JPS5823109A - 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】 本発明は改良されたＮｂ１８ｎ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を保たれることか
ら、強磁界発生用電磁石の巻線材としての利用が進めら
れている。現在量も使用されている線材は、Ｎｂ−Ｔｌ
系の合金線材である。しかし、この合金線材は発生磁界
の限度が８．５Ｔ（８，５テスラ＝８５０００ガウス）
であり、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、化食物系超電導体は化合物特有の回層性に欠ける点
で実用化に際しての大きな障害になりていたが、近年表
面拡散法及び複合加工法などの拡散を利用した方法が発
明され、Ｎｂ１Ｓｎ　（臨界温度Ｔｃ＝約１８に、臨界
磁界Ｈｃｌ＝約２１Ｔ）、ｖ３０ａ（臨界ｉｉ度Ｔｃ＝
約１５Ｋ。

臨界磁界Ｈｃｌ＝約２２Ｔ）の化合物超電導線材が実用
化されるようになった。この内複合加工法は、例えばＮ
ｂ、５．においてはニオブと鋼−錫合金とを密着させ、
線状またはテープ状に加工した後、熱処理によって鋼−
錫合金中の錫を選択的にニオブと反応させてＮｂｍ８ｍ
化合物層を塊Ｎｂ１Ｓｎ化合物極細多芯線の製造が可能
となった。

またＶｓＧａ化合物極細多芯線が同様にして製造し得ら
れる。

しかし、この複合加工法では、最初に複合体を作る複雑
な作業が必要であり、また鋼−錫合金は加工中著しく加
工硬化するため、４０〜５゜−の断面縮小率毎に中間焼
鈍を必要・とじ、実用的な長尺線材を作るには焼鈍回数
が極めて多くなる。従って、このような複合物線材は合
金線材に比較して製造コストが着しく高くなり、製造法
も複雑である難点があった。

一方最近、この難点を克服したイン−サイチェー法が開
発された。イン・ナイチ轟−法は、鋼−ニオプニ元合金
をアーク溶解・高周波溶解等により溶製して、鋼マトリ
ツクス内にニオブのデンドライト粒子が一様に分散した
インゴットを作製する。この合金は加工性に優れ、中間
焼鈍を全く必要とせずに任意の径の細線に加工し得られ
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りて、線状のなかに多数分散された
ものとなる。この線材表面に錫を電気メッキ自溶融メッ
キ等によりて付着させ、これを熱処理すると、錫が内部
に拡散してニオブ繊維と反応してＮｂＢＳｎの極微細な
不連続繊維を多数含んだ線材となる。この含有繊維は径
が細く間隙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
に対しても臨界電流などの超電導特性の劣化を少なくし
得られる。

また化合物超電導線材では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であるが、この線材
はこの条件にも満足するものである。

生し得る超電導マグネットを作製すること偶因−２−６
難である欠点があった。

本発明はこの欠点を解消した強磁界での臨界電流密度が
顕著に改良されたイン・サイチ為−ｇＮｂ３８ｍ超電導
線材を製造する方法を提供するにある。また他の目的は
線材強度の優れた超電導線材の製造法を提供するにある
。

本発明の方法は、１０〜６０原子−のニオブを含む鋼基
合金に、さらにチタン、ジルコニウム及びハフニウムの
ｆｆａ族元素の１種または２種以上を０．１〜ｌＯ原子
−加えた多元鋼基合金を溶製後、線引き、圧延などの方
法により線またはテープに加工し、腋加工材の表面に、
電気メッキ、溶融メッキ等によりて錫あるいは錫に０．
１〜５０原子−のガリウムを加えた錫基合金を付着させ
て４００〜９００℃の熱処理を加え、銅基母相内ＫＮｂ
１８ｎの極細繊維を分散生成させる方法。

及び、前記と同様にして得た銅基多元合金と、錫あるい
は錫に０．１〜５０原子−のガリウムを加えた錫合金と
の複合体を、線引き、圧延等により線あるいはテープ状
に加工した後、前記と同様な熱処理を加え、鋼基母相内
にＮｂ１８ｍの極細繊維を分散生成させる方法。により
解決し得た。

ニオブを含む銅基合金にチタン、ジルコニウム、ハフニ
ウム等のＩＶａ族元素（以下Ｈａ族元素と総称する）を
添加することにより、これらの元素の１部が生成するＮ
ｂ３８ｎ相に固溶してその臨界温度Ｔｃを高め、それに
伴い臨界磁界Ｈｃｌも向上させる。さらにこれらのｆｆ
ａ族元素は生成するＮｂｇ８ｎの結晶粒を微細化すると
共に、Ｎｂ。

８ｎの生成を促進する作用を有する。これＫより線材全
断面当りの臨界電流密度Ｊｃは全磁界領域で着しく高め
られる効果を有する。

また、ニオブを會む鋼基合金にＩＶａ族元素と同時に錫
にガリウムを添加すると、臨界温度Ｔｃ、及び臨界磁界
ＨＣ３をさらに向上し得られるため、高磁界における臨
界電ｆｉ！！Ｆ度Ｊｃをなお一層改善し得られる。しか
し、ガリウムの添加はＮｂ。

８ｎの生成速度をおそくし、結晶粒を粗大化させるため
、低磁界での臨界電流密度Ｊｃを逆に低下させるので、
ニオブ含有鋼基合金へ■１族元素の同時添加が必要であ
る。

鋼基合金中のニオブの含量はｌＯ〜６０原子−であるこ
とが必要である。１０原子チより少ないと線材内部のＮ
ｂ繊維密度が小さくなり、繊維間距離が長くなりて超電
導性が保持されなくなる。また６０原子−を超えると、
鋼基合金の加工性が悪くなると共に、錫あ□るいはガリ
ウムの線材内部への均一な拡散が困難となって超電導性
及び機械的特性が著しく損うようになる。

■１族元索の添加量は、０．１〜１σ原子−であること
が必要である。０．１原子−より少ないと有効な特性改
善を行うことができなく、１０原子−を超えると加工性
が悪くなる。

線材に付着させるか、あるいは鋼基合金と複合一体化さ
せる錫膜に含有させるガリウムの量は０．１〜５０原子
−の範囲が有効で、０．１原子−より少ないと高磁界特
性を改善することができなく、５０原子−を超えると加
工中に錫−ガリウム合金が浸出するなどの不都合が生じ
加工が困難となる。

熱処理の温度は４００〜９００℃の範囲である。

４００℃より低い温度では錫が十分内部まで拡散せず、
また９００℃を超えるとＮｂ１８ｎの結晶粒が粗大化し
超電導特性が劣化する。

なお、本発明の方法においては、鋼基合金の溶製時に錫
あるいはガリウムの一部を加えていてもよく、錫または
錫にガリウムを含めた合金に、銅の一部を含有させても
よい。

しかし、錫あるいはガリウムの鋼基合金への一部添加量
は銅基合金の加工性を損わない程度であることが必要で
あり、錫７原子−、ガリウム２０原子−以下であること
が必要である。また、錫または錫−ガリウム合金への鋼
の一部添加量は２０原子−以下であることが必要である
。

本発明の方法によると、イン・サイチ具−法におけるＮ
ｂ、ａｍの極細繊維を含む超電導線材を容易に得られる
利点を有すると共に、更に次のような優れた効果を有す
る。

（１）ニオブな含有する銅基合金へ■１族元素を含ませ
るととＫよって、従来のイン・サイチ＾−線材の弱点と
する高磁界での臨界電流密度Ｊｃを高め得られ、更に錫
にガリウムを含有させた場合は、更に高め得られる。

（２）　　ＩＶａ族添加により従来のイン・サイチ＾−
線材に比べてさらに線材の機械的強度が高められる。

（３）　　銅基合金と錫あるいは錫−ガリウム合金との
複合体を作製し、これを加工する方法においては、銅基
合金のマトリックス内で錫あるいは錫−ガリウム合金を
多芯に分割できるため、断面積の大きい線材でも錫及び
ガリウムの均一拡散が容易にできるので、大容量の線材
を製造することができる。

本発明の方法によって得られた超電導線材は、電気機械
、エネルギー貯蔵、核融合炉、高エネルギー物理用粒子
加速器などの各種超電導機器の性能を着しく高め得られ
る。

実施例１ アーク溶解で、外径２５１１１φ、長さ７０ｍの鋼−ａ
ＯＳニオブ−２チチタン、銅−３０−ニオブ−２−ジル
−ニウム、銅−３０−ニオブ−２−ハフニクム合金およ
び比較のために銅−３０％ニオブ合金インゴットを溶製
し、これらを溝ロール、線引き、千μ−ルなどによって
中間焼鈍なしに０．１５勝厚、２ｇ幅のテープまで加工
した。次いでこのテープ表面に電気メッキにより約１０
　＃ｍ厚の錫膜な付着させ、５００℃で１００時間の予
備熱処理ついで７００℃で１００時間の熱処理を加えて
Ｎｂ１８ｎ超電導線材を作製した。超電導臨界温度Ｔｃ
　（中点）はＦｉｘ族元素を添加しない試料で１７．１
に、チタン、ジルコニウム、ハフニウムを添加した試料
でそれぞれ１７．３に、　１７．２に、　１７．５にで
ある。ｊ１１表には４．２にの温度で、１２Ｔおよび１
６’ｌ’の磁界中における線材全断藺についての臨界電
流書度Ｊｃおよび室温で測定した線材の引張強度を示す
。■１族元素の添加によりて全磁界領域でＪｃが改善さ
れるが、４１に高磁界での上昇率が大きい。これはＮａ
族元素添加によりて臨界磁界Ｈｃ當が高められたことに
よる。また■１族元素はＮｂ繊維および銅マトリックス
Ｋｌｌ溶して固溶硬化あるいは析出硬化を生じて線材の
強度を高めることを示している。

ｇｉ表 実施例２ アーク溶解にて外径２５鰺φ、長さ７０ｍの銅−３０−
ニオブ−２チチタン、銅−３０−ニオブ−２チシルコ二
クム、鋼−３０％ニオブ−２−ハフニウム合金および比
較のために銅−５ＯＳニオブ合金インゴットを溶製した
のち、これらにドリルに【３ｓｍ径の穴を７カ所あけて
３−φの純錫棒を挿入した複合体を作製した。またチタ
ンを添加した試料については錫−１０−ガリウム合金芯
を挿入した複合体も作製した。この複合体を中間焼鈍な
しに溝ロール、線引数によりて１ｍ−の線状に加工した
のち、５００℃で１００時間の予備熱処理ついで７００
℃で１００時間の熱処種を加えてＮｂ１８ｎ超電導線材
を作製した。第２表にはこのようにして得た線材の結果
も示しである。実施例１の結果と同様にＮａ族元素添加
によって全磁界領域とくに高磁界でのＪｃが改善される
。また実施例１のメッキ法に比べて同一組成でもＪｃお
よび引張強度が高いのは、より均一な錫の拡散が達成さ
れたためである。また錫にガリウムを添加すると低磁界
側でのＪｃは低下するが、高磁界領域ではＩＶａ族元素
単独添加よりも著しく改善されることが分かる。

第２表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）１０〜６０原子−のニオブを含む銅基合金に、さら
   にチタン、ジルコニウム、及びハ７ニク二から選ばれた
   １種または２種以上を０．１〜１０原子−加えた多元鋼
   基合金な溶製後、線あるいはテープ状に加工し、該加工
   材の表面に錫あるいは錫に０．１〜５０原子−のガリウ
   ムを含む錫基合金を付着させて、４００〜９００℃の熱
   処理を加え鋼基母相内１ｃ　Ｎｂｍ８ｎの極細繊維を分
   散生成させることを特徴とするＮｂ５８ｍ超電導線材の
   製造法。 ２）１０〜６０原子−のニオブを含む鋼基合金に、さら
   にチタン、ジルコニウム、及びハフニｆｙｈ・から選ば
   れた１種または２種以上を０．１〜１０原子チ加えた銅
   基多元合金と、錫あるいは錫に０．１〜５０原子−のガ
   リウムを加えた錫基合金との複合体を、線引き、圧′延
   等により線あるいはテープ状に加工した後、４００〜９
   ００℃の熱処理を加え、銅基母相内にＮｂ１８ｎの極細
   繊維を分散生成させることを特徴とするＮｂ＠８ｎ超電
   導線材の製造法。