JPS60145371A - Ｎｂ，Ｓｎ繊維分散型化合物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】 本発明は化合物超電導線材の製造法、更に詳しくはＮｂ
、Ｓｎ繊維分散型化合物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の利用が進めら
れている。

現在、このような用途に最も多量に使用されている線材
としては、Ｎｂ−Ｔｉ系の合金線材であるが、該合金線
材では発生磁界の限度が８５．０００ガウス（８５テス
ラ：８．５’ｒ）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、化合物系超電導体は化合物特有の可塑性に欠け
る点が実用化に際しての大きな障害になっていたが、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
法の技術が開発され、Ｎｂ３Ｓｎ　（臨界温度Ｔ、＝約
１８に、臨界磁界Ｈｏ２−約２１Ｔ）、Ｖ３Ｇａ（Ｔｏ
−約１５ＫＸ）Ｉｏ、−約２２Ｔ）の化合物超電導線材
が相次いで実用化されるに至った。

このうち複合加工法は、例えばニオブと０ｕ−８ｕ合金
とを密着させ、線状またけテープ状に加工した後熱処理
することによって、Ｏｕ　ａｎ中の錫を選釈的にニオブ
と反応させて、ニオブと０ｕ−８ｕ合金との境界面にＮ
ｂ３　Ｓｎ化合物層を生成させる固体拡散法の一種の方
法である。従ってこの方法により、０ｕ−８ｕ合金マト
リックス中に多数のニオブ棒を埋め込んだ複合体に加工
した後、熱処理することによって、磁界変化に対して安
定なＮｂ３Ｓｎの化合物極細多芯線の製造が初めて可能
となった。しかし、この複合加工法では最初に複合体を
作る複＃な作業を必要とし、また銅基台金は加工中著し
く加工硬化するため、４０〜５０係の断面縮小率毎に中
間焼鈍を必要とし、実用的々長尺線材を作る際にはその
回数は極めて多いものとなる欠点がある。

一方最近、この複合加工法に代る化合物超電導線材の新
しい製造法として、イン・サイチー−法が開発された。

このイン・サイチュー法は最初にＯｕとＮｂを原料とし
てアーク溶解、高周波溶解などによすＣｕ−Ｎｂ二元合
金を溶製し、銅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
線に加工するととができ、この加工によりニオブ粒子は
大きな変形を受けて細長い繊維状となって線材中に分散
する。この線材表面に錫を電気メッキ、溶融メッキなど
によって付着させて熱処理すると、錫が内部に拡散しな
からニオブ繊維と反応！−て、ＮｂａＳｎの極細不連続
繊維を多数含むイン・サイチュー型超電導線材が作製さ
れる。このイン・サイチュー法は、複合加工法における
ようなニオブ芯を複合一体化して中間焼鈍を繰返ｉ〜な
がら加工する複雑な工程を簡略化でき、化合物の極細繊
維を含んだ線材を金相学的な手段で簡単に、しかも大量
生産が容易である利点がある。しかも繊維の径が細く、
間隔も狭いため、繊維自体が強化の役目を果た１−２強
度が高いと共に、曲げや引張りなどの歪に対しても臨界
電流Ｉ。などの超電導特性の劣化が少くなる。また化合
物超電導線材では、■ｃ劣化の開始型ｉｄが約１チ以上
であることを実用上の目標としているが、この条件を十
分満足するなどの利点がある。

し、かじながら、従来のイン・サイチュー法においては
、線材内の繊維が極めて扁平なリボン状の形状を有する
ため、これらが拡散の障壁となって錫を線材内部まで浸
透させることが困難であると言う難点があった。すなわ
ち、最初のインゴットに含まれるデンドライト粒子は個
々が単結晶であるため、辷り系の制約から、加工中容結
晶粒の方位によって決まる特定方向に変形を受け、次第
にその形が扁平になり、リボン状の繊維となる。リボン
の巾および厚みは加工度に依存するが、一般的な０．３
〜０，５面径の線材で、厚みが数百〜数千オングストロ
ーム（Ｘ）、巾が数ミクロン（μｍ）程度になる。この
ようなリボン状繊維は極めて密に間隔が狭く分布し、し
かも互にからみ合うようになっているため、錫の原子を
外部から中心部まで拡散させる場合、そ５− の拡散経路は極めて長くなる。従って長時間熱処理して
も均一な錫の濃度分布が得られない欠点があった。その
結果、線材の外周付近は錫に富む脆い相が形成されて線
材の曲げ特性を劣化させ、また線材の中心付近は錫が到
達しないため、超電導化合物相が形成されず線材全体の
臨界電流密度を低下させていた。これらの点がイン・サ
イチュー法で製造される繊維分散型超電導線材の実用化
を阻む問題点となっていた。

本発明は従来のＮｂ３Ｓｎ繊維分散型化合物線材に関し
て前記欠点のないものの製造法を提供するにある。すな
わち、従来のＮｂ５Ｓｎイン・サイチュー法においては
、０ｕ−Ｎｂ合金を加工後、直ちに錫を付着させて拡散
熱処理したのに対し、本発明においては錫を付着させる
前に一端子備熱処理を施すことを特徴とするものである
。この予備熱処理は加工によって生じた扁平な断面形状
の繊維を界面エネルギーのより低い円形に近い断面形状
の繊維に変化させることを目的として行うものである。

このような円柱状繊維の６− 場合は、リボン状繊維の場合程繊維間の間隔が狭くなく
、−マた波計経路も極めて短かくなる。

従って、このような予備熱処理を施すことにより、その
後の錫の拡散が容易となる効果がある。

壕だ、この予備熱処理は前記のような繊維の形状の変化
と共に繊維のサイズおよび分布を均一にする効果もある
。

必要な繊維の形状変化を得るだめの予備熱処理条件は、
ニオブ原子の自己拡散、係数およびリボン状繊維のサイ
ズ々どによって決まる。繊維のサイズが小さい程低温で
変化が生ずる。しかし、一般的に言って、有効な繊維の
形状変化を得るためには、４００℃以上で１分間以」二
行う必要がある。また予備熱処理温度が１０００℃で１
０時間を超えると、銅の融点に近くなるため溶着や銅原
子が繊維に固溶するなどの不都合が生じて最終的な線材
の超電導および機械的特性の劣化を招く。

予備熱処理後の繊維は多結晶体によって構成されている
ため、その後頁に加工を加えても前記のよう々繊維の扁
平化は起り歎くなっている。

そのため予備熱処理後頁に加工を加えて転位などの格子
欠陥を導入することにより生成するＮｂ３Ｓｎ結晶粒を
微細化し、臨界電流密度、■ｏを増大させることができ
る。なお、本発明の方法において使用するＯｕ　Ｎｂ合
金は、ＭｇＸＡｔなどの元素を結晶粒微細化材として微
量含有させたものでもよい。

本発明の方法によると （１）加工性の良いＣｕ−Ｎｂ二元合金を直接溶解加工
するので、極めて容易にＮｂの極細繊維を含む複合体を
形成し得られる。

（２）加工後予備熱処理を施すことによって、含有繊維
の形状を加工直後のリボン状から円柱状に変化させると
共に一様ガ繊維分布となすため、その後の錫の拡散が容
易かつ均一に行い得られる。それにより化合物の形成が
促進し得られ、且つ均一組成となり、超電導およ・ び機械的特性の優れたものとなる。

（３）予備加熱後、加工することができ、この加工を加
えて転位などの格子欠陥を導入することにより生成する
Ｎｂ　３　Ｓｎ結晶粒を微細化し、臨界電流密度、Ｔｃ
を増大させることができる。

（４）従来の複合加１／Ｐ：に比べて製造コストが安い
。

以上のように、従来法では得られなかった優れた効果を
有する。

実施例１ ０ｕ１７原子チＮｂ合金約３０′？をアーク溶解にて溶
製後、溝ロール、線引きなどにより外径０３１φの線に
加工した。これに９００℃で１時間の予備熱処理を加え
たものと加えないものの二種類の試料について、錫を加
えた総量に対して約６原子ヂとなるように錫を電気メッ
キにて付着させだ後６００℃で１００時間拡散熱処理を
おこなった。その結果、予備熱処理を加えることにより
１０　Ｔ、　４．２Ｋ　Ｋ　訃けるＪ、が６　Ｘ　１０
’Ａ／ｃ！Ｌから１×］　ｏ５Ａ／ｃｒ１．−ｉで改善
された。

９一 実施例２ 実施例１の試料で９００℃、１時間の予備熱処理を加え
た０、３ｍｎφの線材をさらに０．２ｍｍφまで加工し
た後、錫を加えた総量に対して約６原子チとなるように
錫を電気メッキにて付着させ６００℃で１００時間の拡
散熱処理をおこなった。その結果このように予備熱処理
後さらに加工を加えることによってＩＯＴ、４．２Ｋに
おけるＪ。が２×１０’Ａ／ｃＴｌまで向上した。

特許出願人　科学技術庁金属材料技術研究所長中　川　
龍　− １０−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｏｕ−Ｎｂを主成分とする合金を線状あるいはテー
   プ状に加工した後、該加工物を４００〜１０００℃で予
   備熱処理し、その表面にＳｎを付着させて拡散熱処理を
   施すことを特徴とするＮｂ３８ｎ繊維分散型化合物超電
   導線材の製造法。 ２）　０ｕ−Ｎｂを主成分とする合金を線状あるいはテ
   ープ状に加工した後、該加工物を４００〜１０００℃で
   予備熱処理し、更に加工を加えてその表面にＳｎを付着
   させて拡散熱処理を施すことを特徴とするＮｂ３Ｓｎ繊
   維分散型化合物超電導線材の製造法。