JPS59108202A - Nb↓3Sn化合物超電導線の製造方法 - Google Patents

Nb↓3Sn化合物超電導線の製造方法

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JPS59108202A
JPS59108202A JP57218981A JP21898182A JPS59108202A JP S59108202 A JPS59108202 A JP S59108202A JP 57218981 A JP57218981 A JP 57218981A JP 21898182 A JP21898182 A JP 21898182A JP S59108202 A JPS59108202 A JP S59108202A
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稔 横田
永田 正之
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

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】 (イ)技術分野 本発明は強磁場発生装置に用いられる極細多芯Nb5S
n化合物超電導線およびその製造方法1c関するもので
ある。
(ロ)背景技術 Nb3Sn化合物超電導材料は臨界温度、座界磁界、臨
界電流などの超電導特性が優れていることから高磁界発
生用マグネット巻線として実用化されている。近年核融
合炉研究用、高エネルギー物理研究用等の超電導マグネ
ットにおいて高磁界化の要求がますます高(なってきて
おり、lOT〜16Tの領域での臨界電流密度の向上の
研究がなされている。
一般に超電導材料を用いてマグネットを作製する場合、
フラックスジャンプの発生によるマグネットのクエンチ
を防ぐ為、超電導材料を極細多芯化することによりマグ
ネットの安定化をはかっている。Nb3Sn超電導材料
を多芯化する方法として第1図のようにCu中にSnを
10〜13.5  重量%含む合金のマトリックスl中
にNb 2を挿メして引伸加工し、600℃〜800℃
で数10時間拡散熱処理をすることにより、NbaSn
 (3)極細多芯線を得る方法がある(従来法1)しか
し、この方法により得られた超電導線の臨界電流密度を
測定するとLOTの磁場中での臨界1E流密度はせいぜ
い60oA/mx2であり、近年要求が強まっている超
電導マグネットの高磁界化の為には従来法lによる方法
では不十分である。また従来法lにおいてNbにTiを
添加する方法が試みられた(従来法2)が、この方法で
はNb  が合金化されることにより、引伸加工におい
て第2図のように加工硬化が激しくなり、Nb  の不
均一変形がおこり、線材全体での臨界電流密度はNbの
不均一変形により、10Tの磁場中でせいぜい700〜
800A/、2 である。
また従来法lにおいて、Cu中にSnをlO〜13.5
重量%含む合金にTi  を添加させる方法(従来法3
)も試みられたが、Cu5n合金にTiを添加すること
により、もともと40%加工ごとに約500°Cで1時
間の軟化をしなければならなく、Cu5n  合金の加
工硬化が第2図6,4.のようにさらに激しくなり、3
0%加工ごとに軟化しなければならなくなり、工業生産
上きわめてコストが高くなる。またCu5n  合金の
粒界に析出物ができ、軟化熱処理中に粒界での割れがお
こることがあり、製造における歩どまりはきわ・めて悪
くなり、また得られる臨界電流密度もIOTの磁場中で
せいぜい900 A/、2である。
従来法1〜3の方法はCu中のSn濃度は10〜13.
5重量%であり、Nb3Sn生成の為に必要な Snの
量が限られる為、’ NIgSnの臨界電流密度を向上
させるには限界がある。従来例1におけるCu  中の
Sn 濃度が低い欠点をとり除く為に、SnにCuを1
〜40重量%添加した合金とNb  を加工後、拡散熱
処理によ’Q NbaSn )¥i動動線線得る方法(
従来法4・)がある。従来法4・01つの製造方法とし
て5nCu合金11をNbバイブ10に挿入し引伸加工
後、複数本束ねてCu  パイプ13に挿入し、それを
引伸加工し拡散熱処理により第3図のような断面のNb
5Sn多芯超電導線を得る。しかし従来法4・の方法で
は第2図のように5nCu  合金9は加工により強度
はほとんど変化しないが、Nb7は加工により強度が上
昇していき、この2種の金属の複合体を加工することは
非常に難しく、Snの径はせいぜい50μm程度まで小
さくできる程度で、生成するNb5Snの径も太ぎくな
ってしまい、この線を使用して巻いたマグネットの安定
性は悪く、またSn  の径が大きいことから拡散熱処
理に要する時間がかかり生成したNb3Snの結晶粒の
低下がおこる。従って従来法4による超電導線の臨界電
流密度を測定するとLOTの磁場中でたかだか1200
A/mjrL2  であり、従来法1〜3による方法よ
りも臨界電流密度は高いものの、従来法lによる方法に
比べてSn  濃度が高いという従来法4の方法の長所
は十分生かされていなかった。以上のように従来法1で
は臨界電流密度が低い欠点があり、従来法2ではNb 
 合金の硬化により、従来法3ではCu5n合金の硬化
により、従来法3では5nCu 合金の強度が弱いこと
による加工上の問題点があった。
(ハ)発明の開示 本発明は従来法1〜4・の問題点である加工上の問題点
と臨界電流が低いことを一気に解決する方法であり、N
bとSn合金からなる複合体を熱処理によF) Nba
Sn化合物超電導層を生成させることにより得られるN
b3Sn化合物超電導線において、Sn中に1〜18重
量%のCuと0.01〜5重量%のTi  を含有せし
めてなるNb3Sn化合物超電導線及びその製造方法で
あり、加工°が簡単であり、従来法に比較し、臨界電流
密度が非常に高いことを特徴とする。ここでSn合金中
のCuの濃度を1〜18重量%とした理由は1%未満で
は熱処理中に生成するNb3Sn化合物の量がわずかし
かなく、複合材としての臨界電流密度が非常に低い。ま
た18重量%を超えると5n−Cu合金がもろくなり引
伸加工が極めて困難で複合材にしても断線に至らしめる
ためである。
Sn合金中のTiの濃度をo、oi〜5重量%とした理
由ハ0.01%未満では5n−Cu合金の強度を向上さ
せ得ないばかりか、臨界電流密度の向上もわずかである
ためであり、5重量%を越えると効果も飽和し、やはり
Sn 合金の割れのために引伸加工が不可能であるため
である。
以下に実施例により本発明の内容と効果を詳しく説明す
る。
実施例1゜ 外径3.5mxyf、内径9 mamのNbパイプにS
n  に7重量%のCuおよび0.8重量%のTi  
を含む8,5mσの線を挿入し引伸加工によりQ、5 
myn、*の径にしたものを271本束ね内径L Om
xe 、外径21B〆 のCuパイプに挿入し引伸加工
をした。このTiを添加した5nCu 合金線の加工に
よる強度の変化を調べると第2図の8のようになり、従
来法4における5nCu  合金線(9)よりも強度が
高くなっており、Nbとの強度差が少なくなる。この為
、従来法4では5nCu  合金の径がNbと5nCu
との強度差により50μm夏で断線するのに対し、本実
施例では約8μmダまで断線することなく伸線できた。
外径0.4程yの線を650°Cで200時間の熱処理
後8T〜16Tの磁場中で測定すると、第4・図のよう
な臨界電流密度についての結果を得た。第4・図には比
較の為従来法1〜4の測定結果も示しである。
本実施例により得られる線利のloT の磁場中での臨
界電流密度は2000A/イユ2 であり、従来法4嘲
に比較して67%向上しており、■2T〜16Tの磁場
中では80%以上向上することがわかった。
実施例2 Sn中のCuおよびTi  Q量をかえた第1表に示す
6種類の合金試料のインゴットを作成し、スウエージン
グ、伸線により2#L〆の線とした。このうち試料■は
Ti  添加量が多すぎ、スウエージング加工中にわれ
てしまい引伸加工することが不可能であった。Nb−も
スウェージング、伸線により2 mxtlfの線とし、
Nb線108本と、5種類のSn合金線19本を第5図
シて示すように配置して束ねた第1表 ものを、外径5QmmS、内径26.5 rrun、j
lのCuパイプに挿入して4種類の複合体を作成し、こ
の複合体を伸線により減面加工し、Q、8raynfに
した。
得られた複合体を690°Cで100時間の熱処理をす
ると第6図に示すようにSn 合金線21と、一体化し
たNb  線230間にNbaSn化合物層22が生成
した。このようにして得られたl’Jb3sn化合物超
電導線のIOT における臨界電流密度は第7図のよう
にSn 合金中にTi  を含有させない場合に比較し
てTiを含有させると、80%〜120%向上する。
実施例3゜ 620°C,650℃、 680℃、 695℃、 7
10°C,750’c、  soooCの温度でそれぞ
れ100時間の熱処理をしてLOT  の磁場中でIc
  測定をした結果、第8図のデータを得た。5nCu
  合金にTi  を添加することにより、熱処理温度
が低くてすむようになり、Nb3Snの結晶粒が小さく
なり臨界電流密度が向上する。Ti  を添加すると熱
処理温度が低くてもよい理由は、熱処理温度では5nC
u 合金が液体になり、その液体が固体のNbと反応し
てNb5Sn  層が生成されるが、液体である5nC
u  合金中のTi  が反応の触媒として作用し、N
b5Sn層の生成が促進されるものと推定される。従来
法8ではTi  を添加したCu5n 合金が熱処理温
度において固体であるのでTi  を添加しても効果が
少ないのに対し、本発明による方法では5nCu  合
金は熱処理温度で液体となりTi  を添加することに
より著し7い効果が認められる。Ti  を添加してい
ない試料■25ではTi  の触媒効果がない為、熱処
理温度は695°C以上が望ましいが、このような高温
ではNbBSnの結晶粒が粗大化してしまい、得られる
臨界電流密度はIOT の磁場中でせいぜいl 200
.A/mfi2 程度であるのに対しTi  を添加し
た試料■26では1900〜2300A/航2である。
Ti  を添加するとNb3Snの生成速度がはやくな
り熱処理温度が低いほうが望ましく695°C以下で高
い臨界電流を得るが、600°C未満では温度が低すぎ
てNbBSnが生成しにくくなる。従って熱処理温度は
600°C以上695°C以下が最も適当である熱処理
条件である。
1以上のように本発明はNbとSn合金からなる複合体
を熱処理によl:1Nbas、n化合物超電導層を生成
させることにより得られるNbBSn化合物超電導線に
おいてSn中に1〜18重量%のCuと0.01〜5重
量%のTiを含有せしめてなるNb3Sn 化合物超重
導線お工びその製造方法であり、Sn 合金に含有され
たTiが熱処理において液体になったSn合金中でNb
aSn  生成の為の触媒作用として効果的に作用し、
臨界電流密度が向上し、かつTiをSn合金に添加する
ことによりSn 合金の加工硬化特性がNb  の加工
硬化特性に近ずき、NbとSnの複合体の加工性が向上
することを大きな特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第1図:従来法lにより得られるNbaSn (3)極
細多芯線でlがCu5n+ 2がNb0 第0図:各種金属の加工硬化特性を示す図であり、4が
Tiを添加したCu5n合金、5がCu5n合金、6が
Tiを添加したNb合金、7はNb、8はTiを添加し
た5nCu合金及び9は5nCu合金の引張強さを示す
。 第8図:従来法4により得られるNb5Sn多芯超電導
線で10がNb、11が5nCu+ 12がNbaSn
及び、13がCu  である。 第4図:従来法1〜4・と実施例1α8)により得られ
た超電導線の8T〜16Tの磁場中での臨界電流密度特
性、従来法1〜4が 14.15.16.17に対応する。 第5図:実施例2におけるNb線翰、Sn合金線09の
配置図、21はCu  である。 第6図:第5図の複合体を引伸加工後、熱処理により得
られるNb+Sn化合物超電導線、21・がTi添加5
nCu合金、22がNbaSn+ 23がNb、24が
Cuである。 第7図:Sn合金へのTiの添加量によるLOTの磁場
中での臨界電流密度の変化を示 す図。 第8図:実施例3(fiにおける熱処理温度による臨界
電流密度の変化を示す図であり、 25は実施例3の試料■の特性。 矛1図 才2図 012345 加工層(j2nAo/A) 第4回 8   10   12   14   16届り易 
(T) 第5図 オ6図 オフ図 5nCu合金甲のTi量(重量%)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) NbとSn合金からなる複合体を熱処理により
    NbaSn化合物超亀導層を生成させることにより得ら
    れるNbgSn化合物超電導線において、Sn  中に
    1〜18重量%のCuと0.01〜5重量%のTiを含
    有せしめてなることを特徴とするNb5sn化合物超電
    導線。 f2) Nb sSn化合物超電導線の製造法において
    、Nb・ぐイブに1〜18重量%のCuと0.01〜5
    重量%のTiを含有するSn合金線を挿入して複合体と
    し、これを引伸加工後複数本束ねて引伸加工し、これを
    熱処理噂してNbBSn化合物を生成せしめることを特
    徴とするNb3Sn化合物超電導線の製造方法。 (3)NbaSn化合物超電導線の製造法において、複
    数本のNb線と1〜18重量%のCuと0.01〜5重
    量%のTiを含有するSn  合金線を複数本混合して
    密に撚合わせ又は束ねて引伸加工したものを熱処理して
    NbaSn化合物を生成せしめることを特徴とするNb
    5Sn化合物超電導線の製造方法。 (4)特許請求の範囲第(3)項、第(4)項記載の製
    造法において熱処理の温度範囲が600°C〜695°
    Cであることを特徴とするNb5Sn化合物超電導71
    泉の製造方法。
JP57218981A 1982-12-13 1982-12-13 Nb↓3Sn化合物超電導線の製造方法 Granted JPS59108202A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6086705A (ja) * 1983-10-18 1985-05-16 科学技術庁金属材料技術研究所長 繊維分散型Νb↓3Sn超電導線材の製造法
JPS6086704A (ja) * 1983-10-18 1985-05-16 科学技術庁金属材料技術研究所長 Νb↓3Sn超電導線材の製造法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6086705A (ja) * 1983-10-18 1985-05-16 科学技術庁金属材料技術研究所長 繊維分散型Νb↓3Sn超電導線材の製造法
JPS6086704A (ja) * 1983-10-18 1985-05-16 科学技術庁金属材料技術研究所長 Νb↓3Sn超電導線材の製造法
JPH0349163B2 (ja) * 1983-10-18 1991-07-26 Kagaku Gijutsucho Kinzoku Zairyo Gijutsu Kenkyu Shocho
JPH0349164B2 (ja) * 1983-10-18 1991-07-26 Kagaku Gijutsucho Kinzoku Zairyo Gijutsu Kenkyu Shocho

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