JP3944573B2 - Ｎｂ３Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ３Ａｌ超伝導線材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ3Ａｌ超伝導線材に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、比較的低コストであって、丸線および平角線のいずれをも製造可能であって、より超伝導特性を安定化することができるＮｂ3Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ3Ａｌ超伝導線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
この出願の発明者らは、従来より、各種の超伝導線材の製造方法について鋭意研究を重ねてきており、高磁界特性と耐歪特性に優れたＮｂ3Ａｌ超電導材料については、その特長を失わせることなく、安定性、交流特性ともに優れた極細多芯構造の長尺超電導線材を製造することに既に成功している（特許第２０２１９８６号）。
【０００３】
しかしながら、一般に、超伝導状態の線材に電流を流すと、電流は線材の表面から流れはじめて均等には流れないため、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てジュール熱を発生し、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問題がある。この問題は多芯線において特に深刻であり、上記のＮｂ3Ａｌ超伝導線材の実用化のためには、超伝導が破れた部分の電流をバイパスさせて線材のジュール熱の冷却を早めるための安定化材の複合化が不可欠とされている。そしてこの安定化材がより有効に作用するためには、安定化材とマトリックス材の境界での電気抵抗および熱的抵抗を極力小さくすることが望まれる。
【０００４】
そして上記の急熱急冷変態法により作成したＮｂ3Ａｌ超伝導線材の安定材としては、一般に、Ｃｕ，Ａｇ等の電気抵抗が小さく、熱伝導率の大きい金属が用いられ、この金属を、（１）Ｃｕイオンプレーティング法、（２）内部Ａｇ複合安定化法、あるいは（３）外部Ｃｕ圧接複合化法により超伝導線材に複合化するようにしている。
【０００５】
この（１）Ｃｕイオンプレーティング法は、急熱急冷処理を施して得たＮｂ3Ａｌ超伝導線材に、極薄いＣｕをイオンプレーティング法により配設してマトリックス材とＣｕの間に強固な接合を形成したのち、メッキ法によって所望の厚みのＣｕを追加配設して安定化する方法である。この方法は、マトリックス材と安定化材料に良好な界面が得られる反面、工程数が多く、また真空チャンバー内での処理となるために極めて高コストになるという問題がある。
【０００６】
（２）内部Ａｇ複合安定化法は、Ｎｂ3Ａｌ前駆体線材中にマトリックス材との反応性の小さいＡｇを安定化材として組み込んでおく方法である。この方法は、Ａｇが急熱急冷処理時に融点を超過する温度に曝されるため、Ａｇが断線しないようにマトリックス材で支ておく必要があり、Ａｇ比をあまり多くすることができず、現実的には、Ａｇ比は０．４以下の割合で調整されている。これでは、超伝導線材の用途によっては十分な安定化効果が得られないという問題がある。またＡｇは高価であるため、コスト高となってしまっている。この方法において、安定化材として融点の高いＣｕを用いることも可能ではあるが、Ｃｕはマトリックス材と反応してしまうためにその対策が必要となるという問題が生じる。
【０００７】
そして、（３）外部Ｃｕ圧接複合化法は、急熱急冷処理を施して得たＮｂ3Ａｌ超伝導線材にＣｕテープを被せたのち、線材を丸から平角に加工することでＣｕとＮｂ（マトリックス材）の間にせん断変形を発生させ、マトリックス材とＣｕを圧接する方法（特開２０００−１１３７４８号）である。この方法は極めて安価な方法であり、また、せん断変形が大きい部分でマトリックス材とＣｕの界面に優れた接合が得られるという利点がある。しかしながら、この方法は安定化材としてのＣｕ比が０．３〜０．６程度に限定されてしまい、また優れた接合は全界面の６０％程度でしか得られず、安定化の面からは十分なものとはいえなかった。そして何よりも、この方法によると、超伝導線材は平角線として得られ、需要が最も多い丸線としては製造することができないという欠点がある。
【０００８】
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、比較的低コストであって、丸線および平角線のいずれをも製造可能であって、より超伝導特性を安定化することができるＮｂ3Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ3Ａｌ超伝導線材を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、以下の通りの発明を提供する。
【００１０】
すなわち、まず第１には、この出願の発明は、Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基希薄合金あるいはＴａ基希薄合金に複数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に、２０００℃近傍の温度範囲に２秒以内で急加熱し、４００℃以下の温度範囲に２０００℃／秒以上の速度で急冷する急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ａ）安定化材としてのＣｕまたはＡｇを被覆したのち、
（Ｂ）４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施し、
（Ｃ）次いで６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行うことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法を提供する。
【００１１】
そして、この出願の発明は、上記発明の方法において、第２には、工程（Ａ）の前あるいは後に、（Ｄ）断面減少率６０％以下の冷間加工を施すことを特徴とする製造方法を、第３には、工程（Ｂ）の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理は、安定化材としてＣｕを被覆した場合は３００℃以上で、Ａｇを被覆した場合は２８０℃以上で行うことを特徴とする製造方法を、第４には、工程（Ｂ）（Ｃ）に代えて、（ＢＣ）６８０〜８５０℃の温度範囲の４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で、１〜２００時間の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施すことを特徴とする製造方法を、 第５には、工程（Ａ）（Ｂ）に先立って、工程（Ｃ）を行うことを特徴とする製造方法を提供する。
【００１２】
さらにこの出願の発明は、第６には、Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基希薄合金あるいはＴａ基希薄合金に複数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に、２０００℃近傍の温度範囲に２秒以内で急加熱し、４００℃以下の温度範囲に２０００℃／秒以上の速度で急冷する急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ｃ）６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行ったのち、
（Ａ）安定化材としてのＡｌを被覆し、
（Ｂ）２３０〜５００℃の温度範囲、４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施すことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法を提供する。
【００１３】
加えてこの出願の発明は、第７には、上記いずれかの方法で製造されたことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材を提供する。
【００１４】
【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詳しく説明する。
【００１５】
この出願の発明が提供するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法は、急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ａ）安定化材としてのＣｕまたはＡｇを被覆したのち、
（Ｂ）４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施し、
（Ｃ）次いで６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行うことを特徴としている。
【００１６】
この出願の発明において、Ｎｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材は、フィラメント状のＮｂ／Ａｌ複合体芯材とマトリックス材からなる極細多芯構造を有する前駆体線材に対して、２０００℃近傍の温度範囲に２秒以内で急加熱し、４００℃以下の温度範囲に２０００℃／秒以上の速度で急冷する急熱急冷処理を施して得るようにしている。
【００１７】
前駆体線材におけるＮｂ／Ａｌ複合体芯材は、急熱急冷処理によりＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体、より好ましくはＮｂ−２１〜２８ａｔ％Ａｌ合金を形成するような組成であることが好ましい。この組成から外れると、得られる超伝導線材の特性が著しく劣化するために好ましくない。さらにこのＮｂ／Ａｌ複合体芯材は、Ｎｂ中に１μｍ以下の寸法のＡｌが均一に分散された構成であることが、得られる超伝導線材の特性が高くなるために望ましい。Ａｌの形状については、粒状、糸状、薄膜状等の任意の形状であってよく、この場合の寸法とは、上記形状における直径や厚さ等を示している。このようなＮｂ／Ａｌ複合体芯材は、たとえば、rod-in-tube法、clad-chip-extrusion法、jelly-roll法あるいはpowder-in-tube法などの各種の方法で作成することができる。
【００１８】
また、マトリックス材は、極細多芯構造の形成等のための冷間加工性に優れること、２０００℃近傍への急熱時に強度が保たれること、Ｎｂ3Ａｌ超伝導特性に影響を与えないこと等から、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｂ基希薄合金あるいはＴａ基希薄合金が選択されている。なお、この出願の発明において、希薄合金とは、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％以上の合金であることが好ましい例として示される。
【００１９】
そして上記の急熱急冷処理によって、Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材はＮｂ−２１〜２８ａｔ％Ａｌ合金フィラメント（Ｎｂ−Ａｌ過飽和固溶体）へと変化する。上記のとおり急加熱を行わないと、Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材とマトリックス材との間で拡散反応が起こるために好ましくない。また、上記のとおりの急冷を行わないと、Ｎｂ−Ａｌ過飽和固溶体が生成されず、Ｎｂ／Ａｌ化合物がフィラメント中に生成して線材が脆くなってしまうために好ましくない。なお、この出願の発明において、２０００℃近傍の温度とは、およそ１７００〜２１００℃程度、より限定的には１９００〜２１００℃程度程度の温度範囲とすることができる。
【００２０】
このようなＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して施す上記の工程（Ａ）〜（Ｃ）は、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を安定化し、また安定化材とマトリックス材との界面の接合を良好に形成するものである。
【００２１】
上記の工程（Ａ）においては、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材に安定化材としてのＣｕあるいはＡｇを被覆するようにしている。ここで安定化材の被覆の手段は特に制限されることはない。たとえば、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材にＣｕメッキあるいはＡｇメッキを施すようにしてもよいし、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を無酸素銅製のＣｕ管あるいは純銀のＡｇ管に挿入するようにしても良い。より具体的には、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材の端部までＣｕメッキあるいはＡｇメッキを施したり、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を完全にＣｕ管あるいはＡｇ管内に収めて管の両端をつぶした後真空中で溶接して大気（酸素）が内部に入らないようにすることが好ましい。ここで、安定化材の量は、超伝導線材の用途等に応じて広い範囲で設定することができる。たとえば、安定化材がＣｕの場合、Ｃｕ比が小さく０．１以下のものから、Ｃｕ比が大きく５０以上のものまで、任意に設定することができる。いずれにしろ、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材の全体が、所望の量の安定化材で覆われた線材の形態であることが重要である。ここで、後者の手法において真空中で溶接するのは、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材と安定化材の間に空気が無いほうが、次工程の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）においてＣｕ管あるいはＡｇ管が潰れて接合界面が良好になるためである。また、理由は定かではないものの、Ｃｕ管についてはタフピッチ銅のように酸素を含有するものでは良好な界面が得られらなかった。
【００２２】
工程（Ｂ）においては、４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上のＨＩＰ処理を施すことで、安定化材／マトリックス材の界面に良好な接合を得るようにしている。圧力が４０気圧未満であったり、時間が１０分未満であると、良好な安定化材／マトリックス材界面が得られないため好ましくない。また、処理温度については、安定化材としてＣｕを被覆した場合は３００℃以上で、Ａｇを被覆した場合は２８０℃以上で行うことが、良好な接合が実現できるために好ましい。
【００２３】
工程（Ｃ）においては、６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行うことで、Ｎｂ−２１〜２８ａｔ％Ａｌ合金フィラメントをＮｂ3Ａｌフィラメントへと変態させるようにしている。
【００２４】
これによって、安定化効果の高いＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材が製造される。たとえば、このＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材に絶縁皮膜を被せて曲げ等によりコイル状に巻き込めば、優れた超伝導特性を有するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導マグネットを得ることができる。なお、この絶縁被覆と所望の形状への加工は、工程（Ｂ）の前に行うことも可能である。
【００２５】
またこの出願の発明が提供するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法においては、工程（Ａ）の前あるいは後に、（Ｄ）断面減少率６０％以下の冷間加工を施すことを特徴としている。急熱急冷処理後のＮｂ3Ａｌ超伝導線材は、マトリックス材およびＮｂ−２１〜２８ａｔ％Ａｌ合金フィラメントともに、組成加工性に優れている。そのため、安定化材による被覆の前または後に、断面減少率６０％以下の軽度の冷間加工を施すことで、得られるＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の特性を向上させることができる。
【００２６】
さらに、この出願の発明が提供するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法においては、工程（Ｂ）（Ｃ）に代えて、工程（ＢＣ）６８０〜８５０℃の温度範囲の４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で、１〜２００時間の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施すことで、工程（Ｂ）および（Ｃ）を同時に行うようすることも可能とされる。
【００２７】
一方で、この出願の発明が提供するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法においては、安定化材としてＡｌを用いることが可能とされる。ただし、Ａｌの融点（６６０℃）は、工程（Ｃ）における変態のための熱処理温度よりも低いので、Ｎｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材へのＡｌの配設は、工程（Ｃ）の後に行わなければならない。
【００２８】
そこで、安定化材としてＡｌを用いる場合には、急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ｃ）６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行ったのち、
（Ａ）安定化材としてのＡｌを被覆し、
（Ｂ）２３０〜５００℃の温度範囲、４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上のＨＩＰ処理を施すようにしている。
【００２９】
ここで、安定化材としてのＡｌの被覆には、上記のＣｕ、Ａｇの場合と同様に、Ｎｂ3Ａｌ伝導線材をＡｌ管で真空封入したり、Ａｌメッキ、Ａｌコンフォーム押出し加工等の手法を利用することができる。
【００３０】
また、ＨＩＰ処理の温度については、２３０℃未満では良好な接合界面が形成されず、５００℃を超えるとＡｌがマトリックス材と拡散反応して厚い中間化合物を形成してしまうために好ましくない。
【００３１】
これによっても、前記の方法と同様に、安定化特性に優れたＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材を得ることができる。また、Ａｌは素粒子の透過率が高いので、安定化材としてＡｌを用いたＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材は、高エネルギー物理学の研究に使用する超伝導マグネット等として極めて有用となる。
【００３２】
以上のこの出願の発明のＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法は、何よりも、安定化材とマトリックス材との界面の接合を極めて良好なものとすることができ、安定化特性に優れた超伝導線材を得ることができる。しかも、この方法は、簡便であって、従来の（１）Ｃｕイオンプレーティング法および（２）内部Ａｇ複合安定化法に比べて低コストである。そして、広い範囲で安定化材の量を設定することができ、また安定化材としてＡｌを用いることもできる。そしてこの出願の発明の方法は、従来の（３）外部Ｃｕ圧接複合化法に比べるとコスト高となるものの、得られる線材の安定化特性や用途の面では大幅に優れている。すなわち、この出願の発明の方法は、従来の超伝導線材の製造方法と比べて、全体として最も優れたものであるといえる。
【００３３】
以下に実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
ａｔ％で３:１となるような厚さのＮｂ箔とＡｌ箔を重ねてロール状に巻き込んで、押出し加工および伸線加工により線状に加工（jelly-roll法）し、所定長の線材に切断した。この線材を、１２０本束ねてＮｂパイプ中に詰め込み、押出し加工および伸線加工により、Ｎｂマトリックス中に１２０芯のＮｂ/Ａｌ複合体が埋め込まれた極細多芯線構造を有する長尺の前駆体線材を作成した。
【００３５】
この前駆体線材を、図１に示す急熱急冷装置を使って１ｍ/ｓの速度で移動させながら、通電加熱により０．１秒間で２０００℃まで加熱し、次いで、Ｇａ浴中を通過させることで急冷させた。ここで、この線材中のＮｂ/Ａｌ複合体がＮｂ−Ａｌ固溶体に変わっていることが確認された。
【００３６】
次いでこの線材に、銅比が（ａ）０．４および（ｂ）０．２となるようにＣｕメッキし、断面減少率５％程度の軽度の伸線加工を加えた。そして、アルゴン雰囲気下で、９００気圧、６００℃のＨＩＰ処理を１時間施した後、真空中、８００℃で１０時間の変態熱処理を行い、Ｎｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材を得た。
【００３７】
この超伝導線材について、４．２Ｋでの超伝導特性を調べ、その結果を図２に示した。また比較のために、ＨＩＰ処理を行わず、後は同様にして作成した超伝導線材についても調べ、あわせて図２に示した。
【００３８】
図２から、１７Ｔ以上の高磁場中で臨界電流密度Ｉｃが小さい場合には、ＨＩＰ処理の有無は臨界電流値に大きな影響は与えていないが、１６Ｔ以下の低磁場では臨界電流値が極めて大きくなるため、ＨＩＰ処理したほうが見かけの超伝導臨界電流密度が大きくなることがわかった。換言すると、この出願の発明の方法により作成した超伝導線材は、超伝導電流が多く流れている場合であっても、安定度が高いことが示された。
【００３９】
また、各超伝導線材を９０°に曲げ、その断面を観察したところ、ＨＩＰ処理した線材では界面が強固に接合しているのに対し、ＨＩＰ処理なしの線材ではＣｕとマトリックスが剥れていることが確認された。
【００４０】
このＨＩＰ処理した線材に絶縁被覆を施してソレノイド状に巻きこむことで、Ｎｂ3Ａｌ超伝導マグネットが作成できた。
（実施例２）
実施例１と同様に急熱急冷して得たＮｂ/Ｎｂ−２５ａｔ％Ａｌ線材に、無酸素銅のパイプを被せ、銅と線材が軽く接触する程度に伸線加工した後、線材の両端に余っている銅パイプを万力で挟んで潰した。この潰れた部分を真空中で溶接することで、長尺の銅パイプにＮｂ/Ｎｂ−２５ａｔ％Ａｌ線材を真空封入した。この線材に対して、アルゴン雰囲気下、９００気圧、６００℃のＨＩＰ処理を１時間施した後、真空中、８００℃で１０時間の変態熱処理を行い、Ｎｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材を得た。
【００４１】
この超伝導線材の断面を観察したところ、ＨＩＰ処理によって銅管は潰れ、Ｎｂ表面に強固に銅が接合されているのが確認された。
【００４２】
この超伝導線材と、ＨＩＰ処理を行わずに同様に作製した超伝導線材とについて、超伝導特性を調べたところ、図２と同様の傾向が見られ、ＨＩＰ処理が超伝導特性の安定化に有効であることが確認された。
（実施例３）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材にＣｕメッキをした後、その表面にアルミナ繊維を巻き込んで耐熱性の絶縁処理を施し、内径２０ｍｍ、外径３０ｍｍ、総ターン数１５０のソレノイド状コイルに巻き込んだ。このものに、９００気圧、８００℃のアルゴンガス雰囲気中で１０時間のＨＩＰ処理をしたところ、線材中のＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体がＮｂ3Ａｌ相に変態したことが確認された。また、その断面の観察から、ＮｂとＣｕの界面には強固な接合が形成されていることが確認された。
【００４３】
このコイルの臨界電流は、ショートサンプルの臨界電流とほぼ一致しており、安定化されたＮｂ3Ａｌ超伝導マグネットが実現できることが判明した。
【００４４】
また、このコイル線材の超伝導特性を調べたところ、実施例１の線材と同様に、安定性および超伝導特性ともに優れたものであることがわかった。このことから、ＨＩＰ処理による変態は、超伝導線材の本質的な超伝導特性には悪影響を及ぼすことなく、安定性を向上させていることがわかった。
（実施例４）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材を、ロール加工で潰すことで平角線にした。この平角線に銅メッキを施し、実施例１と同じ条件でＨＩＰ処理と変態熱処理を施して、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。この平角の超伝導線材の超伝導特性を調べたところ、実施例１の丸線と同様の超伝導特性を示すことが確認された。
【００４５】
このことから、この出願の発明の方法によると、丸線、平角線に関わらず、超伝導特性が安定化されることが確認された。
（実施例５）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材をＣｕメッキした後、種々の温度、圧力、時間条件でＨＩＰ処理し、次いで実施例１と同じ条件で変態熱処理することで、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００４６】
これらのＮｂ3Ａｌ超伝導線材についてＮｂ／Ｃｕ界面の接合状態を調べたところ、ＨＩＰ処理の温度が４５０℃未満の場合、圧力が４０気圧未満の場合、処理時間が１０分未満の場合に得られた線材について、良好な接合が得られていないことがわかった。
（実施例６）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材に、Ａｇ比が０．２となるようにＡｇメッキを全面に施し、断面減少率５％程度の軽度の伸線加工を加えた後、アルゴン雰囲気下、９００気圧で、６００℃のＨＩＰ処理を１時間施し、次いで真空中、８００℃で１０時間の変態熱処理を行って、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００４７】
この超伝導線材の超伝導特性を調べたところ、実施例１の（ｂ）Ｃｕ比０．２のものと同等の特性を示した。すなわち、超伝導線材の良好な安定化効果が得られることがわかった。
（実施例７）
実施例６と同様に、Ａｇ比０．２のＡｇメッキを施し、断面減少率５％程度の伸線加工を加えた線材に対して、種々の温度、圧力、時間条件でＨＩＰ処理し、次いで実施例６と同じ条件で変態熱処理することで、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００４８】
これらのＮｂ3Ａｌ超伝導線材についてＮｂ／Ａｇ界面の接合状態を調べたところ、ＨＩＰ処理の温度が２８０℃未満の場合、圧力が４０気圧未満の場合、処理時間が１０分未満の場合に得られた線材について、良好な接合が得られていないことがわかった。また、これらの線材を９０°に曲げたところ、良好な接合が得られていない線材については界面剥離が観察された。
（実施例８）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材に、真空中、８００℃で１０時間の変態熱処理を行った後、Ａｌ管を被せて軽度の伸線加工を施し、Ａｌ管の端部を万力で潰して真空中で溶接することで、長尺Ａｌ管に封入された線材を作製した。次いで、この線材を９００気圧、４００℃のアルゴンガス中でＨＩＰ処理して、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００４９】
得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材のＡｌ／Ｎｂ界面を観察したところ、顕著な拡散層は形成されておらず、良好であった。
【００５０】
また、この線材と、ＨＩＰ処理していない線材について、臨界電流値が大きくなる条件で超伝導特性を比較したところ、ＨＩＰ処理をしたこの線材のほうが見かけの臨界電流値が高く、安定性が向上されていることがわかった。
（比較例１）
実施例８と同様の方法で作製したＡｌ管封入Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を、９００気圧、５５０℃のアルゴンガス中で３０分間ＨＩＰ処理してＮｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００５１】
この超伝導線材の断面を観察したところ、ＮｂマトリックスとＡｌの境界に厚さ２０μｍ程度のＮｂＡｌ3化合物が生成していた。これは安定化材としてＡｌを用いた場合の、ＨＩＰ処理温度が高すぎたためであると考えられる。また、超伝導特性を調べたところ、このＮｂＡｌ3化合物がＡｌとマトリックス間の電気抵抗および熱抵抗を高め、実施例８の場合に比べて安定化度が低下していた。
（比較例２）
実施例８と同様の方法で作製したＡｌ管封入Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を、９００気圧、２００℃のアルゴンガス中で３時間ＨＩＰ処理してＮｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００５２】
この超伝導線材の断面を観察したところ、ＨＩＰ処理の温度が低すぎたためか、ＮｂマトリックスとＡｌの良好な界面接合は形成されていなかった。また、超伝導特性を調べたところ、実施例８の場合に比べて安定化度が低下していた。
【００５３】
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。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、比較的低コストであって、丸線および平角線のいずれをも製造可能であって、より超伝導特性を安定化することができるＮｂ3Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ3Ａｌ超伝導線材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明のＮｂ3Ａｌ超伝導線材の製造のために用いた急熱急冷装置を例示した概念図である。
【図２】安定化材としてのＣｕ比を（ａ）０．４および（ｂ）０．２としたＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の４．２Ｋにおける超伝導特性を調べた結果を例示した図であって、マーカーの黒印はＨＩＰ処理を行なった場合、白抜き印はＨＩＰ処理を行わなかった場合について示している。
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ3Ａｌ超伝導線材に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、比較的低コストであって、丸線および平角線のいずれをも製造可能であって、より超伝導特性を安定化することができるＮｂ3Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ3Ａｌ超伝導線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
この出願の発明者らは、従来より、各種の超伝導線材の製造方法について鋭意研究を重ねてきており、高磁界特性と耐歪特性に優れたＮｂ3Ａｌ超電導材料については、その特長を失わせることなく、安定性、交流特性ともに優れた極細多芯構造の長尺超電導線材を製造することに既に成功している（特許第２０２１９８６号）。
【０００３】
しかしながら、一般に、超伝導状態の線材に電流を流すと、電流は線材の表面から流れはじめて均等には流れないため、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てジュール熱を発生し、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問題がある。この問題は多芯線において特に深刻であり、上記のＮｂ3Ａｌ超伝導線材の実用化のためには、超伝導が破れた部分の電流をバイパスさせて線材のジュール熱の冷却を早めるための安定化材の複合化が不可欠とされている。そしてこの安定化材がより有効に作用するためには、安定化材とマトリックス材の境界での電気抵抗および熱的抵抗を極力小さくすることが望まれる。
【０００４】
そして上記の急熱急冷変態法により作成したＮｂ3Ａｌ超伝導線材の安定材としては、一般に、Ｃｕ，Ａｇ等の電気抵抗が小さく、熱伝導率の大きい金属が用いられ、この金属を、（１）Ｃｕイオンプレーティング法、（２）内部Ａｇ複合安定化法、あるいは（３）外部Ｃｕ圧接複合化法により超伝導線材に複合化するようにしている。
【０００５】
この（１）Ｃｕイオンプレーティング法は、急熱急冷処理を施して得たＮｂ3Ａｌ超伝導線材に、極薄いＣｕをイオンプレーティング法により配設してマトリックス材とＣｕの間に強固な接合を形成したのち、メッキ法によって所望の厚みのＣｕを追加配設して安定化する方法である。この方法は、マトリックス材と安定化材料に良好な界面が得られる反面、工程数が多く、また真空チャンバー内での処理となるために極めて高コストになるという問題がある。
【０００６】
（２）内部Ａｇ複合安定化法は、Ｎｂ3Ａｌ前駆体線材中にマトリックス材との反応性の小さいＡｇを安定化材として組み込んでおく方法である。この方法は、Ａｇが急熱急冷処理時に融点を超過する温度に曝されるため、Ａｇが断線しないようにマトリックス材で支ておく必要があり、Ａｇ比をあまり多くすることができず、現実的には、Ａｇ比は０．４以下の割合で調整されている。これでは、超伝導線材の用途によっては十分な安定化効果が得られないという問題がある。またＡｇは高価であるため、コスト高となってしまっている。この方法において、安定化材として融点の高いＣｕを用いることも可能ではあるが、Ｃｕはマトリックス材と反応してしまうためにその対策が必要となるという問題が生じる。
【０００７】
そして、（３）外部Ｃｕ圧接複合化法は、急熱急冷処理を施して得たＮｂ3Ａｌ超伝導線材にＣｕテープを被せたのち、線材を丸から平角に加工することでＣｕとＮｂ（マトリックス材）の間にせん断変形を発生させ、マトリックス材とＣｕを圧接する方法（特開２０００−１１３７４８号）である。この方法は極めて安価な方法であり、また、せん断変形が大きい部分でマトリックス材とＣｕの界面に優れた接合が得られるという利点がある。しかしながら、この方法は安定化材としてのＣｕ比が０．３〜０．６程度に限定されてしまい、また優れた接合は全界面の６０％程度でしか得られず、安定化の面からは十分なものとはいえなかった。そして何よりも、この方法によると、超伝導線材は平角線として得られ、需要が最も多い丸線としては製造することができないという欠点がある。
【０００８】
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、比較的低コストであって、丸線および平角線のいずれをも製造可能であって、より超伝導特性を安定化することができるＮｂ3Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ3Ａｌ超伝導線材を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、以下の通りの発明を提供する。
【００１０】
すなわち、まず第１には、この出願の発明は、Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基希薄合金あるいはＴａ基希薄合金に複数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に、２０００℃近傍の温度範囲に２秒以内で急加熱し、４００℃以下の温度範囲に２０００℃／秒以上の速度で急冷する急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ａ）安定化材としてのＣｕまたはＡｇを被覆したのち、
（Ｂ）４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施し、
（Ｃ）次いで６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行うことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法を提供する。
【００１１】
そして、この出願の発明は、上記発明の方法において、第２には、工程（Ａ）の前あるいは後に、（Ｄ）断面減少率６０％以下の冷間加工を施すことを特徴とする製造方法を、第３には、工程（Ｂ）の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理は、安定化材としてＣｕを被覆した場合は３００℃以上で、Ａｇを被覆した場合は２８０℃以上で行うことを特徴とする製造方法を、第４には、工程（Ｂ）（Ｃ）に代えて、（ＢＣ）６８０〜８５０℃の温度範囲の４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で、１〜２００時間の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施すことを特徴とする製造方法を、 第５には、工程（Ａ）（Ｂ）に先立って、工程（Ｃ）を行うことを特徴とする製造方法を提供する。
【００１２】
さらにこの出願の発明は、第６には、Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基希薄合金あるいはＴａ基希薄合金に複数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に、２０００℃近傍の温度範囲に２秒以内で急加熱し、４００℃以下の温度範囲に２０００℃／秒以上の速度で急冷する急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ｃ）６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行ったのち、
（Ａ）安定化材としてのＡｌを被覆し、
（Ｂ）２３０〜５００℃の温度範囲、４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施すことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法を提供する。
【００１３】
加えてこの出願の発明は、第７には、上記いずれかの方法で製造されたことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材を提供する。
【００１４】
【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詳しく説明する。
【００１５】
この出願の発明が提供するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法は、急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ａ）安定化材としてのＣｕまたはＡｇを被覆したのち、
（Ｂ）４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施し、
（Ｃ）次いで６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行うことを特徴としている。
【００１６】
この出願の発明において、Ｎｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材は、フィラメント状のＮｂ／Ａｌ複合体芯材とマトリックス材からなる極細多芯構造を有する前駆体線材に対して、２０００℃近傍の温度範囲に２秒以内で急加熱し、４００℃以下の温度範囲に２０００℃／秒以上の速度で急冷する急熱急冷処理を施して得るようにしている。
【００１７】
前駆体線材におけるＮｂ／Ａｌ複合体芯材は、急熱急冷処理によりＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体、より好ましくはＮｂ−２１〜２８ａｔ％Ａｌ合金を形成するような組成であることが好ましい。この組成から外れると、得られる超伝導線材の特性が著しく劣化するために好ましくない。さらにこのＮｂ／Ａｌ複合体芯材は、Ｎｂ中に１μｍ以下の寸法のＡｌが均一に分散された構成であることが、得られる超伝導線材の特性が高くなるために望ましい。Ａｌの形状については、粒状、糸状、薄膜状等の任意の形状であってよく、この場合の寸法とは、上記形状における直径や厚さ等を示している。このようなＮｂ／Ａｌ複合体芯材は、たとえば、rod-in-tube法、clad-chip-extrusion法、jelly-roll法あるいはpowder-in-tube法などの各種の方法で作成することができる。
【００１８】
また、マトリックス材は、極細多芯構造の形成等のための冷間加工性に優れること、２０００℃近傍への急熱時に強度が保たれること、Ｎｂ3Ａｌ超伝導特性に影響を与えないこと等から、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｂ基希薄合金あるいはＴａ基希薄合金が選択されている。なお、この出願の発明において、希薄合金とは、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％以上の合金であることが好ましい例として示される。
【００１９】
そして上記の急熱急冷処理によって、Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材はＮｂ−２１〜２８ａｔ％Ａｌ合金フィラメント（Ｎｂ−Ａｌ過飽和固溶体）へと変化する。上記のとおり急加熱を行わないと、Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材とマトリックス材との間で拡散反応が起こるために好ましくない。また、上記のとおりの急冷を行わないと、Ｎｂ−Ａｌ過飽和固溶体が生成されず、Ｎｂ／Ａｌ化合物がフィラメント中に生成して線材が脆くなってしまうために好ましくない。なお、この出願の発明において、２０００℃近傍の温度とは、およそ１７００〜２１００℃程度、より限定的には１９００〜２１００℃程度程度の温度範囲とすることができる。
【００２０】
このようなＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して施す上記の工程（Ａ）〜（Ｃ）は、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を安定化し、また安定化材とマトリックス材との界面の接合を良好に形成するものである。
【００２１】
上記の工程（Ａ）においては、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材に安定化材としてのＣｕあるいはＡｇを被覆するようにしている。ここで安定化材の被覆の手段は特に制限されることはない。たとえば、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材にＣｕメッキあるいはＡｇメッキを施すようにしてもよいし、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を無酸素銅製のＣｕ管あるいは純銀のＡｇ管に挿入するようにしても良い。より具体的には、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材の端部までＣｕメッキあるいはＡｇメッキを施したり、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を完全にＣｕ管あるいはＡｇ管内に収めて管の両端をつぶした後真空中で溶接して大気（酸素）が内部に入らないようにすることが好ましい。ここで、安定化材の量は、超伝導線材の用途等に応じて広い範囲で設定することができる。たとえば、安定化材がＣｕの場合、Ｃｕ比が小さく０．１以下のものから、Ｃｕ比が大きく５０以上のものまで、任意に設定することができる。いずれにしろ、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材の全体が、所望の量の安定化材で覆われた線材の形態であることが重要である。ここで、後者の手法において真空中で溶接するのは、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材と安定化材の間に空気が無いほうが、次工程の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）においてＣｕ管あるいはＡｇ管が潰れて接合界面が良好になるためである。また、理由は定かではないものの、Ｃｕ管についてはタフピッチ銅のように酸素を含有するものでは良好な界面が得られらなかった。
【００２２】
工程（Ｂ）においては、４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上のＨＩＰ処理を施すことで、安定化材／マトリックス材の界面に良好な接合を得るようにしている。圧力が４０気圧未満であったり、時間が１０分未満であると、良好な安定化材／マトリックス材界面が得られないため好ましくない。また、処理温度については、安定化材としてＣｕを被覆した場合は３００℃以上で、Ａｇを被覆した場合は２８０℃以上で行うことが、良好な接合が実現できるために好ましい。
【００２３】
工程（Ｃ）においては、６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行うことで、Ｎｂ−２１〜２８ａｔ％Ａｌ合金フィラメントをＮｂ3Ａｌフィラメントへと変態させるようにしている。
【００２４】
これによって、安定化効果の高いＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材が製造される。たとえば、このＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材に絶縁皮膜を被せて曲げ等によりコイル状に巻き込めば、優れた超伝導特性を有するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導マグネットを得ることができる。なお、この絶縁被覆と所望の形状への加工は、工程（Ｂ）の前に行うことも可能である。
【００２５】
またこの出願の発明が提供するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法においては、工程（Ａ）の前あるいは後に、（Ｄ）断面減少率６０％以下の冷間加工を施すことを特徴としている。急熱急冷処理後のＮｂ3Ａｌ超伝導線材は、マトリックス材およびＮｂ−２１〜２８ａｔ％Ａｌ合金フィラメントともに、組成加工性に優れている。そのため、安定化材による被覆の前または後に、断面減少率６０％以下の軽度の冷間加工を施すことで、得られるＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の特性を向上させることができる。
【００２６】
さらに、この出願の発明が提供するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法においては、工程（Ｂ）（Ｃ）に代えて、工程（ＢＣ）６８０〜８５０℃の温度範囲の４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で、１〜２００時間の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施すことで、工程（Ｂ）および（Ｃ）を同時に行うようすることも可能とされる。
【００２７】
一方で、この出願の発明が提供するＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法においては、安定化材としてＡｌを用いることが可能とされる。ただし、Ａｌの融点（６６０℃）は、工程（Ｃ）における変態のための熱処理温度よりも低いので、Ｎｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材へのＡｌの配設は、工程（Ｃ）の後に行わなければならない。
【００２８】
そこで、安定化材としてＡｌを用いる場合には、急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ｃ）６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行ったのち、
（Ａ）安定化材としてのＡｌを被覆し、
（Ｂ）２３０〜５００℃の温度範囲、４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上のＨＩＰ処理を施すようにしている。
【００２９】
ここで、安定化材としてのＡｌの被覆には、上記のＣｕ、Ａｇの場合と同様に、Ｎｂ3Ａｌ伝導線材をＡｌ管で真空封入したり、Ａｌメッキ、Ａｌコンフォーム押出し加工等の手法を利用することができる。
【００３０】
また、ＨＩＰ処理の温度については、２３０℃未満では良好な接合界面が形成されず、５００℃を超えるとＡｌがマトリックス材と拡散反応して厚い中間化合物を形成してしまうために好ましくない。
【００３１】
これによっても、前記の方法と同様に、安定化特性に優れたＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材を得ることができる。また、Ａｌは素粒子の透過率が高いので、安定化材としてＡｌを用いたＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材は、高エネルギー物理学の研究に使用する超伝導マグネット等として極めて有用となる。
【００３２】
以上のこの出願の発明のＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法は、何よりも、安定化材とマトリックス材との界面の接合を極めて良好なものとすることができ、安定化特性に優れた超伝導線材を得ることができる。しかも、この方法は、簡便であって、従来の（１）Ｃｕイオンプレーティング法および（２）内部Ａｇ複合安定化法に比べて低コストである。そして、広い範囲で安定化材の量を設定することができ、また安定化材としてＡｌを用いることもできる。そしてこの出願の発明の方法は、従来の（３）外部Ｃｕ圧接複合化法に比べるとコスト高となるものの、得られる線材の安定化特性や用途の面では大幅に優れている。すなわち、この出願の発明の方法は、従来の超伝導線材の製造方法と比べて、全体として最も優れたものであるといえる。
【００３３】
以下に実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
ａｔ％で３:１となるような厚さのＮｂ箔とＡｌ箔を重ねてロール状に巻き込んで、押出し加工および伸線加工により線状に加工（jelly-roll法）し、所定長の線材に切断した。この線材を、１２０本束ねてＮｂパイプ中に詰め込み、押出し加工および伸線加工により、Ｎｂマトリックス中に１２０芯のＮｂ/Ａｌ複合体が埋め込まれた極細多芯線構造を有する長尺の前駆体線材を作成した。
【００３５】
この前駆体線材を、図１に示す急熱急冷装置を使って１ｍ/ｓの速度で移動させながら、通電加熱により０．１秒間で２０００℃まで加熱し、次いで、Ｇａ浴中を通過させることで急冷させた。ここで、この線材中のＮｂ/Ａｌ複合体がＮｂ−Ａｌ固溶体に変わっていることが確認された。
【００３６】
次いでこの線材に、銅比が（ａ）０．４および（ｂ）０．２となるようにＣｕメッキし、断面減少率５％程度の軽度の伸線加工を加えた。そして、アルゴン雰囲気下で、９００気圧、６００℃のＨＩＰ処理を１時間施した後、真空中、８００℃で１０時間の変態熱処理を行い、Ｎｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材を得た。
【００３７】
この超伝導線材について、４．２Ｋでの超伝導特性を調べ、その結果を図２に示した。また比較のために、ＨＩＰ処理を行わず、後は同様にして作成した超伝導線材についても調べ、あわせて図２に示した。
【００３８】
図２から、１７Ｔ以上の高磁場中で臨界電流密度Ｉｃが小さい場合には、ＨＩＰ処理の有無は臨界電流値に大きな影響は与えていないが、１６Ｔ以下の低磁場では臨界電流値が極めて大きくなるため、ＨＩＰ処理したほうが見かけの超伝導臨界電流密度が大きくなることがわかった。換言すると、この出願の発明の方法により作成した超伝導線材は、超伝導電流が多く流れている場合であっても、安定度が高いことが示された。
【００３９】
また、各超伝導線材を９０°に曲げ、その断面を観察したところ、ＨＩＰ処理した線材では界面が強固に接合しているのに対し、ＨＩＰ処理なしの線材ではＣｕとマトリックスが剥れていることが確認された。
【００４０】
このＨＩＰ処理した線材に絶縁被覆を施してソレノイド状に巻きこむことで、Ｎｂ3Ａｌ超伝導マグネットが作成できた。
（実施例２）
実施例１と同様に急熱急冷して得たＮｂ/Ｎｂ−２５ａｔ％Ａｌ線材に、無酸素銅のパイプを被せ、銅と線材が軽く接触する程度に伸線加工した後、線材の両端に余っている銅パイプを万力で挟んで潰した。この潰れた部分を真空中で溶接することで、長尺の銅パイプにＮｂ/Ｎｂ−２５ａｔ％Ａｌ線材を真空封入した。この線材に対して、アルゴン雰囲気下、９００気圧、６００℃のＨＩＰ処理を１時間施した後、真空中、８００℃で１０時間の変態熱処理を行い、Ｎｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材を得た。
【００４１】
この超伝導線材の断面を観察したところ、ＨＩＰ処理によって銅管は潰れ、Ｎｂ表面に強固に銅が接合されているのが確認された。
【００４２】
この超伝導線材と、ＨＩＰ処理を行わずに同様に作製した超伝導線材とについて、超伝導特性を調べたところ、図２と同様の傾向が見られ、ＨＩＰ処理が超伝導特性の安定化に有効であることが確認された。
（実施例３）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材にＣｕメッキをした後、その表面にアルミナ繊維を巻き込んで耐熱性の絶縁処理を施し、内径２０ｍｍ、外径３０ｍｍ、総ターン数１５０のソレノイド状コイルに巻き込んだ。このものに、９００気圧、８００℃のアルゴンガス雰囲気中で１０時間のＨＩＰ処理をしたところ、線材中のＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体がＮｂ3Ａｌ相に変態したことが確認された。また、その断面の観察から、ＮｂとＣｕの界面には強固な接合が形成されていることが確認された。
【００４３】
このコイルの臨界電流は、ショートサンプルの臨界電流とほぼ一致しており、安定化されたＮｂ3Ａｌ超伝導マグネットが実現できることが判明した。
【００４４】
また、このコイル線材の超伝導特性を調べたところ、実施例１の線材と同様に、安定性および超伝導特性ともに優れたものであることがわかった。このことから、ＨＩＰ処理による変態は、超伝導線材の本質的な超伝導特性には悪影響を及ぼすことなく、安定性を向上させていることがわかった。
（実施例４）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材を、ロール加工で潰すことで平角線にした。この平角線に銅メッキを施し、実施例１と同じ条件でＨＩＰ処理と変態熱処理を施して、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。この平角の超伝導線材の超伝導特性を調べたところ、実施例１の丸線と同様の超伝導特性を示すことが確認された。
【００４５】
このことから、この出願の発明の方法によると、丸線、平角線に関わらず、超伝導特性が安定化されることが確認された。
（実施例５）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材をＣｕメッキした後、種々の温度、圧力、時間条件でＨＩＰ処理し、次いで実施例１と同じ条件で変態熱処理することで、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００４６】
これらのＮｂ3Ａｌ超伝導線材についてＮｂ／Ｃｕ界面の接合状態を調べたところ、ＨＩＰ処理の温度が４５０℃未満の場合、圧力が４０気圧未満の場合、処理時間が１０分未満の場合に得られた線材について、良好な接合が得られていないことがわかった。
（実施例６）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材に、Ａｇ比が０．２となるようにＡｇメッキを全面に施し、断面減少率５％程度の軽度の伸線加工を加えた後、アルゴン雰囲気下、９００気圧で、６００℃のＨＩＰ処理を１時間施し、次いで真空中、８００℃で１０時間の変態熱処理を行って、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００４７】
この超伝導線材の超伝導特性を調べたところ、実施例１の（ｂ）Ｃｕ比０．２のものと同等の特性を示した。すなわち、超伝導線材の良好な安定化効果が得られることがわかった。
（実施例７）
実施例６と同様に、Ａｇ比０．２のＡｇメッキを施し、断面減少率５％程度の伸線加工を加えた線材に対して、種々の温度、圧力、時間条件でＨＩＰ処理し、次いで実施例６と同じ条件で変態熱処理することで、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００４８】
これらのＮｂ3Ａｌ超伝導線材についてＮｂ／Ａｇ界面の接合状態を調べたところ、ＨＩＰ処理の温度が２８０℃未満の場合、圧力が４０気圧未満の場合、処理時間が１０分未満の場合に得られた線材について、良好な接合が得られていないことがわかった。また、これらの線材を９０°に曲げたところ、良好な接合が得られていない線材については界面剥離が観察された。
（実施例８）
実施例１と同様に急熱急冷して得た線材に、真空中、８００℃で１０時間の変態熱処理を行った後、Ａｌ管を被せて軽度の伸線加工を施し、Ａｌ管の端部を万力で潰して真空中で溶接することで、長尺Ａｌ管に封入された線材を作製した。次いで、この線材を９００気圧、４００℃のアルゴンガス中でＨＩＰ処理して、Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００４９】
得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材のＡｌ／Ｎｂ界面を観察したところ、顕著な拡散層は形成されておらず、良好であった。
【００５０】
また、この線材と、ＨＩＰ処理していない線材について、臨界電流値が大きくなる条件で超伝導特性を比較したところ、ＨＩＰ処理をしたこの線材のほうが見かけの臨界電流値が高く、安定性が向上されていることがわかった。
（比較例１）
実施例８と同様の方法で作製したＡｌ管封入Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を、９００気圧、５５０℃のアルゴンガス中で３０分間ＨＩＰ処理してＮｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００５１】
この超伝導線材の断面を観察したところ、ＮｂマトリックスとＡｌの境界に厚さ２０μｍ程度のＮｂＡｌ3化合物が生成していた。これは安定化材としてＡｌを用いた場合の、ＨＩＰ処理温度が高すぎたためであると考えられる。また、超伝導特性を調べたところ、このＮｂＡｌ3化合物がＡｌとマトリックス間の電気抵抗および熱抵抗を高め、実施例８の場合に比べて安定化度が低下していた。
（比較例２）
実施例８と同様の方法で作製したＡｌ管封入Ｎｂ3Ａｌ超伝導線材を、９００気圧、２００℃のアルゴンガス中で３時間ＨＩＰ処理してＮｂ3Ａｌ超伝導線材を得た。
【００５２】
この超伝導線材の断面を観察したところ、ＨＩＰ処理の温度が低すぎたためか、ＮｂマトリックスとＡｌの良好な界面接合は形成されていなかった。また、超伝導特性を調べたところ、実施例８の場合に比べて安定化度が低下していた。
【００５３】
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。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、比較的低コストであって、丸線および平角線のいずれをも製造可能であって、より超伝導特性を安定化することができるＮｂ3Ａｌ超伝導線材の製造方法とその方法により得られるＮｂ3Ａｌ超伝導線材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明のＮｂ3Ａｌ超伝導線材の製造のために用いた急熱急冷装置を例示した概念図である。
【図２】安定化材としてのＣｕ比を（ａ）０．４および（ｂ）０．２としたＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の４．２Ｋにおける超伝導特性を調べた結果を例示した図であって、マーカーの黒印はＨＩＰ処理を行なった場合、白抜き印はＨＩＰ処理を行わなかった場合について示している。
Claims (7)
- Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基希薄合金あるいはＴａ基希薄合金に複数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に、２０００℃近傍の温度範囲に２秒以内で急加熱し、４００℃以下の温度範囲に２０００℃／秒以上の速度で急冷する急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ａ）安定化材としてのＣｕまたはＡｇを被覆したのち、
（Ｂ）４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施し、
（Ｃ）次いで６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行うことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。 - 工程（Ａ）の前あるいは後に、
（Ｄ）断面減少率６０％以下の冷間加工を施すことを特徴とする請求項１記載のＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。 - 工程（Ｂ）の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理は、安定化材としてＣｕを被覆した場合は３００℃以上で、Ａｇを被覆した場合は２８０℃以上で行うことを特徴とする請求項１または２記載のＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。
- 工程（Ｂ）（Ｃ）に代えて、
（ＢＣ）６８０〜８５０℃の温度範囲の４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で、１〜２００時間の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施すことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。 - 工程（Ａ）（Ｂ）に先立って、工程（Ｃ）を行うことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。
- Ｎｂ／Ａｌ複合体芯材を、マトリックス材としてのＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ基希薄合金あるいはＴａ基希薄合金に複数本埋め込んだ極細多芯構造を有する前駆体線材に、２０００℃近傍の温度範囲に２秒以内で急加熱し、４００℃以下の温度範囲に２０００℃／秒以上の速度で急冷する急熱急冷処理を施して得られたＮｂ3Ａｌ超伝導線材に対して、
（Ｃ）６８０〜８５０℃の温度範囲で１〜２００時間の熱処理を行ったのち、
（Ａ）安定化材としてのＡｌを被覆し、
（Ｂ）２３０〜５００℃の温度範囲、４０気圧以上の圧力の不活性ガス雰囲気下で１０分以上の熱間等方圧成形（ＨＩＰ）処理を施すことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材の製造方法。 - 請求項１ないし６いずれかの方法で製造されたことを特徴とするＮｂ3Ａｌ極細多芯超伝導線材。
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