JPH0350368B2 - - Google Patents
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- JPH0350368B2 JPH0350368B2 JP59024703A JP2470384A JPH0350368B2 JP H0350368 B2 JPH0350368 B2 JP H0350368B2 JP 59024703 A JP59024703 A JP 59024703A JP 2470384 A JP2470384 A JP 2470384A JP H0350368 B2 JPH0350368 B2 JP H0350368B2
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Classifications
-
- 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
- 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
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は高磁界で使用するNb3Sn系超電導線内
部拡散法によるの製造方法に関するものである。
部拡散法によるの製造方法に関するものである。
核融合装置、加速器、高エネルギー物理実験装
置などの高磁界が要求される各種機器に対して超
電導材料が不可欠な材料として使用されている
が、核融合などの高性能化が進められている分野
では、10T（テスラ）以上の高磁界において臨界
電流特性に優れかつ信頼性が高い線材が要求され
ている。従来高磁界で使用される代表的なNb3Sn
化合物超電導線としては、第１図に示すNb基金
属層１とCu−Sn合金層２からなる構成体を断面
縮小加工し、最終工程でNb表面にNb3Snを形成
する方法があるが、これに対して、第三元素を添
加しNb3Sn生成に関与させてNb3Sn層の上部臨界
磁界を向上させたり、あるいは液体ヘリウム温度
におけるNb3Snのマルテンサイト変態を抑制して
高磁界における臨界電流密度を改善する試みがな
されている。即ち、Sb3Snに添加する第三元素と
してTiを例にとれば、Nb−Tiの二元合金をアー
ク溶解等により溶製し、このNb−Ti合金棒とCu
−Sn合金を一体として断面縮小加工を施し、最
終形状で化合物生成熱処理を行ういわゆるブロン
ズ法によつて第三元素を含むNb3Sn系化合物超電
導線の製造方法が知られている。
置などの高磁界が要求される各種機器に対して超
電導材料が不可欠な材料として使用されている
が、核融合などの高性能化が進められている分野
では、10T（テスラ）以上の高磁界において臨界
電流特性に優れかつ信頼性が高い線材が要求され
ている。従来高磁界で使用される代表的なNb3Sn
化合物超電導線としては、第１図に示すNb基金
属層１とCu−Sn合金層２からなる構成体を断面
縮小加工し、最終工程でNb表面にNb3Snを形成
する方法があるが、これに対して、第三元素を添
加しNb3Sn生成に関与させてNb3Sn層の上部臨界
磁界を向上させたり、あるいは液体ヘリウム温度
におけるNb3Snのマルテンサイト変態を抑制して
高磁界における臨界電流密度を改善する試みがな
されている。即ち、Sb3Snに添加する第三元素と
してTiを例にとれば、Nb−Tiの二元合金をアー
ク溶解等により溶製し、このNb−Ti合金棒とCu
−Sn合金を一体として断面縮小加工を施し、最
終形状で化合物生成熱処理を行ういわゆるブロン
ズ法によつて第三元素を含むNb3Sn系化合物超電
導線の製造方法が知られている。
しかしながら、この方法では重量比で10〜14％
Snを含むCu−Sn合金を必要とするが、この合金
は加工性に優れた均質な鋳塊に溶製することが非
常に難しく、かつ製造コストが高くなり、また、
線材の断面縮小工程における加工硬化が顕著であ
るため、工程中の中間焼鈍を数十回以上も必要と
すること、およびこの中間焼鈍時にもその処理毎
にNbフイラメント表面にNb3Snを形成するため、
Nbフイラメントが細径化するに伴つて局部変形
を生じ易くなり、最終線径におけるNb3Snフイラ
メントの断線の発生率が高くなるなどの欠点があ
る。
Snを含むCu−Sn合金を必要とするが、この合金
は加工性に優れた均質な鋳塊に溶製することが非
常に難しく、かつ製造コストが高くなり、また、
線材の断面縮小工程における加工硬化が顕著であ
るため、工程中の中間焼鈍を数十回以上も必要と
すること、およびこの中間焼鈍時にもその処理毎
にNbフイラメント表面にNb3Snを形成するため、
Nbフイラメントが細径化するに伴つて局部変形
を生じ易くなり、最終線径におけるNb3Snフイラ
メントの断線の発生率が高くなるなどの欠点があ
る。
このようなブロンズ法に第三元素を添加する方
法の欠点を改善するためにCu管材中にNb棒を配
置し断面縮小加工を行つて細線化し、これを再び
集束してCu容器内に封入し、中空押出しまたは
押出し後穿孔によつて中空部を有するCu−Nb複
合管材を製作し、しかる後に中空部にSnを充填
し、この集合体を一体化して断面縮小加工を行
い、最終形状で熱処理を施し、Nbの表面に
Nb3Snを形成する内部拡散法が提案され、またこ
の方法に対して、CuにかえてCu−Ti合金を使用
する方法も行われている。
法の欠点を改善するためにCu管材中にNb棒を配
置し断面縮小加工を行つて細線化し、これを再び
集束してCu容器内に封入し、中空押出しまたは
押出し後穿孔によつて中空部を有するCu−Nb複
合管材を製作し、しかる後に中空部にSnを充填
し、この集合体を一体化して断面縮小加工を行
い、最終形状で熱処理を施し、Nbの表面に
Nb3Snを形成する内部拡散法が提案され、またこ
の方法に対して、CuにかえてCu−Ti合金を使用
する方法も行われている。
この内部拡散法では、集合体が加工性に優れた
金属で構成されるため、ブロンズ法と異なり中間
焼鈍を必要としないために、後の冷間加工性を害
する中間焼鈍工程におけるNbフイラメント表面
のNb3Snの生成を生ずることなく、第三元素とし
てのTi添加の効果を発生させることができる。
しかし、この方法においても、上記の種々の用途
に使用する極細多心線の製作に対しては、Cu基
材としてCu−Ti合金を使用するため、Nbに被覆
するCu−Ti管材の製作が必要となり、工業的に
入手し易い無酸素鋼管材に対して工業的な製造コ
ストが増加することや、Cu−Ti合金のTi含有量
が重量比で４％近くなると加工硬化が著しく、強
度の成形加工を行う際に支障とる場合があるなど
の不都合な点があつた。
金属で構成されるため、ブロンズ法と異なり中間
焼鈍を必要としないために、後の冷間加工性を害
する中間焼鈍工程におけるNbフイラメント表面
のNb3Snの生成を生ずることなく、第三元素とし
てのTi添加の効果を発生させることができる。
しかし、この方法においても、上記の種々の用途
に使用する極細多心線の製作に対しては、Cu基
材としてCu−Ti合金を使用するため、Nbに被覆
するCu−Ti管材の製作が必要となり、工業的に
入手し易い無酸素鋼管材に対して工業的な製造コ
ストが増加することや、Cu−Ti合金のTi含有量
が重量比で４％近くなると加工硬化が著しく、強
度の成形加工を行う際に支障とる場合があるなど
の不都合な点があつた。
この発明は上記の従来法の欠点を改良する目的
でなされたもので、複数の棒状のNb基金属層を、
Cu基金属層に埋設した複合多心チユーブの中空
部に、棒状のSn基金属層を配置した構成体を一
体として断面縮小加工を施し、最終断面形状で熱
処理を行うことによつてNb3Sn系超電導線を製造
する内部拡散法において、Nb基金属層として
Hf、Ta、Ti、Zrのうちいずれか１種以上の元素
を0.1から20重量パーセント含有するNb合金を使
用することにより、高磁界特性に優れ、しかも工
業的な信頼性に優れた超電導線を製造できる
Nb3Sn系超電導線の製造方法を提案するものであ
る。
でなされたもので、複数の棒状のNb基金属層を、
Cu基金属層に埋設した複合多心チユーブの中空
部に、棒状のSn基金属層を配置した構成体を一
体として断面縮小加工を施し、最終断面形状で熱
処理を行うことによつてNb3Sn系超電導線を製造
する内部拡散法において、Nb基金属層として
Hf、Ta、Ti、Zrのうちいずれか１種以上の元素
を0.1から20重量パーセント含有するNb合金を使
用することにより、高磁界特性に優れ、しかも工
業的な信頼性に優れた超電導線を製造できる
Nb3Sn系超電導線の製造方法を提案するものであ
る。
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第２図はこの発明の一実施例における複合棒の断
面図、第３図は構成体の断面図である。まず、第
２図に示すように、直径0.4mmのNb−３重量パー
セントTi合金心線1200本からなるNb基金属層１
を、母相であるCu基金属層３に埋設した外径25
mm、内径９mmの複合多心チユーブの中央の中空部
に直径8.8mmのSn棒からなるSn基金属層４を挿入
配置し、この複合棒の外周にTaチユーブからな
る拡散障壁５を介してCuチユーブからなる安定
化金属層６を被せて、第３図に示すような構成体
とする。この複合した構成体を一体として冷間の
引抜加工を行い、直径0.5mmに伸線した。この引
抜加工工程においては、とくに中間焼鈍を施さな
くても伸線は容易であり、全工程にわたつて全く
断線することなく良好な加工性が確認された。次
にこの線材を750℃で50時間熱処理することによ
つてNb3Sn化合物を生成させた。
第２図はこの発明の一実施例における複合棒の断
面図、第３図は構成体の断面図である。まず、第
２図に示すように、直径0.4mmのNb−３重量パー
セントTi合金心線1200本からなるNb基金属層１
を、母相であるCu基金属層３に埋設した外径25
mm、内径９mmの複合多心チユーブの中央の中空部
に直径8.8mmのSn棒からなるSn基金属層４を挿入
配置し、この複合棒の外周にTaチユーブからな
る拡散障壁５を介してCuチユーブからなる安定
化金属層６を被せて、第３図に示すような構成体
とする。この複合した構成体を一体として冷間の
引抜加工を行い、直径0.5mmに伸線した。この引
抜加工工程においては、とくに中間焼鈍を施さな
くても伸線は容易であり、全工程にわたつて全く
断線することなく良好な加工性が確認された。次
にこの線材を750℃で50時間熱処理することによ
つてNb3Sn化合物を生成させた。
上記の方法によつて作成した線材の液体ヘリウ
ム温度（4.2K）における臨界電流密度Jcを測定
し、印加磁界の関数として第４図の曲線Ａに示し
た。また比較のために、Nb基金属層１としてNb
−Ti合金にかえてNb心線を使用し、Nb基金属
層１の周辺に配置するCu基金属層３として無酸
素銅（OFC）を使用した同一断面構成の従来の
方法による線材を作成し、同一熱処理条件で熱処
理した線材の特性についても臨界電流密度Jcの測
定を行つて第４図の曲線Ｂに示した。この結果に
よれば、本発明の方法によりNb−Ti合金心を用
いて作成したNb3Sn化合物超電導線は従来のNb
心線を用いたNb3Sn化合物線材と比較して10T以
上の高磁界において高い臨界電流密度を示し、
12Tにおける安定化銅を除く部分の臨界電流密度
Jcを比較すると、従来方法によるNb3Sn線材が
495A／mm2であるのに対し、本発明の方法による
線材では592A／mm2を示し、優れた高磁界におけ
る特性が確認された。
ム温度（4.2K）における臨界電流密度Jcを測定
し、印加磁界の関数として第４図の曲線Ａに示し
た。また比較のために、Nb基金属層１としてNb
−Ti合金にかえてNb心線を使用し、Nb基金属
層１の周辺に配置するCu基金属層３として無酸
素銅（OFC）を使用した同一断面構成の従来の
方法による線材を作成し、同一熱処理条件で熱処
理した線材の特性についても臨界電流密度Jcの測
定を行つて第４図の曲線Ｂに示した。この結果に
よれば、本発明の方法によりNb−Ti合金心を用
いて作成したNb3Sn化合物超電導線は従来のNb
心線を用いたNb3Sn化合物線材と比較して10T以
上の高磁界において高い臨界電流密度を示し、
12Tにおける安定化銅を除く部分の臨界電流密度
Jcを比較すると、従来方法によるNb3Sn線材が
495A／mm2であるのに対し、本発明の方法による
線材では592A／mm2を示し、優れた高磁界におけ
る特性が確認された。
本発明のNb基金属層１に添加して高磁界にお
ける臨界電流密度Jcを向上させうる元素として
は、上記実施例におけるTiに限るものではなく、
Hf、ZrなどのIVa属元素もTi添加と同様の効果
が得られる。さらにNb基金属層１に添加する
Hf、Ta、Ti、Zrなどの元素の添加量に関して
は、重量比において0.1パーセント未満では高磁
界における臨界電流密度の改善効果が認められ
ず、また、重量比が20パーセントを越えた場合に
は、添加量を増加してもさらに電流特性が向上す
ることはなく、かえつて伸線時の加工硬化が著し
くなり、線材の製造時の不都合を生じ易い。
ける臨界電流密度Jcを向上させうる元素として
は、上記実施例におけるTiに限るものではなく、
Hf、ZrなどのIVa属元素もTi添加と同様の効果
が得られる。さらにNb基金属層１に添加する
Hf、Ta、Ti、Zrなどの元素の添加量に関して
は、重量比において0.1パーセント未満では高磁
界における臨界電流密度の改善効果が認められ
ず、また、重量比が20パーセントを越えた場合に
は、添加量を増加してもさらに電流特性が向上す
ることはなく、かえつて伸線時の加工硬化が著し
くなり、線材の製造時の不都合を生じ易い。
上記実施例においては安定化金属層６へのSn
などの金属元素の拡散障壁５としてTaを使用し
たが、この他にもNbを使用しても同様の効果が
得られ、また上記実施例では安定化金属として
Cuを使用しているが、この他に高い純度のAgや
Alが使用できる。
などの金属元素の拡散障壁５としてTaを使用し
たが、この他にもNbを使用しても同様の効果が
得られ、また上記実施例では安定化金属として
Cuを使用しているが、この他に高い純度のAgや
Alが使用できる。
なお、Nb基金属層として伸線加工の制限を受
けない範囲でHf、Ti、Zrなどのうち少なくとも
１種以上の元素を添加した合金を使用する本発明
の製造方法は、他の第三元素をSn基金属層に同
時に添加し高磁界の電流動性をより向上させる特
願昭58−206933号（特開昭60−100307号発明に比
べて、従来の内部拡散法におけるNb基金属層に
単にHf、Ti、Zrなどの１種以上の元素を添加し
たNb基金属層を使用するだけで、工業的により
簡単な手段により高磁界における優れた特性が得
られる。
けない範囲でHf、Ti、Zrなどのうち少なくとも
１種以上の元素を添加した合金を使用する本発明
の製造方法は、他の第三元素をSn基金属層に同
時に添加し高磁界の電流動性をより向上させる特
願昭58−206933号（特開昭60−100307号発明に比
べて、従来の内部拡散法におけるNb基金属層に
単にHf、Ti、Zrなどの１種以上の元素を添加し
たNb基金属層を使用するだけで、工業的により
簡単な手段により高磁界における優れた特性が得
られる。
以上説明してきたように、本発明によれば、
Nb基金属層にHf、Ta、TiおよびZrの１種以上
を含有するNb合金を使用するという簡単な構成
により、10T以上の高磁界における臨界電流特性
と信頼性に優れた超電導線材を工業的に安定に製
造することが可能となり、核融合装置や高エネル
ギー物理関連装置の高磁界マグネツトなどに広汎
に利用することができる。
Nb基金属層にHf、Ta、TiおよびZrの１種以上
を含有するNb合金を使用するという簡単な構成
により、10T以上の高磁界における臨界電流特性
と信頼性に優れた超電導線材を工業的に安定に製
造することが可能となり、核融合装置や高エネル
ギー物理関連装置の高磁界マグネツトなどに広汎
に利用することができる。
第１図は従来のブロンズ法による線材の断面
図、第２図は本発明の一実施例における複合棒の
断面図、第３図は構成体の断面図、第４図は4.2k
における印加磁界と臨界電流密度の関係を示す特
性図で、曲線Ａは本発明による線材の特性、曲線
Ｂは従来の内部拡散法による線材の特性を示す。 図において、１はNb基金属層、２はCu−Sn合
金層、３はCu基金属層、４はSn基金属層、５は
拡散障壁、６は安定化金属層をそれぞれ示す。
図、第２図は本発明の一実施例における複合棒の
断面図、第３図は構成体の断面図、第４図は4.2k
における印加磁界と臨界電流密度の関係を示す特
性図で、曲線Ａは本発明による線材の特性、曲線
Ｂは従来の内部拡散法による線材の特性を示す。 図において、１はNb基金属層、２はCu−Sn合
金層、３はCu基金属層、４はSn基金属層、５は
拡散障壁、６は安定化金属層をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 複数の棒状のNb基金属層を、Cu基金属層に
埋設した複合多心チユーブの中心部に、棒状の
Sn基金属層を配置した構成体を一体として断面
縮小加工を施し、最終断面形状で熱処理すること
によつてNb3Sn系超電導線を製造する方法におい
て、Nb基金属層にHf、Ti、およびZrから選ばれ
る１種以上の元素を0.1から20重量パーセント含
有するNb合金を使用することを特徴とする
Nb3Sn系超電導線の製造方法。 ２ 構成体がその周辺に拡散障壁を介して安定化
金属層を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のNb3Sn系超電導線の製造方法。 ３ 拡散障壁がNb系金属またはTa系金属である
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
Nb3Sn系超電導線の製造方法。 ４ 安定化金属層がCu、AlまたはAgであること
を特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項
記載のNb3Sn系超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024703A JPS60170113A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59024703A JPS60170113A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60170113A JPS60170113A (ja) | 1985-09-03 |
| JPH0350368B2 true JPH0350368B2 (ja) | 1991-08-01 |
Family
ID=12145536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59024703A Granted JPS60170113A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60170113A (ja) |
Families Citing this family (1)
| 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 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5785944A (en) * | 1980-09-18 | 1982-05-28 | Kernforschungsz Karlsruhe | Ultra-conductive wire based on bronze- nb3sn and production thereof |
| JPS6097514A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | 株式会社東芝 | 複合超電導線の製造方法 |
| JPS60100307A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-04 | 三菱電機株式会社 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
-
1984
- 1984-02-13 JP JP59024703A patent/JPS60170113A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5785944A (en) * | 1980-09-18 | 1982-05-28 | Kernforschungsz Karlsruhe | Ultra-conductive wire based on bronze- nb3sn and production thereof |
| JPS6097514A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | 株式会社東芝 | 複合超電導線の製造方法 |
| JPS60100307A (ja) * | 1983-11-04 | 1985-06-04 | 三菱電機株式会社 | Νｂ↓３Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60170113A (ja) | 1985-09-03 |
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