JP5642727B2 - 内部Ｓｎ法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材、及びそれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内部Ｓｎ法により製造されるＮｂ_３Ｓｎ超電導線材を製造するための前駆体、Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材、及びそれらの製造方法に関する。

特許文献１に従来のＮｂ_３Ｓｎ超電導線材が記載されている。この超電導線材は、超電導マグネットのコイルの巻線などとして用いられる。この超電導マグネットは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置、物性評価装置、電力貯蔵や核融合炉等に用いられる。

従来より、Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材のＮｂ_３Ｓｎ超電導相内にＴｉを含ませることで、高磁場での臨界電流密度を高くできることが知られている。特許文献１に記載の技術では、Ｔｉの供給源としてＳｎＴｉ合金が用いられている（特許文献１の［００５２］）。

特開２００６−４６８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術には次の問題がある。上記ＳｎＴｉ合金は、Ｓｎ中にＳｎＴｉ粒子（化合物）が含まれるものである。このＳｎＴｉ粒子は、ＳｎＴｉ合金で形成された線材の加工性を下げる。よって、Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を製造するための縮径加工の際に、線材が断線しやすい。

また、この断線を抑制するため、ＳｎＴｉ粒子を微細化し、ＳｎＴｉ粒子をＳｎ中に分散させる技術がある。しかし、ＳｎＴｉ粒子を微細化及び分散させたＳｎＴｉ合金は、製造が困難であり高価である。

そこで本発明は、縮径加工時の断線を抑制できるとともに、安価な内部Ｓｎ法Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の内部Ｓｎ法Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体は、安定化銅層と、前記安定化銅層の内周側に配置された拡散バリア層と、前記拡散バリア層の内周側に配置された超電導マトリクスと、を備える。前記超電導マトリクスは、Ｓｎセグメント線材と、前記Ｓｎセグメント線材の周囲を取り囲むように配置されたＮｂセグメント線材と、を備える。前記Ｓｎセグメント線材は、Ｃｕマトリクスの内周側に配置されたＳｎ芯材を備える。前記Ｓｎ芯材は、Ｔｉ以外の金属とＳｎとからなるＳｎ合金、または純Ｓｎで形成される。前記Ｎｂセグメント線材は、Ｎｂ単芯線材と、Ｔｉ単芯線材と、を備える。前記Ｎｂ単芯線材は、Ｃｕマトリクスの内周側に配置されたＮｂ芯材を備える。前記Ｔｉ単芯線材は、Ｃｕマトリクスの内周側に配置されたＮｂ層と、前記Ｎｂ層の内周側に配置されたＴｉ芯材と、を備える。前記Ｔｉ芯材は、純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成される。
また、本発明の内部Ｓｎ法Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の製造方法は、純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成されたＴｉ芯材を準備する工程と、Ｃｕマトリクスの内周側にＮｂ層を配置するとともに前記Ｎｂ層の内周側に前記Ｔｉ芯材を配置してＴｉ単芯線材を作製する工程と、Ｃｕマトリクスの内周側にＮｂ芯材を配置してＮｂ単芯線材を作製する工程と、前記Ｔｉ単芯線材と前記Ｎｂ単芯線材とを組み合わせてＮｂセグメント線材を作製する工程と、Ｓｎ合金（Ｔｉ以外の金属とＳｎとからなる合金）または純Ｓｎで形成されたＳｎ芯材を準備する工程と、Ｃｕマトリクスの内周側に前記Ｓｎ芯材を配置してＳｎセグメント線材を作製する工程と、前記Ｓｎセグメント線材の周囲を取り囲むように前記Ｎｂセグメント線材を配置して超電導マトリクスを作製する工程と、安定化銅層の内周側に拡散バリア層を配置するとともに前記拡散バリア層の内周側に前記超電導マトリクスを配置して複合体を作製する工程と、前記複合体を縮径加工する工程と、を備える。

縮径加工時の断線を抑制できるとともに、前駆体を安価にできる。

前駆体の断面図である。

図１を参照して本発明の実施形態の前駆体１（内部Ｓｎ法Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）、及びその製造方法等について説明する。まず、前駆体１を用いて製造される超電導線材（Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材）について説明する。

超電導線材（Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材）は、前駆体１に対して拡散熱処理を施してＮｂ_３Ｓｎ系超電導相（以下、単に「超電導相」とも言う）を形成させることで製造される。この超電導線材は、分散Ｓｎ内部Ｓｎ法（後述）により製造される。この超電導線材の軸直角断面（軸方向に直交する断面、軸方向から見た断面）の構造は、後述する前駆体１の軸直角断面の構造とほぼ同様である（以下、軸直角断面を単に「断面」とも言う）。

前駆体１（内部Ｓｎ法Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）は、拡散熱処理（Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理）を施す前の段階の前駆体である。前駆体１は、後述する「複合体」を縮径加工した後の段階の前駆体である。前駆体１の断面は、例えば円形状である（矩形状でも良い）。前駆体１は、外周側（径方向外側）から順に、安定化銅層２と、拡散バリア層３と、超電導マトリクス５とを備える。

安定化銅層２は、超電導線材が超電導状態から常電導状態になったときに、超電導相に過電流が流れて超電導相が焼損すること防ぐための層である。安定化銅層２は、前駆体１の最も外周側に配置される。

拡散バリア層３は、拡散熱処理の際に超電導マトリクス５内のＳｎが外周側（安定化銅層２側）に拡散することを抑制する層である。拡散バリア層３は、安定化銅層２の内周側（径方向内側）に配置され、超電導マトリクス５の外周側に配置される。拡散バリア層３は、Ｎｂ層およびＴａ層の少なくともいずれかの層を備える。拡散バリア層３の最内周側の層（超電導マトリクス５と接する部分）は、Ｔａ層であることが好ましい。その理由は、拡散バリア層３の最内周側の層がＴａ層でなくＮｂ層の場合、拡散バリア層３のＮｂ層と超電導マトリクス５内のＳｎとが拡散熱処理の際に反応し、拡散バリア層３の近傍に超電導相が形成され、超電導線材の有効フィラメント径が増大して交流損失が大きくなるおそれがあるからである。

超電導マトリクス５は、拡散熱処理後（Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理後）に超電導相を形成する部分である。超電導マトリクス５は、前駆体１の断面の中央に配置される。超電導マトリクス５は、複数のＳｎセグメント線材１０と、複数のＮｂセグメント線材２０とを備える。超電導マトリクス５は、Ｓｎセグメント線材１０及びＮｂセグメント線材２０以外の線材、例えば補強用の線材（図示なし）などを備えても良い。超電導マトリクス５では、Ｓｎセグメント線材１０の周囲を取り囲むようにＮｂセグメント線材２０が配置される（超電導マトリクス５の外周側端部を除く）。好ましくは、Ｓｎセグメント線材１０の周囲全体を取り囲むように、Ｎｂセグメント線材２０が配置される。具体的には例えば、六角形断面の１本のＳｎセグメント線材１０の周囲全体を取り囲むように、六角形断面の６本のＮｂセグメント線材２０が配置される。

Ｓｎセグメント線材１０は、Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材のＳｎ成分の供給源である。Ｓｎセグメント線材１０は、断面が例えば六角形（正六角形）である（Ｎｂセグメント線材２０、Ｎｂ単芯線材３０、及びＴｉ単芯線材４０も同様）。

また、Ｓｎセグメント線材１０は、Ｃｕマトリクス１１と、Ｃｕマトリクス１１の内周側に配置されたＳｎ芯材とを備える。そして、超電導マトリクス５中のＳｎ成分とＣｕ成分とは、ブロンズ化熱処理（後述）を行うまで分離して配置される。すなわち、超電導線材は内部Ｓｎ法により製造される。よって、前駆体１により製造された超電導線材の臨界電流密度（Ｊｃ）を、ブロンズ法により製造された超電導線材よりも大きくできる。
なお、ブロンズ法は、ブロンズ（Ｃｕ−Ｓｎ合金）を備える前駆体を用いた超電導線材の製法である。このブロンズ中のＳｎ濃度には限界（質量百分率で約１６％）がある。以下では、質量百分率で表した濃度を「質量％」とする。Ｓｎの濃度が不十分であることによりＮｂとＳｎとの反応が不十分となり、超電導相の形成が不十分となり、臨界電流密度を十分高くできない場合がある。一方、内部Ｓｎ法では、Ｓｎ濃度に上記のような限界がない。よって、超電導相を十分に形成させることができ、その結果、超電導線材の臨界電流密度を高くできる。

また、複数のＳｎセグメント線材１０は、超電導マトリクス５中に分散して（Ｓｎセグメント線材１０どうしが隣り合うことなく）配置される。すなわち、超電導線材は分散Ｓｎ法（ＤＴ法、Distributed Tin 法）により製造される。Ｓｎセグメント線材１０が分散して配置されるので、超電導マトリクス５中のＳｎ成分が分散され、ＳｎとＮｂとの反応が均一に生じ、超電導相が均一に形成される。

Ｃｕマトリクス１１は、内周側にＳｎ芯材１２が配置される部材である。Ｃｕマトリクス１１の断面は、例えば、外周が六角形（正六角形）、内周が円形に形成される。Ｃｕマトリクス１１は、Ｓｎセグメント線材１０の縮径加工を容易にする。この理由は、Ｃｕマトリクス１１を形成するＣｕは、縮径加工工具（例えば伸線用ダイスなど）との潤滑性に優れ、焼付き等が生じるのを防止できるからである（この効果および上記断面形状についてはＣｕマトリクス３１及び４１も同様）。

Ｓｎ芯材１２は、Ｓｎ合金または純Ｓｎで形成される。この「純Ｓｎ」には、０．５質量％未満の不純物（Ｔｉ以外）が含まれても良い。この「Ｓｎ合金」は、Ｔｉ以外の金属（添加元素）とＳｎとからなる合金である。このＳｎ合金は、例えばＴａ、Ｚｒ、Ｈｆ等の添加元素を、例えば０．５質量％〜１０質量％程度含むものである。Ｓｎ合金中の添加元素の割合の上限は、Ｓｎセグメント線材１０（前駆体１）の加工性を阻害しないような値に設定する。また、Ｓｎ芯材１２は、Ｓｎセグメント線材１０の断面の中央に配置される。Ｓｎ芯材１２は断面が例えば円形である（Ｎｂ芯材３２およびＴｉ芯材４３の断面形状も同様）。

Ｎｂセグメント線材２０は、Ｎｂ単芯線材３０とＴｉ単芯線材４０とを組み合わせたものである。Ｎｂセグメント線材２０は、例えば３６本配置されたＮｂ単芯線材３０と、例えば中央に１本配置されたＴｉ単芯線材４０とを備える。なお、図１に示すＮｂセグメント線材２０は、縮径加工によりＣｕマトリクス３１及び４１が一体化された状態のものである。

Ｎｂ単芯線材３０は、Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材のＮｂの供給源である。複数のＮｂ単芯線材３０は、Ｎｂセグメント線材２０中に分散して配置される。Ｎｂ単芯線材３０は、Ｃｕマトリクス３１と、Ｃｕマトリクス３１の内周側に配置されたＮｂ芯材３２とを備える。

Ｎｂ芯材３２は、純ＮｂまたはＮｂ合金により形成される。この「純Ｎｂ」は、微量（例えば０．５質量％未満）の不純物を含んだものでも良い。この「Ｎｂ合金」は、添加元素（例えばＴａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔｉ等）を０．５質量％〜１０質量％程度含有する合金である。Ｎｂ芯材３２は、Ｎｂ単芯線材３０の断面の中央に配置される。

Ｔｉ単芯線材４０は、Ｎｂ_３Ｓｎ超電導相へのＴｉ成分の供給源である。Ｔｉ単芯線材４０は、外周側から順に、Ｃｕマトリクス４１と、Ｎｂ層４２と、Ｔｉ芯材４３とを備える。

Ｎｂ層４２は、Ｔｉを含まないＮｂ合金または純Ｎｂにより形成される。Ｎｂ層４２は、Ｃｕマトリクス４１の内周側に配置される層である。Ｎｂ層４２はＴｉ芯材４３の外周側に配置される層である。Ｎｂ層４２は、縮径加工中（特に縮径加工中に行われる焼鈍し中）に、Ｔｉ芯材４３から外周側へＴｉ成分が拡散するのを防止する、いわばＴｉの拡散バリア層である。Ｎｂ層４２が加工により十分薄くなると、長時間の熱処理によりＴｉ芯材４３から外周側へＴｉ成分が拡散可能となる（詳細は後述）。Ｎｂ層４２の厚さは、上記の機能を実現できるように、熱処理の温度や時間に応じて適宜設定する。具体的には、Ｎｂ層４２の厚さは、Ｔｉ芯材４３の径の０．１〜２．０％に設定するのが望ましい。

Ｔｉ芯材４３は、純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成される。この純Ｔｉには、不純物が０．５質量％未満含まれていても良い。このＮｂＴｉ合金中のＮｂ成分は、例えば０．５〜６０質量％程度等である。このＮｂＴｉ合金にはＮｂ及びＴｉ以外の添加元素等が含まれていても良い。Ｔｉ芯材４３は、Ｔｉ単芯線材４０の断面の中央に配置される。

次にＴｉ単芯線材４０の量および配置を説明する。Ｔｉ単芯線材４０の量は、超電導マトリクス５内のＮｂ成分に対するＴｉ成分の割合が０．１〜５．０質量％になるように調整される。Ｔｉ単芯線材４０は、Ｎｂセグメント線材２０内で均等に配置される。例えば上述したように、Ｔｉ単芯線材４０は、Ｎｂセグメント線材２０の断面中央に１本配置される。また例えば、複数のＴｉ単芯線材４０がＮｂセグメント線材２０内で分散して（少なくとも隣り合わないように）配置されても良い。また例えば、Ｔｉ芯材４３が細いほどＴｉ単芯線材４０の数を増やしても良い。また例えば、ＮｂＴｉ合金で形成されたＴｉ芯材４３中のＴｉ成分が少ないほどＴｉ単芯線材４０を増やしても良い。

（製法）
次に、前駆体１および超電導線材の製造方法を説明する。この製造方法は、Ｎｂセグメント線材２０を作製する工程と、Ｓｎセグメント線材１０を作製する工程と、複合体（縮径加工前の前駆体１）を作製して縮径する工程と、前駆体１に熱処理を施して超電導線材を作製する工程とを備える。なお、以下では前駆体１の段階での部材名を括弧を付して記載する場合がある。

（Ｎｂセグメント線材２０の作製） Ｎｂセグメント線材２０の製造方法は、Ｔｉ単芯線材４０を作製する工程と、Ｎｂ単芯線材３０を作製する工程と、Ｔｉ単芯線材４０とＮｂ単芯線材３０とを組み合わせる工程とを備える。

Ｔｉ単芯線材４０は、次の（ａ）〜（ｇ）のように作製される。（ａ）純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成されたＴｉビレット（Ｔｉ芯材４３）を準備する。（ｂ）Ｃｕ管（Ｃｕビレット）（Ｃｕマトリクス４１）の内周側にＮｂシート（Ｎｂ層４２）を配置する。（ｃ）Ｎｂシート（Ｎｂ層４２）の内周側にＴｉビレット（Ｔｉ芯材４３）を配置する。なお、各工程の順序は様々に変更できる。例えば、Ｔｉビレット（Ｔｉ芯材４３）の周囲にＮｂシート（Ｎｂ層４２）を巻きつけたものを、Ｃｕ管（Ｃｕマトリクス４１）の内周側に挿入しても良い。各工程の順序を様々に変更できる点については、以降の工程についても同様である。（ｄ）上記（ａ）〜（ｃ）で作製されたビレット（Ｔｉ単芯線材４０）の軸方向両端部を真空状態で溶接する。（ｅ）上記（ｄ）で溶接されたビレットを熱間押出しする。（ｆ）上記（ｅ）で押出しされた押出材を縮径加工して六角断面形状とする。なお、複数回の縮径加工の途中に、焼鈍をしても良い。（ｇ）寸法や形状等の矯正後に所定長さ（定尺）に裁断する。これによりＴｉ単芯線材４０が作製される。

Ｎｂ単芯線材３０は、次の（ｈ）および（ｉ）のように作製される。（ｈ）Ｃｕ管（Ｃｕマトリクス３１）の内周側にＮｂビレット（Ｎｂ芯材３２）を配置（挿入）する。（ｉ）上記（ｄ）〜（ｇ）と同様に縮径加工等をする。これによりＮｂ単芯線材３０が作製される。

Ｎｂセグメント線材２０は、次の（ｊ）〜（ｌ）のように作製される。（ｊ）Ｔｉ単芯線材４０とＮｂ単芯線材３０とを組み合わせたものを、Ｃｕ管に挿入する。（ｋ）上記（ｊ）におけるＴｉ単芯線材４０の量は、超電導マトリクス５内のＮｂ成分に対するＴｉ成分の割合が０．１〜５．０質量％になるように調整される。（ｌ）上記（ｄ）〜（ｇ）と同様に縮径加工等をする。これによりＮｂセグメント線材２０が作製される。

（Ｓｎセグメント線材１０の作製） Ｓｎセグメント線材１０は、次の（ｍ）〜（ｏ）のように作製される。（ｍ）Ｓｎ合金または純Ｓｎで形成されたＳｎ棒（Ｓｎ芯材１２）を準備する。（ｎ）Ｃｕ管（Ｃｕマトリクス１１）の内周側にＳｎ棒（Ｓｎ芯材１２）を配置する。（ｏ）上記（ｎ）で作製された棒に対し、冷間引抜きによる縮径加工等を施す。これによりＳｎセグメント線材１０が製作される。

（複合体の作製および縮径） 複合体（縮径加工前の前駆体１）の製造方法は、超電導マトリクス５を作製する工程と、超電導マトリクス５と他の部材とを組み合わせる工程とを備える。

超電導マトリクス５は、次の（ｐ）及び（ｑ）のように作製される。（ｐ）Ｓｎセグメント線材１０とＮｂセグメント線材２０とを組み合わせて超電導マトリクス５を作製する。（ｑ）上記（ｐ）の際、Ｓｎセグメント線材１０の周囲を取り囲むようにＮｂセグメント線材２０を配置する。

複合体（縮径加工前の前駆体１）は、次の（ｒ）〜（ｔ）のように作製される。（ｒ）Ｃｕ管（安定化銅層２）の内周側に、例えばＮｂシートを重ね巻きしたもの（拡散バリア層３）を配置する（張り付かせる）。（ｓ）Ｎｂシート（拡散バリア層３）の内周側に超電導マトリクス５を配置する。これにより複合体が作製される。（ｔ）この複合体に対し、冷間引抜きによる縮径加工等を施す。これにより、前駆体１が製造される。

（熱処理） 前駆体１に対して拡散熱処理を施すことで超電導線材を製造する。拡散熱処理には、（ｕ）ブロンズ化熱処理と、（ｖ）Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理とがある。

ブロンズ化熱処理（ｕ）は次のように行われる。前駆体１を例えば２００℃〜６００℃の温度で、数十時間や数百時間、加熱する。これにより、Ｎｂセグメント線材２０のＣｕマトリクス３１・４１中に、Ｓｎ芯材１２のＳｎ成分が拡散され、ブロンズ（Ｃｕ−Ｓｎ合金）が生成される。

Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理（ｖ）は次のように行われる。ブロンズ化熱処理（ｕ）を経た前駆体１を、例えば６００℃〜８００℃の温度で、数十時間や数百時間、加熱する。これにより、上記（ｕ）で生成されたブロンズとＮｂ単芯線材３０との境界にＮｂ_３Ｓｎ系超電導相が形成される。

これらの熱処理（ｕ）及び（ｖ）の際に、Ｔｉ芯材４３のＴｉ成分は、周囲のＮｂ_３Ｓｎ系超電導相内に均一に拡散される。これにより、本発明のＮｂ_３Ｓｎ超電導線材が製造される。上記のようにＴｉ成分が拡散できる理由は、縮径加工（上記（ｅ）（ｆ）（ｌ）及び（ｔ））によりＮｂ層４２が十分薄くなっているとともに、熱処理（上記（ｕ）及び（ｖ））が長時間だからである。一方、前駆体１の加工段階では、焼鈍時間は短く（なお上記（ｆ）及び（ｌ）の際に焼鈍が行われ得る）、Ｎｂ層４２が十分薄くなっていないので、Ｔｉは上記のような拡散ができない。

（実験）
本発明の実施例、比較例１、及び比較例２の超電導線材を作製した。そして、各超電導線材について、臨界電流密度、及び、断線回数を測定した。

実施例の超電導線材は、上記（ａ）〜（ｖ）の工程を備える製造方法で作製した。
（Ｔｉ単芯線材４０）上記（ｂ）の工程で用いたＣｕ管（Ｃｕマトリクス４１）は、外径：１４０ｍｍφ、内径：１１０ｍｍφである。同工程で用いたＮｂシート（Ｎｂ層４２）は、厚さ：０．２ｍｍである。上記（ｃ）の工程で用いたＴｉビレット（Ｔｉ芯材４３）は、Ｎｂ−４７ｗｔ％Ｔｉ合金（Ｔｉが４７質量％）で形成され、外径：１０９ｍｍφである。上記（ａ）〜（ｇ）の工程で作製したＴｉ単芯線材４０の対辺長さ（正六角形断面の平行な２辺間の最短距離）は４．３ｍｍである。
（Ｎｂ単芯線材３０）上記（ｈ）の工程で用いたＣｕ管（Ｃｕマトリクス３１）は、外径：６８ｍｍφ、内径：６１ｍｍφである。同工程で用いたＮｂビレット（Ｎｂ芯材３２）は、外径：６０．８ｍｍφである。上記（ｈ）及び（ｉ）の工程で作製したＮｂ単芯線材３０の対辺長さは４．３ｍｍである。
（Ｎｂセグメント線材２０）上記（ｊ）の工程で用いたＣｕ管は、外径：３４ｍｍφ、内径：３０ｍｍφである。上記（ｊ）〜（ｌ）の工程で作製した１本のＮｂセグメント線材２０は、図１に示すように、１本のＴｉ単芯線材４０と３６本のＮｂ単芯線材３０とを備えるものである。このＮｂセグメント線材２０の対辺長さは１．７ｍｍである。
（Ｓｎセグメント線材１０）上記（ｎ）の工程で用いたＣｕ管（Ｃｕマトリクス１１）は、外径：２４ｍｍφ、内径：２１ｍｍφである。上記（ｍ）の工程で用いたＳｎ棒（Ｓｎ芯材１２）は、純Ｓｎで形成されたものであり、外径：２０．６ｍｍφである。上記（ｍ）〜（ｏ）の工程で作製したＳｎセグメント線材１０の対辺長さは１．７ｍｍである。
（複合体）上記（ｐ）及び（ｑ）の工程では、１本のＳｎセグメント線材１０の周囲全体を６本のＮｂセグメント線材２０が取り囲むような配置とした。また、１３８本のＮｂセグメント線材２０と７３本のＳｎセグメント線材１０とを組み合わせて超電導マトリクス５を作製した。上記（ｒ）の工程で用いたＣｕ管（安定化銅層２）は、外径３４ｍｍφ、内径：３０ｍｍφである。同工程で用いたＮｂシート（拡散バリア層３）は、厚さ：０．２ｍｍを重ね巻きしたものである。上記（ａ）〜（ｓ）の工程で作製した前駆体１は、直径：１．０ｍｍφである。
（熱処理）ブロンズ化熱処理（ｕ）は、２１０℃で５０時間、及び、３５０℃で１００時間行った。Ｎｂ₃Ｓｎ生成熱処理（ｖ）は、６７０℃で１００時間行った。
また、実施例の超電導線材では、超電導マトリクス５内のＮｂ成分に対するＴｉ成分の割合は１．１質量％とした。この割合は、実施例と比較例１とで統一した。

比較例１の超電導線材は、実施例の超電導線材と次の点で相違し、他の点で一致する。
比較例１の超電導線材の前駆体（１）は、Ｔｉ単芯線材４０を備えない。すなわち、比較例１の超電導線材の前駆体（１）は、実施例のＴｉ単芯線材４０を、Ｎｂ単芯線材３０に置き換えたものである。
また、実施例のＳｎ芯材１２は純Ｓｎで形成したが、比較例１のＳｎ芯材（１２）はＳｎ−２ｗｔ％Ｔｉ合金で形成したものである。

比較例２の超電導線材は、ブロンズ法で作製したものである。

臨界電流密度は次のように求めた。各超電導線材の臨界電流を、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、１６Ｔ（テスラ）の外部磁場の下で四端子法にて測定した。測定した臨界電流を非Ｃｕ部の面積で割って、臨界電流密度を算出した。

断線回数は次のように測定した。長さ５０００ｍの前駆体１を製造する際の縮径加工時の断線回数を測定した。また、Ｓｎセグメント線材１０やＮｂセグメント線材２０など前駆体１を構成する各線材の縮径加工時の断線回数と、複合体（熱処理前の前駆体１）の縮径加工時の断線回数と、の合計回数を測定した。なお、内部Ｓｎ法で作製した実施例（及び比較例１）と、ブロンズ法で作製した比較例２とでは前駆体１の構造が大きく異なるので、実施例と比較例２との断線回数の比較は省略する。

（結果）
実験結果を表１に示す。なお、表中の「Ｊｃ特性」は臨界電流密度である。

臨界電流密度は、実施例と比較例１とでほぼ等しくなった。この理由は、超電導マトリクス５内のＮｂ成分に対するＴｉ成分の割合を、実施例と比較例１とで統一したからである。
また、臨界電流密度は、実施例のほうが比較例２よりも大きくなった。この理由は、比較例２（ブロンズ法）よりも実施例（内部Ｓｎ法）の方が、超電導マトリクス５中のＳｎ濃度が高く、その結果、超電導相を十分に形成できたからである。

断線回数は、実施例の方が比較例１よりも少なくなった。この理由は次の通りである。比較例１の前駆体（１）では、Ｓｎ芯材（１２）がＳｎＴｉ合金で形成され、このＳｎＴｉ合金が縮径加工の加工性を悪化させた。一方、実施例の前駆体１では、Ｓｎ芯材１２にＳｎＴｉ合金が含まれない。また、実施例の前駆体１では（熱処理前の段階では）、Ｔｉ単芯線材４０からのＴｉの拡散がＮｂ層４２により妨げられるので、ＳｎＴｉ合金が生成されない。よって、実施例では比較例１よりも断線を抑制できた。

（効果１）
次に、本発明の前駆体１等の効果を説明する。前駆体１（内部Ｓｎ法Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）は、安定化銅層２と、安定化銅層２の内周側に配置された拡散バリア層３と、拡散バリア層３の内周側に配置された超電導マトリクス５と、を備える。超電導マトリクス５は、Ｓｎセグメント線材１０と、Ｓｎセグメント線材１０の周囲を取り囲むように配置されたＮｂセグメント線材２０と、を備える。Ｓｎセグメント線材１０は、Ｃｕマトリクス１１の内周側に配置されたＳｎ芯材１２を備える。Ｓｎ芯材１２は、Ｔｉ以外の金属とＳｎとからなるＳｎ合金、または純Ｓｎで形成される。Ｎｂセグメント線材２０は、Ｎｂ単芯線材３０と、Ｔｉ単芯線材４０と、を備える。Ｎｂ単芯線材３０は、Ｃｕマトリクス３１の内周側に配置されたＮｂ芯材３２を備える。Ｔｉ単芯線材４０は、Ｃｕマトリクス４１の内周側に配置されたＮｂ層４２と、Ｎｂ層４２の内周側に配置されたＴｉ芯材４３と、を備える。Ｔｉ芯材４３は、純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成される。

（効果１−１）
Ｎｂセグメント線材２０は、Ｎｂ層４２と、Ｎｂ層４２の内周側に配置されたＴｉ芯材４３とを備える。よって、前駆体１を製造するための縮径加工の際（特に縮径加工中の焼鈍しの際）、Ｔｉ芯材４３のＴｉ成分がＮｂ層４２の外周側に拡散することが抑制される。よって、このＴｉ成分と超電導マトリクス５中のＳｎ成分とが、断線の原因となるＳｎＴｉ合金を形成することを抑制できる。したがって、前駆体１を製造するための縮径加工時に線材（縮径加工前の前駆体１、及び、Ｓｎセグメント線材１０）が断線することを抑制できる。
また、縮径加工によりＮｂ層４２が十分薄くなった状態で、前駆体１に対して熱処理を長時間施せば、Ｔｉ芯材４３のＴｉ成分は周囲に拡散される。その結果、このＴｉ成分は、Ｎｂ３ｓｎ系超電導相内に拡散される。よって、超電導特性（高磁場での臨界電流密度）を向上できる。

（効果１−２）
Ｔｉ芯材４３は、純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成される。純Ｔｉ及びＮｂＴｉ合金は、ＳｎＴｉ合金よりも加工性が良いので、前駆体１を製造するための縮径加工時の線材の断線を抑制できる。また、純Ｔｉ及びＮｂＴｉ合金は、ＳｎＴｉ粒子を微細化したＳｎＴｉ合金（上述したように加工性の向上を図った合金）よりも入手が容易で安価なので、前駆体１を安価に製造できる。

（効果２、５）
Ｔｉ単芯線材４０の量は、超電導マトリクス５内のＮｂ成分に対するＴｉ成分の割合が０．１〜５．０質量％になるように調整される。前記割合が０．１質量％以上なので、臨界電流密度を十分高くできる。前記割合が５．０質量％以下なので、Ｔｉ成分が多すぎることによる加工性（縮径加工の加工性）の悪化を抑制できる。

（効果３、６）
本発明のＮｂ_３Ｓｎ超電導線材は、前駆体１に対して、拡散熱処理を施してＮｂ_３Ｓｎ系超電導相を形成したものである（本発明のＮｂ_３Ｓｎ超電導線材の製造方法は、前駆体１に対して拡散熱処理を施してＮｂ_３Ｓｎ系超電導相を形成する工程を備える）。この超電導線材は、上記の効果を奏するものである。

（効果４）
前駆体１（内部Ｓｎ法Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）の製造方法は、純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成されたＴｉ芯材４３を準備する工程と、Ｃｕマトリクス４１の内周側にＮｂ層４２を配置するとともにＮｂ層４２の内周側にＴｉ芯材４３を配置してＴｉ単芯線材４０を作製する工程とを備える。さらに、この製造方法は、Ｃｕマトリクス３１の内周側にＮｂ芯材３２を配置してＮｂ単芯線材３０を作製する工程と、Ｔｉ単芯線材４０とＮｂ単芯線材３０とを組み合わせてＮｂセグメント線材２０を作製する工程とを備える。さらに、この製造方法は、Ｓｎ合金（Ｔｉ以外の金属とＳｎとからなる合金）または純Ｓｎで形成されたＳｎ芯材１２を準備する工程と、Ｃｕマトリクス１１の内周側にＳｎ芯材１２を配置してＳｎセグメント線材１０を作製する工程とを備える。さらに、この製造方法は、Ｓｎセグメント線材１０の周囲を取り囲むようにＮｂセグメント線材２０を配置して超電導マトリクス５を作製する工程と、安定化銅層２の内周側に拡散バリア層３を配置するとともに拡散バリア層３の内周側に超電導マトリクス５を配置して複合体（縮径加工前の前駆体１）を作製する工程と、複合体を縮径加工する工程と、を備える。
この構成により、上記（効果１）と同様の効果が得られる。

（変形例）
前駆体１等は次のように変形しても良い。例えば、上記実施形態では前駆体１の断面を円形とした。しかし、前駆体１の断面は、例えば楕円形や矩形状（矩形の４つの角が丸いものを含む）等でも良い。前駆体１の断面を矩形状とした場合は、前駆体１を用いて製造した超電導線材を巻線としてコイルを形成したときに、超電導線材間のデッドスペースを減らせる。

１ 前駆体（内部Ｓｎ法Ｎｂ_３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）
２ 安定化銅層
３ 拡散バリア層
５ 超電導マトリクス
１０ Ｓｎセグメント線材
１１ Ｃｕマトリクス
１２ Ｓｎ芯材
２０ Ｎｂセグメント線材
３０ Ｎｂ単芯線材
３１ Ｃｕマトリクス
３２ Ｎｂ芯材
４０ Ｔｉ単芯線材
４１ Ｃｕマトリクス
４２ Ｎｂ層
４３ Ｔｉ芯材

Claims (6)

1. 安定化銅層と、
   前記安定化銅層の内周側に配置された拡散バリア層と、
   前記拡散バリア層の内周側に配置された超電導マトリクスと、を備え、
   前記超電導マトリクスは、
   Ｓｎセグメント線材と、
   前記Ｓｎセグメント線材の周囲を取り囲むように配置されたＮｂセグメント線材と、を備え、
   前記Ｓｎセグメント線材は、Ｃｕマトリクスの内周側に配置されたＳｎ芯材を備え、
   前記Ｓｎ芯材は、Ｔｉ以外の金属とＳｎとからなるＳｎ合金、または純Ｓｎで形成され、
   前記Ｎｂセグメント線材は、Ｎｂ単芯線材と、Ｔｉ単芯線材と、を備え、
   前記Ｎｂ単芯線材は、Ｃｕマトリクスの内周側に配置されたＮｂ芯材を備え、
   前記Ｔｉ単芯線材は、
   Ｃｕマトリクスの内周側に配置されたＮｂ層と、
   前記Ｎｂ層の内周側に配置されたＴｉ芯材と、を備え、
   前記Ｔｉ芯材は、純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成される、
   内部Ｓｎ法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
2. 前記Ｔｉ単芯線材の量は、前記超電導マトリクス内のＮｂ成分に対するＴｉ成分の割合が質量百分率で０．１〜５．０％になるように調整される、請求項１に記載の内部Ｓｎ法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
3. 請求項１または２に記載の前駆体に対して、拡散熱処理を施してＮｂ₃Ｓｎ系超電導相を形成した、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材。
4. 純ＴｉまたはＮｂＴｉ合金で形成されたＴｉ芯材を準備する工程と、
   Ｃｕマトリクスの内周側にＮｂ層を配置するとともに前記Ｎｂ層の内周側に前記Ｔｉ芯材を配置してＴｉ単芯線材を作製する工程と、
   Ｃｕマトリクスの内周側にＮｂ芯材を配置してＮｂ単芯線材を作製する工程と、
   前記Ｔｉ単芯線材と前記Ｎｂ単芯線材とを組み合わせてＮｂセグメント線材を作製する工程と、
   Ｔｉ以外の金属とＳｎとからなるＳｎ合金、または純Ｓｎで形成されたＳｎ芯材を準備する工程と、
   Ｃｕマトリクスの内周側に前記Ｓｎ芯材を配置してＳｎセグメント線材を作製する工程と、
   前記Ｓｎセグメント線材の周囲を取り囲むように前記Ｎｂセグメント線材を配置して超電導マトリクスを作製する工程と、
   安定化銅層の内周側に拡散バリア層を配置するとともに前記拡散バリア層の内周側に前記超電導マトリクスを配置して複合体を作製する工程と、
   前記複合体を縮径加工する工程と、
   を備える内部Ｓｎ法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の製造方法。
5. 前記Ｔｉ単芯線材の量は、前記超電導マトリクス内のＮｂ成分に対するＴｉ成分の割合が質量百分率で０．１〜５．０％になるように調整される、請求項４に記載の内部Ｓｎ法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の製造方法により製造された前駆体に対して、拡散熱処理を施してＮｂ₃Ｓｎ系超電導相を形成する工程を備える、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材の製造方法。