WO2007099820A1 - Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用の前駆体およびＮｂ3Ｓｎ超電導線材 - Google Patents

Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用の前駆体およびＮｂ3Ｓｎ超電導線材 Download PDF

Info

Publication number
WO2007099820A1
WO2007099820A1 PCT/JP2007/053115 JP2007053115W WO2007099820A1 WO 2007099820 A1 WO2007099820 A1 WO 2007099820A1 JP 2007053115 W JP2007053115 W JP 2007053115W WO 2007099820 A1 WO2007099820 A1 WO 2007099820A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
precursor
superconducting
diffusion barrier
wire
barrier layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/053115
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takayoshi Miyazaki
Yukinobu Murakami
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
Japan Superconductor Technology, Inc.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho, Japan Superconductor Technology, Inc. filed Critical Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho
Priority to CN2007800065146A priority Critical patent/CN101390175B/zh
Priority to EP07714615A priority patent/EP2006863B1/en
Priority to AT07714615T priority patent/ATE541321T1/de
Publication of WO2007099820A1 publication Critical patent/WO2007099820A1/ja

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B21C37/047—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire of fine wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0016—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables for heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/10—Multi-filaments embedded in normal conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0184—Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn

Definitions

  • the present invention relates to an NbSn superconducting wire manufactured by a bronze method or an internal diffusion method, and
  • Nb Sn especially useful as a material for superconducting magnets for high magnetic field generation
  • Nb S As a superconducting wire used in such a superconducting magnet for generating a high magnetic field, Nb S
  • a composite wire is constructed by embedding multiple (7 in the figure) Nb or Nb-based alloy core 2 in a Cu-Sn-based alloy (bronze) matrix 1 .
  • the core material 2 is reduced in diameter to form a filament (hereinafter referred to as Nb-based filament), and a plurality of composite wire materials composed of the Nb-based filament and bronze are bundled.
  • wire drawing is performed.
  • the diffusion barrier layer 6 is disposed between the stabilizing copper 7 and the outside of the stabilizing copper 7.
  • the diffusion barrier layer 6 is composed of, for example, an Nb layer or a Ta layer, or two layers of an Nb layer and a Ta layer (for example, Patent Document 1), and Sn in the superconducting matrix portion diffuses to the outside during the diffusion heat treatment. And prevents the diffusion of Sn into the stabilized copper To do.
  • Nb Sn composite layer can be formed at the interface.
  • Nb Sn composite layer can be formed at the interface.
  • FIG. 1 for convenience of explanation, N
  • Cu base material As shown in the schematic diagram of the precursor for wire manufacture, Cu or Cu-based alloy (hereinafter sometimes referred to as “Cu base material”) 4 In the center part of Sn or Sn-based alloy force (hereinafter referred to as “Cu base material”) (Sum base metal core is sometimes referred to collectively) 3 and a plurality of Nb or Nb base alloy cores (hereinafter collectively referred to as "Sn base metal core 3") in the Cu base material 4 around the Sn base metal core 3. (Sometimes called “Nb-based metal core”) 5 are arranged so as not to contact each other to form a precursor (precursor for manufacturing a superconducting wire).
  • the precursor is subjected to a surface reduction force such as wire drawing, and then subjected to diffusion heat treatment (Nb Sn generation heat treatment).
  • Sn in the Sn-based metal core 3 is diffused and reacted with the Nb-based metal core 5 to generate Nb Sn (for example, Patent Document 2).
  • the portion where the Nb-based metal core 5 and the Sn-based metal core 3 are arranged (hereinafter, this portion is referred to as a "superconducting core portion"). And a structure in which a diffusion barrier layer 6 is disposed between the stabilizing copper layer 7 and the external stabilizing copper layer 7 is used.
  • the structure of the diffusion barrier layer 6 is the same as that of the precursor shown in FIG.
  • Production of a precursor for producing a superconducting wire as shown in FIG. 2 is performed in the following procedure.
  • an Nb-based metal core (Nb-based filament) is inserted into a Cu matrisk tube, and is subjected to surface reduction by extrusion, wire drawing, etc. to form a composite (usually a hexagonal cross-sectional shape), which has an appropriate length Cut to.
  • the composite is filled in a billet provided with a diffusion barrier layer, and a Cu matrix (Cu solid billet) is placed at the center of the billet and extruded.
  • the pipe matrix is formed by mechanically drilling the Cu matrix in the center.
  • a plurality of the composites are filled in a hollow billet (between the outer cylinder and the inner cylinder) that is composed of a Cu outer cylinder and a Cu inner cylinder and has a diffusion barrier layer 6 and is extruded through a pipe.
  • a hollow billet between the outer cylinder and the inner cylinder
  • a diffusion barrier layer 6 and is extruded through a pipe.
  • the Sn base metal core 3 is inserted into the central gap portion of the pipe-shaped composite produced by these methods, and the diameter is reduced to produce the precursor as shown in FIG.
  • one Sn metal core 3 and a plurality of Nb-based metal cores 5 are shown, but a plurality of Sn-based metal cores 3 may be formed. Is possible. In general, the Nb-based metal core 5 is actually arranged in the state of several hundreds or thousands of forces.
  • a Cu-Sn matrix tube is used instead of a Cu matrisk tube, and a Sn-based metal core is not arranged at the center.
  • the procedure is basically the same.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-253114
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-114389
  • the various precursors as described above have a configuration in which a diffusion barrier layer is disposed between the superconducting matrix portion and the stabilizing copper outside thereof.
  • this diffusion barrier layer may cause problems such as deterioration of workability during wire drawing and deterioration of superconducting properties.
  • This phenomenon is caused when an external force is also applied to the superconducting wire, for example, current is induced in the superconducting core between the Nb-based filaments and between the Nb-based filament and the diffusion barrier layer. It is a phenomenon that behaves in an electromagnetically integrated manner. When such a phenomenon occurs, the effective filament diameter increases and the loss of energy (hereinafter referred to as “AC loss”) increases when the current or magnetic field of the superconducting wire fluctuates.
  • AC loss loss
  • the Nb Sn phase does not form in the diffusion barrier layer.
  • Nb and Ta are used as the material for the diffusion barrier layer. If Ta is used, Nb Sn phase is not generated and AC loss is suppressed.
  • Patent Document 1 a composite layer having a Nb layer and a Ta layer having a two-layer force has also been proposed (Patent Document 1). If Ta, which has poor workability, is used, disconnection occurs during wire drawing. It becomes easy to do. Also, since Nb and Ta have high melting points and are difficult to form metal bonds, there is a difficulty in mutual adhesion, making uniform processing difficult. If the processing becomes uneven, the diffusion barrier layer will be damaged, and the residual resistance ratio in the superconducting wire will eventually decrease. In the worst case, disconnection may occur in the middle of wire drawing.
  • the non-superconducting portion increases and the critical current density C tends to decrease.
  • the present invention has been made under such circumstances, and the object thereof is attributed to the coupling by improving the workability in the surface-reducing process and making the cross-sectional configuration appropriate.
  • Nb Sn superconductor that reduces AC loss and exhibits good superconducting properties
  • a superconducting core portion including a Cu-Sn base alloy and a plurality of Nb base filaments arranged in the Cu-Sn base alloy and also having Nb or Nb base alloy force,
  • the distance from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer to the Nb-based filament present in the outermost layer portion of the superconducting core portion is set to 2 m or more in the final shape after the surface reduction processing.
  • This precursor is applied to the bronze method.
  • the distance from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer to the Nb-based filament present in the outermost layer portion of the superconducting core portion is preferably 10 ⁇ m or less. .
  • the above object can also be achieved by adopting the following configuration. That is, as another configuration of the precursor for manufacturing a superconducting wire of the present invention, Used in manufacturing Nb Sn superconducting wire;
  • Superconductivity comprising Cu or Cu-based alloy, one or more Nb-based filaments and one or more Sn or Sn-based alloy cores arranged in Cu or Cu-based alloy and made of Nb or Nb-based alloy Core part,
  • a precursor for manufacturing a superconducting wire which is disposed on the outer periphery of the superconducting core and includes a diffusion barrier layer made of Nb and a stabilized copper layer;
  • the distance from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer to the Nb-based filament present in the outermost layer portion of the superconducting core portion is set to 2 m or more in the final shape after the surface reduction processing.
  • This precursor is applied to the internal diffusion method.
  • the distance force from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer to the Nb-based filament present in the outermost layer portion of the superconducting core portion is preferably 0 ⁇ m or less. .
  • the precursor for producing a superconducting wire according to the present invention in order to make the distance from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer to the Nb-based filament present in the outermost layer of the superconducting core portion 2 ⁇ m or more.
  • the following configurations (1) and (2) may be mentioned.
  • the distance is set to 2 m or more by forming a layer of Cu or Cu-based alloy force on the entire inner periphery of the diffusion barrier layer.
  • Ta, Cu, or a Cu-based alloy is placed at a position where the Nb-based filament is in close proximity (where the Nb-based filament is placed close to (not in contact with)).
  • the distance is set to 2 m or more by partially forming a layer.
  • the distance from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer to the Nb-based filament existing in the outermost layer portion of the superconducting core portion is set to 2 m or more, whereby alternating current due to coupling is generated.
  • Nb Sn superconducting wire that reduces loss and exhibits good superconducting properties
  • composition of the precursor for material production was realized.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a precursor for manufacturing a superconducting wire applied to a bronze method.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a precursor for manufacturing a superconducting wire applied to an internal diffusion method.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of the precursor of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part showing another specific configuration example of the precursor of the present invention.
  • the present inventors examined various angular forces in order to achieve the above object. As a result, if the distance from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer to the Nb-based filament present in the outermost layer of the superconducting core is optimized, the AC loss due to coupling can be reduced. A precursor that can produce Nb Sn superconducting wire that exhibits good superconducting properties.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of the precursor of the present invention, in which 6a is a diffusion barrier layer made of Nb, 10 is a matrix, 11 is an Nb-based filament, and 15 is a superconducting core part. Each one is shown.
  • the distance from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer 6a made of Nb to the Nb-based filament 11 existing in the outermost layer portion of the superconducting core portion 15 is dB-f (after the surface reduction cage).
  • the distance in the final shape is set to 2 m or more.
  • the Nb-based filaments 11 present in the outermost layer portion of the superconducting core portion 15 are not all present at a uniform distance.
  • the distance dB-f is the Nb-based filament 11 present in the outermost layer portion. This means the distance between the Nb-based filament that is closest to the diffusion barrier layer 6a and the diffusion barrier layer 6a. (The closest point is the state where the closest point is located, not the contact point.) By optimizing the distance dB-f in this way, AC loss due to coupling can be reduced. It is.
  • this distance dB-f becomes too large, it is expected that the non-superconducting partial region in the superconducting core part 15 will increase and the critical current density will decrease, so the upper limit can also be set appropriately.
  • the upper limit of the distance dB-f differs depending on the method applied, it is preferable that the distance dB-f is 10 ⁇ m or less in the precursor applied to the bronze method.
  • the amount of reaction that has no limit on the amount of Sn solid solution can be increased as compared with the bronze method, so that the critical current density c is increased by the bronze method. It can be higher than the case.
  • the distance dB-f can be increased by the extent that the allowable range is larger than that of the bronze method. From this point of view, it is preferable that the distance dB -f is 40 ⁇ m or less for precursors applied to the internal diffusion method! / ⁇ .
  • the means for setting the distance dB-f to 2 m or more as described above will be described.
  • the wire rod solid material
  • the spacer should be used as the spacer without inserting the Nb-based alloy core into the Cu-Sn matrix tube (or Cu matrix tube). It is also possible to place these spacers on the inner peripheral surface side of the diffusion barrier layer.
  • the distance dB-f increases on the contrary, and the critical The current density c decreases (test No. 13 in Table 1 described later).
  • such a spacer can be used to reduce the distance dB-f to 40 / zm or less. In this case, the interface is increased and the workability is deteriorated.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a principal part showing a specific configuration of the precursor of the present invention.
  • the distance dB-f is set to 2 ⁇ m or more by forming the layer 12 made of Cu or a Cu-based alloy on the entire inner peripheral surface of the diffusion barrier layer 6a.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a principal part showing another specific configuration of the precursor of the present invention.
  • the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer 6a only the inner peripheral surface corresponding to the closest Nb-based filament 11 among the Nb-based filaments 11 existing in the outermost layer portion is made of Ta or Cu.
  • the layer 13 is partially formed. In such a configuration, not only when Cu is used as the material of the layer 13, but also when Ta is used, it is not formed on the entire surface, so that the workability can be maintained satisfactorily.
  • Layer 13 may be arranged in one place or in several places.
  • the distance dB-f can be set to a predetermined range by adjusting the bronze ratio of the single core or the primary multi-core.
  • the Cu alloy used in the layer 12 or 13 an alloy containing Sn or the like up to about 10% by mass can be used in consideration of workability.
  • the diameter of the Nb-based filament is preferably set to an appropriate size.
  • the diameter of the Nb-based filament is preferably about 1.5 to 6.0 m in the final shape after the surface-reduction processing (that is, the shape before the diffusion heat treatment).
  • the diameter of the Nb-based filament is less than 1.5 / zm, the change in the diameter of the wire in the longitudinal direction becomes large (sorceraging), and uniform processing becomes impossible. If this diameter exceeds 6. ⁇ ⁇ m, a high critical current density will be obtained.
  • the diameter of the Nb-based filament is preferably 4 m or less, considering the strain resistance. It is desirable that it is 1.5 m or more.
  • the copper ratio (cross-sectional area ratio of Cu part Z non-Cu part).
  • the copper ratio is preferably at least 0.8, more preferably at least 0.2 in terms of stability.
  • the copper ratio is more preferable that it is 2.0 or less. 1. It should be 0 or less.
  • the Cu-Sn alloy used in the precursor applied in the bronze method preferably has an Sn content of 13 to 17% by mass. By setting such a content, the critical current density c can be further improved. If the Sn content force is less than 13% by mass, the effect of increasing the Sn concentration cannot be exhibited. If it exceeds 17% by mass, a large amount of Cu—Sn compound precipitates, making it difficult to uniformly process the wire.
  • an Nb-based metal core 5 (Nb or Nb-based alloy core) and an Sn-based metal core 3 (Sn Or Sn-based alloy core) with a space between each other.
  • Cu alloy used in such a configuration should contain Cu containing elements such as Nb and Ni (about 5% by mass) Can do.
  • a material used for the Sn-based metal core 3 a material containing elements such as Ti, Ta, Zr, and Hf that do not inhibit workability! (About 5% by mass or less) can be used.
  • Nb-based filaments may be used (core material 2 in Fig. 1, Nb-based metal core 5 in Fig. 2), and Nb-based alloys used therefor include Ta, Hf , Zr, Ti and other additive elements containing about 10% by mass or less can be used.
  • the precursor as described above is formed, and annealing and wire drawing are performed on the precursor, followed by diffusion heat treatment (Nb Sn generation heat treatment, usually 600 ° C or higher, 750 ° C). Less than
  • Nb rod having a diameter of 60 mm was inserted into a Cu-15.5 mass% Sn alloy having an outer diameter of 65 mm and an inner diameter of 35 mm, and the end was sealed by electron beam welding to produce an extruded billet.
  • This extruded billet was drawn while appropriately annealing at 500 to 600 ° C for 1 hour to obtain a Cu-SnZNb composite wire (hexagonal opposite side: 2. Omm) having a hexagonal cross section. 1369 bundles of this CU-SnZNb composite wire are bundled, and a 0.1 mm thick Cu sheet is wound around the outer circumference as shown in Table 1 below, and a 0.2 mm thick Nb sheet is wound around the outer circumference five times.
  • the obtained extruded billet was extruded and drawn into a wire having a wire diameter of 0.5 mm (precursor for producing a superconducting wire) by wire drawing. At this time, twist was applied so that the pitch was 13 mm.
  • the distance dB-f was measured by embedding and polishing perpendicularly to the precursor polished surface before heat treatment, and observing the cross section with an electron microscope.
  • Example 1 instead of brazing the Cu sheet, a Ta sheet slit having a thickness of 0.2 mm and a width of 20 mm was placed at 12 locations on the inner periphery of the diffusion barrier layer corresponding to the closest filament part, and extruded. Billets (multi-core billets) were prepared. The extruded billet was extruded and drawn into a wire having a wire diameter of 0.5 mm (precursor for producing a superconducting wire). The wire breakage did not occur during the wire drawing process. At the stage after wire drawing, the distance dB-f between the diffusion barrier layer and the nearest filament is 2.5 m.
  • the obtained precursor was subjected to heat treatment (diffusion heat treatment) under the same conditions as in Example 1 to obtain an NbSn superconducting wire.
  • heat treatment diffusion heat treatment
  • Example 1 instead of winding a Cu sheet, a slit of a Cu sheet having a thickness of 0.4 mm and a width: 20 mm was arranged at 12 locations on the inner periphery of the diffusion barrier layer corresponding to the nearest filament part.
  • Extruded billets multi-core billets
  • the extruded billet was extruded and drawn into a wire having a wire diameter of 0.5 mm (precursor for producing a superconducting wire). The wire breakage did not occur during the wire drawing process.
  • the distance dB-f between the diffusion barrier layer and the nearest filament is 2.3 m.
  • the obtained precursor was subjected to heat treatment (diffusion heat treatment) under the same conditions as in Example 1 to obtain an NbSn superconducting wire.
  • heat treatment diffusion heat treatment
  • the AC loss due to coupling is reduced by setting the distance from the inner peripheral surface of the diffusion barrier layer to the Nb-based filament existing in the outermost layer portion of the superconducting core portion to 2 m or more.
  • Nb Sn superconducting wire that can achieve good superconducting properties
  • composition of the precursor for material production was realized.

Abstract

　本発明は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いられ； 　Ｃｕ-Ｓｎ基合金と、Ｃｕ-Ｓｎ基合金中に配置され、ＮｂまたはＮｂ基合金からなる複数本のＮｂ基フィラメントとを含む超電導コア部、 　前記超電導コア部の外周に配置され、Ｎｂからなる拡散障壁層、および 　安定化銅層を含む超電導線材製造用前駆体において； 前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在するＮｂ基フィラメントまでの距離を、減面加工後の最終形状で２μｍ以上に設定したものであるＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体に関する。

Description

明 細 書
Nb Sn超電導線材製造用の前駆体および Nb Sn超電導線材
3 3
技術分野
[0001] 本発明は、ブロンズ法や内部拡散法によって製造される Nb Sn超電導線材、およ
3
びこうした Nb Sn超電導線材を製造するための前駆体 (超電導線材製造用前駆体）
3
に関するものであり、殊に高磁場発生用超電導マグネットの素材として有用な Nb Sn
3 超電導線材を製造する為の技術に関するものである。
背景技術
[0002] 超電導線材が実用化されて!/ヽる分野のうち、高分解能核磁気共鳴 (NMR)分析装 置に用いられる超電導マグネットにつ 、ては発生磁場が高 、ほど分解能が高まるこ とから、超電導マグネットは近年ますます高磁場ィ匕の傾向にある。また、核融合炉に 用いられるマグネットも発生磁場が高くなると、閉じ込めることのできるプラズマのエネ ルギ一が大きくなるため、高磁場化の傾向にある。
[0003] このような高磁場発生用超電導マグネットに使用される超電導線材としては、 Nb S
3 n線材が実用化されており、この Nb Sn超電導線材の製造には主にブロンズ法が採
3
用されている。このブロンズ法では、図 l (Nb Sn超電導線材製造用前駆体の模式図
3
)に示すように、 Cu- Sn基合金 (ブロンズ)マトリクス 1中に複数（図では 7本)の Nb若 しくは Nb基合金カゝらなる芯材 2を埋設して複合線材が構成される。この複合材を伸 線カ卩ェすることによって上記芯材 2を細径ィ匕してフィラメント（以下、 Nb基フィラメント と呼ぶ）とし、この Nb基フィラメントとブロンズとからなる複合線材を複数束ねて線材群 となし、その外周に安定ィ匕の為の銅 (安定化銅層 7)を配置した後伸線加工する。
[0004] また、上記のような前駆体においては、図 1に示すように、 Cu-Sn基合金（ブロンズ )マトリクス 1中に複数の Nb基フィラメントが配置された部分 (以下、「超電導コア部」と 呼ぶことがある）とその外部の安定化銅 7の間に拡散障壁層 6を配置した構成とする のが一般的である。この拡散障壁層 6は、例えば Nb層または Ta層、或いは Nb層と T a層の 2層からなり（例えば特許文献 1)、拡散熱処理の際に超電導マトリクス部内の S nが外部に拡散してしまうことを防止し、安定化銅への Snの拡散を抑える作用を発揮 するものである。
[0005] 上記のような前駆体 (伸線加工後の線材群）を 600°C以上 800°C以下程度で拡散 熱処理 (Nb Sn生成熱処理）をすることにより、 Nb基フィラメントとブロンズマトリクスの
3
界面に Nb Snィ匕合物層を生成することができる。図 1においては、説明の便宜上、 N
3
b基フィラメントは 7本のものを示した力 実際には数 100本力も数万本を配置するこ とが一般的である。
[0006] Nb Sn超電導線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、内部拡散法
3
も知られている。この内部拡散法（内部 Sn法とも呼ばれる）では、図 2 (Nb Sn超電導
3 線材製造用前駆体の模式図）に示すように、 Cuまたは Cu基合金 (以下、「Cu母材」 と呼ぶことがある） 4の中央部に、 Snまたは Sn基合金力もなる芯（以下、総括して「Sn 基金属芯」と呼ぶことがある） 3を埋設すると共に、 Sn基金属芯 3の周囲の Cu母材 4 中に複数の Nbまたは Nb基合金芯（以下、総括して「Nb基金属芯」と呼ぶことがある) 5を相互に接触しな ヽように配置して前駆体 (超電導線材製造用前駆体)とする。
[0007] この前駆体に伸線カ卩ェ等の減面力卩ェを施した後、拡散熱処理 (Nb Sn生成熱処
3
理）によって Sn基金属芯 3中の Snを拡散させ、 Nb基金属芯 5と反応させることによつ て Nb Snを生成させる方法である（例えば、特許文献 2)。
3
[0008] また、上記のような前駆体においても、図 2に示すように、前記 Nb基金属芯 5と Sn 基金属芯 3が配置された部分 (以下、この部分を「超電導コア部」と呼ぶことがある）と その外部の安定化銅層 7の間に拡散障壁層 6を配置した構成のものが採用される。 この拡散障壁層 6の構成は、図 1に示した前駆体の場合と同様である。
[0009] 図 2に示したような、超電導線材製造用前駆体の製造は、下記の手順で行われる。
まず、 Nb基金属芯 (Nb基フィラメント）を Cuマトリスク管に挿入し、押出し、伸線等に よって減面加工して複合体とし (通常、六角断面形状となる）、これを適当な長さに裁 断する。そして、 Cu製外筒を有し、拡散障壁層を設けたビレット内に前記複合体を充 填し、その中央部に Cuマトリクス (Cu製中実ビレット）を配置して押出しカ卩ェした後、 中央部の Cuマトリクスを機械的に穿孔してパイプ状複合体を構成する。或いは、他 の方法として、 Cu外筒と Cu内筒で構成され、拡散障壁層 6を有した中空ビレット内（ 外筒と内筒の間）に前記複合体を複数本充填してパイプ押出ししてパイプ状複合体 を構成する。
そして、これらの方法により作製されたパイプ状複合体の中央空隙部内に、 Sn基金 属芯 3を挿入して縮径加工し、図 2に示したような前駆体が製造される。
[0010] 尚、図 2に示した前駆体では、 Sn金属芯 3が 1本、 Nb基金属芯 5が複数本のものを 示したが、 Sn基金属芯 3を複数本で構成することも可能である。また、 Nb基金属芯 5 は、実際のところ数 100本力も数千本の状態で配置されるのが一般的である。
[0011] また、図 1に示した超電導線材製造用前駆体を製造する場合には、 Cuマトリスク管 の代わりに Cu-Snマトリクス管を用い、中央に Sn基金属芯を配置しな ヽ以外は基本 的に同様の手順で行なわれる。
特許文献 1 :特開昭 60-253114号公報特許請求の範囲等
特許文献 2：特開昭 49- 114389号公報特許請求の範囲等
発明の開示
[0012] また、上記のような各種前駆体においては、図 1、 2に示したように、超電導マトリク ス部とその外部の安定化銅の間に拡散障壁層を配置した構成とされるのであるが、こ の拡散障壁層に起因して、伸線加工時の加工性を劣化させたり、超電導特性が低下 してしまうという問題が発生することがある。
[0013] ところで、超電導線材における特性を低下させる現象として、「カップリング」がある。
この現象は、超電導線材に外部力も変動磁場をかけたときに、例えば Nb基フイラメン ト相互間、 Nb基フィラメントと拡散障壁層との間の超電導コア部に電流が誘起され、 あた力もそれが電磁気学的に一体的となって振舞う現象である。こうした現象が生じ ると、有効フィラメント径が増大し、超電導線材に電流や磁場が変動したときにェネル ギ一の損失 (以下、「交流ロス」と呼ぶ）が大きくなる。
[0014] こうした交流ロスを低減するためには、拡散障壁層の部分に Nb Sn相が生成しない
3
素材を用いることが必要である。拡散障壁層の素材としては、前述の如く Nbや Taが 用いられている。このうち Taを用いると Nb Sn相が生成せず、交流ロスは抑えられる
3
1S 加工性が悪く断線等が発生し易くなる。また、 Nbを素材として用いた場合には、 Taと比べて力卩ェ性は良好となる力 拡散障壁層に Nb Sn相が形成されてしまい、上
3
記のようなカップリングが生じ易い状態になる。 [0015] こうしたことから、 Nb層と Ta層の 2層力もなる複合層も提案されているのであるが（ 前記特許文献 1)、加工性の悪い Taを用いれば、伸線加工時に断線が発生しやすく なる。また、 Nbと Taは融点が高ぐ金属結合しにくいものであるので、相互の密着性 に難点があり、均一加工が困難になる。加工が不均一になると、拡散障壁層の破損 を招き、最終的に超電導線材における残留抵抗比が低下するという事態を招くことに なる。最悪の場合には、伸線カ卩ェ途中で断線が発生することがある。
[0016] 拡散障壁層の素材として、 Taだけを用いた場合には、加工性が極端に悪くなるば 力り力、 Nbと比べて高価となってコストアップにもなる。また、 Ta部分には Nb Sn相が
3 形成されないので、カップリングは発生しにくいが、 Taは Nb Sn相の生成に関与しな
3
いので、非超電導部分が多くなって臨界電流密¾Cは却って低下する傾向を示す。
[0017] 本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、減面加工時にお ける加工性を良好にすると共に、断面構成を適切にすることによって、カップリングに 起因する交流ロスの低減を図り、良好な超電導特性を発揮できるような Nb Sn超電
3
導線材製造用前駆体を安価に実現できる構成、およびこうした前駆体を用いた Nb S
3 n超電導線材を提供することにある。
[0018] 上記目的を達成することのできた本発明の超電導線材製造用前駆体とは、
Nb Sn超電導線材を製造する際に用いられ；
3
Cu-Sn基合金と、 Cu-Sn基合金中に配置され、 Nbまたは Nb基合金力もなる複数 本の Nb基フィラメントとを含む超電導コア部、
前記超電導コア部の外周に配置され、 Nbからなる拡散障壁層、および
安定化銅層を含む超電導線材製造用前駆体にお!ヽて；
前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在する Nb基フ イラメントまでの距離を、減面加工後の最終形状で 2 m以上に設定したものである。 この前駆体は、ブロンズ法に適用されるものである。また、こうした構成の前駆体に おいては、前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在す る Nb基フィラメントまでの距離が 10 μ m以下であることが好ましい。
[0019] 一方、上記目的は下記の構成を採用することによつても達成される。即ち、本発明の 超電導線材製造用前駆体の別の構成としては、 Nb Sn超電導線材を製造する際に用いられ；
3
Cuまたは Cu基合金と、 Cuまたは Cu基合金中に配置され、 Nbまたは Nb基合金から なる 1本または複数本の Nb基フィラメントおよび 1本または複数本の Snまたは Sn基 合金芯とを含む超電導コア部、
前記超電導コア部の外周に配置され、 Nbからなる拡散障壁層、および 安定化銅層を含む超電導線材製造用前駆体にお!ヽて；
前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在する Nb基フ イラメントまでの距離を、減面加工後の最終形状で 2 m以上に設定したものである。 この前駆体は、内部拡散法に適用されるものである。また、こうした構成の前駆体に おいては、前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在す る Nb基フィラメントまでの距離力 0 μ m以下であることが好ましい。
[0020] 本発明の超電導線材製造用前駆体においては、前記拡散障壁層の内周面から、 前記超電導コア部の最外層部に存在する Nb基フィラメントまでの距離を 2 μ m以上 にするための具体的手段として、下記（1)、（2)の構成が挙げられる。
(1)前記拡散障壁層の内周全面に、 Cuまたは Cu基合金力 なる層を形成すること によって、前記距離を 2 m以上とする。
(2)前記拡散障壁層の内周面のうち、前記 Nb基フィラメントが近接する (Nb基フイラ メントが近づいて配置される（接する訳ではない））位置に、 Taまたは Cu若しくは Cu 基合金からなる層を部分的に形成することによって、前記距離を 2 m以上とする。
[0021] 上記のような超電導線材製造用前駆体を熱処理することによって、希望する特性を 発揮する Nb Sn超電導線材を製造することができる。
3
[0022] 本発明によれば、拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在 する Nb基フィラメントまでの距離を 2 m以上とすることによって、カップリングに起因 する交流ロスの低減を図り、良好な超電導特性を発揮できるような Nb Sn超電導線
3
材製造用前駆体の構成が実現できた。また、上記距離を 2 m以上とするための具 体的手段として、基本的に Taを用いず若しくは必要箇所にだけ配置することによつ て、コスト低減を図りつつ、良好な加工性も実現できる。
図面の簡単な説明 [0023] [図 1]ブロンズ法に適用される超電導線材製造用前駆体の構成例を模式的に示した 断面図である。
[図 2]内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体の構成例を模式的に示し た断面図である。
[図 3]本発明の前駆体の要部を示す断面図である。
圆 4]本発明の前駆体の具体的構成例を示す要部断面図である。
[図 5]本発明の前駆体の他の具体的構成例を示す要部断面図である。
符号の説明
[0024] 1 Cu- Sn基合金マトリクス
2 Nb基金属芯材
3 Sn基金属芯
4 Cu基合金 (Cu母材）
5 Nb基合金芯
6, 6a拡散障壁層
7安定化銅層
10マトリクス
11 Nb基フィラメント
12 Cuまたは Cu基合金からなる層
15超電導コア部
発明を実施するための最良の形態
[0025] 本発明者らは、上記目的を達成するために様々な角度力 検討した。その結果、 拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在する Nb基フイラメン トまでの距離を適正化すれば、カップリングに起因する交流ロスの低減を図ることが でき、良好な超電導特性を発揮する Nb Sn超電導線材を得ることのできる前駆体が
3
実現できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明の前駆体の構成を図面に よって説明する。
なお、本明細書においては、質量で定義される全ての百分率等は、それぞれ重量で 定義されるそれらと同一である。 [0026] 図 3は、本発明の前駆体の要部を示す断面図であり、図中、 6aは Nbからなる拡散 障壁層、 10はマトリクス、 11は Nb基フィラメント、 15は超電導コア部を夫々示す。本 発明の前駆体においては、 Nbからなる拡散障壁層 6aの内周面から、超電導コア部 15の最外層部に存在する Nb基フィラメント 11までの距離 dB-f (減面カ卩ェ後の最終 形状における距離)を 2 m以上に設定するものである。尚、超電導コア部 15の最外 層部に存在する Nb基フィラメント 11は、全てが均一な距離に存在するわけではない 1S 前記距離 dB-fは最外層部に存在する Nb基フィラメント 11のうち、拡散障壁層 6a に最も近接した位置に存在する Nb基フィラメントと拡散障壁層 6a間の距離を意味す る。（最も近接とは、最も近づいた位置に存在している状態であり、接しているわけで はない。）このように距離 dB-fを適正化することによって、カップリングによる交流ロス が低減できるのである。
[0027] この距離 dB-fがあまり大きくなると、超電導コア部 15における非超電導部分領域が 大きくなつて、臨界電流密度が低下することが予想されるので、その上限についても 適切に設定することが好ましい。適用される方法によってもこの距離 dB-fの上限は 異なるが、ブロンズ法に適用される前駆体では、距離 dB-fは 10 μ m以下であること が好ましい。
[0028] 一方、内部拡散法に適用される前駆体では、ブロンズ法と比べて Sn固溶量に限界 がなぐ反応量を大きくすることができるので、その分臨界電流密¾cはブロンズ法に よる場合よりも高くすることができる。臨界電流密¾cの絶対値でみたときに、内部拡 散法の場合には、ブロンズ法よりも許容範囲が大きぐそれだけ前記距離 dB-fを大き くすることができる。こうした観点から、内部拡散法に適用される前駆体では、距離 dB -fは 40 μ m以下であることが好まし!/ヽ。
[0029] 本発明の前駆体において、上記のように距離 dB-fを 2 m以上にする手段につい て説明する。前駆体の製造過程において、 Nb基合金芯を Cu-Snマトリクス管 (もしく は Cuマトリクス管）に挿入せずに、伸線カ卩ェした線材 (無垢材)をスぺーサとして用い ることがあり、こうしたスぺーサを拡散障壁層の内周面側に配置することも考えられる 力 ブロンズ法でこうしたスぺーサを用いた場合には、距離 dB-fが却って大きくなつ てしまい、臨界電流密¾cが低下することになる（後記表 1の試験 No. 13)。また、内 部拡散法では、こうしたスぺーサを用いて、前記距離 dB-fを 40 /z m以下とすることも できる力 この場合には界面が増えカ卩工性が劣化することになるになる。
[0030] こうしたことから、本発明の前駆体では、距離 dB-fを適正な範囲に設定するための 具体的構成として、次のような構成が提案できる。図 4は、本発明の前駆体の具体的 構成を示す要部断面図である。この構成においては、拡散障壁層 6aの内周面全面 に Cuまたは Cu基合金からなる層 12を形成することによって、距離 dB-fを 2 μ m以上 にするものである。こうした層 12を設けることによって、拡散障壁層 6aの素材が Nbで あっても、良好なカ卩ェ性が維持できることになる。
[0031] 図 5は、本発明の前駆体の他の具体的構成を示す要部断面図である。この構成に おいては、拡散障壁層 6aの内周面のうち、最外層部に存在する Nb基フィラメント 11 のうち最近接する Nb基フィラメント 11に対応する内周面にだけ、 Taまたは Cuからな る層 13を部分的に形成したものである。こうした構成においては、層 13の素材として Cuを用いる場合は勿論、 Taを用いる場合であっても全面に形成するものでな 、ので 、加工性を良好に維持することができる。層 13は 1箇所の配置でも良いし、複数個所 の配置でも良い。尚、拡散障壁層 6aの内周面のうち、層 13を設けない領域について は、単芯または一次多芯のブロンズ比を調整することによって、距離 dB-fを所定の 範囲に設定できる。尚、前記層 12または 13で用いる Cu合金としては、加工性を考慮 して、 Sn等を 10質量％程度まで含むものも使用できる。
[0032] いずれの構成を採用するにしても、高価な Taを用いないか、用いても全面に使用 しない構成とすることができるので、コストの低減を図ることもできる。尚、全周に Cu層 +部分的に Taの組み合わせで用 、ることもできる。
[0033] 本発明の前駆体においては、 Nb基フィラメントの直径も適切な大きさに設定するこ とが好ましい。こうした観点から、 Nb基フィラメントの直径は、減面加工後の最終形状 (即ち、拡散熱処理前の形状)で、 1. 5〜6. 0 m程度であることが好ましい。 Nb基 フィラメントの直径が 1. 5 /z m未満になるような強力卩ェでは、線材長手方向の径の変 動が大きくなり（ソーセージング）、均一加工ができなくなる。また、この直径が 6. Ο μ mを超えると、高い臨界電流密度が得られに《なる。また、 Nb基フィラメントの直径 は、交流ロスの低減を考えたときには、 4 m以下であることが望ましぐ耐歪性を考 えたときには、 1. 5 m以上であることが望ましい。
[0034] 本発明の前駆体において、銅比（Cu部 Z非 Cu部の断面積比)も適切に制御する ことが好ましい。この銅比は、安定性の観点力も 0. 2以上であることが好ましぐより好 ましくは 0. 8以上とするのが良い。し力しながら、銅比が余り大きくなると非超電導部 分が多くなつて線材全断面当りの臨界電流密¾cが低下することになるので、 2. 0 以下であることが好ましぐより好ましくは 1. 0以下とするのが良い。
[0035] ブロンズ法で適用される前駆体で用いる Cu-Sn合金は、 Sn含有量が 13〜17質量 %であるものが好ましい。こうした含有量とすることで、臨界電流密¾cを更に改善す ることができる。この Sn含有量力 13質量％未満では、 Sn濃度を高める効果が発揮 できず、 17質量％を超えると、 Cu-Snィ匕合物が多量に析出して線材の均一加工が 困難になる。
[0036] 一方、内部拡散法で用いる前駆体では、その基本的な構成として、 Cuまたは Cu基 合金中に、 Nb基金属芯 5 (Nbまたは Nb基合金芯）および Sn基金属芯 3 (Snまたは Sn基合金芯）を相互の間隔をあけて配置するものである力 こうした構成で用いる C u合金としては、 Cuに Nb, Ni等の元素を含有（5質量％程度）したものを用いること ができる。また Sn基金属芯 3として用いる素材としては、 Ti, Ta, Zr, Hf等の元素を 、加工性を阻害しな!、程度 (5質量％程度以下)含有させたものを使用することができ る。
[0037] また、いずれの方法においても、 Nb基フィラメントを用いることがある力 (図 1の芯材 2、図 2の Nb基金属芯 5)、これに用いる Nb基合金としては、 Ta, Hf, Zr, Ti等の添 加元素を 10質量％程度以下含有させたものを使用することができる。
[0038] 本発明の方法においては、上記のような前駆体を構成し、これに対して焼鈍と伸線 加工を行い、その後拡散熱処理 (Nb Sn生成熱処理、通常 600°C以上、 750°C以下
3
)することによって Nb Sn系超電導相を形成し、良好な特性を発揮する超電導線材を
3
得ることができる。
[0039] 以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実 施例によって制限を受けるものではなぐ前 ·後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に 変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範 囲に包含される。
実施例
[0040] [実施例 1 (ブロンズ法) ]
直径： 60mmの Nb棒を、外径： 65mm、内径： 35mmの Cu- 15. 5質量％Sn合金 中に挿入し、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押出しビレットを作製し た。この押出しビレットを、途中で適宜 500〜600°Cで 1時間の焼鈍を入れながら伸 線加工し、六角断面形状の Cu-SnZNb複合線（六角対辺： 2. Omm)とした。この C U- SnZNb複合線を 1369本束ねて、その外周に厚さ： 0. 1mmの Cuシートを下記 表 1に示す回数巻き、更にその外周に厚さ： 0. 2mmの Nbシートを 5回巻き（拡散障 壁層）、その周囲に外径： 120mm、内径： 87mmの Cu (安定化銅層）を配置した。こ うして得られた複合線材を、エレクトロンビーム溶接によって端部を封止し、押し出し ビレット（多芯型ビレット）とした。
[0041] 得られた押出しビレットを、押出し、伸線カ卩ェによって線径 0. 5mmの線材 (超電導 線材製造用前駆体）にした。このとき、ピッチが 13mmとなるように、ツイストを施した。 また、 0. 2mmの Cuシートを 5回巻いて距離 dB-fを調整して作製した押し出しビレツ トも準備した。
[0042] また比較のために、（1)六角断面形状（六角対辺： 2. Omm)の Cu-Sn無垢材 (Nb 棒を挿入していないもの）を、前記 Cu-SnZNb複合線の外周に配置して、組み立て 時に Cuシートを巻かずに、その周囲に外径： 120mm、内径： 87mmの Cu (安定化 銅）を配置して作製した押し出しビレットを用いたもの（表 1の試験 No. 13)、 (2) Cu シートを巻く代わりに、厚さ： 0. 2mmの Taシートを 5回巻き、その周囲に外径： 120m m、内径: 87mmの Cu (安定化銅）を配置して作製した押し出しビレットを用いたもの (表 1の試験 No. 14)等も作製した。
[0043] 得られた超電導線材製造用前駆体 (外径: 0. 5mmのもの）について、最外層フイラ メントと拡散障壁層との距離 dB-f、押し出し、伸線加工時の断線回を調査すると共に 、各前駆体について 650°Cで 150時間の熱処理 (拡散熱処理）を施して Nb Sn超電
3 導線材としたときの、交流ロスおよび臨界電流密度 Cic)について、下記の条件で測 ¾し 7こ。 [0044] [最外層フィラメントと拡散障壁層との距離 dB-fの測定]
熱処理前の前駆体研磨面に垂直に埋め込み研磨し、断面について電子顕微鏡観 察を行なうことによって、距離 dB- fを測定した。
[0045] [交流ロスの測定]
ピックアップコイル法によって、液体へリウム中（温度 4. 2K)で ± 3T (テスラ）の振動 磁場中で測定した。
[0046] [臨界電流密¾cの測定]
液体へリウム中（温度 4. 2K)で、 12T (テスラ）の外部磁場の下、試料 (超電導線材 )に通電し、 4端子法によって発生電圧を測定し、この値が 0. 1 μ VZcmの電界が発 生した電流値（臨界電流 Ic)を測定し、この電流値を、線材の非 Cu部当りの断面積で 除して臨界電流密¾cを求めた。
[0047] これらの結果を一括して、下記表 1に示す。この結果から明らかなように、 Cuシート を介在させて前記距離 dB-fを適切にしたものでは (試験 No. 3〜12)、交流ロスも低 減されており、良好な臨界電流密¾cが実現できていることが分かる。尚、試験 No. 14のものは、 Taを拡散障壁層として用いたものである力 伸線加工時に断線が多発 して最終線径（直径： 0. 5mm)までの伸線が不可能であった。
[0048] [表 1]
Ctiシートの卷き 断 «回数 距離 交流ロス Βί界電流密度 Jc
回数 (囿〉 (回） (.lim) (KJ/m3) (A/mmz)
1 0 5 1. 5 1500 795
2 1 1 1.8 1200 785
3 2 0 2.2 750 780
4 3 0 2.8 680 778
5 4 0 3. 0 650 770
6 5 0 3. 5 630 768
7 6 0 3. 9 635 771
8 7 0 4. 5 627 771
9 8 0 4.9 610 768
10 9 0 5.5 602 770
11 10 0 6. 0 597 765
12 5(厚さ 0. 2mm) 0 9. 5 498 745
13 六角スぺーサ 1 13. 0 530 680
14 Ta 16 伸線不可能
[0049] [実施例 2 (ブロンズ法)]
実施例 1において、 Cuシートを卷付ける代わりに、厚さ： 0.2mm、幅： 20mmの Ta シートのスリットを、最近接フィラメント部分に相当する拡散障壁層内周 12箇所に配 置して、押出しビレット（多芯型ビレット)を作製した。この押出しビレットを、押出し、伸 線加工によって線径 0.5mmの線材 (超電導線材製造用前駆体）にした。この伸線 加工の段階で断線は発生しな力つた。また伸線加工後の段階で、拡散障壁層と最近 接フィラメントとの距離 dB-fは 2.5 mである。
[0050] 得られた前駆体について、実施例 1と同様の条件で熱処理 (拡散熱処理)を施して Nb Sn超電導線材とした。この超電導線材について、交流ロスおよび臨界電流密度
3
(Jc)について、実施例 1と同様にして測定した。その結果、交流ロス 320kj/m3、臨 界電流密度 (Jc) :770AZmm2であった。 [0051] [実施例 3 (ブロンズ法) ]
実施例 1において、 Cuシートを巻き付ける代わりに、厚さ： 0. 4mm、幅： 20mmの C uシートのスリットを、最近接フィラメント部分に相当する拡散障壁層内周 12箇所に配 置して、押出しビレット（多芯型ビレット)を作製した。この押出しビレットを、押出し、伸 線加工によって線径 0. 5mmの線材 (超電導線材製造用前駆体）にした。この伸線 加工の段階で断線は発生しな力つた。また伸線加工後の段階で、拡散障壁層と最近 接フィラメントとの距離 dB-fは 2. 3 mである。
[0052] 得られた前駆体について、実施例 1と同様の条件で熱処理 (拡散熱処理)を施して Nb Sn超電導線材とした。この超電導線材について、交流ロスおよび臨界電流密度
3
Qc)について、実施例 1と同様にして測定した。その結果、交流ロス 675kjZm3、臨 界電流密度 (Jc) : 765AZmm2であった。
[0053] [実施例 4 (内部拡散法) ]
直径： 18mmの Nb棒を、外径： 21mm、内径： 18mmの Cuパイプ内に挿入し、ダイ ス伸線加工によって、六角断面形状の CuZNb複合線 (六角対辺： 2. Omm)に仕上 げ、 400mmの長さに切断した。この CuZNb複合線を、外径： 143mm、内径： 124 mmの Cu管内に 336本束ねて、 Cu内筒（外径： 70mm、内径： 61mm)を中心にして 配置し、エレクトロンビーム溶接によって蓋をして、押出しビレットとした。
[0054] こうして得られた押出しビレットを、パイプ押出し、パイプ伸線した後、外径： 18mm の Sn棒を中心部に挿入して、六角断面形状のモノエレメント線材（六角対辺： 3. 5m m)を作製した。このモノエレメント線材を 19本束ね、その外周に厚さ 0. 1mmの Nb シートと、その内側に下記表 2に示す Cuシートを配置して、外径： 33mm、内径： 26 mmの Cuパイプ内に配置し、更に伸線することによって、最終線径を 2. Ommの線 材 (マルチエレメント線材）とした。
[0055] 得られた超電導線材製造用前駆体 (外径： 2. Ommのもの）について、最外層フイラ メントと拡散障壁層との距離 dB-f、押し出し、伸線加工時の断線回数を調査すると共 に、各前駆体について（500°C X 100時間 + 650°C X 100時間）の熱処理 (拡散熱 処理)を施して Nb Sn超電導線材としたときの、交流ロスおよび臨界電流密度 (Jc)に
3
ついて、実施例 1と同じ条件で測定した。 [0056] これらの結果を一括して、下記表 2に示す。この結果から明らかなように、拡散障壁 層と Nb基フィラメントの間に Cuシートを介在させて前記距離 dB-fを適切にしたもの では (試験 No. 16〜21)、交流ロスも低減されており、良好な臨界電流密¾cが実 現できていることが分かる。
[0057] [表 2]
Figure imgf000016_0001
本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れる ことなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。 なお、本出願は、 2006年 2月 23日付けで出願された日本特許出願 (特願 2006- 046742)に基づいており、その全体が引用により援用される。
また、ここに引用されるすべての参照は全体として取り込まれる。 産業上の利用可能性
本発明によれば、拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在 する Nb基フィラメントまでの距離を 2 m以上とすることによって、カップリングに起因 する交流ロスの低減を図り、良好な超電導特性を発揮できるような Nb Sn超電導線
3
材製造用前駆体の構成が実現できた。また、上記距離を 2 m以上とするための具 体的手段として、基本的に Taを用いず若しくは必要箇所にだけ配置することによつ て、コスト低減を図りつつ、良好な加工性も実現できる。

Claims

請求の範囲
[1] Nb Sn超電導線材を製造する際に用いられ；
3
Cu-Sn基合金と、 Cu-Sn基合金中に配置され、 Nbまたは Nb基合金カゝらなる複数 本の Nb基フィラメントとを含む超電導コア部、
前記超電導コア部の外周に配置され、 Nbからなる拡散障壁層、および 安定化銅層を含む超電導線材製造用前駆体にお!ヽて；
前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在する Nb基フ イラメントまでの距離を、減面加工後の最終形状で 2 m以上に設定したものである Nb Sn超電導線材製造用前駆体。
3
[2] 前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在する Nb基フ イラメントまでの距離が 10 m以下である請求項 1に記載の Nb Sn超電導線材製造
3
用前駆体。
[3] Nb Sn超電導線材を製造する際に用いられ；
3
Cuまたは Cu基合金と、 Cuまたは Cu基合金中に配置され、 Nbまたは Nb基合金か らなる 1本または複数本の Nb基フィラメントおよび 1本または複数本の Snまたは Sn基 合金芯とを含む超電導コア部、
前記超電導コア部の外周に配置され、 Nbからなる拡散障壁層、および 安定化銅層を含む超電導線材製造用前駆体にお!ヽて；
前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在する Nb基フ イラメントまでの距離を、減面加工後の最終形状で 2 m以上に設定したものである Nb Sn超電導線材製造用前駆体。
3
[4] 前記拡散障壁層の内周面から、前記超電導コア部の最外層部に存在する Nb基フ イラメントまでの距離力 0 m以下である請求項 3に記載の Nb Sn超電導線材製造
3
用前駆体。
[5] 前記拡散障壁層の内周全面に配置され、 Cuまたは Cu基合金力 なる層を含み、 前記距離を 2 m以上としたものである請求項 1〜4のいずれかに記載の Nb Sn超
3 電導線材製造用前駆体。
[6] 前記拡散障壁層の内周面のうち、前記 Nb基フィラメントが近接する位置に配置さ れ、 Taまたは Cu若しくは Cu基合金カゝらなる層を含み、前記距離を 2 μ m以上とした ものである請求項 1〜5の 、ずれかに記載の Nb Sn超電導線材製造用前駆体。
3
[7] Nb基フィラメントの直径力 減面加工後の最終形状で、 1. 5〜6. 0 mである請求 項 1〜6の ヽずれかに記載の Nb Sn超電導線材製造用前駆体。
3
[8] 請求項 1〜7の ヽずれかに記載の Nb Sn超電導線材製造用前駆体に対して、 Nb
3 3
Sn生成熱処理が施され、 Nb Sn系超電導相が形成されてなることを特徴とする Nb
3 3
Sn超電導線材。
PCT/JP2007/053115 2006-02-23 2007-02-20 Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用の前駆体およびＮｂ3Ｓｎ超電導線材 WO2007099820A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007800065146A CN101390175B (zh) 2006-02-23 2007-02-20 Nb3Sn超导线材的制备用前体和Nb3Sn超导线材
EP07714615A EP2006863B1 (en) 2006-02-23 2007-02-20 PRECURSOR FOR MANUFACTURE OF Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE ROD, AND Nb3Sn SUPERCONDUCTING WIRE ROD
AT07714615T ATE541321T1 (de) 2006-02-23 2007-02-20 Precursor zur herstellung eines supraleitenden nb3sn-drahtstabs und supraleitender nb3sn- drahtstab

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006-046742 2006-02-23
JP2006046742A JP4227143B2 (ja) 2006-02-23 2006-02-23 Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007099820A1 true WO2007099820A1 (ja) 2007-09-07

Family

ID=38458932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2007/053115 WO2007099820A1 (ja) 2006-02-23 2007-02-20 Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用の前駆体およびＮｂ3Ｓｎ超電導線材

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP2006863B1 (ja)
JP (1) JP4227143B2 (ja)
KR (1) KR100970813B1 (ja)
CN (1) CN101390175B (ja)
AT (1) ATE541321T1 (ja)
WO (1) WO2007099820A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220115168A1 (en) * 2018-09-28 2022-04-14 Furukawa Electric Co., Ltd. Compound superconducting twisted wire and rewinding method for compound superconducting twisted wire

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010129453A (ja) * 2008-11-28 2010-06-10 Kobe Steel Ltd ブロンズ法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材
CN102082009B (zh) * 2010-12-28 2012-05-30 西部超导材料科技有限公司 一种青铜法Nb3Sn超导线材的制备工艺
US9916919B2 (en) 2014-02-18 2018-03-13 Ohio State Innovation Foundation Superconducting wires and methods of making thereof
US10573435B2 (en) * 2016-01-29 2020-02-25 Bruker Ost Llc Method for producing a multifilament Nb3Sn superconducting wire
CN110580984B (zh) * 2018-06-11 2021-08-03 西部超导材料科技股份有限公司 一种覆铜加工青铜/Nb复合棒的制备方法
CN111105901B (zh) * 2019-12-23 2022-03-08 福建师范大学 一种改良型青铜法Nb3Sn超导线材的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49114389A (ja) 1973-02-27 1974-10-31
JPS60253114A (ja) 1984-05-29 1985-12-13 昭和電線電纜株式会社 Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線の製造方法
JPH0371517A (ja) * 1989-08-09 1991-03-27 Furukawa Electric Co Ltd:The 超電導線
JPH08287752A (ja) * 1995-04-11 1996-11-01 Japan Atom Energy Res Inst 超電導線材の製造方法
JPH09245539A (ja) * 1996-03-11 1997-09-19 Furukawa Electric Co Ltd:The 超電導線
JP2002117734A (ja) * 2000-10-05 2002-04-19 Mitsubishi Electric Corp 化合物超電導線材およびその製造方法
JP2006046742A (ja) 2004-08-03 2006-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷蔵庫の扉装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2835974B2 (de) * 1977-09-12 1981-07-09 Airco, Inc., Montvale, N.J. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten vieladrigen Supraleiters
US4973365A (en) * 1989-06-06 1990-11-27 Advanced Superconductors, Inc. Process for producing monocore precursor Nb3 Sn superconductor wire
KR950013672B1 (ko) * 1992-09-14 1995-11-13 노해도 운동장 선 구획기
US7216418B2 (en) * 2003-10-23 2007-05-15 Oxford Superconducting Technology Method for using divider rods for separating superconducting regions in fine filament internal tin wire
JP2006032190A (ja) * 2004-07-20 2006-02-02 Mitsubishi Electric Corp Ｎｂ−Ｓｎ化合物系超電導線及びその前駆体

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49114389A (ja) 1973-02-27 1974-10-31
JPS60253114A (ja) 1984-05-29 1985-12-13 昭和電線電纜株式会社 Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線の製造方法
JPH0371517A (ja) * 1989-08-09 1991-03-27 Furukawa Electric Co Ltd:The 超電導線
JPH08287752A (ja) * 1995-04-11 1996-11-01 Japan Atom Energy Res Inst 超電導線材の製造方法
JPH09245539A (ja) * 1996-03-11 1997-09-19 Furukawa Electric Co Ltd:The 超電導線
JP2002117734A (ja) * 2000-10-05 2002-04-19 Mitsubishi Electric Corp 化合物超電導線材およびその製造方法
JP2006046742A (ja) 2004-08-03 2006-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷蔵庫の扉装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220115168A1 (en) * 2018-09-28 2022-04-14 Furukawa Electric Co., Ltd. Compound superconducting twisted wire and rewinding method for compound superconducting twisted wire

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080088650A (ko) 2008-10-02
CN101390175A (zh) 2009-03-18
ATE541321T1 (de) 2012-01-15
JP2007227148A (ja) 2007-09-06
EP2006863B1 (en) 2012-01-11
CN101390175B (zh) 2011-12-14
JP4227143B2 (ja) 2009-02-18
KR100970813B1 (ko) 2010-07-16
EP2006863A1 (en) 2008-12-24
EP2006863A4 (en) 2010-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4791309B2 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体
JP5000252B2 (ja) ＮｂＴｉ系超電導線材
WO2007099820A1 (ja) Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用の前駆体およびＮｂ3Ｓｎ超電導線材
WO2007060819A1 (ja) 超電導線材製造用Ｎｂ系棒状材およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法
JP2013062239A (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材及びその製造方法
JP4185548B1 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体
EP2099080A1 (en) Nb3Sn superconducting wire manufactured by internal Sn process and precursor for manufacturing the same
JP4934497B2 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体、並びに前駆体を製造する方法
US7718898B2 (en) Precursor for manufacturing Nb3Sn superconducting wire and Nb3Sn superconducting wire
JP6585519B2 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体、およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法
EP2333793B1 (en) Superconductors with improved mechanical strength
JP2014072039A (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材
JP4045082B2 (ja) 超電導線材
JP5164815B2 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材
JP2009059652A (ja) ブロンズ法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびその前駆体
JP2009004128A (ja) ブロンズ法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびその前駆体
JP3754522B2 (ja) Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材
JP4013335B2 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ化合物超電導体の前駆線材およびその製造方法、Ｎｂ３Ｓｎ化合物超電導導体の製造方法、並びにＮｂ３Ｓｎ化合物超電導コイルの製造方法
JP4791346B2 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体並びに前駆体用Ｎｂ複合単芯線
JP4214200B2 (ja) 粉末法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材
JP5069948B2 (ja) 超電導線材製造用ＮｂまたはＮｂ基合金シートおよび超電導線材製造用前駆体
JP4791318B2 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体
JP2005032631A (ja) 粉末法Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材
JP2001057118A (ja) Ｎｂ３Ｓｎ化合物超電導線およびその製造方法
JP5632767B2 (ja) Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780006514.6

Country of ref document: CN

Ref document number: 1020087020541

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007714615

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE