JPS61266528A - 粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の製法 - Google Patents

粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の製法

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JPS61266528A
JPS61266528A JP60107996A JP10799685A JPS61266528A JP S61266528 A JPS61266528 A JP S61266528A JP 60107996 A JP60107996 A JP 60107996A JP 10799685 A JP10799685 A JP 10799685A JP S61266528 A JPS61266528 A JP S61266528A
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superconducting
sintering
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Takayuki Miyatake
宮武 孝之
Rikuro Ogawa
小川 陸郎
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Kobe Steel Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、粉末冶金法による高性能化合物超電導材料の
製法に係り、超電導大型トランス、超電導回転機、超電
導発電機等の交流用超電導線乃至テープに利用されるも
のである。
(従来の技術) NbTtで開発されている交流用線材は、超電導転移温
度Tcが9.4にと低く温度マージンがとれないこと、
また超電導素線を0.5μm程度までの極細線に加工し
なければならないこと等の問題がある。
前者においては、Nb1Sn  系材料を使用すること
で解決されるが、後者においては、現在利用されている
超電導素線(〜5μm)より、さらに細い素線径まで加
工せねばならず、非常に大きな製造コストを必要とする
上記の欠点を解決すべく開発されたものが、インサイチ
ュ−法(in 5itu法)線材であった。
Cu −Nb二元素が状態図的には二相分離型に属し、
Cu基のこの合金を溶製すると、Cu母相内にNbがデ
ンドライト状に晶出した混合組織が得られる。インサイ
チュー法はCu −Nb合金を線材加工することで分散
したNbが加工方向に微細フィラメント化し、これにS
nを拡散させて、Nb3Snフィラメントを生成させる
方法である。
即ち、インサイチュ−法は多量のNbを一体化させる工
程を省略して簡単にサブミクロンの11b3snフイラ
メントをもつ多芯線を製造する方法である。
ところが、インサイチュ−法による線材中のNb3Sn
フィラメントは、それぞれ不連続であるが、超電導電流
はフィラメントの部分的接触または近接効果によって流
れるため、フィラメント間の結合は強く、線材自身は単
芯線的な挙動を示す。つまり、構造的にはサブミクロン
のNb3Snフィラメントをもつ多芯線でありながら、
電磁特性は同じサイズの単芯線にしかすぎない。
この挙動の改善策としてNb含有量を低くして、Nbフ
ィラメント間隔を大きくとり、フィラメント間の結合を
弱くすることが考えられたが、この結果は、単芯線的な
挙動こそ見られなかったが、数10本のフィラメントが
束になった状態となっている。
(発明が解決しようとする問題点) 粉末法によるNb3Sn線材は、インサイチュ−法によ
るものと全く同じ線材構成をもつ。この場合、第1図に
示す如<Cu−Nbインゴット1のNb2は粉末形状の
まま孤立性よ(Cu母相3内に分散することになり、最
終線材中のNb3Snフィラメント4間結合が弱くなる
と考えられた。
ところが、Cu−15〜4Qwt%Nb焼結体を細線加
工し、Snメッキ、熱処理によりNb3Snを生成させ
電磁特性を測定した結果、15wt%Nbの低含有量に
おいても、インサイチュ−法同様、単芯線的挙動しか得
られていない。
この問題の解決なくしては、粉末法NJSn超電導線材
のパルスの交流用途への展開はなし得ない。
(問題点を解決するための手段) 上記問題点を解決すべく、本発明者らは超電導線条材試
料の組織観察、電磁特性測定等の実験を積み重ね研究し
た結果、 ■ 使用したNb粉末粒子のうち、ある特定粒子径範囲
以下にある微細粒子が、最終線条材で、NJSn微細フ
ィラメントとなり、これと他のNb3Snフィラメント
との絡まり、あるいは近接効果により、低Nb含有量に
かか゛わらず強い結合をもたらすこと。
■ 低Nb含有量で、かつ焼結に用いるNb粒子径があ
る特定範囲数値にある場合、従来の問題点の解決に有効
であること。
を知見した。
本発明はこの知見に基いて、従来の問題点を解決する手
段として、Cu  Nb焼結体を減面加工し、内部芯ま
たは外部メッキにより添加したSnを、熱処理による拡
散でNJSn超電導線条を製作する方法において、 焼結に用いるNbの平均粒子径をdN&(μm)、各N
bの粒子径をdとしたとき |d−dN、1≦0.35 dN、・・・・・・ ■で
示される値であり、 焼結後のCu−Nb焼結体中に含まれるNb粒子の含有
量は−t%で 5≦CM≦25    ・・・・・・■で示される値と
なるように、上記特定粒子径の、かつ特定量のNb粉末
を用いる構成を採用した。
なお、本発明において、焼結に用いるNbの粒子径dM
を上記0式の数値に限定する理由は、第2図で示す如<
tJb3snフィラメント径を一様にし微小フィラメン
トによる絡まりを低くするためであり、また0式による
Nb含有量の制限において、5%以下では不連続フィラ
メントによる使用上不都合な残留抵抗が発生し、25%
以上では第3図で示す如く接触が増大、良好な電磁特性
が得られなくなるからである。
(実施例) 本発明の具体的実施例は下記■〜■に示す如くである。
なお、本発明は従来の問題点を解決する手段は先に説明
したとおりであるが、実験研究の結果、最終Nb3Sn
フィラメント径d、のバラツキを次の特定範囲内に制限
することも有効であることを付記する。
0.05≦dM/  R≦ 5.0 d t=dm/  R、R=  A/  A6(A:線
材断面図、へ〇:初期ビレット断面積)〈実施例■〉 230メツシュ以下325メツシュ以上のNbH粉末と
150μh以下のアトマイズCu粉をCu−15wt%
NbHとなるよう調合し、ボールミルにより2日間の混
合後、冷間静水圧プレスにより、2000 k+r f
 / crAで圧粉成形した。
得られた成形体を10−’torr以下の真空中で90
0℃18時間の熱処理でNbf(の脱水素を行い、Cu
−15wt%Nb焼結体を得るやこの焼結体を、外径6
8m、内径52mの銅パイプに挿入、ビレットを作製後
、熱間静水圧押出で13.5φに押出し、さらにスウェ
ージング、線引きにより0.3 φまで減面加工した。
この線材中のNb量に当量のSnを外部よりメッキし、
650℃で4日間の熱処理でNb3Sn超電導線材を作
製した。
この実施例で得たNb3Sn超電導線は、磁化測定によ
り、6μ謡の等価的フィラメント径を得た。
これは、同Nb含有量のインサイチュ−法によるものよ
りも優れた特性である。
〈実施例■シ 実施例■の熱間静水圧押出で得た13.5φの同クラッ
ドCu−15wt%Nb線材を3φの孔明加工し、Sn
欅を挿入後、線引きにより、0.5 φまで減面加工し
た。得られた複合線材を650℃×4日間の熱処理で、
Nb3Sn超電導線材試料とした。
ここで得たNJSn超電導線材を磁化測定した結果5μ
mの等価的フィラメント径を得た。
〈実施例■〉 様々な粒子径をもつ、水素化−脱水素処理により精製し
たNb粉末と、200μm以下のガスアトマイズCu粉
を種々の割合で調合し、ボールミルにより2日間の混合
後、冷間静水圧プレスにより、20001urf /c
sAT:圧粉成形シタ。
この成形体を68φの銅バイブに挿入し、税気封入し押
出ビレットとした。その後、熱間静水圧押出(950℃
)で13.5φに押出し、さらにスウェージング、線引
加工により、0.3 φに減面した。これらの線材中の
Nb量に当量のSnを外部メッキし、650’Cx 4
 d、の熱処理でNb3Sn超電導線材とした。
これらのNb!Sn線材の超電導特性を表■に示し、第
2図及び第3図にまとめて示している。
次      葉 表  ■ 上記表■において、超電導線材の電磁特性は等価的フィ
ラメント径deffで表される。deffは履歴損失に
比例する値で、単芯線の場合は、超電導部分径2Rに等
しくなり、多芯線の場合は、各素線径d4に等しくなる
。ブロンズ法におけるNb3Snフィラメントのように
連続なフィラメントをもつ線材では、deff〜ci+
となるが、粉末法やインサイチュ−法のように、不連続
Nb3Snフィラメントをもつ場合、はとんどdef 
f≠ct、となり、deffは通常d、の数10〜数1
00倍の値となる。
一般に、フィラメント間結合の強さを議論する場合、d
eff/2Rなるパラメーターを使用する。従って、理
想的にはΩ<deff/2R≦1なる値をとり、def
f/2Rが1に近いほど単芯線的であり、deft/2
Rが小さいほど多芯線的挙動であるといえる。
インサイチュ−法や粉末法による超電導線材をマグネッ
ト等に応用する場合、deff/2R〜0.1程度あれ
ばよく、さらに、パルス用マグネットの場合には、de
ff/2R≦0.05となる。即ち、本試料のように、
Cu −Nb −Sn部分の径が250μ匍の場合、d
eff/2R= 0.1では de4f=25/jmで
あるから、通常のマグネットへの応用には、充分な値と
いえる。
表■において、試料番号の7. 8.12.13がそれ
ぞれ本発明の範囲内であることは明らかである。
そして試料1〜4は、44μm以下のNb粉末を用いて
いるが、いずれもdeff/2Rは高い。また試料5〜
9は44μm≦d≦66μ−のNb粉末で、試料9は残
留抵抗発生のため、deff/2Rが求められないが、
本発明に係る試料7.8のdeff/2Rは非常に低い
ことがわかる。試料10〜21は、44μ■≦d≦88
#I11 、149 μm 、210μmの3種のNb
粒度範囲に対して、4種のNb濃度をとった試料である
。低いdeff/2Rが得られたのは、試料12.13
のみである。
(発明の効果) 本発明によれば、Nb3Snフィラメントサイズを一様
にし、微少フィラメントによる絡まりを低くすることが
できる。
また、不連続フィラメントによる使用上不都合な残留抵
抗の発生がな(、接触がすくなくて良好な電磁特性を得
ることができる。
従って、NbTi超電導線材で開発されている交流用超
電導線材を安価でかつより強磁場に用途の拡大を可能に
する高性能化合物超電導科料の製作法として有益である
【図面の簡単な説明】 第1図は従来の粉末法Nb3Sn超電導線材の製造方法
一部の工程を示す説明図、第2図は本発明によるフィラ
メント間結合の強さと粉末粒度範囲との関係を示すグラ
フ、第3図は同じくフィラメント間結合の強さとNb含
有!(wt%)の関係を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、Cu−Nb焼結体を減面加工し、内部芯または外部
    メッキにより添加したSnを、熱処理による拡散でNb
    _3Sn超電導線条を製作する方法において、焼結に用
    いるNbの平均粒子径をd_N_b(μm)、各_N_
    bの粒子径をdとしたとき |d−d_N_b|≦0.35d_N_b・・・・・・
    (1)で示される値であり、 焼結後のCu−Nb焼結体中に含まれるNb粒子の含有
    量はwt%で 5≦C_N_b≦25・・・・・・(2) で示される値となるように、上記特定粒子径の、かつ特
    定量のNb粉末を用いることを特徴とする粉末冶金法に
    よる高性能化合物超電導材料の製法。
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