JPH06101001A - 化合物超電導導体 - Google Patents

化合物超電導導体

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JPH06101001A
JPH06101001A JP4251359A JP25135992A JPH06101001A JP H06101001 A JPH06101001 A JP H06101001A JP 4251359 A JP4251359 A JP 4251359A JP 25135992 A JP25135992 A JP 25135992A JP H06101001 A JPH06101001 A JP H06101001A
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JP
Japan
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alloy
continuous fiber
critical current
matrix
compound
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Pending
Application number
JP4251359A
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English (en)
Inventor
Genzo Iwaki
源三 岩城
Shuji Sakai
修二 酒井
Shoji Inaba
彰司 稲葉
Hidesumi Moriai
英純 森合
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable 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)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Plural Heterocyclic Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】臨界電流特性を大幅に向上させることのできる
Nb3 Sn系化合物超電導導体を提供することにある。 【構成】Cu−Sn系合金をマトリックスとし、該マト
リックス中にNb−Ta合金の連続繊維が多数埋設され
た多心複合材を熱処理してなるNb3 Sn系化合物超電
導導体において、熱処理前のマトリックス中のSnと連
続繊維中のNbのモル比を0.25〜0.28の範囲と
した多心複合材を熱処理してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超電導導体、特にNb3
Sn系化合物超電導導体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のNb3 Sn系化合物超電導導体
は、Cu−Sn系合金のマトリックスの中にNb基合金
が連続繊維とし配置されるが、通常は、マトリックス中
のSnと連続繊維中のNbのモル比が0.33(=1/
3)に近くなるように設計・製造される。
【0003】また、連続繊維として使用されるNb基合
金材としては3原子%以上のTaが添加されたNb−T
a合金が使用された例がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のマトリック
ス中のSnと連続繊維中のNbのモル比が0.33(=
1/3)付近では、最終的な熱処理によって生成される
Nb3 Sn系金属間化合物をNb3 Snx で表すと、x
=1に近くなる。
【0005】生成された化合物の化学量論組成がNb:
Sn=3:1に近くなるに従い、臨界温度(Tc)、上
部臨界磁場(Bc2 )が上昇してくるため、得られる臨
界電流密度(Jc)特性も最も高くなると考えられる。
【0006】ところで、実際の超電導マグネットへの化
合物超電導導体の応用を考えた場合、使用される超電導
導体には、臨界電流密度特性ではなく臨界電流(Ic)
特性が優れていることが要求される。
【0007】臨界電流は、生成された化合物の臨界電流
密度と断面積の積であるが、従来技術では、化合物自体
の臨界電流密度が高くても、化合物の断面積が小さくな
り、結果的に得られる臨界電流が相対的に低くなってし
まう。
【0008】また、連続繊維に用いるNb−Ta合金の
Ta濃度が高くなるに従い、化合物の生成速度が速くな
る半面、生成化合物に結晶粒粗大化を招き、結果的に生
成された化合物自体の臨界電流密度が低なってしまう。
【0009】加えて、Ta濃度が高くなるに従い、臨界
電流が低下してくるため、実際の超電導マグネットへの
応用した場合には、マグネットの安定性に問題が生じか
ねない。
【0010】本発明の目的は、前期した従来技術の欠点
を解決し、臨界電流特性を大幅に向上させることのでき
るNb3 Sn系化合物超電導導体を提供することにあ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、化合物
生成熱処理前の導体におけるCu−Sn系合金マトリッ
クス中のSnと連続繊維中のNbのモル比を0.25〜
0.28と従来技術より小さくしたことにある。
【0012】この場合、マトリックスとしてのCu−S
n系合金は、Snの他に、Ti、Ni、Ga、Si、A
l、Zn、Taの少なくとも1種を合計で5原子%以下
含むCu−Sn系多元合金であっても差し支えない。
【0013】なお、本発明においては熱処理前の連続繊
維材としてNb−Ta合金が使用されるが、その場合の
Ta濃度は1原子%以下とすることが望ましい。
【0014】また、熱処理前Nb−Ta合金からなる連
続繊維はその太さが1.5〜4μm程度であることが望
ましい。
【0015】
【作用】熱処理前の導体におけるマトリックス中のSn
と連続繊維中のNbのモル比を従来より小さくすると、
それに伴う生成化合物自体の臨界電流密度は低下する
が、これは化合物生成熱処理前の連続繊維を極細化する
ことによって防止でき、生成される化合物の断面積を拡
大させることができるため、結果的に得られる導体の臨
界電流特性を大幅に向上させることができる。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。
【0017】先ず、連続繊維材としてNb−Ta合金を
用いた場合の合金組成の臨界電流密度に及ぼす影響につ
いて説明する。
【0018】第1表に、供試材として製作した4種の化
合物超電導導体の最終熱処理前の諸元を示し、第1図に
それらの導体の断面構成を示す。
【0019】
【表1】
【0020】各導体は、Cu−Sn系合金マトリックス
2中に夫々表1に示す組成のNb−Ta合金からなる連
続繊維が55本埋設されたサブエレメント1が361本
集合され、その周囲にTa製の拡散バリア3とCu製の
安定化材4が順次配された構造である。
【0021】マトリックスには、連続繊維のNbに対し
てSnのモル比が0.32となるようにSnが添加さ
れ、かつTiを0.7原子%含むCu−Sn−Ti合金
が用いられた。
【0022】これらの各導体は、夫々次のように加工さ
れた。
【0023】外径18mmのNb−Ta合金の丸棒の周囲
に外径27.8mm、内径18.5mmのCu−Sn−Ti
合金管と外径29mm、内径28mmのCu管を配して複合
ビレットとし、これを室温で外径15mmに静水圧押出
し、それを冷間引抜きにより対辺長1.3mmの六角断面
の単心線に加工した。次に、この単心線を定尺切断後5
5本集合し、その外周に所定肉厚のCu管を配して押出
用ビレットとし、このビレットを室温で外径15mmに静
水圧押出し、単心線の場合と同様、冷間引抜きにより六
角断面のサブエレメント線に加工した。このサブエレメ
ント線を定尺切断後261本集合し、その周囲を厚さ
0.1mmのTa板で6層に被覆し、その周囲に所定肉厚
のCu管を配して押出用ビレットとし、室温で直径15
mmに静水圧押出した後、冷間引抜きにより所定外径の多
心線に仕上げた。その後、得られた多心線を650℃で
200時間熱処理した。
【0024】このようにして得られた各供試導体の臨界
電流値を外部磁界毎に測定した結果を図2に示す。
【0025】図2の結果から、連続繊維として用いるN
b−Ta合金のTa濃度が1.5原子%以下で純Nbの
導体の臨界電流を上回り、Ta添加の臨界電流特性向上
に対する効果は1原子%以下が望ましいことが判る。
【0026】次に、熱処理前の導体におけるSnとNb
のモル比が臨界電流密度に及ぼす影響について説明す
る。
【0027】表2に供試材として製作した5種の化合物
超電導導体の最終熱処理前の諸元を示す。
【0028】
【表2】
【0029】供試導体の断面構成、加工方法等は前の例
と同様であるが、マトリックスとして表1の供試材より
Sn濃度の高いCu−Sn−Ti合金を用いたため、N
b−Ta合金の連続繊維の断面積が表1の供試材に比べ
て大きくしてある。
【0030】各供試導体の外部磁界12Tにおける臨界
電流値を測定した結果を、Sn対Nbのモル比の変化と
して図3に示す。
【0031】図3の結果から、化合物生成熱処理前の導
体内におけるSn対Nbのモル比が0.25〜0.28
の範囲内で最高の臨界電流特性が得られることが判る。
【0032】この例における12Tでの臨界電流の最高
値は、Sn対Nbのモル比が0.25の導体の191A
であり、このときの非銅部臨界電流密度は780A/mm
2 となる。
【0033】次に、化合物生成熱処理前の導体における
連続繊維径が臨界電流に及ぼす影響について説明する。
【0034】供試導体としては、図2で最高の特性が得
られた導体(表2の導体No.6)と同一諸元で、熱処
理前の連続繊維径を1.0〜5.0μmと異ならせた導
体(道体径が夫々異なる)を製作し、夫々650℃で2
00時間の化合物生成熱処理を行い、得られた各導体に
ついて熱処理前の連続繊維径の影響度を調査した。その
結果を図4に示す。
【0035】ここでは、各供試導体の外径が異なるた
め、12Tにおける非銅部臨界電流密度で評価した。こ
の結果、繊維径が2.5μm付近にピークを有し、良好
な非銅部臨界電流密度、即ち臨界電流特性を得るには、
化合物生成熱処理前のNb−Ta合金の連続繊維径を
1.5〜4μmの範囲内に設計、製造することが必要で
あることが判った。
【0036】なお、前記各実施例で製作した供試導体
は、全て多心線の引抜加工の途中でツイスト加工を施
し、そのピッチが化合物生成熱処理前の導体の直径の約
20倍となるように加工した。
【0037】また、臨界電流値には、化合物生成熱処理
後の導体の非銅部の比抵抗が10-13 Ω・cmとなるよ
うに電圧発生時の通電電流値を用いた。
【0038】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、生成されるNb3 Sn系化合物のNbとSnのモル
比が3対1より低いSn濃度側にずれても化合物自体の
臨界電流密度の低下は小さく、マトリックスにその化合
物生成に必要な分だけのSn量を含有させることで、生
成される化合物層の断面積を大巾に拡大させることがで
き、その結果、従来にない高い臨界電流特性を有するN
3 Sn系超電導胴体を得ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で製作したNb3 Sn系化合物
超電導導体の断面構成を示す図。
【図2】表1に示す寸法諸元を持つ導体の連続繊維の組
成と臨界電流の関係を示すグラフ。
【図3】表2に示す寸法諸元を持つ導体の熱処理前のS
n対Nbのモル比と外部磁界の関係を示すグラフ。
【図4】導体の熱処理前の連続繊維径と臨界電流密度の
関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 サブエレメント 2 Cu−Sn系合金マトリックス 3 Ta製の拡散バリア 4 Cu製の安定化材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森合 英純 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cu−Sn系合金をマトリックスとし、該
    マトリックス中にNb−Ta合金の連続繊維が多数埋設
    された多心複合材を熱処理してなるNb3 Sn系化合物
    超電導導体において、熱処理前のマトリックス中のSn
    と連続繊維中のNbのモル比を0.25〜0.28の範
    囲とした多心複合材を熱処理してなることを特徴とする
    化合物超電導導体。
  2. 【請求項2】熱処理前の連続繊維のTa濃度が1原子%
    以下である、請求項1に記載の化合物超電導導体。
  3. 【請求項3】熱処理前の連続繊維径が1.5〜4.0μ
    mの範囲である、請求項1又は請求項2に記載の化合物
    超電導導体。
JP4251359A 1992-08-20 1992-09-21 化合物超電導導体 Pending JPH06101001A (ja)

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