JPH04301322A - ニオブ−スズ系超電導線の製造方法 - Google Patents
ニオブ−スズ系超電導線の製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
電導線材など高磁界発生用電磁石の巻線材などに用いら
れるNb3Sn系超電導線の製造方法に関するものであ
る。
どなく、大電流を流すことができ、かつ高磁界まで超電
導状態が保たれることから高磁界発生用電磁石の巻線材
としての利用が進んでいる。現在、最も広く利用されて
いる線材はNb−Ti系の合金線であるが、この合金線
の発生磁界は9テラスの限界があり、これ以上の高磁界
を必要とする場合には、臨界磁界の高いNb3Sn系の
化合物線材が用いられる。
エネルギー加速器用、超電導発電機用等の大型強磁界マ
グネットへの使用が進められている。これらに使用され
る超電導線材として12テラス以上の強磁界領域におい
て大きい臨界電流をもち、速い磁界変化に対し、安定な
化合物系超電導多芯線の実用化が急がれている。
は、Sn内部(固体)拡散は安定化材と、Snバリア材
と、超電導モジュールを構成するCuまたはCu合金及
びNbまたはNb合金及びSn及びSn合金からなる複
合体を線引きにより線材加工した後、400〜850℃
の熱処理を加えることよりなる。このNb3Sn系超電
導線材は塑性加工性に優れ、比較的高い臨界電流が得ら
れるため、他の製造方法より優位にあるが、最近の高臨
界電流要求に伴い第三元素添加法が提唱された(特公昭
62−12607号公報他)。この方法は例えば超電導
モジュール構成材のCuまたはCu合金及びNbまたは
Nb合金及びSnまたはSn合金の1種または2種にT
i、Hf、Gaのいずれか1種以上を添加し、強磁界の
超電導特性で臨界電流の向上を図るものである。しかし
、超電導モジュールを構成するNbまたはNb合金の平
均フィラメント径及び超電導モジュールの平均断面積が
不適当な場合、十分な臨界電流が得られなかった。
固体)拡散法Nb3Sn線は、これら第三元素添加法の
みではとみに最近の要求されている高臨界電流特性が得
られず、強く改善が望まれている。
されたもので、超電導モジュールを構成するNbまたは
Nb合金フィラメントの平均径及び/または超電導モジ
ュールの平均断面積を最適範囲とし、それによって高臨
界電流特性が得られるNb3Sn系超電導線の製造方法
を提供することを目的とする。
系超電導線の製造方法は、CuまたはCu合金、Nbま
たはNb合金フィラメント及びSnまたはSn合金より
なる超電導モジュール、超電導モジュールを周囲に配置
されるSn拡散バリア材並びにSn拡散バリア材の周囲
に配置されるCuまたはCu合金よりなる安定化材から
構成される複合体を引抜伸線し、得られた線材を加熱し
てNb3Sn生成熱処理を施すことからなるNb3Sn
系超電導線の製造方法において、前記引抜伸線後の線材
中のNbまたはNb合金フィラメントの平均直径が1〜
3μmφの範囲内にあるか、または各超電導モジュール
の平均断面積が0.0314〜0.0019625mm
2の範囲内にあるか、またはそれら両範囲内にあること
を特徴とする。
法を図を用いて説明する。図3に示すように、本発明の
Nb3Sn系超電導線の製造方法においては、まず、C
uまたはCu合金(4)及びNbまたはNb合金フィラ
メント(5)及びSnまたはSn合金(6)とした超電
導モジュールを得る。次に、図2に示すように、Cuま
たはCu合金よりなる安定化材(1)と、例えばNbよ
りなるSn拡散バリア材(2)の内側に超電導モジュー
ルを配置して複合体を得、得られた複合体を引抜、伸線
し、目的線径とする。この際、NbまたはNb合金フィ
ラメント(5)の平均直径が1〜3μmφの範囲になる
ように、設計作製する。また、この引抜、伸線処理にお
いて、超電導モジュールも同時に引抜、伸線されるが、
目的線径において、各超電導モジュールの平均断面積が
0.0314〜0.0019625mm2の範囲となる
よう、複合体(図2)を設計作製する。この時もNbま
たはNb合金フィラメント(5)の平均直径を1〜3μ
mφとすることが望ましい。目的線径とした線材(図1
)を400〜850℃で数10〜数100時間のNb3
Sn生成熱処理を施せば、Nb3Sn超電導線が得られ
る。このNb3Sn生成熱処理でNbまたはNb合金フ
ィラメント平均直径及び/または各超電導モジュールの
平均断面積を以上の範囲とすることで、Snの拡散の均
一性とNb3Sn生成量を大きくすることができ、それ
によって大幅な臨界電流密度の改善が得られる。
明機械加工後、中心部にSn−1.2重量%Ti合金を
充填複合し、引抜伸線にて超電導モジュール(図3)を
得る。これを最終複合可能な外径3.3mmφ、長さ1
mの超電導モジュール(3)とし、7本束ねて外径11
mmφ、内径10mmφ、長さ1mのNbのSn拡散バ
リア(2)と外径18.5mmφ、内径11.2mmφ
、長さ1mのCuの安定化材(1)とを複合し、複合体
(図2)とする。これを目的線径である1.0mmφま
で引抜、伸線加工し、Nb3Sn超電導素線(図1)と
した。この時のNbフィラメント(5)の平均直径は2
.8μmφで、1つの超電導モジュールの平均断面積は
0.037994mm2である。このNb3Sn超電導
素線をAとする。また、この素線をさらに伸線し、線径
0.8mmφとし、Nbフィラメント(5)の平均直径
を2.24μmφ、1つの超電導モジュールの平均断面
積を0.024316mm2とした。このNb3Sn超
電導素線をBとする。これらのNb3Sn超電導素線を
不活性ガス雰囲気中で温度700℃、120時間のNb
3Sn生成熱処理を施し、Nb3Sn超電導線とし、従
来法により製作された超電導線(C)との臨界電流密度
を測定した結果を図6に示した。なお、従来法により製
作された超電導線のNbフィラメント(5)の平均直径
は3.8μmφで、1つの超電導モジュールの平均断面
積は0.045216mm2のものである。
3Sn生成熱処理をすることで、Nb3Sn超電導線が
得られる。Nb3Sn生成熱処理は超電導モジュール中
心のSnまたはSn合金(6)の融点例えば235℃を
超えると溶融し、300℃程度からCuまたはCu合金
(4)中に拡散し、580℃程度で均一なCuSn合金
となる。580℃を超えるとNbまたはNb合金フィラ
メント(5)とCu−Sn中のSnとが固体反応しNb
3Snとなる。Sn(6)またはCu(4)またはNb
フィラメント(5)中の1種以上に例えばTiを添加し
ている場合は(Nb・Ti)3Snとなる。
、NbまたはNb合金フィラメント(5)の平均直径が
3μmφを超えると、フィラメント中心部までNb3S
nが生成されず、Nbフィラメント外周部のみにNb3
Snが生成されるので、Nb3Snの絶対量が減り、高
い臨界電流が得られないので、NbまたはNb合金フィ
ラメント(5)の平均径を3μmまでとした。また、N
bまたはNb合金フィラメントの平均直径が1μmφ未
満では工業的に均一なフィラメントに加工することは困
難で、かつフィラメント断線発生などの不具合があり、
1μmφ以上とした。
積が0.0314mm2を超えると、超電導モジュール
中心にあるSnまたはSn合金(6)の拡散距離が長く
なり、Snより遠いNbまたはNb合金フィラメント(
5)のNb3Sn生成量を減じてしまうので0.031
4mm2までとした。また、0.0019625mm2
未満では、均一に伸線加工できず、著しい場合には線材
の断線などの不具合が生ずるので、1つの超電導モジュ
ールの断面積を0.0019265mm2以上とした。
.7mmφで、Sn拡散バリア内の超電導モジュール数
を19本とし、Nbフィラメントの平均直径が1.8μ
mφで1つの超電導モジュールの平均断面積が0.02
2686mm2であるNb3Sn超電導素線を製作した
。
Sn生成熱処理を施した後の臨界電流密度を図6のDに
示す通り、フィラメント平均直径と1つの超電導モジュ
ール平均断面積の最適化を図ることで、主要超電導特性
の臨界電流特性は従来の製作方法と比較して12テラス
において、70%程度の大幅向上が図られた。
慮して任意の数選択することは本発明の効果を損なうも
のではない。
ルを1つずつ単数または複数複合し、安定化材に配置し
ても差し支えない。また、Sn拡散バリアを使用せず、
直接安定化材に超電導モジュールを配置してもよい。
形状は特に限定されるものではなく、丸断面、矩形断面
、楕円楕円、テープ状でも本発明の効果を損なうもので
はない。
電導線材の製造方法によれば、CuまたはCu合金、N
bまたはNb合金フィラメント及びSnまたはSn合金
よりなる超電導モジュール、超電導モジュールを周囲に
配置されるSn拡散バリア材並びにSn拡散バリア材の
周囲に配置されるCuまたはCu合金よりなる安定化材
から構成される複合体を引抜伸線して得られる超電導素
線のNbまたはNb合金フィラメントの平均直径を1〜
3μmφの範囲内にするか、または各超電導モジュール
の平均断面積を0.0314〜0.0019625mm
2の範囲内にするか、またはそれら両範囲内にすること
により、その後のNb3Sn生成熱処理後に得られるN
b3Sn系超電導線は高磁界での臨界電流特性を大幅向
上・改善することができるという効果を有する。
素線の1実施態様を示す断面図である。
造するために使用する複合体の断面構成例を示す図であ
る。
造するために使用する超電導モジュールの断面図である
。
素線の他の実施態様を示す断面図である。
造するために使用する複合体の他の実施態様による断面
構成例を示す図である。
電導線の強磁界中の臨界電流密度を比較したデータを示
すグラフである。
はSn合金
Claims (1)
- 【請求項1】 CuまたはCu合金、NbまたはNb
合金フィラメント及びSnまたはSn合金よりなる超電
導モジュール、超電導モジュールを周囲に配置されるS
n拡散バリア材並びにSn拡散バリア材の周囲に配置さ
れるCuまたはCu合金よりなる安定化材から構成され
る複合体を引抜伸線し、得られた線材を加熱してNb3
Sn生成熱処理を施すことからなるNb3Sn系超電導
線の製造方法において、前記引抜伸線後の線材中のNb
またはNb合金フィラメントの平均直径が1〜3μmφ
の範囲内にあるか、または各超電導モジュールの平均断
面積が0.0314〜0.0019625mm2の範囲
内にあるか、またはそれら両範囲内にあることを特徴と
するNb3Sn系超電導線の製造方法。
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JP06604591A JP3273953B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ニオブ−スズ系超電導線の製造方法 |
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JP3273953B2 JP3273953B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=13304515
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JP06604591A Expired - Lifetime JP3273953B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ニオブ−スズ系超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3273953B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007165152A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Hitachi Cable Ltd | Nb3Sn超電導線用芯線、Nb3Sn超電導線及びその製造方法 |
JP2008166173A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Kobe Steel Ltd | Nb3Sn超電導線材およびそのための前駆体並びに前駆体用Nb複合単芯線 |
US7718898B2 (en) | 2006-02-10 | 2010-05-18 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Precursor for manufacturing Nb3Sn superconducting wire and Nb3Sn superconducting wire |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP06604591A patent/JP3273953B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007165152A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Hitachi Cable Ltd | Nb3Sn超電導線用芯線、Nb3Sn超電導線及びその製造方法 |
JP4687438B2 (ja) * | 2005-12-14 | 2011-05-25 | 日立電線株式会社 | Nb3Sn超電導線用芯線、Nb3Sn超電導線及びその製造方法 |
US7718898B2 (en) | 2006-02-10 | 2010-05-18 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Precursor for manufacturing Nb3Sn superconducting wire and Nb3Sn superconducting wire |
JP2008166173A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Kobe Steel Ltd | Nb3Sn超電導線材およびそのための前駆体並びに前駆体用Nb複合単芯線 |
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JP3273953B2 (ja) | 2002-04-15 |
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