JPH04118111A - Ｔｉ添加Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野〉 この発明は、Ｔｉ添加Ｎｂ３Ｓｎ趙電導線材を工業的に
安定して製造する方法に関するものである。

〈従来技術とその課題〉 金属間化合物超を導材料Ｎｂ３Ｓｎに１〜２ａｔ％程度
のＴｉ添加を行うと高磁界での臨界電流密度（Ｊｃ）特
性が顕著に改善されることが発見されて以来、このＴｉ
添加Ｎｂ、Ｓｎ線材は高磁界用超電導線材として高い評
価を受け、現在、超電導マグネット用を主体にその需要
は大きな伸びを見せ始めている。

一方、これと共にＴｉ添加Ｎｂ、５ｎｌｉ材の製造方法
に関する数多くの提案もなされてきたが、それらの殆ん
どは高融点でかつ活性なＮｂ及びＴｉを溶解して合金化
させる工程を欠かせないことから、その溶解手段、溶解
温度、溶解雰囲気、使用耐火物等に特別な注意を要し、
製造コストがかさむと言う問題を解決するには至らなか
った。

このようなことから、本発明が目的としたのは、Ｔｉの
添加をより簡便に行うことができる手段を見出し、所望
割合でＴｉを含有した性能の良いＮｂ３Ｓｎ超電導線材
を安価にかつ安定して量産し得る方法を確立することで
あった。

く課題を解決するための手段〉 そこで、本発明者等は上記目的を達成すべく様々な観点
に立って鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得る
ことができた。

即ち、本発明者等は先に［目的組成比率に積層された異
種金属多層材を細片に裁断した後、これらを寄せ集めて
圧延や押出等の加圧成形により線素材を作成し、続いて
この線素材に引抜等の塑性加工を加えて所望寸法の線材
となしてから拡散熱処理を施すことに・より、金属間化
合物等の難加工性合金線材等を生産性良く製造する方法
」を提案したが（特願昭６３−２３４２５６号）、この
方法に従ったＮｂ３Ｓｎ線材の製造を実施する際、前記
異種金属多層材に所定厚さのＴｉ箔をも積層させると共
に、更にその積層構造にも工夫を加えると、これまで生
産に多大な手間が必要であったＴｉ添加Ｎｂ３Ｓｎ超電
導線材を容易に、かつ極めて安定した条件で生産するこ
とが可能になるとの事実を見出したのである。

本発明は、上記知見事項等を基に完成されたもので、 ｒＮｂｉ板にてＴｉ箔を挟んでクラフトし、更にその上
にＳｎ薄板をクラッドすることによってＮｂ、　Ｓｎ及
びＴｉの割合が目的とする材料の化学組成比となる５層
構造積層板を作成した後、これを細片に裁断し、次にこ
れらを寄せ集めて加圧成形してから塑性加工による線材
化を行い、その後拡散熱処理を施すことによって、溶解
プロセスを経ることな（Ｔｉ添加Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材
をコスト安く簡便に量産できるようにした点」 に大きな特徴を有している。

以下、本発明を、図面に基づき各工程の作用と共に詳述
する。

く作用〉 第１図は本発明に係るＴｉ添加Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の
製造工程例の概略を説明したものであるが、まず合金を
構成する各成分、即ちＮｂｉ板＋　Ｓｎｉ板及びＴｉ箔
（市販品でも良い）を適正比率（化学量論組成比）に積
層して多層クラッド成形素材板（全体の厚みとしては０
．１〜５１程度が適当である）が作成される。

この場合、多層クラッド成形素材板は、Ｎｂ薄板でＴｉ
箔を挟んでクラッドし、更にその上にＳｎｉ［［板がク
ラッドされた５層構造（Ｓｎ−Ｎｂ−Ｔｉ−Ｎｂ−Ｓｎ
構造）とされる。

ここで、成形素材板を５ｎ−Ｎｂ−Ｔｉ−Ｎｂ−Ｓｎな
る５層積層構造としたのは次の理由による。即ち、Ｓｎ
板とＮｂ板を外側層とすることにより、拡散熱処理の際
にまずＳｎとＮｂが優先的に短時間で拡散反応し、その
後比較的長い時間でＴｉの拡散反応が起きるようになる
が、このような形態で拡散反応が起きると、得られる製
品の超電導特性は他の場合に比べて一段優れたものとな
る。更に、成形素材板の層配列が上記配列であると、ク
ラッド圧延及び線材化加工も他の配列に比べて容易にな
る。つまり、成形素材板の層配列として５ｎ−Ｔｉ−Ｎ
ｂ−Ｔｉ−Ｓｎの形態も考えられるが、このような層配
列ではクラッド圧延や線材化加工の際にＴｉ箔が局部的
に薄く延ばされる傾向を見せ、断面方向の適正成分比率
が崩れがちとなる。また、このような層配列では上記拡
散反応が起きにくくなって得られる製品の臨界電流密度
値（Ｊｃ値）が悪化する。そして、これを防止しようと
するとクラッド圧延及び線材化加工の条件を格別に厳し
く調整する必要が生じ、工業的に得策とは言えない。ま
た、Ｎｂ板を外側に出したＮｂ−５ｎ−Ｔｉ−Ｓｎ−Ｎ
ｂなる成形素材板の層配列も考えられなくはないが、こ
のようにＮｂ板を外側に出しＳｎ板を内側に入れてクラ
ッドを圧延を行うと、内部のＳｎ板が圧延方向に蛇行す
る傾向を見せ、圧下率の増加と共にその蛇行振幅が増加
して遂には外側のＮｂ板（層）を破断させて健全なりラ
ッドを得ることができない。

さて、上述のように多層クラッド成形素材板が作成され
ると、次に該多層クラッド成形素材板は細かくチップ状
に裁断（打ち抜き等も含む）される。

裁断形状は第１図に示すような四角形の他、円形、楕円
形、三角形、多角形、星形等の何れであっても良い。ま
た、その寸法は、直径１辺若しくは対角線の長さで１〜
５０ｍ程度が適当であるが、次工程の緻密化する際に使
用する例えばプレスの容量等によって適宜な寸法を採用
することができ（要するに、拡散処理を施す前の緻密体
において構成金属同士が十分に拡散し合える距離にまで
接近した微細組織が得られる程度に強加工できるのであ
れば、チップ状細片の寸法は大きくても良い）、格別に
制限はされない。

次に、これらチップ状細片を寄せ集め、まとめて押出や
圧延等により十分な加工度で加圧成形すれば、チップ状
積層体細片の寄せ集め体からなる成形原料は何処を取っ
ても適合組成となっていて偏析状態がないため、微細で
均一な結合組織の緻密体が得られる。そして、この緻密
体は構成金属同士が未だ拡散し合わずに混合したままの
状態であるので加工性が良く、更なる加工が極めて容易
に行える。なお、チップ状細片の押圧成形に際しては、
これらをシース材である中空管に充填しておくのが適当
であるが、そのまま例えば押出し用コンテナに充填して
棒材等としても良い。ただ、シース材を用いる場合には
その材質の選択が重要であって、機械的特性としてはチ
ップ状細片との変形抵抗の差が小さい材料が選ばれ、最
終的にシース材の化学的除去（腐食、蒸発等）を行う場
合にはチップ状細片と異なる化学的特性を有した金属や
合金が選ばれる。

そして、加圧成形して得られた緻密体は通常の塑性加工
（引抜、圧延、スウェージング加工等）によって線材化
され、目的の寸法とされる。この場合、成形素材たる緻
密体は拡散し合わずに混合したままの状態であるので加
工性が良く、円滑な加工が行われることは前述した通り
である。

続いて、所望寸法に加工された緻密体に最終工程として
の拡散熱処理を施せば、緻密体を構成する各構成金属同
士は前述したような拡散反応を起こし、どの部分を取っ
ても成分組成が均一なＴｉ含有Ｎｂ３Ｓｎ金属間化合物
線材となり、優れた超電導特性を示すようになる。

次いで、本発明を実施例によって更に具体的に説明する
。

〈実施例〉 まず、厚さ１５ＱのＴｉ箔を０．５ｗのＮｂ板で挟み、
更にこれを０．３ｍｍ厚のＳｎ板で挟んでクラッド圧延
し、５層構造（Ｓｎ−Ｔｉ−Ｎｂ−Ｔｉ−Ｓｎ）のクラ
ツド板を製作した。なお、５層構造クラツド板の仕上が
り厚さは０．２鶴であり、各層の厚さから求められる断
面方向の化学成分組成はＮｂ　：　７５．２ａｔ％、　
Ｓｎ　：　２３ａｔ％、　Ｔｉ　：　１．８ａｔ％であ
った。

次に、上記クラツド板を約５ｍ角の細片に裁断し、それ
らを銅合金シース（内径３０■、外径４０鶴）に充填し
た後、押出加工及び引抜加工を行って直径０．１ｍのＮ
ｂ−５ｎ−Ｔｆ複合緻密体線材とした。この際、線材化
工程における塑性加工性は良好で、加工度Ｒ＝９Ｘ１０
’（但し、Ｒ＝初期断面積／最終断面積）まで容易に線
材化加工を実施することができた。

続いて、得られた線材にｒ（９５０℃×８分）＋（８２
５℃×４日）」なる条件の熱処理を施してＡ１５型金属
間化合物線材とした後、超電導特性を測定した。

また、比較のため、Ｔｉ無添加Ｎｂ＊Ｓｎ！ｈｉ材及び
アーク溶解により得られたＮｂ−Ｔｉ合金を用いたＴｉ
添加Ｎｂ、Ｓｎ線材（本発明例のものと同じ化学成分組
成）も同じ方法で作成し、下記条件の熱処理後、その超
電導特性を測定した。

Ｔｉ無添加Ｎｂ５Ｓｎ線材： （９５０℃×８分）＋（７２５℃×４日）。

Ｔｉ合金添加Ｎｂ３Ｓｎ線材： （９５０℃×８分）＋（７７５℃×４日）。

これらの測定結果を、臨界電流密度と負荷磁界との関係
（Ｊｃ特性）で整理し、第２図に対比して示した。

この第２図からも明らかなように、本発明法に従うと簡
易な手段によって十分に優れたＪｃ特性を有するＮｂ、
Ｓｎ系超電導線材が得られることを確認できる。

なお、これとは別に、層配列を５ｎ−Ｔｉ−Ｎｂ−Ｔｉ
−Ｓｎとした成形素材板を使用した以外は本発明実施例
と同様条件でもＴｉ添加Ｎｂ：＋５ｎｌｆｌＳ材を製造
し、この線材と本発明実施例線材（上記Ｔｉ箔積層添加
Ｎｂ３Ｓｎ線材）及びＴｉ無添加Ｎｂ３Ｓｎ！ｌｊｉ材
との負荷磁界：１４Ｔｅｓｌａ＋温度：４．２Ｋ　の条
件下での臨界電流密度を比較したところ、 Ｔｉ箔積層添加Ｎｂ３Ｓｎ線材（本発明材）・・　３　
Ｘ１０’Ａ／ｃｄ。

Ｔｉ無添加Ｎｂ３Ｓｎ線材（比較材） ・・・　１．５Ｘ１０’Ａ／ａｊ。

・・・２　Ｘ１０’Ａ／ｄ。

なる結果が得られた。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、特殊な設備の
導入を要することなく、通常の加工設備でもって性能の
優れたＴｉ添加Ｎｂ＋Ｓｎ趙電導線材を簡便かつ安定し
て量産することが可能となるなど、産業上極めて有用な
効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る難加工性合金成形品の製造例を
説明した概念図である。 第２図は、実施例にて製造された起電導線材のＪｃ特性
を比較材と対比して示したグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｎｂ薄板にてＴｉ箔を挟んでクラッドし、更にその上に
   Ｓｎ薄板をクラッドすることによってＮｂ、Ｓｎ及びＴ
   ｉの割合が目的とする材料の化学組成比となる５層構造
   積層板を作成した後、これを細片に裁断し、次にこれら
   を寄せ集めて加圧成形してから塑性加工による線材化を
   行い、その後拡散熱処理を施すことを特徴とする、Ｔｉ
   添加Ｎｂ＿３Ｓｎ超電導線材の製造方法。