JPH04289615A - 化合物超電導線材の製造方法 - Google Patents
化合物超電導線材の製造方法Info
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- JPH04289615A JPH04289615A JP3046864A JP4686491A JPH04289615A JP H04289615 A JPH04289615 A JP H04289615A JP 3046864 A JP3046864 A JP 3046864A JP 4686491 A JP4686491 A JP 4686491A JP H04289615 A JPH04289615 A JP H04289615A
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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
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高磁界超電導マグネット
用のＮｂ３ ＳｎまたはＶ３ Ｇａ系の化合物系超電導
線材の製造方法に関わるものである。
用のＮｂ３ ＳｎまたはＶ３ Ｇａ系の化合物系超電導
線材の製造方法に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】ＭＲＩ、磁気浮上列車、加速器、発電機
、核融合、電力貯蔵、物理実験用の各種高磁界マグネッ
トあるいは送電線の様に、超電導の電力応用は年々進み
、将来更に広がるものと予想されている。従来、こうし
た応用には、８ないし９Ｔ以下の磁界下ではＮｂＴｉ系
合金線材が、それ以上の高磁界下ではＮｂ３ Ｓｎまた
はＶ３ Ｇａ系化合物線材が用いられている。これらの
超電導線材はその安定化のために、Ｃｕ等の抵抗率の小
さな金属マトリックス中に数１０μｍ以下の径の超電導
フィラメントが多数埋設され、しかもその超電導フィラ
メントは捻られた構造を持っている。こうした超電導線
材は極細多芯線と呼ばれている。化合物系の超電導材料
は合金系材料に比べ、臨界温度（Ｔｃ ）、上部臨界磁
界（Ｂｃ２）共にかなり高いという優れた特徴がある反
面、極めて脆いという欠点を有している。従って、化合
物系超電導材料自身は加工性を持たないため、この極細
多芯線を得るための製造方法に関して、さまざまのアイ
デアが出されてきた。現在、工業的に確立されている製
造方法は固相反応を利用したもので、主な方法として、
英国特許第５２６２３／６９号（ブロンズ法）および特
公昭５４−２４１０９号公報（内部拡散法）等がある。 これらの方法において、Ｎｂの代わりにＶ、Ｓｎの代わ
りにＧａで置き換えればＮｂ３ ＳｎとＶ３ Ｇａが定
性的に同等であるので、以下Ｎｂ３ Ｓｎを例にして説
明する。初めに典型的なブロンズ法について説明する。 まずＣｕ−Ｓｎ合金チューブにＮｂ棒を挿入し、ある径
まで断面減少加工する。通常、最終断面形状は六角形で
ある。この単芯線を適当な長さに裁断し、これを多数Ｃ
ｕ−Ｓｎ合金容器中に充填する。容器中の空気を排除し
蓋を溶接して密封し、押出し加工する。この押出し加工
によってＣｕ−Ｓｎ合金が一体化され、その後の加工性
を良好にする。この複合棒をＴａやＮｂのチューブに挿
入し、更にＣｕチューブに挿入して断面減少加工、捻り
（ツイスト）加工を施す。この時、Ｎｂフィラメントの
径は通常１０μｍ程度以下である。この線を６００〜７
５０℃の温度で熱処理をすることで、Ｎｂフィラメント
の外周部または全てがＮｂ３Ｓｎに変わる。ＴａやＮｂ
のチューブはこの熱処理の際にＳｎが外側の安定化のた
めのＣｕ中に拡散し、電気抵抗率を増すのを防ぐ拡散バ
リヤとなる。本方法において、Ｃｕ−Ｓｎ合金（ブロン
ズ）中のＳｎ濃度は加工性の制限により、せいぜい１３
〜１４ｗｔ％である。しかしながら、この合金は加工硬
化が激しいために、押出し後は、頻繁な中間熱処理を必
要とする。次に、内部拡散法について説明する。まず、
Ｎｂ棒をＣｕチューブに挿入しある径まで断面減少加工
をする。この単芯線を適当な長さに裁断し、Ｃｕの容器
中に多数充填する。但し、中央部にはＣｕ棒ないし多数
のＣｕ線を配置しておく。容器中の空気を排除し、蓋を
溶接して密封し、押出し加工した後中心のＣｕ部に機械
的に穴を開ける。この中空部にＳｎを挿入し、外側にＴ
ａやＮｂのチューブ、更にその外側にＣｕのチューブを
被覆し、断面減少加工する。尚、大電流容量化するため
には、得られた複合線を多数Ｃｕチューブ中に充填して
断面減少加工すればよい。最終径でツイスト加工した後
熱処理を施す。この熱処理により、Ｓｎは周囲のＣｕ中
に拡散してＣｕをＣｕ−Ｓｎ合金に変え、更に、Ｎｂフ
ィラメントと反応し、この表面層または全てをＮｂ３
Ｓｎに変える。この内部拡散法はブロンズ法に比べて極
めて優れた特徴を持っている。まず、Ｃｕ−Ｓｎ合金の
代わりに加工性の良好なＣｕとＳｎとを用いるため、中
間熱処理を必要としない。このため、製造時間の短縮、
製造コストの大幅な低減等の利点があるばかりでなく、
製造の信頼性も高い。又、ブロンズ法では加工上の制約
からＣｕ−Ｓｎ合金中のＳｎ濃度は１３〜１４ｗｔ％程
度以下に制限される。この事はＣｕ−Ｓｎ合金中のＳｎ
がすべてＮｂと反応したとしても、生成されるＮｂ３
Ｓｎの占積率はせいぜい２５％に過ぎない。これに対し
て、内部拡散法では、加工上のＳｎ量の制限はないので
、生成されるＮｂ３ Ｓｎの占積率をブロンズ法よりも
高められる。従って、安定化Ｃｕを除いた断面積に対す
る臨界電流密度（Ｊｃ ）を高めることが出来る。
、核融合、電力貯蔵、物理実験用の各種高磁界マグネッ
トあるいは送電線の様に、超電導の電力応用は年々進み
、将来更に広がるものと予想されている。従来、こうし
た応用には、８ないし９Ｔ以下の磁界下ではＮｂＴｉ系
合金線材が、それ以上の高磁界下ではＮｂ３ Ｓｎまた
はＶ３ Ｇａ系化合物線材が用いられている。これらの
超電導線材はその安定化のために、Ｃｕ等の抵抗率の小
さな金属マトリックス中に数１０μｍ以下の径の超電導
フィラメントが多数埋設され、しかもその超電導フィラ
メントは捻られた構造を持っている。こうした超電導線
材は極細多芯線と呼ばれている。化合物系の超電導材料
は合金系材料に比べ、臨界温度（Ｔｃ ）、上部臨界磁
界（Ｂｃ２）共にかなり高いという優れた特徴がある反
面、極めて脆いという欠点を有している。従って、化合
物系超電導材料自身は加工性を持たないため、この極細
多芯線を得るための製造方法に関して、さまざまのアイ
デアが出されてきた。現在、工業的に確立されている製
造方法は固相反応を利用したもので、主な方法として、
英国特許第５２６２３／６９号（ブロンズ法）および特
公昭５４−２４１０９号公報（内部拡散法）等がある。 これらの方法において、Ｎｂの代わりにＶ、Ｓｎの代わ
りにＧａで置き換えればＮｂ３ ＳｎとＶ３ Ｇａが定
性的に同等であるので、以下Ｎｂ３ Ｓｎを例にして説
明する。初めに典型的なブロンズ法について説明する。 まずＣｕ−Ｓｎ合金チューブにＮｂ棒を挿入し、ある径
まで断面減少加工する。通常、最終断面形状は六角形で
ある。この単芯線を適当な長さに裁断し、これを多数Ｃ
ｕ−Ｓｎ合金容器中に充填する。容器中の空気を排除し
蓋を溶接して密封し、押出し加工する。この押出し加工
によってＣｕ−Ｓｎ合金が一体化され、その後の加工性
を良好にする。この複合棒をＴａやＮｂのチューブに挿
入し、更にＣｕチューブに挿入して断面減少加工、捻り
（ツイスト）加工を施す。この時、Ｎｂフィラメントの
径は通常１０μｍ程度以下である。この線を６００〜７
５０℃の温度で熱処理をすることで、Ｎｂフィラメント
の外周部または全てがＮｂ３Ｓｎに変わる。ＴａやＮｂ
のチューブはこの熱処理の際にＳｎが外側の安定化のた
めのＣｕ中に拡散し、電気抵抗率を増すのを防ぐ拡散バ
リヤとなる。本方法において、Ｃｕ−Ｓｎ合金（ブロン
ズ）中のＳｎ濃度は加工性の制限により、せいぜい１３
〜１４ｗｔ％である。しかしながら、この合金は加工硬
化が激しいために、押出し後は、頻繁な中間熱処理を必
要とする。次に、内部拡散法について説明する。まず、
Ｎｂ棒をＣｕチューブに挿入しある径まで断面減少加工
をする。この単芯線を適当な長さに裁断し、Ｃｕの容器
中に多数充填する。但し、中央部にはＣｕ棒ないし多数
のＣｕ線を配置しておく。容器中の空気を排除し、蓋を
溶接して密封し、押出し加工した後中心のＣｕ部に機械
的に穴を開ける。この中空部にＳｎを挿入し、外側にＴ
ａやＮｂのチューブ、更にその外側にＣｕのチューブを
被覆し、断面減少加工する。尚、大電流容量化するため
には、得られた複合線を多数Ｃｕチューブ中に充填して
断面減少加工すればよい。最終径でツイスト加工した後
熱処理を施す。この熱処理により、Ｓｎは周囲のＣｕ中
に拡散してＣｕをＣｕ−Ｓｎ合金に変え、更に、Ｎｂフ
ィラメントと反応し、この表面層または全てをＮｂ３
Ｓｎに変える。この内部拡散法はブロンズ法に比べて極
めて優れた特徴を持っている。まず、Ｃｕ−Ｓｎ合金の
代わりに加工性の良好なＣｕとＳｎとを用いるため、中
間熱処理を必要としない。このため、製造時間の短縮、
製造コストの大幅な低減等の利点があるばかりでなく、
製造の信頼性も高い。又、ブロンズ法では加工上の制約
からＣｕ−Ｓｎ合金中のＳｎ濃度は１３〜１４ｗｔ％程
度以下に制限される。この事はＣｕ−Ｓｎ合金中のＳｎ
がすべてＮｂと反応したとしても、生成されるＮｂ３
Ｓｎの占積率はせいぜい２５％に過ぎない。これに対し
て、内部拡散法では、加工上のＳｎ量の制限はないので
、生成されるＮｂ３ Ｓｎの占積率をブロンズ法よりも
高められる。従って、安定化Ｃｕを除いた断面積に対す
る臨界電流密度（Ｊｃ ）を高めることが出来る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内部拡
散法にも欠点はある。例えば、Ｓｎを線材中央に配置し
ているための弊害が幾つか存在する。まず、ＳｎをＣｕ
中に拡散する熱処理を必要とする。通常、この熱処理は
６００℃以下で数日間行われる。また、Ｓｎを中央に配
置した１つの複合体の寸法は、均一なＳｎの拡散を保証
するために、通常０．２５ｍｍ程度以下に制限される。 このことは大電流容量化に対してやや不利な点である。 更に、同じＮｂの占積率でも平均のＮｂフィラメント間
隔が内部拡散法ではブロンズ法よりも短くなる。このた
め、生成したＮｂ３ Ｓｎフィラメント間の結合による
交流損失がやや高くなる。さらに、どちらの方法でもＣ
ｕ−Ｓｎ合金、およびＣｕマトリックスを一体化するた
めに、押出し加工という特殊な加工が必要である。押出
し加工以外の簡便な方法が採用できれば、製造方法の簡
便化ばかりでなくコストの低減にも効果がある。
散法にも欠点はある。例えば、Ｓｎを線材中央に配置し
ているための弊害が幾つか存在する。まず、ＳｎをＣｕ
中に拡散する熱処理を必要とする。通常、この熱処理は
６００℃以下で数日間行われる。また、Ｓｎを中央に配
置した１つの複合体の寸法は、均一なＳｎの拡散を保証
するために、通常０．２５ｍｍ程度以下に制限される。 このことは大電流容量化に対してやや不利な点である。 更に、同じＮｂの占積率でも平均のＮｂフィラメント間
隔が内部拡散法ではブロンズ法よりも短くなる。このた
め、生成したＮｂ３ Ｓｎフィラメント間の結合による
交流損失がやや高くなる。さらに、どちらの方法でもＣ
ｕ−Ｓｎ合金、およびＣｕマトリックスを一体化するた
めに、押出し加工という特殊な加工が必要である。押出
し加工以外の簡便な方法が採用できれば、製造方法の簡
便化ばかりでなくコストの低減にも効果がある。
【０００４】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、押し出し加工を用いる必要がなく、簡便
な化合物超電導線材の製造方法を得ることを目的とする
ものである。
されたもので、押し出し加工を用いる必要がなく、簡便
な化合物超電導線材の製造方法を得ることを目的とする
ものである。
【０００５】本発明のさらに別の発明は、上記目的に加
えて、結合損失の低減された化合物超電導線材の製造方
法を得ることを目的とするものである。
えて、結合損失の低減された化合物超電導線材の製造方
法を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物超電導線
材の製造方法は、Ｃｕ基金属で被覆されたＮｂまたはＶ
基金属棒と、Ｃｕ基金属チューブとの集束体を、不活性
雰囲気中で７００℃以上でＣｕの融点未満の温度に加熱
して上記Ｃｕ基金属間を焼結させ、上記Ｃｕ基金属チュ
ーブの空孔部にＳｎまたはＧａ基金属を充填し、断面減
少加工し、熱処理をしてＮｂ３ ＳｎまたはＶ３ Ｇａ
系超電導線材を得るものである。
材の製造方法は、Ｃｕ基金属で被覆されたＮｂまたはＶ
基金属棒と、Ｃｕ基金属チューブとの集束体を、不活性
雰囲気中で７００℃以上でＣｕの融点未満の温度に加熱
して上記Ｃｕ基金属間を焼結させ、上記Ｃｕ基金属チュ
ーブの空孔部にＳｎまたはＧａ基金属を充填し、断面減
少加工し、熱処理をしてＮｂ３ ＳｎまたはＶ３ Ｇａ
系超電導線材を得るものである。
【０００７】本発明の別の発明の化合物超電導線材の製
造方法は、ＮｂまたはＶ棒基金属棒と、Ｃｕ基金属チュ
ーブとの集束体の上記Ｃｕ基金属チューブの外壁間の隙
間に溶融したＣｕ基金属を浸透させてＣｕ基金属を一体
化し、上記Ｃｕ基金属チューブの空孔部にＳｎ基金属を
充填し、断面減少加工し、熱処理を施してＮｂ３ Ｓｎ
またはＶ３ Ｇａ系超電導線線材を得るものである。
造方法は、ＮｂまたはＶ棒基金属棒と、Ｃｕ基金属チュ
ーブとの集束体の上記Ｃｕ基金属チューブの外壁間の隙
間に溶融したＣｕ基金属を浸透させてＣｕ基金属を一体
化し、上記Ｃｕ基金属チューブの空孔部にＳｎ基金属を
充填し、断面減少加工し、熱処理を施してＮｂ３ Ｓｎ
またはＶ３ Ｇａ系超電導線線材を得るものである。
【０００８】本発明のさらに別の発明の化合物超電導線
材の製造方法は、上記発明においてＮｂもしくはＶ基金
属棒またはＣｕ基金属チューブが、三角格子の格子点ま
たは格子の中心に配列するものである。
材の製造方法は、上記発明においてＮｂもしくはＶ基金
属棒またはＣｕ基金属チューブが、三角格子の格子点ま
たは格子の中心に配列するものである。
【０００９】
【作用】本発明において、焼結熱処理または溶融Ｃｕ浸
透プロセスの採用により、押出し加工を用いずに一体化
されたＣｕ基金属マトリックス中に多数のＮｂまたはＶ
基金属フィラメントと、ＳｎまたはＧａ基金属とが埋設
された複合棒が作製可能になり、得られるＣｕ−Ｎｂ複
合棒の外周部のＣｕの量を低減でき、生成するＮｂ３
Ｓｎフィラメントの平均距離をやや広げることができる
。 本発明のさらに別の発明において、さらに、Ｓｎ（また
はＧａ）とＮｂ（またはＶ）の配置を考慮することによ
り、従来よりもＳｎおよびＧａの拡散距離が短く、一定
の占積率に対するＮｂおよびＶ基金属フィラメントの間
隔が長いＮｂ３ ＳｎおよびＶ３ Ｇａ系超電導線材が
作製可能になる。
透プロセスの採用により、押出し加工を用いずに一体化
されたＣｕ基金属マトリックス中に多数のＮｂまたはＶ
基金属フィラメントと、ＳｎまたはＧａ基金属とが埋設
された複合棒が作製可能になり、得られるＣｕ−Ｎｂ複
合棒の外周部のＣｕの量を低減でき、生成するＮｂ３
Ｓｎフィラメントの平均距離をやや広げることができる
。 本発明のさらに別の発明において、さらに、Ｓｎ（また
はＧａ）とＮｂ（またはＶ）の配置を考慮することによ
り、従来よりもＳｎおよびＧａの拡散距離が短く、一定
の占積率に対するＮｂおよびＶ基金属フィラメントの間
隔が長いＮｂ３ ＳｎおよびＶ３ Ｇａ系超電導線材が
作製可能になる。
【００１０】
【実施例】次に、実施例を示す。まず、押出し加工に代
わる銅マトリックスを一体化する簡便な方法について、
２つの実施例を示す。
わる銅マトリックスを一体化する簡便な方法について、
２つの実施例を示す。
【００１１】実施例１．外径５２ｍｍ、内径４９ｍｍの
無酸素銅チューブの中央に、Ｃｕ基金属チュ−ブである
外径２２ｍｍ、内径１９．５ｍｍの一端を封じた無酸素
銅チューブを挿入し、両チューブの間に、Ｃｕ基金属で
被覆されたＮｂ基金属棒である１辺１．４ｍｍの６角断
面の銅被覆Ｎｂ棒（Ｎｂの占積率：４８％）を２２２本
密に充填した。更に充填密度を高めるために、隙間に無
酸素銅の細線を充填した。図１は本発明の一実施例に係
わる集束体の断面図である。図において１はＣｕ基金属
、２はＮｂ基金属棒、３はＣｕ基金属チューブの空孔部
である。次に窒素ガス雰囲気中で、９５０℃で３時間焼
結熱処理を行なった。熱処理温度は７００℃以上でＣｕ
の融点未満で行う。７００℃未満では焼結が不十分で、
融点以上ではＣｕが溶融してしまう。これを２５０℃ま
で冷却したところで、上記空孔部にＳｎ基金属であるＳ
ｎを溶かして満たし室温まで冷却した。こうして得られ
た複合棒を外径９．８ｍｍまで引き抜き加工を行ない、
表面を洗浄した後、この外側に外径１１ｍｍ、内径１０
ｍｍのＳｎの拡散バリヤとなるＴａチューブ、更にその
外側に外径１６ｍｍ、内径１１．２ｍｍの安定化のため
の無酸素銅チューブをかぶせ、最終０．２ｍｍの径まで
引き抜き加工を行ない、本発明の一実施例による化合物
超電導線材を得、得られた線材の仕様を表１に示す。
無酸素銅チューブの中央に、Ｃｕ基金属チュ−ブである
外径２２ｍｍ、内径１９．５ｍｍの一端を封じた無酸素
銅チューブを挿入し、両チューブの間に、Ｃｕ基金属で
被覆されたＮｂ基金属棒である１辺１．４ｍｍの６角断
面の銅被覆Ｎｂ棒（Ｎｂの占積率：４８％）を２２２本
密に充填した。更に充填密度を高めるために、隙間に無
酸素銅の細線を充填した。図１は本発明の一実施例に係
わる集束体の断面図である。図において１はＣｕ基金属
、２はＮｂ基金属棒、３はＣｕ基金属チューブの空孔部
である。次に窒素ガス雰囲気中で、９５０℃で３時間焼
結熱処理を行なった。熱処理温度は７００℃以上でＣｕ
の融点未満で行う。７００℃未満では焼結が不十分で、
融点以上ではＣｕが溶融してしまう。これを２５０℃ま
で冷却したところで、上記空孔部にＳｎ基金属であるＳ
ｎを溶かして満たし室温まで冷却した。こうして得られ
た複合棒を外径９．８ｍｍまで引き抜き加工を行ない、
表面を洗浄した後、この外側に外径１１ｍｍ、内径１０
ｍｍのＳｎの拡散バリヤとなるＴａチューブ、更にその
外側に外径１６ｍｍ、内径１１．２ｍｍの安定化のため
の無酸素銅チューブをかぶせ、最終０．２ｍｍの径まで
引き抜き加工を行ない、本発明の一実施例による化合物
超電導線材を得、得られた線材の仕様を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】表１によると、本発明の一実施例による化
合物超電導線材加工性は、極めて良好であり、これは焼
結熱処理により、Ｔａチューブ内の銅が一体化したため
と考えられる。これを確かめるために焼結熱処理を施さ
ない、同一の構成の複合棒を引き抜き加工も行なったが
途中で断線が生じた。得られた線材を窒素ガス雰囲気中
、６００℃以下の温度で約４日間、７３０℃で３０時間
熱処理を行なった。
合物超電導線材加工性は、極めて良好であり、これは焼
結熱処理により、Ｔａチューブ内の銅が一体化したため
と考えられる。これを確かめるために焼結熱処理を施さ
ない、同一の構成の複合棒を引き抜き加工も行なったが
途中で断線が生じた。得られた線材を窒素ガス雰囲気中
、６００℃以下の温度で約４日間、７３０℃で３０時間
熱処理を行なった。
【００１４】実施例２．中心軸を含む平面で２分割され
る内径５０ｍｍのステンレススチール製の円筒の内壁に
厚さ０．５ｍｍの無酸素銅のシートを１層巻き、中央に
一端が封じられた外径２２ｍｍ、内径２０ｍｍの無酸素
銅のチューブを挿入し、その外側に２．５ｍｍの径の銅
被覆Ｎｂ棒（Ｎｂの占積率：５０％）２２２本を充填し
た。図２は本発明の別の発明の一実施例に係わる集束体
の断面図であり、４はステンレススチールの円筒である
。これを真空中で１０５０℃程度に加熱した状態で、空
隙部に溶融した銅を浸透させ、室温まで冷却した。外側
のステンレススチール製の円筒を取り外して得られた複
合棒の両端を切断することで中央に穴の開いた銅マトリ
ックス中に多数のＮｂフィラメントが埋設された複合棒
が得られる。この空孔部に１９．７ｍｍの径のＳｎ棒を
挿入し、外径が９．８ｍｍまで引き抜き加工し、その後
は実施例１と同じプロセスで０．２ｍｍの径の超電導線
材を得た。この場合も極めて良好な加工性を示した。
る内径５０ｍｍのステンレススチール製の円筒の内壁に
厚さ０．５ｍｍの無酸素銅のシートを１層巻き、中央に
一端が封じられた外径２２ｍｍ、内径２０ｍｍの無酸素
銅のチューブを挿入し、その外側に２．５ｍｍの径の銅
被覆Ｎｂ棒（Ｎｂの占積率：５０％）２２２本を充填し
た。図２は本発明の別の発明の一実施例に係わる集束体
の断面図であり、４はステンレススチールの円筒である
。これを真空中で１０５０℃程度に加熱した状態で、空
隙部に溶融した銅を浸透させ、室温まで冷却した。外側
のステンレススチール製の円筒を取り外して得られた複
合棒の両端を切断することで中央に穴の開いた銅マトリ
ックス中に多数のＮｂフィラメントが埋設された複合棒
が得られる。この空孔部に１９．７ｍｍの径のＳｎ棒を
挿入し、外径が９．８ｍｍまで引き抜き加工し、その後
は実施例１と同じプロセスで０．２ｍｍの径の超電導線
材を得た。この場合も極めて良好な加工性を示した。
【００１５】比較例．比較のために同様の構成のＮｂ３
Ｓｎ線材の内部拡散法による従来行なわれている試作
例を示す。すなわち、外径１８０ｍｍ、内径１５６ｍｍ
の無酸素銅の容器中に、１辺４．５ｍｍの６角形の断面
の無酸素銅の棒を中央部に９１本、同じ寸法の銅被覆Ｎ
ｂ棒をその周囲に２２２本充填し、内部を真空引きして
蓋を溶接した。これを５０ｍｍの径に押出し加工して、
両端を切断した。この外周部を切削し、中央の銅の部分
に１９ｍｍの径の穴をドリルで空け、そこに１８．８ｍ
ｍのＳｎ棒を挿入して、９．５ｍｍまで引抜き加工を行
なった。その後、実施例１ないし２と同じプロセスで０
．２ｍｍの径の超電導線材を作製した。
Ｓｎ線材の内部拡散法による従来行なわれている試作
例を示す。すなわち、外径１８０ｍｍ、内径１５６ｍｍ
の無酸素銅の容器中に、１辺４．５ｍｍの６角形の断面
の無酸素銅の棒を中央部に９１本、同じ寸法の銅被覆Ｎ
ｂ棒をその周囲に２２２本充填し、内部を真空引きして
蓋を溶接した。これを５０ｍｍの径に押出し加工して、
両端を切断した。この外周部を切削し、中央の銅の部分
に１９ｍｍの径の穴をドリルで空け、そこに１８．８ｍ
ｍのＳｎ棒を挿入して、９．５ｍｍまで引抜き加工を行
なった。その後、実施例１ないし２と同じプロセスで０
．２ｍｍの径の超電導線材を作製した。
【００１６】上記実施例に示されたように、その後の複
合加工性を良好にするためのＣｕマトリックスを金属学
的に一体化する方法として、従来の押出し加工に代えて
、焼結熱処理（実施例１）または溶融Ｃｕの浸透プロセ
ス（実施例２）を採用することで、従来必要であった、
（１）押出しビレットの蓋を真空中で溶接するプロセス
、（２）押出し加工（熱間押出しの場合は押出しビレッ
トの加熱も必要）、（３）外周切削加工、（４）中央部
の穴空け加工を単一の焼結熱処理、または溶融Ｃｕの浸
透プロセスに簡便化できた。これにより、製造時間の短
縮化が図られ、製造コストの低減も達成できた。更に、
従来必要以上に多かったＣｕ−Ｎｂ複合棒の外周部のＣ
ｕの量を、本発明により低減できた。このため、後の実
施例に示すように、従来と同じ占積率でも、生成される
Ｎｂ３ Ｓｎフィラメントの平均間隔が広くなり、交流
損失（結合損失）の低減というメリットも生じた。次に
、これらの方法を応用し、従来よりも更にＮｂ３ Ｓｎ
フィラメントの平均間隔の大きな、Ｓｎの拡散距離の小
さな線材の製作例を示す。
合加工性を良好にするためのＣｕマトリックスを金属学
的に一体化する方法として、従来の押出し加工に代えて
、焼結熱処理（実施例１）または溶融Ｃｕの浸透プロセ
ス（実施例２）を採用することで、従来必要であった、
（１）押出しビレットの蓋を真空中で溶接するプロセス
、（２）押出し加工（熱間押出しの場合は押出しビレッ
トの加熱も必要）、（３）外周切削加工、（４）中央部
の穴空け加工を単一の焼結熱処理、または溶融Ｃｕの浸
透プロセスに簡便化できた。これにより、製造時間の短
縮化が図られ、製造コストの低減も達成できた。更に、
従来必要以上に多かったＣｕ−Ｎｂ複合棒の外周部のＣ
ｕの量を、本発明により低減できた。このため、後の実
施例に示すように、従来と同じ占積率でも、生成される
Ｎｂ３ Ｓｎフィラメントの平均間隔が広くなり、交流
損失（結合損失）の低減というメリットも生じた。次に
、これらの方法を応用し、従来よりも更にＮｂ３ Ｓｎ
フィラメントの平均間隔の大きな、Ｓｎの拡散距離の小
さな線材の製作例を示す。
【００１７】実施例３．外径５０ｍｍ、内径４９ｍｍの
無酸素銅チューブを実施例２で用いた内径５０ｍｍのス
テンレススチールの金型で補強した。図３は、本発明の
実施例に係わる集束体の断面図であり、１辺１．２ｍｍ
の銅被覆Ｎｂの６角棒（Ｎｂの占積率：６６％）２２３
本を３角格子の格子点に、格子の中心に細密充填される
ような６角断面の無酸素銅チューブ（空孔部の占積率：
２３％）４１４本を配列して充填した。外周部の空孔部
には無酸素銅の棒を積め、充填密度を高めた。これを窒
素ガス雰囲気中、９５０℃で３時間焼結した後、室温ま
で冷却した。金型をはずした後、この複合棒の多数の空
孔部に溶融したＳｎを浸透させて冷却し、外径９．８ｍ
ｍまで引き抜き加工を行なった。その後実施例１と同じ
プロセスで０．２ｍｍの径の超電導線材を得た。ただし
、Ｓｎを拡散するための低温での熱処理時間は５時間程
度以下で充分であった。本方法も極めて良好な加工性を
示した。
無酸素銅チューブを実施例２で用いた内径５０ｍｍのス
テンレススチールの金型で補強した。図３は、本発明の
実施例に係わる集束体の断面図であり、１辺１．２ｍｍ
の銅被覆Ｎｂの６角棒（Ｎｂの占積率：６６％）２２３
本を３角格子の格子点に、格子の中心に細密充填される
ような６角断面の無酸素銅チューブ（空孔部の占積率：
２３％）４１４本を配列して充填した。外周部の空孔部
には無酸素銅の棒を積め、充填密度を高めた。これを窒
素ガス雰囲気中、９５０℃で３時間焼結した後、室温ま
で冷却した。金型をはずした後、この複合棒の多数の空
孔部に溶融したＳｎを浸透させて冷却し、外径９．８ｍ
ｍまで引き抜き加工を行なった。その後実施例１と同じ
プロセスで０．２ｍｍの径の超電導線材を得た。ただし
、Ｓｎを拡散するための低温での熱処理時間は５時間程
度以下で充分であった。本方法も極めて良好な加工性を
示した。
【００１８】実施例４．実施例２で用いた内径５０ｍｍ
のステンレススチールの金型の内壁に厚さ０．５ｍｍの
無酸素銅のシートを１層巻き、その中に、２．１ｍｍの
径の銅被覆Ｎｂ棒（Ｎｂの占積率：７１％）２２３本を
３角格子の格子点上に、又、格子の中央に１端を封じた
外径１．３１ｍｍ、内径０．９３ｍｍの無酸素銅棒４５
０本を配列して充填した。図４は、本発明の実施例に係
わる集束体の断面図であり、これを真空中で１０５０℃
程度に加熱した状態で、空隙部に溶融した銅を浸透させ
、室温まで冷却した。外側のステンレススチール製の円
筒を取り外して得られた複合棒の両端を切断することで
、多数の穴の空いた銅マトリックス中に多数のＮｂフィ
ラメントが埋設された複合棒が得られる。この穴の部分
に溶融したＳｎを浸透させ、冷却し、９．８ｍｍの径ま
で引抜き加工を行なった。その後、実施例１と同じプロ
セスで０．２ｍｍの径の超電導線材を得た。この場合も
、加工性は極めて良好であり、又、Ｓｎの拡散熱処理も
５時間程度以下で充分であった。本実施例において、銅
被覆Ｎｂ棒の代わりに直径１．７７ｍｍのＮｂを、無酸
素銅チューブの外径を１．６４ｍｍに変更しても、同等
の線材を得ることが出来た。
のステンレススチールの金型の内壁に厚さ０．５ｍｍの
無酸素銅のシートを１層巻き、その中に、２．１ｍｍの
径の銅被覆Ｎｂ棒（Ｎｂの占積率：７１％）２２３本を
３角格子の格子点上に、又、格子の中央に１端を封じた
外径１．３１ｍｍ、内径０．９３ｍｍの無酸素銅棒４５
０本を配列して充填した。図４は、本発明の実施例に係
わる集束体の断面図であり、これを真空中で１０５０℃
程度に加熱した状態で、空隙部に溶融した銅を浸透させ
、室温まで冷却した。外側のステンレススチール製の円
筒を取り外して得られた複合棒の両端を切断することで
、多数の穴の空いた銅マトリックス中に多数のＮｂフィ
ラメントが埋設された複合棒が得られる。この穴の部分
に溶融したＳｎを浸透させ、冷却し、９．８ｍｍの径ま
で引抜き加工を行なった。その後、実施例１と同じプロ
セスで０．２ｍｍの径の超電導線材を得た。この場合も
、加工性は極めて良好であり、又、Ｓｎの拡散熱処理も
５時間程度以下で充分であった。本実施例において、銅
被覆Ｎｂ棒の代わりに直径１．７７ｍｍのＮｂを、無酸
素銅チューブの外径を１．６４ｍｍに変更しても、同等
の線材を得ることが出来た。
【００１９】表２に以上の実施例で得られた超電導線材
の平均フィラメント間隔（フィラメントの中心間の距離
）を示す。
の平均フィラメント間隔（フィラメントの中心間の距離
）を示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】表２に示されるように、従来の方法による
比較例よりも平均フィラメント間隔が実施例１及び２で
は、それぞれ、約２％及び５％、更に、実施例３及び４
の方法では、２５％以上広くする事ができた。これによ
り、結合損失の低減が期待できる。尚、得られた５種類
の超電導線材の４．２Ｋにおける臨界電流の磁界依存性
を測定した結果、有意差は認められなかった。
比較例よりも平均フィラメント間隔が実施例１及び２で
は、それぞれ、約２％及び５％、更に、実施例３及び４
の方法では、２５％以上広くする事ができた。これによ
り、結合損失の低減が期待できる。尚、得られた５種類
の超電導線材の４．２Ｋにおける臨界電流の磁界依存性
を測定した結果、有意差は認められなかった。
【００２２】尚、実施例４において、Ｃｕ基金属で被覆
されたＮｂまたはＶ基金属棒の代わりに、ＮｂまたはＶ
基金属棒を用いることも可能である。又、Ｃｕ−Ｎｂま
たはＣｕ−Ｖ集束体をＣｕ基金属チューブ中に組み込む
こと、ステンレススチールやカーボン等のＣｕと反応し
ない型の中に組み込むことも、更に型の内層にＣｕ基金
属層を配置することも可能である。更に、Ｃｕ基金属、
ＮｂまたはＶ基金属及びＳｎまたはＧａ基金属のうち少
なくとも１つに、Ｔｉ、Ｉｎ等で代表される元素を少な
くとも１種類添加することでＪｃ を向上させる事は可
能で、本発明はこうした元素添加を妨げるものではない
。 上記実施例において、Ｎｂ基金属の代わりにＶ基金属を
、Ｓｎ基金属の代わりにＧａ基金属を用いても、また三
角格子の格子点と格子の中心に配列する棒を交換しても
同様の効果を示す。
されたＮｂまたはＶ基金属棒の代わりに、ＮｂまたはＶ
基金属棒を用いることも可能である。又、Ｃｕ−Ｎｂま
たはＣｕ−Ｖ集束体をＣｕ基金属チューブ中に組み込む
こと、ステンレススチールやカーボン等のＣｕと反応し
ない型の中に組み込むことも、更に型の内層にＣｕ基金
属層を配置することも可能である。更に、Ｃｕ基金属、
ＮｂまたはＶ基金属及びＳｎまたはＧａ基金属のうち少
なくとも１つに、Ｔｉ、Ｉｎ等で代表される元素を少な
くとも１種類添加することでＪｃ を向上させる事は可
能で、本発明はこうした元素添加を妨げるものではない
。 上記実施例において、Ｎｂ基金属の代わりにＶ基金属を
、Ｓｎ基金属の代わりにＧａ基金属を用いても、また三
角格子の格子点と格子の中心に配列する棒を交換しても
同様の効果を示す。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、Ｃｕ基金属で被覆されたＮｂ
またはＶ基金属棒と、Ｃｕ基金属チューブとの集束体を
、不活性雰囲気中で７００℃以上でＣｕの融点未満の温
度に加熱して上記Ｃｕ基金属間を焼結させ、上記Ｃｕ基
金属チューブの空孔部にＳｎまたはＧａ基金属を充填し
、断面減少加工し、熱処理を施してＮｂ３ Ｓｎまたは
Ｖ３ Ｇａ系超電導線材を得ることにより、本発明の別
の発明はＮｂまたはＶ棒基金属棒と、Ｃｕ基金属チュー
ブとの集束体の上記Ｃｕ基金属チューブの外壁間の隙間
に溶融したＣｕ基金属を浸透させてＣｕ基金属を一体化
し、上記Ｃｕ基金属チューブの空孔部にＳｎ基金属を充
填し、断面減少加工して熱処理を施してＮｂ３Ｓｎまた
はＶ３ Ｇａ系超電導線線材を得ることにより、押出し
加工よりも簡便な方法で、Ｃｕ基金属マトリックスを一
体化出来るようになり、製造時間の短縮が図られ、製造
コストの低減が達成できる化合物超電導線材の製造方法
を得ることができる。
またはＶ基金属棒と、Ｃｕ基金属チューブとの集束体を
、不活性雰囲気中で７００℃以上でＣｕの融点未満の温
度に加熱して上記Ｃｕ基金属間を焼結させ、上記Ｃｕ基
金属チューブの空孔部にＳｎまたはＧａ基金属を充填し
、断面減少加工し、熱処理を施してＮｂ３ Ｓｎまたは
Ｖ３ Ｇａ系超電導線材を得ることにより、本発明の別
の発明はＮｂまたはＶ棒基金属棒と、Ｃｕ基金属チュー
ブとの集束体の上記Ｃｕ基金属チューブの外壁間の隙間
に溶融したＣｕ基金属を浸透させてＣｕ基金属を一体化
し、上記Ｃｕ基金属チューブの空孔部にＳｎ基金属を充
填し、断面減少加工して熱処理を施してＮｂ３Ｓｎまた
はＶ３ Ｇａ系超電導線線材を得ることにより、押出し
加工よりも簡便な方法で、Ｃｕ基金属マトリックスを一
体化出来るようになり、製造時間の短縮が図られ、製造
コストの低減が達成できる化合物超電導線材の製造方法
を得ることができる。
【００２４】本発明のさらに別の発明は、上記発明にお
いて、ＮｂもしくはＶ基金属棒またはＣｕ基金属チュー
ブが、三角格子の格子点または格子の中心に配列するこ
とにより、更に、同じフィラメントの占積率の線材でも
、従来よりも平均フィラメント間隔を広げることが可能
になり結合損失を低減できる化合物超電導線材の製造方
法を得ることができる。
いて、ＮｂもしくはＶ基金属棒またはＣｕ基金属チュー
ブが、三角格子の格子点または格子の中心に配列するこ
とにより、更に、同じフィラメントの占積率の線材でも
、従来よりも平均フィラメント間隔を広げることが可能
になり結合損失を低減できる化合物超電導線材の製造方
法を得ることができる。
【図１】本発明の一実施例に係わる集束体の断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の別の発明の一実施例に係わる集束体の
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明の実施例に係わる集束体の断面図である
。
。
【図４】本発明の実施例に係わる集束体の断面図である
。
。
１ Ｃｕ基金属
２ Ｎｂ基金属棒
３ Ｃｕ基金属チューブの空孔部
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｃｕ基金属で被覆されたＮｂまたはＶ
基金属棒と、Ｃｕ基金属チューブとの集束体を、不活性
雰囲気中で７００℃以上でＣｕの融点未満の温度に加熱
して上記Ｃｕ基金属間を焼結させ、上記Ｃｕ基金属チュ
ーブの空孔部にＳｎまたはＧａ基金属を充填し、断面減
少加工し、熱処理を施してＮｂ３ ＳｎまたはＶ３ Ｇ
ａ系超電導線材を得る化合物超電導線材の製造方法。 - 【請求項２】 ＮｂまたはＶ棒基金属棒と、Ｃｕ基金
属チューブとの集束体の上記Ｃｕ基金属チューブの外壁
間の隙間に溶融したＣｕ基金属を浸透させてＣｕ基金属
を一体化し、上記Ｃｕ基金属チューブの空孔部にＳｎ基
金属を充填し、断面減少加工し、熱処理を施してＮｂ３
ＳｎまたはＶ３ Ｇａ系超電導線材を得る化合物超電
導線材の製造方法。 - 【請求項３】 ＮｂもしくはＶ基金属棒またはＣｕ基
金属チューブが、三角格子の格子点または格子の中心に
配列する請求項第１項または第２項記載の化合物超電導
線材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3046864A JPH04289615A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 化合物超電導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3046864A JPH04289615A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 化合物超電導線材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04289615A true JPH04289615A (ja) | 1992-10-14 |
Family
ID=12759208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3046864A Pending JPH04289615A (ja) | 1991-03-12 | 1991-03-12 | 化合物超電導線材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04289615A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0618627A1 (en) * | 1993-04-02 | 1994-10-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Compound superconducting wire and method for manufacturing the same |
| JP2010509745A (ja) * | 2006-12-12 | 2010-03-25 | ケー．エー．ティー． カンパニー リミテッド | 超伝導線材の製造方法 |
| JP2012129005A (ja) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Hitachi Cable Ltd | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体の製造方法、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材、及び超電導マグネットシステム |
-
1991
- 1991-03-12 JP JP3046864A patent/JPH04289615A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0618627A1 (en) * | 1993-04-02 | 1994-10-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Compound superconducting wire and method for manufacturing the same |
| JP2010509745A (ja) * | 2006-12-12 | 2010-03-25 | ケー．エー．ティー． カンパニー リミテッド | 超伝導線材の製造方法 |
| JP2012129005A (ja) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Hitachi Cable Ltd | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体の製造方法、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材、及び超電導マグネットシステム |
| US8778841B2 (en) | 2010-12-14 | 2014-07-15 | Sh Copper Products Co., Ltd. | Precursor for a Nb3Sn superconductor wire, method for manufacturing the same, Nb3Sn superconductor wire, and superconducting magnet system |
| US9177700B2 (en) | 2010-12-14 | 2015-11-03 | Sh Copper Products Co., Ltd. | Precursor for a Nb3Sn superconductor wire, method for manufacturing the same, Nb3Sn superconductor wire, and superconducting magnet system |
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