JP3754522B2 - Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置等に用いられる超電導マグネットの構成素材として使用されるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に関し、特に加工性、耐力、強度に優れたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導物質によって実現される永久電流現象を利用して、電力を消費せずに電流をコイル状に流して磁場を発生させる超電導マグネットは、核融合炉、磁気浮上列車、ＮＭＲ装置、各種物性試験機器等に用いられている。この様な超電導マグネットには、従来からＮｂＴｉ、Ｎｂ3 Ｓｎ等の超電導物質を線材にしたものが使用されている。特に、８Ｔ以上の高磁界を発生させるマグネットには、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材が用いられる。
【０００３】
図１は、この様な線材の例を示す拡大横断面図である。図１（ａ）は外部安定型と呼ばれるタイプであって、この種の超電導線材では広く用いられているタイプである。中心部はＣｕ−Ｓｎ合金（ブロンズ）中にＮｂフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部からなり、これを取り囲む様にＴａまたはＮｂからなる環状のバリア領域が形成されている。最外周部はＣｕよりなり、何らかの原因で超電導状態が失われた場合にも、電流を優先的に流し、線材の焼損を防ぐための安定化領域である。Ｎｂ3 Ｓｎ線材は、最終的な熱処理時に、多芯部のＮｂとブロンズの界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させることにより超電導特性を得る。またバリア層は、熱処理の際ブロンズ中のＳｎが最外周部のＣｕ中に不純物として拡散し、安定化領域のＣｕを汚染することを防ぐために設けられている。図１（ｂ）は内部安定型と呼ばれるタイプであって、中心部に安定化のためのＣｕを配していることを特徴とする。このタイプでは中心部のＣｕの周りにＴａまたはＮｂからなる環状のバリア領域が形成され、さらにその外周にＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部が設けられている。
【０００４】
この様なＮｂ3 Ｓｎ線材を用いた高磁界マグネットは蓄積エネルギーが大きく、励磁時にマグネットを構成する超電導線材に高い電磁応力が印可される。従って、超電導線材自体にも高い電磁応力に耐えられる耐力、強度が要求される。特に、Ｎｂ3 Ｓｎ線材の臨界電流は歪みに対して敏感で、歪みが約０．２％を超えると臨界電流が歪みと共に減少していくので、Ｎｂ3 Ｓｎ線材の高強度化が検討されており、これまでにもいくつかの方法が提案されている。
【０００５】
特開平３−１７１５１４号では、線材内に補強材としてＴａ，Ｔａ合金材を挿入する方法が提案され、また補強材としてＣｕ−Ｎｂ合金を用いる方法（東北大学金属材料研究所 強磁場超伝導材料研究センター 平成６年度年次報告、ｐ１４３）やアルミナ分散銅を用いる方法（東北大学金属材料研究所 強磁場超伝導材料研究センター 平成６年度年次報告、ｐ１４７）も提案されている。これらのうち、図２にＴａを補強材とするＮｂ3 Ｓｎ線材の横断面図を示す（特開平３−１７１５１４号）。
【０００６】
これら補強材を用いた線材の中で、線材の耐力、強度が最も向上するのはＴａを用いた線材である。補強材としてＴａを用いた場合には、他の補強材に比べて少ない量で所望の強度にすることが可能であるから、線材断面積に占める補強材の割合を少なく、即ち超電導に寄与するＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部の割合を多くすることが可能となる。その結果、線材断面積あたりの臨界電流密度が高くとれることになり、超電導マグネットのコンパクト化にも寄与し得る。また、特開平３−１７１５１４号に記載されている様に、Ｔａは低温で非常に優れた導電性を有するためＴａ自体を安定化材として用いることも可能であり、従ってＴａを補強及び安定化の両目的で使用したものでは、線材断面積あたりの臨界電流密度をより一層高くとることができる様になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補強材としてＴａを用いたＮｂ3 Ｓｎ線材を製造する過程においては、図３に示す様に線材が正常に加工されない場合や断線を生じる場合があった。断線が発生した場合は言うまでもないが、正常に加工できない場合も、Ｎｂ3 Ｓｎからなる超電導フィラメントの内部断線をもたらし、その結果、臨界電流の低下を引き起こすことになる。
本発明はこの様な状況の下になされたものであり、その目的は、加工性に優れると共に、高耐力、高強度なＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の様な課題を解決し得た本発明のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材とは、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金材からなるフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ層またはＴａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ3 Ｓｎ超電導線材において、線材横断面における前記Ｔａ層またはＴａ合金層の平均結晶粒径が０．３〜２．０μｍであることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ超電導線材である。
【０００９】
或いは、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ3 Ｓｎ超電導線材において、前記Ｔａ合金層は、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するものであることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ超電導線材である。
【００１０】
また或いは、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ層またはＴａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ3 Ｓｎ超電導線材において、前記Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と前記Ｔａ層またはＴａ合金層との間に、前記ＴａまたはＴａ合金のヴィッカース硬度と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金のヴィッカース硬度の間のヴィッカース硬度を有する金属または合金からなる中間層が形成されていることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ超電導線材である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述の様な加工の問題は、
１）ｆｃｃ金属中に埋設されたｂｃｃ金属の引き抜き加工時には、ｂｃｃ金属の一部の変形モードのみが加工されるために不均一変形が発生すること、
２）特に１）の状況はｆｃｃ金属とｂｃｃ金属の間の変形抵抗差が大きな時に顕著となること、
等に起因するものであることが分かった。本発明者らの検討の結果、以下の様な手段により、Ｔａの不均一変形は抑制できることが判明した。
【００１２】
▲１▼線材横断面におけるＴａ層またはＴａ合金層の平均結晶粒径を０．３〜２．０μｍに制御する。
▲２▼Ｔａ合金層に、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金を用いる。
▲３▼Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部とＴａ層またはＴａ合金層との間に、前記ＴａまたはＴａ合金のヴィッカース硬度と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金のヴィッカース硬度の間のヴィッカース硬度を有する金属または合金からなる中間層を形成する。
【００１３】
また、上記▲１▼〜▲３▼の手段の中から２つ以上を併用することにより、Ｔａの不均一変形防止効果が一層高いものとなる。以下、それぞれの手段について詳細に説明する。
【００１４】
まず、Ｔａ層またはＴａ合金層の平均結晶粒径を制御する手段について説明する。従来、補強材として用いられていたＴａ層においては、線材加工前のＴａの平均結晶粒径で１００〜１５０μｍ程度のものが使用されていたため、その後の線材加工により最終のＴａ層の平均結晶粒径が横断面では２．５〜５μｍ程度となっていた。
【００１５】
本発明者らが、Ｔａ層の平均結晶粒径を種々変化させて線材を加工したところ、最終的に線材に加工した際の線材の横断面におけるＴａ層の結晶粒径を従来より微細化したものではＴａ層の不均一変形が抑制されることが判明した。線材横断面におけるＴａ層の結晶粒径が微細化されることで、Ｔａ層の不均一変形が抑制される理由の詳細は不明であるが、任意の方位を持つ多数の微細な結晶粒からＴａ層が構成される場合、引き抜き加工で粒内に不均一変形が生じたとしても、Ｔａ層全体としては変形が顕著でなくなることによるものと類推される。
【００１６】
線材横断面におけるＴａ層の平均結晶粒径は０．３〜２．０μｍに制御される必要がある。平均結晶粒径が２．０μｍを超える場合には、結晶粒の方位の影響が出やすいためＴａの不均一変形を十分には抑えることができない。一方、平均結晶粒径が０．３μｍ未満の場合は、結晶粒の微細化によってＴａの加工硬化が進むことになり、かえって変形抵抗差を大きくしてしまう場合がある。Ｔａ層の不均一変形を抑制するために、より好ましい平均結晶粒径の下限は０．５μｍ、他方上限は１．０μｍである。
【００１７】
また、Ｔａ層はＴａ単独であっても構わないが、Ｔａ合金であっても良い。ここで言うＴａ合金とは、Ｔａを９０％以上含有する合金を指すものである。Ｔａを９０％以上含有するＴａ合金であれば、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材中にＴａ層を設ける本来の理由である線材の高耐力、高強度化に十分な特性が保たれるからである。補強材として、Ｔａを９０％以上とするＴａ合金層を使用すれば、本発明の目的である優れた加工性と高耐力、高強度を併せ持つと共に、残部に種々の目的により他の元素を含有することができる。含有する元素は、目的に応じて選択可能であり、特に限定されるものではない。
【００１８】
上記平均結晶粒径を制御する方法では、Ｔａを９０％以上とする範囲では、Ｔａ合金中の含有元素に関係なく、Ｔａ合金層の不均一変形を防止できるが、逆にＴａ合金中の含有元素およびその含有量を適切に調整することによれば、結晶粒のサイズが従来のレベルであってもＴａ合金層の不均一変形を防止できることが分かった。この場合、Ｔａ合金層は、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金である必要がある。上述の特開平３−１７１５１４号にも、Ｔａ層としてＴａ合金を使用し得ることが記載されているが、含有する元素の例として、Ｏ，Ｆｅ，Ｎｉが挙げられている。本発明者らの検討の結果、これらの元素を含有することにより、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の高耐力、高強度化は達成し得るが、加工性の面では十分な効果が得られないことが分かった。Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を含有することにより、Ｔａの不均一変形防止に効果が上がる理由は、合金化によってすべり変形モードが変化し、特定モードのみ変形することがなくなることによると考えられる。含有量が合計で０．１〜１０％であるのは、０．１％未満では、含有量が少なすぎてＴａの不均一変形が十分に抑制できないためである。また、１０％を超えると、Ｔａ合金自体の加工硬化が進み、かえって変形抵抗差を大きくしてしまう場合がある。より望ましい含有量の下限は０．５％、他方上限は５％である。
【００１９】
この場合のＴａ合金は、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金である必要があるが、Ｔａを９０％以上含有する合金であれば、残部に他の元素を含んでいても構わない。Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有すると共に、Ｔａを９０％以上含有するＴａ合金であれば、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材中にＴａ層を設ける本来の理由である線材の高耐力、高強度化に十分な特性が保たれるからである。この様なＴａ合金層を使用すれば、本発明の目的である優れた加工性と高耐力、高強度を併せ持つと共に、残部に種々の目的により他の元素を含有することができる。含有する元素は、目的に応じて選択可能であり、特に限定されるものではない。
【００２０】
Ｔａ合金層として、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金を用いると共に、線材横断面におけるＴａ合金層の平均結晶粒径を０．３〜２．０μｍに制御することで、より一層不均一変形防止効果が高まる。
【００２１】
次に、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部とＴａ層またはＴａ合金層との間に中間層を形成する方法について説明する。Ｔａ層の不均一変形は、上述の通り、ＴａとＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部との間で変形抵抗差が大きいことに起因している。図４に示す様に、Ｔａとブロンズとでは、例えばヴィッカース硬度で約１００の硬度差があり、この硬度差が変形抵抗差の要因の一つとなっている。ＴａとＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部との間に、Ｔａのヴィッカース硬度とブロンズのヴィッカース硬度の間のヴィッカース硬度を有する金属または合金からなる中間層を形成すれば、ＴａとＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部との間の硬度差が、Ｔａと中間層の界面および中間層とＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部の界面での硬度差に分散される。その結果、ＴａとＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部との間の変形抵抗差が緩和され、Ｔａ層の不均一変形が抑制されることが分かった。図５にＮｂを中間層として用いた場合の夫々の層のヴィッカース硬度をグラフに示す。また図６に中間層を用いたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材例の横断面図を示す。中間層を形成する金属または合金は、ヴィッカース硬度がＴａとブロンズの間であれば本発明の効果が得られ、例えば、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ等が挙げられる。加工性の点からは、Ｎｂ、Ｎｂ合金、Ｖ、Ｖ合金から選ばれる１種であることが望ましい。ここで、Ｎｂ合金、Ｖ合金とは、それぞれＮｂまたはＶを９０％以上含有する合金を意味する。ＮｂまたはＶを９０％以上含有する合金であれば、ヴィッカース硬度がＴａとブロンズの間であると共に、加工性の効果も損なうことがないので、本発明の目的を達すると同時に、残部に種々の目的に応じて、他の元素を含有することが可能となる。含有する元素は、目的に応じて選択可能であり、特に限定されるものではないが、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ等を挙げることができる。
【００２２】
以上説明してきた本発明は、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金材からなるフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ層またはＴａ合金層の少なくとも２層からなるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材であれば、その効果を発揮しうるものであり、様々なＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の構成に適用できるものである。例えば、Ｔａ層を補強材としてだけでなく安定化領域として使用する図２、図６の様な場合においても、或いは図７、図８の様に補強材とは別にＣｕの安定化領域およびバリア層を形成する場合においても、発明の効果を得ることができるものである。また、超電導領域を形成するＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部においては、超電導特性を損なわない範囲で、ＮｂやＣｕ基合金に他の元素を含有することが可能である。Ｎｂ合金としては、例えば、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆのいずれか１種以上を含有するＮｂ合金を挙げることができる。Ｃｕ基合金としては、Ｓｎの他に、例えばＴｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｍｇのいずれか１種以上を含むＣｕ基合金を挙げることができる。
【００２３】
以下実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術的範囲に包含される。
【００２４】
【実施例】
（実験例１） 図７に示す様な、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を作製して実験を行った。
まず、直径６０ｍｍのＣｕ−１３％Ｓｎ合金の中心とその周囲に直径１１．３ｍｍの孔を７カ所あけ、該孔と同サイズのＮｂ棒を該孔内に挿入し、押出ビレットを作製した。その後、該ビレットを静水圧押出法により直径２０ｍｍに押出し、これを引き抜き加工により伸線し、六角ダイスにより対辺長１．５ｍｍの六角断面に仕上げ、その後所定の長さに切断した。この六角線を、直径１０．５ｍｍのＴａ棒の周りに５８２本束ねた。ここでＴａ棒は種々の平均結晶粒径を持つものを用意した。このＴａと六角線の複合体を、厚さ０．２ｍｍのＮｂシート２層で巻き、更に外形６０ｍｍ、内径４７ｍｍのＣｕパイプに挿入し、多芯押出ビレットとした。該多芯ビレットを直径２０ｍｍに静水圧押出し、その後引き抜き加工を経て、１．０５×１．７７（ｍｍ）の平角導体を作製した。尚、この伸線加工の工程において、途中適宜、中間焼鈍を施した。伸線できた線材を６５０℃、１００時間で熱処理して、ＮｂとＣｕ−Ｓｎ合金の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させた。
【００２５】
この超電導線材の断面観察を光学顕微鏡により行い、Ｔａの平均結晶粒径の測定およびＴａの不均一変形の有無の確認を行った。ここで伸線後の線材のＴａ層の平均結晶粒径は、素材のＴａ棒の結晶粒径とほぼ比例関係にあることが確認できた。また臨界電流（温度：４．２Ｋ 磁場：１２Ｔ）、液体ヘリウム中（温度：４．２Ｋ）での０．２％耐力および引張強度も測定した。結果を表１に示す。
【００２６】
Ｔａの平均結晶粒径が０．３〜２．０（μｍ）の試料Ｎｏ．３、４、５では、Ｔａの不均一変形が抑制され、超電導フィラメントの断線もないことが確認できた。一方、Ｎｏ．６は平均結晶粒径が２．０μｍを超えるため、Ｔａの不均一変形が見られ、Ｎｏ．１、２は伸線途中で断線したため評価が行えなかった。また、臨界電流、０．２％耐力および引張強度の値も、Ｎｏ．３、４、５は、Ｎｏ．６に比べて大きく、超電導特性も良好であった。
【００２７】
【表１】
【００２８】
（実験例２） 実験例１と同様、図７に示す様な、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を作製して実験を行った。
まず、直径６０ｍｍのＣｕ−１３％Ｓｎ合金の中心とその周囲に直径１１．３ｍｍの孔を７カ所あけ、該孔と同サイズのＮｂ棒を該孔内に挿入し、押出ビレットを作製した。その後、該ビレットを静水圧押出法により直径２０ｍｍに押出し、これを引き抜き加工により伸線し、六角ダイスにより対辺長１．５ｍｍの六角断面に仕上げ、その後所定の長さに切断した。この六角線を、直径１０．５ｍｍのＴａ合金棒の周りに５８２本束ねた。ここでＴａ合金棒はＴａに種々の元素を含有したものを用意した。尚、Ｔａ合金棒の平均結晶粒径は９５μｍであり、最終熱処理後、超電導線材とした際のＴａ合金層の平均結晶粒径は２．５μｍであった。このＴａと六角線の複合体を、厚さ０．２ｍｍのＮｂシート２層で巻き、更に外形６０ｍｍ、内径４７ｍｍのＣｕパイプに挿入し、多芯押出ビレットとした。該多芯ビレットを直径２０ｍｍに静水圧押出し、その後引き抜き加工を経て、１．０５×１．７７（ｍｍ）の平角導体を作製した。尚、この伸線加工の工程において、途中適宜、中間焼鈍を施した。伸線できた線材を６５０℃、１００時間で熱処理して、ＮｂとＣｕ−Ｓｎ合金の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させた。
【００２９】
この超電導線材の断面観察を光学顕微鏡により行い、Ｔａ合金の不均一変形の有無の確認を行った。また臨界電流（温度：４．２Ｋ 磁場：１２Ｔ）、液体ヘリウム中（温度：４．２Ｋ）での０．２％耐力および引張強度も測定した。結果を表２に示す。尚、試料Ｎｏ．１４はＮｂとＨｆを同時に含有したものである。
【００３０】
Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金を用いた試料Ｎｏ．８、９、１１〜１４では、Ｔａの不均一変形が抑制され、超電導フィラメントの断線もないことが確認できた。一方、Ｔａ以外の元素を含有しなかったＮｏ．７では、Ｔａの不均一変形が見られ、Ｎｏ．１０、１５は伸線途中で断線したため、評価ができなかった。また、臨界電流、０．２％耐力および引張強度の値も、Ｎｏ．８、９、１１〜１４は、Ｎｏ．７に比べて大きく、超電導特性も良好であった。
【００３１】
【表２】
【００３２】
（実験例３） 図８に示す様な、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を作製して実験を行った。このとき、中心部のＴａ層の周囲に、厚さ０．２ｍｍのＮｂシートを約１０層巻くこと以外は、実験例１と同様の方法にて超電導線材を作製した。尚、使用したＴａ棒の平均結晶粒径は９５μｍであり、最終熱処理後、超電導線材とした際のＴａ層の平均結晶粒径は２．５μｍであった。
【００３３】
この超電導線材（試料Ｎｏ．１６）の断面観察を光学顕微鏡により行い、Ｔａ合金の不均一変形の有無の確認を行った。また臨界電流（温度：４．２Ｋ 磁場：１２Ｔ、１３Ｔ）、液体ヘリウム中（温度：４．２Ｋ）での０．２％耐力および引張強度も測定した。結果を表３に示す。尚、比較材として実験例２で用いた試料Ｎｏ．７のデータも示す。
【００３４】
Ｎｏ．１６の試料では、Ｔａの不均一変形が抑制され、超電導フィラメントの断線もないことが確認できた。また、臨界電流、０．２％耐力および引張強度の値も、Ｎｏ．１６はＮｏ．７に比べて大きく、超電導特性も良好であった。
【００３５】
【表３】
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきた様に、本発明のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材によれば、線材の製造時においてＴａ層またはＴａ合金層に不均一変形が生じない、即ち線材製造時の加工性に優れると共に、超電導線材となった後も高耐力、高強度を有するＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超電導線材の例を示す横断面図であり、（ａ）は外部安定型、（ｂ）は内部安定型である。
【図２】Ｔａを補強材とするＮｂ3 Ｓｎ線材の例を示す横断面図であり、（ａ）はＴａを内部に配置するタイプ、（ｂ）はＴａを外部に配置するタイプ、（ｃ）はＴａを内部に分散して配置するタイプである。
【図３】製造時に正常に加工できなかったＮｂ3 Ｓｎ線材の例を示す横断面図である。
【図４】Ｔａとブロンズのヴィッカース硬度の測定結果を示すグラフである。
【図５】Ｔａ、Ｎｂおよびブロンズのヴィッカース硬度の測定結果を示すグラフである。
【図６】Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部とＴａ層またはＴａ合金層との間に中間層を用いたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の例を示す横断面図であり、（ａ）はＴａを内部に配置するタイプ、（ｂ）はＴａを外部に配置するタイプ、（ｃ）はＴａを内部に分散して配置するタイプである。
【図７】実験例１、２に用いた、Ｔａを補強材とするＮｂ3 Ｓｎ線材の例を示す横断面図である。
【図８】実験例３に用いた、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部とＴａ層との間に中間層を用いたＮｂ3 Ｓｎ線材の例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部
２ Ｃｕ安定化領域
３ Ｃｕ安定化領域への不純物の拡散を防ぐバリア層
４ Ｔａ層またはＴａ合金層
５ Ｔａとブロンズの中間の硬度を有する金属または合金からなる中間層
【発明の属する技術分野】
本発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置等に用いられる超電導マグネットの構成素材として使用されるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に関し、特に加工性、耐力、強度に優れたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導物質によって実現される永久電流現象を利用して、電力を消費せずに電流をコイル状に流して磁場を発生させる超電導マグネットは、核融合炉、磁気浮上列車、ＮＭＲ装置、各種物性試験機器等に用いられている。この様な超電導マグネットには、従来からＮｂＴｉ、Ｎｂ3 Ｓｎ等の超電導物質を線材にしたものが使用されている。特に、８Ｔ以上の高磁界を発生させるマグネットには、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材が用いられる。
【０００３】
図１は、この様な線材の例を示す拡大横断面図である。図１（ａ）は外部安定型と呼ばれるタイプであって、この種の超電導線材では広く用いられているタイプである。中心部はＣｕ−Ｓｎ合金（ブロンズ）中にＮｂフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部からなり、これを取り囲む様にＴａまたはＮｂからなる環状のバリア領域が形成されている。最外周部はＣｕよりなり、何らかの原因で超電導状態が失われた場合にも、電流を優先的に流し、線材の焼損を防ぐための安定化領域である。Ｎｂ3 Ｓｎ線材は、最終的な熱処理時に、多芯部のＮｂとブロンズの界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させることにより超電導特性を得る。またバリア層は、熱処理の際ブロンズ中のＳｎが最外周部のＣｕ中に不純物として拡散し、安定化領域のＣｕを汚染することを防ぐために設けられている。図１（ｂ）は内部安定型と呼ばれるタイプであって、中心部に安定化のためのＣｕを配していることを特徴とする。このタイプでは中心部のＣｕの周りにＴａまたはＮｂからなる環状のバリア領域が形成され、さらにその外周にＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部が設けられている。
【０００４】
この様なＮｂ3 Ｓｎ線材を用いた高磁界マグネットは蓄積エネルギーが大きく、励磁時にマグネットを構成する超電導線材に高い電磁応力が印可される。従って、超電導線材自体にも高い電磁応力に耐えられる耐力、強度が要求される。特に、Ｎｂ3 Ｓｎ線材の臨界電流は歪みに対して敏感で、歪みが約０．２％を超えると臨界電流が歪みと共に減少していくので、Ｎｂ3 Ｓｎ線材の高強度化が検討されており、これまでにもいくつかの方法が提案されている。
【０００５】
特開平３−１７１５１４号では、線材内に補強材としてＴａ，Ｔａ合金材を挿入する方法が提案され、また補強材としてＣｕ−Ｎｂ合金を用いる方法（東北大学金属材料研究所 強磁場超伝導材料研究センター 平成６年度年次報告、ｐ１４３）やアルミナ分散銅を用いる方法（東北大学金属材料研究所 強磁場超伝導材料研究センター 平成６年度年次報告、ｐ１４７）も提案されている。これらのうち、図２にＴａを補強材とするＮｂ3 Ｓｎ線材の横断面図を示す（特開平３−１７１５１４号）。
【０００６】
これら補強材を用いた線材の中で、線材の耐力、強度が最も向上するのはＴａを用いた線材である。補強材としてＴａを用いた場合には、他の補強材に比べて少ない量で所望の強度にすることが可能であるから、線材断面積に占める補強材の割合を少なく、即ち超電導に寄与するＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部の割合を多くすることが可能となる。その結果、線材断面積あたりの臨界電流密度が高くとれることになり、超電導マグネットのコンパクト化にも寄与し得る。また、特開平３−１７１５１４号に記載されている様に、Ｔａは低温で非常に優れた導電性を有するためＴａ自体を安定化材として用いることも可能であり、従ってＴａを補強及び安定化の両目的で使用したものでは、線材断面積あたりの臨界電流密度をより一層高くとることができる様になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補強材としてＴａを用いたＮｂ3 Ｓｎ線材を製造する過程においては、図３に示す様に線材が正常に加工されない場合や断線を生じる場合があった。断線が発生した場合は言うまでもないが、正常に加工できない場合も、Ｎｂ3 Ｓｎからなる超電導フィラメントの内部断線をもたらし、その結果、臨界電流の低下を引き起こすことになる。
本発明はこの様な状況の下になされたものであり、その目的は、加工性に優れると共に、高耐力、高強度なＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の様な課題を解決し得た本発明のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材とは、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金材からなるフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ層またはＴａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ3 Ｓｎ超電導線材において、線材横断面における前記Ｔａ層またはＴａ合金層の平均結晶粒径が０．３〜２．０μｍであることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ超電導線材である。
【０００９】
或いは、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ3 Ｓｎ超電導線材において、前記Ｔａ合金層は、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するものであることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ超電導線材である。
【００１０】
また或いは、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ層またはＴａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ3 Ｓｎ超電導線材において、前記Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と前記Ｔａ層またはＴａ合金層との間に、前記ＴａまたはＴａ合金のヴィッカース硬度と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金のヴィッカース硬度の間のヴィッカース硬度を有する金属または合金からなる中間層が形成されていることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ超電導線材である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述の様な加工の問題は、
１）ｆｃｃ金属中に埋設されたｂｃｃ金属の引き抜き加工時には、ｂｃｃ金属の一部の変形モードのみが加工されるために不均一変形が発生すること、
２）特に１）の状況はｆｃｃ金属とｂｃｃ金属の間の変形抵抗差が大きな時に顕著となること、
等に起因するものであることが分かった。本発明者らの検討の結果、以下の様な手段により、Ｔａの不均一変形は抑制できることが判明した。
【００１２】
▲１▼線材横断面におけるＴａ層またはＴａ合金層の平均結晶粒径を０．３〜２．０μｍに制御する。
▲２▼Ｔａ合金層に、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金を用いる。
▲３▼Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部とＴａ層またはＴａ合金層との間に、前記ＴａまたはＴａ合金のヴィッカース硬度と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金のヴィッカース硬度の間のヴィッカース硬度を有する金属または合金からなる中間層を形成する。
【００１３】
また、上記▲１▼〜▲３▼の手段の中から２つ以上を併用することにより、Ｔａの不均一変形防止効果が一層高いものとなる。以下、それぞれの手段について詳細に説明する。
【００１４】
まず、Ｔａ層またはＴａ合金層の平均結晶粒径を制御する手段について説明する。従来、補強材として用いられていたＴａ層においては、線材加工前のＴａの平均結晶粒径で１００〜１５０μｍ程度のものが使用されていたため、その後の線材加工により最終のＴａ層の平均結晶粒径が横断面では２．５〜５μｍ程度となっていた。
【００１５】
本発明者らが、Ｔａ層の平均結晶粒径を種々変化させて線材を加工したところ、最終的に線材に加工した際の線材の横断面におけるＴａ層の結晶粒径を従来より微細化したものではＴａ層の不均一変形が抑制されることが判明した。線材横断面におけるＴａ層の結晶粒径が微細化されることで、Ｔａ層の不均一変形が抑制される理由の詳細は不明であるが、任意の方位を持つ多数の微細な結晶粒からＴａ層が構成される場合、引き抜き加工で粒内に不均一変形が生じたとしても、Ｔａ層全体としては変形が顕著でなくなることによるものと類推される。
【００１６】
線材横断面におけるＴａ層の平均結晶粒径は０．３〜２．０μｍに制御される必要がある。平均結晶粒径が２．０μｍを超える場合には、結晶粒の方位の影響が出やすいためＴａの不均一変形を十分には抑えることができない。一方、平均結晶粒径が０．３μｍ未満の場合は、結晶粒の微細化によってＴａの加工硬化が進むことになり、かえって変形抵抗差を大きくしてしまう場合がある。Ｔａ層の不均一変形を抑制するために、より好ましい平均結晶粒径の下限は０．５μｍ、他方上限は１．０μｍである。
【００１７】
また、Ｔａ層はＴａ単独であっても構わないが、Ｔａ合金であっても良い。ここで言うＴａ合金とは、Ｔａを９０％以上含有する合金を指すものである。Ｔａを９０％以上含有するＴａ合金であれば、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材中にＴａ層を設ける本来の理由である線材の高耐力、高強度化に十分な特性が保たれるからである。補強材として、Ｔａを９０％以上とするＴａ合金層を使用すれば、本発明の目的である優れた加工性と高耐力、高強度を併せ持つと共に、残部に種々の目的により他の元素を含有することができる。含有する元素は、目的に応じて選択可能であり、特に限定されるものではない。
【００１８】
上記平均結晶粒径を制御する方法では、Ｔａを９０％以上とする範囲では、Ｔａ合金中の含有元素に関係なく、Ｔａ合金層の不均一変形を防止できるが、逆にＴａ合金中の含有元素およびその含有量を適切に調整することによれば、結晶粒のサイズが従来のレベルであってもＴａ合金層の不均一変形を防止できることが分かった。この場合、Ｔａ合金層は、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金である必要がある。上述の特開平３−１７１５１４号にも、Ｔａ層としてＴａ合金を使用し得ることが記載されているが、含有する元素の例として、Ｏ，Ｆｅ，Ｎｉが挙げられている。本発明者らの検討の結果、これらの元素を含有することにより、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の高耐力、高強度化は達成し得るが、加工性の面では十分な効果が得られないことが分かった。Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を含有することにより、Ｔａの不均一変形防止に効果が上がる理由は、合金化によってすべり変形モードが変化し、特定モードのみ変形することがなくなることによると考えられる。含有量が合計で０．１〜１０％であるのは、０．１％未満では、含有量が少なすぎてＴａの不均一変形が十分に抑制できないためである。また、１０％を超えると、Ｔａ合金自体の加工硬化が進み、かえって変形抵抗差を大きくしてしまう場合がある。より望ましい含有量の下限は０．５％、他方上限は５％である。
【００１９】
この場合のＴａ合金は、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金である必要があるが、Ｔａを９０％以上含有する合金であれば、残部に他の元素を含んでいても構わない。Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有すると共に、Ｔａを９０％以上含有するＴａ合金であれば、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材中にＴａ層を設ける本来の理由である線材の高耐力、高強度化に十分な特性が保たれるからである。この様なＴａ合金層を使用すれば、本発明の目的である優れた加工性と高耐力、高強度を併せ持つと共に、残部に種々の目的により他の元素を含有することができる。含有する元素は、目的に応じて選択可能であり、特に限定されるものではない。
【００２０】
Ｔａ合金層として、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金を用いると共に、線材横断面におけるＴａ合金層の平均結晶粒径を０．３〜２．０μｍに制御することで、より一層不均一変形防止効果が高まる。
【００２１】
次に、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部とＴａ層またはＴａ合金層との間に中間層を形成する方法について説明する。Ｔａ層の不均一変形は、上述の通り、ＴａとＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部との間で変形抵抗差が大きいことに起因している。図４に示す様に、Ｔａとブロンズとでは、例えばヴィッカース硬度で約１００の硬度差があり、この硬度差が変形抵抗差の要因の一つとなっている。ＴａとＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部との間に、Ｔａのヴィッカース硬度とブロンズのヴィッカース硬度の間のヴィッカース硬度を有する金属または合金からなる中間層を形成すれば、ＴａとＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部との間の硬度差が、Ｔａと中間層の界面および中間層とＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部の界面での硬度差に分散される。その結果、ＴａとＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部との間の変形抵抗差が緩和され、Ｔａ層の不均一変形が抑制されることが分かった。図５にＮｂを中間層として用いた場合の夫々の層のヴィッカース硬度をグラフに示す。また図６に中間層を用いたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材例の横断面図を示す。中間層を形成する金属または合金は、ヴィッカース硬度がＴａとブロンズの間であれば本発明の効果が得られ、例えば、Ｎｂ，Ｖ，Ｔｉ等が挙げられる。加工性の点からは、Ｎｂ、Ｎｂ合金、Ｖ、Ｖ合金から選ばれる１種であることが望ましい。ここで、Ｎｂ合金、Ｖ合金とは、それぞれＮｂまたはＶを９０％以上含有する合金を意味する。ＮｂまたはＶを９０％以上含有する合金であれば、ヴィッカース硬度がＴａとブロンズの間であると共に、加工性の効果も損なうことがないので、本発明の目的を達すると同時に、残部に種々の目的に応じて、他の元素を含有することが可能となる。含有する元素は、目的に応じて選択可能であり、特に限定されるものではないが、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ等を挙げることができる。
【００２２】
以上説明してきた本発明は、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金材からなるフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ層またはＴａ合金層の少なくとも２層からなるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材であれば、その効果を発揮しうるものであり、様々なＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の構成に適用できるものである。例えば、Ｔａ層を補強材としてだけでなく安定化領域として使用する図２、図６の様な場合においても、或いは図７、図８の様に補強材とは別にＣｕの安定化領域およびバリア層を形成する場合においても、発明の効果を得ることができるものである。また、超電導領域を形成するＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部においては、超電導特性を損なわない範囲で、ＮｂやＣｕ基合金に他の元素を含有することが可能である。Ｎｂ合金としては、例えば、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆのいずれか１種以上を含有するＮｂ合金を挙げることができる。Ｃｕ基合金としては、Ｓｎの他に、例えばＴｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｍｇのいずれか１種以上を含むＣｕ基合金を挙げることができる。
【００２３】
以下実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て本発明の技術的範囲に包含される。
【００２４】
【実施例】
（実験例１） 図７に示す様な、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を作製して実験を行った。
まず、直径６０ｍｍのＣｕ−１３％Ｓｎ合金の中心とその周囲に直径１１．３ｍｍの孔を７カ所あけ、該孔と同サイズのＮｂ棒を該孔内に挿入し、押出ビレットを作製した。その後、該ビレットを静水圧押出法により直径２０ｍｍに押出し、これを引き抜き加工により伸線し、六角ダイスにより対辺長１．５ｍｍの六角断面に仕上げ、その後所定の長さに切断した。この六角線を、直径１０．５ｍｍのＴａ棒の周りに５８２本束ねた。ここでＴａ棒は種々の平均結晶粒径を持つものを用意した。このＴａと六角線の複合体を、厚さ０．２ｍｍのＮｂシート２層で巻き、更に外形６０ｍｍ、内径４７ｍｍのＣｕパイプに挿入し、多芯押出ビレットとした。該多芯ビレットを直径２０ｍｍに静水圧押出し、その後引き抜き加工を経て、１．０５×１．７７（ｍｍ）の平角導体を作製した。尚、この伸線加工の工程において、途中適宜、中間焼鈍を施した。伸線できた線材を６５０℃、１００時間で熱処理して、ＮｂとＣｕ−Ｓｎ合金の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させた。
【００２５】
この超電導線材の断面観察を光学顕微鏡により行い、Ｔａの平均結晶粒径の測定およびＴａの不均一変形の有無の確認を行った。ここで伸線後の線材のＴａ層の平均結晶粒径は、素材のＴａ棒の結晶粒径とほぼ比例関係にあることが確認できた。また臨界電流（温度：４．２Ｋ 磁場：１２Ｔ）、液体ヘリウム中（温度：４．２Ｋ）での０．２％耐力および引張強度も測定した。結果を表１に示す。
【００２６】
Ｔａの平均結晶粒径が０．３〜２．０（μｍ）の試料Ｎｏ．３、４、５では、Ｔａの不均一変形が抑制され、超電導フィラメントの断線もないことが確認できた。一方、Ｎｏ．６は平均結晶粒径が２．０μｍを超えるため、Ｔａの不均一変形が見られ、Ｎｏ．１、２は伸線途中で断線したため評価が行えなかった。また、臨界電流、０．２％耐力および引張強度の値も、Ｎｏ．３、４、５は、Ｎｏ．６に比べて大きく、超電導特性も良好であった。
【００２７】
【表１】
（実験例２） 実験例１と同様、図７に示す様な、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を作製して実験を行った。
まず、直径６０ｍｍのＣｕ−１３％Ｓｎ合金の中心とその周囲に直径１１．３ｍｍの孔を７カ所あけ、該孔と同サイズのＮｂ棒を該孔内に挿入し、押出ビレットを作製した。その後、該ビレットを静水圧押出法により直径２０ｍｍに押出し、これを引き抜き加工により伸線し、六角ダイスにより対辺長１．５ｍｍの六角断面に仕上げ、その後所定の長さに切断した。この六角線を、直径１０．５ｍｍのＴａ合金棒の周りに５８２本束ねた。ここでＴａ合金棒はＴａに種々の元素を含有したものを用意した。尚、Ｔａ合金棒の平均結晶粒径は９５μｍであり、最終熱処理後、超電導線材とした際のＴａ合金層の平均結晶粒径は２．５μｍであった。このＴａと六角線の複合体を、厚さ０．２ｍｍのＮｂシート２層で巻き、更に外形６０ｍｍ、内径４７ｍｍのＣｕパイプに挿入し、多芯押出ビレットとした。該多芯ビレットを直径２０ｍｍに静水圧押出し、その後引き抜き加工を経て、１．０５×１．７７（ｍｍ）の平角導体を作製した。尚、この伸線加工の工程において、途中適宜、中間焼鈍を施した。伸線できた線材を６５０℃、１００時間で熱処理して、ＮｂとＣｕ−Ｓｎ合金の界面にＮｂ3 Ｓｎを生成させた。
【００２９】
この超電導線材の断面観察を光学顕微鏡により行い、Ｔａ合金の不均一変形の有無の確認を行った。また臨界電流（温度：４．２Ｋ 磁場：１２Ｔ）、液体ヘリウム中（温度：４．２Ｋ）での０．２％耐力および引張強度も測定した。結果を表２に示す。尚、試料Ｎｏ．１４はＮｂとＨｆを同時に含有したものである。
【００３０】
Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有するＴａ合金を用いた試料Ｎｏ．８、９、１１〜１４では、Ｔａの不均一変形が抑制され、超電導フィラメントの断線もないことが確認できた。一方、Ｔａ以外の元素を含有しなかったＮｏ．７では、Ｔａの不均一変形が見られ、Ｎｏ．１０、１５は伸線途中で断線したため、評価ができなかった。また、臨界電流、０．２％耐力および引張強度の値も、Ｎｏ．８、９、１１〜１４は、Ｎｏ．７に比べて大きく、超電導特性も良好であった。
【００３１】
【表２】
（実験例３） 図８に示す様な、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を作製して実験を行った。このとき、中心部のＴａ層の周囲に、厚さ０．２ｍｍのＮｂシートを約１０層巻くこと以外は、実験例１と同様の方法にて超電導線材を作製した。尚、使用したＴａ棒の平均結晶粒径は９５μｍであり、最終熱処理後、超電導線材とした際のＴａ層の平均結晶粒径は２．５μｍであった。
【００３３】
この超電導線材（試料Ｎｏ．１６）の断面観察を光学顕微鏡により行い、Ｔａ合金の不均一変形の有無の確認を行った。また臨界電流（温度：４．２Ｋ 磁場：１２Ｔ、１３Ｔ）、液体ヘリウム中（温度：４．２Ｋ）での０．２％耐力および引張強度も測定した。結果を表３に示す。尚、比較材として実験例２で用いた試料Ｎｏ．７のデータも示す。
【００３４】
Ｎｏ．１６の試料では、Ｔａの不均一変形が抑制され、超電導フィラメントの断線もないことが確認できた。また、臨界電流、０．２％耐力および引張強度の値も、Ｎｏ．１６はＮｏ．７に比べて大きく、超電導特性も良好であった。
【００３５】
【表３】
【発明の効果】
以上説明してきた様に、本発明のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材によれば、線材の製造時においてＴａ層またはＴａ合金層に不均一変形が生じない、即ち線材製造時の加工性に優れると共に、超電導線材となった後も高耐力、高強度を有するＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超電導線材の例を示す横断面図であり、（ａ）は外部安定型、（ｂ）は内部安定型である。
【図２】Ｔａを補強材とするＮｂ3 Ｓｎ線材の例を示す横断面図であり、（ａ）はＴａを内部に配置するタイプ、（ｂ）はＴａを外部に配置するタイプ、（ｃ）はＴａを内部に分散して配置するタイプである。
【図３】製造時に正常に加工できなかったＮｂ3 Ｓｎ線材の例を示す横断面図である。
【図４】Ｔａとブロンズのヴィッカース硬度の測定結果を示すグラフである。
【図５】Ｔａ、Ｎｂおよびブロンズのヴィッカース硬度の測定結果を示すグラフである。
【図６】Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部とＴａ層またはＴａ合金層との間に中間層を用いたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の例を示す横断面図であり、（ａ）はＴａを内部に配置するタイプ、（ｂ）はＴａを外部に配置するタイプ、（ｃ）はＴａを内部に分散して配置するタイプである。
【図７】実験例１、２に用いた、Ｔａを補強材とするＮｂ3 Ｓｎ線材の例を示す横断面図である。
【図８】実験例３に用いた、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部とＴａ層との間に中間層を用いたＮｂ3 Ｓｎ線材の例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１ Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部
２ Ｃｕ安定化領域
３ Ｃｕ安定化領域への不純物の拡散を防ぐバリア層
４ Ｔａ層またはＴａ合金層
５ Ｔａとブロンズの中間の硬度を有する金属または合金からなる中間層
Claims (7)
- Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金材からなるフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、補強材としてＴａ層またはＴａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ３Ｓｎ超電導線材において、
棒状の前記Ｔａ層またはＴａ合金層を前記Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部の内部に配置するか、
前記Ｔａ層またはＴａ合金層を前記Ｎｂ ３ Ｓｎ超電導線材の最外部に配置するか、或いは
棒状の前記Ｔａ層またはＴａ合金層を前記Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部の内部に分散して配置し、且つ
線材横断面における前記Ｔａ層またはＴａ合金層の平均結晶粒径が０．３〜２．０μｍであることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線材。 - Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金材からなるフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、補強材としてＴａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ３Ｓｎ超電導線材において、
棒状の前記Ｔａ合金層を前記Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部の内部に配置するか、
前記Ｔａ合金層を前記Ｎｂ ３ Ｓｎ超電導線材の最外部に配置するか、或いは
棒状の前記Ｔａ合金層を前記Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部の内部に分散して配置し、且つ
前記Ｔａ合金層は、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％（重量％、以下同じ）含有するものであることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線材。 - Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金材からなるフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ ３ Ｓｎ超電導線材において、
前記Ｔａ合金層は、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を合計で０．１〜１０％含有すると共に、
線材横断面における前記Ｔａ合金層の平均結晶粒径が０．３〜２．０μｍであることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線材。 - Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金材からなるフィラメントが埋め込まれたＮｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と、Ｔａ層またはＴａ合金層を夫々必須的に含むＮｂ３Ｓｎ超電導線材において、
前記Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ合金複合多芯部と前記Ｔａ層またはＴａ合金層との間に、前記ＴａまたはＴａ合金のヴィッカース硬度と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金のヴィッカース硬度の間のヴィッカース硬度を有する金属または合金からなる中間層としてＮｂ、Ｎｂ合金、Ｖ、Ｖ合金、ＴｉおよびＴｉ合金から選ばれる１つ以上よりなる層が形成されていることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線材。 - 前記中間層が、Ｎｂ、Ｎｂ合金、Ｖ、Ｖ合金から選ばれる１つ以上よりなる請求項４に記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材。
- 線材横断面における前記Ｔａ層またはＴａ合金層の平均結晶粒径が０．３〜２．０μｍである請求項４または５に記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材。
- 前記Ｔａ合金層が、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆから選ばれる１種以上を０．１〜１０％含有するものである請求項４〜６のいずれかに記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材。
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