以上の厚さで被覆し、さらにメッキにより数１０〜数１００μｍの厚さで被覆するようにすることを特徴とする請求項９記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。
Ｃｕでの被覆は、線材の表面にＣｕをメッキするか、あるいはＣｕ管内に線材を挿入して両端を封じて、１００気圧以上の不活性ガス雰囲気下で、５００℃以上の温度でＨＩＰ処理を施すようにすることを特徴とする請求項９記載のＮｂ₃Ｇａ極細多芯超伝導線材の製造方法。