JP7110372B2 - Diffusion barrier for metallic superconducting wires - Google Patents

Diffusion barrier for metallic superconducting wires Download PDF

Info

Publication number
JP7110372B2
JP7110372B2 JP2020546144A JP2020546144A JP7110372B2 JP 7110372 B2 JP7110372 B2 JP 7110372B2 JP 2020546144 A JP2020546144 A JP 2020546144A JP 2020546144 A JP2020546144 A JP 2020546144A JP 7110372 B2 JP7110372 B2 JP 7110372B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting wire
diffusion barrier
wire
cross
superconducting
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
JP2020546144A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021516428A (en
Inventor
デイビッド ビー. スマザーズ,
ポール アイモネ,
Original Assignee
エイチ.シー. スターク インコーポレイテッド
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 エイチ.シー. スターク インコーポレイテッド filed Critical エイチ.シー. スターク インコーポレイテッド
Publication of JP2021516428A publication Critical patent/JP2021516428A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7110372B2 publication Critical patent/JP7110372B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/10Multi-filaments embedded in normal conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/06Films or wires on bases or cores
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0128Manufacture or treatment of composite superconductor filaments
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0156Manufacture or treatment of devices comprising Nb or an alloy of Nb with one or more of the elements of group 4, e.g. Ti, Zr, Hf
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0184Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/20Permanent superconducting devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/85Superconducting active materials

Description

(関連出願)
本願は、その開示全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる、2018年3月7日に出願された、米国仮特許出願第62/639,530号の利益および優先権を主張する。
(Related application)
This application claims the benefit of and priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/639,530, filed March 7, 2018, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

種々の実施形態では、本発明は、相互拡散の防止のために拡散障壁を組み込む、超伝導ワイヤの形成および処理に関する。 In various embodiments, the present invention relates to the formation and processing of superconducting wires that incorporate diffusion barriers to prevent interdiffusion.

超伝導材料は、その特徴的な臨界温度を下回って冷却されたとき、電気抵抗を呈さない。窒素の77K沸点よりも高い臨界温度を有する、高温超伝導体材料が識別されているが、これらの材料は、多くの場合、エキゾチック(例えば、ペロブスカイトセラミック)であり、処理することが困難であり、高磁場用途のために不適切である。したがって、ワイヤおよびコイルおよびそれらの束を要求する、実践的な超伝導用途に関して、金属超伝導体Nb-TiおよびNbSnが、最も多くの場合、利用される。これらの材料は、77Kを下回る臨界温度を有するが、これらの材料を処理する(例えば、ワイヤに引き伸ばす)ことの相対的容易性、および高電流および高磁場において動作するそれらの能力が、それらの広範な使用をもたらしている。 A superconducting material exhibits no electrical resistance when cooled below its characteristic critical temperature. High-temperature superconductor materials have been identified that have critical temperatures higher than the 77 K boiling point of nitrogen, but these materials are often exotic (e.g., perovskite ceramics) and difficult to process. , unsuitable for high field applications. Therefore, for practical superconducting applications requiring wires and coils and their bundles, the metallic superconductors Nb—Ti and Nb 3 Sn are most often utilized. Although these materials have critical temperatures below 77 K, the relative ease of processing these materials (e.g., drawn into wires) and their ability to operate at high currents and magnetic fields limit their resulting in widespread use.

典型的金属超伝導ワイヤは、銅(Cu)導電性マトリクス内に埋め込まれる、超伝導相の複数の撚線(または「フィラメント」)を特徴とする。Nb-Tiは、細いワイヤになるように直接引き伸ばすために十分に延性であるが、その適用性は、典型的には、約8テスラを下回る強度を有する磁場を特徴とする用途に限定される。NbSnは、ワイヤ引伸変形に耐えることができない、脆性金属間相であり、したがって、典型的には、拡散熱処理を介したワイヤ引伸後に形成される。NbSn超伝導材料は、典型的には、少なくとも20テスラまでの強度を有する磁場を特徴とする用途で使用され得る。したがって、いくつかの異なる技法が、NbSnベースの超伝導ワイヤを加工するために利用されている。例えば、「ブロンズプロセス」では、大型複合物が、NbロッドおよびNbロッドを囲繞するCu-Sn合金ロッド(例えば、13~15%のSnを含む)から加工される。これらの材料が延性であるため、複合物は、好適な直径まで引き伸ばされてもよく、次いで、引き伸ばされた複合物が、焼鈍される。熱処理が、相互拡散およびNbとCu-Snとの間の界面におけるNbSn相の形成をもたらす。NbSnベースの超伝導ワイヤを形成するための他のプロセスもまた、同様に、ワイヤ引伸後の脆性NbSn相の形成を伴う。例えば、純粋なSnまたはCuまたはMgを伴うSn合金が、初期複合物の内部に組み込まれ、引伸後に焼鈍されてもよい。代替として、Nbフィラメントが、Cuマトリクス内に埋め込まれ、ワイヤに引き伸ばされてもよい。結果として生じるワイヤが、続いて、Snでコーティングされてもよい。コーティングされたワイヤが、加熱され、最終的にNbフィラメントと反応してNbSn相を形成する、Sn-Cu相を形成する。 A typical metallic superconducting wire is characterized by multiple strands (or "filaments") of a superconducting phase embedded within a copper (Cu) conductive matrix. Nb--Ti is sufficiently ductile to be drawn directly into thin wires, but its applicability is typically limited to applications featuring magnetic fields with strengths below about 8 Tesla. . Nb 3 Sn is a brittle intermetallic phase that cannot withstand wire drawing deformation, and is therefore typically formed after wire drawing via diffusion heat treatment. Nb 3 Sn superconducting materials can typically be used in applications featuring magnetic fields having strengths up to at least 20 Tesla. Accordingly, several different techniques have been utilized to fabricate Nb 3 Sn-based superconducting wires. For example, in the “bronze process,” large composites are fabricated from Nb rods and Cu—Sn alloy rods (eg, containing 13-15% Sn) surrounding the Nb rods. Due to the ductility of these materials, the composite may be stretched to a suitable diameter and then the stretched composite is annealed. A heat treatment results in interdiffusion and formation of a Nb 3 Sn phase at the interface between Nb and Cu—Sn. Other processes for forming Nb3Sn - based superconducting wires also involve the formation of brittle Nb3Sn phases after wire drawing as well. For example, pure Sn or a Sn alloy with Cu or Mg may be incorporated inside the initial composite and annealed after stretching. Alternatively, Nb filaments may be embedded in a Cu matrix and drawn into wires. The resulting wire may subsequently be coated with Sn. The coated wire is heated to form a Sn--Cu phase which eventually reacts with the Nb filaments to form a Nb 3 Sn phase.

上記で詳述される技法は、多数の異なる用途に利用される金属超伝導ワイヤの成功した加工をもたらしているが、結果として生じるワイヤは、多くの場合、不十分な電気性能を呈する。典型的超伝導ワイヤは、産業システム内での取扱および組込のために十分な延性を伴うワイヤを提供する、CuまたはCu含有安定剤内に埋め込まれる、その周囲に配置される、および/またはそれによって囲繞される、上記で説明されるNbSnまたはNb-Tiフィラメントの多くを含有する。本安定剤は、それ自体が超伝導性ではないが、Cuの高導電性は、ワイヤの満足の行く全体的電気性能を可能にすることができる。残念ながら、超伝導フィラメントからの種々の元素(例えば、Sn)が、Cuベースの安定剤の部分と反応し、ワイヤ全体の全体的導電性に悪影響を及ぼす低導電性相を形成し得る。拡散障壁が、超伝導フィラメントから安定剤を遮蔽するために利用されているが、これらの障壁は、非一様な断面積を有する傾向があり、拡散障壁および安定剤の共処理中の非一様な変形に起因して、局所的に破裂さえし得る。そのような拡散障壁は、単純に、より厚く作製され得るが、そのような解決策は、拡散障壁材料自体のより低い伝導性に起因して、ワイヤの全体的導電性に影響を及ぼす。例えば、新しい粒子加速器および衝突器等の最先端および将来の用途に関して、磁石が、既存のワイヤ能力を超えて設計されており、そのようなワイヤは、15テスラにおいて2,000A/mmを上回る非銅臨界電流密度を要求するであろう。拡散障壁が非銅断片の一部であるため、いかなる障壁材料の体積も最小限にすることが、重要である一方で、いかなる強度利益も、有利である。 Although the techniques detailed above have resulted in successful fabrication of metallic superconducting wires utilized in many different applications, the resulting wires often exhibit poor electrical performance. Typical superconducting wires are embedded in, placed around, and/or Cu or Cu-containing stabilizers that provide the wire with sufficient ductility for handling and incorporation within industrial systems. It contains many of the Nb 3 Sn or Nb—Ti filaments described above surrounded by it. Although the stabilizer itself is not superconducting, the high conductivity of Cu can enable satisfactory overall electrical performance of the wire. Unfortunately, various elements (eg, Sn) from the superconducting filaments can react with portions of the Cu-based stabilizer and form low-conductivity phases that adversely affect the overall conductivity of the wire as a whole. Diffusion barriers have been utilized to shield the stabilizer from the superconducting filaments, but these barriers tend to have non-uniform cross-sectional areas, leading to non-uniformity during co-processing of the diffusion barrier and stabilizer. It can even rupture locally due to such deformation. Such a diffusion barrier can simply be made thicker, but such a solution affects the overall conductivity of the wire due to the lower conductivity of the diffusion barrier material itself. For state-of-the-art and future applications such as new particle accelerators and impactors, magnets are being designed beyond existing wire capabilities, such wires exceeding 2,000 A/mm 2 at 15 Tesla Non-copper critical current densities would be required. Since the diffusion barrier is part of the non-copper piece, minimizing the volume of any barrier material is important, while any strength benefit is advantageous.

前述に照らして、ワイヤの全体的断面積の有意な量を占有しないように、一様に薄いままである一方で、安定剤または種々の元素(例えば、Cu)を伴う、有害な反応を実質的に防止する、金属超伝導ワイヤのための改良された拡散障壁の必要性がある。 In light of the foregoing, substantially no detrimental reactions with stabilizers or various elements (e.g., Cu) while remaining uniformly thin so as not to occupy a significant amount of the overall cross-sectional area of the wire. There is a need for improved diffusion barriers for metallic superconducting wires that effectively prevent

本発明の種々の実施形態によると、超伝導ワイヤおよび/またはその前駆体(例えば、ワイヤを形成するために利用される複合フィラメント)は、ニオブ(Nb)合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る、1つ以上の拡散障壁を特徴とする。拡散障壁は、典型的には、Cuワイヤマトリクスの少なくとも一部と超伝導フィラメントとの間に、および/または超伝導フィラメントと、付加的機械的強度のために超伝導体ワイヤ内に、および/またはその周囲に組み込まれる安定化要素との間に、配置される。本発明の実施形態によると、モノフィラメントはそれぞれ、Cuベースの(例えば、Cuまたはブロンズ(Cu-Sn))マトリクス内のNbベースのコアを含み、本質的にそれから成り、またはそれから成ってもよく、モノフィラメントの積層アセンブリは、Cuベースのマトリクス内に配置され、複合フィラメントを形成するように引き伸ばされてもよい。したがって、複合フィラメントはそれぞれ、Cuベースのマトリクス内の複数のNbベースのモノフィラメントを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。本発明の実施形態による拡散障壁は、複合フィラメントが最終的なワイヤを形成するように積み重ねられるときに、各複合フィラメントの周囲に配置されてもよく、および/または拡散障壁は、複合フィラメントのスタックの周囲に、かつ複合フィラメントのスタックと外側Cu安定剤またはマトリクスとの間に配置されてもよい。 According to various embodiments of the present invention, the superconducting wire and/or its precursors (e.g., composite filaments utilized to form the wire) comprise, consist essentially of, a niobium (Nb) alloy, or consisting of one or more diffusion barriers. A diffusion barrier is typically between at least a portion of the Cu wire matrix and the superconducting filament and/or within the superconducting filament and the superconducting wire for additional mechanical strength and/or or a stabilizing element incorporated around it. According to embodiments of the present invention, each monofilament comprises, consists essentially of, or may consist of, a Nb-based core within a Cu-based (e.g., Cu or bronze (Cu—Sn)) matrix, A laminated assembly of monofilaments may be placed in a Cu-based matrix and stretched to form a composite filament. Thus, each composite filament may comprise, consist essentially of, or consist of a plurality of Nb-based monofilaments within a Cu-based matrix. A diffusion barrier according to embodiments of the present invention may be disposed around each composite filament as the composite filaments are stacked to form the final wire, and/or the diffusion barrier may be a stack of composite filaments. and between the stack of composite filaments and the outer Cu stabilizer or matrix.

種々の実施形態では、複合フィラメントは、Cuベースのマトリクス(例えば、Cuベースの管)内に配置され、超伝導ワイヤ(またはその前駆体)に引き伸ばされ、熱処理される。複合フィラメントのうちの1つ以上のものは、それら自体がその中に拡散障壁を組み込んでもよく、および/または拡散障壁は、超伝導ワイヤのCuベースのマトリクス内に、かつ複合フィラメントの周囲に配置されてもよい。種々の実施形態では、拡散障壁は、例えば、0.1%~20%のW、0.2%~15%のW、0.2%~12%のW、0.2%~10%のW、0.2%~8%のW、または0.2%~5%のWを含む、Nb-W合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。例えば、拡散障壁は、Nbと、約11%~12%のWとの合金(すなわち、Nb-12W)またはNbと、約5%~6%のWとの合金(すなわち、Nb-6W)、またはNbと、約2.5%~3%のWとの合金(すなわち、Nb-3W)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。種々の実施形態では、拡散障壁は、その中に1つ以上の付加的合金化元素、例えば、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Mo、Re、および/またはSi等の合金化元素を伴う、Nb-W合金(例えば、Nb-12W、Nb-6W、またはNb-3W)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。そのような合金化元素は、最大で重量比5%またはさらに最大で重量比10%(例えば、0.05%~10%、0.05%~5%、0.1%~3%、0.2%~2%、0.2%~1%、または0.2%~0.5%)の濃度で、個別に、または集合的に、拡散障壁の中に存在し得る。本発明の種々の実施形態では、これらの付加的合金化元素のうちの1つ以上のものを組み込む、Nb-W合金で形成された溶接は、そのような溶接の中心に向かって、より等軸である、粒状構造を有してもよく、したがって、拡散障壁として使用するためにこれらの材料で形成された溶接管は、ワイヤ加工中に小さいサイズまで引き伸ばされたときに、優れた機械的性質および処理可能性を呈し得る。 In various embodiments, a composite filament is placed in a Cu-based matrix (eg, a Cu-based tube), drawn into a superconducting wire (or precursor thereof), and heat treated. One or more of the composite filaments may themselves incorporate diffusion barriers therein and/or diffusion barriers are disposed within the Cu-based matrix of the superconducting wire and around the composite filaments. may be In various embodiments, the diffusion barrier is, for example, 0.1%-20% W, 0.2%-15% W, 0.2%-12% W, 0.2%-10% comprising, consisting essentially of, or consisting of W, 0.2% to 8% W, or an Nb—W alloy containing 0.2% to 5% W; For example, the diffusion barrier may be an alloy of Nb and about 11%-12% W (i.e., Nb-12W) or an alloy of Nb and about 5%-6% W (i.e., Nb-6W); or may comprise, consist essentially of, or consist of an alloy of Nb and about 2.5% to 3% W (ie, Nb-3W). In various embodiments, the diffusion barrier has one or more additional alloying elements therein, such as Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, and/or Si. comprising, consisting essentially of, or consisting of a Nb—W alloy (eg, Nb-12W, Nb-6W, or Nb-3W) with Such alloying elements may be up to 5% by weight or even up to 10% by weight (eg 0.05%-10%, 0.05%-5%, 0.1%-3%, 0 0.2%-2%, 0.2%-1%, or 0.2%-0.5%), individually or collectively, in the diffusion barrier. In various embodiments of the present invention, welds formed of Nb—W alloys incorporating one or more of these additional alloying elements are more uniform towards the center of such welds. It may have a grained structure that is axial, so welded tubes formed of these materials for use as diffusion barriers exhibit excellent mechanical properties when stretched to small sizes during wire processing. properties and processability.

本発明の種々の実施形態によると、拡散障壁は、W、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Mo、Re、および/またはSi等の1つ以上の合金化元素を含んでもよい。そのような合金化元素は、個別に、または集合的に、重量比最大5%またはさらに重量比最大10%(例えば、0.05%~10%、0.05%~5%、0.1%~3%、0.2%~2%、0.2%~1%、または0.2%~0.5%)の濃度で拡散障壁内に存在してもよい。種々の実施形態では、本発明の実施形態による、フィラメントおよび/または拡散障壁は、Mg、B、Fe、Al、および/またはNiが実質的になくてもよい。 According to various embodiments of the invention, the diffusion barrier may include one or more alloying elements such as W, Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, and/or Si. Such alloying elements may individually or collectively be up to 5% by weight or even up to 10% by weight (eg 0.05%-10%, 0.05%-5%, 0.1 %-3%, 0.2%-2%, 0.2%-1%, or 0.2%-0.5%) in the diffusion barrier. In various embodiments, filaments and/or diffusion barriers according to embodiments of the invention may be substantially free of Mg, B, Fe, Al, and/or Ni.

本発明の種々の実施形態では、拡散障壁は、Nbおよびタンタル(Ta)の両方と、W等の1つ以上の合金化元素とを含有する、合金または混合物を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。例えば、拡散障壁は、上記に列挙された合金化元素のうちの1つ以上のものの有無にかかわらず、Nb、Ta、および約2.5~3原子%のWの合金(すなわち、Nb-Ta-3W)を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。種々の実施形態では、拡散障壁は、例えば、0.2~12原子%の濃度内のWを含有する、Nb-Ta-W合金を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。本発明の実施形態による拡散障壁は、少なくとも1%のTa、少なくとも5%のTa、少なくとも8%のTa、少なくとも10%のTa、少なくとも15%のTa、少なくとも20%のTa、少なくとも25%のTa、少なくとも30%のTa、少なくとも35%のTa、少なくとも40%のTa、または少なくとも45%のTaを含んでもよい。本発明の実施形態による拡散障壁は、最大で50%のTa、最大で45%のTa、最大で40%のTa、最大で35%のTa、最大で30%のTa、最大で25%のTa、最大で20%のTa、最大で15%のTa、最大で10%のTa、最大で5%のTa、または最大で2%のTaを含んでもよい。 In various embodiments of the present invention, the diffusion barrier comprises, consists essentially of, an alloy or mixture containing both Nb and tantalum (Ta) and one or more alloying elements such as W or may consist of For example, the diffusion barrier may be an alloy of Nb, Ta, and about 2.5-3 atomic percent W (i.e., Nb—Ta -3W), may consist essentially of, or consist of. In various embodiments, the diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of a Nb--Ta--W alloy containing, for example, W within a concentration of 0.2-12 atomic percent. The diffusion barrier according to embodiments of the present invention comprises at least 1% Ta, at least 5% Ta, at least 8% Ta, at least 10% Ta, at least 15% Ta, at least 20% Ta, at least 25% Ta It may contain Ta, at least 30% Ta, at least 35% Ta, at least 40% Ta, or at least 45% Ta. Diffusion barriers according to embodiments of the present invention are up to 50% Ta, up to 45% Ta, up to 40% Ta, up to 35% Ta, up to 30% Ta, up to 25% Ta, It may contain Ta, up to 20% Ta, up to 15% Ta, up to 10% Ta, up to 5% Ta, or up to 2% Ta.

本発明の実施形態による拡散障壁は、Nb(またはNbおよびTa)と、Wの代わりに(またはそれに加え)、1つ以上の合金化元素とを含有する、合金または混合物を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。例えば、そのような合金化元素は、Cおよび/またはNを含んでもよい。本明細書では、Wを含有する拡散障壁合金の言及は、Wの代わりに、またはそれに加え、Cおよび/またはN等の合金化元素を含有する、合金を包含するものと理解される。 Diffusion barriers according to embodiments of the present invention comprise alloys or mixtures containing Nb (or Nb and Ta) and, instead of (or in addition to) W, one or more alloying elements, then essentially may consist of or consist of For example, such alloying elements may include C and/or N. Reference herein to diffusion barrier alloys containing W is understood to include alloys containing alloying elements such as C and/or N instead of or in addition to W.

本発明の実施形態によるNb合金拡散障壁はまた、少なくとも部分的に、低酸素含有量および/または高レベルの純度に起因して、有利な延性を呈し得る。例えば、本発明の実施形態による拡散障壁は、500ppm未満、200ppm未満、100ppm未満、またはさらに50ppm未満の酸素含有量を有する。酸素含有量は、少なくとも0.5ppm、少なくとも1ppm、少なくとも2ppm、または少なくとも5ppmであってもよい。加えて、または代替として、本発明の実施形態による拡散障壁は、99.9%を超過する、またはさらに99.99%を超過する、純度を有し得る。 Nb alloy diffusion barriers according to embodiments of the present invention may also exhibit advantageous ductility due, at least in part, to the low oxygen content and/or high level of purity. For example, diffusion barriers according to embodiments of the present invention have an oxygen content of less than 500 ppm, less than 200 ppm, less than 100 ppm, or even less than 50 ppm. The oxygen content may be at least 0.5 ppm, at least 1 ppm, at least 2 ppm, or at least 5 ppm. Additionally or alternatively, diffusion barriers according to embodiments of the present invention may have a purity greater than 99.9%, or even greater than 99.99%.

有利なこととして、本発明の実施形態によるNb合金拡散障壁は、従来の拡散障壁材料と比較すると、微細化された粒状構造(例えば、小さい平均粒径)を有し、これは、超伝導ワイヤ内の拡散障壁の変形および処理が、拡散障壁を破裂させ、ワイヤの性質を損ない得る、局所的菲薄化を伴わずに、略一様であることを可能にする。拡散障壁の小さい粒径(例えば、20μm未満、10μm未満、5μm未満、1~20μm、または5~15μm)は、合金化元素の存在に起因し、したがって、本発明の実施形態による拡散障壁は、微細化された粒状構造を生産するための付加的処理(例えば、3軸鍛造等の鍛造、熱処理等)を必要としない。したがって、全体的製造費用および複雑性が、本発明による拡散障壁の使用を介して、低減され得る。 Advantageously, the Nb-alloy diffusion barrier according to embodiments of the present invention has a refined grain structure (e.g., small average grain size) when compared to conventional diffusion barrier materials, which is advantageous for superconducting wires. Allows deformation and processing of the diffusion barrier within to be substantially uniform without localized thinning, which can rupture the diffusion barrier and compromise wire properties. The small grain size of the diffusion barrier (eg, less than 20 μm, less than 10 μm, less than 5 μm, 1-20 μm, or 5-15 μm) is due to the presence of alloying elements, thus diffusion barriers according to embodiments of the present invention are: No additional processing (eg, forging, such as triaxial forging, heat treatment, etc.) is required to produce a refined grain structure. Overall manufacturing costs and complexity can thus be reduced through the use of diffusion barriers according to the present invention.

本発明の実施形態による拡散障壁の優れた粒状構造および/または機械的性質は、拡散障壁が、ワイヤの断面(すなわち、通電)面積の過剰な量を占有することなく、超伝導ワイヤ内の有害な拡散からの保護を提供することを可能にする。(対照的に、より劣った機械的性質および/またはあまり微細化されていない粒状構造を伴う種々の他の拡散障壁の使用は、最終的なワイヤの延性、導電性、および/または種々の他の性質に悪影響を及ぼすであろう、より大型の障壁の使用を要求するであろう。)本発明の実施形態によるワイヤは、それらの臨界温度を下回って、良好な高磁場高電流超伝導性質を留保しながら、Cuマトリクスとの相互拡散を殆どまたは全く呈さない。 The superior grain structure and/or mechanical properties of diffusion barriers according to embodiments of the present invention allow the diffusion barriers to have a detrimental to provide protection from the spread of (In contrast, the use of various other diffusion barriers with poorer mechanical properties and/or less refined grain structure may affect the final wire ductility, electrical conductivity, and/or various other below their critical temperature, wires according to embodiments of the present invention exhibit good high-field, high-current superconducting properties. while retaining little or no interdiffusion with the Cu matrix.

Nb合金拡散障壁の使用は、有利なこととして、より少ない超伝導ワイヤの断面しか、拡散障壁によって占有されないことを可能にし、したがって、より多くの断面が、通電超伝導フィラメントによって占有され得る。しかしながら、本発明の実施形態による拡散障壁材料はまた、有利なこととして、それらの臨界温度を下回って、良好な高磁場高電流超伝導性質を留保しながら、付加的機械的強度を超伝導ワイヤに提供する。種々の実施形態では、ワイヤの機械的強度が、ワイヤの電気性能を損なうことなく、および/またはワイヤおよび/またはそのフィラメント内に亀裂または破砕を引き起こすことなく、または別様にその機械的安定性を損なうことなく、ワイヤ(例えば、巻線、コイル巻等)の機械的変形を促進し得る。種々の実施形態では、拡散障壁は、集合的に、または個別に、最終的なワイヤの断面積の少なくとも0.5%、少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、少なくとも5%、または少なくとも7%を占有してもよい。種々の実施形態では、拡散障壁は、集合的に、または個別に、最終的なワイヤの断面積の20%未満、15%未満、12%未満、10%未満、9%未満、または8%未満、7%未満、6%未満、5%未満、4%未満、3%未満、2%未満を占有してもよい。このようにして、超伝導ワイヤ内の拡散障壁は、種々の実施形態によると、(例えば、ワイヤおよび/またはフィラメントの任意の熱処理後に)少なくとも75MPa、少なくとも100MPa、またはさらに150Mpaの最小降伏強度を伴うワイヤを提供する。代わりに、または加えて、種々の実施形態による、1つ以上の拡散障壁を含有するワイヤは、少なくとも250MPa、少なくとも300MPa、またはさらに少なくとも350MPaの最大引張強度を呈する。種々の実施形態では、拡散障壁は、集合的に、または個別に、最終的なワイヤの断面積の25%を上回って、および/または最終的なワイヤの断面積の35%未満または30%未満を占有してもよい。本発明の実施形態によるワイヤの降伏強度および最大引張強度等の機械的性質は、ASTM E8/E8M-15a,Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015(その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる)に従って測定され得る。 The use of a Nb alloy diffusion barrier advantageously allows less cross-section of the superconducting wire to be occupied by the diffusion barrier, and thus more cross-section can be occupied by the current-carrying superconducting filament. However, diffusion barrier materials according to embodiments of the present invention also advantageously provide additional mechanical strength below their critical temperature to superconducting wires while retaining good high-field, high-current superconducting properties. provide to In various embodiments, the mechanical strength of the wire is determined without compromising the electrical performance of the wire and/or without causing cracks or fractures within the wire and/or its filaments, or otherwise its mechanical stability. It can facilitate mechanical deformation of the wire (eg, windings, coils, etc.) without damaging the In various embodiments, the diffusion barriers, collectively or individually, comprise at least 0.5%, at least 1%, at least 2%, at least 3%, at least 4%, at least 5% of the cross-sectional area of the final wire. %, or at least 7%. In various embodiments, the diffusion barriers, collectively or individually, are less than 20%, less than 15%, less than 12%, less than 10%, less than 9%, or less than 8% of the cross-sectional area of the final wire. , less than 7%, less than 6%, less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%. Thus, the diffusion barrier within the superconducting wire is with a minimum yield strength of at least 75 MPa, at least 100 MPa, or even 150 MPa (e.g., after any heat treatment of the wire and/or filament), according to various embodiments. Provide wires. Alternatively or additionally, wires containing one or more diffusion barriers according to various embodiments exhibit an ultimate tensile strength of at least 250 MPa, at least 300 MPa, or even at least 350 MPa. In various embodiments, the diffusion barriers, collectively or individually, are greater than 25% of the final wire cross-sectional area and/or less than 35% or less than 30% of the final wire cross-sectional area. may occupy. Mechanical properties, such as yield strength and ultimate tensile strength, of wires according to embodiments of the present invention are determined according to ASTM E8/E8M-15a, Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015 (disclosure incorporated herein by reference).

本発明の実施形態による超伝導ワイヤの増進された機械的強度は、有利なこととして、そのようなワイヤが、高磁場強度における動作中にワイヤに及ぼされるローレンツ力に耐えることを可能にする。当技術分野で公知であるように、磁石巻線内の「自己場」は、中心線磁場よりも高く、最内巻線において最高である。加えて、磁場を作成するために要求される電流は、磁石内の全てのワイヤの中で同一である。ローレンツ力は、F=B×I(すなわち、電流に掛け合わせられた磁場)であり、生成された場は、電流Iに正比例し、したがって、力は、電流の二乗に比例する。例えば、ローレンツ力は、8テスラと比較して、16テスラにおいて4倍より高いであろう。したがって、印加された磁場が、大きさが増加されると、(外積関係を介して、電流および場の両方に垂直な)力に耐えるためのワイヤの機械的強度もまた同様に、より高くなければならない。本発明の実施形態による超伝導ワイヤは、有利なこととして、少なくとも2テスラ、少なくとも5テスラ、少なくとも8テスラ、またはさらに少なくとも10テスラの強度、すなわち、少なくとも20,000ガウス、少なくとも50,000ガウス、少なくとも80,000ガウス、またはさらに少なくとも100,000ガウスの磁束密度を有する、磁場を利用する用途のために展開され得る。 The enhanced mechanical strength of superconducting wires according to embodiments of the present invention advantageously enables such wires to withstand the Lorentz forces exerted on them during operation at high magnetic field strengths. As is known in the art, the "self-field" in the magnet windings is higher than the centerline magnetic field and highest in the innermost winding. Additionally, the current required to create the magnetic field is the same in all wires within the magnet. The Lorentz force is F=B×I (ie, the magnetic field multiplied by the current) and the generated field is directly proportional to the current I, so the force is proportional to the square of the current. For example, the Lorentz force will be four times higher at 16 Tesla compared to 8 Tesla. Therefore, when the applied magnetic field is increased in magnitude, the mechanical strength of the wire to withstand the force (perpendicular to both the current and the field, via the cross product relation) must be higher as well. must. Superconducting wires according to embodiments of the present invention advantageously have a strength of at least 2 Tesla, at least 5 Tesla, at least 8 Tesla, or even at least 10 Tesla, i.e. at least 20,000 Gauss, at least 50,000 Gauss, It can be deployed for applications utilizing magnetic fields with magnetic flux densities of at least 80,000 Gauss, or even at least 100,000 Gauss.

加えて、本発明の実施形態による拡散障壁は、Nbを含むため、種々の実施形態では、拡散障壁の一部は、有利なこととして、ワイヤ加工プロセスの間(例えば、1つ以上の熱処理/焼鈍ステップの間)、(例えば、SnまたはTiと)反応し、最終的なワイヤの超伝導的伝導性に寄与する、超伝導相(例えば、NbSnまたはNb-Ti)を形成し得る。そのような実施形態では、拡散障壁の厚さは、典型的には、拡散障壁(または少なくともその中のNb)全体が反応することを防止するために十分に大きく、したがって、拡散障壁の残りの未反応部分は、相互拡散に対する抵抗だけではなく、また、増加された機械的強度(例えば、W等の合金化元素の存在に起因して)も提供する。種々の実施形態では、拡散障壁の反応部分は、したがって、環状(または拡散障壁の形状を模倣する他の形状)反応領域として、ワイヤ内に存在する。種々の実施形態では、非Nb合金化元素(例えば、Ta、W等)は、反応して、反応領域内の超伝導相を形成し得ず、したがって、それらの元素は、反応の間、拡散障壁の反応部分から排出され得る。したがって、拡散障壁の反応部分と拡散障壁の未反応の残りの部分との間の界面には、そのような非Nb元素の1つ以上のもの(またはさらに全て)は、拡散障壁の反応部分と反対の部分内のものより高い濃度で存在してもよい。他の実施形態では、拡散障壁の未反応の残りの部分は、反応に先立って(例えば、拡散障壁がワイヤ加工プロセスの間に導入されたとき)存在した1つ以上のそのような非Nb元素より高い濃度を含有する。したがって、拡散障壁の一部が、反応し、超伝導相を形成し、残りの拡散障壁の厚さが、低減された後でも、その中の1つ以上の非Nb元素のより高い濃度は、その低減された厚さにもかかわらず、残りのより薄い拡散障壁の機械的強度および/または拡散抵抗を増加させ得る。 In addition, since the diffusion barrier according to embodiments of the present invention comprises Nb, in various embodiments a portion of the diffusion barrier is advantageously subjected during the wire working process (e.g., one or more heat treatments/ During the annealing step), it can react (eg with Sn or Ti) to form a superconducting phase (eg Nb 3 Sn or Nb-Ti) that contributes to the superconducting conductivity of the final wire. In such embodiments, the thickness of the diffusion barrier is typically large enough to prevent the entire diffusion barrier (or at least the Nb therein) from reacting, thus leaving the remainder of the diffusion barrier The unreacted portion not only provides resistance to interdiffusion, but also increased mechanical strength (eg, due to the presence of alloying elements such as W). In various embodiments, the reaction portion of the diffusion barrier thus exists within the wire as an annular (or other shape that mimics the shape of the diffusion barrier) reaction area. In various embodiments, the non-Nb alloying elements (e.g., Ta, W, etc.) cannot react to form a superconducting phase within the reaction region, thus they cannot diffuse during the reaction. It can be expelled from the reactive portion of the barrier. Therefore, at the interface between the reacted portion of the diffusion barrier and the unreacted remainder of the diffusion barrier, one or more (or even all) of such non-Nb elements may be present with the reacted portion of the diffusion barrier. It may be present in a higher concentration than in the opposite portion. In other embodiments, the unreacted remainder of the diffusion barrier comprises one or more such non-Nb elements that were present prior to reaction (e.g., when the diffusion barrier was introduced during the wire fabrication process). Contains higher concentrations. Therefore, even after a portion of the diffusion barrier reacts to form a superconducting phase and the thickness of the remaining diffusion barrier is reduced, a higher concentration of one or more non-Nb elements therein Despite its reduced thickness, it may increase the mechanical strength and/or diffusion resistance of the remaining thinner diffusion barrier.

種々の実施形態では、拡散障壁は、その中の層のうちの1つ以上のものが、本明細書に詳述されるようなNb合金を含む、それから本質的に成る、またはそれから成り、1つ以上の他の層が、Nb(またはより低い濃度の非Nb合金化元素のうちの1つ以上のものを含有するNb合金;本明細書では、「Nb層」または「Nbの層」の言及は、そのような層を含む)を含む、それから本質的に成る、またはそれから成る、多層環状構造であってもよい。例えば、拡散障壁は、Nb合金の外側層によって囲繞されるNbの内側層、またはその逆のものを含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。別の実施形態では、拡散障壁は、Nbの内側層とNbの外側層との間に挟入される、Nb合金の層を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。本明細書に詳述されるように、熱処理の間、拡散障壁のNb層の全部または一部は、超伝導相に変換されてもよい一方、Nb合金層は、未変換のままである。 In various embodiments, the diffusion barrier wherein one or more of the layers therein comprises, consists essentially of, or consists of a Nb alloy as detailed herein, Nb alloys in which one or more other layers contain Nb (or lower concentrations of one or more of the non-Nb alloying elements; referred to herein as "Nb layers" or "layers of Nb") Reference may also be to a multi-layered annular structure comprising, consisting essentially of, or consisting of (including such layers). For example, the diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of an inner layer of Nb surrounded by an outer layer of Nb alloy, or vice versa. In another embodiment, the diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of a layer of Nb alloy sandwiched between an inner layer of Nb and an outer layer of Nb. As detailed herein, during the heat treatment, all or part of the Nb layer of the diffusion barrier may be converted to the superconducting phase, while the Nb alloy layer remains unconverted.

本発明の実施形態はまた、ワイヤ自体内に、および/またはワイヤを形成するために利用される複合フィラメント内に、安定化要素を組み込んでもよい。例えば、本発明の実施形態は、その開示全体が参照することによって本明細書に組み込まれる、2016年7月8日に出願された米国特許出願第15/205,804号(「第‘804号出願」)に説明されるように、Ta、Ta合金(例えば、Ta-3W等のTaおよびWの合金)、またはHf、Ti、Zr、Ta、V、Y、Mo、またはWのうちの1つ以上のものとのNbの合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る、安定化要素を組み込んでもよい。本発明による超伝導ワイヤでは、安定化要素は、典型的には、その間の1つ以上の拡散障壁を介して、モノフィラメントおよび/または複合フィラメントから分離される。 Embodiments of the present invention may also incorporate stabilizing elements within the wire itself and/or within the composite filaments utilized to form the wire. For example, embodiments of the present invention are disclosed in US patent application Ser. No. 15/205,804, filed Jul. 8, 2016 ("'804 Applications”), Ta, a Ta alloy (e.g., an alloy of Ta and W such as Ta-3W), or one of Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, or W A stabilizing element comprising, consisting essentially of, or consisting of an alloy of Nb with one or more may be incorporated. In superconducting wires according to the invention, the stabilizing elements are typically separated from the monofilaments and/or composite filaments via one or more diffusion barriers therebetween.

ある側面では、本発明の実施形態は、外側ワイヤマトリクスと、ワイヤマトリクス内に配置される拡散障壁と、拡散障壁によって囲繞され、拡散障壁によって外側ワイヤマトリクスから分離される、複数の複合フィラメントとを含む、本質的にそれらから成る、またはそれらから成る、超伝導ワイヤを特徴とする。外側ワイヤマトリクスは、Cuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。拡散障壁は、Nb-W合金(例えば、0.1%~20%のWまたは0.2%~12%のWまたは0.2%~10%のWを含有するNb合金)またはNb-Ta-W合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。複合フィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)複数のモノフィラメントを囲繞するクラッディングとを含む、本質的にそれらから成る、またはそれらから成る。複合フィラメントクラッディングは、Cuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、コアと、コアを囲繞するクラッディングとを含む、本質的にそれらから成る、またはそれらから成る。モノフィラメントコアは、Nbを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。モノフィラメントクラッディングは、Cuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。拡散障壁は、超伝導ワイヤの軸方向寸法を通して延在する。 In one aspect, embodiments of the invention include an outer wire matrix, a diffusion barrier disposed within the wire matrix, and a plurality of composite filaments surrounded by the diffusion barrier and separated from the outer wire matrix by the diffusion barrier. A superconducting wire comprising, consisting essentially of, or consisting of the same. The outer wire matrix comprises, consists essentially of, or consists of Cu. The diffusion barrier is a Nb--W alloy (eg, a Nb alloy containing 0.1%-20% W or 0.2%-12% W or 0.2%-10% W) or Nb--Ta comprising, consisting essentially of, or consisting of -W alloys. One or more, or even each, of the composite filaments comprises, consists essentially of, or consists of (i) a plurality of monofilaments and (ii) a cladding surrounding the plurality of monofilaments. The composite filament cladding may comprise, consist essentially of, or consist of Cu. One or more, or even each, of the monofilaments comprises, consists essentially of, or consists of a core and a cladding surrounding the core. The monofilament core may comprise, consist essentially of, or consist of Nb. The monofilament cladding may comprise, consist essentially of, or consist of Cu. The diffusion barrier extends through the axial dimension of the superconducting wire.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで、以下のうちの1つ以上のものを含んでもよい。拡散障壁は、ワイヤの断面の約20%未満、ワイヤの断面の約15%未満、ワイヤの断面の約10%未満、またはワイヤの断面の約5%未満を占有してもよい。拡散障壁は、ワイヤの断面の約1%を上回って、ワイヤの断面の約2%を上回って、ワイヤの断面の約5%を上回って、ワイヤの断面の約8%を上回って、またはワイヤの断面の約10%を上回って占有してもよい。ワイヤは、拡散障壁に近接して配置される(例えば、その片側または両側に、例えば、複合フィラメントと拡散障壁との間に配置される)、環状領域または層を含んでもよく、環状領域の少なくとも一部は、Nbベースの超伝導相(例えば、Nb-Tiおよび/またはNbSn)を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。環状領域の一部は、拡散障壁のものと異なる組成物を有する、Nb合金またはNb-Ta合金を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。環状領域は、拡散障壁に共形化し、および/またはそれと直接機械的に接触してもよい。 Embodiments of the invention may include one or more of the following, in any of a variety of combinations. The diffusion barrier may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The diffusion barrier is greater than about 1% of the cross section of the wire, greater than about 2% of the cross section of the wire, greater than about 5% of the cross section of the wire, greater than about 8% of the cross section of the wire, or may occupy more than about 10% of the cross-section of the The wire may include an annular region or layer positioned proximate to the diffusion barrier (e.g., on one or both sides thereof, e.g., positioned between the composite filament and the diffusion barrier), wherein at least A portion may comprise, consist essentially of, or consist of a Nb-based superconducting phase (eg, Nb—Ti and/or Nb 3 Sn). A portion of the annular region may comprise, consist essentially of, or consist of a Nb alloy or Nb--Ta alloy having a composition different from that of the diffusion barrier. The annular region may conform to and/or be in direct mechanical contact with the diffusion barrier.

モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれのコアは、Nbと、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの1つ以上のものとを含有する、合金、疑似合金、または混合物(例えば、Nb-Ti)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれのコアは、NbSnを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。拡散障壁は、Nb-3WまたはNb-6WまたはNb-12Wを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。拡散障壁は、加えて、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Mo、Re、またはSiから成る群から選択される、1つ以上の合金化元素を含有してもよい。拡散障壁の断面厚さおよび/または断面積は、ワイヤの厚さに沿って略一定であり得る。複合フィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、六角形の断面形状を有してもよい(すなわち、ワイヤの軸方向寸法と垂直な断面において)。モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、六角形の断面形状を有してもよい(すなわち、ワイヤの軸方向寸法と垂直な断面において)。 one or more of the monofilaments, or additionally each core, containing Nb and one or more of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La, an alloy, pseudoalloy, or It may comprise, consist essentially of, or consist of a mixture (eg, Nb-Ti). One or more of the monofilaments or even each core may comprise, consist essentially of, or consist of Nb 3 Sn. The diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of Nb-3W or Nb-6W or Nb-12W. The diffusion barrier may additionally contain one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. The cross-sectional thickness and/or cross-sectional area of the diffusion barrier may be substantially constant along the thickness of the wire. One or more or even each of the composite filaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire). One or more or even each of the monofilaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire).

ワイヤは、複数の複合フィラメント内に配置され、拡散障壁によって囲繞される、安定化要素を含んでもよい。安定化要素は、0.1%~20%のWまたは0.2%~12%のWまたは0.2%~10%のWを含有するCuおよび/またはTa合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。安定化要素の少なくとも一部は、実質的に超伝導ワイヤの中心コアに位置してもよい。安定化要素は、ワイヤの断面の約20%未満、ワイヤの断面の約15%未満、ワイヤの断面の約10%未満、またはワイヤの断面の約5%未満を占有してもよい。安定化要素は、ワイヤの断面の約1%を上回って、ワイヤの断面の約2%を上回って、ワイヤの断面の約5%を上回って、ワイヤの断面の約8%を上回って、またはワイヤの断面の約10%を上回って占有してもよい。 The wire may include stabilizing elements disposed within the plurality of composite filaments and surrounded by a diffusion barrier. The stabilizing element consists essentially of a Cu and/or Ta alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W may consist of or consist of At least part of the stabilizing element may be located substantially in the central core of the superconducting wire. The stabilizing element may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The stabilizing element is greater than about 1% of the cross-section of the wire, greater than about 2% of the cross-section of the wire, greater than about 5% of the cross-section of the wire, greater than about 8% of the cross-section of the wire, or It may occupy more than about 10% of the cross-section of the wire.

別の側面では、本発明の実施形態は、ワイヤマトリクスと、ワイヤマトリクス内に埋め込まれる複数の複合フィラメントとを含む、本質的にそれらから成る、またはそれらから成る、超伝導ワイヤ を特徴とする。ワイヤマトリクスは、Cuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。複合フィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)複合フィラメントの軸方向寸法を通して延在し、複数のモノフィラメントを囲繞する、拡散障壁と、(iii)拡散障壁を囲繞するクラッディングであって、拡散障壁は、複数のモノフィラメントからクラッディングを分離する、クラッディングとを含み、本質的にそれらから成り、またはそれらから成る。複合フィラメント拡散障壁は、Nb-W合金またはNb-Ta-W(例えば、0.1%~20%のWまたは0.2%~12%のWまたは0.2%~10%のWを含有するNb合金またはNb-Ta合金)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。複合フィラメントクラッディングは、Cuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、コアと、コアを囲繞するクラッディングとを含む、本質的にそれらから成る、またはそれらから成る。モノフィラメントコアは、Nbを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。モノフィラメントクラッディングは、Cuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。 In another aspect, an embodiment of the invention features a superconducting wire comprising, consisting essentially of, or consisting of a wire matrix and a plurality of composite filaments embedded within the wire matrix. The wire matrix comprises, consists essentially of, or consists of Cu. one or more or even each of the composite filaments comprises: (i) a plurality of monofilaments; (ii) a diffusion barrier extending through an axial dimension of the composite filaments and surrounding the plurality of monofilaments; and (iii) ) a cladding surrounding a diffusion barrier, the diffusion barrier including, consisting essentially of, or consisting of a cladding separating the cladding from the plurality of monofilaments; The composite filament diffusion barrier is a Nb--W alloy or Nb--Ta--W (e.g. containing 0.1%-20% W or 0.2%-12% W or 0.2%-10% W containing, consisting essentially of, or consisting of Nb alloys or Nb--Ta alloys). The composite filament cladding comprises, consists essentially of, or consists of Cu. One or more, or even each, of the monofilaments comprises, consists essentially of, or consists of a core and a cladding surrounding the core. The monofilament core may comprise, consist essentially of, or consist of Nb. The monofilament cladding may comprise, consist essentially of, or consist of Cu.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで、以下のうちの1つ以上のものを含んでもよい。拡散障壁は、集合的に、ワイヤの断面の約20%未満、ワイヤの断面の約15%未満、ワイヤの断面の約10%未満、またはワイヤの断面の約5%未満を占有してもよい。拡散障壁は、集合的に、ワイヤの断面の約1%を上回って、ワイヤの断面の約2%を上回って、ワイヤの断面の約5%を上回って、ワイヤの断面の約8%を上回って、またはワイヤの断面の約10%を上回って占有してもよい。ワイヤは、少なくとも1つの拡散障壁に近接して配置される(例えば、その片側または両側に、例えば、モノフィラメントと複合フィラメントのうちの少なくとも1つの拡散障壁との間に配置される)、環状領域または層を含んでもよく、環状領域の少なくとも一部は、Nbベースの超伝導相(例えば、Nb-Tiおよび/またはNbSn)を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。環状領域の一部は、拡散障壁のものと異なる組成物を有する、Nb合金またはNb-Ta合金を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。環状領域は、拡散障壁に共形化し、および/またはそれと直接機械的に接触してもよい。 Embodiments of the invention may include one or more of the following, in any of a variety of combinations. The diffusion barriers may collectively occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. . Diffusion barriers collectively greater than about 1% of the cross-section of the wire, greater than about 2% of the cross-section of the wire, greater than about 5% of the cross-section of the wire, greater than about 8% of the cross-section of the wire or more than about 10% of the cross-section of the wire. The wire is positioned proximate to at least one diffusion barrier (e.g., positioned on one or both sides thereof, e.g., between at least one diffusion barrier of the monofilament and the composite filament), an annular region or layer, and at least a portion of the annular region may comprise, consist essentially of, or consist of a Nb-based superconducting phase (eg, Nb—Ti and/or Nb 3 Sn). A portion of the annular region may comprise, consist essentially of, or consist of a Nb alloy or Nb--Ta alloy having a composition different from that of the diffusion barrier. The annular region may conform to and/or be in direct mechanical contact with the diffusion barrier.

モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれのコアは、Nbと、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの1つ以上のものとを含有する、合金、疑似合金、または混合物(例えば、Nb-Ti)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれのコアは、NbSnを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。拡散障壁は、Nb3W、Nb-6W、またはNb-12Wを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。拡散障壁は、加えて、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Mo、Re、またはSiから成る群から選択される、1つ以上の合金化元素を含有してもよい。拡散障壁の断面厚さおよび/または断面積は、ワイヤの厚さに沿って略一定であり得る。複合フィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、六角形の断面形状を有してもよい(すなわち、ワイヤの軸方向寸法と垂直な断面において)。モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、六角形の断面形状を有してもよい(すなわち、ワイヤの軸方向寸法と垂直な断面において)。 one or more of the monofilaments, or additionally each core, containing Nb and one or more of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La, an alloy, pseudoalloy, or It may comprise, consist essentially of, or consist of a mixture (eg, Nb-Ti). One or more of the monofilaments or even each core may comprise, consist essentially of, or consist of Nb 3 Sn. The diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of Nb3W, Nb-6W, or Nb-12W. The diffusion barrier may additionally contain one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. The cross-sectional thickness and/or cross-sectional area of the diffusion barrier may be substantially constant along the thickness of the wire. One or more or even each of the composite filaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire). One or more or even each of the monofilaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire).

ワイヤは、複数の複合フィラメント内に配置される、安定化要素を含んでもよい。安定化要素は、0.1%~20%のWまたは0.2%~12%のWまたは0.2%~10%のWを含有するCuおよび/またはTa合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。安定化要素の少なくとも一部は、実質的に超伝導ワイヤの中心コアに位置してもよい。安定化要素は、ワイヤの断面の約20%未満、ワイヤの断面の約15%未満、ワイヤの断面の約10%未満、またはワイヤの断面の約5%未満を占有してもよい。安定化要素は、ワイヤの断面の約1%を上回って、ワイヤの断面の約2%を上回って、ワイヤの断面の約5%を上回って、ワイヤの断面の約8%を上回って、またはワイヤの断面の約10%を上回って占有してもよい。 The wire may include stabilizing elements disposed within the plurality of composite filaments. The stabilizing element consists essentially of a Cu and/or Ta alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W may consist of or consist of At least part of the stabilizing element may be located substantially in the central core of the superconducting wire. The stabilizing element may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The stabilizing element is greater than about 1% of the cross-section of the wire, greater than about 2% of the cross-section of the wire, greater than about 5% of the cross-section of the wire, greater than about 8% of the cross-section of the wire, or It may occupy more than about 10% of the cross-section of the wire.

さらに別の側面では、本発明の実施形態は、内側ワイヤ安定化マトリクスと、ワイヤ安定化マトリクスの周囲に配置される拡散障壁と、拡散障壁の周囲に配置され、拡散障壁によってワイヤ安定化マトリクスから分離される、複数の複合フィラメントとを含む、本質的にそれらから成る、またはそれらから成る、超伝導ワイヤを特徴とする。ワイヤ安定化マトリクスは、Cuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。拡散障壁は、Nb-W合金またはNb-Ta-W合金(例えば、0.1%~20%のWまたは0.2%~12%のWまたは0.2%~10%のWを含有するNb合金またはNb-Ta合金)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。複合フィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)(iii)複数のモノフィラメントを囲繞するクラッディングとを含む、本質的にそれらから成る、またはそれらから成る。複合フィラメントクラッディングは、Cuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る。拡散障壁は、ワイヤの軸方向寸法を通して延在する。 In yet another aspect, embodiments of the present invention include an inner wire stabilizing matrix, a diffusion barrier disposed about the wire stabilizing matrix, and a diffusion barrier disposed about the diffusion barrier such that the diffusion barrier prevents the wire stabilizing matrix from A superconducting wire comprising, consisting essentially of, or consisting of a plurality of composite filaments that are separated. The wire stabilization matrix comprises, consists essentially of, or consists of Cu. The diffusion barrier contains Nb--W alloy or Nb--Ta--W alloy (for example, 0.1%-20% W or 0.2%-12% W or 0.2%-10% W Nb alloy or Nb--Ta alloy). one or more, or even each, of the composite filaments comprises, consists essentially of, or consists of (i) a plurality of monofilaments and (ii) (iii) a cladding surrounding the plurality of monofilaments consists of The composite filament cladding comprises, consists essentially of, or consists of Cu. The diffusion barrier extends through the axial dimension of the wire.

本発明の実施形態は、種々の組み合わせのうちのいずれかで、以下のうちの1つ以上のものを含んでもよい。拡散障壁は、ワイヤの断面の約20%未満、ワイヤの断面の約15%未満、ワイヤの断面の約10%未満、またはワイヤの断面の約5%未満を占有してもよい。拡散障壁は、ワイヤの断面の約1%を上回って、ワイヤの断面の約2%を上回って、ワイヤの断面の約5%を上回って、ワイヤの断面の約8%を上回って、またはワイヤの断面の約10%を上回って占有してもよい。ワイヤは、拡散障壁に近接して配置される(例えば、その片側または両側に、例えば、複合フィラメントと拡散障壁との間に配置される)、環状領域または層を含んでもよく、環状領域の少なくとも一部は、Nbベースの超伝導相(例えば、Nb-Tiおよび/またはNbSn)を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。環状領域の一部は、拡散障壁のものと異なる組成物を有する、Nb合金またはNb-Ta合金を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。環状領域は、拡散障壁に共形化し、および/またはそれと直接機械的に接触してもよい。 Embodiments of the invention may include one or more of the following, in any of a variety of combinations. The diffusion barrier may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The diffusion barrier is greater than about 1% of the cross section of the wire, greater than about 2% of the cross section of the wire, greater than about 5% of the cross section of the wire, greater than about 8% of the cross section of the wire, or may occupy more than about 10% of the cross-section of the The wire may include an annular region or layer positioned proximate to the diffusion barrier (e.g., on one or both sides thereof, e.g., positioned between the composite filament and the diffusion barrier), wherein at least A portion may comprise, consist essentially of, or consist of a Nb-based superconducting phase (eg, Nb—Ti and/or Nb 3 Sn). A portion of the annular region may comprise, consist essentially of, or consist of a Nb alloy or Nb--Ta alloy having a composition different from that of the diffusion barrier. The annular region may conform to and/or be in direct mechanical contact with the diffusion barrier.

モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれのコアは、Nbと、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの1つ以上のものとを含有する、合金、疑似合金、または混合物(例えば、Nb-Ti)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれのコアは、NbSnを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。拡散障壁は、Nb-3WまたはNb-6WまたはNb-12Wを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。拡散障壁は、加えて、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Mo、Re、またはSiから成る群から選択される、1つ以上の合金化元素を含有してもよい。拡散障壁の断面厚さおよび/または断面積は、ワイヤの厚さに沿って略一定であり得る。複合フィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、六角形の断面形状を有してもよい(すなわち、ワイヤの軸方向寸法と垂直な断面において)。モノフィラメントのうちの1つ以上のものまたはさらにそれぞれは、六角形の断面形状を有してもよい(すなわち、ワイヤの軸方向寸法と垂直な断面において)。 one or more of the monofilaments, or additionally each core, containing Nb and one or more of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La, an alloy, pseudoalloy, or It may comprise, consist essentially of, or consist of a mixture (eg, Nb-Ti). One or more of the monofilaments or even each core may comprise, consist essentially of, or consist of Nb 3 Sn. The diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of Nb-3W or Nb-6W or Nb-12W. The diffusion barrier may additionally contain one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. The cross-sectional thickness and/or cross-sectional area of the diffusion barrier may be substantially constant along the thickness of the wire. One or more or even each of the composite filaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire). One or more or even each of the monofilaments may have a hexagonal cross-sectional shape (ie, in a cross-section perpendicular to the axial dimension of the wire).

ワイヤは、複数の複合フィラメント内に、または内側ワイヤ安定化マトリクス内に、またはそれに近接して配置される、安定化要素を含んでもよい。安定化要素は、0.1%~20%のWまたは0.2%~12%のWまたは0.2%~10%のWを含有するCuおよび/またはTa合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。安定化要素の少なくとも一部は、実質的に超伝導ワイヤの中心コアに位置してもよい。安定化要素は、ワイヤの断面の約20%未満、ワイヤの断面の約15%未満、ワイヤの断面の約10%未満、またはワイヤの断面の約5%未満を占有してもよい。安定化要素は、ワイヤの断面の約1%を上回って、ワイヤの断面の約2%を上回って、ワイヤの断面の約5%を上回って、ワイヤの断面の約8%を上回って、またはワイヤの断面の約10%を上回って占有してもよい。 The wire may include stabilizing elements disposed within the plurality of composite filaments or within or adjacent to the inner wire stabilizing matrix. The stabilizing element consists essentially of a Cu and/or Ta alloy containing 0.1% to 20% W or 0.2% to 12% W or 0.2% to 10% W may consist of or consist of At least part of the stabilizing element may be located substantially in the central core of the superconducting wire. The stabilizing element may occupy less than about 20% of the cross-section of the wire, less than about 15% of the cross-section of the wire, less than about 10% of the cross-section of the wire, or less than about 5% of the cross-section of the wire. The stabilizing element is greater than about 1% of the cross-section of the wire, greater than about 2% of the cross-section of the wire, greater than about 5% of the cross-section of the wire, greater than about 8% of the cross-section of the wire, or It may occupy more than about 10% of the cross-section of the wire.

これらおよび他の目的は、本明細書に開示される本発明の利点および特徴とともに、以下の説明、付随する図面、および請求項の参照を通して、より明白となるであろう。さらに、本明細書に説明される種々の実施形態の特徴は、相互排他的ではなく、種々の組み合わせおよび順列で存在し得ることを理解されたい。本明細書で使用されるように、用語「約」および「実質的に」は、±10%、いくつかの実施形態では、±5%を意味する。用語「本質的に~から成る」は、本明細書で別様に定義されない限り、機能に寄与する他の材料を除外することを意味する。それでもなお、そのような他の材料は、集合的に、または個別に、微量で存在し得る。例えば、本質的に複数の金属から成る構造は、概して、これらの金属のみと、化学分析を介して検出可能であり得るが、機能に寄与しない(かつ、例えば、5ppm、2ppm、1ppm、0.5ppm、または0.1ppm未満の濃度で存在し得る)、非意図的な不純物のみ(金属または非金属であり得る)とを含むであろう。本明細書で使用されるように、「本質的に少なくとも1つの金属から成る」は、1つの金属または2つ以上の金属の混合物を指すが、金属と、酸素、ケイ素、または窒素等の非金属元素または化学種との間の化合物(例えば、金属窒化物、金属ケイ化物、または金属酸化物)を指さない。そのような非金属元素または化学種は、例えば、不純物として、集合的に、または個別に、微量で存在し得る。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
拡散抵抗および機械的強度を保有する超伝導ワイヤであって、前記超伝導ワイヤは、
Cuを含む外側ワイヤマトリクスと、
拡散障壁であって、前記拡散障壁は、前記ワイヤマトリクス内に配置され、0.1%~20%のWを含有するNb合金または0.1%~20%のWを含有するNb-Ta合金を含む、拡散障壁と、
複数の複合フィラメントであって、前記複数の複合フィラメントは、前記拡散障壁によって囲繞され、前記拡散障壁によって前記外側ワイヤマトリクスから分離される、複数の複合フィラメントと
を備え、
各複合フィラメントは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)前記複数のモノフィラメントを囲繞するCuを含むクラッディングとを含み、
各モノフィラメントは、Nbを含むコアと、前記コアを囲繞し、Cuを含むクラッディングとを含み、
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~20%を占有し、
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの軸方向寸法を通して延在する、超伝導ワイヤ。
(項目2)
前記複合フィラメントと前記拡散障壁との間に配置されるNbベースの超伝導相を含む環状領域をさらに備える、項目1に記載のワイヤ。
(項目3)
前記環状領域は、Nb Snを含む、項目2に記載のワイヤ。
(項目4)
前記環状領域は、前記拡散障壁に共形化し、それと接触する、項目2に記載のワイヤ。
(項目5)
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~10%を占有する、項目1に記載のワイヤ。
(項目6)
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の2%~10%を占有する、項目1に記載のワイヤ。
(項目7)
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の3%~10%を占有する、項目1に記載のワイヤ。
(項目8)
各モノフィラメントの前記コアは、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの少なくとも1つと合金化されるNbを含む、項目1に記載のワイヤ。
(項目9)
各モノフィラメントの前記コアは、Nb Snを含む、項目1に記載のワイヤ。
(項目10)
前記拡散障壁は、Nb-6WまたはNb-Ta-3Wを含む、項目1に記載のワイヤ。
(項目11)
前記拡散障壁は、加えて、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Mo、Re、またはSiから成る群から選択される1つ以上の合金化元素を含有する、項目1に記載のワイヤ。
(項目12)
前記複合フィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、項目1に記載のワイヤ。
(項目13)
前記モノフィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、項目1に記載のワイヤ。
(項目14)
前記複数の複合フィラメント内に配置され、前記拡散障壁によって囲繞される安定化要素をさらに含み、前記安定化要素は、0.1%~20%のWを含有するTa合金、0.1%~20%のWを含有するNb合金、または0.1%~20%のWを含有するNb-Ta合金を含む、項目1に記載のワイヤ。
(項目15)
前記超伝導ワイヤの降伏強度は、少なくとも100MPaである、項目1に記載のワイヤ。
(項目16)
拡散抵抗および機械的強度を保有する超伝導ワイヤであって、前記超伝導ワイヤは、
Cuを含むワイヤマトリクスと、
前記ワイヤマトリクス内に埋め込まれる複数の複合フィラメントと
を備え、
各複合フィラメントは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)拡散障壁であって、前記拡散障壁は、0.1%~20%のWを含有するNb合金または0.1%~20%のWを含有するNb-Ta合金を含み、前記複合フィラメントの軸方向寸法を通して延在し、前記複数のモノフィラメントを囲繞する、拡散障壁と、(iii)前記拡散障壁を囲繞するCuを含むクラッディングであって、前記拡散障壁は、前記複数のモノフィラメントから前記クラッディングを分離する、クラッディングとを含み、
前記拡散障壁は、集合的に、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~20%を占有し、
各モノフィラメントは、Nbを含むコアと、前記コアを囲繞し、Cuを含むクラッディングとを含む、超伝導ワイヤ。
(項目17)
前記モノフィラメントと前記複合フィラメントのうちの少なくとも1つの拡散障壁との間に配置され、Nbベースの超伝導相を含む環状領域をさらに備える、項目16に記載のワイヤ。
(項目18)
前記環状領域は、Nb Snを含む、項目17に記載のワイヤ。
(項目19)
前記環状領域は、前記拡散障壁に共形化し、それと接触する、項目17に記載のワイヤ。
(項目20)
前記拡散障壁は、集合的に、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~10%を占有する、項目16に記載のワイヤ。
(項目21)
前記拡散障壁は、集合的に、前記超伝導ワイヤの断面積の2%~10%を占有する、項目16に記載のワイヤ。
(項目22)
前記拡散障壁は、集合的に、前記超伝導ワイヤの断面積の3%~10%を占有する、項目16に記載のワイヤ。
(項目23)
各モノフィラメントの前記コアは、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの少なくとも1つと合金化されるNbを含む、項目16に記載のワイヤ。
(項目24)
各モノフィラメントの前記コアは、Nb Snを含む、項目16に記載のワイヤ。
(項目25)
前記拡散障壁は、Nb-6WまたはNb-Ta-3Wを含む、項目16に記載のワイヤ。
(項目26)
前記拡散障壁は、加えて、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Mo、Re、またはSiから成る群から選択される1つ以上の合金化元素を含有する、項目16に記載のワイヤ。
(項目27)
前記超伝導ワイヤの降伏強度は、少なくとも100MPaである、項目16に記載のワイヤ。
(項目28)
前記複合フィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、項目16に記載のワイヤ。
(項目29)
前記モノフィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、項目16に記載のワイヤ。
(項目30)
前記複数の複合フィラメント内に配置される安定化要素をさらに含み、前記安定化要素は、0.1%~20%のWを含有するTa合金、0.1%~20%のWを含有するNb合金、または0.1%~20%のWを含有するNb-Ta合金を含む、項目16に記載のワイヤ。
(項目31)
拡散抵抗および機械的強度を保有する超伝導ワイヤであって、前記超伝導ワイヤは、
Cuを含む内側ワイヤ安定化マトリクスと、
拡散障壁であって、前記拡散障壁は、前記ワイヤ安定化マトリクスの周囲に配置され、0.1%~20%のWを含有するNb合金または0.1%~20%のWを含有するNb-Ta合金を含む、拡散障壁と、
複数の複合フィラメントであって、前記複数の複合フィラメントは、前記拡散障壁の周囲に配置され、前記拡散障壁によって、前記ワイヤ安定化マトリクスから分離される、複数の複合フィラメントと
を備え、
各複合フィラメントは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)前記複数のモノフィラメントを囲繞するCuを含むクラッディングとを含み、
各モノフィラメントは、Nbを含むコアと、前記コアを囲繞し、Cuを含むクラッディングとを含み、
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~20%を占有し、
前記拡散障壁は、前記ワイヤの軸方向寸法を通して延在する、超伝導ワイヤ。
(項目32)
前記複合フィラメントと前記拡散障壁との間に配置され、Nbベースの超伝導相を含む環状領域をさらに備える、項目31に記載のワイヤ。
(項目33)
前記環状領域は、Nb Snを含む、項目32に記載のワイヤ。
(項目34)
前記環状領域は、前記拡散障壁に共形化し、それと接触する、項目32に記載のワイヤ。
(項目35)
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~10%を占有する、項目31に記載のワイヤ。
(項目36)
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の2%~10%を占有する、項目31に記載のワイヤ。
(項目37)
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の3%~10%を占有する、項目31に記載のワイヤ。
(項目38)
各モノフィラメントの前記コアは、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの少なくとも1つと合金化されるNbを含む、項目31に記載のワイヤ。
(項目39)
各モノフィラメントの前記コアは、Nb Snを含む、項目31に記載のワイヤ。
(項目40)
前記拡散障壁は、Nb-6WまたはNb-Ta-3Wを含む、項目31に記載のワイヤ。
(項目41)
前記拡散障壁は、加えて、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Mo、Re、またはSiから成る群から選択される1つ以上の合金化元素を含有する、項目31に記載のワイヤ。
(項目42)
前記超伝導ワイヤの降伏強度は、少なくとも100MPaである、項目31に記載のワイヤ。
(項目43)
前記複合フィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、項目31に記載のワイヤ。
(項目44)
前記モノフィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、項目31に記載のワイヤ。
These and other objects, along with the advantages and features of the invention disclosed herein, will become more apparent through reference to the following description, accompanying drawings, and claims. Furthermore, it should be understood that features of the various embodiments described herein are not mutually exclusive and can exist in various combinations and permutations. As used herein, the terms "about" and "substantially" mean ±10%, in some embodiments ±5%. The term "consisting essentially of" means excluding other materials that contribute to the function, unless otherwise defined herein. Nonetheless, such other materials, collectively or individually, may be present in minor amounts. For example, a structure consisting essentially of multiple metals may generally be detectable via chemical analysis with only these metals, but do not contribute to function (and, for example, 5 ppm, 2 ppm, 1 ppm, 0.5 ppm, 5 ppm, 2 ppm, 0 . 5 ppm, or may be present in concentrations less than 0.1 ppm), and unintentional impurities only (which may be metallic or non-metallic). As used herein, "consisting essentially of at least one metal" refers to one metal or a mixture of two or more metals, but includes metals and non-metals such as oxygen, silicon, or nitrogen. It does not refer to compounds between metal elements or species (eg, metal nitrides, metal silicides, or metal oxides). Such non-metallic elements or species, for example, as impurities, collectively or individually, may be present in trace amounts.
The present invention provides, for example, the following items.
(Item 1)
A superconducting wire possessing diffusion resistance and mechanical strength, said superconducting wire comprising:
an outer wire matrix comprising Cu;
a diffusion barrier, said diffusion barrier being disposed within said wire matrix and comprising a Nb alloy containing 0.1%-20% W or a Nb--Ta alloy containing 0.1%-20% W a diffusion barrier comprising
a plurality of composite filaments, said plurality of composite filaments surrounded by said diffusion barrier and separated from said outer wire matrix by said diffusion barrier;
with
each composite filament comprising: (i) a plurality of monofilaments; and (ii) a cladding comprising Cu surrounding the plurality of monofilaments;
each monofilament comprises a core comprising Nb and a cladding comprising Cu surrounding said core;
the diffusion barrier occupies 1% to 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire;
A superconducting wire, wherein the diffusion barrier extends through an axial dimension of the superconducting wire.
(Item 2)
The wire of item 1, further comprising an annular region comprising a Nb-based superconducting phase disposed between said composite filament and said diffusion barrier.
(Item 3)
3. The wire of item 2, wherein the annular region comprises Nb3Sn.
(Item 4)
3. The wire of item 2, wherein the annular region conforms to and contacts the diffusion barrier.
(Item 5)
The wire of item 1, wherein the diffusion barrier occupies between 1% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.
(Item 6)
The wire of item 1, wherein the diffusion barrier occupies between 2% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.
(Item 7)
The wire of item 1, wherein the diffusion barrier occupies 3% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.
(Item 8)
The wire of item 1, wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La.
(Item 9)
The wire of item 1, wherein the core of each monofilament comprises Nb3Sn.
(Item 10)
The wire of item 1, wherein the diffusion barrier comprises Nb-6W or Nb-Ta-3W.
(Item 11)
The wire of item 1, wherein the diffusion barrier additionally contains one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. .
(Item 12)
The wire of item 1, wherein each of said composite filaments has a hexagonal cross-sectional shape.
(Item 13)
The wire of item 1, wherein each of said monofilaments has a hexagonal cross-sectional shape.
(Item 14)
Further comprising a stabilizing element disposed within said plurality of composite filaments and surrounded by said diffusion barrier, said stabilizing element comprising a Ta alloy containing 0.1%-20% W, 0.1%- The wire of item 1, comprising a Nb alloy containing 20% W or a Nb--Ta alloy containing 0.1% to 20% W.
(Item 15)
The wire of item 1, wherein the superconducting wire has a yield strength of at least 100 MPa.
(Item 16)
A superconducting wire possessing diffusion resistance and mechanical strength, said superconducting wire comprising:
a wire matrix containing Cu;
a plurality of composite filaments embedded within the wire matrix;
with
Each composite filament comprises: (i) a plurality of monofilaments; and (ii) a diffusion barrier, wherein the diffusion barrier is a Nb alloy containing 0.1%-20% W or a diffusion barrier comprising a Nb--Ta alloy containing W and extending through the axial dimension of said composite filaments and surrounding said plurality of monofilaments; and (iii) a cladding comprising Cu surrounding said diffusion barrier. wherein the diffusion barrier comprises a cladding separating the cladding from the plurality of monofilaments;
the diffusion barriers collectively occupy between 1% and 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire;
A superconducting wire, wherein each monofilament comprises a core comprising Nb and a cladding comprising Cu surrounding said core.
(Item 17)
17. The wire of item 16, further comprising an annular region disposed between said monofilament and a diffusion barrier of at least one of said composite filaments and comprising a Nb-based superconducting phase.
(Item 18)
18. The wire of item 17, wherein the annular region comprises Nb3Sn.
(Item 19)
18. The wire of item 17, wherein the annular region conforms to and contacts the diffusion barrier.
(Item 20)
17. The wire of item 16, wherein the diffusion barriers collectively occupy between 1% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.
(Item 21)
17. The wire of item 16, wherein said diffusion barriers collectively occupy between 2% and 10% of the cross-sectional area of said superconducting wire.
(Item 22)
17. The wire of item 16, wherein said diffusion barriers collectively occupy between 3% and 10% of the cross-sectional area of said superconducting wire.
(Item 23)
17. The wire of item 16, wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La.
(Item 24)
17. The wire of item 16, wherein the core of each monofilament comprises Nb3Sn.
(Item 25)
17. The wire of item 16, wherein the diffusion barrier comprises Nb-6W or Nb-Ta-3W.
(Item 26)
17. The wire of item 16, wherein the diffusion barrier additionally contains one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. .
(Item 27)
17. The wire of item 16, wherein the superconducting wire has a yield strength of at least 100 MPa.
(Item 28)
17. The wire of item 16, wherein each of said composite filaments has a hexagonal cross-sectional shape.
(Item 29)
17. The wire of item 16, wherein each of said monofilaments has a hexagonal cross-sectional shape.
(Item 30)
Further comprising a stabilizing element disposed within the plurality of composite filaments, the stabilizing element comprising a Ta alloy containing 0.1% to 20% W, a Ta alloy containing 0.1% to 20% W 17. A wire according to item 16, comprising a Nb alloy or a Nb--Ta alloy containing 0.1% to 20% W.
(Item 31)
A superconducting wire possessing diffusion resistance and mechanical strength, said superconducting wire comprising:
an inner wire stabilization matrix comprising Cu;
a diffusion barrier, said diffusion barrier being disposed around said wire stabilization matrix and made of Nb alloy containing 0.1% to 20% W or Nb containing 0.1% to 20% W; - a diffusion barrier comprising a Ta alloy;
a plurality of composite filaments, said plurality of composite filaments disposed about said diffusion barrier and separated from said wire stabilizing matrix by said diffusion barrier;
with
each composite filament comprising: (i) a plurality of monofilaments; and (ii) a cladding comprising Cu surrounding the plurality of monofilaments;
each monofilament comprises a core comprising Nb and a cladding comprising Cu surrounding said core;
the diffusion barrier occupies 1% to 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire;
A superconducting wire, wherein the diffusion barrier extends through an axial dimension of the wire.
(Item 32)
32. The wire of item 31, further comprising an annular region disposed between said composite filament and said diffusion barrier and comprising a Nb-based superconducting phase.
(Item 33)
33. The wire of item 32, wherein the annular region comprises Nb3Sn.
(Item 34)
33. The wire of item 32, wherein the annular region conforms to and contacts the diffusion barrier.
(Item 35)
32. The wire of item 31, wherein the diffusion barrier occupies between 1% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.
(Item 36)
32. The wire of item 31, wherein the diffusion barrier occupies between 2% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.
(Item 37)
32. The wire of item 31, wherein the diffusion barrier occupies between 3% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire.
(Item 38)
32. The wire of item 31, wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La.
(Item 39)
32. The wire of item 31, wherein the core of each monofilament comprises Nb3Sn.
(Item 40)
32. The wire of item 31, wherein the diffusion barrier comprises Nb-6W or Nb-Ta-3W.
(Item 41)
32. The wire of item 31, wherein the diffusion barrier additionally contains one or more alloying elements selected from the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Mo, Re, or Si. .
(Item 42)
32. The wire of item 31, wherein the superconducting wire has a yield strength of at least 100 MPa.
(Item 43)
32. The wire of item 31, wherein each of said composite filaments has a hexagonal cross-sectional shape.
(Item 44)
32. The wire of item 31, wherein each of said monofilaments has a hexagonal cross-sectional shape.

図面では、同様の参照記号は、概して、異なる図の全体を通して同一の部品を指す。また、図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに、概して、本発明の原理を例証することを重視している。以下の説明では、本発明の種々の実施形態は、以下の図面を参照して説明される。 In the drawings, like reference characters generally refer to identical parts throughout the different views. Also, the drawings are not necessarily to scale, emphasis instead generally being placed upon illustrating the principles of the invention. In the following description, various embodiments of the invention are described with reference to the following drawings.

図1Aは、本発明の種々の実施形態による、モノフィラメントを形成するために利用される、管の概略断面図である。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form monofilaments, according to various embodiments of the present invention. 図1Bは、本発明の種々の実施形態による、モノフィラメントを形成するために利用される、ロッドの概略断面図である。FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a rod utilized to form monofilaments, according to various embodiments of the present invention; 図1Cは、本発明の種々の実施形態による、複合フィラメントを形成するために利用される、モノフィラメントの概略断面図である。FIG. 1C is a schematic cross-sectional view of a monofilament utilized to form composite filaments, according to various embodiments of the present invention. 図2Aは、本発明の種々の実施形態による、複合フィラメントを形成するために利用される、管の概略断面図である。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form composite filaments, according to various embodiments of the present invention. 図2Bは、本発明の種々の実施形態による、複合フィラメント内に拡散障壁を形成するために利用される、管の概略断面図である。Figure 2B is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a diffusion barrier within a composite filament, according to various embodiments of the present invention. 図2Cは、本発明の種々の実施形態による、複合フィラメントを形成するために利用される、モノフィラメントのスタックの概略断面図である。FIG. 2C is a schematic cross-sectional view of a stack of monofilaments utilized to form composite filaments, according to various embodiments of the present invention. 図2Dは、本発明の種々の実施形態による、加工の初期段階における、複合フィラメントの概略断面図である。FIG. 2D is a schematic cross-sectional view of a composite filament at an early stage of processing, according to various embodiments of the present invention. 図2Eは、本発明の種々の実施形態による、超伝導ワイヤを形成するために利用される、複合フィラメントの概略断面図である。FIG. 2E is a schematic cross-sectional view of a composite filament utilized to form superconducting wires, according to various embodiments of the present invention. 図3Aは、本発明の種々の実施形態による、安定化要素を形成するために利用される、管の概略断面図である。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a stabilizing element, according to various embodiments of the present invention; 図3Bは、本発明の種々の実施形態による、安定化要素を形成するために利用される、ロッドの概略断面図である。Figure 3B is a schematic cross-sectional view of a rod utilized to form a stabilizing element, according to various embodiments of the present invention; 図3Cは、本発明の種々の実施形態による、安定化された複合フィラメントおよび/または超伝導ワイヤを形成するために利用される、安定化要素の概略断面図である。FIG. 3C is a schematic cross-sectional view of a stabilizing element utilized to form stabilized composite filaments and/or superconducting wires, according to various embodiments of the present invention. 図3Dは、本発明の種々の実施形態による、安定化要素を組み込む、複合フィラメントの概略断面図である。FIG. 3D is a schematic cross-sectional view of a composite filament incorporating stabilizing elements, according to various embodiments of the present invention; 図4Aは、本発明の種々の実施形態による、超伝導ワイヤを形成するために利用される、管の概略断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form superconducting wires, according to various embodiments of the present invention. 図4Bは、本発明の種々の実施形態による、超伝導ワイヤを形成するために利用される、複合フィラメントのスタックの概略断面図である。Figure 4B is a schematic cross-sectional view of a stack of composite filaments utilized to form a superconducting wire, according to various embodiments of the present invention. 図4Cは、本発明の種々の実施形態による、超伝導ワイヤ内に拡散障壁を形成するために利用される、管の概略断面図である。Figure 4C is a schematic cross-sectional view of a tube utilized to form a diffusion barrier within a superconducting wire, according to various embodiments of the present invention. 図4Dは、本発明の種々の実施形態による、加工の初期段階における、超伝導ワイヤの概略断面図である。Figure 4D is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire at an early stage of processing, according to various embodiments of the present invention. 図4Eは、本発明の種々の実施形態による、超伝導ワイヤの概略断面図である。FIG. 4E is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire, according to various embodiments of the invention. 図4Fは、本発明の種々の実施形態による、加工の初期段階における、安定化された超伝導ワイヤの概略断面図である。FIG. 4F is a schematic cross-sectional view of a stabilized superconducting wire at an early stage of processing, according to various embodiments of the present invention. 図4Gは、本発明の種々の実施形態による、安定化された超伝導ワイヤの概略断面図である。FIG. 4G is a schematic cross-sectional view of a stabilized superconducting wire, according to various embodiments of the present invention. 図5は、本発明の種々の実施形態による、Cu内側安定剤および安定剤の周囲に配置される拡散障壁を特徴とする、超伝導ワイヤの断面顕微鏡写真である。FIG. 5 is a cross-sectional photomicrograph of a superconducting wire featuring a Cu internal stabilizer and a diffusion barrier disposed around the stabilizer, according to various embodiments of the present invention. 図6は、本発明の種々の実施形態による、Cu外側マトリクスおよび外側マトリクスとワイヤフィラメントとの間に配置される拡散障壁を特徴とする、超伝導ワイヤの断面顕微鏡写真である。FIG. 6 is a cross-sectional photomicrograph of a superconducting wire featuring a Cu outer matrix and a diffusion barrier positioned between the outer matrix and the wire filament, according to various embodiments of the present invention.

図1A-1Cは、例示的モノフィラメント100の構成要素およびそれらの構成成分を描写する。本発明の実施形態によると、ロッド105が、CuまたはCu合金(例えば、ブロンズ)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る、管110内に配置される。ロッド105の組成は、最終的なワイヤにおいて所望される特定の金属超伝導体に基づいて選択され得る。例えば、ロッド105は、Nb、Ti、Nb-Ti、またはその合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。他の実施例では、ロッド105は、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの1つ以上のものと合金化されるNbを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。そのような合金化元素が、例えば、0.2%~10%(例えば、0.2%~5%または0.5%~1%)の濃度で、個別に、または集合的に、ロッド105内に(したがって、モノフィラメント100のコア内に)存在し得る。種々の実施形態では、管110(および/または本明細書に説明される任意の他の管)は、金属シートをロッド105の周囲に巻着させることによって形成されてもよい。そのような実施形態では、シートの端部は、重複してもよい。管110で被覆されたロッド105は、続いて、例えば、0.5インチ~1.5インチまでその直径を縮小するように引き伸ばされてもよい。被覆ロッドは、複数の段階で引き伸ばされてもよく、例えば、歪み緩和のために、引き伸ばすステップのうちのいずれかまたはそれぞれの間および/または後に熱処理されてもよい。いったん引き伸ばされると、被覆ロッドは、他のモノフィラメントとの効率的な積層のために成形されるモノフィラメント100を加工するために、成形ダイを通して引き伸ばされてもよい。例えば、図1Cに示されるように、六角ダイが、六角形の断面を有するモノフィラメント100を形成するために利用されてもよい。他の実施形態では、モノフィラメントが、例えば、正方形、長方形、三角形等の他の断面を有してもよい。図1Cに示されるように、モノフィラメント100は、典型的には、実質的に均一な組成物を有する、単一円筒形コアの周囲に配置され、それを囲繞する、単一環状クラッディングを含む、それから本質的に成る、またはそれから成る。したがって、本発明の実施形態による超伝導ワイヤの領域は、複数のクラッディングを含有し、分離された円筒形コアは、複数の「モノフィラメント」または単一「複合フィラメント」に対応する。 1A-1C depict the components of an exemplary monofilament 100 and their components. According to embodiments of the present invention, rod 105 is disposed within tube 110 comprising, consisting essentially of, or consisting of Cu or a Cu alloy (eg, bronze). The composition of rod 105 may be selected based on the particular metallic superconductor desired in the final wire. For example, rod 105 may comprise, consist essentially of, or consist of Nb, Ti, Nb--Ti, or alloys thereof. In other embodiments, rod 105 comprises, consists essentially of, or even consists of Nb alloyed with one or more of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La. good. Such alloying elements, for example, in concentrations of 0.2% to 10% (eg, 0.2% to 5% or 0.5% to 1%), individually or collectively, rod 105 within (and thus within the core of the monofilament 100). In various embodiments, tube 110 (and/or any other tube described herein) may be formed by wrapping a metal sheet around rod 105 . In such embodiments, the ends of the sheets may overlap. Rod 105 coated with tube 110 may then be stretched to reduce its diameter by, for example, 0.5 inches to 1.5 inches. The coated rod may be stretched in multiple stages and may be heat treated during and/or after any or each of the stretching steps, eg, for strain relief. Once drawn, the coated rod may be drawn through a forming die to process the shaped monofilament 100 for efficient lamination with other monofilaments. For example, as shown in FIG. 1C, a hexagonal die may be utilized to form a monofilament 100 having a hexagonal cross-section. In other embodiments, the monofilaments may have other cross-sections, such as square, rectangular, triangular, and the like. As shown in FIG. 1C, monofilament 100 typically includes a single annular cladding disposed about and surrounding a single cylindrical core having a substantially uniform composition. , consisting essentially of, or consisting of. Thus, a region of superconducting wire according to embodiments of the present invention contains multiple claddings, with separate cylindrical cores corresponding to multiple "monofilaments" or a single "composite filament."

いったんモノフィラメント100が加工されると、他のモノフィラメント100もまた、同一の様式で加工されてもよい、または1つ以上のモノフィラメント100が、複数の断片に分割されてもよい。複数のモノフィラメントが、複合フィラメントの少なくとも一部を形成するように、ともに積み重ねられてもよい。図2A-2Eは、複合フィラメント200の種々の構成要素およびアセンブリを描写する。図2Cに示されるように、複数のモノフィラメント100が、続いて、複合フィラメント200のコアの少なくとも一部になるであろう配列にともに積み重ねられてもよい。図2Cは、19本の異なるモノフィラメント100の積層を描写するが、本発明の実施形態は、より多いまたは少ないモノフィラメント100を含んでもよい。モノフィラメント100の積層アセンブリは、CuまたはCu合金(例えば、ブロンズ)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る、管205内に配置されてもよい。図2Bに示されるように、管210が、管205内に、かつモノフィラメント100のスタックの周囲に配置されてもよい。本管210は、最終的な複合フィラメントの中で拡散障壁215になり、モノフィラメント100と、結果として生じる複合フィラメントの外側マトリクス220になる管205の材料との間で、相互拡散を妨害する、または実質的に防止する。したがって、管210は、Nb-W(例えば、Nb-12WまたはNb-6WまたはNb-3W)またはNb-Ta-W(例えば、Nb-Ta-12WまたはNb-Ta-6WまたはNb-Ta-3W)等のNb合金またはNb-Ta合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。モノフィラメント100が、管205および管210内に配置される前および/または後に、モノフィラメント100、管205、および/または管210は、例えば、表面酸化物および/または他の汚染物質を除去するように、(例えば、1つ以上の酸を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る洗浄剤を介して)洗浄および/またはエッチングされてもよい。 Once a monofilament 100 is processed, other monofilaments 100 may also be processed in the same manner, or one or more monofilaments 100 may be split into multiple pieces. A plurality of monofilaments may be stacked together to form at least a portion of the composite filament. 2A-2E depict various components and assemblies of composite filament 200. FIG. A plurality of monofilaments 100 may then be stacked together in an array that will then become at least part of the core of the composite filament 200, as shown in FIG. 2C. Although FIG. 2C depicts a stack of nineteen different monofilaments 100, embodiments of the invention may include more or less monofilaments 100. FIG. A laminated assembly of monofilaments 100 may be disposed within a tube 205 comprising, consisting essentially of, or consisting of Cu or a Cu alloy (eg, bronze). A tube 210 may be disposed within the tube 205 and around the stack of monofilaments 100, as shown in FIG. 2B. The main tube 210 becomes a diffusion barrier 215 in the final composite filament, impeding interdiffusion between the monofilament 100 and the material of the tube 205 becoming the outer matrix 220 of the resulting composite filament, or practically prevent. Thus, tube 210 may be Nb-W (eg Nb-12W or Nb-6W or Nb-3W) or Nb-Ta-W (eg Nb-Ta-12W or Nb-Ta-6W or Nb-Ta-3W ) or Nb--Ta alloys such as, consist essentially of, or consist of. Before and/or after monofilament 100 is placed within tube 205 and tube 210, monofilament 100, tube 205, and/or tube 210 are cleaned, for example, to remove surface oxides and/or other contaminants. , may be cleaned and/or etched (eg, via a cleaning agent comprising, consisting essentially of, or consisting of one or more acids).

管210は、拡散障壁内に配置される1つ以上の他の合金化元素との純NbまたはNb-Ta合金の合金化を介して加工されてもよい。例えば、NbおよびWの合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る拡散障壁(したがって、管210)に関して、NbおよびWが、電子ビーム溶解および/またはアーク溶解等のプロセスを介して、所望の量でともに合金化されてもよい。同様に、Nb、Ta、およびWの合金を含む、それから本質的に成る、またはそれから成る、拡散障壁(したがって、管210)に関して、Nb、Ta、およびWは、電子ビーム溶解および/またはアーク溶解等のプロセスを介して、所望の量でともに合金化されてもよい。結果として生じる材料は、シートに加工されてもよく、シートは、例えば、圧延、深絞り、押出、ピルガ圧延等によって、管に形成されてもよい。 Tube 210 may be fabricated via alloying pure Nb or Nb--Ta alloys with one or more other alloying elements placed within a diffusion barrier. For example, with respect to a diffusion barrier (and thus tube 210) comprising, consisting essentially of, or consisting of an alloy of Nb and W, Nb and W are melted as desired through processes such as electron beam melting and/or arc melting. may be alloyed together in an amount of Similarly, for a diffusion barrier (and thus tube 210) comprising, consisting essentially of, or consisting of an alloy of Nb, Ta, and W, Nb, Ta, and W are electron beam and/or arc melted. may be alloyed together in desired amounts via processes such as. The resulting material may be processed into a sheet, and the sheet may be formed into a tube by, for example, rolling, deep drawing, extrusion, pilger rolling, and the like.

図2Dに示されるように、管205および管210が、例えば、スエージング、押出、および/または圧延によって、モノフィラメント100上に圧密されてもよい。被覆積層モノフィラメント100は、積層アセンブリの中の種々のモノフィラメント100の間の接合を助長するように焼鈍されてもよい。例えば、被覆積層モノフィラメントは、約0.5時間~約3時間(例えば、約1時間)の時間にわたって約300℃~約500℃(例えば、約400℃)の温度で焼鈍されてもよい。有利なこととして、モノフィラメント100と外側マトリクス220との間の拡散障壁215の存在は、マトリクス220のCuとモノフィラメント100との間の拡散を実質的に防止し、それによって、低い導電性(例えば、Cuおよび/またはマトリクス220の材料よりも低い導電性)を有する金属相の形成を防止する。拡散障壁215はまた、特に、ワイヤにおける超伝導相の反応性形成のために利用される長時間高温熱処理後に、外側マトリクス220および/またはモノフィラメント100のものと比較した、その優れた機械的性質(例えば、強度、降伏強度、引張強度、剛性、ヤング係数等)を考慮すると、付加的機械的強度を最終的なワイヤに提供する。 As shown in FIG. 2D, tube 205 and tube 210 may be consolidated onto monofilament 100 by, for example, swaging, extrusion, and/or rolling. The coated laminated monofilament 100 may be annealed to promote bonding between the various monofilaments 100 in the laminated assembly. For example, the coated laminated monofilament may be annealed at a temperature of about 300° C. to about 500° C. (eg, about 400° C.) for a period of time of about 0.5 hours to about 3 hours (eg, about 1 hour). Advantageously, the presence of diffusion barrier 215 between monofilament 100 and outer matrix 220 substantially prevents diffusion between Cu of matrix 220 and monofilament 100, thereby reducing conductivity (e.g., prevent the formation of metallic phases with Cu and/or a lower conductivity than the material of matrix 220). Diffusion barrier 215 also exhibits its superior mechanical properties ( (eg, strength, yield strength, tensile strength, stiffness, Young's modulus, etc.) provide additional mechanical strength to the final wire.

結果として生じるアセンブリは、その直径を縮小するように、1回以上引き伸ばされもよく、続いて、効率的な積層のために構成される断面形状を伴う複合フィラメント200を提供するために、成形ダイを通して引き伸ばされてもよい。例えば、図2Eに示されるように、六角ダイが、六角形の断面を有する複合フィラメント200を形成するために利用されてもよい。他の実施形態では、複合フィラメント200は、例えば、正方形、長方形、三角形、円形、非真円形、楕円形等の他の断面を有してもよい。種々の実施形態では、処理および成形後の複合フィラメント200の断面サイズおよび/または形状は、サイズが縮小される(すなわち、図2Cに示される)前に初期積層アセンブリで利用されるモノフィラメント100の断面サイズおよび/または形状に等しい。(管210の組み込みに起因する拡散障壁215が、可変断面厚さを有するものとして図2Dおよび2Eで描写されているが、本発明の種々の実施形態では、拡散障壁215は、その円周の周囲に略一様な断面厚さを有し、拡散障壁215は、図5および6に示されるように、断面内で環状リング(例えば、その内側のフィラメント(または他の構造)の周囲に緊密に配置されるリング)の形態を有してもよく、本発明の実施形態による、環状断面を有する拡散障壁は、概して、ワイヤの軸方向寸法に沿って延在する円筒形の形態を有する。) The resulting assembly may be stretched one or more times to reduce its diameter, followed by a forming die to provide a composite filament 200 with a cross-sectional shape configured for efficient lamination. may be stretched through For example, as shown in FIG. 2E, a hexagonal die may be utilized to form a composite filament 200 having a hexagonal cross-section. In other embodiments, the composite filament 200 may have other cross-sections, such as square, rectangular, triangular, circular, non-circular, elliptical, and the like. In various embodiments, the cross-sectional size and/or shape of composite filament 200 after processing and shaping is similar to the cross-section of monofilament 100 utilized in the initial lamination assembly before being reduced in size (i.e., shown in FIG. 2C). Equal in size and/or shape. (Diffusion barrier 215 due to incorporation of tube 210 is depicted in FIGS. 2D and 2E as having a variable cross-sectional thickness, but in various embodiments of the invention diffusion barrier 215 is Having a substantially uniform cross-sectional thickness around its perimeter, the diffusion barrier 215 is tightly packed in cross-section around an annular ring (e.g., filament (or other structure) inside thereof), as shown in FIGS. A diffusion barrier having an annular cross-section, according to embodiments of the present invention, generally has a cylindrical shape extending along the axial dimension of the wire. )

本発明の実施形態による超伝導ワイヤはまた、さらなる機械的強度を提供しながら、ワイヤの引伸可能性および/または電気性能を損なわない、安定化要素を組み込んでもよい。図3A-3Cは、モノフィラメント100に関して上記で詳述されるものに類似する方法を介した安定化要素300の加工を描写する。本発明の実施形態によると、ロッド305が、CuまたはCu合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る、管310内に配置される。ロッド305は、モノフィラメント100を加工するために利用されるロッド105のものを上回る機械的強度(例えば、引張強度、降伏強度等)を有する、1つ以上の金属を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。例えば、ロッド305は、TaまたはTa合金(例えば、Ta-3W等のTa-W合金)、NbまたはNb合金(例えばNb-12W、Nb-6W、またはNb-3W等の、Nb-W合金)、Nb-Ta合金、Hf、Ti、Zr、Ta、V、Y、Mo、またはW等の1つ以上の付加的合金化元素を含有する、Nb-Ta合金、または拡散障壁に好適であるような本明細書に開示される任意の他の材料を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。他の実施形態では、ロッド305は、実質的に純Nbを上回る機械的強度を有する、Nb合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。例えば、本発明の実施形態による、ロッド305(したがって、安定化要素)は、Hf、Ti、Zr、Ta、V、Y、Mo、またはWのうちの1つ以上のものとのNbの合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。例えば、本発明の実施形態による、安定化要素は、約10%のHfと、約0.7%~1.3%のTiと、約0.7%のZrと、約0.5%のTaと、約0.5%のWと、残りのNbとを含む、NbC103合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。他の実施形態では、安定化要素は、NbB66合金および/またはNbB77合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。 Superconducting wires according to embodiments of the present invention may also incorporate stabilization elements that provide additional mechanical strength while not compromising the drawability and/or electrical performance of the wire. 3A-3C depict fabrication of stabilizing element 300 via methods similar to those detailed above with respect to monofilament 100. FIG. According to embodiments of the present invention, a rod 305 is positioned within a tube 310 comprising, consisting essentially of, or consisting of Cu or a Cu alloy. Rod 305 comprises, consists essentially of one or more metals having mechanical strengths (e.g., tensile strength, yield strength, etc.) greater than those of rod 105 utilized to fabricate monofilament 100; or may consist of For example, the rod 305 may be Ta or a Ta alloy (eg, a Ta—W alloy such as Ta-3W), Nb or a Nb alloy (eg, a Nb—W alloy such as Nb-12W, Nb-6W, or Nb-3W). , Nb--Ta alloys, Nb--Ta alloys containing one or more additional alloying elements such as Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, or W, or diffusion barriers such as may comprise, consist essentially of, or consist of any other material disclosed herein. In other embodiments, the rod 305 may comprise, consist essentially of, or consist of a Nb alloy having a mechanical strength substantially greater than that of pure Nb. For example, according to embodiments of the present invention, rods 305 (and thus stabilizing elements) may alloy Nb with one or more of Hf, Ti, Zr, Ta, V, Y, Mo, or W. may comprise, consist essentially of, or consist of; For example, according to embodiments of the present invention, the stabilizing element is about 10% Hf, about 0.7%-1.3% Ti, about 0.7% Zr, about 0.5% It may comprise, consist essentially of, or consist of a NbC103 alloy comprising Ta, about 0.5% W, and the balance Nb. In other embodiments, the stabilizing element may comprise, consist essentially of, or consist of NbB66 and/or NbB77 alloys.

管310で被覆されたロッド305は、続いて、例えば、0.5インチ~1.5インチまでその直径を縮小するように引き伸ばされてもよい。被覆ロッドは、複数の段階で引き伸ばされてもよく、例えば、歪み緩和のために、引き伸ばすステップのうちのいずれかまたはそれぞれの間および/または後に熱処理されてもよい。いったん引き伸ばされると、被覆ロッドは、モノフィラメント100および/または複合フィラメント200との効率的な積層のために成形される安定化要素300を加工するために、成形ダイを通して引き伸ばされてもよい。例えば、図3Cに示されるように、六角ダイが、六角形の断面を有する安定化要素300を形成するために利用されてもよい。他の実施形態では、安定化要素300は、例えば、正方形、長方形、三角形等の他の断面を有してもよい。種々の実施形態では、安定化要素300は、モノフィラメント100および/または複合フィラメント200の断面サイズおよび/または形状と略同一である断面サイズおよび/または形状を有してもよい。 Rod 305 coated with tube 310 may then be stretched to reduce its diameter by, for example, 0.5 inches to 1.5 inches. The coated rod may be stretched in multiple stages and may be heat treated during and/or after any or each of the stretching steps, eg, for strain relief. Once drawn, the coated rod may be drawn through a forming die to fabricate a shaped stabilizing element 300 for efficient lamination with monofilaments 100 and/or composite filaments 200. For example, as shown in Figure 3C, a hexagonal die may be utilized to form a stabilizing element 300 having a hexagonal cross-section. In other embodiments, stabilizing element 300 may have other cross-sections, such as square, rectangular, triangular, and the like. In various embodiments, stabilizing element 300 may have a cross-sectional size and/or shape that is substantially the same as the cross-sectional size and/or shape of monofilament 100 and/or composite filament 200 .

いったん加工されると、1つ以上の安定化要素300は、モノフィラメント100のスタックの中に挿入されてもよく、結果として生じるアセンブリは、拡散障壁材料およびマトリクス材料で囲繞され、引き伸ばされ、随意に、図3Dに示されるように、モノフィラメント100および安定化要素300と外側マトリクス220との間に拡散障壁215を組み込む、安定化された複合フィラメント315(例えば、図2A-2Eを参照して上記で説明されるような)を形成するように成形されてもよい。本発明の種々の実施形態では、複合フィラメントは、その間の相互拡散を妨害する、または実質的に防止するために、安定化要素300と残りのモノフィラメント100との間に拡散障壁を含んでもよい。種々の実施形態では、安定化要素300は、例えば、CuまたはCu合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る、内部安定化マトリクスと置換され、またはそれを補完されてもよく、そのような領域は、1つ以上の拡散障壁を介してモノフィラメント100から分離されてもよい。図3Dは、モノフィラメント100のうちの1つのものと実質的に同一である断面積を有するように、安定化要素300を描写するが、本発明の種々の実施形態では、安定化要素300は、単一モノフィラメント100のものより大きい断面積を有する。例えば、安定化要素300の断面積は、モノフィラメント100の断面積の少なくとも1.5倍、少なくとも2倍、少なくとも3倍、少なくとも4倍、少なくとも5倍、または少なくとも6倍であってもよい。 Once processed, one or more stabilizing elements 300 may be inserted into the stack of monofilaments 100 and the resulting assembly surrounded by diffusion barrier and matrix materials, stretched and optionally 3D, stabilized composite filaments 315 (e.g., described above with reference to FIGS. as described). In various embodiments of the invention, the composite filament may include a diffusion barrier between the stabilizing element 300 and the remaining monofilament 100 to impede or substantially prevent interdiffusion therebetween. In various embodiments, the stabilizing element 300 may be replaced or supplemented with an internal stabilizing matrix comprising, consisting essentially of, or consisting of, for example, Cu or a Cu alloy. A region may be separated from the monofilament 100 via one or more diffusion barriers. Although FIG. 3D depicts stabilizing element 300 as having a cross-sectional area that is substantially identical to that of one of monofilaments 100, in various embodiments of the invention stabilizing element 300 It has a cross-sectional area greater than that of the single monofilament 100 . For example, the cross-sectional area of the stabilizing element 300 may be at least 1.5 times, at least 2 times, at least 3 times, at least 4 times, at least 5 times, or at least 6 times the cross-sectional area of the monofilament 100 .

安定化要素および拡散障壁を組み込む本発明の実施形態では、付加的な機械的強度を付与するワイヤの断面積の量は、拡散障壁と安定化要素との間で有益に分割されてもよい。すなわち、1つ以上の安定化要素によって占有されるワイヤの断面積が多いほど、各拡散障壁が、ワイヤの種々の部分の間の拡散を妨害する、または実質的に排除するために十分な厚さを有する限り、ワイヤのより少ない断面積が拡散障壁によって占有される必要がある。逆に、本発明の実施形態による拡散障壁の使用は、依然として、所望の機械的強度(および/または他の機械的性質)をワイヤに付与しながら、それら自体が集合的にワイヤのより少ない断面積を占有する、1つ以上の安定化要素の使用を可能にする。種々の実施形態では、拡散障壁は、集合的に、ワイヤの断面積の少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、または少なくとも5%を占有してもよい。種々の実施形態では、拡散障壁は、集合的に、ワイヤの断面積の15%未満、12%未満、10%未満、9%未満、8%未満、7%未満、6%未満、または5%未満を占有してもよい。安定化要素を特徴とする本発明の実施形態では、安定化要素および拡散障壁は、集合的に、ワイヤの断面積の25%未満、20%未満、15%未満、または10%未満を占有してもよい。安定化要素自体は、ワイヤの断面積の15%未満または10%未満(例えば、約2%~約8%または約5%~約15%)を占有してもよい。安定化要素は、ワイヤの断面積の少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも5%、または少なくとも8%を占有してもよい。 In embodiments of the invention incorporating stabilizing elements and diffusion barriers, the amount of wire cross-sectional area that imparts additional mechanical strength may be beneficially divided between the diffusion barriers and the stabilizing elements. That is, the greater the cross-sectional area of the wire occupied by the one or more stabilizing elements, the greater each diffusion barrier is thick enough to impede or substantially eliminate diffusion between the various portions of the wire. less cross-sectional area of the wire needs to be occupied by the diffusion barrier. Conversely, the use of diffusion barriers according to embodiments of the present invention may themselves collectively result in less breakage of the wire while still imparting the desired mechanical strength (and/or other mechanical properties) to the wire. Allows the use of more than one stabilizing element, occupying area. In various embodiments, the diffusion barriers may collectively occupy at least 1%, at least 2%, at least 3%, at least 4%, or at least 5% of the cross-sectional area of the wire. In various embodiments, the diffusion barriers collectively represent less than 15%, less than 12%, less than 10%, less than 9%, less than 8%, less than 7%, less than 6%, or 5% of the cross-sectional area of the wire. may occupy less than In embodiments of the invention featuring stabilizing elements, the stabilizing elements and the diffusion barrier collectively occupy less than 25%, less than 20%, less than 15%, or less than 10% of the cross-sectional area of the wire. may The stabilizing element itself may occupy less than 15% or less than 10% (eg, about 2% to about 8% or about 5% to about 15%) of the cross-sectional area of the wire. The stabilizing element may occupy at least 2%, at least 3%, at least 5%, or at least 8% of the cross-sectional area of the wire.

1つ以上の複合フィラメント200、315内に組み込まれることに加えて、またはその代わりに、本発明の実施形態による拡散障壁は、有利なこととして、超伝導ワイヤ内の相互拡散を妨害する、または実質的に防止するように、外側安定化マトリクス(および/またはワイヤの中心に近接する内側安定化マトリクスおよび/または安定剤)と複合フィラメントとの間に配置されてもよい。すなわち、超伝導ワイヤおよび/またはワイヤプリフォームは、複合フィラメント200、安定化された複合フィラメント315、および/またはそれら自体の拡散障壁を欠く複合フィラメントのアセンブリの周囲に配置される拡散障壁を利用して、加工されてもよい。図4A-4Eは、例示的超伝導ワイヤ400の加工の種々の段階を描写する。図4Bに示されるように、それら自体の内部拡散障壁をそれぞれ欠く、複数の複合フィラメント405は、続いて、超伝導ワイヤ400のコアの少なくとも一部になるであろう配列にともに積み重ねられてもよい。各複合フィラメント405は、例えば、上記で詳述される複合フィラメント200と同様であるが、加工中に管210の使用から生じる拡散障壁215の組み込みを伴わず、加工されてもよい。他の実施形態では、複合フィラメントのスタックは、複合フィラメント405の有無別に、複合フィラメント200、複合フィラメント315、および/またはそれらの混合物を含む、またはそれから成ってもよい。図4Bは、18本の異なる複合フィラメント405の積層を描写するが、本発明の実施形態は、より多いまたは少ない複合フィラメントを含んでもよい。 In addition to or instead of being incorporated within one or more composite filaments 200, 315, diffusion barriers according to embodiments of the present invention advantageously impede interdiffusion within the superconducting wire, or It may be disposed between the outer stabilizing matrix (and/or the inner stabilizing matrix and/or stabilizer proximate the center of the wire) and the composite filament so as to substantially prevent. That is, the superconducting wire and/or wire preform utilizes diffusion barriers disposed around composite filaments 200, stabilized composite filaments 315, and/or assemblies of composite filaments lacking their own diffusion barrier. and may be processed. 4A-4E depict various stages of fabrication of an exemplary superconducting wire 400. FIG. A plurality of composite filaments 405, each lacking their own internal diffusion barrier, may then be stacked together in an array that will become at least part of the core of superconducting wire 400, as shown in FIG. 4B. good. Each composite filament 405 may be fabricated, for example, similar to composite filament 200 detailed above, but without incorporation of diffusion barrier 215 resulting from use of tube 210 during fabrication. In other embodiments, the stack of composite filaments may comprise or consist of composite filaments 200 , composite filaments 315 , and/or mixtures thereof, with or without composite filaments 405 . Although FIG. 4B depicts a stack of 18 different composite filaments 405, embodiments of the invention may include more or fewer composite filaments.

複合フィラメントの積層アセンブリは、CuまたはCu合金を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る、管410内に配置されてもよい。加えて、図4Cに示されるように、管210は、複合フィラメントの積層アセンブリの周囲に、かつ管410内に配置されてもよく、したがって、最終的なワイヤの中に拡散障壁を形成してもよい。複合フィラメントが、管510および管210内に配置される前および/または後に、複合フィラメント、管210、および/または管410は、例えば、表面酸化物および/または他の汚染物質を除去するように、(例えば、1つ以上の酸を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る洗浄剤を介して)洗浄および/またはエッチングされてもよい。図4Dに示されるように、管410および管210は、例えば、スエージング、押出、および/または圧延によって、複合フィラメント上に圧密されてもよく、管210は、拡散障壁415になってもよく、管410は、外側マトリクス420になってもよい。被覆積層複合フィラメントは、積層アセンブリの中の種々の複合フィラメントの間の接合を助長するように焼鈍されてもよい。例えば、被覆スタックは、約0.5時間~約3時間(例えば、約1時間)の時間にわたって約300℃~約500℃(例えば、約400℃)の温度で焼鈍されてもよい。有利なこととして、複合フィラメント405と外側マトリクス420との間の拡散障壁415の存在は、マトリクス420のCuと複合フィラメント405との間の拡散を実質的に防止し、それによって、低い導電性(例えば、Cuおよび/またはマトリクス420の材料よりも低い導電性)を有する金属相の形成を防止する。結果として生じるアセンブリは、図4Eに示されるように、その直径を縮小するように、1回以上引き伸ばされもよい。引き伸ばす前または後に、超伝導ワイヤ400は、例えば、残留応力を緩和する、および/またはその中の再結晶を助長するように焼鈍されてもよい。 A laminated assembly of composite filaments may be disposed within a tube 410 comprising, consisting essentially of, or consisting of Cu or a Cu alloy. Additionally, as shown in FIG. 4C, tube 210 may be disposed around and within tube 410 of the laminated assembly of composite filaments, thus forming a diffusion barrier in the final wire. good too. Before and/or after the composite filaments are placed within tubes 510 and 210, the composite filaments, tube 210, and/or tube 410 may be cleaned, for example, to remove surface oxides and/or other contaminants. , may be cleaned and/or etched (eg, via a cleaning agent comprising, consisting essentially of, or consisting of one or more acids). Tube 410 and tube 210 may be consolidated onto the composite filament by, for example, swaging, extrusion, and/or rolling, and tube 210 may become a diffusion barrier 415, as shown in FIG. 4D. , tube 410 may become outer matrix 420 . The coated laminated composite filaments may be annealed to promote bonding between the various composite filaments in the laminated assembly. For example, the coating stack may be annealed at a temperature of about 300° C. to about 500° C. (eg, about 400° C.) for a time of about 0.5 hours to about 3 hours (eg, about 1 hour). Advantageously, the presence of the diffusion barrier 415 between the composite filaments 405 and the outer matrix 420 substantially prevents diffusion between the Cu of the matrix 420 and the composite filaments 405, thereby resulting in low conductivity ( For example, it prevents the formation of metallic phases with Cu and/or a lower conductivity than the material of matrix 420). The resulting assembly may be stretched one or more times to reduce its diameter, as shown in FIG. 4E. Before or after stretching, superconducting wire 400 may be annealed, for example, to relieve residual stress and/or promote recrystallization therein.

図4Fおよび4Gに示されるように、類似方法論が、1つ以上の拡散障壁415および1つ以上の安定化要素300を組み込む、安定化された超伝導体ワイヤ425を加工するために、利用されてもよい。例えば、積層複合フィラメントのアセンブリが、それぞれ、1つ以上の安定化要素300に適応するように定寸および成形される、1つ以上の空隙をその内側に画定してもよい。複合フィラメントが管410および管210内に配置される前または後に、1つ以上の安定化要素300が、図4Fに示されるように、空隙のそれぞれの内側に配置されてもよい。結果として生じるアセンブリは、図4Gに示されるように、例えば、引伸および/または押出によって、その直径を縮小させてもよい。種々の実施形態では、拡散障壁は、特に、安定化要素がCuを含む、本質的にそれから成る、またはそれから成る、実施形態では、ワイヤまたはワイヤプリフォーム内で安定化要素300とフィラメントとの間に配置されてもよい。例えば、所望の拡散障壁材料の管は、ワイヤプリフォームアセンブリが組み立てられるときに安定化要素の周囲に配置されてもよく、アセンブリ全体が、所望のワイヤ寸法まで引き伸ばされてもよい。図4Fおよび4Gは、実質的に複合フィラメントの積層アセンブリの中心に配置された単一の安定化要素300を有する、超伝導ワイヤ425を描写するが、本発明の実施形態によると、1つ以上の安定化要素300は、中心に配置された安定化要素300に加えて、またはその代わりに、積層アセンブリ内の他の場所に配置されてもよい。図4Fおよび4Gは、複合フィラメント405のうちの1つのものと実質的に同一である断面積を有するように、安定化要素300を描写するが、本発明の種々の実施形態では、安定化要素300は、単一複合フィラメント405のものより大きい断面積を有する。例えば、安定化要素300の断面積は、複合フィラメント405の断面積の少なくとも1.5倍、少なくとも2倍、少なくとも3倍、少なくとも4倍、少なくとも5倍、または少なくとも6倍であってもよい。 A similar methodology is utilized to fabricate a stabilized superconductor wire 425 that incorporates one or more diffusion barriers 415 and one or more stabilization elements 300, as shown in FIGS. 4F and 4G. may For example, an assembly of laminated composite filaments may each define one or more voids therein that are sized and shaped to accommodate one or more stabilizing elements 300 . Before or after the composite filaments are placed in tube 410 and tube 210, one or more stabilizing elements 300 may be placed inside each of the voids, as shown in FIG. 4F. The resulting assembly may have its diameter reduced, for example by stretching and/or extrusion, as shown in FIG. 4G. In various embodiments, the diffusion barrier is, in particular, the stabilizing element comprising, consisting essentially of, or consisting of Cu, in embodiments between the stabilizing element 300 and the filament within a wire or wire preform. may be placed in For example, a tube of desired diffusion barrier material may be placed around the stabilizing element when the wire preform assembly is assembled, and the entire assembly may be stretched to the desired wire dimensions. FIGS. 4F and 4G depict a superconducting wire 425 having a single stabilizing element 300 substantially centrally located in the laminated assembly of composite filaments, but according to embodiments of the present invention, one or more The stabilizing element 300 may be placed elsewhere in the laminate assembly in addition to or instead of the centrally located stabilizing element 300 . Although FIGS. 4F and 4G depict stabilizing element 300 as having a cross-sectional area that is substantially identical to that of one of composite filaments 405, in various embodiments of the invention stabilizing element 300 has a cross-sectional area greater than that of single composite filament 405 . For example, the cross-sectional area of stabilizing element 300 may be at least 1.5 times, at least 2 times, at least 3 times, at least 4 times, at least 5 times, or at least 6 times the cross-sectional area of composite filament 405 .

種々の実施形態では、超伝導ワイヤ400、425は、その内側の拡散障壁415を欠いており、したがって、管210は、その形成に利用されず、個々の複合フィラメントのうちの1つ以上のものの中の拡散障壁215は、相互拡散を妨害する、または実質的に防止するために利用される。他の実施形態では、図4D-4Gに示されるように、個々の複合フィラメント405は、その内側の拡散障壁を欠き得、拡散障壁415は、超伝導ワイヤ400、425内に存在する。そのような実施形態では、管110および/または205は、有利なこととして、後続の熱処理中にフィラメントのNbと反応し、超伝導相(例えば、NbSn)を形成するSnを、その内側に組み込んでもよい。他の実施形態では、拡散障壁415が、拡散障壁215に加えて、個々の複合フィラメント内に存在する。 In various embodiments, the superconducting wires 400, 425 lack diffusion barriers 415 inside thereof, and thus the tube 210 is not utilized in its formation, but rather one or more of the individual composite filaments. A medium diffusion barrier 215 is utilized to impede or substantially prevent interdiffusion. In other embodiments, as shown in FIGS. 4D-4G, individual composite filaments 405 may lack diffusion barriers within them, and diffusion barriers 415 are present within superconducting wires 400, 425. FIG. In such embodiments, the tubes 110 and/or 205 advantageously have Sn on their interior that reacts with the Nb of the filaments during subsequent heat treatment to form a superconducting phase (e.g. , Nb3Sn). may be incorporated into In other embodiments, diffusion barriers 415 are present within the individual composite filaments in addition to diffusion barriers 215 .

種々の実施形態では、超伝導ワイヤ400、超伝導ワイヤ425、複合フィラメント4015、複合フィラメント200、および/または安定化された複合フィラメント315は、直径縮小のために、および/またはそれらの構成要素の間の接合を助長するように、ワイヤ引伸ステップに先立って機械的に処理されてもよい。例えば、超伝導ワイヤ400、超伝導ワイヤ425、複合フィラメント4015、複合フィラメント200、および/または安定化された複合フィラメント315は、最終引伸ステップに先立って、押出、スエージング、および/または圧延されてもよい。種々の実施形態では、超伝導ワイヤ400、超伝導ワイヤ425、複合フィラメント4015、複合フィラメント200、および/または安定化された複合フィラメント315は、歪み緩和のために、複数の異なる引伸ステップのそれぞれの間および/または後に、熱処理されてもよい。例えば、引伸ステップのうちの1つ以上のものの間および/または後に、超伝導ワイヤ400、超伝導ワイヤ425、複合フィラメント4015、複合フィラメント200、および/または安定化された複合フィラメント315は、例えば、約20時間~約40時間の期間にわたって約360℃~約420℃の温度で焼鈍されてもよい。 In various embodiments, superconducting wire 400, superconducting wire 425, composite filament 4015, composite filament 200, and/or stabilized composite filament 315 are used for diameter reduction and/or for their components. It may be mechanically treated prior to the wire drawing step to promote bonding between them. For example, superconducting wire 400, superconducting wire 425, composite filament 4015, composite filament 200, and/or stabilized composite filament 315 may be extruded, swaged, and/or rolled prior to the final drawing step. good too. In various embodiments, superconducting wire 400, superconducting wire 425, composite filament 4015, composite filament 200, and/or stabilized composite filament 315 are each subjected to a plurality of different drawing steps for strain relaxation. It may be heat treated in between and/or after. For example, during and/or after one or more of the drawing steps, superconducting wire 400, superconducting wire 425, composite filament 4015, composite filament 200, and/or stabilized composite filament 315 are subjected to, for example, It may be annealed at a temperature of about 360° C. to about 420° C. for a period of about 20 hours to about 40 hours.

本発明の種々の実施形態では、超伝導ワイヤ400または超伝導ワイヤ425は、その内側のフィラメントの臨界温度を下回って冷却され、電流を伝導するために利用されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の超伝導ワイヤ400および/または超伝導ワイヤ425は、単一の超伝導ケーブルを形成するように、ともにコイル状に巻かれる。 In various embodiments of the present invention, superconducting wire 400 or superconducting wire 425 may be cooled below the critical temperature of the filament inside it and utilized to conduct electrical current. In some embodiments, multiple superconducting wires 400 and/or superconducting wires 425 are coiled together to form a single superconducting cable.

いくつかの超伝導ワイヤ400、425(例えば、Nb-Ti含有フィラメントを組み込むもの)が、超伝導用途で直接利用されてもよいが、種々の他の超伝導ワイヤ400、425のための加工プロセスは、超伝導相の一部を組み込むための1つ以上のステップを組み込んでもよい。例えば、NbSn超伝導相は、いったん形成されると、典型的には、脆性であり、さらに引き伸ばされない、または別様に損傷を伴わずに機械的に変形されない場合がある。したがって、本発明の実施形態は、相互から分離したNbおよびSnを組み込む、超伝導ワイヤ400、425を加工するために利用されてもよく、いったんワイヤ400、425が殆どまたは完全に加工されると、ワイヤ400、425は、NbおよびSnを相互拡散し、その内側で超伝導NbSn相を形成するように焼鈍されてもよい。例えば、引き伸ばされたワイヤは、例えば、約30時間~約200時間の期間にわたって約600℃~約700℃の温度で焼鈍されてもよい。種々の実施形態では、Cuベースの管110、205、または310のうちの1つ以上のものが、その内側にSnを組み込んでもよく、例えば、管のうちの1つ以上のものが、Cu-Sn合金(例えば、13~15%のSnを含む)を含む、本質的にそれから成る、またはそれから成ってもよい。そのような材料は、延性であり、本明細書で詳述されるような種々のフィラメントおよびワイヤの加工を可能にする。その後、ワイヤ400、425は、焼鈍されてもよく、相互拡散および少なくともNbとCu-Snとの間の界面における超伝導NbSn相の形成をもたらす。 Although some superconducting wires 400, 425 (eg, those incorporating Nb—Ti containing filaments) may be utilized directly in superconducting applications, fabrication processes for various other superconducting wires 400, 425 may incorporate one or more steps to incorporate a portion of the superconducting phase. For example, the Nb 3 Sn superconducting phase, once formed, is typically brittle and may not be further stretched or otherwise mechanically deformed without damage. Accordingly, embodiments of the present invention may be utilized to fabricate superconducting wires 400, 425 that incorporate Nb and Sn separate from each other, once the wires 400, 425 are mostly or completely fabricated. , the wires 400, 425 may be annealed to interdiffuse Nb and Sn and form a superconducting Nb 3 Sn phase inside thereof. For example, the drawn wire may be annealed at a temperature of about 600° C. to about 700° C. for a period of time of about 30 hours to about 200 hours, for example. In various embodiments, one or more of the Cu-based tubes 110, 205, or 310 may incorporate Sn inside thereof, for example, one or more of the tubes may be Cu- It may comprise, consist essentially of, or consist of a Sn alloy (eg, containing 13-15% Sn). Such materials are ductile and allow processing of various filaments and wires as detailed herein. The wires 400, 425 may then be annealed, resulting in interdiffusion and formation of a superconducting Nb 3 Sn phase at least at the interface between the Nb and Cu—Sn.

他の実施形態では、純SnまたはSn合金(例えば、Cuまたはマグネシウム(Mg)を伴うSn合金)は、複合フィラメント200、安定化された複合フィラメント315、および/またはワイヤ400、425を形成するために利用されるスタックのうちの1つ以上のものの内側に(例えば、ロッドまたは管の形態で)組み込まれてもよく、本明細書で詳述されるような複合フィラメント200、安定化された複合フィラメント315、および/またはワイヤ400、425の形成後、焼鈍ステップが、超伝導NbSn相を形成するように実施されてもよい。 In other embodiments, pure Sn or Sn alloys (eg, Sn alloys with Cu or magnesium (Mg)) are used to form composite filaments 200, stabilized composite filaments 315, and/or wires 400, 425. The composite filament 200 as detailed herein, stabilized composite After formation of filaments 315 and/or wires 400, 425, an annealing step may be performed to form the superconducting Nb3Sn phase.

種々の実施形態では、ワイヤ内の1つ以上の拡散障壁の一部内の少なくともNbは、上記に説明されるように反応し、超伝導相を形成し、拡散障壁の本反応部分は、したがって、動作の間、ワイヤの超伝導的伝導性に寄与し得る。例えば、拡散障壁の内側または外側部分は、例えば、SnまたはSn合金と反応し、ワイヤのフィラメントから形成されるものと実質的に同じまたは類似する超伝導相を形成してもよい。そのような実施形態では、拡散障壁の厚さは、典型的には、拡散障壁の全体が、反応し、超伝導相を形成しないように十分に大きい。したがって、拡散障壁の少なくとも一部は、未反応のままであって、本明細書に説明されるように、相互拡散への抵抗およびワイヤへの機械的強度に寄与する。種々の実施形態では、拡散障壁は、本明細書に詳述されるように、Nbを含む、それから本質的に成る、またはそれから成る1つ以上の環状層と、Nb合金またはNb-Ta合金を含む、それから本質的に成る、またはそれから成る1つ以上の環状層とを含有する、多層構造であってもよい。合金層は、拡散抵抗の大部分を提供し得る一方、Nb層の少なくとも一部は、熱処理の間、(例えば、Cuマトリクス内の周囲Snと)反応し、超伝導相の一部と成り得る。例えば、拡散障壁は、2つの異なるNb層間に挟入される合金層を含む、それから本質的に成る、またはそれから成ってもよい。別の実施例では、内側Nb層は、外側合金層によって囲繞される、またはその逆であってもよい。 In various embodiments, at least Nb within a portion of one or more diffusion barriers within the wire reacts as described above to form a superconducting phase, and this reacted portion of the diffusion barrier thus: During operation, it can contribute to the superconducting conductivity of the wire. For example, the inner or outer portion of the diffusion barrier may react with, for example, Sn or a Sn alloy to form a superconducting phase substantially the same or similar to that formed from filaments of wire. In such embodiments, the thickness of the diffusion barrier is typically large enough so that the entire diffusion barrier does not react and form a superconducting phase. Thus, at least a portion of the diffusion barrier remains unreacted and contributes to resistance to interdiffusion and mechanical strength to the wire, as described herein. In various embodiments, the diffusion barrier comprises one or more annular layers comprising, consisting essentially of, or consisting of Nb and a Nb alloy or Nb—Ta alloy, as detailed herein. It may be a multi-layer structure comprising, consisting essentially of, or containing one or more annular layers. The alloy layer may provide most of the diffusion resistance, while at least part of the Nb layer may react (e.g. with the surrounding Sn in the Cu matrix) during heat treatment and become part of the superconducting phase. . For example, the diffusion barrier may comprise, consist essentially of, or consist of an alloy layer sandwiched between two different Nb layers. In another embodiment, the inner Nb layer may be surrounded by the outer alloy layer or vice versa.

図5は、本発明の実施形態による、拡散障壁を組み込む超伝導ワイヤ500の断面図である。示されるように、拡散障壁510は、ワイヤ500のCu安定化コア520と、Nbベースのフィラメント540を含有する外側ブロンズマトリクス530との間に配置される。図6は、本発明の実施形態による、拡散障壁を組み込む別の超伝導ワイヤ600の断面図である。示されるように、拡散障壁610は、ワイヤ600のコアにおける内側Sb-Cu-Nbベースのフィラメント620と外側Cu安定剤630との間に配置される。 FIG. 5 is a cross-sectional view of a superconducting wire 500 incorporating a diffusion barrier, according to an embodiment of the invention. As shown, a diffusion barrier 510 is placed between the Cu-stabilized core 520 of wire 500 and an outer bronze matrix 530 containing Nb-based filaments 540 . FIG. 6 is a cross-sectional view of another superconducting wire 600 incorporating a diffusion barrier according to embodiments of the invention. As shown, a diffusion barrier 610 is positioned between an inner Sb—Cu—Nb based filament 620 and an outer Cu stabilizer 630 in the core of wire 600 .

(実施例)
一連の実験が、著しく引き伸ばされた超伝導ワイヤにおける処理性、したがって、拡散障壁として使用するための好適性の観点から、Nb-W合金材料を評価するために実施された。材料の加工は、ボタン炉内における3つの異なるNb-W合金の溶解から開始した。3つの異なるサンプルは、2.9重量パーセントのW、5.7重量パーセントのW、および11.4重量パーセントのWを有しており、3つ全てのボタンは、加工後、680.4グラムの重量であった。中心区分が、帯のこ上での切断およびやすりを用いたバリ取りを介して、ボタンのそれぞれから抽出された。各区分の厚さが、測定され、一連の圧延実験のための開始厚として利用された。サンプルは、公称5%通過スケジュールにおいて、圧延機上で圧延された。周期的に、圧延の間、サンプルの厚さが、測定され、各サンプルの一部が、硬度試験のために抽出された。中間焼鈍または他の処理は、サンプル上で実施されなかった。圧延実験の結果は、下記の表1に示され、これは、厚さおよび対応する面積の低減(ROA)を報告する。
(Example)
A series of experiments were performed to evaluate Nb—W alloy materials in terms of their processability in heavily drawn superconducting wires and thus their suitability for use as diffusion barriers. Material processing began with the melting of three different Nb--W alloys in a button furnace. Three different samples had W of 2.9 weight percent, W of 5.7 weight percent, and W of 11.4 weight percent, and all three buttons weighed 680.4 grams after processing. was the weight of A center section was extracted from each of the buttons via cutting on a bandsaw and deburring with a file. The thickness of each section was measured and used as the starting thickness for a series of rolling experiments. Samples were rolled on a rolling mill at a nominal 5% through schedule. Periodically, during rolling, the thickness of the samples was measured and a portion of each sample was extracted for hardness testing. No intermediate anneal or other treatment was performed on the samples. The results of the rolling experiments are shown in Table 1 below, which reports thickness and corresponding reduction in area (ROA).

Figure 0007110372000001
Figure 0007110372000001

続いて、圧延されたサンプルの硬度が、Wilson Wolpert Instruments(Aachen, Germany)から利用可能な401 MVD Knoop/Vickers Microindentation Tester上で0.5kgのVickers試験力(HV)を使用する、Vickers硬度試験を使用して評価された。各サンプルは、硬度試験に先立って、研磨および搭載された。3回の測定が、ASTM E384規格(ASTM International(West Conshohocken, PA)(その開示全体は、参照することによって本明細書に組み込まれる))に準拠して、136°角錐形ダイヤモンド圧子を使用して、各サンプル上で実施され、平均および標準偏差が、計算された。硬度試験の結果は、下記の表2-4に報告される。 The hardness of the rolled samples was subsequently tested using a Vickers hardness test using a Vickers test force (HV) of 0.5 kg on a 401 MVD Knoop/Vickers Microindentation Tester available from Wilson Wolpert Instruments (Aachen, Germany). evaluated using. Each sample was ground and mounted prior to hardness testing. Three measurements were made according to ASTM E384 standard (ASTM International, West Conshohocken, PA), the entire disclosure of which is incorporated herein by reference, using a 136° pyramidal diamond indenter. was performed on each sample and the mean and standard deviation were calculated. The hardness test results are reported in Tables 2-4 below.

Figure 0007110372000002
Figure 0007110372000002
Figure 0007110372000003
Figure 0007110372000003

Figure 0007110372000004
Figure 0007110372000004
Figure 0007110372000005
Figure 0007110372000005

Figure 0007110372000006
Figure 0007110372000006
Figure 0007110372000007
Figure 0007110372000007

上記のデータ表上に示されるように、試験されたサンプルの3つ全てが、70%を超えるROA値まで冷間加工を介して処理されたとき、良好な延性を呈した。測定された挙動は、純ニオブサンプルによって呈されるものに類似し、最先端超伝導ワイヤにおける拡散障壁としての使用のためのこれらのサンプル合金の好適性を示す。各合金の硬度は、予期されるように、増加されたW含有量および増加されたROAの関数として、若干増加したが、サンプルは全て、試験された全ての条件において、良好な延性を呈した。サンプルのいずれも、試験手順において利用される冷間加工によって亀裂せず、または別用に損傷されず、全てのサンプルは、試験の間、非常に均一に変形した。 As shown on the data table above, all three of the samples tested exhibited good ductility when processed via cold working to ROA values greater than 70%. The measured behavior is similar to that exhibited by pure niobium samples, demonstrating the suitability of these sample alloys for use as diffusion barriers in state-of-the-art superconducting wires. The hardness of each alloy increased slightly as a function of increased W content and increased ROA, as expected, but all samples exhibited good ductility in all conditions tested. . None of the samples were cracked or otherwise damaged by the cold working utilized in the test procedure and all samples deformed very uniformly during testing.

本明細書で採用される用語および表現は、限定ではなく、説明の用語および表現として使用され、そのような用語および表現の使用には、示され、説明される特徴、またはその部分のいかなる均等物も除外するという意図はない。加えて、本発明のある実施形態を説明してきたが、本明細書に開示される概念を組み込む他の実施形態も、本発明の精神および範囲から逸脱することなく使用され得ることが、当業者に明白であろう。故に、説明される実施形態は、あらゆる点で制限的ではなく、例証的にすぎないと見なされるものである。 The terms and expressions employed herein are used as terms of description and not of limitation and use of such terms and expressions does not imply any equivalents of the features shown or described, or portions thereof. There is no intention to exclude objects. Additionally, while certain embodiments of the invention have been described, it will be appreciated by those skilled in the art that other embodiments incorporating the concepts disclosed herein may also be used without departing from the spirit and scope of the invention. will be clear to Accordingly, the described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive.

Claims (41)

拡散抵抗および機械的強度を保有する超伝導ワイヤであって、前記超伝導ワイヤは、
Cuを含む外側ワイヤマトリクスと、
拡散障壁であって、前記拡散障壁は、前記外側ワイヤマトリクス内に配置され、2.5%~12%のWと、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Re、またはSiから成る群から選択される1つ以上の合金化元素とを含有するNb合金含む、拡散障壁と、
複数の複合フィラメントであって、前記複数の複合フィラメントは、前記拡散障壁によって囲繞され、前記拡散障壁によって前記外側ワイヤマトリクスから分離される、複数の複合フィラメントと
を備え、
各複合フィラメントは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)前記複数のモノフィラメントを囲繞するCuを含むクラッディングとを含み、
各モノフィラメントは、Nbを含むコアと、前記コアを囲繞し、Cuを含むクラッディングとを含み、
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~20%を占有し、
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの軸方向寸法を通して延在する、超伝導ワイヤ。
A superconducting wire possessing diffusion resistance and mechanical strength, said superconducting wire comprising:
an outer wire matrix comprising Cu;
a diffusion barrier, said diffusion barrier disposed within said outer wire matrix and comprising 2.5 % to 12 % W and the group consisting of Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Re, or Si a diffusion barrier comprising a Nb alloy containing one or more alloying elements selected from
a plurality of composite filaments, said plurality of composite filaments surrounded by said diffusion barrier and separated from said outer wire matrix by said diffusion barrier;
each composite filament comprising: (i) a plurality of monofilaments; and (ii) a cladding comprising Cu surrounding the plurality of monofilaments;
each monofilament comprises a core comprising Nb and a cladding comprising Cu surrounding said core;
the diffusion barrier occupies 1% to 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire;
A superconducting wire, wherein the diffusion barrier extends through an axial dimension of the superconducting wire.
前記複合フィラメントと前記拡散障壁との間に配置されるNbベースの超伝導相を含む環状領域をさらに備える、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 2. The superconducting wire of claim 1, further comprising an annular region comprising a Nb-based superconducting phase disposed between said composite filament and said diffusion barrier. 前記環状領域は、NbSnを含む、請求項2に記載の超伝導ワイヤ。 3. The superconducting wire of claim 2, wherein said annular region comprises Nb3Sn. 前記環状領域は、前記拡散障壁に共形化し、前記拡散障壁と接触する、請求項2に記載の超伝導ワイヤ。 3. The superconducting wire of claim 2, wherein said annular region conforms to and contacts said diffusion barrier . 前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~10%を占有する、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 The superconducting wire of claim 1, wherein the diffusion barrier occupies 1% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire. 前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の2%~10%を占有する、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 The superconducting wire of claim 1, wherein the diffusion barrier occupies 2% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire. 前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の3%~10%を占有する、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 The superconducting wire of claim 1, wherein the diffusion barrier occupies 3% to 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire. 各モノフィラメントの前記コアは、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの少なくとも1つと合金化されるNbを含む、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 2. The superconducting wire of claim 1, wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La. 各モノフィラメントの前記コアは、NbSnを含む、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 A superconducting wire according to claim 1, wherein the core of each monofilament comprises Nb3Sn. 前記複合フィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 The superconducting wire of claim 1, wherein each of said composite filaments has a hexagonal cross-sectional shape. 前記モノフィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 The superconducting wire of claim 1, wherein each of said monofilaments has a hexagonal cross-sectional shape. 前記複数の複合フィラメント内に配置され、前記拡散障壁によって囲繞される安定化要素をさらに含み、前記安定化要素は、0.1%~20%のWを含有するTa合金、0.1%~20%のWを含有するNb合金、または0.1%~20%のWを含有するNb-Ta合金を含む、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 Further comprising a stabilizing element disposed within said plurality of composite filaments and surrounded by said diffusion barrier, said stabilizing element comprising a Ta alloy containing 0.1%-20% W, 0.1%- 2. The superconducting wire of claim 1, comprising a Nb alloy containing 20% W or a Nb--Ta alloy containing 0.1% to 20% W. 前記超伝導ワイヤの降伏強度は、少なくとも100MPaである、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。 2. The superconducting wire of claim 1, wherein the superconducting wire has a yield strength of at least 100 MPa. 拡散抵抗および機械的強度を保有する超伝導ワイヤであって、前記超伝導ワイヤは、
Cuを含むワイヤマトリクスと、
前記ワイヤマトリクス内に埋め込まれる複数の複合フィラメントと
を備え、
各複合フィラメントは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)拡散障壁であって、前記拡散障壁は、2.5%~12%のWと、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Re、またはSiから成る群から選択される1つ以上の合金化元素とを含有するNb合金含み、前記複合フィラメントの軸方向寸法を通して延在し、前記複数のモノフィラメントを囲繞する、拡散障壁と、(iii)前記拡散障壁を囲繞するCuを含むクラッディングであって、前記拡散障壁は、前記複数のモノフィラメントから前記クラッディングを分離する、クラッディングとを含み、
前記拡散障壁は、集合的に、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~20%を占有し、
各モノフィラメントは、Nbを含むコアと、前記コアを囲繞し、Cuを含むクラッディングとを含む、超伝導ワイヤ。
A superconducting wire possessing diffusion resistance and mechanical strength, said superconducting wire comprising:
a wire matrix containing Cu;
a plurality of composite filaments embedded within the wire matrix;
Each composite filament comprises: (i) a plurality of monofilaments; and (ii) a diffusion barrier, said diffusion barrier comprising 2.5 % to 12 % W , Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, a diffusion barrier comprising a Nb alloy containing one or more alloying elements selected from the group consisting of Re, or Si, extending through the axial dimension of the composite filaments and surrounding the plurality of monofilaments; , (iii) a cladding comprising Cu surrounding said diffusion barrier, said diffusion barrier separating said cladding from said plurality of monofilaments;
the diffusion barriers collectively occupy between 1% and 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire;
A superconducting wire, wherein each monofilament comprises a core comprising Nb and a cladding comprising Cu surrounding said core.
前記モノフィラメントと前記複合フィラメントのうちの少なくとも1つの拡散障壁との間に配置され、Nbベースの超伝導相を含む環状領域をさらに備える、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , further comprising an annular region disposed between the monofilament and the diffusion barrier of at least one of the composite filaments and comprising a Nb-based superconducting phase. 前記環状領域は、NbSnを含む、請求項15に記載の超伝導ワイヤ。 16. The superconducting wire of claim 15 , wherein said annular region comprises Nb3Sn. 前記環状領域は、前記拡散障壁に共形化し、前記拡散障壁と接触する、請求項15に記載の超伝導ワイヤ。 16. The superconducting wire of claim 15 , wherein the annular region conforms to and contacts the diffusion barrier . 前記拡散障壁は、集合的に、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~10%を占有する、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , wherein said diffusion barriers collectively occupy between 1% and 10% of the cross-sectional area of said superconducting wire. 前記拡散障壁は、集合的に、前記超伝導ワイヤの断面積の2%~10%を占有する、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , wherein said diffusion barriers collectively occupy between 2% and 10% of the cross-sectional area of said superconducting wire. 前記拡散障壁は、集合的に、前記超伝導ワイヤの断面積の3%~10%を占有する、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , wherein said diffusion barriers collectively occupy between 3% and 10% of the cross-sectional area of said superconducting wire. 各モノフィラメントの前記コアは、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの少なくとも1つと合金化されるNbを含む、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La. 各モノフィラメントの前記コアは、NbSnを含む、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , wherein the core of each monofilament comprises Nb3Sn. 前記超伝導ワイヤの降伏強度は、少なくとも100MPaである、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , wherein the superconducting wire has a yield strength of at least 100 MPa. 前記複合フィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , wherein each of said composite filaments has a hexagonal cross-sectional shape. 前記モノフィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 15. The superconducting wire of claim 14 , wherein each of said monofilaments has a hexagonal cross-sectional shape. 前記複数の複合フィラメント内に配置される安定化要素をさらに含み、前記安定化要素は、0.1%~20%のWを含有するTa合金、0.1%~20%のWを含有するNb合金、または0.1%~20%のWを含有するNb-Ta合金を含む、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。 Further comprising a stabilizing element disposed within the plurality of composite filaments, the stabilizing element comprising a Ta alloy containing 0.1% to 20% W, a Ta alloy containing 0.1% to 20% W 15. A superconducting wire as claimed in claim 14 , comprising a Nb alloy or a Nb--Ta alloy containing 0.1% to 20% W. 拡散抵抗および機械的強度を保有する超伝導ワイヤであって、前記超伝導ワイヤは、
Cuを含む内側ワイヤ安定化マトリクスと、
拡散障壁であって、前記拡散障壁は、前記内側ワイヤ安定化マトリクスの周囲に配置され、2.5%~12%のWと、Ru、Pt、Pd、Rh、Os、Ir、Re、またはSiから成る群から選択される1つ以上の合金化元素とを含有するNb合金含む、拡散障壁と、
複数の複合フィラメントであって、前記複数の複合フィラメントは、前記拡散障壁の周囲に配置され、前記拡散障壁によって、前記内側ワイヤ安定化マトリクスから分離される、複数の複合フィラメントと
を備え、
各複合フィラメントは、(i)複数のモノフィラメントと、(ii)前記複数のモノフィラメントを囲繞するCuを含むクラッディングとを含み、
各モノフィラメントは、Nbを含むコアと、前記コアを囲繞し、Cuを含むクラッディングとを含み、
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~20%を占有し、
前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの軸方向寸法を通して延在する、超伝導ワイヤ。
A superconducting wire possessing diffusion resistance and mechanical strength, said superconducting wire comprising:
an inner wire stabilization matrix comprising Cu;
a diffusion barrier, said diffusion barrier disposed around said inner wire stabilization matrix and comprising 2.5 % to 12 % W and Ru, Pt, Pd, Rh, Os, Ir, Re, or Si a diffusion barrier comprising a Nb alloy containing one or more alloying elements selected from the group consisting of
a plurality of composite filaments, said plurality of composite filaments disposed about said diffusion barrier and separated from said inner wire stabilizing matrix by said diffusion barrier;
each composite filament comprising: (i) a plurality of monofilaments; and (ii) a cladding comprising Cu surrounding the plurality of monofilaments;
each monofilament comprises a core comprising Nb and a cladding comprising Cu surrounding said core;
the diffusion barrier occupies 1% to 20% of the cross-sectional area of the superconducting wire;
A superconducting wire, wherein the diffusion barrier extends through an axial dimension of the superconducting wire.
前記複合フィラメントと前記拡散障壁との間に配置され、Nbベースの超伝導相を含む環状領域をさらに備える、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. The superconducting wire of claim 27 , further comprising an annular region disposed between said composite filament and said diffusion barrier and comprising a Nb-based superconducting phase. 前記環状領域は、NbSnを含む、請求項28に記載の超伝導ワイヤ。 29. The superconducting wire of claim 28 , wherein said annular region comprises Nb3Sn. 前記環状領域は、前記拡散障壁に共形化し、前記拡散障壁と接触する、請求項28に記載の超伝導ワイヤ。 29. The superconducting wire of claim 28 , wherein said annular region conforms to and contacts said diffusion barrier . 前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の1%~10%を占有する、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. The superconducting wire of claim 27 , wherein the diffusion barrier occupies between 1% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire. 前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の2%~10%を占有する、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. The superconducting wire of claim 27 , wherein the diffusion barrier occupies between 2% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire. 前記拡散障壁は、前記超伝導ワイヤの断面積の3%~10%を占有する、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. The superconducting wire of claim 27 , wherein the diffusion barrier occupies between 3% and 10% of the cross-sectional area of the superconducting wire. 各モノフィラメントの前記コアは、Ti、Zr、Hf、Ta、Y、またはLaのうちの少なくとも1つと合金化されるNbを含む、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. The superconducting wire of claim 27 , wherein the core of each monofilament comprises Nb alloyed with at least one of Ti, Zr, Hf, Ta, Y, or La. 各モノフィラメントの前記コアは、NbSnを含む、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. A superconducting wire according to claim 27 , wherein the core of each monofilament comprises Nb3Sn. 前記超伝導ワイヤの降伏強度は、少なくとも100MPaである、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. The superconducting wire of claim 27 , wherein the superconducting wire has a yield strength of at least 100 MPa. 前記複合フィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. The superconducting wire of claim 27 , wherein each of said composite filaments has a hexagonal cross-sectional shape. 前記モノフィラメントはそれぞれ、六角形の断面形状を有する、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。 28. The superconducting wire of claim 27 , wherein each of said monofilaments has a hexagonal cross-sectional shape. 前記拡散障壁は、Nb-3Wを含む、請求項1に記載の超伝導ワイヤ。The superconducting wire of claim 1, wherein said diffusion barrier comprises Nb-3W. 前記拡散障壁は、Nb-3Wを含む、請求項14に記載の超伝導ワイヤ。15. The superconducting wire of claim 14, wherein said diffusion barrier comprises Nb-3W. 前記拡散障壁は、Nb-3Wを含む、請求項27に記載の超伝導ワイヤ。28. The superconducting wire of claim 27, wherein said diffusion barrier comprises Nb-3W.
JP2020546144A 2018-03-07 2019-03-07 Diffusion barrier for metallic superconducting wires Active JP7110372B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862639530P 2018-03-07 2018-03-07
US62/639,530 2018-03-07
PCT/US2019/021156 WO2019173593A1 (en) 2018-03-07 2019-03-07 Diffusion barriers for metallic superconducting wires

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021516428A JP2021516428A (en) 2021-07-01
JP7110372B2 true JP7110372B2 (en) 2022-08-01

Family

ID=67845852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020546144A Active JP7110372B2 (en) 2018-03-07 2019-03-07 Diffusion barrier for metallic superconducting wires

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3762950A4 (en)
JP (1) JP7110372B2 (en)
KR (1) KR102423559B1 (en)
CN (1) CN111819639B (en)
WO (1) WO2019173593A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3961658B1 (en) * 2019-12-26 2023-08-16 Joint-Stock Company "TVEL" Blank for producing a long nb3 sn-based superconducting wire
CN113113186B (en) * 2021-04-14 2022-10-04 西部超导材料科技股份有限公司 Improved Nb 3 Method for optimizing performance of Sn superconducting stranded wire Rutherford stranded cable

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008084547A (en) 2006-09-25 2008-04-10 Kobe Steel Ltd Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE ROD AND PRECURSOR FOR IT
JP2009004128A (en) 2007-06-19 2009-01-08 Kobe Steel Ltd BRONZE-PROCESS Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE, AND PRECURSOR THEREOF
JP2014137917A (en) 2013-01-17 2014-07-28 Hitachi Metals Ltd Nb3Sn SUPERCONDUCTOR PRECURSOR WIRE, Nb FILAMENT SINGLE WIRE, Nb3Sn SUPERCONDUCTOR WIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6981309B2 (en) 2003-10-17 2006-01-03 Oxford Superconducting Technology Method for producing (Nb, Ti)3Sn wire by use of Ti source rods
CN101019244B (en) * 2004-07-30 2010-06-16 哥伦布超导体有限责任公司 Superconducting composite wire made from magnesium diboride
JP4728024B2 (en) * 2005-03-24 2011-07-20 株式会社神戸製鋼所 Powder method Nb3Sn superconducting wire manufacturing method
JP5588303B2 (en) * 2010-10-28 2014-09-10 株式会社Shカッパープロダクツ Precursor of Nb3Sn superconducting wire and Nb3Sn superconducting wire using the same
JP2013062239A (en) * 2011-08-25 2013-04-04 Hitachi Cable Ltd Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JP5661582B2 (en) * 2011-09-12 2015-01-28 ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 Precursor for producing Nb3Sn superconducting wire and Nb3Sn superconducting wire
DE102015203305A1 (en) * 2015-02-24 2016-08-25 Bruker Eas Gmbh Semi-finished wire with PIT elements for a Nb3Sn-containing superconducting wire and method for producing the semifinished wire
KR102587809B1 (en) * 2015-07-14 2023-10-10 에이치. 씨. 스타아크 아이앤씨 Fabrication of enhanced superconducting wires

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008084547A (en) 2006-09-25 2008-04-10 Kobe Steel Ltd Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE ROD AND PRECURSOR FOR IT
JP2009004128A (en) 2007-06-19 2009-01-08 Kobe Steel Ltd BRONZE-PROCESS Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE, AND PRECURSOR THEREOF
JP2014137917A (en) 2013-01-17 2014-07-28 Hitachi Metals Ltd Nb3Sn SUPERCONDUCTOR PRECURSOR WIRE, Nb FILAMENT SINGLE WIRE, Nb3Sn SUPERCONDUCTOR WIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

Also Published As

Publication number Publication date
CN111819639B (en) 2023-10-24
KR102423559B1 (en) 2022-07-20
CN111819639A (en) 2020-10-23
EP3762950A1 (en) 2021-01-13
KR20200106221A (en) 2020-09-11
JP2021516428A (en) 2021-07-01
WO2019173593A8 (en) 2020-08-27
EP3762950A4 (en) 2021-11-24
WO2019173593A1 (en) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11120927B2 (en) Diffusion barriers for metallic superconducting wires
US11495372B2 (en) Diffusion barriers for metallic superconducting wires
US11417445B2 (en) Fabrication of reinforced superconducting wires
JP7110372B2 (en) Diffusion barrier for metallic superconducting wires
JP7148103B2 (en) Precursor for Nb3Sn superconducting wire, method for producing same, and method for producing Nb3Sn superconducting wire using same
US11574749B2 (en) Diffusion barriers for metallic superconducting wires
JP4723306B2 (en) Manufacturing method of Nb3Al-based superconducting wire, primary composite material for manufacturing Nb3Al-based superconducting wire and manufacturing method thereof, and multi-core composite material for manufacturing Nb3Al-based superconducting wire
JP3754522B2 (en) Nb (3) Sn superconducting wire
JP2003045247A (en) Superconductive cable

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200903

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211027

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211029

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220126

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220221

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: 20220624

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220720

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7110372

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150