JP4723345B2 - Method for producing Nb3Sn superconducting wire and precursor therefor - Google Patents

Method for producing Nb3Sn superconducting wire and precursor therefor Download PDF

Info

Publication number
JP4723345B2
JP4723345B2 JP2005304757A JP2005304757A JP4723345B2 JP 4723345 B2 JP4723345 B2 JP 4723345B2 JP 2005304757 A JP2005304757 A JP 2005304757A JP 2005304757 A JP2005304757 A JP 2005304757A JP 4723345 B2 JP4723345 B2 JP 4723345B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
precursor
superconducting wire
wire
superconducting
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2005304757A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007115483A (en
Inventor
弘之 加藤
孝之 宮武
隆好 宮崎
享司 財津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2005304757A priority Critical patent/JP4723345B2/en
Publication of JP2007115483A publication Critical patent/JP2007115483A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4723345B2 publication Critical patent/JP4723345B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Description

本発明は、NbSn超電導線材を内部拡散法によって製造する方法、およびこうしたNbSn超電導線材を製造するための前駆体(超電導線材製造用前駆体)に関するものであり、殊に高磁場発生用超電導マグネットの素材として有用なNbSn超電導線材を製造する為の技術に関するものである。 The present invention relates to a method for producing an Nb 3 Sn superconducting wire by an internal diffusion method, and a precursor (precursor for producing a superconducting wire) for producing such an Nb 3 Sn superconducting wire. The present invention relates to a technique for producing a Nb 3 Sn superconducting wire useful as a material for a superconducting magnet for use.

超電導線材が実用化されている分野のうち、高分解能核磁気共鳴(NMR)分析装置に用いられる超電導マグネットについては発生磁場が高いほど分解能が高まることから、超電導マグネットは近年ますます高磁場化の傾向にある。   Among the fields in which superconducting wire is put to practical use, superconducting magnets used in high-resolution nuclear magnetic resonance (NMR) analyzers have higher resolution as the generated magnetic field increases. There is a tendency.

高磁場発生用超電導マグネットに使用される超電導線材としては、NbSn線材が実用化されており、このNbSn超電導線材の製造には主にブロンズ法が採用されている。このブロンズ法は、Cu−Sn基合金(ブロンズ)マトリクス中に複数のNb基芯材を埋設し、伸線加工することによって上記Nb基芯材を細径化してフィラメントとし、このNb基芯のフィラメントとブロンズ複合材を複数束ねて線材群となし、安定化の為の銅(安定化銅)を配置した後伸線加工する。上記線材群を600℃以上800℃以下程度で熱処理(拡散熱処理)することにより、Nb基フィラメントとマトリクスの界面にNbSn化合物層を生成する方法である。しかしながら、この方法ではブロンズ中に固溶できるSn濃度には限界があり(15.8質量%以下)、生成されるNbSn化合物層の厚さが薄く、また結晶性が劣化してしまい、高磁場特性が良くないという欠点がある。 As a superconducting wire used for the superconducting magnet for generating a high magnetic field, an Nb 3 Sn wire has been put into practical use, and the bronze method is mainly employed for manufacturing this Nb 3 Sn superconducting wire. In this bronze method, a plurality of Nb base materials are embedded in a Cu-Sn base alloy (bronze) matrix and drawn to reduce the diameter of the Nb base material into filaments. A plurality of filaments and bronze composites are bundled to form a wire group, and after stabilizing copper (stabilized copper) is placed, wire drawing is performed. In this method, the wire group is heat-treated (diffusion heat treatment) at about 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower to form an Nb 3 Sn compound layer at the interface between the Nb-based filament and the matrix. However, in this method, there is a limit to the Sn concentration that can be dissolved in bronze (15.8% by mass or less), the thickness of the Nb 3 Sn compound layer to be formed is thin, and the crystallinity is deteriorated. There is a disadvantage that the high magnetic field characteristics are not good.

NbSn超電導線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、チューブ法や内部拡散法等が知られている。これらの方法では、ブロンズ法のような固溶限によるSn濃度に限界がないのでSn濃度をできるだけ高く設定でき、良質なNbSn層が生成可能であるため、高磁場特性が優れた超電導線材が得られることが示されている。 As a method for producing a Nb 3 Sn superconducting wire, in addition to the bronze process, a tube process and an internal diffusion method are known. In these methods, since there is no limit on the Sn concentration due to the solid solubility limit as in the bronze method, the Sn concentration can be set as high as possible, and a high-quality Nb 3 Sn layer can be generated. Therefore, a superconducting wire having excellent high magnetic field characteristics Is shown to be obtained.

このうち内部拡散法では、図1(NbSn超電導線材製造用前駆体の模式図)に示すように、CuまたはCu基合金(以下、「Cu母材」と呼ぶことがある)4の中央部に、SnまたはSn基合金からなる芯(以下、「Sn基金属芯」と呼ぶことがある)3を埋設すると共に、Sn基金属芯3の周囲のCu母材4中に複数のNbまたはNb基合金芯(以下、「Nb基金属芯」と呼ぶことがある)2を配置して前駆体(超電導線材製造用前駆体)とし、これを伸線加工した後、熱処理(拡散熱処理)によってSn基金属芯3中のSnを拡散させ、Nb基金属芯2と反応させることによってNbSnを生成させる方法である(例えば、特許文献1)。 Among these, in the internal diffusion method, as shown in FIG. 1 (schematic diagram of a precursor for producing a Nb 3 Sn superconducting wire), the center of Cu or a Cu-based alloy (hereinafter sometimes referred to as “Cu base material”) 4 A core made of Sn or an Sn-based alloy (hereinafter sometimes referred to as an “Sn-based metal core”) 3 is embedded in the portion, and a plurality of Nb or Nb in the Cu base material 4 around the Sn-based metal core 3 is embedded. An Nb-based alloy core (hereinafter sometimes referred to as “Nb-based metal core”) 2 is disposed to form a precursor (precursor for producing a superconducting wire), which is drawn, and then subjected to heat treatment (diffusion heat treatment). In this method, Sn in the Sn-based metal core 3 is diffused and reacted with the Nb-based metal core 2 to generate Nb 3 Sn (for example, Patent Document 1).

また上記のような前駆体1においては、図2に示すように、前記Nb基金属芯2とSn基金属芯3が配置された部分(以下、「超電導マトリクス部」と呼ぶことがある)とその外部の安定化銅層4aの間に拡散障壁層6を配置した構成のものも知られている。この拡散障壁層6は、例えばNb層またはTa層、或いはNb層とTa層の2層からなり、拡散熱処理の際に超電導マトリクス部内のSn(Sn基金属芯3)が外部に拡散してしまうことを防止し、超電導マトリスク部内でのSnの純度を高める作用を発揮するものである。   Further, in the precursor 1 as described above, as shown in FIG. 2, a portion where the Nb-based metal core 2 and the Sn-based metal core 3 are disposed (hereinafter sometimes referred to as “superconducting matrix portion”) A configuration in which a diffusion barrier layer 6 is disposed between the external stabilizing copper layer 4a is also known. The diffusion barrier layer 6 is composed of, for example, an Nb layer or a Ta layer, or two layers of an Nb layer and a Ta layer, and Sn (Sn-based metal core 3) in the superconducting matrix portion diffuses to the outside during the diffusion heat treatment. This exhibits the effect of preventing this and increasing the purity of Sn in the superconducting matrisk portion.

上記のような、超電導線材製造用前駆体を製造するには、下記の手順で行われる。まず、Nb基金属芯(Nb基金属フィラメント)をCuマトリスク管に挿入し、押出し、伸線等によって縮径加工して複合体とし、これを適当な長さに裁断する。そして、Cu製外筒を有し、拡散障壁層を設け或いは設けないビレット内に前記複合体を充填し、その中央部にCuマトリクス(Cu製中実ビレット)を配置して押出し加工した後、中央部のCuマトリクスを機械的に穿孔してパイプ状複合体を構成する。或いは、他の方法として、Cu外筒とCu内筒で構成され、拡散障壁層6を有しまたは有さない中空ビレット内(外筒と内筒の間)に前記複合体を複数本充填してパイプ押出ししてパイプ状複合体を構成する。   In order to manufacture the precursor for manufacturing a superconducting wire as described above, the following procedure is performed. First, an Nb-based metal core (Nb-based metal filament) is inserted into a Cu matrisk tube, subjected to extrusion, wire diameter reduction or the like to obtain a composite, and this is cut into an appropriate length. And, after having a Cu outer cylinder, filling the composite in a billet with or without a diffusion barrier layer, placing a Cu matrix (Cu solid billet) in the center and extruding it, A Cu matrix at the center is mechanically drilled to form a pipe-shaped composite. Alternatively, as another method, a plurality of the composites are filled in a hollow billet (between the outer cylinder and the inner cylinder) which is composed of a Cu outer cylinder and a Cu inner cylinder and which has or does not have the diffusion barrier layer 6. The pipe is extruded to form a pipe-shaped composite.

そして、これらの方法に作製されたパイプ状複合体の中央空隙部内に、Sn基金属芯3を挿入して縮径加工して図1、2に示したような前駆体が製造される。   Then, the Sn-based metal core 3 is inserted into the central gap portion of the pipe-shaped composite produced by these methods and the diameter is reduced to produce the precursor as shown in FIGS.

尚、図1、2に示した前駆体では、Sn金属芯3が1本、Nb基金属芯2が複数本のものを示したけれども、Sn基金属芯3が複数本で構成することも可能である。以下では、これらのものも含めて、「モノエレメント前駆体」と呼ぶ。   In the precursors shown in FIGS. 1 and 2, one Sn metal core 3 and a plurality of Nb-based metal cores 2 are shown, but a plurality of Sn-based metal cores 3 may be formed. It is. Hereinafter, these are also referred to as “monoelement precursors”.

上記のようにして構成された各前駆体(モノエレメント前駆体)は、拡散障壁層6を有するか或いは有さないCuマトリクス内部に複数本束ねて充填され、更に縮径加工されて多芯型の超電導線材製造用前駆体(マルチエレメント前駆体)とされる。   Each of the precursors (monoelement precursors) configured as described above is bundled and filled in a Cu matrix with or without a diffusion barrier layer 6, and further reduced in diameter to be a multi-core type. The precursor for manufacturing a superconducting wire (multi-element precursor).

図3、4は、マルチエレメント前駆体の構成例を示したものであり、このうち図3は前記図1に示した前駆体1(モノエレメント前駆体)を、拡散障壁層6aを有するCuマトリクス5内に複数本束ねて埋設してマルチエレメント前駆体11としたものであり、図4は前記第2図に示した前駆体(モノエレメント前駆体)を、拡散障壁層を有さないCuマトリクス5内に複数本束ねて埋設してマルチエレメント前駆体11aとしたものである。   3 and 4 show examples of the structure of the multi-element precursor, and FIG. 3 shows the Cu matrix having the diffusion barrier layer 6a as the precursor 1 (monoelement precursor) shown in FIG. 5 is a multi-element precursor 11 that is bundled and embedded in a multi-element, and FIG. 4 shows a Cu matrix that does not have a diffusion barrier layer for the precursor (mono-element precursor) shown in FIG. The multi-element precursor 11a is formed by bundling and embedding a plurality of bundles in the interior 5.

上記のような前駆体を用いて内部拡散法で超電導線材を製造するに当って、NbSn相内に、Ti,Ta,Zr,Hf等の元素を含有させることも提案されている。こうした元素をNbSn相内に含有させることによって、これらの元素を含有しないNbSn超電導線材と比べて、高磁場での超電導特性が向上するといわれている。NbSn相内に上記の元素を含有させる手段として、例えば特許文献2には、Sn金属芯に30原子%以下、またはNb金属芯に5原子%以下のTiを含有させることで、15T(テスラ)以上の高外部磁場中での臨界電流密度Jcが向上できることが示されている。 In producing a superconducting wire by the internal diffusion method using the precursor as described above, it has also been proposed to contain elements such as Ti, Ta, Zr, and Hf in the Nb 3 Sn phase. Inclusion of such elements in the Nb 3 Sn phase is said to improve the superconducting properties in a high magnetic field as compared with Nb 3 Sn superconducting wires not containing these elements. As a means of containing Nb 3 Sn said elements in Aiuchi, for example, Patent Document 2, 30 atomic% or less Sn metal core, or Nb metal cores By containing 5 atomic% or less of Ti, 15T ( It has been shown that the critical current density Jc in a high external magnetic field can be improved.

また、特許文献3には、Sn芯の代わりに、Sn−Ti系化合物を含むSn基合金芯を使用すると共に、Sn−Ti系化合物の大きさを最大30μm以下、平均粒径が20〜15μmの範囲とする溶解・鋳造方法が提案されている。   Patent Document 3 uses an Sn-based alloy core containing an Sn-Ti compound instead of the Sn core, and the Sn-Ti compound has a maximum size of 30 μm or less and an average particle size of 20 to 15 μm. There has been proposed a melting / casting method within the above range.

更に、特許文献4には、最大粒子径が10μm以下の微細なTi粉末およびSnを配合したSn−Ti線状体をSn金属芯として用いる方法が提案されている。
特開昭49−114389号公報 特許請求の範囲等 特公平1−8698号公報 特許請求の範囲等 特開2002−317232号公報 特許請求の範囲等 特開2003−331669号公報 特許請求の範囲等
Furthermore, Patent Document 4 proposes a method in which a fine Ti powder having a maximum particle size of 10 μm or less and a Sn—Ti linear body containing Sn are used as the Sn metal core.
Japanese Patent Laid-Open No. 49-114389 Patent Claims, etc. Japanese Patent Publication No. 1-8698 Patent Claim etc. JP, 2002-317232, A Claims etc. JP, 2003-331669, A Claims etc.

Ti,Ta,Zr,Hf等の元素をNbSn相内に含有させる方法のうち、Nb芯にこれらの元素を含有させる方法(前記特許載文献2)では、Nb芯に比べて、これらの元素を含むNb基合金芯の加工性が悪くなるので、縮径加工の際に不均一に変形したり、断線が発生する原因となるという問題がある。 Of the methods of incorporating elements such as Ti, Ta, Zr, and Hf into the Nb 3 Sn phase, the method of incorporating these elements into the Nb core (Patent Document 2) compares these with those of the Nb core. Since the workability of the Nb-based alloy core containing the element is deteriorated, there is a problem that it causes non-uniform deformation or disconnection during the diameter reduction processing.

一方、Ti,Ta,Zr,Hf等の元素をSn芯に添加する方法では(前記特許文献3、4)、Nb芯に添加する場合に比べて真空または不活性雰囲気での溶解・鋳造という大掛かりな設備を必要としたり、10μm以下のTi微細粉末を取り扱う必要があり、取り扱いの安全性やコスト面で問題があった。また、その製造工程で十分に冷却できずに、粒径の大きなTiまたはSn−Ti系化合物が残存してしまい、断線の原因となることもある。   On the other hand, in the method of adding elements such as Ti, Ta, Zr, and Hf to the Sn core (Patent Documents 3 and 4), compared to the case of adding to the Nb core, the melting and casting in a vacuum or in an inert atmosphere is large. A large amount of equipment is required, and it is necessary to handle Ti fine powder of 10 μm or less, which causes problems in terms of safety and cost. Further, the Ti or Sn-Ti compound having a large particle size may not remain sufficiently cooled in the manufacturing process, which may cause disconnection.

本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、縮径加工の際に不均一変形や断線を発生させることなく、また大掛かりな設備を必要とせず、更に取り扱いの安全性やコスト面での問題も生じることなく、NbSn相内にTi,Zr,Hf等の元素を効果的に含有できるNbSn超電導線材製造用前駆体の構成、およびこうした前駆体を用いたNbSn超電導線材の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and its purpose is to prevent non-uniform deformation and disconnection during diameter reduction processing, and without requiring large-scale equipment, and further safety in handling. And a configuration of a precursor for manufacturing a Nb 3 Sn superconducting wire that can effectively contain elements such as Ti, Zr, and Hf in the Nb 3 Sn phase without causing problems in terms of cost and cost, and using such a precursor The object is to provide a method for producing a Nb 3 Sn superconducting wire.

上記目的を達成することのできた本発明の超電導線材製造用前駆体とは、内部拡散法によってNbSn超電導線材を製造する際に用いる超電導線材製造用前駆体であって、CuまたはCu基合金中に、1本または複数本のNbまたはNb基合金芯と、1本または複数本のSnまたはSn基合金芯が、相互に接触しないように配置された超電導マトリスク部と、その外周に安定化銅層を有する超電導線材製造用前駆体において、前記超電導マトリクス部内には、Ti,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の金属若しくは合金、またはTi,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の元素を含むNb基合金からなるシート状層が配置されたものである点に要旨を有するものである。 The precursor for producing a superconducting wire of the present invention that has achieved the above object is a precursor for producing a superconducting wire used when producing a Nb 3 Sn superconducting wire by an internal diffusion method, and is a Cu or Cu-based alloy Inside, one or more Nb or Nb-based alloy cores and one or more Sn or Sn-based alloy cores are arranged so that they do not contact each other, and the outer periphery is stabilized. In the precursor for producing a superconducting wire having a copper layer, the superconducting matrix portion is selected from one or more metals or alloys selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, or a group consisting of Ti, Zr and Hf. It has a gist in that a sheet-like layer made of an Nb-based alloy containing one or more elements is disposed.

本発明の超電導線材製造用前駆体において、前記シート状層は、(1)前記NbまたはNb基合金芯と相互に接触しないように配置されたものや、(2)焼鈍されたものであることが好ましい。また前記超電導マトリクス部と安定化銅の間に拡散障壁層を配置した構成のものも採用できる。また上記のような超電導線材製造用前駆体を、CuまたはCu基合金中に複数本配置することによって多芯の超電導線材製造用前駆体(マルチエレメント前駆体)を構成することができる。   In the precursor for producing a superconducting wire according to the present invention, the sheet-like layer is (1) disposed so as not to contact the Nb or Nb-based alloy core, or (2) annealed. Is preferred. A configuration in which a diffusion barrier layer is disposed between the superconducting matrix portion and the stabilized copper can also be employed. Moreover, a multi-core precursor for manufacturing a superconducting wire (multi-element precursor) can be configured by arranging a plurality of the above-described precursors for manufacturing a superconducting wire in Cu or a Cu-based alloy.

また、上記のような単芯または多芯の超電導線材製造用前駆体を、熱処理することによって希望する特性を発揮する超電導線材を製造することができる。   Moreover, the superconducting wire which exhibits the desired characteristic can be manufactured by heat-processing the precursor for single-conductor or multi-core superconducting wire manufacture as mentioned above.

本発明によれば、Ti,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の金属若しくは合金、またはTi,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の元素を含むNb基合金からなるシート状層として配置するようにしたので、従来技術におけるような問題を発生させることなく、Ti,Zr,Hf等の元素をNbSn相内に効果的に含有させることができる。こうした超電導線材製造用前駆体では、Sn芯にTi,Zr,Hf等を添加する場合に比べて、真空または不活性雰囲気での溶解・鋳造という大掛かりな設備を必要としないこと、および10μm以下金属の微細粉末を取り扱う必要がないので、取り扱い時の作業安全性を確保でき、加えて低コスト化が実現でき、その結果として高い臨界電流密度を発揮するNbSn超電導線材が効率よく製造することができる。 According to the present invention, a sheet made of one or more metals or alloys selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, or an Nb-based alloy containing one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf. since so arranged as Jo layer, without causing problems such as in the prior art, Ti, Zr, the elements of Hf, etc. can be effectively contained in the Nb 3 Sn Aiuchi. Such a precursor for producing a superconducting wire does not require a large facility for melting and casting in a vacuum or in an inert atmosphere, compared to the case where Ti, Zr, Hf, etc. are added to the Sn core, and a metal of 10 μm or less. The Nb 3 Sn superconducting wire that exhibits high critical current density can be efficiently manufactured because it is not necessary to handle the fine powder of the material, and can ensure work safety during handling, and in addition, the cost can be reduced. Can do.

本発明者らは、上記目的を達成するために様々な角度から検討した。その結果、上記元素の添加形態として、Sn基金属芯やNb基金属芯に含有させるのではなく、Ti,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の金属若しくは合金、またはTi,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の元素を含むNb基合金からなるシート状層をCuマトリスク内に別途配置してやれば、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。   The present inventors have studied from various angles in order to achieve the above object. As a result, as an addition form of the element, it is not contained in the Sn-based metal core or the Nb-based metal core, but one or more metals or alloys selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, or Ti, Zr and The present invention has been completed by finding that the above object can be achieved brilliantly if a sheet-like layer made of an Nb-based alloy containing one or more elements selected from the group consisting of Hf is separately arranged in the Cu matrix.

本発明で前駆体内に配置されるシート状層の形状は、筒状、帯状、板状、ホイル状のいずれでも良いが、こうしたシート状層をCuマトリクス内に配置することによって、NbSn相内へこれらの元素の拡散を効果的に進行させ、NbSn超電導線材の特性を更に向上することができる。以下、本発明の前駆体の構成を図面によって説明する。 In the present invention, the sheet-like layer disposed in the precursor may have any of a cylindrical shape, a band shape, a plate shape, and a foil shape. By arranging such a sheet-like layer in the Cu matrix, the Nb 3 Sn phase is arranged. The diffusion of these elements into the inside can be effectively advanced, and the characteristics of the Nb 3 Sn superconducting wire can be further improved. The structure of the precursor of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図5は、本発明の超電導線材製造用前駆体の構成の一例を模式的に示した断面図である。この構成では、前記図2の前駆体1(モノエレメント前駆体)の構成に対して、Sn基金属芯3の外周部に、例えばNb−Ti合金からなるシート状層10を円筒状に形成したものである(前駆体1a)。図5の他の部分の構成は、前記図2示した構成と同じであり、対応する部分には同一の参照符号を付してある。   FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the precursor for manufacturing a superconducting wire according to the present invention. In this configuration, a sheet-like layer 10 made of, for example, an Nb—Ti alloy is formed in a cylindrical shape on the outer periphery of the Sn-based metal core 3 with respect to the configuration of the precursor 1 (monoelement precursor) in FIG. (Precursor 1a). 5 is the same as that shown in FIG. 2, and the corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

こうした構成を採用すれば、熱処理時(拡散熱処理時)にSn基金属芯3内のSnが拡散してNb−Ti合金からなるシート状層10と反応することになるが、残ったSnが他のNb基金属芯2を十分に反応させることができる程度のシート状層10の厚みを薄くしておくことで(例えば、熱処理直前の段階で1〜50μm程度)、Snはシート状層の外部に拡散することができる。その際、Ti元素も同時にNb基金属芯2に拡散することで、NbSn相中へのTi元素の拡散も可能となる。尚、図5に示したシート状層10の構成では、Nb−Ti金属層を一層形成した形状を示した構成を示したけれども、シート状層の素材は各元素単独でもよく、また異なる元素の二層膜構造としても良いことは勿論である。またSn基金属芯3とシート状層10は、必ずしも接触している状態とする必要はなく、両者の間にCuを介在させることによって、Sn基金属芯3とシート状層10とが接触しない状態とする構成も採用できる。 If such a configuration is adopted, Sn in the Sn-based metal core 3 diffuses during the heat treatment (diffusion heat treatment) and reacts with the sheet-like layer 10 made of the Nb—Ti alloy. By reducing the thickness of the sheet-like layer 10 to such an extent that the Nb-based metal core 2 can be sufficiently reacted (for example, about 1 to 50 μm at the stage immediately before the heat treatment), Sn is outside the sheet-like layer. Can diffuse. At that time, the Ti element is also diffused into the Nb-based metal core 2 at the same time, whereby the Ti element can be diffused into the Nb 3 Sn phase. Note that the configuration of the sheet-like layer 10 shown in FIG. 5 shows a configuration in which a single layer of Nb—Ti metal layer is formed, but the material of the sheet-like layer may be a single element or a different element. Of course, a two-layer film structure may be used. The Sn-based metal core 3 and the sheet-like layer 10 do not necessarily need to be in contact with each other, and the Sn-based metal core 3 and the sheet-like layer 10 do not contact each other by interposing Cu between them. A configuration in a state can also be adopted.

図6は、本発明の超電導線材製造用前駆体(前駆体1b)の構成の他の例を模式的に示した断面図である。この構成では、前記図5の構成において、Sn基金属芯3の外周部にシート状層10を設ける代わりに、例えばNb−Ti合金からなるシート状層10aを拡散障壁層6の内周部全面に形成したものである。こうした構成を採用しても、図5に示した構成を同様に、熱処理時にTi元素がNb基金属芯2に拡散することで、NbSn相へのTi元素の拡散が可能となる。 FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing another example of the configuration of the precursor for producing a superconducting wire (precursor 1b) of the present invention. In this configuration, instead of providing the sheet-like layer 10 on the outer peripheral portion of the Sn-based metal core 3 in the configuration of FIG. 5, the sheet-like layer 10 a made of, for example, an Nb—Ti alloy is used over the entire inner peripheral portion of the diffusion barrier layer 6. Is formed. Even if such a configuration is adopted, similarly to the configuration shown in FIG. 5, the Ti element diffuses into the Nb-based metal core 2 during the heat treatment, so that the Ti element can be diffused into the Nb 3 Sn phase.

図6では、シート状層10aを拡散障壁層6の内周部全面に形成し構成を示したけれども、必ずしも全面に設ける必要はなく、シート状層10aの形状(断面形状)を円弧状として分割された構成をしても良いことは勿論である。また、シート状層10aは拡散障壁層6と必ずしも接触している状態とする必要はなく、両者の間にCuを介在させることによって、シート状層10aと拡散障壁層6とが接触しない状態とする構成も採用できる。   FIG. 6 shows the configuration in which the sheet-like layer 10a is formed on the entire inner peripheral portion of the diffusion barrier layer 6; however, the sheet-like layer 10a is not necessarily provided on the entire surface, and the shape (cross-sectional shape) of the sheet-like layer 10a is divided into an arc shape. Of course, the above-described configuration may be used. Further, the sheet-like layer 10a does not necessarily need to be in contact with the diffusion barrier layer 6, and by interposing Cu between both, the sheet-like layer 10a and the diffusion barrier layer 6 are not in contact with each other. It is also possible to adopt a configuration that

図7は、本発明の超電導線材製造用前駆体(前駆体1c)の構成の更に他の例を模式的に示した断面図である。この構成では、マトリクス部に配置されたNb基合金芯2の界面に、例えばNb−Ti合金からなるシート状層10b(フィン状)を、半径方向に伸びるように間隔をあけて配置したものである。こうした構成を採用しても、前記図5、6に示した構成と同様に、熱処理時にTi元素がNb基金属芯2に拡散することで、NbSn相へのTi元素の拡散が可能となる。 FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing still another example of the configuration of the precursor for producing a superconducting wire (precursor 1c) of the present invention. In this configuration, a sheet-like layer 10b (fin shape) made of, for example, an Nb-Ti alloy is arranged at an interface so as to extend in the radial direction at the interface of the Nb-based alloy core 2 arranged in the matrix portion. is there. Even if such a configuration is adopted, similarly to the configuration shown in FIGS. 5 and 6, the Ti element diffuses into the Nb-based metal core 2 during the heat treatment, so that the Ti element can be diffused into the Nb 3 Sn phase. Become.

上記図5〜7に示した構成は、本発明の前駆体の構成を例示したものであって、これらの構成に限定されるものではない。要するに、超電導マトリクス部の任意箇所に、Ti,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の金属若しくは合金、またはTi,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる択1種以上の元素を含むNb基合金からなるシート状層を配置すれば、本発明の効果が発揮されるのである。また、図5〜7の構成では、拡散障壁層6が配置された構成を示したけれども、拡散障壁層6を設けない単芯線に対して(例えば、前記図1)、上記のようなシート状層10、10a、10bを形成したものであっても本発明の効果が達成される。また前記図5〜7では、基本となるモノエレメント前駆体の構成はSn基金属芯3が1本で、その周囲に複数のNb基金属芯2を配置したものを用いる場合を示したが、前駆体の基本形態はこうしたものに限らず、Sn基金属芯3を複数本配置したものとすることも勿論可能である。   The configurations shown in FIGS. 5 to 7 exemplify the configuration of the precursor of the present invention, and are not limited to these configurations. In short, Nb containing one or more metals or alloys selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, or one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, at any location of the superconducting matrix portion. If a sheet-like layer made of a base alloy is arranged, the effect of the present invention is exhibited. Moreover, although the structure of FIGS. 5-7 showed the structure by which the diffusion barrier layer 6 is arrange | positioned, with respect to the single core wire which does not provide the diffusion barrier layer 6 (for example, said FIG. 1), it is a sheet form as mentioned above Even if the layers 10, 10a and 10b are formed, the effect of the present invention is achieved. In FIGS. 5 to 7, the basic mono-element precursor has a single Sn-based metal core 3 and a plurality of Nb-based metal cores 2 arranged around it. The basic form of the precursor is not limited to this, and it is of course possible to arrange a plurality of Sn-based metal cores 3.

前記図5〜7に示した構成では、モノエレメント前駆体の場合を示したが、いずれかに記載した構成の前駆体を、CuまたはCu基合金中に複数配置することによってマルチエレメント前駆体を構成することができる。図8は、こうしたマルチエレメント前駆体の構成例を模式的に示した断面図であり、この構成では前記図7に示したモノエレメント前駆体1cの複数本をCuマトリクス5内に配置することによって、マルチエレメント前駆体11bを構成したものである。   In the configuration shown in FIGS. 5 to 7, the case of a mono-element precursor is shown. However, a multi-element precursor is formed by arranging a plurality of the precursors described in any one of Cu or a Cu-based alloy. Can be configured. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of such a multi-element precursor. In this configuration, a plurality of mono-element precursors 1c shown in FIG. The multi-element precursor 11b is configured.

こうしたマルチエレメント前駆体を構成するに際しては、拡散障壁層6を形成しないモノエレメント前駆体(基本構成が図1に示したモノエレメント前駆体)を用いて多芯型にする場合には、複数のモノエレメント前駆体を束ねた周囲に拡散障壁層6aを形成する構成を採用できる(前記図3参照)。   When configuring such a multi-element precursor, when a mono-element precursor (basic configuration shown in FIG. 1) that does not form the diffusion barrier layer 6 is used to form a multi-core type, A configuration in which the diffusion barrier layer 6a is formed around the bundle of monoelement precursors can be employed (see FIG. 3).

本発明の超電導線材製造用前駆体では、超電導マトリクス部の任意の箇所に、Ti,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の金属若しくは合金、またはこれらの元素を含むNb基合金からなるシート状層10,10a,10bを形成することによって、良好な加工性を維持したまま上記元素のNbSn相内への拡散を可能とするものであるが、このシート状層10,10a,10bの厚さは熱処理前の状態で1〜50μm程度が好ましい。この厚さが、1μm未満となると、断線の原因となりやすく、50μmよりも厚くなると元素が拡散しきれず、だ肉となりJc特性が下がることとなる。但し、このシート状層は前駆体に配置する前に焼鈍することが好ましく(例えば、960〜1200℃程度)、こうした処理を施すことによって加工性を更に高めることができる。 In the precursor for manufacturing a superconducting wire according to the present invention, at any location of the superconducting matrix portion, one or more metals or alloys selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, or an Nb-based alloy containing these elements are used. By forming the sheet-like layers 10, 10a, 10b, the element can be diffused into the Nb 3 Sn phase while maintaining good processability. The thickness of 10b is preferably about 1 to 50 μm before the heat treatment. If this thickness is less than 1 μm, disconnection is likely to occur, and if it exceeds 50 μm, the elements cannot be diffused and become thick, resulting in a decrease in Jc characteristics. However, this sheet-like layer is preferably annealed (for example, about 960 to 1200 ° C.) before being placed on the precursor, and the workability can be further improved by performing such treatment.

シート状層10,10a,10bとして用いることのあるNb基合金(Ti,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の元素を含むNb基合金)としては、上記元素の含有量が0.l〜60質量%程度であることが好ましい。この含有量が少なくなりすぎると、これらの元素をNbSn相内に拡散させてその含有量を確保することが困難になり、余り多くなり過ぎると超電導特性に悪影響が出ることになる。この含有量のより好ましい下限は5質量%程度であり、好ましい上限は50質量%程度である。 The Nb-based alloy (Nb-based alloy containing one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, and Hf) that may be used as the sheet-like layers 10, 10a, and 10b has a content of the above elements of 0.2. It is preferable that it is about 1-60 mass%. If this content is too low, it will be difficult to ensure the content by diffusing these elements in the Nb 3 Sn phase, and if it is too high, the superconducting properties will be adversely affected. The more preferable lower limit of this content is about 5% by mass, and the preferable upper limit is about 50% by mass.

また、シート状層10,10a,10bの面積率も適切に調整することが好まししく、前駆体のマトリクス部(拡散障壁層6,6aを形成する場合には、その内側の断面積)に対して0.5〜20%程度の面積率であることが好ましい。この面積率が0.5%よりも少なくなると、特性向上に寄与せず、20%よりも多くなると特性が却って劣化する。この面積率のより好ましい下限は1%程度であり、より好ましい上限は5%程度である。   In addition, it is preferable to appropriately adjust the area ratios of the sheet-like layers 10, 10a, and 10b, and the matrix portion of the precursor (in the case of forming the diffusion barrier layers 6 and 6a, the cross-sectional area inside thereof) On the other hand, the area ratio is preferably about 0.5 to 20%. When the area ratio is less than 0.5%, it does not contribute to the improvement of the characteristics, and when it exceeds 20%, the characteristics are deteriorated. A more preferable lower limit of the area ratio is about 1%, and a more preferable upper limit is about 5%.

本発明の前駆体は、基本的な構成として、CuまたはCu基合金中に、Nb基金属芯(NbまたはNb基合金芯)およびSn基金属芯(SnまたはSn基合金芯)を配置するものである。こうした構成で用いるCu合金としては、CuにNb,Ni等の元素を含有したものを用いることができる。またNb基金属芯やSbn基金属芯として用いる素材としては、Ti,Ta,Zr,Hf等の元素を、加工性を阻害しない程度含有させたものを使用することができる。 The precursor of the present invention has a basic configuration in which an Nb-based metal core (Nb or Nb-based alloy core) and an Sn-based metal core (Sn or Sn-based alloy core) are arranged in Cu or a Cu-based alloy. It is. As the Cu alloy used in such a configuration, an alloy containing elements such as Nb and Ni in Cu can be used. As also material used as the Nb-based metal core and Sbn-based metal core, Ti, Ta, Zr, the elements Hf, etc., can be used one obtained by Do含 chromatic enough not to inhibit the processability.

本発明方法においては、上記のような前駆体を構成し、これに対して焼鈍と伸線加工を行い、その後拡散熱処理(通常650℃以上750℃未満程度)することによって、良好な特性を発揮する超電導線材を得ることができる。   In the method of the present invention, the above-described precursor is constituted, and annealing and wire drawing are performed on the precursor, and then diffusion heat treatment (usually about 650 ° C. or more and less than 750 ° C.) is performed to exhibit good characteristics. A superconducting wire can be obtained.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

実施例1
外径:68mm、内径:55mmのCu製パイプ内に、外径:54mmのNb基金属芯を挿入した後、縮径加工して六角断面形状のCu/Nb複合線(六角対辺:4.3mm)を作製し、これを400mmの長さに裁断した。
Example 1
An Nb-based metal core with an outer diameter of 54 mm was inserted into a Cu pipe having an outer diameter of 68 mm and an inner diameter of 55 mm, and then reduced in diameter to form a hexagonal cross-section Cu / Nb composite wire (hexagonal opposite side: 4.3 mm). ) And was cut into a length of 400 mm.

一方、Cu製外筒(外径:143mm、内径:127mm)およびCu製内筒(外径:68mm、内径:60mm)からなるCu中空ビレットの前記Cu製外筒の内側に、Nbからなる拡散障壁層(厚さ:5mm)を配置した後、前記Cu製内筒の周りに、Nb−50質量%Ti合金シート(厚さ:0.2mm)を巻き付け、全厚さが2mmとなるようにシート状層を形成した。   On the other hand, diffusion of Nb inside the Cu outer cylinder of a Cu hollow billet composed of a Cu outer cylinder (outer diameter: 143 mm, inner diameter: 127 mm) and a Cu inner cylinder (outer diameter: 68 mm, inner diameter: 60 mm). After disposing the barrier layer (thickness: 5 mm), an Nb-50 mass% Ti alloy sheet (thickness: 0.2 mm) is wound around the inner cylinder made of Cu so that the total thickness becomes 2 mm. A sheet-like layer was formed.

上記Cu中空ビレットのCu製内筒内に、先に準備したCu/Nb複合線:336本を束ねて挿入した後、蓋をして真空引きと溶接を行った。   The bundled Cu / Nb composite wires: 336 previously prepared were inserted into the Cu hollow cylinder of the Cu hollow billet, and then the lid was capped to perform vacuuming and welding.

このビレットをパイプ押出し加工した後、Sn金属芯を挿入して更に伸線し、複合線材(モノエレメント前駆体)を作製した。   This billet was subjected to a pipe extrusion process, and then an Sn metal core was inserted and further drawn to produce a composite wire (monoelement precursor).

次いで、この複合線材を裁断した後、更に19本束ねてCu製パイプ(外径:21mm、内径:18mm)に挿入した後、伸線によって縮径加工して外径:1mmの複合線材(マルチエレメント前駆体)とした(前記図5参照)。このときの、伸線加工中の断線は見られなかった。   Next, after cutting this composite wire rod, a further 19 wires are bundled and inserted into a Cu pipe (outer diameter: 21 mm, inner diameter: 18 mm), and then subjected to diameter reduction processing by wire drawing to obtain a composite wire rod having an outer diameter of 1 mm (multiple Element precursor) (see FIG. 5). At this time, no breakage during wire drawing was observed.

得られたマルチエレメント前駆体を、670℃で200時間熱処理(拡散熱処理)を施して、NbSn超電導線材とした。得られたNbSn超電導線材について、外部磁場12T(テスラ)を印加した状態で臨界電流(Ic)を測定し、線材断面の非銅部の面積でIcを除して臨界電流密度(Jc)の評価を行った。その結果、温度4.2Kでの臨界電流密度(Jc)は、1220A/mmの高い臨界電流密度(Jc)が得られていた。 The obtained multi-element precursor was subjected to a heat treatment (diffusion heat treatment) at 670 ° C. for 200 hours to obtain a Nb 3 Sn superconducting wire. With respect to the obtained Nb 3 Sn superconducting wire, the critical current (Ic) was measured in a state where an external magnetic field 12T (Tesla) was applied, and Ic was divided by the area of the non-copper portion of the wire cross section to obtain the critical current density (Jc). Was evaluated. As a result, the critical current density (Jc) at a temperature of 4.2 K was a high critical current density (Jc) of 1220 A / mm 2 .

実施例2
実施例1と同様にして、Cu/Nb複合線(六角対辺:4.3mm)を作製した後、400mmの長さに裁断した。
Example 2
In the same manner as in Example 1, a Cu / Nb composite wire (hexagonal opposite side: 4.3 mm) was prepared, and then cut into a length of 400 mm.

一方、Cu製外筒(外径:143mm、内径:127mm)およびCu製マトリクス棒(外径:68mm)からなるCu中実ビレットの前記Cu製外筒の内側に、Nbからなる拡散障壁層(厚さ:5mm)を配置した後、その内壁のNb−50質量%合金シート(厚さ:0.2mm)を貼り付け、全体の厚みを2mmとした。更にその内部に先に準備したCu/Nb複合線:336本を束ねて挿入した後、Cu製マトリクス棒を中央に配置し、蓋をして真空引きと溶接を行った。   On the other hand, a diffusion barrier layer made of Nb is formed on the inside of the Cu outer tube of a Cu solid billet made of a Cu outer tube (outer diameter: 143 mm, inner diameter: 127 mm) and a Cu matrix rod (outer diameter: 68 mm) ( (Thickness: 5 mm) was placed, and then an Nb-50 mass% alloy sheet (thickness: 0.2 mm) on the inner wall was attached to make the entire thickness 2 mm. Further, 336 Cu / Nb composite wires prepared in advance were bundled and inserted therein, and then a Cu matrix rod was placed in the center, a lid was put on, and vacuuming and welding were performed.

このビレットを押出し加工し、中心のCuマトリクス領域を穿孔(直径:20mm)し、その穿孔部分に直径:20mmのSn芯を挿入して更に伸線し、複合線材を作製した。   This billet was extruded, a central Cu matrix region was perforated (diameter: 20 mm), a Sn core having a diameter of 20 mm was inserted into the perforated portion, and further drawn to produce a composite wire.

次いで、この複合線材を裁断した後、更に19本束ねてCu製パイプ(外径:21mm、内径:18mm)に挿入した後、伸線によって縮径加工して外径:1mmの複合線材(マルチエレメント前駆体)とした(前記図6参照)。このときの、伸線加工中の断線は見られなかった。   Next, after cutting this composite wire rod, a further 19 wires are bundled and inserted into a Cu pipe (outer diameter: 21 mm, inner diameter: 18 mm), and then subjected to diameter reduction by wire drawing to obtain a composite wire rod having an outer diameter of 1 mm (multiple Element precursor) (see FIG. 6). At this time, no breakage during wire drawing was observed.

得られたマルチエレメント前駆体を、670℃で200時間熱処理(拡散熱処理)を施して、NbSn超電導線材とした。得られたNbSn超電導線材について、外部磁場12T(テスラ)を印加した状態で臨界電流(Ic)を測定し、線材断面の非銅部の面積でIcを除して臨界電流密度(Jc)の評価を行った。その結果、温度4.2Kでの臨界電流密度(Jc)は、1204A/mmの高い臨界電流密度(Jc)が得られていた。 The obtained multi-element precursor was subjected to a heat treatment (diffusion heat treatment) at 670 ° C. for 200 hours to obtain a Nb 3 Sn superconducting wire. With respect to the obtained Nb 3 Sn superconducting wire, the critical current (Ic) was measured in a state where an external magnetic field 12T (Tesla) was applied, and Ic was divided by the area of the non-copper portion of the wire cross section to obtain the critical current density (Jc). Was evaluated. As a result, the critical current density (Jc) at a temperature of 4.2 K was a high critical current density (Jc) of 1204 A / mm 2 .

実施例3
実施例1と同様にして、Cu/Nb複合線(六角対辺:4.3mm)を作製した後、400mmの長さに裁断した。
Example 3
In the same manner as in Example 1, a Cu / Nb composite wire (hexagonal opposite side: 4.3 mm) was prepared, and then cut into a length of 400 mm.

一方、Cu製外筒(外径:143mm、内径:127mm)およびCu製マトリクス棒(外径:68mm)からなるCu中実ビレットの前記Cu製外筒の内側に、Nbからなる拡散障壁層(厚さ:5mm)を配置した後、Nb−50質量%Ti合金シート(厚さ:2mm)をフィン状態に6枚と、中央にCu製マトリクス棒を配置し、得られた空隙に、先に準備したCu/Nb複合線:336本を束ねて挿入した後、蓋をして真空引きと溶接を行った。   On the other hand, a diffusion barrier layer made of Nb is formed on the inside of the Cu outer tube of a Cu solid billet made of a Cu outer tube (outer diameter: 143 mm, inner diameter: 127 mm) and a Cu matrix rod (outer diameter: 68 mm) ( (Thickness: 5 mm), 6 Nb-50 mass% Ti alloy sheets (thickness: 2 mm) in the fin state, and a Cu matrix rod in the center are placed in the gap. Cu / Nb composite wires prepared: 336 wires were bundled and inserted, and then the lid was capped to perform vacuuming and welding.

このビレットを押出し加工し、中心のCuマトリクス領域を穿孔(直径:20mm)し、その穿孔部分に直径:20mmのSn芯を挿入して更に伸線し、複合線材を作製した。   This billet was extruded, a central Cu matrix region was perforated (diameter: 20 mm), a Sn core having a diameter of 20 mm was inserted into the perforated portion, and further drawn to produce a composite wire.

次いで、この複合線材を裁断した後、更に19本束ねてCu製パイプ(外径:21mm、内径:18mm)に挿入した後、伸線によって縮径加工して外径:1mmの複合線材(マルチエレメント前駆体)とした(前記図7参照)。このときの、伸線加工中の断線は見られなかった。   Next, after cutting this composite wire rod, a further 19 wires are bundled and inserted into a Cu pipe (outer diameter: 21 mm, inner diameter: 18 mm), and then subjected to diameter reduction by wire drawing to obtain a composite wire rod having an outer diameter of 1 mm (multiple Element precursor) (see FIG. 7). At this time, no breakage during wire drawing was observed.

得られたマルチエレメント前駆体を、670℃で200時間熱処理(拡散熱処理)を施して、NbSn超電導線材とした。得られたNbSn超電導線材について、外部磁場12T(テスラ)を印加した状態で臨界電流(Ic)を測定し、線材断面の非銅部の面積でIcを除して臨界電流密度(Jc)の評価を行った。その結果、温度4.2Kでの臨界電流密度(Jc)は、1240A/mmの高い臨界電流密度(Jc)が得られていた。 The obtained multi-element precursor was subjected to a heat treatment (diffusion heat treatment) at 670 ° C. for 200 hours to obtain a Nb 3 Sn superconducting wire. With respect to the obtained Nb 3 Sn superconducting wire, the critical current (Ic) was measured in a state where an external magnetic field 12T (Tesla) was applied, and Ic was divided by the area of the non-copper portion of the wire cross section to obtain the critical current density (Jc). Was evaluated. As a result, the critical current density (Jc) at a temperature of 4.2 K was a high critical current density (Jc) of 1240 A / mm 2 .

実施例4
実施例1と同様にして、Cu/Nb複合線(直径:六角対辺:4.3mm)を作製した後、400mmの長さに裁断した。
Example 4
A Cu / Nb composite wire (diameter: hexagonal opposite side: 4.3 mm) was prepared in the same manner as in Example 1, and then cut into a length of 400 mm.

一方、Cu製外筒(外径:143mm、内径:127mm)およびCu製マトリクス棒(外径:68mm)からなるCu中実ビレットの前記Cu製外筒の内側に、Nb−50質量%Ti合金シート(厚さ:0.2mm)をフィン状態に6枚と、中央にCu製マトリクス棒を配置し、得られた空隙に、先に準備したCu/Nb複合線:336本を束ねて挿入した後、蓋をして真空引きと溶接を行った。   On the other hand, an Nb-50 mass% Ti alloy is placed inside the Cu outer cylinder of a Cu solid billet made of a Cu outer cylinder (outer diameter: 143 mm, inner diameter: 127 mm) and a Cu matrix rod (outer diameter: 68 mm). Six sheets (thickness: 0.2 mm) in a fin state and a Cu matrix rod in the center are arranged, and 336 Cu / Nb composite wires prepared in advance are bundled and inserted into the obtained gap. Then, the lid was put on and vacuuming and welding were performed.

このビレットを押出し加工し、中心のCuマトリクス領域を穿孔(直径:20mm)し、その穿孔部分に直径:20mmのSn芯を挿入して更に伸線し、複合線材を作製した。   This billet was extruded, a central Cu matrix region was perforated (diameter: 20 mm), a Sn core having a diameter of 20 mm was inserted into the perforated portion, and further drawn to produce a composite wire.

次いで、この複合線材を裁断した後、更に19本束ねたものを、Nbからなる拡散障壁層(厚さ:2mm)を内部に配置したCu製パイプ(外径:21mm、内径:18mm)に挿入した後、伸線によって縮径加工して外径:1mmの複合線材(マルチエレメント前駆体)とした(前記図8参照)。このときの、伸線加工中の断線は見られなかった。   Next, after cutting this composite wire, a further 19 bundles were inserted into a Cu pipe (outer diameter: 21 mm, inner diameter: 18 mm) in which a diffusion barrier layer (thickness: 2 mm) made of Nb was placed. Then, the diameter was reduced by drawing to obtain a composite wire (multi-element precursor) having an outer diameter of 1 mm (see FIG. 8). At this time, no breakage during wire drawing was observed.

得られたマルチエレメント前駆体を、670℃で200時間熱処理(拡散熱処理)を施して、NbSn超電導線材とした。得られたNbSn超電導線材について、外部磁場12T(テスラ)を印加した状態で臨界電流(Ic)を測定し、線材断面の非銅部の面積でIcを除して臨界電流密度(Jc)の評価を行った。その結果、温度4.2Kでの臨界電流密度(Jc)は、1213A/mmの高い臨界電流密度(Jc)が得られていた。 The obtained multi-element precursor was subjected to a heat treatment (diffusion heat treatment) at 670 ° C. for 200 hours to obtain a Nb 3 Sn superconducting wire. With respect to the obtained Nb 3 Sn superconducting wire, the critical current (Ic) was measured in a state where an external magnetic field 12T (Tesla) was applied, and Ic was divided by the area of the non-copper portion of the wire cross section to obtain the critical current density (Jc). Was evaluated. As a result, the critical current density (Jc) at a temperature of 4.2 K was a high critical current density (Jc) of 1213 A / mm 2 .

比較例1
外径:68mm、内径:55mmのCuパイプ内に、外径:54mmのNb基合金芯(Nb−1質量%Ti合金芯)を挿入した後、押出し、伸線によって縮径加工し、Cu/Nb基合金複合線(六角対辺:9.3mm)を作製し、これを400mmの長さに裁断した。
Comparative Example 1
After inserting an Nb-based alloy core (Nb-1 mass% Ti alloy core) having an outer diameter of 54 mm into a Cu pipe having an outer diameter of 68 mm and an inner diameter of 55 mm, the steel is extruded and reduced in diameter by wire drawing. An Nb-based alloy composite wire (hexagonal opposite side: 9.3 mm) was prepared and cut into a length of 400 mm.

一方、Cu中実ビレットのCu製外筒の内側に、Nb基金属で拡散障壁層を配置した後、中央部にCuマトリクスを配置し、得られた空隙に先に準備したCu/Nb基合金複合線:336本を束ねて挿入して多芯線とした後、蓋をして真空引きと溶接を行った。   On the other hand, after arranging a diffusion barrier layer with a Nb-based metal inside a Cu outer cylinder of a Cu solid billet, a Cu matrix is arranged at the center, and the Cu / Nb-based alloy previously prepared in the obtained void Composite wire: After 336 wires were bundled and inserted to form a multi-core wire, the lid was capped and vacuuming and welding were performed.

このビレットを押出し加工した後、中央のCuマトリクス領域を穿孔して直径:20mmの孔を開けた後、Sn金属芯を挿入して更に伸線し、Cu/Nb/Sn複合線材を作製した。   After extruding this billet, the center Cu matrix region was perforated to make a hole with a diameter of 20 mm, and then a Sn metal core was inserted and further drawn to produce a Cu / Nb / Sn composite wire.

次いで、この複合線材を裁断した後、更に19本束ねてCu製パイプ(外径:21mm、内径:18mm)に挿入した後、伸線によって縮径加工して外径:1mmの複合線材(超電導線材製造用前駆体線材)とした。このとき、伸線加工中に合計6回の断線が見られた。断線が発生した線材の断面をSEM観察したところ、Nb−1質量%Ti合金芯が一部不均一に変形していることが確認できた。   Next, after cutting this composite wire rod, a further 19 wires are bundled and inserted into a Cu pipe (outer diameter: 21 mm, inner diameter: 18 mm), and then subjected to diameter reduction processing by drawing to a composite wire rod having an outer diameter of 1 mm (superconductivity) Precursor wire for wire production). At this time, a total of 6 disconnections were observed during the wire drawing. When the cross section of the wire in which the disconnection occurred was observed with an SEM, it was confirmed that the Nb-1 mass% Ti alloy core was partially deformed unevenly.

得られた前駆体線材を、670℃で200時間熱処理(拡散熱処理)を施して、NbSn超電導線材とした。得られたNbSn超電導線材について、外部磁場12T(テスラ)を印加した状態で臨界電流(Ic)を測定し、線材断面の非銅部の面積でIcを除して臨界電流密度(Jc)の評価を行った。その結果、温度4.2Kでの臨界電流密度(Jc)は、1095A/mmの臨界電流密度(Jc)しか得られていなかった。 The obtained precursor wire was subjected to a heat treatment (diffusion heat treatment) at 670 ° C. for 200 hours to obtain a Nb 3 Sn superconducting wire. With respect to the obtained Nb 3 Sn superconducting wire, the critical current (Ic) was measured with an external magnetic field 12T (Tesla) applied, and Ic was divided by the area of the non-copper portion of the wire cross section to obtain the critical current density (Jc). Was evaluated. As a result, the critical current density (Jc) at a temperature of 4.2 K was only 1095 A / mm 2 .

比較例2
アルゴンガス雰囲気中で高周波加熱炉を使用し、Snを1300℃で溶解した後、目標2質量%となるようにスポンジTiを添加して攪拌し、銅鋳型に鋳込み、Sn−2質量%Ti合金インゴットを作製した。
Comparative Example 2
After melting Sn at 1300 ° C in an argon gas atmosphere and adding Sn at 1300 ° C, stirring and adding sponge Ti to a target of 2% by mass, casting into a copper mold, Sn-2% by mass Ti alloy An ingot was produced.

得られたSn基−2質量%Ti合金インゴットを機械加工して押出しビレット形状にした後、直径:19.8mmとなるように押出し加工して棒材とした。   The obtained Sn group-2 mass% Ti alloy ingot was machined into an extruded billet shape, and then extruded to have a diameter of 19.8 mm to obtain a bar.

外径:68mm、内径:55mmのCuパイプ内に、外径:54mmのNb芯を挿入した後、伸線によって縮径加工し、Cu/Nb複合線(六角対辺:4.3mm)を作製し、これを400mmの長さに裁断した。   After inserting an Nb core with an outer diameter of 54 mm into a Cu pipe with an outer diameter of 68 mm and an inner diameter of 55 mm, the diameter is reduced by drawing to produce a Cu / Nb composite wire (hexagonal opposite side: 4.3 mm). This was cut into a length of 400 mm.

一方、Cu中実ビレットのCu製外筒の内側に、Nb金属で拡散障壁層を配置した後、中央部にCuマトリクスを配置し、得られた空隙に先に準備したCu/Nb複合線:336本を束ねて挿入して多芯線とした後、蓋をして真空引きと溶接を行った。   On the other hand, after arranging a diffusion barrier layer with Nb metal inside a Cu outer cylinder of a Cu solid billet, a Cu matrix is arranged in the center, and a Cu / Nb composite wire prepared in advance in the obtained void: After 336 wires were bundled and inserted into a multi-core wire, the lid was capped and vacuuming and welding were performed.

このビレットを押出し加工した後、中央のCuマトリクス領域を穿孔して直径:20mmの孔を開けた後、Sn基金属芯を挿入して更に伸線し、Cu/Nb/Sn−Ti複合線材を作製した。   After extruding this billet, the center Cu matrix region was perforated to make a hole with a diameter of 20 mm, and then a Sn-based metal core was inserted and further drawn to obtain a Cu / Nb / Sn—Ti composite wire. Produced.

次いで、この複合線材を裁断した後、更に19本束ねてCu製パイプ(外径:21mm、内径:18mm)に挿入した後、伸線によって縮径加工して外径:1.0mmの複合線材(超電導線材製造用前駆体線材)とした。このとき、伸線加工中に合計2回の断線が見られた。断線が発生した線材の断面をSEM観察したところ、35μm程度の粒径のSn−Ti系介在物が残留して、断線の原因となっていることが確認できた。   Next, after cutting this composite wire rod, a further 19 wires are bundled and inserted into a Cu pipe (outer diameter: 21 mm, inner diameter: 18 mm), and then subjected to diameter reduction processing by drawing to a composite wire rod having an outer diameter of 1.0 mm. (Precursor wire for production of superconducting wire). At this time, a total of two disconnections were observed during wire drawing. When the cross section of the wire material in which the disconnection occurred was observed with an SEM, it was confirmed that Sn-Ti inclusions having a particle diameter of about 35 μm remained and caused the disconnection.

得られた前駆体線材を、670℃で200時間熱処理(拡散熱処理)を施して、NbSn超電導線材とした。得られたNbSn超電導線材について、外部磁場12T(テスラ)を印加した状態で臨界電流(Ic)を測定し、線材断面の非銅部の面積でIcを除して臨界電流密度(Jc)の評価を行った。その結果、温度4.2Kでの臨界電流密度(Jc)は、1104A/mmの臨界電流密度(Jc)しか得られていなかった。 The obtained precursor wire was subjected to a heat treatment (diffusion heat treatment) at 670 ° C. for 200 hours to obtain a Nb 3 Sn superconducting wire. With respect to the obtained Nb 3 Sn superconducting wire, the critical current (Ic) was measured in a state where an external magnetic field 12T (Tesla) was applied, and Ic was divided by the area of the non-copper portion of the wire cross section to obtain the critical current density (Jc). Was evaluated. As a result, the critical current density (Jc) at a temperature of 4.2 K was only a critical current density (Jc) of 1104 A / mm 2 .

内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体(モノエレメント前駆体)の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of a structure of the precursor (monoelement precursor) for superconducting wire manufacturing applied to an internal diffusion method. 内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体(モノエレメント前駆体)の他の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of another structure of the precursor (monoelement precursor) for superconducting wire manufacture applied to an internal diffusion method. 内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体(マルチエレメント前駆体)の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the structural example of the precursor (multi-element precursor) for superconducting wire manufacturing applied to an internal diffusion method. 内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体(マルチエレメント前駆体)の他の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of another structure of the precursor for a superconducting wire material (multi-element precursor) applied to an internal diffusion method. 本発明の超電導線材製造用前駆体(モノエレメント前駆体)の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of a structure of the precursor (monoelement precursor) for superconducting wire manufacture of this invention. 本発明の超電導線材製造用前駆体(モノエレメント前駆体)の他の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the other structural example of the precursor (monoelement precursor) for superconducting wire manufacture of this invention. 本発明の超電導線材製造用前駆体(モノエレメント前駆体)の更に他の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the other structural example of the precursor (monoelement precursor) for superconducting wire manufacture of this invention. 本発明の超電導線材製造用前駆体(マルチエレメント前駆体)の構成例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the example of a structure of the precursor (multi-element precursor) for superconducting wire manufacture of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 モノエレメント前駆体
2 Nb基金属芯
3 Sn基金属芯
4 Cu基合金(Cu母材)
4a 安定化銅層
5 Cuマトリクス
6 拡散障壁層
10,10a,10b シート状層
11,11a,11b マルチエレメント前駆体
1 Mono-element precursor 2 Nb-based metal core 3 Sn-based metal core 4 Cu-based alloy (Cu base material)
4a Stabilized copper layer 5 Cu matrix 6 Diffusion barrier layers 10, 10a, 10b Sheet-like layers 11, 11a, 11b Multi-element precursor

Claims (5)

内部拡散法によってNbSn超電導線材を製造する際に用いる超電導線材製造用前駆体であって、CuまたはCu基合金中に、1本または複数本のNbまたはNb基合金芯と、1本または複数本のSnまたはSn基合金芯が、相互に接触しないように配置された超電導マトリクス部と、その外周に安定化銅層を有する超電導線材製造用前駆体において、前記超電導マトリクス部内の任意の箇所に、Ti,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の金属若しくは合金、またはTi,ZrおよびHfよりなる群から選ばれる1種以上の元素を含むNb基合金からなるシート状層を配置したものであり、且つ前記シート状層は、前駆体に配置される前に焼鈍されたものであることを特徴とするNbSn超電導線材製造用前駆体。 A precursor for fabricating a superconducting wire used for manufacturing a Nb 3 Sn superconducting wire by an internal diffusion method, in a Cu or Cu-based alloy, one or a plurality of Nb or Nb-based alloy cores, one or A superconducting matrix portion in which a plurality of Sn or Sn-based alloy cores are arranged so as not to contact each other, and a precursor for producing a superconducting wire having a stabilizing copper layer on the outer periphery thereof, and any location in the superconducting matrix portion A sheet-like layer made of one or more metals or alloys selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf, or an Nb-based alloy containing one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr and Hf The precursor for manufacturing a Nb 3 Sn superconducting wire , wherein the sheet-like layer is annealed before being placed on the precursor. 前記シート状層は、前記NbまたはNb基合金芯と相互に接触しないように配置されたものである請求項1に記載の超電導線材製造用前駆体。   2. The precursor for manufacturing a superconducting wire according to claim 1, wherein the sheet-like layer is disposed so as not to contact the Nb or Nb-based alloy core. 前記超電導マトリクス部と安定化銅層の間に拡散障壁層を配置したものである請求項1または2に記載の超電導線材製造用前駆体。 The precursor for manufacturing a superconducting wire according to claim 1 or 2 , wherein a diffusion barrier layer is disposed between the superconducting matrix portion and the stabilizing copper layer. 請求項1〜にいずれかに記載の超電導線材製造用前駆体が、CuまたはCu基合金中に複数本配置されたものである超電導線材製造用前駆体。 A precursor for producing a superconducting wire, wherein a plurality of the precursors for producing a superconducting wire according to any one of claims 1 to 3 are arranged in Cu or a Cu-based alloy. 請求項1〜のいずれかに記載の超電導線材製造用前駆体を、熱処理することによってNbSn系超電導相を形成することを特徴とするNbSn超電導線材の製造方法。 The precursor for fabricating a superconducting wire according to any one of claims 1-4, the heat treatment method for producing a Nb 3 Sn superconducting wire and forming a Nb 3 Sn based superconducting phase by.
JP2005304757A 2005-10-19 2005-10-19 Method for producing Nb3Sn superconducting wire and precursor therefor Active JP4723345B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005304757A JP4723345B2 (en) 2005-10-19 2005-10-19 Method for producing Nb3Sn superconducting wire and precursor therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005304757A JP4723345B2 (en) 2005-10-19 2005-10-19 Method for producing Nb3Sn superconducting wire and precursor therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007115483A JP2007115483A (en) 2007-05-10
JP4723345B2 true JP4723345B2 (en) 2011-07-13

Family

ID=38097487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005304757A Active JP4723345B2 (en) 2005-10-19 2005-10-19 Method for producing Nb3Sn superconducting wire and precursor therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4723345B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114783681B (en) * 2022-06-20 2022-09-09 西部超导材料科技股份有限公司 Preparation method of ultra-low-loss NbTi superconducting wire

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62230959A (en) * 1986-03-31 1987-10-09 Fujikura Ltd Manufacture of compound superconducting wire
JPH09245540A (en) * 1996-03-07 1997-09-19 Mitsubishi Electric Corp Precursor of nb-sn compound superconducting wire, its manufacture, and manufacture of nb-sn compound superconducting wire

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62230959A (en) * 1986-03-31 1987-10-09 Fujikura Ltd Manufacture of compound superconducting wire
JPH09245540A (en) * 1996-03-07 1997-09-19 Mitsubishi Electric Corp Precursor of nb-sn compound superconducting wire, its manufacture, and manufacture of nb-sn compound superconducting wire

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007115483A (en) 2007-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109643593B (en) Diffusion barrier for metallic superconducting wire
WO2013154187A1 (en) Compound superconductive wire and method for manufacturing same
JP6719141B2 (en) Nb3Sn superconducting wire manufacturing method, precursor for Nb3Sn superconducting wire, and Nb3Sn superconducting wire using the same
JP2014137917A (en) Nb3Sn SUPERCONDUCTOR PRECURSOR WIRE, Nb FILAMENT SINGLE WIRE, Nb3Sn SUPERCONDUCTOR WIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
JP2007214002A (en) Method of manufacturing nb3sn superconductive wire rod and precursor for it
JP4163719B2 (en) Powder method Nb3Sn superconducting wire precursor and manufacturing method
EP0613192B1 (en) Wire for NB3X superconducting wire
US6583362B2 (en) Zirconia-stabilized multi-filamentary niobium-tin superconducting wire
EP2333793B1 (en) Superconductors with improved mechanical strength
JP4723345B2 (en) Method for producing Nb3Sn superconducting wire and precursor therefor
JP4791346B2 (en) Nb3Sn superconducting wire, precursor therefor, and Nb composite single core wire for precursor
JP7148103B2 (en) Precursor for Nb3Sn superconducting wire, method for producing same, and method for producing Nb3Sn superconducting wire using same
JP2007294375A (en) Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRING MATERIAL FABRICATION PRECURSOR, METHOD FOR FABRICATION THEREOF AND Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRING MATERIAL
JP5164815B2 (en) Precursor for producing Nb3Sn superconducting wire and Nb3Sn superconducting wire
JP5207304B2 (en) Nb3Al superconducting wire manufacturing method
JP2007042455A (en) MANUFACTURING METHOD FOR Nb3Al SUPERCONDUCTIVE WIRE ROD, PRIMARY COMPOSITE FOR MANUFACTURING Nb3Al SUPERCONDUCTIVE WIRE ROD AND ITS MANUFACTURING METHOD, AND MULTICORE COMPOSITE FOR MANUFACTURING Nb3Al SUPERCONDUCTIVE WIRE ROD
JP3127181B2 (en) Method for manufacturing composite superconducting wire and method for manufacturing composite superconducting coil
JP3757141B2 (en) Manufacturing method of Nb (3) Sn superconducting wire
JP4214200B2 (en) Powder method Nb3Sn superconducting wire
JP3866969B2 (en) Manufacturing method of Nb (3) Sn superconducting wire
JP2011090788A (en) Nb3Al SUPERCONDUCTING WIRE ROD
WO2021112211A1 (en) PRECURSOR FOR Nb3Sn SINGLE-CORE SUPERCONDUCTING WIRE RODS AND METHOD FOR PRODUCING SAME, Nb3Sn SINGLE-CORE SUPERCONDUCTING WIRE ROD, PRECURSOR FOR Nb3Sn MULTICORE SUPERCONDUCTING WIRE RODS AND METHOD FOR PRODUCING SAME, AND Nb3Sn MULTICORE SUPERCONDUCTING WIRE ROD
JP2007149494A (en) METHOD OF MANUFACTURING Nb3Sn SUPERCONDUCTIVE WIRE, AND PRECURSOR THEREFOR
JP2003045247A (en) Superconductive cable
JP2002033025A (en) Nb3Al SUPERCONDUCTING MULTI-CORE WIRE AND ITS MANUFACTURING METHOD

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070928

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100405

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101207

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110405

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110407

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140415

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150