【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【産業上の利用分野】[Industrial applications]
本発明は、銅被覆ＮｂＴｉ超電導線に関し、更に詳しく
は、銅被覆ＮｂＴｉ超電導極細多芯線に関する。The present invention relates to a copper-coated NbTi superconducting wire, and more specifically to a copper-coated NbTi superconducting ultrafine multifilamentary wire.
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention]
従来、銅パイプを嵌合した多数のＮｂＴｉ合金棒を銅ビ
レット中に挿入複合化し、熱間押出しによって縮径し、
次いでダイスを通して伸線加工を行うことによって数千
本のＮｂＴｉ合金フィラメントを有する超電導極細多芯
線を製造していた。しかし、この超電導極細多芯線に
は、Ｉｃの低下および永久電流モードで使用時に電流の
減衰を生じるという欠点がある。熱間押出しのための昇
温および押出し時の加工発熱のためにＮｂＴｉ合金と銅
の金属間化合物（例えば、Ｔｉ２Ｃｕ、（ＴｉＮｂ）２
Ｃｕ）の層が形成され、この層はＮｂＴｉ合金フィラメ
ントより硬く、伸線加工時においてＮｂＴｉ合金フィラ
メントにくい込み、ＮｂＴｉ合金フィラメントの多数の
断線を生じさせるからである。Conventionally, a large number of NbTi alloy rods fitted with copper pipes are inserted into a copper billet to form a composite, and the diameter is reduced by hot extrusion,
Then, a wire was drawn through a die to manufacture a superconducting ultrafine multifilamentary wire having thousands of NbTi alloy filaments. However, this superconducting ultrafine multifilamentary wire has the drawbacks of lowering Ic and causing current decay when used in the persistent current mode. An intermetallic compound of NbTi alloy and copper (for example, Ti 2 Cu, (TiNb) 2 ) due to the temperature rise for hot extrusion and the heat generation of processing during extrusion.
This is because a layer of Cu) is formed, and this layer is harder than the NbTi alloy filament, and is hard to penetrate into the NbTi alloy filament during the wire drawing process, causing a large number of disconnection of the NbTi alloy filament.
【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]
本発明者らは、銅被覆ＮｂＴｉ超電導線を鋭意研究の結
果、予めＮｂＴｉ合金棒表面にＮｂバリアを被覆すると
ＮｂＴｉ合金フィラメントの断線がほとんどないことを
見い出し、本発明を完成するに至った。 本発明の要旨は、ＮｂＴｉ合金棒の表面にＮｂのバリア
を被覆し、ＮｂＴｉフィラメント径が２〜３０μｍ、Ｎ
ｂバリア厚が０．１〜２μｍであることを特徴とする銅
被覆ＮｂＴｉ超電導線に存する。 バリア層は、０．１〜２μｍである。０．１μｍよりも
小さい厚みでは、バリア厚みが不十分であり、押出しや
伸線加工中にバリアが破れたり、ＮｂＴｉ合金と銅の金
属間化合物が形成されたりするので、フィラメント断線
率が大きくなり、例えば、ＮＭＲ−ＣＴ用の断線率の規
格値である２％よりも大きくなる。２μｍよりも大きい
厚みでは、バリアの断面積がＮｂＴｉフィラメントに対
して大きくなり、臨界電流密度が低下してしまう。 ＮｂＴｉフィラメント径としては２〜３０μｍが適す
る。２μｍよりも小さい場合、ＮｂＴｉフィラメント自
体の加工性が低下するため、フィラメント断線率が大き
くなる。３０μｍを超えると、ＮｂＴｉフィラメントの
加工度が不十分となり、実用的なＮｂＴｉ超電導線に適
さない。 また、相対的に３mm程度のＮｂＴｉ合金棒に２００μｍ
程度のＮｂバリアを被覆することが工業的な生産性に富
んでおり、バリア厚０．１〜２μｍに対応したＮｂＴｉ
径として２〜３０μｍとなる。 本発明の超電導極細多芯線の製造手順を以下に詳しく述
べる。 （１）ＮｂＴｉ合金棒の表面にＮｂのバリアを被覆す
る。この工程が本発明の超電導線の特徴である。この段
階でＮｂＴｉ合金棒の直径は数mm〜数１０mm、Ｎｂバリ
ア厚は数１００μｍ程度である。以後の工程は従来法と
全く同じである。 （２）このＮｂＴｉ合金棒と銅パイプまたは銅合金（例
えば、Ｃｕ−Ｎｉ合金）パイプを嵌合し、多数の嵌合物
を銅ビレット中に挿入する。 （３）ビレットを熱間押出しによって縮径し、次いでダ
イスを通して伸線加工する。 通常用いられるＮｂＴｉ合金棒はＴｉ含量４０〜６０重
量％であり、この合金は銅と金属間化合物を作り易い。
バリアとして用いられるＮｂはかなりの高温（例えば７
００℃）においても銅と金属間化合物を作らない。被覆
するバリアの厚さは押出しおよび伸線条件によって異な
るが最終寸法で１μｍ程度が好ましい。被覆するバリア
はシート状のもの等が用いられる。As a result of earnest research on the copper-coated NbTi superconducting wire, the present inventors have found that if the surface of the NbTi alloy rod is previously covered with an Nb barrier, the NbTi alloy filament is not broken, and the present invention has been completed. The gist of the present invention is to cover the surface of an NbTi alloy rod with a Nb barrier, and to have an NbTi filament diameter of 2 to 30 μm.
It exists in a copper-coated NbTi superconducting wire having a b barrier thickness of 0.1 to 2 μm. The barrier layer has a thickness of 0.1 to 2 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, the barrier thickness is insufficient, the barrier may be broken during extrusion or wire drawing, or an intermetallic compound of NbTi alloy and copper may be formed, resulting in a large filament breakage rate. For example, it becomes larger than 2% which is the standard value of the disconnection rate for NMR-CT. If the thickness is larger than 2 μm, the cross-sectional area of the barrier becomes large with respect to the NbTi filament, and the critical current density is lowered. A suitable NbTi filament diameter is 2 to 30 μm. When it is less than 2 μm, the workability of the NbTi filament itself is lowered, and the filament breakage rate is increased. If it exceeds 30 μm, the workability of the NbTi filament becomes insufficient, which is not suitable for a practical NbTi superconducting wire. In addition, 200 μm for a NbTi alloy rod of about 3 mm
It is industrially highly productive to coat a Nb barrier to a certain extent, and NbTi corresponding to a barrier thickness of 0.1 to 2 μm.
The diameter is 2 to 30 μm. The manufacturing procedure of the superconducting ultrafine multifilamentary wire of the present invention will be described in detail below. (1) The surface of the NbTi alloy rod is coated with a Nb barrier. This step is a feature of the superconducting wire of the present invention. At this stage, the diameter of the NbTi alloy rod is several mm to several tens mm, and the Nb barrier thickness is about several 100 μm. The subsequent steps are exactly the same as the conventional method. (2) This NbTi alloy rod is fitted with a copper pipe or a copper alloy (for example, Cu-Ni alloy) pipe, and a large number of fittings are inserted into a copper billet. (3) The billet is reduced in diameter by hot extrusion and then drawn through a die. The commonly used NbTi alloy rod has a Ti content of 40 to 60% by weight, and this alloy easily forms an intermetallic compound with copper.
Nb used as a barrier has a considerably high temperature (for example, 7
Even at 00 ° C, no intermetallic compound is formed with copper. Although the thickness of the barrier to be coated varies depending on the extrusion and wire drawing conditions, the final dimension is preferably about 1 μm. A sheet-shaped barrier or the like is used as the barrier to be covered.
【発明の効果】【The invention's effect】
本発明の超電導線の特長は、ＮｂＴｉ合金フイラメント
の断線がほとんどなく、超電導特性に優れていることで
ある。熱間押出時の高温の場合にもバリアによってＮｂ
Ｔｉ合金と銅の拡散を防止するので、ＮｂＴｉ合金と銅
の金属間化合物の形成がないからである。 本発明の超電導線の別の特長は、製造コストを低減でき
ることである。高温にしても断線の原因となる障害が生
じないので熱間押出し温度を高くでき、そのため熱間押
出しの加工度を大きくできる（大きく減面できる）から
である。 また本発明の他の特長として、高い臨界電流密度があ
る。Ｎｂバリアを適切な厚みで配置することによって、
加工途中の熱処理回路を従来の１〜３回から４〜１０回
程度まで増加することができる。熱処理回路数が多い
程、臨界電流密度が高くなる事が知られており、本発明
はこの点でも工業的に有利である。 本発明の超電導線は、永久電流モードで用いられる磁気
浮上用超電導磁石およびＮＭＲ−ＣＴ用超電導磁石等に
有用である。A feature of the superconducting wire of the present invention is that the NbTi alloy filament has almost no disconnection and has excellent superconducting properties. Depending on the barrier, Nb can be used even at high temperatures during hot extrusion.
This is because the Ti alloy and copper are prevented from diffusing, so that no intermetallic compound of NbTi alloy and copper is formed. Another feature of the superconducting wire of the present invention is that the manufacturing cost can be reduced. This is because the hot extrusion temperature can be increased because the trouble that causes the wire breakage does not occur even at a high temperature, and thus the workability of the hot extrusion can be increased (the surface can be greatly reduced). Another feature of the present invention is high critical current density. By arranging the Nb barrier with an appropriate thickness,
The number of heat treatment circuits during processing can be increased from the conventional 1 to 3 times to 4 to 10 times. It is known that the greater the number of heat treatment circuits, the higher the critical current density, and the present invention is industrially advantageous in this respect as well. INDUSTRIAL APPLICABILITY The superconducting wire of the present invention is useful for a magnetic levitation superconducting magnet, a NMR-CT superconducting magnet, and the like used in a permanent current mode.
【実施例】【Example】
以下に実施例および比較例を示し、本発明を更に詳しく
説明する。 実施例１ 径３mmのＮｂＴｉ合金棒表面に厚さ２００μｍのシート
状のＮｂバリアを被覆し、外径６mmの銅パイプと嵌合
し、５００本の嵌合物を外径１６ｃｍの銅ビレット中に
挿入して電子ビームでふたをした。温度６００℃で３０
００トンの熱間押出しによってビレットの径を５０mmに
した。次いでダイスによって、ＮｂＴｉ合金フィラメン
ト径１５μｍに伸線すると、導線径は０．８mm、Ｎｂバ
リア厚は１μｍになっていた。伸線途中の導線を５０ｃ
ｍの長さでフィラメント径５〜４０μｍの範囲で何度か
サンプリングし、被覆された銅を硝酸で溶解してフィラ
メント５００本のうちの断線数を計測した。第１図に、
フィラメン径およびバリア厚とフィラメント断線率の関
係を示す。 線材の線径をさらに０．１mmまでの範囲に伸線して、同
様な方法でフィラメン５００本のうちの断線数を計測し
た。このときサンプリングした線材のフイラメント径は
１〜１５μｍ、Ｎｂバリア厚は０．０５〜１μｍであっ
た。この場合のフイラメント断線率の結果を第２図に示
す。 比較例１（従来例） ＮｂＴｉ合金棒表面に何も処理しない以外は実施例１を
くり返し、フイラメント断線数を計測した。第１図およ
び第２図に、フィラメント断線率の結果を示す。 第１図からわかるように、本発明の超電導線は従来の超
電導線と比較して格段に断線率が低く、フィラメント径
が小さいほどその差が著しくなる。フィラメント径が３
０μｍよりも大きい場合では、従来のＮｂバリアのない
ものでも、フィラメント断線率は１％で実用に適すが、
３０μｍ以下の場合では、Ｎｂバリアの効果で、フイラ
メント断線率が低減できることが判る。Ｎｂバリアの厚
みは２μｍ以下であることが好ましいことがわかる。 第２図に示す様に、フィラメント径が２μｍよりも小さ
く、Ｎｂバリア厚が０．１μｍよりも小さい場合には、
フィラメント断線率が大幅に増加し、規格値の２％を上
回るため、実用に適さないことがわかる。 実施例２ 実施例１の線材について、臨界電流密度を調べた結果を
第１表に示す。 線径が１．６〜０．１０mmの範囲ではＮｂＴｉ当たりの
臨界電流密度は、５Ｔ，４．２Ｋで２０００Ａ／mm２以
上を示しており、実用に適する。線径が１．６mmを超え
るとＮｂＴｉの加工度が不十分なため臨界電流密度は低
い。また、線径が０．１０mmより細くなると、フィラメ
ント断線が増加することに対応して臨界電流密度が低い
ことがわかる。この結果からもＮｂＴｉフィラメント径
およびＮｂバリア厚の適切な範囲がわかる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. Example 1 A surface of a NbTi alloy rod having a diameter of 3 mm was coated with a sheet-like Nb barrier having a thickness of 200 μm, fitted with a copper pipe having an outer diameter of 6 mm, and 500 fittings were placed in a copper billet having an outer diameter of 16 cm. It was inserted and covered with an electron beam. 30 at 600 ℃
The billet diameter was brought to 50 mm by hot extrusion of 00 tons. Next, when the wire was drawn with a die to a NbTi alloy filament diameter of 15 μm, the conductor diameter was 0.8 mm and the Nb barrier thickness was 1 μm. 50c for conducting wire during wire drawing
The length of m was sampled several times in the range of the filament diameter of 5 to 40 μm, the coated copper was dissolved with nitric acid, and the number of broken wires in 500 filaments was measured. In Figure 1,
The relationship between filament diameter and barrier thickness and filament burnout rate is shown. The wire diameter of the wire rod was further drawn to a range of up to 0.1 mm, and the number of wire breaks in 500 filaments was measured by the same method. The filament diameter of the wire rod sampled at this time was 1 to 15 μm, and the Nb barrier thickness was 0.05 to 1 μm. The result of the filament disconnection rate in this case is shown in FIG. Comparative Example 1 (Conventional Example) Example 1 was repeated except that the surface of the NbTi alloy rod was not treated, and the number of filament breaks was measured. 1 and 2 show the results of the filament burnout rate. As can be seen from FIG. 1, the superconducting wire of the present invention has a remarkably lower disconnection rate than the conventional superconducting wire, and the difference becomes more significant as the filament diameter becomes smaller. Filament diameter is 3
When it is larger than 0 μm, the filament breakage rate is 1%, which is suitable for practical use even without the conventional Nb barrier.
It can be seen that when the thickness is 30 μm or less, the filament disconnection rate can be reduced by the effect of the Nb barrier. It can be seen that the thickness of the Nb barrier is preferably 2 μm or less. As shown in FIG. 2, when the filament diameter is smaller than 2 μm and the Nb barrier thickness is smaller than 0.1 μm,
It can be seen that it is not suitable for practical use because the filament breakage rate greatly increases and exceeds the standard value of 2%. Example 2 Table 1 shows the results of examining the critical current density of the wire rod of Example 1. In the wire diameter range of 1.6 to 0.10 mm, the critical current density per NbTi is 2000 A / mm 2 or more at 5T and 4.2K, which is suitable for practical use. When the wire diameter exceeds 1.6 mm, the critical current density is low because the workability of NbTi is insufficient. Further, it is understood that when the wire diameter is smaller than 0.10 mm, the critical current density is low corresponding to the increase in filament breakage. From these results, the proper range of the NbTi filament diameter and the Nb barrier thickness can be known.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
第１図および第２図は、フィラメント径およびバリア厚
とフィラメント断線率の関係を示すグラフである。 １…実施例１、２…比較例１。1 and 2 are graphs showing the relationship between the filament diameter and the barrier thickness and the filament breakage rate. 1 ... Example 1, 2 ... Comparative example 1.