JPH0791623B2 - Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法 - Google Patents
Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法Info
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- JPH0791623B2 JPH0791623B2 JP61053404A JP5340486A JPH0791623B2 JP H0791623 B2 JPH0791623 B2 JP H0791623B2 JP 61053404 A JP61053404 A JP 61053404A JP 5340486 A JP5340486 A JP 5340486A JP H0791623 B2 JPH0791623 B2 JP H0791623B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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- 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、核融合炉用トロイダルマグネット、粒子加速
器用マグネット、超電導発電機用マグネット等に利用さ
れる高磁界特性の優れたNb3Sn超電導線を製造する方法
に関するものである。
器用マグネット、超電導発電機用マグネット等に利用さ
れる高磁界特性の優れたNb3Sn超電導線を製造する方法
に関するものである。
「従来の技術」 Nb3SnにTi等の第３元素を添加することによってNb3Sn超
電導線の高磁界特性、特に、10T（テスラ）以上の臨界
電流特性を改善できることが知られている。そして、Ti
を添加したNb3Sn超電導線を製造する方法として、従
来、以下に説明する方法が提案されている。
電導線の高磁界特性、特に、10T（テスラ）以上の臨界
電流特性を改善できることが知られている。そして、Ti
を添加したNb3Sn超電導線を製造する方法として、従
来、以下に説明する方法が提案されている。
１）Nb芯材にTiを微量（0.1〜15原子％の範囲であっ
て、好ましくは1.0〜1.5重量％程度）添加して合金化し
たNb芯材を製造し、このNb芯材を基地内に配して超電導
素線を作製し、これに拡散熱処理を施してNb3Sn超電導
線を製造する方法。
て、好ましくは1.0〜1.5重量％程度）添加して合金化し
たNb芯材を製造し、このNb芯材を基地内に配して超電導
素線を作製し、これに拡散熱処理を施してNb3Sn超電導
線を製造する方法。
２）ブロンズ基地（Cu−Sn合金基地）の内部にTiを微量
（0.1〜５原子％の範囲で、好ましくは0.2〜0.4重量
％）添加することにより３元合金系ブロンズ基地（Cu−
Sn−Ti合金基地）を製造し、この３元合金系ブロンズ基
地の内部にNb芯材を配して超電導素線を作製し、これに
拡散熱処理を施してNb3Sn超電導線を製造する方法。
（0.1〜５原子％の範囲で、好ましくは0.2〜0.4重量
％）添加することにより３元合金系ブロンズ基地（Cu−
Sn−Ti合金基地）を製造し、この３元合金系ブロンズ基
地の内部にNb芯材を配して超電導素線を作製し、これに
拡散熱処理を施してNb3Sn超電導線を製造する方法。
なお、添加する第３元素としてTiの代わりにTa、Hf、A
l、In、Ga、Zr等を用いることもある。
l、In、Ga、Zr等を用いることもある。
「発明が解決しようとする問題点」 前記した各方法には、以下に説明する問題があった。
ａ）Tiのように高温で非常に活性な元素をNb芯材に微量
添加する場合、コストの高い特殊な溶解法、例えば、電
子ビーム溶解法やアーク溶解法を新たに採用しなくては
ならず、製造コストが嵩むとともに、これらの溶解法を
採用してもTiをNb芯材に均一に添加するには技術的にか
なりの困難性を伴う。
添加する場合、コストの高い特殊な溶解法、例えば、電
子ビーム溶解法やアーク溶解法を新たに採用しなくては
ならず、製造コストが嵩むとともに、これらの溶解法を
採用してもTiをNb芯材に均一に添加するには技術的にか
なりの困難性を伴う。
また、Nb芯材にTiを微量添加することによってNb芯材の
硬度が向上する関係から、極細多心化のために行う縮径
加工の際に強加工する場合、断線等のトラブルを生じる
問題がある。
硬度が向上する関係から、極細多心化のために行う縮径
加工の際に強加工する場合、断線等のトラブルを生じる
問題がある。
従って縮径工程においては、Nb芯材を合金化せずに純Nb
の状態のまま加工することが望ましいのである。
の状態のまま加工することが望ましいのである。
ｂ）ブロンズ基地にTiを添加する場合、大気溶解を行う
と後工程の縮径加工の際に割れを生じるために、真空溶
解を行う必要があり、溶解量に制限を生じる問題があ
る。また、この場合、ブロンズ基地がCu−Sn−Ti系の３
元合金となるために、加工硬化能が大きくなり、縮径工
程で全体に硬化することが早くなり、中間焼鈍をひんぱ
んに行わないと断線等のトラブルを生じる問題がある。
と後工程の縮径加工の際に割れを生じるために、真空溶
解を行う必要があり、溶解量に制限を生じる問題があ
る。また、この場合、ブロンズ基地がCu−Sn−Ti系の３
元合金となるために、加工硬化能が大きくなり、縮径工
程で全体に硬化することが早くなり、中間焼鈍をひんぱ
んに行わないと断線等のトラブルを生じる問題がある。
ところで、前記超電導素線に拡散熱処理を施す場合に
は、従来、Nb芯材の全域にNb3Snを生成させるのではな
く、Nb芯材の中心部を除いた部分にNb3Snを生成させてN
b芯材の中心部をNbの状態にしておくことがなされてい
る。
は、従来、Nb芯材の全域にNb3Snを生成させるのではな
く、Nb芯材の中心部を除いた部分にNb3Snを生成させてN
b芯材の中心部をNbの状態にしておくことがなされてい
る。
このように拡散熱処理を施す理由は、以下に説明する２
つの理由によっている。
つの理由によっている。
第１の理由は、中心部に純Nbを残すことによって拡散熱
処理後の超電導線の機械強度を高めるためである。
処理後の超電導線の機械強度を高めるためである。
第２の理由は、拡散熱処理を高温で長時間施すことによ
り生じるNb3Sn結晶粒の粗大化、並びにそれによる超電
導特性の劣化を阻止するためである。即ち、所定の超電
導特性を得るためのNb3Snを生成させることができる拡
散熱処理条件のうち、必要最低限の温度と時間に拡散熱
処理条件を止どめるためである。
り生じるNb3Sn結晶粒の粗大化、並びにそれによる超電
導特性の劣化を阻止するためである。即ち、所定の超電
導特性を得るためのNb3Snを生成させることができる拡
散熱処理条件のうち、必要最低限の温度と時間に拡散熱
処理条件を止どめるためである。
従って従来、Nb芯材の中心部分は、Nb3Snの生成に寄与
しない部分となっていた。
しない部分となっていた。
本発明は前記問題に鑑みるとともに、従来Nb3Snの生成
に寄与させていないNb芯材の中心部分を超電導線の特性
向上のために積極的に、かつ、有効に利用するためにな
されたもので、極細多心化のための縮径加工時に断線等
のトラブルを生じさせることがなく良好な加工性を有す
るとともに、極細多心化構造とした場合の熱処理時にお
いてSnの拡散状態を調整して超電導特性の劣化を防止す
ることができ、よって臨界電流密度が高く、良好な超電
導特性を発揮する上に、軽量であり、機械強度の高い超
電導線を製造する方法の提供を目的とする。
に寄与させていないNb芯材の中心部分を超電導線の特性
向上のために積極的に、かつ、有効に利用するためにな
されたもので、極細多心化のための縮径加工時に断線等
のトラブルを生じさせることがなく良好な加工性を有す
るとともに、極細多心化構造とした場合の熱処理時にお
いてSnの拡散状態を調整して超電導特性の劣化を防止す
ることができ、よって臨界電流密度が高く、良好な超電
導特性を発揮する上に、軽量であり、機械強度の高い超
電導線を製造する方法の提供を目的とする。
「問題点を解決するための手段」 本発明の製造方法は、前記問題点を解消するために、Nb
3Snの高磁界域における臨界電流値を向上させるTi、T
a、In、Hf、Al、Zrのいずれか１つ以上からなる芯体を
パイプ状のNb芯材に挿入する場合に、Nb芯材に挿入する
芯体として、Nb芯材の直径の２割以上であって６割以下
の直径の芯体を用いるとともに、前記Nb芯材に前記芯体
を挿入した後に全体を縮径して１次複合線を作成し、そ
の後に前記１次複合線を多数本集合してCuまたはCu−Sn
合金からなる管体に挿入して縮径加工を施し２次複合線
を作成し、次いでこの２次複合線を多数本集合してCu−
Sn合金からなる管体とその外側のTaからなるバリア管と
銅管からなる複合管に挿入し、全体を縮径加工して超電
導素線を形成し、その後にこの超電導素線に拡散熱処理
を施し、前記NbパイプのNbに対し、前記芯体に含まれる
元素と前記管体に含まれるSnを拡散反応させて超電導化
合物を生成させるとともに、前記バリア管により銅管へ
のSnの拡散を防止するものである。
3Snの高磁界域における臨界電流値を向上させるTi、T
a、In、Hf、Al、Zrのいずれか１つ以上からなる芯体を
パイプ状のNb芯材に挿入する場合に、Nb芯材に挿入する
芯体として、Nb芯材の直径の２割以上であって６割以下
の直径の芯体を用いるとともに、前記Nb芯材に前記芯体
を挿入した後に全体を縮径して１次複合線を作成し、そ
の後に前記１次複合線を多数本集合してCuまたはCu−Sn
合金からなる管体に挿入して縮径加工を施し２次複合線
を作成し、次いでこの２次複合線を多数本集合してCu−
Sn合金からなる管体とその外側のTaからなるバリア管と
銅管からなる複合管に挿入し、全体を縮径加工して超電
導素線を形成し、その後にこの超電導素線に拡散熱処理
を施し、前記NbパイプのNbに対し、前記芯体に含まれる
元素と前記管体に含まれるSnを拡散反応させて超電導化
合物を生成させるとともに、前記バリア管により銅管へ
のSnの拡散を防止するものである。
「作用」 拡散熱処理時にNb芯材のNbと、基地のSnとを反応させる
ことによりNb3Sn−Tiを生成させて優れた超電導特性を
発揮させ、Nb芯材中心部の芯体を超電導線の強度向上の
ために利用できるとともに、拡散熱処理前に、芯体とNb
芯材、および芯体と基地を合金化しないようにしてNb芯
材と基地の加工性を維持することにより加工性を向上さ
せ、断線等のトラブルを解消する。また、パイプ状のNb
芯材に芯体を複合した１次複合線を更に集合して２時複
合線を作成し、これを更に多数本集合して管体とバリア
管と銅管からなる複合管に挿入して縮径してから拡散熱
処理するので、Nb芯材側と芯体側へのSnの拡散はなされ
るが、銅管側へのSnの拡散が防止されるので、銅管がCu
−Sn合金化することを防止できる。よって、Snが拡散し
ていない抵抗の低い状態の銅管をそのまま超電導線に複
合できるので、この銅管を縮径した部分の低電気抵抗が
超電導線の安定化に寄与し、Ti、Ta、In、Hf、Al、Zrの
いずれか１つ以上からなる元素の添加効果と相まって超
電導線の臨界電流密度向上効果に寄与する。
ことによりNb3Sn−Tiを生成させて優れた超電導特性を
発揮させ、Nb芯材中心部の芯体を超電導線の強度向上の
ために利用できるとともに、拡散熱処理前に、芯体とNb
芯材、および芯体と基地を合金化しないようにしてNb芯
材と基地の加工性を維持することにより加工性を向上さ
せ、断線等のトラブルを解消する。また、パイプ状のNb
芯材に芯体を複合した１次複合線を更に集合して２時複
合線を作成し、これを更に多数本集合して管体とバリア
管と銅管からなる複合管に挿入して縮径してから拡散熱
処理するので、Nb芯材側と芯体側へのSnの拡散はなされ
るが、銅管側へのSnの拡散が防止されるので、銅管がCu
−Sn合金化することを防止できる。よって、Snが拡散し
ていない抵抗の低い状態の銅管をそのまま超電導線に複
合できるので、この銅管を縮径した部分の低電気抵抗が
超電導線の安定化に寄与し、Ti、Ta、In、Hf、Al、Zrの
いずれか１つ以上からなる元素の添加効果と相まって超
電導線の臨界電流密度向上効果に寄与する。
「実施例」 第１図（Ａ）〜（Ｈ）は、本発明の一実施例を示すもの
で、第１図（Ａ）に示す複合ロッドＲに順次加工を施し
て第１図（Ｈ）に示す超電導素線Ｔを製造し、この超電
導素線Ｔに後述する拡散熱処理を施して超電導線を製造
する。
で、第１図（Ａ）に示す複合ロッドＲに順次加工を施し
て第１図（Ｈ）に示す超電導素線Ｔを製造し、この超電
導素線Ｔに後述する拡散熱処理を施して超電導線を製造
する。
超電導線を製造するには、まず、Nb3Snの高磁界域にお
ける臨界電流値を向上させる第３元素であるTiからなる
芯体１をNbパイプ２に挿通して第１図（Ａ）に示す複合
ロッドＲを作製する。ここで、芯体１の直径をNbパイプ
２の直径の２割以上で、かつ、６割以下の値に設定す
る。なお、前記芯体１を構成する材料は、Nb3Snの高磁
界域における臨界電流値を向上させるTi、Ta、Hf、Al、
In、Ga、Zr等の第３元素からなる高純度材料あるいは、
これらの合金材料を用いることができる。また、Nbパイ
プ２はNbロッドに透孔を形成して作製してもよいし予め
パイプ状に形成されたものを用いても良い。そして、前
述の如くNbパイプを用いる場合、長尺の複合ロッドＲで
も自由に作製することがてきる。
ける臨界電流値を向上させる第３元素であるTiからなる
芯体１をNbパイプ２に挿通して第１図（Ａ）に示す複合
ロッドＲを作製する。ここで、芯体１の直径をNbパイプ
２の直径の２割以上で、かつ、６割以下の値に設定す
る。なお、前記芯体１を構成する材料は、Nb3Snの高磁
界域における臨界電流値を向上させるTi、Ta、Hf、Al、
In、Ga、Zr等の第３元素からなる高純度材料あるいは、
これらの合金材料を用いることができる。また、Nbパイ
プ２はNbロッドに透孔を形成して作製してもよいし予め
パイプ状に形成されたものを用いても良い。そして、前
述の如くNbパイプを用いる場合、長尺の複合ロッドＲで
も自由に作製することがてきる。
次に、前記複合ロッドＲに必要に応じて縮径加工を施し
て第１図（Ｂ）に示すNb芯材３を作製し、このNb芯材３
をCu−Sn合金あるいはCuからなる管体４に第１図（Ｃ）
に示すように挿入し、続いて縮径加工を施して第１図
（Ｄ）に示す１次複合線５を作製する。
て第１図（Ｂ）に示すNb芯材３を作製し、このNb芯材３
をCu−Sn合金あるいはCuからなる管体４に第１図（Ｃ）
に示すように挿入し、続いて縮径加工を施して第１図
（Ｄ）に示す１次複合線５を作製する。
次いで、前記１次複合線５を多数本集合して第１図
（Ｅ）に示すようにCu−Sn合金あるいはCuからなるパイ
プ６に挿入し、更に縮径して第１図（Ｆ）に示す２次複
合線７を作製する。
（Ｅ）に示すようにCu−Sn合金あるいはCuからなるパイ
プ６に挿入し、更に縮径して第１図（Ｆ）に示す２次複
合線７を作製する。
そして更に、前記２次複合線７を多数本集合するととも
に、導管８と、Taからなるバリア管９と、Cu−Sn合金か
らなる管体10から構成される複合管11に第１図（Ｇ）に
示すように挿入し、これを所要の直径まで縮径して第１
図（Ｈ）に示すように基地12の内部にNbフィラメントと
Tiフィラメントが埋設された超電導素線Ｔを作製する。
なお、前述の各縮径加工においては、Tiからなる芯体１
は基地内部のNbあるいはSnと合金化していないために、
基地の加工性を損なうことはなく、従ってSnとTiあるい
はNbとTbを合金化していた従来の超電導素線に比較して
中間焼鈍条件が有利になり、縮径加工中の断線等のトラ
ブルもなくなり、加工性が向上する。
に、導管８と、Taからなるバリア管９と、Cu−Sn合金か
らなる管体10から構成される複合管11に第１図（Ｇ）に
示すように挿入し、これを所要の直径まで縮径して第１
図（Ｈ）に示すように基地12の内部にNbフィラメントと
Tiフィラメントが埋設された超電導素線Ｔを作製する。
なお、前述の各縮径加工においては、Tiからなる芯体１
は基地内部のNbあるいはSnと合金化していないために、
基地の加工性を損なうことはなく、従ってSnとTiあるい
はNbとTbを合金化していた従来の超電導素線に比較して
中間焼鈍条件が有利になり、縮径加工中の断線等のトラ
ブルもなくなり、加工性が向上する。
また、超電導素線Ｔを製造する工程は、第１図（Ａ）〜
（Ｈ）に示す工程の他に、従来公知の各種工程を採用し
ても良い。即ち、例えば、複合素線の集合は１回以上の
所要回数行っても良く、更に、１次複合線５や２次複合
線７の表面にSnメッキ層を形成してSnの拡散を促進する
構成にしても良い。
（Ｈ）に示す工程の他に、従来公知の各種工程を採用し
ても良い。即ち、例えば、複合素線の集合は１回以上の
所要回数行っても良く、更に、１次複合線５や２次複合
線７の表面にSnメッキ層を形成してSnの拡散を促進する
構成にしても良い。
前述の如く製造された超電導素線Ｔに、拡散熱処理（60
0℃〜850℃程度の温度に20〜150時間程度加熱する熱処
理）を施し、後述する如く基地12のSnとNb芯材３のNbお
よびTiを反応させてNb3Sn−Tiを生成し、Nb3Sn超電導線
を製造する。
0℃〜850℃程度の温度に20〜150時間程度加熱する熱処
理）を施し、後述する如く基地12のSnとNb芯材３のNbお
よびTiを反応させてNb3Sn−Tiを生成し、Nb3Sn超電導線
を製造する。
この際、拡散熱処理を施すことによって超電導素線Ｔの
内部においては、第２図ないし第４図に示すように反応
が進行する。
内部においては、第２図ないし第４図に示すように反応
が進行する。
即ち、第２図に示すように、基地12の内部にNb芯材３が
配された状態において拡散熱処理を施すと、第３図に示
すようにNb芯材１の外周部側でNb3Snが生成し、その過
程でもTiも拡散してNb3Sn−Ti層20が生成され、拡散熱
処理の進行とともに第３図に示すようにNb3Sn−Ti層20
が増大する。そして、拡散熱処理によってNb3Sn層20を
芯体１の外周部側（好ましくは、芯体１の直径の５〜50
％の範囲）まで侵入させる。
配された状態において拡散熱処理を施すと、第３図に示
すようにNb芯材１の外周部側でNb3Snが生成し、その過
程でもTiも拡散してNb3Sn−Ti層20が生成され、拡散熱
処理の進行とともに第３図に示すようにNb3Sn−Ti層20
が増大する。そして、拡散熱処理によってNb3Sn層20を
芯体１の外周部側（好ましくは、芯体１の直径の５〜50
％の範囲）まで侵入させる。
従って前記超電導線においては、Nb芯材３の外周側の大
部分が第４図に示すようにNb3Sn化した構造であり、Nb
芯材３の中心部には芯体１の一部が未反応Tiのまま残留
している。即ち、前記構造の超電導線は、未反応Nbを内
部に具備していた従来構造の超電導線に比較して、Nbよ
り軽量性に富み高強度の未反応Ti部分を内部に具備する
ために、機械強度が向上し、軽量性も備えている。
部分が第４図に示すようにNb3Sn化した構造であり、Nb
芯材３の中心部には芯体１の一部が未反応Tiのまま残留
している。即ち、前記構造の超電導線は、未反応Nbを内
部に具備していた従来構造の超電導線に比較して、Nbよ
り軽量性に富み高強度の未反応Ti部分を内部に具備する
ために、機械強度が向上し、軽量性も備えている。
なお、本発明においては、芯体１の直径をNb芯材３の直
径の２割（Nb芯材３の全横断面積において、Nbパイプ２
の占める横断面積割合が96％の場合）〜６割（Nb芯材３
の全横断面積において、Nbパイプ２の占める横断面積割
合が64％の場合）の範囲に設定してある。芯体１の直径
をこのように設定したのは以下に述べる２つの理由によ
っている。
径の２割（Nb芯材３の全横断面積において、Nbパイプ２
の占める横断面積割合が96％の場合）〜６割（Nb芯材３
の全横断面積において、Nbパイプ２の占める横断面積割
合が64％の場合）の範囲に設定してある。芯体１の直径
をこのように設定したのは以下に述べる２つの理由によ
っている。
まず、第１の理由は、芯体１の直径がNb芯材３の直径の
２割を下回る値（即ち、Nbパイプ２の横断面積がNb芯材
３の全横断面積の96％以上の場合）の場合、前述の如く
芯体１の内部に未反応Ti部分を残すように拡散熱処理を
施した場合であっても、未反応Ti部分による強度向上の
効果が得られないためである。
２割を下回る値（即ち、Nbパイプ２の横断面積がNb芯材
３の全横断面積の96％以上の場合）の場合、前述の如く
芯体１の内部に未反応Ti部分を残すように拡散熱処理を
施した場合であっても、未反応Ti部分による強度向上の
効果が得られないためである。
第２の理由は、芯体１の直径がNb芯材３の直径の６割を
越える値（即ち、Nbパイプ２の横断面積がNb芯材３の全
横断面積の64％以下の場合）であると、Nb量が少なくな
ってNb3Snの生成量が減少し、臨界電流値が低下して実
用的な超電導線とならないためである。
越える値（即ち、Nbパイプ２の横断面積がNb芯材３の全
横断面積の64％以下の場合）であると、Nb量が少なくな
ってNb3Snの生成量が減少し、臨界電流値が低下して実
用的な超電導線とならないためである。
従って本発明では、芯体１の直径を先に記載した範囲に
限定した。
限定した。
「製造例」 外径10mm、肉厚2.5mmのNbパイプに直径5mmのTi棒を挿入
し、縮径加工を施して直径6mmの複合線を作製し、次に
この複合線を、外径10mm、肉厚1.5mmであって、Sn13wt
％を含有するブロンズ管に挿入し、縮径加工を施して直
径1.0mmの１次複合線を作製した。次に、前記１次複合
線を91本集合し、外径13mm、肉厚0.5mmであって、Sn13w
t％を含有するブロンズ管に挿入して縮径加工を施し、
直径1.0mmの２次複合線を作製した。更に、前記２次複
合線を91本集合し、外径20mm、肉厚2mmの銅管と、外径1
5mm、肉厚0.5mmのバリア用Ta管と、外径13mm、肉厚0.5m
mであって、Sn13wt％を含有するブロンズ管とからなる
複合管に挿入して縮径加工を施し、直径1.4mmの超電導
素線を作製した。この後に前記超電導素線を800℃に50
時間加熱する拡散熱処理を施してNb3Sn超電導線を製造
した。このNb3Sn超電導線の横断面構造を顕微鏡観察し
たところ、Nbフィラメントの直径は約５μであり、Nb3S
n層の生成厚は約２μであった。そして、Nbフィラメン
ト中のTiフィラメントの直径は約２μとなっており、Nb
3Sn生成領域はTiフィラメント領域に0.5μ程度食い込ん
でおり、EPMA（電子プローブマイクロアナライザー）で
分析したところNb3Sn中にTiが拡散している状態を観察
できた。
し、縮径加工を施して直径6mmの複合線を作製し、次に
この複合線を、外径10mm、肉厚1.5mmであって、Sn13wt
％を含有するブロンズ管に挿入し、縮径加工を施して直
径1.0mmの１次複合線を作製した。次に、前記１次複合
線を91本集合し、外径13mm、肉厚0.5mmであって、Sn13w
t％を含有するブロンズ管に挿入して縮径加工を施し、
直径1.0mmの２次複合線を作製した。更に、前記２次複
合線を91本集合し、外径20mm、肉厚2mmの銅管と、外径1
5mm、肉厚0.5mmのバリア用Ta管と、外径13mm、肉厚0.5m
mであって、Sn13wt％を含有するブロンズ管とからなる
複合管に挿入して縮径加工を施し、直径1.4mmの超電導
素線を作製した。この後に前記超電導素線を800℃に50
時間加熱する拡散熱処理を施してNb3Sn超電導線を製造
した。このNb3Sn超電導線の横断面構造を顕微鏡観察し
たところ、Nbフィラメントの直径は約５μであり、Nb3S
n層の生成厚は約２μであった。そして、Nbフィラメン
ト中のTiフィラメントの直径は約２μとなっており、Nb
3Sn生成領域はTiフィラメント領域に0.5μ程度食い込ん
でおり、EPMA（電子プローブマイクロアナライザー）で
分析したところNb3Sn中にTiが拡散している状態を観察
できた。
第５図は前述の如く製造された超電導線の臨界電流特性
を示すものであり、第５図において実線Ａが前述の如く
製造された超電導線の特性を示し、鎖線Ｂが従来のNb3S
n超電導線の特性を示している。
を示すものであり、第５図において実線Ａが前述の如く
製造された超電導線の特性を示し、鎖線Ｂが従来のNb3S
n超電導線の特性を示している。
第５図より明らかなように、本発明方法によって製造さ
れた超電導線は、10T以上の高磁界域において、従来のN
b3Sn超電動線よりも良好な臨界電流密度を示した。
れた超電導線は、10T以上の高磁界域において、従来のN
b3Sn超電動線よりも良好な臨界電流密度を示した。
「発明の効果」 以上説明したように本発明は、Nb3Snの高磁界域におけ
る臨界電流値を向上させるTi、Ta、In、Hf、Al、Zrのい
ずれか１つ以上からなる芯体をNb芯材の中央部に配する
ものであり、しかもその芯体の直径をNb芯材の直径の２
割〜６割に限定したものであるため、以下に説明する効
果を奏する。
る臨界電流値を向上させるTi、Ta、In、Hf、Al、Zrのい
ずれか１つ以上からなる芯体をNb芯材の中央部に配する
ものであり、しかもその芯体の直径をNb芯材の直径の２
割〜６割に限定したものであるため、以下に説明する効
果を奏する。
（Ｉ）本発明の方法は、Nb3Sn生成のための拡散熱処理
において、Nb3Sn結晶粒の粗大化を阻止するように拡散
熱処理を施した場合に、芯体の中心部を未反応状態で残
留させることができるために、軽量で強度の高いTi等の
第３元素で芯体を形成した場合に、芯体中心部の未反応
Ti部分によって超電導線の強度を向上させるとともに軽
量化できる効果がある。
において、Nb3Sn結晶粒の粗大化を阻止するように拡散
熱処理を施した場合に、芯体の中心部を未反応状態で残
留させることができるために、軽量で強度の高いTi等の
第３元素で芯体を形成した場合に、芯体中心部の未反応
Ti部分によって超電導線の強度を向上させるとともに軽
量化できる効果がある。
（II）本発明の方法は、芯体の直径をNb芯材の直径の２
割〜６割に設定したために、拡散熱処理によってNb芯材
内部にNb3Snを生成させた場合に、未反応部分を芯体内
部に残すために十分な芯体直径を確保することができ、
Nb芯材内部に十分な量のNb3Snを生成させるためのNb量
も確保できるために、優れた超電導特性を有する上に、
強度が高く軽量な超電導線を製造できる効果がある。
割〜６割に設定したために、拡散熱処理によってNb芯材
内部にNb3Snを生成させた場合に、未反応部分を芯体内
部に残すために十分な芯体直径を確保することができ、
Nb芯材内部に十分な量のNb3Snを生成させるためのNb量
も確保できるために、優れた超電導特性を有する上に、
強度が高く軽量な超電導線を製造できる効果がある。
（III）本発明の方法は、Nb芯材の内部にTi、Ta、In、H
f、Al、Zrのいずれか１つ以上からなる芯体を配し、拡
散熱処理に芯体と芯材を合金化しない状態で縮径加工で
きるために、Nb芯材や基地に芯体を構成する第３元素を
添加して合金化していた従来の超電導線に比較して良好
な加工性を得ることができる。従って極細多心化のため
の縮径加工中に断線等のトラブルを生じることなく加工
することができる。
f、Al、Zrのいずれか１つ以上からなる芯体を配し、拡
散熱処理に芯体と芯材を合金化しない状態で縮径加工で
きるために、Nb芯材や基地に芯体を構成する第３元素を
添加して合金化していた従来の超電導線に比較して良好
な加工性を得ることができる。従って極細多心化のため
の縮径加工中に断線等のトラブルを生じることなく加工
することができる。
また、本発明方法においては、パイプ状のNb芯材に芯体
を複合した１次複合線を更に集合して２次複合線を作成
し、これを更に多数本集合して管体とバリア管と銅管か
らなる複合管に挿入して縮径してから拡散熱処理するの
で、Nb芯材側と芯体側にSnの拡散はなされるが、銅管側
へのSnの拡散は防止されるので、銅管がCu−Sn合金化す
ることを防止できる。よって、Snが拡散していない抵抗
の低い状態の銅管をそのまま超電導線に複合できるの
で、Ti、Ta、In、Hf、Al、Zrのいずれか１つ以上からな
る元素の添加効果と相まって超電導線の安定化に寄与す
る。従って本発明方法により高磁界域において従来より
も安定性に優れた臨界電流密度の高い超電導線を得るこ
とができる。
を複合した１次複合線を更に集合して２次複合線を作成
し、これを更に多数本集合して管体とバリア管と銅管か
らなる複合管に挿入して縮径してから拡散熱処理するの
で、Nb芯材側と芯体側にSnの拡散はなされるが、銅管側
へのSnの拡散は防止されるので、銅管がCu−Sn合金化す
ることを防止できる。よって、Snが拡散していない抵抗
の低い状態の銅管をそのまま超電導線に複合できるの
で、Ti、Ta、In、Hf、Al、Zrのいずれか１つ以上からな
る元素の添加効果と相まって超電導線の安定化に寄与す
る。従って本発明方法により高磁界域において従来より
も安定性に優れた臨界電流密度の高い超電導線を得るこ
とができる。
第１図（Ａ）〜（Ｈ）ないし第４図は本発明の一実施例
を示すもので、第１図（Ａ）は複合ロッドの横断面図、
第１図（Ｂ）は１次複合線の横断面図、第１図（Ｃ）は
Nb芯材を管体に挿入した状態を示す横断面図、第１図
（Ｄ）は１次複合線の横断面図、第１図（Ｅ）は、１時
複合線を集合状態を示す横断面図、第１図（Ｆ）は２次
複合線の横断面図、第１図（Ｇ）は２次複合線の集合状
態を示す横断面図、第１図（Ｈ）は超電導素線の横断面
図、第２図は基地内に配されたNb芯材を示す断面図、第
３図は拡散熱処理中のNb芯材を示す断面図、第４図は拡
散熱処理終了後のNb芯材を示す断面図、第５図は従来の
Nb3Sn超電導線の臨界電流特性と本発明方法によって製
造されたNb3Sn超電導線の臨界電流特性を比較して示す
線図である。 Ｔ……超電導素線、 １……芯体、２……Nbパイプ、 ３……Nb芯材、５……１次複合線、 ７……２次複合線、８……銅管、 ９……バリア管、10……管体、 11……複合管、12……基地。
を示すもので、第１図（Ａ）は複合ロッドの横断面図、
第１図（Ｂ）は１次複合線の横断面図、第１図（Ｃ）は
Nb芯材を管体に挿入した状態を示す横断面図、第１図
（Ｄ）は１次複合線の横断面図、第１図（Ｅ）は、１時
複合線を集合状態を示す横断面図、第１図（Ｆ）は２次
複合線の横断面図、第１図（Ｇ）は２次複合線の集合状
態を示す横断面図、第１図（Ｈ）は超電導素線の横断面
図、第２図は基地内に配されたNb芯材を示す断面図、第
３図は拡散熱処理中のNb芯材を示す断面図、第４図は拡
散熱処理終了後のNb芯材を示す断面図、第５図は従来の
Nb3Sn超電導線の臨界電流特性と本発明方法によって製
造されたNb3Sn超電導線の臨界電流特性を比較して示す
線図である。 Ｔ……超電導素線、 １……芯体、２……Nbパイプ、 ３……Nb芯材、５……１次複合線、 ７……２次複合線、８……銅管、 ９……バリア管、10……管体、 11……複合管、12……基地。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 優 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−250510（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】Nb3Snの高磁界域における臨界電流値を向
上させるTi、Ta、In、Hf、Al、Zrのいずれか１つ以上か
らなる芯体をパイプ状のNb芯材に挿入する場合に、Nb芯
材に挿入する芯体として、Nb芯材の直径の２割以上であ
って６割以下の直径の芯体を用いるとともに、前記Nb芯
材に前記芯体を挿入した後に全体を縮径して１次複合線
を作成し、その後に前記１次複合線を多数本集合してCu
またはCu−Sn合金からなる管体に挿入して縮径加工を施
し２次複合線を作成し、次いでこの２次複合線を多数本
集合してCu−Sn合金からなる管体とその外側のTaからな
るバリア管と銅管からなる複合管に挿入し、全体を縮径
加工して超電導素線を形成し、その後にこの超電導素線
に拡散熱処理を施して、前記NbパイプのNbに対し、前記
芯体に含まれる元素と前記管体に含まれるSnを拡散反応
させて超電導化合物を生成させるとともに、前記バリア
管により銅管側へのSnの拡散を防止することを特徴とす
るNb3Sn超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61053404A JPH0791623B2 (ja) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61053404A JPH0791623B2 (ja) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62211358A JPS62211358A (ja) | 1987-09-17 |
| JPH0791623B2 true JPH0791623B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
ID=12941890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61053404A Expired - Lifetime JPH0791623B2 (ja) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791623B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991003060A1 (fr) * | 1989-08-25 | 1991-03-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Materiau filaire supraconducteur et procede de production d'un tel materiau |
| US6981309B2 (en) * | 2003-10-17 | 2006-01-03 | Oxford Superconducting Technology | Method for producing (Nb, Ti)3Sn wire by use of Ti source rods |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60250510A (ja) * | 1984-05-28 | 1985-12-11 | 株式会社東芝 | Ｎｂ３Ｓｎ複合超電導体の製造方法 |
-
1986
- 1986-03-11 JP JP61053404A patent/JPH0791623B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62211358A (ja) | 1987-09-17 |
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