JPS62290850A - Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説［す］ 「産業上の利用分野」 ；１（発明：よ、桟、融合炉用ト〔ｌイダルマグネノト
、粒子加注器用フグ不７１□、超電］４発電磯１’Ｉ＋
マグネット等に利用される高磁界特性の１精れたＮｂ３
Ｓｎ超電導線を１．！造するための方法に関するしので
ある。

「従来の技術」 Ｎｂ３Ｓｎ超電導金属間化合物にＴｉ等の第３元素をγ
３加することによりＮｂ３Ｓｎ超電導線の高磁界特性、
特に、ＩＯ’ｒ（テスラ）以りの臨界電流特性を改冴で
さる二とか知られている。そして従来、′Ｉ゛１を１へ
加したＮｂ：＋Ｓｎ超電導線を製造する方法として、以
下に説明する方法が提案されている。

１）Ｎｂ芯１４に’ｒｉ’；；微量（０１〜１５．卓子
％の範囲てあ−）て、好ましくは１０〜１５市ｌ’ｌ　
Ｑ（、程文）添加して合金化しｔ二：：　ｂ芯（（を製
造し、こ’ｉ”）　Ｎ　ｂ芯木４を基地内に配して超電
導索線を作製し、これに１広１牧）へ処理を施してＮ　
ｈ　＋＋　Ｓ　ｎ超電導線を製造する方法。

２）ブしｌノズ基地（Ｃｋｌ　　Ｓ　ｎ　、′−′；全
基地）の内部に′■゛１を微：：ｋ　（０、Ｉ〜５［卓
子ＱらＳ″）１１凹で、好ましくは０２〜０．１重ｑ（
％）添：＋０することによｉ）　３元合金系ブ「２ノズ
］ｌ脛ｔａ（ｃ、　ｕ　−Ｓ　ｒ＋−Ｔ　１Ｑｔｉｉｊ
Ｊ）巾）を製】二し、こ・）（３元合−）糸プロ２ンズ
基地の内部にＮｂ、芒）ｔを配して超電導素線を作ジノ
し、こζに拡散熱処理を１してＮｂ３Ｓｎ超電導線を製
造する方法。

なお、添加する第３元素としてＴ　ｉの代わりにＴａ、
　ｌ−１ｒ、　ＡＩ、Ｉｎ５Ｚｒ、Ｓｉ等を用いること
らある。

「発明が解決しようとする問題点」 前記した各方法には、以下に説明する問題があった。

ａ）Ｔｉのように高温で非常に活性な元素をＮｂ芯材に
微量添加する場合、コストの高い特殊な溶解法、例えば
、電子ビーム溶解法やアーク溶解法を新たに採用しなく
てはならず、製造コストが嵩むとと乙に、これらの溶解
法を採用してらＴｉをＮｂ芯材に均一に添加するには技
術的にかなりの困難性を伴う。

また、Ｎｂ芯材にＴｉを微量添加することによってＮｂ
芯材の硬度が向上する関係から、極細多心化のために行
う縮径加工の際に強加工する場合、断線等のトラブルを
生じる問題がある。

従って縮径工程においては、Ｎｂ芯材を合金化セ“ずに
純Ｎ　ｂＯ状聾Ｓ）まま加工する二とが望ましいのであ
る。

ｂ）ブロンズ基地にＴ　ｉを添加する場合、大気溶解を
行うと後工程の縮径加工の際に割れを生じるために、真
空溶解を行う必要があり、溶解量に制限を生じる問題が
ある。また、この場合、ブロンズ基地がＣｕ−５ｎ　−
Ｔｉ系の３元合金となるために、加工硬化能が大きくな
り、縮径工程で全体に硬化することが早くなり、中間焼
鈍をひんばんに行わないと断線等のトラブルを生じる問
題がある。

そこで本立明音らは、先に、特願昭６０−７１３８号明
細書において、これらの問題を解消する超電導線の製造
方法を提案している。

前記提案の製造方法は、Ｎｂ芯材の表面にＮ１〕３Ｓｎ
の高磁界域における臨界電流値を向上させるＴｉ等の第
３元素からなる箔、テープ、管体等の薄肉部材をトｕ合
してＮｂ基芯材を形成し、このＮｂ基芯材をブロンズ等
からなる基地内に配して複合素線を形成し、この複合素
線に必要に応じて縮径加工を進じた後に拡散熱処理を施
して超電導線を製造する方法である。この製造方法によ
れば、薄肉部材を設けることによってＮｂと第３元素と
基地との合金化を阻止し、Ｎｂ芯材と基地の加工性を確
保し、縮径工程における加工性を向上させて断線等のト
ラブルを生しる問題を解消し、更に、特殊な溶解法を採
用する必要性も無くして高特性の超電導線を従来より容
易に製造できるようにした方法である。

ところで前述の方法を実施してＮｂ３Ｓｎ超電導線を製
造する場合、ブロンズ基地に含有するＳｎ量が多いほど
Ｎｂ、３Ｓｎの生成に有利になる反面、Ｓｎ量か多いと
基地の加工性が損なイっれて縮径加工に断線等のトラブ
ルを生じる問題がある。また、基地内のＳｎ［ｌを増加
するとＮｂ３Ｓｎの生成量が増！１０　＝１’るために
、所定ｍのＮｂ３Ｓｎを生成させる場合、従来に比較し
て拡散熱処理ｌ詰度を低く設定することができ、これに
よって生成するＮｂ３Ｓｎ結晶粒を微細化することがて
き、超電導特性を向１−できる反面、基地内のＳｎ量を
増加すると前述したように２１（地の加工性を損なう問
題を生じる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされｆ二もので、Ｎｂ１
Ｓｎの生成速度を向上して拡散熱処理温度を低く設定で
き、微細な結晶粒を何するとと乙に、高磁界域における
臨界電流密度が高く、良好な超電導特性を発揮するＮｂ
３Ｓｎ超電導線を製造できる方法の提供を目的とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明の製造方法は、前記問題点を解消するｉｓめに、
Ｎｂ、Ｓｎの高磁界域におけろ臨界電流値を向上さ仕ろ
Ｔ　ｉ、’Ｉ’　ａ、　　Ｉ　ｎ、　　ｔＩ　ｆ、Ａ１
、Ｚｒ、Ｓｉのいずれか１つ以上からなる複合体を用念
し、前記複合体の外面にＳｎ層を形成した後に、前記Ｎ
ｂ芯材の内部、または、Ｎｂ芯材外部の基地内に１夏合
体を配して超電導素線を構成し、その後に拡散熱処理を
施すしのである。

１作用　」 拡散熱処理時にｙ、１合体のＳｎ５饗かろＳｎを基地側
に供給でき、ＮｂｒＳｎの生成速度が向−」−するため
に、拡１″？１．熱処理温１１を低く設定することがで
きるととらに、Ｎ　ｂａ　Ｓ　ｎ結晶粒を散；（ｉＩ化
でさる一方、基地のＳｎ含有量を低く抑えることができ
るために、基地の加工性を良好にすることがてこ、縮径
加工時の断線等のトラブルも解消できる。

「実施例」 第１図（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の一実施例を示す乙の
で、第１図（Ａ）に示すＮｂ芯材Ｉを第１図（１３）〜
（Ｇ）に示す如く加工することにより超電導素線Ｔを製
造するとと乙に、この超電導素線Ｔに拡散熱処理を施し
てＮｂ、Ｓｎ超電導線を製造することができる。

第１図（Ｇ）に示す超電導素線Ｔを製造するには、まず
、Ｎｂ３Ｓｎの高磁界域における超電導特性を向上させ
る第３元素であるＴ　ｉからなる箔体３を用意し、この
箔体３の表面にＳｎめっき層３ａを形成する。

次に、Ｎｂからなる棒体２に、Ｓｎめつき層３ａを外側
に向けた箔体３を縦添えして被せ、第１図（Ａ）に示す
Ｎｂ芯材１を作製する。

ところで、前記箔体３を構成する材料は、Ｎｂ３Ｓｎの
高磁界域における臨界電流値を向上させる’ｉ’　ｉ、
　　’ｒ　ａ、　　Ｈｒ、　　／＼１、ＩｎＸ　Ｓｉ、
Ｚｒ等シ）第３元素からなる高純度材↑；あるいは、こ
ｔ−らの、′千金材料を用いることらできる。

次に、第１図（Ｂ）に示すように、Ｎｂ芯１１をＣｕ−
Ｓｎ合金あるいはＣｕからなる管体５の内部に挿入し、
縮径加工を施して第１図（Ｃ）に示すようにＣｕ−Ｓｎ
合金らしくはＣｕからなる基地の内部にＮ　ｂ芯材ｌが
埋め込まれた１次複合線６を作製する。

続いて前記１次複合線６を複数本集合してＣｕ−Ｓｎ合
金らしくはＣｕからなるバイブ７に第１図（Ｄ）に示す
ように挿入し、更に縮径加工を施して、第１図（Ｅ）に
示す２次曳合線８を作製する。

次にこの２次複合線８を複数本集合してＣｕ−Ｓｎ合金
からなるバイブ９とＴａ管１０と銅管１１とからなる；
夏合管１２に挿入し、縮径加工を施して所望の直径、即
ち、最終的に得る・”＼き超電導線の直径まで縮径し、
第１図（Ｇ）に示すように基地１５の内部に２次曵合線
８が多数理め込まれ１こ超電導素線Ｔを得る。

ここで、前述の縮径加工において、Ｔｉからなる箔体３
は基地内部のＮｂあるいはＳｎと合金化していない上に
、基地１５の５ｎｆｉｔを増加させることなく箔体３の
一面に形成したＳｎめっさ層３ａによって反応に必要な
Ｓｎ量を確保しているために、基地１５におけるＳｎ含
有量を従来基地のＳｎ含有量より低く抑えることができ
る。このため従来の基地に比較して基地１５の加工性が
向」ニする。従ってＣｕ−Ｓｎ合金とＴ１、あるいはＮ
ｂと′Ｆ１を合金化していた従来の超電導素線に比較し
て中間焼鈍条件が有利になって縮径加工中の断線等のト
ラブルらなくなり、加工性が向−４ニする。

前述の如く製造された超電導素線Ｔに、拡散熱処理（６
００℃〜８５０℃程度の温度に２０〜１５０時間程度加
熱ずろ熱処理）を胞ずことによりＳｎとＮｂを反応さ什
るとと乙に′Ｉ゛、を拡散−３ｔ！−てＮｂ５Ｓｎ−Ｔ
ｉを生成し、Ｎ　ｂ３Ｓ　ｎｂ３電導線を製造する。こ
こで拡散熱処理途中の段階では、Ｓｎめっき層３ａのＳ
ｎか第２図に示す如く基地１５因に拡散し、続いて基地
１５の高濃度Ｓｎが：マｂ芯材ｌ側に拡散してＮｂと反
応し、この際拡散途中にＴ　ｉか存在するためにＮｂ５
Ｓｎ−Ｔｉ層１３が生成する。

前述のように製造された超電導線は、Ｎｂ３Ｓｎ−Ｔ　
ｉ層１３を有するために、ＬＯＴ（テスラ）以上の高磁
界域において優れた臨界電流特性を発揮する。

なお、Ｎｂ芯材１を用いて超電導素線Ｔを〃】告する工
程は、第１図（Ａ）〜（Ｇ）に示す工程の１也に、従来
公知の３種工程を採用しても良い。即し、例えば、複合
索線の集合は１回以上の所要量敢行って６良く、更に、
１次複合線６あるいは２次曳ξ）線８の外面にＳｎメッ
キ層を形成してＳｎの拡散を促進しても良いし、このＳ
ｎメッキ７層を超電導素線′ｒの外周面に形成して拡散
熱処理を施すこともできる。

ところで第４図と第５図はＮｂ３Ｓｎ超電導素線を作製
４゛る場合に使用するＮｂ芯キオト１の第２の例を示す
ものである。

この例のＮｂ８＋４１１１は、Ｎｂバイブ１６の内部に
、Ｓｎめっき月１７ａを彼覆しｆ二Ｔ　ｉ線１７を第４
図に示す如く挿入して作製した複合線を多数、Ｎｂロッ
ド１８の周囲に配し、この周囲をＮｂパイプＩ９で覆っ
てＮｂ素芯材Ｓを作製し、これを縮径して作製された乙
ので、この例に示すように、Ｎ　ｂの内部にＴｉ線１７
を配することもできる。このＮｂ芯材Ｉ４は、第１図（
Ｄ）〜（Ｇ）に示す工程に沿って加工されて超電導素線
が作製される。

また、第６図に示すようにＳｎめっき層を被覆したＴｉ
線を内含ずろ複数のＮｂ芯材２０をＣｕ−Ｓｎ合金ある
いはＣｕからなる筒体２Ｉに挿入して多心複合Ｎ　ｂ芯
材２２を形成し、この多心複合Ｎｌ）芯材２２を第１図
（Ｄ）〜ＣＧ＞に示す工程に沿って加工することにより
超電導素線を製造することらて３る。

更に、第７図は、Ｎｂ３Ｓｎ超電導素線を作製する場合
に使用するＮｂ芯材の第４の例を示すもので、本例にお
いては、横断面円形状をなし、その内部の外周面近くに
複数の挿通孔を形成した筒状のＮｂ芯体３１を用意し、
このＮｂ芯体３１の各挿通孔に、Ｓｎめっき層３０を被
覆したＴｌ材−４３２を挿入して多心複合Ｎｂ芯）第３
３を構成したものである。そして、１１丁ｊ記多心複合
Ｎｂ芯材３３を必要に応じて縮径し、更に、第１図（Ｄ
）〜（Ｇ）に示した加工と同等の加工を施して超電導素
線を形成し、次いで拡散熱処理を施すことによりＮｂ３
Ｓｎ超電導線を製５ムすることができる。

第８図と第９図はＮｂ＊Ｓｎ超電導素線を作製する場合
に使用するｊりｂ芯材の第５の例を示すもので、本例に
おいては、Ｎｂからなる棒状のＮｂ素芯材４０の外周面
にその周方向に所定間隔離間して収納溝４１７−ｐ５１
数形成し、ｈ収納溝４１に、表面にＳｎめっき層を形成
したＴｉ棒４２を挿入するととらに、この木芯（オ１１
０をＮｂバイブ４３に挿入してＮｂ芯材・１４を＋１が
成したものである。そして、的記Ｎｂ芯材、１４を必要
に応じて縮径し、更に、下１図（Ｄ）〜（Ｇ）に示した
加工と同等の加工を施して超電導素線を杉成し、次いで
拡散熱処理を施すことによりＮ　ｂ３Ｓ　ｎ超電導線を
製造することができろ。

「製Ｃ例！」 Ｎｂ３Ｓｎの高磁界域における臨界電流特性を向上させ
ろ元素であるＴｉかろなる厚さ３０μｍの箔体の一面に
、冷間圧延加工によって７さ５μｍのＳｎめっき層を密
着した。

次に、直径６ｍｍのＮｂ棒の外周に、市ｉ記Ｓｎめっき
層を形成した箔体を縦添えしてＮｂ芯材を作製し、この
後に、外ｉＭＩＯｍｍ、肉厚１．５ｍｍであって、Ｓｎ
６重量％を含ａするブロンズ７″ｉ−に前記Ｎｂ芯材を
挿入し、縮径加工を１血して直径１．０ｍｍの１次複合
線を得た。次にこの１次；夏合線を９１本集合するとと
乙に、外径１３ｍｍ１肉ｉ’２１．５ｍｍであ−て、Ｓ
ｎ６爪量％を含何するブロンズ管に挿入１．て縮径加工
を行い、直ｉそ１．Ｏｍｍの２次（夏合線を得た。更に
、この２次復合線のノミ而に電気めっき法によってｌ＋
１さ３０μｍのＳｎめっき、層を形成し、この線材を９
１；ｔｉ集合し、外ｔｌ１３ｔｍ、肉、１′７　Ｑ。

５ｍｍであって、５ｎＧｉｕ川％を含イ丁−１−ろブロ
ンズ管に挿入し、更に、外ｔ−ｉｓ　Ｉ　５　ｍｍ、ｉ
ｊｊ？＋７０　、３　ｈｍの拡散バリア用Ｔ　ａ管に挿
入し、更に、外ｉ子２０１ｍ、内厚２．Ｏｍｍの鋼管に
挿入し、縮径加圧を歪して直径１．４ｍｍの超電導素線
を作成した。

そしてこの超電導索線を７００℃に５０時間加熱する拡
散熱処理を施してＮｂ３Ｓｎ超電導線を製造した。この
Ｎｂ３Ｓｎ超電導線において生成さイｔｔ二Ｎ　ｂ３Ｓ
　ｎ−Ｔ　ｉ＋’？Ｊの厚さは、Ｓｎめっき賓を’！２
　’ＪＪしていないゴミ箔を用いて製造されるＮｂ３Ｓ
ｎ超電導線にお：チろＮ　ｂ３Ｓ　ｎ　−’Ｉ”　ｉ層
の厚さに比較すると、８００　°Ｃに５０時間加熱する
拡散熱処理を施して製造された超電導線に生成されるＮ
ｂ３Ｓｎ　　’Ｉ’＋層の厚さに１０　＝することがセ
１明した。従って、同しＮ　ｂ　３　Ｓ　ｎ　−’ｉ”
、　ｉ層をｉに成させるならばＴｉからなる箔ｉｈ　”
＞−・而にＳｎめっき層を被覆することにより、拡散熱
処理、語文を低く設定できろことが明らかになった。

このＮ　ｌ）３　Ｓ　ｎ８３電導線の臨界型流密！ｙを
測定しノニところ、第８図に示す拮Ｔか得られた。

第８図において、実線Ｃか〕１箔の外面にＳｎめ−き層
を形成した箔体を複合して製造した＼ｂ、Ｓ＊超電導徨
の特性を示し、鎖線ＢかＴｉを含宵しないｉノし“；（
一般７）Ｎｂ３Ｓｌ′ｌ超１π導腺の特性を示し、実線
ＡがＳｎめっき層を形成していないＴ】箔を複合した従
来のＮｂ＋Ｓｎ線の特性を示している。

第８図より明らかなように本発明方法によって製造した
Ｎｂ３Ｓｎ超電導線は、高磁界域において従来のＮｂ３
Ｓｎ超電導線より浸れた臨界電流密度を示すことが明ら
かであり、優秀な超電導特性を具備している。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、Ｎｂ３Ｓｎの高磁界域に
おける臨界電流値を向上させろＴｉ、’Ｉ’ａ、Ｉｎ５
Ｈｆ１Ａｉ、Ｓｉ、Ｚｒのいずれか１つ以上からなる複
合体を用意し、）夏合体にＳｎめっき層を形成した後に
、前記Ｎｂ芯材の内部、または、Ｎｂ芯材の基地内に配
して超電導素線を構成し、その後に拡散熱処理を施す乙
のであるために、以下に説明する効果を奏する。

（ｒ）Ｓｎめっき層が基地側にＳｎを供給するために、
充分な量のＳｎをＮｂ３Ｓｎ生成に寄与させることがで
きる。またＮ　ｂ３Ｓ　ｎの生成に必要十分な量のＳｎ
をＳｒ＋Ｃ’ｔから供給できるためにＮｂ３Ｓｎの生成
速度を向上させることかでき、拡散熱処理温度を低く抑
えろことができろ。

（ｎ）また、拡散熱処理温度を低く抑えることができろ
ｆこめに、Ｎ　ｂ３　Ｓ　ｎ結晶粒の粗大化を阻止する
ことができ、微細な結晶粒からなるＮｂ３Ｓｎ−’ｒｉ
層を有する超電導線を得ることかできる。

（［１）拡散熱処理面の状態において、複合（財）を構
成ずろ′ｒｉ等の第３元素と基地とを合金化しない状態
で縮径するために、第３元素と合金化していた従来の基
地を備える超電導線に比較して加工性に優れている。従
って断線等のトラブルを生じることなく縮径加工を施す
ことかでき、極細多心超電導線を効率良く製造できる効
果がある。

（ＩＶ）複合体に形成したＳｎ層からＮｂ３Ｓｎ生成用
のＳｎを供給できるために、基地に含ｎするＳｎ量を低
く抑えることができ、これによって基地の加工性を向上
でき、縮（Ｘ加工中のトラブルを阻止することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（Δ）ないし第１図（Ｇ）は本発明の一実施例を
示すのもので、第１図（Ａ）はＮｂ芯材の横断面図、第
１図（Ｂ）はＮｂ芯材を管体に収納した状態を示す横断
面図、第１図（Ｃ）は１次複合線の横断面図、第１図（
Ｄ）は１次複合線の集合状態を示す横断面図、第１図（
Ｅ）は２次複合線の横断面図、第１図（Ｆ）は２次複合
線の集合状態を示す横断面図、第１図（Ｇ）は超電導素
線の横断面図、第２図は拡散熱処理途中のＳｎの移動状
態を説明するための拡大断面図、第３図は拡散熱処理後
に生成されたＮｂ、Ｓｎ層を示す拡大断面図、第・１図
と第５図は超電導線の製造に使用するＮｂ芯材の第２の
例を示す乙ので、第４図はＮｂ素芯ｔ４のｎＫ面図、第
５図はＮｂ芯材の横断面図、第６図はＮｂ芯材の第３の
例を示す横断面図、第７図はＮｂ芯材の第・１の例を示
す横断面図、第８図と第９図はｓｂ芯オの第５の例を示
すもので、第８図はＮｂ素芯（オの（苛断面図、第９図
はＮ　＋）芯材の［黄断面図、第１Ｏ図は本発明方法を
実イ匁して製凸さ、ｌｔたＮｂ３Ｓｎ超電導線の臨界電
流特性を従来の超′：ｒｉｑ線と比較しｔ示す線図であ
る。 Ｔ・・・・・・超電導素線、　　　Ｓ・・・・・Ｎｂ索
芯材、１　　・Ｎｂ芯材、　　　　　２・・−・棒体、
３・・・・・箔体、　　　　　　　３ａ・　・Ｓｎめっ
き層、５　　・管体、 ６・・・・・・１次複合線、　　　　８・・・・・２次
）夏合線、１６１　　　・・Ｎｂ芯材、　　　　　　１
６　・・・・・Ｎｂパイプ、１７　・　・・Ｔ１線、　
　　　　　　　Ｉ　８　・　・Ｎ　ｂロッ　ト、１９　
・・　Ｎｂパイプ、　　　　２０　・・Ｎｂ芯材、２２
・　・・多心複合Ｎｂ芯材、３２　　′Ｉ″ｌ捧、３３
・・・・・・多心複合Ｎｂ、ごて（オ、４　２　・　・
　・・・　Ｔｉｔ−外　、　　　　　　　　　　　　　
　　　４　１　　　　　・　Ｎ　　＋３芯　Ｈ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｓｎを内含した基地の内部にＮｂ芯材を配して構成され
   た超電導素線に拡散熱処理を施して製造するＮｂ＿３Ｓ
   ｎ超電導線の製造方法において、Ｎｂ＿３Ｓｎの高磁界
   域における臨界電流値を向上させるＴｉ、Ｔａ、Ｉｎ、
   Ｈｆ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉのいずれか１つ以上からなる複
   合体を用意し、前記複合体の外面にＳｎ層を形成すると
   ともに、この後に複合体を前記Ｎｂ芯材の内部、または
   Ｎｂ芯材外部の基地内に配して超電導素線を構成し、そ
   の後に拡散熱処理を施すことを特徴とするＮｂ＿３Ｓｎ
   超電導線の製造方法。