JPH0316726B2 - - Google Patents
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- JPH0316726B2 JPH0316726B2 JP59260032A JP26003284A JPH0316726B2 JP H0316726 B2 JPH0316726 B2 JP H0316726B2 JP 59260032 A JP59260032 A JP 59260032A JP 26003284 A JP26003284 A JP 26003284A JP H0316726 B2 JPH0316726 B2 JP H0316726B2
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- Japan
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- superconducting
- niobium
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0184—Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0884—Treatment of superconductor layers by irradiation, e.g. ion-beam, electron-beam, laser beam, X-rays
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/80—Material per se process of making same
- Y10S505/815—Process of making per se
- Y10S505/818—Coating
Description
産業上の利用分野
本発明はＡ−15型超電導化合物の製造法に関す
る。電気抵抗零の超電導材料を用いると、電力消
費なしに大電流を流すことができ、しかも強い磁
界まで超電導状態が保たれることから、NMR分
析装置、エネルギー貯蔵、核融合炉、高エネルギ
ー物理用粒子加速器などの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。 従来技術 現在、強磁界発生用電磁石の巻線材としての超
電導材料としては、合金系のNb−Ti、Ａ−15型
化合物と呼ばれるNb3Sn，V3Gaが使用されてい
る。 Nb−Ti合金は可塑性に富み、直接線材に加工
することが可能であるが、Nb3Sn，V3GaのＡ−
15型化合物は硬くて脆いため、直接加工が不可能
であるので、表面拡散法や複合加工法などの拡散
反応を利用している。 これらのNb−Ti，Nb3Sn，V3Gaの4.2Kにお
ける臨界磁界Hc2は、それぞれ、12T，21T，
22T（テスラ）で、印加磁界がこの値に近くなる
ほど臨界電流密度が急速に低下する。従つて
V3Ga線材を用いても超電導磁石としての発生磁
界は17.5Tが限度であつた。一方超電導応用の発
展に伴い超電導磁石に対して従来よりも強い磁界
発生が要求され、高性能超電導化合物線材の開発
が要望されている。例えばミラー型核融合炉用超
電導マグネツトでは、20〜24Tの磁界発生が必要
であるとされている。しかし、このような強磁界
を既存のNb3Sn，V3Ga線材で得ることは困難で
ある。このような強磁界用材料としては同じＡ−
15型化合物であるNb3Ga（Hc2＝34T）、Nb3Al
（Hc2＝30T）Nb3（Al，Ge）（Hc2＝41T）などが
考えられるが、これらを従来の表面拡散法で作製
しようとすると、熱処理温度が極めて高くなるた
め、結晶粒が粗大化し、実用的に重要な臨界電流
密度Jcが著しく低下する。また銅基合金を用いる
複合加工法では、熱処理温度が高いため銅が超電
導相に固溶して超電導特性を低下させ、実用に供
するのに十分な特性を持つ線材が得られない。 発明の目的 本発明の目的は従来法では得難かつた優れた特
性を持つＡ−15型化合物超電導線材を容易に製造
する方法を提供するにある。 発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結果
高エネルギー密度のビーム照射を用いることによ
り超電導材料を急加熱、急冷すると従来の製造法
では得られない優れたJc値を持つ超電導線材が得
られることを究明し得、この知見に基いて本発明
を完成した。 Nb（以下Ａ元素と呼ぶ）とGa，Al，Ge（以下
Ｂ元素と呼ぶ）との金属間化合物のうち、A3Bの
組成を持つＡ−15型化合物は非常に優れた超電導
特性を示す。そしてＡ及びＢ元素間には、このほ
かにA3Bの組成よりもＢ元素に富む、中間的金属
間化合物がいくつか存在する。例えばNb−Ga系
ではNb3Ga2，NbGa3等が存在し、これらの融点
はそれぞれ1750℃，1250℃である。これらの中間
的金属間化合物はＡ−15型化合物よりも低い温度
と短時間加熱で容易に生成させることができる。
例えばNb3Ga2化合物はNbとGa間の拡散によつ
て850℃で数十分の加熱で生成される。一方Ａ−
15型化合物であるNb3Gaは1300℃以上でないと
生成されない。 従つて、Ａ元素基板の表面に１種または２種以
上のＢ元素を被覆し、これを反応熱処理して基板
上にA3B組成よりもＢ元素に富む中間的金属間化
合物を生成させた後、高エネルギー密度のビーム
例えば電子ビームまたはレーザービームを用いて
照射し、急加熱、急冷すると、前記中間的金属間
化合物と基板Ａ元素が反応してA3Bの組成を持つ
Ａ−15型超電導化合物が容易に生成されると共に
微細な結晶粒からなる化合物となり、磁界中のJc
の高いものとなる。 本発明の要旨は、ニオブの基板上にガリウム、
アルミニウム及びゲルマニウムから選ばれた１種
または２種以上の金属を被覆した後、500〜2000
℃で１秒〜300時間の熱処理を行い、ニオブと被
覆金属間の中間的金属間化合物を基板上に形成さ
せ、更にこれに高エネルギー密度のビーム照射す
ることを特徴とするＡ−15型超電導化合物の製造
法にある。 本発明の方法におけるA3B組成よりもＢ元素に
富む中間的金属間化合物を生成させる加熱温度は
500〜2000℃の範囲であることが適当である。500
℃より低いと中間的金属間化合物が生成されず、
2000℃を超えると中間的金属間化合物の代りに
A3B組成よりもＡ元素に富む体心立方格子を持つ
固溶体が生成し、ビーム照射としてもＡ−15型化
合物は生成されない。加熱時間は加熱温度と関連
し、高温では短時間、低温では長時間を要する
が、１秒〜300時間の高範囲で適用し得られる。
１秒より短いと中間的金属間化合物が生成され
ず、300時間より長いとA3B組成よりもＡ元素に
富む固溶体が生成し、ビーム照射してもＡ−15型
化合物は生成されない。中間的金属間化合物を生
成させた後、電子ビーム、レーザービーム等の高
エネルギー密度のビーム照射を行う。例えばニオ
ブ基板テープの長手方向に連続的に照射して中間
的金属間化合物とニオブ（Ａ元素）と反応させて
A3Bの組成のＡ−15型超電導化合物を生成させ
る。この製造法によると、次のような優れた効果
を奏し得られる。 １ Ｂ元素は一般に融点が低いが（例えばGaの
融点29℃）Ａ元素との中間的金属間化合物は融
点が高い。（例えばNb3Ga2の融点1750℃）そ
のため、ビーム照射した時のＢ元素の蒸発が著
しく抑制さ、効率よくＡ−15型化合物が生成さ
れる。 ２ 極めて短時間に中間的金属間化合物とＡ元素
との反応により超電導化合物を生成し得られ、
しかも短時間照射であるため加熱は照射された
部分に限定される。その照射後は熱伝導によつ
て熱がＡ元素基板内に発散し急冷されるため、
微細な結晶組織を持つたＡ−15型化合物が生成
され、磁界中のJcが高い優れた超電導特性を持
つたものとなる。 なお、Ａ元素基板の底面に水冷銅ハースを設
置すると急冷効果を更に高め得られる。 ３ 高温から急冷されるため、高温で安定な化学
量論組成を持つＡ−15型化合物をそのまま室温
へ持ち来たすことができ、超電導特性の優れた
相を得ることができる。 ４ 材料または電子ビームを高速度で移動させて
照射することが可能なため、製造も能率的に行
い得られると共に、長尺の線材も極めて容易に
製造し得られ、コストも低減し得られる。 実施例 １ ニオブテープを800℃に加熱したガリウム溶融
浴中に30cm／分の送り速度で連続的に通過させて
ガリウムを塗布した。これを1000℃に加熱した炉
内を連続的に通過させてテープ表面にNb3Gaよ
りもGaに富んだNb3Ga2，NbGa3等の中間的金属
間化合物を生成させた。これを水冷銅ハース上に
置き、電子ビームをテープの長手方向に急速に移
動させつつビーム照射して、中間的金属間化合物
とニオブ（基板）とを反応させ、Nb3Ga超電導
化合物を生成させた。 ニオブテープはビーム照射部分のみが加熱され
て溶融し、熱は熱伝導により基板テープから発散
されて急冷された。 得られたNb3Gaテープと従来の拡散法で作ら
れたNb3Gaテープの4.2Kで10T及び17Tの磁界中
におけるJcを示すと第１表の通りである。
る。電気抵抗零の超電導材料を用いると、電力消
費なしに大電流を流すことができ、しかも強い磁
界まで超電導状態が保たれることから、NMR分
析装置、エネルギー貯蔵、核融合炉、高エネルギ
ー物理用粒子加速器などの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。 従来技術 現在、強磁界発生用電磁石の巻線材としての超
電導材料としては、合金系のNb−Ti、Ａ−15型
化合物と呼ばれるNb3Sn，V3Gaが使用されてい
る。 Nb−Ti合金は可塑性に富み、直接線材に加工
することが可能であるが、Nb3Sn，V3GaのＡ−
15型化合物は硬くて脆いため、直接加工が不可能
であるので、表面拡散法や複合加工法などの拡散
反応を利用している。 これらのNb−Ti，Nb3Sn，V3Gaの4.2Kにお
ける臨界磁界Hc2は、それぞれ、12T，21T，
22T（テスラ）で、印加磁界がこの値に近くなる
ほど臨界電流密度が急速に低下する。従つて
V3Ga線材を用いても超電導磁石としての発生磁
界は17.5Tが限度であつた。一方超電導応用の発
展に伴い超電導磁石に対して従来よりも強い磁界
発生が要求され、高性能超電導化合物線材の開発
が要望されている。例えばミラー型核融合炉用超
電導マグネツトでは、20〜24Tの磁界発生が必要
であるとされている。しかし、このような強磁界
を既存のNb3Sn，V3Ga線材で得ることは困難で
ある。このような強磁界用材料としては同じＡ−
15型化合物であるNb3Ga（Hc2＝34T）、Nb3Al
（Hc2＝30T）Nb3（Al，Ge）（Hc2＝41T）などが
考えられるが、これらを従来の表面拡散法で作製
しようとすると、熱処理温度が極めて高くなるた
め、結晶粒が粗大化し、実用的に重要な臨界電流
密度Jcが著しく低下する。また銅基合金を用いる
複合加工法では、熱処理温度が高いため銅が超電
導相に固溶して超電導特性を低下させ、実用に供
するのに十分な特性を持つ線材が得られない。 発明の目的 本発明の目的は従来法では得難かつた優れた特
性を持つＡ−15型化合物超電導線材を容易に製造
する方法を提供するにある。 発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結果
高エネルギー密度のビーム照射を用いることによ
り超電導材料を急加熱、急冷すると従来の製造法
では得られない優れたJc値を持つ超電導線材が得
られることを究明し得、この知見に基いて本発明
を完成した。 Nb（以下Ａ元素と呼ぶ）とGa，Al，Ge（以下
Ｂ元素と呼ぶ）との金属間化合物のうち、A3Bの
組成を持つＡ−15型化合物は非常に優れた超電導
特性を示す。そしてＡ及びＢ元素間には、このほ
かにA3Bの組成よりもＢ元素に富む、中間的金属
間化合物がいくつか存在する。例えばNb−Ga系
ではNb3Ga2，NbGa3等が存在し、これらの融点
はそれぞれ1750℃，1250℃である。これらの中間
的金属間化合物はＡ−15型化合物よりも低い温度
と短時間加熱で容易に生成させることができる。
例えばNb3Ga2化合物はNbとGa間の拡散によつ
て850℃で数十分の加熱で生成される。一方Ａ−
15型化合物であるNb3Gaは1300℃以上でないと
生成されない。 従つて、Ａ元素基板の表面に１種または２種以
上のＢ元素を被覆し、これを反応熱処理して基板
上にA3B組成よりもＢ元素に富む中間的金属間化
合物を生成させた後、高エネルギー密度のビーム
例えば電子ビームまたはレーザービームを用いて
照射し、急加熱、急冷すると、前記中間的金属間
化合物と基板Ａ元素が反応してA3Bの組成を持つ
Ａ−15型超電導化合物が容易に生成されると共に
微細な結晶粒からなる化合物となり、磁界中のJc
の高いものとなる。 本発明の要旨は、ニオブの基板上にガリウム、
アルミニウム及びゲルマニウムから選ばれた１種
または２種以上の金属を被覆した後、500〜2000
℃で１秒〜300時間の熱処理を行い、ニオブと被
覆金属間の中間的金属間化合物を基板上に形成さ
せ、更にこれに高エネルギー密度のビーム照射す
ることを特徴とするＡ−15型超電導化合物の製造
法にある。 本発明の方法におけるA3B組成よりもＢ元素に
富む中間的金属間化合物を生成させる加熱温度は
500〜2000℃の範囲であることが適当である。500
℃より低いと中間的金属間化合物が生成されず、
2000℃を超えると中間的金属間化合物の代りに
A3B組成よりもＡ元素に富む体心立方格子を持つ
固溶体が生成し、ビーム照射としてもＡ−15型化
合物は生成されない。加熱時間は加熱温度と関連
し、高温では短時間、低温では長時間を要する
が、１秒〜300時間の高範囲で適用し得られる。
１秒より短いと中間的金属間化合物が生成され
ず、300時間より長いとA3B組成よりもＡ元素に
富む固溶体が生成し、ビーム照射してもＡ−15型
化合物は生成されない。中間的金属間化合物を生
成させた後、電子ビーム、レーザービーム等の高
エネルギー密度のビーム照射を行う。例えばニオ
ブ基板テープの長手方向に連続的に照射して中間
的金属間化合物とニオブ（Ａ元素）と反応させて
A3Bの組成のＡ−15型超電導化合物を生成させ
る。この製造法によると、次のような優れた効果
を奏し得られる。 １ Ｂ元素は一般に融点が低いが（例えばGaの
融点29℃）Ａ元素との中間的金属間化合物は融
点が高い。（例えばNb3Ga2の融点1750℃）そ
のため、ビーム照射した時のＢ元素の蒸発が著
しく抑制さ、効率よくＡ−15型化合物が生成さ
れる。 ２ 極めて短時間に中間的金属間化合物とＡ元素
との反応により超電導化合物を生成し得られ、
しかも短時間照射であるため加熱は照射された
部分に限定される。その照射後は熱伝導によつ
て熱がＡ元素基板内に発散し急冷されるため、
微細な結晶組織を持つたＡ−15型化合物が生成
され、磁界中のJcが高い優れた超電導特性を持
つたものとなる。 なお、Ａ元素基板の底面に水冷銅ハースを設
置すると急冷効果を更に高め得られる。 ３ 高温から急冷されるため、高温で安定な化学
量論組成を持つＡ−15型化合物をそのまま室温
へ持ち来たすことができ、超電導特性の優れた
相を得ることができる。 ４ 材料または電子ビームを高速度で移動させて
照射することが可能なため、製造も能率的に行
い得られると共に、長尺の線材も極めて容易に
製造し得られ、コストも低減し得られる。 実施例 １ ニオブテープを800℃に加熱したガリウム溶融
浴中に30cm／分の送り速度で連続的に通過させて
ガリウムを塗布した。これを1000℃に加熱した炉
内を連続的に通過させてテープ表面にNb3Gaよ
りもGaに富んだNb3Ga2，NbGa3等の中間的金属
間化合物を生成させた。これを水冷銅ハース上に
置き、電子ビームをテープの長手方向に急速に移
動させつつビーム照射して、中間的金属間化合物
とニオブ（基板）とを反応させ、Nb3Ga超電導
化合物を生成させた。 ニオブテープはビーム照射部分のみが加熱され
て溶融し、熱は熱伝導により基板テープから発散
されて急冷された。 得られたNb3Gaテープと従来の拡散法で作ら
れたNb3Gaテープの4.2Kで10T及び17Tの磁界中
におけるJcを示すと第１表の通りである。
【表】
この表で示すように、本発明の方法で得られた
ものは、結晶粒が微細化されているため、従来の
拡散法によつて得られたものに比べて著しく高い
Jc値が得られる。 実施例 ２ ニオブテープを900℃に加熱した70原子％Al−
30原子％Ge溶融浴中に連続的に通過させてAl−
Ge溶融合金を塗布した。これを1000℃で加熱し
た炉を通過させてテープ表面にNb3（Al0.7・Ge0.
3）よりもアルミニウム、ゲルマニウムに富んだ
Nb（Al0.9・Ge0.1）3及びNb（Al0.3・Ge0.7）2等の中
間的金属間化合物を生成させた。この表面に電子
ビームをテープの長手方法に急速に移動させつつ
照射して、前記中間的金属間化合物と基板のニオ
ブとを反応させてNb3（Al0.7・Ge0.3）の超電導化
合物を生成させた。 得られたテープの4.2Kで10Tの磁界中でのJc値
は、２×105A／cm2、17TでのJcは７×104A／cm2
であつた。 発明の効果 本発明の方法によると、 １ 従来法の拡散法を適用することが困難であつ
たNb3Ga，Nb3Al，Nb3（Al・Ge）等の特性の
優れたＡ−15型超電導化合物の線材化が可能で
ある。 ２ 先づニオブとガリウム、アルミニウムあるい
はゲルマニウムとの中間的金属間化合物を作る
ので、従来法より低温で作り得られ、その後短
時間のビーム照射で製造し得られるため、微細
な結晶粒からなるものが得られ優れた超電導特
性を持つものとなし得ると共に、能率的にかつ
長尺物も極めて容易に製造し得られる。 等の優れた効果を有する。
ものは、結晶粒が微細化されているため、従来の
拡散法によつて得られたものに比べて著しく高い
Jc値が得られる。 実施例 ２ ニオブテープを900℃に加熱した70原子％Al−
30原子％Ge溶融浴中に連続的に通過させてAl−
Ge溶融合金を塗布した。これを1000℃で加熱し
た炉を通過させてテープ表面にNb3（Al0.7・Ge0.
3）よりもアルミニウム、ゲルマニウムに富んだ
Nb（Al0.9・Ge0.1）3及びNb（Al0.3・Ge0.7）2等の中
間的金属間化合物を生成させた。この表面に電子
ビームをテープの長手方法に急速に移動させつつ
照射して、前記中間的金属間化合物と基板のニオ
ブとを反応させてNb3（Al0.7・Ge0.3）の超電導化
合物を生成させた。 得られたテープの4.2Kで10Tの磁界中でのJc値
は、２×105A／cm2、17TでのJcは７×104A／cm2
であつた。 発明の効果 本発明の方法によると、 １ 従来法の拡散法を適用することが困難であつ
たNb3Ga，Nb3Al，Nb3（Al・Ge）等の特性の
優れたＡ−15型超電導化合物の線材化が可能で
ある。 ２ 先づニオブとガリウム、アルミニウムあるい
はゲルマニウムとの中間的金属間化合物を作る
ので、従来法より低温で作り得られ、その後短
時間のビーム照射で製造し得られるため、微細
な結晶粒からなるものが得られ優れた超電導特
性を持つものとなし得ると共に、能率的にかつ
長尺物も極めて容易に製造し得られる。 等の優れた効果を有する。
Claims (1)
- １ ニオブの基板上にガリウム、アルミニウム及
びゲルマニウムから選ばれた１種または２種以上
の金属を被覆した後、500〜2000℃で１秒〜300時
間の熱処理を行い、ニオブと被覆金属間の中間的
金属間化合物を基板上に形成させ、更にこれに高
エネルギー密度のビーム照射することを特徴とす
るＡ−15型超電導化合物の製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59260032A JPS61138417A (ja) | 1984-12-11 | 1984-12-11 | Ａ−１５型超電導化合物の製造法 |
| US06/807,876 US4664933A (en) | 1984-12-11 | 1985-12-11 | Process for production of A-15 type superconductor compound |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP59260032A JPS61138417A (ja) | 1984-12-11 | 1984-12-11 | Ａ−１５型超電導化合物の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPS61138417A JPS61138417A (ja) | 1986-06-25 |
| JPH0316726B2 true JPH0316726B2 (ja) | 1991-03-06 |
Family
ID=17342351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP59260032A Granted JPS61138417A (ja) | 1984-12-11 | 1984-12-11 | Ａ−１５型超電導化合物の製造法 |
Country Status (2)
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| US (1) | US4664933A (ja) |
| JP (1) | JPS61138417A (ja) |
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- 1984-12-11 JP JP59260032A patent/JPS61138417A/ja active Granted
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61138417A (ja) | 1986-06-25 |
| US4664933A (en) | 1987-05-12 |
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