JPH0982152A - 超電導線の製造方法及び超電導線 - Google Patents
超電導線の製造方法及び超電導線Info
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Abstract
を大幅に長くすることができる超電導線の製造方法と、
これによって得られる線長さが大幅に長い超電導線の提
供。 【解決手段】 合金系超電導体からなる芯部または熱処
理によって超電導体となる材料を具備する芯部の外周に
TaあるいはNbからなる拡散防止層を設け、さらにこ
の外周にCu−Nb合金の補強層を設ける超電導線の製
造方法において、芯部の外周にTaあるいはNbからな
る拡散防止管42を被せ後、該拡散防止管42の外周に
Cuからなる管体43を被せ、さらに該管体43の外周
にCu−Nb合金からなる補強管44を被せた後、縮径
加工を施す工程を具備する超電導線の製造方法と、超電
導体からなる芯部の外周にTaあるいはNbからなる拡
散防止層が設けられ、Cuからなるクッション層が設け
られ、さらにこのクッション層の外周にCu−Nb合金
の補強層が設けられてなる超電導線。
Description
グネット、核融合炉用トロイダルマグネット、粒子加速
機用マグネット、超電導発電機用マグネット、磁気浮上
列車用マグネット等に利用される高強度の超電導線及び
その製造方法に関する。
芯部の外周に安定化材などからなる付属部を設けた構造
となっている。このような超電導線の一種に内部補強安
定化型Nb3Sn系超電導線が知られている。図4は、
内部補強安定化型Nb3Sn系超電導線の例を示すもの
である。この内部補強安定化型Nb3Sn系超電導線1
は、Cu−Sn合金からなる基地の内部に無数の極細の
Nb3Sn超電導フィラメントが配列されてなる芯部2
の外周に、TaあるいはNbからなる拡散防止層3を介
してCu−Nb合金からなる補強層4が設けられ、さら
にこの外周にCuなどからなる安定化層5が設けられた
ものである。このような構造の内部補強安定化型Nb3
Sn系超電導線1は、補強層を有してない構造の超電導
線と比べて外部からの補強が必要がないため、コンパク
トな超電導マグネットの作製に好適に用いられていた。
Sn系超電導線1の一般的な製造方法を図5を用いて説
明する。まず、図5(A)に示すようなNbからなるロ
ッド状の芯材10の外周にCu−Sn合金からなる管体
11を被せ、全体を縮径して図5(B)に示すような複
合体14を得る。次いで、図5(C)に示すように前記
複合体14を複数本集合してCu−Sn合金の管体15
に挿入し、さらに縮径し、図5(D)に示す一次素線1
6を得る。次いで、この一次素線16を図5(E)に示
すように複数本集合してCu−Sn合金からなる管体1
7に挿入し、更に縮径して図5(F)に示すような二次
素線18を作製する。
て、図5(G)に示すようにCuのパイプ20に挿入し
た後、このパイプ20の外方に拡散防止層3となるべき
TaあるいはNbからなる拡散防止管22を被せ、つい
で該拡散防止管22の外周に補強層4となるべきCu−
Nb合金からなる補強管23を被せ、ついで該補強管2
3の外周に安定化層5となるべきCuなどからなる被覆
管24を被せ、さらに全体を最終的に得るべき直径まで
縮径した後、拡散熱処理を行うことにより、二次素線1
8の内部のNbの極細フィラメントとSnを反応させて
Nb3Sn超電導フィラメントを生成させて、図4に示
すような内部補強安定化型Nb3Sn系超電導線1を製
造していた。
電導線の製造方法においては、縮径加工を施して伸線す
る際、異種金属間の整合が難しく、特に、補強層4を形
成する材料としてCu−Nb合金を用いる場合、このC
u−Nb合金と、拡散防止層3を形成する材料であるT
aあるいはNbとの整合が困難で、伸線するにつれて拡
散防止層3にクラック等の欠陥が生じたり、断線が起り
易くなるため、伸線できる長さが短かく、得られる超電
導線の長さも数十m程度と短く、製造効率が悪かった。
で、縮径加工が容易で、得られる超電導線の長さを大幅
に長くすることができる超電導線の製造方法と、これに
よって得られる線長さが大幅に長い超電導線を提供する
ことにある。
っては、合金系超電導体からなる芯部または熱処理によ
って超電導体となる材料を具備する芯部の外周にTaあ
るいはNbからなる拡散防止層を設け、さらにこの外周
にCu−Nb合金からなる補強層を設ける超電導線の製
造方法において、芯部の外周にTaあるいはNbからな
る拡散防止層を形成した後、該拡散防止層の外周にCu
からなるクッション材を被せ、さらに該クッション材の
外周にCu−Nb合金からなる補強材を被せた後、縮径
加工を施す工程を具備する超電導線の製造方法を前記課
題の解決手段とした。また、請求項2記載の発明にあっ
ては、請求項1記載の超電導線の製造方法において、ク
ッション材の厚みを、超電導線線径の1.5%以上とす
ることを前記課題の解決手段とした。
電導体からなる芯部の外周にTaあるいはNbからなる
拡散防止層が設けられ、さらにこの外周にCu−Nb合
金からなる補強層が設けられてなる超電導線において、
拡散防止層と補強層との間にCuからなるクッション層
を介在させた超電導線を前記課題の解決手段とした。
大幅に長くすることができる超電導線の製造方法を提供
するべく、特に、CuとCu−Nb合金との整合は良好
であり、一方TaとCuとの整合は良好であることに着
目し、隣合う異種金属層間の整合について種々の検討及
び実験を重ねた結果、Taからなる拡散防止管と、Cu
−Nb合金からなる補強管との間にCuからなるクッシ
ョン材を介在させることにより、隣合う金属層間の整合
が良好となり、伸線できる長さを大幅に向上させること
ができることを究明し、本発明を完成したのである。
型Nb3Sn系超電導線の製造方法に本発明を適用した
例を示すもので、超電導線を製造するには、まず、図1
(A)に示すようにNbロッドからなる芯材30にCu
−Sn合金からなる管体31を被せた後、スウェージン
グ加工、引抜加工などの縮径加工によって所望の直径ま
で縮径して図1(B)に示す複合体34を作製する。前
記芯材30としては、NbまたはNbをTiに添加して
なるものを用いるのが望ましく、Tiが添加されている
と無添加の場合と比べて高磁界における臨界電流特性が
向上する。なお、管体31は図面に示すような単管状の
ものに限るものではなく、柱状体に複数の透孔が形成さ
れた形状のものなどを用い、複数の透孔の各々に芯材3
0を挿入して複合材を形成することもできる。
Cu−Sn合金の管体35に図1(C)に示すように収
納して縮径し、図1(D)に示す一次素線36を作製
し、次いで、この一次素線36を図1(E)に示すよう
に複数本集合してCu−Sn合金からなる管体37に挿
入し、更に縮径加工を施して図1(F)に示すような二
次素線38を作製する。この二次素線38の内部構造
は、Cu−Sn合金からなる基地の内部にNbからなる
極細のフィラメントが多数分散された構造となってい
る。なお、前記二次素線38を更に複数本集合してCu
−Sn合金管に挿入し、縮径する処理を必要に応じて複
数回行って複合体を作製しても良い。なお、前記二次素
線38形成用として用いたCu−Sn合金のSn濃度が
低い場合には、その外周にSnのメッキ層を形成して以
下の工程に用いても良い。
素線38の外周に拡散防止層となるべきTaあるいはN
bからなる拡散防止管42を被せ、続いて図2に示すよ
うにこの拡散防止管42の外周にクッション材からなる
管体43を被せ、続いて該管体43の外周に補強材から
なる補強管44を被せ、さらに該補強管44の外周に安
定化材からなる被覆管45を被せ、更に全体を最終的に
得るべき直径まで縮径加工により伸線し、素線を形成す
る。なお、この例では、1本の二次素線38の外周に拡
散防止管42を被せた後、さらにクッション材からなる
管体43を被せているが、二次素線38を複数本集合し
てCuパイプに挿入した後、このCuパイプの外周に拡
散防止管42を被せ、さらに拡散防止管42の外周にク
ッション材からなる管体43を被せるようにしても良
い。
は、Cuが挙げられる。前記管体43の厚みは、目的と
する超電導線線径によって異るが、10μm以上が好ま
しく、より好ましくは15μm以上〜20μm以下とさ
れる。管体43の厚みが10μm未満であると薄過ぎて
前記管体43自身にクラックが生じたり、あるいは拡散
防止管42までクラックが生じてしまう恐れがあり、伸
線できる長さを大幅に向上させることができない。ま
た、20μmを超えて厚くしてももはや効果の増大は期
待できず、目的とする超電導線内のCuの割合が多くな
りすぎて超電導部分の割合が少なくなる。前記補強管4
4をなす補強材としては、Cu−Nb合金が挙げられ
る。補強管44としてCu−Nb合金を用いた場合、補
強管44はCuの金属マトリックスの内部にNbフィラ
メントが多数分散配列された構造を有している。この補
強管44は、CuとNbの両元素が互いにほとんど固溶
しないという性質を有することを利用して製造されたも
ので、Cu−Nb合金をその溶湯から鋳造した際に、C
uマトリックス中にNb樹枝状晶が生成された鋳塊を得
ることができ、この鋳塊を冷間線引加工することでNb
樹枝状晶を引き延ばしてフィラメント状に加工すること
ができ、これによりCuのマトリックスの内部にNbフ
ィラメントが分散配列された構造が得られる。このNb
フィラメントは、Cuのマトリックス中に分散配列され
るが、このNbフィラメントがCuのマトリックスを強
化するので、補強管44はCuからなるものより耐力が
向上する。更に、NbはCuにほとんど固溶しないの
で、補強管44の導電率が低下することもなく、補強管
44の導電率は充分に高いものとなる。また、前記被覆
管45をなす安定化材としては、Cu、Alなどの金属
材料が挙げられる。
aあるいはNbからなるからなる拡散防止管42と、C
u−Nb合金からなる補強管44との間にCuからなる
管体43を介在させると、隣合う金属層間の整合が良好
となるので、従来のようにTaあるいはNbからなる拡
散防止管の外周にCu−Nb合金からなる補強管を被せ
た状態で伸線する場合と比べて、拡散防止層となる拡散
防止管42や補強層となる補強管44にクラックが生じ
ることや断線が起こることが低減されるので、縮径加工
が容易となり、伸線できる長さを大幅に向上させること
ができ、線長さが大幅に長い素線が得られる。
十時間〜数百時間加熱する拡散熱処理を行うことによ
り、図3に示すような内部補強安定型Nb3Sn系超電
導線51を製造することができる。前述のような拡散熱
処理を行うと、Cu−Sn合金からなる基地の内部に極
細のNb3Sn超電導フィラメントが配列された構造の
Nb3Sn超電導体が得られる。
Nb3Sn系超電導線51は、Cu−Sn合金からなる
基地の内部に無数のNb3Sn超電導フィラメントが配
列されてなる芯部52と、これの外周に設けられた拡散
防止層53と、該拡散防止層53の外周に設けられたC
uからなるクッション層54と、該クッション層54の
外周に設けられた補強層55と、さらにこの補強層55
の外周に設けられた安定化層56とから構成されてい
る。前記Cuからなるクッション層54の厚みは、15
〜17μm程度である。
電導線の製造方法にあっては、芯部52の外周にTaあ
るいはNbからなる拡散防止管42を被せた後、該拡散
防止層42の外周にCuからなる管体43を被せ、つい
でこの管体43の外周にCu−Nb合金からなる補強管
44を被せ、さらにこの外周にCuなどからなる被覆管
45を被せた後、縮径加工を施す工程を具備することよ
り、縮径加工を施して伸線するとき、隣合う金属層間の
整合が良好となるので、従来のようにTaあるいはNb
からなる拡散防止管の外周にCu−Nb合金からなる補
強管を被せた状態で伸線する場合と比べて、拡散防止管
42にクラックが生じることや断線が起こることが低減
されるので、縮径加工が容易となり、伸線できる長さを
大幅に向上させることができ、従って線長が大幅に長い
内部補強安定化型Nb3Sn系超電導線51が得られ、
製造効率が向上する。
Nb3Sn系超電導線51は、拡散防止層53と補強層
55との間にCuからなるクッション層54を介在させ
たものであるので、従来の内部補強安定化型Nb3Sn
系超電導線より線長が大幅に長いものであっても、隣合
う金属層間の整合が良好であり、拡散防止層53にクラ
ック等の不良が生じていないため、機械的強度が優れる
うえ、前記クラック等に起因してSnが補強層55およ
び最外層の安定化層56まで拡散するのを防止できるの
で、Snの拡散による安定化層56の汚染が防止でき
る。
超電導線の製造方法に本発明の超電導線の製造方法を適
用した例について説明したが、本発明の製造方法をNb
3Snの他、Nb3Ga、Nb3Ge、Nb3Al、V3G
a、Nb−Tiなどの超電導線の製造方法に適用しても
よいのは勿論である。
り、具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみ
に限定されるものではない。 (実施例1)直径14mmのNb−1.2wt%Tiロ
ッドをCu−13wt%Sn合金からなる外径25m
m、内径15mmの管体に挿入し、縮径して直径1.0
mmの複合体を得た。次にこの複合体を91本集合し、
Cu−8wt%Sn合金からなる外径11.5mm、内
径10.5mmの管体に挿入し、縮径加工を行って直径
1.14mmの一次素線を得た。次いで、この一次素線
を91本集合し、Cu−8wt%Sn合金からなる外径
13mm、内径12mmの管体に挿入し、縮径加工を行
って直径11mmの二次素線を作製した。
の外周に、外径13mm、内径12mmのTaからなる
拡散防止管を被せ、ついでこの拡散防止管の外周に外径
14mm、内径13.2mmのCuからなる管体を被せ
た後、この管体の外周に外径18mm、内径14.5m
mのCu−20wt%Nbからなる補強管を被せ、さら
にこの補強管の外周に外径18.5mm、内径17.5
mmのCuからなる被覆管を被せた後、全体を径1.0
mmまで縮径した後、675℃で10日間加熱する拡散
熱処理を行うことにより、線長1kmのCu−Nb/
(Nb,Ti)3Sn超電導線を得た。このようにして
得られた超電導線の芯部は、Cu−Sn合金からなる基
地の内部に径3.9μmの(Nb,Ti)3Sn超電導
フィラメントが7,849本配列された構造であった。
をCu−6wt%Sn合金からなる外径18mm、内径
8mmの管体に挿入し、縮径して直径1.0mmの複合
体を得た。次にこの複合体を91本集合し、Cu−6w
t%Sn合金からなる外径11.5mm、内径10.5
mmの管体に挿入し、縮径加工を行って直径1.0mm
の一次素線を得た。次いで、この一次素線を91本集合
し、Cu−6wt%Sn合金からなる外径11.5m
m、内径10.5mmの管体に挿入し、縮径加工を行っ
て直径9.0mmの二次素線を作製した。
mm、内径9.3mmのTaからなる拡散防止管を被
せ、ついでこの拡散防止管の外周に外径11.2mm、
内径10.2mmのCuからなる管体を被せた後、こ
の管体の外周に外径14mm、内径12mmのCu−1
5wt%Nbからなる補強管を被せた後、さらにこの補
強管の外周に外径15.4mm、内径14.6mmのC
uからなる被覆管を被せた後、全体を径0.46mmま
で縮径したのち、前記実施例1と同様にして拡散熱処理
を行うことにより、線長1kmのCu−Nb/Nb3S
n超電導線を得た。ここで得られた超電導線の芯部は、
Cu−Sn合金からなる基地の内部に径1.8μmのN
b3Sn超電導フィラメントが8,281本配列された
構造であった。
次素線を作製した。次いで、作製した二次素線の外周に
外径13mm、内径12mmのTaからなる拡散防止管
を被せ、ついでこの拡散防止管の外周に外径17mm、
内径13.5mmのCu−20wt%Nbからなる補強
管を被せ、さらにこの補強管の外周に外径18.5m
m、内径17.5mmのCuからなる被覆管を被せた
後、全体を径1.0mmまで縮径した後、前記実施例1
と同様にして拡散熱処理を行うことにより、線長50m
のCu−Nb/(Nb,Ti)3Sn系超電導線を得
た。このようにして得られた超電導線の芯部は、Cu−
Sn合金からなる基地の内部に径3.9μmの(Nb,
Ti)3Sn超電導フィラメントが7.841本配列さ
れた構造のものであった。
次素線を作製した。次いで、作製した二次素線の外周に
外径9.9mm、内径9.3mmのTaからなる拡散防
止管を被せ、ついでこの拡散防止管の外周に外径14m
m、内径11.5mmのCu−15wt%Nbからなる
補強管を被せ、さらにこの補強管の外周に外径15.4
mm、内径14.6mmのCuからなる被覆管を被せた
後、全体を径0.46mmまで縮径した後、前記実施例
1と同様にして拡散熱処理を行うことにより、線長40
mのCu/(Nb,Ti)3Sn超電導線を得た。この
ようにして得られた超電導線の芯部は、Cu−Sn合金
からなる基地の内部に径1.8μmのNb3Sn超電導
フィラメントが7,841本配列された構造のものであ
った。
比較例1〜2で得られた超電導線の線長を比較すると、
実施例1〜2で得られた超電導線は、比較例1〜2の超
電導線に比べて線長が大幅に長いことが分る。なお、比
較例1〜2のものでは、これ以上の長さに伸線した場合
に拡散防止層にクラック等の欠陥が生じた。
製造方法にあっては、芯部の外周にTaあるいはNbか
らなる拡散防止層を形成した後、該拡散防止層の外周に
Cuからなるクッション材を被せ、さらに該クッション
材の外周にCu−Nb合金からなる補強材を被せた後、
縮径加工を施す工程を具備することにより、隣合う金属
層間の整合が良好となり、従来のようにTaあるいはN
bからなる拡散防止管の外周にCu−Nb合金からなる
補強管を被せた状態で伸線する場合と比べて、拡散防止
層にクラックが生じることや断線が起こることが低減さ
れるので、縮径加工が容易となり、伸線できる長さを大
幅に向上させることができ、従って線長が大幅に長い超
電導線が得られ、製造効率が向上するという利点があ
る。
防止層と補強層との間にCuからなるクッション層を介
在させたものであるので、従来の超電導線より線長が大
幅に長いものであっても、隣合う金属層間の整合が良好
であり、拡散防止層にクラック等が生じていないため、
機械的強度が優れるうえ、前記クラック等に起因して補
強層および安定化層までSnが拡散するのを防止できる
のでSnの拡散による安定化層の汚染が防止できる。
方法の一例を工程順に示した断面図である。
断面図である。
ある。
線の例を示す拡大断面図である。
Nb3Sn系超電導線の製造方法を工程順に示した断面
図である。
体、36・・・一次素線、37・・・管体、38・・・二次素
線、42・・・拡散防止管、43・・・管体、44・・・補強
管、51・・・超電導線、52・・・芯部、53・・・拡散防止
層、54・・・クッション層、55・・・補強層、56・・・安
定化層。
Claims (3)
- 【請求項1】 合金系超電導体からなる芯部または熱処
理によって超電導体となる材料を具備する芯部の外周に
TaあるいはNbからなる拡散防止層を設け、さらにこ
の外周にCu−Nb合金からなる補強層を設ける超電導
線の製造方法において、芯部の外周にTaあるいはNb
からなる拡散防止層を形成した後、該拡散防止層の外周
にCuからなるクッション材を被せ、さらに該クッショ
ン材の外周にCu−Nb合金からなる補強材を被せた
後、縮径加工を施す工程を具備することを特徴とする超
電導線の製造方法。 - 【請求項2】 クッション材の厚みを、超電導線線径の
1.5%以上とすることを特徴とする請求項1記載の超
電導線の製造方法。 - 【請求項3】 超電導体からなる芯部の外周にTaある
いはNbからなる拡散防止層が設けられ、さらにこの外
周にCu−Nb合金からなる補強層が設けられてなる超
電導線において、拡散防止層と補強層との間にCuから
なるクッション層を介在させたことを特徴とする超電導
線。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23309595A JP3701349B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 超電導線の製造方法及び超電導線 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23309595A JP3701349B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 超電導線の製造方法及び超電導線 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0982152A true JPH0982152A (ja) | 1997-03-28 |
JP3701349B2 JP3701349B2 (ja) | 2005-09-28 |
Family
ID=16949708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23309595A Expired - Lifetime JP3701349B2 (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 超電導線の製造方法及び超電導線 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3701349B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007509466A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-04-12 | オックスフォード スーパーコンダクティング テクノロジー | Tiソース・ロッドを用いて(Nb,Ti)3Snワイヤを製造するための方法 |
EP2333793A1 (en) * | 2009-12-09 | 2011-06-15 | Bruker BioSpin AG | Superconductors with improved mechanical strength |
-
1995
- 1995-09-11 JP JP23309595A patent/JP3701349B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP4728245B2 (ja) * | 2003-10-17 | 2011-07-20 | オックスフォード スーパーコンダクティング テクノロジー | Tiソース・ロッドを用いて(Nb,Ti)3Snワイヤを製造するための方法 |
EP2333793A1 (en) * | 2009-12-09 | 2011-06-15 | Bruker BioSpin AG | Superconductors with improved mechanical strength |
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---|---|
JP3701349B2 (ja) | 2005-09-28 |
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