JPH10154422A - Nb-ti superconducting wire rod - Google Patents

Nb-ti superconducting wire rod

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JPH10154422A
JPH10154422A JP8311084A JP31108496A JPH10154422A JP H10154422 A JPH10154422 A JP H10154422A JP 8311084 A JP8311084 A JP 8311084A JP 31108496 A JP31108496 A JP 31108496A JP H10154422 A JPH10154422 A JP H10154422A
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JP
Japan
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filament
superconducting wire
diameter
wire
superconducting
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JP8311084A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Miyashita
克己 宮下
Shuji Sakai
修二 酒井
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the critical current density at 1T or higher while devising to decrease hysteresis loss in an Nb-Ti superconducting wire rod. SOLUTION: In the central portion 199, stabilized copper hexagonal wires 17 which are formed by coating the stabilized copper 7 with a Cu-Ni layer, are concentrating arranged, and 648 single stacks 18 are arranged so as to surround the same. A single stack 18 is a hexagonal wire which has a structure such that mutual gaps among 847 Nb-Ti filaments 2a are filled by Cu-Ni-Mn layers 1a, and the peripheries thereof are filled by a Cu-Ni layer 5a. In such a Nb-Ti superconducting wire rod, the Mn concentration of the Cu-Ni-Mn layers 1a is set to be 1 percentage by weight to 3 percentage by weight. Thereby, the critical current density per Nb-Ti filament is enhanced, while decreasing the hysteresis loss.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、商用周波数で運転
される電力機器の超電導巻線あるいは交流磁界を発生す
るための超電導マグネットの巻線に使用されるNb−T
i超電導線材に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an Nb-T used for a superconducting winding of a power device operated at a commercial frequency or a superconducting magnet for generating an AC magnetic field.
It relates to an i superconducting wire.

【0002】[0002]

【従来の技術】商用周波数レベルの交流磁界中で使用さ
れるNb−Ti超電導線材には、交流損失の低減及び臨
界電流密度(Jc)の向上が要求される。超電導線材の
交流損失は、ヒステリシス損失(磁化履歴損失)、結合
損失及び渦電流損失の3つの和から成る。これら損失の
内、ヒステリシス損失は超電導フィラメントの磁化に伴
う損失であり、超電導フィラメントの径に比例して減少
する。このヒステリシス損失が損失全体に占める割合は
大きい。
2. Description of the Related Art Nb-Ti superconducting wires used in an AC magnetic field at a commercial frequency level are required to reduce AC loss and improve critical current density (Jc). The AC loss of the superconducting wire is composed of the sum of three of hysteresis loss (magnetization history loss), coupling loss and eddy current loss. Among these losses, the hysteresis loss is a loss associated with the magnetization of the superconducting filament, and decreases in proportion to the diameter of the superconducting filament. The ratio of this hysteresis loss to the total loss is large.

【0003】フィラメント同士の間隔(=フィラメント
間隔)はフィラメント径に比例して縮小していく。しか
し、或る間隔以下になると超電導フィラメント同士が電
磁的に結合し、多数のフィラメント群が1本のフィラメ
ントとして振る舞う挙動を示す。この結果、幾何学的に
はフィラメント径が小さくても、電磁的にはフィラメン
ト径が大きくなり、ヒステリシス損失が増加する。これ
は近接効果と言われるもので、近接効果によってヒステ
リシス損失が増加するフィラメント間隔は、フィラメン
ト周囲に配置したマトリックス(母材)の種類により値
が定まる。また、近接効果によるフィラメント間の結合
は、フィラメント間隔が小さくなるほど顕著になる。一
方、臨界電流密度向上の観点からは、超電導フィラメン
トの占積率が高い方が有利なため、フィラメント間隔を
狭くし、超電導フィラメントの充填率を向上させること
が望ましい。
The spacing between filaments (= filament spacing) decreases in proportion to the filament diameter. However, when the distance is less than a certain distance, the superconducting filaments are electromagnetically coupled to each other, so that a large number of filament groups behave as one filament. As a result, even if the filament diameter is geometrically small, the filament diameter becomes electromagnetically large, and the hysteresis loss increases. This is called a proximity effect, and the value of the filament interval at which the hysteresis loss increases due to the proximity effect is determined by the type of matrix (base material) arranged around the filament. Further, the coupling between the filaments due to the proximity effect becomes more remarkable as the filament interval becomes smaller. On the other hand, from the viewpoint of improving the critical current density, it is advantageous that the space factor of the superconducting filament is higher. Therefore, it is desirable to reduce the filament interval and improve the filling rate of the superconducting filament.

【0004】マトリックスには近接効果を抑制する作用
が要求され、その具体策として、マトリックスの高電
気抵抗化、マトリックスに磁性元素を添加する等の方
法がある。Nb−Ti超電導線材の場合、近接効果抑制
にはフィラメント周りのマトリックスにCu−Ni合金
を用いて高電気抵抗化を図ることや、Cu−Ni合金に
第3元素としてMn等の磁性元素を添加することにより
近接効果を抑制することができる。
[0004] The matrix is required to have a function of suppressing the proximity effect, and specific examples thereof include a method of increasing the electric resistance of the matrix and a method of adding a magnetic element to the matrix. In the case of an Nb-Ti superconducting wire, to suppress the proximity effect, use a Cu-Ni alloy in the matrix around the filament to increase the electric resistance, or add a magnetic element such as Mn as a third element to the Cu-Ni alloy. By doing so, the proximity effect can be suppressed.

【0005】また、超電導フィラメントの径を0.1μ
m程度まで極細化すると、超電導線内の量子化磁束の間
隔と超電導フィラメントサイズが整合し、臨界電流密度
が向上することが知られている。
Further, the diameter of the superconducting filament is set to 0.1 μm.
It is known that when the thickness is reduced to about m, the interval between the quantized magnetic flux in the superconducting wire and the superconducting filament size are matched, and the critical current density is improved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の超電導線材によると、超電導フィラメント径dfを超
電導線のヒステリシス損失の低減を図るために0.1〜
0.2μmとし、ds÷df(dsは超電導フィラメン
ト間隔)を1程度とすると、dsが広いためにヒステリ
シス損失は大幅に低減するが、臨界電流密度は多少増加
する程度であり、特に、1T(テスラ)以上の磁界中で
臨界電流密度が極端に減少する傾向にあった。
However, according to the conventional superconducting wire described above, the diameter df of the superconducting filament is set to 0.1 to reduce the hysteresis loss of the superconducting wire.
If ds ÷ df (ds is the distance between superconducting filaments) is about 1, the hysteresis loss is greatly reduced due to the large ds, but the critical current density is slightly increased. The critical current density tended to decrease extremely in the above magnetic field.

【0007】一方、ds÷dfを0.5程度、或いは、
それ以下にすると、臨界電流密度は大幅に向上するが、
近接効果によるフィラメントの電磁気的結合が強くな
り、ヒステリシス損失が増加する。このようなことか
ら、ヒステリシス損失の低減と臨界電流密度の増大の双
方のバランスを考慮して、従来、ds÷dfは0.5〜
0.7に設定されていた。応用面から見た場合、電力機
器の経験磁界は殆どが0.5T以下であるが、発電機の
電機子(固定子)巻線は1〜1.5Tである。このた
め、電機子巻線のような比較的高い磁界中で用いられる
超電導線には、1T以上での高電流密度化が要求される
が、上記したように、交流用超電導線材における臨界電
流密度は、1T以下の低磁界中では高いが、1T以上で
は急激に低下する。このようなことから、1T以上にお
ける高臨界電流密度化が要求されている。
On the other hand, ds ÷ df is about 0.5, or
Below that, the critical current density is greatly improved,
The electromagnetic coupling of the filament due to the proximity effect becomes stronger, and the hysteresis loss increases. Therefore, in consideration of the balance between both the reduction of the hysteresis loss and the increase of the critical current density, conventionally, ds ÷ df is 0.5 to
It was set to 0.7. From an application point of view, the empirical magnetic field of the power device is almost 0.5 T or less, but the armature (stator) winding of the generator is 1 to 1.5 T. For this reason, a superconducting wire used in a relatively high magnetic field such as an armature winding is required to have a high current density of 1 T or more, but as described above, the critical current density of an AC superconducting wire is required. Is high in a low magnetic field of 1T or less, but sharply decreases in 1T or more. For this reason, a high critical current density at 1 T or more is required.

【0008】そこで本発明は、ヒステリシス損失の低減
を図りながら1T以上における臨界電流密度の増大を可
能にするNb−Ti超電導線材を提供することを目的と
している。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an Nb-Ti superconducting wire capable of increasing the critical current density at 1 T or more while reducing the hysteresis loss.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、所定数のNb−Tiフィラメントの相
互間にCu−Ni−Mn合金層を配置した構造のNb−
Ti超電導線材において、前記Cu−Ni−Mn合金層
のMn濃度が1wt%〜3wt%になるようにしてい
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an Nb-N-Mn alloy having a structure in which a Cu-Ni-Mn alloy layer is arranged between a predetermined number of Nb-Ti filaments.
In the Ti superconducting wire, the Cu—Ni—Mn alloy layer has a Mn concentration of 1 wt% to 3 wt%.

【0010】Mn濃度が1wt%未満だと近接効果を抑
制するためにフィラメント間隔を広げねばならず、3w
t%以上だと磁性元素であるMnがCu−Ni−Mnマ
トリックス中で固溶せずに析出してCu−Ni−Mn合
金自身が大きなヒステリシス損失を発生するようにな
る。したがって、Mn濃度は1wt%〜3wt%にする
ことが望ましい。これにより、ヒステリシス損失を低減
しながら、Nb−Tiフィラメントあたりの臨界電流密
度を向上することが可能になる。
If the Mn concentration is less than 1 wt%, the filament spacing must be increased in order to suppress the proximity effect.
If the content is more than t%, Mn, which is a magnetic element, precipitates without dissolving in the Cu-Ni-Mn matrix, and the Cu-Ni-Mn alloy itself generates a large hysteresis loss. Therefore, it is desirable that the Mn concentration be 1 wt% to 3 wt%. Thereby, it becomes possible to improve the critical current density per Nb-Ti filament while reducing the hysteresis loss.

【0011】前記Nb−Tiフィラメントの直径が0.
07μm〜0.15μm、隣接する前記Nb−Tiフィ
ラメント同士の間隔dsと前記Nb−Tiフィラメント
の直径dfの比ds/dfが0.3〜0.4である構成
が望ましい。Nb−Ti極細多芯超電導線の臨界温度は
Nb−Tiフィラメントに依存し、フィラメント径が小
さくなると低下する傾向がある。特に、0.1μm〜
0.07μmの近傍から臨界温度の低下が顕著であり、
超電導線の安定に大きな影響を与える。一方、Nb−T
iフィラメント径が0.15μmを越えると、実用上ヒ
ステリシス損失の限界値に近く、加えて臨界電流密度も
低下する。したがって、フィラメント径を0.07μm
〜0.15μmにするのが望ましい。
The Nb-Ti filament has a diameter of 0.1 mm.
It is preferable that the ratio ds / df of the distance ds between adjacent Nb-Ti filaments and the diameter df of the Nb-Ti filaments is 0.3 to 0.4. The critical temperature of the Nb-Ti ultrafine multicore superconducting wire depends on the Nb-Ti filament, and tends to decrease as the filament diameter decreases. In particular, from 0.1 μm
The decrease of the critical temperature is remarkable from around 0.07 μm,
It has a significant effect on the stability of superconducting wires. On the other hand, Nb-T
When the i-filament diameter exceeds 0.15 μm, the critical value is close to the limit value of the hysteresis loss in practical use, and the critical current density is reduced. Therefore, the filament diameter is set to 0.07 μm
It is desirable that the thickness be about 0.15 μm.

【0012】また、ds/dfが0.3より小さいと近
接効果の影響が顕著に現れ、ヒステリシス損失が大幅に
増加する。更に、ds/dfが0.4より大きいと、ヒ
ステリシス損失は低減できるが、臨界電流密度の大幅な
向上は望めなくなる。したがって、ds/dfを0.3
〜0.4にすることが望ましい。
When ds / df is smaller than 0.3, the influence of the proximity effect appears remarkably, and the hysteresis loss is greatly increased. Further, when ds / df is larger than 0.4, the hysteresis loss can be reduced, but a significant improvement in the critical current density cannot be expected. Therefore, ds / df is 0.3
It is desirable to set it to 0.4.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明者らは、Nb−Ti超電導
フィラメント周囲のCu−Ni−Mn合金マトリックス
のMn濃度を高めることによって、ヒステリシス損失を
低減させ、かつNb−Tiフィラメント当たりの臨界電
流密度を向上できることを見いだした。更に、フィラメ
ント間隔を従来の線材に比べて小さくすることにより、
1T以上の磁界中における平均臨界電流密度を大幅に向
上できることも見いだした。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present inventors have found that by increasing the Mn concentration of a Cu-Ni-Mn alloy matrix around a Nb-Ti superconducting filament, the hysteresis loss is reduced and the critical current per Nb-Ti filament is reduced. It has been found that the density can be improved. Furthermore, by making the filament interval smaller than the conventional wire rod,
It has also been found that the average critical current density in a magnetic field of 1 T or more can be greatly improved.

【0014】以下、実施例をもとに、本発明の有効性に
ついて説明する。
Hereinafter, the effectiveness of the present invention will be described based on examples.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明によるNb−Ti超電導線材の完成
状態を示す断面図である。また、図2は本発明によるN
b−Ti超電導線材の製造工程における代表的な状態を
示す斜視図であり、図3は本発明によるNb−Ti超電
導線材の製造工程を示す説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a completed state of an Nb-Ti superconducting wire according to the present invention. FIG. 2 shows N
It is a perspective view which shows the typical state in the manufacturing process of a b-Ti superconducting wire, and FIG. 3 is explanatory drawing which shows the manufacturing process of the Nb-Ti superconducting wire by this invention.

【0016】ここに示す製造工程は、大別して、シング
ルビレット組み込み工程100、シングル線組み込み
(シングルスタック)工程200、Cu/Cu−Niビ
レット工程300、及び最終ビレット組み込み工程40
0の4工程から成る。まず、シングルビレット組み込み
工程100について説明する。この工程100により製
作されたシングルビレットの外観を示したのが図2の
(a)である。長さ170mm、外形30mm、内径2
1mmのCu−30wt%Ni−1.34wt%Mnの
組成によるCu−Ni−Mn管1内に、長さが150m
mで直径が20.8mmのNb−46.5wt%Tiの
組成によるNb−Ti棒2を挿入した(工程100)。
ついで、前後端をシール材3で封止し、「サンプル−
1」のシングルビレットを作製した。
The manufacturing steps shown here are roughly divided into a single billet incorporating step 100, a single wire incorporating (single stack) step 200, a Cu / Cu-Ni billet step 300, and a final billet incorporating step 40.
0. First, the single billet incorporating step 100 will be described. FIG. 2A shows the appearance of the single billet manufactured by the process 100. 170mm length, 30mm outer diameter, 2 inner diameter
In a Cu-Ni-Mn tube 1 having a composition of 1 mm Cu-30 wt% Ni-1.34 wt% Mn, a length of 150 m
A Nb-Ti rod 2 having a composition of Nb-46.5 wt% Ti having a diameter of 20.8 mm and a diameter of 20.8 mm was inserted (step 100).
Then, the front and rear ends were sealed with a sealing material 3, and “Sample-
1 "was produced.

【0017】また、長さ170mm、外形30mm、内
径18mmのCu−30wt%Ni−0.9wt%Mn
による管内に、長さ150mm、直径18.2mm、N
b−46.5wt%Ti棒を挿入した後、前後端をシー
ルして「サンプル−1」と同一構造の「サンプル−2」
のシングルビレットを作製した。以上のようにして作製
した「サンプル−1」と「サンプル−2」を静水圧押し
出し加工(工程101)及び伸線加工(工程102)を
施した後、対辺距離が0.85mmの六角線に矯正加工
した後、長さ150mmに切り分けた(工程103)。
Further, Cu-30 wt% Ni-0.9 wt% Mn having a length of 170 mm, an outer diameter of 30 mm and an inner diameter of 18 mm.
150 mm length, 18.2 mm diameter, N
b-46.5 wt% Ti rod was inserted, and the front and rear ends were sealed and “Sample-2” having the same structure as “Sample-1”
Was prepared. The “Sample-1” and “Sample-2” manufactured as described above are subjected to hydrostatic extrusion (step 101) and wire drawing (step 102), and then formed into a hexagonal wire having an opposite side distance of 0.85 mm. After straightening, it was cut into a length of 150 mm (step 103).

【0018】こうして得た長さ150mmの六角線4を
847本用意し、図2の(b)に示すように、長さ17
0mm、外形28mm、内径24.5mmのCu−10
wt%Niの組成のCu−Ni管5に挿入した。この
後、前後端をシール材6で封止し、サブマルチビレット
を作製した(工程200)。このサブマルチビレットに
対し、静水圧押し出し加工(工程201)、伸線加工
(工程202)を順次施した後、対辺距離が0.85m
mの六角線として矯正加工した。ついで、長さ150m
mに切り分けて、サブマルチ六角線を作製した(工程2
03)。
As shown in FIG. 2B, 847 hexagonal wires 4 having a length of 150 mm and having a length of 17 mm were prepared.
Cu-10 of 0 mm, outer shape 28 mm, inner diameter 24.5 mm
It was inserted into a Cu-Ni tube 5 having a composition of wt% Ni. Thereafter, the front and rear ends were sealed with a sealing material 6 to produce a sub-multi billet (Step 200). This sub-multi billet is subjected to hydrostatic extrusion (step 201) and wire drawing (step 202) in that order, and then the opposite side distance is 0.85 m.
m was processed as a hexagonal line. Then, length 150m
m to produce a sub-multi-hexagonal wire (Step 2
03).

【0019】更に、長さ150mm、直径22.8mm
の高純度の銅により安定化銅棒7を作製し、この安定化
銅棒7を長さ170mm、外形27mm、内径23mm
のCu−10wt%Niの組成のCu−Ni管8に挿入
した。ついで前後端をシール材9で封止し、図2の
(c)に示すように、安定化銅ビレット10を作製した
(工程300)。
Further, the length is 150 mm and the diameter is 22.8 mm.
A stabilized copper rod 7 is produced from high-purity copper of the above, and the stabilized copper rod 7 is 170 mm long, 27 mm outside diameter, and 23 mm inside diameter.
Was inserted into a Cu-Ni tube 8 having a composition of Cu-10 wt% Ni. Next, the front and rear ends were sealed with a sealing material 9 to produce a stabilized copper billet 10 as shown in FIG. 2C (step 300).

【0020】この安定化銅ビレット10に対し、静水圧
押し出し加工(工程301)、伸線加工(工程302)
を順次施した後、対辺距離が0.85mmの六角線とし
て矯正加工した後、長さ150mmに切り分け、安定化
銅六角線を作製した(工程303)。次に、図2の
(d)に示すように、工程303で得た安定化銅六角線
11を199本用意し、これらを長さ170mm、外形
28mm、内径24.3mmのCu−10wt%Niの
組成のCu−Ni管12に挿入し、その中心部に位置す
るように配置した。更に、工程203で製作したサブマ
ルチ六角線13を648本用意し、これらをCu−Ni
管12に挿入し、このサブマルチ六角線13でCu−N
i管12内の空間の大半が埋まるようにした。ついで、
Cu−Ni管12の前後端をシール材14で封止し、マ
ルチビレット15を作製した(工程400)。
The stabilized copper billet 10 is subjected to hydrostatic extrusion (step 301) and wire drawing (step 302).
And then straightened as a hexagonal wire having a distance of 0.85 mm on the opposite side, and then cut into a length of 150 mm to produce a stabilized copper hexagonal wire (Step 303). Next, as shown in FIG. 2D, 199 stabilized copper hexagonal wires 11 obtained in step 303 were prepared, and these were Cu-10 wt% Ni having a length of 170 mm, an outer shape of 28 mm, and an inner diameter of 24.3 mm. Was inserted into the Cu-Ni tube 12 having the composition shown in FIG. Further, 648 sub-multi-hexagonal wires 13 produced in step 203 are prepared, and these are Cu-Ni
Insert the tube into the tube 12 and insert the Cu-N
Most of the space inside the i-tube 12 was filled. Then
The front and rear ends of the Cu-Ni tube 12 were sealed with the sealing material 14 to produce the multi billet 15 (step 400).

【0021】このマルチビレット15に対し、静水圧押
し出し加工(工程401)、伸線加工(工程402)を
順次施し、更にツイスト加工(工程403)を施した。
以上により、Nb−Tiフィラメント総本数が548,
856本〔847本(六角線4)×648本(サブマル
チ六角線13)〕の交流用極細多芯Nb−Ti超電導線
材が完成した。
The multi billet 15 was subjected to hydrostatic extrusion (step 401), wire drawing (step 402), and twist processing (step 403).
As described above, the total number of Nb-Ti filaments is 548,
856 [847 (hexagonal wire 4) x 648 (submulti-hexagonal wire 13)] ultrafine multicore Nb-Ti superconducting wires for AC were completed.

【0022】こうして得られた交流用極細多芯Nb−T
i超電導線材16の断面図を示したのが図1である。図
中、1aはCu−Ni−Mn管1を加工した後のCu−
Ni−Mn層、2aはNb−Ti棒2を加工した後のN
b−Tiフィラメント2a、5aはCu−Ni管5を加
工した後のCu−Ni層5a、8aはCu−Ni管8を
加工した後のCu−Ni層、17は安定化銅六角線、1
8はシングルスタックである。
The thus obtained extra-fine multicore Nb-T for AC
FIG. 1 is a sectional view of the i superconducting wire 16. In the figure, 1a is Cu- after processing the Cu-Ni-Mn tube 1.
The Ni—Mn layer, 2a is the Nb—Ti rod 2 after processing
b-Ti filaments 2a and 5a are Cu-Ni layers 5a and 8a after processing the Cu-Ni tube 5, Cu is a Cu-Ni layer after processing the Cu-Ni tube 8, 17 is a stabilized hexagonal copper wire, 1
8 is a single stack.

【0023】「サンプル−1」のシングルビレットを用
いた線材は、Nb−Tiフィラメント周りのマトリック
スがCu−30wt%Ni−1.34wt%Mnであ
り、Nb−Tiフィラメント径dfと隣り合うフィラメ
ント同士の間隔(フィラメント間隔)dsの比、ds/
df=0.4である。一方、「サンプル−2」のシング
ルビレットを用いた線材は、Nb−Tiフィラメント周
りのマトリックスがCu−30wt%Ni−0.9wt
%Mnであり、「サンプル−1」線材のMn濃度(1.
34wt%)の2/3である。この場合のds/dfは
0.65であり、「サンプル−1」に比較してds/d
fは大きくなっている。
In the wire using the single billet of "Sample-1", the matrix around the Nb-Ti filament is Cu-30wt% Ni-1.34wt% Mn, and the filaments adjacent to the Nb-Ti filament diameter df are adjacent to each other. Interval (filament interval) ds ratio, ds /
df = 0.4. On the other hand, in the wire rod using the single billet of "Sample-2", the matrix around the Nb-Ti filament was Cu-30wt% Ni-0.9wt.
% Mn, and the Mn concentration (1.
34% by weight). In this case, ds / df is 0.65, which is smaller than that of “sample-1”.
f is increasing.

【0024】また、本発明者らは、「サンプル−3」を
試作した。「サンプル−1」と同様に、Nb−Tiフィ
ラメント周りのマトリックスをCu−30wt%Ni−
1.34wt%Mnにした。そして、ds/dfを0.
25にし、「サンプル−1」よりも更にフィラメント間
隔を小さくした。表1は「サンプル−1」、「サンプル
−2」及び「サンプル−3」の各々のフィラメント径d
fが0.1μmの線材の臨界電流密度λJcとヒステリ
シス損失Qh及びQh/λJcを示している。ここで、
ヒステリシス損失は、SQUID(超電導量子磁束干渉
素子)型の高分解能磁束計を用いて測定し、±0.5T
の磁界振幅中での磁化曲線内の面積を線材の体積で除し
た値とした。臨界電流Icは外部印加磁界中において直
流4端子法で測定した。臨界電流Icの定義は、電圧端
子間に抵抗率ρ=10-14 Ω・mに相当する電圧が出現
したときの電流値とした。そして、Icを線材の断面積
で除した値を平均臨界電流密度λJcとした。
The present inventors have prototyped "Sample-3". Similarly to “Sample-1,” the matrix around the Nb—Ti filament was changed to Cu-30 wt% Ni—
The content was 1.34 wt% Mn. Then, ds / df is set to 0.
25, and the filament interval was made smaller than that of “Sample-1”. Table 1 shows the filament diameter d of each of "Sample-1,""Sample-2," and "Sample-3."
f shows the critical current density λJc and the hysteresis losses Qh and Qh / λJc of the wire rod having a diameter of 0.1 μm. here,
The hysteresis loss is measured using a SQUID (superconducting quantum flux interference device) type high-resolution magnetometer and is ± 0.5T.
The area in the magnetization curve in the magnetic field amplitude was divided by the volume of the wire. The critical current Ic was measured by a DC four-terminal method in an externally applied magnetic field. The critical current Ic was defined as a current value when a voltage corresponding to resistivity ρ = 10 −14 Ω · m appeared between the voltage terminals. The value obtained by dividing Ic by the cross-sectional area of the wire was defined as the average critical current density λJc.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】表1において、「サンプル−2」は磁界B
=1T以下において、ヒステリシス損失Qhが「サンプ
ル−1」よりもかなり低い値を示すが、磁界B=1Tよ
り高磁界が高くなるにつれて「サンプル−1」との差が
小さくなる。一方、平均臨界電流密度λJcは「サンプ
ル−1」が「サンプル−2」を上回っている。Qh/λ
Jcで比較すると、1T以上の磁界中では「サンプル−
1」が「サンプル−2」より小さい。したがって、発電
機の電機子巻線のような1T以上の磁界中で使用される
超電導線としては、「サンプル−1」が「サンプル−
2」よりも優れた性能を示すことがわかる。
In Table 1, “Sample-2” indicates the magnetic field B
At = 1T or less, the hysteresis loss Qh shows a considerably lower value than that of “Sample-1”, but the difference from “Sample-1” becomes smaller as the magnetic field B becomes higher than the magnetic field B = 1T. On the other hand, as for the average critical current density λJc, “Sample-1” exceeds “Sample-2”. Qh / λ
Comparing with Jc, in a magnetic field of 1T or more, "sample-
"1" is smaller than "sample-2". Therefore, as a superconducting wire used in a magnetic field of 1T or more, such as an armature winding of a generator, “sample-1” is “sample-
It can be seen that performance is superior to "2".

【0027】また、「サンプル−3」は他の線材に比較
してJcは高いが、近接効果によるフィラメント間の電
磁気的結合が強く、Qhが大幅に増加するため、交流用
としては不適当である。ここで、本発明におけるNb−
Ti超電導線材の各条件の最適値について説明する。 (a)Nb−Tiフィラメント周りに配置したCu−N
i−Mn合金のNi濃度は20wt%〜30wt%にす
る。
Although "Sample-3" has a higher Jc than other wire rods, the electromagnetic coupling between the filaments due to the proximity effect is strong and Qh is greatly increased. is there. Here, Nb-
The optimum value of each condition of the Ti superconducting wire will be described. (A) Cu-N disposed around Nb-Ti filament
The Ni concentration of the i-Mn alloy is set to 20 wt% to 30 wt%.

【0028】Cu−Ni合金の抵抗率がNi濃度に比例
して増加するため、ヒステリシス損失や結合損失等の交
流損失を低減させるためには、実用上、20wt%以上
のNi濃度が必要になるためである。なお、Ni濃度を
30wt%より高くすると超電導線の加工性が著しく低
下して断線が多発し、長尺線材の作製が困難になる。し
たがって、Cu−Ni−Mn合金のNi濃度は20wt
%〜30wt%が最適値になる。 (b)Nb−Tiフィラメント周りに配置したCu−N
i−Mn合金のMn濃度は1wt%〜3wt%にする。
Since the resistivity of the Cu—Ni alloy increases in proportion to the Ni concentration, a practically required Ni concentration of 20 wt% or more is required to reduce AC loss such as hysteresis loss and coupling loss. That's why. If the Ni concentration is higher than 30% by weight, the workability of the superconducting wire is remarkably reduced, the wire is frequently broken, and it becomes difficult to produce a long wire. Therefore, the Ni concentration of the Cu—Ni—Mn alloy is 20 wt.
% To 30 wt% is the optimum value. (B) Cu-N arranged around Nb-Ti filament
The Mn concentration of the i-Mn alloy is 1 wt% to 3 wt%.

【0029】Mn濃度が1wt%未満であると、近接効
果を抑制するためにはフィラメント間隔を広げねばなら
ず、臨界電流密度の向上の妨げになる。一方、Mn濃度
を高めていくと、2wt%あたりからCu−Ni−Mn
合金自身のヒステリシス損失が増加してくる。特に、M
n濃度が3wt%以上の場合、磁性元素であるMnがC
u−Ni−Mnマトリックス中で固溶せずに析出するた
め、Cu−Ni−Mn合金自身が大きなヒステリシス損
失を発生し、その値がNb−Tiフィラメントのヒステ
リシス損失Qhをはるかに上回るため、Mn濃度は3w
t%以下にする必要がある。 (c)Nb−Tiフィラメントの直径は、0.07μm
〜0.15μmにし、且つNb−Tiフィラメント同士
の間隔dsとフィラメント直径dfの比ds/dfを
0.3〜0.4にする。
If the Mn concentration is less than 1 wt%, the filament spacing must be increased in order to suppress the proximity effect, which hinders an improvement in the critical current density. On the other hand, as the Mn concentration is increased, Cu—Ni—Mn
The hysteresis loss of the alloy itself increases. In particular, M
When the n concentration is 3 wt% or more, the magnetic element Mn becomes C
The Cu—Ni—Mn alloy itself generates a large hysteresis loss because it precipitates without being dissolved in the u—Ni—Mn matrix, and its value far exceeds the hysteresis loss Qh of the Nb—Ti filament. The concentration is 3w
t% or less. (C) The diameter of the Nb-Ti filament is 0.07 μm
And the ratio ds / df of the distance ds between the Nb-Ti filaments to the filament diameter df is set to 0.3 to 0.4.

【0030】Nb−Ti極細多芯超電導線の臨界温度は
Nb−Tiフィラメントに依存し、フィラメント径が小
さくなると低下する傾向がある。特に、0.1μm〜
0.07μmの近傍から臨界温度の低下が顕著になり、
バルクのNb−Tiの臨界温度が約9.3Kであるのに
対し、フィラメント径が0.05μmにおける臨界温度
は6.5K〜7Kまで低下する。臨界温度の低下は、超
電導線の安定に大きな影響を与えるため、Nb−Tiフ
ィラメント径は0.07μm以上にする必要がある。一
方、Nb−Tiフィラメント径が0.15μm以上にな
ると、商用周波数オーダの交流磁界への応用を考えた場
合、実用上の観点からヒステリシス損失の限界値に近
く、加えてフィラメントの極細化に伴う臨界電流密度の
向上が0.15μmより小さいフィラメント径で顕著に
なる。したがって、Nb−Tiフィラメント径は0.1
5μm以下にする。また、Nb−Tiフィラメントの周
囲にCu−Ni−Mn合金を用いた場合、ds/dfを
0.3より小さくすると、近接効果の影響が顕著に現
れ、ヒステリシス損失が大幅に増加する。また、ds/
dfを0.4より大きくすると、ヒステリシス損失は低
減できるが、臨界電流密度の大幅な向上は望めなくな
る。
The critical temperature of the Nb-Ti ultrafine multicore superconducting wire depends on the Nb-Ti filament, and tends to decrease as the filament diameter decreases. In particular, from 0.1 μm
From around 0.07 μm, the critical temperature decreases significantly,
While the critical temperature of bulk Nb—Ti is about 9.3K, the critical temperature at a filament diameter of 0.05 μm drops to 6.5K to 7K. Since a decrease in the critical temperature greatly affects the stability of the superconducting wire, the diameter of the Nb-Ti filament needs to be 0.07 [mu] m or more. On the other hand, when the diameter of the Nb—Ti filament is 0.15 μm or more, considering the application to an AC magnetic field of the commercial frequency order, it is close to the limit value of the hysteresis loss from a practical viewpoint, and in addition to the ultrafine filament. The improvement in the critical current density becomes remarkable at a filament diameter smaller than 0.15 μm. Therefore, the Nb-Ti filament diameter is 0.1
Make it 5 μm or less. In the case where a Cu-Ni-Mn alloy is used around the Nb-Ti filament, if ds / df is smaller than 0.3, the influence of the proximity effect appears remarkably, and the hysteresis loss greatly increases. Also, ds /
When df is larger than 0.4, the hysteresis loss can be reduced, but a significant improvement in the critical current density cannot be expected.

【0031】以上の説明から明らかなように、1T以上
の磁界中で使用される超電導線を対象にした場合、Cu
−Ni−Mn合金のMn濃度が1wt%〜3wt%にし
たときに良好な超電導特性が得られる。更には、フィラ
メントの直径が0.07〜0.15μm以下にし、且つ
隣り合うNb−Tiフィラメント同士の間隔dsとフィ
ラメント直径dfの比、ds/dfを0.3〜0.4に
することにより、更に良好な超電導特性を得ることがで
きる。
As apparent from the above description, when a superconducting wire used in a magnetic field of 1 T or more is used, Cu
Good superconductivity is obtained when the Mn concentration of the -Ni-Mn alloy is 1 wt% to 3 wt%. Furthermore, the diameter of the filament is set to 0.07 to 0.15 μm or less, and the ratio ds / df of the distance ds between adjacent Nb-Ti filaments to the filament diameter df is set to 0.3 to 0.4. , And even better superconductivity can be obtained.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上より明らかな如く、本発明によれ
ば、Cu−Ni−Mn合金層のMn濃度を1wt%〜3
wt%にしたので、ヒステリシス損失を低減しながら、
Nb−Tiフィラメントあたりの臨界電流密度を向上さ
せることができる。
As is clear from the above, according to the present invention, the Mn concentration of the Cu—Ni—Mn alloy layer is 1 wt% to 3 wt%.
wt%, while reducing hysteresis loss,
The critical current density per Nb-Ti filament can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるNb−Ti超電導線材の完成状態
における断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a completed state of an Nb—Ti superconducting wire according to the present invention.

【図2】本発明によるNb−Ti超電導線材の製造工程
における代表的な状態を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a typical state in a process of manufacturing an Nb—Ti superconducting wire according to the present invention.

【図3】本発明によるNb−Ti超電導線材の製造工程
を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing a manufacturing process of an Nb—Ti superconducting wire according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Cu−Ni−Mn管 2 Nb−Ti棒 2a Nb−Tiフィラメント 5,8,12 Cu−Ni管 5a,8a Cu−Ni層 7 安定化銅棒 10 安定化銅ビレット 11 安定化銅六角線 13 サブマルチ六角線 15 マルチビレット 16 交流用極細多芯Nb−Ti超電導線材 17 安定化銅六角線 18 シングルスタック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cu-Ni-Mn tube 2 Nb-Ti rod 2a Nb-Ti filament 5,8,12 Cu-Ni tube 5a, 8a Cu-Ni layer 7 Stabilized copper rod 10 Stabilized copper billet 11 Stabilized copper hexagonal wire 13 Sub multi hexagonal wire 15 Multi billet 16 Ultra-fine multi-core Nb-Ti superconducting wire for AC 17 Stabilized copper hexagonal wire 18 Single stack

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定数のNb−Tiフィラメントの相互
間にCu−Ni−Mn合金層を配置した構造のNb−T
i超電導線材において、 前記Cu−Ni−Mn合金層のMn濃度が、1wt%〜
3wt%であることを特徴とするNb−Ti超電導線
材。
An Nb-T having a structure in which a Cu-Ni-Mn alloy layer is arranged between a predetermined number of Nb-Ti filaments.
In the i superconducting wire, the Mn concentration of the Cu—Ni—Mn alloy layer is 1 wt% or more.
A Nb-Ti superconducting wire characterized by being 3 wt%.
【請求項2】 前記Nb−Tiフィラメントの直径が
0.07μm〜0.15μmであり、隣接する前記Nb
−Tiフィラメント同士の間隔dsと前記Nb−Tiフ
ィラメントの直径dfの比ds/dfが0.3〜0.4
であることを特徴とする請求項1記載のNb−Ti超電
導線材。
2. The method according to claim 1, wherein the Nb-Ti filament has a diameter of 0.07 μm to 0.15 μm,
The ratio ds / df of the distance ds between the Ti filaments to the diameter df of the Nb-Ti filament is 0.3 to 0.4.
The Nb-Ti superconducting wire according to claim 1, wherein
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WO2008044500A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho NbTi SUPERCONDUCTING WIRE ROD
CN110491597A (en) * 2019-07-31 2019-11-22 西部超导材料科技股份有限公司 A kind of preparation method of NbTi/CuMn/Cu super-conduct composite line material

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