JPH0272511A - Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＩＶａ族元素のチタン、ジルコニウムおよびハ
フニウムから選ばれた１種または２種以上を添加して、
加工性および強磁界特性を改良したＮｂ５Ｓｎ超電導線
材の製造法に関するものである。

超電導線材を用いると電力消費なしに大電流を流すこと
ができ、しかも強磁界までＭｉ電導状態が保たれること
から、強磁界発生用電磁石の巻線材としての利用が進め
られている。現在、最も広く使用されている線材は、Ｎ
ｂ−Ｔｉ系の合金線材であるが、この合金線材の発生磁
界は９テスラ（９０，０００ガウス）の限度があり、こ
れ以上の強磁界を必要とする場合には、臨界磁界の高い
化合物系超電導体を用いる必要がある。しかし、化合物
系超電導体は可塑性に欠ける点が実用化に際しての大き
な障害になっていた。近年、表面拡散法および複合加工
法などの拡散を利用した方法が発明され、Ｎ　ｂ　ｓ　
Ｓ　ｎ　（臨界温度：約１８Ｋ、臨界磁界：約２１テス
ラ）およびＶ、Ｇａ　（臨界温度：約１５Ｋ、臨界磁界
：約２２テスラ）の化合物系超電導線材が実用化される
ようになった。

表面拡散法とは、例えばＮｂ、Ｓｎ化合物線材において
は、下地ニオブテープ溶融錫浴中を連続的に通過さぜた
のち、熱処理によってニオブと錫を拡散反応させ下地テ
ープ面上にＮｂ５Ｓｎ化合′！ＩＪ層を生成させる方法
である。複合加工法とは、例えばＮｂｊＳｎ化合物にお
いては、ニオブ基体と銅−錫合金基体とを複合一体化さ
せ、線またはテープまたは管状に加工したのち、熱処理
によって胴−錫合金基体中の錫とニオブ基体とを選択的
に拡散反応させてＮｂ３Ｓｎ化合物層をニオブ基体の周
囲に生成させる方法である。この複合加工法を用いると
、銅−錫合金基体中に多数の細いニオブ芯を埋込んだ極
細多芯線の製造が可能となり、速い磁界変化に対して安
定な超電導特性が得られる。なお、■工Ｇａの極細多芯
線も同様な方法で製造して得られる。このような表面拡
散法および複合加工法により作製されたＮｂ５Ｓｎある
いはＶ、Ｇａ化合物線材はすでに物性研究用などの小型
強磁界マグネッＩ・とじて利用されてもいる。

一方、核融合炉用、高エネルギー加速器用、超電導発電
機用等の大型強磁界マグネットの開発が盛んに進められ
ており、これらに使用される超電導線材として１５テス
ラ以上の強磁界領域において大きい臨界電流をもち、し
かも、速い磁界変化に対して安定な化合物系極細多芯線
の実用化が急がれている。しかし従来のニオブ基体と銅
−錫合金基体との複合体から作製されるＮｂｓ　Ｓｎ化
合物線材の臨界電流は約１２テスラ以上の磁界で急速に
低下し、この線材によって１２テスラ以上の強磁界を発
生し得る超電導マグネットを作製することは困難であっ
た。一方、Ｖ　ｓ　Ｇ　ａ化合物線材はＮ　ｂ　ｓ　Ｓ
　ｎ化合物線材に比較して強磁界特性が優れているが、
材料の価格がＮｂ、Ｓｎより高価なため、線材を大量に
使用する大型設備に関しては有利とは言えない、従って
、少量の合金元素を添加して強磁界特性を改善したＮｂ
１Ｓｎ化合物線材を用いる方が得策である。このような
観点から注目されるのがＩＶａ族元素であるチタン、ジ
ルコニウムあるいはハフニウムをニオブ基体あるいは銅
−錫合金基体に添加する方法である。これにより強磁界
での超電導特性の著しく改善されなＮｂ、Ｓｎ化合物線
材を製造する方法が提案されている。（特願昭５５−１
２８５５１号、特願昭５６−１２１４７９号）。

これらの方法では、ニオブ基体あるいは銅−錫合金基体
に添加されたＩＶａ族元素がＮｂ、Ｓｎ化合物の拡散生
成を促進させるとともに、その一部がＮｂ９Ｓｎ化合物
層内に固溶し、強磁界での超電導特性を高める作用を有
する。しかし、これらの製法ではＩＶ　ａ族元素をニオ
ブ基体あるいは銅−錫合金基体に添加するため、塑性加
工性が優れず、約４０％の断面縮少率毎に中間焼鈍を必
要とし、実用的な長尺線を作製するのに焼鈍回数が極め
て多くなり、製造コストを著しく高める難点があった。

さらに、従来の複合加工法に用いる銅−錫合金基体では
塑性加工性の保持から錫の固溶量が限定され、そのため
に拡散生成するＮｂ５Ｓｎ化合物相が線材全所面積当た
り少なく、臨界電流容量の大きな線材の作製に難点があ
った。

１’ｌ／ａ族元素を純銅に添加した銅合金基体とａ基体
とニオブ基体の二者の複合加工法によるＮ　ｂ　３Ｓｎ
化合物線材の製造法（特願昭５７−２５９８１号）は、
各基体の塑性加工性が比較的よく、またＩＶ　ａ族元素
を含むため優れた強磁界臨界電流特性をもつなど上記の
難点をある程度解決している。しかしながら強度の加工
を要する実用規模の極細多芯線をこの製法で作製する場
合、中間焼鈍なしに最終線径まで一様に伸線加工するに
は、加工性の点でＩＶａ族元素の含有量の極めて少ない
銅合金を用いざるを得ない、その結果生成されるＮｂ１
Ｓｎ化合物中のＩＶａ族元素含有量も低くなり、強磁界
臨界電流特性が劣化するという好ましくない結果が得ら
れる。

本発明はＩＶ　ａ族元素であるチタン、ジルコニウムま
たはハフニウムを銅基体ではなく、加工性の極めて優れ
た錫基体に添加して、加工の容易な方法で強磁界での超
電導特性が改善され、さらに、臨界電流容量の大きいＮ
ｂｓ　Ｓｎ超電導線材を製造することを目的としたもの
である。

本発明は、ＩＶａ族元素であるチタン、ジルコニウムお
よびハフニウムから選ばれた１種または２種以上を含む
錫合金基体と銅基体とニオブ基体の三者のいずれか少く
とも一つの管体内に他の基体粉末を装入し、または、該
錫合金基体とニオブ基体の三者のいずれか一つの管体内
に他の基体粉末を装入し、所定の形状まで加工したのち
、拡散熱処理を行いニオブ基体の周囲にＩＶ　ａ族元素
を含有したＮｂｔＳｎ化合物を生成させることを特徴と
する。また錫合金基体体としては上記ＩＶａ族元素のほ
かに少量の銅を含有してもよい。

錫基体に添加するチタン、ジルコニウムまたはハフニウ
ムの量は優れた超電導特性を得るために、１種または２
種以上を合計して（１，１原子％以上、また、錫合金基
体の良好な加工性を保持するうえから１５原子％以下の
範囲になければならない。

好ましくは１〜・１０原子％の範囲である。

銅基体あるいは錫合金基体に含まれる銅は、拡散熱処理
の際、錫およびＩＶ　ａ族元素の拡散を助け、浸れた超
電導特性を得るのに効果がある。錫合金基体に加える銅
の址は錫の拡散速度を高めるのに有効な２原子％以上、
また、錫合金基体の良好な加工性を保持するうえから３
０原子％以下の範囲とする。

所定の形状に加工した後に行う熱処理は、Ｎ　ｂ　ｘ　
Ｓ　ｎ生成のために４００°Ｃ以上、ずぐれた超電導特
性を得るために９５０　’Ｃ以下でなければならない。

各基体はその一部もしくは全部が粉体の形状であっても
よく、同じ基体が同時に管体として使用されてもよい。

本発明においては加工性の極めて優れた錫合金基体のほ
か加工性のよいニオブ基体（および銅基体）とから構成
される、粉体と管体との複合体を用いるため、ＩＶａ族
元素を銅基体に含有せしめた製法にくらべても伸線加工
が著しく容易となり、強度の加工を要する実用規模の極
細多芯線においても中間焼鈍を省いて細線への加工が可
能となり線材作製におけるコストが著しく軽減される。

錫合金基体に添加したＩＶ　ａ族元素のチタン、ジルコ
ニウムあるいはハフニウムはＮｂ＊Ｓｎ化合物の生成を
促進させ、また、添加元素の一部がＮｂｓ　Ｓｎ化合物
内に固溶することにより、超電導臨界磁界を向上させ、
また５１５テスラ以上の強磁界での臨界電流を顕著に増
加させる。一方、熱処理工程では錫の充分な量を複合体
内部から拡散により供給することができるのでＮｂ、Ｓ
ｎ化合物相が多量に得られるなどの効果から臨界電流容
量の大きな線材が作製できる。その結果、各種ｆｌ電導
利用機器の性能向上や小型化による製造および冷却コス
トの軽減が達成される。また、本発明で作製された線材
はｉ細条芯線形式であるために、速い磁界変化に対して
超電導性が安定に保持され、強磁界中で用いる機器の安
全性と信頼性を著しく向上させる優れた効果を有する。

次に実施例を示してこの発明について具体的に説明する
。

実施例１〜２ 第１図に示したように、外形８■内径６關のニオブ管（
２）に銅粉末（３）、ニオブ粉末（２）およびａ−５原
子％チタン粉末（１）あるいは錫−５原子％ハフニウム
粉末（１）を５　’：　３　：　１の割合でつめた複合
体を作製した。用いた粉末はそれぞれ約１００μｍの大
きさであった。この複合体をスェージングおよび線引き
により中間焼鈍なしで０．４■φの長尺に加工した６次
いでアルゴン雰囲気の石英管に封入したのち、６５０℃
Ｘ５０時間の拡散熱処理を行った。このように作製した
試料の超電導特性の臨界電流（Ｉｃ）および臨界温度（
Ｔｅ）の測定結果を表１に示した。またこの表１には同
様な方法で作製した錫にＩＶａ族元素を添加しない線材
（比較例１）の測定結果をも示した。

この測定結果から明らかなように比較例１に比べ本実施
例の線材は超電導特性のＩｃおよびＴｃの向上が顕著で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例に示した複合体の断面形状を示した断
面図である。図中の１はＩＶ　ａ族元素を含有した錫合
金または、ＩＶ　ａ族元素および銅を含有した錫合金基
体、２はニオブ基体、３は銅基体を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン、ジルコニウムおよびハフニウムから選ば
   れた１種または２種以上を合計して０．１〜１５原子％
   含む錫合金基体と銅基体とニオブ基体の三者のいずれか
   少くとも一つの管体内に他の基体粉末を装入し、または
   該錫合金基体およびニオブ基体の二者のいずれか一つの
   管体内に他の基体粉末を装入し、これを線、テープある
   いは管に加工したのち、４００〜９５０℃での拡散熱処
   理によりニオブ基体の周囲にチタン、ジルコニウムある
   いはハフニウムを含有したＮｂ、Ｓｎ化合物相を生成さ
   せることを特徴とするＮｂ、Ｓｎ超電導線材の製造法。
2. （２）錫合金基体としてチタン、ジルコニウムおよびハ
   フニウムのうちから選ばれた１種または２種以上を合計
   して０．１〜１５原子％含み、さらに銅を２〜３０原子
   ％含む錫合金を用いることを特徴とする、特許請求の範
   囲第（１）項記載の製造法。