JPS607704B2 - Nb↓3Sn拡散線材の製造法 - Google Patents

Nb↓3Sn拡散線材の製造法

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JPS607704B2
JPS607704B2 JP56051864A JP5186481A JPS607704B2 JP S607704 B2 JPS607704 B2 JP S607704B2 JP 56051864 A JP56051864 A JP 56051864A JP 5186481 A JP5186481 A JP 5186481A JP S607704 B2 JPS607704 B2 JP S607704B2
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diffusion
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恭治 太刀川
久 関根
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0184Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強磁界発生用の改良されたNb$n拡散線材の
製造法に関する。
強磁界発生用の超電導線材としては、従来Nb−Ti系
の合金線材が用いられているが、該合金線材では発生磁
界の限度が約8方ガウス(8テスラ:虹)であり、核融
合装置などに必要な1中以上の強磁界を発生するために
は化合物系超電導体を用いる必要がある。
Nb$n化合物はこのような要求に応える実用超電導材
料の一つとして知られている。近年、核融合炉用、高エ
ネルギー物理用、エネルギー貯蔵用等の大型強磁界マグ
ネットの製作のため、強磁界領域において大きい臨界電
流を持つ超電導線材の開発がいっそう重要になってきた
マグネットの発生磁界を上げるためには、上部臨界磁界
Hc2を高めると共に、強磁界中の臨界電流密度acを
増加させることが不可欠である。なお、ここにJcは実
際に磁界中で測定される臨界電流値lcを超電導体の断
面積で除して求められる。Nb(ニオブ)の線またはテ
ープを加熱溶融したSn(錫)格の中を通過させ、引続
いて熱処理を行なって表面にNQSn化合物層を生成さ
せる方法は既に知られているが、この方法で作られたN
&Sn化合物線材の磁界−Jc特性は15T以上で急速
に低下し、この綾材によっては15T以上の磁界を発生
し得る超電導マグネットを作製することが困難である。
N広Sn拡散線材では、合金元素を添加することが、そ
のHc2および強磁界中でのJcを高めるうえに最も効
果的な方法と考えられる。本発明は従来のN広Sn拡散
線材の欠点を解消し、15T以上の強磁界中での使用可
能であり、超電導特性の顕著に改良され、且つ低電導特
性も優れたN広Sn超電導線材の製造法を提供すること
を目的とする。
本発明者らは研究の結果、下地線またはテープとしてN
bにHfを固港させたNG基合金を用い、また加熱溶融
して下地線またはテープの表面から拡散させるSnにl
nとAg,AそとCuまたはAZとAgとを固溶させた
Sn基合金を使用し、この裕中を通過させてその表面か
らSn基合金を拡散させた後、熱処理を行うことによっ
て解決し得た。
この明細書中の合金中の元素含有率はすべて原子%で示
す。本発明の製造法においては、下地線またはテープと
しては、NbにHfを0.1〜30%固溶させたニオブ
基合金を溶製して、これを線またはテープの形に加工し
たものを用いる。
Nbに園溶させたHfはNASn層の層厚をを増大させ
ると共にそのHC2を大中に増加させる作用効果を奏す
る。Nb3Sn層の層厚を増大させるという効果は、線
材の臨界電流lcを著しく増大させるという点で実用上
の意義が大きい。またHc2を増加させるという効果は
、線材の強磁界でのlcおよびJcを著しく増加させる
。添加するHf量は0.1〜30%の範囲内であること
が好ましい。0.1%より少ない場合はHfの添加効が
殆んど得られず、30%を超えるとNb−Hf合金下地
の加工性が悪くなる欠点を生ずる。
下地線またはテープの表面から拡散させるSn基合金と
しては、Snに各元素の量は0.1〜70原子%で、そ
の合計量は70原子%を超えない範囲で、lnとAg,
A〆とCu,またはA夕とAgを含有させた錫基合金を
使用する。
本発明の製法における大きな特徴は、Hfを下地Nb‘
こ含有させると共に、Sn浴にlnとAg,A夕とCu
,またはAそとAg,すなわち、前記2種の元素を同時
に含有させたものを使用する点にある。
周期律表皿b族元素のlnまたはAそは、約15T以上
の強磁界中でのNb3Sn拡散線村のlcを顕著に改善
する効果を奏する。
しかしその反面討ちSn拡散層の生成速度を低下させ、
しかもNbぶnの結晶粒を粗大化させるために、約13
rより低い低磁界中でのlcをかえって低下させ、約1
3〜15Tの磁界領域でのlcもさほど増加させない。
これに対し、周期律表lb族元素のCuまたはAgは、
NQSn拡散層の生成速度を増加させると共に、低い熱
処理温度(600〜900午0)での熱処理や短時間の
熱処理によってもNb3Sn層の拡散生成を4可能にす
る。
これによって結晶粒が細かくなり、Jcおよびlcの高
いNb3Sn層の生成を可能にする。従って、Snに、
lnまたはA夕を添加する際、CuまたはAgも同時に
添加することによって、両者の作用効果が相助けて、は
じめて全磁界領域、特に15T以上の強磁界中でのlc
を大中に増加させることが可能となる。Hfの添加は、
前記したようにN広Sn層の層厚を増大させ、しかも結
晶粒を細かくする。また、lnおよびAそがNb3Sn
層内に拡散するのを促進する働きを持つ。従って、ln
あるいはAそをSn格に添加する際には、同時にHfを
下地Nbに添加することが必要である。Sn俗に加える
Ga、ln、またはAそと、Cuまた0はAgは、それ
ぞれの元素量が0.1〜70%の範囲内にあり、合計し
ても70%以下であることが、生成される。
Nb3Sn層の特性を改善させ、またNらSn層の拡散
生成を阻害しないために望ましい。Snに加えるA夕、
lnとCuまたはAgの量が0.1%に満夕たないとそ
の添加効果はほとんど得られず、また、それらの元素の
含有量が合計で70%を超えるとNb3Sn層の拡散生
成をかえって阻害してしまう。前記のNb基合金の下地
線またはテープを、600〜1200qoに加熱溶融し
た前記の錫基合金俗の中を通過させ、引き続いて600
〜1200qoで1分間〜20独特間の熱処理を行なう
ことにより、下地線またはテープの表面に連続したNは
Sn化合物層が生成される。なお、Sn基合金格の温度
および線材の熱処理温度は、600oo以下ではSnの
Nq合金下地への拡散が起こりにくく、120000以
上の温度ではNはSn化合物層の結晶粒が粗大化して超
電導特性を劣化させるため、600〜1200qoの温
度範囲内で行なわれることが望ましい。本発明の方法に
より作られたN広Sn拡散線材は、いずれも上部臨界磁
Hc2が高く、また、強磁界中の臨界電流lcおよび臨
界電流密度Jcが顕著な改善を示す。
強磁界中のJcが約5×1ぴA/の以上であれば実用線
材として十分に使用し得るので、本発明によれば発生磁
界が15T以上の超電導マグネット用線村を製造するこ
とが容易である。また、本発明は、NQSn拡散線材の
Jcを強磁界中のみならず低磁界においても増加させる
ので、この線材を送電ケーブルに使用する場合にも有意
義である。NQSnは超電導遷移温度Tcが高いので超
電導送電ケーブル材料としても有望と考えられている。
本発明の方法におけるNはSn超電導線材は、下地線ま
たはテープが塑性加工に関して良好な加工性を有するの
で、その線材の製造は従来技術を用いて容易に行なえる
。また、本発明の方法により作られた線材はフラツクス
ジヤンプに対する安定化のために銅被覆または銀被覆を
することや、電磁力に対抗するために更にステンレステ
ープ等で補強されることが望ましい。実施例 純NbまたNb‘こ5%のHfを配合した素材をアルゴ
ン雰囲気中でアーク溶解炉にて溶解し、これを圧延加工
にて中3柵、厚さ0.5仇吻のテープにした。
これを、第1表に示すような組成のSn基合金格(約9
00℃)の中を通過させてテープの表面ZからSn基合
金を拡散させ、続いて、そのテープに真空中、900q
oで1時間の熱処理を施した。第1表第1図に熱処理後
の試料の断面構造を示す。
図中、AはSn基合金、BはNb基合金下地、CはNQ
Sn化合物層である。第2,3図に本実施例にる線材の
磁界中でのH−lc曲線(磁界−臨界電流曲線)の4.
松における測定結果を示す。第2,3図中の曲線番号と
試料との対応は第1表に示されている。また、第1表に
は16Tの磁界中でのJcも示されている。第2,3図
から明らかなように、NbにHfを園溶させた合金を下
地として用いた線材(3〜9)は、純Nbの下地を用い
た線材(1および2)に較べてlcが一般に顕著に糟大
することがわかる。また、Sn基合金中に、lnまたは
Aそを含有せしめた線材、4および6は3に較べまた、
7および8は5に較べIM以上でのlcの減少が少なく
なっていることがわかる。さらにSn格にCuまたはA
gを添加した線材、すなわち、5は3に較べ、また、7
、はそれぞれ4,6に較べ、N広Sn層の拡散生成が促
進され、lcが増加することがわかる。第1表から明ら
かなように、下地Nb中にHfを添加するとともにSn
基合金裕中にGa,lnまたはAそおよびそれと同時に
CuまたはAgを添加したもの(7〜10)では、いず
れも16Tの磁界中でのJcが5×1びA/のを大中に
上回っており、15T以上の強磁界を発生するマグネッ
トに使用し得るものであることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造法により作製したN広Sn拡散テ
ープの1例を横断面に示したもので、AはSn基合金、
BはN巧基合金下地、Cは熱処理により生成された連続
したNbぶn化合物層を含む拡散層である。 第2図および第3図は、第1表に掲げた組成例のNb3
Sn超電導線材の液体ヘリウム中(4.次)での磁界に
よる臨界電流の変化を示したものである。曲線1:N巧
基合金にHfを含有せず、Sn基合金のままの場合、曲
線2:Nb基合金にHfを含有せず、Sn基合金にGa
とCuる含有させた場合、曲線3:Nb基合金にHfを
5原子%含有させ、Sn基合金はそのままの場合、曲線
4:N巧基合金にHfを5原子%含有させ、Sn基合金
にGaを単独含有させた場合、曲線5:Nb基合金にH
fを5原子%含有させ、Sn基合金にCuを単独含有さ
せた場合、曲線6:Nb基合金にHfを5原子%含有さ
せ、Sn基合金にlnを単独含有させた場合、曲線7:
Nb基合金にHfを5原子%含有させ、Sn基合金にl
nとAgとを含有させた場合、曲線8:Nb基合金にH
fを5原子%含有させ、Sn基合金にA〆とCuを含有
させた場合、曲線9:Nb基合金にHfを5原子%含有
させ、Sn基合金にA夕とAgを含有させた場合。 努1図 ※2図 券3斑

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ニオブ基合金の線またはテープを600〜1200
    ℃に加熱溶融した錫基合金浴中を通過させ、引続いて6
    00〜1200℃で熱処理を行なつて表面にNb_3S
    n化合物層を生成させる方法において、ニオブ基合金と
    してニオブに0.1〜30原子%のハフニウムを含有せ
    しめた合金を用い、錫基合金として、錫に各元素は0.
    1〜70原子%で、その合計は70原子%を超えない範
    囲で、InとAg,AlとCu,またはAlとAgを含
    有させた錫基合金を用いることを特徴とするNb_3S
    n拡散線材の製造法。
JP56051864A 1981-04-08 1981-04-08 Nb↓3Sn拡散線材の製造法 Expired JPS607704B2 (ja)

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JPS57116770A JPS57116770A (en) 1982-07-20
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0543610Y2 (ja) * 1986-02-05 1993-11-04

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55107769A (en) * 1979-02-09 1980-08-19 Natl Res Inst For Metals Manufacture of nb3 sn diffused wire

Patent Citations (1)

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JPS55107769A (en) * 1979-02-09 1980-08-19 Natl Res Inst For Metals Manufacture of nb3 sn diffused wire

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JPH0543610Y2 (ja) * 1986-02-05 1993-11-04

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JPS57116770A (en) 1982-07-20

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