JP4045082B2 - 超電導線材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導線材に関する技術分野に属し、特には、ＮＭＲ（核磁気共鳴）装置、物性実験用、ライフサイエンス分野、核融合、加速器等に用いられる高磁場マグネット、高磁気力が印加されるマグネットの構成素材として使用されるＮｂ3 Ｓｎ系の超電導線材に関する技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導物質によって実現される超電導現象を利用して、電力を消費せずに電流を流し、コイル状に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。このような超電導マグネットには、超電導物質として主にＮｂＴｉ、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材が用いられている。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ている。
【０００３】
ＮｂＴｉ超電導線材は、フィラメント状のＮｂＴｉ極細線がＣｕ（銅又は銅合金）線中に埋め込まれた状態のものである。Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、Ｎｂは延靱性に優れるがＮｂ3 Ｓｎは延靱性が悪いことから、フィラメント状のＮｂ極細線がＳｎ含有銅合金線中に埋め込まれた状態のものをマグネットに巻線する等の加工をした後、熱処理をしてＮｂ3 Ｓｎ反応層を形成させるというプロセスにより得られるものであり、換言すれば、フィラメント状のＮｂ3 Ｓｎ極細線又はＮｂ3 Ｓｎ層を有するＮｂ極細線がＣｕ又はＣｕ合金中に存在するものである。
【０００４】
上記Ｃｕ又はＣｕ合金中のフィラメント状のものは超電導体フィラメントといわれ、Ｃｕは超電導を安定化するための安定化材といわれる。Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材に関し、Ｎｂ極細線がＳｎ含有銅合金線中に埋め込まれた状態で、熱処理前のもの、即ち、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層が形成されていない状態のものは、Ｎｂ3 Ｓｎとしての超電導性を有していないので、厳密には超電導線材用の素材等というべきかもしれないが、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層の形成後にはＮｂ3 Ｓｎとしての超電導性を有するものとなることから、超電導線材といわれる。
【０００５】
Ｎｂ3 Ｓｎ超電導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加される。このため、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超電導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超電導線材の高強度化が要求されている。そこで、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の高強度化が検討されており、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の補強法として下記のようなものが提案されている。
【０００６】
▲１▼ 特開平3-171514号公報では、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材内にＴａ又はＴａ合金を補強材として挿入し、補強する方法が記載され提案されている。
▲２▼ 特開平10-255563 号公報では、上記補強材のＴａ及びＴａ合金の結晶粒径を規定している。
▲３▼ 特開平2-213008号公報では、内部拡散法のＮｂ3 Ｓｎ線材に対して、ステンレス鋼、ハステロイ、Ｗ、Ｔａ、ＮｂＴｉ等による補強を行っている。
▲４▼ 特開平7-310144号公報では、外部補強材、支持材に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼の組成を規定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来技術▲１▼〜▲４▼には次のような問題点がある。
【０００８】
従来技術▲１▼及び▲２▼では、Ｔａの材料費が高く、線材のコスト高につながっていた。また、Ｔａの産出量が限られているため、その供給が不安定で生産スケジュールの遅延をもたらしていた。
【０００９】
従来技術▲３▼では、補強材としてステンレス鋼をそのまま挿入した場合には、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を形成させるための高温長時間の熱処理の際に、この熱処理によってステンレス鋼内の磁性元素がＮｂ3 Ｓｎ反応層あるいは更にＣｕ部へ拡散してＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の超電導特性を損なうという問題があつた。
【００１０】
従来技術▲４▼では、補強材に用いるステンレス鋼の組成を規定しているが、前提としている補強方法はＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の外部にケーシングするといった方法であるので、超電導線材製造の工程が複雑化し、余分な工程が増えるといった問題があった。また、ハンダ等のバインダーを用いるため、非超電導部が増え、コイル電流密度も低くなる。
【００１１】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記従来技術▲１▼〜▲４▼でのような問題点を生じることなく、超電導線材の補強をすることができ、高強度化が可能な技術を提供しようとするものである。即ち、補強材として鉄基合金を用いた超電導線材であって、従来技術▲３▼での如き問題点が生じず、熱処理時の鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下が生じ難い超電導線材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】
上記の目的を達成するために、本発明に係る超電導線材は、請求項１記載の超電導線材としており、それは次のような構成としたものである。
【００１３】
即ち、請求項１記載の超電導線材は、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複合多芯化されてなるＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と、鉄基合金部とを有する超電導線材であって、前記鉄基合金部は超電導線材の中心部に配置され、前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部は前記鉄基合金部の周囲に配置されており、前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と前記鉄基合金部との間に、元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなると共に厚みが３〜５０μ m であり、前記鉄基合金部内の磁性元素の前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部への拡散を防止するバリア層が配置されていることを特徴とする超電導線材である（第１発明）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のようにして実施する。
Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（線状体）を多数準備する。一方、補強材として鉄基合金（棒状体）を準備し、この棒状体の周囲に元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなる薄いシートを巻きつける。そして、この棒状体の周りにＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（線状体）を多数配置する。さらに、これをバリア用の薄いシートで巻いた後、Ｃｕ管中に挿入し、これを減面加工する。そうすると、本発明に係る超電導線材が得られる。
【００１６】
尚、上記超電導線材において、棒状体の周りに多数配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（線状体）の集合体の部分がＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部に相当し、鉄基合金（棒状体）の部分が鉄基合金部（補強部）に相当し、鉄基合金（棒状体）の周囲に巻きつけられたシートがＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と鉄基合金部との間に配置されたバリア層に相当する。
【００１７】
上記超電導線材は、減面加工により所定の形状寸法となった後、熱処理をしてＮｂ3 Ｓｎ又は（Ｎｂ，Ｔｉ）3 Ｓｎあるいは（Ｎｂ，Ｔａ）3 Ｓｎ等のＮｂ3 Ｓｎ系の反応層を形成させる。そうすると、超電導性を有するＮｂ3 Ｓｎ系の超電導線材となる。
【００１８】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００１９】
本発明に係る超電導線材は、前述の如く、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複合多芯化されてなるＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と、鉄基合金部とを有する超電導線材であって、前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と前記鉄基合金部との間に元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなるバリア層が配置されている。
【００２０】
上記超電導線材は鉄基合金部が補強部となり、この鉄基合金部（補強部）によって補強をすることができる。この鉄基合金はＴａ等に比較して極めて材料費が安いので、線材のコストを低くすることができる。
【００２１】
上記超電導線材においては、上記のように鉄基合金部が補強部となり、これよりわかる如く、補強材として鉄基合金を用いていることになるが、この鉄基合金部（補強部）とＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部との間に元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなるバリア層が配置されているので、Ｎｂ3 Ｓｎ系の反応層を形成させるための熱処理の際に、鉄基合金内の磁性元素の拡散を防ぐことができる。即ち、上記４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属およびそれをベースとする合金は、鉄基合金内の磁性元素がＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部に向けて拡散しようとする際に、それを防止するバリアとしての機能を発揮する。このため、鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下が生じ難い。
【００２２】
このように、本発明に係る超電導線材は、補強材として鉄基合金を用いているが、熱処理時の鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下が生じ難い。換言すれば、前記従来技術▲１▼〜▲４▼でのような問題点を生じることなく、超電導線材の補強をすることができる。
【００２３】
前記元素周期表の４Ａ族の金属としてはＴｉ、やＺｒ等、５Ａ族の金属としてはＮｂ、Ｔａ、Ｖ等、６Ａ族の金属としてはＭｏ等がある。これらの金属及びその合金の中、Ｔｉ、Ｔａは特に高磁場での臨界電流値の点で優れているので、この点からは主にＴｉ、Ｔａを用いることが望ましい。
【００２４】
前記バリア層の厚みは３〜５０μm とすることが望ましい。その理由を以下説明する。前記バリア層の厚みが３μm 以上の場合には鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下を確実に防止することができるが、前記バリア層の厚みが３μm よりも薄い場合、減面加工（伸線加工等）の途中で施される焼鈍熱処理やＮｂ3 Ｓｎ系反応層の形成のための熱処理の際に鉄基合金内のＣｒ等の磁性元素の拡散を完全には防止することができず、バリア層を拡散して通過し、Ｎｂ3 Ｓｎ系反応層の超電導性を損なうことがあり、また、減面加工の途中でバリア層が破損してバリア層の機能が低下することがある。また、前記バリア層の厚みが５０μm よりも厚い場合、超電導線材に占めるバリア層の断面積が大きくなり、超電導線材の断面積当たりの臨界電流密度が低下する。このような理由により、前記バリア層の厚みは３〜５０μm とすることが望ましい。尚、前記バリア層の厚みは、Ｎｂ3 Ｓｎ系の超電導線材が減面加工により所定の形状寸法となった後でのバリア層の厚み、即ち、Ｎｂ3 Ｓｎ系の反応層を形成させるための熱処理の前のＮｂ3 Ｓｎ系の超電導線材のバリア層の厚みである。
【００２５】
本発明において、Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部とは、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたもののことである。Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部とは、Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複合多芯化されてなるもの、即ち、Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複数個集まったもののことである。
【００２６】
Ｓｎを含有するＣｕ基合金材は、Ｃｕをベースとする合金であってＳｎを必ず含有するものである。このＣｕ基合金材としては、Ｓｎの他に、例えばＴｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｍｇの１種以上を含むＣｕ基合金を用いることができる。即ち、このＣｕ基合金材としては、Ｃｕ−Ｓｎ合金（合金元素としてＳｎのみを含有するＣｕ基合金）の他に、例えばＣｕ−Ｓｎ−Ｔｉ合金（合金元素としてＳｎ及びＴｉを含有するＣｕ基合金）等を用いることができる。一方、フィラメントを構成するＮｂ合金としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の１種以上を含むＮｂ合金、例えば、Ｎｂ−Ｔａ合金（合金元素としてＴａを含有するＮｂ合金）やＮｂ−Ｔｉ合金等を用いることができる。
【００２７】
上記Ｃｕ基合金材とフィラメントを構成するＮｂまたはＮｂ合金との組み合わせによって、熱処理で形成されるＮｂ3 Ｓｎ系反応層は異なる。Ｃｕ基合金材としてＣｕ−Ｓｎ合金を用い、フィラメントとしてＮｂを用いた場合、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層が形成される。Ｃｕ基合金材としてＣｕ−Ｓｎ−Ｔｉ合金を用い、フィラメントとしてＮｂを用いた場合、（Ｎｂ，Ｔｉ）3 Ｓｎ反応層が形成される。Ｃｕ基合金材としてＣｕ−Ｓｎ合金材を用い、フィラメントとしてＮｂ−Ｔａ合金を用いた場合、（Ｎｂ，Ｔａ）3 Ｓｎ反応層が形成される。これらのＮｂ3 Ｓｎ系反応層はいずれも超電導性を有する物質である。
【００２８】
Ｎｂ3 Ｓｎ系反応層には、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層の他に、（Ｎｂ，Ｔｉ）3 Ｓｎ反応層、（Ｎｂ，Ｔａ）3 Ｓｎ反応層等があり、いずれもＮｂ及びＳｎを含む超電導性物質である。
【００２９】
本発明に係る超電導線材においては、熱処理によって上記のようなＮｂ3 Ｓｎ系反応層が形成される。
【００３０】
本発明において、超電導線材の形状は限定されず、丸線、平角線のもの等を用いることができる。
【００３１】
補強材（鉄基合金）は超電導線材の中心部に配置することができる。
【００３２】
【実施例】
〔実施例１、比較例１および２〕
外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導体を作製し、その性能評価試験を行った。この詳細を以下説明する。
【００３３】
▲１▼ 実施例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の作製：
直径６０ｍｍの丸棒状のＣｕ−１４質量％Ｓｎ合金材の中心とその周囲（６個所）に直径１１．３ｍｍの孔を合計で７個所空け、これらの孔にそれぞれＮｂ棒を挿入し、押し出しビレットを作製した。
【００３４】
このビレットを押し出し加工により直径２０ｍｍの棒状体とし、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、これを所定の長さに切断した。このようにして、Ｃｕ−１４質量％Ｓｎ合金材中にＮｂよりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（六角線材）を多数準備した。
【００３５】
一方、補強材の鉄基合金として直径１０．５ｍｍの丸棒状のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を準備し、この丸棒の周囲に厚み０．２ｍｍのＮｂシートを２層巻きつけた。
【００３６】
次に、この丸棒の周りに前記六角線材（Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部）を５８２本配置した。このようにして得られた複合体の周囲を厚み０．２ｍｍのＮｂシート２層で巻き、これらを内径４７ｍｍ、外径６０ｍｍのＣｕ管中に挿入し、多芯押し出しビレットとした。この多芯押し出しビレットの断面構造を模式的に図１に示す。なお、図１において、符号の１は補強材（丸棒状ステンレス鋼）、２は補強材１の周囲に巻きつけられたＮｂシート、３は六角線材（Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部）、４はＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部３が複合多芯化されてなるＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部、５はＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部４の周囲に巻きつけられたＮｂシート、６はＣｕ管、７はこれらよりなる多芯押し出しビレットを示すものである。
【００３７】
この多芯押し出しビレットを押し出し加工により直径２０ｍｍの棒状体とし、これを引き抜き加工により伸線し、厚み１．００ｍｍ、幅１．７７ｍｍの平角線材を製作した。このとき、伸線途中、適宜焼鈍熱処理を行った。このようにして、本発明の実施例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を得た。
【００３８】
上記平角線材を６７０℃で１００時間加熱の条件で熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を生成させた。
【００３９】
▲２▼ 比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の作製：
補強材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）に代えてＴａを用いた。この点を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により、同様の寸法の比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材（平角線材）を得、これを同様の条件で熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を生成させた。
【００４０】
▲３▼ 比較例２に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の作製：
前記実施例１の場合には丸棒状ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）の周囲にＮｂシートを巻きつけたが、比較例２の場合にはＮｂシートを巻きつけなかった。この点を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により、同様の寸法の比較例２に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材（平角線材）を得、これを同様の条件で熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を生成させた。
【００４１】
▲４▼ Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の性能評価試験およびその結果：
前記熱処理によるＮｂ3 Ｓｎ反応層生成後のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材について、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ、磁場１２Ｔ）での臨界電流の測定および機械的特性（強度、０．２％耐力）の測定を行った。その結果を表１に示す。
【００４２】
表１からわかる如く、比較例２に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は、比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材と同様に強度および０．２％耐力が高くて機械的特性に優れているが、比較例１の場合よりも臨界電流が極めて小さく、また、ｎ値も極めて小さい。
【００４３】
本発明の実施例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は、臨界電流およびｎ値が比較例２の場合よりも大きく、比較例１の場合と同様に優れており、また、比較例１の場合と同様に強度および０．２％耐力が高くて機械的特性に優れている。
【００４４】
なお、比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は、強度および０．２％耐力が高くて機械的特性に優れ、また、臨界電流およびｎ値が大きくて超電導特性に優れているものの、補強材としてＴａを用いているので、コストが増大し、経済性の悪化を招来するという欠点がある。
【００４５】
本発明の実施例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は、このような経済性の悪化を招来することなく、比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材と同等もしくはそれ以上に優れた機械的特性および超電導特性を有することができる。これは、本発明の有効性を実証するものである。
【００４６】
本発明の実施例１の場合、補強材の鉄基合金としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用いたが、このステンレス鋼に代えて他の鉄基合金を用いた場合も同様の効果が得られる。また、本発明の実施例１の場合、丸棒状ステンレス鋼の周囲にＮｂシートを巻きつけたが、このＮｂシートに代えて他の元素周期表５Ａ族の金属（Ｔａ、Ｖ等）を用いた場合も、４Ａ族の金属（Ｔｉ等）、６Ａ族の金属（Ｍｏ等）を用いた場合も、ほぼ同様の効果が得られる。また、これらの金属をベースとする合金、例えばＮｂ−Ｔａ合金を用いた場合も、ほぼ同様の効果が得られる。また、これらの金属とＣｒやＣｕ等との積層状のものを用いた場合も、ほぼ同様の効果が得られる。
【００４７】
本発明の実施例１、比較例１および２の場合、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を形成させたが、これに代えて（Ｎｂ，Ｔｉ）3 Ｓｎ反応層や、（Ｎｂ，Ｔａ）3 Ｓｎ反応層を形成させた場合も、前記実施例１、比較例１および２の場合と同様の傾向の結果が得られる。また、前記実施例１、比較例１および２の場合、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導体としたが、これに代えて内部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導体とした場合も、同様の傾向の結果が得られる。
【００４８】
また、本発明の実施例１、比較例１および２の場合、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ系超電導体を作製し、その性能評価試験を行ったが、内部安定型のＮｂ3 Ｓｎ系超電導体とした場合も、その本発明例のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は前記比較例１に対応する比較例のもの（補強材：Ｔａ）と同等もしくはそれ以上に優れた機械的特性および超電導特性を有することができる。
【００４９】
〔実施例２〕
補強材とＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部との間に配置されるＮｂよりなるバリア層の厚みをパラメータとして変化させた外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導体を作製し、その性能評価試験を行い、バリア層の厚みの影響を調査した。この詳細を以下説明する。
【００５０】
直径６０ｍｍの丸棒状のＣｕ−１４質量％Ｓｎ合金材の中心とその周囲（６個所）に直径１１．３ｍｍの孔を合計で７個所空け、これらの孔にそれぞれＮｂ棒を挿入し、押し出しビレットを作製した。
【００５１】
このビレットを押し出し加工により直径２０ｍｍの棒状体とし、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、これを所定の長さに切断した。このようにして、Ｃｕ−１４質量％Ｓｎ合金材中にＮｂよりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（六角線材）を多数準備した。
【００５２】
一方、補強材の鉄基合金として直径１０．５ｍｍの丸棒状のＳＵＳ３１６Ｌ材を準備し、この丸棒の周囲に厚み０．１ｍｍのＮｂシートを１層巻きつけた。また、これと同様の丸棒の周囲に厚み０．２ｍｍのＮｂシートを１層、３層、５層、１０層あるいは２０層巻きつけた。
【００５３】
次に、この丸棒の周りに、前記六角線材（Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部）を配置した。このようにして得られた複合体の周囲を厚み０．２ｍｍのＮｂシート２層で巻き、これらを内径４７ｍｍ、外径６０ｍｍのＣｕ管中に挿入し、多芯押し出しビレットとした。この多芯押し出しビレットの断面構造を模式的に図１に示す。
【００５４】
この多芯押し出しビレットを押し出し加工により直径２０ｍｍの棒状体とし、これを引き抜き加工により伸線し、厚み１．００ｍｍ、幅１．７７ｍｍの平角線材を製作した。このとき、伸線途中、適宜焼鈍熱処理を行った。このようにして、本発明の実施例２に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を得た。
【００５５】
上記平角線材を６７０℃で１００時間加熱の条件で熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を生成させた。
【００５６】
前記Ｎｂ3 Ｓｎ反応層生成後のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材について、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ、磁場１２Ｔ）での臨界電流の測定および機械的特性（強度、０．２％耐力）の測定を行った。また、電子顕微鏡による断面観察を行い、補強材（ＳＵＳ３１６Ｌ材）の周囲に配置されたＮｂよりなるバリア層の厚みを計測した。これらの結果を表２に示す。
【００５７】
表２からわかる如く、バリア層の厚みが３．６μm 、１０．２μm 、１６．４μm 、３３．８μm の場合（符号Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）は、臨界電流が大きいが、これに対し、バリア層の厚みが１．５μm の場合（Ａ）及び６２．４μm の場合（Ｆ）は、臨界電流が低くなっている。これは、バリア層の厚みは３〜５０μm とすることが望ましいことを実証するものである。
【００５８】
バリア層の厚みが６２．４μm の場合の如く厚みが大きくなると臨界電流が低くなる。これは、バリア層の部分が非超電導であり、この部分の断面面積比が増大するためである。
【００５９】
表２からわかる如く、バリア層の厚みが６２．４μm の場合の如く厚みが大きくなると超電導線材の強度が高くなっている。これは、バリア層が強度メンバーとして作用するからである。即ち、Ｎｂ等の体心立方の結晶構造をとる金属は一般に低温で強度が急激に高くなり、このような性質を有するＮｂをバリア層に使用しているので、それの断面面積比が増大すると強度メンバーとして作用し、超電導線材の強度が高くなるためである。
【００６０】
【表１】
【００６１】
【表２】
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る超電導線材によれば、補強材として鉄基合金を用いているが、熱処理時の鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下が生じ難くなる。即ち、鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下を招くことなく、超電導線材の補強をすることができ、高強度化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に係る多芯押し出しビレットの断面構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１--補強材、２--Ｎｂシート、３--六角線材（Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部）、
４--Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部、５--Ｎｂシート、６--Ｃｕ管、
７--多芯押し出しビレット。
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導線材に関する技術分野に属し、特には、ＮＭＲ（核磁気共鳴）装置、物性実験用、ライフサイエンス分野、核融合、加速器等に用いられる高磁場マグネット、高磁気力が印加されるマグネットの構成素材として使用されるＮｂ3 Ｓｎ系の超電導線材に関する技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導物質によって実現される超電導現象を利用して、電力を消費せずに電流を流し、コイル状に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。このような超電導マグネットには、超電導物質として主にＮｂＴｉ、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材が用いられている。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ている。
【０００３】
ＮｂＴｉ超電導線材は、フィラメント状のＮｂＴｉ極細線がＣｕ（銅又は銅合金）線中に埋め込まれた状態のものである。Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、Ｎｂは延靱性に優れるがＮｂ3 Ｓｎは延靱性が悪いことから、フィラメント状のＮｂ極細線がＳｎ含有銅合金線中に埋め込まれた状態のものをマグネットに巻線する等の加工をした後、熱処理をしてＮｂ3 Ｓｎ反応層を形成させるというプロセスにより得られるものであり、換言すれば、フィラメント状のＮｂ3 Ｓｎ極細線又はＮｂ3 Ｓｎ層を有するＮｂ極細線がＣｕ又はＣｕ合金中に存在するものである。
【０００４】
上記Ｃｕ又はＣｕ合金中のフィラメント状のものは超電導体フィラメントといわれ、Ｃｕは超電導を安定化するための安定化材といわれる。Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材に関し、Ｎｂ極細線がＳｎ含有銅合金線中に埋め込まれた状態で、熱処理前のもの、即ち、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層が形成されていない状態のものは、Ｎｂ3 Ｓｎとしての超電導性を有していないので、厳密には超電導線材用の素材等というべきかもしれないが、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層の形成後にはＮｂ3 Ｓｎとしての超電導性を有するものとなることから、超電導線材といわれる。
【０００５】
Ｎｂ3 Ｓｎ超電導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加される。このため、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超電導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超電導線材の高強度化が要求されている。そこで、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の高強度化が検討されており、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の補強法として下記のようなものが提案されている。
【０００６】
▲１▼ 特開平3-171514号公報では、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材内にＴａ又はＴａ合金を補強材として挿入し、補強する方法が記載され提案されている。
▲２▼ 特開平10-255563 号公報では、上記補強材のＴａ及びＴａ合金の結晶粒径を規定している。
▲３▼ 特開平2-213008号公報では、内部拡散法のＮｂ3 Ｓｎ線材に対して、ステンレス鋼、ハステロイ、Ｗ、Ｔａ、ＮｂＴｉ等による補強を行っている。
▲４▼ 特開平7-310144号公報では、外部補強材、支持材に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼の組成を規定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来技術▲１▼〜▲４▼には次のような問題点がある。
【０００８】
従来技術▲１▼及び▲２▼では、Ｔａの材料費が高く、線材のコスト高につながっていた。また、Ｔａの産出量が限られているため、その供給が不安定で生産スケジュールの遅延をもたらしていた。
【０００９】
従来技術▲３▼では、補強材としてステンレス鋼をそのまま挿入した場合には、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を形成させるための高温長時間の熱処理の際に、この熱処理によってステンレス鋼内の磁性元素がＮｂ3 Ｓｎ反応層あるいは更にＣｕ部へ拡散してＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の超電導特性を損なうという問題があつた。
【００１０】
従来技術▲４▼では、補強材に用いるステンレス鋼の組成を規定しているが、前提としている補強方法はＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の外部にケーシングするといった方法であるので、超電導線材製造の工程が複雑化し、余分な工程が増えるといった問題があった。また、ハンダ等のバインダーを用いるため、非超電導部が増え、コイル電流密度も低くなる。
【００１１】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記従来技術▲１▼〜▲４▼でのような問題点を生じることなく、超電導線材の補強をすることができ、高強度化が可能な技術を提供しようとするものである。即ち、補強材として鉄基合金を用いた超電導線材であって、従来技術▲３▼での如き問題点が生じず、熱処理時の鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下が生じ難い超電導線材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】
上記の目的を達成するために、本発明に係る超電導線材は、請求項１記載の超電導線材としており、それは次のような構成としたものである。
【００１３】
即ち、請求項１記載の超電導線材は、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複合多芯化されてなるＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と、鉄基合金部とを有する超電導線材であって、前記鉄基合金部は超電導線材の中心部に配置され、前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部は前記鉄基合金部の周囲に配置されており、前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と前記鉄基合金部との間に、元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなると共に厚みが３〜５０μ m であり、前記鉄基合金部内の磁性元素の前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部への拡散を防止するバリア層が配置されていることを特徴とする超電導線材である（第１発明）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のようにして実施する。
Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（線状体）を多数準備する。一方、補強材として鉄基合金（棒状体）を準備し、この棒状体の周囲に元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなる薄いシートを巻きつける。そして、この棒状体の周りにＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（線状体）を多数配置する。さらに、これをバリア用の薄いシートで巻いた後、Ｃｕ管中に挿入し、これを減面加工する。そうすると、本発明に係る超電導線材が得られる。
【００１６】
尚、上記超電導線材において、棒状体の周りに多数配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（線状体）の集合体の部分がＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部に相当し、鉄基合金（棒状体）の部分が鉄基合金部（補強部）に相当し、鉄基合金（棒状体）の周囲に巻きつけられたシートがＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と鉄基合金部との間に配置されたバリア層に相当する。
【００１７】
上記超電導線材は、減面加工により所定の形状寸法となった後、熱処理をしてＮｂ3 Ｓｎ又は（Ｎｂ，Ｔｉ）3 Ｓｎあるいは（Ｎｂ，Ｔａ）3 Ｓｎ等のＮｂ3 Ｓｎ系の反応層を形成させる。そうすると、超電導性を有するＮｂ3 Ｓｎ系の超電導線材となる。
【００１８】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明について主にその作用効果を説明する。
【００１９】
本発明に係る超電導線材は、前述の如く、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複合多芯化されてなるＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と、鉄基合金部とを有する超電導線材であって、前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と前記鉄基合金部との間に元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなるバリア層が配置されている。
【００２０】
上記超電導線材は鉄基合金部が補強部となり、この鉄基合金部（補強部）によって補強をすることができる。この鉄基合金はＴａ等に比較して極めて材料費が安いので、線材のコストを低くすることができる。
【００２１】
上記超電導線材においては、上記のように鉄基合金部が補強部となり、これよりわかる如く、補強材として鉄基合金を用いていることになるが、この鉄基合金部（補強部）とＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部との間に元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなるバリア層が配置されているので、Ｎｂ3 Ｓｎ系の反応層を形成させるための熱処理の際に、鉄基合金内の磁性元素の拡散を防ぐことができる。即ち、上記４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属およびそれをベースとする合金は、鉄基合金内の磁性元素がＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部に向けて拡散しようとする際に、それを防止するバリアとしての機能を発揮する。このため、鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下が生じ難い。
【００２２】
このように、本発明に係る超電導線材は、補強材として鉄基合金を用いているが、熱処理時の鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下が生じ難い。換言すれば、前記従来技術▲１▼〜▲４▼でのような問題点を生じることなく、超電導線材の補強をすることができる。
【００２３】
前記元素周期表の４Ａ族の金属としてはＴｉ、やＺｒ等、５Ａ族の金属としてはＮｂ、Ｔａ、Ｖ等、６Ａ族の金属としてはＭｏ等がある。これらの金属及びその合金の中、Ｔｉ、Ｔａは特に高磁場での臨界電流値の点で優れているので、この点からは主にＴｉ、Ｔａを用いることが望ましい。
【００２４】
前記バリア層の厚みは３〜５０μm とすることが望ましい。その理由を以下説明する。前記バリア層の厚みが３μm 以上の場合には鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下を確実に防止することができるが、前記バリア層の厚みが３μm よりも薄い場合、減面加工（伸線加工等）の途中で施される焼鈍熱処理やＮｂ3 Ｓｎ系反応層の形成のための熱処理の際に鉄基合金内のＣｒ等の磁性元素の拡散を完全には防止することができず、バリア層を拡散して通過し、Ｎｂ3 Ｓｎ系反応層の超電導性を損なうことがあり、また、減面加工の途中でバリア層が破損してバリア層の機能が低下することがある。また、前記バリア層の厚みが５０μm よりも厚い場合、超電導線材に占めるバリア層の断面積が大きくなり、超電導線材の断面積当たりの臨界電流密度が低下する。このような理由により、前記バリア層の厚みは３〜５０μm とすることが望ましい。尚、前記バリア層の厚みは、Ｎｂ3 Ｓｎ系の超電導線材が減面加工により所定の形状寸法となった後でのバリア層の厚み、即ち、Ｎｂ3 Ｓｎ系の反応層を形成させるための熱処理の前のＮｂ3 Ｓｎ系の超電導線材のバリア層の厚みである。
【００２５】
本発明において、Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部とは、Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたもののことである。Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部とは、Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複合多芯化されてなるもの、即ち、Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複数個集まったもののことである。
【００２６】
Ｓｎを含有するＣｕ基合金材は、Ｃｕをベースとする合金であってＳｎを必ず含有するものである。このＣｕ基合金材としては、Ｓｎの他に、例えばＴｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｍｇの１種以上を含むＣｕ基合金を用いることができる。即ち、このＣｕ基合金材としては、Ｃｕ−Ｓｎ合金（合金元素としてＳｎのみを含有するＣｕ基合金）の他に、例えばＣｕ−Ｓｎ−Ｔｉ合金（合金元素としてＳｎ及びＴｉを含有するＣｕ基合金）等を用いることができる。一方、フィラメントを構成するＮｂ合金としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の１種以上を含むＮｂ合金、例えば、Ｎｂ−Ｔａ合金（合金元素としてＴａを含有するＮｂ合金）やＮｂ−Ｔｉ合金等を用いることができる。
【００２７】
上記Ｃｕ基合金材とフィラメントを構成するＮｂまたはＮｂ合金との組み合わせによって、熱処理で形成されるＮｂ3 Ｓｎ系反応層は異なる。Ｃｕ基合金材としてＣｕ−Ｓｎ合金を用い、フィラメントとしてＮｂを用いた場合、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層が形成される。Ｃｕ基合金材としてＣｕ−Ｓｎ−Ｔｉ合金を用い、フィラメントとしてＮｂを用いた場合、（Ｎｂ，Ｔｉ）3 Ｓｎ反応層が形成される。Ｃｕ基合金材としてＣｕ−Ｓｎ合金材を用い、フィラメントとしてＮｂ−Ｔａ合金を用いた場合、（Ｎｂ，Ｔａ）3 Ｓｎ反応層が形成される。これらのＮｂ3 Ｓｎ系反応層はいずれも超電導性を有する物質である。
【００２８】
Ｎｂ3 Ｓｎ系反応層には、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層の他に、（Ｎｂ，Ｔｉ）3 Ｓｎ反応層、（Ｎｂ，Ｔａ）3 Ｓｎ反応層等があり、いずれもＮｂ及びＳｎを含む超電導性物質である。
【００２９】
本発明に係る超電導線材においては、熱処理によって上記のようなＮｂ3 Ｓｎ系反応層が形成される。
【００３０】
本発明において、超電導線材の形状は限定されず、丸線、平角線のもの等を用いることができる。
【００３１】
補強材（鉄基合金）は超電導線材の中心部に配置することができる。
【００３２】
【実施例】
〔実施例１、比較例１および２〕
外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導体を作製し、その性能評価試験を行った。この詳細を以下説明する。
【００３３】
▲１▼ 実施例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の作製：
直径６０ｍｍの丸棒状のＣｕ−１４質量％Ｓｎ合金材の中心とその周囲（６個所）に直径１１．３ｍｍの孔を合計で７個所空け、これらの孔にそれぞれＮｂ棒を挿入し、押し出しビレットを作製した。
【００３４】
このビレットを押し出し加工により直径２０ｍｍの棒状体とし、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、これを所定の長さに切断した。このようにして、Ｃｕ−１４質量％Ｓｎ合金材中にＮｂよりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（六角線材）を多数準備した。
【００３５】
一方、補強材の鉄基合金として直径１０．５ｍｍの丸棒状のステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を準備し、この丸棒の周囲に厚み０．２ｍｍのＮｂシートを２層巻きつけた。
【００３６】
次に、この丸棒の周りに前記六角線材（Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部）を５８２本配置した。このようにして得られた複合体の周囲を厚み０．２ｍｍのＮｂシート２層で巻き、これらを内径４７ｍｍ、外径６０ｍｍのＣｕ管中に挿入し、多芯押し出しビレットとした。この多芯押し出しビレットの断面構造を模式的に図１に示す。なお、図１において、符号の１は補強材（丸棒状ステンレス鋼）、２は補強材１の周囲に巻きつけられたＮｂシート、３は六角線材（Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部）、４はＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部３が複合多芯化されてなるＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部、５はＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部４の周囲に巻きつけられたＮｂシート、６はＣｕ管、７はこれらよりなる多芯押し出しビレットを示すものである。
【００３７】
この多芯押し出しビレットを押し出し加工により直径２０ｍｍの棒状体とし、これを引き抜き加工により伸線し、厚み１．００ｍｍ、幅１．７７ｍｍの平角線材を製作した。このとき、伸線途中、適宜焼鈍熱処理を行った。このようにして、本発明の実施例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を得た。
【００３８】
上記平角線材を６７０℃で１００時間加熱の条件で熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を生成させた。
【００３９】
▲２▼ 比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の作製：
補強材としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）に代えてＴａを用いた。この点を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により、同様の寸法の比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材（平角線材）を得、これを同様の条件で熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を生成させた。
【００４０】
▲３▼ 比較例２に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の作製：
前記実施例１の場合には丸棒状ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）の周囲にＮｂシートを巻きつけたが、比較例２の場合にはＮｂシートを巻きつけなかった。この点を除き、前記実施例１の場合と同様の方法により、同様の寸法の比較例２に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材（平角線材）を得、これを同様の条件で熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を生成させた。
【００４１】
▲４▼ Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の性能評価試験およびその結果：
前記熱処理によるＮｂ3 Ｓｎ反応層生成後のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材について、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ、磁場１２Ｔ）での臨界電流の測定および機械的特性（強度、０．２％耐力）の測定を行った。その結果を表１に示す。
【００４２】
表１からわかる如く、比較例２に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は、比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材と同様に強度および０．２％耐力が高くて機械的特性に優れているが、比較例１の場合よりも臨界電流が極めて小さく、また、ｎ値も極めて小さい。
【００４３】
本発明の実施例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は、臨界電流およびｎ値が比較例２の場合よりも大きく、比較例１の場合と同様に優れており、また、比較例１の場合と同様に強度および０．２％耐力が高くて機械的特性に優れている。
【００４４】
なお、比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は、強度および０．２％耐力が高くて機械的特性に優れ、また、臨界電流およびｎ値が大きくて超電導特性に優れているものの、補強材としてＴａを用いているので、コストが増大し、経済性の悪化を招来するという欠点がある。
【００４５】
本発明の実施例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は、このような経済性の悪化を招来することなく、比較例１に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材と同等もしくはそれ以上に優れた機械的特性および超電導特性を有することができる。これは、本発明の有効性を実証するものである。
【００４６】
本発明の実施例１の場合、補強材の鉄基合金としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用いたが、このステンレス鋼に代えて他の鉄基合金を用いた場合も同様の効果が得られる。また、本発明の実施例１の場合、丸棒状ステンレス鋼の周囲にＮｂシートを巻きつけたが、このＮｂシートに代えて他の元素周期表５Ａ族の金属（Ｔａ、Ｖ等）を用いた場合も、４Ａ族の金属（Ｔｉ等）、６Ａ族の金属（Ｍｏ等）を用いた場合も、ほぼ同様の効果が得られる。また、これらの金属をベースとする合金、例えばＮｂ−Ｔａ合金を用いた場合も、ほぼ同様の効果が得られる。また、これらの金属とＣｒやＣｕ等との積層状のものを用いた場合も、ほぼ同様の効果が得られる。
【００４７】
本発明の実施例１、比較例１および２の場合、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を形成させたが、これに代えて（Ｎｂ，Ｔｉ）3 Ｓｎ反応層や、（Ｎｂ，Ｔａ）3 Ｓｎ反応層を形成させた場合も、前記実施例１、比較例１および２の場合と同様の傾向の結果が得られる。また、前記実施例１、比較例１および２の場合、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導体としたが、これに代えて内部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導体とした場合も、同様の傾向の結果が得られる。
【００４８】
また、本発明の実施例１、比較例１および２の場合、外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ系超電導体を作製し、その性能評価試験を行ったが、内部安定型のＮｂ3 Ｓｎ系超電導体とした場合も、その本発明例のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材は前記比較例１に対応する比較例のもの（補強材：Ｔａ）と同等もしくはそれ以上に優れた機械的特性および超電導特性を有することができる。
【００４９】
〔実施例２〕
補強材とＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部との間に配置されるＮｂよりなるバリア層の厚みをパラメータとして変化させた外部安定型のＮｂ3 Ｓｎ超電導体を作製し、その性能評価試験を行い、バリア層の厚みの影響を調査した。この詳細を以下説明する。
【００５０】
直径６０ｍｍの丸棒状のＣｕ−１４質量％Ｓｎ合金材の中心とその周囲（６個所）に直径１１．３ｍｍの孔を合計で７個所空け、これらの孔にそれぞれＮｂ棒を挿入し、押し出しビレットを作製した。
【００５１】
このビレットを押し出し加工により直径２０ｍｍの棒状体とし、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、これを所定の長さに切断した。このようにして、Ｃｕ−１４質量％Ｓｎ合金材中にＮｂよりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部（六角線材）を多数準備した。
【００５２】
一方、補強材の鉄基合金として直径１０．５ｍｍの丸棒状のＳＵＳ３１６Ｌ材を準備し、この丸棒の周囲に厚み０．１ｍｍのＮｂシートを１層巻きつけた。また、これと同様の丸棒の周囲に厚み０．２ｍｍのＮｂシートを１層、３層、５層、１０層あるいは２０層巻きつけた。
【００５３】
次に、この丸棒の周りに、前記六角線材（Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部）を配置した。このようにして得られた複合体の周囲を厚み０．２ｍｍのＮｂシート２層で巻き、これらを内径４７ｍｍ、外径６０ｍｍのＣｕ管中に挿入し、多芯押し出しビレットとした。この多芯押し出しビレットの断面構造を模式的に図１に示す。
【００５４】
この多芯押し出しビレットを押し出し加工により直径２０ｍｍの棒状体とし、これを引き抜き加工により伸線し、厚み１．００ｍｍ、幅１．７７ｍｍの平角線材を製作した。このとき、伸線途中、適宜焼鈍熱処理を行った。このようにして、本発明の実施例２に係るＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を得た。
【００５５】
上記平角線材を６７０℃で１００時間加熱の条件で熱処理し、Ｎｂ3 Ｓｎ反応層を生成させた。
【００５６】
前記Ｎｂ3 Ｓｎ反応層生成後のＮｂ3 Ｓｎ超電導線材について、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ、磁場１２Ｔ）での臨界電流の測定および機械的特性（強度、０．２％耐力）の測定を行った。また、電子顕微鏡による断面観察を行い、補強材（ＳＵＳ３１６Ｌ材）の周囲に配置されたＮｂよりなるバリア層の厚みを計測した。これらの結果を表２に示す。
【００５７】
表２からわかる如く、バリア層の厚みが３．６μm 、１０．２μm 、１６．４μm 、３３．８μm の場合（符号Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）は、臨界電流が大きいが、これに対し、バリア層の厚みが１．５μm の場合（Ａ）及び６２．４μm の場合（Ｆ）は、臨界電流が低くなっている。これは、バリア層の厚みは３〜５０μm とすることが望ましいことを実証するものである。
【００５８】
バリア層の厚みが６２．４μm の場合の如く厚みが大きくなると臨界電流が低くなる。これは、バリア層の部分が非超電導であり、この部分の断面面積比が増大するためである。
【００５９】
表２からわかる如く、バリア層の厚みが６２．４μm の場合の如く厚みが大きくなると超電導線材の強度が高くなっている。これは、バリア層が強度メンバーとして作用するからである。即ち、Ｎｂ等の体心立方の結晶構造をとる金属は一般に低温で強度が急激に高くなり、このような性質を有するＮｂをバリア層に使用しているので、それの断面面積比が増大すると強度メンバーとして作用し、超電導線材の強度が高くなるためである。
【００６０】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明に係る超電導線材によれば、補強材として鉄基合金を用いているが、熱処理時の鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下が生じ難くなる。即ち、鉄基合金内の磁性元素の拡散による超電導特性の低下を招くことなく、超電導線材の補強をすることができ、高強度化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例に係る多芯押し出しビレットの断面構造を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１--補強材、２--Ｎｂシート、３--六角線材（Ｎｂ／Ｃｕ基合金単芯部）、
４--Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部、５--Ｎｂシート、６--Ｃｕ管、
７--多芯押し出しビレット。
Claims (1)
- Ｓｎを含有するＣｕ基合金材中にＮｂまたはＮｂ合金よりなるフィラメントが配置されたＮｂ／Ｃｕ基合金単芯部が複合多芯化されてなるＮｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と、鉄基合金部とを有する超電導線材であって、前記鉄基合金部は超電導線材の中心部に配置され、前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部は前記鉄基合金部の周囲に配置されており、前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部と前記鉄基合金部との間に、元素周期表の４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属の１種またはそれをベースとする合金よりなると共に厚みが３〜５０μ m であり、前記鉄基合金部内の磁性元素の前記Ｎｂ／Ｃｕ基合金複合多芯部への拡散を防止するバリア層が配置されていることを特徴とする超電導線材。
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