WO2021112211A1 - Nb3Sn単芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、Nb3Sn単芯超電導線材、ならびにNb3Sn多芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、Nb3Sn多芯超電導線材 - Google Patents

Nb3Sn単芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、Nb3Sn単芯超電導線材、ならびにNb3Sn多芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、Nb3Sn多芯超電導線材 Download PDF

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wire
tube
superconducting wire
precursor
core superconducting
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PCT/JP2020/045169
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大亮 浅見
功多 片山
杉本 昌弘
秀樹 伊井
久樹 坂本
加藤 智也
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古河電気工業株式会社
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    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0184Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/04Single wire
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire and a method for manufacturing the same, a precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire, and a precursor for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire and a method for manufacturing the precursor, Nb 3 Sn multi-core superconducting wire.
  • a precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire and a method for manufacturing the precursor, Nb 3 Sn multi-core superconducting wire.
  • Nb 3 Sn superconducting wires using an intermetallic compound Nb 3 Sn are used for superconducting magnets used in accelerators, nuclear magnetic resonance spectrometers (NMR), nuclear fusion devices, and the like.
  • the Nb 3 Sn wire manufactured by a manufacturing method called a bronze method is the mainstream.
  • a Cu—Sn alloy (bronze) and an Nb matrix are combined and reduced in diameter in a billet, and then heat-treated to generate Nb 3 Sn on the surface of the Nb matrix.
  • Jc critical current density
  • a manufacturing method called an internal diffusion method such as the Nb tube method has attracted attention.
  • a Cu-coated Sn rod or a Cu—Sn alloy rod is housed inside a Cu billet having a plurality of through holes in the axial direction via an Nb tube which is an Nb-based tube to form a composite.
  • the complex subjected to hydrostatic extrusion and wire drawing in, and then the production method of Nb 3 Sn multi-core superconducting wire subjected to a heat treatment of Nb 3 Sn generation is described. Since there is no limitation on the amount of Sn in this method, the amount of Nb 3 Sn produced is increased as compared with the bronze method, and a high critical current density (Jc) can be achieved.
  • Jc critical current density
  • the Nb-based tube may be partially broken during wire drawing, so-called tube tearing may occur, and the Nb-based tube may be completely broken depending on the manufacturing conditions. I have something to do. Even when the Nb-based tube is broken as well as the Nb-based tube is broken, the superconducting characteristics of the superconducting wire material are deteriorated. Therefore, it is required to suppress a decrease in superconducting characteristics due to tube breakage or tube breakage.
  • An object of the present invention is to suppress the tubes breaking and tube rupture of Nb-based tubes, Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor and a method for producing for producing the superconducting wire that suppresses deterioration of the superconducting properties, Nb 3 Sn single-core superconducting wire, and Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor and a manufacturing method thereof, is to provide a Nb 3 Sn multi-core superconducting wire.
  • the gist structure of the present invention is as follows. [1] The Sn-based wire, the first Cu-based tube that covers the outer peripheral surface of the Sn-based wire, the Nb-based tube that covers the outer surface of the first Cu-based tube, and the outer surface of the Nb-based tube.
  • the maximum dimension in the width direction perpendicular to the longitudinal direction of the hard phase is 50% of the minimum dimension in the width direction of the Sn-based wire.
  • a precursor for an Nb 3 Sn single-core superconducting wire which is equal to or less than the minimum thickness of the Nb-based tube in the width direction.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire according to the above [1] or [2], wherein the maximum dimension of the hard phase is 40% or less of the minimum dimension of the Sn-based wire in the cross section. body.
  • the Nb 3 Sn unit according to any one of the above [1] to [3], wherein the maximum dimension of the hard phase is 20% or less of the minimum dimension of the Sn-based wire rod in the cross section.
  • the ratio (S Nb / S Sn ) of the cross-sectional area S Nb of the Nb-based tube to the cross- sectional area S Sn of the Sn-based wire rod is 2.0 or more and 4.0 or less.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire The precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire according to any one of 1] to [4].
  • Nb has a step of forming a wire rod, a step of inserting the first coated wire rod into an Nb-based tube to obtain a second coated wire rod, and a step of inserting the second coated wire rod into a second Cu-based tube and drawing a wire.
  • a method for producing a precursor for a 3 Sn single-core superconducting wire wherein the Sn-based wire includes a matrix phase and one or more hard phases harder than the matrix phase, and is used for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire.
  • the rigid phase In a cross section parallel to the longitudinal direction of the precursor, the rigid phase has a maximum dimension in the width direction perpendicular to the longitudinal direction that is 50% or less of the minimum dimension in the width direction of the Sn-based wire and / or.
  • a method for producing a precursor for an Nb 3 Sn single-core superconducting wire which is equal to or less than the minimum thickness of the Nb-based tube in the width direction.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire which is a heating product of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor according to any one of.
  • a Cu-based core portion formed by bundling a plurality of Cu-based wires and a plurality of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursors according to any one of the above [1] to [5] are used for the Cu.
  • Nb 3 Sn multi-core superconductivity characterized by comprising a multi-layer wire rod portion arranged so as to surround the outer peripheral side of the system core portion over a plurality of layers and a third Cu-based tube covering the outer periphery of the multi-layer wire rod portion.
  • Precursor for wire rod [9] One of the above [1] to [5], which is arranged so as to surround the Cu-based core portion formed by bundling a plurality of Cu-based wires and the outer peripheral side of the Cu-based core portion over a plurality of layers.
  • Nb 3 Sn multi-core superconducting wire for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire which comprises a step of inserting a plurality of precursors for Nb 3 Sn single-core superconducting wire into a third Cu-based tube and drawing a wire.
  • Precursor production method [10] Nb 3 Sn multi-core superconducting wire which is a heating product of Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor according to the above [8].
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor to suppress the tubes breaking and tube rupture of Nb-based tubes, Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor and a method for producing for producing the superconducting wire that suppresses deterioration of the superconducting properties, Nb 3 Sn single-core superconducting wire, and Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor and a manufacturing method thereof, it is possible to provide a Nb 3 Sn multi-core superconducting wire.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb 3 Sn single-core superconducting wire according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb 3 Sn single-core superconducting wire according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb 3 Sn multi-core superconducting wire according to an embodiment.
  • the precursor for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire of the embodiment includes a Sn-based wire, a first Cu-based tube that covers the outer peripheral surface of the Sn-based wire, and an Nb-based tube that covers the outer surface of the first Cu-based tube. And a second Cu-based tube that covers the outer surface of the Nb-based tube, and the Sn-based wire rod contains a matrix phase and one or more hard phases that are harder than the matrix phase, and the Nb 3 Sn unit.
  • the maximum dimension in the width direction perpendicular to the longitudinal direction of the hard phase is 50% or less of the minimum dimension in the width direction of the Sn-based wire rod.
  • the method for producing a precursor for an Nb 3 Sn single-core superconducting wire is a Sn-based wire rod obtained by inserting a linear Sn-based material into a first Cu-based tube and drawing a wire, and then drawing the Sn-based material.
  • the Sn-based wire has a step of inserting it into a second Cu-based tube and drawing a wire, and the Sn-based wire includes a matrix phase and one or more hard phases harder than the matrix phase, and is used for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire.
  • the rigid phase In a cross section parallel to the longitudinal direction of the precursor, the rigid phase has a maximum dimension in the width direction perpendicular to the longitudinal direction that is 50% or less of the minimum dimension in the width direction of the Sn-based wire and / or. , It is equal to or less than the minimum thickness of the Nb-based tube in the width direction.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an example of a precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire according to an embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire. ..
  • the hard phase 12 is omitted for convenience.
  • the precursor 1 for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire of the embodiment includes the Sn-based wire 10 and the tubular first Cu-based tube 20 that covers the outer peripheral surface of the Sn-based wire 10.
  • a tubular Nb-based tube 30 that covers the outer surface of the first Cu-based tube 20, and a tubular second Cu-based tube 40 that covers the outer surface of the Nb-based tube 30 are provided.
  • the Sn-based wire rod 10 extends along the central axis of the precursor 1 for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire rod.
  • the shape of the Sn-based wire rod 10 is, for example, a prismatic shape such as a columnar shape or a hexagonal columnar shape as shown in FIG.
  • the Sn-based wire rod 10 is not in the form of powder.
  • the Sn-based wire rod 10 includes a Sn-based matrix phase 11 and one or more Sn-based hard phases 12 that are harder than the matrix phase 11.
  • the maximum dimension L 12 in the width direction of the hard phase 12 is the minimum dimension L 10 in the width direction of the Sn system wire 10. It is 50% or less.
  • the width direction is perpendicular to the longitudinal direction.
  • the vertical cross section of the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 is a surface including the central axis of the Sn-based wire rod 10.
  • the Sn-based wire rod 10 is formed by wire drawing a linear Sn-based material. As will be described later, by inserting the linear Sn-based material into the first Cu-based tube 20, the Nb-based tube 30, and the second Cu-based tube 40 and drawing the wire, the Sn-based material in the first Cu-based tube 20 is drawn. It is processed to form the Sn-based wire rod 10.
  • the hard phase 12 is a Cu 6 Sn 5 phase called the ⁇ phase, and the matrix phase 11 is Sn rather than the hard phase 12. High content, low Cu content.
  • the Sn-based wire rod 10 or the Sn-based material is pure Sn, the impurities mixed during the production may become the hard phase 12 or the impurities may be combined with the Sn-based wire rod 10 or the Sn-based material depending on the manufacturing conditions and environment.
  • the hard phase 12 may be precipitated by reacting with Sn.
  • Such a hard phase 12 is highly brittle and is much harder than the matrix phase 11. Therefore, the size of the hard phase 12, for example, the dimension (external dimension) in the width direction of the hard phase 12 in the vertical cross section does not change even during the wire drawing of the Sn-based wire rod 10 or the Sn-based material.
  • the wire drawing reduces the sizes of the Sn-based wire rod 10, the matrix phase 11 of the Sn-based material, the first Cu-based tube 20, the Nb-based tube 30, and the second Cu-based tube 40.
  • the width dimension of the first Cu-based tube 20, the Nb-based tube 30, and the second Cu-based tube 40 become smaller in the width direction.
  • the width dimension of the matrix phase 11 and the thickness dimension of the first Cu-based tube 20, the Nb-based tube 30, and the second Cu-based tube 40 in the width direction become smaller, while the thickness dimension becomes smaller.
  • the widthwise dimension of the hard phase 12 does not change. In other words, the more the wire drawing process is performed, the larger the dimension of the hard phase 12 is relative to the dimensions of the matrix phase 11, the first Cu-based tube 20, the Nb-based tube 30, and the second Cu-based tube 40 in the vertical cross section. Become.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor for 1 manufactured by drawing the width dimension of the Sn-based material until a predetermined value or less i.e., Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor in longitudinal section of 1
  • the width direction maximum dimension L 12 of the hard phase 12 is larger than 50% of the width direction minimum dimension L 10 of the Sn-based wire 10, hard in Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor
  • the phase penetrates the first Cu-based tube 20 and comes into contact with the thinned Nb-based tube 30.
  • the tube of the Nb type tube may be torn, and in some cases, the Nb type tube may be partially torn, and depending on the state of the contact part, the Nb type tube may be torn. It breaks completely.
  • the precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire with Nb 3 Sn is heat-treated, the Sn component of the Sn-based wire starts from the broken part of the Nb-based tube to the second Cu-based tube that covers the Nb-based tube from the outside. It may spread and become bronze.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire and Nb 3 Sn multi-core superconducting wire when the second Cu-based tube on the outside of the Nb-based tube becomes bronze , the residual resistance in Nb 3 Sn single-core superconducting wire and Nb 3 Sn multi-core superconducting wire Superconducting characteristics such as ratio (RRR) are significantly reduced. Further, when the tube is torn or the tube is torn, the Nb 3 Sn of the superconducting material formed by the heat treatment is partially or completely divided at the portion where the tube is torn, so that the Nb 3 Sn single core is formed. In superconducting wires and Nb 3 Sn multi-core superconducting wires, the critical current density (Jc) is also significantly reduced.
  • Jc critical current density
  • the maximum dimension L in the width direction of the hard phase 12 in the vertical cross section of the precursor 1 for Nb 3 Sn single-core superconducting wire. 12 50% of the width direction minimum dimension L 10 of the Sn-based wire 10 or less, preferably 40% of the minimum dimension L 10 or less, more preferably 20% or less of the minimum dimension L 10.
  • the meat of the Nb-based tube 30 is formed.
  • the hard phase 12 is sufficiently small with respect to the thickness, that is, when the maximum dimension L 12 in the width direction of the hard phase 12 in the vertical cross section is equal to or less than the minimum thickness L 30 in the width direction of the Nb system tube 30, the hard phase At the contact portion with the Nb-based tube, the occurrence of tube breakage or tube breakage of the Nb-based tube is suppressed.
  • the obtained Nb 3 Sn single-core superconducting wire and Nb 3 Sn multi-core superconducting wire the decrease in the residual resistivity ratio and the critical current density is suppressed.
  • the maximum dimension L in the width direction of the hard phase 12 in the vertical cross section of the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1. 12 the minimum thickness in the width direction of the Nb-based tube 30 L 30 or less, preferably at least 70% when the thickness L 30 or less, more preferably 50% or less of the minimum thickness L 30.
  • the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor for 1 is a drawing wire, Nb 3 Sn single that controls the maximum dimension L 12 in the width direction of the hard phase 12 with respect to the Sn-based wire 10 within a predetermined range
  • the precursor 1 for the core superconducting wire material suppresses tube breakage and tube breakage.
  • the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 in which the maximum dimension L 12 in the width direction of the hard phase 12 with respect to the Nb system tube 30 is controlled within a predetermined range suppresses tube breakage and tube breakage.
  • the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 in which the maximum dimension L 12 in the width direction of the hard phase 12 with respect to the Sn-based wire 10 and the Nb-based tube 30 is controlled within a predetermined range is further subject to tube breakage and tube breakage. Since it is suppressed, the decrease in the residual resistivity ratio and the critical current density is further suppressed.
  • the size of the hard phase 12 such as the maximum dimension L 12 in the width direction and the number of the hard phases 12 can be determined by adjusting the molten metal temperature at the time of casting the Sn-based material, the manufacturing environment of the Sn-based wire rod 10 and the Sn-based material, and the like. , Can be controlled as appropriate. For example, if the molten metal temperature is set slightly higher than the melting point of the Sn-based material, the size of the hard phase 12 decreases. Further, the size and number of the hard phase 12 can be controlled by adjusting the type and amount of the additive components contained in the Sn-based wire rod 10 and the Sn-based material.
  • the Sn-based wire rod 10 preferably contains 10.0% by mass or less in total of one or more elements selected from the group consisting of Ti, Cu, Hf, Zn, Zr and Al.
  • the Sn-based wire 10 contains 0.5% by mass or more of the above elements in total, the residual resistivity ratio and criticality of Nb 3 Sn as a superconducting material produced by heating the precursor 1 for Nb 3 Sn single-core superconducting wire.
  • the current density increases.
  • the above element into the Sn-based wire rod 10 (Sn-based material)
  • the elongation of the Sn-based wire rod 10 (Sn-based material) is suppressed and the work hardening is promoted. Improves sex.
  • the total content of the above elements is preferably 0.5% by mass or more and 10.0% by mass or less, and more preferably 1.5% by mass or more and 5.0% by mass or less.
  • the ratio of the cross-sectional area S Nb of the Nb-based tube 30 to the cross- sectional area S Sn of the Sn-based wire 10 is preferably 2.0 or more and 4.0 or less.
  • the ratio (S Nb / S Sn ) is smaller than 2.0, the amount of the Sn component becomes excessive with respect to the amount of the Nb component when producing the superconducting component Nb 3 Sn. Therefore, even when the tube of the Nb-based tube 30 is not broken or the tube is not broken, the Sn-based wire is Sn by the heat treatment at the time of manufacturing the Nb 3 Sn single-core superconducting wire or the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire.
  • the component may diffuse to the second Cu-based tube arranged outside the Nb-based tube, and the second Cu-based tube may react with the Sn component to become bronze.
  • the second Cu-based tube which is a stabilizing material, is contaminated by the Sn component, the residual resistivity ratio of the Nb 3 Sn single-core superconducting wire and the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire is lowered.
  • the lower limit of the ratio (SNb / S Sn ) is preferably 2.0, more preferably 2.3, and even more preferably 2.5.
  • the upper limit of the ratio (S Nb / S Sn ) is preferably 4.0, more preferably 3.7, and even more preferably 3.5.
  • the Sn-based wire rod 10 and the Sn-based material are composed of a Sn-based metal material such as a Sn alloy or pure Sn.
  • Pure Sn is a Sn-based material having a purity of 99.9% or more.
  • the first Cu-based tube 20 is composed of a Cu-based metal material such as a Cu alloy or pure Cu.
  • the Cu purity of pure Cu is preferably 99.9% or more, more preferably 99.99% or more.
  • the Nb-based tube 30 is composed of an Nb-based metal material such as an Nb alloy or pure Nb. Pure Nb is an Nb-based material having a purity of 99.99% or more.
  • the second Cu-based tube 40 is made of a Cu-based metal material such as a Cu alloy or pure Cu.
  • the second Cu-based tube 40 may be made of a material different from that of the first Cu-based tube 20, or may be made of the same material.
  • the shape of the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 is not particularly limited, and may be a columnar shape as shown in FIGS. 1 and 2, or a prismatic shape such as a hexagonal columnar shape.
  • the method for producing the precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire according to the embodiment includes a step of inserting a linear Sn-based material into a first Cu-based tube and drawing a wire to form a first coated wire (step A1). After the step A1, the first coated wire is inserted into the Nb-based tube to obtain the second coated wire (step A2), and after the step A2, the second coated wire is inserted into the second Cu-based tube and drawn. It has a step (step A3).
  • the Sn wire in the Nb tube contains a matrix phase and one or more hard phases harder than the matrix phase. Further, in the vertical cross section of the precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire, the maximum dimension in the width direction of the hard phase is 50% or less of the minimum dimension in the width direction of the Sn wire, and / or the width of the Nb tube. It is less than or equal to the minimum thickness in the direction.
  • step A1 a linear Sn-based material containing the above matrix phase and hard phase is inserted into a first Cu-based tube and drawn to form a first coated wire rod.
  • the first Cu-based tube covers the outer peripheral surface of the Sn-based wire rod formed by drawing a Sn-based material.
  • the method of wire drawing is not particularly limited, and for example, a wire drawing die is used.
  • step A2 the first coated wire rod obtained in step A1 is inserted into an Nb-based tube to obtain a second coated wire rod.
  • the first covered wire is housed in the Nb-based tube.
  • step A3 the second coated wire rod obtained in step A2 is inserted into the second Cu-based tube and drawn.
  • the precursor 1 for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
  • the method of wire drawing is not particularly limited, and for example, a wire drawing die is used.
  • the Nb 3 Sn single-core superconducting wire of the embodiment is a heating product of the precursor for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire described above.
  • the heating temperature when the heating temperature is less than 600 ° C, the amount of Nb 3 Sn produced is small, and the Nb / Sn ratio of the produced compound is based on the chemical bilateral ratio. Since the deviation is large, the critical current density Jc decreases.
  • the heating temperature is higher than 800 ° C., the crystal grains of Nb 3 Sn produced are coarsened, so that the pinning force of the superconducting wire is lowered, and as a result, the critical current density Jc is lowered.
  • the heat treatment of the precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire may be carried out at a heating temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, preferably 650 ° C. or higher and 730 ° C. or lower.
  • the heating time of the precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire at the above heat treatment temperature when the heating time is less than 24 hours, the amount of Nb 3 Sn generated is small and the critical current density Jc is high. descend. Further, when the heating time is more than 500 hours , the critical current density Jc and the residual resistivity RRR decrease because the Nb 3 Sn crystal grains are coarsened and Sn is diffused to the second Cu system tube outside the Nb system tube. .. Therefore, the heat treatment of the precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire may be carried out within a heating time of 24 hours or more and 500 hours or less, preferably 100 hours or more and 300 hours or less.
  • the heat treatment of the precursor for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire is performed in an atmosphere controlled such as in an argon or nitrogen atmosphere.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor By heating the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor under these conditions, Nb 3 Sn single-core superconducting wire is heated product of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor is obtained.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a precursor for a Nb 3 Sn multi-core superconducting wire according to an embodiment. Similarly to FIG. 2, in FIG. 3, the hard phase 12 is omitted for convenience.
  • the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor 2 of the embodiment includes a Cu-based core portion 50, a multi-layered wire rod portion 60 provided on the outer periphery of the Cu-based core portion 50, and a multi-layered wire rod portion 60.
  • a tubular third Cu-based tube 70 that covers the outer periphery of the tube 70 is provided.
  • the Cu-based core portion 50 is formed by bundling a plurality of Cu-based wire rods 51.
  • the Cu-based core portion 50 extends along the central axis of the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor 2.
  • the shape of the Cu-based core portion 50 and the Cu-based wire rod 51 is, for example, a prismatic shape such as a hexagonal columnar shape as shown in FIG. 3 or a columnar shape.
  • the Cu-based wire rod 51 is made of a Cu-based metal material such as a Cu alloy or pure Cu.
  • the Cu-based wire rod 51 may be made of a material different from that of the first Cu-based tube 20 and the second Cu-based tube 40, or may be made of a material similar to these. Further, a part or all of the Cu-based wire rod 51 constituting the Cu-based core portion 50 may be the precursor 1 for the Nb 3 Sn single-core superconducting wire rod. Replacing the Cu-based wire 51 with the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 from the viewpoints of superconducting characteristics and copper ratio design of the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor 2 and the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire. Can be done.
  • the number of Cu-based wire rods 51 constituting the Cu-based core portion 50 is appropriately set according to the copper ratio design of the precursor 2 for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire rod. Further, the dimensions of the Cu-based wire rod 51 in the width direction are preferably the same as those of the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 from the viewpoint of ease of assembling the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor 2. Further, from the viewpoint of improving the wire drawing workability, it is preferable that the bundled state of the plurality of Cu-based wire rods 51 has a close-packed structure in the cross section of the precursor 2 for the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire rod.
  • the multilayer wire portion 60 has a plurality become by bundling a plurality of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor for 1, a plurality of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 on the outer peripheral side of the Cu-based core 50 Arranged so as to surround the layers.
  • the multilayer wire portion 60 comprises a plurality of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursors 1 over the entire circumference of the Cu-based core 50 in the circumferential direction. It has a multi-layer structure in which a plurality of layers of the arranged Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 are laminated along a direction away from the outer periphery of the Cu-based core portion 50.
  • the number and number of layers of the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 constituting the multilayer wire rod portion 60 are appropriately set according to the superconducting characteristics and the copper ratio design of the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor 2.
  • the arrangement state of the plurality of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursors 1 is the closest packed structure in the cross section of the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor 2. Is preferable.
  • the third Cu-based tube 70 is provided on the outer periphery of the multilayer wire rod portion 60, and covers the multilayer wire rod portion 60 from the outside.
  • the third Cu-based tube 70 is composed of a Cu-based metal material such as a Cu alloy or pure Cu.
  • the third Cu-based tube 70 may be made of a material different from that of the first Cu-based tube 20, the second Cu-based tube 40, and the Cu-based wire rod 51, or may be made of the same material as these.
  • the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor 2 preferably includes a Cu-based spacer portion 80 between the multilayer wire rod portion 60 and the third Cu-based tube 70.
  • the Cu-based spacer portion 80 is composed of a plurality of Cu-based wire rods 81.
  • the plurality of Cu-based wire rods 81 are formed in the circumferential direction of the multilayer wire rod portion 60 between the outside of the multilayer wire rod portion 60 and the inside of the third Cu-based tube 70 in the cross section of the precursor 2 for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire rod. It is arranged over.
  • the Cu-based spacer portion 80 may be a single-layer type spacer portion in which a plurality of Cu-based wire rods 81 are arranged in one layer in the circumferential direction of the multilayer wire rod portion 60 as shown in FIG. 3, or a plurality of Cu-based spacer portions.
  • a multi-layer spacer portion in which a plurality of layers of the wire rod 81 are arranged in the circumferential direction of the multi-layer wire rod portion 60 may be used.
  • the filling rate in the third Cu-based tube 70 of the precursor 2 for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire increases, so that Nb 3 Sn
  • the displacement of the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor 1 in the third Cu-based tube 70 is suppressed.
  • the Cu-based spacer portion 80 is provided between the multilayer wire rod portion 60 and the third Cu-based tube 70, the Cu-based spacer portion 80 serves as a cushioning material, and the Nb 3 Sn single core located on the outer portion of the multilayer wire rod portion 60 is provided. It is possible to prevent the precursor 1 for superconducting wire from being abnormally deformed.
  • the Cu-based wire rods 81 may be in close contact with each other in the circumferential direction of the multilayer wire rod portion 60, or may be spaced apart as shown in FIG. And may be arranged.
  • the arrangement state of the Cu-based wire rod 81 is appropriately set according to the filling rate inside the third Cu-based tube 70 and the cushioning effect of the Cu-based spacer portion 80 as described above.
  • the shape of the Cu-based wire rod 81 is, for example, a prismatic or cylindrical shape such as a hexagonal columnar shape as shown in FIG. 3, and may be one type of shape or a mixture of two or more types.
  • the hexagonal columnar inside the third Cu-based tube 70 Since a columnar Cu-based wire having a smaller cross-sectional area than a hexagonal columnar can be inserted into a small gap into which a Cu-based wire cannot be inserted, the filling rate inside the third Cu-based tube 70 is improved.
  • the Cu-based wire rod 81 is composed of a Cu-based metal material such as a Cu alloy or pure Cu.
  • the Cu-based wire 81 may be made of a material different from that of the first Cu-based tube 20, the second Cu-based tube 40, the Cu-based wire rod 51, and the third Cu-based tube 70, or may be made of the same material as these. ..
  • the method for producing the precursor for the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire according to the embodiment is a Cu-based core portion formed by bundling a plurality of Cu-based wires and the above-mentioned Nb 3 Sn single-core superconducting wire on the outer peripheral side of the Cu-based core portion. It has a step B1 in which a multilayer wire rod portion having a plurality of precursors for use is inserted into a third Cu-based tube and drawn.
  • each Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor constituting the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor thus obtained is the same as the above-mentioned Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor.
  • the maximum dimension in the width direction of the hard phase is 50% or less of the minimum dimension in the width direction of the Sn-based wire, and / or the width of the Nb-based tube. It is less than or equal to the minimum thickness in the direction.
  • step B1 a plurality of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursors are arranged over a plurality of layers so as to surround the Cu-based core portion and the outer periphery of the Cu-based core portion, and the third Cu-based wire rod portion is formed. Insert it into the tube and draw a wire. Further, if necessary, a plurality of Cu-based wires constituting the Cu-based spacer portion are inserted between the outside of the multilayer wire rod portion and the inside of the third Cu-based tube. In this way, the precursor 2 for the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire shown in FIG. 3 is obtained.
  • the method of wire drawing is not particularly limited, and for example, a wire drawing die is used.
  • the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire of the embodiment is a heating product of the precursor for the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire described above.
  • the heating temperature when the heating temperature is less than 600 ° C., the amount of Nb 3 Sn produced is small, and the Nb / Sn ratio of the produced compound is based on the chemical bilateral ratio. Since the deviation is large, the critical current density Jc decreases.
  • the heating temperature is higher than 800 ° C., the crystal grains of Nb 3 Sn produced are coarsened, so that the pinning force of the superconducting wire is lowered, and as a result, the critical current density Jc is lowered.
  • the heat treatment of the precursor for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire may be carried out at a heating temperature of 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, preferably 650 ° C. or higher and 730 ° C. or lower.
  • the heating time of the precursor for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire at the above heat treatment temperature when the heating time is less than 24 hours, the amount of Nb 3 Sn generated is small and the critical current density Jc is high. descend. Further, when the heating time is more than 500 hours , the critical current density Jc and the residual resistivity RRR decrease because the Nb 3 Sn crystal grains are coarsened and Sn is diffused to the second Cu system tube outside the Nb system tube. .. Therefore, the heat treatment of the precursor for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire may be carried out within a heating time of 24 hours or more and 500 hours or less, preferably 100 hours or more and 300 hours or less.
  • Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor By heating the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor under these conditions, Nb 3 Sn multi-core superconducting wire is heated product of Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursor is obtained.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire and the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire manufactured by the Nb tube method as described above constitute Nb 3 which constitutes a superconducting magnet used in accelerators, nuclear fusion devices, nuclear magnetic resonance analyzers, and the like. It is preferably used for Sn superconducting wires.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor Sn-based material
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire It is possible to obtain a precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire, which is excellent in wire material workability at the time of manufacturing a wire or Nb 3 Sn multi-core superconducting wire.
  • the precursor for Nb 3 Sn single-core superconducting wire of the wire material design considering the size of the hard phase of the Sn-based wire, the size of the Sn-based wire in the width direction, the thickness of the Nb-based tube, and the like.
  • the Nb 3 Sn single-core superconducting wire material and the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire material manufactured using Nb 3 Sn the tearing and breaking of the Nb-based tube that occurs during wire drawing are suppressed, and the deterioration of the superconducting characteristics is suppressed. Therefore, even in the manufacturing conditions of the conventional Nb 3 Sn superconducting wire, the Nb 3 Sn single-core superconducting wire for Nb 3 Sn produced using the precursor single core superconducting wire or Nb 3 Sn multi-core superconducting wire , Has excellent superconducting properties.
  • Example 1 and 2 and Comparative Example 1 A linear Sn-based material with an outer diameter of 24.0 mm was inserted into a first Cu-based tube (oxygen-free copper, purity 4N) having an outer diameter of 27.5 mm, an inner diameter of 24.5 mm, and a thickness of 1.5 mm. ..
  • the composition of the Sn-based material was Sn-10.0 wt% Zn containing 10.0% by mass of Zn. Further, as a result of observing the Sn-based material at the time of insertion with an SEM (measurement area: 1200 ⁇ m ⁇ 900 ⁇ m, measurement magnification: 100 times), the maximum dimension in the width direction of the hard phase in the vertical cross section parallel to the longitudinal direction is 10.0 ⁇ m.
  • the first Cu-based tube coated with the Sn-based material was drawn with a die until the wire diameter became 5.1 mm to obtain a first-coated wire rod.
  • the first coated wire was inserted into a pure Nb tube having an outer diameter of 8.2 mm, an inner diameter of 5.6 mm, and a thickness of 1.3 mm to obtain a second coated wire.
  • the outside of the second coated wire rod was coated with a second Cu-based tube (oxygen-free copper, purity 4N) having an outer diameter of 9.7 mm, an inner diameter of 8.5 mm, and a thickness of 0.6 mm.
  • the wire rod thus obtained was drawn with a die until the wire diameter and the cross-sectional area of the Nb-based tube in the vertical cross section of the wire rod reached the values shown in Table 1, and then a plurality of Nb 3 Sn singles after hexagonal processing.
  • a third Cu-based tube (outer diameter: 30.0 mm, inner diameter: 24.0 mm) so that the precursor for the core superconducting wire is arranged on the outer circumference of the Cu-based core (hexagonal opposite side length 1.6 mm, oxygen-free copper, purity 4 N). , Thickness 3.0 mm, oxygen-free copper, purity 4N).
  • the number of Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursors and the total cross-sectional area of the Nb-based tube in the cross section were the values shown in Table 1.
  • Nb 3 Sn single-core superconducting wire so that the superconducting characteristics of the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire manufactured later do not differ due to the difference in the total cross-sectional area of the Nb-based tube in the cross section.
  • Cross-sectional area of Nb-based tube in cross section) x number of precursors for Nb 3 Sn single-core superconducting wire inserted in 3 Cu-based tube), that is, Nb-based in 3 Cu-based tube in cross section
  • the wire rod was designed so that the total cross-sectional area of the tubes would be the same. Then, wire drawing was performed with a die until the wire diameter became 0.8 mm to obtain a precursor for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire.
  • Nb 3 Sn multi-core superconducting wire For the precursor for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire, 5 cut samples obtained by cutting the length in the longitudinal direction to 2 cm were prepared, and the cut samples were filled with resin and polished to make a cross section in the longitudinal direction. I put it out. Observe the surfaced cross section with SEM (measurement area is 100 ⁇ m ⁇ 100 ⁇ m, measurement magnification is 1000 times), and the minimum dimension in the width direction of the Sn wire, the minimum thickness in the width of the Nb tube, and the width of the hard phase. The maximum dimension in the direction was measured.
  • the surfaced cross section is observed along the longitudinal direction by SEM (measurement area is 500 ⁇ m ⁇ 2 cm, measurement magnification is 200 times), and the number of locations where tube tearing of the Nb-based tube occurs per 10 cm is determined. I measured it. Then, the value of the maximum dimension in the width direction of the hard phase with respect to the minimum dimension in the width direction of the Sn-based wire (maximum dimension in the width direction of the hard phase ⁇ 100 / the minimum dimension in the width direction of the Sn-based wire), the width of the Nb-based tube.
  • the value of the maximum dimension in the width direction of the hard phase with respect to the minimum thickness in the direction was calculated. These results are shown in Table 2.
  • the maximum dimension of the hard phase in the width direction was 10.0 ⁇ m, which was the same as that of the Sn-based material at the time of insertion.
  • Nb 3 Sn multi-core superconducting wire precursors of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were heat-treated under the conditions of an argon atmosphere, a heating temperature of 670 ° C., and a heating time of 100 hours, and a plurality of Nb.
  • An Nb 3 Sn multi-core superconducting wire having a 3 Sn single-core superconducting wire was obtained.
  • the obtained Nb 3 Sn multi-core superconducting wire was evaluated as follows. The results are shown in Table 2.
  • the current value at which the voltage value between taps is 10 ⁇ V / m is defined as the critical current (Ic), and the value obtained by adding 1 to the copper ratio of the wire (Nb 3 Sn multi-core superconducting wire) is added to the critical current (Ic). After multiplying by, the value further divided by the cross-sectional area of the wire rod was taken as the critical current density (Jc).
  • Residual resistivity ratio Regarding the Nb 3 Sn multi-core superconducting wire cut to a length of 250 mm, both ends of the wire are connected to the current reed, and two points separated from the center of the wire by 60 mm in the direction of each end are used as voltage taps, and the distance between the taps is 120 mm. The four-terminal method measurement was performed.
  • the residual resistance ratio At an external magnetic field of 0T, the residual resistance ratio (R 4.2K ) is the value obtained by dividing the electrical resistance value (R 273K ) between the voltage taps at a temperature of 273K by the electrical resistance value (R 4.2K) between the voltage taps at a temperature of 4.2K. RRR).
  • Example 1 the maximum dimension of the hard phase in the width direction was 50% or less of the minimum dimension of the Sn-based wire rod in the width direction. Therefore, the contact between the hard phase and the first Cu-based tube and the Nb-based tube arranged outside the hard phase is reduced, the tearing of the Nb-based tube is suppressed, and the critical current density Jc and the residual resistance ratio RRR are improved.
  • Example 2 in which the minimum dimension in the width direction of the Sn-based wire and the minimum thickness in the width direction of the Nb-based tube were increased, the value of the maximum dimension of the hard phase with respect to the minimum dimension of the Sn-based wire became small, so that it was hard.
  • the maximum dimension of the hard phase in the width direction was less than or equal to the minimum thickness of the Nb-based tube in the width direction. Contact with the tube often did not cause tube rupture at that point of contact, resulting in a further reduction in the number of tube ruptures. As a result, the critical current density Jc and the residual resistivity RRR were further increased.
  • Comparative Example 1 since the maximum dimension of the hard phase was larger than 50% of the minimum dimension of the Sn-based wire rod, the contact between the hard phase and the first Cu-based tube and the Nb-based tube increased, and the hard phase was hard.
  • the maximum size of the phase is larger than the minimum thickness of the Nb-based tube. Therefore, as a result of frequent breakage at the contact point between the hard phase and the Nb-based tube, both the critical current density Jc and the residual resistivity RRR decreased.
  • Examples 1 and 2 show that when the wall thickness of the Nb-based tube and the diameter of the Sn-based wire after finishing the multi-core wire are increased, it is possible to suppress the tearing of the Nb-based tube and improve Jc and RRR.
  • the Nb-based tube wall thickness and the Sn-based wire rod diameter are extremely large (that is, when the superconducting filament diameter is extremely large)
  • the AC loss when used under an AC electric field increases significantly
  • Nb 3 The efficiency of equipment using Sn multi-core superconducting wire is reduced and the refrigerating load is increased.
  • designing the wire check the size of the hard phase in the Sn-based wire to be used, and suppress the risk of tearing of the Nb-based tube.
  • the size of the hard phase, the size of the Sn-based wire, and the size of the Nb-based tube as described above were suppressed. It is advisable to design the filament diameter to be as small as possible within the range that satisfies the desired relationship.
  • Examples 3 to 5 and Comparative Example 2 By the size of the hard phase is fixed, varying the insert number of the Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor size and Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursor for using the same type of Sn based materials, Sn In contrast to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 in which the minimum dimension in the width direction of the system wire and the minimum thickness in the width direction of the Nb system tube were changed, in Examples 3 to 5 and Comparative Example 2, Nb 3 Sn was used alone.
  • the minimum size of the Sn-based wire in the width direction and the Nb-based tube The minimum thickness in the width direction of was changed.
  • a Sn-based material in which the dimensions of the hard phase were intentionally controlled was used. That is, as described in the embodiment, the Sn-based materials having the compositions used in Examples 3 to 5 and Comparative Example 2 can easily form a hard phase having a small size.
  • the dimensions of the hard phase are intentionally increased even with a Sn-based material of Sn-1.0 wt% Ti, as in Comparative Example 2. did.
  • a first Cu-based tube (oxygen-free copper, purity 4N) having an outer diameter of 27.5 mm, an inner diameter of 24.5 mm, and a thickness of 1.5 mm, and a line having an outer diameter of 24.0 mm and a composition shown in Table 3
  • a Sn-based material was inserted. Further, as a result of observing the Sn-based material at the time of insertion by SEM in the same manner as described above, the maximum dimension in the width direction of the hard phase in the vertical cross section parallel to the longitudinal direction was the value shown in Table 3. Subsequently, the first Cu-based tube coated with the Sn-based material was drawn with a die until the wire diameter became 4.8 mm to obtain a first-coated wire rod.
  • the first coated wire was inserted into a pure Nb tube having an outer diameter of 8.2 mm, an inner diameter of 5.5 mm, and a thickness of 1.35 mm to obtain a second coated wire.
  • the outside of the second coated wire rod was coated with a second Cu-based tube (oxygen-free copper, purity 4N) having an outer diameter of 9.7 mm, an inner diameter of 8.5 mm, and a thickness of 0.6 mm.
  • the wire rod thus obtained is die-processed until the hexagonal opposite-side length becomes 1.57 mm, and then 132 Nb 3 Sn single-core superconducting wire precursors after hexagonal processing are applied to the Cu-based core portion (hexagonal opposite-side length).
  • Third Cu-based tube (outer diameter 30.0 mm, inner diameter 24.0 mm, thickness 3.0 mm, oxygen-free copper, purity 4N) so as to be placed on the outer circumference of 1.57 mm, oxygen-free copper, purity 4N) Inserted into. Then, wire drawing was performed with a die until the wire diameter became 0.8 mm to obtain a precursor for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire.
  • the minimum dimension of the Sn-based wire in the width direction is 16.0 ⁇ m
  • the minimum thickness of the Nb-based tube in the width direction is 12.0 ⁇ m
  • the cross-sectional area S of the Sn-based wire in the vertical cross section of the precursor for Nb 3 Sn multi-core superconducting wire was 2.5.
  • the maximum dimension of the hard phase in the width direction was the same as that of the Sn-based material at the time of insertion.
  • Nb 3 Sn multi-core superconducting wire was subjected to the same heat treatment as above to prepare Nb 3 Sn multi-core superconducting wire, and its superconducting characteristics were measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 3.
  • Example 3 in which the maximum dimension of the hard phase was 10.0 ⁇ m, the maximum dimension of the hard phase was larger than 50% of the minimum dimension of the Sn-based wire rod, so that the hard phase and the first Cu-based
  • the contact between the tube and the Nb-based tube was the same as before, but the maximum dimension of the hard phase was less than the minimum thickness of the Nb-based tube. Therefore, even if the hard phase and the Nb-based tube come into contact with each other, the tube breakage often does not occur at the contact point, and as a result, the tube breakage is suppressed.
  • Example 4 in which the maximum dimension of the hard phase was 6.0 ⁇ m, the maximum dimension of the hard phase was 50% or less of the minimum dimension of the Sn-based wire rod, so that the hard phase, the first Cu-based tube, and the Nb-based tube were used. The number of contact points with is reduced. Furthermore, the value of the maximum dimension of the hard phase with respect to the minimum thickness of the Nb-based tube has been further reduced. Therefore, the number of tube tears was further reduced at the point of contact between the hard phase and the Nb-based tube.
  • Example 5 in which the maximum dimension of the hard phase was 3.0 ⁇ m, the maximum dimension of the hard phase was set to 20.0% or less of the minimum dimension of the Sn-based wire, so that the hard phase became the first Cu-based tube and There was no contact with the Nb-based tube. Therefore, no tube breakage was observed per 10 cm in length.
  • the number of tube breaks decreased and the critical current density Jc and the residual resistivity RRR both increased as the maximum size of the hard phase decreased.
  • the factors behind the increase in the superconducting characteristics are that the leakage of the Sn component to the second Cu-based tube outside the Nb-based tube was suppressed by the decrease in the number of tube breaks, and that the Nb 3 Sn, which is the superconducting portion, was suppressed. This is because the division in the longitudinal direction is suppressed.
  • Comparative Example 2 in which the maximum size of the hard phase was 15.0 ⁇ m, the maximum size of the hard phase was larger than 50% of the minimum size of the Sn wire, so that the hard phase, the first Cu tube, and the Nb tube were used. Contact with increased. Furthermore, the maximum dimension of the hard phase was larger than the minimum thickness of the Nb-based tube. Therefore, tube tearing occurred frequently at the contact point between the hard phase and the Nb-based tube.
  • the critical current density Jc also decreased due to the fact that Nb 3 Sn was divided in the longitudinal direction.
  • the Sn component leaks at the tube torn portion of the Nb system tube, and the Sn component reacts with the Cu component of the second Cu system tube outside the Nb system tube to form bronze. This is because the second Cu-based tube, which originally functions as a stabilizer, is contaminated.

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Abstract

NbSn単芯超電導線材用前駆体(1)は、Sn系線材(10)と、前記Sn系線材の外周面を被覆する第1Cu系チューブ(20)と、前記第1Cu系チューブの外表面を被覆するNb系チューブ(30)と、前記Nb系チューブの外表面を被覆する第2Cu系チューブ(40)とを備え、前記Sn系線材は、マトリックス相(11)と、前記マトリックス相より硬い1種以上の硬質相(12)とを含み、前記NbSn単芯超電導線材用前駆体の長手方向に平行な断面において、前記硬質相は、前記長手方向に対して垂直な幅方向の最大寸法が、前記Sn系線材の前記幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、前記Nb系チューブの前記幅方向の最小厚さ以下である。

Description

Nb3Sn単芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、Nb3Sn単芯超電導線材、ならびにNb3Sn多芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、Nb3Sn多芯超電導線材
 本発明は、NbSn単芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、NbSn単芯超電導線材、ならびにNbSn多芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、NbSn多芯超電導線材に関する。
 現在、加速器や核磁気共鳴分析装置(NMR)および核融合装置等に用いられている超電導マグネットには、金属間化合物NbSnを用いたNbSn超電導線材が用いられている。
 上記NbSn超電導線材は、ブロンズ法と呼ばれる製法で製造されたNbSn線材が主流である。ブロンズ法では、Cu-Sn合金(ブロンズ)とNbマトリクスをビレット内で複合および細径化したのち、熱処理することでNbマトリクス表面にNbSnが生成される。しかし、ブロンズ中に固溶できるSn量に制限があることから十分なNbSn生成量を確保できず、十分に高い臨界電流密度(Jc)を得ることができない場合が多い。さらに、Cu-Sn合金は非常に硬い合金であり、細径加工中に頻繁に中間焼鈍を施す必要があるため、製造コストやリードタイムにも課題を有する。
 そこで近年では、Nbチューブ法をはじめとした内部拡散法と呼ばれる製造方法が注目されている。例えば特許文献1には、軸方向に複数の貫通孔を有するCuビレットの内部に、Nb系チューブであるNb管を介して、Cu被覆SnロッドまたはCu-Sn合金ロッドを収容して複合体を形成した後、この複合体に静水圧押出加工および伸線加工を施し、次いでNbSn生成の熱処理を施すNbSn多芯超電導線材の製造方法が記載されている。この方法ではSn量に制限がないことから、ブロンズ法に比べてNbSnの生成量が増え、高い臨界電流密度(Jc)を達成することができる。
 しかしながら、特許文献1で製造されるNbSn超電導線材では、Nb系チューブが伸線加工中に一部破損するいわゆるチューブ破れを生じることがあり、製造条件によっては、Nb系チューブが完全に破断することがある。Nb系チューブの破断だけでなく、Nb系チューブのチューブ破れが発生した場合であっても、超電導線材の超電導特性は低下する。そのため、チューブ破れやチューブ破断に起因した超電導特性の低下を抑制することが求められている。
特開平3-283320号公報
 本発明の目的は、Nb系チューブのチューブ破れおよびチューブ破断を抑制し、超電導特性の低下を抑制した超電導線材を製造するためのNbSn単芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、NbSn単芯超電導線材、ならびにNbSn多芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、NbSn多芯超電導線材を提供することである。
 本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
[1] Sn系線材と、前記Sn系線材の外周面を被覆する第1Cu系チューブと、前記第1Cu系チューブの外表面を被覆するNb系チューブと、前記Nb系チューブの外表面を被覆する第2Cu系チューブとを備えるNbSn単芯超電導線材用前駆体であって、前記Sn系線材は、マトリックス相と、前記マトリックス相より硬い1種以上の硬質相とを含み、前記NbSn単芯超電導線材用前駆体の長手方向に平行な断面において、前記硬質相は、前記長手方向に対して垂直な幅方向の最大寸法が、前記Sn系線材の前記幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、前記Nb系チューブの前記幅方向の最小厚さ以下であることを特徴とするNbSn単芯超電導線材用前駆体。
[2] 前記Sn系線材は、Ti、Cu、Hf、Zn、ZrおよびAlからなる群より選択される1種以上の元素を合計で10.0質量%以下含有する、上記[1]に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体。
[3] 前記断面において、前記硬質相の前記最大寸法が、前記Sn系線材の前記最小寸法の40%以下である上記[1]または[2]に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体。
[4] 前記断面において、前記硬質相の前記最大寸法が、前記Sn系線材の前記最小寸法の20%以下である上記[1]~[3]のいずれか1つに記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体。
[5] 前記断面において、前記Sn系線材の断面積SSnに対する前記Nb系チューブの断面積SNbの比(SNb/SSn)は、2.0以上4.0以下である、上記[1]~[4]のいずれか1つに記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体。
[6] 線状のSn系素材を第1Cu系チューブに挿入し伸線して、前記Sn系素材を伸線してなるSn系線材の外周面を前記第1Cu系チューブで被覆した第1被覆線材を形成する工程と、前記第1被覆線材をNb系チューブに挿入して第2被覆線材を得る工程と、前記第2被覆線材を第2Cu系チューブに挿入し伸線する工程とを有するNbSn単芯超電導線材用前駆体の製造方法であって、前記Sn系線材は、マトリックス相と、前記マトリックス相より硬い1種以上の硬質相とを含み、前記NbSn単芯超電導線材用前駆体の長手方向に平行な断面において、前記硬質相は、前記長手方向に対して垂直な幅方向の最大寸法が、前記Sn系線材の前記幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、前記Nb系チューブの前記幅方向の最小厚さ以下であることを特徴とするNbSn単芯超電導線材用前駆体の製造方法。
[7] 上記[1]~[5]のいずれか1つに記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱生成物であることを特徴とするNbSn単芯超電導線材。
[8] 複数のCu系線材を束ねてなるCu系芯部と、上記[1]~[5]のいずれか1つに記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体の複数を、前記Cu系芯部の外周側に複数層に亘って取り囲むように配置される多層線材部と、前記多層線材部の外周を被覆する第3Cu系チューブとを備えることを特徴とするNbSn多芯超電導線材用前駆体。
[9] 複数のCu系線材を束ねてなるCu系芯部と、前記Cu系芯部の外周側に複数層に亘って取り囲むように配置される上記[1]~[5]のいずれか1つに記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体の複数を有する多層線材部とを、第3Cu系チューブに挿入し伸線する工程を有することを特徴とするNbSn多芯超電導線材用前駆体の製造方法。
[10] 上記[8]に記載のNbSn多芯超電導線材用前駆体の加熱生成物であることを特徴とするNbSn多芯超電導線材。
 本発明によれば、Nb系チューブのチューブ破れおよびチューブ破断を抑制し、超電導特性の低下を抑制した超電導線材を製造するためのNbSn単芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、NbSn単芯超電導線材、ならびにNbSn多芯超電導線材用前駆体およびその製造方法、NbSn多芯超電導線材を提供することができる。
図1は、実施形態のNbSn単芯超電導線材用前駆体の一例を示す縦断面図である。 図2は、実施形態のNbSn単芯超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。 図3は、実施形態のNbSn多芯超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。
 以下、本発明を実施形態に基づき詳細に説明する。
 本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、超電導線材用前駆体を構成するSn系線材(Sn系素材)およびNb系チューブの構成の適正化を図ることによって、Nb系チューブのチューブ破れおよびチューブ破断を抑制することを見出し、かかる知見に基づき本発明を完成させるに至った。
 実施形態のNbSn単芯超電導線材用前駆体は、Sn系線材と、前記Sn系線材の外周面を被覆する第1Cu系チューブと、前記第1Cu系チューブの外表面を被覆するNb系チューブと、前記Nb系チューブの外表面を被覆する第2Cu系チューブとを備え、前記Sn系線材は、マトリックス相と、前記マトリックス相より硬い1種以上の硬質相とを含み、前記NbSn単芯超電導線材用前駆体の長手方向に平行な断面において、前記硬質相は、前記長手方向に対して垂直な幅方向の最大寸法が、前記Sn系線材の前記幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、前記Nb系チューブの前記幅方向の最小厚さ以下である。
 実施形態のNbSn単芯超電導線材用前駆体の製造方法は、線状のSn系素材を第1Cu系チューブに挿入し伸線して、前記Sn系素材を伸線してなるSn系線材の外周面を前記第1Cu系チューブで被覆した第1被覆線材を形成する工程と、前記第1被覆線材をNb系チューブに挿入して第2被覆線材を得る工程と、前記第2被覆線材を第2Cu系チューブに挿入し伸線する工程とを有し、前記Sn系線材は、マトリックス相と、前記マトリックス相より硬い1種以上の硬質相とを含み、前記NbSn単芯超電導線材用前駆体の長手方向に平行な断面において、前記硬質相は、前記長手方向に対して垂直な幅方向の最大寸法が、前記Sn系線材の前記幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、前記Nb系チューブの前記幅方向の最小厚さ以下である。
 図1は、実施形態のNbSn単芯超電導線材用前駆体の一例を示す縦断面図であり、図2は、NbSn単芯超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。なお、図2では、硬質相12を便宜上省略する。
 図1~2に示すように、実施形態のNbSn単芯超電導線材用前駆体1は、Sn系線材10と、Sn系線材10の外周面を被覆する筒状の第1Cu系チューブ20と、第1Cu系チューブ20の外表面を被覆する筒状のNb系チューブ30と、Nb系チューブ30の外表面を被覆する筒状の第2Cu系チューブ40とを備える。
 Sn系線材10は、NbSn単芯超電導線材用前駆体1の中心軸に沿って延設される。Sn系線材10の形状は、例えば、図2に示すような円柱状、六角柱状などの角柱状である。Sn系線材10は、粉末状ではない。
 図1に示すように、Sn系線材10は、Sn系のマトリックス相11と、マトリックス相11より硬い1種以上のSn系の硬質相12とを含む。NbSn単芯超電導線材用前駆体1の長手方向に平行な断面である縦断面において、硬質相12の幅方向の最大寸法L12は、Sn系線材10の幅方向の最小寸法L10の50%以下である。伸線加工線材であるNbSn単芯超電導線材用前駆体1の縦断面において、幅方向は長手方向に対して垂直である。NbSn単芯超電導線材用前駆体1の縦断面は、Sn系線材10の中心軸を含む面である。
 ここで、NbSn単芯超電導線材用前駆体の製造時における伸線加工の際、NbSn単芯超電導線材用前駆体の硬質相12がNb系チューブ30に与える影響について説明する。
 Sn系線材10は、線状のSn系素材を伸線加工することによって形成される。後述のように、線状のSn系素材を第1Cu系チューブ20、Nb系チューブ30、第2Cu系チューブ40に挿入し伸線することで、第1Cu系チューブ20内のSn系素材が伸線加工されて、Sn系線材10が形成される。
 Sn系線材10やSn系素材は、例えば微量のCuを含むSn合金である場合、硬質相12は、η相と呼ばれるCuSn相であり、マトリックス相11は、硬質相12よりもSn含有量が多く、Cu含有量が少ない。また、Sn系線材10やSn系素材が純Snである場合、Sn系線材10やSn系素材の製造条件や環境により、製造中に混入した不純物が硬質相12になることや、当該不純物とSnとが反応することによって硬質相12が析出することがある。このような硬質相12は、脆性が大きく、マトリックス相11に比べて非常に硬い。そのため、Sn系線材10やSn系素材の伸線加工中でも、硬質相12の大きさ、例えば縦断面における硬質相12の幅方向の寸法(外形寸法)は変化しない。
 一方、伸線加工によって、Sn系線材10やSn系素材のマトリックス相11、第1Cu系チューブ20、Nb系チューブ30および第2Cu系チューブ40の大きさは減少し、例えば縦断面におけるマトリックス相11の幅方向の寸法、ならびに第1Cu系チューブ20、Nb系チューブ30および第2Cu系チューブ40の幅方向の厚さ寸法は小さくなる。
 このように、伸線加工を行うほど、マトリックス相11の幅方向の寸法、ならびに第1Cu系チューブ20、Nb系チューブ30および第2Cu系チューブ40の幅方向の厚さ寸法は小さくなる一方で、硬質相12の幅方向の寸法は変化しない。換言すると、伸線加工を行うほど、縦断面において、マトリックス相11、第1Cu系チューブ20、Nb系チューブ30および第2Cu系チューブ40の寸法に対して、硬質相12の寸法は相対的に大きくなる。
 そして、Sn系素材の幅方向の寸法を所定値以下になるまで伸線加工して製造したNbSn単芯超電導線材用前駆体1の場合、すなわち、NbSn単芯超電導線材用前駆体1の縦断面における、硬質相12の幅方向の最大寸法L12が、Sn系線材10の幅方向の最小寸法L10の50%より大きい場合、NbSn単芯超電導線材用前駆体における硬質相は、第1Cu系チューブ20を突き抜けて、薄肉化したNb系チューブ30と接触する。硬質相とNb系チューブとの接触部では、Nb系チューブのチューブ破れが発生することがあり、場合によってはNb系チューブの部分的な破れが発生し、接触部の状態次第ではNb系チューブが完全に破断する。
 このようなチューブ破れやチューブ破断を伴うNbSn単芯超電導線材用前駆体を用いて後述のNbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材を製造する場合、チューブ破れやチューブ破断を伴うNbSn単芯超電導線材用前駆体が加熱処理されると、Nb系チューブが壊れた部分を起点に、Sn系線材のSn成分がNb系チューブを外側から被覆する第2Cu系チューブまで拡散して、ブロンズ化することがある。NbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材において、Nb系チューブ外側の第2Cu系チューブがブロンズ化すると、NbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材では、残留抵抗比(RRR)などの超電導特性が大幅に低下する。また、チューブ破れやチューブ破断が生じると、加熱処理によって形成される超電導材料のNbSnが、チューブ破れの発生した部分において、部分的に、あるいは完全に分断されるため、NbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材では、臨界電流密度(Jc)も大幅に低下する。 
 このようなチューブ破れやチューブ破断による残留抵抗比および臨界電流密度の低下を抑制する観点から、NbSn単芯超電導線材用前駆体1の縦断面において、硬質相12の幅方向の最大寸法L12は、Sn系線材10の幅方向の最小寸法L10の50%以下、好ましくは最小寸法L10の40%以下、より好ましくは最小寸法L10の20%以下である。
 また、NbSn単芯超電導線材用前駆体において、硬質相12が、第1Cu系チューブ20を突き抜けて、薄肉化したNb系チューブ30と接触する場合であっても、Nb系チューブ30の肉厚に対して硬質相12が十分に小さい、すなわち、縦断面における硬質相12の幅方向の最大寸法L12がNb系チューブ30の幅方向の最小厚さL30以下であると、硬質相とNb系チューブとの接触部では、Nb系チューブのチューブ破れやチューブ破断の発生が抑制される。その結果、得られるNbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材では、残留抵抗比および臨界電流密度の低下が抑制される。
 一方で、NbSn単芯超電導線材用前駆体1の縦断面における、硬質相12の幅方向の最大寸法L12がNb系チューブ30の幅方向の最小厚さL30より大きいと、硬質相とNb系チューブとの接触部では、Nb系チューブのチューブ破れやチューブ破断が発生する。そのため、残留抵抗比および臨界電流密度は低下する。
 このようなチューブ破れやチューブ破断による残留抵抗比および臨界電流密度の低下を抑制する観点から、NbSn単芯超電導線材用前駆体1の縦断面において、硬質相12の幅方向の最大寸法L12は、Nb系チューブ30の幅方向の最小厚さL30以下、好ましくは最小厚さL30の70%以下、より好ましくは最小厚さL30の50%以下である。
 このように、伸線加工線材であるNbSn単芯超電導線材用前駆体1について、Sn系線材10に対する硬質相12の幅方向の最大寸法L12を所定範囲内に制御したNbSn単芯超電導線材用前駆体1は、チューブ破れやチューブ破断が抑制される。また、Nb系チューブ30に対する硬質相12の幅方向の最大寸法L12を所定範囲内に制御したNbSn単芯超電導線材用前駆体1は、チューブ破れやチューブ破断が抑制される。さらに、Sn系線材10およびNb系チューブ30に対する硬質相12の幅方向の最大寸法L12を所定範囲内に制御したNbSn単芯超電導線材用前駆体1は、チューブ破れやチューブ破断がさらに抑制されるため、残留抵抗比および臨界電流密度の低下がさらに抑制される。
 幅方向の最大寸法L12などの硬質相12の大きさや硬質相12の数は、Sn系素材の鋳造時における溶湯温度や、Sn系線材10やSn系素材の製造環境などを調整することによって、適宜制御できる。例えば、溶湯温度をSn系素材の融点より僅かに高く設定すると、硬質相12の大きさは低下する。また、Sn系線材10やSn系素材に含まれる添加成分の種類や量を調整しても、硬質相12の大きさや数は制御できる。
 また、Sn系線材10は、Ti、Cu、Hf、Zn、ZrおよびAlからなる群より選択される1種以上の元素を合計で10.0質量%以下含有することが好ましい。Sn系線材10が上記元素を合計で0.5質量%以上含有すると、NbSn単芯超電導線材用前駆体1を加熱して生成される超電導材料としてのNbSnの残留抵抗比および臨界電流密度が増加する。また、Sn系線材10(Sn系素材)へ上記元素を含有させることで、Sn系線材10(Sn系素材)の伸びを抑制し、加工硬化を促進させるため、多芯線加工時の伸線加工性が向上する。一方、上記元素を10.0質量%超含有した場合、Sn系線材10中の硬質相12の寸法および個数が増加するため、チューブ破れやチューブ破断が発生しやすくなることがある。このため、上記元素の合計含有量は、好ましくは0.5質量%以上10.0質量%以下、より好ましくは1.5質量%以上5.0質量%以下である。
 また、図1に示すように、NbSn単芯超電導線材用前駆体1の縦断面において、Sn系線材10の断面積SSnに対するNb系チューブ30の断面積SNbの比(SNb/SSn)は、2.0以上4.0以下であることが好ましい。
 比(SNb/SSn)が2.0より小さいと、超電導成分であるNbSnを生成する際、Nb成分の量に対してSn成分の量が過剰となる。そのため、Nb系チューブ30のチューブ破れやチューブ破断が生じていない場合であっても、NbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材の製造時の加熱処理によって、Sn系線材のSn成分がNb系チューブの外側に配置される第2Cu系チューブまで拡散して、第2Cu系チューブがSn成分と反応してブロンズ化することがある。このように安定化材である第2Cu系チューブがSn成分によって汚染されるため、NbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材の残留抵抗比が低下する。
 比(SNb/SSn)が4.0より大きいと、NbSnを生成する際、Nb成分の量に対してSn成分の量が極端に少なくなり、NbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材の製造時の加熱処理によって得られるNbSnの生成量の低下や、NbSnの化学量論比に対するNb/Sn比の大きなずれを伴うことがある。そのため、NbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材の臨界電流密度が低下する。
 このため、残留抵抗比および臨界電流密度の低下を抑制する観点から、比(SNb/SSn)の下限値は、好ましくは2.0、より好ましくは2.3、さらに好ましくは2.5であり、比(SNb/SSn)の上限値は、好ましくは4.0、より好ましくは3.7、さらに好ましくは3.5である。
 上記のように、Sn系線材10やSn系素材は、Sn合金や純SnなどのSn系の金属材料から構成される。純Snとは、純度99.9%以上のSn系材料である。
 また、第1Cu系チューブ20は、Cu合金や純CuなどのCu系の金属材料から構成される。純CuのCu純度は、好ましくは99.9%以上、より好ましくは99.99%以上である。
 また、Nb系チューブ30は、Nb合金や純NbなどのNb系の金属材料から構成される。純Nbとは、純度99.99%以上のNb系材料である。
 また、第2Cu系チューブ40は、Cu合金や純CuなどのCu系の金属材料から構成される。第2Cu系チューブ40は、第1Cu系チューブ20と異なる材料から構成されてもよいし、同様の材料から構成されてもよい。
 また、NbSn単芯超電導線材用前駆体1の形状は、特に限定されるものではなく、図1~2に示すような円柱状でもよいし、六角柱状などの角柱状でもよい。
 次に、実施形態のNbSn単芯超電導線材用前駆体の製造方法について説明する。実施形態のNbSn単芯超電導線材用前駆体の製造方法は、線状のSn系素材を第1Cu系チューブに挿入し伸線して第1被覆線材を形成する工程(工程A1)と、工程A1の後に、第1被覆線材をNb系チューブに挿入して第2被覆線材を得る工程(工程A2)と、工程A2の後に、第2被覆線材を第2Cu系チューブに挿入し伸線する工程(工程A3)とを有する。こうして得られた伸線加工線材であるNbSn単芯超電導線材用前駆体について、Nb系チューブ内のSn系線材は、マトリックス相と、マトリックス相より硬い1種以上の硬質相とを含む。また、NbSn単芯超電導線材用前駆体の縦断面において、硬質相の幅方向の最大寸法は、Sn系線材の幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、Nb系チューブの幅方向の最小厚さ以下である。
 工程A1では、上記のマトリックス相および硬質相を含む線状のSn系素材を第1Cu系チューブに挿入し伸線して第1被覆線材を形成する。得られる第1被覆線材では、第1Cu系チューブがSn系素材を伸線加工してなるSn系線材の外周面を被覆する。伸線加工の方法は、特に限定されるものではなく、例えば伸線ダイスを用いて行う。
 工程A2では、工程A1で得られた第1被覆線材をNb系チューブに挿入して第2被覆線材を得る。第2被覆線材では、第1被覆線材がNb系チューブ内に収容される。
 工程A3では、工程A2で得られた第2被覆線材を第2Cu系チューブに挿入し伸線する。こうして、図1~2に示すNbSn単芯超電導線材用前駆体1が得られる。上記と同様に、伸線加工の方法は、特に限定されるものではなく、例えば伸線ダイスを用いて行う。
 次に、実施形態のNbSn単芯超電導線材について説明する。実施形態のNbSn単芯超電導線材は、上記のNbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱生成物である。
 NbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱処理について、加熱温度を600℃未満とした場合は、生成されるNbSnの量が少なく、また生成化合物のNb/Sn比が化学両論比から大きく外れるため、臨界電流密度Jcが低下する。一方、加熱温度を800℃超とした場合は、生成されるNbSnの結晶粒が粗大化することで、超電導線材のピン止め力が低下し、結果として臨界電流密度Jcが低下する。また、Snの拡散反応が大きくなるため、加熱処理の際にNb系チューブの外側に配置された第2Cu系チューブまでSnが拡散し、残留抵抗比RRRが大幅に低下する。従って、NbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱処理は、加熱温度を600℃以上800℃以下、好ましくは650℃以上730℃以下の範囲で行うことがよい。
 また、上記の加熱処理温度におけるNbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱時間について、加熱時間を24時間未満とした場合は、生成されるNbSnの量が少なく、臨界電流密度Jcが低下する。また、加熱時間を500時間超とした場合、NbSn結晶粒の粗大化や、Nb系チューブ外側の第2Cu系チューブへSnが拡散するため、臨界電流密度Jcや残留抵抗比RRRが低下する。従って、NbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱処理は、加熱時間を24時間以上500時間以内、好ましくは100時間以上300時間以内の範囲で行うことがよい。
 NbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱処理は、例えば、アルゴンや窒素雰囲気下のような雰囲気制御を施した雰囲気下で行われる。
 このような条件で上記NbSn単芯超電導線材用前駆体を加熱することによって、NbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱生成物であるNbSn単芯超電導線材が得られる。
 次に、実施形態のNbSn多芯超電導線材用前駆体について説明する。
 図3は、実施形態のNbSn多芯超電導線材用前駆体の一例を示す横断面図である。なお、図2と同様に、図3では、硬質相12を便宜上省略する。
 図3に示すように、実施形態のNbSn多芯超電導線材用前駆体2は、Cu系芯部50と、Cu系芯部50の外周に設けられる多層線材部60と、多層線材部60の外周を被覆する筒状の第3Cu系チューブ70とを備える。
 Cu系芯部50は、複数のCu系線材51を束ねてなる。Cu系芯部50は、NbSn多芯超電導線材用前駆体2の中心軸に沿って延設される。Cu系芯部50やCu系線材51の形状は、例えば、図3に示すような六角柱状などの角柱状や、円柱状である。
 Cu系線材51は、Cu合金や純CuなどのCu系の金属材料から構成される。Cu系線材51は、第1Cu系チューブ20や第2Cu系チューブ40と異なる材料から構成されてもよいし、これらと同様の材料から構成されてもよい。また、Cu系芯部50を構成するCu系線材51の一部または全ては、NbSn単芯超電導線材用前駆体1であってもよい。NbSn多芯超電導線材用前駆体2やNbSn多芯超電導線材における超電導特性や銅比設計などの観点から、Cu系線材51をNbSn単芯超電導線材用前駆体1に置き換えることができる。
 Cu系芯部50を構成するCu系線材51の個数は、NbSn多芯超電導線材用前駆体2の銅比設計に応じて、適宜設定される。また、Cu系線材51の幅方向の寸法は、NbSn多芯超電導線材用前駆体2の組み立て容易性から、NbSn単芯超電導線材用前駆体1と同等であることが好ましい。また、伸線加工性の向上の観点から、複数のCu系線材51の結束状態は、NbSn多芯超電導線材用前駆体2の横断面において、最密充填構造であることが好ましい。
 また、多層線材部60は、複数のNbSn単芯超電導線材用前駆体1を束ねてなり、複数のNbSn単芯超電導線材用前駆体1をCu系芯部50の外周側に複数層に亘って取り囲むように配置される。NbSn多芯超電導線材用前駆体2の横断面において、多層線材部60は、Cu系芯部50の周方向の全周に亘って複数のNbSn単芯超電導線材用前駆体1を配置されてなるNbSn単芯超電導線材用前駆体1の層がCu系芯部50の外周から離れる方向に沿って複数積層した多層構造を有する。
 多層線材部60を構成するNbSn単芯超電導線材用前駆体1の個数や積層数は、NbSn多芯超電導線材用前駆体2の超電導特性や銅比設計に応じて、適宜設定される。また、伸線加工性の向上の観点から、複数のNbSn単芯超電導線材用前駆体1の配置状態は、NbSn多芯超電導線材用前駆体2の横断面において、最密充填構造であることが好ましい。
 また、第3Cu系チューブ70は、多層線材部60の外周に設けられ、多層線材部60を外側から被覆する。
 第3Cu系チューブ70は、Cu合金や純CuなどのCu系の金属材料から構成される。第3Cu系チューブ70は、第1Cu系チューブ20、第2Cu系チューブ40、Cu系線材51と異なる材料から構成されてもよいし、これらと同様の材料から構成されてもよい。
 また、NbSn多芯超電導線材用前駆体2は、図3に示すように、多層線材部60と第3Cu系チューブ70との間にCu系スペーサ部80を備えることが好ましい。Cu系スペーサ部80は、複数のCu系線材81から構成される。複数のCu系線材81は、NbSn多芯超電導線材用前駆体2の横断面において、多層線材部60の外側と第3Cu系チューブ70の内側との間で、多層線材部60の周方向に亘って配置される。
 また、Cu系スペーサ部80について、図3に示すように複数のCu系線材81を多層線材部60の周方向に亘って1層配置する単層型のスペーサ部でもよいし、複数のCu系線材81を多層線材部60の周方向に亘って複数層配置する多層型のスペーサ部でもよい。
 NbSn多芯超電導線材用前駆体2がCu系スペーサ部80を備えると、NbSn多芯超電導線材用前駆体2における第3Cu系チューブ70内の充填率が増加するため、NbSn多芯超電導線材を製造するときに、第3Cu系チューブ70内でのNbSn単芯超電導線材用前駆体1のずれが抑制される。また、多層線材部60と第3Cu系チューブ70との間にCu系スペーサ部80を設けると、Cu系スペーサ部80が緩衝材となり、多層線材部60の外側部分に位置するNbSn単芯超電導線材用前駆体1が異常変形することを抑制できる。
 NbSn多芯超電導線材用前駆体2の横断面において、Cu系線材81は、多層線材部60の周方向に亘って、互いに密接してもよいし、図3に示すように間隔を有して配置してもよい。上記のような第3Cu系チューブ70の内部の充填率やCu系スペーサ部80の緩衝効果に応じて、Cu系線材81の配置状態は適宜設定される。
 Cu系線材81の形状は、例えば、図3に示すような六角柱状などの角柱状や円柱状であり、1種の形状でもよいし、2種以上の形状が混在してもよい。六角柱状のCu系線材81と六角柱状よりも幅方向寸法の小さい円柱状のCu系線材81とが混在してなるCu系スペーサ部80の場合、第3Cu系チューブ70の内部において、六角柱状のCu系線材を挿入できない小さな隙間に対して、六角柱状より横断面積の小さい円柱状のCu系線材を挿入できるため、第3Cu系チューブ70の内部の充填率が向上する。
 Cu系線材81は、Cu合金や純CuなどのCu系の金属材料から構成される。Cu系線材81は、第1Cu系チューブ20、第2Cu系チューブ40、Cu系線材51、第3Cu系チューブ70と異なる材料から構成されてもよいし、これらと同様の材料から構成されてもよい。
 次に、実施形態のNbSn多芯超電導線材用前駆体の製造方法について説明する。実施形態のNbSn多芯超電導線材用前駆体の製造方法は、複数のCu系線材を束ねてなるCu系芯部と、Cu系芯部の外周側に上記のNbSn単芯超電導線材用前駆体の複数を有する多層線材部とを、第3Cu系チューブに挿入し伸線する工程B1を有する。こうして得られた伸線加工線材であるNbSn多芯超電導線材用前駆体を構成する各NbSn単芯超電導線材用前駆体について、上記のNbSn単芯超電導線材用前駆体と同様に、NbSn多芯超電導線材用前駆体の縦断面において、硬質相の幅方向の最大寸法は、Sn系線材の幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、Nb系チューブの幅方向の最小厚さ以下である。
 工程B1では、Cu系芯部、およびCu系芯部の外周を取り囲むように複数層に亘って複数のNbSn単芯超電導線材用前駆体を配置されてなる多層線材部を、第3Cu系チューブに挿入し伸線する。さらに必要に応じて、Cu系スペーサ部を構成する複数のCu系線材を、多層線材部の外側と第3Cu系チューブの内側との間に挿入する。こうして、図3に示すNbSn多芯超電導線材用前駆体2が得られる。伸線加工の方法は、特に限定されるものではなく、例えば伸線ダイスを用いて行う。
 次に、実施形態のNbSn多芯超電導線材について説明する。実施形態のNbSn多芯超電導線材は、上記のNbSn多芯超電導線材用前駆体の加熱生成物である。
 NbSn多芯超電導線材用前駆体の加熱処理について、加熱温度を600℃未満とした場合は、生成されるNbSnの量が少なく、また生成化合物のNb/Sn比が化学両論比から大きく外れるため、臨界電流密度Jcが低下する。一方、加熱温度を800℃超とした場合は、生成されるNbSnの結晶粒が粗大化することで、超電導線材のピン止め力が低下し、結果として臨界電流密度Jcが低下する。また、Snの拡散反応が大きくなるため、加熱処理の際にNb系チューブの外側に配置された第2Cu系チューブまでSnが拡散し、残留抵抗比RRRが大幅に低下する。従って、NbSn多芯超電導線材用前駆体の加熱処理は、加熱温度を600℃以上800℃以下、好ましくは650℃以上730℃以下の範囲で行うことがよい。
 また、上記の加熱処理温度におけるNbSn多芯超電導線材用前駆体の加熱時間について、加熱時間を24時間未満とした場合は、生成されるNbSnの量が少なく、臨界電流密度Jcが低下する。また、加熱時間を500時間超とした場合、NbSn結晶粒の粗大化や、Nb系チューブ外側の第2Cu系チューブへSnが拡散するため、臨界電流密度Jcや残留抵抗比RRRが低下する。従って、NbSn多芯超電導線材用前駆体の加熱処理は、加熱時間を24時間以上500時間以内、好ましくは100時間以上300時間以内の範囲で行うことがよい。
 このような条件で上記NbSn多芯超電導線材用前駆体を加熱することによって、NbSn多芯超電導線材用前駆体の加熱生成物であるNbSn多芯超電導線材が得られる。
 上記のようなNbチューブ法によって製造されるNbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材は、加速器、核融合装置、核磁気共鳴分析装置などに用いられる超電導マグネットを構成するNbSn超電導線材に好適に用いられる。
 以上説明した実施形態によれば、NbSn単芯超電導線材用前駆体を構成するSn系線材(Sn系素材)やNb系チューブの構成の適正化を図ることによって、NbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材の製造時における線材加工性に優れたNbSn単芯超電導線材用前駆体を得ることができる。このように、Sn系線材の硬質相の大きさ、Sn系線材の幅方向の大きさ、Nb系チューブの厚さの大きさなどを考慮した線材設計のNbSn単芯超電導線材用前駆体を用いて製造したNbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材では、伸線加工時に生じるNb系チューブの破れおよび破断が抑制され、超電導特性の低下が抑制される。そのため、従来のNbSn超電導線材の製造条件であっても、上記NbSn単芯超電導線材用前駆体を用いて製造されたNbSn単芯超電導線材やNbSn多芯超電導線材は、優れた超電導特性を有する。
 以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
 次に、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(実施例1~2および比較例1)
 外径が27.5mm、内径が24.5mm、厚さが1.5mmの第1Cu系チューブ(無酸素銅、純度4N)に、外径が24.0mmの線状のSn系素材を挿入した。Sn系素材の組成は、Znを10.0質量%含有するSn-10.0wt%Znであった。また、挿入時のSn系素材について、SEM(測定領域は1200μm×900μm、測定倍率は100倍)で観察した結果、長手方向に平行な縦断面における硬質相の幅方向の最大寸法は10.0μmであった。続いて、Sn系素材を被覆した第1Cu系チューブについて、線径が5.1mmになるまで、ダイスによる伸線加工を行って、第1被覆線材を得た。続いて、外径が8.2mm、内径が5.6mm、厚さが1.3mmの純Nbチューブに第1被覆線材を挿入して第2被覆線材を得た。続いて、第2被覆線材の外側に、外径が9.7mm、内径が8.5mm、厚さが0.6mmの第2Cu系チューブ(無酸素銅、純度4N)を被覆した。
 こうして得られた線材について、線径および線材の縦断面におけるNb系チューブの断面積が表1に示す値になるまでダイスによる伸線加工を行った後、六角加工後の複数のNbSn単芯超電導線材用前駆体をCu系芯部(六角対辺長1.6mm、無酸素銅、純度4N)の外周に配置するように第3Cu系チューブ(外径が30.0mm、内径が24.0mm、厚さが3.0mm、無酸素銅、純度4N)へ挿入した。第3Cu系チューブの内部について、NbSn単芯超電導線材用前駆体の本数、および横断面におけるNb系チューブの合計断面積は、表1に示す値であった。
 なお、横断面におけるNb系チューブの合計断面積の違いによって後述で製造するNbSn多芯超電導線材の超電導特性の差が出ないように、(NbSn単芯超電導線材用前駆体1本あたりの横断面におけるNb系チューブの断面積)×(第3Cu系チューブ内に挿入したNbSn単芯超電導線材用前駆体の本数)の値、すなわち横断面における第3Cu系チューブ内のNb系チューブの合計断面積が全て同じになるように、線材設計を行った。その後、線径が0.8mmになるまで、ダイスによる伸線加工を行い、NbSn多芯超電導線材用前駆体を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 NbSn多芯超電導線材用前駆体について、長手方向の長さを2cmに切断して得られる切断サンプルを5本ずつ作製し、切断サンプルを樹脂埋めおよび研磨することで長手方向の断面を面出しした。面出しした断面をSEM(測定領域は100μm×100μm、測定倍率は1000倍)で観察して、Sn系線材の幅方向の最小寸法、Nb系チューブの幅方向の最小厚さ、硬質相の幅方向の最大寸法を測定した。また、面出しした断面を長手方向に沿ってSEM(測定領域は500μm×2cm、測定倍率が200倍)で観察して、10cm当たりのNb系チューブのチューブ破れの発生の生じている箇所数を計測した。そして、Sn系線材の幅方向の最小寸法に対する硬質相の幅方向の最大寸法の値(硬質相の幅方向の最大寸法×100/Sn系線材の幅方向の最小寸法)、Nb系チューブの幅方向の最小厚さに対する硬質相の幅方向の最大寸法の値(硬質相の幅方向の最大寸法×100/Nb系チューブの幅方向の最小厚さ)を算出した。これらの結果を表2に示す。なお、硬質相の幅方向の最大寸法は、挿入時のSn系素材と同様に、10.0μmであった。
 次に、実施例1~2および比較例1のNbSn多芯超電導線材用前駆体について、アルゴン雰囲気下、加熱温度670℃、加熱時間100時間の条件で、加熱処理を行い、複数のNbSn単芯超電導線材を備えるNbSn多芯超電導線材を得た。得られたNbSn多芯超電導線材について、下記の評価を行った。結果を表2に示す。
[1] 臨界電流密度(Jc)
 長さ50mmに切断したNbSn多芯超電導線材に関して、線材両端部を電流リードと接続し、線材中心部から各端部方向に5mmだけ離れた2点を電圧タップとして、タップ間距離10mmで4端子法測定を行なった。温度4.2K、外部磁場16Tの状態で線材に電流を流し、上記電圧タップ間に生じる電圧値をモニタリングした。タップ間電圧値が10μV/mとなる電流値を臨界電流(Ic)とし、線材の銅比(NbSn多芯超電導線材に対する銅の体積比)に1だけ足した値を臨界電流(Ic)に乗じた後、さらに線材断面積で除した値を臨界電流密度(Jc)とした。
[2] 残留抵抗比(RRR)
 長さ250mmに切断したNbSn多芯超電導線材に関して、線材両端部を電流リードと接続し、線材中心部から各端部方向に60mmだけ離れた2点を電圧タップとして、タップ間距離120mmで4端子法測定を行なった。外部磁場0Tにおいて、温度273Kでの電圧タップ間の電気抵抗値(R273K)を、温度4.2Kでの電圧タップ間の電気抵抗値(R4.2K)で除した値を残留抵抗比(RRR)とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1~2に示すように、実施例1では、硬質相の幅方向の最大寸法がSn系線材の幅方向の最小寸法の50%以下であった。そのため、硬質相と硬質相の外側に配置される第1Cu系チューブおよびNb系チューブとの接触が減少し、Nb系チューブの破れが抑制され、臨界電流密度Jcおよび残留抵抗比RRRが向上した。
 また、Sn系線材の幅方向の最小寸法およびNb系チューブの幅方向の最小厚さを大きくした実施例2では、Sn系線材の最小寸法に対する硬質相の最大寸法の値が小さくなったため、硬質相と第1Cu系チューブおよびNb系チューブとの接触が減少したことに加えて、硬質相の幅方向の最大寸法がNb系チューブの幅方向の最小厚さ以下であったため、硬質相とNb系チューブとが接触しても、その接触点においてチューブ破れが発生しないことが多くなり、結果としてチューブ破れの数はさらに減少した。その結果、臨界電流密度Jcおよび残留抵抗比RRRはさらに増加した。
 一方、比較例1では、硬質相の最大寸法がSn系線材の最小寸法の50%よりも大きかったため、硬質相と第1Cu系チューブおよびNb系チューブとの接触が増加したことに加えて、硬質相の最大寸法がNb系チューブの最小厚さより大きくなった。そのため、硬質相とNb系チューブとの接触点で破れが多発した結果、臨界電流密度Jcおよび残留抵抗比RRRはいずれも低下した。
 このように、実施例1および実施例2では、Nb系チューブの破れが減少したことに伴って、臨界電流密度Jcおよび残留抵抗比RRRがいずれも増加した。このような超電導特性の増加の要因は、単位長さ当たりのチューブ破れ数の減少によって、比較例1で生じたチューブ破れ部分における第2Cu系チューブへのSn成分の漏れが抑制されたこと、および比較例1で生じた超電導部分であるNbSnの長手方向での分断が抑制されたことによるものである。
 上記実施例1および2は、多芯線仕上がり後のNb系チューブ肉厚およびSn系線材直径を増やした場合にNb系チューブの破れの抑制およびJcやRRRの向上が可能であることを示しているが、Nb系チューブ肉厚やSn系線材直径を極端に大きくした場合(すなわち、超電導フィラメント径が極端に太い場合)は、交流電場下で使用した際の交流損失が大幅に上昇し、NbSn多芯超電導線材を使用した機器の効率低下や冷凍負荷の増大が発生する。線材設計時は、使用するSn系線材中の硬質相サイズを確認し、Nb系チューブ破れの発生リスクを抑制した、上記のような硬質相のサイズとSn系線材のサイズとNb系チューブのサイズとが所望の関係を満たす範囲で、可能な限りフィラメント径を小さくするよう設計すると良い。
(実施例3~5および比較例2)
 同じ種類のSn系素材を用いて硬質相の大きさを固定し、NbSn単芯超電導線材用前駆体の大きさやNbSn単芯超電導線材用前駆体の挿入本数を変えることによって、Sn系線材の幅方向の最小寸法およびNb系チューブの幅方向の最小厚さを変えた実施例1~2および比較例1に対して、実施例3~5および比較例2では、NbSn単芯超電導線材用前駆体の大きさおよびNbSn単芯超電導線材用前駆体の挿入本数を固定し、硬質相の大きさを変えることによって、Sn系線材の幅方向の最小寸法およびNb系チューブの幅方向の最小厚さを変えた。なお、ここでは、硬質相の寸法を意図的に制御したSn系素材を用いた。すなわち、実施形態で述べたように、実施例3~5および比較例2で用いた組成のSn系素材は、いずれも寸法の小さい硬質相を容易に形成できる。しかしながら、硬質相の寸法が超電導特性に与える影響について調査するため、例えば比較例2のように、Sn-1.0wt%TiのSn系素材であっても、硬質相の寸法を意図的に大きくした。
 まず、外径が27.5mm、内径が24.5mm、厚さが1.5mmの第1Cu系チューブ(無酸素銅、純度4N)に、外径が24.0mmで表3に示す組成の線状のSn系素材を挿入した。また、挿入時のSn系素材について、上記同様にSEMで観察した結果、長手方向に平行な縦断面における硬質相の幅方向の最大寸法は表3に示す値であった。続いて、Sn系素材を被覆した第1Cu系チューブについて、線径が4.8mmになるまで、ダイスによる伸線加工を行って、第1被覆線材を得た。続いて、外径が8.2mm、内径が5.5mm、厚さが1.35mmの純Nbチューブに第1被覆線材を挿入して第2被覆線材を得た。続いて、第2被覆線材の外側に、外径が9.7mm、内径が8.5mm、厚さが0.6mmの第2Cu系チューブ(無酸素銅、純度4N)を被覆した。
 こうして得られた線材について、六角対辺長が1.57mmになるまでダイス加工を行った後、六角加工後の132本のNbSn単芯超電導線材用前駆体をCu系芯部(六角対辺長1.57mm、無酸素銅、純度4N)の外周に配置するように第3Cu系チューブ(外径が30.0mm、内径が24.0mm、厚さが3.0mm、無酸素銅、純度4N)へ挿入した。その後、線径が0.8mmになるまで、ダイスによる伸線加工を行い、NbSn多芯超電導線材用前駆体を得た。
 NbSn多芯超電導線材用前駆体について、上記と同様にして、各種寸法を測定した。測定結果を表3に示す。Sn系線材の幅方向の最小寸法は16.0μm、Nb系チューブの幅方向の最小厚さは12.0μm、NbSn多芯超電導線材用前駆体の縦断面におけるSn系線材の断面積SSnに対するNb系チューブの断面積SNbの比(SNb/SSn)は2.5であった。また、硬質相の幅方向の最大寸法は、挿入時のSn系素材と同様であった。
 次に、NbSn多芯超電導線材用前駆体について、上記と同様の加熱処理を行ってNbSn多芯超電導線材を作製し、その超電導特性を上記と同様にして測定した。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に示すように、硬質相の最大寸法が10.0μmであった実施例3では、硬質相の最大寸法がSn系線材の最小寸法の50%よりも大きかったため、硬質相と第1Cu系チューブおよびNb系チューブとの接触は従来と同様であるものの、硬質相の最大寸法がNb系チューブの最小厚さ以下であった。そのため、硬質相とNb系チューブとが接触しても、その接触点においてチューブ破れが発生しないことが多くなり、結果としてチューブ破れが抑制された。
 また、硬質相の最大寸法が6.0μmであった実施例4では、硬質相の最大寸法がSn系線材の最小寸法の50%以下であったため、硬質相と第1Cu系チューブおよびNb系チューブとの接触箇所が減少した。さらに、Nb系チューブの最小厚さに対する硬質相の最大寸法の値がさらに小さくなった。そのため、硬質相とNb系チューブとの接触点において、チューブ破れの数はさらに減少した。
 また、硬質相の最大寸法が3.0μmであった実施例5では、硬質相の最大寸法をSn系線材の最小寸法の20.0%以下にしたことで、硬質相は第1Cu系チューブおよびNb系チューブと全く接触しなかった。そのため、長さ10cm当たりでのチューブ破れは観測されなかった。
 このように、実施例3~5では、硬質相の最大寸法の減少に伴って、チューブ破れ数が減少し、臨界電流密度Jcおよび残留抵抗比RRRがいずれも増加した。このような超電導特性の増加の要因は、チューブ破れ数の減少によって、Nb系チューブの外側にある第2Cu系チューブへのSn成分の漏れが抑制されたこと、および超電導部分であるNbSnの長手方向での分断が抑制されたことによるものである。
 一方、硬質相の最大寸法が15.0μmであった比較例2では、硬質相の最大寸法がSn系線材の最小寸法の50%よりも大きかったため、硬質相と第1Cu系チューブおよびNb系チューブとの接触が増加した。さらに、硬質相の最大寸法がNb系チューブの最小厚さより大きかった。そのため、硬質相とNb系チューブとの接触点でチューブ破れが多発した。
 このように、比較例2では、硬質相の最大寸法の増大によって、チューブ破れ数が増加し、臨界電流密度Jcおよび残留抵抗比RRRがいずれも低下した。このような超電導特性の低下の要因は次の通りである。臨界電流密度Jcの低下については、Nb系チューブのチューブ破れが発生した部分において、NbSnを生成するための加熱処理時に、Sn成分が、Nb系チューブのNb成分よりも、Nb系チューブの外側にある第2Cu系チューブのCu成分と優先的に拡散反応したことで、超電導成分であるNbSnの生成量が減少したことに加えて、得られるNbSnのSn欠乏による化学量論比からの組成ずれが生じたことによるものである。また、NbSnが長手方向に分断されたことによっても、臨界電流密度Jcは低下した。また、残留抵抗比RRRの低下については、Nb系チューブのチューブ破れ部分において、Sn成分の漏れが生じ、Sn成分がNb系チューブの外側にある第2Cu系チューブのCu成分と反応してブロンズ化したことによって、本来は安定化材として機能する第2Cu系チューブが汚染されたことによるものである。
 1  NbSn単芯超電導線材用前駆体
 2  NbSn多芯超電導線材用前駆体
 10 Sn系線材
 11 マトリックス相
 12 硬質相
 20 第1Cu系チューブ
 30 Nb系チューブ
 40 第2Cu系チューブ
 50 Cu系芯部
 51 Cu系線材
 60 多層線材部
 70 第3Cu系チューブ
 80 Cu系スペーサ部
 81 Cu系線材

Claims (10)

  1.  Sn系線材と、前記Sn系線材の外周面を被覆する第1Cu系チューブと、前記第1Cu系チューブの外表面を被覆するNb系チューブと、前記Nb系チューブの外表面を被覆する第2Cu系チューブとを備えるNbSn単芯超電導線材用前駆体であって、
     前記Sn系線材は、マトリックス相と、前記マトリックス相より硬い1種以上の硬質相とを含み、
     前記NbSn単芯超電導線材用前駆体の長手方向に平行な断面において、前記硬質相は、前記長手方向に対して垂直な幅方向の最大寸法が、前記Sn系線材の前記幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、前記Nb系チューブの前記幅方向の最小厚さ以下であることを特徴とするNbSn単芯超電導線材用前駆体。
  2.  前記Sn系線材は、Ti、Cu、Hf、Zn、ZrおよびAlからなる群より選択される1種以上の元素を合計で10.0質量%以下含有する、請求項1に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体。
  3.  前記断面において、前記硬質相の前記最大寸法が、前記Sn系線材の前記最小寸法の40%以下である請求項1または2に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体。
  4.  前記断面において、前記硬質相の前記最大寸法が、前記Sn系線材の前記最小寸法の20%以下である請求項1~3のいずれか1項に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体。
  5.  前記断面において、前記Sn系線材の断面積SSnに対する前記Nb系チューブの断面積SNbの比(SNb/SSn)は、2.0以上4.0以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体。
  6.  線状のSn系素材を第1Cu系チューブに挿入し伸線して、前記Sn系素材を伸線してなるSn系線材の外周面を前記第1Cu系チューブで被覆した第1被覆線材を形成する工程と、
     前記第1被覆線材をNb系チューブに挿入して第2被覆線材を得る工程と、
     前記第2被覆線材を第2Cu系チューブに挿入し伸線する工程と
    を有するNbSn単芯超電導線材用前駆体の製造方法であって、
     前記Sn系線材は、マトリックス相と、前記マトリックス相より硬い1種以上の硬質相とを含み、
     前記NbSn単芯超電導線材用前駆体の長手方向に平行な断面において、前記硬質相は、前記長手方向に対して垂直な幅方向の最大寸法が、前記Sn系線材の前記幅方向の最小寸法の50%以下、および/または、前記Nb系チューブの前記幅方向の最小厚さ以下であることを特徴とするNbSn単芯超電導線材用前駆体の製造方法。
  7.  請求項1~5のいずれか1項に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体の加熱生成物であることを特徴とするNbSn単芯超電導線材。
  8.  複数のCu系線材を束ねてなるCu系芯部と、
     請求項1~5のいずれか1項に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体の複数を、前記Cu系芯部の外周側に複数層に亘って取り囲むように配置される多層線材部と、
     前記多層線材部の外周を被覆する第3Cu系チューブと
    を備えることを特徴とするNbSn多芯超電導線材用前駆体。
  9.  複数のCu系線材を束ねてなるCu系芯部と、前記Cu系芯部の外周側に複数層に亘って取り囲むように配置される請求項1~5のいずれか1項に記載のNbSn単芯超電導線材用前駆体の複数を有する多層線材部とを、第3Cu系チューブに挿入し伸線する工程を有することを特徴とするNbSn多芯超電導線材用前駆体の製造方法。
  10.  請求項8に記載のNbSn多芯超電導線材用前駆体の加熱生成物であることを特徴とするNbSn多芯超電導線材。
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