WO2023127856A1 - 化合物超電導線 - Google Patents
化合物超電導線 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023127856A1 WO2023127856A1 PCT/JP2022/048120 JP2022048120W WO2023127856A1 WO 2023127856 A1 WO2023127856 A1 WO 2023127856A1 JP 2022048120 W JP2022048120 W JP 2022048120W WO 2023127856 A1 WO2023127856 A1 WO 2023127856A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- compound
- compound superconducting
- superconducting wire
- area
- ratio
- Prior art date
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 196
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000000550 scanning electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910000657 niobium-tin Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 14
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 13
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 9
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910017755 Cu-Sn Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910017927 Cu—Sn Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 4
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- -1 copper and aluminum Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
- H01B12/10—Multi-filaments embedded in normal conductors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Definitions
- This disclosure relates to compound superconducting wires.
- Patent Document 1 the present applicant has a structure in which a plurality of NbTi filaments are embedded in an alloy matrix of Cu and Ni, which is used as a reinforcing member of a compound superconducting wire after being subjected to diffusion heat treatment, and NbTi
- the filaments are reported to be Cu/NbTi-based reinforcements formed with a diameter of 10 ⁇ m to 40 ⁇ m.
- Even a Cu/NbTi-based Nb 3 Sn wire using a conventional Cu/NbTi-based reinforcing material cannot obtain practically sufficient characteristics such as visible brittleness.
- Ni in the reinforcing material, the tensile strength and breaking stress of the Nb 3 Sn wire are improved.
- the purpose of the present disclosure is to provide a compound superconducting wire with excellent tensile strength.
- a compound superconducting wire comprising: a columnar reinforcing material portion composed of a second matrix containing Then, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the compound superconducting wire, Ni with respect to the maximum strength in the SEM-EDX elemental analysis, which occupies the measurement area of the SEM-EDX elemental analysis for all elements in the reinforcement part
- a compound superconducting wire wherein the ratio of the area of the Ni-rich region to which the attributed strength ratio is 15% or more is 5.0% or less.
- the ratio of the area of the Ti-rich region in which the ratio of the strength attributed to Ti to the maximum strength in the SEM-EDX elemental analysis is 60% or more in the measurement area is 30% or more.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a compound superconducting wire of an embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the compound superconducting wire of the embodiment.
- FIG. 3 is a graph showing an example of line analysis results of all elements using SEM-EDX.
- the inventors of the present invention have found that although the tensile strength of the compound superconducting wire increases by containing Ni in the reinforcing member as in Patent Document 1, the Ni content in the reinforcing member increases. It has been found that the tensile strength of the compound superconducting wire decreases when the amount of NiTi-based compound (hereinafter simply referred to as NiTi compound) produced in the reinforcement portion increases.
- NiTi compound NiTi-based compound
- a compound superconducting wire of an embodiment comprises a plurality of compound superconducting filaments containing a compound superconducting phase composed of Nb 3 Sn, and a first matrix in which the plurality of compound superconducting filaments are embedded and which contains a first stabilizer.
- a compound superconductor portion composed of a compound superconductor portion, a plurality of reinforcing filaments made of NbTi disposed inside the compound superconductor portion, and a second reinforcing filament embedded with the plurality of reinforcing filaments and made of a Cu alloy a second matrix containing a bistable material; and a cylindrical stabilizer portion disposed on at least one of the inner peripheral side and the outer peripheral side of the compound superconductor portion.
- Ni with respect to the maximum strength in the SEM-EDX elemental analysis which occupies the measurement area of the SEM-EDX elemental analysis targeting all elements in the reinforcement part
- the ratio of the area of the Ni-rich region with the attributed intensity ratio of 15% or more is 5.0% or less.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the compound superconducting wire of the embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the compound superconducting wire of the embodiment.
- the compound superconducting wire 1 has a compound superconductor portion 10, a reinforcement portion 20, and a stabilizer portion 30.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the compound superconducting wire of the embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the compound superconducting wire of the embodiment.
- the compound superconducting wire 1 has a compound superconductor portion 10, a reinforcement portion 20, and a stabilizer portion 30.
- a compound superconducting portion 10 constituting a compound superconducting wire 1 is composed of a plurality of compound superconducting filaments 11 containing a compound superconducting phase composed of Nb 3 Sn and a first matrix 12 .
- the compound superconductor portion 10 is cylindrical and extends along the longitudinal direction of the compound superconducting wire 1 .
- the first matrix 12 embeds a plurality of compound superconducting filaments 11 and contains a first stabilizer.
- the first matrix 12 containing the first stabilizing material can provide the effects of suppressing damage to the compound superconducting filaments 11 in the compound superconducting wire 1, magnetically stabilizing it, and thermally stabilizing it. These effects are further improved when the first stabilizer constituting the first matrix 12 is copper or a copper alloy. Since the compound superconducting phase is a metal compound superconducting phase formed of Nb 3 Sn, the first stabilizer is preferably made of a Cu—Sn alloy.
- the first stabilizer in the first matrix 12 is a Cu—Sn alloy, and the Sn in the Cu—Sn alloy is used to generate Nb 3 Sn filaments as the compound superconducting filaments 11. As a result, Even if the Sn content ratio of is reduced to about 1.0% by mass or more and about 2.0% by mass, the first matrix 12 does not have a function as a stabilizer corresponding to Cu.
- a compound superconductor portion 10 manufactured by the bronze method is shown.
- a compound superconducting wire precursor (not shown) in which multiple Nb filaments, which are compound superconducting filament precursors, are embedded in a first matrix precursor of a Cu—Sn alloy, which is a first stabilizer.
- Sn in the first matrix precursor diffuses and reacts with the surface of the Nb filament, thereby converting the Nb filament to the compound superconducting filament 11 Nb 3 Sn filaments can be produced.
- the enlarged views of the compound superconductor portion 10 shown in FIGS. 1 and 2 show an example in which a core portion 13 of unreacted Nb remaining without reacting with Sn exists.
- the unreacted core portion 13 may become compound superconducting. It may not exist in the compound superconducting filament 11 of the body 10 .
- the reinforcing member 20 that constitutes the compound superconducting wire 1 is columnar and is arranged inside the compound superconducting portion 10 .
- the reinforcement part 20 is composed of a plurality of reinforcement filaments 21 and a second matrix 22 .
- a second matrix 22 embeds a plurality of reinforcing filaments 21 and includes a second stabilizer.
- the multiple reinforcing filaments 21 are made of NbTi.
- the second stabilizer forming the second matrix 22 is made of a Cu alloy. Cu alloys contain Ni.
- the stabilizer section 30 that constitutes the compound superconducting wire 1 is tubular and is arranged on at least one of the inner peripheral side and the outer peripheral side of the compound superconducting section 10 .
- the stabilizing material portion 30 is made of a third stabilizing material. 1 shows an example in which the stabilizer portion 30 is arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the compound superconductor portion 10, and in FIG. 2, the stabilizer portion 30 is arranged on the outer peripheral side of the compound superconductor portion 10. example is shown.
- the stabilizing material portion 30 can suppress abnormal deformation during processing of the compound superconductor portion 10 and have the effect of providing a stabilizing function.
- the third stabilizer that constitutes the stabilizer part 30 is preferably copper or a copper alloy, more preferably oxygen-free copper.
- the stabilizer ensures thermal contact with the refrigerant and/or provides an electrical and/or thermal effect to the superconductor so as to act as an electrical shunt circuit.
- a normally-conducting metallic material generally metallic, which is compounded into a superconductor to increase the stability of the superconductor.
- normal-conducting metals such as copper and aluminum have low resistivity at extremely low temperatures and good thermal conductivity. Also, current bypasses these normal-conducting metals.
- the compound superconducting wire 1 includes Nb or It is preferable to further have a Sn diffusion preventing portion 40 made of Ta or an alloy or composite material thereof.
- the Sn diffusion preventing portions 40 are provided on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the compound superconductor portion 10 .
- the Sn diffusion prevention part 40 is a first matrix precursor for forming Nb 3 Sn filaments in the compound superconductor part 10 when the compound superconducting wire precursor is subjected to the heat treatment for producing the compound superconductor part.
- the amount of Sn necessary for reacting with the Nb filament of the compound superconducting filament precursor to generate Nb 3 Sn is retained in the Cu—Sn alloy. It has the function to
- the compound superconducting wire 1 may further have an electrical insulation portion 50 on the outermost periphery.
- the electrical insulation portion 50 is made of resin, glass, or the like having electrical insulation.
- the ratio of the strength attributed to Ni to the maximum strength in the SEM-EDX elemental analysis for all elements in the reinforcement part 20, which occupies the measurement area of the EDX elemental analysis (hereinafter also simply referred to as SEM-EDX elemental analysis)
- the area ratio of the Ni-rich region (hereinafter also simply referred to as the Ni-rich region) that is 15% or more is 5.0% or less.
- a CuTi-based compound (hereinafter simply referred to as a CuTi compound), which is a reinforcing member, is generated in the reinforcing member 20, and the compound NiTi compounds that reduce the tensile strength of the superconducting wire 1 are also produced.
- a NiTi compound exists in the Ni-rich region in the reinforcing member 20 .
- the portion where the NiTi compound exists corresponds to the Ni-rich region.
- the Ni-rich region is a region in which the ratio of the strength attributed to Ni to the maximum strength in SEM-EDX elemental analysis is 15% or more in the area measured by SEM-EDX elemental analysis, and is present in the reinforcement part 20. do.
- the compound superconducting wire 1 has excellent tensile strength.
- the ratio of the area of the Ni-rich region to the area measured by SEM-EDX elemental analysis is 5.0% or less and 4.1% or less. is preferable, and the decrease in the tensile strength of the compound superconducting wire 1 can be suppressed as the ratio of the area of the Ni-rich region is smaller.
- the ratio of the intensity attributed to Ti to the maximum intensity in SEM-EDX elemental analysis in the measurement area of SEM-EDX elemental analysis is 60% or more.
- the ratio of the area of the rich region (hereinafter also simply referred to as the Ti-rich region) is preferably 30% or more.
- a CuTi compound which is a reinforcing member, exists in the Ti-rich region in the reinforcing member 20 .
- the portion where the CuTi compound exists corresponds to the Ti-rich region.
- the Ti-rich region is a region in which the ratio of the strength attributed to Ti to the maximum strength in SEM-EDX elemental analysis is 60% or more in the area measured by SEM-EDX elemental analysis, and is present in the reinforcement portion 20. do. Therefore, in the cross section of the compound superconducting wire 1, the tensile strength of the compound superconducting wire 1 can be further improved when the ratio of the area of the Ti-rich region to the area measured by the SEM-EDX elemental analysis is equal to or higher than the above ratio.
- the SEM-EDX elemental analysis targeting all the elements in the reinforcement portion 20 is performed as follows.
- the value of the X-ray intensity attributed to each element is defined with the maximum X-ray intensity (number of counts per second, unit cps) observed for all elements being 100(%).
- the ratio of the X-ray intensity attributed to Ni to the maximum X-ray intensity observed for all elements is defined as 15% or more.
- the ratio of the X-ray intensity attributed to Ti to the maximum X-ray intensity observed for all elements is defined as 60% or more.
- FIG. 3 is an example of line analysis results and is outside the scope of this embodiment.
- Ni, Ti, Cu, Nb, and Sn were detected as a result of line analysis of all elements using SEM-EDX.
- the vertical axis is X-ray intensity (counts per second, unit cps).
- the ratio of the X-ray intensity attributed to Ni (Ni15%) and the ratio of the X-ray intensity attributed to Ti (Ti60%) with respect to the maximum X-ray intensity observed for all elements are indicated respectively.
- the area of the Ni-rich region and the area of the Ti-rich region can be obtained as follows.
- Ni element and Ti element is performed on the measured area (3072 ⁇ m 2 ) of the reinforcing member 20 observed above.
- the surface analysis result is represented by the X-ray intensity with respect to the scanning position of the electron beam.
- the data obtained by SEM-EDX is analyzed by analysis software (a Python self-made program) to obtain a monochrome bitmap image in which X-ray intensities are assigned within the hierarchy of 0-255.
- analysis software a Python self-made program
- an X-ray intensity region in which the ratio of the X-ray intensity attributed to Ni in the measurement area is 15% or more is defined as a Ni-rich region, and the X-ray intensity in which the ratio of the X-ray intensity attributed to Ti is 60% or more. Let the region be a Ti-rich region.
- the ratio of the area of reinforcing member 20 to the area of compound superconducting wire 1 is preferably 10% or more and 50% or less, and more preferably 10% or more and 30%. % or less.
- the tensile strength of the compound superconducting wire 1 can be improved when the ratio of the area of the reinforcing member 20 to the area of the compound superconducting wire 1 in the cross section of the compound superconducting wire 1 is 10% or more.
- the ratio of the area of the reinforcing material portion 20 to the area of the compound superconducting wire 1 is 50% or less, the area of the compound superconducting portion 10 occupying the area of the compound superconducting wire 1 is reduced. It is possible to suppress deterioration in the current-carrying properties of the compound superconducting wire 1 that accompanies this.
- a Sn diffusion preventing portion is provided inside the stabilizer portion, and a plurality of compound superconducting filament precursor Nb filaments and a Cu-
- a compound superconductor portion precursor composed of a first matrix precursor made of an Sn alloy, and a billet formed by sequentially arranging an Sn diffusion prevention portion and a reinforcement portion inside the compound superconductor portion precursor.
- a compound superconducting wire precursor is obtained by extruding and then drawing.
- a bronze method As a process for obtaining a compound superconducting wire precursor, a bronze method, an internal tin diffusion method, a powdery tube method, etc. can be applied.
- the compound superconducting wire 1 can be manufactured by subjecting the compound superconducting wire precursor to a heat treatment that produces a compound superconducting portion.
- the heat treatment of the compound superconducting wire precursor is performed in multiple stages.
- the compound superconducting wire precursor is heat-treated in two stages.
- the first step the condition of 530 ° C. or higher and 630 ° C. or lower for 70 hours or more and 120 hours or less
- the second step the condition of 630 ° C. or higher and 700 ° C. or lower and 30 hours or more and 60 hours or less
- the compound superconducting wire precursor It is preferable to heat-treat the body.
- the compound superconducting wire precursor is heat treated at a high temperature, the formation of NiTi compounds tends to be promoted.
- an electrical insulation portion is formed in the compound superconducting wire 1 as necessary.
- the element distribution in the reinforcement portion by controlling the element distribution in the reinforcement portion and suppressing the amount of NiTi compound produced in the reinforcement portion, the decrease in the tensile strength of the compound superconducting wire caused by the NiTi compound is suppressed. It is possible to obtain a compound superconducting wire having excellent tensile strength.
- the compound superconducting wire of the embodiment has the configuration shown in FIGS.
- the compound superconductor portion, the reinforcing material portion, and the stabilizing material portion shown in (1) may be provided.
- the compound superconducting wire has a wire diameter of 1.8 mm, and in the cross section of the compound superconducting wire, the ratio of the area of the reinforcing material portion to the area of the compound superconducting wire is 10%, and the compound In the cross section of the superconducting wire, Table 1 shows the ratio of the area of the Ni-rich region and the ratio of the area of the Ti-rich region to the area measured by SEM-EDX elemental analysis for all elements in the reinforcement part.
- the first stage heat treatment is performed at 550° C. or more and 610° C. or less for 70 hours or more and 80 hours or less
- the second stage heat treatment is performed at 630° C. or more and 680° C.
- a compound superconducting wire was produced under the following conditions for 30 hours or more and 60 hours or less.
- Example B-1 and B-2 A compound superconducting wire was produced in the same manner as in Example A-1, except that the ratio of the area of the reinforcement portion to the area of the compound superconducting wire in the cross section of the compound superconducting wire was set to 20%.
- Examples C-1 to C-2) A compound superconducting wire was produced in the same manner as in Example A-1, except that the ratio of the area of the reinforcement portion to the area of the compound superconducting wire in the cross section of the compound superconducting wire was set to 30%.
- Example D-1 to D-2 A compound superconducting wire was produced in the same manner as in Example A-1, except that in the cross section of the compound superconducting wire, the ratio of the area of the reinforcement portion to the area of the compound superconducting wire was set to 50%.
- Examples A-3 to A-4, B-3 to B-4, C-3 to C-4, D-3 to D-4) The area ratio of the reinforcing material shown in Table 1 and the first stage heat treatment are performed at 570 ° C. or higher and 610 ° C. or lower for 80 hours or more and 90 hours or less, and the second stage heat treatment is performed at 660 ° C. or higher and 680 ° C. or lower for 40 hours.
- a compound superconducting wire was produced in the same manner as in Example A-1, except that the conditions were 1 hour to 50 hours.
- Examples A-5 to A-6, B-5 to B-6, C-5 to C-6, D-5 to D-6) The area ratio of the reinforcing material shown in Table 1 and the first stage heat treatment are performed at 530 ° C. or higher and 610 ° C. or lower for 90 hours or more and 100 hours or less, and the second stage heat treatment is performed at 660 ° C. or higher and 700 ° C. or lower for 50 hours.
- a compound superconducting wire was produced in the same manner as in Example A-1, except that the conditions were 60 hours or longer.
- Examples A-7, B-7, C-7, D-7) The area ratio of the reinforcing material shown in Table 1 and the first stage heat treatment are performed at 610 ° C. or higher and 630 ° C. or lower for 110 hours or more and 120 hours or less, and the second stage heat treatment is performed at 680 ° C. or higher and 700 ° C. or lower for 50 hours.
- a compound superconducting wire was produced in the same manner as in Example A-1, except that the conditions were 60 hours or longer.
- the ratio of the X-ray intensity attributed to Ni to the maximum X-ray intensity (counts per second, unit cps) observed for all elements was defined as 15% or more.
- the Ti-rich region was defined as having a ratio of the X-ray intensity attributed to Ti to the maximum X-ray intensity observed for all elements to be 60% or more.
- Ni element was surface analysis of Ni element was performed on the measured area (3072 ⁇ m 2 ) of the observed reinforcement portion.
- the data obtained by the SEM-EDX was analyzed with analysis software (a Python self-made program) to obtain a monochrome bitmap image in which the X-ray intensities are assigned within the hierarchy of 0-255. Then, an X-ray intensity region in which the ratio of the X-ray intensity attributed to Ni to the measured area was 15% or more was defined as a Ni-rich region. Also, an X-ray intensity region in which the ratio of the X-ray intensity attributed to Ti to the measured area was 60% or more was defined as a Ti-rich region.
- the area ratio of the Ni-rich region to the measurement area of SEM-EDX elemental analysis for all elements in the reinforcement part is 5.0% or less.
- the example had higher tensile strength than the comparative example in which the area ratio of the Ni-rich region exceeded 5.0%.
- the tensile strength increased as the ratio of the area of the reinforcement portion to the area of the compound superconducting wire increased.
- the critical current of the compound superconducting wire of the example was equal to or higher than that of the comparative example.
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
化合物超電導線は、Ｎｂ３Ｓｎで構成される化合物超電導相を含む複数本の化合物超電導フィラメントと、前記化合物超電導フィラメントを埋設し、第一安定化材を含む第一マトリックスとで構成される化合物超電導体部と、前記化合物超電導体部の内側に配置され、ＮｂＴｉで構成される複数本の強化フィラメントと、前記強化フィラメントを埋設し、Ｃｕ合金で構成される第二安定化材を含む第二マトリックスとで構成される柱状の強化材部と、前記化合物超電導体部の内周側および／または外周側に配置される筒状の安定化材部とを有し、前記化合物超電導線の横断面において、前記強化材部における全元素を対象としたSEM-EDX元素分析の測定面積に占める、前記SEM-EDX元素分析での最大強度に対するＮｉに帰属する強度の比が１５％以上であるＮｉリッチ領域の面積の割合は、５．０％以下である。
Description
本開示は、化合物超電導線に関する。
近年、超電導マグネットの高磁界化や大口径化に伴い、強大な電磁力であるフープ力に耐える高強度の超電導線の開発が望まれている。特に、高磁界下での使用に適したＮｂ３Ｓｎ等の化合物超電導線の強度を高めるために、強化材の開発が進められている。
例えば、本出願人は、特許文献１で、拡散熱処理を施した後に化合物超電導線の強化材部として用いられ、ＣｕとＮｉとの合金マトリックスに複数のＮｂＴｉフィラメントを埋設した構造を有し、ＮｂＴｉフィラメントは、直径１０μｍ以上４０μｍ以下に形成されている、Ｃｕ／ＮｂＴｉ系強化材を報告している。特許文献１では、従来のＣｕ／ＮｂＴｉ系強化材を用いたＣｕ／ＮｂＴｉ系強化型Ｎｂ３Ｓｎ線材でも、もろさが見えるなど実用上、十分な特性を得ることができなかった課題に対して、Ｎｉを強化材に含有することで、Ｎｂ３Ｓｎ線材の引張強度や破断応力を向上させている。
ただし、特許文献１に記載しているＣｕ／ＮｂＴｉ系強化材を化合物超電導線に適用しても、引張強さを高いレベルで達成することについて、改善する余地があった。
本開示の目的は、引張強さに優れている化合物超電導線を提供することである。
［１］ Ｎｂ３Ｓｎで構成される化合物超電導相を含む複数本の化合物超電導フィラメントと、前記複数本の化合物超電導フィラメントを埋設し、第一安定化材を含む第一マトリックスとで構成される化合物超電導体部と、前記化合物超電導体部の内側に配置され、ＮｂＴｉで構成される複数本の強化フィラメントと、前記複数本の強化フィラメントを埋設し、Ｃｕ合金で構成される第二安定化材を含む第二マトリックスとで構成される柱状の強化材部と、前記化合物超電導体部の内周側および外周側の少なくとも一方に配置される筒状の安定化材部とを有する化合物超電導線であって、前記化合物超電導線の長手方向に垂直な断面において、前記強化材部における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める、前記ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＮｉに帰属する強度の比が１５％以上であるＮｉリッチ領域の面積の割合は、５．０％以下である、化合物超電導線。
［２］ 前記断面において、前記測定面積に占める前記Ｎｉリッチ領域の面積の割合は、４．１％以下である、上記［１］に記載の化合物超電導線。
［３］ 前記断面において、前記化合物超電導線の面積に対する前記強化材部の面積の割合は、１０％以上５０％以下である、上記［１］または［２］に記載の化合物超電導線。
［４］ 前記断面において、前記化合物超電導線の面積に対する前記強化材部の面積の割合は、１０％以上３０％以下である、上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の化合物超電導線。
［５］ 前記断面において、前記測定面積に占める、前記ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＴｉに帰属する強度の比が６０％以上であるＴｉリッチ領域の面積の割合は、３０％以上である、上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の化合物超電導線。
［２］ 前記断面において、前記測定面積に占める前記Ｎｉリッチ領域の面積の割合は、４．１％以下である、上記［１］に記載の化合物超電導線。
［３］ 前記断面において、前記化合物超電導線の面積に対する前記強化材部の面積の割合は、１０％以上５０％以下である、上記［１］または［２］に記載の化合物超電導線。
［４］ 前記断面において、前記化合物超電導線の面積に対する前記強化材部の面積の割合は、１０％以上３０％以下である、上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の化合物超電導線。
［５］ 前記断面において、前記測定面積に占める、前記ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＴｉに帰属する強度の比が６０％以上であるＴｉリッチ領域の面積の割合は、３０％以上である、上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の化合物超電導線。
本開示によれば、引張強さに優れている化合物超電導線を提供することができる。
以下、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、特許文献１のようにＮｉを強化材部に含有することで化合物超電導線の引張強さは高まるものの、強化材部のＮｉ含有量が増えて強化材部におけるＮｉＴｉ系化合物（以下、単にＮｉＴｉ化合物という）の生成量が増えると、化合物超電導線の引張強さが低下することを発見した。そして、本発明者らの発見したＮｉＴｉ化合物と化合物超電導線の引張強さとの関係性に基づき、強化材部内の元素分布を制御することで、強化材部におけるＮｉＴｉ化合物の生成を抑制し、ＮｉＴｉ化合物に起因する化合物超電導線の引張強さの低下を抑制できることを見出した。本開示は、このような知見に基づいて、完成させるに至った。
実施形態の化合物超電導線は、Ｎｂ３Ｓｎで構成される化合物超電導相を含む複数本の化合物超電導フィラメントと、前記複数本の化合物超電導フィラメントを埋設し、第一安定化材を含む第一マトリックスとで構成される化合物超電導体部と、前記化合物超電導体部の内側に配置され、ＮｂＴｉで構成される複数本の強化フィラメントと、前記複数本の強化フィラメントを埋設し、Ｃｕ合金で構成される第二安定化材を含む第二マトリックスとで構成される柱状の強化材部と、前記化合物超電導体部の内周側および外周側の少なくとも一方に配置される筒状の安定化材部とを有し、前記化合物超電導線の長手方向に垂直な断面において、前記強化材部における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める、前記ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＮｉに帰属する強度の比が１５％以上であるＮｉリッチ領域の面積の割合は、５．０％以下である。
図１は、実施形態の化合物超電導線の一例を示す横断面図である。図２は、実施形態の化合物超電導線の他の例を示す横断面図である。図１～２に示すように、化合物超電導線１は、化合物超電導体部１０と強化材部２０と安定化材部３０とを有する。
化合物超電導線１を構成する化合物超電導体部１０は、Ｎｂ３Ｓｎで構成される化合物超電導相を含む複数本の化合物超電導フィラメント１１と第一マトリックス１２とで構成される。化合物超電導体部１０は、筒状であり、化合物超電導線１の長手方向に沿って延在している。第一マトリックス１２は、複数本の化合物超電導フィラメント１１を埋設し、第一安定化材を含む。
第一安定化材を含む第一マトリックス１２は、化合物超電導線１における、化合物超電導フィラメント１１の損傷の抑制、磁気的安定化、熱的安定化という効果を奏することができる。第一マトリックス１２を構成する第一安定化材が銅または銅合金であると、これらの効果がさらに向上する。化合物超電導相がＮｂ３Ｓｎで形成される金属化合物超電導相であることから、第一安定化材はＣｕ－Ｓｎ合金で構成されていることが好ましい。
第一マトリックス１２の第一安定化材がＣｕ－Ｓｎ合金であり、Ｃｕ－Ｓｎ合金中のＳｎが化合物超電導フィラメント１１としてのＮｂ３Ｓｎフィラメントの生成に使用される結果として、第一マトリックス１２中のＳｎ含有割合が１．０質量％以上２．０質量％程度に小さくなっても、第一マトリックス１２はＣｕに相当する安定化材としての機能を有しない。
ここでは、ブロンズ法によって製造した化合物超電導体部１０を示している。ブロンズ法では、第一安定化材であるＣｕ－Ｓｎ合金の第一マトリックス前駆体中に、化合物超電導フィラメント前駆体であるＮｂフィラメントが複数本埋設された状態の化合物超電導線前駆体（不図示）に対し、化合物超電導体部を生成するための熱処理を施すと、第一マトリックス前駆体中のＳｎが拡散して、Ｎｂフィラメントの表面と反応することによって、Ｎｂフィラメントから化合物超電導フィラメント１１であるＮｂ３Ｓｎフィラメントを生成することができる。
また、図１～２に示す化合物超電導体部１０の拡大図では、Ｓｎと反応せずに残った未反応Ｎｂの芯部分１３が存在する例を示している。ただし、化合物超電導線前駆体の第一マトリックス前駆体中に含有されるＳｎの量や、化合物超電導線前駆体の化合物超電導フィラメント前駆体の径サイズなどによっては、未反応の芯部分１３が化合物超電導体部１０の化合物超電導フィラメント１１に存在しないことがある。
化合物超電導線１を構成する強化材部２０は、柱状であり、化合物超電導体部１０の内側に配置される。強化材部２０は、複数本の強化フィラメント２１と第二マトリックス２２とで構成される。第二マトリックス２２は、複数本の強化フィラメント２１を埋設し、第二安定化材を含む。
複数本の強化フィラメント２１は、ＮｂＴｉで構成される。また、第二マトリックス２２を構成する第二安定化材は、Ｃｕ合金で構成される。Ｃｕ合金には、Ｎｉが含まれる。
化合物超電導線１を構成する安定化材部３０は、筒状であり、化合物超電導体部１０の内周側および外周側の少なくとも一方に配置される。安定化材部３０は、第三安定化材からなる。図１では、安定化材部３０が化合物超電導体部１０の内周側および外周側に配置される例を示し、図２では、安定化材部３０が化合物超電導体部１０の外周側に配置される例を示している。安定化材部３０は、化合物超電導体部１０の加工中の異常変形を抑制し、安定化機能を具備するという効果を奏することができる。
安定化材部３０を構成する第三安定化材は、銅または銅合金であることが好ましく、無酸素銅であることがより好ましい。
上記のように、化合物超電導線１では、化合物超電導体部１０を構成する第一安定化材、強化材部２０を構成する第二安定化材、および安定化材部３０を構成する第三安定化材を使用している。安定化材とは、ＪＩＳ Ｈ ７００５：２００５に規定されているように、冷媒と熱的接触を確保し、および／または、電気的分流回路として働くように超電導体に電気的および／または熱的に接触させた、一般的には金属である材料であって、超電導体に複合化されて超電導体の安定性を増加させる常電導金属材料を意味する。具体的には、銅やアルミニウムなどの常電導金属は、極低温で比抵抗が低く、熱伝導が良いため、超電導線のマトリックスとして使用した場合、超電導状態から常電導状態への転移があっても、これらの常電導金属に電流がバイパスして流れる。これにより、化合物超電導線１において、発熱が抑えられ、また、発生した熱はすばやく伝播・拡散し、冷却される。さらには、外部の磁束変動をダンピングして超電導体にじかに磁束変動を伝えない、銅やアルミニウムなどの常電導金属が、超電導線の安定化材として広く用いられる。
また、図１や図２に示すように、化合物超電導線１は、化合物超電導体部１０と強化材部２０との間や化合物超電導体部１０と安定化材部３０との間に、ＮｂもしくはＴａまたはそれらの合金もしくは複合材からなるＳｎ拡散防止部４０をさらに有することが好ましい。ここでは、Ｓｎ拡散防止部４０は、化合物超電導体部１０の内周側および外周側に設けられている。Ｓｎ拡散防止部４０は、化合物超電導体部を生成するための熱処理を化合物超電導線前駆体に行っているときに、Ｎｂ３Ｓｎフィラメントを化合物超電導体部１０に形成するための第一マトリックス前駆体を構成するＣｕ－Ｓｎ合金中のＳｎが、強化材部２０や安定化材部３０に拡散することを防止し、強化材部２０を構成する第二安定化材および安定化材部３０を構成する第三安定化材の残留抵抗比の低下を抑止すると共に、化合物超電導フィラメント前駆体のＮｂフィラメントと反応してＮｂ３Ｓｎを生成するために必要なＳｎ量を、Ｃｕ－Ｓｎ合金中に保持する機能を有している。
また、図１～２に示すように、化合物超電導線１は、最外周に電気絶縁部５０をさらに有してもよい。電気絶縁部５０は、電気絶縁性を有する樹脂やガラスなどから構成される。
このような化合物超電導線前駆体の熱処理後の化合物超電導線１では、図１～２に示す化合物超電導線１の長手方向に垂直な断面において、強化材部２０における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析（以下、単にＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析ともいう）の測定面積に占める、強化材部２０における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＮｉに帰属する強度の比が１５％以上であるＮｉリッチ領域（以下、単にＮｉリッチ領域ともいう）の面積の割合は、５．０％以下である。
化合物超電導相を生成するために、化合物超電導線前駆体に対して熱処理を施すと、強化材部２０内では、強化メンバであるＣｕＴｉ系化合物（以下、単にＣｕＴｉ化合物という）が生成すると共に、化合物超電導線１の引張強さを低下させるＮｉＴｉ化合物も生成する。強化材部２０内において、Ｎｉリッチ領域には、ＮｉＴｉ化合物が存在している。換言すると、ＮｉＴｉ化合物の存在する部分は、Ｎｉリッチ領域に相当する。Ｎｉリッチ領域は、ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める、ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＮｉに帰属する強度の比が１５％以上である領域であり、強化材部２０内に存在する。
そのため、化合物超電導線１の横断面において、強化材部２０内のＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める強化材部２０内のＮｉリッチ領域の面積の割合が５．０％以下であると、強化材部２０に存在するＮｉＴｉ化合物の量が少ないことから、化合物超電導線１の引張強さの低下を抑制できる。そのため、化合物超電導線１の引張強さは、優れている。
このような観点から、化合物超電導線１の横断面において、ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占めるＮｉリッチ領域の面積の割合は、５．０％以下であり、４．１％以下であることが好ましく、当該Ｎｉリッチ領域の面積の割合が少ないほど、化合物超電導線１の引張強さの低下を抑制できる。
また、化合物超電導線１の長手方向に垂直な断面において、ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める、ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＴｉに帰属する強度の比が６０％以上であるＴｉリッチ領域（以下、単にＴｉリッチ領域ともいう）の面積の割合は、３０％以上が好ましい。
強化材部２０内において、Ｔｉリッチ領域には、強化メンバであるＣｕＴｉ化合物が存在している。換言すると、ＣｕＴｉ化合物の存在する部分は、Ｔｉリッチ領域に相当する。Ｔｉリッチ領域は、ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める、ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＴｉに帰属する強度の比が６０％以上である領域であり、強化材部２０内に存在する。そのため、化合物超電導線１の横断面において、ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占めるＴｉリッチ領域の面積の割合が上記割合以上であると、化合物超電導線１の引張強さをさらに向上できる。
化合物超電導線１の長手方向に垂直な断面において、強化材部２０における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析は、次のようにして行う。
化合物超電導線１を長手方向に垂直な方向に沿って切断し、化合物超電導線１の横断面を湿式研磨、バフ研磨により鏡面に仕上げた後、走査型電子顕微鏡（株式会社日立製作所製、ＳＥＭ ＴｙｐｅＮ、加速電圧２０ｋＶ）の二次電子像を用い、２０００倍の倍率、３０７２μｍ２の測定面積（縦４８μｍ、横６４μｍ）で強化材部２０を観察し、１本の強化フィラメント２１の中心を横切る線にて、ＳＥＭ－ＥＤＸを用いて全元素の線分析を行う。線分析結果は、電子線の走査位置に対するＸ線強度で表される。Ｎｉリッチ領域およびＴｉリッチ領域について、全元素で観測される最大Ｘ線強度（秒あたりのカウント数、単位ｃｐｓ）を１００（％）として、各元素に帰属するＸ線強度の値を定義する。Ｎｉリッチ領域であれば、全元素で観測される最大Ｘ線強度に対するＮｉに帰属するＸ線強度の比を１５％以上と定義する。Ｔｉリッチ領域であれば、全元素で観測される最大Ｘ線強度に対するＴｉに帰属するＸ線強度の比を６０％以上と定義する。
図３は、線分析結果の一例であり、本実施形態の範囲外である。ここでは、ＳＥＭ－ＥＤＸを用いて全元素の線分析を行った結果、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｓｎが検出された例を示している。縦軸は、Ｘ線強度（秒あたりのカウント数、単位ｃｐｓ）である。図３において、全元素で観測された最大Ｘ線強度に対する、Ｎｉに帰属するＸ線強度の比（Ｎｉ１５％）、およびＴｉに帰属するＸ線強度の比（Ｔｉ６０％）を、それぞれ標記している。
Ｎｉリッチ領域の面積およびＴｉリッチ領域の面積については、次のようにして得ることができる。
上記観察した強化材部２０の測定面積（３０７２μｍ２）に対してＮｉ元素およびＴｉ元素の面分析を行う。面分析結果は、電子線の走査位置に対するＸ線強度で表される。ＳＥＭ－ＥＤＸで得られたデータを解析ソフト（Ｐｙｔｈｏｎ自作プログラム）で解析し、０～２５５の階層内にＸ線強度が割り振られたモノクロビットマップ画像を得る。そして、測定面積に占める、Ｎｉに帰属するＸ線強度の比が１５％以上であるＸ線強度領域をＮｉリッチ領域とし、Ｔｉに帰属するＸ線強度の比が６０％以上であるＸ線強度領域をＴｉリッチ領域とする。
また、化合物超電導線１の長手方向に垂直な断面において、化合物超電導線１の面積に対する強化材部２０の面積の割合は、好ましくは１０％以上５０％以下であり、より好ましくは１０％以上３０％以下である。
化合物超電導線１の横断面において、化合物超電導線１の面積に対する強化材部２０の面積の割合が１０％以上であると、化合物超電導線１の引張強さを向上できる。化合物超電導線１の横断面において、化合物超電導線１の面積に対する強化材部２０の面積の割合が５０％以下であると、化合物超電導線１の面積に占める化合物超電導体部１０の面積の減少に伴う、化合物超電導線１の通電特性低下を抑制できる。
次に、化合物超電導線１の製造方法の一例について説明する。
まず、安定化材部の内側にＳｎ拡散防止部を配設し、Ｓｎ拡散防止部の内側に、複数本の化合物超電導フィラメント前駆体であるＮｂフィラメント、および複数本のＮｂフィラメントを埋設したＣｕ－Ｓｎ合金からなる第一マトリックス前駆体で構成される化合物超電導体部前駆体と、化合物超電導体部前駆体の内側に、Ｓｎ拡散防止部と、強化材部とを順次配設して形成したビレットに対して押出加工を行なった後に、伸線加工を行なうことによって、化合物超電導線前駆体を得る。
化合物超電導線前駆体を得る工程としては、ブロンズ法、内部スズ拡散法、パウダインチューブ法などを適用することができる。
続いて、化合物超電導線前駆体に対して、化合物超電導体部を生成する熱処理を施すことによって、化合物超電導線１を製造することができる。
化合物超電導線前駆体の熱処理は、複数段階で行われる。好ましくは２段階で化合物超電導線前駆体を熱処理することが好ましい。その中でも、１段階目として、５３０℃以上６３０℃以下で７０時間以上１２０時間以内の条件、２段階目として、６３０℃以上７００℃以下で３０時間以上６０時間以内の条件で、化合物超電導線前駆体を熱処理することが好ましい。化合物超電導線前駆体の熱処理が高温であると、ＮｉＴｉ化合物の生成が促進される傾向にある。
また、必要に応じて、化合物超電導線１に電気絶縁部を形成する。
以上説明した実施形態によれば、強化材部内の元素分布を制御し、強化材部におけるＮｉＴｉ化合物の生成量を抑制することにより、ＮｉＴｉ化合物に起因する化合物超電導線の引張強さの低下を抑制でき、優れた引張強さを有する化合物超電導線を得ることができる。
なお、上記では実施形態の化合物超電導線が図１～２に示す構成を有する例について説明したが、実施形態の化合物超電導線の構成は、図１～２のみに限定されるわけではなく、上記で示した化合物超電導体部と強化材部と安定化材部とを備えればよい。
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、本開示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、本開示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、本開示はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例Ａ－１～Ａ－２）
図１に示す構成を有し、化合物超電導線の線径が１．８ｍｍであり、化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合が１０％であり、化合物超電導線の横断面において、強化材部における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める、Ｎｉリッチ領域の面積の割合およびＴｉリッチ領域の面積の割合が表１に記載される値になるように、化合物超電導線前駆体の熱処理として、１段階目の熱処理を５５０℃以上６１０℃以下で７０時間以上８０時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を６３０℃以上６８０℃以下で３０時間以上６０時間以内の条件で行って、化合物超電導線を製造した。
図１に示す構成を有し、化合物超電導線の線径が１．８ｍｍであり、化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合が１０％であり、化合物超電導線の横断面において、強化材部における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める、Ｎｉリッチ領域の面積の割合およびＴｉリッチ領域の面積の割合が表１に記載される値になるように、化合物超電導線前駆体の熱処理として、１段階目の熱処理を５５０℃以上６１０℃以下で７０時間以上８０時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を６３０℃以上６８０℃以下で３０時間以上６０時間以内の条件で行って、化合物超電導線を製造した。
（実施例Ｂ－１～Ｂ－２）
化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合を２０％にしたこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合を２０％にしたこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
（実施例Ｃ－１～Ｃ－２）
化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合を３０％にしたこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合を３０％にしたこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
（実施例Ｄ－１～Ｄ－２）
化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合を５０％にしたこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合を５０％にしたこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
（実施例Ａ－３～Ａ－４、Ｂ－３～Ｂ－４、Ｃ－３～Ｃ－４、Ｄ－３～Ｄ－４）
表１に示す強化材部の面積割合、および１段階目の熱処理を５７０℃以上６１０℃以下で８０時間以上９０時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を６６０℃以上６８０℃以下で４０時間以上５０時間以内の条件で行ったこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
表１に示す強化材部の面積割合、および１段階目の熱処理を５７０℃以上６１０℃以下で８０時間以上９０時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を６６０℃以上６８０℃以下で４０時間以上５０時間以内の条件で行ったこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
（実施例Ａ－５～Ａ－６、Ｂ－５～Ｂ－６、Ｃ－５～Ｃ－６、Ｄ－５～Ｄ－６）
表１に示す強化材部の面積割合、および１段階目の熱処理を５３０℃以上６１０℃以下で９０時間以上１００時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を６６０℃以上７００℃以下で５０時間以上６０時間以内の条件で行ったこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
表１に示す強化材部の面積割合、および１段階目の熱処理を５３０℃以上６１０℃以下で９０時間以上１００時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を６６０℃以上７００℃以下で５０時間以上６０時間以内の条件で行ったこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
（実施例Ａ－７、Ｂ－７、Ｃ－７、Ｄ－７）
表１に示す強化材部の面積割合、および１段階目の熱処理を６１０℃以上６３０℃以下で１１０時間以上１２０時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を６８０℃以上７００℃以下で５０時間以上６０時間以内の条件で行ったこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
表１に示す強化材部の面積割合、および１段階目の熱処理を６１０℃以上６３０℃以下で１１０時間以上１２０時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を６８０℃以上７００℃以下で５０時間以上６０時間以内の条件で行ったこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
（比較例Ａ－１～Ａ－２、Ｂ－１～Ｂ－２、Ｃ－１～Ｃ－２、Ｄ－１～Ｄ－２）
表１に示す強化材部の面積割合、および１段階目の熱処理を６３０℃以上６５０℃以下で１４０時間以上１５０時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を７００℃以上７２０℃以下で６０時間以上８０時間以内の条件で行ったこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
表１に示す強化材部の面積割合、および１段階目の熱処理を６３０℃以上６５０℃以下で１４０時間以上１５０時間以内の条件で行い、２段階目の熱処理を７００℃以上７２０℃以下で６０時間以上８０時間以内の条件で行ったこと以外は、実施例Ａ－１と同様にして、化合物超電導線を製造した。
［測定および評価］
上記実施例および比較例で得られた化合物超電導線について、下記の測定および評価を行った。結果を表１に示す。
上記実施例および比較例で得られた化合物超電導線について、下記の測定および評価を行った。結果を表１に示す。
［１］ 強化材部におけるＮｉリッチ領域およびＴｉリッチ領域の面積割合
化合物超電導線を長手方向に垂直な方向に沿って切断し、化合物超電導線の横断面を湿式研磨、バフ研磨により鏡面に仕上げた後、走査型電子顕微鏡（株式会社日立製作所製、ＳＥＭ ＴｙｐｅＮ、加速電圧２０ｋＶ）の二次電子像を用い、２０００倍の倍率、３０７２μｍ２の測定面積（縦４８μｍ、横６４μｍ）で強化材部を観察し、１本の強化フィラメントの中心を横切る線にて、ＳＥＭ－ＥＤＸを用いて全元素の線分析を行った。Ｎｉリッチ領域について、全元素で観測された最大Ｘ線強度（秒あたりのカウント数、単位ｃｐｓ）に対するＮｉに帰属するＸ線強度の比を１５％以上と定義した。また、Ｔｉリッチ領域について、全元素で観測された最大Ｘ線強度に対するＴｉに帰属するＸ線強度の比を６０％以上と定義した。
化合物超電導線を長手方向に垂直な方向に沿って切断し、化合物超電導線の横断面を湿式研磨、バフ研磨により鏡面に仕上げた後、走査型電子顕微鏡（株式会社日立製作所製、ＳＥＭ ＴｙｐｅＮ、加速電圧２０ｋＶ）の二次電子像を用い、２０００倍の倍率、３０７２μｍ２の測定面積（縦４８μｍ、横６４μｍ）で強化材部を観察し、１本の強化フィラメントの中心を横切る線にて、ＳＥＭ－ＥＤＸを用いて全元素の線分析を行った。Ｎｉリッチ領域について、全元素で観測された最大Ｘ線強度（秒あたりのカウント数、単位ｃｐｓ）に対するＮｉに帰属するＸ線強度の比を１５％以上と定義した。また、Ｔｉリッチ領域について、全元素で観測された最大Ｘ線強度に対するＴｉに帰属するＸ線強度の比を６０％以上と定義した。
続いて、上記観察した強化材部の測定面積（３０７２μｍ２）に対してＮｉ元素の面分析を行った。ＳＥＭ－ＥＤＸで得られたデータを解析ソフト（Ｐｙｔｈｏｎ自作プログラム）で解析し、０～２５５の階層内にＸ線強度が割り振られたモノクロビットマップ画像を得た。そして、測定面積に占める、Ｎｉに帰属するＸ線強度の比が１５％以上であるＸ線強度領域をＮｉリッチ領域とした。また、測定面積に占める、Ｔｉに帰属するＸ線強度の比が６０％以上であるＸ線強度領域をＴｉリッチ領域とした。
［２］ 強化材部の面積割合
化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の全面積に対する強化材部の面積の割合は、国際標準規格（IEC 61788-12:2006）、標題「Superconductivity - Part 12: Matrix to superconductor volume ratio measurement - Copper to non-copper volume ratio of Nb3Sn composite superconducting wires」に準じ紙質量法にて、強化材部の紙の重量とその他の部分の紙の重量とを測定し、その比から算出した。
化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の全面積に対する強化材部の面積の割合は、国際標準規格（IEC 61788-12:2006）、標題「Superconductivity - Part 12: Matrix to superconductor volume ratio measurement - Copper to non-copper volume ratio of Nb3Sn composite superconducting wires」に準じ紙質量法にて、強化材部の紙の重量とその他の部分の紙の重量とを測定し、その比から算出した。
［３］ 化合物超電導線の引張強さ
化合物超電導線の引張強さは、国際標準規格（IEC 61788-19:2020）、標題「Superconductivity - Part 19: Mechanical properties measurement - Room temperature tensile test of reacted Nb3Sn composite superconductors」に従って液体ヘリウム浸漬冷却下で測定した。
化合物超電導線の引張強さは、国際標準規格（IEC 61788-19:2020）、標題「Superconductivity - Part 19: Mechanical properties measurement - Room temperature tensile test of reacted Nb3Sn composite superconductors」に従って液体ヘリウム浸漬冷却下で測定した。
［４］ 化合物超電導線の１７Ｔでの臨界電流
化合物超電導線の１７Ｔでの臨界電流は、国際標準規格（IEC 61788-2:2006）、標題「Superconductivity - Part 2: Critical current measurement - DC critical current of Nb3Sn composite superconductors」に従って測定した。
化合物超電導線の１７Ｔでの臨界電流は、国際標準規格（IEC 61788-2:2006）、標題「Superconductivity - Part 2: Critical current measurement - DC critical current of Nb3Sn composite superconductors」に従って測定した。
上記各表に示すように、化合物超電導線の横断面において、強化材部における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占めるＮｉリッチ領域の面積割合が５．０％以下である実施例は、Ｎｉリッチ領域の面積割合が５．０％超である比較例に比べて、引張強さが高かった。また、表１～４に示すように、化合物超電導線の横断面において、化合物超電導線の面積に対する強化材部の面積の割合が増えるにつれて、引張強さが増加した。また、比較例に比べて、実施例の化合物超電導線の臨界電流は、同等またはそれ以上であった。
１ 化合物超電導線
１０ 化合物超電導体部
１１ 化合物超電導フィラメント
１２ 第一マトリックス
１３ 芯部分
２０ 強化材部
２１ 強化フィラメント
２２ 第二マトリックス
３０ 安定化材部
４０ Ｓｎ拡散防止部
５０ 電気絶縁部
１０ 化合物超電導体部
１１ 化合物超電導フィラメント
１２ 第一マトリックス
１３ 芯部分
２０ 強化材部
２１ 強化フィラメント
２２ 第二マトリックス
３０ 安定化材部
４０ Ｓｎ拡散防止部
５０ 電気絶縁部
Claims (5)
- Ｎｂ３Ｓｎで構成される化合物超電導相を含む複数本の化合物超電導フィラメントと、前記複数本の化合物超電導フィラメントを埋設し、第一安定化材を含む第一マトリックスとで構成される化合物超電導体部と、
前記化合物超電導体部の内側に配置され、ＮｂＴｉで構成される複数本の強化フィラメントと、前記複数本の強化フィラメントを埋設し、Ｃｕ合金で構成される第二安定化材を含む第二マトリックスとで構成される柱状の強化材部と、
前記化合物超電導体部の内周側および外周側の少なくとも一方に配置される筒状の安定化材部と
を有する化合物超電導線であって、
前記化合物超電導線の長手方向に垂直な断面において、前記強化材部における全元素を対象としたＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析の測定面積に占める、前記ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＮｉに帰属する強度の比が１５％以上であるＮｉリッチ領域の面積の割合は、５．０％以下である、化合物超電導線。 - 前記断面において、前記測定面積に占める前記Ｎｉリッチ領域の面積の割合は、４．１％以下である、請求項１に記載の化合物超電導線。
- 前記断面において、前記化合物超電導線の面積に対する前記強化材部の面積の割合は、１０％以上５０％以下である、請求項１または２に記載の化合物超電導線。
- 前記断面において、前記化合物超電導線の面積に対する前記強化材部の面積の割合は、１０％以上３０％以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の化合物超電導線。
- 前記断面において、前記測定面積に占める、前記ＳＥＭ－ＥＤＸ元素分析での最大強度に対するＴｉに帰属する強度の比が６０％以上であるＴｉリッチ領域の面積の割合は、３０％以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載の化合物超電導線。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021214536 | 2021-12-28 | ||
| JP2021-214536 | 2021-12-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023127856A1 true WO2023127856A1 (ja) | 2023-07-06 |
Family
ID=86999025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/048120 WO2023127856A1 (ja) | 2021-12-28 | 2022-12-27 | 化合物超電導線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2023127856A1 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09143597A (ja) * | 1995-11-14 | 1997-06-03 | Hitachi Cable Ltd | リードフレーム用銅合金およびその製造法 |
| JP2007509466A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-04-12 | オックスフォード スーパーコンダクティング テクノロジー | Ｔｉソース・ロッドを用いて（Ｎｂ，Ｔｉ）３Ｓｎワイヤを製造するための方法 |
| JP2007305503A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 強化材及び化合物超電導線材 |
-
2022
- 2022-12-27 WO PCT/JP2022/048120 patent/WO2023127856A1/ja active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09143597A (ja) * | 1995-11-14 | 1997-06-03 | Hitachi Cable Ltd | リードフレーム用銅合金およびその製造法 |
| JP2007509466A (ja) * | 2003-10-17 | 2007-04-12 | オックスフォード スーパーコンダクティング テクノロジー | Ｔｉソース・ロッドを用いて（Ｎｂ，Ｔｉ）３Ｓｎワイヤを製造するための方法 |
| JP2007305503A (ja) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 強化材及び化合物超電導線材 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102205386B1 (ko) | 금속성 초전도성 와이어에 대한 확산 배리어 | |
| Abacherli et al. | The influence of Ti doping methods on the high field performance of (Nb, Ta, Ti)/sub 3/Sn multifilamentary wires using Osprey bronze | |
| WO2013154187A1 (ja) | 化合物超電導線及びその製造方法 | |
| US11495372B2 (en) | Diffusion barriers for metallic superconducting wires | |
| JP6719141B2 (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超伝導線材の製造方法、Ｎｂ３Ｓｎ超伝導線材用の前駆体、及びこれを用いたＮｂ３Ｓｎ超伝導線材 | |
| US6849137B2 (en) | Nb3Sn-system superconductive wire | |
| US7718898B2 (en) | Precursor for manufacturing Nb3Sn superconducting wire and Nb3Sn superconducting wire | |
| US20080287303A1 (en) | Nb3Sn superconducting wire, precursor or same, and method for producing precursor | |
| KR102423559B1 (ko) | 금속성 초전도성 와이어를 위한 확산 배리어 | |
| WO2023127856A1 (ja) | 化合物超電導線 | |
| JP5805469B2 (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材 | |
| JP3920606B2 (ja) | 粉末法Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法 | |
| JP3866969B2 (ja) | Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法 | |
| Morita et al. | Fabrication of New Internal Tin Nb $ _ {3} $ Sn Wire Using Sn-Zn Alloy as Sn Core | |
| US20220051833A1 (en) | Diffusion barriers for metallic superconducting wires | |
| JP3757141B2 (ja) | Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法 | |
| WO2023189275A1 (ja) | 化合物超電導前駆体素線、化合物超電導前駆体撚線および化合物超電導撚線 | |
| Kikuchi et al. | Nb/sub 3/(Al, Ge) multifilamentary wires made by the rapidly-heating/quenching process | |
| JPH0982149A (ja) | 強度および加工性に優れたＮｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材 | |
| JP3603565B2 (ja) | 高臨界電流密度が得られるＮｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材及びその製造方法 | |
| JPH09245539A (ja) | 超電導線 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22916079 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2023571045 Country of ref document: JP |