JPS6150135B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6150135B2 JPS6150135B2 JP57006138A JP613882A JPS6150135B2 JP S6150135 B2 JPS6150135 B2 JP S6150135B2 JP 57006138 A JP57006138 A JP 57006138A JP 613882 A JP613882 A JP 613882A JP S6150135 B2 JPS6150135 B2 JP S6150135B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- based alloy
- composite
- wire
- niobium
- copper
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 46
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 26
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 19
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 7
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 claims description 2
- 229910017755 Cu-Sn Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910017927 Cu—Sn Inorganic materials 0.000 description 6
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Description
本発明はNb3Sn複合超電導体の製造法、更に詳
しくは強磁界中での超電導特性が顕著に改善され
たNb3Sn複合超電導体の製造法に関する。 Nb3Sn超電導線材は比較的安価な線材として、
核融合などへの利用に関心が払われている。従
来、Nb3Sn超電導線材は、純ニオブとCu−Sn2元
合金体から複合体を作り、これを線引きした後、
反応熱処理する方法によつて製造されていた。こ
の方法で得られたNb3Sn線材の臨界電流（Ic）は
10T（テスラ）以上の磁界で急速に低下するた
め、核融合炉などで要求される12T以上の磁界を
発生しうるマグネツトを作ることは困難であつ
た。 最近、NbにHfあるいはTiを固溶した２元合金
芯と、Cu−Sn2元合金あるいは更にこれにGaま
たはAlを添加した３元Cu基合金体との複合加工
体から強磁界中での超電導特性が顕著に改善され
たNb3Sn化合物線材を製造する方法が開発され
た。（特公昭55−029528号、特願昭55−128551
号）また、Nb芯にTaを添加したNb基合金を使用
してNb3Sn複合体を作り、これからNb3Sn複合超
電導材を作る方法も開発された。（Advances in
Cryogenic Engineering 26巻（1980年）第442頁
参照） これらの方法における、Nb芯およびCu−Sn合
金中に添加した金属は、Nb3Sn化合物の拡散生成
を促進すると共に、一部が化合物層内に固溶し、
その強磁界中での超電導特性を高める作用をする
ものであるが、未だ満足する程度に超電導特性を
改善し得られなかつた。 すなわち、極めて細いNb芯を持つ極細多芯線
を加工する場合、Nb芯の加工性の良いことが重
要であり、そのためNb芯に添加しうるHfやTi，
Taの量には限度があり、特性改善にも限界があ
つた。 本発明はこれらの製造法の欠点を改善し、強磁
界中での超電導特性の改善されたNb3Sn複合超電
導体の製造法を提供するにある。また他の目的は
製造における極細多芯線への加工も容易で、且つ
超電導特性の優れたNb3Sn複合超電導体の製造法
を提供するにある。 本発明者らは前記目的を達成せんと鋭意研究の
結果、ニオブ基合金体としてニオブに0.1〜20原
子％のタンタルを含有するニオブ基合金を用い、
また、銅基合金体として銅に１〜15原子％の錫と
さらにチタン0.1〜５原子％、ガリウム0.1〜10原
子％あるいはアルミニウム0.1〜10原子％を含有
する銅基合金を用い、これから複合体を作り、こ
の複合体を押出し、線引き、圧延あるいは管引き
等により線、テープあるいは管等の所望の形状に
加工した後、この加工材を600〜900℃で反応熱処
理するときは、優れた特性を有するNb3Sn複合超
電導体が得られることを知見した。この知見に基
いて本発明を完成した。 本発明において用いるニオブ基合金中に含ませ
るTaの量は0.1〜20原子％の範囲内であることが
必要である。Taの量が0.1原子％より少ないと添
加効果がなく、20原子％を超えると超電導特性が
劣化するほか、Nb芯への加工性が悪くなる。特
に好ましい範囲は0.5〜５原子％である。 本発明で用いる銅基合金中に含させるSn量
は、１〜15原子％の範囲内にあることが必要であ
る。Sn量が１原子％より少ないと、熱処理の際
Nb3Snの生成が極めて遅くなると共に、超電導特
性も著しく劣化する。Sn量が15原子％を超える
と、銅基合金の加工性が著しく悪くなる。特に好
ましい範囲は５〜９原子％である。 銅基合金中に含ませるTi，GaまたはAlの量は
それぞれ、0.1〜５原子％、0.1〜10原子％、0.1〜
10原子％の範囲内であることが必要である。これ
ら範囲の最小量より少ないと添加効果がなく、最
大量より多いと銅基合金マトリツクスの加工性が
著しく悪くなるほか、Nb3Snの超電導特性を低下
させる。Ti，GaまたはAlの含有させる量として
特に好ましい範囲は、それぞれ0.2〜１原子％、
２〜５原子％、２〜５原子％である。 Nb3Sn化合物を生成させるための熱処理温度は
600〜900℃の範囲であることが好ましい。600℃
より低いとNb3Sn化合物の生成速度が極めて遅く
なり、また超電導特性も劣る。900℃を超える
と、銅基合金が溶融状態となり線径が不均一とな
るほか、Nb3Snの結晶粒が粗大化し、超電導特性
が低下する。 本発明において銅基合金体に含有させたTi，
GaまたはAl、またNb基合金体に含有させたTa
は、Nb3Snを生成させる熱処理の際に、Nb3Sn化
合物層中に固溶して超電導性特性、特に上部臨界
磁界Hc2を向上させる。またこれらの元素のうち
Ti，AlおよびTaはNb3Sn化合物の生成速度を増
加させる作用を有するため、該化合物を厚く生成
させることができる。従つて電流容量の大きな線
材が容易に作製できる利点がある。 これらの元素のNb芯への添加およびCu−Sn合
金マトリツクスへの添加を同時に行うことによ
り、各々の元素添加を行つた場合に較べて著しく
強められる。すなわち、Nb芯へのTaの添加によ
りCu−Sn合金中のTi，GaまたはAlはNb3Sn層へ
の拡散が容易となり、強磁界中での超電導特性が
一層改善される。これらの元素添加により、12T
以上の強磁界においてIcが顕著に増加するため
に、各種超電導利用機器を十分な余裕をもつて強
磁界で利用可能となり、機器の安全、信頼性の向
上、機器の小型化による冷却コストの軽減等によ
り、その経済的並びに技術的効果は極めて大き
い。 上記の方法に加え、加工材の表面にSnを被覆
し、追加して供給するという処理を行なえば、
Nb3Snの生成が進むにつれて消費されるCu−Sn
合金中のSnを補給出来るために、さらに大きい
Ic値を有する線材を作製することが可能である。
また、Snの代わりにGaを複合材の表面に被覆し
ても、同様に線材の超電導特性、特にHc2と強磁
界でのIcを向上させることができる。 実施例 外径７mm、内径３mmのCu−７原子％Sn、（以下
％は原子％を示す）Cu−７％Sn−0.3％Ti、Cu
−７％Sn−２％GaおよびCu−７％Sn−２％Snの
合金管に、NbまたはNb−２％Ta合金の芯を挿入
し、該複合体を溝ロールおよび線引加工により外
径0.5mmの線に加工した。この線をアルゴンガス
雰囲気で750℃で100時間熱処理を行つた。Tcお
よび16TでのIcの測定結果は次の通りであつた。
しくは強磁界中での超電導特性が顕著に改善され
たNb3Sn複合超電導体の製造法に関する。 Nb3Sn超電導線材は比較的安価な線材として、
核融合などへの利用に関心が払われている。従
来、Nb3Sn超電導線材は、純ニオブとCu−Sn2元
合金体から複合体を作り、これを線引きした後、
反応熱処理する方法によつて製造されていた。こ
の方法で得られたNb3Sn線材の臨界電流（Ic）は
10T（テスラ）以上の磁界で急速に低下するた
め、核融合炉などで要求される12T以上の磁界を
発生しうるマグネツトを作ることは困難であつ
た。 最近、NbにHfあるいはTiを固溶した２元合金
芯と、Cu−Sn2元合金あるいは更にこれにGaま
たはAlを添加した３元Cu基合金体との複合加工
体から強磁界中での超電導特性が顕著に改善され
たNb3Sn化合物線材を製造する方法が開発され
た。（特公昭55−029528号、特願昭55−128551
号）また、Nb芯にTaを添加したNb基合金を使用
してNb3Sn複合体を作り、これからNb3Sn複合超
電導材を作る方法も開発された。（Advances in
Cryogenic Engineering 26巻（1980年）第442頁
参照） これらの方法における、Nb芯およびCu−Sn合
金中に添加した金属は、Nb3Sn化合物の拡散生成
を促進すると共に、一部が化合物層内に固溶し、
その強磁界中での超電導特性を高める作用をする
ものであるが、未だ満足する程度に超電導特性を
改善し得られなかつた。 すなわち、極めて細いNb芯を持つ極細多芯線
を加工する場合、Nb芯の加工性の良いことが重
要であり、そのためNb芯に添加しうるHfやTi，
Taの量には限度があり、特性改善にも限界があ
つた。 本発明はこれらの製造法の欠点を改善し、強磁
界中での超電導特性の改善されたNb3Sn複合超電
導体の製造法を提供するにある。また他の目的は
製造における極細多芯線への加工も容易で、且つ
超電導特性の優れたNb3Sn複合超電導体の製造法
を提供するにある。 本発明者らは前記目的を達成せんと鋭意研究の
結果、ニオブ基合金体としてニオブに0.1〜20原
子％のタンタルを含有するニオブ基合金を用い、
また、銅基合金体として銅に１〜15原子％の錫と
さらにチタン0.1〜５原子％、ガリウム0.1〜10原
子％あるいはアルミニウム0.1〜10原子％を含有
する銅基合金を用い、これから複合体を作り、こ
の複合体を押出し、線引き、圧延あるいは管引き
等により線、テープあるいは管等の所望の形状に
加工した後、この加工材を600〜900℃で反応熱処
理するときは、優れた特性を有するNb3Sn複合超
電導体が得られることを知見した。この知見に基
いて本発明を完成した。 本発明において用いるニオブ基合金中に含ませ
るTaの量は0.1〜20原子％の範囲内であることが
必要である。Taの量が0.1原子％より少ないと添
加効果がなく、20原子％を超えると超電導特性が
劣化するほか、Nb芯への加工性が悪くなる。特
に好ましい範囲は0.5〜５原子％である。 本発明で用いる銅基合金中に含させるSn量
は、１〜15原子％の範囲内にあることが必要であ
る。Sn量が１原子％より少ないと、熱処理の際
Nb3Snの生成が極めて遅くなると共に、超電導特
性も著しく劣化する。Sn量が15原子％を超える
と、銅基合金の加工性が著しく悪くなる。特に好
ましい範囲は５〜９原子％である。 銅基合金中に含ませるTi，GaまたはAlの量は
それぞれ、0.1〜５原子％、0.1〜10原子％、0.1〜
10原子％の範囲内であることが必要である。これ
ら範囲の最小量より少ないと添加効果がなく、最
大量より多いと銅基合金マトリツクスの加工性が
著しく悪くなるほか、Nb3Snの超電導特性を低下
させる。Ti，GaまたはAlの含有させる量として
特に好ましい範囲は、それぞれ0.2〜１原子％、
２〜５原子％、２〜５原子％である。 Nb3Sn化合物を生成させるための熱処理温度は
600〜900℃の範囲であることが好ましい。600℃
より低いとNb3Sn化合物の生成速度が極めて遅く
なり、また超電導特性も劣る。900℃を超える
と、銅基合金が溶融状態となり線径が不均一とな
るほか、Nb3Snの結晶粒が粗大化し、超電導特性
が低下する。 本発明において銅基合金体に含有させたTi，
GaまたはAl、またNb基合金体に含有させたTa
は、Nb3Snを生成させる熱処理の際に、Nb3Sn化
合物層中に固溶して超電導性特性、特に上部臨界
磁界Hc2を向上させる。またこれらの元素のうち
Ti，AlおよびTaはNb3Sn化合物の生成速度を増
加させる作用を有するため、該化合物を厚く生成
させることができる。従つて電流容量の大きな線
材が容易に作製できる利点がある。 これらの元素のNb芯への添加およびCu−Sn合
金マトリツクスへの添加を同時に行うことによ
り、各々の元素添加を行つた場合に較べて著しく
強められる。すなわち、Nb芯へのTaの添加によ
りCu−Sn合金中のTi，GaまたはAlはNb3Sn層へ
の拡散が容易となり、強磁界中での超電導特性が
一層改善される。これらの元素添加により、12T
以上の強磁界においてIcが顕著に増加するため
に、各種超電導利用機器を十分な余裕をもつて強
磁界で利用可能となり、機器の安全、信頼性の向
上、機器の小型化による冷却コストの軽減等によ
り、その経済的並びに技術的効果は極めて大き
い。 上記の方法に加え、加工材の表面にSnを被覆
し、追加して供給するという処理を行なえば、
Nb3Snの生成が進むにつれて消費されるCu−Sn
合金中のSnを補給出来るために、さらに大きい
Ic値を有する線材を作製することが可能である。
また、Snの代わりにGaを複合材の表面に被覆し
ても、同様に線材の超電導特性、特にHc2と強磁
界でのIcを向上させることができる。 実施例 外径７mm、内径３mmのCu−７原子％Sn、（以下
％は原子％を示す）Cu−７％Sn−0.3％Ti、Cu
−７％Sn−２％GaおよびCu−７％Sn−２％Snの
合金管に、NbまたはNb−２％Ta合金の芯を挿入
し、該複合体を溝ロールおよび線引加工により外
径0.5mmの線に加工した。この線をアルゴンガス
雰囲気で750℃で100時間熱処理を行つた。Tcお
よび16TでのIcの測定結果は次の通りであつた。
【表】
但し、添加量は原子％で示す。
この結果が示すように、本発明の方法で得られ
るNb3Sn複合超電導体は強磁界中でのIc特性が顕
著に優れたものとなる。
この結果が示すように、本発明の方法で得られ
るNb3Sn複合超電導体は強磁界中でのIc特性が顕
著に優れたものとなる。
Claims (1)
- １ ニオブ基合金体と銅基合金体とより成る複合
体を作り、該複合体を押出し、線引き、圧延ある
いは管引き等により、線、テープあるいは管等の
所望の形状に加工したのち、該複合材を600〜900
℃で反応熱処理を行ない複合体境界面にNb3Sn超
電導化合物を生成させる方法において、銅基合金
体として錫１〜15原子％を含み、さらにチタン
0.1〜５原子％、ガリウム0.1〜10原子％あるいは
アルミニウム0.1〜10原子％を含有せしめた銅基
合金を用い、同時にニオブ基合金体としてニオブ
にタンタル0.1〜20原子％を含有するニオブ基合
金を用いることを特徴とするNb3Sn複合超電導体
の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57006138A JPS58123843A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57006138A JPS58123843A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58123843A JPS58123843A (ja) | 1983-07-23 |
| JPS6150135B2 true JPS6150135B2 (ja) | 1986-11-01 |
Family
ID=11630141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57006138A Granted JPS58123843A (ja) | 1982-01-20 | 1982-01-20 | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58123843A (ja) |
-
1982
- 1982-01-20 JP JP57006138A patent/JPS58123843A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58123843A (ja) | 1983-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tachikawa et al. | Composite‐processed Nb3Sn with titanium addition to the matrix | |
| JPS6260847A (ja) | 多線条の超伝導線材の製造法 | |
| JPS6150136B2 (ja) | ||
| JPS61194155A (ja) | Ｎｂ↓３Ｓｎ系超電導線材の製造方法 | |
| JPS5823110A (ja) | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 | |
| US4323402A (en) | Method for producing superconducting Nb3 Sn wires | |
| US4385942A (en) | Method for producing Nb3 Sn superconductors | |
| US4367102A (en) | Method for the manufacture of a superconductor containing an intermetallic compounds | |
| US4341572A (en) | Method for producing Nb3 Sn superconductors | |
| JPS6150135B2 (ja) | ||
| US5522945A (en) | Method for forming triniobium tin superconductor with bismuth | |
| JP3945600B2 (ja) | Ｎｂ ３ Ｓｎ超伝導線材の製造方法 | |
| JPS5998411A (ja) | 極細多芯Ｎｂ―Ｔｉ系超電導線の製造方法 | |
| US5891585A (en) | Nb3 Al multi-filamentary superconducting wire | |
| JPH08195133A (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法 | |
| JPS60421B2 (ja) | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 | |
| JPH0349163B2 (ja) | ||
| JPH0259572B2 (ja) | ||
| JPS60422B2 (ja) | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合加工材の製造法 | |
| Xu et al. | Development of internal-tin diffusion multifilamentary Nb/sub 3/Sn conductors including hydrostatic extrusion | |
| JPS6249756B2 (ja) | ||
| JPS6262406B2 (ja) | ||
| JPS6086705A (ja) | 繊維分散型Νｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 | |
| JPH0317332B2 (ja) | ||
| JPS59198614A (ja) | Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線の製造方法 |