JPH02260328A - 化合物超電導導体およびその製造方法 - Google Patents
化合物超電導導体およびその製造方法Info
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Classifications
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、化合物超電導導体およびその製造方法に係わ
り、特に化合物超電導体の構成元素などの拡散による安
定化材の電気抵抗の低下を防止するとともに、超電導導
体全体の臨界電流密度を向上させた化合物超電導体およ
びその製造方法に関する。
り、特に化合物超電導体の構成元素などの拡散による安
定化材の電気抵抗の低下を防止するとともに、超電導導
体全体の臨界電流密度を向上させた化合物超電導体およ
びその製造方法に関する。
(従来の技術)
現在、実用化されている超電導導体としては、Nb3S
nやNb3 Alなどの化合物超電導体を用いたものや
、Nb−TlやNb−Zrなどの合金超電導体を用いた
ものが知られており、送電ケーブルや電力をほとんど消
費することなく強磁界の形成が可能な超電導コイルなど
の用途への利用が各所で研究されている。たとえば、上
記化合物超電導体を用いた超電導導体は、従来から以下
に示すような方法で製造されている。
nやNb3 Alなどの化合物超電導体を用いたものや
、Nb−TlやNb−Zrなどの合金超電導体を用いた
ものが知られており、送電ケーブルや電力をほとんど消
費することなく強磁界の形成が可能な超電導コイルなど
の用途への利用が各所で研究されている。たとえば、上
記化合物超電導体を用いた超電導導体は、従来から以下
に示すような方法で製造されている。
すなわち、超電導導体としてNb3 Snマルチ超電導
線を例にとると、まずNbチューブ内にCu−3o合金
を充填するとともに、このNbチューブの外周にCuを
被覆し、これをスウェージングマシンなどにより一体化
加工して、所定の外径まで減面加工を施しながら外形が
正六角形のロッドに成形する。
線を例にとると、まずNbチューブ内にCu−3o合金
を充填するとともに、このNbチューブの外周にCuを
被覆し、これをスウェージングマシンなどにより一体化
加工して、所定の外径まで減面加工を施しながら外形が
正六角形のロッドに成形する。
次いで、この六角形のロッドの多数本をCu管からなる
安定化材内に押入し、スウェージングマシンなどにより
一体化した後、所定の外径まで減面加工を施す。この後
、Nb3 Snの生成温度で熱処理を施すことによって
、Nbチューブ内のSnを拡散させてNbと反応させ、
Nbチューブの表面にNb3 Sn超電導体層を形成す
る。
安定化材内に押入し、スウェージングマシンなどにより
一体化した後、所定の外径まで減面加工を施す。この後
、Nb3 Snの生成温度で熱処理を施すことによって
、Nbチューブ内のSnを拡散させてNbと反応させ、
Nbチューブの表面にNb3 Sn超電導体層を形成す
る。
第3図は、このようにして製造されたマルチ超電導線を
示すものであり% Cu−3n芯1上にNb3 Sn超
電導体層2が配置され、その上にNbチューブの残存成
分からなる拡散防止層3、Cuからなる安定化材4が順
に形成されている。なお、安定化材4は、Nb3 Sn
′Iii電導体層2の常電導転移時の電流通路となり、
焼損などを防止するものである。
示すものであり% Cu−3n芯1上にNb3 Sn超
電導体層2が配置され、その上にNbチューブの残存成
分からなる拡散防止層3、Cuからなる安定化材4が順
に形成されている。なお、安定化材4は、Nb3 Sn
′Iii電導体層2の常電導転移時の電流通路となり、
焼損などを防止するものである。
(発明が解決しようとする課題)
ところで、このような超電導線の安定化材4となるCu
は、通常、残留抵抗比(以下、RRRと記す。)が20
0〜300で、20 [K]における比抵抗ρは〜 l
Xl0−δ[Ω・cm] と非常に低い高純度のものが
用いられている。しかし、熱処理時にCu−3n芯1中
のSnが安定化材4中に拡散すると、安定化材4はSn
によって汚染されてしまう。
は、通常、残留抵抗比(以下、RRRと記す。)が20
0〜300で、20 [K]における比抵抗ρは〜 l
Xl0−δ[Ω・cm] と非常に低い高純度のものが
用いられている。しかし、熱処理時にCu−3n芯1中
のSnが安定化材4中に拡散すると、安定化材4はSn
によって汚染されてしまう。
拡散防止層3は、このような安定化材4中へのSnの拡
散を防止する機能を奏するが、熱処理時における安定化
材4へのSnの拡散を防ぐ効果は必ずしも十分なもので
はなく、しかも拡散防止層3の素材となるNbなどが安
定化材4中に拡散することも避けられない。
散を防止する機能を奏するが、熱処理時における安定化
材4へのSnの拡散を防ぐ効果は必ずしも十分なもので
はなく、しかも拡散防止層3の素材となるNbなどが安
定化材4中に拡散することも避けられない。
このように安定化材4中にNb、 Snなどが拡散する
と、安定化材4のRI?Rは1〜10.20[K]にお
けるρは lX10−7〜1xio−6[Ω・CIlコ
となって、純Cuに比べて1桁から 2桁も電気抵抗が
増加し、これによって超電導線の安定性が損なわれると
いう問題があった。
と、安定化材4のRI?Rは1〜10.20[K]にお
けるρは lX10−7〜1xio−6[Ω・CIlコ
となって、純Cuに比べて1桁から 2桁も電気抵抗が
増加し、これによって超電導線の安定性が損なわれると
いう問題があった。
また、安定化材4中への不純物元素の拡散を抑えるため
、熱処理忍度を低くするとともに、熱処理時間を短くす
ることが行われているが、この場合、逆にNb3Sn層
の生成が抑えられ、臨界電流密度などの超電導特性が低
いものしか得られないという欠点があった。
、熱処理忍度を低くするとともに、熱処理時間を短くす
ることが行われているが、この場合、逆にNb3Sn層
の生成が抑えられ、臨界電流密度などの超電導特性が低
いものしか得られないという欠点があった。
一方、上述したような化合物超電導体を用いた従来のマ
ルチ超電導線においては、臨界電流密度などの超電導特
性がNb3Sn超電導体層2を有する芯線の数によって
ほぼ決定される。そこで、臨界電流密度を増加させるた
めには、芯線の数を増やさなければならないが、現状の
技術においては多芯化にも限界があり、さらに臨界電流
密度などの超電導特性を向上させた超電導線が望まれて
いる。
ルチ超電導線においては、臨界電流密度などの超電導特
性がNb3Sn超電導体層2を有する芯線の数によって
ほぼ決定される。そこで、臨界電流密度を増加させるた
めには、芯線の数を増やさなければならないが、現状の
技術においては多芯化にも限界があり、さらに臨界電流
密度などの超電導特性を向上させた超電導線が望まれて
いる。
本発明は、このような従来技術の課題に対処するために
なされたもので、安定化材の電気抵抗を低く維持すると
ともに、臨界電流密度などの超電導特性をさらに向上さ
せた化合物超電導導体およびその製造方法を提供するこ
とを(」的としている。
なされたもので、安定化材の電気抵抗を低く維持すると
ともに、臨界電流密度などの超電導特性をさらに向上さ
せた化合物超電導導体およびその製造方法を提供するこ
とを(」的としている。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
すなわち本発明の化合物超電導導体は、化合物超電導体
を含む芯線が多数埋設されたCu系マトリックスの外周
側に安定化材を設けてなる化合物超電導導体において、
前+taCu系マトリックス内に前記芯線の化合物超電
導体と同種のQU Qlk、状化合物超電導体が分布し
ているとともに、前記Cu系マトリックスと安定化材間
に金属酸化物からなる拡散防止層が設けられていること
を特徴としている。
を含む芯線が多数埋設されたCu系マトリックスの外周
側に安定化材を設けてなる化合物超電導導体において、
前+taCu系マトリックス内に前記芯線の化合物超電
導体と同種のQU Qlk、状化合物超電導体が分布し
ているとともに、前記Cu系マトリックスと安定化材間
に金属酸化物からなる拡散防止層が設けられていること
を特徴としている。
また、本発明の化合物超電導導体の製造方法は、熱処理
により反応して化合物超電導体を形成する化合物超電導
体材料を含む多数の索線が埋設された前記化合物超電導
体を構成する元素の lを含有するCu系マトリックス
の外周側に安定化材を一体化する工程と、この一体層さ
れた(1■造体に、前記安定化材の表面に酸化物層を形
成した後に真空巾または非酸化雰囲気中で、あるいは大
気中の酸素分圧より低くかつ前記安定化材の表面に酸化
物層を形成し得る酸素分圧下で、前記化合物超電導体の
生成温度領域で熱処理を行う工程とををすることを特徴
としている。
により反応して化合物超電導体を形成する化合物超電導
体材料を含む多数の索線が埋設された前記化合物超電導
体を構成する元素の lを含有するCu系マトリックス
の外周側に安定化材を一体化する工程と、この一体層さ
れた(1■造体に、前記安定化材の表面に酸化物層を形
成した後に真空巾または非酸化雰囲気中で、あるいは大
気中の酸素分圧より低くかつ前記安定化材の表面に酸化
物層を形成し得る酸素分圧下で、前記化合物超電導体の
生成温度領域で熱処理を行う工程とををすることを特徴
としている。
本発明に用いられる熱処理により反応して化合物超電導
体を形成する化合物超電導体材料としては、Nb3 S
nの形成材料であるNbとSnやNb3 Alの形成材
料であるNbとA1などが例示され、たとえばNbチュ
ーブ中にSnやA1を含む材料を充填することによって
超電導線の索線が形成される。
体を形成する化合物超電導体材料としては、Nb3 S
nの形成材料であるNbとSnやNb3 Alの形成材
料であるNbとA1などが例示され、たとえばNbチュ
ーブ中にSnやA1を含む材料を充填することによって
超電導線の索線が形成される。
これら超電導線の素線は、上記化合物超電導体を構成す
る元素の1種1.たとえばNbを含有するCu系マトリ
ックス内に埋設され、さらにこのCu系マトリックスの
外周側にCuからなる安定化材が一体化され、本発明の
化合物超電導導体の原型となる構造体が構成される。な
お、本発明における構造体は、安定化材の表面が酸素ガ
スと接する形態であれば、どのような形状のものであっ
てもよく、Cuマトリックスの外周に安定化材を設けた
線状体、Cuマトリックスと安定化とを積層したテープ
材など、各種の構造のものを用いることができる。
る元素の1種1.たとえばNbを含有するCu系マトリ
ックス内に埋設され、さらにこのCu系マトリックスの
外周側にCuからなる安定化材が一体化され、本発明の
化合物超電導導体の原型となる構造体が構成される。な
お、本発明における構造体は、安定化材の表面が酸素ガ
スと接する形態であれば、どのような形状のものであっ
てもよく、Cuマトリックスの外周に安定化材を設けた
線状体、Cuマトリックスと安定化とを積層したテープ
材など、各種の構造のものを用いることができる。
上記Cu系マトリックスを構成する合金は、いわゆるイ
ンサイチュ−法に用いられるCu系合金であり、たとえ
ばCu−Nb合金に強加工を施すことによってNbを繊
維状に分布させたものである。また安定化材となるCu
は、基本的に導電性に優れた不可避的な不純物のみを含
有する純銅により構成されるが、たとえばCrs Zr
5T1% Znなどによる固溶強化型銅合金やアルミナ
などによる粒子分散強化型銅合金などとの積層体を用い
ることも可能である。
ンサイチュ−法に用いられるCu系合金であり、たとえ
ばCu−Nb合金に強加工を施すことによってNbを繊
維状に分布させたものである。また安定化材となるCu
は、基本的に導電性に優れた不可避的な不純物のみを含
有する純銅により構成されるが、たとえばCrs Zr
5T1% Znなどによる固溶強化型銅合金やアルミナ
などによる粒子分散強化型銅合金などとの積層体を用い
ることも可能である。
本発明の化合物超電導導体の製造方法における熱処理は
、上記化合物超電導体材料を反応させて化合物超電導体
を形成するとともに、安定化材とCuマトリックス間に
安定化材のCuの表面に形成された酸化物層から拡散し
た酸素により化合物超電導体の構成元素の酸化物や添加
元素の酸化物による強固な拡散防止層を形成するための
ものである。
、上記化合物超電導体材料を反応させて化合物超電導体
を形成するとともに、安定化材とCuマトリックス間に
安定化材のCuの表面に形成された酸化物層から拡散し
た酸素により化合物超電導体の構成元素の酸化物や添加
元素の酸化物による強固な拡散防止層を形成するための
ものである。
また、安定化材中に微量固溶している不純物は、この熱
処理によって酸化物として析出し、安定化材の導電性は
さらに向上する。
処理によって酸化物として析出し、安定化材の導電性は
さらに向上する。
上記熱処理によって形成される化合物超電導体は、以下
の2種類である。
の2種類である。
■ たとえばNbチューブ中にSnを含む材料を充填し
た索線中のこれら化合物超電導体材料の反応によるもの
。
た索線中のこれら化合物超電導体材料の反応によるもの
。
■ 上記熱処理によって索線中に形成された化合物超電
導体層を拡散してきた一方の化合物超電導体の構成元素
たとえばSnと、Cuマトリックス中に予め分散させた
繊維状の他方の構成元素たとえばNbとの反応によるも
の。
導体層を拡散してきた一方の化合物超電導体の構成元素
たとえばSnと、Cuマトリックス中に予め分散させた
繊維状の他方の構成元素たとえばNbとの反応によるも
の。
上記■の化合物超電導体は、いわゆるNbチューブ法に
よるものであり、上記■の化合物超電導体は、Nbチュ
ーブ法による化合物超電導体生成のための熱処理時に、
不可避的に拡散する化合物超電導体の構成元素を積極的
に利用しするものであり、いわゆるインサイチュ−法に
よる化合物超電導体である。
よるものであり、上記■の化合物超電導体は、Nbチュ
ーブ法による化合物超電導体生成のための熱処理時に、
不可避的に拡散する化合物超電導体の構成元素を積極的
に利用しするものであり、いわゆるインサイチュ−法に
よる化合物超電導体である。
そして本発明は、上記インサイチュ−法を単にNbチュ
ーブ法と併用しただけでは安定化材が拡散する化合物超
電導体の構成元素などによって汚染されてしまうため、
安定化材とCuマトリックス間に、これら拡散元素の金
属酸化物からなる拡散防止層を形成することによって、
安定化材としてのCuの純度を保つものである。
ーブ法と併用しただけでは安定化材が拡散する化合物超
電導体の構成元素などによって汚染されてしまうため、
安定化材とCuマトリックス間に、これら拡散元素の金
属酸化物からなる拡散防止層を形成することによって、
安定化材としてのCuの純度を保つものである。
この拡散防止層は、
(A) 安定化材表面にCuの酸化物層を形成した後
に、上記熱処理を行う。
に、上記熱処理を行う。
(B) 大気中の酸素分圧より低く、かつ安定化材の
表面にCuの酸化物層を形成し得る酸素分圧下で、上記
熱処理を行う。
表面にCuの酸化物層を形成し得る酸素分圧下で、上記
熱処理を行う。
などによって、安定化材のCuの表面に形成された酸化
物層から拡散した酸素と、化合物超電導体の構成元素や
添加元素とを反応させることにより形成されるものであ
る。
物層から拡散した酸素と、化合物超電導体の構成元素や
添加元素とを反応させることにより形成されるものであ
る。
なお、上記Cuの酸化物層は、CuO、Cu20単独ま
たはCuOとCu2Oとの混合物などからなるものであ
る。
たはCuOとCu2Oとの混合物などからなるものであ
る。
上記(A)による安定化材表面のCuの酸化物層は、た
とえば酸素濃度lθ%以上Q常圧処理雰囲気中において
、100℃〜400℃の温度で1−120時間程度熱処
理することにより形成することができる。
とえば酸素濃度lθ%以上Q常圧処理雰囲気中において
、100℃〜400℃の温度で1−120時間程度熱処
理することにより形成することができる。
また、CVDによりCuの酸化物層を形成させたり、黒
化剤を用いて化学的に酸化させたり、Cuの酸化物を含
むペースト状の塗料を塗布することによってもCuの酸
化物層を形成することができる。
化剤を用いて化学的に酸化させたり、Cuの酸化物を含
むペースト状の塗料を塗布することによってもCuの酸
化物層を形成することができる。
そして、このようにして安定化材の外周にCuの酸化物
が形成された構造体に、上記熱処理を施す。
が形成された構造体に、上記熱処理を施す。
この熱処理条件は、大気減圧下、高真空下(1×10−
’Torr以下)、不活性ガス雰囲気下などで、たとえ
ばNb3 Snの場合には650℃〜770℃で10〜
400時間、Nb3 Alの場合には750℃〜950
℃で1〜100時間程度である。
’Torr以下)、不活性ガス雰囲気下などで、たとえ
ばNb3 Snの場合には650℃〜770℃で10〜
400時間、Nb3 Alの場合には750℃〜950
℃で1〜100時間程度である。
安定化材表面に形成するCuの酸化物層は、余り薄いと
、たとえば0.1μm未満であると、酸化物層の酸素量
が少なくなり、拡散防止層の形成が不十分となって低い
RRRLか得られず、逆に余り厚いと、たとえば線径(
外径) 1mmに対してCuの酸化物層の厚さがlO
μlを超すような場合には、安定化材中へ入り込む酸素
量が多くなりすぎて拡散防止層を厚くするとともに、酸
化のため安定化材の体積が減少し、また強度やI? R
I?および臨界電流密度が低下する恐れがある。したが
って、これらの兼合いを考慮しなからCuの酸化物層の
厚さを設定することが望ましい。
、たとえば0.1μm未満であると、酸化物層の酸素量
が少なくなり、拡散防止層の形成が不十分となって低い
RRRLか得られず、逆に余り厚いと、たとえば線径(
外径) 1mmに対してCuの酸化物層の厚さがlO
μlを超すような場合には、安定化材中へ入り込む酸素
量が多くなりすぎて拡散防止層を厚くするとともに、酸
化のため安定化材の体積が減少し、また強度やI? R
I?および臨界電流密度が低下する恐れがある。したが
って、これらの兼合いを考慮しなからCuの酸化物層の
厚さを設定することが望ましい。
また、上記(B)によって安定化材表面にCuの酸化物
層を形成しつつ熱処理を行う場合には、大気の酸素分圧
より低い酸素分圧下で、たとえば1×10’ Torr
−IX 10−’ Torr程度の低真空中において
3〜100時間熱処理することにより、拡散防止層を形
成しつつ化合物超電導体の形成が行われる。
層を形成しつつ熱処理を行う場合には、大気の酸素分圧
より低い酸素分圧下で、たとえば1×10’ Torr
−IX 10−’ Torr程度の低真空中において
3〜100時間熱処理することにより、拡散防止層を形
成しつつ化合物超電導体の形成が行われる。
なお、安定化材として酸素を0.3vt%程度含有する
高純度Cuを用いることによりて、酸化物層の形成を省
き直接化合物超電導体の生成温度における熱処理を行う
ことも可能である。
高純度Cuを用いることによりて、酸化物層の形成を省
き直接化合物超電導体の生成温度における熱処理を行う
ことも可能である。
これら熱処理によって形成される金属酸化物層からなる
拡散防止層は、必ずしも連続的に形成しなければならな
いものではなく、不連続的に形成してもよい。このよう
に金属酸化物層を不連続的に形成することによって、化
合物超電導体と安定化材との間での熱伝導を良好に維持
することが可能となる。
拡散防止層は、必ずしも連続的に形成しなければならな
いものではなく、不連続的に形成してもよい。このよう
に金属酸化物層を不連続的に形成することによって、化
合物超電導体と安定化材との間での熱伝導を良好に維持
することが可能となる。
なお、本発明により得られた化合物超電導導体を熱処理
可能な製品へ適用する場合には、本発明の熱処理をその
製品の組立過程で行うようにしてもよい。たとえば、本
発明により製造された超電導線を用いて超電導コイルを
形成するような場合には、コイル用の巻枠へ熱処理前の
ものを巻装し、この状態で化合物超電導体および拡散防
止層形成のための熱処理を行うようにしてもよい。
可能な製品へ適用する場合には、本発明の熱処理をその
製品の組立過程で行うようにしてもよい。たとえば、本
発明により製造された超電導線を用いて超電導コイルを
形成するような場合には、コイル用の巻枠へ熱処理前の
ものを巻装し、この状態で化合物超電導体および拡散防
止層形成のための熱処理を行うようにしてもよい。
(作 用)
本発明においては、化合物超電導体生成温度における熱
処理によって、これら化合物超電導体の芯線が埋設され
ているCu系マトリックス内゛に不可避的に拡散する化
合物超電導体の構成元素と、予めCu系マトリックス内
に分散させた他方の化合物超電導体の構成元素とが反応
し、Cu系マトリックス内にもインサイチュ−法による
化合物超電導体と同様なものが形成される。これによっ
て化合物超電導体全体としての臨界電流密度などの超電
導性は、Cu系マトリックス内に分布した化合物超電導
体の分だけ向上する。また、インサイチュ−法によって
繊維状化合物超電導体が分布されたCu系マトリックス
は、純銅に比べて機械的強度が大きいため、化合物超電
導導体全体の強度向上も図れる。
処理によって、これら化合物超電導体の芯線が埋設され
ているCu系マトリックス内゛に不可避的に拡散する化
合物超電導体の構成元素と、予めCu系マトリックス内
に分散させた他方の化合物超電導体の構成元素とが反応
し、Cu系マトリックス内にもインサイチュ−法による
化合物超電導体と同様なものが形成される。これによっ
て化合物超電導体全体としての臨界電流密度などの超電
導性は、Cu系マトリックス内に分布した化合物超電導
体の分だけ向上する。また、インサイチュ−法によって
繊維状化合物超電導体が分布されたCu系マトリックス
は、純銅に比べて機械的強度が大きいため、化合物超電
導導体全体の強度向上も図れる。
また、インサイチュ−法を単に併用しただけでは、安定
化材の拡散元素による汚染に繋がり、安定化材の導電性
が低下してしまうが、本発明においては、安定化材表面
に形成されたCu酸化物中の酸素が熱処理時に安定化材
中に拡散していき、超電導体構成材料から拡散してきた
不純物を酸化して析出させ、安定化材とCu系マトリッ
クス間に強固な金属酸化物からなる拡散防止層が形成さ
れ、これによって安定化材の電気抵抗の増加を抑制する
ことができ、化合物超電導導体の安定性の向上が図られ
る。また、安定化材中に含まれる不純物も酸化物として
析出し、より導電性が向上する。
化材の拡散元素による汚染に繋がり、安定化材の導電性
が低下してしまうが、本発明においては、安定化材表面
に形成されたCu酸化物中の酸素が熱処理時に安定化材
中に拡散していき、超電導体構成材料から拡散してきた
不純物を酸化して析出させ、安定化材とCu系マトリッ
クス間に強固な金属酸化物からなる拡散防止層が形成さ
れ、これによって安定化材の電気抵抗の増加を抑制する
ことができ、化合物超電導導体の安定性の向上が図られ
る。また、安定化材中に含まれる不純物も酸化物として
析出し、より導電性が向上する。
(実施例)
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
実施例1
第2図は本発明の一実施例のNb3 Snマルチ超電導
線の概略構造を示す断面図である。
線の概略構造を示す断面図である。
このマルチ超電導線では、20vt%Nb−Cu合金に
よって形成されたCu合金マトリックス11内に、Nb
チューブ法によるNJ Sn芯線12、すなわちNbチ
ューブ13内部に配置されたCu−3n層14との間に
Nb3 Sn層15が形成された複数本のNb3 Sn
芯線12が分布埋設されている。また、Cu合金マトリ
ックス11内には、インサイチュ−法による繊維状のN
b3 Snl 6が分布している。そして、Cu合金マ
トリックス11の外周上に、NbやSnなどの酸化物か
らなる拡散防止層17を介して高純度Cuからなる安定
化材18が形成されてマルチ超電導線が構成されている
。
よって形成されたCu合金マトリックス11内に、Nb
チューブ法によるNJ Sn芯線12、すなわちNbチ
ューブ13内部に配置されたCu−3n層14との間に
Nb3 Sn層15が形成された複数本のNb3 Sn
芯線12が分布埋設されている。また、Cu合金マトリ
ックス11内には、インサイチュ−法による繊維状のN
b3 Snl 6が分布している。そして、Cu合金マ
トリックス11の外周上に、NbやSnなどの酸化物か
らなる拡散防止層17を介して高純度Cuからなる安定
化材18が形成されてマルチ超電導線が構成されている
。
すなわち、従来構造のNbチューブ法を適用したマルチ
超電導線と異なり、Cu合金マトリックス11と安定化
材18としてのCuとの間に、Nbの酸化物、Snの酸
化物、TIの酸化物のような化合物超電導体の構成元素
や添加元素の酸化物からなる拡散防止層17が設けられ
ているとともに、Cu合金マトリックス11内にインサ
イチュ−法による繊維状のNb3 Snl 6が分布し
ている。
超電導線と異なり、Cu合金マトリックス11と安定化
材18としてのCuとの間に、Nbの酸化物、Snの酸
化物、TIの酸化物のような化合物超電導体の構成元素
や添加元素の酸化物からなる拡散防止層17が設けられ
ているとともに、Cu合金マトリックス11内にインサ
イチュ−法による繊維状のNb3 Snl 6が分布し
ている。
次に、上記構造のマルチ超電導線の製造方法について説
明する。
明する。
外径50n、内径40111の20wt%Nb−Cu合
金からなる円筒状のマトリックス11材内部に、TIを
Iff!ff1%添加したNbチューブ13を挿入し、
この中にSn濃度が70%になるようにSn線上にCu
被覆を施した外径20 Mmの複合線14を挿入し、一
体層しつつ所定の外径まで線引きし、化合物超電導体の
索線を作製する。
金からなる円筒状のマトリックス11材内部に、TIを
Iff!ff1%添加したNbチューブ13を挿入し、
この中にSn濃度が70%になるようにSn線上にCu
被覆を施した外径20 Mmの複合線14を挿入し、一
体層しつつ所定の外径まで線引きし、化合物超電導体の
索線を作製する。
次に、この素線を多数本束ね、安定化材18となる外径
24.7sa+、内径20.8a+aの無酸素高純度C
u管内に軸方向に沿って挿入し、さらに一体層しつつ外
径l■lまで減面加工を施す。
24.7sa+、内径20.8a+aの無酸素高純度C
u管内に軸方向に沿って挿入し、さらに一体層しつつ外
径l■lまで減面加工を施す。
なお、これら減面加工によって、Cu合金マトリックス
11となる20wt%Nb−Cu合金中に品出している
Nbは、軸方向に極めて細い繊維状に引伸ばされて分布
する。
11となる20wt%Nb−Cu合金中に品出している
Nbは、軸方向に極めて細い繊維状に引伸ばされて分布
する。
次いで、上記一体層された構造体を、20%の酸素を含
むアルゴンガスを0.2β/分でフローさせた雰囲気中
で、300±10℃X4g時間の条件で熱処理し、無酸
素高純度Cuからなる安定化材18の表面にCuの酸化
物層を形成する。
むアルゴンガスを0.2β/分でフローさせた雰囲気中
で、300±10℃X4g時間の条件で熱処理し、無酸
素高純度Cuからなる安定化材18の表面にCuの酸化
物層を形成する。
この後、この構造体にアルゴンガスを0.2.e /分
でフローさせた雰囲気中で700”Cにて30時間熱処
理を施す。この熱処理によって、−Nbチューブ13と
内部のCu被覆を拡散してきたSnとが反応してNb3
Sn層15が形成されるとともに、このNb3 Sn
層15を拡散してきたSnとCu合金マトリックス11
内に分布している繊維状のNbとが反応してインサイチ
ュ−法による繊維状Nb3 Snl 6が形成される。
でフローさせた雰囲気中で700”Cにて30時間熱処
理を施す。この熱処理によって、−Nbチューブ13と
内部のCu被覆を拡散してきたSnとが反応してNb3
Sn層15が形成されるとともに、このNb3 Sn
層15を拡散してきたSnとCu合金マトリックス11
内に分布している繊維状のNbとが反応してインサイチ
ュ−法による繊維状Nb3 Snl 6が形成される。
また、これらNb5Snl 5.16の形成と同時に、
Nbチューブ13表面のNbおよびTIやNb3Sn層
15を拡散してきたSnなどと安定化材18中を拡散し
てきた酸素とが反応して、Cuマトリックス11と安定
化材18との境界面に、Nbs 9n1Tiなどの酸化
物からなる拡散防止層17が形成される。
Nbチューブ13表面のNbおよびTIやNb3Sn層
15を拡散してきたSnなどと安定化材18中を拡散し
てきた酸素とが反応して、Cuマトリックス11と安定
化材18との境界面に、Nbs 9n1Tiなどの酸化
物からなる拡散防止層17が形成される。
そして、この拡散防止層17が形成されることによって
、安定化材18がSnやNbなどで汚染されることが防
止される。
、安定化材18がSnやNbなどで汚染されることが防
止される。
ちなみに、安定性のW準となるRRRと20[K]にお
けるρを比較するために、前述した従来の化合物超電導
線(線基および芯線数は上記実施例1と同一とする。)
と、第2図に示すこの実施例の構造の化合物超電導線の
上記特性をそれぞれ1lPl定したところ、従来構造の
ものではI? RI?が3.3、ρが0.3 Xl0−
’ [Ω・cIII]であったのに対して、この実施例
の構造のものではI? RRが233、ρが1.1×1
0−8[Ω・cIl]と、この実施例による化合物超電
等線は、拡散防止層17の存在によって安定化材の汚染
が防止され、電気抵抗の増大が明らかに抑制されている
ことが判明した。
けるρを比較するために、前述した従来の化合物超電導
線(線基および芯線数は上記実施例1と同一とする。)
と、第2図に示すこの実施例の構造の化合物超電導線の
上記特性をそれぞれ1lPl定したところ、従来構造の
ものではI? RI?が3.3、ρが0.3 Xl0−
’ [Ω・cIII]であったのに対して、この実施例
の構造のものではI? RRが233、ρが1.1×1
0−8[Ω・cIl]と、この実施例による化合物超電
等線は、拡散防止層17の存在によって安定化材の汚染
が防止され、電気抵抗の増大が明らかに抑制されている
ことが判明した。
また、これらの臨界電流密度をap1定したところ、従
来構造のものでは15テスラで45OA/u2であった
のに対し、この実施例の構造のものでは15テスラで8
0OA/mm2と、インサイチュ−法によるNb3Sn
16の存在によって超電導特性が明らかに向上している
ことが判明した。
来構造のものでは15テスラで45OA/u2であった
のに対し、この実施例の構造のものでは15テスラで8
0OA/mm2と、インサイチュ−法によるNb3Sn
16の存在によって超電導特性が明らかに向上している
ことが判明した。
さらに、これらの引張り強度を測定したところ、従来構
造のものでは13kg/ If 、 0.4%耐力で
あったのに対し、この実施例の構造のものでは20kg
/ds O−4%耐力であった。これは、インサイチ
ュ−法によってNb3 Snl 6が析出したCu合金
マトリックス11の機械的強度が向上したためと考えら
れる。
造のものでは13kg/ If 、 0.4%耐力で
あったのに対し、この実施例の構造のものでは20kg
/ds O−4%耐力であった。これは、インサイチ
ュ−法によってNb3 Snl 6が析出したCu合金
マトリックス11の機械的強度が向上したためと考えら
れる。
実施例2
実施例1における安定化材18表面にCuの酸化物層を
形成する前の構造体を、大気を減圧し低真空(IXIO
o” Torr −IX to−’ Torr程度)状
態とした雰囲気中において700℃で30時間の条件で
熱処理し、Nb3 Snl 5.16を形成するととも
に、炉内に残留する酸素によって安定化材の表面に酸化
物層を連続的に形成し、この酸化物層からの酸素とNb
やNb3 Sn層を拡散してきたSnなどと反応させて
、これらの酸化物による拡散防止層17を形成した。
形成する前の構造体を、大気を減圧し低真空(IXIO
o” Torr −IX to−’ Torr程度)状
態とした雰囲気中において700℃で30時間の条件で
熱処理し、Nb3 Snl 5.16を形成するととも
に、炉内に残留する酸素によって安定化材の表面に酸化
物層を連続的に形成し、この酸化物層からの酸素とNb
やNb3 Sn層を拡散してきたSnなどと反応させて
、これらの酸化物による拡散防止層17を形成した。
この実施例で得られたマルチ超電導線のRI?R。
電気抵抗および臨界電流密度を測定したところ、実施例
1と同等な結果が得られた。
1と同等な結果が得られた。
実施例3
実施例1における素線の多数本を、安定化材となる無酸
素高純度Cu管からなる安定化材中に配置する際に、予
め最外層に位置する索線に安定化材に接する側が凹部を
有する形状となるように加工を施し、減面加工後に安定
化材表面からの距離が25〜30μ−程度の差を生じる
ように配置する以外は実施例1と同一条件でNb3Sn
マルチ超電導線を製造した。
素高純度Cu管からなる安定化材中に配置する際に、予
め最外層に位置する索線に安定化材に接する側が凹部を
有する形状となるように加工を施し、減面加工後に安定
化材表面からの距離が25〜30μ−程度の差を生じる
ように配置する以外は実施例1と同一条件でNb3Sn
マルチ超電導線を製造した。
このようにして得られた超電導線の断面を顕微鏡で観察
した。観察結果を第2図に模式的に示す。
した。観察結果を第2図に模式的に示す。
同図から明らかなように、最外周側のコアのNb3 S
n層15外周のCu合金マトリックス11と安定化材1
8との境界面のうち、安定化材18の外表面により近い
部分に、不連続なNb5TiSSnの酸化物などからな
る金属酸化物層17が認められた。
n層15外周のCu合金マトリックス11と安定化材1
8との境界面のうち、安定化材18の外表面により近い
部分に、不連続なNb5TiSSnの酸化物などからな
る金属酸化物層17が認められた。
また、この超電導線のRRRは230と、実施例1で作
製した超電導線と遜色なく、金属酸化物層からなる拡散
防止層17を不連続とすることによっても、安定化材1
8が汚染されることがないことを確認した。
製した超電導線と遜色なく、金属酸化物層からなる拡散
防止層17を不連続とすることによっても、安定化材1
8が汚染されることがないことを確認した。
このように、金属酸化物層からなる拡散防止層17を不
連続に形成することによって、Nb3 Sn層15が埋
設されているCu合金マトリックス11から安定化材1
8への熱伝導が極めて良好となり、より超電導線の安定
性が確保できる。
連続に形成することによって、Nb3 Sn層15が埋
設されているCu合金マトリックス11から安定化材1
8への熱伝導が極めて良好となり、より超電導線の安定
性が確保できる。
実施例4
実施例1における表面酸化処理前のマルチ超電導線の原
型となる構造体を、ステンレス波巻わくに18層にわた
って巻き重ね、この後、実施例1と同一条件でCuの酸
化物層の形成と、化合物超電導体の生成温度による熱処
理とを行い、超電導コイルを作製した。
型となる構造体を、ステンレス波巻わくに18層にわた
って巻き重ね、この後、実施例1と同一条件でCuの酸
化物層の形成と、化合物超電導体の生成温度による熱処
理とを行い、超電導コイルを作製した。
この超電導コイルの各層のRRRを測定したところ、平
均200を示し各層による相違はほとんど認められなか
った。
均200を示し各層による相違はほとんど認められなか
った。
[発明の効果]
以上説明したように本発明によれば、通常のチューブ法
による化合物超電導体とともに、インサイチュ−法によ
る化合物超電導体も形成されるため、臨界電流密度など
の超電導特性や引張り強度が向上し、かつ安定化材とC
u系マトリックス間に、超電導体構成元素などの酸化物
からなる強固な拡散防止層が形成されるため、安定化材
の導電性も維持され、安定性も向上する。
による化合物超電導体とともに、インサイチュ−法によ
る化合物超電導体も形成されるため、臨界電流密度など
の超電導特性や引張り強度が向上し、かつ安定化材とC
u系マトリックス間に、超電導体構成元素などの酸化物
からなる強固な拡散防止層が形成されるため、安定化材
の導電性も維持され、安定性も向上する。
第1図は本発明の一実施例により製造された超電導線の
断面を模式的に示す図、第2図は本発明の他の実施例に
より製造された超電導線の部分拡大断面状態を示す図、
第3図は従来の方法により製造された化合物超電導線の
断面図である。 11・・・・・・Cu合金マトリックス、12・・・・
・・Nb3 Sn芯線、13・・・・・・Nbチューブ
、14・・・・・・Cu−Sn合金、15−・−・Nb
3 Sn層、16・・・・・・繊維状Nb3 Sns
17・・・・・・拡散防止層、18・・・・・・安定
化材。 出願人 株式会社 東芝
断面を模式的に示す図、第2図は本発明の他の実施例に
より製造された超電導線の部分拡大断面状態を示す図、
第3図は従来の方法により製造された化合物超電導線の
断面図である。 11・・・・・・Cu合金マトリックス、12・・・・
・・Nb3 Sn芯線、13・・・・・・Nbチューブ
、14・・・・・・Cu−Sn合金、15−・−・Nb
3 Sn層、16・・・・・・繊維状Nb3 Sns
17・・・・・・拡散防止層、18・・・・・・安定
化材。 出願人 株式会社 東芝
Claims (2)
- (1)化合物超電導体を含む芯線が多数埋設されたCu
系マトリックスの外周側に安定化材を設けてなる化合物
超電導導体において、 前記Cu系マトリックス内に前記芯線の化合物超電導体
と同種の繊維状化合物超電導体が分布しているとともに
、前記Cu系マトリックスと安定化材間に金属酸化物か
らなる拡散防止層が設けられていることを特徴とする化
合物超電導導体。 - (2)熱処理により反応して化合物超電導体を形成する
化合物超電導体材料を含む多数の素線が埋設された前記
化合物超電導体を構成する元素の1種を含有するCu系
マトリックスの外周側に安定化材を一体化する工程と、 この一体化された構造体に、前記安定化材の表面に酸化
物層を形成した後に真空中または非酸化雰囲気中で、あ
るいは大気中の酸素分圧より低くかつ前記安定化材の表
面に酸化物層を形成し得る酸素分圧下で、前記化合物超
電導体の生成温度領域で熱処理を行う工程と を有することを特徴とする化合物超電導導体の製造方法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1081933A JP2854596B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 化合物超電導導体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1081933A JP2854596B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 化合物超電導導体およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02260328A true JPH02260328A (ja) | 1990-10-23 |
JP2854596B2 JP2854596B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=13760283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1081933A Expired - Lifetime JP2854596B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 化合物超電導導体およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2854596B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008147175A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-06-26 | Furukawa Electric Co Ltd:The | パルス用NbTi超電導多芯線およびパルス用NbTi超電導成形撚線 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1081933A patent/JP2854596B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008147175A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-06-26 | Furukawa Electric Co Ltd:The | パルス用NbTi超電導多芯線およびパルス用NbTi超電導成形撚線 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2854596B2 (ja) | 1999-02-03 |
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