JP4791318B2

JP4791318B2 - Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体

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Publication number: JP4791318B2
Application number: JP2006275648A
Authority: JP
Inventors: 隆好宮崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-10-06
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Description

本発明は、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材をブロンズ法や内部拡散法によって製造するための前駆体（超電導線材製造用前駆体）、およびこうした前駆体によって製造される、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材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Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する為の技術に関するものである。

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。また、核融合炉に用いられるマグネットも発生磁場が高くなると、閉じ込めることのできるプラズマのエネルギーが大きくなるため、高磁場化の傾向にある。

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、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材が実用化されており、このＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する方法としては、これまでも様々なものが知られているが、最も代表的な方法としては、ブロンズ法が知られている。

図１は、ブロンズ法によって製造されるＮｂ₃Ｓｎ超電導線材の断面構造を模式的に示した説明図であり、図中１はＮｂまたはＮｂ合金芯、２は線状のＣｕ−Ｓｎ基合金製母材（ブロンズマトリクス）、３は拡散障壁層、４は安定化銅、５は一次スタック材（Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）、６は外層ケース、７は二次多芯複合線材を夫々示す。

まず図１に示すように、六角断面に成形したＣｕ−Ｓｎ基合金製母材２に複数のＮｂまたはＮｂ合金芯１を埋設して一次スタック材５を構成し、この一次スタック材５を複数束ねて、パイプ状のＣｕ−Ｓｎ合金（外層ケース６）内に挿入し、更にその外側に安定化銅４を配置して二次多芯ビレット７を組み立てる。

図１に示した二次多芯ビレットを、静水圧押出しし、続いて引き抜き加工等により減面加工を施してＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用多芯型前駆体（Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）とする。その後、６８０〜７５０℃程度の温度で１００時間ほどの熱処理（拡散熱処理）をすることにより、ＮｂまたはＮｂ合金芯１の表面近傍（この場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金製母材２とＮｂまたはＮｂ合金芯１の界面）にＮｂ₃Ｓｎ相を形成させるものである。

尚上記構成では、二次多芯ビレット７における安定化銅４は、最外層として設けたものを示したけれども、安定化銅４の位置は、二次多芯ビレット７の中心部（軸芯部）に設ける構成も採用される。また安定化銅４は、Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材の安定化材として配置されるものであり、例えば無酸素銅からなるものである。

上記のような前駆体においては、図１に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリクス１中に複数のＮｂまたはＮｂ基合金芯（以下、「Ｎｂ基フィラメント」と呼ぶことがある）が配置された部分（以下、「超電導コア部」と呼ぶことがある）とその外部の安定化銅４の間に拡散障壁層６を配置した構成とするのが一般的である。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（例えば特許文献１）、拡散熱処理の際に超電導マトリクス部内のＳｎが外部に拡散してしまうことを防止し、安定化銅へのＳｎの拡散を抑える作用を発揮するものである。

上記のような前駆体（伸線加工後の線材群）を６００℃以上８００℃以下程度で拡散熱処理（Ｎｂ₃Ｓｎ生成熱処理）をすることにより、Ｎｂ基フィラメントとブロンズマトリクスの界面にＮｂ₃Ｓｎ化合物層を生成する方法である。図１においては、説明の便宜上、Ｎｂ基フィラメントは７本のものを示したが、実際には数１００本から数万本を配置することが一般的である。

Ｎｂ₃Ｓｎ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、内部Ｓｎ法および粉末法等が知られている。このうち内部Ｓｎ法では、図２（Ｎｂ₃Ｓｎ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）８の中央部に、ＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯（以下、総括して「Ｓｎ基金属芯」と呼ぶことがある）９を埋設すると共に、Ｓｎ基金属芯９の周囲のＣｕ母材８中に複数のＮｂまたはＮｂ基合金芯（以下、「Ｎｂ基フィラメント」と呼ぶことがある）１０を相互に接触しないように配置して前駆体１１（超電導線材製造用前駆体）とする。

この前駆体に伸線加工等の減面加工を施した後、拡散熱処理（Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理）によってＳｎ基金属芯９中のＳｎを拡散させ、Ｎｂ基フィラメント１０と反応させることによってＮｂ₃Ｓｎを生成させる方法である（例えば、特許文献２）。

また上記のような前駆体においても、図３に示すように、前記Ｎｂ基フィラメント１０とＳｎ基金属芯９が配置された部分（以下、この部分を「超電導コア部」と呼ぶことがある）とその外部の安定化銅４ａの間に拡散障壁層３ａを配置した構成のものが採用される。この拡散障壁層３ａの構成は、図１に示した前駆体の場合と同様である。

図３に示した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またはＮｂ基金属芯（Ｎｂ基フィラメント）をＣｕマトリスク管に挿入し、押出し、伸線等によって減面加工して複合体とし（通常、六角断面形状となる）、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３ａを設けた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を有した中空ビレット内（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。そして、これらの方法により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、図３に示したような前駆体（以下、こうした前駆体を「モノエレメント線材」と呼ぶことがある）が製造される。尚、図２、３に示した前駆体では、Ｓｎ金属芯９が１本、Ｎｂ基フィラメント１０が複数本のものを示したけれども、Ｓｎ基金属芯３を複数本で構成することも可能である。

上記のようにして構成された各前駆体（モノエレメント線材）は、拡散障壁層を有するか或は有さないＣｕマトリクス管内に複数本束ねて充填され、更に減面加工して多芯型の超電導線材製造用前駆体（以下、「マルチエレメント線材」と呼ぶことがある）とされる。

図４は、こうした多芯型の超電導線材製造用前駆体の構成例を示したものである。この前駆体は、前記図２に示した前駆体１１（マルチエレメント線材）を、拡散障壁層３ｂを有するＣｕマトリクス１２内に複数本束ねて埋設し、マルチエレメント線材１１ａとしたものである（図４中、１３は安定化銅を示す）。尚、こうした前駆体１１ａ（マルチエレメント線材）では、前記Ｎｂ基フィラメント１０は、実際のところ数１００本から数千本の状態で配置されるのが一般的である。また、こうした前駆体１１ａにおいては、拡散障壁内側のモノエレメント線材が埋設されたＣｕマトリクス１２およびモノエレメントが、超電導コア部を形成することになる。

ところで、Ｎｂ₃Ｓｎ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とになる。従って、超電導線材自体には、高い電磁応力に耐えられる耐力、強度を有することが要求される。特に、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材では、付与される歪の臨界電流への影響が大きいといわれている。また、上記前駆体（図１〜４示した前駆体）の段階では、Ｎｂ₃Ｓｎ生成後に曲げ歪みを受けると、Ｎｂ₃Ｓｎ相に対する影響が大きくなり、超電導特性が大幅に低下することになる。しかしながら、強度を高くするだけでは、加工性を却って劣化する場合があり、伸線加工等の減面加工の際に割れや断線が発生することになる。こうしたことから、超電導線材には、耐力、強度を有することが要求される共に、前駆体の段階での加工性が良好であることも必要な要件となる。

Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材（若しくはその前駆体）の強度を向上させる技術についても、これまで様々検討されている。こうした技術として、例えば特許文献３には、ブロンズ法の前駆体における超電導相を形成する芯部（前記超超電導コア部に相当）の外周に、Ｃｕ−Ｎｂ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金等の柱状体を補強材として配置する構成について開示されている。しかしながら、こうした構成では、加工硬化が激しくなって、加工性が悪くなり、伸線加工時に断線が生じやすいという問題がある。

特許文献４には、Ｎｂ基フィラメントにＴａ等の補強材を埋設することによって、超電導線材の強度向上を図る技術が提案されている。しかしながら、Ｎｂ基フィラメントにＴａ等の補強材を埋設する構成では、補強材の体積分率を上げるのに限界があり、強度の向上効果も限られたものになる。しかも、この技術では、構成が複雑になって製造コストが高くなるという別の問題もある。

特許文献５には、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ或はそれらの金属をベースとする合金のシート材と、Ｃｕ或はＣｕ基合金のシート材を交互に積層した積層複合体を補強材として線材の断面内に複合した超電導線材について開示されている。また、特許文献６には、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ或はそれらの金属をベースとする合金のシート材と、Ｃｕ或はＣｕ基合金のシート材を交互に積層した積層複合体を拡散障壁層の代りに配置することによって、強度向上を図ると共に積層複合体に拡散障壁層としての機能を持たせた技術について開示されている。

しかしながら、Ｃｕシートを含む積層体では、軟らかいＣｕと硬いＮｂ，Ｔａ，Ｖと組み合わせることにより、伸び性にアンバランスが生じるという理由によって前駆体の加工性が悪くなるばかりか、強度の点でも十分ではないという問題がある。
特開昭６０−２５３１１４号公報特開昭４９−１１４３８９号公報特開平９−５０７２１号公報特開２００３−８６０３２号公報特開平９−１５３３１０号公報特開２００１−２２９７４９号公報

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、超電導線材における強度向上を図って、長手方向および径方向の耐歪み性に優れると共に、前駆体製造時における加工性をも良好であり、優れた超電導特性を発揮できるようなＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造するための前駆体の構成、およびこうした前駆体を用いて良好な超電導特性を発揮できるようなＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を提供することにある。

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、Ｎｂ₃Ｓｎ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、下記（Ａ）または（Ｂ）の構成の超電導線材製造用前駆体において、
（Ａ）Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導コア部と、その外周または中心部に安定化銅を有する。
（Ｂ）ＣｕまたはＣｕ基合金中に、１本または複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントと、１本または複数本のＳｎまたはＳｎ基合金芯が配置された超電導コア部と、その外周に安定化銅を有する。
Ｔａ，Ｎｂ，ＶおよびＨｆよりなる群から選ばれる異なる２種以上の金属を積層してなる積層構造物が、線材断面の半径方向に複数回繰り返して配置されると共に、異なる金属からなる円筒状部材を同芯状に配置して円筒状に構成されるか、または異なる金属からなるシート状部材を組み合わせて巻回して円筒状に構成されたものである点に要旨を有するものである。尚、上記（Ａ）の構成の前駆体は、ブロンズ法に適用される前駆体を想定したものであり、上記（Ｂ）の構成の前駆体は内部Ｓｎ法に適用される前駆体を想定したものである。

本発明の前駆体においては、前記積層構造物は、少なくとも３回繰り返して積層されたものであることが好ましい。また、前記積層構造物は、超電導コア部の外周や、超電導コア部と安定化銅部の間に配置されたものが挙げられる。

本発明の前駆体において、前記積層構造物の他の具体的構成としては、異なる金属からなる円筒状部材を同芯上に配置して棒状に構成されるか、または異なる金属からなるシート状部材を巻回して棒状に構成されたものも挙げられ、こうした積層構造物は、線材の中心部に配置されることになる。

いずれの構成を採用するにしても、前記積層構造物は、線材断面に占める割合で８〜３５面積％であることが好ましい。また、本発明の前駆体は、超電導コア部と安定化銅部の間に、Ｓｎの拡散を防止する拡散障壁層が配置されたものであっても良い（前記図１、３、４参照）。

上記のような超電導線材製造用前駆体に対して、Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理を施してＮｂ_３Ｓｎ系超電導相を形成することによって、希望する特性を発揮するＮｂ₃Ｓｎ超電導線材が得られる。

本発明によれば、Ｔａ，Ｎｂ，ＶおよびＨｆよりなる群から選ばれる異なる２種以上の金属を積層してなる積層構造物を、線材断面の半径方向に複数回繰り返して配置する構成とすることによって、超電導線材における強度向上を図って、長手方向および径方向の耐歪み性に優れると共に、前駆体製造時における加工性をも良好なものとなり、優れた超電導特性を発揮できるようなＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造するための前駆体が実現できた。

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、Ｔａ，Ｎｂ，ＶおよびＨｆよりなる群から選ばれる異なる２種以上の金属を積層してなる積層構造物を、線材断面の半径方向に複数回繰り返して配置する構成とすれば、上記目的に適う前駆体が実現できることを見出し、本発明を完成した。

本発明の前駆体では、Ｔａ，Ｎｂ，ＶおよびＨｆよりなる群から選ばれる異なる２種以上の金属を積層してなる積層構造物を、線材断面の半径方向に複数回繰り返して配置する構成とするものであるが、こうした構成を採用することによって、超電導線材および前駆体の強度向上が図れると共に、単に２種の金属を接合した場合と比べて、接合界面が多くなることによって密着性が向上し、大きな歪みに対して均一変形しやすくなって加工性が改善されることになる。

Ｔａ，Ｎｂ，ＶおよびＨｆ等の金属は、基本的に体心立方構造（ｂｃｃ構造）を有する金属であるので、４．２Ｋの温度では基本的に耐力や強度が急激に大きなものとなる。しかしながら、夫々の金属では強度や加工性の違いが存在し、１種の金属によって強度と加工性を両立させることは困難になる。例えば、ＮｂではＴａに比べて強度は劣るものの加工性が良好なものとなる。そこで、本発明では、これらの金属を適宜組み合わせて積層した積層構造物として線材内に配置することによって、加工性と強度の両特性を両立させ得たのである。

上記効果を発揮させるためには、単に２層からなる積層構造物を１回だけ配置しただけでは不十分であり、少なくとも異なる２種以上の金属を積層してなる積層構造物を、線材断面の半径方向に複数回（即ち、２回以上）繰り返して配置される必要がある。また、接界面を多くするという観点からして、前記積層物は、少なくとも３回繰り返して積層されたものであることが好ましい。

こうした積層構造物については、様々な形態が考えられるが、例えば（ａ）異なる金属としてＴａ，ＮｂおよびＶの３種を選んだとして、これらを積層したもの一組として４回繰り返し積層した積層物の形態、或は（ｂ）異なる金属としてＴａおよびＮｂを選んだとして、これらを積層したものを一組として６回積層したもの等が挙げられる。こうした形態のうち、機械的特性の異なる金属を組み合わせて加工性と強度の両特性を両立させるという観点からすれば、異なる金属の種類は３種以上を組み合わせたもの［上記（ａ）の形態］であることが好ましい。

本発明の前駆体での積層構造物の具体的構成については、異なる金属からなる円筒状部材を同芯状に配置して円筒状に構成されるか、または異なる金属からなるシート状部材を巻回して円筒状に構成されたものが挙げられる。こうした構成では、一つの層は少なくとも周方向の全周に亘って連続したものとなるので、減面加工時の加工歪を均一化でき、均一変形に寄与して加工性を良好にする。

円筒状に構成される積層構造物は、基本的に超電導コア部の外周に配置されることになるが、安定化銅を外周に設ける場合は、超電導コア部と安定化銅部の間に配置されることになる。但し、安定化銅を線材中央部に配置する場合には、積層構造物は、超電導コア部と安定化銅の間（即ち、超電導コア部の内側）に配置することになる。

積層構造物の他の具体的構成としては、異なる金属からなる円筒状部材を同芯上に配置して棒状に構成されるか、または異なる金属からなるシート状部材を巻回して棒状に構成したものも採用できる。こうした棒状の積層構造物は、線材中心部に安定化銅部が配置される場合や、線材中心部にＳｎ金属芯がある場合（前記図３）を除いて、線材の中心部に配置されることになる。尚、シート状部材を巻回して積層構造物を棒状に構成する場合には、その中心部はＣｕまたはシート状部材と同じものとすれば良い。

いずれの構成を採用するにしても（円筒状または棒状）、円筒状部材を同芯状に配置して積層構造物を構成する場合には、一つの層を成す円筒状部材の厚みは、微細化、強化という観点から、前駆体を構成する最初の段階で５ｍｍ以下であることが好ましい。但し、円筒状に加工する必要性から０．１ｍｍ以上であることが好ましい。またシート状部材を巻回して積層構造物を構成する場合には、シート状部材の厚みはできるだけ薄いものであることが好ましく、こうした観点から１ｍｍ以下であることが好ましい。しかしながら、作業性という観点から０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。尚、複数の円筒上部材若しくはシート状部材は、積層構造物中で必ずしも同じ厚さにする必要はなく、材質（従って、加工性や強度）に応じて上記範囲内で厚さを適宜設定すれば良い。

いずれにしても、積層構造物は、線材断面に占める割合で８〜３５面積％であることが好ましい。この割合が８面積％未満になると、積層構造物を配置することによる効果（強度および加工性の改善）が認められ難くなる。しかしながら、上記割合が３５面積％を超えると、超電導に寄与する面積割合が低くなって超電導線材の臨界電流密度Ｊｃが低下することになる。尚、この割合のより好ましい下限は９面積％であり、より好ましい上限は１５面積％である。

本発明のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体では、超電導コア部と安定化銅の間にＳｎの拡散を防止するための拡散障壁層（図１の３、図３の３ａおよび図４の３ｂ）を配置したものであっても良い。安定化銅が線材中央部に配置されたものであれば、この安定化銅の外周に拡散障壁層が形成されることになるが、安定化銅が超電導コア部の外周に配置されたものであれば（前記図１、３、４参照）、安定化銅の内側に拡散障壁層が形成されることになる。

こうした拡散障壁層を超電導コア部の外側に形成する場合で、円筒状の積層構造物を配置するときには、拡散障壁層の外側に積層構造物が配置されることになる。こうした構成（即ち、拡散障壁層と積層構造物が隣接する構成）を採用する場合には、例えばシート状態部材の一部についてＴａやＮｂだけを巻回した領域を形成することによって（後記実施例参照）、積層構造物に拡散障壁層としての機能を持たせるようにすることもできる。

上記のような超電導線材製造用前駆体では、加工性および強度も良好なものとなり、こうした前駆体に対して、Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理（通常６００℃以上、７５０℃以下）を施してＮｂ₃Ｓｎ系超電導相を形成することによって、良好な超電導特性を発揮し強度も十分なＮｂ₃Ｓｎ超電導線材が得られることになる。

本発明は、基本的にブロンズ法や内部Ｓｎ法に適用される前駆体（超電導線材製造用前駆体）の構成を前提としたものであるが、補強材を備えて強度および加工性を良好にするという思想は、チューブ法や粉末法に適用される前駆的にも有用であり、本発明の構成はこれらの方法への技術的応用が可能である。

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。

［実施例１］
直径：１４ｍｍのＮｂ棒を、直径：１４ｍｍの孔を７本開けたＣｕ−１５．５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金棒（外径：６８ｍｍ）中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、六角断面形状のＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線（六角対辺：２．０ｍｍ）とした。このＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線を９５８３本束ねて、その外周に、下記表１に示す材質、厚さのシートＡを５回巻き付け、その後下記表１に示す材質、厚さのシートＢを巻き込みつつ、シートＡとシートＢの積層シートを９回巻き、その外側に、外径：１２０ｍｍ、内径：８９ｍｍのＣｕ（安定化銅層）を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出しビレット（多芯型ビレット）とした。

得られた押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、線径０．８ｍｍの線材（超電導線材製造用前駆体）にした。このとき、ピッチが１５ｍｍとなるように、ツイストを施した。

［実施例２］
直径：１４ｍｍのＮｂ棒を、直径：１４ｍｍの孔を７本開けたＣｕ−１５．５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金棒（外径：６８ｍｍ）中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、六角断面形状のＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線（六角対辺：２．０ｍｍ）とした。このＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線を９５８３本束ねて、その外周に、下記表１に示す材質、厚さのシートＡを５回巻き付け、その後下記表１に示す材質、厚さのシートＢを巻き込みつつ、シートＡとシートＢの積層シートを２３回巻き、その外側に、外径：１２０ｍｍ、内径：１００ｍｍのＣｕ（安定化銅層）を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出しビレット（多芯型ビレット）とした。

［実施例３］
直径：１４ｍｍのＮｂ棒を、直径：１４ｍｍの孔を７本開けたＣｕ−１５．５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金棒（外径：６８ｍｍ）中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、六角断面形状のＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線（六角対辺：２．０ｍｍ）とした。このＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線を９５８３本束ねて、その外周に、下記表１に示す材質、厚さのシートＡを５回巻き付け、その後下記表１に示す材質、厚さのシートＢを巻き込みつつ、シートＡとシートＢの積層シートを３３回巻き、その外側に、外径：１２０ｍｍ、内径：１００ｍｍのＣｕ（安定化銅層）を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出しビレット（多芯型ビレット）とした。

［実施例４］
直径：１４ｍｍのＮｂ棒を、直径：１４ｍｍの孔を７本開けたＣｕ−１５．５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金棒（外径：６８ｍｍ）中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、六角断面形状のＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線（六角対辺：２．０ｍｍ）とした。このＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線を９５８３本束ねて、その外周に、下記表１に示す材質、厚さのシートＡを５回巻き付け、その後下記表１に示す材質、厚さのシートＢを巻き込みつつ、シートＡとシートＢの積層シートを６回巻き、その外側に、外径：１２０ｍｍ、内径：８７ｍｍのＣｕ（安定化銅層）を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出しビレット（多芯型ビレット）とした。

［比較例１］
直径：１４ｍｍのＮｂ棒を、直径：１４ｍｍの孔を７本開けたＣｕ−１５．５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金棒（外径：６８ｍｍ）中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、六角断面形状のＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線（六角対辺：２．０ｍｍ）とした。このＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線を９５８３本束ねて、その外周に、厚さ０．２ｍｍのＮｂシートを５回巻き付け、その後厚さ０．２ｍｍのＣｕシートを巻き込みつつ、Ｎｂ／Ｃｕ積層シートを９回巻き、その外側に、外径：１２０ｍｍ、内径：８９ｍｍのＣｕ（安定化銅層）を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出しビレット（多芯型ビレット）とした。

［比較例２］
直径：１４ｍｍのＮｂ棒を、直径：１４ｍｍの孔を７本開けたＣｕ−１５．５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金棒（外径：６８ｍｍ）中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、六角断面形状のＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線（六角対辺：２．０ｍｍ）とした。このＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線を９５８３本束ねて、その外周に、厚さ０．２ｍｍのＮｂシートをまず５回巻き付け、更に２０回巻き、その外側に、外径：１２０ｍｍ、内径：８９ｍｍのＣｕ（安定化銅層）を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出しビレット（多芯型ビレット）とした。

［比較例３］
直径：１４ｍｍのＮｂ棒を、直径：１４ｍｍの孔を７本開けたＣｕ−１５．５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金棒（外径：６８ｍｍ）中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、六角断面形状のＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線（六角対辺：２．０ｍｍ）とした。このＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線を９５８３本束ねて、その外周に、厚さ０．２ｍｍのＮｂシートをまず１８回巻き付け、その後厚さ０．２ｍｍのＴａシートを巻き込みつつ、Ｎｂ／Ｔａ積層シートを１回巻き、その外側に、外径：１２０ｍｍ、内径：８９ｍｍのＣｕ（安定化銅層）を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出しビレット（多芯型ビレット）とした。

［比較例４］
直径：１４ｍｍのＮｂ棒を、直径：１４ｍｍの孔を７本開けたＣｕ−１５．５質量％Ｓｎ−０．３質量％Ｔｉ合金棒（外径：６８ｍｍ）中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、途中で適宜５００〜６００℃で１時間の焼鈍を入れながら伸線加工し、六角断面形状のＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線（六角対辺：２．０ｍｍ）とした。このＣｕ−Ｓｎ／Ｎｂ複合線を９５８３本束ねて、その外周に、厚さ０．２ｍｍのＮｂシートをまず１７回巻き付け、その後厚さ０．１ｍｍのＴａシートおよび厚さ０．１ｍｍのＨｆシートを巻き込むことで、Ｔａ／Ｈｆ積層シートを１．０回巻き、その外側に、外径：１２０ｍｍ、内径：８９ｍｍのＣｕ（安定化銅層）を配置した。こうして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出しビレット（多芯型ビレット）とした。

実施例１〜４および比較例１〜４における超電導線材前駆体に諸元（線径、シートＡ、Ｂの材質、厚み、補強材の面積率、フィラメント本数、フィラメント径）を下記表１に示す。尚、補強材の面積率とは、上記シートＡおよびＢ（実施例１〜４）、Ｎｂ／積層シート（比較例１）、Ｎｂシート（比較例２）、Ｎｂ／Ｔａ積層シート（比較例３）およびＮｂ／Ｔａ／Ｈｆ積層シート（比較例４）における線材断面に占める面積割合（％）を示す。またフィラメント本数およびフィラメント径は線材中のＮｂフィラメントの本数および半径を示す。

得られた超電導線材製造用前駆体（外径：０．８ｍｍのもの）について、６５０℃×１５０時間の熱処理（拡散熱処理）を施してＮｂ₃Ｓｎ超電導線材としたときの臨界電流密度（Ｊｃ）、４．２Ｋでの０．２％耐力、および劣化開始曲げ歪み量を、下記に示す条件にて測定した。

［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、１２Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、試料（超電導線材）に通電し、４端子法によって発生電圧を測定し、この値が０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を測定し、この電流値を、線材の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。

［４．２Ｋでの０．２％耐力の測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、各試料（超電導線材）について引張り試験を行ない、応力−歪み曲線を求め、原点付近の傾きを持つ直線を０．２％歪み量の位置まで平行移動し、応力−歪み曲線と交わる点の応力として求めた。

［劣化開始曲横応力の測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、１２Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、試料（超電導線材）に横方向に圧縮力を負荷しながら臨界電流（Ｉｃ）を測定し、臨界電流が無負荷時の９０％に劣化したときの応力を劣化開始曲横応力として測定した。このとき、応力は荷重を線材断面積で除して求めた。

これらの結果を一括して、下記表２に示す。この結果から明らかなように、異種の金属を積層状態で複数回繰り返して配置して本発明で規定する要件を満足するようにしたもの（試験Ｎｏ．１〜１３）では、長手方向、径方向の耐歪特性に優れたものとなると共に、加工性も良好なものとなって、良好な臨界電流密度Ｊｃが実現できていることが分かる。

ブロンズ法によって製造されるＮｂ₃Ｓｎ超電導線材の断面構造を模式的に示した説明図である。内部Ｓｎ法に適用される超電導線材製造用前駆体の構成例を模式的に示した断面図である。内部Ｓｎ法に適用される超電導線材製造用前駆体の他の構成例を模式的に示した断面図である。内部Ｓｎ法に適用される多芯型の超電導線材製造用前駆体の構成例を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１ＮｂまたはＮｂ合金芯
２Ｃｕ−Ｓｎ基合金製母材（ブロンズマトリクス）
３，３ａ，３ｂ拡散障壁層
４，４ａ，１３安定化銅
５一次スタック材
６外層ケース
７二次多芯ビレット
８ＣｕまたはＣｕ基合金
９Ｓｎ基金属芯
１０Ｎｂ基フィラメント
１１，１１ａ超電導線材製造用前駆体
１２Ｃｕマトリクス

Claims

Ｎｂ₃Ｓｎ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、下記（Ａ）または（Ｂ）の構成の超電導線材製造用前駆体において、
（Ａ）Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導コア部と、その外周または中心部に安定化銅を有する。
（Ｂ）ＣｕまたはＣｕ基合金中に、１本または複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントと、１本または複数本のＳｎまたはＳｎ基合金芯が配置された超電導コア部と、その外周に安定化銅を有する。
Ｔａ，Ｎｂ，ＶおよびＨｆよりなる群から選ばれる異なる２種以上の金属を積層してなる積層構造物が、線材断面の半径方向に複数回繰り返して配置されると共に、異なる金属からなる円筒状部材を同芯状に配置して円筒状に構成されるか、または異なる金属からなるシート状部材を組み合わせて巻回して円筒状に構成されたものであることを特徴とするＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
前記積層構造物は、超電導コア部の外周に配置されたものである請求項１に記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
前記積層構造物は、超電導コア部と安定化銅の間に配置されたものである請求項１に記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
Ｎｂ ₃ Ｓｎ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、下記（Ａ）または（Ｂ）の構成の超電導線材製造用前駆体において、
（Ａ）Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導コア部と、その外周または中心部に安定化銅を有する。
（Ｂ）ＣｕまたはＣｕ基合金中に、１本または複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントと、１本または複数本のＳｎまたはＳｎ基合金芯が配置された超電導コア部と、その外周に安定化銅を有する。
Ｔａ，Ｎｂ，ＶおよびＨｆよりなる群から選ばれる異なる２種以上の金属を積層してなる積層構造物が、線材断面の半径方向に複数回繰り返して配置されると共に、異なる金属からなる円筒状部材を同芯上に配置して棒状に構成されるか、または異なる金属からなるシート状部材を組み合わせて巻回して棒状に構成されたものであり、且つ線材の中心部に配置されるものであることを特徴とするＮｂ ₃ Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
前記積層構造物は、少なくとも３回繰り返して積層されたものである請求項１〜４のいずれかに記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
前記積層構造物は、線材断面に占める割合で８〜３５面積％である請求項１〜５のいずれかに記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
超電導コア部と安定化銅部の間に、Ｓｎの拡散を防止する拡散障壁層が配置されたものである請求項１〜６のいずれかに記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
請求項１〜７のいずれかに記載の超電導線材製造用前駆体に対して、Ｎｂ₃Ｓｎ生成熱処理を施してＮｂ₃Ｓｎ超電導相を形成したものであるＮｂ₃Ｓｎ超電導線材。