JPS6150136B2 - - Google Patents
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- JPS6150136B2 JPS6150136B2 JP57025981A JP2598182A JPS6150136B2 JP S6150136 B2 JPS6150136 B2 JP S6150136B2 JP 57025981 A JP57025981 A JP 57025981A JP 2598182 A JP2598182 A JP 2598182A JP S6150136 B2 JPS6150136 B2 JP S6150136B2
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- H10N60/00—Superconducting devices
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- H10N60/0184—Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はNa族元素のチタン、ジルコニウムお
よびハフニウムから選ばれた１種または２種以上
を添加して、強磁界特性を改良したNb3Sn超電導
線材の製造法に関するものである。 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、最も広く
使用されている線材は、Nb―Ti系の合金線材で
あるが、この合金線材の発生磁界は９テスラ
（90000ガウス）の限度があり、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
超電導体は可塑性に欠ける点が実用化に際しての
大きな障害になつていた。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が発明さ
れ、Nb3Sn（臨界温度：約18K、臨界磁界：約21
テスラ）およびV3Ga（臨界温度：約15K、臨界
磁界：約22テスラ）の化合物系超電導線材が実用
化されるようになつた。 表面拡散法とは、例えばNb3Sn化合物線材にお
いては、下地ニオブテープを溶融錫浴中を連続的
に通過させたのち、熱処理によつてニオブと錫を
拡散反応させ下地テープ面上にNb3Sn化合物層を
生成させる方法である。複合加工法とは、例えば
Nb3Sn化合物においては、ニオブ基体と銅―錫合
金基体とを複合一体化させ、線またはテープまた
は管状に加工したのち、熱処理によつて銅―錫合
金基体中の錫とニオブ基体とを選択的に拡散反応
させてNb3Sn化合物層をニオブ基体の周囲に生成
させる方法である。この複合加工法を用いると、
銅―錫合金基体中に多数の細いニオブ芯を埋込ん
だ極細多芯線の製造法が可能となり、速い磁界変
化に対して安定な超電導特性が得られる。なお、
V3Gaの極細多芯線も同様な方法で製造して得ら
れる。このような表面拡散法および複合加工法に
より作製されたNb3SnあるいはV3Ga化合物線材
はすでに物性研究用などの小型強磁界マグネツト
として利用されている。 一方、核融合炉用、高エネルギー加速器用、超
電導発電機用等の大型強磁界マグネツトの開発が
盛んに進められており、これらに使用される超電
導線材として15テスラ以上の強磁界領域において
大きい臨界電流をもち、しかも、速い磁界変化に
対して安定な化合物系極細多芯線の実用化が急が
れている。しかし、従来のニオブ基体と銅―錫合
金基体との複合体から作製されるNb3Sn化合物線
材の臨界電流は約12テスラ以上の磁界で急速に低
下し、この線材によつて12テスラ以上の強磁界を
発生し得る超電導マグネツトを作製することが困
難であつた。一方、V3Ga化合物線材はNb3Sn化
合物線材に比較して強磁界特性がすぐれている
が、材料の価格がNb3Snより高価なため、線材を
大量に使用する大型設備に関して有利とは言えな
い。従つて、少量の合金元素を添加して強磁界特
性を改善したNb3Sn化合物線材を用いる方が得策
である。最近、Na族元素であるチタン、ジルコ
ニウムあるいはハフニウムをニオブ基体あるいは
銅―錫合金基体に添加することにより強磁界での
超電導特性を著しく改善されたNb3Sn化合物線材
の製造法が発明された。（特願昭55−128551、特
願昭56−121479）。 これらの方法は、ニオブ基体あるいは銅―錫合
金基体に添加されたNa族元素がNb3Sn化合物の
拡散生成を促進させるとともに、その一部が
Nb3Sn化合物層内に固溶し、強磁界での超電導特
性を高める作用を有する方法である。しかし、こ
れらの製法ではNa族元素をニオブ基体あるいは
銅―錫合金基体に添加するため、塑性加工性がす
ぐれず、約40％の断面縮少率毎に中間焼鈍を必要
とし、実用的な長尺線を作製するのに焼鈍回数が
極めて多くなり、製造コストを著しく高める難点
があつた。さらに、従来の複合加工法に用いる銅
―錫合金基体は塑性加工性の保持から錫の固溶量
が限定され、そのために拡散生成するNb3Sn化合
物相が線材全断面積当たり少なく、臨界電流容量
の大きな線材の作製に難点があつた。 本発明はNa族元素であるチタン、ジルコニウ
ムおよびハフニウムを錫を含まない銅基体に添加
して、加工の容易な方法で強磁界での超電導特性
が改善され、また、臨界電流容量の大きいNb3Sn
超電導線材を製造することを目的としたものであ
る。 本発明はNa族元素であるチタン、ジルコニウ
ムおよびハフニウムのうち１種または２種以上を
合計して0.1〜５原子％含む銅合金基体と錫基体
とニオブ基体との複合体を作製し、所定の形状ま
で加工したのち、400〜900℃の拡散熱処理を行い
ニオブ基体の周囲にNb3Sn化合物を生成させる。
また、上記のNa族元素のうち１種または２種以
上を合計して、0.1〜５原子％含む銅合金基体と
ニオブ基体だけからなる複合体を所定の形状まで
加工したのち、錫メツキ等によつて被覆し、400
〜900℃の拡散熱処理を行いニオブ基体の周囲に
Nb3Sn化合物を生成させる。銅合金基体に添加す
るNa族元素はすぐれた超電導特性を得るためと
Nb3Sn化合物の生成を促進させるために１種また
は２種以上を合計して0.1原子％以上であること
を必要とする。また、銅合金基体の塑性加工性を
良好に保持し、かつ、Nb3Sn化合物相内に含まれ
る添加元素量を過大にしないために５原子％以下
の範囲になければならない。複合線材に複合一体
化させる錫あるいは被覆させる錫の量は全断面積
当り１体積％から50体積％が適当で、１体積％以
下であるとNb3Sn化合物層が生成されにくく、50
体積％以上になるとNb3Sn化合物以外の化合物相
が生成されて好ましくない。なお、錫の被覆させ
る方法としては電気メツキ、溶融メツキあるいは
真空蒸着等の被覆法の適用が可能である。また、
錫を被覆した場合、Nb3Sn化合物を生成させる前
に銅合金基体中への錫の拡散を図る目的で100〜
400℃において予備熱処理を行つても良い。ニオ
ブ基体と錫との拡散熱処理において、Nb3Sn化合
物層の生成には400〜900℃の温度範囲が望まし
く、400℃以下ではNb3Sn化合物層の生成速度が
極めて遅く、また、超電導特性も劣化させる。
900℃以上になると生成されたNb3Snの結晶粒が
著しく粗大化して超電導特性を劣化させる。 本発明においては錫を含まない銅合金基体とニ
オブ基体（および錫基体）のすべて加工性の良い
要素から構成される複合体を用いるため、加工工
程が著しく容易となり、中間焼鈍を省いて細線へ
の加工が可能となり線材作製におけるコストが著
しく軽減される。銅合金基体に添加したNa族元
素のチタン、ジルコニウムあるいはハフニウムは
Nb3Sn化合物の生成を促進させ、また、添加元素
の一部がNb3Sn化合物内に固溶することにより、
超電導特性の臨界磁界を向上させ、15テスラ以上
の強磁界での臨界電流を顕著に増加させる。一
方、拡散工程では錫の充分な量を複合体内部から
の拡散、あるいは外部からの拡散により供給する
ことが出来るのでNb3Sn化合物相が多量に得られ
るなどの効果から臨界電流容量の大きな線材が作
製できる。その結果、各種超電導利用機器の性能
向上や小型化による冷却コストの軽減される。ま
た、本発明で作製された線材は極細多芯線形式で
あるために、速い磁界変化に対して安定な超電導
特性が保持され、強磁界中で用いる機器の安全性
と信頼性を著しく向上させる優れた効果を有す
る。 実施例・１ 銅―１原子％チタンおよび銅―１原子％ハフニ
ウム合金をグラフアイトるつぼを用いてタンマン
溶解炉で溶製し、別の純銅と共にスエージング加
工と機械加工により外径８mmの丸棒に作製した。
これらの銅合金または純銅の丸棒の中心に2.5mm
φの錫棒を挿入し、さらに、その周囲に１mmφの
ニオブ棒を８本挿入した第１図に示す断面構造を
もつ複合体を作製した。図中１は錫芯、２はニオ
ブ芯、３はCu，Cu―Ti合金またはCu―Hf合金
マトリツクスを示す。この複合体を溝ロールおよ
び線引きにより中間焼鈍なしに外径0.4mmの線に
加工した。なお、従来技術の銅―７原子％錫―１
原子％チタン合金とニオブ芯からなる複合体では
８mmφから0.4mmφまで加工するのに約10回の中
間焼鈍を必要とした。次いでアルゴン雰囲気中の
石英管に封入したのち、725℃×50時間の拡散熱
処理を行つた。このようにして作製した試料の
Nb3Sn化合物の厚み、臨界電流（ｃ）および臨
界温度（Tc）の測定結果を表１に示す。チタン
あるいはハフニウムを銅のマトリツクスに添加す
ると強磁界である15テスラでの臨界電流（ｃ）
が無添加試料に比較して３〜４倍に増加してい
る。さらに、臨界温度（Tc）も高めるととも
に、Nb3Sn化合物の生成速度を約２倍に高めてい
る。 実施例・２ 実施例・１と同様な方法で溶製した純銅あるい
は銅―２原子％チタンあるいは銅―１原子％ジル
コニウム合金マトリツクスを外径８mmの丸棒に加
工し、そのなかに外径1.0mmのニオブ棒を12本挿
入し、この複合体を溝ロールおよび線引きによ
り、外径0.35mmの線に加工した。次に第２図に示
すように、この複合線材の外周に厚さ約17μｍの
錫を電気メツキで被覆したのち、アルゴン雰囲気
中の石英管に封入して、725℃×50時間の拡散熱
処理を行つた。図中、２はNb芯、３はCu，Cu―
Ti合金またはCu―Zr合金マトリツクス、４は錫
メツキ層を示す。得られた試料についての測定結
果を表・１に示す。実施例・１と同様な効果を示
し、Na族元素の添加は強磁界での臨界電流（
ｃ）を著しく向上させ、線材全断面積当りの臨界
電流密度を著しく増大させた。 【表】
よびハフニウムから選ばれた１種または２種以上
を添加して、強磁界特性を改良したNb3Sn超電導
線材の製造法に関するものである。 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、最も広く
使用されている線材は、Nb―Ti系の合金線材で
あるが、この合金線材の発生磁界は９テスラ
（90000ガウス）の限度があり、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
超電導体は可塑性に欠ける点が実用化に際しての
大きな障害になつていた。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が発明さ
れ、Nb3Sn（臨界温度：約18K、臨界磁界：約21
テスラ）およびV3Ga（臨界温度：約15K、臨界
磁界：約22テスラ）の化合物系超電導線材が実用
化されるようになつた。 表面拡散法とは、例えばNb3Sn化合物線材にお
いては、下地ニオブテープを溶融錫浴中を連続的
に通過させたのち、熱処理によつてニオブと錫を
拡散反応させ下地テープ面上にNb3Sn化合物層を
生成させる方法である。複合加工法とは、例えば
Nb3Sn化合物においては、ニオブ基体と銅―錫合
金基体とを複合一体化させ、線またはテープまた
は管状に加工したのち、熱処理によつて銅―錫合
金基体中の錫とニオブ基体とを選択的に拡散反応
させてNb3Sn化合物層をニオブ基体の周囲に生成
させる方法である。この複合加工法を用いると、
銅―錫合金基体中に多数の細いニオブ芯を埋込ん
だ極細多芯線の製造法が可能となり、速い磁界変
化に対して安定な超電導特性が得られる。なお、
V3Gaの極細多芯線も同様な方法で製造して得ら
れる。このような表面拡散法および複合加工法に
より作製されたNb3SnあるいはV3Ga化合物線材
はすでに物性研究用などの小型強磁界マグネツト
として利用されている。 一方、核融合炉用、高エネルギー加速器用、超
電導発電機用等の大型強磁界マグネツトの開発が
盛んに進められており、これらに使用される超電
導線材として15テスラ以上の強磁界領域において
大きい臨界電流をもち、しかも、速い磁界変化に
対して安定な化合物系極細多芯線の実用化が急が
れている。しかし、従来のニオブ基体と銅―錫合
金基体との複合体から作製されるNb3Sn化合物線
材の臨界電流は約12テスラ以上の磁界で急速に低
下し、この線材によつて12テスラ以上の強磁界を
発生し得る超電導マグネツトを作製することが困
難であつた。一方、V3Ga化合物線材はNb3Sn化
合物線材に比較して強磁界特性がすぐれている
が、材料の価格がNb3Snより高価なため、線材を
大量に使用する大型設備に関して有利とは言えな
い。従つて、少量の合金元素を添加して強磁界特
性を改善したNb3Sn化合物線材を用いる方が得策
である。最近、Na族元素であるチタン、ジルコ
ニウムあるいはハフニウムをニオブ基体あるいは
銅―錫合金基体に添加することにより強磁界での
超電導特性を著しく改善されたNb3Sn化合物線材
の製造法が発明された。（特願昭55−128551、特
願昭56−121479）。 これらの方法は、ニオブ基体あるいは銅―錫合
金基体に添加されたNa族元素がNb3Sn化合物の
拡散生成を促進させるとともに、その一部が
Nb3Sn化合物層内に固溶し、強磁界での超電導特
性を高める作用を有する方法である。しかし、こ
れらの製法ではNa族元素をニオブ基体あるいは
銅―錫合金基体に添加するため、塑性加工性がす
ぐれず、約40％の断面縮少率毎に中間焼鈍を必要
とし、実用的な長尺線を作製するのに焼鈍回数が
極めて多くなり、製造コストを著しく高める難点
があつた。さらに、従来の複合加工法に用いる銅
―錫合金基体は塑性加工性の保持から錫の固溶量
が限定され、そのために拡散生成するNb3Sn化合
物相が線材全断面積当たり少なく、臨界電流容量
の大きな線材の作製に難点があつた。 本発明はNa族元素であるチタン、ジルコニウ
ムおよびハフニウムを錫を含まない銅基体に添加
して、加工の容易な方法で強磁界での超電導特性
が改善され、また、臨界電流容量の大きいNb3Sn
超電導線材を製造することを目的としたものであ
る。 本発明はNa族元素であるチタン、ジルコニウ
ムおよびハフニウムのうち１種または２種以上を
合計して0.1〜５原子％含む銅合金基体と錫基体
とニオブ基体との複合体を作製し、所定の形状ま
で加工したのち、400〜900℃の拡散熱処理を行い
ニオブ基体の周囲にNb3Sn化合物を生成させる。
また、上記のNa族元素のうち１種または２種以
上を合計して、0.1〜５原子％含む銅合金基体と
ニオブ基体だけからなる複合体を所定の形状まで
加工したのち、錫メツキ等によつて被覆し、400
〜900℃の拡散熱処理を行いニオブ基体の周囲に
Nb3Sn化合物を生成させる。銅合金基体に添加す
るNa族元素はすぐれた超電導特性を得るためと
Nb3Sn化合物の生成を促進させるために１種また
は２種以上を合計して0.1原子％以上であること
を必要とする。また、銅合金基体の塑性加工性を
良好に保持し、かつ、Nb3Sn化合物相内に含まれ
る添加元素量を過大にしないために５原子％以下
の範囲になければならない。複合線材に複合一体
化させる錫あるいは被覆させる錫の量は全断面積
当り１体積％から50体積％が適当で、１体積％以
下であるとNb3Sn化合物層が生成されにくく、50
体積％以上になるとNb3Sn化合物以外の化合物相
が生成されて好ましくない。なお、錫の被覆させ
る方法としては電気メツキ、溶融メツキあるいは
真空蒸着等の被覆法の適用が可能である。また、
錫を被覆した場合、Nb3Sn化合物を生成させる前
に銅合金基体中への錫の拡散を図る目的で100〜
400℃において予備熱処理を行つても良い。ニオ
ブ基体と錫との拡散熱処理において、Nb3Sn化合
物層の生成には400〜900℃の温度範囲が望まし
く、400℃以下ではNb3Sn化合物層の生成速度が
極めて遅く、また、超電導特性も劣化させる。
900℃以上になると生成されたNb3Snの結晶粒が
著しく粗大化して超電導特性を劣化させる。 本発明においては錫を含まない銅合金基体とニ
オブ基体（および錫基体）のすべて加工性の良い
要素から構成される複合体を用いるため、加工工
程が著しく容易となり、中間焼鈍を省いて細線へ
の加工が可能となり線材作製におけるコストが著
しく軽減される。銅合金基体に添加したNa族元
素のチタン、ジルコニウムあるいはハフニウムは
Nb3Sn化合物の生成を促進させ、また、添加元素
の一部がNb3Sn化合物内に固溶することにより、
超電導特性の臨界磁界を向上させ、15テスラ以上
の強磁界での臨界電流を顕著に増加させる。一
方、拡散工程では錫の充分な量を複合体内部から
の拡散、あるいは外部からの拡散により供給する
ことが出来るのでNb3Sn化合物相が多量に得られ
るなどの効果から臨界電流容量の大きな線材が作
製できる。その結果、各種超電導利用機器の性能
向上や小型化による冷却コストの軽減される。ま
た、本発明で作製された線材は極細多芯線形式で
あるために、速い磁界変化に対して安定な超電導
特性が保持され、強磁界中で用いる機器の安全性
と信頼性を著しく向上させる優れた効果を有す
る。 実施例・１ 銅―１原子％チタンおよび銅―１原子％ハフニ
ウム合金をグラフアイトるつぼを用いてタンマン
溶解炉で溶製し、別の純銅と共にスエージング加
工と機械加工により外径８mmの丸棒に作製した。
これらの銅合金または純銅の丸棒の中心に2.5mm
φの錫棒を挿入し、さらに、その周囲に１mmφの
ニオブ棒を８本挿入した第１図に示す断面構造を
もつ複合体を作製した。図中１は錫芯、２はニオ
ブ芯、３はCu，Cu―Ti合金またはCu―Hf合金
マトリツクスを示す。この複合体を溝ロールおよ
び線引きにより中間焼鈍なしに外径0.4mmの線に
加工した。なお、従来技術の銅―７原子％錫―１
原子％チタン合金とニオブ芯からなる複合体では
８mmφから0.4mmφまで加工するのに約10回の中
間焼鈍を必要とした。次いでアルゴン雰囲気中の
石英管に封入したのち、725℃×50時間の拡散熱
処理を行つた。このようにして作製した試料の
Nb3Sn化合物の厚み、臨界電流（ｃ）および臨
界温度（Tc）の測定結果を表１に示す。チタン
あるいはハフニウムを銅のマトリツクスに添加す
ると強磁界である15テスラでの臨界電流（ｃ）
が無添加試料に比較して３〜４倍に増加してい
る。さらに、臨界温度（Tc）も高めるととも
に、Nb3Sn化合物の生成速度を約２倍に高めてい
る。 実施例・２ 実施例・１と同様な方法で溶製した純銅あるい
は銅―２原子％チタンあるいは銅―１原子％ジル
コニウム合金マトリツクスを外径８mmの丸棒に加
工し、そのなかに外径1.0mmのニオブ棒を12本挿
入し、この複合体を溝ロールおよび線引きによ
り、外径0.35mmの線に加工した。次に第２図に示
すように、この複合線材の外周に厚さ約17μｍの
錫を電気メツキで被覆したのち、アルゴン雰囲気
中の石英管に封入して、725℃×50時間の拡散熱
処理を行つた。図中、２はNb芯、３はCu，Cu―
Ti合金またはCu―Zr合金マトリツクス、４は錫
メツキ層を示す。得られた試料についての測定結
果を表・１に示す。実施例・１と同様な効果を示
し、Na族元素の添加は強磁界での臨界電流（
ｃ）を著しく向上させ、線材全断面積当りの臨界
電流密度を著しく増大させた。 【表】
図面は本発明における複合体の断面図で、第１
図及び第２図はそれぞれ、実施例１及び実施例２
に示した複合体の断面構造を示す模式図である。 １：錫芯、２：ニオブ芯、３：Cu，Cu―Ti合
金、Cu―Hf合金マトリツクスまたは、Cu―Zr合
金マトリツクス、４：錫メツキ層。
図及び第２図はそれぞれ、実施例１及び実施例２
に示した複合体の断面構造を示す模式図である。 １：錫芯、２：ニオブ芯、３：Cu，Cu―Ti合
金、Cu―Hf合金マトリツクスまたは、Cu―Zr合
金マトリツクス、４：錫メツキ層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ チタン、ジルコニウムおよびハフニウムのう
ち１種または２種以上を合計して0.1〜５原子％
含む銅合金基体と錫基体とニオブ基体との複合体
を作製し、これを線、テープあるいは管に加工し
たのち、400〜900℃で拡散熱処理を行い、Nb3Sn
化合物相を生成させることを特徴とするNb3Sn超
電導線材の製造法。 ２ チタン、ジルコニウムおよびハフニウムのう
ち１種または２種以上を合計して0.1〜５原子％
含む銅合金基体とニオブ基体との複合体を作製
し、これを線、テープあるいは管に加工したの
ち、表面に錫を被覆し、400〜900℃で拡散熱処理
を行い、Nb3Sn化合物相を生成させることを特徴
とするNb3Sn超電導線材の製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57025981A JPS5913036A (ja) | 1982-02-22 | 1982-02-22 | Ｃｕ−４族元素合金を用いたＮｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 |
| US06/466,518 US4435228A (en) | 1982-02-22 | 1983-02-15 | Process for producing NB3 SN superconducting wires |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57025981A JPS5913036A (ja) | 1982-02-22 | 1982-02-22 | Ｃｕ−４族元素合金を用いたＮｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5913036A JPS5913036A (ja) | 1984-01-23 |
| JPS6150136B2 true JPS6150136B2 (ja) | 1986-11-01 |
Family
ID=12180894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57025981A Granted JPS5913036A (ja) | 1982-02-22 | 1982-02-22 | Ｃｕ−４族元素合金を用いたＮｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4435228A (ja) |
| JP (1) | JPS5913036A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61292144A (ja) * | 1985-06-19 | 1986-12-22 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | ハロゲン化銀写真感光材料 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59191209A (ja) * | 1983-04-14 | 1984-10-30 | 三菱電機株式会社 | Ｎｂ↓３Ｓｎ系超電導線の製造方法 |
| JPS6097514A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | 株式会社東芝 | 複合超電導線の製造方法 |
| US4584547A (en) * | 1983-12-30 | 1986-04-22 | General Electric Company | Superconducting joint for superconducting wires and coils |
| US4743713A (en) * | 1984-02-10 | 1988-05-10 | United States Department Of Energy | Aluminum-stabilized NB3SN superconductor |
| JPH0768605B2 (ja) * | 1985-01-18 | 1995-07-26 | 株式会社フジクラ | Ｎｂ▲下３▼Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
| JPS62174354A (ja) * | 1986-01-25 | 1987-07-31 | Natl Res Inst For Metals | Ｔｉ添加Ｎｂ３Ｓｎ複合超電導線材の製造法 |
| US4973365A (en) * | 1989-06-06 | 1990-11-27 | Advanced Superconductors, Inc. | Process for producing monocore precursor Nb3 Sn superconductor wire |
| JP2749652B2 (ja) * | 1989-08-09 | 1998-05-13 | 古河電気工業株式会社 | 超電導線 |
| US4973527A (en) * | 1989-09-25 | 1990-11-27 | Teledyne Industries, Inc. | Process for making filamentary superconductors using tin-magnesium eutectics |
| US5719447A (en) * | 1993-06-03 | 1998-02-17 | Intel Corporation | Metal alloy interconnections for integrated circuits |
| US6932874B2 (en) * | 2002-11-01 | 2005-08-23 | Oxford Superconducting Technology | Method for increasing the copper to superconductor ratio in a superconductor wire |
| US20060272145A1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-12-07 | Alabama Cryogenic Engineering, Inc. | Method of producing superconducting wire and articles produced thereby |
| EP2236634B1 (en) * | 2009-04-01 | 2016-09-07 | Bruker BioSpin AG | Sn based alloys with fine compound inclusions for Nb3Sn superconducting wires |
| JP6928595B2 (ja) * | 2018-11-09 | 2021-09-01 | 株式会社神戸製鋼所 | 超電導線材の製造に用いられる前駆体、前駆体の製造方法及び超電導線材 |
| CN116453757B (zh) * | 2023-06-09 | 2023-09-05 | 西安聚能超导线材科技有限公司 | 一种低铜比Nb3Sn超导线材的制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2943960A (en) | 1957-08-27 | 1960-07-05 | American Metal Climax Inc | Process for making wrought coppertitanium alloys |
| US3019102A (en) | 1960-08-19 | 1962-01-30 | American Metal Climax Inc | Copper-zirconium-hafnium alloys |
| GB1201774A (en) | 1967-09-13 | 1970-08-12 | Imp Metal Ind Kynoch Ltd | Improvements relating to electrical conductors |
| US4324842A (en) | 1978-12-05 | 1982-04-13 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Superconducting wire with improved strain characteristics |
-
1982
- 1982-02-22 JP JP57025981A patent/JPS5913036A/ja active Granted
-
1983
- 1983-02-15 US US06/466,518 patent/US4435228A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61292144A (ja) * | 1985-06-19 | 1986-12-22 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | ハロゲン化銀写真感光材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4435228A (en) | 1984-03-06 |
| JPS5913036A (ja) | 1984-01-23 |
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