JPH02276111A - 化合物超電導体および化合物超電導体の製造方法 - Google Patents

化合物超電導体および化合物超電導体の製造方法

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JPH02276111A
JPH02276111A JP1147484A JP14748489A JPH02276111A JP H02276111 A JPH02276111 A JP H02276111A JP 1147484 A JP1147484 A JP 1147484A JP 14748489 A JP14748489 A JP 14748489A JP H02276111 A JPH02276111 A JP H02276111A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、化合物超電導体およびその製造方法に係わり
、特に化合物超電導体の構成元素の拡散による安定化材
の電気抵抗の低下を防止し、さらに安定化材の機械的強
度を向上させた化合物超電導体およびその製造方法に関
する。
(従来の技術) 従来、この種の化合物超電導体は、たとえば次のような
方法で製造されていた。
すなわち、超電導体としてNb3 Snマルチ超電導線
を例にとると、Sn線上に、Cu管、Nb管、Cu管を
順に被覆し、これをスウェージングマシンなどにより一
体化加工して所定の外径まで減面加工を施しながら外形
が正六角形のロッドに成形する。次いで、この六角形の
ロッドの多数本をCu管からなる安定化材内に挿入し、
スウエージングマシンなどにより一体化した後、減面加
工を施し、所定の外径となったところで熱処理工程を施
すことによってSnをその上のCu層を拡散させてNb
層と反応させ、Nb層の表面にNb3 Sn超電導体を
形成する。
第14図は、このようにして製造されたマルチ超電導体
を示すもので、Cu−8n芯l上にNb3 Sn超電導
体2が配置され、その上にNL+からなる拡散防止層3
、Cuからなる安定化材4が順に形成されている。なお
、安定化材4は、Nbx SnMi電導体2の常電導転
移時に電流が流され、焼損などを防止する作用をする。
(発明が解決しようとする課Jam) ところで、このような化合物超電導線の安定化材として
用いられているCuは、通常、残留抵抗比(以下、RR
Rと記す。)が200〜300で、20[K]における
比抵抗ρは〜 txto−’cΩ・calと非常に低い
。しかし、熱処理時にCu−3n芯1中のSnが安定化
材4中に拡散すると、安定化材4はSnによって汚染さ
れてしまう。
拡散防止層3は、このような安定化材4中へのSnの拡
散を防止する機能を奏するが、熱処理時における安定化
材4へのSnの拡散を防ぐ効果は必ずしも十分なもので
はなく、シかも拡散防止層3の素材となるNbなどが安
定化材4中に拡散することも避けられない。また、TI
などを添加したNb3 SnではTIの安定化材4への
拡散もある。このように安定化材4中にNb、 Tl、
Snなどが拡散すると、安定化材4のRRI?は1−1
0.20[K]におけるρは′lXl0−7〜lXl0
−’ [Ω・C11]となって、純Cuに比べて1桁か
ら2桁も電気抵抗が増加し、これによって化合物超電導
線の安定性が損なわれるという問題があった。
また、安定化材4中への不純物元素の拡散を抑えるため
、熱処理温度を低くするとともに、熱処理時間を短くす
ることが行われているが、この場合、逆にNb3 Sn
層の生成が抑えられ、臨界電流(密度)などの超電導特
性が低いものしか得られないという欠点があった。
一方、従来のCuを安定化材として用いる超電導線は引
張り強さが小さいため、一般にステンレス鋼などをテン
ションメンバーとして用いることが行われているが、こ
のような超電導線は製造工程が煩雑になり製品コストが
高くなるうえに、スペースファクターも悪くなるという
難点があった。
本発明は上記事情に対処してなされたもので、その第1
の目的は、安定化材の電気抵抗を低く維持することので
きる化合物超電導体の製造方法を提供することにある。
また本発明の第2の目的は、安定化材の電気抵抗を低く
維持するとともに、その機械的強度を向上させた化合物
超電導体の製造方法を提供することにある。
さらに、第3の目的は、安定化材の電気抵抗を低く維持
するとともに、その機械的強度を向上させた化合物超電
導体を提供することにある。
〔発明の構成] (課題を解決するための手段) すなわち第1の発明は、(a)熱処理により反応して化
合物超電導体を形成する化合物超電導体材料または化合
物超電導体と、(b)この化合物超電導体材料または化
合物超電導体と直接、もしくは拡散防止層を介して一体
化されたCuを主成分とする安定化材とを有する構造体
を、熱処理する方法において、前記安定化材の表面にC
uの酸化物薄層を形成させ非酸化雰囲気中で、または前
記安定化材の表面にCuの酸化物薄層が形成する大気の
酸素分圧より低い酸素分圧下で、前記熱処理を行うこと
を特徴としており、 また第2の発明は、第1の発明において安定化材として
^(,71% Zr、lags Lr%Nb5Nlおよ
びAJ!z03からなる群から選ばれた少なくともIP
Jを0.1〜2重量%含むCu合金を使用し、前記安定
化材の表面にCuの酸化物薄層を形成させ非酸化雰囲気
中で、または前記安定化材の表面にCuの酸化物薄層が
形成する大気の酸素分圧より低い酸素分圧下で、前記熱
処理を行うことを特徴としており、 さらに第3の発明は、第1の発明における構造体に予備
熱処理を施して前記化合物超電導体材料または化合物超
電導体、あるいは拡散防止層の構成元素を0.1〜2重
量%の範囲で前記安定化材中に拡散させた後、前記安定
化材の表面にCuの酸化物薄層を形成させ非酸化雰囲気
中で、または前記安定化材の表面にCuの酸化物薄層が
形成する大気の酸素分圧より低い酸素分圧下で、前記熱
処理を行うことを特徴としており、 またさらに第4の発明は、第1の発明において安定化材
を高純度Cu層と酸化しやすい元素または化合物による
強化Cu合金層とによる 2層構造とし、かつ最外層側
に形成された前記高純度Cu層の表面にCuの酸化物薄
層を形成させ非酸化雰囲気中で、または前記高純度Cu
層の表面にCuの酸化物薄層が形成する大気の酸素分圧
より低い酸素分圧下で、前記熱処理を行うことを特徴と
している。
また、第5の発明は、化合物超電導体の外周に安定化材
を設けてなる化合物超電導体において、前記化合物超電
導体と前記安定化材間に少なくとも金属酸化物からなる
拡散防止層が設けられていることを特徴としており、 さらに第6の発明は、化合物超電導体の外周に安定化材
を設けてなる化合物超電導体において、前記安定化材が
分散強化安定化Cuからなり、かつ前記化合物超電導体
と前記分散強化安定化Cu間に多層構造を有し少なくと
も最外層が金属酸化物層からなる拡散防止層が設けられ
ていることを特徴としており、 またさらに第7の発明は、化合物超電導体の外周に安定
化材を設けてなる化合物超電導体において、前記安定化
材が高純度Cu層と強化Cu合金層とによる2層構造を
有し、かつ前記高純度Cu層と強化Cu合金層間に少な
くとも金属酸化物からなる拡散防止層が設けられている
ことを特徴としている。
本発明の化合物超電導体に用いられる安定化材としては
、以下に示すものが例示される。
(a)  導電性に優れた高純度Cuで安定化材を構成
する。
(b)   AJ2、Tl5Zr、Hgs ’wrSN
bs旧およびAl2O2からなる群から選ばれた少なく
とも1種を0.1〜2重量%含むCu合金で安定化材を
構成する。
(e)  導電性に優れた高純度Cu層と酸化しやすい
元素または化合物による強化Cu合金層との2層構造で
安定化材を構成する。
上記(a)の場合、本発明の製造方法における熱処理は
、安定化材のCu中に固溶している不純物を、安定化材
の表面に形成されたCuの酸化物薄層から拡散した酸素
により酸化して酸化物として析出させるとともに、超電
導体外周またはその外周に形成された拡散防止層上に、
安定化材のCu中に固溶している不純物の酸化物、超電
導体の構成元素の酸化物または拡散防止層の構成元素の
酸化物による強固な拡散防止層を形成するためのもので
ある。
また、安定化材中に化合物超電導体の構成元素や拡散防
止層の構成元素を予め0.1〜2重量%程度分散させた
後、本発明の熱処理を行うことによって、これら拡散さ
せた元素が安定化材中で酸化物として析出し、安定化材
が分散強化安定化Cuとなり、引張り強さを向上させる
ことができる。
また、上記(b)の場合、本発明の製造方法における熱
処理は、上記(a)と同様に安定化材中の不純物を析出
させ、超電導体外周またはその外周に形成された拡散防
止層上に超電導体の構成元素や拡散防止層の構成元素の
酸化物による強固な拡散防止層を形成するとともに、安
定化材中に含まれるAJなどの金属元素を酸化物として
析出させて分散強化安定化Cuとし、安定化材を強化す
るものである。
さらに、上記(e)の場合、本発明の製造方法における
熱処理は、安定化材の高純度Cu層中に固溶している不
純物を、高純度Cu層の表面に形成されたCuの酸化物
薄層から拡散した酸素により酸化して酸化物として析出
させるとともに、高純度Cu層と強化Cu合金層間に強
化Cu合金中の添加元素の酸化物、高純度Cu中に固溶
している不純物の酸化物、超電導体の構成元素の酸化物
または拡散防止層の構成元素の酸化物による強固な拡散
防止層を形成するためのものである。
この際に用いられる強化Cu合金としては、2「−Cu
、 Zr−Cr−Co−Cu s Ni−Cu s N
1−Zn−Cu、 N1−9n−Cu。
5n−Cu s 5n−P−Cu N Tl−Cu 5
Be−Cuなどの酸化しやすい元素を固溶させた固溶強
化型Cu合金やスピノーダル強化型Cu合金、さらには
アルミナなどによる粒子分散強化型Cu合金などが使用
される。
これら強化Cu合金のうち、特に酸化銅とアルミナの混
合物を還元焼結することによって得られる粒子分散強化
型Cu合金の使用が好適している。この還元法によるア
ルミナ含有Cu合金は、超電導層生成温度における熱処
理によっても引張り強度の低下が少なく、本発明の化合
物超電導体のテンションメンバーとして充分な効果をも
たらす。また、固溶強化型Cu合金のうちでは、10〜
30vL%N l −Cu sO,8wt%Cr−0,
2wt%Zr−Cu 、  0.5vt%Ti−Cuな
どが同様な理由から好適している。
なお、上記(a)〜(C)いずれの場合においても、本
発明の熱処理は超電導体形成のための熱処理とともに、
または必要に応じて超電導体が形成された後に行われる
。また、熱処理によって形成される金属酸化物層のみに
よっても、拡散防止層としての効果を充分に得ることが
できる。
本発明に用いられる熱処理により反応して化合物超電導
体を形成する化合物超電導体材料としては、たとえばN
b3 Snの形成材料であるNbとSn、およびNb、
  Aβの形成材料であるNbとAJ2が例示される。
上記(a)と(b)とを有する構造体としては、■ 第
1図(a)に示すように、Snコア11上にCu層12
、Nb層13、安定化材層14を順に設けたもの、 ■ 同図(b)に示すように、Nbコア15上に、Sn
を固溶させたCu合金層16を設けたもの、■ ■、■
をそれぞれマルチ構造としたもの、■ ■をマルチ構造
とし、その外周に拡散防止層と安定化材層を順に設けた
もの、 ■ 同図(c)に示すように、A1合金の棒17の外周
にNb彼覆18を設けたもの、■ ■をマルチ・構造と
したもの、 ■ ■の外周に安定化材層を設けたものなどが例示され
る。
なお、本発明における構造体は、これらのものに限定さ
れるものではなく、安定化Hの表面が酸素ガスと接する
形態であれば、どのような形状、構造のものであっても
よい。また、これらの構造体中の安定化材のCuと他の
拡散防止層、超電導体などの構成元素との比率は、0.
2〜IO程度が望ましい。なお、上記■のCu合金を用
いるものは、たとえばCu −811合金ではSna度
が14vt%以上になると中間焼鈍を加えても加工が困
難になる。
安定化材の表面に形成するCuの酸化物薄層は、CuO
、Cu20単独またはCuOとCu20との混合物から
なる厚さが0.1μ−〜lOμ饋程度のもので、たとえ
ば酸素濃度10%以上の常圧処理雰囲気中においては【
00℃〜400℃の温度で、l−120時間熱処理する
ことにより形成され、また低真空中(LX 1O−1T
orr 〜LX 1G−’ Torr程度)においては
3〜100時間熱処理することによって形成されるとと
もにCu中に拡散する。
なお、この酸イ、ヒによって形成される酸化物薄層は、
銅と酸化銅との熱収縮の差によって熱処理炉内から取出
す際などに剥離しやすいため、予め熱処理を行う構造体
をステンレス管などの管状体内に収容したり、ガラスス
リーブなどによって構造体の外表面に保護被覆を設ける
などして、この状態で酸化処理を行うことが好ましい。
酸化物薄層が剥離すると、この後に行う熱処理の際に酸
素の供給源が断たれ、安定化材中への不純物の拡散防止
や分散強化のための酸化物の形成にばらつきが生じてし
まうが、管状体内に収容した状態や保護被覆を設けた状
態で酸化処理した後にこの状態を′維持して熱処理する
ことによって、多少酸化物薄層の剥離が生じても、系内
に酸素の供給源となる酸化物が存在しているため、充分
に本発明の効果を発揮できる。また、電気絶縁性のガラ
ススリーブなどを用いることによって、コイルなどの成
形体を形成した後でも安定して熱処理を施すことができ
る。さらに、ステンレス管などの管状体を用いる際には
、この管内に大気あるいは酸素ガスと不活性ガスとの混
合ガスを流通させつつ酸化処理することによって充分に
酸化物薄層を形成することができる。
また、CVDによりCuの酸化物薄層を形成させたり、
エボノールC(商品名)のような黒化剤を用いて化学的
に酸化させたり、Cuの酸化物を含むベースト状の塗料
を塗布することによってもCuの酸化物薄層を形成させ
ることができる。
安定化材表面に形成する酸化物薄層の厚さが余り薄いと
、たとえば0.1μ−未満であると、Nb3Sn層のよ
うな化合物超電導体層を形成するための熱処理の際に、
高真空(l x 10−’ Torr以上)または不活
性ガス雰囲気とする場合には、酸化物層の酸素量が少な
いので、低いRRR(たとえばRRRン8)しか得られ
なくなり、逆に、線径(外径)111に対してCuの酸
化物薄層の厚さがlOμ−を越したり、酸素分圧の高い
雰囲気中で熱処理を行うと、安定化材中へ入り込む酸素
量が多くなりすぎて拡散防止層を厚くするとともに、酸
化のため安定化材の体積が減少(線が細くなる)し、ま
たNbも酸化されて強度やRRRおよびJcの低下の原
因となる。
したがって、これらの兼合いを考慮しなからCuの酸化
物薄層の厚さを設定することが望ましい。
このようにして安定化材の外周にCuの酸化物の形成さ
れた構造体は、次いで大気減圧下、高真空下(IX 1
0−’ Torr以下)、不活性ガス雰囲気下などで、
Nb3Snの場合には650℃〜770℃で10〜40
0時間、Nb3  Aぶの場合には750℃〜950℃
で1〜゛100時間熱処理して化合物超電導体材料を反
応させて化合物超7に導体を形成させるとともに、酸素
を安定化材中に拡散させて安定化材中の不純物元素、添
加元素、拡散防止層表面などと反応させて酸化物を形成
させる。
また、安定化材の分散強化を超電導体の構成元素よって
行う場合には、まず通常どおりに上記構造体を大気中で
化合物超電導体の生成温度で1時間〜lO時間程度予備
的に熱処理し、化合物超電導体の形成を一部行うととも
に、化合物超電導体や拡散防止層の構成元素、たとえば
Snを0.1〜2.0重量%の範囲で安定化材中に拡散
させる。この後、上記した酸化物薄層を安定化材表面に
形成し、次いで大気減圧下、不活性ガス雰囲気下、真空
下などでの熱処理を施し、超電導特性を得るのに充分な
化合物超電導体を形成させるとともに、酸素を安定化材
中に拡散させて安定化材中の不純物元素や拡散元素と反
応させて安定化材を強化し、かつ拡散防止層表面なぞと
反応させて酸化物を形成させ強固な拡散防止層を形成す
る。
また、必要に応じて上記のようにCuの酸化物薄層を形
成するための熱処理と拡散のための熱処理とを分離せず
に、大気の酸素分圧より低い酸素分圧下で、たとえばI
X 10’ Torr 〜LX 10−” Torr程
度の低真空下で、Cuの酸化物薄層を形成しながら拡散
のための熱処理を行うようにしてもよい。また、安定化
材として酸素を0.3vt%程度含有する高純度Cuを
用いることによって、酸化物薄層の形成を省き直接化合
物超電導体の生成温度における熱処理を行うことも可能
であり、すでに安定化材に入っている酸素は、たとえば
Nb3 Sn生成熱処理時(700℃)に各Nbフィラ
メント毎にNbOを生成し、Snの安定化銅へのもれを
防ぐ役目をする。
さらに、公知の方法により製造された化合物超電導体の
安定化材の表面にCuの酸化物薄層を形成し、またはC
uの酸化物薄層が形成する雰囲気下で熱処理することに
より、安定化材のCu中に固溶している不純物を酸化し
て酸化物として析出させ純度を向上させるとともに、超
電導体フィラメント群の外周、またはその最外周に形成
された拡散防止層上に酸化物による強固な拡散防止層を
形成することもできる。
これら熱処理によって形成される金属酸化物層からなる
拡散防止層は、必ずしも連続的に形成しなければならな
いものではなく、不連続的に形成してもよい。このよう
に金属酸化物層を不連続的に形成することによって、化
合物超電導体と安定化材との間での熱伝導を良好に維持
することが可能となる。
このように金属酸化物層を不連続的に形成するには、金
属酸化物層からなる拡散防止層の形成位置、たとえば上
記(a)および(b)の場合には化合物超電導体と安定
化材との境界面、あるいは上記(c)の場合には高純度
CIJ層と強化Cu合金層との境界面の形状を凹凸形状
とし、このような構造体に対して本発明の熱処理を施す
ことによって境界面とCuの酸化物薄層との距離の違い
により、よりCuの酸化物薄層に近い部分に選択的に金
属酸化物を析出させることが可能となる。この境界面の
凹凸形状は、安定化材もしくは化合物超電導体を形成す
る部材の少なくとも一方の境界面側を凹凸形状として一
体化することによって、容易に形成することができる。
なお、このように金属酸化物層を不連続的に形成しても
、化合物超電導体やNbからなる拡散防止層側から安定
化材方向に拡散する元素は、部分的に形成される金属酸
化物層によって充分に捕獲されるため、安定化材を汚染
することはない。
なお、本発明により得られる超電導体を熱処理可能な製
品へ適用する場合には、本発明の熱処理をその製品の組
立過程で行うようにしてもよい。
たとえば、本発明により製造された超電導線を用いて超
電導体コイルを形成するような場合には、コイル用の巻
枠へ熱処理前の索線を巻装し、この状態で化合物超電導
体および拡散防止層形成のための熱処理を行うようにし
てもよい。
(作 用) 本発明の熱処理工程においては、安定化材の表面に形成
されたCuの酸化物薄層中の酸素が安定化材中に拡散し
ていき、安定化材中に固溶している不純物、または超電
導体構成材料から拡散してきた不純物を酸化して析出さ
せ、安定化材と化合物超電導体間に強固な金属酸化物か
らなる拡散防止層を形成する。また、Nbなどの拡散防
1L層がある場合には、その表面に金属酸化物層を形成
して拡散防止層自身からの安定化材中への不純物拡散を
防止することができる。これによって、安定化材の電気
抵抗の増加を抑制することができ、化合物超電導体の安
定性の向上をはかり得る。
また、安定化材中に八βなどの金属元素を固溶させた場
合には、あるいは予め安定化材中に超電導体や拡散防止
層の構成元素を拡散させた場合には、これらの添加元素
や拡散元素が酸化物として析出して安定化材を強化させ
、安定化材の電気抵抗の増加を抑制するとともに、その
機械的強度を向上させる。
また、安定化材を高純度Cu層と強化Cu合金層との2
層構造とすることによって、本発明の熱処理により高純
度Cu層と強化Cu合金層間に強化Cu合全中の添加元
素などの酸化物層が形成され、高純度Cu層は導電性が
保たれるとともに、強化Cu合金層によって強度が付与
される。
さらに超電導体は、それ自身は高い電気抵抗を持つ拡散
防止層で囲まれているため、交流損失(結合損失)を減
らす効果もある。
(実施例) 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
実施例1 第2図は本発明の一実施例により製造されたNbt S
n[電導線の概略構造を示す断面図である。
このNb5S口超電導線では、Cu−8nマトリツクス
21内に、Nb線22a上にNb3 Sn層22bを形
成させた複数本の芯線23を分布埋設した構造体20の
外周上に、Nbなどからなる第1の拡散防止層24およ
びNbの酸化物、Snの酸化物、l’lの酸化物などか
らなる第2の拡散防止層25およびCuからなる安定化
材26が順に形成されている。すなわち、従来構造と異
なり、第1の拡散防止層24と安定化材26との間に、
新たにNbの酸化物、Snの酸化物、Tlの酸化物のよ
うな超電導体および拡散防止層の構成元素の酸化物によ
る第2の拡散防止層25が設けられている。
次に、上記構造の化合物超電導体の製造方法について説
明する。
まず、外径50nφ、内径40 mmφ程度のCuから
なる円筒状の安定化材26を用意し、この安定化材26
の内部にNbからなる円筒状の第1の拡散防止層24を
形成する。次いで、第1の拡散防止層24の内部に、N
bからなる芯線22aを軸方向に沿って複数本分布配置
すると共に、線間にTIを0.3重量%添加したCu−
9n 13ff(fi%マトリックス21を充填する。
次いで、これらを一体化処理した後、線引きと中間焼鈍
を繰返、し所定の径まで細くし、この状態で大気中30
0℃で48時間熱処理して安定化材26の表面にCu酸
化物(CuO+ Cuz O)を形成させる。
しかる後、大気を減圧(IXIO°4〜lXl0−’T
orr) Lながら700℃にて120時間熱処理する
この熱処理により、Nb線22aがCu−9nマトリツ
クス21中のSnと反応してNb線22aの外周上にN
b3 Sn層22bが形成される。
このとき、安定化材2.6のCu中を拡散してきた酸素
と化合して第1の拡散防止層24と安定化材26との間
にNbの酸化物などからなる第2の拡散防止層25が形
成される。したがって、安定化材26はN11などで汚
染されない。
ちなみに、安定性の基準となるR l? Rと臨界温度
直上の20[K]におけるρ(以下同じ)を比較するた
めに、前述した従来の化合物超電導線(線径−0、87
+gnφ、264本マルチ、Cu比1.0)と、第2図
に示すこの実施例の構造(寸法などは従来の超電導線と
同じ)の化合物超電導線をそれぞれ製作し、上記の特性
を測定したところ、従来構造のものではRRRが3.3
、ρが6.3 Xl0−’ [Ω・Cm]であったのに
対して、この実施例の構造のものではRl? Rが19
0、ρが1.2XlO−’ [Ω・emlであった。
また、これらの臨界電流密度(」C)を4−1定したと
ころ、従来構造のものでは15テスラで3110A/1
12であったのに対して、この実施例の構造のものでは
15テスラで400^ハ12であるが、従来構造と実施
例の構造のものとでは、安定化材26の電気抵抗値に明
らかな差が見られ、第2の拡散防止層25により電気抵
抗の増大が抑制されることが判明した。
実施例2 外径50 mlφ、内径4011φのCuからなる円筒
状の安定化材内部に、TIを lJn%添加したNbチ
ューブを挿入し、この中に、S1濃度が30%になるよ
うにSn線上にCu被覆を施した外径2011φの複合
線を挿入して一体化し所定の外径にまで線引きした。
この素線を、20%の酸素を含むアルゴンガス(不活性
ガス)を0.2ft/分でフローさせながら、300℃
で48時間熱処理して安定化材の表面に厚さ5μ−のC
uの酸化物薄層を形成させた。次に高純度のアルゴンガ
スを0.2℃/分でフローさせながら700℃で120
時間熱処理し、Nbチューブと内部のCu被覆を拡散し
てきたSnとを反応させてNb3Sn層を形成するとと
へもに、Nb、 TIおよびNbl Sn層から拡散し
てきたSnと安定化材のCu中を拡散してきた酸素とを
反応させて安定化材とNbの外表面間にNbs Sn、
 Tiなどの酸化物からなる拡散防止層を形成した。
こうして得られた超電導線のRRRは520、ρはo、
gx to−ツ[Ω・Cm]であった。
実施例3 実施例2において、表面にCuの酸化物薄層を形成した
素線を高真空(3X 1O−6Torr)中で700℃
で48時間熱処理し、Nl)チューブと内部のCu被覆
を拡散してきたSnとを反応させてNb3Sn層を形成
するとともに、Nbチューブ表面のNb5TiおよびN
b3Sn層を拡散してきたSnなどと、安定化材中を拡
散してきた酸素とを反応させて安定化材とNb外表面間
にNb、 Sns Tlなどの酸化物からなる拡散防止
層を形成した。
この実施例で得られた超電導線の旧?1?は4401ρ
は0.95 Xl0−9[Ω・C11]であった。
実施例4 実施例2における表面にCuの酸化物薄層を形成する前
の索線を大気中で減圧(10’ −10Torr) シ
゛ながら 700℃にて120時間熱処理し、内部のC
o1田を拡散してきたSnとNbチューブとを反応させ
てNb3 Sn層を形成するとともに、Nbチューブ表
面のNb、 TIおよびNb3 Sn層を拡散してきた
Snなどと、安定化材中を拡散してきた酸素と反応させ
て安定化材とNbチューブ外表面間にNb、 5nST
lなどの酸化物からなる拡散防止層を形成した。
こうして得られた超電導線のI? RI?は210、ρ
はlXl0−+1[Ω・Cl11〕であった。
実施例5 実施例2における表面にCuの酸化物薄層を形成する前
の素線に、編組したガラススリーブを被せ、これを大気
中において320℃で40時間熱処理し、安定化材の表
面に厚さ、6μmの酸化物薄層を形成した。次に、これ
を高真空(3XlO’Torr)中で700°Cで10
0時間熱処理し、内部のCu被覆を拡散してきたSnと
Nbチューブとを反応させてNb3 Sn層を形成する
とともに、Nbチューブ表面のNb、 TIおよびNb
3Sn層から拡散してきたSnなどと、安定化+(中を
拡散してきた酸素とを反応させて安定化材とNbチュー
ブ外表面間にNbs Sn、’r+などの酸化物からな
る拡散防止層を形成した。
このように超電導体素線の表面にガラススリーブを被せ
た状態で酸化処理および熱処理を行うことによって、酸
化物薄層の剥離による脱落が防止でき、Nbs Sn、
TIなどの酸化物からなる拡散防止層の形成か安定した
。また、このようにして得られた超電導線のRRRは3
!口、pは1.44XIO−δ[Ω・cIfl]であっ
た。
実施例6 実施例2における表面にCuの酸化物薄層を形成する前
のt、線をステンレス管内に収容し、このステンレス管
内に20%の酸素を含むアルゴンガスを0.2℃/分で
フローさせながら、320℃で48時間酸化処理を行い
、安定化材の表面に厚さ 7μmのCuの酸化物薄層を
形成させた。次に、このステンレス管内に収容した状態
で、このステンレス管内に高純度のアルゴンガスをIJ
2/分でフローしつつ700℃で100時間熱処理し、
内部のCumff1を拡散してきたSnとNbチューブ
とを反応させてNblSIl層を形成するとともに、N
bチューブ表面のNb5TiおよびNb3 Sn層を拡
散してきたSnなどと、安定化材中を拡散してきた酸素
と反応させて安定化材とNbチューブ外表面間にNb5
Sn、 Tiなとの酸化物からなる拡散防止層を形成し
た。
このように超電導体素線をステンレス管内に収容した状
態で酸化処理および熱処理を行うことによっても、酸化
物薄層の剥離による脱落が防止でき、Nl)、Sn、 
TIなどの酸化物からなる拡散防止層の形成が安定した
。また、このようにして得られた超電導線の旧?1?は
280、ρは20Kにおいて1.GXIO−8[Ω・c
m]であった。
実施例7 実施例2における熱処理前の素線を外形正六角形に成形
し、この索線を多数Cu管からなる安定化月中に配置し
て常法により減面加工を施し、外径0.94+nlφ、
Cu比0.9.84フアインマルチNb3 Sn超電導
線を製造した。次にこのファインマルチNb3Sn超1
七導線を、大気中300℃で48時間熱処理して安定化
材の表面にCu酸化物(CuO十Cu20)を形成させ
た。
しかる後、大気を2〜3Tor+・に減圧しながら70
0℃で 120時間熱処理し、Nbチューブと内部のC
u被覆を拡散してきたSnとを反応させてNb3Sn層
層を形成するとともに、Nbチューブ表面のNb、 T
IおよびNbHSn層を拡散してきたSnなどと安定化
材中を拡散してきた酸素と反応させて、最外周のコアの
安定化材との境界面のうち、外側に向う部分に、Nb、
 Sn、T1などの酸化物からなる拡散防止層を形成し
た。
このようにして得られた超電導線のJcは15テスラで
60〇八/vdであり、RRI?は 150てあっjこ
。また、断面を顕微鏡−〇みると、第3図(a)および
(b)に示すように最外周のコアのNb3Sn相31と
Cuの安定化材34との境界面のうち、外側に而する部
分に、黒色層32が認められた。
また、この断面について2次イオン質量分析を行ったと
ころ、黒色層32は、N b 、 1’ l 、 S 
nの酸化物からなっており、〜1〕チューブ自体による
第1の拡散防止層と上記酸化物による第2の拡散防止層
が混合した状態のものであることか判明した。図におい
て、33はSn、Ti、Nbなどにより汚染された安定
化Cu、34はSn、Ti5Nbなどの酸化物の形成に
よりNb、 Sn、 TIなどに汚染されなかった安定
化Cuを示す。
なお、比較のために、安定化材表面への酸化物層を形成
するための熱処理をしなかった点を除いて実施例5と同
一条件で化合物超電導線を製造した。この超電導線のJ
cは15テスラで575A/m−であり、Rl? l?
は5であった。また、断面を顕微鏡でみると、第4図(
a)および(b)に示すようにNb3 Sn相31の外
周の安定化Cuとの境界部分には、Nb5Sn1Tiな
どの酸化物による黒色層が全く形成されておらず、2次
イオン質量分析およびCMA分析を行ったところ、安定
化月中にSnが拡散して汚染されていることが確認され
た。実施例2のSn線上にCu披題を施した複合線の代
わりにへβ合金線を用いて、本実施例と同様の処理を行
っても特性の向上が認められた。
実施例8 実施例7における表面酸化処理前の外径0 、941m
φ、Cu比0.9.84フアインマルチ線を、ステンレ
ス製巻わくに18層にわたって巻き重ね、これを大気中
で48時間、300℃で酸化処理し、安定化材の表面に
Cuの酸化物を形成させた。次に700℃で120時間
、LX 1O−6Lorrの真空中で熱処理し、Nb3
 Sn層とSn、 Tl5Nbなどの酸化層である拡散
防止層を形成させた。各層のRl? I?を測定したと
ころ、第5図に示すように平均330を示し、各層によ
る相違はほとんど認められなかった。
実施例9 実施例7における表面酸化処理前の外径0.94m1l
φ、Cu比0.9.84フアインマルチ線上にカップリ
ング剤で処理したガラスクロスを巻回し、このファイン
マルチ線を、ステンレス製巻わくに18層にわたって巻
き重ねた。次に、これを大気中で100〜400℃に加
熱して、ガラスクロスのシランカップリング剤中の炭素
分を分解揮散させるとともに、安定化材の表面にCuの
酸化物を形成させた。この後、700℃で120時間、
I X 1O−6Torrの真空中または不活性ガス中
で熱処理して、Nb3Sn層とSn。
TI%Nbなどの酸化層である拡散防止層を形成させ、
放冷後ファインマルチ線間にエポキシ樹脂を含浸させて
コイルを構成した。各層のRRl?を7111定したと
ころ実施例8と同様の均一で高いR1?I?を有するコ
イルを構成することができた。
実施例10 第6図は本発明の他の実施例により製造されたNb3!
1inB3電導線の概略構造を示す断面図である。
このNb3 Sn超電導線では、テープ状のTi添加C
u−8n 7トリツクス41内に、Nb線42a上にN
b3Sn層42bを形成させた庚数本の芯線43を分布
、埋設した構造体40の片面に、Nbなどからなる第1
の拡散防止層44およびNbの酸化物などからなる第2
の拡散防止層45およびCuからなる安定化材46が順
に形成されている。
次に、上記構造の化合物超電導体の製造方法について説
明する。
まずT1を0.3重量%添加した板状のCu−13vt
%Snマトリックス41内にNbからなる芯線42aを
複数本分布させて長さ方向に沿って埋設する。芯1iI
42 aをGu−3nマトリツクス41内に分布埋設す
るには、たとえば平板状のCu−8n7トリツクス41
の片面に平行に多数の溝を形成し、この中に芯線42a
を埋設したものを多数積層し、これを圧着することによ
り得られる。
次いで、その片面にNb板からなる第1の拡散防止層4
4およびCu板からなる安定化材46を順に重ねて圧着
する。しかる後、これらを圧延して所定の厚さまで薄く
し、この状態で人気中300℃で48時間熱処理して安
定化材の表面にCu酸化物(CuO+Cu20)を形成
させる。
しかる後、大気の減圧下(IXIO−2〜5Torr)
あるいは不活性雰囲気中(たとえばA「雰囲気中)で7
00℃にて120時間熱処理すると、Nb線42aがC
u−3nマトリツクス41中の8口と反応してNb線4
2aの外周上にNb3 Sn層42bが形成される。
このとき、第1の拡散防止層44は、安定化月46のC
u中を拡散してきた酸素と化合し、第1の拡散防止層4
4と安定化材46の間に第2の拡散防止層45が形成さ
れる。
実施例11 Cu−8n合金テープの両面にNbテープとCuテープ
を順に積層したテープを用いて実施例10と同じ条件で
、表面酸化処理および拡散のための熱処理を行った。こ
の実施例では、NIJテープの内面にNb3 Sn層が
形成され、NbテープとCuテープの境界面に、Nbな
どの酸化物からなる拡散防止層が形成された。
実施例12 実施例7における安定化材として八で203を1.1重
量96含有するものを用いた以外は実施例7と同じ条件
でNb3 Snマルチ超電導線を製造した。
得られた超電導線の安定化材中には顕微鏡観察により 
八℃20]が認められ、またその機械的特性は大喪に示
す通りであり向上していた。
表 実施例13 実施例2における表面にCuの酸化物薄層を形成する前
の索線に、まず大気中、725℃、8時間の条件で予備
熱処理を施し、内部のCu肢覆を拡散してきたSnとN
bチューブとを反応させてNb3 Sn層を一部形成す
るとともに、Nb3Sn柑から拡散してきたSnの一部
を安定化材内に拡散させた。なお、安定化材中へのS1
1の拡散量は 1重量%以下とし、また予備熱処理後の
超電導体のI? l? I?は78,5であった。
次に、この予備熱処理を施した超電導線の表面に編組し
たガラススリーブを被せ、これを大気中において320
℃で48時間熱処理し、安定化材の表面に厚さ 9μm
の酸化物薄層を形成した。次いで、これを3X 1o−
6Torrの真空中で70O℃で48時間熱処理し、さ
らにSnとNbチューブとを反応させてNb3 Sn層
を形成するとともに、Nbチューブ表面のNb5Tiお
よびNb3Sn層を拡散してきたSnなどと、安定化材
中を拡散してきた酸素とを反応させて安定化材とNbチ
ューブ外表面間にNb、 Sn、TIなどの酸化物から
なる拡散防止層を形成し、さらに安定化材中に拡散した
Snと酸素を反応させて、安定化材中に酸化スズを析出
させた。
得られた超電導線の安定化材中には、2次イオン質量分
析によりSnの酸化物が認められ、またその機械的特性
は向上していた。また、このようにして得られた超電導
線のl?RRは1511ρは3.3×10−8[Ω・c
ll]てあった。
実施例14 第7図は本発明のさらに他の実施例により製造されたN
b5AJ2超電導線の概略構造を示す断面図である。
このNb3  ^℃超屯導線では、Nbマ!・リックス
51内に、A2合金線52a上にNb3  ^、e層5
2bを形成させた複数本の芯線53を分布埋設した構造
体50の外周上に、Nbの酸化物などからなる第2の拡
散防止層54およびAJ220356を分散させて強化
した分散強化型のCuからなる安定化材55が順に形成
されている。
すtよオ〕ち、従来構造と異なり、Nbマトリックスと
安定化材との境界に新たにNbの酸化物などの超電導体
(、+4成元素の酸化物からなる拡散防止層が形成され
ている。
なお、この実施例においては、Nbマトリックス51が
第1の拡散防IF層としての機能を果す。
次に、上記構造の化合物超電導体の製造方法について説
明する。
まず、Mgを添加したA1合金を丸棒に加工して芯材と
した。さらにNb管と複合して単芯線に伸線加工し、こ
れを120本Nb管に挿入し、このNb管を安定化材と
なるCu答に挿入して120芯の多芯線に伸線加工する
その後、伸線加工をくり返し 1vlφの線径をbつ構
造体を形成して、この構造体を人気中300°Cで48
時間熱処理して安定化Cu材表面にCu酸化物(CuO
十Cu20)を形成させる。
しかる後、非酸化雰囲気中、たとえばtxto−61”
orrの真空中や不活性ガス中で800’C,3時間の
熱処理を行ってA2合金とマトリックスのNbを反応さ
せへβ合金芯外周にNb5Aβを形成させる。
このとき、Nbは安定化Cu中へ拡散するが、安定化材
Cuを拡散してきたCuの酸化物の酸素と反応してNb
酸化物を析出し7て、Nbなとの拡散は押えられ安定化
Cu中の純度は保たれる。
また、安定化Cuには八(が添加しであるが拡散してき
た酸素と化合し八β203を形成し安定化材は分散強化
型のCuになる。
このようにして得られた超電導線のRRRは170゜J
cは15テスラで25OA/l112であった。
実施例15 実施例2における表面にCuの酸化物薄層を形成する前
の素線を、大気を減圧し低真空(IXIG−”1’or
r〜LX 10−’ Torr程度)状態とした雰囲気
中において725℃で3〜100時間の条件で熱処理し
、Nb3 Sn相を形成するとともに、炉内に残留する
酸素によって安定化材の表面に酸化物薄層を連続的に形
成し、この酸化物薄層からの酸素とNbチューブ表面の
NbやNb3 Sn層を拡散してきたSnなどと反応さ
せて、これらの酸化物による拡散防止層を形成した。
この実施例で得られた超電導線のRRI?と処理時間と
の関係を第8図に示す。ちなみに、熱処理時間を47時
間に設定した超電導線のI?RRは393で、pは 1
.a8 Xl0−8[Ω・Cl1l]であった。
実施例16 第9図は、本発明のさらに他の実施例により製造された
Nb3 Sn超電導線の概略構造を示す断面図である。
このNb3’Sn超電導線では、Lu−8nマトリツク
ス61内に、Nb線62a上にNb3 !lin層62
bを形成させた複数本の芯線63を分布埋設した構造体
60の外周上に、Snの酸化物などからなる拡散防止層
64とCuからなる安定化材65が順に形成されている
すなわち、従来構造のNbやTaなどからなる拡散防止
層とは異なり、Cu−8nマトリツクス61と安定化材
65との境界に、Snの酸化物などの超電導体構成元素
の酸化物からなる拡散防止層64が形成されている。
次に、上記構造の化合物超電導体の製造方法について説
明する。
まず、外径101111%内径5.7■の13wL%5
n−Cu (ブロンズ)パイプ内にNb棒を挿入し、所
定の六角形状に減面加工を施して芯線とする。次いで、
この芯線を多数本束ねて外径50■−1内径4(in+
mのSn13wt%−Cu  (ブロンズ)パイプ内に
挿入し、外径2.8ma+まで減面加工を施して構造体
を形成する。この後、この構造体の外周に無酸素銅を被
覆して一体化し、次いで外径1m11の線径まで中間焼
鈍と伸線加工を施して素線を作製する。
次に、この素線に対して大気中、200℃で60時間熱
処理してCuからなる安定化材表面にCuの酸化物(C
uO十Cu20)を形成させる。
しかる後、たとえば5X 1O−6Torrの真空中や
不活性ガス中で700℃、80時間の熱処理を行って、
Nb芯とCu−8nマトリツクスのSnを反応させ、N
b芯外周にNb3Sn相を形成させる。このとき、Cu
−3nマトリックス中のSnは、安定化材中を拡散して
きたCuの酸化物の酸素と反応してSn酸化物層からな
る拡散防止層が形成され、SnやNbなどの拡散は押え
られ安定化Cu中の純度は保たれる。
また、安定化材中の不純物も酸化され、安定化材の純度
も向上する。
このようにして得られた超7h導線の旧?1?は160
、Jcは15テスラで250^/龍2であった。
実施例17 第10図は、本発明のさらに他の実施例のNb3Sn超
電導線の概略構造を示す断面図である。
このNL)IS11超電導線は、実施例1のNb3 S
n超電導線と同様に、Cu−8nマトリツクス71内に
、Nb線72a上にN113311層72bが形成され
たlSi数本の芯線73を分布埋設した(I■造鉢体7
0外周上に、Nbなどからなる第1の拡散防止層74と
安定化材75とが順に形成されており、これら第1の拡
散防止層74と安定化材75との境界面76形状が凹凸
形状を有している。そして、この境界面76の安定化材
74の外周により近い部分に、選択的にNbの酸化物、
Snの酸化物、1゛Iの酸化物などからなる第2の拡散
防止層77が形成されている。
すなわち、実施例1のNb35nrii電導線の構造と
異なり、Nbの酸化物、Snの酸化物、T1の酸化物の
ような超電導体および拡散防止層の構成元素の酸化物に
よる第2の拡散防止層77が不連続に形成されている。
このようにして得られた超電導線のl? Rl?は17
0、Jcは15テスラで250^/112と、実施例1
で作製した超電導線と遜色なく、第2の拡散防止層77
を不連続とすることによって、安定化材75が汚染され
ることがないことを確認した。
このように、金属酸化物層からなる第2の拡散防止層7
7を不連続に形成することによって、Nb3 Sn層7
2bが埋設されているCu−3nマトリツクス71から
安定化材75への熱伝導が極めて良好となり、より超電
導線の安定性を確保できる。
また、このように金属酸化物層からなる第2の拡散防止
層77を不連続に形成するには、まず安定化材75とな
る鋼管として内壁形状が凹凸形状をHしているものや、
第1の拡散防止層74となる旧)管として外壁形状が凹
凸形状をHしているものを使用し、一体化することによ
って第1の拡散防止層74と安定化材75との境界面7
6の形状を凹凸状とする。次いで、実施例1と同様に安
定化材75の外表面にCuの酸化物薄層を形成し、真空
下や不活性雰囲気中でNb3Sn層生成温度における熱
処理を施すことによって、Cuの酸化物薄層と境界面7
6の各部との距離の違いにより部分的に金属酸化物層か
らなる第2の拡散防止層77を形成することができる。
実施例18 実施例2における熱処理前の索線を外形正六角形に成形
し、この索線を多数Cu管からなる安定化材中に配置し
た。なお、最外層に位置する素線には、予め安定化材に
接する側が四部を有する形状となるように加工を施し、
減面加工後に安定化材表面からの距離が25〜30μm
程度の差を牛しるように配置した。
次に、この構造体に実施例7と同様に減面加工を施して
同寸法の84フアインマルチNb3Sn超電導線を製造
した。次いで、このファインマルチNNb35n電導線
に対して、実施例7と同一条件でCuの酸化物薄層形成
のための熱処理と減圧下でのNb3Sn層形成のための
熱処理とを行った。
このようにして得られた超電導線の断面を顕微鏡で観察
したところ、第11図に示すように最外周のコアのNb
3 Sn相81外周のNL+チューブ82とCuの安定
化材83との境界面のうち、安定化材83の外表面によ
り近い部分に、不連続なNb5TI。
Snの酸化物などからなる金属酸化物層84が認められ
た。
また、この超電導線のJcは15テスラで33OA/m
j、I? l? Rは210と、実施例7で作製した超
電導線と遜色なく、金属酸化物層からなる拡散防止層を
不連続とすることによって、安定化材がlす染されるこ
とがないことを確認した。
実施例19 実施例12における安定化材として内壁形状が凹凸形状
を有するAl2O3を1.1重量%含有する鋼管を用い
る以外は、実施例12と同一条件でNb3Snマルチ超
電導線を作製した。
このようにして得られた超電導線においても、不連続な
Nb、 Ti、Snの酸化物などからなる金属酸化物層
が認められた。また、この超電導線のJcは15テスラ
で580^/mj、RRRは170、また引張り強さは
47kg/−と、実施例7で作製した超電導線と遜色な
(、金属酸化物層からなる拡散防止層を不連続とするこ
とによって、安定化材がtダ染されたり、強度が低下す
ることがないことを確認した。
実施例20 第12図に示すように、無酸素高純度Cu管でシースし
たSn棒91を外径9,9■まで加工し、これを外径1
8111%内径10maのNbチューブ92に挿入した
。次いで、これを外径20.6InIIs内径1G、1
a+mのAJ22・03を1.1wL%添加した粒子シ
)散弾化型Cu合金管93内に挿入し、さらにこれを外
径24.7o+n+、内径20.8ai+gの純度99
.99%の無酸素高純度Cu管94に挿入して、外径1
oaraまで線引きした。なお、粒子分散強化型Cu合
金管93は、酸化銅粉末に1.1νt%のアルミナ粉末
を添加した混合粉を水素雰囲気中で還元焼結したCu合
金を用いて形成したものである。
次に、この素線に大気中において300℃、48時間の
条件で熱処理を施して素線表面にCuの酸化物薄層を形
成した後、高真空(3X 10’ Torr)中で70
0℃で48時間熱処理し、Nbチューブ92と内部のC
u被覆を拡散してきた5n91とを反応させてNb5S
I1層95を形成するとともに、粒子分散強化型Cu合
金管93と無酸素高純度Cu管94との境界面に、粒子
分散強化型Cu合金から高純度Cu側に拡散する不純物
などと高純度Cu中を拡散してきた酸素とを反応させて
AJ2やNbなとの酸化物からなる拡散防止層96を形
成した。
この超電導線においては、無酸素高純度Cu管94の部
分が安定化材として働き、粒子分散強化型Cu合金管9
3の部分がテンションメンバとして働く。そして、これ
らの境界面に形成した拡散防止層96によって無酸素高
純度Cu管94の部分の汚染が防止され、高導電率が保
たれる。
このようにして得られた超電導線のRRRは38o1ρ
は lXl0−♂[Ω・cl]であった。また、引張り
強さは47kg/−であった・ このように、この実施例の超電導線は導電性と機械的強
度の両方を満足するものであった。
実施例21 実施例20における粒子分散強化型Cu合金管をN1を
30vt%添加した固溶強化型Cu合金管とする以外は
実施例20と同一条件で超電導線を作製した。
このようにして得た超電導線もRRI?−90,ρ−e
xto−a(Ω・cI〕、引張り強さ一47kg/−と
導電性と機械的強度の両方を満足するものであった。
実施例22 第13図は、実施例20における索線の高純度Cu管に
よる被覆をはぷいたものを素線として用いた超電導マル
チ線を示すものである。
この超電導マルチ線は、AJ220xを1.1wt%添
加した粒子分散強化型Cu合金マトリックス101内に
、Nbチューブ102とその内部に配置されたCu−8
n層103間にNb3 Sn層104を形成させた複数
本の芯線105を分布埋設した構造体1゜Oの外周上に
、A1や1゛1の酸化物などからなる拡散防止層106
および高純度Cuからなる安定化材107が順に形成さ
れている。
次に、上記構造の超電導マルチ線の製造方法について説
明する。
まず、実施例20において作製した素線の高純度Cu管
による被覆をはふいた熱処理前のもの、すなわちCu−
8n層が配置されたNbチューブを11203を 1.
1νt%添加した粒子分散強化型Cu管内に挿入し、外
径lamまで減面加工を施した多数の索線を、外径24
.7mm、内径20.8nmの純度99.99%の無酸
素高純度Cu管内に外径2Q、Qmms内径1B、ls
mの’Aff120.をl 、 1’νt%添加した粒
子分散強化型Cu合金管を挿入したものの内部に配置し
、外径1svまで減面加工を施す。次いで、この状態で
大気中300℃で48時間熱処理して無酸素高純度Cu
管の表面にCuの酸化物薄層を形成させる。
この後、3X lO= Torrの真空下で700”C
にて50時間熱処理することによって、実施例、20と
同様にNbチューブの内周側にNb5sn層を形成する
とともに、粒子分散強化型Cu合金7トリツクスと無酸
素高純度Cuからなる安定化材との境界面に、A℃やN
l)などの酸化物からなる拡散防止層を形成する。
この超電導マルチ線においては、粒子分散強化型Cu合
金マトリックス101がテンションメンバとして作用し
、かつその外周に形成された安定化材107の汚染は八
βやiなどの酸化物からなる拡散防止層106によって
防止される。
また、この実施例によって得られた超電導マルチ線のR
l? Rは130、ρは2X10−8[Ω・c11]、
引張り強さは47kg/mjであった。
このように、この実施例の超電導マルチ線も導電性と機
械的強度の両方を満足するものであった。
実施例23 実施例1で作製した超電導線のCu lli独の安定化
材に代えて、実施例20で使用した1203を含有する
粒子分散強化型Cu合金管と無酸素高純度Cu管とによ
る2層構造管を用い、実施例20と同一条件でCuの酸
化物薄層形成のための熱処理とNJ Sn層形成のため
の熱処理とを行った。
得られた超電導線の粒子分散強化型Cu合金層と無酸素
^純度Cu層との間には、八βやNbなどの酸化物から
なる拡散防止層が形成されており、無酸素高純WCu層
の導電性が維持されていた。
また、この実施例によって得られた超電導マルチ線のR
Rl?は180、ρはlXl0−8[Ω・Cm]、引張
り強さは47kg/−であった。
実施例24 実施例22で使用した最外層の安定化材となる無酸素高
純度Cu管に代えて、同一材質の内周側に凹凸形状を有
するCu管を用いる以外は、実施例22と同一条件で超
電導マルチ線を作製した。
得られた超電導マルチ線の粒子分散強化型Cu合金マト
リックスと無酸素高純度Cuからなる安定化材との間に
は、A℃やNbなどの酸化物からなる拡散防止層がこの
境界面の凹凸形状に応じて不連続に形成されており、安
定化材の導電性が維持されるとともに、熱伝導性も良好
に保たれていた。
また、この実施例によって得られた超電導マルチ線のl
? I? l?は130、ρは2XIO−8[Ω・Cm
]、引張り強さは47kg/+jであった。
実施例2ら 外径50關、内径40 mmの0.1重量%の酸素を含
むCu管内に、Tiを 1重量%添加したNbチューブ
を挿入し、この中に、S旧農度が30%になるようにS
口線上にCu被覆を施した外径2011φの複合線を挿
入して一体化し所定の外径にまで線引きした。次いで、
この索線を外形正六角形に成形した後、その多数本を酸
素を0.3重量%含有するCuからなる安定化材内に配
置して常法により減面加工を施し、マルチNb3Sn超
電導線を製造した。なお、安定化銅中に酸素を入れる方
法としては、予め溶解している銅に酸化銅粉を投入して
所定の酸素を含む銅とする方法、Cu管や製造工程を経
てマルチNb3 Sn超電導線の形態とした構造体を大
気中で100℃〜400℃で10分〜48時間熱処理し
、銅表面に酸化銅を形成した後、580℃〜800℃の
Ar雰囲気のような不活性雰囲気中またはIX 10’
 〜LX 1O−6Torrの真空中で1分〜90分程
度の熱処理を施すことによって、酸化銅中の酸素をCu
管やCuマトリックスへ拡散させる方法や、Cu管や製
造工程を経てマルチNb3 Sn超電導線の形態とした
構造体をtxto−’〜l X 10’ Torrの低
真空中で580℃〜800℃で50時間〜100時間程
度の条件で熱処理し、酸素を随時Cu管やCuマトリッ
クスへ拡散させる方法などが挙げられる。
次に、このマルチNJSn超電導線に対して、3X 1
0’ Torrの真空中において700℃で70時間の
条件で熱処理を施した。
この実施例のマルチNb3 Sn超電導線は、安定化材
中に酸素が予め含まれているため、Nb3Sn生成温度
による熱処理によって、Nbチューブと内部のCu被覆
を拡散してきたSnとが反応してNblSn層が形成さ
れるとともに、Nb、 TiおよびNb3 Sn層から
拡散してきたSnと安定化材のCu中を拡散してきた酸
素とか反応して安定化材とNbの外表面間にNb。
Sn、′1゛1などの酸化物からなる拡散防止層が形成
され、安定化Hの汚染が防止される。また、NbOや5
110の生成により、Snの7トリツクスへの拡散は止
まるため、拡散場所を失ったSnは残留Nbと反応して
NJSn層を厚くし、その結果、臨界電流密度の向上が
図れた。
また、Nb3Sn層を囲むNb5Sn1T+などの酸化
物は、電気的に高抵抗であるため、Nb3Sn層とCu
マトリックスやCu安定化祠の間に介在する隔壁の電気
抵抗が増大することとなり、結合型ft(変動磁界が加
わるパルスマグネットに用いた際に、変動磁界によって
化合物系超電導フィラメント間が電気的に結合し流れる
電流)が減少して交流1員失を低減する効果も得られる
実施例26 次に、核融合炉用大電流超電導導体として用いられるN
b3Snケーブル・イン・コンジット導体に本発明を適
用した例について説明する。
まず、外径50’lll、内径40mmのCu管内に、
Tiをti=%添加したNbチューブを挿入し、この中
にSn濃度が30%になるようにSn線上にCu被覆を
施した外径20龍の複合線を挿入して一体化し所定の外
径にまで線引きした。次いで、この索線を外形正六角形
に成形した後、その多数本を酸素を043重f226含
有するCuからなる安定化材内に配置して常法により減
面加工を施し、さらに所定のピンチで撚ってNbx 5
ntii電導ストランドを多数製造した。
次に、各Nb3 Sn超電導ストランドの表面にクロム
処理を施した後、3X lo= Torrの真空中にお
いて725℃で20時間Nb3 Sn生成のための熱処
理を行い、安定化材中を拡散してきた酸素とTi、 N
bやNb3 Sn層を拡散してきたSnなどとを反応さ
せて酸化物を形成し、安定化材の汚染を防止した。
この後、この酸化物による汚染防止処理を行ったNb3
 Sn超電導ストランドを数100本束ねてステンレス
管内に挿入し、Nb3 Snケーブル・イン・コンジッ
ト導体を作製した。
このように酸素の拡散処理を行った後にクロム波膜を形
成することによって、Nb3 Sn相生成熱処理による
安定化材の汚染を防止できるとともに、クロム処理によ
って形成される各Nb3Sn超電導ストランド表面の絶
縁被覆によってケーブルの結合損失も低減できる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、化合物超電導体と
安定化材との間に、少なくとも超電導体構成元素などの
酸化物からなる強固な拡散防止層が形成され、安定化材
中に不純物元素が拡散して抵抗値が低下することが防I
Lされる。
また、上記酸化物や積極的に添加した八βなどの酸化物
の析出によって安定化材が強化されることや、別途配置
した強化Cu合金層によって、全体の機械的強度が向上
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に使用される構造体の構成例を示す断面
図、第2図は本発明の一実施例により製造された超電導
線の断面図、第3図(a)は本発明の他の実施例により
製造された超電導線の断面状態を示す図、同図(b)は
その部分拡大断面を示す図、第4図(a)は従来の方法
により製造された超電導線の断面状態を示す図、同図(
b)はその部分拡大断面を示す図、第5図は本発明の他
の実施例により得られた化合物超電導コイルの各層毎の
l?RRの7111定結果を示すグラフ、第6図は本発
明のさらに他の実施例により製造されたテープ状の超電
導線の断面図、第7図および第9図はさらに他の実施例
により得られた超電導線の断面をそれぞれ示す図、第8
図は本発明の一実施例における酸化物薄層と超電導体相
の形成を同時に行った際の熱処理時間とl? l? l
?との関係を示すグラフ、第10図はさらに他の実施例
により得られた超電導線の断面を示す図、第11図は本
発明の他の実施例により製造された超電導線の部分拡大
断面状態を示す図、第12図および第13図はさらに他
の実施例により得られた超電導線の断面をそれぞれ示す
図、第14図は従来の方法により製造された化合物超電
導線の断面図である。 21.41.61.71− ・・Cu−8nマトリツク
ス、22 a 、 42 a s  62 a 、  
72 a ・Nb線、22b、31.42b、62b、
72b、81.95.104− Nb3 Sn層、52
 b−Nbq  A1層、23.43.53.63.7
3.105・・・芯線、24.44.74・・・第1の
拡散防止層、25.45.54.77.96.106・
・・第2の拡散防止層、64・・・単一拡散防止層、2
6.46.55.65.75.94.107・・・安定
化材、32・・・・・・黒色層、51・・・・・・Nb
マトリックス、52a・・・・・・A4合金線、93・
・・・・・粒子分散強化型Cu合金管、101・・・・
・・粒子分散強化型Cuマトリックス。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)熱処理により反応して化合物超電導体を形
    成する化合物超電導体材料または化合物超電導体と、(
    b)この化合物超電導体材料または化合物超電導体と直
    接、もしくは拡散防止層を介して一体化されたCuを主
    成分とする安定化材とを有する構造体を、熱処理する方
    法において、前記安定化材の表面にCuの酸化物薄層を
    形成させ非酸化雰囲気中で、または前記安定化材の表面
    にCuの酸化物薄層が形成する大気中の酸素分圧より低
    い酸素分圧下で、前記熱処理を行うことを特徴とする化
    合物超電導体の熱処理方法。
  2. (2)前記構造体における化合物超電導体材料または化
    合物超電導体と安定化材との境界面形状、あるいは拡散
    防止層と安定化材との境界面形状を凹凸形状とし、前記
    熱処理を行うことを特徴とする請求項1記載の化合物超
    電導体の熱処理方法。
  3. (3)(a)熱処理により反応して化合物超電導体を形
    成する化合物超電導体材料または化合物超電導体と、(
    b)この化合物超電導体材料または化合物超電導体と直
    接、もしくは拡散防止層を介して一体化されたCuを主
    成分とする安定化材とを有する構造体を、熱処理する方
    法において、前記安定化材をAl、Ti、Zr、Mg、
    Cr、Nb、NiおよびAl_2O_3からなる群から
    選ばれた少なくとも1種を0.1〜2重量%含むCu合
    金で構成し、かつ前記安定化材の表面にCuの酸化物薄
    層を形成させ非酸化雰囲気中で、または前記安定化材の
    表面にCuの酸化物薄層が形成する大気の酸素分圧より
    低い酸素分圧下で、前記熱処理を行うことを特徴とする
    化合物超電導体の熱処理方法。
  4. (4)前記構造体における化合物超電導体材料または化
    合物超電導体と安定化材との境界面形状、あるいは拡散
    防止層と安定化材との境界面形状を凹凸形状とし、前記
    熱処理を行うことを特徴とする請求項3記載の化合物超
    電導体の熱処理方法。
  5. (5)(a)熱処理により反応して化合物超電導体を形
    成する化合物超電導体材料または化合物超電導体と、(
    b)この化合物超電導体材料または化合物超電導体と直
    接、もしくは拡散防止層を介して一体化されたCuを主
    成分とする安定化材とを有する構造体を、熱処理する方
    法において、前記構造体に予備熱処理を施して前記化合
    物超電導体材料または化合物超電導体、あるいは拡散防
    止層の構成元素を0.1〜2重量%の範囲で前記安定化
    材中に拡散させた後、前記安定化材の表面にCuの酸化
    物薄層を形成させ非酸化雰囲気中で、または前記安定化
    材の表面にCuの酸化物薄層が形成する大気の酸素分圧
    より低い酸素分圧下で、前記熱処理を行うことを特徴と
    する化合物超電導体の熱処理方法。
  6. (6)前記構造体における化合物超電導体材料または化
    合物超電導体と安定化材との境界面形状、あるいは拡散
    防止層と安定化材との境界面形状を凹凸形状とし、前記
    熱処理を行うことを特徴とする請求項5記載の化合物超
    電導体の熱処理方法。
  7. (7)(a)熱処理により反応して化合物超電導体を形
    成する化合物超電導体材料または化合物超電導体と、(
    b)この化合物超電導体材料または化合物超電導体と直
    接、もしくは拡散防止層を介して一体化されたCuを主
    成分とする安定化材とを有する構造体を、熱処理する方
    法において、前記安定化材を高純度Cu層と酸化しやす
    い元素または化合物による強化Cu合金層とによる2層
    構造とし、かつ最外層側に形成された前記高純度Cu層
    の表面にCuの酸化物薄層を形成させ非酸化雰囲気中で
    、または前記高純度Cu層の表面にCuの酸化物薄層が
    形成する大気の酸素分圧より低い酸素分圧下で、前記熱
    処理を行うことを特徴とする化合物超電導体の熱処理方
    法。
  8. (8)前記構造体における高純度Cu層と強化Cu合金
    層との境界面形状を凹凸形状とし、前記熱処理を行うこ
    とを特徴とする請求項7記載の化合物超電導体の熱処理
    方法。
  9. (9)前記構造体を管状体内に収容し、あるいは前記構
    造体の外表面に保護被覆を設け、その状態で前記熱処理
    を行うことを特徴とする請求項1、3、5または7のい
    ずれか1項記載の化合物超電導体の熱処理方法。
  10. (10)化合物超電導体の外周に安定化材を設けてなる
    化合物超電導体において、 前記化合物超電導体と前記安定化材間に少なくとも金属
    酸化物からなる拡散防止層が設けられていることを特徴
    とする化合物超電導体。
  11. (11)前記安定化材が、分散強化安定化Cuからなる
    ことを特徴とする請求項10記載の化合物超電導体。
  12. (12)前記金属酸化物からなる拡散防止層が不連続的
    に形成されていることを特徴とする請求項10記載の化
    合物超電導体。
  13. (13)化合物超電導体の外周に安定化材を設けてなる
    化合物超電導体において、 前記安定化材が分散強化安定化Cuからなり、かつ前記
    化合物超電導体と前記分散強化安定化Cu間に多層構造
    を有し少なくとも最外層が金属酸化物層からなる拡散防
    止層が設けられていることを特徴とする化合物超電導体
  14. (14)前記金属酸化物層からなる拡散防止層が不連続
    的に形成されていることを特徴とする請求項13記載の
    化合物超電導体。
  15. (15)化合物超電導体の外周に安定化材を設けてなる
    化合物超電導体において、 前記安定化材が高純度Cu層と強化Cu合金層とによる
    2層構造を有し、かつ前記高純度Cu層と強化Cu合金
    層間に少なくとも金属酸化物からなる拡散防止層が設け
    られていることを特徴とする化合物超電導体。
  16. (16)前記金属酸化物層からなる拡散防止層が不連続
    的に形成されていることを特徴とする請求項15記載の
    化合物超電導体。
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