JPH11111084A - 高臨界電流密度が得られるＮｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材及びその製造方法 - Google Patents
高臨界電流密度が得られるＮｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材及びその製造方法Info
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- JPH11111084A JPH11111084A JP9273050A JP27305097A JPH11111084A JP H11111084 A JPH11111084 A JP H11111084A JP 9273050 A JP9273050 A JP 9273050A JP 27305097 A JP27305097 A JP 27305097A JP H11111084 A JPH11111084 A JP H11111084A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超電導マグネットとした際に、コンパクト化
を実現でき、しかも１１Ｔ以上の磁場で高い臨界電流密
度を得ることができるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材及びその製
造方法と、上記Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材を用いた超電導マ
グネットを提供する。 【解決手段】 複数本のＮｂまたはＮｂ合金からなるフ
ィラメントがＣｕ−Ｓｎ基合金からなる母材中に埋設さ
れたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材であって、磁場１１〜１８Ｔ
で用いる場合には、上記フィラメントの直径が３μｍ以
下のものを採用し、磁場１８Ｔ以上で用いる場合には、
上記フィラメントの直径が３〜８μｍのものを採用す
る。また上記Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材を用いて超電導マグ
ネットを製造するにあたっては、磁場が１１〜１８Ｔと
なるコイルは、６００〜７００℃で熱処理を施し、磁場
が１８Ｔ以上となるコイルは、７００〜８００℃で熱処
理が施せばより高い臨界電流密度を得ることができる。
を実現でき、しかも１１Ｔ以上の磁場で高い臨界電流密
度を得ることができるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材及びその製
造方法と、上記Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材を用いた超電導マ
グネットを提供する。 【解決手段】 複数本のＮｂまたはＮｂ合金からなるフ
ィラメントがＣｕ−Ｓｎ基合金からなる母材中に埋設さ
れたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材であって、磁場１１〜１８Ｔ
で用いる場合には、上記フィラメントの直径が３μｍ以
下のものを採用し、磁場１８Ｔ以上で用いる場合には、
上記フィラメントの直径が３〜８μｍのものを採用す
る。また上記Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材を用いて超電導マグ
ネットを製造するにあたっては、磁場が１１〜１８Ｔと
なるコイルは、６００〜７００℃で熱処理を施し、磁場
が１８Ｔ以上となるコイルは、７００〜８００℃で熱処
理が施せばより高い臨界電流密度を得ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導発電機，核
融合炉，磁気浮上列車，核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置，物
性研究等に用いられる超電導マグネットと、マグネット
用コイルに用いられるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材と、その製
造方法に関するものである。
融合炉，磁気浮上列車，核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置，物
性研究等に用いられる超電導マグネットと、マグネット
用コイルに用いられるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材と、その製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超電導マグネットのコイル材として用い
られている金属系超電導線材には、ＮｂＴｉ線材とＮｂ
3 Ｓｎ線材の２種類がある。ＮｂＴｉ線材は、柔軟であ
ることから加工しやすいという特長があるが、超電導線
材として使用可能な磁場が約１０Ｔ以下の低磁場領域に
限られている。一方Ｎｂ3 Ｓｎは硬い金属間化合物であ
り、変形すると脆性破壊を招くことから、マグネットと
して用いる場合には、Ｎｂ線の周囲にＳｎを存在させた
複合線材を作製し、これをコイル状に形成した後、熱処
理を施すことによりＮｂ線にＳｎを拡散させＮｂ3 Ｓｎ
とすることが必要である。しかしながら、Ｎｂ3 Ｓｎ線
材の臨界磁場は２０Ｔ以上であり、上記ＮｂＴｉ線材を
用いることができない約１１Ｔ以上の領域でも超電導特
性を示すことから、高磁場が要求される超電導マグネッ
トには不可欠である。
られている金属系超電導線材には、ＮｂＴｉ線材とＮｂ
3 Ｓｎ線材の２種類がある。ＮｂＴｉ線材は、柔軟であ
ることから加工しやすいという特長があるが、超電導線
材として使用可能な磁場が約１０Ｔ以下の低磁場領域に
限られている。一方Ｎｂ3 Ｓｎは硬い金属間化合物であ
り、変形すると脆性破壊を招くことから、マグネットと
して用いる場合には、Ｎｂ線の周囲にＳｎを存在させた
複合線材を作製し、これをコイル状に形成した後、熱処
理を施すことによりＮｂ線にＳｎを拡散させＮｂ3 Ｓｎ
とすることが必要である。しかしながら、Ｎｂ3 Ｓｎ線
材の臨界磁場は２０Ｔ以上であり、上記ＮｂＴｉ線材を
用いることができない約１１Ｔ以上の領域でも超電導特
性を示すことから、高磁場が要求される超電導マグネッ
トには不可欠である。
【０００３】Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材の製法の一つとして
ブロンズ法が知られている。この方法は、Ｃｕ−Ｓｎ基
合金（ブロンズ）マトリックス中に、複数のＮｂ製芯材
を埋設し、その後伸線加工により上記芯材をフィラメン
トとし、６００℃〜８００℃で熱処理を施すことにより
Ｎｂ製のフィラメントに上記マトリックスのＳｎを拡散
させＮｂ3 Ｓｎを生成する方法である。尚、上記Ｃｕ−
Ｓｎ基合金やＮｂ製芯材には、高磁場領域での臨界電流
密度（Ｊｃ）を改善することを目的としてＴｉ，Ｔａ，
Ｚｒ，Ｈｆ等が添加された合金も用いられている。
ブロンズ法が知られている。この方法は、Ｃｕ−Ｓｎ基
合金（ブロンズ）マトリックス中に、複数のＮｂ製芯材
を埋設し、その後伸線加工により上記芯材をフィラメン
トとし、６００℃〜８００℃で熱処理を施すことにより
Ｎｂ製のフィラメントに上記マトリックスのＳｎを拡散
させＮｂ3 Ｓｎを生成する方法である。尚、上記Ｃｕ−
Ｓｎ基合金やＮｂ製芯材には、高磁場領域での臨界電流
密度（Ｊｃ）を改善することを目的としてＴｉ，Ｔａ，
Ｚｒ，Ｈｆ等が添加された合金も用いられている。
【０００４】これらの超電導線材をコイルにして超電導
マグネットは作製されるが、コイルは、クエンチ時の保
護のために複数のコイルに分割されている。また線材の
使用量を減らすために、図１に示す様に、それぞれのコ
イルは配設位置により大きさの適正化が図られており、
内側のコイルは、コイルの高さを低くする工夫（グレー
ディング）がなされている。このような断面構成をもつ
超電導マグネットを実際に励磁した場合、マグネットの
各コイルの磁場の大きさに分布が生じて、一般的に超電
導コイルの内側ほど磁場が高くなる傾向にあることか
ら、外側のコイルには、臨界磁場の低いＮｂＴｉ製線材
を用い、内側にはＮｂ3 Ｓｎ製線材を用いた超電導マグ
ネットが開発されている。
マグネットは作製されるが、コイルは、クエンチ時の保
護のために複数のコイルに分割されている。また線材の
使用量を減らすために、図１に示す様に、それぞれのコ
イルは配設位置により大きさの適正化が図られており、
内側のコイルは、コイルの高さを低くする工夫（グレー
ディング）がなされている。このような断面構成をもつ
超電導マグネットを実際に励磁した場合、マグネットの
各コイルの磁場の大きさに分布が生じて、一般的に超電
導コイルの内側ほど磁場が高くなる傾向にあることか
ら、外側のコイルには、臨界磁場の低いＮｂＴｉ製線材
を用い、内側にはＮｂ3 Ｓｎ製線材を用いた超電導マグ
ネットが開発されている。
【０００５】ところで、これらの超電導線材が用いられ
る超電導マグネットに要求される特性としては、発生磁
場の高いことがあり、発生磁場はコイルの巻数と相関が
あるので巻数は多くなる傾向にあり、高磁場を得る上で
超電導マグネットは益々大型化しており、装置のコンパ
クト化が要望されていた。
る超電導マグネットに要求される特性としては、発生磁
場の高いことがあり、発生磁場はコイルの巻数と相関が
あるので巻数は多くなる傾向にあり、高磁場を得る上で
超電導マグネットは益々大型化しており、装置のコンパ
クト化が要望されていた。
【０００６】尚、特公平７−３５５５８号公報及び特公
平７−３５５５９号公報には、Ｎｂ 3 Ｓｎ線材のフィラ
メント径を０．３〜５．０μｍに規定するＮｂ3 Ｓｎ超
電導線材が開示されている。但し、この技術は、４．２
Ｋで１０Ｔという低磁場におけるＪｃに基づいてフィラ
メント径が設定されたものであり、実際に超電導マグネ
ットのコイル材としたときに生じる磁場分布は考慮され
ておらず、１１Ｔ以上の磁場が要求される超電導マグネ
ットのコンパクト化に寄与する技術ではなかった。
平７−３５５５９号公報には、Ｎｂ 3 Ｓｎ線材のフィラ
メント径を０．３〜５．０μｍに規定するＮｂ3 Ｓｎ超
電導線材が開示されている。但し、この技術は、４．２
Ｋで１０Ｔという低磁場におけるＪｃに基づいてフィラ
メント径が設定されたものであり、実際に超電導マグネ
ットのコイル材としたときに生じる磁場分布は考慮され
ておらず、１１Ｔ以上の磁場が要求される超電導マグネ
ットのコンパクト化に寄与する技術ではなかった。
【０００７】
【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、超電導マグネットとした
際に、コンパクト化を実現でき、しかも１１Ｔ以上の磁
場で高い臨界電流密度を得ることができるＮｂ3 Ｓｎ超
電導線材及びその製造方法と、上記Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線
材を用いた超電導マグネットを提供しようとするもので
ある。
目してなされたものであって、超電導マグネットとした
際に、コンパクト化を実現でき、しかも１１Ｔ以上の磁
場で高い臨界電流密度を得ることができるＮｂ3 Ｓｎ超
電導線材及びその製造方法と、上記Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線
材を用いた超電導マグネットを提供しようとするもので
ある。
【０００８】
【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、複数本のＮｂまたはＮｂ合金からなるフィラメ
ントがＣｕ−Ｓｎ基合金からなる母材中に埋設され、超
電導線として磁場１１〜１８Ｔで用いられるＮｂ3 Ｓｎ
超電導線材であって、上記フィラメントの直径が３μｍ
以下であることを要旨とするものであり、また超電導線
として磁場１８Ｔ以上で用いられるＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材の場合には、上記フィラメントの直径が３〜８μｍで
あることを要旨とする。
明とは、複数本のＮｂまたはＮｂ合金からなるフィラメ
ントがＣｕ−Ｓｎ基合金からなる母材中に埋設され、超
電導線として磁場１１〜１８Ｔで用いられるＮｂ3 Ｓｎ
超電導線材であって、上記フィラメントの直径が３μｍ
以下であることを要旨とするものであり、また超電導線
として磁場１８Ｔ以上で用いられるＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材の場合には、上記フィラメントの直径が３〜８μｍで
あることを要旨とする。
【０００９】更に、磁場１１〜１８Ｔで用いる超電導線
材を製造する場合には、ＮｂまたはＮｂ合金からなるフ
ィラメントの直径を３μｍ以下とし、磁場１８Ｔ以上で
用いる超電導線材を製造する場合には、上記フィラメン
トの直径を３〜８μｍとすることにより高臨界電流密度
が得られるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を製造することができ
る。
材を製造する場合には、ＮｂまたはＮｂ合金からなるフ
ィラメントの直径を３μｍ以下とし、磁場１８Ｔ以上で
用いる超電導線材を製造する場合には、上記フィラメン
トの直径を３〜８μｍとすることにより高臨界電流密度
が得られるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を製造することができ
る。
【００１０】またＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を用いて発生磁
場の高い超電導マグネットを得るにあたっては、磁場が
１１〜１８Ｔとなる部分には、フィラメントの直径が３
μｍ以下であるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材製コイルを配設
し、磁場が１８Ｔ以上となる部分には、フィラメントの
直径が３〜８μｍであるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材製コイル
を配設することが推奨され、更に、磁場が１１〜１８Ｔ
となるコイルは、６００〜７００℃で熱処理を施し、磁
場が１８Ｔ以上となるコイルは、７００〜８００℃で熱
処理が施せばより高い臨界電流密度を得ることができ
る。
場の高い超電導マグネットを得るにあたっては、磁場が
１１〜１８Ｔとなる部分には、フィラメントの直径が３
μｍ以下であるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材製コイルを配設
し、磁場が１８Ｔ以上となる部分には、フィラメントの
直径が３〜８μｍであるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材製コイル
を配設することが推奨され、更に、磁場が１１〜１８Ｔ
となるコイルは、６００〜７００℃で熱処理を施し、磁
場が１８Ｔ以上となるコイルは、７００〜８００℃で熱
処理が施せばより高い臨界電流密度を得ることができ
る。
【００１１】尚、前述の通り、Ｎｂ3 Ｓｎは硬い金属間
化合物であるので、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、ブロンズ
法における熱処理前の段階で流通することが一般的であ
り、最終的な使用形態に形成した後、熱処理を施すこと
によりＮｂ3 Ｓｎが生成されている。従って、本発明に
おけるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材のフィラメント径とは、熱
処理が施される前のＮｂまたはＮｂ合金製のフィラメン
トの直径であり、換言すれば、ブロンズ法においてＣｕ
−Ｓｎ基合金の母材中にＮｂまたはＮｂ合金製芯材を埋
設しフィラメントに伸線加工した後の直径である。
化合物であるので、Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材は、ブロンズ
法における熱処理前の段階で流通することが一般的であ
り、最終的な使用形態に形成した後、熱処理を施すこと
によりＮｂ3 Ｓｎが生成されている。従って、本発明に
おけるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材のフィラメント径とは、熱
処理が施される前のＮｂまたはＮｂ合金製のフィラメン
トの直径であり、換言すれば、ブロンズ法においてＣｕ
−Ｓｎ基合金の母材中にＮｂまたはＮｂ合金製芯材を埋
設しフィラメントに伸線加工した後の直径である。
【００１２】
【発明の実施の形態】発生磁場の高い超電導マグネット
をコンパクト化するには、電流密度を増加する方法が考
えられる。この為には、超電導マグネットに用いる超電
導線の臨界電流密度Ｊｃを向上させることが必要であ
る。
をコンパクト化するには、電流密度を増加する方法が考
えられる。この為には、超電導マグネットに用いる超電
導線の臨界電流密度Ｊｃを向上させることが必要であ
る。
【００１３】本発明者らはＮｂ3 Ｓｎ超電導線材の超電
導特性について鋭意研究を重ねた結果、Ｎｂ3 Ｓｎ超電
導線材のフィラメント径とＪｃとの間には特異な依存性
があることを見出した。即ち、磁場の強さによって、Ｊ
ｃとフィラメント径の相関が正負反対になるのである。
図２は、後述の実施例１の試験結果であり、１５〜２３
Ｔの磁場におけるＪｃとフィラメント径の関係をグラフ
に示したものである。磁場が１８Ｔの場合には、フィラ
メント径が８μｍ以下の範囲においてＪｃはフィラメン
ト径に関係なくほぼ一定であるが、１８Ｔ未満の磁場で
は、フィラメント径が５μｍ以下の範囲において、フィ
ラメント径が小さいほどＪｃは増加している。更に磁場
が１８Ｔを超えると、フィラメント径が約６μｍの範囲
において、フィラメント径が大きいほうがＪｃは増加し
ている。
導特性について鋭意研究を重ねた結果、Ｎｂ3 Ｓｎ超電
導線材のフィラメント径とＪｃとの間には特異な依存性
があることを見出した。即ち、磁場の強さによって、Ｊ
ｃとフィラメント径の相関が正負反対になるのである。
図２は、後述の実施例１の試験結果であり、１５〜２３
Ｔの磁場におけるＪｃとフィラメント径の関係をグラフ
に示したものである。磁場が１８Ｔの場合には、フィラ
メント径が８μｍ以下の範囲においてＪｃはフィラメン
ト径に関係なくほぼ一定であるが、１８Ｔ未満の磁場で
は、フィラメント径が５μｍ以下の範囲において、フィ
ラメント径が小さいほどＪｃは増加している。更に磁場
が１８Ｔを超えると、フィラメント径が約６μｍの範囲
において、フィラメント径が大きいほうがＪｃは増加し
ている。
【００１４】従って、超電導線材に用いるフィラメント
の径を一定にするのではなく、超電導線材として用いる
環境の磁場に応じてフィラメント径を設定することが、
高いＪｃを得る上で、非常に有効であることが分かる。
具体的には、(i) １８Ｔ未満の磁場で用いる場合には、
５μｍ以下でできるだけ小さい径のフィラメント径を用
いて超電導線材を製造することにより、高いＪｃを得る
ことができ、３μｍ以下が望ましい。但し、フィラメン
ト径が１μｍより小さくなると逆に臨界電流密度が低く
なる傾向があるので、下限は０．２μｍとすることが必
要であり、０．３μｍ以上が望ましい。(ii)１８Ｔ以上
の磁場で用いる場合には、フィラメント径が大きい程、
高いＪｃが得られるが、８μｍを超えるとＪｃが低くな
るので、上限は８μｍとすべきであり、６μｍ以下が望
ましい。一方フィラメント径の下限は、高いＪｃを得る
上で、３μｍ以上とすべきであり、４μｍ以上がより望
ましい。
の径を一定にするのではなく、超電導線材として用いる
環境の磁場に応じてフィラメント径を設定することが、
高いＪｃを得る上で、非常に有効であることが分かる。
具体的には、(i) １８Ｔ未満の磁場で用いる場合には、
５μｍ以下でできるだけ小さい径のフィラメント径を用
いて超電導線材を製造することにより、高いＪｃを得る
ことができ、３μｍ以下が望ましい。但し、フィラメン
ト径が１μｍより小さくなると逆に臨界電流密度が低く
なる傾向があるので、下限は０．２μｍとすることが必
要であり、０．３μｍ以上が望ましい。(ii)１８Ｔ以上
の磁場で用いる場合には、フィラメント径が大きい程、
高いＪｃが得られるが、８μｍを超えるとＪｃが低くな
るので、上限は８μｍとすべきであり、６μｍ以下が望
ましい。一方フィラメント径の下限は、高いＪｃを得る
上で、３μｍ以上とすべきであり、４μｍ以上がより望
ましい。
【００１５】超電導マグネットを設計するにあたって
は、高磁場となる内側のコイルに、１８Ｔ以上の磁場用
超電導線材を採用し、低磁場となる外側のコイルに、１
８Ｔ未満の磁場用超電導線材を採用すれば良い。また、
１８Ｔ未満の磁場に用いられるコイルには、フィラメン
ト径で０．２μｍを下限として、細いフィラメントを採
用すれば良いので、その分Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材を細く
することができ、１８Ｔ未満の磁場に用いるコイルを大
幅にコンパクト化することが可能である。このような磁
場領域によるＪｃのフィラメント径依存性の違いについ
ては、完全に解明された訳ではないが、以下のように考
察できる。
は、高磁場となる内側のコイルに、１８Ｔ以上の磁場用
超電導線材を採用し、低磁場となる外側のコイルに、１
８Ｔ未満の磁場用超電導線材を採用すれば良い。また、
１８Ｔ未満の磁場に用いられるコイルには、フィラメン
ト径で０．２μｍを下限として、細いフィラメントを採
用すれば良いので、その分Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材を細く
することができ、１８Ｔ未満の磁場に用いるコイルを大
幅にコンパクト化することが可能である。このような磁
場領域によるＪｃのフィラメント径依存性の違いについ
ては、完全に解明された訳ではないが、以下のように考
察できる。
【００１６】超電導体のＪｃは量子化磁束のピンニング
のされ方に依存することは知られている。但し、Ｎｂ3
Ｓｎの場合は、図３に示す様に、規格化した磁場の値：
ｈ（Ｈ／Ｈc2 * であり、Ｈは磁場，Ｈc2 * は上部臨界磁
場）が約０．７（〜０．８）以上の領域では、ピンニン
グ力が飽和特性を示すのであり、この領域でのＪｃはＨ
c2 * に大きく依存することを本発明者らは見出し、既に
報告している（東北大学金属材料研究所強磁場超伝導材
料研究センター平成８年度年次報告、第 120〜123
頁）。すなわち、規格化磁場ｈが約０．７（〜０．８）
以上の領域では、Ｈ c2 * が高くなるほどＪｃも高くなる
のである。これは、規格化磁場ｈが約０．７（〜０．
８）を境として量子化磁束とピンニングセンターの間の
相関が変化するために、このようなＪｃのフィラメント
径依存性が発現するものと考えられ、詳細には上部臨界
磁場の７，８割程度より低い約１８Ｔ未満では、ピンニ
ング効果によりＪｃは高まるのでフィラメント径をでき
るだけ小さくしてフィラメント断面における結晶粒面積
を小さくすることが有効であり、一方、上部臨界磁場に
近い高磁場領域ではピンニング効果が飽和し、むしろフ
ィラメント径を大きくすることでＨc2 * を高めることが
でき、Ｊｃも高まるものと考えられる。
のされ方に依存することは知られている。但し、Ｎｂ3
Ｓｎの場合は、図３に示す様に、規格化した磁場の値：
ｈ（Ｈ／Ｈc2 * であり、Ｈは磁場，Ｈc2 * は上部臨界磁
場）が約０．７（〜０．８）以上の領域では、ピンニン
グ力が飽和特性を示すのであり、この領域でのＪｃはＨ
c2 * に大きく依存することを本発明者らは見出し、既に
報告している（東北大学金属材料研究所強磁場超伝導材
料研究センター平成８年度年次報告、第 120〜123
頁）。すなわち、規格化磁場ｈが約０．７（〜０．８）
以上の領域では、Ｈ c2 * が高くなるほどＪｃも高くなる
のである。これは、規格化磁場ｈが約０．７（〜０．
８）を境として量子化磁束とピンニングセンターの間の
相関が変化するために、このようなＪｃのフィラメント
径依存性が発現するものと考えられ、詳細には上部臨界
磁場の７，８割程度より低い約１８Ｔ未満では、ピンニ
ング効果によりＪｃは高まるのでフィラメント径をでき
るだけ小さくしてフィラメント断面における結晶粒面積
を小さくすることが有効であり、一方、上部臨界磁場に
近い高磁場領域ではピンニング効果が飽和し、むしろフ
ィラメント径を大きくすることでＨc2 * を高めることが
でき、Ｊｃも高まるものと考えられる。
【００１７】尚、図４は、後述する実施例１で得られた
線材のＨc2 * をKramer plot により求めフィラメント径
との関係で整理したグラフであり、フィラメント径が大
きいほどＨc2 * も高くなっており、フィラメント径とＨ
c2 * の間にも相関のあることが分かる。特に３μｍまで
は、Ｈc2 * のフィラメント径依存性が大きく、図２のグ
ラフと同様、フィラメント径３μｍに変曲点が見られ
る。図４のグラフにおいて、フィラメント径３μｍ以上
におけるＨc2 * は約２５Ｔであり、ｈが約０．７（〜
０．８）以上の磁場領域とは、約１８Ｔ以上の磁場とな
る。この結果は、図２のグラフにおいて１８Ｔ以上の場
合に、フィラメント径が大きいほどＪｃが高くなり、特
に３μｍ以上で大きな値を示す結果と一致している。
線材のＨc2 * をKramer plot により求めフィラメント径
との関係で整理したグラフであり、フィラメント径が大
きいほどＨc2 * も高くなっており、フィラメント径とＨ
c2 * の間にも相関のあることが分かる。特に３μｍまで
は、Ｈc2 * のフィラメント径依存性が大きく、図２のグ
ラフと同様、フィラメント径３μｍに変曲点が見られ
る。図４のグラフにおいて、フィラメント径３μｍ以上
におけるＨc2 * は約２５Ｔであり、ｈが約０．７（〜
０．８）以上の磁場領域とは、約１８Ｔ以上の磁場とな
る。この結果は、図２のグラフにおいて１８Ｔ以上の場
合に、フィラメント径が大きいほどＪｃが高くなり、特
に３μｍ以上で大きな値を示す結果と一致している。
【００１８】ところで、特公平７−３５５５８号公報及
び特公平７−３５５５９号公報には、Ｎｂ3 Ｓｎ線材の
フィラメント径を０．３〜５．０μｍに規定するＮｂ3
Ｓｎ超電導線材が開示されているが、この技術は、４．
２Ｋで１０Ｔという低磁場におけるＪｃに基づいてフィ
ラメント径が設定されたものであり、実際に超電導マグ
ネットのコイル材としたときに生じる磁場分布は考慮さ
れていない。換言すれば、従来技術では、Ｎｂ3 Ｓｎ超
電導線材を用いた超電導マグネットにおいて、１１Ｔ以
上の（特に１８Ｔを超えるような）高磁場におけるＪｃ
とフィラメント径の関係は知られておらず、超電導コイ
ルの磁場に応じてフィラメント径を制御することは行わ
れていなかった。即ち、これまでは超電導線材の各経験
磁場でのフィラメント径の最適化ができていなかったた
め十分に高いＪｃが得られておらず、これが高磁場マグ
ネットの肥大化につながり、コストも必要以上に高くな
っていたものである。これに対して、本発明では、前述
の通り、低磁場と高磁場との間の磁場領域によるＪｃの
フィラメント径依存性の違いを最大限に生かすことで、
高いＪｃを得ることができる超電導マグネットをよりコ
ンパクトな形で製造することを可能にしたものである。
び特公平７−３５５５９号公報には、Ｎｂ3 Ｓｎ線材の
フィラメント径を０．３〜５．０μｍに規定するＮｂ3
Ｓｎ超電導線材が開示されているが、この技術は、４．
２Ｋで１０Ｔという低磁場におけるＪｃに基づいてフィ
ラメント径が設定されたものであり、実際に超電導マグ
ネットのコイル材としたときに生じる磁場分布は考慮さ
れていない。換言すれば、従来技術では、Ｎｂ3 Ｓｎ超
電導線材を用いた超電導マグネットにおいて、１１Ｔ以
上の（特に１８Ｔを超えるような）高磁場におけるＪｃ
とフィラメント径の関係は知られておらず、超電導コイ
ルの磁場に応じてフィラメント径を制御することは行わ
れていなかった。即ち、これまでは超電導線材の各経験
磁場でのフィラメント径の最適化ができていなかったた
め十分に高いＪｃが得られておらず、これが高磁場マグ
ネットの肥大化につながり、コストも必要以上に高くな
っていたものである。これに対して、本発明では、前述
の通り、低磁場と高磁場との間の磁場領域によるＪｃの
フィラメント径依存性の違いを最大限に生かすことで、
高いＪｃを得ることができる超電導マグネットをよりコ
ンパクトな形で製造することを可能にしたものである。
【００１９】更に本発明者らは、１８Ｔ以上の高磁場で
高Ｊｃを実現するためにはＮｂ3 Ｓｎ生成熱処理の条件
も最適化することも有効であることを見出した。図５
は、後述の実施例２の試験結果であり、熱処理温度とＨ
c2 * の関係について調べたものである。６５０〜７５０
℃において熱処理温度の上昇とともにＨc2 * は増加し、
特に７００℃よりも高温でのＨc2 * の値が大きくなるこ
とが分かる。この様にＨ c2 * の増加とともにＪｃも増加
するので、高いＪｃを得る上で、熱処理温度を７００℃
以上とすることが望ましい。但し、熱処理温度が高過ぎ
ると、熱的及び電磁気的な安定化のために配置している
銅が一部蒸発してしまい、線材の安定化を損なうので、
８００℃を以下とすることが必要である。
高Ｊｃを実現するためにはＮｂ3 Ｓｎ生成熱処理の条件
も最適化することも有効であることを見出した。図５
は、後述の実施例２の試験結果であり、熱処理温度とＨ
c2 * の関係について調べたものである。６５０〜７５０
℃において熱処理温度の上昇とともにＨc2 * は増加し、
特に７００℃よりも高温でのＨc2 * の値が大きくなるこ
とが分かる。この様にＨ c2 * の増加とともにＪｃも増加
するので、高いＪｃを得る上で、熱処理温度を７００℃
以上とすることが望ましい。但し、熱処理温度が高過ぎ
ると、熱的及び電磁気的な安定化のために配置している
銅が一部蒸発してしまい、線材の安定化を損なうので、
８００℃を以下とすることが必要である。
【００２０】一方、ｈが約０．７未満の低磁場側では、
ピンニング力は非飽和的な特性を示し、Ｎｂ3 Ｓｎ結晶
粒が微細な程、高いＪｃを実現できる。従って、磁場が
１８Ｔ未満の領域で用いる場合には、Ｎｂ3 Ｓｎを生成
する際の熱処理温度は低い方が望ましく、６００〜７０
０℃の温度範囲が望ましい。
ピンニング力は非飽和的な特性を示し、Ｎｂ3 Ｓｎ結晶
粒が微細な程、高いＪｃを実現できる。従って、磁場が
１８Ｔ未満の領域で用いる場合には、Ｎｂ3 Ｓｎを生成
する際の熱処理温度は低い方が望ましく、６００〜７０
０℃の温度範囲が望ましい。
【００２１】以下、本発明を実施例によって更に詳細に
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもの
ではなく、前・後記の主旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２２】
【実施例】実施例１ 図６に、本実施例で作製した超電導線材の基本的構造を
示す。Ｃｕ−１４wt％Ｓｎ−０．３wt％Ｔｉ合金からな
るマトリックス１１の中に１９本のＮｂ合金製ロッド１
２を挿入し、これを用いて静水圧押出しを行った後、引
き抜き加工により六角材１３に加工した。尚、上記Ｎｂ
合金製ロッド１２としては、Ｔａ量の異なる２種類のＮ
ｂ合金を用いた。ここでＮｂ−７．５wt％Ｔａを用いた
ものをＡ材、Ｎｂ−１．０wt％Ｔａを用いたものをＢ材
と呼ぶ。Ａ材では２８５１本の六角材１３を束ね、Ｂ材
では２０５３本の六角材をスタックした後、その外周に
Ｎｂのシートを約１０層巻き付けＳｎ拡散防止用のバリ
ア１４とし、その外周に安定化のために無酸素銅１５を
配置した。このようにして組み立てたビレットを用いて
再び静水圧押出しを行い、次いで引き抜き加工により以
下の種々の線径のフィラメントとした。即ち、Ａ材はフ
ィラメント径が１．６μｍ，２．７μｍ，４．５μｍ，
４．８μｍ，６．３μｍ，７．９μｍになる様に伸線加
工し、Ｂ材は１．９μｍ，３．０μｍ，５．０μｍ，
６．０μｍ，７．０μｍ，８．０μｍ，８．７μｍにな
るよう伸線加工した。尚、この伸線加工の工程において
は、途中で適宜中間焼鈍を施した。
示す。Ｃｕ−１４wt％Ｓｎ−０．３wt％Ｔｉ合金からな
るマトリックス１１の中に１９本のＮｂ合金製ロッド１
２を挿入し、これを用いて静水圧押出しを行った後、引
き抜き加工により六角材１３に加工した。尚、上記Ｎｂ
合金製ロッド１２としては、Ｔａ量の異なる２種類のＮ
ｂ合金を用いた。ここでＮｂ−７．５wt％Ｔａを用いた
ものをＡ材、Ｎｂ−１．０wt％Ｔａを用いたものをＢ材
と呼ぶ。Ａ材では２８５１本の六角材１３を束ね、Ｂ材
では２０５３本の六角材をスタックした後、その外周に
Ｎｂのシートを約１０層巻き付けＳｎ拡散防止用のバリ
ア１４とし、その外周に安定化のために無酸素銅１５を
配置した。このようにして組み立てたビレットを用いて
再び静水圧押出しを行い、次いで引き抜き加工により以
下の種々の線径のフィラメントとした。即ち、Ａ材はフ
ィラメント径が１．６μｍ，２．７μｍ，４．５μｍ，
４．８μｍ，６．３μｍ，７．９μｍになる様に伸線加
工し、Ｂ材は１．９μｍ，３．０μｍ，５．０μｍ，
６．０μｍ，７．０μｍ，８．０μｍ，８．７μｍにな
るよう伸線加工した。尚、この伸線加工の工程において
は、途中で適宜中間焼鈍を施した。
【００２３】得られたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に６７０℃
で１００時間の熱処理を施すことにより、マトリックス
１１に含有されるＳｎをＮｂ合金製フィラメントに拡散
させてＮｂ3 Ｓｎを生成してＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を得
た。
で１００時間の熱処理を施すことにより、マトリックス
１１に含有されるＳｎをＮｂ合金製フィラメントに拡散
させてＮｂ3 Ｓｎを生成してＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を得
た。
【００２４】得られた各種のＮｂ3 Ｓｎ超電導線の１５
〜２３Ｔにおける臨界電流（Ｉｃ）を４端子法（基準電
圧１００μＶ／ｍ）で測定し、Ｉｃを非銅部の面積で除
してＪｃを求めた。結果は、図２に示す。ここで、○印
はＡ材の、▲印はＢ材についての実験結果である。これ
より、Ａ材，Ｂ材ともに、ほぼ１８Ｔを境としてＪｃの
フィラメント径依存性の相関が正負逆転しており、磁場
１１〜１８Ｔで用いる超電導線材を製造する場合には、
上記フィラメントの直径を３μｍ以下とし、磁場１８Ｔ
以上で用いる超電導線材を製造する場合には、上記フィ
ラメントの直径を３〜８μｍとすることにより高臨界電
流密度が得られるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を製造すること
ができることが分かる。
〜２３Ｔにおける臨界電流（Ｉｃ）を４端子法（基準電
圧１００μＶ／ｍ）で測定し、Ｉｃを非銅部の面積で除
してＪｃを求めた。結果は、図２に示す。ここで、○印
はＡ材の、▲印はＢ材についての実験結果である。これ
より、Ａ材，Ｂ材ともに、ほぼ１８Ｔを境としてＪｃの
フィラメント径依存性の相関が正負逆転しており、磁場
１１〜１８Ｔで用いる超電導線材を製造する場合には、
上記フィラメントの直径を３μｍ以下とし、磁場１８Ｔ
以上で用いる超電導線材を製造する場合には、上記フィ
ラメントの直径を３〜８μｍとすることにより高臨界電
流密度が得られるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を製造すること
ができることが分かる。
【００２５】実施例２ Ｃｕ−１５wt％Ｓｎ−０．３wt％Ｔｉからなるマトリッ
クスと、純Ｎｂ製ロッドを用いて六角材に加工し、これ
を１３２１本スタックしたこと以外は、実施例１と同様
にして、ビレットを組み立て静水圧押出を行い、引き抜
き加工によりフィラメント径が６μｍとなるまで伸線加
工した。得られたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に対して６５０
℃，６７０℃，７００℃，７２０℃，７５０℃で、それ
ぞれ１００時間または１５０時間の熱処理を施して、Ｎ
ｂ製フィラメントにＳｎを拡散させＮｂ3 Ｓｎを生成さ
せた。
クスと、純Ｎｂ製ロッドを用いて六角材に加工し、これ
を１３２１本スタックしたこと以外は、実施例１と同様
にして、ビレットを組み立て静水圧押出を行い、引き抜
き加工によりフィラメント径が６μｍとなるまで伸線加
工した。得られたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材に対して６５０
℃，６７０℃，７００℃，７２０℃，７５０℃で、それ
ぞれ１００時間または１５０時間の熱処理を施して、Ｎ
ｂ製フィラメントにＳｎを拡散させＮｂ3 Ｓｎを生成さ
せた。
【００２６】得られたＮｂ3 Ｓｎ超電導線について、臨
界電流Ｉｃを測定した。結果は図７に示す。ここで、■
は各温度における熱処理を１００時間施したもの、○は
１５０時間施したＮｂ3 Ｓｎ超電導線のデータであり、
いずれの場合にも、熱処理温度とともにＩｃが上昇して
おり、特に７００℃以上で熱処理をしたときのＩｃが高
くなることが分かる。
界電流Ｉｃを測定した。結果は図７に示す。ここで、■
は各温度における熱処理を１００時間施したもの、○は
１５０時間施したＮｂ3 Ｓｎ超電導線のデータであり、
いずれの場合にも、熱処理温度とともにＩｃが上昇して
おり、特に７００℃以上で熱処理をしたときのＩｃが高
くなることが分かる。
【００２７】尚、図５は２．１Ｋおよび４．２Ｋにおけ
るＨc2 * と生成熱処理温度の関係を示すグラフであり、
ここに示すように、測定温度を変化させた場合でもＨc2
* は７００℃以上の熱処理によって著しく向上すること
が分かる。
るＨc2 * と生成熱処理温度の関係を示すグラフであり、
ここに示すように、測定温度を変化させた場合でもＨc2
* は７００℃以上の熱処理によって著しく向上すること
が分かる。
【００２８】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、超電導マグネットとした際に、コンパクト化を実現
でき、しかも１１Ｔ以上の磁場で高い臨界電流密度を得
ることができるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材及びその製造方法
と、上記Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材を用いた超電導マグネッ
トが提供できることとなった。
で、超電導マグネットとした際に、コンパクト化を実現
でき、しかも１１Ｔ以上の磁場で高い臨界電流密度を得
ることができるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材及びその製造方法
と、上記Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線材を用いた超電導マグネッ
トが提供できることとなった。
【図１】超電導マグネットのコイル構成の一例を示す概
略断面説明図である。
略断面説明図である。
【図２】実施例１における各磁場でのＪｃとフィラメン
ト径の関係を示すグラフである。
ト径の関係を示すグラフである。
【図３】規格化磁場（ｈ）とピンニング力（Ｆｐ）の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図４】実施例１におけるＨc2 * とフィラメント径の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図５】実施例２におけるＨc2 * と熱処理温度の関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図６】実施例１及び２において作製した超電導線材を
示す概略断面説明図である。
示す概略断面説明図である。
【図７】実施例２における２１ＴでのＩｃと熱処理温度
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
１ コイル １１ ブロンズ製マトリックス １２ Ｎｂ合金製ロッド １３ 六角材 １４ Ｓｎ拡散防止用バリア １５ 無酸素銅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷 隆司 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 村上 幸伸 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 (5)
- 【請求項１】 複数本のＮｂまたはＮｂ合金からなるフ
ィラメントがＣｕ−Ｓｎ基合金からなる母材中に埋設さ
れ、超電導線として磁場１１〜１８Ｔで用いられるＮｂ
3 Ｓｎ超電導線材であって、 上記フィラメントの直径が３μｍ以下であることを特徴
とする高臨界電流密度が得られるＮｂ3 Ｓｎ超電導線
材。 - 【請求項２】 複数本のＮｂまたはＮｂ合金からなるフ
ィラメントがＣｕ−Ｓｎ基合金からなる母材中に埋設さ
れ、超電導線として磁場１８Ｔ以上で用いられるＮｂ3
Ｓｎ超電導線材であって、上記フィラメントの直径が３
〜８μｍであることを特徴とする高臨界電流密度が得ら
れるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材。 - 【請求項３】 複数本のＮｂまたはＮｂ合金からなる芯
材をＣｕ−Ｓｎ基合金からなる母材中に埋設した後、伸
線加工により上記芯材をフィラメントとするＮｂ3 Ｓｎ
超電導線材の製造方法であって、 磁場１１〜１８Ｔで用いる超電導線材を製造する場合に
は、上記フィラメントの直径を３μｍ以下とし、 磁場１８Ｔ以上で用いる超電導線材を製造する場合に
は、上記フィラメントの直径を３〜８μｍとすることを
特徴とする高臨界電流密度が得られるＮｂ3 Ｓｎ超電導
線材の製造方法。 - 【請求項４】 複数本のＮｂまたはＮｂ合金からなるフ
ィラメントがＣｕ−Ｓｎ基合金からなる母材中に埋設さ
れたＮｂ3 Ｓｎ超電導線材を用いてなる超電導マグネッ
トであって、 磁場が１１〜１８Ｔとなる部分には、上記フィラメント
の直径が３μｍ以下であるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材製コイ
ルが配設されると共に、 磁場が１８Ｔ以上となる部分には、上記フィラメントの
直径が３〜８μｍであるＮｂ3 Ｓｎ超電導線材製コイル
が配設されてなることを特徴とする超電導マグネット。 - 【請求項５】 磁場が１１〜１８Ｔとなる部分のコイル
は、６００〜７００℃で熱処理が施され、 磁場が１８Ｔ以上となる部分のコイルは、７００〜８０
０℃で熱処理が施されてなる請求項４に記載の超電導マ
グネット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27305097A JP3603565B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 高臨界電流密度が得られるＮｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27305097A JP3603565B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 高臨界電流密度が得られるＮｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11111084A true JPH11111084A (ja) | 1999-04-23 |
| JP3603565B2 JP3603565B2 (ja) | 2004-12-22 |
Family
ID=17522470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27305097A Expired - Fee Related JP3603565B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 高臨界電流密度が得られるＮｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3603565B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005087533A1 (de) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Thyssenkrupp Transrapid Gmbh | Magnetpol für magnetschwebefahrzeuge |
-
1997
- 1997-10-06 JP JP27305097A patent/JP3603565B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005087533A1 (de) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Thyssenkrupp Transrapid Gmbh | Magnetpol für magnetschwebefahrzeuge |
| US7911312B2 (en) | 2004-03-09 | 2011-03-22 | Thyssenkrupp Transrapid Gmbh | Magnet pole for magnetic levitation vehicles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3603565B2 (ja) | 2004-12-22 |
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