JPS63303021A - Ｃｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｎｂ、Ｓｎ系超電導材の原料素材となるＣｕ
−Ｎｂ粉末冶金成形体に関し、詳細には塑性加工性が良
好で且つ優れた超電導特性を与えるＣｕ−Ｎｂ粉末冶金
成形体に関するものである。

［従来の技術］ Ａ−１５型化合物系超電導線材の１つであるＮ１ｇＳｎ
系超電導線材は、高磁場の下で大きな臨界電流密度を有
することから高磁界発生超電導マグネット用線材として
注目を集めている。

Ｎｂ３Ｓｎ系超電導線材は、従来上としてブロンズ法で
製造されていたが、この方法は工程が煩雑な上に歪によ
る超電導特性の劣化が著しい等の欠点を有する。そこで
これらの欠点を克服する線材として、Ｃｕマトリックス
中に極細超電導繊維が不連続に分散した、所謂Ｉｎ−５
ｉｔｕ超電導線材が開発され、ブロンズ法を峻ぐ超電導
特性を得ることに成功している。

Ｉｎ−５ｉｔｕ法によるＮｂ、Ｓｎ超電導線材の基本的
製造方法を説明すると、Ｎｂ含有量が１０〜５０％とな
る様に調製されたＣｕ−Ｎｂ原料を、真空あるいは不活
性ガス中で溶解鋳造し、Ｃｕ−Ｎｂインゴットを製造す
る。このＣｕ−Ｎｂインゴットは、ＮｂがＣｕマトリッ
クス中に殆んど固溶しない為、Ｃｕマトリックス中に樹
脂状にＮｂデンドライト結晶が析出した金属組織を呈す
る。

次にＣｕ−Ｎｂインゴットを減面加工して長尺線材化す
ると、Ｎｂデンドライト結晶が引き伸ばされ、Ｃｕマト
リックス中に繊維状デンドライト結晶が不連続に分散さ
れた構造となる。次いで長尺線材の表面にＳｎめっ籾を
施した後、５００〜７５０℃の温度で熱処理すると、Ｓ
ｎはＣｕ中に拡散してＮｂと反応し、Ｎｂ、Ｓｎ系超電
導化合物が形成される。

しかるにＩｎ−５ｉｔｕ法では、Ｃｕ−Ｎｂインゴット
中におけるＮｂデンドライト結晶の形状及び大きさが溶
解鋳造時の冷却速度に敏感に左右され、インゴトの長さ
方向並びに半径方向にみて結晶の形状及び大きさが不均
一になり易い、モしてＣｕ−Ｎｂインゴット中のＮｂデ
ンドライト組織の分布が不均一であると最終的にはＮｂ
３Ｓｎ系超電導化合物の分布も不均一となり、ひいては
超電導特性［臨界電流密度（Ｊｃ）特性］の均一性が失
われる。

一方上述の様なＣｕ−Ｎｂインゴット金属組織の不均一
性を解決する方法としてＣｕ粉末とＮｂ粉末を粉末冶金
の手法により成形する方法がある。この方法では、まず
Ｃｕ粉末とＮｂ粉末を配合し、圧縮成形した後、焼成し
てＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体を製造する。得られた成形
体は、Ｎｂが均一分散された焼結体であり、これを減面
加工に付して長尺線材化し、表面にＳｎをめフきした後
熱処理すると、ＳｎがＣｕ中に拡散してＮｂ、Ｓｎ系超
電導化合物が生成する。この方法によれば原料粉末の粒
径の調整並びに粉末の混合を十分に行なうことによりほ
ぼ均一な組織のＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体を得ることが
できる。

しかるにＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体は、溶製材に比べて
塑性加工性が悪く、成形体を長尺線材化する際に割れが
発生することがしばしば経験された。またＮｂが均一分
散されているので超電導化合物の分布も均一となり、良
好な超電導特性が得られるはずであったが、実際問題と
しては特性面にばらつきがあり、所望の安定した超電導
特性が得られないという問題があった。

［発明が解決しよ・）とする問題点］ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、塑性加工性が良好で且つ優れた超電導特性を与える様
なＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体を提供することを目的とす
るものである。特に前記説明から明らかな様に溶製材で
は均質なＮｂ分布組織を得ることができないので、たと
え塑製加工性が良好でも超電導特性の均一性を得ること
は理論的に困難であることから、基本的には粉末冶金成
形体を採用し、その長所である組織の均質性を生かしつ
つ、塑性加工性の改善を進めた結果完成するに至ったの
が本発明である。

［問題点を解決する為の手段］ しかして上記目的を達成した本発明は、Ｃｕ母材中にＮ
ｂ粒子が分散したＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体であって、
Ｎｂ含有量が１０〜５０％（重量％の意味、以下同じ）
であると共に、０含有量が次式を満足する点に要旨を有
するものである。

［ｏ］≦ｘｓ［Ｎｂ］　　”−（１） 但し［Ｏ］は０含有量をｐｐｍ単位で表わしたときの無
名数 ［Ｎｂ］はＮｂ含有量を％単位で表わしたときの無名数 ［作用］ Ｃｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体における塑性加工性阻害要因
について種々検討を重ねた結果、その原因がＮｂ酸化物
の存在にあることを究明した。即ちＮｂは活性な金属で
あり酸素に汚染され易いことから、市販されているＮｂ
原料粉末は一般に表面の酸化が進んでおり、酸素含有量
は１０００〜ＳＯＯＯｐｐｍにも達している。そしてこ
の様にＮｂ原料粉末をそのままＣｕ粉末に混合し、成形
・焼結して成形体を成形すると、Ｃｕ基中に分散するＮ
ｂ粒子に酸素が固溶してＮｂ粒子の硬度が大幅に上昇す
る。その結果該成形体を減面加工する際、Ｎｂ粒子が塑
性変形しにくい為にＮｂ粒子を起点とする応力集中が生
じて割れをひき起こす。

特にＮｂ粒子の硬化は５００℃以上の熱間加工を行なう
時に顕著となる。

また酸素の固溶によって硬化したＮｂ粒子を分散せしめ
たＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体では、たとえ最終形状ので
加工が達成されても、Ｓｎめっき後の熱処理においてＳ
ｎとＮｂ粒子の反応性が低下してＮｂ、Ｓｎの生成量及
び特性が低下し、所望の超電導特性を得ることができな
い。

本発明者等はこうした事情に着目し、更に検討を重ねた
結果、前記構成に示される本発明を完成するに至った。

以下本発明の作用を研、究の経緯に沿って説明する。

前記考察に従えばＮｂ粒子中に酸素が固溶して硬化する
と塑性加工性が悪化し割れ等が発生することから、まず
種々の組成のＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体を作成してＮｂ
粒子のビッカース硬度を夫々測定した後、常法に従い該
成形体を伸線加工し、Ｎｂ粒子硬度と伸線加工性の関係
を調べた。

尚伸線加工前のＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体について硬度
測定と同時にＮｂ含有量及び０含有量の測定を行なった
。その結果Ｎｂ粒子硬度と伸線加工性との間には硬度が
一定値を超えると伸線加工性が急激に低下するという関
係が認められ、前記考察が正しいことを確認することが
できた。

次いで伸線加工によりて得られた線材を常法に従い、Ｓ
ｎめっきした後熱処理して超電導線材を得、その臨界電
流Ｉｃを測定したところ、前記硬度と臨界電流１ｃの間
に相間々関係が認められ、硬度が一定値を超えるとＩｃ
が大幅に低下することが分かった。これらの結果から硬
度を一定値以下となる様にＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体を
調製すれば、優れた塑性加工性、並びに臨界電流値Ｉｃ
を与えるＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体の得られることが確
認された。そこで硬度を一定値以下とする具体的構成に
ついて検討した結果、Ｃｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体の硬度
とＯ含有量及びＮｂ含有量の間は相間々関係認められ、
０含有量が前記（１）式を満足すれば硬度を所望の値以
下にすることができ、優れた塑性加工性及び超電導特性
を与えるＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体を得ることが分かフ
な。

即ち本発明においては優れた塑性加工性及び超電導特性
を得る為に、［Ｏコを［Ｎｂ］の１５倍以下とする必要
があり、［Ｏ］が［Ｎ　ｂ］の１５倍を超えるとＮｂ粒
子の硬度が高くなり過ぎて塑性加工性が悪化し、又超電
導特性も満足する値が得られない、又Ｎｂ含有量は必要
量の超電導物質（Ｎｂ３　Ｓｎ）を確保して良好な超電
導特性を得る為に１０％以上とする必要がある。しかし
Ｎｂ含有量が５０％を超えると、超電導特性が４０％Ｎ
ｂ含有量とほとんど変わらないにもかかわらず、加工が
著しく困難となる。

［実施例］ １０５〜１４９μｍのＮｂＨ粉末と種々の粒度の球状Ｃ
ｕ粉末をＣｕ−１０〜４５重量％Ｎｂの組成となるよう
に配合し、Ｖ型混合器で１５分間の混合を行なフた。得
られた混合粉末を、１０．５”ｘ　１．Ｏｔ（ｍｍ）の
脱気バイブを設けたＨＩＰカプセル［５０すｘ　６０　
’　ｘ　２．５ｔ（ｍｍ）］にタップ密度で充。

填した。

これを油拡散ポンプで排気しながら８５０℃に加熱した
ところ加熱途中よりＨ２が発生し、３時間経過後、加熱
前の真空度１０−’ｔｏｒｒに戻った。本カプセルを真
空封入し、ＨＩＰｆｉ埋（６００℃×１５００にｇｆ／
ｃｍ’　ｘ　２ｈｒ）により加圧焼結を行ない、３６す
ｘ４０’（ａｖ＋）のＣｕ−Ｎｂ超電導部材を得た。

得られたＣｕ−Ｎｂ部材中のＮｂ粒子のビッカース硬度
（荷！！５０ｇ）を測定した結果を第１表に示す、第１
表の結果をＮｂ含有量［Ｎｂ］　　（重量％）と酸素濃
度［Ｏ］　　（ｐｐｍ）についてまとめると第１図によ
うになる。また図中の各点には、Ｎｂ粒子のビッカース
硬度Ｈｖ　（ｋｇ／ｎｕ１１’）を付記した。尚第１図
において斜線で区画した部分が本発明の範囲である。

Ｃｕ−Ｎｂ部材中の【Ｏ］は、種々の［Ｏ］をもつＣｕ
粉末を使用することによって刺整した。

即ちＣｕ粉末が粗粒になれば［Ｏ］が低くなり、また一
部はＣｕ粉末をＨ２還元することにより、さらに低くし
て使用した。

第　　１　　表 第１表の試料のうち試料Ｎｏ、４．５，６，７゜８．９
．１０を外径４２ｍｍＸ内径３６１ｎＩＩｌのＣｕ管に
挿入後、真空封入して押出ビレットとし、６００℃の熱
間静水圧押出により８す（Ｉ！１ＩＢ）まで減面後横ロ
ールで１．０　＋　（ｍｍ）まで加工した。続いて線引
きダイスにより０．２５す（Ｉ１１！Ｉ）まで伸線加工
を行ない、伸線加工性を評価した（結果を第１表に併記
した）。伸線加工性は０．２５ｍｍまで焼鈍なしで行な
えたものには◎を記し、その他については焼鈍の回数を
記した。得られた長尺線の長さはいずれも約１．１ｋｍ
であった。この長尺線に約６〜９μｍのＳｎをめっきし
、真空中で４５０℃ｘ５ｈｒの前段熱処理を行なった後
、７００℃ｘ６０ｈｒの拡散熱処理を行ない、Ｎｂ、Ｓ
ｎ超電導線を得た。

本試料（Ｎｏ、４〜１０）を８Ｔの磁場中で臨界電流１
ｃの測定を行なった結果を第１表に併記する。これをＮ
ｂ粒子のビッカース硬度Ｈｖと関連づけたものが第２図
である。本発明範囲内にある試料は、範囲外試料の２〜
４倍の値が得られていることがわかった。この超電導特
性の差の原因調査のために押出後のＮｂ粒子のＨｖ測測
定Ｎｏ。

９．１０の試料について行なったところ、それぞれ２１
０　ｋｇ／ｌｌ１ｍ２．　１６１　ｋｇ／ａｍ２であり
熱間加工中にＮｏ、８試料に［Ｏ］固溶が著しかったこ
とが推察された。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、本発明によれば塑
性加工性に優れ、かつ優れた超電導特性を有する超電導
線材を与えるＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体を確実に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成形体における酸素濃度及
びＮｂ含有量とＮｂ粒子硬度の関係を示すグラフ、第２
図はＮｂ粒子硬度と臨界電流１ｃの関係を示すグラフで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃｕ母材中にＮｂ粒子が分散したＣｕ−Ｎｂ粉末冶金成
   形体であって、Ｎｂ含有量が１０〜５０％（重量％の意
   味、以下同じ）であると共に、Ｏ含有量が次式を満足す
   ることを特徴とする超電導部材製造用Ｃｕ−Ｎｂ粉末冶
   金成形体。 ［Ｏ］≦１５［Ｎｂ］・・・（１） 但し［Ｏ］はＯ含有量をｐｐｍ単位で表わしたときの無
   名数 ［Ｎｂ］はＮｂ含有量を％単位で表わしたときの無名数