JPH04132117A - Ｎｂ↓３Ｘ多芯超電導線の製造方法 - 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、たとえば核融合炉およびＳＭＥ　Ｓ用など
の超電導線材として用いることのできるＮｂ３Ｘ多芯超
電導線の製造方法に関するものである。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］Ｎｂ
３Ａｔ超電導材料は、３０Ｔを越えると言われている高
い臨界磁界を有しており、歪特性もＮｂ３Ｓｎより良好
なことから、ＮｂＴｉおよびＮｂ３　Ｓｎに続く第３の
実用的な超電導材料として期待されており、特に核融合
炉の超電導用マグネット用線材として期待されている。

また近年、Ｎｂ３Ａｔ超電導線において、ＮｂおよびＡ
ｔの厚みを０．１μｍ程度にまで薄くすると、臨界電流
密度が上昇し、Ｎｂ３　Ｓｎの臨界電流密度と同等か、
あるいはこれを越える高い値が得られると報告されてい
る。

しかしながら、工業的にはＮｂとＡｔの加工性が良くな
いため、長尺化が困難であり、長尺の超電導線として得
ることができないという問題があった。ジェリーロール
法およびＮｂパイプ法等により、Ｎｂ、ＡＩの長尺線材
化が試みられているが、未だ十分な成果は得られていな
い。また、Ｃｕ−１０％Ｎｉをシースとした線材化も一
部試みられている。

一方、核融合炉の大型超電導マグネットに用いるＮｂ、
ＡＩ超電導線としては、以下に示す特徴が必要とされて
いる。

（１）　安定化材として電気抵抗の低い材料、たとえば
ＣｕまたはＣｕ合金を用いていること。

（２）　少なくとも１０００ｍ以上の長尺であること。

（３）　非端部の臨界電流密度がＮｂ３　Ｓｎ程度の４
０ＯＡ／ｍｍ２　（１２Ｔ）以上であること。

（４）　数十μｍの径のフィラメントが分散した多芯構
造であること。

このような特徴を備えた線材を製造するため、従来、バ
イブ伸線法等が試みられてきた。しかし、従来の方法で
は伸線時に、フィラメントを形成するためのセグメント
相互の密着性が不足し、線材加工中に断線がしばしば発
生するという問題があった。

この発明の目的は、かかる従来の問題点を解消し、高い
臨界電流密度を備えながら、より長尺の線材を作成する
ことができるＮｂ３Ａｔ等のＮｂ３Ｘ多芯超電導線の製
造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明に従うＮｂ３Ｘ多芯超電導線の製造方法は、Ｎ
ｂ金属またはＮｂ合金からなるＮｂ含有基材と、Ｎｂと
反応して超電導性を示す化合物を作る元素Ｘまたは元素
Ｘを含む合金からなるＸ含有基材を接触させてなる第１
の線材を、ＣｕまたはＣｕ合金からなる安定化材で覆う
ことにより第２の線材を形成する工程と、第２の線材を
ＣｕまたはＣｕ合金の筒材内に複数本束ねて充填した後
、筒材を縮径加工して第３の線材を形成する工程と、第
３の線材を、断面減少率を段階的に減少させながら縮径
加工して第４の線材を形成する工程と、第４の線材を加
熱処理してＮｂ３Ｘを形成する工程とを備えている。

Ｎｂと反応して超電導性を示す化合物を作る元素Ｘとし
ては、たとえばＡＬ、ＳｎまたはＧｅなどがある。

Ｎｂ合金および／または元素Ｘを含む合金中の含有合金
元素としては、Ｔｔ、ｓｉ、Ｈｆｓ　Ｔａ、ｉＺｒ、Ｍ
ｇまたはＢｅなどが挙げられる。

この発明に従うＮｂ、Ｘ多芯超電導線の製造方法におい
て、第２の線材を第３の線材に縮径加工する方法として
、たとえば押出し加工等が望ましい。

また、この発明に従う第３の線材を、断面減少率を段階
的に減少させながら縮径加工していく方法として、たと
えば、断面減少率を２０±５％、１５±５％および１０
±５％の順で段階的に減少させていく方法がより好まし
い。

さらに、この発明に従う第３の線材の縮径加工には、様
々なダイスを用いることができるが、特に、ダイヤモン
ドダイス、高圧ダイスまたはローラーダイスを用いると
、この発明の目的をより効果的に達成することができる
。

［作用］ この発明に従って得られるＮｂ３Ｘ多芯超電導線では、
第１の線材を覆う安定化材および筒材がマトリックスと
なり、その中に加熱処理により第１の線材から形成され
るＮｂ３Ｘフイラメントが埋込まれている。安定化材お
よび筒材を形成するＣｕまたはＣｕ合金は、電気抵抗が
低くマトリックスとして最適である。また、第１の線材
を覆うＣｕまたはＣｕ合金は、多芯線加工を行なう上で
互いの密着性が良く、加工性の点からも優れている。

また、この発明において、第２の線材を複数本束ねて筒
材内に充填した後、この筒材の縮径加工に押出し加工等
の強加工を施せば、多芯構造を形成する金属組織の密着
性が向上する。したがって、押出し加工等で強加工を施
された線材は、その後の縮径加工に適切なものとなる。

この発明では、以上のようにして得られた多芯線を最終
的に望みの線径とするため、縮径加工を行なう。この縮
径加工では、線材の伸びに応じて加工時の断面減少率を
減少させていく。ＮｂおよびＸで構成されているフィラ
メントは、縮径加工を受けるにしたがって伸びにくくな
るので、高い断面減少率のまま縮径加工を続けていくと
、断線が発生し易くなる。そこで、段階的に断面減少率
を減少させて縮径加工することにより、断線の発生を押
さえている。

また、本発明者らは、上記縮径加工にダイヤモンドダイ
ス、高圧ダイスおよびローラーダイスを用いると、極め
て効果的であることを見出した。

ダイヤモンドダイスでは、材料加工時にダイスと材料の
間に発生する摩擦が小さく、そのため線材の断線を防止
することができる。また、第４図に示す高圧ダイスでは
、ダイス中の長手方向の伸線に対してダイス面からの材
料への圧力が、第５図に示す従来のアロイダイスまたは
ダイヤモンドダイスに比べて大きい。したがって、加工
性が向上し、断線を抑制することができる。さらに、第
６図に示すローラーダイスでは、加工時の引抜き力が小
さくてすむ。したがって、材料の伸びが小さくなってき
ても、引抜き力が弱いため、断線の発生を抑えることが
できる。これら３種のダイスをそれぞれ用いて縮径加工
をすれば、以上の理由で、加工時の断線を防ぐことがで
き、より長尺の超電導線を得ることができる。

［実施例］ （実施例１） まず、第１図に示すように、ジェリーロール法に従って
Ｎｂ箔１とＡＩ箔２をＣｕ棒材３の周囲に互いに一層ず
つ重ねて巻き、巻き上がったものをＣｕパイプ４中に挿
入し、伸線加工した。その結果、第２図に示すような断
面を有するセグメント線材５を得た。図に示すように、
セグメント線材５は、中心と外周にＣｕからなるマトリ
ックス６を備え、このマトリックス６間にＮｂ箔１とＡ
棗箔２が一層ずつ渦巻状に重なっている。

このようにして得られた３ｍｍφのセグメント線材３６
０本を１２０ｍｍφＸ１００ｍｍφの大型Ｃｕビレット
内に挿入し、ビレット内部を真空引きした後、電子ビー
ム溶接で開口部を塞いだ。

次に、シールされたビレットについて静水圧押出しを行
ない、６０ｍｍφの線材を得た。その後、得られた線材
について２０％の断面減少率で３ｍｍφまで縮径加工し
、次に、１５％の断面減少率で１．５ｍｍφまで、最後
に、７％の断面減少率で０．８ｍｍφまで、縮径加工し
た。縮径加工にはアロイダイスを用いた。第３図はこの
ようにして得られた線材の断面図である。図に示すよう
に、線材９は、Ｃｕからなるマトリックス７中にＮｂ。

ＡｔおよびＣｕで構成されるフィラメント８が３６０本
埋込まれた構造である。

一方、比較例として、同様にアロイダイスを用い、６０
ｍｍφの線材を２０％の断面減少率で０゜８ｍｍφまで
縮径加工した。

表１に実施例および比較例について、それぞれの加工段
階における線径と断線回数を示す。表に示すように、実
施例では６０ｍｍφから０．８ｍｍφまでの加工の間に
、合計２回の断線が発生した。一方、比較例では６０ｍ
ｍφから０．　８ｍｍφまでの加工の間に、合計１２回
の断線が発生した。また、実施例では０．８ｍｍφの線
材として９００ｍの単長を得ることができたが、比較例
では１００〜２００ｍの単長しか得ることができなかっ
た。以上の結果より、この発明によれば、より長尺の線
材を容易に製造できることが明らかになった。

表１ （実施例２） 各種ダイスによる長尺化について検討した。ダイスとし
て、アロイダイス、ダイヤモンドダイス、高圧ダイスお
よびローラーダイスの４種を用い、それぞれについて伸
線加工性を調査した。加工に用いた線材は、ジェリーロ
ール法に従い、Ｃｕの周囲にＮｂ箔とＡｔ箔を一層ずつ
重ねて巻き、ＣＵパイプ内に挿入し伸線加工した１ｍｍ
φのセグメント線材を１６９本、２５．５ｍｍφＸ２３
゜ＱｍｍφのＣｕパイプ中に挿入して、冷間で３ｍｍφ
までアロイダイスで縮径加工したものである。

このようにして得られた３ｍｍφの線材を、断面減少率
２０％でＱ１ｇｍｍφまでそれぞれのダイスを用いて伸
線加工した。伸線加工の結果、それぞれのダイスで断線
した回数と得られた平均単長について表２に示す。表に
示すように、ダイヤモンドダイス、高圧ダイスおよびロ
ーラーダイスは、いずれもアロイダイスより断線回数が
少なく、平均単長も長くなっている。したがって、ダイ
ヤモンドダイス、高圧ダイスおよびローラーダイスはア
ロイダイスよりも長尺の線材を形成し易いことが明らか
となった。

表２ ぞれのダイスで断線した回数と得られた平均単長につい
て表３に示す。アロイダイスでは、実験の結果、２００
ｍの平均単長しか得られなかったが、ダイヤモンドダイ
ス、高圧ダイスおよびローラーダイスでは、いずれも７
００ｍ以上の単長が得られた。７００ｍ以上の線材は実
用線材として十分使用できる長尺線材であった。

表３ （実施例３） 実施例１で静水圧押出しを行なって得られた６０ｍｍφ
の線材を、アロイダイス、ダイヤモンドダイス、高圧ダ
イスおよびローラーダイスをそれぞれ用いて縮径加工し
た。縮径加工は、断面減少率２５％で６０ｍｍφから２
ｍｍφまで、次に断面減少率１７％で２ｍｍφから１．
２ｍｍφまで、最後に断面減少率１０％で１．２ｍｍφ
から０゜８ｍｍφまでと段階的に行なった。加工時にそ
れ（以下余白） 実施例３において、伸線加工の各段階で得られた線材に
ついて、８００℃×１０時間の加熱処理を行ない、得ら
れた線材の非銅部の１２Ｔ、４゜２にでの臨界電流密度
を測定した。その結果を第７図に示す。図に示すように
、すべてのダイスにおいて、加工によって線径か細くな
るにつれ、臨界電流密度が高くなっている。また、ダイ
ヤモンドダイス、高圧ダイスおよびローラーダイスを用
いれば、１ｍｍφ以下で３００Ａ／ｍｍ２以上の高い臨
界電流密度が得られることが明らかとなった。一方、ア
ロイダイスではそれほど高い臨界電流密度が得られず、
フィラメントの断線等が発生している可能性が考えられ
た。

なお、以上の実施例においては、この発明に従う第１の
線材をジェリーロール法に従ってＮｂ箔とＡｔ箔を巻上
げたものとしたが、これに限定されるものではなく、た
とえば、複数のＮｂ細線とＡｔ細線を撚線としたものや
、束ね合せたものでもよい。また、上記実施例に示した
セグメント線材は、中心のＣｕ棒材料がないものでもよ
く、たとえば、Ｎｂ箔とＡｔ箔が巻かれたものにＣｕ製
のパイプが被せられた構造のものでもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明に従えば、電気抵抗の低
いＣｕまたはＣｕ合金からなるマトリックス中に、数十
μｍ径のフィラメントが分散した多芯構造のＮｂ３Ｘ超
電導線を製造することができる。しかも、線材を縮径加
工するに当り、断面減少率を段階的に減少させながら加
工していくので、無理な引張力がかからず、断線が防止
され、より長尺の超電導線を製造することができる。ま
た、この縮径加工において、ダイヤモンドダイス、高圧
ダイスまたはローラーダイスを用いることで、さらに加
工時の断線を防ぐことができ、加工線の長尺化を一層図
ることができる。そして、所望の線径まで縮径加工の後
、適当な条件で加熱処理された線材は、上述したように
高い臨界電流密度を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従う実施例において、ジェリーロ
ール法に従いセグメント線材を形成する工程を模式的に
示す斜視図である。 第２図は、第１図に示す工程により得られたセグメント
線材の断面図である。 第３図は、この発明に従う実施例において、多芯線の縮
径加工が終了して得られた線材の断面図である。 第４図は、高圧ダイスを示す模式図である。 第５図は、アロイダイスを示す模式図である。 第６図は、ローラーダイスを示す模式図である。 第７図は、この発明に従う実施例において、得られた線
材の直径と非銅部当りの１２７．　４．　２にでの臨界
電流密度の関係を示す図である。 図において、１はＮｂ箔、２はＡＩ箔、３はＣＵ棒材、
４はＣｕパイプ、５はセグメント線材、６および７はマ
トリックス、８はフィラメント、９は線材を示す。 第１図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｂ金属またはＮｂ合金からなるＮｂ含有基材と
   、Ｎｂと反応して超電導性を示す化合物を作る元素Ｘま
   たは元素Ｘを含む合金からなるＸ含有基材を接触させて
   なる第１の線材を、ＣｕまたはＣｕ合金からなる安定化
   材で覆うことにより第２の線材を形成する工程と、 前記第２の線材をＣｕまたはＣｕ合金の筒材内に複数本
   束ねて充填した後、前記筒材を縮径加工して第３の線材
   を形成する工程と、 前記第３の線材を、断面減少率を段階的に減少させなが
   ら縮径加工して第４の線材を形成する工程と、 前記第４の線材を加熱処理してＮｂ＿３Ｘを形成する工
   程とを備えるＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。
2. （２）前記第３の線材の縮径加工が、断面減少率２０±
   ５％、１５±５％および１０±５％の順で段階的に行な
   われるＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。
3. （３）前記第３の線材の縮径加工がダイヤモンドダイス
   を用いて行なわれるＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法
   。
4. （４）前記第３の線材の縮径加工が高圧ダイスを用いて
   行なわれるＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。
5. （５）前記第３の線材の縮径加工がローラーダイスを用
   いて行なわれるＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。
6. （６）前記元素Ｘが、Ａｌ、ＳｎおよびＧｅからなるグ
   ループより選ばれる少なくとも１種である、請求項１に
   記載のＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。
7. （７）前記Ｎｂ合金および／または前記元素Ｘを含む合
   金中の含有合金元素が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒ
   、ＭｇおよびＢｅからなるグループより選ばれる少なく
   とも１種である、請求項１に記載のＮｂ＿３Ｘ多芯超電
   導線の製造方法。