JPH07176222A - Nb3X系超電導線材 - Google Patents

Nb3X系超電導線材

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JPH07176222A
JPH07176222A JP5322085A JP32208593A JPH07176222A JP H07176222 A JPH07176222 A JP H07176222A JP 5322085 A JP5322085 A JP 5322085A JP 32208593 A JP32208593 A JP 32208593A JP H07176222 A JPH07176222 A JP H07176222A
Authority
JP
Japan
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sheet
wire
roll
pure
copper
Prior art date
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Pending
Application number
JP5322085A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Ayai
直樹 綾井
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.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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】 伸線加工性および安定性に優れたNb3 X系
超電導線材を提供する。 【構成】 純Nbシート1とAlシート3とを重ね合わ
せて巻上げてなるロール状積層物と、ロール状積層物を
取囲むように設けられた銅からなる安定化材層4と、ロ
ール状積層物の中心に配置された金属棒材2とを備え、
金属棒材2は、純Nbシート1より引張り強さが大きい
金属材料からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、Nb3 X系超電導線
材に関するものであり、特に、核融合やその他の用途に
用いることのできる、超電導マグネットなどの高磁界用
超電導材料としてのNb3 X系超電導線材に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】Nb3 Al、Nb3 SnおよびNb3
eなどのNb3 X系超電導材料は、NbTi等の合金系
超電導材料では対応できない高磁界用途に用いることが
できるため、高磁界用超電導材料として期待されてい
る。中でも、Nb3 Al系超電導材料は、高磁界の臨界
電流特性や耐歪特性が良好であるために、特に高磁界中
で大磁力を受ける核融合炉や電力貯蔵用超電導材料とし
て、有望視されている。
【0003】一方、これらのNb3 X系超電導材料の線
材化方法としては、従来より、ブロンズ法、インサイチ
ュー法、粉末冶金(PM)法、複合加工法およびジェリ
ーロール法などが知られている。中でも、ジェリーロー
ル法は、たとえばNb3 Al系超電導線の製造方法とし
て、現在最も実用化に近いとされている。
【0004】このジェリーロール法では、Cu棒の周り
に、原材料であるNb金属またはNbを含む合金からな
るNb含有シートと、これと反応して超電導性を示す元
素Xまたはこれを含む合金からなるX含有シートとを、
重巻きしてロール状積層物を作製して、このロール状積
層物を銅または銅を含む合金よりなる安定化材層の中
に、超電導体のフィラメントとして複数本配置すること
により、銅安定化複合多芯線材が得られる。これに最終
的に熱処理を加えることにより、Nbと元素Xを反応さ
せ、超電導体となるAl5相を生成させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このジェリーロール法
において、最終的に熱処理によって超電導体となるAl
5相が生成されるためには、Nb含有シートは、X含有
シートの3倍程度の原子比率で複合されなければならな
い。また、一般にNb含有シートは、X含有シート、す
なわち、Al、Sn、Ge等を含むシートより硬い。し
たがって、ジェリーロール法では、原材料の中でも、特
にNb含有シートの機械的特性によって、複合線材の加
工性が支配される。
【0006】しかしながら、従来のロール状積層物は、
中心のCu棒とNb含有シートとの間の変形応力の差が
大きいため、伸線加工性が十分ではなかった。すなわ
ち、従来のジェリーロール法においては、多芯化や細線
化等の加工の際に不均一な変形が生じ、断線しやすいと
いう問題点があった。
【0007】また、従来のジェリーロール法では、元素
XがCu棒中へ拡散するのを防止するために、Cu棒の
周りにNb含有シートのみを数回巻上げることにより、
拡散障壁層を設けていた。しかしながら、Nb含有シー
トに不均一変形が生じた場合には、この拡散障壁層の一
部が破断し、元素XがCu棒の中に拡散することによ
り、線材の安定性を劣化させるという問題点があった。
【0008】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、伸線加工性および安定性に優れた、Nb3 X系超電
導線材を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明によるNb3
系超電導線材は、Nb金属またはNbを含む合金からな
るNb含有シートと、Nbと反応して超電導性を示す化
合物を作る元素XまたはXを含む合金からなるX含有シ
ートとを、重ね合わせて巻上げてなるロール状積層物
と、ロール状積層物を取囲むように設けられた銅または
銅合金かならる安定化材層と、ロール状積層物の中心に
配置された金属材料層とを備え、金属材料層はNb含有
シートより引張り強さが大きい金属材料からなることを
特徴としている。
【0010】好ましくは、金属材料は、Nb含有シート
より引張り強さが大きくなるように、その組成が選ばれ
たNbを含む合金であるとよい。
【0011】
【作用】請求項1の発明によれば、ロール状積層物を中
心に、Nb含有シートより大きい引張り強さを有する金
属材料層が配置される。そのため、フィラメントの中心
部における不均一変形が防止される。
【0012】請求項2の発明によれば、金属材料とし
て、Nb含有シートより引張り強さが大きくなるよう
に、その組成が選ばれたNbを含む合金が用いられる。
そのため、金属材料層中への元素Xの拡散を防止するた
めの拡散障壁層を設ける必要がなくなる。また、中心に
配置された金属材料層中へ元素Xを拡散させ、Al5層
を生成させることが可能となる。
【0013】
【実施例】
(実施例1)ジェリーロール法に従って、まず、軟化熱
処理を施した純Nbシート1を、その引張り強さが純N
bシート1より大きいCu−30%Ni合金からなる金
属棒材2の周囲に巻き、続いてAlシート3を挿入し、
純Nbシート1と合わせて重ね巻きした。次に、得られ
たロール状積層物の外周に、Alの安定化材層への拡散
を防止するため、その引張り強さが純Nbシート1より
大きいNb−1%Zr合金からなる外周拡散障壁層6を
配置した。このようにして巻上がったものを銅パイプ4
内に挿入した後、伸線加工し、断面が六角形状になるよ
うに成形した。
【0014】図1は、このようにして得られたセグメン
ト線材7の構成を示す断面図である。
【0015】図1を参照して、このセグメント線材7
は、純Nbシート1とAlシート3とを重ね合わせて巻
上げてなるロール状積層物と、このロール状積層物を取
囲むように設けられた銅からなる安定化材層4と、ロー
ル状積層物の中心に配置された金属棒材2とから構成さ
れる。また、ロール状積層物と金属棒材2および安定化
材層4との間には、それぞれAlの拡散を防止するため
の内周拡散障壁層5および外周拡散障壁層6が設けられ
ている。なお、安定化材層としては、銅パイプ4の代わ
りに銅合金パイプが用いられてもよい。
【0016】次に、このセグメント線材7を銅パイプ9
に複数本挿入し、押出し、引抜きによる伸線加工、ツイ
ストおよび成形工程を経て、Cu/Nb/Al複合多芯
線8を得た。
【0017】図2は、このようにして得られたCu/N
b/Al複合多芯線の構成を概略的に示す断面図であ
る。図2を参照して、この複合多芯線8は、銅パイプ9
中にセグメント線材7が複数本埋込まれて構成される。
【0018】続いて、このCu/Nb/Al複合多芯線
8に所定の熱処理を施し、Al5層を生成させ、Nb3
Al系超電導線材を得た。 (実施例2)ジェリーロール法に従って、まず、その引
張り強さが純Nbシート1より大きくなるように、軟化
熱処理を施していない純Nbからなる金属線材2の周囲
に、軟化熱処理を施した純Nbシート1とAlシート3
とを合わせて重ね巻きした。次に、得られたロール状積
層物の外周に、Alの安定化材層への拡散を防止するた
め、金属棒材2と同じ材質の軟化処理を施していない純
Nbからなる外周拡散障壁層6を配置した。このように
して巻上がったものを銅パイプ4内に挿入した後、伸線
加工し、断面が六角形状になるように成形した。
【0019】図3は、このようにして得られたセグメン
ト線材17の構成を示す断面図である。
【0020】図3を参照して、このセグメント線材17
は、純Nbシート1とAlシート3とを重ね合わせて巻
上げてなるロール状積層物と、このロール状積層物を取
囲むように設けられた銅からなる安定化材層4と、ロー
ル状積層物の中心に配置された金属棒材2とから構成さ
れる。また、ロール状積層物と安定化材層4との間に
は、Alの拡散を防止するための外周拡散障壁層6が設
けられている。なお、安定化材層としては、銅パイプ4
の代わりに銅合金パイプが用いられてもよい。
【0021】次に、このセグメント線材17を銅パイプ
9に複数本挿入し、押出し、引抜きによる伸線工程、ツ
イストおよび成形工程を経て、図2に示すような断面を
有するCu/Nb/Al複合多芯線8を得た。続いて、
このCu/Nb/Al複合多芯線8に所定の熱処理を施
し、Al5層を生成させ、Nb3 Al系超電導線材を得
た。 (実施例3)ジェリーロール法に従って、その引張り強
さが純Nbシート1より大きいNb−1%Zr合金から
なる金属棒材2の周囲に、軟化熱処理を施した純Nbシ
ート1とAlシート3とを合わせて重ね巻きした。次
に、得られたロール状積層物の外周に、Alの安定材化
層への拡散を防止するため、金属棒材2と同じ材質のN
b−1%Zr合金からなる外周拡散障壁層6を配置し
た。このようにして巻上がったものを銅パイプ4内に挿
入した後、伸線加工し、図3に示すような断面を有する
セグメント線材17を作製した。
【0022】次に、このセグメント線材17を銅パイプ
9に複数本挿入し、押出し、引抜きによる伸線工程、ツ
イストおよび成形工程を経て、図2に示すような断面を
有するCu/Nb/Al複合多芯線8を得た。続いて、
このCu/Nb/Al複合多芯線8に所定の熱処理を施
し、Al5層を生成させ、Nb3 Al系超電導線材を得
た。 (比較例)ジェリーロール法に従って、まず、軟化熱処
理を施した純Nbシート1を、Cuよりなる安定化材か
らなる金属棒材52の周囲に巻き、続いてAlシート3
を挿入し、純Nbシート1と合わせて重ね巻きした。次
に、得られたロール状積層物の外周に、Alの安定化材
層への拡散を防止するため、その引張り強さが純Nbシ
ート1より大きいNb−1%Zr合金からなる外周拡散
障壁層6を配置した。このようにして巻上がったものを
銅パイプ4内に挿入した後、伸線加工し、断面が六角形
状になるように成形した。
【0023】図4は、このようにして得られたセグメン
ト線材57の構成を示す断面図である。
【0024】図4を参照してこのセグメント線材57
は、ロール状積層物の中心がCu−30%Ni合金の代
わりにCuとなっている他は、図1に示すセグメント線
材7と同様の構成であった。
【0025】次に、このセグメント線材57を銅パイプ
9に複数本挿入し、押出し、引抜きによる伸線工程、ツ
イストおよび成形工程を経て、図2に示すような断面を
有するCu/Nb/Al複合多芯線8を得た。続いて、
このCu/Nb/Al複合多芯線8に所定の熱処理を施
し、Al5層を生成させ、Nb3 Al系超電導線材をえ
た。 (特性試験)このようにして得られた実施例1〜3およ
び比較例の4種のNb3 Al系超電導線材について、液
体He中、外部磁界12Tで、臨界電流およびn値の測
定を実施した。ここで、n値とは、通電試験において観
測される電流(I)と、発生電界(V)を、臨界電流付
近でV=a・In に当てはめたときに得られる定数n
で、電圧の発生が急峻な場合に大きな値をとる。伸線加
工においてフィラメントの均一性が保たれている場合に
は、n値は大きな値となり、逆に、フィラメントが不均
一な変形を生じている場合には、n値は小さくなること
が知られている。
【0026】このようにして得られた特性試験の結果を
表1に示す。なお、臨界電流の値は、安定化材層を除く
部分の線材断面積当たりの臨界電流密度(非銅部臨界電
流密度)として示す。また、加工中の断線回数、化合物
生成層と非銅部との比(化合物生成層/非銅部)および
残留抵抗比についても、併わせて示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、加工における不均一変形が防止され、断線の発生を
低減でき、内周拡散障壁層の破断が防止できる。そのた
め、伸線加工性および安定性に優れたNb3 X系超電導
線材が得られる。
【0029】また、この発明によれば、より簡単な製造
方法で長尺線材を得ることが可能となる。
【0030】さらに、金属材料層としてNbを含む合金
を用いることにより、フィラメント中のAl5層の比率
は高くなり、より高い非銅部臨界電流密度(安定化材層
を除く部分の線材の断面積当たりの臨界電流密度)を有
するNb3 X系超電導線材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明により形成されるセグメント線材の一
例を示す断面図である。
【図2】Cu/Nb/Al複合多芯線の構成を概略的に
示す断面図である。
【図3】この発明により形成されるセグメント線材の他
の例を示す断面図である。
【図4】従来の方法に従い形成されるセグメント線材の
一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 純Nbシート 2 金属棒材 3 Alシート 4 銅パイプ(安定化材層) なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Nb金属またはNbを含む合金からなる
    Nb含有シートと、前記Nbと反応して超電導性を示す
    化合物を作る元素XまたはXを含む合金からなるX含有
    シートとを、重ね合わせて巻上げてなるロール状積層物
    と、 前記ロール状積層物を取囲むように設けられた、銅また
    は銅合金からなる安定化材層と、 前記ロール状積層物の中心に配置された金属材料層とを
    備え、 前記金属材料層は、前記Nb含有シートより引張り強さ
    が大きい金属材料からなることを特徴とする、Nb3
    系超電導線材。
  2. 【請求項2】 前記金属材料は、前記Nb含有シートよ
    り引張り強さが大きくなるように、その組成が選ばれた
    Nbを含む合金である、請求項1記載のNb 3 X系超電
    導線材。
JP5322085A 1993-12-21 1993-12-21 Nb3X系超電導線材 Pending JPH07176222A (ja)

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A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020709