JPS58189908A - 繊維分散型Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維分散！ＩＮｂ＠　８ｎ超電導線材の製造法
に関する。更に詳しくは加工性の良い鋼−ニオブ合金と
これと同等に加工性の棗いチタン合金を複合化させた−
のを使用し、強磁界特性の改良された繊維分散型Ｎｂ５
８ｎ超電導線材の製造法に関する。

超電導線材を用いると電力消費なしに大電流を流すこと
ができ、しかも強磁界まで超電導状態が保たれることか
ら、強磁界発生用電磁石の巻線材として利用が進められ
ている。現在、最も広く使用されている線材は、Ｎｂ−
Ｔｉ系の合金線材であるが、この合金線材の発生磁界は
９テスラ（９０，０００ガウス）の限度があり、これ以
上の強磁界を必要とする場合には、臨界磁界の高い化合
物系超電導体を用いる必要がある。しかし、化合物系超
電導体は可塑性に欠ける点が実用化に際しての大きな障
害罠なっていた。近年、表面拡散法および複合加工法な
どの拡散を利用した方法が発明され、ＮｂｚＳｎ　（臨
界温度：約１８Ｋ、臨界磁界：約２１テスラ）およびＶ
ＩＧｍ　（臨界温度：約１５Ｋ、臨界磁界：約２２テス
ラ）の化合物系超電導線材が実用化されるようになった
。

この内複合加工法は、例えばＮｂ５８ｎにおいてはニオ
ブ基体と銅−錫合金基体とｔ＠着させ、線状を九はテー
プ状に加工したのち、熱処理によって鋼−錫合金基体中
の錫を選択的にニオブと反応させてＮｂｓ　８ｎ化合物
層を境界面に生成させる方法で、固体拡散法の１ｍでお
る。この固体拡散法を利用して銅−錫合金基体中に多数
あニオブ棒を場込んｆｅｌ［合体を線状に加工して熱処
理することによっで、磁界変化に対して安定なＮｂ１８
ｎ化合−極細多芯線の製造が可能となつた・また、Ｖｍ
ＧａｍＧａ化合物極細線２５線の製造法で作製できる。

このよりなｔＩ！面拡散法や複合加工法によって作製さ
れたＮｂ５８ｎあるいはｖ３−化合物線材はすでに物性
研究用などの小量強磁界マグネットとして利用されてい
る。

しかし、この複合加工法では、最初に複合体管作製する
複雑な工程が必要であり、また、Ｎｂ３８ｎの場合、鋼
−錫合金基体は加工により著しく硬化するため、鋼中の
錫の含有量は８原子％Ｓ度以下に限定され、大量のＮｂ
５Ｓｎ層の生成が困難であるとともに、断面縮少率が約
４０ｃ！ｂ毎に中間焼鈍を必要とし、実用的な長尺線材
を作るには焼鈍回数が極めて多くなり、合金線材に比較
して製造コスＦが著しく高くなる。さらに、複合加工線
材は機械的強度が比較的弱く、実用に供するときは補強
材との組合せから全断面積当りの臨界電流容量が低くな
る難点があった。

最近、この一点を克服した繊維分ｖＬＷの線材作製法が
開発された。この製造法は鋼−ニオブ合金基体をアーク
溶解おるいは高周波溶解により溶製して、鋼マトリツク
ス内にニオブの微細なデンドライト粒子が均一に分散し
たインゴットを作製する。この合金は加工性に優れ、−
中間焼鈍を必要とせずに任意の径に加工することができ
る。この加工によりニオブ粒子は大きな変形を受は極め
て細長い繊維状となって、線材のなかに密接して多数分
散されたものとなる。この線材表面に好ましい量の錫を
電気メッキなどによって付着させて熱処理をおこなうと
錫が内部に拡散してニオブ繊維と反応して、Ｎｂ５８ｎ
の極細繊維を多数含んだ線材となる。この含有繊維は径
が細かく間隔も狭いため繊維自体が強化の役目を果して
線材自身の強度を高めると共に曲げや引張りなどによる
歪に対する超電導特性の劣化を少なくすることができる
。化合物系超電導線材で４臨界電流劣化の開始歪が約１
％以上であることが実用上の目標値となっているが、こ
の線材はこの条件を充分に満足するものでおる。この製
法において溶製され丸鋼−ニオプ合金基体はなるべく強
度の加工を行った方が繊維の密度が高くなり超電導特性
ならびに機械的特性が向上する。

さらに、最近になって強磁界での臨界蟇＊ｉｉ量を高め
るために、鋼−二オブ食金基体船モー族元素であるチタ
ン等を少量添加するこ市に【・って強磁界特性の著しい
改善が得られた繊維分散１１　Ｎｂｓ　Ｓｎ　ｇ材の製
造法が発明された。（％願メントの拡散生成を促進させ
るほか、そゐ←ｉがＮｂ３８ｎ化合物相内に固溶して、
強磁界中での臨界電流容量を著しく高める作用を有する
。しかし、この製造法において、鋼−ニオブ−チタン等
の三元合金は鋼−ニオプニ元合金に比べて加工硬化が大
金くなるため、さらに加工の容易な合金基体を用いてチ
タン等を添加出来る方法の開発が望まれていた。

本発明は従来法の難点を克服するためになされた−ので
あり、その目的はその製造が容易で、且つ強磁界での超
電導特性と機械的特性の優れた繊維分散ｆＪｉ　Ｎｂ３
８ｎ超電導線材の製造法を提供するにある。

本発明は１０〜６０原子俤のニオブを含む銅−ニオブ合
金基体と２〜９０原子優チタンを含むニオブ−チタン合
金基体または０．１−１０Ｊｌｉ［子係チタンを含む銅
−チタン合金基体との複合体を作製し、これを線、テー
プあるいは管に加工した後、錫を被覆するか、あるいは
、前記複合体にさらに錫基体を複合して複合体を作製し
て線、テープあるいは管に加工した後、４００〜９００
℃で拡散熱処理を行いＮｂ３　Ｓｎ化合物極細繊維を生
成させる方法を特徴とする。

鋼中のチタンの拡散は極めて速やかであるため、鋼−ニ
オブ合金基体に複合させるニオブ−チタン合金基体ある
いは鋼−チタン合金基体に含まれるチタンは錫の拡散熱
処理のとき、同時に線材全体に拡散する。その結果、添
加されたチタンはＮｂ３８ｎ極細繊維の生成を促進させ
るほか、一部がＮｂ３Ｓｎ化合物相内罠固溶して、Ｎｂ
５８ｎの強磁界特性を着しく改善させる。また、ＮｂＢ
ｇｎ層中に固溶しないで残存したチタンは線材の機械的
強度を増加させるのに役立つ。なお、銅−二オブ合金基
体内のニオブ含量はｌＯ〜６０原子俤で原子上とが必要
であや、ｌＯ原子係未満であると線材内部のニオブ繊維
密度が小さくな臥鐵維間隔が大きくなって超電導特性が
低下する。

また、６０原子優を越えると鋼−ニオブ合金基体の加工
性が劣化する４か、錫の線材全体への均一な拡散が困難
となって超電導特性および機械的特性を低下させる。

ニオブ−チタン合金基体内のチタンの含有量は２〜９０
原子優の範囲が望ましく、２原子係未満であるとチタン
の添加による明瞭な改善効果が得られない。

一方、チタン含有量が９０原子係を超えるとニオブ−チ
タン合金基体の加工性を劣化させるほか、チタンがＮｂ
５８ｎ化合物層内に過大に固溶し、超電導特性をかえっ
て劣化させる。銅−チタン合金基体においては、チタン
含有量が０．１原子係未満であるか、または、チタンが
１０原子幅を超えると上記のニオブ−チタン合金基体に
おけるチタン含有量の場合とそれぞれ同じ理由によって
改善の効果が得られない。

複合線材に被覆する錫あるいは複合する錫の量は１ｍ＃
全断面積当り１体積係から５０体体積管適当で、１体積
価未満であるとＮｂ５８ｎ極細繊維が生成され難く、５
０体体積管超えるとＮｂｚ８ｎ化合物相以外の化合物が
生成されて超電導特性および機械的特性の点で好ましく
ない。なお、錫を被覆させる場合、電気メッキ、溶融メ
ッキあるいは真空蒸着などの被覆法の適用が可能である
。また、錫を被覆した場合、Ｎｂ３８ｎ極細繊維を生成
させる前に複合線材内にあらかじめ錫の拡散を図る目的
で１００〜４００℃において予備熱処理を行っても良い
。拡散熱感ＩＬＫおけるＮｂ５８ｎ［ｉ細繊維の生成に
は４００〜９００℃の温度範囲が望ましく、４００℃よ
り低い温度ではＮｂｍ８ｎ極細繊維の生成速度が極めて
遅く、また、超電導特性も劣化させる。９００℃を超え
ると生成され７’ｊ　Ｎｂ＊　８ｎの結晶粒が粗大化し
て超電導特性を劣化させる。

本発明において用いられる鋼−ニオブ合金基体、ニオブ
−チタン合金基体鋼−チタン合金基体および錫基体はす
べて加工性がすぐれているため、これらの複合体の加工
が着しく容易となる。その結果、中間焼鈍を省いて細線
への加工が可能となる丸め、鋼−ニオブ−チタン三元合
金基体を用いた場合よ抄製造コストが軽減させるほか、
線材の超電導特性がさらに向上する。

なお、ニオブ−チタン合金基体あるいは銅−チタン合金
基体に残存するチタンにより線材自身・の機械的強度が
高められ、補強材の使用が不要となる。また、添加元素
としてのチタンはＮｂ５８ｎ極細繊維の生成を促進する
だけでなく、Ｎｂ５Ｓｎ化合物層内に固溶することによ
り、臨界磁界を向上させ、１５テスラ以上での臨界電流
を顕著に増加させるっなお、拡散工穆では充分な量の錫
を複合体の外部あるいは内部から拡散させて供給するこ
とが出来るので、ＮｂＢ　８ｎ極細繊維が大量に生成さ
れて臨界電流の大きな線材が作成できる。このようにし
て線材の超電導特性と機械的特性が改善されるため、各
種超電導利用機器の性能向上がえられるほか、小蓋化に
よる冷却コストの軽減が達成されて、さらに、広い範囲
への利用の道を開くことが出来る。

３−５　実施例 実施例　１ 鋼とニオブを複合し九消耗電極を用い九アーク溶解によ
り銅−３０原子４ニオブ合金基体を溶製したのち、機械
加工により外径３０１１１１に加工した。別に、ニオブ
−５０原子係チタン合金基体および銅−３原子優チタン
合金基体をアーク溶解と機械加工により、それぞれ２．
１舗ダと２．８諺ダの棒に加工し、前述の鋼−ニオープ
合金基体にいずれかをそれぞれ７本づつ挿入して複合体
を作製した。この複合体を中間焼鈍なしに溝ロールおよ
び線引きＫより、外１１０．３５−〇線に加工し九。な
お、標準試料としてチタン合金基体を挿入しない試料も
同時に作製し九。次に、この複合線の外周に厚さ１５μ
ｍの錫を電気メッキしたのち、アルゴン雰囲気中で石英
管に封入して６００℃Ｘ　１００　ｈの拡散熱処環全行
った。ｇｌａＥｌは錫メツキ後の複合線の断面を示し、
図中のｌＢ鋼−ニオブ合金基体、２はニオブ−チタン合
金基体あるいは鋼−チタン合金基体、３は錫メッキ層を
示す。このように作製した試料の臨界電ｆｉ密度、Ｊｃ
と引張り強度の値を第１表に示しだ。表から、ニオブ−
チタン合金基体または鋼−チタン合金基体を挿入した試
料は挿入しない標準試料に比べ１６テスラの強磁界でＪ
ｃが著しく大きくなり、１５テスラ以上の強磁界での使
用が可能になることがわかる。通常、２　Ｘ　１０’　
Ａ／ｃ１１以上のＪｃがあれば超電導線材として使用可
能と考えられている。なお、引張り強度もチタンを加え
た合金基体の挿入により標準試料に比べて明瞭に高い値
を示す。

実施例　２ 実施例１に用いた鋼−ニオブ合金基体を外径３〇−に加
工し、その中心に８．７謹ｉの錫棒を挿入して、その周
囲に２．１箇ダのニオブ−５０原子多チタン合金棒ある
いは２．８■ダの銅−３原子幅チタン棒をそれぞれ６本
挿入した複合体を作製した。その断面構造を第２図に示
す。図中の１は銅−ニオブ合金基体、２はニオブ−チタ
ン合金基体あるいは銅−チタン合金基体、４は錫基体を
示す。なお、比較のためにチタンを加え九合金棒を挿入
せずに錫棒だけを挿入した標準試料も同時に作製した。

これらの複合体を溝ロールおよび線引きにより中間焼鈍
なしで外径０．４０１１１の線に加工した。次いでアル
ゴン雰囲気の石英管に封入したのち、６００℃Ｘ　１０
０ｈの拡散熱処理を行った。これらの試料について得ら
れた結果金第１表に実施例１とともに示す。実施例１と
同様に１６テスラの強磁界におけるＪｃならびに線材の
引張り強度がチタンを加見た合金基体を挿入することに
よって著しく高められる。

第１表

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法における複合体の断面図で、第１図
は錫をメッキした場合、第２図は錫基体を複合体に形成
した場合における断面図である。 １、は銅〜ニオブ合金基体。 ２、はニオブ−チタン合金基体あるいは銅−チタ荒木　
透 遣　１　口 オ　２Σ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．１０〜６０原子係のニオブを含む鋼−ニオブ合金基
   体と、２〜９０ｗ、子チのチタ／を含むニオブ−チタン
   合金基体または０．１〜１０Ｗ、子俤のチタンを含む鋼
   チタン合金基体との複合体を作製し、これを線、テープ
   わるいＵｆＫ加工した後、錫を被覆し、４００〜９００
   ℃で拡散熱処理を行うことを特徴とする繊維分散ＩＩ　
   Ｎｂｓ　８ｎ超電導線材の製造法。
2. ２．１０〜６０原子係のニオブを含む鋼−ニオブ合金基
   体と、２〜９０厘子暢のチタンを含むニオブ−チタン合
   金基体または０．１〜１０原子俤のチタンを含む鋼−チ
   タン合金基体との複合体に、さらに錫基体を複食し九複
   合体を作製し、これを線、テープあるいは管に加工した
   後、４００〜９００℃で拡散熱処理を行うことを４１ｇ
   ！ｌＬとする繊維分＠　ｇ　Ｎｂ５８ｎ超電導線材の製
   造法。