JP2010097902A - Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎｂ₃Ｓｎ超電導フィラメントの径をできるだけ小さくすることによって、高い臨界電流密度Ｊｃを維持しつつ、交流損失を極力低減し、ＮＭＲマグネットへの適用が可能な、内部拡散法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体を提供する。
【解決手段】外周に安定化銅層を設けた筒状拡散バリア層を有し、該筒状拡散バリア層内に複合線材群が挿入された複合管を線材化して得られる前駆体であって、前記複合線材群は、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材と、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材とからなり、前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材は、互いに連結配置された前記複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材によって複数の領域に分断されるように配置されたものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材を内部拡散法によって製造するための前駆体（超電導線材製造用前駆体）およびこうした前駆体によって製造されるＮｂ₃Ｓｎ超電導線材に関するものであり、殊に超電導マグネットの素材として有用なＮｂ₃Ｓｎ超電導線材およびその前駆体に関するものである。

超電導線材が実用化されている分野のうち、高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置や核融合装置、加速器等に用いられる超電導マグネットがある。特に、ＮＭＲ分析装置に用いられる超電導マグネット（以下、「ＮＭＲマグネット」で代表することがある）に関しては、ＮＭＲ信号の分解能向上とデータ習得の短時間化の要求から、高磁場化・コンパクト化が求められている。

ＮＭＲマグネットの高磁場化・コンパクト化に対しては、そのマグネットに使用される超電導線材の高性能化が必須となるのであるが、従来からＮＭＲマグネットの最内層側コイル用線材として用いられてきたブロンズ法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材の特性を凌駕するような新たな超電導線材の開発が求められている。

上記のブロンズ法では、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリクス中に複数のＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材を埋設して複合線材とし、この複合線材を、押出し若しくは伸線等の縮径加工を施すことによって、上記芯材を細径化してＮｂ基フィラメントとし、このＮｂ基フィラメントとブロンズからなる複合線材を複数束ねて線材群となし、その外周に安定化の為の銅（安定化銅）を配置した後、更に縮径加工する。引き続き、縮径加工後の上記線材群を６００℃以上、８００℃以下程度で熱処理（拡散熱処理）することにより、Ｎｂ基フィラメントとブロンズマトリクスの界面にＮｂ₃Ｓｎ化合物相（Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相）を生成する方法である。

しかしながら、この方法ではブロンズ中に固溶できるＳｎ濃度には限界があり（１５．８質量％以下）、生成されるＮｂ_３Ｓｎ化合物相の厚さが薄く、また結晶性が劣化してしまい、高い臨界電流密度Ｊｃが得られないという欠点がある。ＮＭＲマグネットは、線材の臨界電流密度Ｊｃが高いほど、ＮＭＲマグネットをコンパクトにできることになる。

Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、粉末のＳｎやＳｎ基合金を使用した粉末法や、内部拡散法も知られている。これらの方法では、ブロンズ法のような固溶限によるＳｎ濃度に限界がないのでＳｎ濃度をできるだけ高く設定でき、良質なＮｂ₃Ｓｎ化合物相が生成可能であるため、高い臨界電流密度Ｊｃが得られることが期待されている。また上記ブロンズ法による超電導線材では、Ｃｕ−Ｓｎ合金が冷間加工中に加工硬化を起こすため多数回の焼鈍（歪取り焼鈍）が必要となるが、特に内部拡散法ではＣｕ，Ｎｂ，Ｓｎ等の加工性に優れる材料によって前駆体（超電導線材製造用前駆体）が構成されるので、加工途中に焼鈍をする必要がなく、前駆体の製作時間の短縮化が実現できるという利点もある。

内部拡散法（「内部Ｓｎ法」とも呼ばれる）では、図１（内部拡散法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の基本構成の模式図）に示すように、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金（以下、「Ｃｕマトリクス」と呼ぶことがある）４の中央部に、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金からなる芯材（以下、「Ｓｎ芯材」と呼ぶことがある）３を埋設すると共に、Ｓｎ芯材３の周囲のＣｕマトリクス４中に、複数のＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材（以下、「Ｎｂ芯材」と呼ぶことがある）２を相互に接触しないように配置して前駆体（超電導線材製造用前駆体）１とし、これを伸線加工した後、熱処理（拡散熱処理）によってＳｎ芯材３中のＳｎを拡散させ、Ｎｂ芯材２と反応させることによって線材中にＮｂ₃Ｓｎ化合物相を生成させる方法である。

また上記のような前駆体においては、図２に示すように、前記Ｎｂ芯材２とＳｎ芯材３が配置された部分と、その外部の安定化銅層４ａの間に拡散バリア層６を配置した構成（前駆体５）を採用することがある。この拡散バリア層６は、全体形状が筒状（筒状拡散バリア層）であり、例えばＮｂ層またはＴａ層（各合金層も含む）、或いはＮｂ層とＴａ層の２層からなり、拡散熱処理の際にＳｎ芯材３中のＳｎが外部に拡散してしまうことを防止し、超電導線材内でのＮｂ芯付近のＳｎの濃度を高める作用を発揮するものである。

前記図１、２に示した前駆体の構成では、線材中央部にＳｎ芯材３を配置する関係から、こうした前駆体（超電導線材製造用前駆体）を作製するに当たっては、Ｎｂ芯材２を配置させるための外筒と、Ｓｎ芯材３を配置させるための内筒からなる複合パイプを準備する必要がある。

内部拡散法によってＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する上で、良好な超電導特性（特に、高い臨界電流密度Ｊｃ）を発揮する前駆体の構成について様々提案されている。こうした技術としては、例えば図３に示すように、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金芯（図１、２に示したＮｂ芯材２）がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材７と、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯（図１、２に示したＳｎ芯材３）がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材８によって複合線材群とし、この複合線材群において、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８の周囲を、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７が取り囲むように分散して配置したものである（前駆体１０）。

こうした構成では、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７とＣｕ／Ｓｎエレメント線材８は、お互いが接するように配置されることになる。尚、図３に示した構成においても、筒状拡散バリア層６や安定化銅層４ａ等も配置されることになる。以下では、図３に示した前駆体の構成を「分散型内部拡散法超電導線材前駆体」と呼ぶことがある。こうした分散型内部拡散法超電導線材前駆体では、前記図１、２に示した前駆体と比べて、超電導特性を更に高めることができるのは勿論のこと、上記したような外筒と内筒とからなるＣｕ製複合パイプを必要としないので、製造工程の上でも簡易なものとなる。

図４は、上記分散型内部拡散法超電導線材前駆体の構成要素となるＣｕ／Ｎｂエレメント線材７の詳細な構成を模式的に示す断面図である。このＣｕ／Ｎｂエレメント線材７では、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金芯（Ｎｂ芯材２）を、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプに挿入し、押出しや伸線加工等の縮径加工を施して断面形状が六角形に形成された複合体（Ｎｂ単芯線）とし、これを複数（この図では３７本）束ねてＣｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプ９内に挿入し［図４（ａ）］、更に押出しや伸線加工等の縮径加工を施して断面形状が六角形に形成されることになる［図４（ｂ）］。尚、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプ９は、縮径加工後にＣｕマトリクス４を形成するものである（図５に示すＣｕ／Ｓｎエレメント線材８においても同じ）。

図５は、上記分散型内部拡散法超電導線材前駆体の構成要素となるＣｕ／Ｓｎエレメント線材８の詳細な構成を模式的に示す断面図である。このＣｕ／Ｓｎエレメント線材７では、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯（Ｓｎ芯材３）を、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプ９に挿入し［図５（ａ）］、押出しや伸線加工等の縮径加工を施して断面形状が六角形に形成されることになる［図５（ｂ）］。

従来の分散型内部拡散法超電導線材前駆体（前記図３）では、図４、５に示したＣｕ／Ｎｂエレメント線材７とＣｕ／Ｓｎエレメント線材８とを互いに接するように配置して構成される。そしてＣｕ／Ｎｂエレメント線材７とＣｕ／Ｓｎエレメント線材８はその断面形状が六角形の状態［図４（ｂ）、図５（ｂ）］で組み合わされるのが一般的であるが、図４（ａ）、図５（ａ）に示した段階から適度な縮径加工を施して断面形状が円形の段階のままで組み合わされることもある。

こうした前駆体に対して熱処理（拡散熱処理）を施し、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材中のＮｂ若しくはＮｂ基合金芯と、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材中のＳｎ若しくはＳｎ基合金芯とを拡散反応させることによってＮｂ₃Ｓｎ超電導相を生成させて超電導線材とするものである。こうした分散型内部拡散法超電導線材前駆体で作製される超電導線材では、前駆体の段階でＣｕ／Ｎｂエレメント線材同士が全体で網目状に接触したものとなっていることを反映して、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相も網目状に形成されることになる。

しかしながら、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相生成熱処理時に、Ｎｂ＋３Ｓｎ→Ｎｂ₃Ｓｎの反応によるＮｂ芯部の体積膨張が生じること、およびＳｎ量が非常に多いＣｕ−Ｓｎ部が生成し、この部分の融点は非常に低いものとなるため、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相が生成するＮｂ芯部が、Ｃｕ−Ｓｎ液相内に存在する様な現象が生じることになる。このような状態にあっても、Ｎｂ₃Ｓｎの生成は進行するが、液相に浮いた（液相内に点在する）状態でのＮｂ芯の動きを抑えることができず、周囲のＮｂ芯と相互に触れ合い、熱処理完了後には大部分のＮｂ₃Ｓｎが互いに接合してしまい、見かけ上、直径が非常に大きなＮｂ₃Ｓｎフィラメントとなってしまう。

Ｎｂ₃Ｓｎフィラメントサイズが大きな線材の場合には、電磁気的不安定（フラックスジャンプ）や、交流用での交流損失の増大等を招くことが予想される。このような超電導線材を使ったＮＭＲマグネットはその実用化は非常に困難なものとなってしまう。

このような問題を解決するために、一般的なブロンズ法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材では、フィラメント径が１０μｍ以下となるように強加工を施すことが行われており、また内部拡散法では、例えは特許文献１に示されるように、Ｎｂ芯を放射状に配置することが提案されている。

しかしながら、これまで提案されている技術では、分散型内部拡散法超電導線材前駆体を構成することによって工程が簡易となるという有利な点を生かしつつ、見かけのフィラメント径を小さくできるものは実現されておらず、ＮＭＲマグネットへ適用する上で、高い臨界電流密度Ｊｃを維持しつつ、交流損失を極力低減できるようなＮｂ₃Ｓｎ超電導線材が実現できていないのが実情である。
特開２００６−３２１９０号公報

本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導フィラメントの径をできるだけ小さくすることによって、高い臨界電流密度Ｊｃを維持しつつ、交流損失を極力低減し、ＮＭＲマグネットへの適用が可能な、内部拡散法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体を提供することにある。

上記目的を達成することのできた本発明の超電導線材製造用前駆体とは、
内部拡散法によってＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いる前駆体において、外周に安定化銅層を設けた筒状拡散バリア層を有し、該筒状拡散バリア層内に複合線材群が挿入された複合管を線材化して得られる前駆体であって、
前記複合線材群は、
Ｎｂ若しくはＮｂ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材と、
Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材とからなり、
前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材は、互いに連結配置された前記複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材によって複数の領域に分断されるように配置されたものである点に要旨を有する。

本発明の超電導線材製造用前駆体においては、（ａ）前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材および複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材は、断面形状が六角形に形成されたものであること、（ｂ）前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材は、周方向に全周連続配置しないように分断されたものであること、（ｃ）分断されたＣｕ／Ｎｂエレメント線材の領域内には、前記Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材が部分的に配置されたものであること、（ｄ）前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材の本数Ａと、前記複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材の本数Ｂの比（Ａ：Ｂ）が １．５：１．０〜３．０：１．０であること、等の要件を満足することが好ましい。

上記のような超電導線材製造用前駆体を用いて、熱処理することによって希望する特性（高い臨界電流密度Ｊｃ、交流損失の低減）を発揮するＮｂ_３Ｓｎ超電導線材を製造することができるが、こうした超電導線材の構成は前駆体の構成が反映されて、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材中のＮｂ若しくはＮｂ基合金芯と、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材中のＳｎ若しくはＳｎ基合金芯とを拡散反応させて生成するＮｂ₃Ｓｎ超電導相領域が、熱処理前にＣｕ／Ｓｎエレメント線材が配置されていた部分によって、分断されたものとなる。

本発明の超電導線材製造用前駆体では、前駆体の構成要素としての複合線材群を、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材と、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材とで構成し、且つ複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材は、互いに連結配置された前記複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材によって複数の領域に分断されるように配置して構成するようにしたので、高い臨界電流密度Ｊｃ特性を維持しつつ交流損失も低減できような分散型内部拡散法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材が実現できた。

本発明の超電導線材製造用前駆体（以下、単に「前駆体」と呼ぶことがある）の構成について、図面に基づいて説明する。図６は、本発明の前駆体１５の構成例を模式的に示した断面図である。本発明の前駆体の構成では、前記図４に示したようなＣｕ／Ｎｂエレメント線材７（複数本のＮｂ若しくはＮｂ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたもの）と、前記図５に示したようなＣｕ／Ｓｎエレメント線材８（１本のＳｎ若しくはＳｎ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたもの）から複合線材群を形成するものであるが、図６に示した構成では、直線状に互いに連結配置された複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材８を中心から放射状に３箇所配置するようにしたものである。こうした構成を採用することによって、複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材７は、複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材８（放射状に配置されたもの）によって複数（図６では周方向に６箇所）の領域に、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７が周方向に全周連続配置しない（周方向に１周繋がらない）ように分断されることになる。このような構成では、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７が周方向に全周連続配置していないので、交流損失の低減に寄与することになる。また、こうした観点からして、周方向に分断される数は３箇所以上とすることが好ましい。

図７は、本発明の前駆体１６の他の構成例を模式的に示した断面図である。この構成では、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７を放射状に配置すると共に、六角形状に連結配置したものである。こうした構成を採用することによって、複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材７は、複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材８（放射状および六角形状に配置されたもの）によって複数（図７では１２箇所）の領域に分断されることになる。

本発明の前駆体１５、１６では、上記のようにしてＣｕ／Ｎｂエレメント線材７を複数の領域に分断することを基本的な構成とするものであるが、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８を放射状若しくは六角形状に配置するだけでは、Ｓｎ供給源として不十分は領域が存在することがある。こうした点を考慮して、必要によって、分断したＣｕ／Ｎｂエレメント線材７の領域内にＣｕ／Ｓｎエレメント線材８ａを部分的に（個別的にまたは線状に）分散させても良い。但し、図７に示した前駆体１６の外周付近のように、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８ａを部分的に配置していないようなＣｕ／Ｎｂエレメント線材７の領域が存在しても良い。

図６、７に示した前駆体１５，１６では、その断面形状が六角形のＣｕ／Ｎｂエレメント線材７およびＣｕ／Ｓｎエレメント線材８を組み合わせて線材群としたものを示したが、これらのＣｕ／Ｎｂエレメント線材７およびＣｕ／Ｓｎエレメント線材８は、その断面形状が六角形に限らず、前記図４（ａ）、図５（ｂ）に示したように断面形状が円形のものであっても良い。但し、加工性や組立て時の空隙率を考慮すれば、断面形状が六角形であることが好ましい。

また前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材の本数Ａと、複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材の本数Ｂの比（Ａ：Ｂ）は１．５：１．０〜３．０：１．０であることが好ましい。Ｂに対するＡの値が１．５よりも小さくなるようにＣｕ／Ｎｂエレメント線材の本数Ａが少なくなると、Ｎｂ芯の減少により超電導特性の低下となり、３．０より大きくなるようにＣｕ／Ｓｎエレメント線材の本数Ｂが少なくなると、Ｓｎ不足によりＮｂ₃Ｓｎ生成量が減り超電導特性が低下する。

本発明の前駆体においても、従来と同様に拡散バリア層６や安定化銅層４ａが配置されることになる。例えば、拡散バリア層６は、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる層および／またはＴａ若しくはＴａ基合金からなる層（Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる層またはＴａ若しくはＴａ基合金からなる層の単層、或いはこれらの複層）で構成することができる。

Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７を複数の線材群に分断する構成については、前記図６、７に示した構成に限らず、その他様々な構成が想定されるが、こうした分断させた構成とすることによって、Ｎｂ₃Ｓｎ相の生成熱処理を施した後においても、従来例（図３に示した構成）とは異なって、当初の配置通りにＮｂ₃Ｓｎ相が分断された線材を得ることができる。これによって、Ｎｂ₃Ｓｎ相フィラメントの小径化を図ることができ、高い臨界電流密度Ｊｃを保ったまま、交流損失を低減できるものとなる。尚、交流損失（Ｐ_ｈ）は、下記（１）式によって計算されるものであるが、交流損失を低減するには、Ｎｂ₃Ｓｎフィラメント径を小さく維持することが有効であることが分かる。

Ｐ_ｈ＝（８／３π）×ｆ×λ×Ｊｃ×ｄ_ｆ×Ｂ_ｍ …（１）
但し、ｆ：外部変動磁界の周波数（Ｈｚ）
λ ：超電導線材中のＮｂ₃Ｓｎ占積率
Ｊｃ：臨界電流密度（Ａ／ｍ²）
ｄ_ｆ ：フィラメント径（ｍ）
Ｂ_ｍ ：外部変動磁界の振幅（Ｔ）、を夫々示す。

本発明においては、上記のような前駆体１５を用い、ブロンズ化熱処理を含めた拡散熱処理（通常２００℃以上、８００℃未満程度）することによって、良好な超電導特性（臨界電流密度Ｊｃ）を発揮するＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を得ることができる。具体的には、１８０〜６００℃の温度範囲でブロンズ化熱処理（ＳｎをＣｕに拡散させる）を行なった後に、６５０〜７５０℃の温度範囲で１００〜３００時間程度のＮｂ₃Ｓｎを生成させる熱処理を行なう。尚、ブロンズ化熱処理としては、１８０〜２００℃で５０時間程度、３４０℃前後で５０時間程度、５５０℃前後で５０〜１００時間等の多段階の熱処理の組合せにすることもできる。

本発明の前駆体は、基本的には、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる芯材（Ｎｂ芯材２）がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＣｕ／Ｎｂエレメント線材７と、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金からなる芯材（Ｓｎ芯材３）をＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＣｕ／Ｓｎエレメント線材８を構成素材とするものであるが、Ｃｕマトリクスの素材として用いるＣｕ基合金としては、ＣｕにＮｉ等の元素を含有（５質量％程度まで）させたものを用いることができる。またＮｂ芯材２として用いるＮｂ基合金としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の添加元素を８質量％程度まで含有させたものを用いることができる。更に、Ｓｎ芯材３として用いるＳｎ基合金としては、Ｔｉ，Ｔａ等の添加元素を、加工性を阻害しない程度（３質量％以下）でＳｎに含有させたものを使用することができる。

上記のような超電導線材製造用前駆体を用いて、熱処理することによって希望する特性（高い臨界電流密度Ｊｃ、交流損失の低減）を発揮するＮｂ_３Ｓｎ超電導線材を製造することができるが、こうした超電導線材の構成は前駆体の構成が反映されて、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材中のＮｂ若しくはＮｂ基合金芯と、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材中のＳｎ若しくはＳｎ基合金芯とを拡散反応させて生成するＮｂ₃Ｓｎ超電導相領域が、熱処理前にＣｕ／Ｓｎエレメント線材が配置されていた部分によって、分断されたものとなる。またこのＮｂ₃Ｓｎ超電導線材は、ＮＭＲマグネットの高磁場化・コンパクト化に寄与することになる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

（実施例１）
下記の手順に従って、前記図６に断面形状を示した前駆体を作製した。まず外径：３２．８ｍｍ、内径：２９.０ｍｍのＣｕ製パイプ内に、外径：２８.０ｍｍのＮｂ芯を挿入した後、伸線加工により対辺長：４ｍｍの六角断面形状のＣｕ／Ｎｂ複合単芯線を作製した。これを矯正・切断し、３７本束ねてＣｕパイプ（外径：３２．８ｍｍ、内径：２９．０ｍｍ）内に挿入し、伸線加工により六角断面形状（六角対辺：２．０ｍｍ）のＣｕ／Ｎｂ複合多芯線（Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７）を作製し、矯正後、２ｍの長さに裁断した。

一方、外径：２４．０ｍｍ、内径：２１.０ｍｍのＣｕ製パイプ内に、直径：２０．６ｍｍのＳｎ−２質量％Ｔｉ棒を挿入し、伸線加工により対辺長：２.０ｍｍの六角断面形状のＣｕ／Ｓｎ複合単芯線（Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８）を作製し、矯正後、２ｍの長さに裁断した。

次に、前記Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７：１６２本と、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８：９１本とを、前記図６に示したように、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８によってＣｕ／Ｎｂエレメント線材７が６箇所に分断されるように、配置して束ね、複合線材群とした（前記Ａ：Ｂ≒１．８：１．０）。

Ｃｕ製パイプ（外径：４５．０ｍｍ、内径：３８.０ｍｍ）内に、厚さ：０．２ｍｍのＮｂシートを３周巻いたものを挿入し、Ｃｕ製パイプ内面に密着させた。このＣｕ製パイプ（内面にＮｂシートを密着させたもの）内に、上記複合線材群を挿入後伸線し、外径：１．０ｍｍのＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を作製した。この段階でのＣｕ／Ｎｂエレメント線材７中のＮｂフィラメント（Ｎｂ芯材）の径（１本当り）：７．５〜８．０μｍ、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８中のＳｎフィラメント（Ｓｎ芯材）の径：４５〜５０μｍであった。

得られた前駆体（外径：１．０ｍｍのもの）を、２１０℃×５０時間＋３５０℃×１００時間＋６７０℃×１００時間の熱処理（Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相生成熱処理）を施して、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材とした。得られたＮｂ₃Ｓｎ超電導線材について、下記に示す各方法によって、臨界電流密度Ｊｃ、および交流損失を求めた。

［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、１２Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、試料（超電導線材）に通電し、４端子法によって発生電圧を測定し、この値が０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を測定し、この電流値を、線材の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。

［交流損失の測定］
ピックアップコイル法によって、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で±３Ｔ（テスラ）の変動磁場中で交流損失（ｍJ／ｃｍ³：超電導部の体積当りの損失）を測定した（計算式は前記の通り）。

（実施例２）
下記の手順に従って、前記図７に断面形状を示した前駆体を作製した。まず外径：３２．８ｍｍ、内径：２９.０ｍｍのＣｕ製パイプ内に、外径：２８.０ｍｍのＮｂ芯を挿入した後、伸線加工により対辺長：４ｍｍの六角断面形状のＣｕ／Ｎｂ複合単芯線を作製した。これを矯正・切断し、３７本束ねてＣｕパイプ（外径：３２．８ｍｍ、内径：２９．０ｍｍ）内に挿入し、伸線加工により六角断面形状（六角対辺：２．０ｍｍ）のＣｕ／Ｎｂ複合多芯線（Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７）を作製し、矯正後、２ｍの長さに裁断した。

一方、外径：２４．０ｍｍ、内径：２１.０ｍｍのＣｕ製パイプ内に、直径：２０．６ｍｍのＳｎ−２質量％Ｔｉ棒を挿入し、伸線加工により対辺長：２.０ｍｍの六角断面形状のＣｕ／Ｓｎ複合単芯線（Ｃｕ／Ｓｎエレメント線８）を作製し、矯正後、２ｍの長さに裁断した。

次に、前記Ｃｕ／Ｎｂエレメント線７：１６２本と、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線８：９１本とを、前記図７に示したようにＣｕ／Ｓｎエレメント線材８によってＣｕ／Ｎｂエレメント線材７が１２箇所に分断されるように、配置して束ね、複合線材群とした。

Ｃｕ製パイプ（外径：４５．０ｍｍ、内径：３８.０ｍｍ）内に、厚さ：０．２ｍｍのＮｂシートを３周巻いたものを挿入し、Ｃｕ製パイプ内面に密着させた。このＣｕ製パイプ（内面にＮｂシートを密着させたもの）内に、上記複合線材群を挿入後伸線し、外径：１．０ｍｍのＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を作製した。この段階でのＣｕ／Ｎｂエレメント線材７中のＮｂフィラメント（Ｎｂ芯材）の径（１本当り）：７．５〜８．０μｍ、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８中のＳｎフィラメント（Ｓｎ芯材）の径：４５〜５０μｍであった。

得られた前駆体（外径：１．０ｍｍのもの）を、２１０℃×５０時間＋３５０℃×１００時間＋６７０℃×１００時間の熱処理（Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相生成熱処理）を施して、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材とした。得られたＮｂ₃Ｓｎ超電導線材について、実施例１と同様にして臨界電流密度Ｊｃ、および交流損失を求めた。

（比較例１）
下記の手順に従って、前記図３に断面形状を示した前駆体（従来の分散型超電導線材製造用前駆体）を作製した。まず外径：３２．８ｍｍ、内径：２９.０ｍｍのＣｕ製パイプ内に、外径：２８.０ｍｍのＮｂ芯を挿入した後、伸線加工により対辺長：４ｍｍの六角断面形状のＣｕ／Ｎｂ複合単芯線を作製した。これを矯正・切断し、３７本束ねてＣｕパイプ（外径：３２．８ｍｍ、内径：２９．０ｍｍ）内に挿入し、伸線加工により六角断面形状（六角対辺：２．０ｍｍ）のＣｕ／Ｎｂ複合多芯線（Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材７）を作製し、矯正後、２ｍの長さに裁断した。

一方、外径：２４．０ｍｍ、内径：２１.０ｍｍのＣｕ製パイプ内に、直径：２０．６ｍｍのＳｎ−２質量％Ｔｉ棒を挿入し、伸線加工により対辺長：２.０ｍｍの六角断面形状のＣｕ／Ｓｎ複合単芯線（Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材８）を作製し、矯正後、２ｍの長さに裁断した。

次に、前記Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材：１６２本と、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材：９１本とを、前記図３（従来例）に示したようにＣｕ／Ｓｎエレメント線材８がＣｕ／Ｎｂエレメント線材７を取り囲むように分散して配置して束ね、複合線材群とした。

Ｃｕ製パイプ（外径：４５．０ｍｍ、内径：３８.０ｍｍ）内に、厚さ：０．２ｍｍのＮｂシートを３周巻いたものを挿入し、Ｃｕ製パイプ内面に密着させた。このＣｕ製パイプ（内面にＮｂシートを密着させたもの）内に、上記複合線材群を挿入後伸線し、外径：１．０ｍｍのＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を作製した。

得られた前駆体（外径：１．０ｍｍのもの）を、２１０℃×５０時間＋３５０℃×１００時間＋６７０℃×１００時間の熱処理（Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相生成熱処理）を施して、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材とした。得られたＮｂ₃Ｓｎ超電導線材について、実施例１と同様にして臨界電流密度Ｊｃ、および交流損失を求めた。

実施例１、２および比較例１で得られた超電導線材の臨界電流密度Ｊｃおよび交流損失を、下記表１に一括して示す。尚、臨界電流密度Ｊｃは少なくとも１２００Ａ／ｍｍ²以上は必要であり、交流損失は１０００ｍＪ／ｃｍ³以下であることが必要である。

この結果から明らかなように、本発明で規定する要件を満足する実施例１、２のものでは、高い臨界電流密度Ｊｃを維持しつつ交流損失の低減が達成されていることが分かる。これに対して、従来の分散型内部拡散法超電導線材（比較例１）では、良好な臨界電流密度Ｊｃは達成されているのであるが、交流損失が大きくなっていることが分かる。

内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体の基本構成例を模式的に示した断面図である。 内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体の他の構成例を模式的に示した断面図である。 従来技術における超電導線材製造用前駆体（分散型内部拡散法超電導線材前駆体）の構成例を模式的に示した断面図である。 分散型内部拡散法超電導線材前駆体の構成要素となるＣｕ／Ｎｂエレメント線材の詳細な構成を模式的に示す断面図である。 分散型内部拡散法超電導線材前駆体の構成要素となるＣｕ／Ｓｎエレメント線材の詳細な構成を模式的に示す断面図である。 本発明の超電導線材製造用前駆体の構成例を模式的に示した断面図である。 本発明の超電導線材製造用前駆体の他の構成例を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１，５，１０，１３，１５，１６ 超電導線材製造用前駆体
２ ＮｂまたはＮｂ基合金芯（Ｎｂ芯材）
３ ＳｎまたはＳｎ基合金芯（Ｓｎ芯材）
４ Ｃｕマトリクス
４ａ 安定化銅層
６ 拡散バリア層（筒状拡散バリア層）
７ Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材
８ Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材

Claims (6)

1. 内部拡散法によってＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いる前駆体において、外周に安定化銅層を設けた筒状拡散バリア層を有し、該筒状拡散バリア層内に複合線材群が挿入された複合管を線材化して得られる前駆体であって、
   前記複合線材群は、
   Ｎｂ若しくはＮｂ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材と、
   Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材とからなり、
   前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材は、互いに連結配置された前記複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材によって複数の領域に分断されるように配置されたものであることを特徴とするＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
2. 前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材および複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材は、断面形状が六角形に形成されたものである請求項１に記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
3. 前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材は、周方向に全周連続配置しないように分断されたものである請求項１または２に記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
4. 分断されたＣｕ／Ｎｂエレメント線材の領域内には、前記Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材が部分的に配置されたものである請求項１〜３のいずれかに記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
5. 前記複数のＣｕ／Ｎｂエレメント線材の本数Ａと、前記複数のＣｕ／Ｓｎエレメント線材の本数Ｂの比（Ａ：Ｂ）が １．５：１．０〜３．０：１．０である請求項１〜４のいずれかに記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の超電導線材製造用前駆体を熱処理することによって、Ｃｕ／Ｎｂエレメント線材中のＮｂ若しくはＮｂ基合金芯と、Ｃｕ／Ｓｎエレメント線材中のＳｎ若しくはＳｎ基合金芯とを拡散反応させ、生成するＮｂ₃Ｓｎ超電導相領域が、熱処理前にＣｕ／Ｓｎエレメント線材が配置されていた部分によって、分断されたものであることを特徴とするＮｂ₃Ｓｎ超電導線材。