JPH05258626A - シース用複合管及びこれを用いる超伝導線材の製造方法 - Google Patents

シース用複合管及びこれを用いる超伝導線材の製造方法

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JPH05258626A
JPH05258626A JP4052486A JP5248692A JPH05258626A JP H05258626 A JPH05258626 A JP H05258626A JP 4052486 A JP4052486 A JP 4052486A JP 5248692 A JP5248692 A JP 5248692A JP H05258626 A JPH05258626 A JP H05258626A
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JP
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alloy
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wire
superconducting wire
inner layer
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JP4052486A
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English (en)
Inventor
Shuji Tanogami
修二 田ノ上
Shunichi Nishikida
俊一 錦田
Kensuke Fukushima
謙輔 福島
Akihiko Endo
昭彦 遠藤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】高磁場での自己磁場による応力に耐える高強度
の酸化物超伝導線材の製造。 【構成】下記(1) および(2) の複合管 (シース材料)
と、これを用いる(3)の線材の製造方法。 (1) 内層がAgで、外層がNiとAgとからなる合金であっ
て、外層のAg−Ni合金のNi含有量が下記の式を満足す
る酸化物超伝導線材製造用複合管。 4.6 (1+S) ÷S≦ Ni (at.%) ≦ 15 ・・・ (2) 内層がAgで、外層がCrとAgとからなる合金であっ
て、外層のAg−Cr合金のCr含有量が下記の式を満足す
る酸化物超伝導線材製造用複合管。 5.6 (1+S) ÷S≦ Cr (at.%) ≦ 18 ・・・ (3) 上記(1) または(2) の複合管を用い、その中に仮焼
したBi系超伝導体粉末を充填し、伸線加工を行った後、
冷間圧延と 830〜890 ℃で加熱する熱処理を施すことを
特徴とする超伝導線材の製造方法。 上記式および式において、Sはクラッド比で、図1
に示す内層断面積Siに対するSo の比、即ち、So
i である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、酸化物超伝導体の線
材を、いわゆるパウダーインチューブ法で製造する際に
使用するシース用複合管と、その複合管を使用して強度
の高いBi系酸化物超伝導線材を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超伝導臨界温度(Tc)の高い酸化物超伝導
体の応用分野として、磁場発生コイルがある。このよう
なコイルに使用する超伝導線材は、仮焼した酸化物超伝
導体の粉末を銀製の管の中に充填し、冷間伸線、圧延、
熱処理等の工程を経て銀シース線材とするのが一般的で
ある。
【0003】酸化物超伝導体の中でも、Bi系酸化物は、
液体ヘリウム温度での超伝導臨界電流密度(Jc)の磁場特
性が優れているため、これを原料とする銀シース線材は
高磁場発生用のコイルとして実用化が期待されている。
【0004】シース材として銀 (以下、Agと記す) を使
用するのは、Agが比較的柔らかいために冷間加工が容易
であること、また 800〜900 ℃の熱処理でも酸化されな
いことなどから超伝導体の酸素濃度を安定にし、超伝導
体の配向性を向上させるなどの特徴によるものである。
このような特徴はAg以外ではAu、Pt、Pdなどの貴金属が
持つと考えられるが、いずれもAgより遙に高価であり、
工業的には採用できない。
【0005】しかしながら、Agは、引張強度が 12kgf/m
m2、耐力が5.5kgf/mm2程度であるため、これをシース材
とする線材は強度が著しく低い。
【0006】高磁場発生用マグネットとして使用する場
合のコイル間の引力は、例えば、コイルの平均内半径を
7.4cm、コイルの巻き厚みを1cm、発生磁場を 7.5 Tes
laとすれば、最大 17kgf/mm2となる。銀シース線材自体
はこの荷重を支えきれないから、コイルのハウジングや
スタビライザーを厚肉のものにするなどの対策が必要と
なる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記のようにAgシース
線材を磁場発生コイルに適用した場合、低磁場では問題
はないが、高磁場では自己磁場による応力に耐えきれず
線の変形、破断等が発生するおそれがある。
【0008】本発明は、上記の問題点を解消すること、
即ち、従来の純Agをシース材料とする線材では得られな
い高強度の線材を製造するを課題としてなされたもの
で、その具体的な目的は、酸化物超伝導線材に高強度を
付与するシース材料と、これを用いた線材の製造方法を
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記(1)
および(2) の複合管 (シース材料) 、ならびにこれらを
用いる(3) の線材の製造方法にある。
【0010】(1) 内層が銀で、外層がニッケルと銀とか
らなる合金であって、外層の銀・ニッケル合金のニッケ
ル(Ni)含有量が下記の式を満足する酸化物超伝導線
材製造用複合管。
【0011】 4.6 (1+S) ÷S≦ Ni (at.%)≦ 15 ・・・ (2) 内層が銀で、外層がクロムと銀とからなる合金であ
って、外層の銀・クロム合金のクロム(Cr)含有量が下
記の式を満足する酸化物超伝導線材製造用複合管。
【0012】 5.6 (1+S) ÷S≦ Cr (at.%)≦ 18 ・・・ (3) 上記(1) または(2) の複合管を用いてBi系酸化物超
伝導線材を製造する方法であって、その複合管内に仮焼
したBi系超伝導体粉末を充填し、伸線加工を行った後、
冷間圧延と 830〜890 ℃で加熱する熱処理を施すことを
特徴とする超伝導線材の製造方法。
【0013】上記式および式において、Sはクラッ
ド比と呼ばれるもので、図1の(b)に示す内層の断面積
i に対する外層の断面積So の比、即ち、So /Si
である。
【0014】
【作用】酸化物超伝導線材のシース材として基本的に必
要な特性は、冷間加工が容易であること、および 800〜
900 ℃の大気中熱処理によって酸化物超伝導体から酸素
を奪いとらないこと、である。このような特性を有する
のは貴金属しかなく、その中で比較的価格の安いAgが使
用されていることは前述のとおりである。
【0015】しかしながら、純Agのシース材料では線材
の強度を高めるという目的が達成できない。そこで、本
発明では、Agを内層とし、強度の高いAg合金を外層とす
る複合管 (クラッド管) をシース材とするのである。
【0016】Ag合金としては、NiまたはCrを含有する合
金が、冷間加工性および熱処理特性から有望であること
が判明し、また内層と外層の断面積比 (クラッド比) に
よってAg合金中のNiまたはCr含有量の適正値が存在する
ことが判明した。
【0017】まず、本発明の複合材料 (クラッド材) に
ついて説明する。
【0018】前記のように、この材料は、Agの内層、Ag
−Ni合金またはAg−Cr合金の外層からなる。内層にAgを
使用するのは、後の 800〜900 ℃での熱処理のときに A
gO→Ag+ 1/2・O2の解離反応によって超伝導体側へ酸素
を供給し、超伝導特性を安定化させる作用をもつからで
ある。シース材の全部をAg合金にしてしまうと、このよ
うな作用が期待できない。
【0019】外層のAg合金として、Ag−Ni、またはAg−
Crを選択したのは以下の理由からである。
【0020】Bi系超伝導体は 800〜900 ℃で熱処理する
ので、Ag合金として融点が従来使用されている純Agの融
点 (961 ℃) より低いものは使用し難い。また酸化され
やすい合金は、内層のAgから酸素を奪い、Ag層から解離
する酸素量を減少させ、超伝導体の安定性を損なうので
使用できない。
【0021】Ag合金として、経済性から貴金属を合金元
素とするものを除くと、前記の熱処理でも比較的安定な
ものは、Ag−Ni合金およびAg−Cr合金である。そこで、
これらの合金ののCr、Ni量 (at.%) を変化させた材料を
溶解し、室温強度を測定した。その結果を示すのが図3
である。この図から、Ni、Cr量の増加により引張強度が
向上していくこと、および添加効果はNiの方がCrより若
干大きいことが明らかである。
【0022】本発明は、超伝導線材の強度として室温強
度で 17kgf/mm2以上を目標とする。
【0023】図3から、Agの引張強度を 12kgf/mm2とす
ると、Ag−Ni合金の引張強度(TNi)とAg−Cr合金の引
張強度(TCr)は、それぞれ下記のように近似される。
【0024】 TNi=12+1.09XNi (kgf/mm2)、 TCr=12+0.89XCr (kgf/mm2) ここで、XNiはAg−Ni合金のNi含有量 (at.%) 、XCr
Ag−Cr合金のCr含有量(at.%)である。
【0025】いま、Agに対するAg合金のクラッド比をS
とすると、前記の17kgf/mm2 以上という目標を達成する
のに必要なXNiとXCrの値は次のようになる。
【0026】 XNi≧ 4.6×(1+S)÷S ・・・ XCr≧ 5.6×(1+S)÷S ・・・ なお、クラッド比 (S) は、厳密には最終的に得られる
超伝導線材におけるクラッド比とすべきであるが、伸線
加工の前後でクラッド比は殆ど変化しないから、素材段
階の複合管のクラッド比を採っても問題はない。また、
Ag合金のようなfcc(面心立方晶)金属は、温度にあ
まり依存しない引張強度をもつ。
【0027】図3に示すように、Ni、Crの含有量が増す
につれて強度が大きくなるが、一方では加工性が悪くな
る。超伝導線材とするのに必要な冷間加工性を確保する
には、Niの含有量は15at.%まで、Crの含有量は18at.%ま
でとするのがよい。上記および式にこの望ましい上
限値を加味して定めたのが前述の式と式である。
【0028】これまでに述べた本発明の複合管は、様々
な酸化物超伝導線材の製造に使用できるが、特に、Bi2S
r2Ca1Cu2y やBi2Sr2Ca2Cu3x を主体とするBi系酸化
物超伝導体の線材の製造に使用するのに好適である。以
下、その製造方法について説明する。
【0029】まず、Bi2Sr2Ca1Cu2y またはBi2Sr2Ca2C
u3x の組成をもつ仮焼粉を作製し、これを前記の複合
管の内部に充填する。次いで、従来の工程に従ってダイ
ス伸線、ロール圧延等の加工を施して所定寸法の線材と
し、これに熱処理を施す。熱処理温度は、複合管(シー
ス管)内層のAg上でのBi系超伝導体の配向性を高めるた
めに、830 ℃以上とする。ただし、熱処理温度があまり
高くなるとAgの溶融や、内層のAgへのNi、Crの拡散が起
きて内層のAgからの酸素の供給が減少し、超伝導体の安
定性が損なわれるので、上限は 890℃とするのがよい。
【0030】
【実施例1】図1(a) に示すように、Agの内層1となる
管とAg−Ni合金の外層2となる管とを焼きばめして複合
管3を作製した。図1(b) はこのときのクラッド比
(S)を説明する複合管の横断面拡大図である。内層1
の断面積をSi 、外層2の断面積をSo とすれば、この
実施例ではクラッド比(S)=So /Si =3.2 となる
ように管1と2のサイズを選定した。
【0031】この複合管3中にBi2Sr2Ca1Cu2y の 800
℃で2回仮焼して粉砕した粉末を充填し、上部にスチー
ルウールを詰め、油潤滑剤を使用して冷間伸線を行い20
mmφから1mmφまで伸線した。この後、ロールで冷間圧
延を施し、幅約3mm、厚さ0.25mmのテープ状線材とし
た。
【0032】得られた線材の一部を切り取り、大気中で
880℃×24hrの熱処理を施した。この線材の室温強度を
引張試験機にて調査した。なお、外層2のAg−Ni合金の
Ni含有量が15at.%までは冷間伸線が良好であったが、Ni
量が15at.%を超えるものでは伸線工程の途中で線がひび
割れしたため引張試験は実施していない。結果を表1に
示す。
【0033】この実施例では、クラッド比(S)を 3.2
としたので、前記式の左辺は4.6 ×(1+3.2)÷3.2 =
6.04となる。従って、試験No.1と2 では Ni の含有量が
式を満たしていない。そのために、引張強度は目標と
する17kgf/mm2 に達していない。試験No.3〜7 は式の
関係を満足するNi含有量であり、すべての引張強度が 1
7kgf/mm2以上となっている。試験No.8、9 はNi量が15a
t.%を超えているために伸線工程でひび割れが発生した
ものである。
【0034】また、本発明線材 No.3〜 No.7の超伝導
性に及ぼすAg−Ni合金のNi量および線材の強度との関係
を調査したところどちらも相関はなく、超伝導特性に対
して外層被覆の材質が及ぼす悪影響はないことが判明し
た。
【0035】
【表1】
【0036】
【実施例2】図2に示すように、Agの内層1となる管
と、Ag−Cr合金 (Cr:5.0〜20.0at.%)の外層となる管
2’とを焼きばめして複合管3を作製した。この実施例
では、クラッド比Sは 8.3である。この複合管のにBi2S
r2Ca2Cu3x の組成の 800℃で2回仮焼して粉砕した粉
末を充填し、実施例1と同じ方法で加工して幅約3mm、
厚さ0.25mmのテープ状線材とした。
【0037】上記線材の一部を切り取り、大気中で 845
℃×24hrの熱処理を施した。この線材の室温強度を引張
試験機にて調査した。この場合も実施例1と同様に管
2’のAg−Cr合金のCr含有量は、18at.%までは冷間伸線
が支障なくできたが、Cr量が18at.%を超えたものでは伸
線工程の途中で線にひび割れが発生したため引張試験は
実施していない。結果を表2に示す。
【0038】この実施例では、クラッド比(S)を 8.3
としたので、前記式の左辺は5.6 ×(1+8.3)÷8.3 =
6.27となる。従って、試験No.1、2、3では Cr の含量
が式を満たしていない。そのために、引張強度は目標
とする17kgf/mm2 に達していない。試験No.4〜10は式
の関係を満足するCr含有量であり、すべての引張強度が
17kgf/mm2以上となっている。試験No.11 と12は、Cr量
が式の上限(18at.%)を超えているために伸線工程でひ
び割れが発生している。
【0039】なお、この実施例でも、試験 No.4〜 No.
10の線材について、超伝導性と外層のAg−Cr合金のCr量
および線材の強度との関係を調査したところどちらも相
関はなく、外層被覆の材質が超伝導特性に及ぼす悪影響
はないことが判明した。
【0040】
【表2】
【0041】
【発明の効果】本発明の複合管をシース材として使用す
れば、従来より高強度の酸化物超伝導線材が得られ、高
磁場中の自己磁場の応力に耐えられる線材が得られたた
め、ハウジングや応力緩和のためのスペーサーなどが少
量ですみ、コイルの軽量化、小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合管の一例を示す図で、 (a)は全体
の斜視図、(b) は横断面拡大図である。
【図2】本発明の複合管の他の一例を示す斜視図であ
る。
【図3】複合管の外層となるAg合金のNiとCrの含有量
(at.%)と引張強度との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 昭彦 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号住 友金属工業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内層が銀で、外層がニッケルと銀とからな
    る合金であって、外層の銀・ニッケル合金のニッケル
    (Ni)含有量が下記の式を満足する酸化物超伝導線シ
    ース用複合管。 4.6 (1+S) ÷S≦ Ni (at.%) ≦ 15 ・・・ ただし、Sは内層断面積に対する外層断面積の比であ
    る。
  2. 【請求項2】内層が銀で、外層がクロムと銀とからなる
    合金であって、外層の銀・クロム合金のクロム(Cr)含
    有量が下記の式を満足する酸化物超伝導線シース用複
    合管。 5.6 (1+S) ÷S≦ Cr (at.%) ≦ 18 ・・・ ただし、Sは内層断面積に対する外層断面積の比であ
    る。
  3. 【請求項3】請求項1または2の複合管を用いてBi系酸
    化物超伝導線材を製造する方法であって、その複合管内
    に仮焼したBi系超伝導体粉末を充填し、伸線加工を行っ
    た後、冷間圧延と 830〜890 ℃で加熱する熱処理を施す
    ことを特徴とする超伝導線材の製造方法。
JP4052486A 1992-03-11 1992-03-11 シース用複合管及びこれを用いる超伝導線材の製造方法 Pending JPH05258626A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002060683A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 E.I. Dupont De Nemours And Company Metallurgically bonded layered article having a curved surface
US6777110B2 (en) 2001-01-31 2004-08-17 E. I. Du Pont De Nemours And Company Metallurgically bonded layered article having a curved surface
CN119381076A (zh) * 2025-01-02 2025-01-28 西安聚能超导线材科技有限公司 一种稳定rrr值的铌三锡超导线材及其制备方法

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