JPH041446B2

JPH041446B2 -

Info

Publication number: JPH041446B2
Application number: JP58209744A
Authority: JP
Inventors: Ko Azuma; Katsuyuki Kaiho; Kenichi Koyama; Nobuyuki Sadakata; Yoshimitsu Ikeno; Tsukasa Kono
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1983-11-08
Filing date: 1983-11-08
Publication date: 1992-01-13
Also published as: JPS60101814A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景 ● 技術分野この発明はNb₃Sn系超電導線材の製造方法に関
するものである。合金系超電導材料より、数々の超電導特性面で
優れているといわれる金属間化合物系の超電導材
料は、その加工性の悪さから、従来、実用化が困
難なものであつたが、未だ金属間化合物となつて
いない複合状態で加工を加え、その加工後に拡散
熱処理を加えて金属間化合物を生成させるといつ
た金属の拡散反応を利用した製造方法の開発によ
り広く実用化されるに至つた。 ● 先行技術およびその問題点上記金属化合物系超電動材料の中でも、臨界温
度（Tc）が高く、しかも強磁界発生が容易なも
のの１つとしてNb₃Sn系超電導材料があり、この
Nb₃Sn系超電導材料を用いた超電導線の代表的製
造方法として従来、ブロンズ法とSnメツキ法が
知られている。前者のブロンズ法は、望ましくは
10〜15wt％程度のSn濃度を有するCu−Sn合金
（ブロンズ）の基地中にNbフイラメントを配して
所定の線径の複合線を作り、その後拡散熱処理を
施してCu−Sn合金基地中のSnを拡散させて
Nb₃Snフイラメントを有する超電導線を得る方法
である。また、後者のSnメツキ法は、純Cu（ある
いはCu−Sn合金）基地中にNbフイラメントを配
して所定の線径とした後、Cu基地の外周上にSn
メツキを施し、その後拡散熱処理を施して外側の
Snメツキ層からCu基地を介してSnを拡散させて
Nb₃Snフイラメントを有する超電導線を得る方法
である。ところが上記ブロンズ法とSnメツキ法で代表
されるNb−Snの拡散反応で生成されるNb₃Sn
は、10T（テスラ）までの外部磁界では高い臨界
電流（Jc）を示すが、それより高い磁界のもとで
は、Jc値が急激に低下するといわれてきた。ところで最近、Nbフイラメントあるいはブロ
ンズ基地中にNb、Sn以外の第３元素（例えば
Ti、Si、Hf）を添加すると10T近傍以上の高磁
界域においてJc値の低下割合を改善できることが
判明してきた。（Ti添加に関しては特開昭57−
54260号明細書および第１図参照、Si添加に関し
ては特開昭57−54259号明細書、Hf添加に関して
は特開昭56−69721号および特開昭56−69722号明
細書を各々参照）しかし、Nbフイラメントある
いはブロンズ基地中にTi等を直接添加すると、
加工性が低下し、伸線加工に問題を生じる虞れが
ある。また本発明の出願人は、特開昭57−194404号明
細書において、線材内部にSnメツキを施した複
合線を挿入する方法を提供した。すなわち、超電
導金属間化合物を構成する２種以上の金属元素の
内一方の金属元素からなる１本以上の芯材を、他
方の金属元素を含有する銅合金もしくは実質的に
銅からなる基地中に配して複合素線を作り、その
複合素線の表面に前記他方の金属元素をメツキし
てメツキ複合線を作り、さらにそのメツキ複合線
を複数本集合するとともに所定の径まで縮径した
後、拡散熱処理を施して前記超電導金属間化合物
を生成させることを特徴とする方法である。発明の目的この発明は、上記した第３元素の添加によるJc
値の改善に関する結果に基づくとともに、本発明
者が先に提案した方法を発展させて完成したもの
で、第３元素の添加を行つた場合でも縮径加工性
を良好にできるとともに高磁界域において高いJc
値を有するNb₃Sn系超電導線材を得ることができ
る製造方法を提供することを目的とする。すなわち、この発明の方法はNb₃Sn形成のため
の拡散熱処理時に第３元素の拡散を行つて、それ
以前には第３元素をメツキ層状態で維持してCu
−SnもしくはCu基地内へ拡散させないようにす
ることにより、第３元素の拡散以前の縮径加工を
容易にして、高磁界でのJc値を向上させた超電導
線材を容易に得ることができるようにしたもので
ある。発明の具体的説明および作用以下に、添加する第３元素をTiとした場合に
おけるNb₃Sn系超電導線材の製造を例にとつてこ
の発明の方法を説明する。まず、第２図Ａに示すような棒状あるいは線状
のNb芯材１の表面にメツキ法により必要な厚み
のTiメツキ層２を形成してNb基芯材３を形成す
る。このNb基芯材３をSn含有量の低い加工性の
よいCu−Sn合金もしくはCu製の中空パイプ（基
地）４に第２図Ｂに示す如く挿入し、必要に応じ
てスエージング加工、伸線・引抜加工等の縮径加
工を施して、第２図Ｃに示すように基地４にNb
基芯材３が埋込まれた複合素線５を作製する。次
いで複合素線５を第２図Ｄに示すように複数本集
合してSn含有量の低い加工性のよいCu−Sn合金
もしくはCu製の中空パイプ（基地）６に挿入し、
スエージング加工、伸線・引抜加工等の縮径加工
を施して所望の線径すなわち最終的に得るべき超
電導線の径とほぼ等しい径の多芯複合素線７を得
る。上記の縮径加工において、Tiメツキ層２は
パイプ４，６の加工性に影響を与えない。なお、
パイプ４，６はSn含有量が低く加工硬化も少な
いため、上記各縮径加工は容易である。次に上記多芯複合素線７の表面にメツキ法によ
り所望の厚みのSnメツキ層１０を第２図Ｆに示
すように形成して複合線材１１を作製し、この複
合線材１１に拡散熱処理を施して超電導線材を得
る。この拡散熱処理によつてパイプ４，６内の
SnとSnメツキ層１０のSnが拡散してNb芯材１の
周囲にNb₃Sn−Ti層が形成される。なお、
Nb₃SnはNb芯材１の周囲に形成されるがこの周
囲にTiメツキ層２があるため、Nb₃Sn−Ti層の
形成も容易である。発明の他の具体例第３図は、この発明の方法において、複合素線
の集合を２回行う場合の例について示したもので
ある。すなわち、第２図Ｅに示す複合素線を一次
複合素線７′とし、この一次複合素線７′を複数本
集合して無酸素銅パイプ８に第３図Ｆに示す如く
挿入し、必要に応じてスエージング加工、伸線・
引抜加工等の縮径加工を施して所望の線径すなわ
ち最終的に得るべき超電導線の径とほぼ等しい径
の二次複合素線９を第３図Ｇに示す如く得る、次
にこの二次複合素線９の表面にメツキ法により所
望の厚みのSnメツキ層１０′を第３図Ｈに示すよ
うに形成して多芯複合素線１１′を作製し、この
後に拡散熱処理を施してNb₃Sn金属間化合物を形
成させてNb₃Sn−Ti層を形成する。なお、上記した実施例においては中空パイプ４
に一本のNb基芯材３を挿入したが、第４図に示
すような孔１２ａを複数形成した中空パイプ１２
に複数のNb基芯材３′を挿入した多芯化も可能で
あり、この多芯化したものを第２図Ｃ〜Ｆの順で
加工することにより超電導線材を作製してもよ
い。なおまた、Tiメツキ層２の形成に当つては、
化学メツキ、真空蒸着、CVD法等種々の方法を
用いることができる。さらに、メツキ層２はTi
の他にSi、Hf、Al、Zr、Inで構成してもよい。
さらに、拡散熱処理は具体的には、真空中もしく
は不活性ガス雰囲気中において650〜850℃程度の
温度で20〜150時間程度の加熱を行うものとする。なおNb芯材が埋込まれる基地４，６となるべ
きパイプあるいは棒としては前述のようにCuも
しくはCu−Sn合金を用いれば良いが、Nb₃Snの
生成に必要なSn量はSnメツキ層から補給される
ためCu−Sn合金を用いる場合でもそのCu−Sn合
金は低Sn濃度のもので充分である。したがつて
加工性を良好にして縮径加工における中間焼鈍の
回数を少なくするためには、Sn濃度が10wt％未
満、より最適には8wt％以下程度のCu−Sn合金
を用いることが望ましい。またこのCu−Sn合金
としては小量のＰを含有するもの、すなわちリン
青銅を用いることもできる。以下にこの発明の実施例を記す。実施例１外径5.5mmのNb線の表面に蒸着法により5μ厚の
TiをメツキしてNb基芯材を形成し、このNb基
芯材を外径10mm、肉厚２mmのCu−6wt％Snブロ
ンズチユーブ中に挿入し、この後に外径0.9mmま
で縮径して複合素線を作製した。次にこの複合素
線を19本集合し、これらを外径10mm、肉厚0.5mm
のCu−6wt％Snブロンズチユーブに挿入し、こ
の後に外径0.9mmまで縮径して一次複合素線を作
製した。次いでこの一次複合素線を61本集合し、
これらを外径12mm、肉厚1.5mmの無酸素銅チユー
ブに挿入し、これを外径0.1mmまで縮径して二次
複合素線を作製した。ここでNb芯線の総数は
1159本であり、断面積のうちCuの占める割合は
約80％である。続いて表面に1.5μ厚のSnメツキ層
を電気メツキ法により形成してTiメツキNbコア
の多芯複合素線を作製した。なお、Nb線の表面
にTiメツキを施していないNb基心線を作製し、
上記と同様の手順により加工を行ないNbコアの
多芯複合素線を作製した。そして、上記二種類の
多心複合素線に740℃×100時間の拡散熱処理を施
して超電導線材を作製した。この二種類の超電導
線材に関して、外部磁界10T、14T、18Tにおけ
る臨界電流密度を各々測定した結果を第１表に示
す。

【表】第１表から、この発明の方法によつて作製した
TiメツキNbコアの超電導線材は、Nbコアの超
電導線材より高磁界側での特性劣化の少ないこと
が明らかであり、良好な超電導特性を有してい
る。実施例２外径3.0mmのNb線の表面にスパツタリング法に
より2μ厚のSiをメツキしてNb基芯材を形成し、
このNb基芯材を外径８mm、肉厚２mmのCu−6wt
％Snブロンズチユーブ中に挿入し、この後に外
径0.9mmまで縮径して複合素線を作製した。次に
この複合素線を19本集合し、これらを外径10mm、
肉厚0.5mmのCu−6wt％Snブロンズチユーブに挿
入し、この後に外径0.9mmまで縮径して一次複合
素線を作製した。次いでこの一次複合素線を61本
集合し、これらを外径12mm、肉厚1.5mmの無酸素
銅チユーブに挿入し、これを外径0.1mmまで縮径
して二次複合素線を作製した。ここでNb芯線の
総数は1159本であり、断面積のうちCuの占める
割合は約80％である。続いて表面に1.5μ厚のSnメ
ツキ層を電気メツキ法により形成してSiメツキ
Nbコアの多芯複合素線を作製した。なお、Nb線
の表面にSiメツキを施していないNb基芯材を作
製し、上記と同様の手順により加工を行ないNb
コアの多芯複合素線を作製した。そして、上記二
種類の多芯複合素線に740℃×80時間の拡散熱処
理を施して超電導線材を作製した。この二種類の
超電導線材に関して、外部磁界10T、14T、18T
における臨界電流密度を各々測定した結果を第２
表に示す。

【表】第２表から、この発明の方法によつて作製した
SiメツキNbコアの超電導線材は、Nbコアの超電
導線材より高磁界側での特性劣化の少ないことが
明らかであり、良好な超電導特性を有している。実施例３外径3.0mmのNb線の表面にスパツタリング法に
より1.5μ厚のHfをメツキしてNb基芯材を形成
し、このNb基芯材を外径８mm、肉厚２mmのCu−
6wt％Snブロンズチユーブ中に挿入し、この後に
外径0.9mmまで縮径して複合素線を作製した。次
にこの複合素線を19本集合し、これらを外径10
mm、肉厚0.5mmのCu−6wt％Snブロンズチユーブ
に挿入し、この後に外径0.9mmまで縮径して一次
複合素線を作製した。次いでこの一次複合素線を
61本集合し、これらを外径12mm、肉厚1.5mmの無
酸素銅チユーブに挿入し、これを外径0.1mmまで
縮径して二次複合素線を作製した。ここでNb芯
線の総数は1159本であり、断面積のうちCuの占
める割合は約80％である。続いて表面に1.5μ厚の
Snメツキ層を電気メツキ法により形成してHfメ
ツキNbコアの多芯複合素線を作製した。なお、
Nb線の表面にHfメツキを施していないNb基芯
材を作製し、上記と同様の手順により加工を行な
いNbコアの多芯複合素線を作製した。そして、
上記二種類の多芯複合素線に750℃×50時間の拡
散熱処理を施して超電導線材を作製した。この二
種類の超電導線材に関して、外部磁界10T、
14T、18Tにおける臨界電流密度を各々測定した
結果を第３表に示す。

【表】第３表から、この発明の方法によつて作製した
HfメツキNbコアの超電導線材は、Nbコアの超
電導線材より高磁界側での特性劣化の少ないこと
が明らかであり、良好な超電導特性を有してい
る。実施例４外径4.0mmのNb線の表面に蒸着法により2μ厚の
AlをメツキしてNb基芯材を形成し、このNb基
芯材を外径９mm、肉厚２mmのCu−6wt％Snブロ
ンズチユーブ中に挿入し、この後に外径0.9mmま
で縮径して複合素線を作製した。次にこの複合素
線を19本集合し、これらを外径10mm、肉厚0.5mm
のCu−6wt％Snブロンズチユーブに挿入し、こ
の後に外径0.9mmまで縮径して一次複合素線を作
製した。次いでこの一次複合素線を61本集合し、
これらを外径12mm、肉厚1.5mmの無酸素銅チユー
ブに挿入し、これを外径0.1mmまで縮径して二次
複合素線を作製した。ここでNb芯線の総数は
1159本であり、断面積のうちCuの占める割合は
約80％である。続いて表面に1.5μ厚のSnメツキ層
を電気メツキ法により形成してAlメツキNbコア
の多芯複合素線を作製した。なお、Nb線の表面
にAlメツキを施していないNb基芯材を作製し、
上記と同様の手順により加工を行ないNbコアの
多芯複合素線を作製した。そして、上記二種類の
多芯複合素線に750℃×50時間の拡散熱処理を施
して超電導線材を作製した。この二種類の超電導
線材に関して、外部磁界10T、14T、18Tにおけ
る臨界電流密度を各々測定した結果を第４表に示
す。

【表】第４表から、この発明の方法によつて作製した
AlメツキNbコアの超電導線材は、Nbコアの超
電導線材より高磁界側での特性劣化の少ないこと
が明らかであり、良好な超電導特性を有してい
る。実施例５外径2.0mmのNb線の表面に蒸着法により1.0μ厚
のZrをメツキしてNb基芯材を形成し、このNb基
芯材を外径７mm、肉厚２mmのCu−6wt％Snブロ
ンズチユーブ中に挿入し、この後に外径0.9mmま
で縮径して複合素線を作製した。次にこの複合素
線を19本集合し、これらを外径10mm、肉厚0.5mm
のCu−6wt％Snブロンズチユーブに挿入し、こ
の後に外径0.9mmまで縮径して一次複合素線を作
製した。次いでこの一次複合素線を61本集合し、
これらを外径12mm、肉厚1.5mmの無酸素銅チユー
ブに挿入し、これを外径0.1mmまで縮径して二次
複合素線を作製した。ここでNb芯線の総数は
1159本であり、断面積のうちCuの占める割合は
約80％である。続いて表面に1.5μ厚のSnメツキ層
を電気メツキ法により形成してZrメツキNbコア
の多芯複合素線を作製した。なお、Nb線の表面
にZrメツキを施していないNb基芯材を作製し、
上記と同様の手順により加工を行ないNbコアの
多芯複合素線を作製した。そして、上記二種類の
多芯複合素線に750℃×80時間の拡散熱処理を施
して超電導線材を作製した。この二種類の超電導
線材に関して、外部磁界10T、14T、18Tにおけ
る臨界電流密度を各々測定した結果を第５表に示
す。

【表】第５表から、この発明の方法によつて作製した
ZrメツキNbコアの超電導線材は、Nbコアの超電
導線材より高磁界側での特性劣化の少ないことが
明らかであり、良好な超電導特性を有している。実施例６外径5.5mmのNb線の表面に蒸着法により5μ厚の
InをメツキしてNb基芯材を形成し、このNb基芯
材を外径10mm、肉厚２mmのCu−6wt％Snブロン
ズチユーブ中に挿入し、この後に外径0.9mmまで
縮径して複合素線を作製した。次にこの複合素線
を19本集合し、これらを外径10mm、肉厚0.5mmの
Cu−6wt％Snブロンズチユーブに挿入し、この
後に外径0.9mmまで縮径して一次複合素線を作製
した。次いでこの一次複合素線を61本集合し、こ
れらを外径12mm、肉厚1.5mmの無酸素銅チユーブ
に挿入し、これを外径0.1mmまで縮径して二次複
合素線を作製した。ここでNb芯線の総数は1159
本であり、断面積のうちCuの占める割合は約80
％である。続いて表面に1.5μ厚のSnメツキ層を電
気メツキ法により形成してInメツキNbコアの多
芯複合素線を作製した。なお、Nb線の表面にIn
メツキを施していないNb基芯材を作製し、上記
と同様の手順により加工を行ないNbコアの多芯
複合素線を作製した。そして、上記二種類の多芯
複合素線に740℃×80時間の拡散熱処理を施して
超電導線材を作製した。この二種類の超電導線材
に関して、外部磁界10T、14T、18Tにおける臨
界電流密度を各々測定した結果を第６表に示す。

【表】第６表から、この発明の方法によつて作製した
InメツキNbコアの超電導線材は、Nbコアの超電
導線材より高磁界側での特性劣化の少ないことが
明らかであり、良好な超電導特性を有している。発明の具体的効果以上説明したようにこの発明の方法は、Nb芯
材の表面に、Ti、Si、Hf、Al、Zr、Inの中から
選択される第３元素のメツキ層を形成してNb基
芯材を形成し、上記Nb基芯材をCu−Sn合金もし
くは実質的に銅からなる基地中に配して複合素線
を作り、この複合素線を複数本集合するとともに
所定の径まで縮径した後、拡散熱処理を施して前
記超電導金属間化合物を生成させることを特徴と
するものであり、縮径加工の段階では第３金属元
素をメツキ層状態で保持させて縮径加工の障害に
ならないようにしたものであるため、第３元素を
含まない従来のNb₃Sn系超電導線材と同様な加工
手間によつて、高磁界域での臨界電流値の高い超
電導線材を得ることができるといつた優れた特長
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電導線内にTiを添加した場合とTi
を添加していない場合の各々について、従来知ら
れている磁界と電流密度との関係を示す線図、第
２図はこの発明の一実施例を段階的に示した断面
図、第３図はこの発明の他の実施例を段階的に示
した断面図、第４図は多芯化した複合線を示す断
面図である。１……Nb芯材、２……メツキ層、３……Nb基
芯材、３′……Nb基芯材、４……中空パイプ、５
……複合素線、６……中空パイプ（基地）、８…
…無酸素銅パイプ。

Claims

【特許請求の範囲】

１ Nb芯材の表面に、Ti、Si、Hf、Al、Zr、In
の中から選択される第３元素のメツキ層を形成し
てNb基芯材を形成し、上記Nb基芯材をCu−Sn
合金もしくは実質的に銅からなる基地中に配して
複合素線を作り、この複合素線を複数本集合する
とともに所定の径まで縮径した後、拡散熱処理を
施してNb₃Sn超電導金属間化合物を生成させるこ
とを特徴とするNb₃Sn系超電導線材の製造方法。