JPH08339726A - Nb▲3▼Sn系超電導線材の製造方法 - Google Patents

Nb▲3▼Sn系超電導線材の製造方法

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JPH08339726A
JPH08339726A JP7146585A JP14658595A JPH08339726A JP H08339726 A JPH08339726 A JP H08339726A JP 7146585 A JP7146585 A JP 7146585A JP 14658595 A JP14658595 A JP 14658595A JP H08339726 A JPH08339726 A JP H08339726A
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JP
Japan
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wire
powder
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Withdrawn
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JP7146585A
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English (en)
Inventor
Isakazu Matsukura
功和 枩倉
Masamichi Chiba
政道 千葉
Takayoshi Miyazaki
隆好 宮崎
Yasuhiko Inoue
康彦 井上
Takayuki Miyatake
孝之 宮武
Masao Shimada
雅生 嶋田
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高磁場における臨界電流密度を改善する方法
として、芯材にNb合金を用いる方法ではなく、人工ピ
ンを導入する方法を採用した上で、製造工程が煩雑でな
く、しかも断線やフィラメント形状のばらつきを引き起
こすことのないNb3 Sn系超電導線材の製造方法を提
供する。 【構成】 Nb3 Sn系超電導線材の製造方法であっ
て、Nb線として、NbとCuの混合粉末の成形体を用
いる。該成形体におけるCuの含有率は1〜22重量%
であることが推奨される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導マグネットの構
成素材として用いられるNb3 Sn系超電導線材の製造
方法に関し、詳細には10T以上の高磁場における臨界
電流密度を向上させることができるNb3 Sn系超電導
線材の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Nb3 Sn系超電導線材を製造するにあ
たっては、CuまたはCu合金製の線状母材に複数のN
b線を芯材として埋設することにより複合材とし、該複
合材を減面加工して線材とし、後述する種々の方法で供
給されるSnと上記Nb線とを熱処理により反応させて
Nb3 Snを生成するという方法が採用されている。こ
のNb3 Sn系超電導線材の製造方法は、Nb線と反応
させるSnの供給方法の違いからブロンズ法,外部拡散
法,内部拡散法等に分類されている。例えば、図3に示
す様に、ブロンズ法はCu−Sn基合金(ブロンズ)
を線状母材1としており、これにNb線2を芯材として
埋設し、熱処理を施すことによりブロンズ中に含まれる
Snを芯材のNbと反応させてNb3 Snを生成する方
法である。内部拡散法は、芯材としてNb線2と共に
Snを埋設することによって熱処理の際にNbとSnを
反応させNb3 Snを生成する方法である。外部拡散
法は、CuまたはCu合金を線状母材1に用い、これに
Nb線2を埋設して複合体とし、線材に加工した後、線
材表面にSnめっき層3を形成して熱処理を施すことに
よって、Snを内部へ拡散させNb3 Snを生成する方
法である。
【0003】この様にNb3 Sn系超電導線材を製造す
るにあたっては、Snの供給方法に拘らず、芯材として
Nb線を用いることが一般的である。
【0004】ところで、超電導マグネットの構成素材で
ある超電導線材に要求される特性には種々のものがある
が、中でも重要な特性のひとつに高磁場における臨界電
流密度が大きいことが挙げられる。従来では、臨界電流
密度を向上させる方法として、芯材のNb線にNb合金
を用いる方法(例えば、特公昭60−422)が提案さ
れており、合金化元素としては、Ta,Ti,Zr,H
f,Si,Ga,Al,Ge等が知られている。しかし
ながら、Nb線にNb合金を用いる方法では、Nb合金
を製造するに当たって、まず3000℃近い高温でNb
を溶解した後、合金化元素を添加する必要がある。しか
もNbは活性な金属であることから酸化や水素化などの
汚染を受けやすく、一旦汚染されると加工硬化を起こし
易くなって、大きな減面率では加工ができなくなること
から、Nbの溶解及び合金化は真空中又は不活性ガス雰
囲気中で行われている。更に、得られたNb合金を所望
サイズの芯材とする熱間鍛造・焼鈍熱処理の工程に関し
ても、同様の理由から真空中又は不活性ガス雰囲気中に
おいて作業をしなくてはならない。そのため製造装置が
大掛かりなものとなり、それに従い処理コストも高くな
っている。
【0005】Nb合金を芯材に用いる方法以外であっ
て、高磁場の臨界電流密度を向上させる方法としては、
人工ピンと呼ばれる微細な常電導物質を超電導フィラメ
ント中に導入する方法(特開平3−216915)が提
案されている。この方法によれば、上記人工ピンが超電
導フィラメント中の磁束の動きを止める所謂「磁束のピ
ン止め点」として機能し、その結果として臨界電流密度
が向上するものと考えられている。
【0006】しかしながら、上記の方法を用いて超電導
フィラメント中に人工ピンを導入するにあたっては、以
下の様な煩雑な加工を必要とする。即ち、超電導フィラ
メントとなるNbロッドの長手方向に多数の穴を穿設
し、その穴にTa等の常電導物質のロッドを埋設するこ
とによりNbと常電導物質の複合体を製造する必要があ
る。しかも人工ピンとなる部分は最終加工後の直径が、
サブミクロン以下のオーダーであることが要求されてい
ることから、上記複合体を芯材とするには、予め上記複
合体を縮径加工し、数本から数十本束ねたものを再度縮
径加工する必要がある。この様に人工ピンを有する芯材
の製造に要求される大減面率での煩雑な加工は、線材製
造コストを引き上げるだけではなく、後工程におけるN
bの加工性低下にもつながり伸線加工時に断線が発生し
たり、フィラメント形状のばらつきを招き、線材の超電
導特性の劣化を引き起こしている。
【0007】超電導線材に人工ピンを導入する上記以外
の方法としては、Nb粉末とTa粉末を混合し、プレス
で固めた粉末成形体を芯材とする方法 [IEEE Transacti
onson Magnetics,vol.MAG-23,No.2,P657(1987)]があ
る。この方法によれば、Nbロッドに常電導物質からな
るロッドを埋め込む様な煩雑な加工を行なわなくとも簡
便に人工ピンを形成することができる。但し、Nb粉末
とTa粉末の合計重量が数キログラム以上のものを取り
扱う場合には線材の加工性にばらつきが生じ、伸線加工
時に断線が発生したり、或いはフィラメント形状のばら
つきを引き起こし、線材の超電導特性のばらつきの原因
となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、高磁場における臨界電流
密度を改善する方法として、芯材にNb合金を用いる方
法ではなく、人工ピンを導入する方法を採用した上で、
製造工程が煩雑でなく、しかも断線やフィラメント形状
のばらつきを引き起こすことのないNb3 Sn系超電導
線材の製造方法を提供しようとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明とは、Nb3 Sn系超電導線材の製造方法であって、
Nb線として、NbとCuの混合粉末の成形体を用いる
ことを要旨とするものである。尚、上記成形体における
Cuの含有率は1〜22重量%であることが推奨され
る。
【0010】
【作用】本発明者らは、Nb粉末とTa粉末の混合粉末
による成形体を芯材として人工ピンを導入する方法にお
いて、その超電導特性が必ずしも安定しない原因につい
て調べた結果、混合粉末の総量が数キログラム以上にな
ると、Taが密な部分と粗な部分が生じやすく、このT
a分布のばらつきに起因して超電導特性の安定性が乏し
くなっていることが分かった。この様に、Nb粉末とT
a粉末が均一に混合されない理由としては、Nbの密度
が8.57g/cm3 であり、Taの密度が16.65g/cm3であるこ
とから、NbとTaの密度の差が大きいことに起因して
いるものと考えられる。
【0011】本発明者らは種々の実験を重ねて、Taに
代わる粉末として、人工ピンとして有効であると共にN
b粉末と均一に混合できる元素を検索した結果、Cu粉
末を用いることによって臨界電流密度の改善ができ、し
かもCu粉末はNb粉末と均一に混合することも可能で
あることを突き止め、本発明に想到した。
【0012】Nb粉末とCu粉末が均一に混合できる理
由としては、Cuの密度が8.93g/cm 3 であり、Nbの密
度と近いことからも理解できる。従って、混合粉末の総
量が数キログラム以上であっても均一に混合でき、均質
で大型の粉末成形体を製造できる。尚、Nbの密度と近
いという観点からすれば、Ni,Mn,Co等の元素を
用いることも考えられるが、これらの元素は磁性元素で
あり、超電導特性に悪影響を与えるので好ましくない。
【0013】Nb粉末とCu粉末の混合比率としては、
Cu含有率が30重量%以下であればNb単独の超電導
線材より、高い臨界電流密度を示すが、好ましくは1〜
22重量%であり、5〜10重量%であればより好まし
い。
【0014】本発明は、Nb粉末とCu粉末の平均粒径
を限定するものではないが、粉末の緻密化の容易さや、
伸線後のCu層の厚みを約0.1μm以下にすることが
望ましいという理由から500μm以下が好ましく、1
00μm以下であればより好ましい。
【0015】本発明方法により製造されたNb3 Sn系
超電導線材の超電導特性については、以下の実施例で説
明するが、特に10T以上の高磁場における臨界電流密
度の改善効果が顕著である。
【0016】また、本発明はNbにSnを拡散させてN
3 Snを生成する方法を限定するものではなく、Nb
線を芯材として用いる方法であれば全てに適用でき、例
えば、前述のブロンズ法,外部拡散法,内部拡散法等の
製造方法に用いることができる。
【0017】
【実施例】実施例1 NbとCuの粉末(粒径180〜210μm)を用意
し、Cuの含有率が1〜40重量%の範囲で種々の割合
となる様に両者配合して、混合した。得られた混合粉末
をステンレス鋼製カプセルに充填して真空封入し、18
00kgf/cm2 で2時間の熱間静水圧プレス(HIP)を
行なうことにより緻密化した。表面に密着しているステ
ンレス鋼製カプセルを切削除去して、NbとCuの粉末
成形体を得た。この粉末成形体を芯材として、その外側
にCuシースをかぶせ、熱間押出により伸線して対面間
隔 4.3mmの六角線材を製作した。この六角線材61本
を、外径47mm、内径39mmのブロンズビレットに
挿入して真空封入し熱間押出により再び伸線して対面間
隔 4.3mmの六角線材を製作した。得られた六角線材を
再び61本束ねてブロンズビレットを作り、中間焼鈍を
行ないながら熱間押出により線径が0.30mmとなるまで
伸線した。これに650℃で100時間の熱処理を施
し、Nb3 Sn系超電導線材を得た。また、比較材とし
て従来のNbロッドを芯材とし、同様の方法によりNb
3 Sn系超電導線材を製作した。これらの線材を用いて
14Tの磁場における臨界電流密度を測定した。結果は
図1に示す。
【0018】図1より、本発明方法により得られたNb
3 Sn系超電導線材は、Cuの含有率が30重量%以下
の範囲において、Cuを含有しない従来のNbロッドよ
り高い臨界電流密度を示すことが分かる。
【0019】実施例2 実施例1と同様にして、Nb−5%Cuの粉末成形体を
芯材として用い本発明に係るNb3 Sn系超電導線材を
製作した。また、比較材として、従来のNb製ロッド,
Nb−5%Ta合金製ロッド,Nb−5%Taの粉末成
形体を芯材に用いたNb3 Sn系超電導線材を製作して
外部磁場6〜16Tにおける臨界電流密度を測定した。
結果は図2に示す。
【0020】図2より、本発明方法によるNb3 Sn系
超電導線材は、従来の方法で製作したNb−5%Ta合
金製ロッドとNb−5%Taの粉末成形体を芯材として
用いたNb3 Sn系超電導線材に比べて、高い臨界電流
密度を有していることが分かる。またNb製ロッドを用
いる従来法と比較すると、10T以上の高磁場において
高い臨界電流密度を示している。
【0021】従って本発明方法は、10T以上の高磁場
における臨界電流密度の改善に有効であることが分か
る。
【0022】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、高磁場における臨界電流密度を改善する方法とし
て、芯材にNb合金を用いる方法ではなく、人工ピンを
導入する方法を採用した上で、比較的高価なTaを用い
ずに、しかも製造工程が煩雑でなく、かつ断線やフィラ
メント形状のばらつきを引き起こすことのないNb3
n系超電導線材の製造方法が提供できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】Nb粉末とCu粉末の混合粉末成形体を用いて
製造したNb3 Sn系超電導線材の臨界電流密度とCu
含有率との関係を示すグラフである。
【図2】従来方法または本発明方法に従い製造した芯材
を用いたNb3 Sn系超電導線材の印加磁場と臨界電流
密度の関係を示すグラフである。
【図3】Snの拡散法の違いを示す概略説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 12/06 ZAA B22F 3/14 M (72)発明者 井上 康彦 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 宮武 孝之 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 嶋田 雅生 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Nb3 Sn系超電導線材の製造方法であ
    って、Nb線として、NbとCuの混合粉末の成形体を
    用いることを特徴とするNb3 Sn系超電導線材の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 上記成形体におけるCuの含有率が1〜
    22重量%である請求項1に記載のNb3 Sn系超電導
    線材の製造方法。
JP7146585A 1995-06-13 1995-06-13 Nb▲3▼Sn系超電導線材の製造方法 Withdrawn JPH08339726A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007027089A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Bruker Biospin Ag 銅包含物を含む超伝導エレメント及び複合材料及びその製造方法

Cited By (1)

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JP2007027089A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Bruker Biospin Ag 銅包含物を含む超伝導エレメント及び複合材料及びその製造方法

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Effective date: 20020903