JPH06196033A - Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法 - Google Patents
Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法Info
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- JPH06196033A JPH06196033A JP4303290A JP30329092A JPH06196033A JP H06196033 A JPH06196033 A JP H06196033A JP 4303290 A JP4303290 A JP 4303290A JP 30329092 A JP30329092 A JP 30329092A JP H06196033 A JPH06196033 A JP H06196033A
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- 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】
【目的】 温度マージングが大きく、低交流損失で高安
定性を有する強磁界特性の優れた交流用Ｖ3 Ｓｉ超電導
極細多芯線材を高効率で得る。 【構成】 Ｃｕ−Ｓｉ合金（ブロンズ）マトリックスと
Ｖ芯から構成される複合体において、ブロンズの組成な
らびにマトリックス／芯の体積比を調整してＶとＳｉの
組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）を１．７以上に制御
し、この複合体を中間焼鈍と冷間加工によりＶ芯径が１
０μｍ以下になるまで線状に加工したのち、Ｖ芯１の廻
りにＳｉ濃度の低下したブロンズ４側からＶ5 Ｓｉ3 層
３およびＶ3Ｓｉ層２を拡散生成させる熱処理を行い、
そのうちＶ5 Ｓｉ3 層３をＶ3 Ｓｉフィラメント間の物
理的及び電気的結合を切る高電気抵抗層として、またＳ
ｉ濃度が低減したブロンズ４を安定化材として利用する
強磁界特性の優れた交流用超電導極細多芯線材を製造す
る方法。
定性を有する強磁界特性の優れた交流用Ｖ3 Ｓｉ超電導
極細多芯線材を高効率で得る。 【構成】 Ｃｕ−Ｓｉ合金（ブロンズ）マトリックスと
Ｖ芯から構成される複合体において、ブロンズの組成な
らびにマトリックス／芯の体積比を調整してＶとＳｉの
組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）を１．７以上に制御
し、この複合体を中間焼鈍と冷間加工によりＶ芯径が１
０μｍ以下になるまで線状に加工したのち、Ｖ芯１の廻
りにＳｉ濃度の低下したブロンズ４側からＶ5 Ｓｉ3 層
３およびＶ3Ｓｉ層２を拡散生成させる熱処理を行い、
そのうちＶ5 Ｓｉ3 層３をＶ3 Ｓｉフィラメント間の物
理的及び電気的結合を切る高電気抵抗層として、またＳ
ｉ濃度が低減したブロンズ４を安定化材として利用する
強磁界特性の優れた交流用超電導極細多芯線材を製造す
る方法。
Description
【産業上の利用分野】この発明は、Ｖ3 Ｓｉ超電導極細
多芯線材の製造法に関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、交流用の超電導線材として温度マージ
ングが大きく低交流損失で高安定性を有する強磁界特性
の優れたＶ3 Ｓｉ超電導極細多芯線材の高性能、効率的
な製造方法に関するものである。
多芯線材の製造法に関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、交流用の超電導線材として温度マージ
ングが大きく低交流損失で高安定性を有する強磁界特性
の優れたＶ3 Ｓｉ超電導極細多芯線材の高性能、効率的
な製造方法に関するものである。
【従来の技術とその課題】現在、実用化されている交流
用超電導線材はＮｂＴｉ合金極細多芯線が唯一である。
この通常のＮｂＴｉ合金極細多芯線では、安定性を十分
確保するためにマトリックス材に純銅を使用している
が、交流磁界中ではフィラメント（ＮｂＴｉ）が電気的
に結合し、フィラメント間に起電力が生じて銅マトリッ
クスに電流が流れ、ジュール損失（結合損失）が発生す
る。これを低減するために、通常は、マトリックスの横
方向電気抵抗率を高めることが有効で、そのため純銅に
替えて高電気抵抗材料をマトリックスとして使用する。
ただし、交流損失のもう一つの原因である磁束線のピン
止めに伴う損失（ヒステリシス損失）は超電導フィラメ
ントが細くなるほど小さくなる。そのためフィラメント
径が１μｍ以下になるまで伸線加工する必要があること
から、マトリックスの高電気抵抗材料としては、加工性
にも優れたキュブロニッケル等の銅合金に限定されてい
る。しかしながら、マトリックスが高電気抵抗材料であ
る場合には熱伝導率も低くなるので通電中に常電導の芽
が一旦発生してしまうと回復することは不可能で、安定
性が損なわれてしまうことになる。ただ、横方向の電気
抵抗は高いが長手方向の電気抵抗は低いマトリックス材
料がもし存在すれば、低交流損失と高安定性を同時に実
現することができる。そのような理想的なマトリックス
材料を得るために、現実には、純銅と高電気抵抗材料を
適当に配置した混合マトリックス材料を用いる。しか
し、交流用多芯線としては極めて高度な複合加工技術を
必要とする。そして、さらに、ＮｂＴｉ自身の臨界磁界
（４．２Ｋ）が１１．５Ｔと低いので８Ｔ以上の交流磁
界を発生することは不可能であり、また、臨界温度も
９．５Ｋと低いので超電導発電機など使用温度が５Ｋを
越える交流機器には温度マージンが小さ過ぎるという欠
点があった。一方、直流用に開発されてきたブロンズ法
Ｎｂ3 Ｓｎ極細多芯線は、臨界温度が１７Ｋ以上でまた
臨界磁界が２３Ｔを越えることから、温度マージンが大
きい強磁界交流用超電導線材としても注目されている。
しかし、このブロンズ法には、伸線工程でブロンズを焼
鈍（約６００℃で１時間）しなければならないという欠
点があった。それと言うのもブロンズの加工硬化が顕著
であるからであった。しかし、中間焼鈍で生成する微量
のＮｂ3 Ｓｎ化合物は芯径が細くなるほど複合加工性を
劣化させる。そのため、Ｎｂ芯径を１μｍ以下まで細く
しなければならない交流用多芯線では、伸線途中で破断
しやすくなる欠点があった。また、overall ＪC を大き
くするためには、フィラメント間距離は無制限に大きく
できない。そのため、伸線終了後の比較的高温での熱処
理（約７００℃で１００時間）で、各Ｎｂフィラメント
の廻りに生成するＮｂ3 Ｓｎが部分的に合体してフィラ
メント間が物理的に結合するブリッジングが避けられな
い。このようなブリッジングが生じると有効超電導芯径
が大きくなってヒステリシス損失を増大させる欠点があ
り、さらに、Ｎｂ3 Ｓｎの生成後のブロンズは、結合損
失を軽減するには電気抵抗が低すぎ、また、安定性を向
上させるほどには電気抵抗が高すぎるという中途半端な
ものであった。また、Ｖ3 Ｓｉ化合物も臨界温度が１６
Ｋ以上で、また臨界磁界（４．２Ｋ）が２０Ｔを越すた
め、温度マージンが大きい強磁界交流用超電導線材とし
て期待できる。しかし、ブロンズ法を適用したこのＶ3
Ｓｉ化合物の製造法では、ブロンズ中のＳｉ濃度が高い
とＶ5 Ｓｉ3 層が優先的に厚く生成し、Ｖ3 Ｓｉ層はＶ
5 Ｓｉ3 層と未反応のＶとの界面に薄く生成するので、
overall ＪC は小さかった（K. Tachikawa et al., J.
Mater. Sci.,７（１９７２），１１５４−１１６０，M.
Suenaga et al.,“１９７２ Applied Superconductiv
ity Conference”，ＩＥＥＥ，New York, １９７２，ｐ
４８１−４８５．）。一方、ブロンズ中のＳｉ濃度を下
げるとＶ5 Ｓｉ3 層厚に対するＶ3 Ｓｉ層厚の割合が増
加し、Ｓｉ濃度が１ａｔ％以下になるとＶ3 Ｓｉ層だけ
が生成する（J. Livingston, J. Mater. Sci.,１２（１
９７７）．１７５９−１７６３）。この場合、厚くＶ3
Ｓｉを生成させるためにはＶに対するブロンズの体積率
をかなり大きくする必要があり、やはりoverall ＪC の
改善は困難であった。なお、Livingstonは、Ｓｉに対す
るＶの組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）をできるだけ大
きく調整すれば、Ｓｉ濃度の高いブロンズを出発材料に
用いても熱処理でのブロンズ中のＳｉ濃度の減少にとも
ない、初期に生成したＶ5 Ｓｉ3 が最終的にＶ3 Ｓｉに
変態する可能性を指摘した。しかし、 Suenagaらは、Ｖ
のＳｉに対する組成比が十分大きい試料（Ｖ／Ｓｉ〜
３．５）を用いたが、Ｖ3 Ｓｉを厚く生成させようとす
ると高温で長時間の熱処理が必要であり、そのようにし
て生成したＶ3 Ｓｉは結晶粒が粗大化し、磁束線のピン
止め中心である結晶粒界密度が減少するので、結局大き
なoverall ＪC は得られないことを報告している。 Sue
nagaらの試料ではＶ芯径が３０μｍ以上で太かった。な
お、これまでＶ3 Ｓｉ線材を交流用超電導線材として着
目した研究報告例は知られていない。この発明は、以上
の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来方法の
欠点を解消し、温度マージングが大きく低交流損失で高
安定性を有する強磁界特性の優れた交流用超電導極細多
芯線材を製造することができる新しい方法を提供するこ
とを目的としている。
用超電導線材はＮｂＴｉ合金極細多芯線が唯一である。
この通常のＮｂＴｉ合金極細多芯線では、安定性を十分
確保するためにマトリックス材に純銅を使用している
が、交流磁界中ではフィラメント（ＮｂＴｉ）が電気的
に結合し、フィラメント間に起電力が生じて銅マトリッ
クスに電流が流れ、ジュール損失（結合損失）が発生す
る。これを低減するために、通常は、マトリックスの横
方向電気抵抗率を高めることが有効で、そのため純銅に
替えて高電気抵抗材料をマトリックスとして使用する。
ただし、交流損失のもう一つの原因である磁束線のピン
止めに伴う損失（ヒステリシス損失）は超電導フィラメ
ントが細くなるほど小さくなる。そのためフィラメント
径が１μｍ以下になるまで伸線加工する必要があること
から、マトリックスの高電気抵抗材料としては、加工性
にも優れたキュブロニッケル等の銅合金に限定されてい
る。しかしながら、マトリックスが高電気抵抗材料であ
る場合には熱伝導率も低くなるので通電中に常電導の芽
が一旦発生してしまうと回復することは不可能で、安定
性が損なわれてしまうことになる。ただ、横方向の電気
抵抗は高いが長手方向の電気抵抗は低いマトリックス材
料がもし存在すれば、低交流損失と高安定性を同時に実
現することができる。そのような理想的なマトリックス
材料を得るために、現実には、純銅と高電気抵抗材料を
適当に配置した混合マトリックス材料を用いる。しか
し、交流用多芯線としては極めて高度な複合加工技術を
必要とする。そして、さらに、ＮｂＴｉ自身の臨界磁界
（４．２Ｋ）が１１．５Ｔと低いので８Ｔ以上の交流磁
界を発生することは不可能であり、また、臨界温度も
９．５Ｋと低いので超電導発電機など使用温度が５Ｋを
越える交流機器には温度マージンが小さ過ぎるという欠
点があった。一方、直流用に開発されてきたブロンズ法
Ｎｂ3 Ｓｎ極細多芯線は、臨界温度が１７Ｋ以上でまた
臨界磁界が２３Ｔを越えることから、温度マージンが大
きい強磁界交流用超電導線材としても注目されている。
しかし、このブロンズ法には、伸線工程でブロンズを焼
鈍（約６００℃で１時間）しなければならないという欠
点があった。それと言うのもブロンズの加工硬化が顕著
であるからであった。しかし、中間焼鈍で生成する微量
のＮｂ3 Ｓｎ化合物は芯径が細くなるほど複合加工性を
劣化させる。そのため、Ｎｂ芯径を１μｍ以下まで細く
しなければならない交流用多芯線では、伸線途中で破断
しやすくなる欠点があった。また、overall ＪC を大き
くするためには、フィラメント間距離は無制限に大きく
できない。そのため、伸線終了後の比較的高温での熱処
理（約７００℃で１００時間）で、各Ｎｂフィラメント
の廻りに生成するＮｂ3 Ｓｎが部分的に合体してフィラ
メント間が物理的に結合するブリッジングが避けられな
い。このようなブリッジングが生じると有効超電導芯径
が大きくなってヒステリシス損失を増大させる欠点があ
り、さらに、Ｎｂ3 Ｓｎの生成後のブロンズは、結合損
失を軽減するには電気抵抗が低すぎ、また、安定性を向
上させるほどには電気抵抗が高すぎるという中途半端な
ものであった。また、Ｖ3 Ｓｉ化合物も臨界温度が１６
Ｋ以上で、また臨界磁界（４．２Ｋ）が２０Ｔを越すた
め、温度マージンが大きい強磁界交流用超電導線材とし
て期待できる。しかし、ブロンズ法を適用したこのＶ3
Ｓｉ化合物の製造法では、ブロンズ中のＳｉ濃度が高い
とＶ5 Ｓｉ3 層が優先的に厚く生成し、Ｖ3 Ｓｉ層はＶ
5 Ｓｉ3 層と未反応のＶとの界面に薄く生成するので、
overall ＪC は小さかった（K. Tachikawa et al., J.
Mater. Sci.,７（１９７２），１１５４−１１６０，M.
Suenaga et al.,“１９７２ Applied Superconductiv
ity Conference”，ＩＥＥＥ，New York, １９７２，ｐ
４８１−４８５．）。一方、ブロンズ中のＳｉ濃度を下
げるとＶ5 Ｓｉ3 層厚に対するＶ3 Ｓｉ層厚の割合が増
加し、Ｓｉ濃度が１ａｔ％以下になるとＶ3 Ｓｉ層だけ
が生成する（J. Livingston, J. Mater. Sci.,１２（１
９７７）．１７５９−１７６３）。この場合、厚くＶ3
Ｓｉを生成させるためにはＶに対するブロンズの体積率
をかなり大きくする必要があり、やはりoverall ＪC の
改善は困難であった。なお、Livingstonは、Ｓｉに対す
るＶの組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）をできるだけ大
きく調整すれば、Ｓｉ濃度の高いブロンズを出発材料に
用いても熱処理でのブロンズ中のＳｉ濃度の減少にとも
ない、初期に生成したＶ5 Ｓｉ3 が最終的にＶ3 Ｓｉに
変態する可能性を指摘した。しかし、 Suenagaらは、Ｖ
のＳｉに対する組成比が十分大きい試料（Ｖ／Ｓｉ〜
３．５）を用いたが、Ｖ3 Ｓｉを厚く生成させようとす
ると高温で長時間の熱処理が必要であり、そのようにし
て生成したＶ3 Ｓｉは結晶粒が粗大化し、磁束線のピン
止め中心である結晶粒界密度が減少するので、結局大き
なoverall ＪC は得られないことを報告している。 Sue
nagaらの試料ではＶ芯径が３０μｍ以上で太かった。な
お、これまでＶ3 Ｓｉ線材を交流用超電導線材として着
目した研究報告例は知られていない。この発明は、以上
の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来方法の
欠点を解消し、温度マージングが大きく低交流損失で高
安定性を有する強磁界特性の優れた交流用超電導極細多
芯線材を製造することができる新しい方法を提供するこ
とを目的としている。
【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決するものとして、Ｃｕ−Ｓｉ合金（ブロンズ）マト
リックスとＶ芯から構成される複合体において、ブロン
ズの組成ならびにマトリックス／芯の体積比を調整して
ＶとＳｉの組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）を１．７以
上に制御し、この複合体を中間焼鈍と冷間加工によりＶ
芯径が１０μｍ以下になるまで線状に加工したのち、Ｖ
芯の廻りにブロンズ側からＶ5 Ｓｉ3 層およびＶ3 Ｓｉ
層を拡散生成させる熱処理を行い、生成したＶ5 Ｓｉ3
層をＶ3Ｓｉフィラメント間の物理的及び電気的結合を
切る高電気抵抗層とし、またＳｉ濃度が低減したブロン
ズを安定化材とする低交流損失・高安定の交流用超電導
Ｖ3 Ｓｉ極細多芯線材の製造方法を提供する。さらに詳
しくは、この発明の製造方法において、全てのＳｉがＶ
と反応したときに、Ｖが全てＶ5 Ｓｉ3 に変化しない
（未反応ＶまたはＶ3 Ｓｉが残る）ようにする。このた
め、ブロンズに含まれるＳｉの総量をＶ原子数／Ｓｉ原
子数で１．７以上になるように、ブロンズ中のＳｉ濃度
およびブロンズのＶに対する体積比を制御する。ブロン
ズ中のＳｉ濃度は、ブロンズの体積率を小さくしてover
all ＪC を大きくするため、また硬度を上げてＶとの良
好な複合加工性を確保するために、４原子％、好ましく
は７原子％以上、また、ブロンズの良好な冷間加工性を
保持する上から１１原子％、好ましくは９原子％以下と
する。中間焼鈍温度は、ブロンズのＳｉ濃度に応じて変
化させる必要があるが、ブロンズを十分焼鈍するために
は３００℃、好ましくは４８０℃以上、またＶとＳｉが
化合物を生成してその後の伸線加工性を劣化させないた
めには５７０℃、好ましくは５４０℃以下とする。最終
的なＶ芯径は、Ｓｉとの拡散反応が比較的低温で短時間
で終了させて結晶粒の粗大化を抑制するため及びヒステ
リシス損失を低減化するために、１０μｍ、好ましくは
１μｍ以下とする。化合物生成のための最終熱処理温度
は、Ｖ3 ＳｉのＶ5 Ｓｉ3 に対する割合を実用的な熱処
理時間以内（２００時間）で大きくするために６００
℃、好ましくは６５０℃以上、また、Ｖ3 Ｓｉの結晶粒
を粗大化させないために９５０℃、好ましくは９００℃
以下とする。ＶとＳｉの組成比と最終的なＶ芯径を確保
するために、ブロンズ中のＳｉとの反応性が無視できる
ほど小さくブロンズとの複合加工性に優れたＴａ、Ｎ
ｂ、これらの合金等の材料をスタック用シース材や拡散
バリア材として複合体中に含んでも良い。添付した図１
は、この発明の製造方法によって得られる極細多芯線材
の部分構成を例示した断面図である。たとえばこの図１
に示したように、Ｖ芯線（１）の周囲には、Ｖ3 Ｓｉ層
（２）、Ｖ5 Ｓｉ3 層（３）、そしてＳｉ濃度の低下し
たＣｕ−Ｓｉブロンズ層（４）が形成されることにな
る。Ｖ5 Ｓｉ3 層（３）は、Ｖ3 Ｓｉ層（２）フィラメ
ント間の高電気抵抗層として働き、ブロンズ層（４）は
安定化材として働くことになる。次ぎに実施例を示して
さらに詳しくこの発明について説明する。もちろん、こ
の発明は以下の実施例によって限定されるものではな
い。とくにＶ／Ｓｉ比を１．７以上に確保してＶ芯径を
１０μｍ以下の複合多芯線を作製することが本発明の骨
子なので、実施例と違って多芯線を出発材料としてスタ
ック工程を省略する場合や、また多芯線を出発材料にし
て１回のスタック工程で完了する場合も、この発明の請
求範囲に含まれる。さらに、スタック用シース材とＳｉ
の拡散バリア材を兼ねて実施例ではＴａを用いている
が、ブロンズ中のＳｉとの反応性が低くまたブロンズと
の複合加工性が優れていれば、スタック用シース材や拡
散バリア材としてＴａ以外の材料でも構わない。
解決するものとして、Ｃｕ−Ｓｉ合金（ブロンズ）マト
リックスとＶ芯から構成される複合体において、ブロン
ズの組成ならびにマトリックス／芯の体積比を調整して
ＶとＳｉの組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）を１．７以
上に制御し、この複合体を中間焼鈍と冷間加工によりＶ
芯径が１０μｍ以下になるまで線状に加工したのち、Ｖ
芯の廻りにブロンズ側からＶ5 Ｓｉ3 層およびＶ3 Ｓｉ
層を拡散生成させる熱処理を行い、生成したＶ5 Ｓｉ3
層をＶ3Ｓｉフィラメント間の物理的及び電気的結合を
切る高電気抵抗層とし、またＳｉ濃度が低減したブロン
ズを安定化材とする低交流損失・高安定の交流用超電導
Ｖ3 Ｓｉ極細多芯線材の製造方法を提供する。さらに詳
しくは、この発明の製造方法において、全てのＳｉがＶ
と反応したときに、Ｖが全てＶ5 Ｓｉ3 に変化しない
（未反応ＶまたはＶ3 Ｓｉが残る）ようにする。このた
め、ブロンズに含まれるＳｉの総量をＶ原子数／Ｓｉ原
子数で１．７以上になるように、ブロンズ中のＳｉ濃度
およびブロンズのＶに対する体積比を制御する。ブロン
ズ中のＳｉ濃度は、ブロンズの体積率を小さくしてover
all ＪC を大きくするため、また硬度を上げてＶとの良
好な複合加工性を確保するために、４原子％、好ましく
は７原子％以上、また、ブロンズの良好な冷間加工性を
保持する上から１１原子％、好ましくは９原子％以下と
する。中間焼鈍温度は、ブロンズのＳｉ濃度に応じて変
化させる必要があるが、ブロンズを十分焼鈍するために
は３００℃、好ましくは４８０℃以上、またＶとＳｉが
化合物を生成してその後の伸線加工性を劣化させないた
めには５７０℃、好ましくは５４０℃以下とする。最終
的なＶ芯径は、Ｓｉとの拡散反応が比較的低温で短時間
で終了させて結晶粒の粗大化を抑制するため及びヒステ
リシス損失を低減化するために、１０μｍ、好ましくは
１μｍ以下とする。化合物生成のための最終熱処理温度
は、Ｖ3 ＳｉのＶ5 Ｓｉ3 に対する割合を実用的な熱処
理時間以内（２００時間）で大きくするために６００
℃、好ましくは６５０℃以上、また、Ｖ3 Ｓｉの結晶粒
を粗大化させないために９５０℃、好ましくは９００℃
以下とする。ＶとＳｉの組成比と最終的なＶ芯径を確保
するために、ブロンズ中のＳｉとの反応性が無視できる
ほど小さくブロンズとの複合加工性に優れたＴａ、Ｎ
ｂ、これらの合金等の材料をスタック用シース材や拡散
バリア材として複合体中に含んでも良い。添付した図１
は、この発明の製造方法によって得られる極細多芯線材
の部分構成を例示した断面図である。たとえばこの図１
に示したように、Ｖ芯線（１）の周囲には、Ｖ3 Ｓｉ層
（２）、Ｖ5 Ｓｉ3 層（３）、そしてＳｉ濃度の低下し
たＣｕ−Ｓｉブロンズ層（４）が形成されることにな
る。Ｖ5 Ｓｉ3 層（３）は、Ｖ3 Ｓｉ層（２）フィラメ
ント間の高電気抵抗層として働き、ブロンズ層（４）は
安定化材として働くことになる。次ぎに実施例を示して
さらに詳しくこの発明について説明する。もちろん、こ
の発明は以下の実施例によって限定されるものではな
い。とくにＶ／Ｓｉ比を１．７以上に確保してＶ芯径を
１０μｍ以下の複合多芯線を作製することが本発明の骨
子なので、実施例と違って多芯線を出発材料としてスタ
ック工程を省略する場合や、また多芯線を出発材料にし
て１回のスタック工程で完了する場合も、この発明の請
求範囲に含まれる。さらに、スタック用シース材とＳｉ
の拡散バリア材を兼ねて実施例ではＴａを用いている
が、ブロンズ中のＳｉとの反応性が低くまたブロンズと
の複合加工性が優れていれば、スタック用シース材や拡
散バリア材としてＴａ以外の材料でも構わない。
【実施例】電子ビーム溶解により溶製したＶインゴット
を１１００℃で１時間の中間焼鈍と溝ロール圧延・スウ
ェージングによる冷間加工を交互に繰り返し、直径３．
９ｍｍφの丸棒に加工したのち２次再結晶が生じないよ
うに比較的低温の９００℃で１時間での真空焼鈍を行っ
て芯材とした。一方マトリックス材は、アーク溶解炉で
溶製したＣｕ−１６ｗｔ．％Ｓｉ母合金と純銅を原材料
にしてタンマン炉でＣｕ−８．５ａｔ．％Ｓｉ合金に溶
製し、溝ロール圧延・スウェージング・ドリル加工によ
り管状（７．９／４．０ｍｍφ）に加工して作製した。
両者を複合後、５２０℃で１時間の中間焼鈍と５０％の
冷間加工（溝ロール圧延・カセットローラダイスによる
伸線加工）を交互に繰り返して、０．７ｍｍφ（Ｖ芯
径：３５０μｍ）の単芯線に加工した。単芯線に於ける
Ｖ／Ｓｉ組成比は３．２である。ついで、Ｃｕ−８．５
ａｔ％Ｓｉシース管（１０．５／７．５ｍｍφ）とＴａ
シース管（１０／７．５ｍｍφ）に上記単芯線を８０本
束ねて挿入し、それぞれ上記と同様の中間焼鈍を加えな
がら再び０．７ｍｍφまで伸線加工し、２種類の１次ス
タック線とした。このうちＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｃ
ｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｖ線については１０．５／７．
４ｍｍφのＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉシース管に再び８０
本を束ねて挿入して２次スタック線とした。また、Ｔａ
／Ｃｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｖ線については１２．３／
９ｍｍφのＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉシース管に１３４本
束ねて挿入し２次スタック線とした。２種類の２次スタ
ック線は共に線径が０．３１５ｍｍまで破断することな
く伸線加工できた。なお、Ｔａを用いた２次スタック線
ではＴａがＳｉの拡散バリアになっているのでＶとの反
応に寄与するＳｉは単芯線部分のブロンズに含まれるだ
けであり、Ｖ／Ｓｉ組成比は単芯線の場合と同様に３．
２である。また、Ｔａを用いない場合はシース材のブロ
ンズも反応に寄与するので、Ｖ／Ｓｉ組成比は１次スタ
ック線で１．４、２次スタック線で０．８１となる。こ
のようにして得られた極細多芯線を７００〜８５０℃で
熱処理し、超電導特性を測定した結果を表１に示す。ま
た、観察した微視的組織を表２に示した。Ｔａをスタッ
ク用シース材に用いていない比較例１〜１１において
は、Ｖに対するＳｉの割合は大きく、熱処理初期にＶ5
Ｓｉ3 と未反応Ｖとの界面に一旦Ｖ3 Ｓｉが薄く生成す
るが、その後の熱処理によってさらにＳｉが供給され続
けるため最終的にＶ5 Ｓｉ3 に変化し、超電導性を示さ
なくなる。Ｖ／Ｓｉの比率が大きい３．２の場合には、
Ｖ芯径が１０μｍ以上であると（表１比較例１２〜１
５、表２比較例１９〜２３）、同じＶ芯径でＳｉの供給
量が多い場合（表１比較例８〜１１、表２比較例１８）
と比較して、短時間の熱処理で臨界温度の高いＶ3 Ｓｉ
が厚く生成し、高磁界でのoverall ＪC も大きくなる。
しかし、Ｖ芯径が１０μｍ以下のもの（表１実施例１〜
１１、表２実施例１２）と比較するとoverall ＪC は１
桁ほど小さい。Ｓｉ濃度が十分低下してブロンズが安定
化材として利用できるまでに要する時間は、Ｖ芯径が１
０μｍ以上の場合には、きわめて長い。そのためＶ3 Ｓ
ｉの結晶粒が粗大化し、結局overall ＪC が低下したと
解釈される。なお、Ｖ芯径が細い場合（表１実施例１〜
７）でも長時間熱処理を行うとoverall ＪC が若干劣化
する。しかし、最適熱処理条件が低温で短時間側にシフ
トするために、overall ＪC の絶対値はＶ芯径が１０μ
ｍ以上のものと比較すると遙かに大きい。８５０℃で熱
処理した場合にこれまで得られている超電導特性を比較
すると（表１比較例１６〜１７および実施例８〜１
１）、Ｖ芯径を細くすると最適熱処理時間が短時間側に
シフトしていることが判る。また、表１の実施例８の試
料について磁化測定により超電導有効芯径を求めた。超
電導有効芯径は熱処理前のＶ芯径とほぼ一致しており、
Ｖ5 Ｓｉ3 層が超電導フィラメント同士の直接的な物理
的結合を阻害するのに有効に作用していたことが明らか
にされた。また、生成したＶ5 Ｓｉ3 の電気抵抗率は
４．２Ｋで約５×１０-7Ωｍであった。この値は、従来
から高電気抵抗材料として用いられているキュブロニッ
ケルの値３．５×１０-7Ωｍと比較しても大きく、結合
損失を低減させるのに十分な高電気抵抗材料であること
が確認された。
を１１００℃で１時間の中間焼鈍と溝ロール圧延・スウ
ェージングによる冷間加工を交互に繰り返し、直径３．
９ｍｍφの丸棒に加工したのち２次再結晶が生じないよ
うに比較的低温の９００℃で１時間での真空焼鈍を行っ
て芯材とした。一方マトリックス材は、アーク溶解炉で
溶製したＣｕ−１６ｗｔ．％Ｓｉ母合金と純銅を原材料
にしてタンマン炉でＣｕ−８．５ａｔ．％Ｓｉ合金に溶
製し、溝ロール圧延・スウェージング・ドリル加工によ
り管状（７．９／４．０ｍｍφ）に加工して作製した。
両者を複合後、５２０℃で１時間の中間焼鈍と５０％の
冷間加工（溝ロール圧延・カセットローラダイスによる
伸線加工）を交互に繰り返して、０．７ｍｍφ（Ｖ芯
径：３５０μｍ）の単芯線に加工した。単芯線に於ける
Ｖ／Ｓｉ組成比は３．２である。ついで、Ｃｕ−８．５
ａｔ％Ｓｉシース管（１０．５／７．５ｍｍφ）とＴａ
シース管（１０／７．５ｍｍφ）に上記単芯線を８０本
束ねて挿入し、それぞれ上記と同様の中間焼鈍を加えな
がら再び０．７ｍｍφまで伸線加工し、２種類の１次ス
タック線とした。このうちＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｃ
ｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｖ線については１０．５／７．
４ｍｍφのＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉシース管に再び８０
本を束ねて挿入して２次スタック線とした。また、Ｔａ
／Ｃｕ−８．５ａｔ％Ｓｉ／Ｖ線については１２．３／
９ｍｍφのＣｕ−８．５ａｔ％Ｓｉシース管に１３４本
束ねて挿入し２次スタック線とした。２種類の２次スタ
ック線は共に線径が０．３１５ｍｍまで破断することな
く伸線加工できた。なお、Ｔａを用いた２次スタック線
ではＴａがＳｉの拡散バリアになっているのでＶとの反
応に寄与するＳｉは単芯線部分のブロンズに含まれるだ
けであり、Ｖ／Ｓｉ組成比は単芯線の場合と同様に３．
２である。また、Ｔａを用いない場合はシース材のブロ
ンズも反応に寄与するので、Ｖ／Ｓｉ組成比は１次スタ
ック線で１．４、２次スタック線で０．８１となる。こ
のようにして得られた極細多芯線を７００〜８５０℃で
熱処理し、超電導特性を測定した結果を表１に示す。ま
た、観察した微視的組織を表２に示した。Ｔａをスタッ
ク用シース材に用いていない比較例１〜１１において
は、Ｖに対するＳｉの割合は大きく、熱処理初期にＶ5
Ｓｉ3 と未反応Ｖとの界面に一旦Ｖ3 Ｓｉが薄く生成す
るが、その後の熱処理によってさらにＳｉが供給され続
けるため最終的にＶ5 Ｓｉ3 に変化し、超電導性を示さ
なくなる。Ｖ／Ｓｉの比率が大きい３．２の場合には、
Ｖ芯径が１０μｍ以上であると（表１比較例１２〜１
５、表２比較例１９〜２３）、同じＶ芯径でＳｉの供給
量が多い場合（表１比較例８〜１１、表２比較例１８）
と比較して、短時間の熱処理で臨界温度の高いＶ3 Ｓｉ
が厚く生成し、高磁界でのoverall ＪC も大きくなる。
しかし、Ｖ芯径が１０μｍ以下のもの（表１実施例１〜
１１、表２実施例１２）と比較するとoverall ＪC は１
桁ほど小さい。Ｓｉ濃度が十分低下してブロンズが安定
化材として利用できるまでに要する時間は、Ｖ芯径が１
０μｍ以上の場合には、きわめて長い。そのためＶ3 Ｓ
ｉの結晶粒が粗大化し、結局overall ＪC が低下したと
解釈される。なお、Ｖ芯径が細い場合（表１実施例１〜
７）でも長時間熱処理を行うとoverall ＪC が若干劣化
する。しかし、最適熱処理条件が低温で短時間側にシフ
トするために、overall ＪC の絶対値はＶ芯径が１０μ
ｍ以上のものと比較すると遙かに大きい。８５０℃で熱
処理した場合にこれまで得られている超電導特性を比較
すると（表１比較例１６〜１７および実施例８〜１
１）、Ｖ芯径を細くすると最適熱処理時間が短時間側に
シフトしていることが判る。また、表１の実施例８の試
料について磁化測定により超電導有効芯径を求めた。超
電導有効芯径は熱処理前のＶ芯径とほぼ一致しており、
Ｖ5 Ｓｉ3 層が超電導フィラメント同士の直接的な物理
的結合を阻害するのに有効に作用していたことが明らか
にされた。また、生成したＶ5 Ｓｉ3 の電気抵抗率は
４．２Ｋで約５×１０-7Ωｍであった。この値は、従来
から高電気抵抗材料として用いられているキュブロニッ
ケルの値３．５×１０-7Ωｍと比較しても大きく、結合
損失を低減させるのに十分な高電気抵抗材料であること
が確認された。
【表１】
【表２】
【発明の効果】この発明の製造法の場合には、従来のＶ
3 Ｓｉ化合物の製法と違って、比較的低温で短時間の熱
処理で結晶粒が微細なＶ3 Ｓｉ層をＶ5 Ｓｉ3 層に比べ
て厚く生成できるので、大きなoverall ＪC が得られ
る。また、このＶ5 Ｓｉ3 層を必要な厚さだけ残すこと
が可能でマトリックス横電気抵抗率を高めるのに利用で
きる。そのうえ熱処理後ブロンズ中のＳｉ濃度が１ａｔ
％以下まで減少し電気抵抗が十分低下するので、この純
銅化したブロンズを安定化材として利用できる。したが
って、従来の交流用超電導線材の製法と違って、純銅と
高電気抵抗材との混合マトリックス材料を別途被覆する
ことなく、結合損失が小さくそのうえ安定性にも優れた
交流用超電導線材を製造できる。また、中間焼鈍温度は
５７０℃以下と低いので、ブロンズ法Ｎｂ3 Ｓｎ極細多
芯線材と違って、中間焼鈍による化合物生成及びそれに
伴う複合加工性の劣化はほとんどない。したがって、Ｖ
芯径を１μｍ以下に伸線加工するのは容易で、そのため
ヒステリシス損失を小さくできる。さらに、最終熱処理
でフィラメント間のブリッジングが仮に生じても、常電
導化合物のＶ5 Ｓｉ3 同士が結合するだけで、超電導化
合物のＶ3 Ｓｉの物理的な結合は原理的には生じない。
そのため、超電導有効芯径の増加に伴うヒステリシス損
失の増大はないと思われる。耐歪特性に関しても、一般
的にＡ１５型化合物では負荷歪に対して非可逆的にＪc
が劣化し始める歪量εirrev がフィラメント径が小さく
なるほど大きくなるので、１μｍ以下のフィラメント径
を有する本発明のＶ3 Ｓｉ極細多芯線材も比較的大きな
εirrev を有するものと期待される。さらに、この発明
は、特殊な装置を必要とせずに従来のブロンズ法Ｎｂ3
Ｓｎ極細多芯線の場合と同様の溶解、伸線加工、熱処理
装置をそのまま利用できる利点を有し、そのうえ、キュ
ブロニッケル等の高電気抵抗材や純銅などの安定化材を
別途導入する必要がないので、線材の製造工程が簡略化
され製造コストを下げることが可能である。また、交流
損失が多少あっても臨界温度が１６Ｋ以上で高いため余
裕をもった設計が可能となる。そのため、マグネットの
小型化を図ることができ、冷却コストの節減につなが
る。
3 Ｓｉ化合物の製法と違って、比較的低温で短時間の熱
処理で結晶粒が微細なＶ3 Ｓｉ層をＶ5 Ｓｉ3 層に比べ
て厚く生成できるので、大きなoverall ＪC が得られ
る。また、このＶ5 Ｓｉ3 層を必要な厚さだけ残すこと
が可能でマトリックス横電気抵抗率を高めるのに利用で
きる。そのうえ熱処理後ブロンズ中のＳｉ濃度が１ａｔ
％以下まで減少し電気抵抗が十分低下するので、この純
銅化したブロンズを安定化材として利用できる。したが
って、従来の交流用超電導線材の製法と違って、純銅と
高電気抵抗材との混合マトリックス材料を別途被覆する
ことなく、結合損失が小さくそのうえ安定性にも優れた
交流用超電導線材を製造できる。また、中間焼鈍温度は
５７０℃以下と低いので、ブロンズ法Ｎｂ3 Ｓｎ極細多
芯線材と違って、中間焼鈍による化合物生成及びそれに
伴う複合加工性の劣化はほとんどない。したがって、Ｖ
芯径を１μｍ以下に伸線加工するのは容易で、そのため
ヒステリシス損失を小さくできる。さらに、最終熱処理
でフィラメント間のブリッジングが仮に生じても、常電
導化合物のＶ5 Ｓｉ3 同士が結合するだけで、超電導化
合物のＶ3 Ｓｉの物理的な結合は原理的には生じない。
そのため、超電導有効芯径の増加に伴うヒステリシス損
失の増大はないと思われる。耐歪特性に関しても、一般
的にＡ１５型化合物では負荷歪に対して非可逆的にＪc
が劣化し始める歪量εirrev がフィラメント径が小さく
なるほど大きくなるので、１μｍ以下のフィラメント径
を有する本発明のＶ3 Ｓｉ極細多芯線材も比較的大きな
εirrev を有するものと期待される。さらに、この発明
は、特殊な装置を必要とせずに従来のブロンズ法Ｎｂ3
Ｓｎ極細多芯線の場合と同様の溶解、伸線加工、熱処理
装置をそのまま利用できる利点を有し、そのうえ、キュ
ブロニッケル等の高電気抵抗材や純銅などの安定化材を
別途導入する必要がないので、線材の製造工程が簡略化
され製造コストを下げることが可能である。また、交流
損失が多少あっても臨界温度が１６Ｋ以上で高いため余
裕をもった設計が可能となる。そのため、マグネットの
小型化を図ることができ、冷却コストの節減につなが
る。
【図１】この発明の方法によって製造される線材の部分
断面を示したものである。
断面を示したものである。
１ Ｖ芯線 ２ Ｖ3 Ｓｉ層 ３ Ｖ5 Ｓｉ3 層 ４ Ｓｉ濃度低下Ｃｕ−Ｓｉブロンズ層
【図１】
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月２７日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法によって製造される線材の部分
断面を示したものである。
断面を示したものである。
【符号の説明】 １ Ｖ芯線 ２ Ｖ3 Ｓｉ層 ３ Ｖ5 Ｓｉ3 層 ４ Ｓｉ濃度低下Ｃｕ−Ｓｉブロンズ層 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｃｕ−Ｓｉ合金（ブロンズ）マトリック
スとＶ芯から構成される複合体において、ブロンズの組
成ならびにマトリックス／芯の体積比を調整してＶとＳ
ｉの組成比（Ｖ原子数／Ｓｉ原子数）を１．７以上に制
御し、この複合体を中間焼鈍と冷間加工によってＶ芯径
が１０μｍ以下になるまで線状に加工したのち、Ｖ芯の
廻りにブロンズ側からＶ5 Ｓｉ3 層およびＶ3 Ｓｉ層を
拡散生成させる熱処理を行い、生成したＶ5 Ｓｉ3 層を
Ｖ3 Ｓｉフィラメント間の物理的及び電気的結合を切る
高電気抵抗層とし、またＳｉ濃度が低減したブロンズを
安定化材とする強磁界特性の優れた交流用のＶ3 Ｓｉ超
電導極細多芯線材の製造方法。 - 【請求項２】 ブロンズ中のＳｉ濃度が４原子％〜１１
原子％の範囲で、中間焼鈍温度が３００℃〜５７０℃の
範囲にある請求項１の製造方法。 - 【請求項３】 真空、不活性ガス雰囲気で６００℃〜９
５０℃の範囲でＶ5Ｓｉ3 層およびＶ3 Ｓｉ層を拡散生
成・熱処理する請求項１または２の製造方法。 - 【請求項４】 Ｖ5 Ｓｉ3 およびＶ3 Ｓｉの拡散生成に
寄与するＳｉ量を制御し、さらに１０μｍ以下までＶ芯
径を伸線加工するために、ブロンズ中のＳｉとの反応性
が低く、またブロンズとの複合加工性に優れた材料を拡
散バリア材またはスタック用シース材として複合体に含
む請求項１、２または３の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4303290A JP2517867B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4303290A JP2517867B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196033A true JPH06196033A (ja) | 1994-07-15 |
| JP2517867B2 JP2517867B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=17919173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4303290A Expired - Lifetime JP2517867B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | Ｖ３ Ｓｉ超電導極細多芯線材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2517867B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5023596A (ja) * | 1973-06-29 | 1975-03-13 |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP4303290A patent/JP2517867B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5023596A (ja) * | 1973-06-29 | 1975-03-13 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2517867B2 (ja) | 1996-07-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |