JPH0349163B2 - - Google Patents

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JPH0349163B2
JPH0349163B2 JP58193425A JP19342583A JPH0349163B2 JP H0349163 B2 JPH0349163 B2 JP H0349163B2 JP 58193425 A JP58193425 A JP 58193425A JP 19342583 A JP19342583 A JP 19342583A JP H0349163 B2 JPH0349163 B2 JP H0349163B2
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JP
Japan
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wire
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niobium
copper
tin
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JP58193425A
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Kyoji Tachikawa
Kikuo Ito
Juji Yoshida
Yasuo Iijima
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はジルコニウムまたはハフニウムを添加
して、加工性および強磁界特性を改良したNb3Sn
超電導線材の製造法に関するものである。 (従来の技術とその課題) 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、しかも強磁界まで超電導状態が
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、Nb−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
(90000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
大きな障害になつていた。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、Nb3Sn(臨界温度:約18K、臨界磁界:約21
テラス)およびV3Go(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
されるようになつた。 表面拡散法とは、例えばNb3Sn化合物線材にお
いては、下地ニオブテープを溶融錫浴中を連続的
に通過させたのち、熱処理によつてニオブと錫を
拡散反応させ下地テープ面上にNb、Sn化合物層
を生成させる方法である。複合加工法とは、例え
ばNb3Sn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、熱処理によつて銅−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法が可能となり、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、V3Gaの極細多芯線も同様な方法で製造した
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Nb3SnあるいはV3Ga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
ツトとして利用されている。 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ツトの開発が
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
対して安全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Nb3Sn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、この線材によつて12テスラ以上の磁界強磁界
を発生し得る超電導マグネツトを作製することは
困難であつた。一方、V3Ga化合物線材はNb3Sn
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Nb3Sn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有利とは言えな
い。従つて、少量の合金元素を添加して強磁界特
性を改善したNb3Sn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、最近になつてa
族元素であるチタンネ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
加することにより強磁界での超電導特性の著しく
改善されたNb3Sn化合物線材を製造する方法が発
明されている。(特公昭60−423号、特公昭61−
50136号)。 また、Ti添加Sn合金を用いる複合加工Nb3Sn
超電導線材も開発されている(日本金属学会シン
ポジウム講演予稿一搬講演概要、昭和58年秋期、
第239頁)。 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a族元素がNb3Sn加工物
の拡散生成を促進させるとともに、その一部が
Nb3Sn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が極めて多く
なり、製造コストを著しく高める難点があつた。
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Nb3Sn化合物層が線
材全断面積当たり少なく、臨界電流容量の大きな
線材の作製に難点があつた。 a族元素を純銅に添加した銅合金基体と錫基
体とニオブ基体の三者の複合加工法によるNb3Sn
化合物線材の製造法(特公昭61−50136号)は、
各基体の塑性加工性が比較的よく、また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
がら強度の加工を有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
a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Nb3Sn化合物中
のa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。 また、Sn合金にTiを添加する加工法(日本金
属学会シンポジウム講演予稿一般講演概要、昭和
58年秋期、第239頁)の場合にも特性改善効果は
充分なものではなかつた。 本発明はこのような欠点を解消するものとし
て、ジルコニウムまたはハフニウムを銅基体では
なく、加工性を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Nb3Sn超電
導線材を製造することを可能としたものである。 (課題を解決するための手段) すなわち本発明は、ジルコニウムまたはハフニ
ウムを含む錫合金基体と銅基体とニオブ基体の三
者からなる複合体、または該錫合金体とニオブ基
体の二者からなる複合体を作製し、所定の形状ま
で加工したのち、700℃前後〜950℃の温度で拡散
熱処理を行いニオブ基体の周囲にジルコニウムお
よび/またはハフニウムを含有したNb3Sn化合物
を生成させることを特徴とする。また錫合金基体
としては上記のほかに少量の銅を含有してもよ
い。 錫基体に添加する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、さら
に所望によりこれにチタンを加え、さらに合計し
て0.1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%以下の範囲とす
る。好ましくは1〜10原子%の範囲である。 銅基体の銅は、拡散熱処理の際、錫およびジル
コニウム、ハフニウムの拡散を助け、優れた超電
導特性を得るのに効果がある。錫合金基体に加え
る銅の量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30原子%以下の範囲とする。 複合体を所定の形状に加工した後行う熱処理
は、Nb3Sn生成のために700℃前後以上、すぐれ
た超電導特性を得るために950℃以下とする。複
合体を構成する各基体は、むくの棒状のほか、他
の基体を挿入するための単数あるいは複数個の穴
を有する管状のものでもよい。 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
れる複合体を用いるため、a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
多伸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ジルコニウムあ
るいはハフニウム、さらにはこれとともに添加し
たチタンはNb3Snの生成を促進させ、また、添加
元素の一部がNb3Sn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15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。熱処理工定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Nb3Sn化
合物層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
超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極細多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。 以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明に
ついて説明する。 (実施例) 実施例 1〜2 第1図に示したように外径8.0mmφの銅マトリ
ツクス基体3の中心にあけた2.5mmφの穴に錫−
5原子%ジルコニウム合金(実施例1)あるいは
錫−2原子%ハフニウム−3原子%チタン合金
(実施例2)棒1を挿入し、さらにその周囲にあ
けた1mmφのニオブ棒2を8本挿入した複合体を
作製した。この複合体をスエージングおよび線引
により0.4mmφの長尺線に加工した。なお従来技
術の銅−7原子%錫−1原子%チタン合金とニオ
ブ芯からなる複合体では8mmφか0.4mmφまで加
工するのに約10回の中間焼鈍管を必要としたのに
対し、本実施例試料の加工においては各素材の加
工性が極めてよいために中間焼鈍は全く不必要で
あつた。次いでアルゴン雰囲気の石英管に封入し
たのち、725℃×50時間の拡散熱処理を行つた。
このようにして作製した試料のNb3Sn化合物の厚
み、臨界電流Icおよび臨界温度Tcの測定結果を
表1に示した。また、表1には同様な製法で作製
した錫にZr、Hfを添加しない線材(比較例1)
および錫のかわりに銅にチタンを添加した線材
(比較例2)の測定結果も示した。 ジルコニウムあるいはハフニウムを錫芯に添加
すると、従来法である比較例1の無添加試料およ
びストリツクスにチタンを添加して比較例2に比
べてNb3Sn化合物の生成速度、Ic、Tc、いずれ
も高まつている。なお、銅にチタンを添加する比
較例2の方法では、本実施例1と同等の超電導特
性を得るためには、例えば銅に2原子%のTiを
添加せねばならないが、銅−2原子%のチタン合
金を用いた複合材は加工性が悪く、8mmφからの
伸線加工の途中約1.5mmφで破断してしまい、最
終線径0.4mmφまで加工できなかつた。このよう
に本発明は従来法とくらべ線材化の極めて容易な
Nb、Sn超電導線材の製法である。 実施例 3〜4 第2図に示したように、外形8mmφのニオブマ
トリツクス基体2に1.5mmφの錫−2原子%ハフ
ニウム−3原子%チタン合金(実施例3)棒1を
7本挿入した複合体を作製した。この複合体を実
施例1〜2と同様に伸線加工し、中間焼鈍なしで
0.4mmφの長尺線とした。次いでアルゴン雰囲気
の石英管に封入したのち750℃×50時間の拡散熱
処理を行い、表1に示すような測定結果を得た。
また、表1には同様な製法で作製した錫−5原子
%Hf合金(実施例4)および錫にa族元素を
含まない線材(比較例3)、a族元素を含まな
い線材(比較例3)、a族元素を含まない錫−
銅合金を用いた線材(比較例4)の測定結果を示
した。測定結果から明らかであるように、従来法
である比較例3および比較例4に比べ本実施例の
線材のNb3Sn層厚および超電導特性のIcおよび
Tcの向上が顕著である。 【表】
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、それぞれこの発明の実
施例の複合体断面形状を示した断面図である。図
中1は錫合金、2はニオブ基体、3は銅基体を示
す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ジルコニウムまたはハフニウムを、0.1〜15
    原子%含む錫合金基体と銅基体とニオブ基体の三
    者より成る複合体、または該錫合金基体およびニ
    オブ基体の二者より成る複合体を作製し、これを
    線、テープあるいは管に加工したのち、700℃前
    後〜950℃での拡散熱処理によりニオブ基体の周
    囲にジルコニウムあるいはハフニウムを含有した
    Nb3Sn化合物相を生成させることを特徴とする
    Nb3Sn超電導線材の製造法。 2 錫合金基体としてジルコニウムまたはハフニ
    ウムのうちから選ばれた1種または2種とともに
    チタンを合計で0.1〜15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。
JP58193425A 1983-10-18 1983-10-18 Νb↓3Sn超電導線材の製造法 Granted JPS6086704A (ja)

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