JPH08287752A - 超電導線材の製造方法 - Google Patents
超電導線材の製造方法Info
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- JPH08287752A JPH08287752A JP7085681A JP8568195A JPH08287752A JP H08287752 A JPH08287752 A JP H08287752A JP 7085681 A JP7085681 A JP 7085681A JP 8568195 A JP8568195 A JP 8568195A JP H08287752 A JPH08287752 A JP H08287752A
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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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- Wire Processing (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】加工性がよく、なおかつ交流ロスの小さいA3
B型の超電導線材を得ることのできる方法を提供するこ
とにある。 【構成】Cu−Sn基合金のマトリックスにNb又はN
b基合金のフィラメントを埋設した複合材を形成し、該
複合材を安定化材と接触させて単一構造物に成形し、該
単一構造物においては加熱処理によって前記複合材料と
の間で超電導化合物を生成しないTa層が前記単一構造
物の全長にわたって前記安定化金属を前記複合材料から
分離する拡散障壁として配置されており、次に前記単一
構造物を加熱処理してNb又はNb基合金とマトリック
スのSnを反応させて超電導化合物Nb3 Snを形成さ
せる超電導線材の製造方法において、前記Ta層と安定
化金属との間に追加障壁としてNb層を配置して加工す
る。その場合、TaとNbの厚さ比は1:0.3〜1:
3の範囲が選定される。
B型の超電導線材を得ることのできる方法を提供するこ
とにある。 【構成】Cu−Sn基合金のマトリックスにNb又はN
b基合金のフィラメントを埋設した複合材を形成し、該
複合材を安定化材と接触させて単一構造物に成形し、該
単一構造物においては加熱処理によって前記複合材料と
の間で超電導化合物を生成しないTa層が前記単一構造
物の全長にわたって前記安定化金属を前記複合材料から
分離する拡散障壁として配置されており、次に前記単一
構造物を加熱処理してNb又はNb基合金とマトリック
スのSnを反応させて超電導化合物Nb3 Snを形成さ
せる超電導線材の製造方法において、前記Ta層と安定
化金属との間に追加障壁としてNb層を配置して加工す
る。その場合、TaとNbの厚さ比は1:0.3〜1:
3の範囲が選定される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超電導線材、特にNb3
Sn超電導体を含む超電導線材の製造方法に関するもの
である。
Sn超電導体を含む超電導線材の製造方法に関するもの
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、高磁界での臨界電流密度の高いNb3 Sn、
(NbTi)3 Sn等のA3 B型超電導線材が用いられ
ている。
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、高磁界での臨界電流密度の高いNb3 Sn、
(NbTi)3 Sn等のA3 B型超電導線材が用いられ
ている。
【0003】超電導線材は一般的に超電導状態が破れた
ときの安定化を考え、安定化金属として高純度銅、高純
度アルミニウム等と複合一体化して使用される。
ときの安定化を考え、安定化金属として高純度銅、高純
度アルミニウム等と複合一体化して使用される。
【0004】従来、Nb3 Sn超電導体を含む超電導線
材は、Nb3 Snの成分であるSn及び他の添加元素を
含んだCu−Sn基合金と、もう一つの成分であるNb
又は他の添加元素を含んだNb基合金のフィラメントを
複合一体化して加工した後、熱処理を行ってNbとSn
を拡散反応させてNb又はNb基合金の表面にNb3S
n、(NbTi)3 Sn等の超電導性化合物を生成させ
る。
材は、Nb3 Snの成分であるSn及び他の添加元素を
含んだCu−Sn基合金と、もう一つの成分であるNb
又は他の添加元素を含んだNb基合金のフィラメントを
複合一体化して加工した後、熱処理を行ってNbとSn
を拡散反応させてNb又はNb基合金の表面にNb3S
n、(NbTi)3 Sn等の超電導性化合物を生成させ
る。
【0005】一方、前述のように安定化金属が複合され
ているが、これは一般的に高純度金属であるため、化合
物生成熱のための加熱処理及び加工時のCu−Sn基合
金の加工硬化を緩和するための中間焼鈍時にCu−Sn
基合金との間で拡散反応を起す可能性がある。従って、
その純度を劣化させないようTa又はNb等のCu、S
n等に不透過性の金属を拡散障壁として設けることが行
われる。
ているが、これは一般的に高純度金属であるため、化合
物生成熱のための加熱処理及び加工時のCu−Sn基合
金の加工硬化を緩和するための中間焼鈍時にCu−Sn
基合金との間で拡散反応を起す可能性がある。従って、
その純度を劣化させないようTa又はNb等のCu、S
n等に不透過性の金属を拡散障壁として設けることが行
われる。
【0006】拡散障壁としての材質の選定は、加工性、
Sn、Cuの不透過性等の条件を考慮すべきであり、N
b3 Sn化合物構成材の一つであるNbは加工性もよ
く、又フィラメントとして用いられているため拡散障壁
として用いるには好適な材質であり、従来技術として多
用されている。
Sn、Cuの不透過性等の条件を考慮すべきであり、N
b3 Sn化合物構成材の一つであるNbは加工性もよ
く、又フィラメントとして用いられているため拡散障壁
として用いるには好適な材質であり、従来技術として多
用されている。
【0007】Nbの拡散障壁とCu−Sn基合金が接す
る側にはNb3 Snの超電導化合物が生成し、付帯的に
電流容量が増加する利点もある。
る側にはNb3 Snの超電導化合物が生成し、付帯的に
電流容量が増加する利点もある。
【0008】従来、超電導線材は直流磁界中で用いられ
ることが多かったため、Nbの拡散障壁に生成するNb
3 Snは利点と考えられていた。しかしながら、近年、
超電導線材は変動磁界中で用いられる用途が広がってき
たため、上述のようなNbの拡散障壁にNb3 Sn化合
物が生成した状態で変動磁界が印荷されると、拡散障壁
側のNb3 Snがあたかも太径の超電導フィラメントの
ように挙動し、交流ロスが大きくなる。
ることが多かったため、Nbの拡散障壁に生成するNb
3 Snは利点と考えられていた。しかしながら、近年、
超電導線材は変動磁界中で用いられる用途が広がってき
たため、上述のようなNbの拡散障壁にNb3 Sn化合
物が生成した状態で変動磁界が印荷されると、拡散障壁
側のNb3 Snがあたかも太径の超電導フィラメントの
ように挙動し、交流ロスが大きくなる。
【0009】また、Nb単体も臨界磁界が0.2テスラ
であるため、±0.2テスラ以内の磁場を変動磁界範囲
にもつ用途では、Nb3 Sn層が生成していなくともや
はり交流ロスが生じる。従って、変動磁界が加わる用途
においては、Nb単体に代えて超電導性化合物を生成し
ないTa単体を拡散障壁として用いることが行われる。
しかしながら、Ta単体を拡散障壁に用いた場合、Nb
単体と異なりTaの加工性に難点があり、複合超電導線
材としての加工が難しいという問題がある。
であるため、±0.2テスラ以内の磁場を変動磁界範囲
にもつ用途では、Nb3 Sn層が生成していなくともや
はり交流ロスが生じる。従って、変動磁界が加わる用途
においては、Nb単体に代えて超電導性化合物を生成し
ないTa単体を拡散障壁として用いることが行われる。
しかしながら、Ta単体を拡散障壁に用いた場合、Nb
単体と異なりTaの加工性に難点があり、複合超電導線
材としての加工が難しいという問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来技
術においては加工性にのみ注意が払われ、交流ロスの小
さなNb3 Sn化合物超電導線材という観点からの構成
は検討されていない。
術においては加工性にのみ注意が払われ、交流ロスの小
さなNb3 Sn化合物超電導線材という観点からの構成
は検討されていない。
【0011】本発明の目的は、かかる欠点を解消し、加
工性がよく、なおかつ交流ロスの小さいA3 B型の超電
導線材を得ることのできる方法を提供することにある。
工性がよく、なおかつ交流ロスの小さいA3 B型の超電
導線材を得ることのできる方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、安定化
銅とCu−Sn基合金の界面に、Cu−Sn基合金と接
する側にTaを、安定化銅と接する側にNbを配し、そ
の厚さ比を1:0.3〜1:3の間になるようにしたT
aとNbからなる複合拡散障壁を設けて加工し、処理す
ることにある。
銅とCu−Sn基合金の界面に、Cu−Sn基合金と接
する側にTaを、安定化銅と接する側にNbを配し、そ
の厚さ比を1:0.3〜1:3の間になるようにしたT
aとNbからなる複合拡散障壁を設けて加工し、処理す
ることにある。
【0013】
【作用】本発明の製造方法は、拡散障壁を特定配置の複
合構造としたので、拡散障壁としてのNbにNb3 Sn
化合物が生成せず、従って、変動磁界が加わっても交流
ロスが生じることはなくなる。又TaとNbの厚さ比を
特定することにより加工中にTa層が破断する等の問題
なしに加工することができる。
合構造としたので、拡散障壁としてのNbにNb3 Sn
化合物が生成せず、従って、変動磁界が加わっても交流
ロスが生じることはなくなる。又TaとNbの厚さ比を
特定することにより加工中にTa層が破断する等の問題
なしに加工することができる。
【0014】本発明においては、拡散障壁にTaとNb
を使用するが、Taの拡散障壁に対する追加の障壁であ
るNbは、Taの加工性を補うためにはできるだけ厚く
することが好ましいが、Nbは、Nb3 Snよりは遥か
に小さいにしても、±0.2テスラ以内での磁場変動に
おいて多少の交流ロスが生じるので、TaとNbの厚さ
の比率は1:0.3〜1:3の範囲であることが望まし
い。
を使用するが、Taの拡散障壁に対する追加の障壁であ
るNbは、Taの加工性を補うためにはできるだけ厚く
することが好ましいが、Nbは、Nb3 Snよりは遥か
に小さいにしても、±0.2テスラ以内での磁場変動に
おいて多少の交流ロスが生じるので、TaとNbの厚さ
の比率は1:0.3〜1:3の範囲であることが望まし
い。
【0015】
【実施例】本発明の実施例を図を用いて説明すると、図
1は化合物生成前の線材の断面を示し、Cu−Sn基合
金のマトリックス1の中にNb基合金のフィラメント2
が多数埋設され、その外側にTaの層3とNbの層4が
順次配置され、その外側に無酸素銅からなる安定化材5
が配されている。
1は化合物生成前の線材の断面を示し、Cu−Sn基合
金のマトリックス1の中にNb基合金のフィラメント2
が多数埋設され、その外側にTaの層3とNbの層4が
順次配置され、その外側に無酸素銅からなる安定化材5
が配されている。
【0016】この線材は、Cu−Sn基合金のマトリッ
クス1の中に多数のNb基合金線を配置した複合体に、
Taの層を介してNbの層を被覆し、それを無酸素銅か
らなるパイプの中に挿入して押出加工し、しかる後、途
中に適宜焼鈍熱処理を加えながら所定の外径になるまで
伸線加工することによって得ることができる。
クス1の中に多数のNb基合金線を配置した複合体に、
Taの層を介してNbの層を被覆し、それを無酸素銅か
らなるパイプの中に挿入して押出加工し、しかる後、途
中に適宜焼鈍熱処理を加えながら所定の外径になるまで
伸線加工することによって得ることができる。
【0017】かくして得られた線材は、その後、超電導
性を付与するための熱処理を加えると、図2に示すよう
に、Nb基合金のフィラメント2の外周にマトリックス
中のSnとNbの反応化合物である超電導性のNb3 S
nの層6が形成される。
性を付与するための熱処理を加えると、図2に示すよう
に、Nb基合金のフィラメント2の外周にマトリックス
中のSnとNbの反応化合物である超電導性のNb3 S
nの層6が形成される。
【0018】次に具体例について説明する。
【0019】拡散障壁としてCu−Sn基合金のマトリ
ックス1側にTa、安定化材5側にNbをその厚さ比が
1:1になるように配した直径約70mmの複合母材(押
出ビレット)を組立て、これを400℃で直径25mmに
静水圧押出し、その後、減る面加工率約35%毎に約6
00℃の中間焼鈍熱処理を行いながらい複合線材として
加工した。
ックス1側にTa、安定化材5側にNbをその厚さ比が
1:1になるように配した直径約70mmの複合母材(押
出ビレット)を組立て、これを400℃で直径25mmに
静水圧押出し、その後、減る面加工率約35%毎に約6
00℃の中間焼鈍熱処理を行いながらい複合線材として
加工した。
【0020】また、比較材として拡散障壁がTaだけの
場合とNbだけの場合についても同様に加工した。夫々
の線材を直径0.5mm、長さ300mまで冷間伸線加工
した結果、拡散障壁がTaとNbを複合したものと、N
bだけのものは断線は皆無であったが、Taだけのもの
は断線が3回発生した。その原因は、いずれもTaの拡
散障壁層を起点とした断線であった。
場合とNbだけの場合についても同様に加工した。夫々
の線材を直径0.5mm、長さ300mまで冷間伸線加工
した結果、拡散障壁がTaとNbを複合したものと、N
bだけのものは断線は皆無であったが、Taだけのもの
は断線が3回発生した。その原因は、いずれもTaの拡
散障壁層を起点とした断線であった。
【0021】このように、拡散障壁がTaのみでは加工
性が悪く、破断等のトラブルが生じやすかったが、本発
明によるものではNbの良好な加工性によってTaの加
工性が補われ、複合線材としての加工性が格段に向上し
た。
性が悪く、破断等のトラブルが生じやすかったが、本発
明によるものではNbの良好な加工性によってTaの加
工性が補われ、複合線材としての加工性が格段に向上し
た。
【0022】次に、これらの線材に超電導性を付与する
ため650℃×200時間の熱処理を加え、得られた各
線材について交流ロスを測定した。
ため650℃×200時間の熱処理を加え、得られた各
線材について交流ロスを測定した。
【0023】交流ロスは、拡散障壁がTaだけのものは
80mJ/cc、Nbだけのものは650mJ/ccであっ
たのに対し、本発明によるものは110mJ/ccであ
り、Taだけのものに比べて僅かの増加にとどまった。
80mJ/cc、Nbだけのものは650mJ/ccであっ
たのに対し、本発明によるものは110mJ/ccであ
り、Taだけのものに比べて僅かの増加にとどまった。
【0024】Nbだけの拡散障壁では、Nbフィラメン
トの周囲のNb3 Sn層の径に対してNb拡散障壁に生
成したNb3 Sn層の径が大きいため、それに比例した
等価フィラメント径の増大が交流ロスの増大につながっ
たが、本発明の拡散障壁では、拡散障壁へのNb3 Sn
層の生成がない分、交流ロスの大幅な減少が達成でき
た。
トの周囲のNb3 Sn層の径に対してNb拡散障壁に生
成したNb3 Sn層の径が大きいため、それに比例した
等価フィラメント径の増大が交流ロスの増大につながっ
たが、本発明の拡散障壁では、拡散障壁へのNb3 Sn
層の生成がない分、交流ロスの大幅な減少が達成でき
た。
【0025】図3は、本発明による別の例を示し、中心
部及び最外周部に夫々安定化材5を配した構成の線材で
あり、安定化材5とCu−Sn基合金のマトリックス1
の界面には夫々Cu−Sn基合金のマトリックス1に接
する側にTaの層3を、安定化材5に接する側にNbの
層4を配して拡散障壁としている。
部及び最外周部に夫々安定化材5を配した構成の線材で
あり、安定化材5とCu−Sn基合金のマトリックス1
の界面には夫々Cu−Sn基合金のマトリックス1に接
する側にTaの層3を、安定化材5に接する側にNbの
層4を配して拡散障壁としている。
【0026】この例の線材は、Cu−Sn基礎合金のマ
トリックス1の中に多数のNb基合金線を配置した複合
体の中心部の孔に,Nbの層を介してTaの層を被覆し
た無酸素銅からなる棒材を挿入し、得られた複合体にT
aの層を介してNbの層を被覆し、それを無酸素銅から
なるパイプの中に挿入して押出加工し、しかる後、途中
に適宜焼鈍熱処理を加えながら所定の外径になるまで伸
線加工することによって得ことができ、得られた線材に
超電導性を付与する熱処理を加えことで、Nbフィラメ
ント2の表面にNb3 Snの層6が形成される。
トリックス1の中に多数のNb基合金線を配置した複合
体の中心部の孔に,Nbの層を介してTaの層を被覆し
た無酸素銅からなる棒材を挿入し、得られた複合体にT
aの層を介してNbの層を被覆し、それを無酸素銅から
なるパイプの中に挿入して押出加工し、しかる後、途中
に適宜焼鈍熱処理を加えながら所定の外径になるまで伸
線加工することによって得ことができ、得られた線材に
超電導性を付与する熱処理を加えことで、Nbフィラメ
ント2の表面にNb3 Snの層6が形成される。
【0027】図4は更に本発明の別の例を示し、この線
材は中心部のみに安定化材4を配した構成で、安定化材
5に接する側にNbの層4を、Cu−Sn基合金のマト
リックス1に接する側にTaの層3を配して拡散障壁と
しているが、超電導線材とするまでの工程は前記に準じ
た方法が採用される。
材は中心部のみに安定化材4を配した構成で、安定化材
5に接する側にNbの層4を、Cu−Sn基合金のマト
リックス1に接する側にTaの層3を配して拡散障壁と
しているが、超電導線材とするまでの工程は前記に準じ
た方法が採用される。
【0028】いずれの場合も、前の例と同様、加工性の
大幅な向上と複合拡散障壁による交流ロスの減少効果が
期待できる。
大幅な向上と複合拡散障壁による交流ロスの減少効果が
期待できる。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の製造方法によれば、交流ロスが小さいNb3 Sn系の
超電導線材を容易に得ることができ、その経済的効果は
大である。
の製造方法によれば、交流ロスが小さいNb3 Sn系の
超電導線材を容易に得ることができ、その経済的効果は
大である。
【図1】本発明に係る方法の実施例における化合物生成
熱処理前の線材の断面図。
熱処理前の線材の断面図。
【図2】本発明に係る方法の実施例における化合物生成
熱処理後の潜在の断面図。
熱処理後の潜在の断面図。
【図3】本発明に係る方法の別の例における化合物生成
熱処理前の線材の断面図。
熱処理前の線材の断面図。
【図4】本発明に係る方法の別の例における化合物生成
熱処理前の線材の断面図。
熱処理前の線材の断面図。
1 Cu−Sn基合金のマトリックス 2 Nb基合金のフィラメント 3 Taの層 4 Nbの層 5 無酸素銅の安定化材 6 Nb3 Snの層
───────────────────────────────────────────────────── 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 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 (72)発明者 森合 秀純 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 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 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
Claims (3)
- 【請求項1】一般式A3 B(式中、AはNb又はNb基
合金であり、Bは該金属Aと反応して超電導体を形成す
る元素Snである)で表されるA15型結晶構造を持つN
b3Sn超電導体を含む超電導線材の製造方法であっ
て、実質的に担体材料及び元素Bを含む1種又は2種以
上の元素からなる複合材料を形成し、該複合材料を実質
的に金属Aからなる基本材料と接触させ、該基本材料と
接触させた前記複合材料と最終的に安定化を与える金属
とを単一構造物に成形し、該単一構造物においては加熱
処理によって前記複合材料との間で超電導化合物を生成
しないTa層が前記単一構造物の全長にわたって前記安
定化金属を前記複合材料から分離する拡散障壁として配
置されており、次に前記単一構造物を加熱処理して基本
材料と元素Bを反応させて超電導化合物A3 Bを形成さ
せる超電導線材の製造方法において、前記拡散障壁のT
a層と安定化金属との間に追加障壁層として金属Aを配
置したことを特徴とする超電導線材の製造方法。 - 【請求項2】Taの拡散障壁に対し追加障壁の厚さを
1:0.3〜1:3にしたことを特徴とする請求項1に
記載の超電導線材の製造方法。 - 【請求項3】拡散障壁材、追加障壁材、安定化金属が同
心円状に配置されていることを特徴とする請求項1又は
請求項2に記載の超電導線材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7085681A JPH08287752A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 超電導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7085681A JPH08287752A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 超電導線材の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08287752A true JPH08287752A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=13865594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7085681A Pending JPH08287752A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 超電導線材の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08287752A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007099820A1 (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-07 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Nb3Sn超電導線材製造用の前駆体およびNb3Sn超電導線材 |
-
1995
- 1995-04-11 JP JP7085681A patent/JPH08287752A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007099820A1 (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-07 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Nb3Sn超電導線材製造用の前駆体およびNb3Sn超電導線材 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030114 |