JPH04190514A - Multiple core nb3sn superconducting cable for alternating current - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
この発明は、発電機、トランス等の電力応用機器に用い
ることができる交流用Ｎｂ３ Ｓｎ超電導線に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an AC Nb3 Sn superconducting wire that can be used in power application equipment such as generators and transformers.
［従来の技術］
Ｎｂ３ Ｓｎ線材は、化合物系の超電導マグネット用線
材としてこれまで多く用いられているが、はとんどのも
のは直流用途であり、パルス用途や商用周波数用途では
現在のところほとんど使用されていない。超電導発電機
や交流機器用途にＮｂ３Ｓｎ線材を用いる場合には、Ｎ
ｂＴ ｉ線材と同様に、低交流損失化を図る必要がある
。このような低交流損失化のためには交流損失すなわち
、ヒステリシス損失と結合損失の低減か必要となる。[Prior art] Nb3Sn wire has been widely used as wire for compound-based superconducting magnets, but it is mostly used for direct current applications and is currently hardly used for pulse applications or commercial frequency applications. It has not been. When using Nb3Sn wire for superconducting generators and AC equipment, N
As with the bTi wire, it is necessary to achieve low AC loss. In order to reduce such AC loss, it is necessary to reduce AC loss, that is, hysteresis loss and coupling loss.
ヒステリシス損失の低減には、Ｎｂ３Ｓｎフィラメント
を１ミクロン以下、すなわちサブミクロン化することが
必要となり、結合損失の低減にはマトリックスの高抵抗
化が必要となる。Ｎｂ３Ｓｎ線材では、マトリックスと
してＣｕ−Ｓｎ合金が使用され、この合金はＣｕ−Ｎｉ
合金と同程度の高い抵抗を有している。このため、Ｎｂ
３Ｓｎ線材における低交流損失化の第１の問題は、フィ
ラメントのサブミクロン化となる。In order to reduce the hysteresis loss, it is necessary to reduce the Nb3Sn filament to 1 micron or less, that is, to submicron, and to reduce the coupling loss, it is necessary to increase the resistance of the matrix. In the Nb3Sn wire, a Cu-Sn alloy is used as the matrix, and this alloy is
It has high resistance comparable to alloys. For this reason, Nb
The first problem in achieving low AC loss in 3Sn wires is the submicronization of filaments.
Ｎｂ３ Ｓｎ線材においては、ブロンズ法、インサイチ
ュ−法、外部拡散法、内部拡散法、Ｎｂチューブ法、お
よび粉末法など種々の製造方法が開発されている。いず
れの製造方法においても、最終線径においてＮｂ３ Ｓ
ｎを生成させるための熱処理を施すことが必要である。Various manufacturing methods have been developed for Nb3Sn wires, such as a bronze method, an in-situ method, an external diffusion method, an internal diffusion method, an Nb tube method, and a powder method. In either manufacturing method, Nb3S is used in the final wire diameter.
It is necessary to perform heat treatment to generate n.
したがって、Ｎｂ３Ｓｎフィラメントのサブミクロン化
は、熱処理前のＮｂフィラメントをサブミクロン化して
おくことが前提となる。Therefore, making the Nb3Sn filament submicron requires that the Nb filament be made submicron before heat treatment.
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、Ｎｂフィラメントをサブミクロン化する
と、以下のような問題を生じた。[Problems to be Solved by the Invention] However, when Nb filaments are reduced to submicron sizes, the following problems arise.
■ Ｎｂフィラメントを細めると、フィラメント間隔も
狭くなるため、Ｎｂフィラメントを細める工程で、Ｎｂ
がリボン状に変形し、接触してしまう恐れがある。この
ため有効フィラメント径が大きくなり、ヒステリシス損
失か増す。■ When the Nb filament is thinned, the filament spacing also becomes narrower, so in the process of thinning the Nb filament, the Nb
may deform into a ribbon shape and come into contact with each other. This increases the effective filament diameter and increases hysteresis loss.
■ 熱処理の際、ＮｂとＳｎが反応して、Ｎｂ３Ｓｎを
形成するが、狭いフィラメント間隔であると、形成され
たＮｂ３ Ｓｎ同士が接触して、有効フィラメント径が
大きくなり、ヒステリシス損失が増す。(2) During heat treatment, Nb and Sn react to form Nb3Sn, but if the filament spacing is narrow, the formed Nb3Sn will come into contact with each other, increasing the effective filament diameter and increasing hysteresis loss.
■ 上記■および■を避けるために、フィラメント間隔
を拡げると、Ｓｎ濃度が低下し、マトリックスの比抵抗
が大きくなり結合損失が増加する。(2) In order to avoid the above (2) and (2), if the filament spacing is widened, the Sn concentration will decrease, the specific resistance of the matrix will increase, and the coupling loss will increase.
■ ■と同様に上記■および■を避けるために、フィラ
メント間隔を拡げると、Ｎｂ３ Ｓｎ以外のＣｕやＳｎ
の占有率が大きくなり、線材当たりの電流密度が低下す
る。■ Similarly to ■, in order to avoid the above ■ and ■, if the filament spacing is widened, Cu and Sn other than Nb3 Sn
occupancy increases, and the current density per wire decreases.
■ 大容量導体のためには、素線を撚り合せる必要があ
るが、素線を撚り合わせる場合においても上記■の効果
により、マトリックスの比抵抗が大きくなり、素線間の
結合損失が増加する。■ To create a large-capacity conductor, it is necessary to twist the wires together, but even when the wires are twisted together, due to the effect of ■ above, the specific resistance of the matrix increases and the coupling loss between the wires increases. .
この発明の目的は、このような従来の問題点を解消し、
フィラメント径のサブミクロン化を図り、交流損失を減
少させた交流用Ｎｂ３ Ｓｎ多芯超電導線を提供するこ
とにある。The purpose of this invention is to solve such conventional problems,
The object of the present invention is to provide an AC Nb3Sn multicore superconducting wire in which the filament diameter is submicron and the AC loss is reduced.
［課題を解決するための手段］
この発明の交流用Ｎｂ３ Ｓｎ多芯超電導線は、Ｓｎま
たはＳｎ合金部のまわりでＣｕ又はＣｕ合金部からなる
マトリックス中にＮｂまたはＮｂ合金フィラメントが埋
め込まれた構造を有し、熱処理によってフィラメントに
Ｓｎを拡散させ、Ｎｂ３Ｓｎを形成させる多芯超電導線
であり、フィラメント径が１μｍ以下であり、フィラメ
ント間の間隔がフィラメント径の７０％から１５０％で
あることを特徴としている。[Means for Solving the Problems] The AC Nb3 Sn multicore superconducting wire of the present invention has a structure in which Nb or Nb alloy filaments are embedded in a matrix made of Cu or Cu alloy parts around Sn or Sn alloy parts. It is a multicore superconducting wire in which Sn is diffused into the filament by heat treatment to form Nb3Sn, and the filament diameter is 1 μm or less, and the spacing between the filaments is 70% to 150% of the filament diameter. It is said that
［作用］
この発明では、フィラメント径が１μｍ以下であるため
ヒステリ損失が小さくなる。また、この発明では、フィ
ラメント間隔をフィラメント径の７０％から１５０％と
している。７０％未満では、Ｎｂのリボン状変形や熱処
理時のＮｂ３ Ｓｎ形成の際にフィラメント相互が接触
し、ヒステリシス損失が増加する。また、１５０％を超
えると、線材当たりのＮｂ３ Ｓｎの占有率が小さくな
り、線材当たりの電流密度を大きくとることができなく
なる。[Function] In the present invention, since the filament diameter is 1 μm or less, hysterical loss is reduced. Further, in this invention, the filament spacing is set to 70% to 150% of the filament diameter. If it is less than 70%, the filaments come into contact with each other during ribbon-like deformation of Nb and formation of Nb3Sn during heat treatment, resulting in increased hysteresis loss. Moreover, if it exceeds 150%, the occupation rate of Nb3Sn per wire becomes small, making it impossible to obtain a large current density per wire.
この発明においては、線材の外周部に高抵抗マトリック
ス部を設けることが好ましい。高抵抗マトリックス部を
設けることにより、熱処理後にＳｎが低下することによ
ってマトリックスの比抵抗−Ｒ−
が減少し、結合損失が増加することを防止することがで
きる。特に、大容量導体においては、素線間の結合損失
を低下させることが重要になる。In this invention, it is preferable to provide a high-resistance matrix portion on the outer periphery of the wire. By providing the high-resistance matrix portion, it is possible to prevent the resistivity -R- of the matrix from decreasing due to a decrease in Sn after heat treatment, thereby preventing an increase in coupling loss. Particularly in large-capacity conductors, it is important to reduce coupling loss between wires.
さらに、この発明では、Ｓｎ拡散防止バリヤ層を設ける
ことが好ましい。このようにＳｎ拡散防止バリヤ層を設
けることにより、Ｓｎ濃度を高めることができ、Ｎｂ３
Ｓｎを多く形成し、電流密度を向上させることができ
る。また、Ｎｂ３ Ｓｎを形成した後も、マトリックス
中に十分Ｓｎが残存するため、マトリックスの比抵抗が
低下することなく、結合損失を十分低くすることができ
る。Furthermore, in the present invention, it is preferable to provide a Sn diffusion prevention barrier layer. By providing the Sn diffusion prevention barrier layer in this way, the Sn concentration can be increased, and the Nb3
By forming a large amount of Sn, current density can be improved. Moreover, even after forming Nb3Sn, since Sn remains in the matrix sufficiently, the specific resistance of the matrix does not decrease, and the coupling loss can be made sufficiently low.
この発明に従えば、フィラメント径のサブミクロン化を
図ることができ、しかも交流損失を減少させることので
きる大容量の交流用Ｎｂ３ Ｓｎ多芯超電導線とするこ
とができる。According to the present invention, it is possible to obtain a large-capacity AC Nb3 Sn multicore superconducting wire in which the diameter of the filament can be made submicron and AC loss can be reduced.
［実施例］
実施例１
図１（ａ）は、この発明の実施例のＮｂ３ Ｓｎ多芯超
電導線の全体を示す断面図である。図１（ａ）を参照し
て、Ｎｂ３ Ｓｎ多芯超電導線１が、ＣｕまたはＣｕ合
金マトリックス中に７木の２次スタック３を配置して構
成されている。[Example] Example 1 FIG. 1(a) is a cross-sectional view showing the entire Nb3Sn multicore superconducting wire according to an example of the present invention. Referring to FIG. 1(a), a Nb3Sn multicore superconducting wire 1 is constructed by arranging a secondary stack 3 of seven trees in a Cu or Cu alloy matrix.
図１は（ｂ）は、図１（ａ）のＮｂ３Ｓｎ多芯超電導線
中の２次スタックを示す断面図である。FIG. 1(b) is a cross-sectional view showing a secondary stack in the Nb3Sn multicore superconducting wire of FIG. 1(a).
図１（ｂ）を参照して、２次スタック３は、Ｃｕまたは
Ｃｕ合金マトリックス４中において、ＳｎまたはＳｎ合
金部６のまわりに６本の１次スタック５を配置させるこ
とにより構成されている。Referring to FIG. 1(b), a secondary stack 3 is constructed by arranging six primary stacks 5 around a Sn or Sn alloy portion 6 in a Cu or Cu alloy matrix 4. .
図１（Ｃ）は、図１（ｂ）の２次スタック中の１゜次ス
タックを示す断面図である。図１ （Ｃ）を参照して、
１次スタック５は、ＣｕまたはＣｕ合金マトリックス７
中に多数のＮｂフィラメント８を配置することにより構
成されている。FIG. 1(C) is a cross-sectional view showing a first degree stack in the second stack of FIG. 1(b). Referring to FIG. 1(C),
The primary stack 5 is a Cu or Cu alloy matrix 7
It is constructed by arranging a large number of Nb filaments 8 inside.
このようにして構成された線材を熱処理すると、マトリ
ックスを通りＳｎが拡散しＮｂフィラメント８との間で
拡散反応を生じてＮｂ３ Ｓｎを形成する。When the wire constructed in this manner is heat-treated, Sn diffuses through the matrix and causes a diffusion reaction with the Nb filament 8 to form Nb3Sn.
この実施例においては、表１に示すように、大きく分け
て４種類のＮｂ３ Ｓｎ多芯超電導線を作製した。すべ
ての試料は、１６９本のＮｂフィラメントを配置した１
次スタックを、ＳｎまたはＳｎ合金部のまわりに６本配
置して２次スタックを構成させている。この２次スタッ
クをさらに７本束ねてそのまま素線として用いたものと
、７本撚り合わせたものとを作製した。マトリックスと
しては、ＣｕおよびＳｎを用い、Ｎｂフィラメント径に
対し、Ｎｂフィラメント間の間隙を０．５から１．６ま
で変えている。In this example, as shown in Table 1, roughly four types of Nb3Sn multicore superconducting wires were produced. All samples were constructed using 1
Six secondary stacks are arranged around the Sn or Sn alloy portion to form a secondary stack. Seven pieces of this secondary stack were further bundled and used as strands as they were, and another piece was made in which seven pieces were twisted together. Cu and Sn are used as the matrix, and the gap between the Nb filaments is varied from 0.5 to 1.6 with respect to the Nb filament diameter.
表１に示すように、線径Ｑ、１ｍｍの素線を７本の撚線
とするか、あるいは線径０．２ｍｍの素線をそのまま素
線として用いるかにより、Ａ、Ｂ。As shown in Table 1, A and B depend on whether the wire diameter Q is 7 strands of strands with a diameter of 1 mm, or whether the strands with a wire diameter of 0.2 mm are used as they are.
ＣおよびＤのそれぞれについて、試料記号Ａ−１゜Ａ−
２、試料記号Ｂ−１，Ｂ−２、試料記号Ｃ−１、Ｃ−２
、および試料記号Ｄ−１，Ｄ−２の８種類を作製した。For each of C and D, sample symbol A-1゜A-
2. Sample symbol B-1, B-2, sample symbol C-1, C-2
, and eight types with sample symbols D-1 and D-2 were produced.
（以下余白）
＝ ９−
以下、Ａを例にして述べると、試料記号Ａ−１では、Ｎ
ｂフィラメント径０．４．ｃｚｍＳＮｂフィラメント間
隔０．２μｍとなるように１次スタックを構成した。２
次スタックでは、この１次スタック６本を、Ｓｎコア径
７μｍのＳｎまたはＳｎ合金部のまわりに配置した。さ
らに２次スタック７本を束ねて素線を製作し、０．１ｍ
ｍまで伸線した後、ツイストピッチｌ、Ｑｍｍとなるよ
うにツイストを施した線径Ｑ、１ｍｍの素線を構成し、
この素線７本を撚ピッチ３．Ｏｍｍとなるように撚り合
わせている。(Left below) = 9- Taking A as an example, for sample code A-1, N
b filament diameter 0.4. The primary stack was constructed such that the czmSNb filament spacing was 0.2 μm. 2
In the next stack, these six primary stacks were arranged around a Sn or Sn alloy part with a Sn core diameter of 7 μm. Furthermore, 7 secondary stacks were bundled to make a wire of 0.1m.
After drawing the wire to m, a wire with a wire diameter Q of 1 mm is constructed by twisting it so that the twist pitch is l, Q mm,
These 7 strands are twisted at a pitch of 3. Twisted together to make 0mm.
試料記号Ａ−２では、Ｎｂフィラメント径０゜８μｍＸ
Ｎｂフィラメント間隔０．４μｍとなるように１次スタ
ックを構成した。２次スタックでは、この１次スタック
６本をコア径１４μｍのＳｎまたはＳｎ合金部のまわり
に配置した。さらに２次スタックを７本束ねて素線を製
作し、０．２ｍｍまで伸線した後、ツイストピッチ２．
０ｍｍとなるようにツイストを施した線径Ｑ、２ｍｍ
の素線を構成し、この素線をそのまま用いて評価した。In sample code A-2, the Nb filament diameter is 0°8 μm
A primary stack was constructed such that the Nb filament spacing was 0.4 μm. In the secondary stack, six primary stacks were arranged around a Sn or Sn alloy portion with a core diameter of 14 μm. Furthermore, after bundling seven secondary stacks to produce wire and drawing it to 0.2 mm, the twist pitch is 2.
Wire diameter Q twisted to 0mm, 2mm
A strand of wire was constructed, and this strand was used as it was for evaluation.
以上と同様にして、Ｂ、 ＣおよびＤについても表１
に示すようにそれぞれ試料を作製し評価した。In the same way as above, Table 1 is also used for B, C, and D.
Samples were prepared and evaluated as shown in .
図７は、試料記号Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２およびＤ−２
におけるフィラメント間隙／フィラメント径と臨界電流
密度Ｊｃとの関係を示す図である。Figure 7 shows sample symbols A-2, B-2, C-2 and D-2.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between filament gap/filament diameter and critical current density Jc in FIG.
また図８は、試料記号Ａ−１、Ｂ−１、Ｃ−１および］
）−１におけるフィラメント間隙／フィラメント径と臨
界電流密度Ｊｃとの関係を示す図である。In addition, FIG. 8 shows sample symbols A-1, B-1, C-1 and]
)-1 is a diagram showing the relationship between filament gap/filament diameter and critical current density Jc.
図８から明らかなように、フィラメント間隔がフィラメ
ント径の１５０％以上（ｄｎ／ｄｆ＝１゜５）になると
、目安となる０、５Ｔの線材断面積あたりのＪｃ（以下
Ｊｃ （ｏｖｅｒａｌｌ）と称す）が２Ｘ１０” （
Ａ／ｍｍ２）以下の値となり、実用に適さなくなること
がわかった。このことから、フィラメント間の間隔がフ
ィラメント径の１５０％を超えると、臨界電流密度が低
下し、実用に適さなくなることがわかった。As is clear from Fig. 8, when the filament spacing becomes 150% or more of the filament diameter (dn/df = 1°5), Jc (hereinafter referred to as Jc (overall)) per wire cross-sectional area of 0 and 5T serves as a guideline. ) is 2X10” (
It was found that the value was less than A/mm2), making it unsuitable for practical use. From this, it was found that when the spacing between filaments exceeds 150% of the filament diameter, the critical current density decreases, making it unsuitable for practical use.
図９は、試料記号Ａ−２、Ｂ−２、Ｃ−２およびＩ）−
２におけるフィラメント間隙／フィラメント径と５０Ｈ
ｚ損失およびヒステリシス損失との関係を示す図である
。また図１０は、試料記号へ−１２、Ｂ−１、Ｃ−１お
よびＤ−１におけるフィラメント間隙／フィラメント径
と５０Ｈｚ損失およびヒステリシス損失との関係を示す
図である。Figure 9 shows sample symbols A-2, B-2, C-2 and I)-
Filament gap/filament diameter and 50H in 2
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between z loss and hysteresis loss. Moreover, FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the filament gap/filament diameter and the 50 Hz loss and hysteresis loss for sample symbols -12, B-1, C-1, and D-1.
図９から明らかなように、フィラメント間隔のフィラメ
ント径に対する比が７０％（ｄｎ／ｄｆ−０，７）未満
になると、目安となる０、５Ｔにおける５ ０Ｈｚの損
失が２ＸＩＱ’ （ｋＪ／ｍ”／ｃｙｃｌｅ）以上の
値となり、交流用としては過大な交流損失となることが
わかった。このため、フィラメント間の間隙がフィラメ
ント径の、７０％未満になると、実用に適さなくなるこ
とがわかった。As is clear from Fig. 9, when the ratio of the filament spacing to the filament diameter is less than 70% (dn/df-0,7), the loss at 50Hz at 0 and 5T, which is a guideline, is 2XIQ'(kJ/m'' /cycle), indicating excessive AC loss for AC use.For this reason, it was found that if the gap between the filaments was less than 70% of the filament diameter, it would become unsuitable for practical use.
以上のことから、フィラメント間隔は、フィラメント径
の７０％から１５０％の範囲内のものであれば交流用Ｎ
ｂ３Ｓｎ多芯超電導線として適することが判明した。From the above, if the filament spacing is within the range of 70% to 150% of the filament diameter, AC N
It was found that it is suitable as a b3Sn multicore superconducting wire.
実施例２
１２ 一
実施例１で作製した試料記号Ｂ−２と同様のもので、２
次スタックの外周にＳｎ拡散防止バリヤ層を設けたもの
（試料記号Ｂ−３） 、および３次スタックの外周にＳ
ｎ拡散防止バリヤ層を設けたもの（試料記号Ｂ−４）を
作製した。Example 2 12 Same as sample code B-2 prepared in Example 1, 2
A Sn diffusion prevention barrier layer is provided around the outer periphery of the secondary stack (sample symbol B-3), and an S
A sample provided with an n-diffusion prevention barrier layer (sample code B-4) was produced.
図２は、試料記号Ｂ−４の断面図を示している。FIG. 2 shows a cross-sectional view of sample symbol B-4.
図２を参照して、Ｎｂ３ Ｓｎ多芯超電導線１１は、７
本の２次スタック１２のまわりをＳｎ拡散バリヤ層１４
で覆い、さらに線材の外周を高抵抗マトリックス部１３
で覆うことにより構成されている。Referring to FIG. 2, the Nb3Sn multicore superconducting wire 11 has 7
A Sn diffusion barrier layer 14 is placed around the secondary stack of books 12.
The outer periphery of the wire is covered with a high-resistance matrix part 13.
It is constructed by covering it with
図３は、試料記号１３−３を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing sample symbol 13-3.
図３を参照して、Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線１５は、高抵
抗マトリックス部１７中に２次スタック１６を７本配置
し、２次スタック１６のまわりにＳｎ拡散バリヤ層１８
を形成することにより構成されている。Referring to FIG. 3, the Nb3Sn multifilamentary superconducting wire 15 has seven secondary stacks 16 arranged in a high resistance matrix part 17, and a Sn diffusion barrier layer 18 around the secondary stacks 16.
It is constructed by forming.
Ｓｎ拡散バリヤ層は、ＴａまたはＴａ合金により形成さ
れている。The Sn diffusion barrier layer is made of Ta or a Ta alloy.
これらの試料記号Ｂ−２、Ｂ−３およびＢ−４について
それぞれＪ ｃ （ｏｖｅ ｒａ ｌ ｌ）を評価し、
表２に示した。Evaluate J c (over ra l l) for each of these sample symbols B-2, B-3 and B-4,
It is shown in Table 2.
（以下余白）
表２から明らかなように、Ｓｎ拡散防止バリヤ層を有す
る試料記号Ｂ −，３およびＢ−４は、Ｓｎ拡散バリヤ
層を有しない試料記号Ｂ−２よりも高いＪｃを示してお
り、Ｓｎ拡散防止バリヤ層を設けることによりＪｃが向
上することが確かめられた。(Left below) As is clear from Table 2, sample symbols B-, 3, and B-4, which have Sn diffusion prevention barrier layers, show higher Jc than sample symbol B-2, which does not have Sn diffusion barrier layers. It was confirmed that Jc was improved by providing a Sn diffusion prevention barrier layer.
実施例３
実施例１で作製した試料記号Ｂ−１をさらに７本よりし
たものと、Ｂ−１の素線と同様の構成で素線の外周部の
みをＣｕ−１０％Ｎｉの高抵抗層で覆った素線を７×７
本撚りして同様の撚線にしたものとを作製した。Example 3 Sample code B-1 produced in Example 1 was further twisted into seven wires, and had the same configuration as the wire of B-1, but only the outer periphery of the wire was coated with a high resistance layer of Cu-10%Ni. 7x7
A similar twisted wire was prepared by main twisting.
図４は、このようにして得られた撚線を示す断面図であ
る。素線２１を７本撚り合わせてＮｂ３Ｓｎ多芯超電導
線２０とし、このＮｂ３ Ｓｎ多芯超電導線をさらに７
本撚り合わせて丸撚線３０としている。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the stranded wire thus obtained. Seven wires 21 are twisted together to form a Nb3Sn multicore superconducting wire 20, and this Nb3Sn multicore superconducting wire is further twisted into seven
A round twisted wire 30 is obtained by actually twisting the wires together.
これらの撚線を撚り合わせた後、熱処理を施して、５０
Ｈｚ損失を測定し、結合損失を評価した。After twisting these strands together, heat treatment is applied to
The Hz loss was measured and the coupling loss was evaluated.
これらは、フィラメント径およびＳｎ濃度等が同一であ
り、ヒステリシス損失が変わらないので、以下の式によ
り結合損失を求めた。Since these have the same filament diameter, Sn concentration, etc., and the hysteresis loss does not change, the coupling loss was determined using the following formula.
（５ＱＨｚ損失）−（ヒステリシス損失）−（結合損失
）
表３に、±０．５Ｔ、４．２に、５’ＯＨｚにおける結
合損失を示した。(5QHz loss) - (hysteresis loss) - (coupling loss) Table 3 shows the coupling loss at ±0.5T and 4.2 at 5'OHZ.
（以下余白）
一ノー
表３
高抵抗層のない場合に比べ、ありの場合には明らかに結
合損失の低減が観測された。(Left below) Table 3 A clear reduction in coupling loss was observed in the case with the high-resistance layer compared to the case without it.
（以下余白）
＝ １８−
その他の実施例
図５は平角成型１重撚線を示しており、図４に示すのと
同様のＮｂ３ Ｓｎ多芯超電導線２０を撚り合わせ平角
成型１状撚線４０としている。(Leaving space below) = 18- Other Examples FIG. 5 shows a rectangular shaped single stranded wire, in which Nb3Sn multicore superconducting wires 20 similar to those shown in FIG. 4 are twisted to form a rectangular shaped single stranded wire 40. It is said that
図６は、平角形成２重撚線の一例を示す断面図であり、
同じくＮｂ３Ｓｎ多芯超電導線２０を撚り合わせた撚線
５０をさらに撚り合わせて平角成型２重撚線６０として
いる。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a rectangular double-stranded wire,
Similarly, a stranded wire 50 obtained by twisting Nb3Sn multicore superconducting wires 20 is further twisted to form a rectangular shaped double stranded wire 60.
［発明の効果］
以上説明したように、この発明に従えば、フィラメント
のサブミクロン化を図り、しかも交流損失の少ないＮｂ
３ Ｓｎ多芯超電導線とすることができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to make the filament submicron and to use Nb with low AC loss.
3Sn multicore superconducting wire.
さらに、実施例のように高抵抗マトリックス部やＳｎ拡
散防止バリヤ層を設けることにより、さらに交流損失を
減少させることができ、高い臨界電流密度を得ることが
できる。Furthermore, by providing a high-resistance matrix portion and a Sn diffusion prevention barrier layer as in the example, AC loss can be further reduced and a high critical current density can be obtained.
高抵抗マトリックス部としては、Ｃｕ−Ｍ（Ｍ−Ｎｉ、
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、およびＳｉ）などの合金を用いるこ
とができ、またＳｎ拡散防止バリヤ層としては、Ｔａま
たはＴａ合金などを用いることができる。As the high resistance matrix part, Cu-M (M-Ni,
An alloy such as Mn, Cr, Fe, and Si) can be used, and Ta or a Ta alloy can be used as the Sn diffusion prevention barrier layer.
図１（ａ）は、この発明に従う一実施例のＮｂ３Ｓｎ多
芯超電導線を示す断面図である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＮｂ３ Ｓｎ多芯超電導線
中の２次スタックを示す断面図である。
図１（Ｃ）は、図１（ｂ）の２次スタック中の１次スタ
ックを示す断面図である。
図２は、Ｓｎ拡散防止バリヤ層を設けたこの発明の他の
実施例を示す断面図である。
図３は、Ｓｎ拡散防止バリヤ層を設けたこの発明のさら
に他の実施例を示す断面図である。
図４は、この発明に従う先撚線の一例を示す断面図であ
る。
図５は、この発明に従う平角成型１重撚線を示す断面図
である。
図６は、この発明に従う平角成型２重撚線を示す断面図
である。
図７は、線径０．２ｍｍの素線におけるフィシメン上間
隙／フィラメント径と臨界電流密度Ｊｃとの関係を示す
図である。
図８は、線径Ｑ、１ｍｍの素線を７本撚り合わせた撚り
線におけるフィラメント間隙／フィラメント径と臨界電
流密度Ｊｃとの関係を示す図である。
図９は、線形０．２ｍｍの素線におけるフィラメント間
隙／フィラメント径と５０Ｈｚ損失およびヒステリシス
損失との関係を示す図である。
図１０は、線形０．１ｍｍの素線を７本撚り合わせた撚
線におけるフィラメント間隙／フィラメント径と５０Ｈ
ｚ損失およびヒステリシス損失との関係を示す図である
。
図において、１はＮｂ３ Ｓｎ多芯超電導線、２はＣｕ
またはＣｕ合金マトリックス、３は２次スタック、４は
ＣｕまたはＣｕ合金マトリックス、５は１次スタック、
６はＳｎまたはＳｎ合金部、７はＣｕまたはＣｕ合金マ
トリックス、８はＮｂフィラメント、千１はＮｂ３ Ｓ
ｎ多芯超電導線、１２は２次スタック、１３は高抵抗マ
トリックス部、１４はＳｎ拡散バリヤ層、１５はＮｂ３
Ｓｎ多芯超電導線、１６は２次スタック、１７は高抵抗
マトリックス部、１８はＳｎ拡散バリヤ層、２０はＮｂ
３Ｓｎ多芯超電導線、２１は素線、３０は先撚線、４０
は平角成型１重撚線、６０は平角成型２重撚線を示す。
特許出願人 超電導発電関連機器・材料技術＝ ２２
−
図Ｉ
（ｏ″）Ｌ Ｎ’ｂｓＬ 知ｊ’ｉ １妹ｄ１°ａ；に
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２ ｃ−たはｃ４インイｉ−７ト“）ツタ入園２
図３
図ヰ
図ｇ
図６
図７
０ １＋、３２
ｄｎ／ｄｆ
図Ｓ
０ １ １．５ ２ｄｎ／ｄｆFIG. 1(a) is a cross-sectional view showing an Nb3Sn multicore superconducting wire according to an embodiment of the present invention. FIG. 1(b) is a cross-sectional view showing the secondary stack in the Nb3Sn multicore superconducting wire of FIG. 1(a). FIG. 1(C) is a cross-sectional view showing the primary stack in the secondary stack of FIG. 1(b). FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention in which a Sn diffusion prevention barrier layer is provided. FIG. 3 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the present invention in which a Sn diffusion prevention barrier layer is provided. FIG. 4 is a sectional view showing an example of a pre-twisted wire according to the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing a rectangular molded single strand wire according to the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing a rectangular shaped double stranded wire according to the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ficimen gap/filament diameter and the critical current density Jc in a wire having a wire diameter of 0.2 mm. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the filament gap/filament diameter and the critical current density Jc in a stranded wire in which seven wires each having a wire diameter Q and a diameter of 1 mm are twisted together. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the filament gap/filament diameter and the 50 Hz loss and hysteresis loss in a linear strand of 0.2 mm. Figure 10 shows the filament gap/filament diameter and the 50H
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between z loss and hysteresis loss. In the figure, 1 is Nb3Sn multicore superconducting wire, 2 is Cu
or Cu alloy matrix, 3 is secondary stack, 4 is Cu or Cu alloy matrix, 5 is primary stack,
6 is Sn or Sn alloy part, 7 is Cu or Cu alloy matrix, 8 is Nb filament, 1,000 is Nb3S
n multicore superconducting wire, 12 is a secondary stack, 13 is a high resistance matrix part, 14 is a Sn diffusion barrier layer, 15 is Nb3
Sn multicore superconducting wire, 16 is a secondary stack, 17 is a high resistance matrix part, 18 is a Sn diffusion barrier layer, 20 is Nb
3Sn multicore superconducting wire, 21 is a bare wire, 30 is a twisted wire, 40
60 indicates a rectangular molded single stranded wire, and 60 represents a rectangular molded double stranded wire. Patent applicant: Superconducting power generation related equipment and materials technology = 22
- Figure I (o'')L N'bsL 智j'i 1 sister d1°a; ni, Z7',,,'7) 2 c-or c4 ini i-7to") ivy entrance 2 Figure 3 Figure Figure g Figure 6 Figure 7 0 1+, 32 dn/df Figure S 0 1 1.5 2dn/df
Claims (1)
合金部からなるマトリックス中にＮｂまたはＮｂ合金フ
ィラメントが埋め込まれた構造を有し、熱処理によって
前記フィラメントにＳｎを拡散させ、Ｎｂ＿３Ｓｎを形
成する交流用Ｎｂ＿３Ｓｎ多芯超電導線において、 前記フィラメント径が１μｍ以下であり、かつ前記フィ
ラメント間の間隔がフィラメント径の７０％から１５０
％であることを特徴とする、交流用Ｎｂ＿３Ｓｎ多芯超
電導線。(1) Cu or Cu around Sn or Sn alloy part
An AC Nb_3Sn multifilamentary superconducting wire having a structure in which Nb or Nb alloy filaments are embedded in a matrix consisting of alloy parts, and in which Sn is diffused into the filaments by heat treatment to form Nb_3Sn, the filament diameter being 1 μm or less. and the spacing between the filaments is from 70% to 150% of the filament diameter.
% Nb_3Sn multicore superconducting wire for AC use.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2318749A JPH04190514A (en) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | Multiple core nb3sn superconducting cable for alternating current |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2318749A JPH04190514A (en) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | Multiple core nb3sn superconducting cable for alternating current |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04190514A true JPH04190514A (en) | 1992-07-08 |
Family
ID=18102512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2318749A Pending JPH04190514A (en) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | Multiple core nb3sn superconducting cable for alternating current |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04190514A (en) |
-
1990
- 1990-11-22 JP JP2318749A patent/JPH04190514A/en active Pending
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