JPH072978B2 - 粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の製法 - Google Patents
粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の製法Info
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- JPH072978B2 JPH072978B2 JP60107996A JP10799685A JPH072978B2 JP H072978 B2 JPH072978 B2 JP H072978B2 JP 60107996 A JP60107996 A JP 60107996A JP 10799685 A JP10799685 A JP 10799685A JP H072978 B2 JPH072978 B2 JP H072978B2
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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
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の
製法に係り、超電導大型トランス、超電導回転機、超電
導発電機等の交流用超電導線乃至テープに利用されるも
のである。
製法に係り、超電導大型トランス、超電導回転機、超電
導発電機等の交流用超電導線乃至テープに利用されるも
のである。
（従来の技術） NbTiで開発されている交流用線材は、超電導転移温度Tc
が9.4Kと低く温度マージンがとれないこと、また超電導
素線を0.5μｍ程度までの極細線に加工しなければなら
ないこと等の問題がある。
が9.4Kと低く温度マージンがとれないこと、また超電導
素線を0.5μｍ程度までの極細線に加工しなければなら
ないこと等の問題がある。
前者においては、Nb3Sn系材料を使用することで解決さ
れるが、後者においては、現在利用されている超電導素
線（〜５μｍ）より、さらに細い素線径まで加工せねば
ならず、非常に大きな製造コストを必要とする。
れるが、後者においては、現在利用されている超電導素
線（〜５μｍ）より、さらに細い素線径まで加工せねば
ならず、非常に大きな製造コストを必要とする。
上記の欠点を解決すべく開発されたものが、インサイチ
ュー法（in situ法）線材であった。
ュー法（in situ法）線材であった。
Cu−Nb二元素が状態図的には二相分離型に属し、Cu基の
この合金を溶製すると、Cu母相内にNbがデンドライト状
に晶出した混合組織が得られる。インサイチュー法はCu
−Nb合金を線材加工することで分散したNbが加工方向に
微細フィラメント化し、これにSnを拡散させて、Nb3Sn
フィラメントを生成させる方法である。
この合金を溶製すると、Cu母相内にNbがデンドライト状
に晶出した混合組織が得られる。インサイチュー法はCu
−Nb合金を線材加工することで分散したNbが加工方向に
微細フィラメント化し、これにSnを拡散させて、Nb3Sn
フィラメントを生成させる方法である。
即ち、インサイチュー法は多量のNbを一体化させる工程
を省略して簡単にサブミクロンのNb3Snフィラメントを
もつ多芯線を製造する方法である。
を省略して簡単にサブミクロンのNb3Snフィラメントを
もつ多芯線を製造する方法である。
ところが、インサイチュー法による線材中のNb3Snフィ
ラメントは、それぞれ不連続であるが、超電導電流はフ
ィラメントの部分的接触または近接効果によって流れる
ため、フィラメント間の結合は強く、線材自身は単芯線
的な挙動を示す。つまり、構造的にはサブミクロンのNb
3Snフィラメントをもつ多芯線でありながら、電磁特性
は同じサイズの単芯線にしかすぎない。
ラメントは、それぞれ不連続であるが、超電導電流はフ
ィラメントの部分的接触または近接効果によって流れる
ため、フィラメント間の結合は強く、線材自身は単芯線
的な挙動を示す。つまり、構造的にはサブミクロンのNb
3Snフィラメントをもつ多芯線でありながら、電磁特性
は同じサイズの単芯線にしかすぎない。
この挙動の改善策としてNb含有量を低くして、Nbフィラ
メント間隔を大きくとり、フィラメント間の結合を弱く
することが考えられたが、この結果は、単芯線的な挙動
こそ見られなかったが、数10本のフィラメントが束にな
った状態となっている。
メント間隔を大きくとり、フィラメント間の結合を弱く
することが考えられたが、この結果は、単芯線的な挙動
こそ見られなかったが、数10本のフィラメントが束にな
った状態となっている。
（発明が解決しようとする問題点） 粉末法によるNb3Sn線材は、インサイチュー法によるも
のと全く同じ線材構成をもつ。この場合、第１図に示す
如くCu−Nbインゴット１のNb2は粉末形状のまま孤立性
よくCu母相３内に分散することになり、最終線材中のNb
3Snフィラメント４間結合が弱くなると考えられた。
のと全く同じ線材構成をもつ。この場合、第１図に示す
如くCu−Nbインゴット１のNb2は粉末形状のまま孤立性
よくCu母相３内に分散することになり、最終線材中のNb
3Snフィラメント４間結合が弱くなると考えられた。
ところが、Cu−15〜40wt％Nb焼結体を細線加工し、Snメ
ッキ、熱処理によりNb3Snを生成させ電磁特性を測定し
た結果、15wt％Nbの低含有量においても、インサイチュ
ー法同様、単芯線的挙動しか得られていない。
ッキ、熱処理によりNb3Snを生成させ電磁特性を測定し
た結果、15wt％Nbの低含有量においても、インサイチュ
ー法同様、単芯線的挙動しか得られていない。
この問題の解決なくしては、粉末法Nb3Sn超電導線材の
パルスの交流用途への展開はなし得ない。
パルスの交流用途への展開はなし得ない。
（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決すべく、本発明者らは超電導線条材試
料の組織観察、電磁特性測定等の実験を積み重ね研究し
た結果、 使用したNb粉末粒子のうち、ある特定粒子径範囲以
下にある微細粒子が、最終線条材で、Nb3Sn微細フィラ
メントとなり、これと他のNb3Snフィラメントとの絡ま
り、あるいは近接効果により、低Nb含有量にかかわらず
強い結合をもたらすこと。
料の組織観察、電磁特性測定等の実験を積み重ね研究し
た結果、 使用したNb粉末粒子のうち、ある特定粒子径範囲以
下にある微細粒子が、最終線条材で、Nb3Sn微細フィラ
メントとなり、これと他のNb3Snフィラメントとの絡ま
り、あるいは近接効果により、低Nb含有量にかかわらず
強い結合をもたらすこと。
低Nb含有量で、かつ焼結に用いるNb粒子径がある特
定範囲数値にある場合、従来の問題点の解決に有効であ
ること。
定範囲数値にある場合、従来の問題点の解決に有効であ
ること。
を知見した。
本発明はこの知見に基いて、従来の問題点を解決する手
段として、Cu−Nb焼結体を減面加工し、内部芯または外
部メッキにより添加したSnを、熱処理による拡散でNb3S
n超電導線条を製作する方法において、 焼結に用いるNbの平均粒子径をdNb（μｍ）、各Nbの粒
子径をｄとしたとき |d−dNb｜0.35dNb …… で示される値であり、 焼結後のCu−Nb焼結体中に含まれるNb粒子の含有量はwt
％で ５CNb25 …… で示される値となるように、上記特定粒子径の、かつ特
定量のNb粉末を用いる構成を採用した。
段として、Cu−Nb焼結体を減面加工し、内部芯または外
部メッキにより添加したSnを、熱処理による拡散でNb3S
n超電導線条を製作する方法において、 焼結に用いるNbの平均粒子径をdNb（μｍ）、各Nbの粒
子径をｄとしたとき |d−dNb｜0.35dNb …… で示される値であり、 焼結後のCu−Nb焼結体中に含まれるNb粒子の含有量はwt
％で ５CNb25 …… で示される値となるように、上記特定粒子径の、かつ特
定量のNb粉末を用いる構成を採用した。
なお、本発明において、焼結に用いるNbの粒子径dNbを
上記式の数値に限定する理由は、第２図で示す如くNb
3Snフィラメント径を一様にし微小フィラメントによる
絡まりを低くするためであり、また式によるNb含有量
の制限において、５％以下では不連続フィラメントによ
る使用上不都合な残留抵抗が発生し、25％以上では第３
図で示す如く接触が増大、良好な電磁特性が得られなく
なるからである。
上記式の数値に限定する理由は、第２図で示す如くNb
3Snフィラメント径を一様にし微小フィラメントによる
絡まりを低くするためであり、また式によるNb含有量
の制限において、５％以下では不連続フィラメントによ
る使用上不都合な残留抵抗が発生し、25％以上では第３
図で示す如く接触が増大、良好な電磁特性が得られなく
なるからである。
（実施例） 本発明の具体的実施例は下記〜に示す如くである。
なお、本発明は従来の問題点を解決する手段は先に説明
したとおりであるが、実験研究の結果、最終Nb3Snフィ
ラメント径dfのバラツキを次の特定範囲内に制限するこ
とも有効であることを付記する。
したとおりであるが、実験研究の結果、最終Nb3Snフィ
ラメント径dfのバラツキを次の特定範囲内に制限するこ
とも有効であることを付記する。
0.05dNb/R5.0 df＝dNb/R,R＝A/Ao （A:線材断面図，Ao：初期ビレット断面積） ＜実施例＞ 230メッシュ以下325メッシュ以上のNbH粉末と150μｍ以
下のアトマイズCu粉をCu−15wt％NbHとなるよう調合
し、ボールミルにより２日間の混合後、冷間静水圧プレ
スにより、2000kgf/cm2で圧粉成形した。
下のアトマイズCu粉をCu−15wt％NbHとなるよう調合
し、ボールミルにより２日間の混合後、冷間静水圧プレ
スにより、2000kgf/cm2で圧粉成形した。
得られた成形体を10-4torr以下の真空中で900℃18時間
の熱処理でNbHの脱水素を行い、Cu−15wt％Nb焼結体を
得る。この焼結体を、外径68mm、内径52mmの銅パイプに
挿入、ビレットを作製後、熱間静水圧押出で13.5φに押
出し、さらにスウェージング、線引きにより0.3φまで
減面加工した。この線材中のNb量に当量のSnを外部より
メッキし、650℃で４日間の熱処理でNb3Sn超電導線材を
作製した。
の熱処理でNbHの脱水素を行い、Cu−15wt％Nb焼結体を
得る。この焼結体を、外径68mm、内径52mmの銅パイプに
挿入、ビレットを作製後、熱間静水圧押出で13.5φに押
出し、さらにスウェージング、線引きにより0.3φまで
減面加工した。この線材中のNb量に当量のSnを外部より
メッキし、650℃で４日間の熱処理でNb3Sn超電導線材を
作製した。
この実施例で得たNb3Sn超電導線は、磁化測定により、
６μｍの等価的フィラメント径を得た。
６μｍの等価的フィラメント径を得た。
これは、同Nb含有量のインサイチュー法によるものより
も優れた特性である。
も優れた特性である。
＜実施例＞ 実施例の熱間静水圧押出で得た13.5φの同クラッドCu
−15wt％Nb線材を３φの孔明加工し、Sn棒を挿入後、線
引きにより、0.5φまで減面加工した。得られた複合線
材を650℃×４日間の熱処理で、Nb3Sn超電導材試料とし
た。
−15wt％Nb線材を３φの孔明加工し、Sn棒を挿入後、線
引きにより、0.5φまで減面加工した。得られた複合線
材を650℃×４日間の熱処理で、Nb3Sn超電導材試料とし
た。
ここで得たNb3Sn超電導線材を磁化測定した結果５μｍ
の等価的フィラメント径を得た。
の等価的フィラメント径を得た。
＜実施例＞ 様々な粒子径をもつ、水素化−脱水素処理により精製し
たNb粉末と、200μｍ以下のガスアトマイズCu粉を種々
の割合で調合し、ボールミルにより２日間の混合後、冷
間静水圧プレスにより、2000kgf/cm2で圧粉成形した。
たNb粉末と、200μｍ以下のガスアトマイズCu粉を種々
の割合で調合し、ボールミルにより２日間の混合後、冷
間静水圧プレスにより、2000kgf/cm2で圧粉成形した。
この成形体を68φの銅パイプに挿入し、脱気封入し押出
ビレットとした。その後、熱間静水圧押出（950℃）で1
3.5φに押出し、さらにスウェージング、線引加工によ
り、0.3φに減面した。これらの線材中のNb量に当量のS
nを外部メッキし、650℃×4d、の熱処理でNb3Sn超電導
線材とした。
ビレットとした。その後、熱間静水圧押出（950℃）で1
3.5φに押出し、さらにスウェージング、線引加工によ
り、0.3φに減面した。これらの線材中のNb量に当量のS
nを外部メッキし、650℃×4d、の熱処理でNb3Sn超電導
線材とした。
これらのNb3Sn線材の超電導特性を表に示し、第２図
及び第３図にまとめて示している。
及び第３図にまとめて示している。
上記表において、超電導線材の電磁特性は等価的フィ
ラメント径deffで表される。deffは履歴損失に比例する
値で、単芯線の場合は、超電導部分径2Rに等しくなり、
多芯線の場合は、各素線径dfに等しくなる。ブロンズ法
におけるNb3Snフィラメントのように連続なフィラメン
トをもつ線材では、deffdfとなるが、粉末法やインサ
イチュー法のように、不連続Nb3Snフィラメントをもつ
場合、ほとんどdeff≠dfとなり、deffは通常dfの数10〜
数100倍の値となる。
ラメント径deffで表される。deffは履歴損失に比例する
値で、単芯線の場合は、超電導部分径2Rに等しくなり、
多芯線の場合は、各素線径dfに等しくなる。ブロンズ法
におけるNb3Snフィラメントのように連続なフィラメン
トをもつ線材では、deffdfとなるが、粉末法やインサ
イチュー法のように、不連続Nb3Snフィラメントをもつ
場合、ほとんどdeff≠dfとなり、deffは通常dfの数10〜
数100倍の値となる。
一般に、フィラメント間結合の強さを議論する場合、de
ff/2Rなるパラメーターを使用する。従って、理想的に
は０＜deff/2R１なる値をとり、deff/2Rが１に近いほ
ど単芯線的であり、deff/2Rが小さいほど多芯線的挙動
であるといえる。
ff/2Rなるパラメーターを使用する。従って、理想的に
は０＜deff/2R１なる値をとり、deff/2Rが１に近いほ
ど単芯線的であり、deff/2Rが小さいほど多芯線的挙動
であるといえる。
インサイチュー法や粉末法による超電導線材をマグネッ
ト等に応用する場合、deff/2R0.1程度あればよく、さ
らに、パルス用マグネットの場合には、deff/2R0.05
となる。即ち、本試料のように、Cu−Nb−Sn部分の径が
250μｍの場合、deff/2R＝0.1ではdeff＝25μｍである
から、通常のマグネットへの応用には、充分な値といえ
る。
ト等に応用する場合、deff/2R0.1程度あればよく、さ
らに、パルス用マグネットの場合には、deff/2R0.05
となる。即ち、本試料のように、Cu−Nb−Sn部分の径が
250μｍの場合、deff/2R＝0.1ではdeff＝25μｍである
から、通常のマグネットへの応用には、充分な値といえ
る。
表において、試料番号の7,8,12,13がそれぞれ本発明
の範囲内であることは明らかである。
の範囲内であることは明らかである。
そして試料１〜４は、44μｍ以下のNb粉末を用いている
が、いずれもdeff/2Rは高い。また試料５〜９は44μｍ
ｄ66μｍのNb粉末で、試料９は残留抵抗発生のた
め、deff/2Rが求められないが、本発明に係る試料7,8の
deff/2Rは非常に低いことがわかる。試料10〜21は、44
μｍｄ88μｍ、149μm,210μｍの３種のNb粒度範囲
に対して、４種のNb濃度をとった試料である。低いdeff
/2Rが得られたのは、試料12,13のみである。
が、いずれもdeff/2Rは高い。また試料５〜９は44μｍ
ｄ66μｍのNb粉末で、試料９は残留抵抗発生のた
め、deff/2Rが求められないが、本発明に係る試料7,8の
deff/2Rは非常に低いことがわかる。試料10〜21は、44
μｍｄ88μｍ、149μm,210μｍの３種のNb粒度範囲
に対して、４種のNb濃度をとった試料である。低いdeff
/2Rが得られたのは、試料12,13のみである。
（発明の効果） 本発明によれば、Nb3Snフィラメントサイズを一様に
し、微少フィラメントによる絡まりを低くすることがで
きる。
し、微少フィラメントによる絡まりを低くすることがで
きる。
また、不連続フィラメントによる使用上不都合な残留抵
抗の発生がなく、接触がすくなくて良好な電磁特性を得
ることができる。
抗の発生がなく、接触がすくなくて良好な電磁特性を得
ることができる。
従って、NbTi超電導線材で開発されている交流用超電導
線材を安価でかつより強磁場に用途の拡大を可能にする
高性能化合物超電導材料の製作法として有益である。
線材を安価でかつより強磁場に用途の拡大を可能にする
高性能化合物超電導材料の製作法として有益である。
第１図は従来の粉末法Nb3Sn超電導線材の製造方法一部
の工程を示す説明図、第２図は本発明によるフィラメン
ト間結合の強さと粉末粒度範囲との関係を示すグラフ、
第３図は同じくフィラメント間結合の強さとNb含有量
（wt％）の関係を示すグラフである。
の工程を示す説明図、第２図は本発明によるフィラメン
ト間結合の強さと粉末粒度範囲との関係を示すグラフ、
第３図は同じくフィラメント間結合の強さとNb含有量
（wt％）の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】Cu−Nb焼結体を減面加工し、内部芯または
外部メッキにより添加したSnを、熱処理による拡散でNb
3Sn超電導線条を製作する方法において、 焼結に用いるNbの平均粒子径をdNb（μｍ）、各Nbの粒
子径をｄとしたとき |d−dNb｜0.35dNb …… で示される値であり、 焼結後のCu−Nb焼結体中に含まれるNb粒子の含有量はwt
％で ５CNb25 …… で示される値となるように、上記特定粒子径の、かつ特
定量のNb粉末を用いることを特徴とする粉末冶金法によ
る高性能化合物超電導材料の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60107996A JPH072978B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | 粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60107996A JPH072978B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | 粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61266528A JPS61266528A (ja) | 1986-11-26 |
| JPH072978B2 true JPH072978B2 (ja) | 1995-01-18 |
Family
ID=14473339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60107996A Expired - Lifetime JPH072978B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | 粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH072978B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106756141B (zh) * | 2016-12-28 | 2018-08-28 | 北京有色金属研究总院 | Cu-Nb原位复合材料的气体保护固液混合凝固装置 |
| CN110366459B (zh) * | 2017-08-21 | 2022-09-23 | Ｊｘ金属株式会社 | 积层造形用铜合金粉末、积层造形物的制造方法及积层造形物 |
| CN109943782B (zh) * | 2017-12-20 | 2021-02-02 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种00Cr17Ni14Mo2不锈钢阀块的加工方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57171629A (en) * | 1981-04-13 | 1982-10-22 | Mitsubishi Electric Corp | Production of compound superconductive wire rod |
| JPS59184404A (ja) * | 1983-04-04 | 1984-10-19 | 昭和電線電纜株式会社 | Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線の製造方法 |
| JPS60143512A (ja) * | 1983-12-29 | 1985-07-29 | 株式会社日立製作所 | 超電導部材の製造方法 |
-
1985
- 1985-05-20 JP JP60107996A patent/JPH072978B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61266528A (ja) | 1986-11-26 |
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