JPH05334929A - Nb3Sn超電導線の製造方法 - Google Patents
Nb3Sn超電導線の製造方法Info
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- JPH05334929A JPH05334929A JP4138603A JP13860392A JPH05334929A JP H05334929 A JPH05334929 A JP H05334929A JP 4138603 A JP4138603 A JP 4138603A JP 13860392 A JP13860392 A JP 13860392A JP H05334929 A JPH05334929 A JP H05334929A
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- 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
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ニオブ・チューブ法により多芯構造の超電導
線の製造する。 【構成】 Cuマトリックス1の中央部にSn線2を配
置し、その外側に多数の複合フィラメント3を配置する
とともに、Cuマトリックスの外側にTa管4およびC
u管5を配置して複合体を形成する。複合フィラメント
3は、Snフィラメント3aを中心として、その外側に
Cu管3bおよびNb管3cが順次配置された構造を有
しており、Cuマトリックス1とSn線2が完全に拡散
した時のSn濃度は30wt%以上、また、Snフィラ
メント3aとCu管3bが完全に拡散した時のSn濃度
は20wt%以下である。複合体に熱処理を施すことに
より、Nb管3cは内外からSnと反応してNb3 Sn
を生成する。
線の製造する。 【構成】 Cuマトリックス1の中央部にSn線2を配
置し、その外側に多数の複合フィラメント3を配置する
とともに、Cuマトリックスの外側にTa管4およびC
u管5を配置して複合体を形成する。複合フィラメント
3は、Snフィラメント3aを中心として、その外側に
Cu管3bおよびNb管3cが順次配置された構造を有
しており、Cuマトリックス1とSn線2が完全に拡散
した時のSn濃度は30wt%以上、また、Snフィラ
メント3aとCu管3bが完全に拡散した時のSn濃度
は20wt%以下である。複合体に熱処理を施すことに
より、Nb管3cは内外からSnと反応してNb3 Sn
を生成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超電導線の製造方法に係
り、特にニオブ・チューブ法により極細多芯構造のNb
3 Sn超電導線の製造方法の改良に関する。
り、特にニオブ・チューブ法により極細多芯構造のNb
3 Sn超電導線の製造方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】多芯構造のNb3 Sn超電導線の製造方
法として、複合加工法の一種であるニオブ・チューブ法
によるものが知られている(特公昭55−16547号
公報)。 この方法は、Sn系金属を芯とし、Cu系金
属層およびNb系金属層を順次同心的に配置させ、かつ
この外周面にCuを接触させた複合体を断面減少加工
後、加熱処理を施すもので、この方法による超電導線は
高磁界中でのJc(臨界電流密度)が大きく、かつCu
−Sn合金を用いるいわゆるブロンズ法の欠点である多
数回の中間焼鈍を不要とする利点を有しており、非常に
優れた高磁界マグネット用の導体として知られている。
法として、複合加工法の一種であるニオブ・チューブ法
によるものが知られている(特公昭55−16547号
公報)。 この方法は、Sn系金属を芯とし、Cu系金
属層およびNb系金属層を順次同心的に配置させ、かつ
この外周面にCuを接触させた複合体を断面減少加工
後、加熱処理を施すもので、この方法による超電導線は
高磁界中でのJc(臨界電流密度)が大きく、かつCu
−Sn合金を用いるいわゆるブロンズ法の欠点である多
数回の中間焼鈍を不要とする利点を有しており、非常に
優れた高磁界マグネット用の導体として知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のニ
オブ・チューブ法においては、加工度が104 を越える
ような高加工を施すとNbフィラメントの破断や断線を
生じ易いため細線化が困難で、外径φ30〜50μm程
度がNbフィラメントの加工限度であるため、ヒシテリ
シスロスを低減するためにフィラメント径を小さくする
必要のある交流用やパルス用に適さないという難点があ
ったフィラメント径を容易に小さくし得る加工法として
内部拡散法が知られているが、拡散源であるSnから離
れているNbに対してはSnの供給が不十分となるた
め、ニオブ・チューブ法に比較してJcが低いという問
題がある。
オブ・チューブ法においては、加工度が104 を越える
ような高加工を施すとNbフィラメントの破断や断線を
生じ易いため細線化が困難で、外径φ30〜50μm程
度がNbフィラメントの加工限度であるため、ヒシテリ
シスロスを低減するためにフィラメント径を小さくする
必要のある交流用やパルス用に適さないという難点があ
ったフィラメント径を容易に小さくし得る加工法として
内部拡散法が知られているが、拡散源であるSnから離
れているNbに対してはSnの供給が不十分となるた
め、ニオブ・チューブ法に比較してJcが低いという問
題がある。
【0004】現在、核融合炉用の超電導線の開発が進め
られているが、この核融合炉のポロイダルコイル用超電
導線にはパルス電流を通電することから、有効フィラメ
ント径がφ10μm以下で、かつ12Tで800A/m
m2 のJc値を有する性能が要求されている。
られているが、この核融合炉のポロイダルコイル用超電
導線にはパルス電流を通電することから、有効フィラメ
ント径がφ10μm以下で、かつ12Tで800A/m
m2 のJc値を有する性能が要求されている。
【0005】ニオブ・チューブ法においては、上記のJ
c値はNb系金属管内部の拡散後のSn濃度(Nb系金
属管内部のSn系金属およびCu系金属が完全に拡散し
た場合の濃度を示す。)を50〜70wt%とすること
によりクリヤすることが可能であるが、φ10μm以下
の有効フィラメント径は達成することが困難である。
c値はNb系金属管内部の拡散後のSn濃度(Nb系金
属管内部のSn系金属およびCu系金属が完全に拡散し
た場合の濃度を示す。)を50〜70wt%とすること
によりクリヤすることが可能であるが、φ10μm以下
の有効フィラメント径は達成することが困難である。
【0006】即ち,ニオブ・チューブ法においては、N
b系金属管内部のSn濃度を高くすればJc値を向上さ
せることができるが、フィラメントの細線化が困難とな
り、逆にNb系金属管内部のSn濃度を低下させると、
細線化が容易になるものの、Jc値が低下するという問
題を生ずる。
b系金属管内部のSn濃度を高くすればJc値を向上さ
せることができるが、フィラメントの細線化が困難とな
り、逆にNb系金属管内部のSn濃度を低下させると、
細線化が容易になるものの、Jc値が低下するという問
題を生ずる。
【0007】本発明は以上の問題を解決するためになさ
れたもので、ニオブ・チューブ法により細線化が容易
で、かつJc値を向上させることができる製造方法を提
供することをその目的とする。
れたもので、ニオブ・チューブ法により細線化が容易
で、かつJc値を向上させることができる製造方法を提
供することをその目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のNb3 Sn超電導線の製造方法は、Sn系
金属の外側にCu系金属管およびNb系金属管を順次配
置し、これらの多数本をCuマトリックス中に配置した
複合体に減面加工を施した後、Nb3 Sn生成の熱処理
を施すことにより多芯構造の超電導線を製造する方法に
おいて、前記Cuマトリックスの中央部に拡散後のマト
リックス中のSn濃度が30wt%以上となるようにS
n系金属線を配置するとともに、前記Nb系金属管内部
のSn系金属を拡散後のSn濃度が20wt%以下とな
るように配置したものである。
に、本発明のNb3 Sn超電導線の製造方法は、Sn系
金属の外側にCu系金属管およびNb系金属管を順次配
置し、これらの多数本をCuマトリックス中に配置した
複合体に減面加工を施した後、Nb3 Sn生成の熱処理
を施すことにより多芯構造の超電導線を製造する方法に
おいて、前記Cuマトリックスの中央部に拡散後のマト
リックス中のSn濃度が30wt%以上となるようにS
n系金属線を配置するとともに、前記Nb系金属管内部
のSn系金属を拡散後のSn濃度が20wt%以下とな
るように配置したものである。
【0009】上記発明において、拡散後のマトリックス
中のSn濃度とは、Cuマトリックスとこのマトリック
スの中央部に配置されたSnが完全に拡散した場合の濃
度を示す。また、Nb系金属管内部のSn濃度も、同様
にNb系金属管内部のCu系金属とSnが完全に拡散し
た場合の濃度を示す。
中のSn濃度とは、Cuマトリックスとこのマトリック
スの中央部に配置されたSnが完全に拡散した場合の濃
度を示す。また、Nb系金属管内部のSn濃度も、同様
にNb系金属管内部のCu系金属とSnが完全に拡散し
た場合の濃度を示す。
【0010】上記発明において、Sn系金属、Cu系金
属、Nb系金属とは、Sn、CuおよびNbの他、加工
性等を改善するためにこれ等の金属に微量の元素を添加
したものも含まれる。
属、Nb系金属とは、Sn、CuおよびNbの他、加工
性等を改善するためにこれ等の金属に微量の元素を添加
したものも含まれる。
【0011】本発明における複合体は、例えば、以下に
述べる方法により形成される。
述べる方法により形成される。
【0012】(イ)Nb管の内部に、拡散後のSn濃度
が20wt%以下となるようにCuクラッドSn線を挿
入し、これらをCu管内に収容した後、減面加工を施し
断面六角形のシングル線を製造する。
が20wt%以下となるようにCuクラッドSn線を挿
入し、これらをCu管内に収容した後、減面加工を施し
断面六角形のシングル線を製造する。
【0013】(ロ)Cu管内にSnロッドを挿入して減
面加工を施し、シングル線と同一の断面形状を有するC
u被覆Sn線を製造する。
面加工を施し、シングル線と同一の断面形状を有するC
u被覆Sn線を製造する。
【0014】(ハ)Cu被覆Sn線の多数本を中心とし
て、その外側にシングル線の多数本をその側面を当接し
て集合し、これらをCu管内に収容した後、管内壁との
間隙にCuスペーサを挿入して複合体を製造する。この
時、Cu被覆Sn線の本数は、拡散後のマトリックス中
のSn濃度が30wt%以上となるように選択される。
(ニ)複合体に減面加工を施した後、CuとSnの拡
散およびNb3 Sn生成の熱処理を施して多芯構造の超
電導線を製造する。
て、その外側にシングル線の多数本をその側面を当接し
て集合し、これらをCu管内に収容した後、管内壁との
間隙にCuスペーサを挿入して複合体を製造する。この
時、Cu被覆Sn線の本数は、拡散後のマトリックス中
のSn濃度が30wt%以上となるように選択される。
(ニ)複合体に減面加工を施した後、CuとSnの拡
散およびNb3 Sn生成の熱処理を施して多芯構造の超
電導線を製造する。
【0015】尚、上記(イ)のシングル線の多数本をC
u管内に収容して減面加工を施す工程を繰り返すことに
より、フィラメント数を増加させることができる。ま
た、最外層のCu管の内側にTa等の拡散遮蔽層を配置
することが好ましい。
u管内に収容して減面加工を施す工程を繰り返すことに
より、フィラメント数を増加させることができる。ま
た、最外層のCu管の内側にTa等の拡散遮蔽層を配置
することが好ましい。
【0016】
【作用】上記構成により、本発明のNb3 Sn超電導線
の製造方法によれば、ニオブ・チューブ法によりフィラ
メントを細線化することのできるが、これは本発明者等
による以下の知見に基く。即ち、Nb系金属管内部のS
n濃度が20wt%を越えるとJc値は向上するもの
の、フィラメントの細線化が困難となリ、一方、Nb系
金属管内部のSn濃度が20wt%以下では、フィラメ
ントの細線化は可能になるが、Jc値は低下する。本発
明によれば、Nb系金属管内部のSn濃度を20wt%
以下に低減することにより,フィラメント径をφ10μ
m以下まで加工することができ、またNb3 Sn層生成
に不足するSn分をCuマトリックスの中央部に配置す
ることにより、加工後のNb管を内外から反応させてN
b3 Sn層を形成することができるため、Jc値を向上
させることが可能になる。この場合、Cuマトリックス
中のSn濃度が30wt%未満であると反応が不十分と
なって残存Nb量が多くなり、Jc値を向上させること
が困難となる。
の製造方法によれば、ニオブ・チューブ法によりフィラ
メントを細線化することのできるが、これは本発明者等
による以下の知見に基く。即ち、Nb系金属管内部のS
n濃度が20wt%を越えるとJc値は向上するもの
の、フィラメントの細線化が困難となリ、一方、Nb系
金属管内部のSn濃度が20wt%以下では、フィラメ
ントの細線化は可能になるが、Jc値は低下する。本発
明によれば、Nb系金属管内部のSn濃度を20wt%
以下に低減することにより,フィラメント径をφ10μ
m以下まで加工することができ、またNb3 Sn層生成
に不足するSn分をCuマトリックスの中央部に配置す
ることにより、加工後のNb管を内外から反応させてN
b3 Sn層を形成することができるため、Jc値を向上
させることが可能になる。この場合、Cuマトリックス
中のSn濃度が30wt%未満であると反応が不十分と
なって残存Nb量が多くなり、Jc値を向上させること
が困難となる。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。
【0018】図1は減面加工後の複合体の断面を示した
もので、Cuマトリックス1の中央部にSn線2が配置
され、その外側に多数の複合フィラメント3が配置され
ている。また、Cuマトリックス1の外側には拡散障壁
であるTa管4が配置され、その外側に安定化材である
Cu管5が配置されている。複合フィラメント3は、S
nフィラメント3aを中心として、その外側にCu管3
bおよびNb管3cが順次配置された構造を有してい
る。上記のSn線2およびNb管3c内部のSnフィラ
メント3aは、Cuマトリックス1とSn線2が完全に
拡散した時に30wt%以上のSn濃度となるような断
面積で、また、Snフィラメント3aとCu管3bが完
全に拡散した時に20wt%以下のSn濃度となるよう
な断面積で配置されている。
もので、Cuマトリックス1の中央部にSn線2が配置
され、その外側に多数の複合フィラメント3が配置され
ている。また、Cuマトリックス1の外側には拡散障壁
であるTa管4が配置され、その外側に安定化材である
Cu管5が配置されている。複合フィラメント3は、S
nフィラメント3aを中心として、その外側にCu管3
bおよびNb管3cが順次配置された構造を有してい
る。上記のSn線2およびNb管3c内部のSnフィラ
メント3aは、Cuマトリックス1とSn線2が完全に
拡散した時に30wt%以上のSn濃度となるような断
面積で、また、Snフィラメント3aとCu管3bが完
全に拡散した時に20wt%以下のSn濃度となるよう
な断面積で配置されている。
【0019】図1に示す複合体に熱処理を施すことによ
り、Nb管3aはSnフィラメント3aとSn線2の拡
散により、内外から反応してNb2 Snを生成する。
り、Nb管3aはSnフィラメント3aとSn線2の拡
散により、内外から反応してNb2 Snを生成する。
【0020】具体例 外径φ17mm、内径φ8mmのCu管内に外径φ7.
9mmのSnロッドを収容して冷間加工を施し、外径φ
3.8mmの複合線Aを製造した。この複合線Aの拡散
後のSn濃度はCu−18wt%Snとなる。
9mmのSnロッドを収容して冷間加工を施し、外径φ
3.8mmの複合線Aを製造した。この複合線Aの拡散
後のSn濃度はCu−18wt%Snとなる。
【0021】上記の複合線Aを外径φ8mm、内径φ4
mmのNb管内に収容し、さらにこのNb管の外側に外
径φ9.1mm、内径φ8mmのCu管を配置した後、
これに冷間加工を施し、対辺間距離2.13mmの断面
六角形の複合線Bを製造した。 一方、外径φ10.3
mm、内径φ8.1mmのCu管内に外径φ7.9mm
のSnロッドを収容して冷間加工を施し、対辺間距離
2.13mmの断面六角形の複合線Cを製造した。この
複合線Cの拡散後のSn濃度はCu−50wt%Snと
なる。
mmのNb管内に収容し、さらにこのNb管の外側に外
径φ9.1mm、内径φ8mmのCu管を配置した後、
これに冷間加工を施し、対辺間距離2.13mmの断面
六角形の複合線Bを製造した。 一方、外径φ10.3
mm、内径φ8.1mmのCu管内に外径φ7.9mm
のSnロッドを収容して冷間加工を施し、対辺間距離
2.13mmの断面六角形の複合線Cを製造した。この
複合線Cの拡散後のSn濃度はCu−50wt%Snと
なる。
【0022】以上のように、複合線BおよびCを製造し
た後、複合線Cの187本をその側面を当接して集合
し、その外側に複合線Bの738本を同様にして集合し
た後、これらを外径φ73mm、内径φ71mmのTa
管内に収容し、このTa管の外側に外径φ85mm、内
径φ74mmのCu管を配置して複合体を製造した。
た後、複合線Cの187本をその側面を当接して集合
し、その外側に複合線Bの738本を同様にして集合し
た後、これらを外径φ73mm、内径φ71mmのTa
管内に収容し、このTa管の外側に外径φ85mm、内
径φ74mmのCu管を配置して複合体を製造した。
【0023】この複合体のTa管内部では、CuとSn
が完全に反応した場合のSn濃度は、Nb管内部で18
wt%、Nb管の外側のマトリックス部で40wt%と
なる。 このように製造した複合体に静水圧押出加工お
よび伸線加工を施して、外径φ0.31mmの複合線D
を製造した。この時のフィラメント径はφ7.8μm
で、またフィラメントの破断も認められず、加工性も良
好であった。
が完全に反応した場合のSn濃度は、Nb管内部で18
wt%、Nb管の外側のマトリックス部で40wt%と
なる。 このように製造した複合体に静水圧押出加工お
よび伸線加工を施して、外径φ0.31mmの複合線D
を製造した。この時のフィラメント径はφ7.8μm
で、またフィラメントの破断も認められず、加工性も良
好であった。
【0024】この複合線Dに725℃×50時間の熱処
理を施して多芯構造のNb3 Sn超電導線を製造し、そ
の特性を測定した結果、Jcは12Tで810A/mm
2 の値を示した。
理を施して多芯構造のNb3 Sn超電導線を製造し、そ
の特性を測定した結果、Jcは12Tで810A/mm
2 の値を示した。
【0025】比較例 具体例と同様の方法により複合線Bを製造し、この92
5本をその側面を当接して集合した後、これらを外径φ
73mm、内径φ71mmのTa管内に収容し、このT
a管の外側に外径φ85mm、内径φ74mmのCu管
を配置して複合体を製造した。
5本をその側面を当接して集合した後、これらを外径φ
73mm、内径φ71mmのTa管内に収容し、このT
a管の外側に外径φ85mm、内径φ74mmのCu管
を配置して複合体を製造した。
【0026】このように製造した複合体に静水圧押出加
工および伸線加工を施して、外径φ0.31mmの複合
線D´を製造した。この時のフィラメント径はφ7.8
μmで、またフィラメントの破断も認められず、加工性
も良好であった。
工および伸線加工を施して、外径φ0.31mmの複合
線D´を製造した。この時のフィラメント径はφ7.8
μmで、またフィラメントの破断も認められず、加工性
も良好であった。
【0027】この複合線D´に725℃×50時間の熱
処理を施して多芯構造のNb3 Sn超電導線を製造し、
その特性を測定した結果、Jcは12Tで590A/m
m2の値を示した。
処理を施して多芯構造のNb3 Sn超電導線を製造し、
その特性を測定した結果、Jcは12Tで590A/m
m2の値を示した。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように本発明のNb3 Sn超
電導線の製造方法によれば、加工性が良好でフィラメン
ト径をφ10μm以下以下に成形することができる上、
Nb系金属管の内外からSnが拡散してNb3 Sn層が
生成されるため、臨界電流密度の高い超電導線を製造す
ることができる。
電導線の製造方法によれば、加工性が良好でフィラメン
ト径をφ10μm以下以下に成形することができる上、
Nb系金属管の内外からSnが拡散してNb3 Sn層が
生成されるため、臨界電流密度の高い超電導線を製造す
ることができる。
【図1】本発明における減面加工後の複合体の断面図。
1…Cuマトリックス、 2…Sn線、 3…複合フィ
ラメント、3a…Snフィラメント、 3b…Cu管、
3c…Nb管、4…Ta管、5…Cu管。
ラメント、3a…Snフィラメント、 3b…Cu管、
3c…Nb管、4…Ta管、5…Cu管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊野 智幸 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 野口 一朗 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 袴田 真志 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 志賀 紀幸 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内 (72)発明者 山崎 高之 神奈川県川崎市川崎区小田栄2丁目1番1 号 昭和電線電纜株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 Sn系金属の外側にCu系金属管および
Nb系金属管を順次配置し、これらの多数本をCuマト
リックス中に配置した複合体に減面加工を施した後、N
b3 Sn生成の熱処理を施すことにより多芯構造の超電
導線を製造する方法において、前記Cuマトリックスの
中央部に拡散後のマトリックス中のSn濃度が30wt
%以上となるようにSn系金属線を配置するとともに、
前記Nb系金属管内部のSn系金属を拡散後のSn濃度
が20wt%以下となるように配置することを特徴とす
るNb3 Sn超電導線の製造方法。 - 【請求項2】 Sn系金属線は、Cuマトリックスの中
央部に、離間して多数本配置することを特徴とする請求
項1記載のNb3 Sn超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4138603A JPH05334929A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | Nb3Sn超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4138603A JPH05334929A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | Nb3Sn超電導線の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05334929A true JPH05334929A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15225954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4138603A Withdrawn JPH05334929A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | Nb3Sn超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05334929A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108399974A (zh) * | 2017-01-25 | 2018-08-14 | 布鲁克欧斯特有限公司 | 通过新型热处理提高Nb3Sn超导股线中的股线临界电流密度 |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP4138603A patent/JPH05334929A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108399974A (zh) * | 2017-01-25 | 2018-08-14 | 布鲁克欧斯特有限公司 | 通过新型热处理提高Nb3Sn超导股线中的股线临界电流密度 |
CN108399974B (zh) * | 2017-01-25 | 2023-02-24 | 布鲁克欧斯特有限公司 | 通过新型热处理提高Nb3Sn超导股线中的股线临界电流密度 |
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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