JPH08287749A - Nb3Sn系化合物超電導線材 - Google Patents

Nb3Sn系化合物超電導線材

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JPH08287749A
JPH08287749A JP7085683A JP8568395A JPH08287749A JP H08287749 A JPH08287749 A JP H08287749A JP 7085683 A JP7085683 A JP 7085683A JP 8568395 A JP8568395 A JP 8568395A JP H08287749 A JPH08287749 A JP H08287749A
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superconducting
matrix
layer
superconducting wire
alloy
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JP7085683A
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English (en)
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Masataka Nishi
正孝 西
Yoshikazu Takahashi
良和 高橋
Hiroshi Tsuji
博史 辻
Kiyoshi Yoshida
清 吉田
Genzo Iwaki
源三 岩城
Shuji Sakai
修二 酒井
Kenichi Kikuchi
賢一 菊地
Kazutaka Sasaki
一隆 佐々木
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Hitachi Cable Ltd
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Japan Atomic Energy Research Institute
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    • 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】低交流損失、高磁界電流特性を有し、かつ加工
性に優れた新規なNb3Sn系超電導線材を提供する。 【構成】Cu−Sn系合金をマトリックス1とし、その
マトリックス1中に少なくとも表面にNb3 Sn系超電
導化合物の層を有するNb又はNb基合金のフィラメン
ト2が多数埋設された超電導複合体3と、該超電導複合
体3の周囲に配置された安定化材6との間に、安定化材
6側にCuマトリックス分散強化材の層5を、超電導複
合体3側にTaの層4を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超電導線材、特にNb3
Sn系超電導線材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】核融合装置やエネルギー貯蔵装置、物性
研究用高磁界マグネット等の高磁界を必要とする装置に
おいては、高磁界における臨界電流密度の高いNb3
n系超電導線材が用いられる。
【0003】Nb3 Sn系超電導線材の製造方法の一つ
であるブロンズ法では、Nb3 Sn系化合物超電導体の
成分であるSnを含んだCu−Sn系合金のマトリック
ス材とNb又はNbと他の添加元素を含んだNb基合金
のフィラメント材を、該フィラメント材が前記マトリッ
クス材中に分散・埋設された形に複合化して加工した
後、熱処理を施してCu−Sn系合金のマトリックスと
Nb又はNb基合金のフィラメントとの界面にNb3
n系超電導化合物を生成させる(以下、Cu−Sn系合
金のマトリックス中に少なくとも表面がNb3 Sn系超
電導化合物からなる多数のフィラメントが埋設されたも
のを超電導複合体という)。
【0004】一方、超電導線材には、超電導状態が破れ
た際の安定性を考慮して高純度銅のような安定化金属が
複合されるが、ブロンズ法によるNb3 Sn系超電導線
材では、加工時のマトリックス材の加工硬化を緩和する
ための中間焼鈍熱処理及び化合物生成のための熱処理に
おいて、Cu−Sn系合金マトリックス中の合金元素が
安定化銅中に拡散し、安定化銅を汚染して安定性を劣化
させないように、超電導複合体となる複合体と安定化銅
の界面にCu、Sn等に不透過性の金属であるTaやN
bを拡散障壁として介在させることが行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】拡散障壁としてNbを
使用した場合、最終の化合物生成熱処理においてNb拡
散障壁とCu−Sn系合金マトリックス材との界面にも
Nb3 Sn系化合物超電導体が生成される。
【0006】Nb3 Sn系超電導線材は、従来、一定磁
界或いは交流モードの低い変動磁界中で使用されること
が多く、前記のNb拡散障壁のNb3 Sn系超電導化合
物は線材の電流容量を増大させる利点を有する。
【0007】近年、Nb3 Sn系超電導線材が変動磁界
中で使用される用途が広がっており、変動磁界中で使用
される線材には、電流容量特性と併せ低交流損失特性が
要求されるが、Nb拡散障壁が超電導複合体となる複合
体を囲むように配置されているような場合、拡散障壁に
生成された円筒状のNb3 Sn系化合物は、電磁気的に
巨大フィラメントの挙動を示し、交流損失の主成分であ
る履歴損失を大幅に増大させることになる。この理由に
より、Nbを拡散障壁としたNb3 Sn系超伝導線材
は、これを変動磁界中で使用することができなかった。
【0008】これに対し、拡散障壁でのNb3 Sn系化
合物の生成がなく、変動磁界中での使用を可能にさせた
のが、Taを拡散障壁としたNb3 Sn系超電導線材で
ある。しかしながら、この構成の線材ではTaの加工硬
化が激しく、従って、拡散障壁を他の線材構成材と組合
せ、その複合材を非常に高い減面率で加工した場合、N
bを拡散障壁とした線材では殆ど起こらない冷間減面加
工中の断線が発生しやすくなるという加工上の問題点を
有している。これは、TaとNbを併せて拡散障壁とし
た場合も同様で、Taが加工により硬化し、それがNb
であればある程度の回復が起こる中間焼鈍熱処理によっ
ても回復しないため、特に安定化銅との変形抵抗差が拡
大することによって発生するTa層の塑性不安定現象に
起因するものと考えられる。
【0009】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、低交流損失、高磁界電流特性を有し、かつ加
工性に優れた新規なNb3 Sn系超電導線材を提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の要点は、拡散障
壁層を、安定化銅側に配置されるCuマトリックス分散
強化材層と、超電導複合体側に配置されるTa層からな
る複合層としたことにある。
【0011】
【作用】本発明では、拡散障壁層の一方にCuマトリッ
クス分散強化材を配しているため、これが安定化銅とT
aの間の変形抵抗差を緩衝させる層として作用し、Ta
の加工硬化による安定化銅との変形抵抗差の拡大による
塑性不安定現象を軽減し、加工中に断線が発生するのを
防止することができる。
【0012】又、Cuマトリックスキ分散強化材に含ま
れるTa、V、Nbは安定化銅を殆ど汚染しないので、
安定化材の安定性劣化が生ずることはない。
【0013】本発明では、拡散障壁層の一方にCuマト
リックス分散強化材が使用されるが、そのような分散強
化材としては、Cuと、Ta、V、Nbの中の1種を組
合せた消耗複合電極のアーク溶解材、電子ビーム溶解
材、粉末冶金法及びメカニカルアロイング法により製作
されたCu−Ta、Cu−V、Cu−Nb分散強化合金
が適用可能である。また、Ta、V、Nbの中の1種と
Cuの積層複合体あるいはTa、V、Nbの中の1種を
強化繊維としたCuマトリックス繊維強化型複合材も適
用できる。更に、Cu−Ta分散強化型合金等と同様の
効果がえられるものとして、Al2 3 等の酸化物、S
iC等の炭化物、BN等の窒化物等Cuに固溶しない非
金属化合物を分散強化材としたCuマトリックス分散強
化型合金が適用可能である。
【0014】上記の拡散障壁と併せて用いられるTa
は、Nb、Hf、Ti、Zr、Vの中の少なくとも1種
が総量で5at%以下添加されたTa基合金も適用可能で
ある。また、Cu−Sn系合金のマトリックス内に分散
埋設されるNbフィラメントとしてのNb基合金は、T
a、Hf、Ti、Zr、Vの中の少なくとも1種が総量
で10at%以下添加された合金が適用可能である。
【0015】勿論、Cu−Sn系合金としても、Snの
添加量が5〜10at%以下で、この外にTi、Ni、G
e、Ga、Si、Al、Mn、Znの中の少なくとも1
種を総量で5at%以下添加した合金が適用可能である。
【0016】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。
【0017】実施例で製作した線材は、図1に示すよう
に、超電導複合体3の外側にTaの層4とCuマトリッ
クス分散強化型合金の層5が順次配置され、その外側に
無酸素銅からなる安定化材6が配置された構成とした。
しかして、超電導複合体3は、Cu−Sn系合金マトリ
ックス1の中に、少なくとも表面にNb3 Sn系超電導
化合物の層が形成されたNb基合金のフィラメント2が
分散・埋設されたものから構成されている。
【0018】線材の諸元を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】本実施例では、Taの層4とCuマトリッ
クス分散強化型合金の層5の体積比率を1対1に固定し
た。線材は、図1に示すような断面構成の直径約70mm
の複合母材(押出ビレット)を組み立て、これを400
℃で直径25mmに静水圧押出し、その後、減面加工率約
35%毎に約600℃の中間焼鈍熱処理を行いながら、
最終径0.9mmまで冷間引抜加工して製作した。線材の
ツイストピッチは20mmとした。製作量は、各実施例、
比較例とも最終径で約1500mである。
【0021】得られた各線材に超電導性を付与するた
め、650℃で200時間の熱処理を加えると、Nb基
合金のフィラメント2の外周に、マトリックス1中のS
nとフィラメント2のNbの反応生成物である超電導性
のNb3 Sn系化合物の層が形成された。
【0022】かくして得られた各超電導線材について、
4.2Kにおける±3テスラで磁界を振幅させた場合の
非銅部体積基準の履歴損失と、最終径までの冷間加工中
に発生した断線回数を表2に示した。
【0023】
【表2】
【0024】比較例としては、安定化材6側にNbの層
を、超電導複合体3側にTaの層を配した複合拡散障壁
を用いた。
【0025】また、これらの実施例及び比較例に用いた
Cuマトリックス分散強化型合金、Nb及びTaの各材
料は、いずれも電子ビーム溶解により製作したインゴッ
トを冷間圧延加工して得られた板材を用いた。
【0026】実施例は、Cuマトリックス分散強化型合
金中の分散強化材の体積率を5%から80%まで変化さ
せて実施した。
【0027】表2の結果から、比較例では加工中に多く
の断線が発生しているのに対し、安定化銅側の拡散障壁
にCuマトリックス分散強化型合金を用いたものは、い
ずれも断線が発生せず良好な冷間加工性を示すことが判
る。また、履歴損失は、実施例1〜7は比較例より、い
ずれも約60mJ/cm3 低い値を示した。これは、比較
例では複合拡散障壁のNbの磁化がNb3 Sn系化合物
フィラメントの磁化に加わったのに対し、実施例ではN
3 Sn系フィメントのみの磁化特性を示すためであ
る。これに対し、Cu−Nb分散強化型合金を用いたも
のは合金中のNb体積率が高くなると比較例にほぼ等し
い値を示すようになる。これはCu−Nb分散強化型合
金中のNb体積率が増大するにしたがって、Cu−Nb
分散強化型合金が円筒状Nbと同様な挙動を示すように
なるためであるが、Nbの体積率が低い領域であれば実
用上問題はない。
【0028】このように本発明によれば、冷間加工性に
優れ、かつ低交流損失のNb3 Sn系化合物超電導線材
を得られることが判る。
【0029】図2は、線材の中心部及び最外周部に安定
化材6を配し、円筒状の超電導複合体3と安定化材6と
の間に、安定化材6側にCuマトリックス分散強化型合
金の層4を、マトリックス1側にTaの層3を配した構
成のブロンズ法によるNbSn系化合物超電導線材を
示す。
【0030】また、図3は、線材中心部にのみ安定化材
6を配し、その安定化材6と円筒状の超電導複合体31
の間に、安定化材6側にCu−Ta分散強化型合金の層
5を、超電導複合体3側にTaの層4を配した構成のブ
ロンズ法によるNbSn系化合物超電導線材であ
る。
【0031】いずれの構成の線材も、前記した本発明の
作用により、良好な加工性と低交流損失を付与すること
ができる。
【0032】なお、図示例ではいすれも断面形状が円形
になっているが、これらの円形断面線材を圧延等の加工
により矩形断面線材にすることで密巻の超電導マクネッ
トに適用することができる。
【0033】また、本発明は、ブロンズ法だけでなく、
内部拡散法、外部拡散法、Nbチューブ法、ジェリーロ
ール法、インサイチュ法及び粉末法等によって製作され
る銅を安定化材としたNb3 Sn系化合物超電導線材に
も適用可能である。
【0034】
【発明の効果】本発明の超電導線材は、超電導複合体と
安定化銅との間に、安定化銅側にCuマトリックス分散
強化材の層を、超電導複合体側にTaの層を配した複合
拡散障壁を用いたので、交流損失が小さく、かつ加工性
に優れたNb3 Sn系化合物超電導線材を工業的に大量
に供給することが可能になり、その経済的効果は非常に
大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超電導線材の一実施例の断面略
図。
【図2】本発明に係る超電導線材の別の例を示す断面略
図。
【図3】本発明に係る超電導線材の別の例を示す断面略
図。
【符号の説明】
1 Cu−Sn系合金のマトリックス 2 Nb基合金のフィラメント 3 超電導複合体 4 Taの層 5 Cuマトリックス分散強化型合金の層 6 無酸素銅からなる安定化材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年8月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項3
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項4
【補正方法】変更
【補正内容】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 博史 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 吉田 清 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 岩城 源三 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内 (72)発明者 酒井 修二 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内 (72)発明者 菊地 賢一 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内 (72)発明者 佐々木 一隆 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cu−Sn系合金をマトリックスとし、そ
    のマトリックス中に少なくとも表面にNb3 Sn系超電
    導化合物の層を有するNb又はNb基合金のフィラメン
    トが多数埋設された超電導複合体と、該超電導複合体の
    周囲に配置された安定化材と、該安定化材と前記超電導
    複合体との間に配置された拡散障壁層を備えた超電導線
    材において、前記拡散障壁層が安定化材側に配置された
    Cuマトリックス分散強化材層と超電導複合体側に配置
    されたTa層とからなる複合層であることを特徴とする
    Nb3 Sn系化合物超電導線材。
  2. 【請求項2】安定化材が高純度銅であり、Cuマトリッ
    クス分散強化材層がTaを分散強化材に用いたCu−T
    a分散強化型合金であることを特徴とするである請求項
    1に記載のNb3 Sn系化合物超電導線材。
  3. 【請求項3】安定化材が高純度銅であり、Cuマトリッ
    クス分散強化材層がVを分散強化材に用いたCu−Ta
    分散強化型合金であることを特徴とするである請求項1
    に記載のNb3 Sn系化合物超電導線材。
  4. 【請求項4】安定化材が高純度銅であり、Cuマトリッ
    クス分散強化材層がNbを分散強化材に用いたCu−T
    a分散強化型合金であることを特徴とするである請求項
    1に記載のNb3 Sn系化合物超電導線材。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008149644A1 (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Nb3Sn超電導線材およびそのための前駆体

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WO2008149644A1 (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Nb3Sn超電導線材およびそのための前駆体

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