JPS63128508A - Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造方法 - 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】 ｆ産業上の利用分野コ 本発明は電流容量が犬で優れた超電導特性を有するＮ、
Ｓｎ超電導線材の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来のＮｂ、Ｓｎ超電導線材の製造方法には、（１）Ｃ
ｕ及びＮｂを溶融・急冷することによりＣｕ中に樹枝状
のＮｂデンドライト結晶を晶出させたＣｕ−Ｎ１．系合
金ロッドを断面積減少加工することにより線材を形成し
た後詰線材外周面にＳｎを被覆し、次いで熱処理を施す
ことによりＮｂ３Ｓｎ超電導線材を得る１ｎ−ｓｉｔｕ
法と、（２）Ｃｕ粉末及びＮｂ粉末の混合物を焼結して
得られるＣｕ−Ｎｂ系焼結体を断面積減少加工すること
により線材を形成した後詰線材外周面にＳｎを被覆し、
次いで熱処理を施すことによりＮ６Ｓｎ超電導線材を得
る粉末法 がある。

しかしこれらの方法は、いずれも線材外周面にＳｎを被
覆したものに熱処理を、施すことによりＮｂ３Ｓｎを生
成させるものであるから、電流容量を大きくしたい為に
比較的太い線径であることが望まれる超電導線材におい
ては、線材外周面側から線材内部のＮｂ層に供給される
Ｓｎの量には限界があり、その結果Ｃｕ−Ｎｂ系線材中
のＮｂを全てＳｎと反応させることは困難であり、従っ
て十分な超電導特性が得られ難いという欠点があった。

そこでこれらの欠点を解消する目的で同芯状に配置した
径の異なる大小２つのＣｕ或はＣｕ合金管（以下単にＣ
ｕ管等ということがある）の間隙に、前記１ｎ−ｓｉｔ
ｕ法で使用されるＣｕ−Ｎｂ系系合金ランド複数条配置
し中空ビレットを形成した後、該中空ビレットを断面積
減少加工に付して更に中間焼鈍を行ない、次いで前記中
空部にＳｎ或はＳｎ合金管を充填してＣｕ−Ｎ、−Ｓｎ
系複合体を形成し更に断面積減少加工を行ない、得られ
た線材を熱処理してＮｂ３Ｓｎ超電導線材を製造する方
法（特開昭６０−１０９１０９号公報）が開発された。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで上記した線材の製造方法においてＣｕ−Ｎ、合
金中のＮｂデンドライトは断面積減少加工の際にフィラ
メント状に加工されるが、元々Ｎｂデンドライトは５〜
２０μｍ程度の小径であるから、上記の製造方法で通常
採用されている断面積減少比Ｒ＝１０５〜１０６の基で
はＮｂデンドライトが過度に微細化され、Ｎｂ、Ｓｎ生
成熱処理の初期に大きな界面エネルギーをもった微細な
Ｎｂフィラメントが粗粒化を起こし、その後に生成する
Ｎｂ、Ｓｎフィラメントがさらに分断されるためＮｂ３
Ｓｎフィラメントの連続性が低下することとなる。この
結果、臨界電流密度の低下が起こるという欠点があった
。

本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、
Ｃｕ−８１，粉末焼結体を使用することにより超電導特
性の優れたＮｂ、Ｓｎ超電導線材の製造方法を提供する
ことを目的とするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明は中心部から外層に向けてＳｎ充填層。

Ｃｕ或はＣｕ合金筒状層、Ｃｕ−Ｎ１．粉末焼結体をＣ
ｕ或はＣｕ合金管で被覆してなる線状体の環状配置層、
Ｃｕ或はＣｕ合金層をはｙ同芯状に配設してなる多芯複
層構造体を数段階に分けて断面積減少加工を施して超電
導線材を製造する場合における上記線状体の断面積比減
少比Ｒと上記Ｃｕ−Ｎ１．粉末焼結体中の平均Ｎｂ粒子
径ｄＮ。

（但し断面積減少加工前）が Ｒ≧１０４且つ０．１≦コＮｂ１５≦２．０（μｍ）の
両条件を満足することを要旨とするものである。

［作用コ 本発明はＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造に当たって上記の
様にＣｕ−Ｎｂ粉末焼結体を使用するものであるから、
Ｎｂデンドライトを利用する場合と異なり焼結体中のＮ
、の粒度を選択することによりその粒径を均一なものと
することができる。つまり本発明においては線材製造工
程における断面積比減少比を選択することができること
は勿論のこと、粉末Ｎ、の粒径も選択することができる
結果、断面積減少加工終了時において所望のＮ。

フィラメントサイズが得られるという点に構成上のポイ
ントが存在する。

本発明者等は最適Ｎｂフィラメントサイズを調べるため
に実験を行なった結果、Ｃｕ−Ｎ６焼結体（線状体）の
断面積比減少比ＲとＣｕ　−Ｎ　ｂ焼結体中の平均Ｎｂ
粒子径ｄ　Ｎ　ｂが下記条件式を満足する様に定めれば
製品の臨界電流密度が最適化できることを知見した。

即ち当該条件とは、 Ｒ≧ｉｏ’且つ０．１≦−Ｎ、１５≦２．０（μｍ）で
ある。この場合コＮ　ｂ　／　５　＜　０　、１であれ
ば断面積減少加工完了時点ではＮｂフィラメントが過度
に微細化されることとなり、１ｎ−ｓｉｔｕ法の場合と
同様に後の熱処理の工程においてＮｂフィラメントの粗
粒化が起こって生成するＮｂ３Ｓｎフィラメントの分断
が生ずる結果、臨界電流密度が低下する。一方ｄＮｂ１
５＞２．０μｍの場合はＮｂフィラメントが比較的短く
、また近接効果のを含めてもフィラメント間の接触性が
悪化し臨界電流密度が低下する。

この場合Ｒ≦１０４の減面加工では、Ｎｂフィラメント
が十分に伸長しておらず、フィラメント間の距離が比較
的長いため、近接効果によってもフィラメント間の接触
性が悪く、臨界電流が低くなる。

第１図は本発明に係る多芯複層構造体の断面図であって
１はＣｕ或はＣｕ合金（以下単にＣｕ等ということがあ
る）被覆Ｃｕ−Ｎ、焼結体線状体、２及び３はＣｕ管等
、４はＳｎ充填層である。

本発明に係るＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法を説明す
れば、まず （イ）Ｃｕ−Ｎｂ混合粉末の焼結体の外周に加工性向上
の為のＣｕ等の被覆を行なった後断面積減少加工を施し
Ｃｕ等の被覆されたＣｕ−Ｎｂ焼結体線状体（以下単に
線状体ということもある）１とする。

（ロ）径の異なる大小２つのＣｕ管等２．３を同芯状に
配置しこれらのＣｕ管等２．３の間に前記線状体１を複
数条配置し、線状体１の環状配置管を形成した後両端部
をドーナツ状中空部材でそれぞれ脱気密封して横断面中
心部が空洞状の中空ビレットとする。この場合環状配置
層は第１図においては線状体１を円周上に１条ずつ隣接
配置した構成を示したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、Ｃｕ管等２及び３の半径差及び線状体１の
径によっては線状体１が多層に配置された環状配置層と
して構成されるものであってもよいことは言うまでもな
い。

（ハ）次に前記中空ビレットに断面積減少加工を施す。

線状体１の環状配置層において隣接する線状体１の相互
間に存在する空隙は断面積減少加工によって排除される
。従って環状配置層は空隙のない複合管として形成され
る。

本発明は断面積減少加工方法の如何により限定されるも
のではないが、加工方法としては熱間押出し或は静水圧
押出しの後、冷間でピルガ−ミルやプラグ引き等の伸管
加工を施す方法が例示される。

（ニ）次に上記（ハ）の工程で形成された複合管を焼鈍
する。

この場合の焼鈍は線状体１の伸線性の改善を目的として
行なわれるものであって７５０〜９００℃の温度域で１
時間以上行なうことが望ましい。

９００℃を超えるとＣｕ−Ｎｂ焼結体中の含有酸素の殆
んどがＮｂ粒子に固溶する結果、Ｎｂ粒子の硬度が著し
く高くなり以後の断面積減少加工後においてもＮ１粒子
がフィラメント状に加工され難くなる。一方７５０℃未
満の温度では良好な伸線性が得られず焼鈍の効果が得ら
れない。

（ホ）次に焼鈍後の複合管の断面中央部の中空部にＳｎ
或はＳｎを主成分とする合金（以下Ｓｎ等ということが
ある）を充填してＳｎ等充填複合体とする。

（へ）次いでこのＳｎ等充填複合体に断面積減少加工を
施して線材を形成する。この場合の断面積減少加工はＳ
ｎ等の拡散を抑制する為に冷間で行なうことが好ましい
。

（ト）最後に前記Ｓｎ等充填複合線材に熱処理を施す。

この熱処理によりＳｎ等は第１図における中心部から外
方に向って拡散しＮ、フィラメントと結合しＮ６３Ｓｎ
フイラメントが生成される。この場合前記（ニ）の工程
で焼鈍を行なっているので、線状体１の伸線性が改善さ
れてからＳｎ等が充填されることになり、その結果前記
（へ）の断面積減少加工で適切に分散されたＮｂフィラ
メントに十分なＳｎ等が供給されることになり、その結
果Ｎｂ３Ｓｎの生成が効率的に行なわれる。

上記処理条件のうち、例えば熱処理の温度や時間によっ
て本発明が限定されるものではないが、一般には５００
〜８００℃、１０時間〜１０日問の熱処理によってＮｂ
３Ｓｎが生成される。

尚Ｓｎの拡散過剰を防止しＮｂ３Ｓｎの生成効率の向上
をはかる為に第２図に示す様にＣｕ管等２の内側にＳｎ
拡散防止の為の障壁５を設けることもできる。該障壁５
はＳｎの拡散が防止できるものであればよく、素材が限
定されるものではないがＮ、、、Ｔａ等の管体、板材等
が例示される。

［実施例コ 粒径ニア７〜１４９μｍの球状Ｃｕ粉を３００℃ｘ２ｈ
ｒの水素焼鈍に付す一方、第１表に示すＮｏ、１〜５の
粒度範囲のＮｔ、粉末を水素化し更に脱水素処理を行な
うことにより精製した。これらのＣｕ及びＮ、粉末をＣ
ｕ−２０重量％Ｎｂの割合で混合し、熱間静水圧プレス
により８００℃×１５００　ｋｇｆ／ｃｍ’　ｘ　２　
ｈｒの条件で加圧焼結し、外径４０ｍｍφのＣｕ−２０
％Ｎｂ焼結体とした後、該焼結体を内径４０ｍｍφ×外
径４６ｍｍ＋のＣｕ管に挿入し、熱間静水圧押出（温度
＝７００℃）で外径２０ｍｍすに加工し、更に線引きに
より外径６．９　ｍｍφのＣｕ−Ｎｂ焼結体線材を作成
した。

この様にｄＮｂの異なる５　ｆｆｆｉのＣｕ−Ｎｂ焼結
体線材を用いて第１表の番号毎に５種のＮｂ３Ｓｎ超電
導線材を作成した。

中空ビレットの加工前の組込みは第２図と同じとし障壁
５としてはＮ、管を使用した。

中空ビレット加工前における各サイズは、Ｃｕ管管外外
径５０ｍｍφ Ｎｂ管管内内径３９ｍｍφ Ｃｕ管管内内径１６＋ｎｍφ Ｃｕ管管外外径２４ｍｍφ 線状体１の配置数＝１４本 とし中空ビレット形成の為の端部の接合はエレクトロビ
ーム溶接で行なった。

中空ビレットの断面積減少加工は冷間静水圧押出法によ
り行ない、内径１２ｍｍφＸ外径４０ｍｍφに加工した
。

断面積減少加工後の中間焼鈍はＡ　ｒＭ囲気で８００℃
Ｘ１０ｈｒで行ないＣｕ−Ｎｂ系焼結体線材充填層中の
空隙を完全に排除した。中間焼鈍後の複合管中空部に外
径１１．５ｍｍφのＳｎロッドを挿入し伸線加工を施し
て０．５　ｍｍφの線材とした。ジ材の断面積減少加工 この様にして得た第１表試料番号に基づく５種の複合線
材を対象とし、６５０℃×５日のＮｂ３Ｓｎ生成熱処理
を行なった。

また比較材として、消耗電極アーク溶解法によって溶製
した後１［加工を行なうことにより外径４０ｍｍすに仕
上げた１ｎ−ｓｉｔｕ法Ｃｕ−２０重二％Ｎ６合金ロッ
ドをとりあげ、前記実施例と同一工程で断面積減少加工
及びＮｂ、Ｓｎ生成熱処理を行なった。本合金のＮｂデ
ンドライトサイズは平均５μｍであった。

以上の様にして得た各Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材を臨界電流
密度の測定試料に供した。

この測定は４．２にで８７（テスラ）とＩＯＴの磁場の
下で行なった。測定結果を第２表に示す。

第２表のＮｏ、１〜５はそれぞれ第１表Ｎｏ、１〜５の
Ｎ６粒度な使用した線材であり、またＮｏ、６は上記１
ｎ−ｓｉｔｕ法による線材を意味する。また表中Ｊ　ｃ
−８Ｔ、　　Ｊ　ｃ−１０Ｔはそれぞれ（８丁。

１０Ｔの下での臨界電流密度をあられす。

（以下牟１，１申〜、） ｊ−′柁、１ −￥−２し１ 第２表から明らかな様に（８Ｔ及びＩＯＴのいずれの磁
場においても臨界電流密度はＮｏ、２即ちＭ　Ｎ　ｂ　
／　５　：　０．３５μｍ近傍で最大となりその両側で
急激に劣化するが臨界電流密度の最大値（第２表Ｎｏ、
２におけるＪｃ）の６０％以下では劣化が特に著しい。

この様子を第３図に示す。第３図は第２表Ｎｏ、２の臨
界電流密度Ｊｃｍａｘに対するＮ０１１〜５の臨界電流
密度割合を縦軸に、ｄＮ。

／Ｘ５を横軸にとったものである。またＮｏ、６の臨界
電流密度はＮｏ、２〜４の臨界電流密度より明らかに低
いことがわかる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されるから伸線性及び超電導特
性に優れたＮｂ、Ｓｎ超電導線材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る多芯複層構造体の断面
図、第３図はｄＮｂ／、ｆｉと最大臨界電流密度に対す
る臨界電流密度に対する比との相関関係を示す実験図で
ある。 １・・・Ｃｕ或はＣｕ合金被覆Ｃｕ−Ｎｂ焼結体線状体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 中心部から外層に向けてＳｎ充填層、Ｃｕ或はＣｕ合金
   筒状層、Ｃｕ−Ｎ＿ｂ粉末焼結体をＣｕ或はＣｕ合金管
   で被覆してなる線状体の環状配置層、Ｃｕ或はＣｕ合金
   層をほゞ同芯状に配設してなる多芯複層構造体を数段階
   に分けて断面積減少加工を施して超電導線材を製造する
   場合における上記線状体の断面積総減少比Ｒと上記Ｃｕ
   −Ｎ＿ｂ粉末焼結体中の平均Ｎ＿ｂ粒子径＠ｄ＠Ｎ＿ｂ
   （但し断面積減少加工前）が Ｒ≧１０＾４且つ０．１≦（＠ｄ＠Ｎ＿ｂ）／√Ｒ≦２
   ．０（μｍ）の両条件を満足することを特徴とするＮ＿
   ｂ＿＿３Ｓｎ超電導線材の製造方法。