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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tube
superconducting wire
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core superconducting
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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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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02E40/60—Superconducting 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

Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、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Ｎｂ３Ｓｎを用いたＮｂ３Ｓｎ超電導線材が用いられている。
　上記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材は、ブロンズ法と呼ばれる製法で製造されたＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ生成の熱処理を施すＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体の製造方法。
［１０］　上記［８］に記載のＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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多芯超電導線材を提供することができる。
図１は、実施形態のＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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。Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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。Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｃｕ６Ｓｎ５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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体１の場合、すなわち、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体を用いて後述のＮｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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。Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ多芯超電導線材の製造時の加熱処理によって得られるＮｂ３Ｓｎの生成量の低下や、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材について説明する。実施形態のＮｂ３Ｓｎ単芯超電導線材は、上記のＮｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体の加熱生成物である。
　Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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。
　Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体を加熱することによって、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体の加熱生成物であるＮｂ３Ｓｎ単芯超電導線材が得られる。
　次に、実施形態のＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体１であってもよい。Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体２やＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体２の組み立て容易性から、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体１を束ねてなり、複数のＮｂ３Ｓｎ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。Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体１を配置されてなるＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体１の個数や積層数は、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体１の配置状態は、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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。
　Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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。
　Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体を構成する各Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体について、上記のＮｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体と同様に、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材について説明する。実施形態のＮｂ３Ｓｎ多芯超電導線材は、上記のＮｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体の加熱生成物である。
　Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体を加熱することによって、Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体の加熱生成物であるＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ多芯超電導線材の製造時における線材加工性に優れたＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体を用いて製造したＮｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材の製造条件であっても、上記Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体を用いて製造されたＮｂ３Ｓｎ単芯超電導線材やＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材の超電導特性の差が出ないように、（Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材を備えるＮｂ３Ｓｎ多芯超電導線材を得た。得られたＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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（Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体の大きさやＮｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体の大きさおよびＮｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材用前駆体を得た。
　Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎの生成量が減少したことに加えて、得られるＮｂ３Ｓｎ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、Ｎｂ３Ｓｎ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　　Ｎｂ３Ｓｎ単芯超電導線材用前駆体
　２　　Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ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Ｎｂ３Ｓｎ多芯超電導線材。
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