JPH02234313A - 化合物超電導線材の製造方法 - Google Patents
化合物超電導線材の製造方法Info
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- JPH02234313A JPH02234313A JP1053881A JP5388189A JPH02234313A JP H02234313 A JPH02234313 A JP H02234313A JP 1053881 A JP1053881 A JP 1053881A JP 5388189 A JP5388189 A JP 5388189A JP H02234313 A JPH02234313 A JP H02234313A
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- superconducting
- superconducting wire
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- 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
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、例えばＮｂ３Ｓｎ系超電導線材など、高磁
界発生用電磁石の巻線材などに用いられる化合物超電導
線材の製造方法に関するものである．［従来の技術］ 一般に、高磁界発生用電磁石の巻線材としては、超電導
線材の利用が進められている．これは、超電導線材を用
いると、電力消費が殆どなく、かつ大電流を流すことが
可能だからである．現在、ひろく利用されている超電導
線材としては、Ｎｂ−Ｔｉ系の合金線材があるが、この
合金線材は発生磁界に９テスラの限界があるため、これ
以上の高磁界を必要とする核融合炉，高エネルギ加速器
及び核磁気共鳴装置などには、臨界磁界の高いＮ ｂ
ｓ Ｓ ｎ系の化合物超電導線材が用いられている． 第３図は従来の製造方法により製造された化合物超電導
線材の一例としてＮ ｂ ｓ Ｓ ｎ線材を示す断面図
であり、図において（１）はＮ ｂ ２ Ｓ ｎからな
るフィラメント、（２）はフィラメント（１）相互の間
に介在しＣｕ−ＳｎＮ金からなる介在体であり、フィラ
メント（１）はこの介在体（２）を介して多数本束ねら
れている．（３）は介在体（２）の外周を被う拡散バリ
アであり、この拡散バリア（３）はＮｂからなり外部へ
のＳｎの拡散を防止する。（４）は拡散バリア《３）の
外周に設けられた安定化材であり、この安定化材（４）
はＣｕ（無酸素銅）からなっている。
界発生用電磁石の巻線材などに用いられる化合物超電導
線材の製造方法に関するものである．［従来の技術］ 一般に、高磁界発生用電磁石の巻線材としては、超電導
線材の利用が進められている．これは、超電導線材を用
いると、電力消費が殆どなく、かつ大電流を流すことが
可能だからである．現在、ひろく利用されている超電導
線材としては、Ｎｂ−Ｔｉ系の合金線材があるが、この
合金線材は発生磁界に９テスラの限界があるため、これ
以上の高磁界を必要とする核融合炉，高エネルギ加速器
及び核磁気共鳴装置などには、臨界磁界の高いＮ ｂ
ｓ Ｓ ｎ系の化合物超電導線材が用いられている． 第３図は従来の製造方法により製造された化合物超電導
線材の一例としてＮ ｂ ｓ Ｓ ｎ線材を示す断面図
であり、図において（１）はＮ ｂ ２ Ｓ ｎからな
るフィラメント、（２）はフィラメント（１）相互の間
に介在しＣｕ−ＳｎＮ金からなる介在体であり、フィラ
メント（１）はこの介在体（２）を介して多数本束ねら
れている．（３）は介在体（２）の外周を被う拡散バリ
アであり、この拡散バリア（３）はＮｂからなり外部へ
のＳｎの拡散を防止する。（４）は拡散バリア《３）の
外周に設けられた安定化材であり、この安定化材（４）
はＣｕ（無酸素銅）からなっている。
次に、上記のようなＮ ｂｚ Ｓ ｎ４！材の製造方法
について説明する．第４図は第３図のＮｂ３Ｓｎ線材の
製造途中の状態を示す断面図であり、図においてく５）
は第１の基体であるＳ ｎ基体、（６）は第２の基体と
してＳ ｎ基体（５）の外周に多数配置されたＮｂ基体
、（７）はＮｂ基体（６）の間に介在するマトリックス
材であり、このマトリックス材（７）はＣｕからなって
いる．（８）はこれらＳｎ基体（５），Ｎｂ基体（６）
及びマトリックス材（７）からなる超電導モジュール、
くっ）はこの超電導モジュール（８），拡散バリア（３
）及び安定化材（４）からなる複自体である．第３図の
ようなＮｔｇＳｎ線材を製造する場合、まず超電導モジ
ュール（８）を製造する．次に、この超電導モジュール
（８）の外周部に拡散バリア（３）を設け、さらにその
外周部に安定化材（４）を設けることにより、複合体（
９）を製造する。そして、複合体（９）を所定の形状，
寸法に加工する． この後、コイル巻きする前又は後に、４００℃以上９５
０゜Ｃ以下で熱処理を行う。これにより、Ｓｎ基体（５
）のＳｎが、マトリックス材（７）中に均一に拡散し、
Ｎｂ基体（６）と反応し、Ｎ ｂ基体（６）はＮｂ＊Ｓ
ｎのフィラメント（１）となる。
について説明する．第４図は第３図のＮｂ３Ｓｎ線材の
製造途中の状態を示す断面図であり、図においてく５）
は第１の基体であるＳ ｎ基体、（６）は第２の基体と
してＳ ｎ基体（５）の外周に多数配置されたＮｂ基体
、（７）はＮｂ基体（６）の間に介在するマトリックス
材であり、このマトリックス材（７）はＣｕからなって
いる．（８）はこれらＳｎ基体（５），Ｎｂ基体（６）
及びマトリックス材（７）からなる超電導モジュール、
くっ）はこの超電導モジュール（８），拡散バリア（３
）及び安定化材（４）からなる複自体である．第３図の
ようなＮｔｇＳｎ線材を製造する場合、まず超電導モジ
ュール（８）を製造する．次に、この超電導モジュール
（８）の外周部に拡散バリア（３）を設け、さらにその
外周部に安定化材（４）を設けることにより、複合体（
９）を製造する。そして、複合体（９）を所定の形状，
寸法に加工する． この後、コイル巻きする前又は後に、４００℃以上９５
０゜Ｃ以下で熱処理を行う。これにより、Ｓｎ基体（５
）のＳｎが、マトリックス材（７）中に均一に拡散し、
Ｎｂ基体（６）と反応し、Ｎ ｂ基体（６）はＮｂ＊Ｓ
ｎのフィラメント（１）となる。
また、マトリックス材（７）もＳｎと反応してＣｕ−Ｓ
ｎ会金からなる介在体（２）となる。
ｎ会金からなる介在体（２）となる。
このとき、Ｓｎの拡散によって、安定化材（４）のＣｕ
がＣｕ−Ｓｎに合金化するのを防ぐため、拡散バリア（
３）を設けてＳｎの拡散をその内側に止めている． ところで、超電導線及びそれによって形成されるコイル
は、速い磁界の変動に対して安定である低交流損失であ
り、かつ臨界電流が十分高いことが要求される。このた
めには、局部的なクエンチ（常電導転移）に対する極低
温保持及び局部的電流負荷などの安定化機能を、安定化
．材（４）が十分に有する必要がある． この安定化材（４）の安定化機能は残留抵抗比（ＲＲＲ
一常温での電気抵抗率Ｔ極低温での電気抵抗率》で示さ
れる。この残留抵抗比の値を大きくするためには、安定
化材（４）の極低温での電気抵抗率を低くする必要があ
る。安定化機能が向上すれば、安定化材（４）の断面積
の縮小、及びこれにともなうコイルの小型，軽量化を図
ることが可能となる。
がＣｕ−Ｓｎに合金化するのを防ぐため、拡散バリア（
３）を設けてＳｎの拡散をその内側に止めている． ところで、超電導線及びそれによって形成されるコイル
は、速い磁界の変動に対して安定である低交流損失であ
り、かつ臨界電流が十分高いことが要求される。このた
めには、局部的なクエンチ（常電導転移）に対する極低
温保持及び局部的電流負荷などの安定化機能を、安定化
．材（４）が十分に有する必要がある． この安定化材（４）の安定化機能は残留抵抗比（ＲＲＲ
一常温での電気抵抗率Ｔ極低温での電気抵抗率》で示さ
れる。この残留抵抗比の値を大きくするためには、安定
化材（４）の極低温での電気抵抗率を低くする必要があ
る。安定化機能が向上すれば、安定化材（４）の断面積
の縮小、及びこれにともなうコイルの小型，軽量化を図
ることが可能となる。
［発明が解決しようとする課題］
上記のように構成された従来のＮｂ３Ｓｎ線材において
は、Ｎｂからなる拡散バリア（３）を用いているため、
拡散バリア（３）の内壁にＮ ｂ ＊ Ｓ ｎが生成さ
れてしまう。このようにして生成された１’Ｊｂ）ｓｌ
１は、太いフィラメントと同じような挙動を示し、電気
的結合状態となるため、交流損失（ヒステリシス損失）
が大きくなってしまうという問題点があった。また、こ
のＮｂからなる拡散バリア（３）を用いた場きの安定化
材（４）の残留抵抗比は３００程度であり、安定化機能
の増大及び断面縮小の面で十分でないという問題点があ
った。
は、Ｎｂからなる拡散バリア（３）を用いているため、
拡散バリア（３）の内壁にＮ ｂ ＊ Ｓ ｎが生成さ
れてしまう。このようにして生成された１’Ｊｂ）ｓｌ
１は、太いフィラメントと同じような挙動を示し、電気
的結合状態となるため、交流損失（ヒステリシス損失）
が大きくなってしまうという問題点があった。また、こ
のＮｂからなる拡散バリア（３）を用いた場きの安定化
材（４）の残留抵抗比は３００程度であり、安定化機能
の増大及び断面縮小の面で十分でないという問題点があ
った。
また、これを改善するためには、安定化材（４）として
、より高純度のＣｕを用いる方法があるが、コストが非
常に高くなってしまうという問題点があった． この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、より高純度なＣｕを用いることなく、安定
化材の残留抵抗比を大きくすることができ、これにより
安定化機能の増大及び断面縮小を図ることができる化合
物超電導線材の製造方法を得ることを目的とする。
、より高純度のＣｕを用いる方法があるが、コストが非
常に高くなってしまうという問題点があった． この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、より高純度なＣｕを用いることなく、安定
化材の残留抵抗比を大きくすることができ、これにより
安定化機能の増大及び断面縮小を図ることができる化合
物超電導線材の製造方法を得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段コ
この発明に係る化合物超電導線材の製造方法は、Ｔａか
らなる拡散バリアを用い，５５０℃以上７５０℃以下の
温度で５時間以上２００時間以下の加熱処理を行うもの
である。
らなる拡散バリアを用い，５５０℃以上７５０℃以下の
温度で５時間以上２００時間以下の加熱処理を行うもの
である。
［作用コ
この発明においては、Ｔａからなる拡散バリアを用い、
かつ５５０℃以上７５０℃以下の温度で５時間以上２０
０時間以下の加熱処理を行うことにより、安定化材の残
留抵抗比が向上する。
かつ５５０℃以上７５０℃以下の温度で５時間以上２０
０時間以下の加熱処理を行うことにより、安定化材の残
留抵抗比が向上する。
［実施例コ
以下、この発明の実施例を図について説明する．第１図
はこの発明の一実施例により製造された円形断面のＮｌ
ｇＳｎ線材を示す断面図、第２図は第１図のＮｂ３Ｓｎ
線材の製造途中の状態を示す断面図であり、第３図及び
第４図と同一又は相当部分は同一符号を付し、その説明
を省略する。
はこの発明の一実施例により製造された円形断面のＮｌ
ｇＳｎ線材を示す断面図、第２図は第１図のＮｂ３Ｓｎ
線材の製造途中の状態を示す断面図であり、第３図及び
第４図と同一又は相当部分は同一符号を付し、その説明
を省略する。
図において、（１０》は介在体（２〉の外周に設けられ
外部へのＳ ｎの拡散を防止する拡散バリアであり、こ
の拡散バリア（１０）はＳｎと反応しないＴａからなっ
ている， （１１）は安定化材（４）．超電導モジュ
ール（８）及び拡散バリア（１０）からなる複合体であ
る． 次に、このＮｂ３Ｓｎ線材の製造方法を説明する．まず
、超電導モジュール（８） （外径φ９．８＋ａｍ，長
さｌｍ）を製造し、その外周部に拡散バリア（３）とな
るＴａチューブ（外径φ１１ｍ＋ｓ，内径φ１０ｍｍ，
長さｌｍ）を被覆した。次に、そのＴａチューブの外周
に、安定化材（４）となる無酸素鋼管（外径φ１８ ．
５ｍｍ ，内径φ１１．４ｍｍ，長さｌｍ）を設けるこ
とにより、複合体（１１）を製造した。
外部へのＳ ｎの拡散を防止する拡散バリアであり、こ
の拡散バリア（１０）はＳｎと反応しないＴａからなっ
ている， （１１）は安定化材（４）．超電導モジュ
ール（８）及び拡散バリア（１０）からなる複合体であ
る． 次に、このＮｂ３Ｓｎ線材の製造方法を説明する．まず
、超電導モジュール（８） （外径φ９．８＋ａｍ，長
さｌｍ）を製造し、その外周部に拡散バリア（３）とな
るＴａチューブ（外径φ１１ｍ＋ｓ，内径φ１０ｍｍ，
長さｌｍ）を被覆した。次に、そのＴａチューブの外周
に、安定化材（４）となる無酸素鋼管（外径φ１８ ．
５ｍｍ ，内径φ１１．４ｍｍ，長さｌｍ）を設けるこ
とにより、複合体（１１）を製造した。
この後、ドローベンチ引抜及び伸線加工を行い、また必
要に応じて軟化焼鈍を行い、複合体（１１）を所定の形
状、寸法（外径φ０．ｌ３＋ａ＋）に加工した．それか
ら、所定形状．寸法に加工された複合体に対して、温度
７２５℃で７０時間加熱処理を行った。
要に応じて軟化焼鈍を行い、複合体（１１）を所定の形
状、寸法（外径φ０．ｌ３＋ａ＋）に加工した．それか
ら、所定形状．寸法に加工された複合体に対して、温度
７２５℃で７０時間加熱処理を行った。
これによって、Ｓｎ基休（５）のＳｎがマトリックス材
（７）中に拡散し、Ｎｂ基体（６》はＮｂ＊Ｓｎのフィ
ラメント（１）となった． 一方、この実施例のＮｂ．Ｓｎ線材とともに、従来例と
同様に拡散バリアがＮｂからなるＮ ｂｚ Ｓ ＋ｔ線
材を製造し、上記実施例のものとその特性を比較してみ
た．これらの特性を下表に示す．なお、Ｎｂ拡散バリア
のＮ ｂ ：ｌ Ｓ ｎ線材は、Ｔａチューブの代わり
にＮｂチューブを用いること以外、上記実施例と同様の
方法で製造した．また、下表において、材料とは拡散バ
リア材料、常温でのＣｕ抵抗率とは２９０１（における
安定化材（４）の電気抵抗率、極低温でのＣｕ抵抗率と
１９Ｋ（常電導遷移温度）における安定化材（４）の電
気抵抗率をそれぞれ示している。
（７）中に拡散し、Ｎｂ基体（６》はＮｂ＊Ｓｎのフィ
ラメント（１）となった． 一方、この実施例のＮｂ．Ｓｎ線材とともに、従来例と
同様に拡散バリアがＮｂからなるＮ ｂｚ Ｓ ＋ｔ線
材を製造し、上記実施例のものとその特性を比較してみ
た．これらの特性を下表に示す．なお、Ｎｂ拡散バリア
のＮ ｂ ：ｌ Ｓ ｎ線材は、Ｔａチューブの代わり
にＮｂチューブを用いること以外、上記実施例と同様の
方法で製造した．また、下表において、材料とは拡散バ
リア材料、常温でのＣｕ抵抗率とは２９０１（における
安定化材（４）の電気抵抗率、極低温でのＣｕ抵抗率と
１９Ｋ（常電導遷移温度）における安定化材（４）の電
気抵抗率をそれぞれ示している。
この表に示すように、安定化材《４》の電気抵抗率は、
常温ではほぼ同じだが、極低温ではＴａの拡散バリア（
１０）を用いたものの方がかなり小さくなった。従って
、残留抵抗比は、Ｔａの拡散バリア（１０）を用いたも
のの方が３倍以上も大きくなった． また、加熱温度が５５０℃以下では残留抵抗比のこのよ
うな効果は殆どみられず、また７５０℃以上では残留抵
抗比の平衡状態又は低下がみられた。
常温ではほぼ同じだが、極低温ではＴａの拡散バリア（
１０）を用いたものの方がかなり小さくなった。従って
、残留抵抗比は、Ｔａの拡散バリア（１０）を用いたも
のの方が３倍以上も大きくなった． また、加熱温度が５５０℃以下では残留抵抗比のこのよ
うな効果は殆どみられず、また７５０℃以上では残留抵
抗比の平衡状態又は低下がみられた。
加熱時間についても５〜２００時間の範囲外では、この
ような効果はみちれなかった。
ような効果はみちれなかった。
なお、上記実施例では７２５℃７０時間で加熱処理を行
ったが、加熱温度及び加熱時間の条件は、５５０〜７５
０℃、５〜２００時間の範囲内であれば池の時間の加熱
処理がより効果的で好ましい．また２上記実施例では化
合物超電導線材として第１の基体がＳｎ基体（ら）、第
２の基体がＮｂ基体（６）であるＮ ｂｓ Ｓ ｎ線材
を示したが、例えばＮｂ．ＡＩ線材やＮｂｐＧａｌｌ材
など、それぞれ他の材料からなる第１及び第２の基体を
用いた他の化合物超電導線材であってもこの発明は適用
できる．さらに、上記実施例では超電導モジュール（８
）を１本用いたものを示したが、超電導モジュールを複
数本束ねて用いたものにもこの発明は適用できる． さらにまた、上記実施例では化合物超電導線材として円
形断面のものを示したが、矩形断面や異形断面のもので
あってもよい。また、線径も上記実施例に限定されない
． また、上記実施例ではマトリックス材（７）としてＣｕ
からなるものを示したが、例えばＣｕ−Ｓｎｈ金からな
るものなど、他の材質のものであってもよい． ［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の化合物超電導線材の製
造方法は、Ｔａからなる拡散バリアを用い、５５０℃以
上７５０℃以下の温度で５時間以上２００時間以下の加
熱処理を行ったので、より高純度なＣｕを用いることな
く、安定化材の残留抵抗比を大きくすることができ、こ
れにより安定化機能の増大及び断面縮小を図ることがで
きるという効果がある．
ったが、加熱温度及び加熱時間の条件は、５５０〜７５
０℃、５〜２００時間の範囲内であれば池の時間の加熱
処理がより効果的で好ましい．また２上記実施例では化
合物超電導線材として第１の基体がＳｎ基体（ら）、第
２の基体がＮｂ基体（６）であるＮ ｂｓ Ｓ ｎ線材
を示したが、例えばＮｂ．ＡＩ線材やＮｂｐＧａｌｌ材
など、それぞれ他の材料からなる第１及び第２の基体を
用いた他の化合物超電導線材であってもこの発明は適用
できる．さらに、上記実施例では超電導モジュール（８
）を１本用いたものを示したが、超電導モジュールを複
数本束ねて用いたものにもこの発明は適用できる． さらにまた、上記実施例では化合物超電導線材として円
形断面のものを示したが、矩形断面や異形断面のもので
あってもよい。また、線径も上記実施例に限定されない
． また、上記実施例ではマトリックス材（７）としてＣｕ
からなるものを示したが、例えばＣｕ−Ｓｎｈ金からな
るものなど、他の材質のものであってもよい． ［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の化合物超電導線材の製
造方法は、Ｔａからなる拡散バリアを用い、５５０℃以
上７５０℃以下の温度で５時間以上２００時間以下の加
熱処理を行ったので、より高純度なＣｕを用いることな
く、安定化材の残留抵抗比を大きくすることができ、こ
れにより安定化機能の増大及び断面縮小を図ることがで
きるという効果がある．
第１図はこの発明の一実施例により製造された円形断面
のＮｂｚＳｎｉｉ材を示す断面図、第２図は第１図のＮ
ｂ，Ｓｎ線材の製造途中の状態を示す断面図、第３図は
従来の製造方法により製造された化合物超電導線材の一
例としてＮｂ，Ｓｎ線材を示す断面図５第４図は第３図
のＮｂｓＳｎ線材の製造途中の状態を示す断面図である
． 図において、（４）は安定化材、（５）はＳｎ基体（第
１の基体）、（６）はＮｂ基体（第２の基体）、（７）
はマトリックス材、（８）は超電導モジュール、（１０
）は拡散バリアである。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
のＮｂｚＳｎｉｉ材を示す断面図、第２図は第１図のＮ
ｂ，Ｓｎ線材の製造途中の状態を示す断面図、第３図は
従来の製造方法により製造された化合物超電導線材の一
例としてＮｂ，Ｓｎ線材を示す断面図５第４図は第３図
のＮｂｓＳｎ線材の製造途中の状態を示す断面図である
． 図において、（４）は安定化材、（５）はＳｎ基体（第
１の基体）、（６）はＮｂ基体（第２の基体）、（７）
はマトリックス材、（８）は超電導モジュール、（１０
）は拡散バリアである。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 第１の基体と、この第１の基体のまわりにマトリック材
を介して配設された複数の第２の基体とを有する超電導
モジュールの外周部に、Ｔａからなり外部への前記第１
の基体の拡散を防止する拡散バリアを設け、この拡散バ
リアの外周部にＣｕからなる安定化材を設けた後、５５
０℃以上７５０℃以下の温度で、５時間以上２００時間
以下加熱し、前記第１の基体と前記第２の基体とを化合
させることを特徴とする化合物超電導線材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1053881A JPH02234313A (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | 化合物超電導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1053881A JPH02234313A (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | 化合物超電導線材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02234313A true JPH02234313A (ja) | 1990-09-17 |
Family
ID=12955086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1053881A Pending JPH02234313A (ja) | 1989-03-08 | 1989-03-08 | 化合物超電導線材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02234313A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007524210A (ja) * | 2004-02-19 | 2007-08-23 | 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 | Ｎｂ３Ｓｎ超伝導ワイヤにおける臨界密度の改善 |
-
1989
- 1989-03-08 JP JP1053881A patent/JPH02234313A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007524210A (ja) * | 2004-02-19 | 2007-08-23 | 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 | Ｎｂ３Ｓｎ超伝導ワイヤにおける臨界密度の改善 |
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