JPH0793063B2 - Ｎｂ３Ａｌ基超電導体の製造方法 - Google Patents
Ｎｂ３Ａｌ基超電導体の製造方法Info
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- JPH0793063B2 JPH0793063B2 JP3024745A JP2474591A JPH0793063B2 JP H0793063 B2 JPH0793063 B2 JP H0793063B2 JP 3024745 A JP3024745 A JP 3024745A JP 2474591 A JP2474591 A JP 2474591A JP H0793063 B2 JPH0793063 B2 JP H0793063B2
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- 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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＮＭＲ分析装置、核融
合炉、高密度エネルギー貯蔵、電磁推進船等の種々の新
技術開発を可能にする高磁界発生用のＮｂ3Ａｌ基超電
導体、とくに線材の製造方法に関する。超電導線材を用
いる電力消費ないし大電流を通電し、高磁界を発生する
ことができる。 【０００２】 【従来の技術】高磁界発生用の超電導線材としては、従
来Ｎｂ−Ｔｉ系の合金線材が用いられているが、この合
金線材では液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）における発生
磁界の限度が約９テスラ（９Ｔ）である。従って核融合
装置などに必要な１０Ｔ以上の高磁界を発生するために
は、化合物系超電導体を用いる必要がある。Ａ１５型結
晶構造をもつＮｂ3 Ｓｎ化合物は、このような要求に応
える実用超電導材料の一つとして知られている。その臨
界温度Ｔc は約１７．５Ｋ，上部臨界磁界Ｈc2（４．２
Ｋ）は約２０Ｔで、Ｎｂ−Ｔｉの約９Ｋ及び約１１．５
Ｔに比べて、それぞれ約２倍高い値をもつ。ところで、
マグネットの発生磁界を上げるためにはＨc2を高め、高
磁界中の臨界電流密度Ｊc を増加させることが必要であ
る。なお、臨界電流密度Ｊc は液体ヘリウム中で測定さ
れた臨界電流値Ｉc を超電導体の断面積で除して求めら
れる。一方、Ａ１５型Ｎｂ3 Ａｌ化合物は、約１８．５
ＫのＴc と約３０ＴのＨc2をもち、Ｎｂ3 Ｓｎよりさら
に高性能の超電導材料として知られている。また、Ａｌ
を一部Ｇｅで置換したＮｂ3 （Ａｌ，Ｇｅ）は約２０．
５ＫのＴc と約４０ＴのＨc2をもち、Ａｌを一部Ｓｉで
置換したＮｂ3 （Ａｌ，Ｓｉ）もＮｂ3 Ａｌより優れた
高磁界特性をもつことが知られている。超電導機器の性
能は、ほぼ発生磁界の２乗に比例するため、高磁界特性
の優れたこれらＮｂ3 Ａｌ基超電導体の実用化が待望さ
れていた。しかし、その線材化には下記のような種々の
課題があった。なお、本明細書で、Ｎｂ3 Ａｌ基化合物
とは、Ａ１５型Ｎｂ3 Ａｌ，Ｎｂ3 （Ａｌ，Ｇｅ）及び
Ｎｂ3 （Ａｌ，Ｓｉ）化合物を指す。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】前述のＮｂ3 Ｓｎ化合
物の線材を作製する方法としては、ブロンズ法が知られ
ており、この方法は、Ｎｂを基体とし、これをＣｕ−Ｓ
ｎ合金マトリックスでくるんだ複合体を作り、これを塑
性加工したのち、拡散熱処理することによりＮｂ3 Ｓｎ
化合物線材を作製する方法である。これに対しＮｂ3 Ａ
ｌ基超電導体を線材化する際の問題点は、このブロンズ
法が適用できないことである。そのため、Ｎｂ3 Ａｌ基
化合物の作製には、ＮｂとＡｌ（または、Ａｌ−Ｇｅ，
Ａｌ−Ｓｉ合金）を直接拡散させるか、あるいは混合、
溶解する方法がとられていた。 【０００４】ＮｂとＡｌ（Ａｌ合金）を拡散させる時の
課題は、拡散時に所望のＮｂ3 ＡｌよりむしろＡｌに富
むＮｂ2 Ａｌ，ＮｂＡｌ3 等の中間化合物が生成され易
いことである。従って、これを避けるためＡｌを極めて
薄い層にする必要があった。そのためＮｂ箔とＡｌ箔を
巻きこんだ複合体を細線に加工する方法（S.Ceresara,
M.V.Ricci,N.Saccheti and G.Sacerdoti,IEEE Trans.on
Magnetics,MAG-11(1974)p263）、あるいはＡｌを直径
０．１μm 以下の極めて細い芯に加工する方法（K.Inou
e,Iijima and T.Takeuchi,Appl.Phys.Lett.,Vol52(198
8)p1724）が提案されている。しかし、このようにＡｌ
を極めて薄い層や細い芯へ加工するには多くの手間を必
要とする。 【０００５】さらに、ＮｂとＡｌ（又はＡｌ合金）を拡
散させる場合の第２の問題点は、ＮｂとＡｌが３：１の
化学量論比組成のＡ１５型化合物が１８００℃から２０
００℃の高温でしか存在せず、常温では化合物の組成が
Ａｌに乏しい組成にずれてしまい、この結果前記Ｎｂ3
Ｓｎと同程度の高磁界特性しか得られないことである。 【０００６】これを解決するため、ＮｂとＡｌ（又はＡ
ｌ合金）を溶解後急冷するか、またはＮｂとＡｌ（又は
Ａｌ合金）の複合体に電子ビームあるいはレーザービー
ム照射を行って高温から急冷する方法が試みられていた
（K.Togano and K.Tachikawa,Advances in Cryogenic E
ngr./Materials,Plenum,Vol34(1988)p451 ）。しかし、
これらの急冷法では、研究試料の作製は可能であるが、
特殊の設備を必要とするため、長尺の実用線材の作製に
は不向きである問題点があった。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１，２の発明は、
Ｎｂ−Ａｌ系合金の中間化合物とＮｂとの複合体を拡散
熱処理してＮｂ 3 Ａｌ基超電導体を製造する方法であっ
て、Ｎｂ−Ａｌ系合金の中間化合物は、Ｎｂ−Ａｌ系合
金のＡｌの一部をＧｅで置換したＮｂ−Ａｌ−Ｇｅ系合
金（Ｎｂ 2 （Ａｌ，Ｇｅ）等）、Ｎｂ−Ａｌ系合金のＡ
ｌの一部をＳｉで置換したＮｂ−Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ｎ
ｂ 2 （Ａｌ，Ｓｉ）等）及びこれらの混合物からなる群
から選択された金属間化合物であることを特徴とするＮ
ｂ 3 Ａｌ基超電導体の製造方法である。請求項３，７の
発明では、複合体を線状あるいはテープ状に加工したの
ち、拡散熱処理する。請求項４の発明では、Ｎｂ−Ａｌ
−Ｇｅ系又はＮｂ−Ａｌ−Ｓｉ系中間化合物に含まれる
ＧｅあるいはＳｉが、Ａｌに対して１０原子％から５０
原子％の範囲にある。請求項５の発明では、拡散熱処理
の温度が１０００℃から２０００℃の範囲にあり、拡散
熱処理の時間が２分間から５時間の範囲にある。請求項
６の発明では、中間化合物が、Ｎｂ 2 Ａｌ，Ｎｂ 2 （Ａ
ｌ，Ｇｅ）又はＮｂ 2 （Ａｌ，Ｓｉ）である。請求項８
の発明では、拡散熱処理を行った後、１００℃／時より
小さい冷却速度で冷却する。請求項９の発明では、拡散
熱処理を行った後、７００℃〜８００℃の温度範囲で焼
鈍する。 【０００８】ここにＮｂ−Ａｌ系合金の中間化合物と
は、ＮｂとＡｌの組成割合が目的とするＮｂ3 ＡｌとＡ
ｌの中間にある金属間化合物であり、代表的な例として
Ｎｂ2ＡｌとＮｂＡｌ3 及びこれらの中間化合物のＡｌ
の一部をＧｅまたはＳｉで置換したものが挙げられる。 【０００９】 【作用】本発明によれば、前述のＮｂとＡｌの複合体を
拡散させる場合のように、Ａｌを極めて細い芯に加工す
る必要もなく、また、Ａｌ量が乏しくならず、化学量論
比に近い組成をもち、高磁界特性の優れたＮｂ3 Ａｌ基
化合物を容易に製造できる特長を有している。さらに上
記の複合体を、通常の方法で線やテープに加工すること
により、融体急冷法よりも容易に長尺の線材を作製する
ことができる。 【００１０】Ｎｂ−Ａｌ系では、上述のようにＮｂ2 Ａ
ｌ中間化合物の他にＮｂＡｌ3 中間化合物が存在してい
る。Ｎｂ2 Ａｌ以外の中間化合物とＮｂとの複合体を拡
散熱処理することによってもＮｂ3Ａｌ基超電導化合物
を生成することができる。ただしこの場合には、Ｎｂ2
Ａｌ化合物も生成されるため、Ｎｂ3 Ａｌ化合物の体積
比が減少し、超電導臨界電流が低下する。従って、中間
化合物としては、Ｎｂ2 Ａｌを使用することが好ましい
が、Ｎｂ2 ＡｌとＮｂＡｌ3 が混在している複数の中間
化合物を使用しても差支えない。またＮｂ2 Ａｌの他
に、Ａ１５型のＮｂ3 Ａｌが混在する化合物を使用する
ことも、複合するＮｂ量を調整すれば差支えない。ここ
で複合体中のＮｂとＡｌとの原子比は３．０±０．５の
範囲にあることが好ましく、特に３．０±０．３の範囲
にあることが好ましい。 【００１１】さらに、Ａｌを一部ＧｅあるいはＳｉで置
換した、Ｎｂ2 （Ａｌ，Ｇｅ）あるいはＮｂ2 （Ａｌ，
Ｓｉ）などの中間化合物を用いることにより、超電導特
性とくにＨc2が著しく改善されたＡ１５型Ｎｂ3 （Ａ
ｌ，Ｇｅ）あるいはＮｂ3 （Ａｌ，Ｓｉ）を生成させる
ことができる。その場合、ＧｅあるいはＳｉのＡｌに対
する置換量は、１０原子％から５０％の範囲が好適で、
置換量が少なすぎると置換の効果がなく、また、置換量
が多すぎると却って超電導特性が低下する。 【００１２】Ｎｂ2 ＡｌまたはＮｂ2 （Ａｌ，Ｇｅ）ま
たはＮｂ2 （Ａｌ，Ｓｉ）化合物とＮｂの複合体を作製
する具体的な態様としては、アーク溶解によりこれら化
合物を溶製したのち粉砕して粉末として、この粉末とＮ
ｂ粉末とを混合して成型することにより作製される。他
のＮｂ−Ａｌ系中間化合物とＮｂとの複合体も同様にし
て作製される。これら中間化合物は機械的性質が脆いた
め、容易に粉砕することができる。 【００１３】この複合体を線状あるいはテープ状に加工
する手段としては、上記成型体をＮｂ管に装入するかま
たはＮｂシートでくるんだのち、通常の溝ロール圧延を
行い、さらに線引あるいは平ロール圧延を行えばよい。 【００１４】上記複合体を拡散熱処理してＡ１５型Ｎｂ
3 Ａｌ基化合物を生成する温度範囲は、１０００℃から
２０００℃が適当であり、温度が低すぎるとＡ１５型化
合物が生成されず、また、温度が高すぎると複合体が部
分溶解して好ましくない。また、拡散熱処理の時間は、
２分間から５時間が適当で、処理時間が短すぎるとＡ１
５型化合物が生成されず、また、処理時間が長すぎると
却って超電導特性が低下する。この拡散熱処理は、真空
中またはＡｒ等の不活性ガス中で行う。加熱は通常の抵
抗加熱炉あるいは赤外線イメージ炉を用いてもよいし、
電子ビームあるいはレーザーのようなビーム照射による
こともできる。上記の温度範囲のうち、好ましいのは１
３００℃から１５００℃で、通常のシリコニット抵抗加
熱炉が使用でき、しかも充分優れた超電導特性がえられ
る。また、拡散熱処理の途中で一旦室温に冷却してプレ
ス加圧を行ったり、拡散熱処理を高圧下で行ったりする
と、試料中の空孔が減少し、特性を改善することができ
る。 【００１５】拡散熱処理を行ったのち大きい冷却速度で
冷却するとＡ１５型結晶構造が歪んで超電導特性が低下
する。そのため拡散熱処理終了後、１００℃／時より小
さい冷却速度で冷却するか、または、大きい冷却速度で
冷却する場合は７００℃から８００℃の温度範囲で２０
時間から２００時間の焼鈍を行うとＡ１５結晶構造内の
歪が除かれて、好ましい。 【００１６】 【実施例】実施例１ 【００１７】ＮｂとＡｌとＧｅをＮｂ2 （Ａｌ0.8 Ｇｅ
0.2 ）の組成比で配合し、アーク溶解炉にてボタン状鋳
塊に溶製した。この鋳塊を粉砕し、篩にかけて−４００
メッシュの粉末とし同じく−４００メッシュのＮｂ粉末
と１．２：１の割合で混合した。この混合粉末を金型を
用い、３ton/cm2 の圧力で、長さ２５mm，巾４mm，厚さ
１．５mmの短冊状に成型した、この複合成型体をシリコ
ニット抵抗加熱炉を用い、真空中で１４００℃で３０分
加熱したのち、毎時５０℃の冷却速度で冷却した。この
試料のＸ線回折図形を調べた。その結果、主にＡ１５型
化合物からなることがわかった。また、直流４端子法で
Ｔc を測定した結果、２０．１ＫのＴcが得られた。ま
た、２３ＴでのＪc は１×１０4 Ａ／cm2 以上となっ
た。超電導体のＪc は１×１０4 Ａ／cm2 以上でないと
実用に供することが難しい。なお、ここで「以上」と記
したのは、電源の容量の関係でＩc が測定しきれなかっ
たためである。 実施例２ 【００１８】実施例１と同様の方法で、Ｎｂ2 ＡｌとＮ
ｂ粉末の短冊状複合成型体を作製した。この成型体に、
光パイロメーターで測温した温度１８００℃で３分間レ
ーザービーム照射を行ったのち、高真空中において７５
０℃で１００時間の焼鈍をした。この試料のＸ線回折図
形を調べた。その結果、主にＡ１５型化合物からなるこ
とがわかった。また、実施例１と同様にＴc を測定した
所、１８．６ＫのＴcが得られ、また、２３ＴでのＪc
は１×１０4 Ａ／cm2 以上の値となった。 実施例３ 【００１９】実施例１及び２と同様の方法で、ＮｂとＡ
ｌの組成比を１：１で配合してＮｂ2 ＡｌとＮｂＡｌ3
の中間化合物が混在した試料を溶製し、これを粉砕した
のちＮｂ粉末と１：２の割合で混合し、短冊状に成型し
た。この複合成型体を赤外線イメージ炉を用い、真空中
で１５００℃で１０分加熱したのち、室温に冷却、５to
n/cm2 でプレスし、再び同様にして１５００℃で１０分
間加熱した。その後、７００℃で５０時間焼鈍した。こ
の試料のＸ線回折図形も、わずかにＮｂ2 Ａｌが見られ
るものの、実施例１及び２の試料と同様にほぼＡ１５型
化合物からなっていた。また、実施例１及び２と同様に
Ｔc 測定をした。その結果、１８．４ＫのＴc が得ら
れ、また、２３ＴでのＪc は１×１０4 Ａ／cm2 以上の
値となった。 実施例４ 【００２０】実施例１から３と同様の方法で、ＮｂとＡ
ｌとＳｉの組成をＮｂ2 （Ａｌ0.7Ｓｉ0.3 ）の比で配
合して溶製した鋳塊を粉砕後、Ｎｂ粉末と１．１：１の
割合で混合し短冊状に成型した。この複合成型体を３
枚、層状に重ねたのち厚さ０．３mmのＮｂシートで包み
込み、溝ロールと平ロール加工を行い、厚さ０．２５m
m，巾５mmのテープを作製した。このテープを長さ３０m
mの切断した試料を、シリコニット加熱炉を用い、真空
中で１３００℃で２時間加熱したのち、毎時７０℃の冷
却速度で徐冷した。この試料の断面のＸ線回折図形も実
施例１乃至３と同様に主にＡ１５型化合物からなってい
ることを示した。また、実施例１から３と同様にＴc 測
定をした所、１９．６ＫのＴc が得られ、また、２３Ｔ
でのＪc は１×１０4 Ａ／cm2 以上となった。 【００２１】 【発明の効果】本発明によると、従来のＮｂとＡｌ（又
はＡｌ合金）を反応させる方法に比べて、Ｎｂ2 Ａｌそ
の他の中間的化合物が生成されないため、Ａ１５型Ｎｂ
3 Ａｌ基化合物の体積比が増加し、Ｊc を増大させるこ
とができる。また、Ａｌ量（又はＡｌ合金量）が不足せ
ず化学量論比に近い組成をもつＡ１５型化合物が生成さ
れ易く、高磁界特性の優れた超電導体を生成することが
できる。 【００２２】このような性能改善に加えて製造工程上
も、ＮｂとＡｌ（又はＡｌ合金）を反応させる場合のよ
うに、Ａｌ（又はＡｌ合金）を極めて薄い層あるいは、
細い芯に加工する必要がなく、製造工程が簡素化され
る。また、他の従来法である融体急冷法に比べて、特殊
の製造設備を必要とせず、通常の圧延、線引き等の加工
方法で線材化することができる。また、通常のシリコニ
ット抵抗加熱炉で加熱可能な１５００℃以下の拡散処理
でも２０Ｔ以上の高磁界が発生可能な優れた超電導特性
をうることができる。
合炉、高密度エネルギー貯蔵、電磁推進船等の種々の新
技術開発を可能にする高磁界発生用のＮｂ3Ａｌ基超電
導体、とくに線材の製造方法に関する。超電導線材を用
いる電力消費ないし大電流を通電し、高磁界を発生する
ことができる。 【０００２】 【従来の技術】高磁界発生用の超電導線材としては、従
来Ｎｂ−Ｔｉ系の合金線材が用いられているが、この合
金線材では液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）における発生
磁界の限度が約９テスラ（９Ｔ）である。従って核融合
装置などに必要な１０Ｔ以上の高磁界を発生するために
は、化合物系超電導体を用いる必要がある。Ａ１５型結
晶構造をもつＮｂ3 Ｓｎ化合物は、このような要求に応
える実用超電導材料の一つとして知られている。その臨
界温度Ｔc は約１７．５Ｋ，上部臨界磁界Ｈc2（４．２
Ｋ）は約２０Ｔで、Ｎｂ−Ｔｉの約９Ｋ及び約１１．５
Ｔに比べて、それぞれ約２倍高い値をもつ。ところで、
マグネットの発生磁界を上げるためにはＨc2を高め、高
磁界中の臨界電流密度Ｊc を増加させることが必要であ
る。なお、臨界電流密度Ｊc は液体ヘリウム中で測定さ
れた臨界電流値Ｉc を超電導体の断面積で除して求めら
れる。一方、Ａ１５型Ｎｂ3 Ａｌ化合物は、約１８．５
ＫのＴc と約３０ＴのＨc2をもち、Ｎｂ3 Ｓｎよりさら
に高性能の超電導材料として知られている。また、Ａｌ
を一部Ｇｅで置換したＮｂ3 （Ａｌ，Ｇｅ）は約２０．
５ＫのＴc と約４０ＴのＨc2をもち、Ａｌを一部Ｓｉで
置換したＮｂ3 （Ａｌ，Ｓｉ）もＮｂ3 Ａｌより優れた
高磁界特性をもつことが知られている。超電導機器の性
能は、ほぼ発生磁界の２乗に比例するため、高磁界特性
の優れたこれらＮｂ3 Ａｌ基超電導体の実用化が待望さ
れていた。しかし、その線材化には下記のような種々の
課題があった。なお、本明細書で、Ｎｂ3 Ａｌ基化合物
とは、Ａ１５型Ｎｂ3 Ａｌ，Ｎｂ3 （Ａｌ，Ｇｅ）及び
Ｎｂ3 （Ａｌ，Ｓｉ）化合物を指す。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】前述のＮｂ3 Ｓｎ化合
物の線材を作製する方法としては、ブロンズ法が知られ
ており、この方法は、Ｎｂを基体とし、これをＣｕ−Ｓ
ｎ合金マトリックスでくるんだ複合体を作り、これを塑
性加工したのち、拡散熱処理することによりＮｂ3 Ｓｎ
化合物線材を作製する方法である。これに対しＮｂ3 Ａ
ｌ基超電導体を線材化する際の問題点は、このブロンズ
法が適用できないことである。そのため、Ｎｂ3 Ａｌ基
化合物の作製には、ＮｂとＡｌ（または、Ａｌ−Ｇｅ，
Ａｌ−Ｓｉ合金）を直接拡散させるか、あるいは混合、
溶解する方法がとられていた。 【０００４】ＮｂとＡｌ（Ａｌ合金）を拡散させる時の
課題は、拡散時に所望のＮｂ3 ＡｌよりむしろＡｌに富
むＮｂ2 Ａｌ，ＮｂＡｌ3 等の中間化合物が生成され易
いことである。従って、これを避けるためＡｌを極めて
薄い層にする必要があった。そのためＮｂ箔とＡｌ箔を
巻きこんだ複合体を細線に加工する方法（S.Ceresara,
M.V.Ricci,N.Saccheti and G.Sacerdoti,IEEE Trans.on
Magnetics,MAG-11(1974)p263）、あるいはＡｌを直径
０．１μm 以下の極めて細い芯に加工する方法（K.Inou
e,Iijima and T.Takeuchi,Appl.Phys.Lett.,Vol52(198
8)p1724）が提案されている。しかし、このようにＡｌ
を極めて薄い層や細い芯へ加工するには多くの手間を必
要とする。 【０００５】さらに、ＮｂとＡｌ（又はＡｌ合金）を拡
散させる場合の第２の問題点は、ＮｂとＡｌが３：１の
化学量論比組成のＡ１５型化合物が１８００℃から２０
００℃の高温でしか存在せず、常温では化合物の組成が
Ａｌに乏しい組成にずれてしまい、この結果前記Ｎｂ3
Ｓｎと同程度の高磁界特性しか得られないことである。 【０００６】これを解決するため、ＮｂとＡｌ（又はＡ
ｌ合金）を溶解後急冷するか、またはＮｂとＡｌ（又は
Ａｌ合金）の複合体に電子ビームあるいはレーザービー
ム照射を行って高温から急冷する方法が試みられていた
（K.Togano and K.Tachikawa,Advances in Cryogenic E
ngr./Materials,Plenum,Vol34(1988)p451 ）。しかし、
これらの急冷法では、研究試料の作製は可能であるが、
特殊の設備を必要とするため、長尺の実用線材の作製に
は不向きである問題点があった。 【０００７】 【課題を解決するための手段】請求項１，２の発明は、
Ｎｂ−Ａｌ系合金の中間化合物とＮｂとの複合体を拡散
熱処理してＮｂ 3 Ａｌ基超電導体を製造する方法であっ
て、Ｎｂ−Ａｌ系合金の中間化合物は、Ｎｂ−Ａｌ系合
金のＡｌの一部をＧｅで置換したＮｂ−Ａｌ−Ｇｅ系合
金（Ｎｂ 2 （Ａｌ，Ｇｅ）等）、Ｎｂ−Ａｌ系合金のＡ
ｌの一部をＳｉで置換したＮｂ−Ａｌ−Ｓｉ系合金（Ｎ
ｂ 2 （Ａｌ，Ｓｉ）等）及びこれらの混合物からなる群
から選択された金属間化合物であることを特徴とするＮ
ｂ 3 Ａｌ基超電導体の製造方法である。請求項３，７の
発明では、複合体を線状あるいはテープ状に加工したの
ち、拡散熱処理する。請求項４の発明では、Ｎｂ−Ａｌ
−Ｇｅ系又はＮｂ−Ａｌ−Ｓｉ系中間化合物に含まれる
ＧｅあるいはＳｉが、Ａｌに対して１０原子％から５０
原子％の範囲にある。請求項５の発明では、拡散熱処理
の温度が１０００℃から２０００℃の範囲にあり、拡散
熱処理の時間が２分間から５時間の範囲にある。請求項
６の発明では、中間化合物が、Ｎｂ 2 Ａｌ，Ｎｂ 2 （Ａ
ｌ，Ｇｅ）又はＮｂ 2 （Ａｌ，Ｓｉ）である。請求項８
の発明では、拡散熱処理を行った後、１００℃／時より
小さい冷却速度で冷却する。請求項９の発明では、拡散
熱処理を行った後、７００℃〜８００℃の温度範囲で焼
鈍する。 【０００８】ここにＮｂ−Ａｌ系合金の中間化合物と
は、ＮｂとＡｌの組成割合が目的とするＮｂ3 ＡｌとＡ
ｌの中間にある金属間化合物であり、代表的な例として
Ｎｂ2ＡｌとＮｂＡｌ3 及びこれらの中間化合物のＡｌ
の一部をＧｅまたはＳｉで置換したものが挙げられる。 【０００９】 【作用】本発明によれば、前述のＮｂとＡｌの複合体を
拡散させる場合のように、Ａｌを極めて細い芯に加工す
る必要もなく、また、Ａｌ量が乏しくならず、化学量論
比に近い組成をもち、高磁界特性の優れたＮｂ3 Ａｌ基
化合物を容易に製造できる特長を有している。さらに上
記の複合体を、通常の方法で線やテープに加工すること
により、融体急冷法よりも容易に長尺の線材を作製する
ことができる。 【００１０】Ｎｂ−Ａｌ系では、上述のようにＮｂ2 Ａ
ｌ中間化合物の他にＮｂＡｌ3 中間化合物が存在してい
る。Ｎｂ2 Ａｌ以外の中間化合物とＮｂとの複合体を拡
散熱処理することによってもＮｂ3Ａｌ基超電導化合物
を生成することができる。ただしこの場合には、Ｎｂ2
Ａｌ化合物も生成されるため、Ｎｂ3 Ａｌ化合物の体積
比が減少し、超電導臨界電流が低下する。従って、中間
化合物としては、Ｎｂ2 Ａｌを使用することが好ましい
が、Ｎｂ2 ＡｌとＮｂＡｌ3 が混在している複数の中間
化合物を使用しても差支えない。またＮｂ2 Ａｌの他
に、Ａ１５型のＮｂ3 Ａｌが混在する化合物を使用する
ことも、複合するＮｂ量を調整すれば差支えない。ここ
で複合体中のＮｂとＡｌとの原子比は３．０±０．５の
範囲にあることが好ましく、特に３．０±０．３の範囲
にあることが好ましい。 【００１１】さらに、Ａｌを一部ＧｅあるいはＳｉで置
換した、Ｎｂ2 （Ａｌ，Ｇｅ）あるいはＮｂ2 （Ａｌ，
Ｓｉ）などの中間化合物を用いることにより、超電導特
性とくにＨc2が著しく改善されたＡ１５型Ｎｂ3 （Ａ
ｌ，Ｇｅ）あるいはＮｂ3 （Ａｌ，Ｓｉ）を生成させる
ことができる。その場合、ＧｅあるいはＳｉのＡｌに対
する置換量は、１０原子％から５０％の範囲が好適で、
置換量が少なすぎると置換の効果がなく、また、置換量
が多すぎると却って超電導特性が低下する。 【００１２】Ｎｂ2 ＡｌまたはＮｂ2 （Ａｌ，Ｇｅ）ま
たはＮｂ2 （Ａｌ，Ｓｉ）化合物とＮｂの複合体を作製
する具体的な態様としては、アーク溶解によりこれら化
合物を溶製したのち粉砕して粉末として、この粉末とＮ
ｂ粉末とを混合して成型することにより作製される。他
のＮｂ−Ａｌ系中間化合物とＮｂとの複合体も同様にし
て作製される。これら中間化合物は機械的性質が脆いた
め、容易に粉砕することができる。 【００１３】この複合体を線状あるいはテープ状に加工
する手段としては、上記成型体をＮｂ管に装入するかま
たはＮｂシートでくるんだのち、通常の溝ロール圧延を
行い、さらに線引あるいは平ロール圧延を行えばよい。 【００１４】上記複合体を拡散熱処理してＡ１５型Ｎｂ
3 Ａｌ基化合物を生成する温度範囲は、１０００℃から
２０００℃が適当であり、温度が低すぎるとＡ１５型化
合物が生成されず、また、温度が高すぎると複合体が部
分溶解して好ましくない。また、拡散熱処理の時間は、
２分間から５時間が適当で、処理時間が短すぎるとＡ１
５型化合物が生成されず、また、処理時間が長すぎると
却って超電導特性が低下する。この拡散熱処理は、真空
中またはＡｒ等の不活性ガス中で行う。加熱は通常の抵
抗加熱炉あるいは赤外線イメージ炉を用いてもよいし、
電子ビームあるいはレーザーのようなビーム照射による
こともできる。上記の温度範囲のうち、好ましいのは１
３００℃から１５００℃で、通常のシリコニット抵抗加
熱炉が使用でき、しかも充分優れた超電導特性がえられ
る。また、拡散熱処理の途中で一旦室温に冷却してプレ
ス加圧を行ったり、拡散熱処理を高圧下で行ったりする
と、試料中の空孔が減少し、特性を改善することができ
る。 【００１５】拡散熱処理を行ったのち大きい冷却速度で
冷却するとＡ１５型結晶構造が歪んで超電導特性が低下
する。そのため拡散熱処理終了後、１００℃／時より小
さい冷却速度で冷却するか、または、大きい冷却速度で
冷却する場合は７００℃から８００℃の温度範囲で２０
時間から２００時間の焼鈍を行うとＡ１５結晶構造内の
歪が除かれて、好ましい。 【００１６】 【実施例】実施例１ 【００１７】ＮｂとＡｌとＧｅをＮｂ2 （Ａｌ0.8 Ｇｅ
0.2 ）の組成比で配合し、アーク溶解炉にてボタン状鋳
塊に溶製した。この鋳塊を粉砕し、篩にかけて−４００
メッシュの粉末とし同じく−４００メッシュのＮｂ粉末
と１．２：１の割合で混合した。この混合粉末を金型を
用い、３ton/cm2 の圧力で、長さ２５mm，巾４mm，厚さ
１．５mmの短冊状に成型した、この複合成型体をシリコ
ニット抵抗加熱炉を用い、真空中で１４００℃で３０分
加熱したのち、毎時５０℃の冷却速度で冷却した。この
試料のＸ線回折図形を調べた。その結果、主にＡ１５型
化合物からなることがわかった。また、直流４端子法で
Ｔc を測定した結果、２０．１ＫのＴcが得られた。ま
た、２３ＴでのＪc は１×１０4 Ａ／cm2 以上となっ
た。超電導体のＪc は１×１０4 Ａ／cm2 以上でないと
実用に供することが難しい。なお、ここで「以上」と記
したのは、電源の容量の関係でＩc が測定しきれなかっ
たためである。 実施例２ 【００１８】実施例１と同様の方法で、Ｎｂ2 ＡｌとＮ
ｂ粉末の短冊状複合成型体を作製した。この成型体に、
光パイロメーターで測温した温度１８００℃で３分間レ
ーザービーム照射を行ったのち、高真空中において７５
０℃で１００時間の焼鈍をした。この試料のＸ線回折図
形を調べた。その結果、主にＡ１５型化合物からなるこ
とがわかった。また、実施例１と同様にＴc を測定した
所、１８．６ＫのＴcが得られ、また、２３ＴでのＪc
は１×１０4 Ａ／cm2 以上の値となった。 実施例３ 【００１９】実施例１及び２と同様の方法で、ＮｂとＡ
ｌの組成比を１：１で配合してＮｂ2 ＡｌとＮｂＡｌ3
の中間化合物が混在した試料を溶製し、これを粉砕した
のちＮｂ粉末と１：２の割合で混合し、短冊状に成型し
た。この複合成型体を赤外線イメージ炉を用い、真空中
で１５００℃で１０分加熱したのち、室温に冷却、５to
n/cm2 でプレスし、再び同様にして１５００℃で１０分
間加熱した。その後、７００℃で５０時間焼鈍した。こ
の試料のＸ線回折図形も、わずかにＮｂ2 Ａｌが見られ
るものの、実施例１及び２の試料と同様にほぼＡ１５型
化合物からなっていた。また、実施例１及び２と同様に
Ｔc 測定をした。その結果、１８．４ＫのＴc が得ら
れ、また、２３ＴでのＪc は１×１０4 Ａ／cm2 以上の
値となった。 実施例４ 【００２０】実施例１から３と同様の方法で、ＮｂとＡ
ｌとＳｉの組成をＮｂ2 （Ａｌ0.7Ｓｉ0.3 ）の比で配
合して溶製した鋳塊を粉砕後、Ｎｂ粉末と１．１：１の
割合で混合し短冊状に成型した。この複合成型体を３
枚、層状に重ねたのち厚さ０．３mmのＮｂシートで包み
込み、溝ロールと平ロール加工を行い、厚さ０．２５m
m，巾５mmのテープを作製した。このテープを長さ３０m
mの切断した試料を、シリコニット加熱炉を用い、真空
中で１３００℃で２時間加熱したのち、毎時７０℃の冷
却速度で徐冷した。この試料の断面のＸ線回折図形も実
施例１乃至３と同様に主にＡ１５型化合物からなってい
ることを示した。また、実施例１から３と同様にＴc 測
定をした所、１９．６ＫのＴc が得られ、また、２３Ｔ
でのＪc は１×１０4 Ａ／cm2 以上となった。 【００２１】 【発明の効果】本発明によると、従来のＮｂとＡｌ（又
はＡｌ合金）を反応させる方法に比べて、Ｎｂ2 Ａｌそ
の他の中間的化合物が生成されないため、Ａ１５型Ｎｂ
3 Ａｌ基化合物の体積比が増加し、Ｊc を増大させるこ
とができる。また、Ａｌ量（又はＡｌ合金量）が不足せ
ず化学量論比に近い組成をもつＡ１５型化合物が生成さ
れ易く、高磁界特性の優れた超電導体を生成することが
できる。 【００２２】このような性能改善に加えて製造工程上
も、ＮｂとＡｌ（又はＡｌ合金）を反応させる場合のよ
うに、Ａｌ（又はＡｌ合金）を極めて薄い層あるいは、
細い芯に加工する必要がなく、製造工程が簡素化され
る。また、他の従来法である融体急冷法に比べて、特殊
の製造設備を必要とせず、通常の圧延、線引き等の加工
方法で線材化することができる。また、通常のシリコニ
ット抵抗加熱炉で加熱可能な１５００℃以下の拡散処理
でも２０Ｔ以上の高磁界が発生可能な優れた超電導特性
をうることができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｎｂ−Ａｌ系合金の中間化合物とＮｂと
の複合体を拡散熱処理してＮｂ3 Ａｌ基超電導体を製造
する方法であって、Ｎｂ−Ａｌ系合金の中間化合物は、
Ｎｂ−Ａｌ系合金のＡｌの一部をＧｅで置換したＮｂ−
Ａｌ−Ｇｅ系合金、Ｎｂ−Ａｌ系合金のＡｌの一部をＳ
ｉで置換したＮｂ−Ａｌ−Ｓｉ系合金及びこれらの混合
物からなる群から選択された金属間化合物であることを
特徴とするＮｂ3 Ａｌ基超電導体の製造方法。 【請求項２】 前記中間化合物がＮｂ2 （Ａｌ，Ｇｅ）
又はＮｂ2 （Ａｌ，Ｓｉ）であることを特徴とする請求
項１に記載のＮｂ3 Ａｌ基超電導体の製造方法。 【請求項３】 前記複合体を線状あるいはテープ状に加
工したのち、拡散熱処理することを特徴とする請求項１
又は２に記載のＮｂ3 Ａｌ基超電導体の製造方法。 【請求項４】 Ｎｂ−Ａｌ−Ｇｅ系又はＮｂ−Ａｌ−Ｓ
ｉ系中間化合物に含まれるＧｅあるいはＳｉが、Ａｌに
対して１０原子％から５０原子％の範囲にあることを特
徴とする請求項１又は２又は３に記載のＮｂ3 Ａｌ基超
電導体の製造方法。 【請求項５】 Ｎｂ−Ａｌ系合金の中間化合物とＮｂと
の複合体を拡散熱処理してＮｂ 3 Ａｌ基超電導体を製造
する方法であって、Ｎｂ−Ａｌ系合金の中間化合物は、
Ｎｂ−Ａｌ系合金、Ｎｂ−Ａｌ系合金のＡｌの一部をＧ
ｅで置換したＮｂ−Ａｌ−Ｇｅ系合金、Ｎｂ−Ａｌ系合
金のＡｌの一部をＳｉで置換したＮｂ−Ａｌ−Ｓｉ系合
金及びこれらの混合物からなる群から選択された金属間
化合物であり、前記拡散熱処理の温度が１０００℃から
２０００℃の範囲にあり、拡散熱処理の時間が２分間か
ら５時間の範囲にあることを特徴とするＮｂ3 Ａｌ基超
電導体の製造方法。【請求項６】 前記中間化合物が、Ｎｂ 2 Ａｌ，Ｎｂ 2
（Ａｌ，Ｇｅ）又はＮｂ 2 （Ａｌ，Ｓｉ）であることを
特徴とする請求項５に記載のＮｂ 3 Ａｌ基超電導体の製
造方法。 【請求項７】 前記複合体を線状あるいはテープ状に加
工したのち、拡散熱 処理することを特徴とする請求項５
又は６に記載のＮｂ 3 Ａｌ基超電導体の製造方法。 【請求項８】 前記拡散熱処理を行った後、１００℃／
時より小さい冷却速度で冷却することを特徴とする請求
項１乃至７のいずれかに記載のＮｂ3 Ａｌ基超電導体の
製造方法。【請求項９】 前記拡散熱処理を行った後、７００℃〜
８００℃の温度範囲で焼鈍することを特徴とする請求項
１乃至７のいずれかに記載のＮｂ3 Ａｌ基超電導体の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024745A JPH0793063B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | Ｎｂ３Ａｌ基超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3024745A JPH0793063B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | Ｎｂ３Ａｌ基超電導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0554739A JPH0554739A (ja) | 1993-03-05 |
| JPH0793063B2 true JPH0793063B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=12146682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3024745A Expired - Fee Related JPH0793063B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | Ｎｂ３Ａｌ基超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793063B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06158212A (ja) * | 1992-11-30 | 1994-06-07 | Hitachi Ltd | Ｎｂ３Ａｌ系超電導導体とその製造方法、並びにＮｂ３Ａｌ系超電導前駆組成物、並びに高磁界発生用超電導マグネット |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0636331B2 (ja) * | 1987-08-25 | 1994-05-11 | 科学技術庁金属材料技術研究所長 | Ｎｂ▲下３▼Ａ１化合物超電導線材の製造法 |
| JPH0644427B2 (ja) * | 1988-08-12 | 1994-06-08 | 科学技術庁金属材料技術研究所長 | 超極細多重構造のＮｂ▲下３▼Ａ１超電導線材の製造法 |
| JPH02148620A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-07 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | Ｎｂ↓３Ａｌ超電導線の製造方法 |
| JPH02177217A (ja) * | 1988-12-27 | 1990-07-10 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | Ｎｂ↓３Ａｌ超電導線の製造方法 |
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| JPH03147213A (ja) * | 1989-10-31 | 1991-06-24 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | Ｎｂ↓３Ａｌ超電導線の製造方法 |
| JPH03283322A (ja) * | 1990-03-30 | 1991-12-13 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | Ｎｂ↓３Ａ１超電導線の製造方法 |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3024745A patent/JPH0793063B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0554739A (ja) | 1993-03-05 |
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