JPH0317332B2 - - Google Patents
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- JPH0317332B2 JPH0317332B2 JP1070556A JP7055689A JPH0317332B2 JP H0317332 B2 JPH0317332 B2 JP H0317332B2 JP 1070556 A JP1070556 A JP 1070556A JP 7055689 A JP7055689 A JP 7055689A JP H0317332 B2 JPH0317332 B2 JP H0317332B2
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Classifications
-
- 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
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はａ族元素のチタン、ジルコニウムお
よびハフニウムから選ばれた１種または２種以上
を添加して、加工性および強磁界特性を改良した
Nb3Sn超電導線材の製造法に関するものである。 超電導線材を用いると電力消費なしに大電流を
流すことができ、しかも強磁界まで超電導状態が
保たれることから、強磁界発生用電磁石の巻線材
としての利用が進められている。現在、最も広く
使用されている線材は、Nb−Ti系の合金線材で
あるが、この合金線材の発生磁界は９テスラ
（90000ガウス）の限度があり、これ以上の強磁界
を必要とする場合には、臨界磁界の高い化合物系
超電導体を用いる必要がある。しかし、化合物系
超電導体は可塑性に欠ける点が実用化に際しての
大きな障害になつていた。近年、表面拡散法およ
び複合加工法などの拡散を利用した方法が発明さ
れ、Nb3Sn（臨界温度：約18K、臨界磁界：約21
テスラ）およびV3Ga（臨界温度：約15K、臨界磁
界：約22テスラ）の化合物系超電導線材が実用化
されるようになつた。 表面拡散法とは、例えばNb3Sn化合物線材にお
いては、下地ニオブテープ溶融錫浴中を連続的に
通過させたのち、熱処理によつてニオブと錫を拡
散反応させ下地テープ面上にNb3Sn化合物層を生
成させる方法である。複合加工法とは、例えば
Nb3Sn化合物においては、ニオブ基体と銅−錫合
金基体とを複合一体化させ、線またはテープまた
は管状に加工したのち、熱処理によつて銅−合金
基体中の錫とニオブ基体とを選択的に拡散反応さ
せてNb3Sn化合物層をニオブ基体の周囲に生成さ
せる方法である。この複合加工法を用いると、銅
−錫合金基体中に多数の細いニオブ芯を埋込んだ
極細多芯線の製造が可能となり、速い磁界変化に
対して安定な超電導特性が得られる。なお、
V3Gaの極細多芯線も同様な方法で製造して得ら
れる。このような表面拡散法および複合加工法に
より作製されたNb3SnあるいはV3Ga化合物線材
はすでに物性研究用などの小型強磁界マグネツト
として利用されてもいる。 一方、核融合炉用、高エネルギー加速器用、超
電導発電機用等の大型強磁界マグネツトの開発が
盛んに進められており、これらに使用される超電
導線材として15テスラ以上の強磁界領域において
大きい臨界電流をもち、しかも、速い磁界変化に
対して安定な化合物系極細多芯線の実用化が急が
れている。しかし従来のニオブ基体と銅−錫合金
基体との複合体から作製されるNb3Sn化合物線材
の臨界電流は約12テスラ以上の磁界で急速に低下
し、この線材によつて12テスラ以上の強磁界を発
生し得る超電導マグネツトを作製することは困難
であつた。一方、V3Ga化合物線材はNb3Sn化合
物線材に比較して強磁界特性が優れているが、材
料の価格がNb3Snより高価なため、線材を大量に
使用する大型設備に関しては有利とは言えない。
従つて、少量の合金元素を添加して強磁界特性を
改善したNb3Sn化合物線材を用いる方が得策であ
る。このような観点から注目されるのがａ族元
素であるチタン、ジルコニウムあるいはハフニウ
ムをニオブ基体あるいは銅−錫合金基体に添加す
る方法である。これにより強磁界での超電導特性
の著しく改善されたNb3Sn化合物線材を製造する
方法が提案されている。（特願昭55−128551号、
特願昭56−121479号）。 これらの方法では、ニオブ基体あるいは銅−錫
合金基体に添加されたａ族元素がNb3Sn化合物
の核散生成を促進させるとともに、その一部が
Nb3Sn化合物層内に固溶し、強磁界での超電導特
性を高める作用を有する。しかし、これらの製造
ではａ族元素をニオブ基体あるいは銅−錫合金
基体に添加するため、塑性加工性が優れず、約40
％の断面縮少率毎に中間焼鈍を必要とし、実用的
な長尺線を作製するのに焼鈍回数が極めて多くな
り、製造コストを著しく高める難点があつた。さ
らに、従来の複合加工法に用いる銅−錫合金基体
では塑性加工性の保持から錫の固溶量が限定さ
れ、そのために拡散生成するNb3Sn化合物が線材
全断面積当たり少なく、臨界電流容量の大きな線
材の作製に難点があつた。 ａ族元素を純銅に添加した銅合金基体と錫基
体とニオブ基体の三者の複合加工法によるNb3Sn
化合物線材の製造法（特願昭57−25981号）は、
各基体の塑性加工性が比較的よく、またａ族元
素を含むため優れた強磁界臨界電流特性をもつな
ど上記の難点をある程度解決している。しかしな
がら強度の加工を要する実用規模の極細多芯線を
この製法で作製する場合、中間焼鈍なしに最終線
径まで一様に伸線加工するには、加工性の点で
ａ族元素の含有量の極めて少ない銅合金を用いざ
るを得ない。その結果生成されるNb3Sn化合物中
のａ族元素含有量も低くなり、強磁界臨界電流
特性が劣化するという好ましくない結果が得られ
る。 本発明はａ族元素であるチタン、ジルコニウ
ムまたはハフニウムを銅基体ではなく、加工性の
極めて優れた錫基体に添加して、加工の容易な方
法で強磁界での超電導特性が改善され、さらに、
臨界電流容量の大きいNb3Sn超電導線材を製造す
ることを目的としたものである。 本発明は、ａ族元素であるチタン、ジルコニ
ウムおよびハフニウムから選ばれた１種または２
種以上を含む錫合金基体と銅基体とニオブ基体の
三者のいずれか少くとも一つの管体内に他の基体
粉末を装入し、または、該錫合金基体とニオブ基
体の二者のいずれか一つの管体内に他の基体粉末
を装入し、所定の形状まで加工したのち、拡散熱
処理を行いニオブ基体の周囲にａ族元素を含有
したNb3Sn化合物を生成させることを特徴とす
る。また錫合金基体体としては上記ａ族元素の
ほかに少量の銅を含有してもよい。 錫基体に添加するチタン、ジルコニウムまたは
ハフニウムの量は優れた超電導特性を得るため
に、１種または２種以上を合計して0.1原子％以
上、また、錫合金基体の良好な加工性を保持する
うえから15原子％以下の範囲になければならな
い。好ましくは１〜10原子％の範囲である。 銅基体あるいは錫合金基体に含まれる銅は、拡
散熱処理の際、錫およびａ族元素の拡散を助
け、優れた超電導特性を得るのに効果がある。錫
合金基体に加える銅の量は錫の拡散速度を高める
のに有効な２原子％以上、また、錫合金基体の良
好な加工性を保持するうえから30原子％以下の範
囲とする。 所定の形状に加工した後に行う熱処理は、
Nb3Sn生成のために400℃以上、すぐれた超電導
特性を得るために950℃以下でなければならない。 各基体はその一部もしくは全部が粉体の形状で
あつてもよく、同じ基体が同時に管体として使用
されてもよい。 本発明においては加工性の極めて優れた錫合金
基体のほか加工性のよいニオブ基体（および銅基
体）とから構成される、粉体と管体との複合体を
用いるため、ａ族元素を銅基体に含有せしめた
製法にくらべても伸線加工が著しく容易となり、
強度の加工を要する実用規模の極細多芯線におい
ても中間焼鈍を省いて細線への加工が可能となり
線材作製におけるコストが著しく軽減される。錫
合金基体に添加したａ族元素のチタン、ジルコ
ニウムあるいはハフニウムはNb3Sn化合物の生成
を促進させ、また、添加元素の一部がNb3Sn化合
物内に固溶することにより、超電導臨界磁界を向
上させ、また、15テスラ以上の強磁界での臨界電
流を顕著に増加させる。一方、熱処理工程では錫
の充分な量を複合体内部から拡散により供給する
ことができるのでNb3Sn化合物相が多量に得られ
るなどの効果から臨界電流容量の大きな線材が作
製できる。その結果、各種超電導利用機器の性能
向上や小型化による製造および冷却コストの軽減
が達成される。また、本発明で作製された線材は
極細多芯線形式であるために、速い磁界変化に対
して超電導性が安定に保持され、強磁界中で用い
る機器の安全性と信頼性を著しく向上させる優れ
た効果を有する。 次に実施例を示してこの発明について具体的に
証明する。 実施例 １〜２ 第１図に示したように、外形８mm内径６mmのニ
オブ管(2)に銅粉末(3)、ニオブ粉末(2)および錫−５
原子％チタン粉末(1)あるいは錫−５原子％ハフニ
ウム粉末(1)を５：３：１の割合でつめた複合体を
作製した。用いた粉末はそれぞれ約100μｍの大
きさであつた。この複合体をスエージングおよび
線引きにより中間焼鈍なしで0.4mgφの長尺に加
工した。次いでアルゴン雰囲気の石英管に封入し
たのち、650℃×50時間の拡散熱処理を行つた。
このように作製した試料の超電導特性の臨界電流
（Ic）および臨界温度（Tc）の測定結果を表１に
示した。またこの表１には同様な方法で作製した
錫にａ族元素を添加しない線材（比較例１）の
測定結果をも示した。この測定結果から明らかな
ように比較例１に比べ本実施例の線材は超電導特
性のIcおよびTcの向上が顕著である。 【表】
よびハフニウムから選ばれた１種または２種以上
を添加して、加工性および強磁界特性を改良した
Nb3Sn超電導線材の製造法に関するものである。 超電導線材を用いると電力消費なしに大電流を
流すことができ、しかも強磁界まで超電導状態が
保たれることから、強磁界発生用電磁石の巻線材
としての利用が進められている。現在、最も広く
使用されている線材は、Nb−Ti系の合金線材で
あるが、この合金線材の発生磁界は９テスラ
（90000ガウス）の限度があり、これ以上の強磁界
を必要とする場合には、臨界磁界の高い化合物系
超電導体を用いる必要がある。しかし、化合物系
超電導体は可塑性に欠ける点が実用化に際しての
大きな障害になつていた。近年、表面拡散法およ
び複合加工法などの拡散を利用した方法が発明さ
れ、Nb3Sn（臨界温度：約18K、臨界磁界：約21
テスラ）およびV3Ga（臨界温度：約15K、臨界磁
界：約22テスラ）の化合物系超電導線材が実用化
されるようになつた。 表面拡散法とは、例えばNb3Sn化合物線材にお
いては、下地ニオブテープ溶融錫浴中を連続的に
通過させたのち、熱処理によつてニオブと錫を拡
散反応させ下地テープ面上にNb3Sn化合物層を生
成させる方法である。複合加工法とは、例えば
Nb3Sn化合物においては、ニオブ基体と銅−錫合
金基体とを複合一体化させ、線またはテープまた
は管状に加工したのち、熱処理によつて銅−合金
基体中の錫とニオブ基体とを選択的に拡散反応さ
せてNb3Sn化合物層をニオブ基体の周囲に生成さ
せる方法である。この複合加工法を用いると、銅
−錫合金基体中に多数の細いニオブ芯を埋込んだ
極細多芯線の製造が可能となり、速い磁界変化に
対して安定な超電導特性が得られる。なお、
V3Gaの極細多芯線も同様な方法で製造して得ら
れる。このような表面拡散法および複合加工法に
より作製されたNb3SnあるいはV3Ga化合物線材
はすでに物性研究用などの小型強磁界マグネツト
として利用されてもいる。 一方、核融合炉用、高エネルギー加速器用、超
電導発電機用等の大型強磁界マグネツトの開発が
盛んに進められており、これらに使用される超電
導線材として15テスラ以上の強磁界領域において
大きい臨界電流をもち、しかも、速い磁界変化に
対して安定な化合物系極細多芯線の実用化が急が
れている。しかし従来のニオブ基体と銅−錫合金
基体との複合体から作製されるNb3Sn化合物線材
の臨界電流は約12テスラ以上の磁界で急速に低下
し、この線材によつて12テスラ以上の強磁界を発
生し得る超電導マグネツトを作製することは困難
であつた。一方、V3Ga化合物線材はNb3Sn化合
物線材に比較して強磁界特性が優れているが、材
料の価格がNb3Snより高価なため、線材を大量に
使用する大型設備に関しては有利とは言えない。
従つて、少量の合金元素を添加して強磁界特性を
改善したNb3Sn化合物線材を用いる方が得策であ
る。このような観点から注目されるのがａ族元
素であるチタン、ジルコニウムあるいはハフニウ
ムをニオブ基体あるいは銅−錫合金基体に添加す
る方法である。これにより強磁界での超電導特性
の著しく改善されたNb3Sn化合物線材を製造する
方法が提案されている。（特願昭55−128551号、
特願昭56−121479号）。 これらの方法では、ニオブ基体あるいは銅−錫
合金基体に添加されたａ族元素がNb3Sn化合物
の核散生成を促進させるとともに、その一部が
Nb3Sn化合物層内に固溶し、強磁界での超電導特
性を高める作用を有する。しかし、これらの製造
ではａ族元素をニオブ基体あるいは銅−錫合金
基体に添加するため、塑性加工性が優れず、約40
％の断面縮少率毎に中間焼鈍を必要とし、実用的
な長尺線を作製するのに焼鈍回数が極めて多くな
り、製造コストを著しく高める難点があつた。さ
らに、従来の複合加工法に用いる銅−錫合金基体
では塑性加工性の保持から錫の固溶量が限定さ
れ、そのために拡散生成するNb3Sn化合物が線材
全断面積当たり少なく、臨界電流容量の大きな線
材の作製に難点があつた。 ａ族元素を純銅に添加した銅合金基体と錫基
体とニオブ基体の三者の複合加工法によるNb3Sn
化合物線材の製造法（特願昭57−25981号）は、
各基体の塑性加工性が比較的よく、またａ族元
素を含むため優れた強磁界臨界電流特性をもつな
ど上記の難点をある程度解決している。しかしな
がら強度の加工を要する実用規模の極細多芯線を
この製法で作製する場合、中間焼鈍なしに最終線
径まで一様に伸線加工するには、加工性の点で
ａ族元素の含有量の極めて少ない銅合金を用いざ
るを得ない。その結果生成されるNb3Sn化合物中
のａ族元素含有量も低くなり、強磁界臨界電流
特性が劣化するという好ましくない結果が得られ
る。 本発明はａ族元素であるチタン、ジルコニウ
ムまたはハフニウムを銅基体ではなく、加工性の
極めて優れた錫基体に添加して、加工の容易な方
法で強磁界での超電導特性が改善され、さらに、
臨界電流容量の大きいNb3Sn超電導線材を製造す
ることを目的としたものである。 本発明は、ａ族元素であるチタン、ジルコニ
ウムおよびハフニウムから選ばれた１種または２
種以上を含む錫合金基体と銅基体とニオブ基体の
三者のいずれか少くとも一つの管体内に他の基体
粉末を装入し、または、該錫合金基体とニオブ基
体の二者のいずれか一つの管体内に他の基体粉末
を装入し、所定の形状まで加工したのち、拡散熱
処理を行いニオブ基体の周囲にａ族元素を含有
したNb3Sn化合物を生成させることを特徴とす
る。また錫合金基体体としては上記ａ族元素の
ほかに少量の銅を含有してもよい。 錫基体に添加するチタン、ジルコニウムまたは
ハフニウムの量は優れた超電導特性を得るため
に、１種または２種以上を合計して0.1原子％以
上、また、錫合金基体の良好な加工性を保持する
うえから15原子％以下の範囲になければならな
い。好ましくは１〜10原子％の範囲である。 銅基体あるいは錫合金基体に含まれる銅は、拡
散熱処理の際、錫およびａ族元素の拡散を助
け、優れた超電導特性を得るのに効果がある。錫
合金基体に加える銅の量は錫の拡散速度を高める
のに有効な２原子％以上、また、錫合金基体の良
好な加工性を保持するうえから30原子％以下の範
囲とする。 所定の形状に加工した後に行う熱処理は、
Nb3Sn生成のために400℃以上、すぐれた超電導
特性を得るために950℃以下でなければならない。 各基体はその一部もしくは全部が粉体の形状で
あつてもよく、同じ基体が同時に管体として使用
されてもよい。 本発明においては加工性の極めて優れた錫合金
基体のほか加工性のよいニオブ基体（および銅基
体）とから構成される、粉体と管体との複合体を
用いるため、ａ族元素を銅基体に含有せしめた
製法にくらべても伸線加工が著しく容易となり、
強度の加工を要する実用規模の極細多芯線におい
ても中間焼鈍を省いて細線への加工が可能となり
線材作製におけるコストが著しく軽減される。錫
合金基体に添加したａ族元素のチタン、ジルコ
ニウムあるいはハフニウムはNb3Sn化合物の生成
を促進させ、また、添加元素の一部がNb3Sn化合
物内に固溶することにより、超電導臨界磁界を向
上させ、また、15テスラ以上の強磁界での臨界電
流を顕著に増加させる。一方、熱処理工程では錫
の充分な量を複合体内部から拡散により供給する
ことができるのでNb3Sn化合物相が多量に得られ
るなどの効果から臨界電流容量の大きな線材が作
製できる。その結果、各種超電導利用機器の性能
向上や小型化による製造および冷却コストの軽減
が達成される。また、本発明で作製された線材は
極細多芯線形式であるために、速い磁界変化に対
して超電導性が安定に保持され、強磁界中で用い
る機器の安全性と信頼性を著しく向上させる優れ
た効果を有する。 次に実施例を示してこの発明について具体的に
証明する。 実施例 １〜２ 第１図に示したように、外形８mm内径６mmのニ
オブ管(2)に銅粉末(3)、ニオブ粉末(2)および錫−５
原子％チタン粉末(1)あるいは錫−５原子％ハフニ
ウム粉末(1)を５：３：１の割合でつめた複合体を
作製した。用いた粉末はそれぞれ約100μｍの大
きさであつた。この複合体をスエージングおよび
線引きにより中間焼鈍なしで0.4mgφの長尺に加
工した。次いでアルゴン雰囲気の石英管に封入し
たのち、650℃×50時間の拡散熱処理を行つた。
このように作製した試料の超電導特性の臨界電流
（Ic）および臨界温度（Tc）の測定結果を表１に
示した。またこの表１には同様な方法で作製した
錫にａ族元素を添加しない線材（比較例１）の
測定結果をも示した。この測定結果から明らかな
ように比較例１に比べ本実施例の線材は超電導特
性のIcおよびTcの向上が顕著である。 【表】
第１図は、実施例に示した複合体の断面形状を
示した断面図である。図中の１はａ族元素を含
有した錫合金または、ａ族元素および銅を含有
した錫合金基体、２はニオブ基体、３は銅基体を
示す。
示した断面図である。図中の１はａ族元素を含
有した錫合金または、ａ族元素および銅を含有
した錫合金基体、２はニオブ基体、３は銅基体を
示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ チタン、ジルコニウムおよびハフニウムから
選ばれた１種または２種以上を合計して0.1〜15
原子％含む錫合金基体と銅基体とニオブ基体の三
者のいずれか少くとも一つの管体内に他の基体粉
末を装入し、または該錫合金基体およびニオブ基
体の二者のいずれか一つの管体内に他の基体粉末
を装入し、これを線、テープあるいは管に加工し
たのち、400〜950℃での拡散熱処理によりニオブ
基体の周囲にチタン、ジルコニウムあるいはハフ
ニウムを含有したNb3Sn化合物相を生成させるこ
とを特徴とするNb3Sn超電導線材の製造法。 ２ 錫合金基体としてチタン、ジルコニウムおよ
びハフニウムのうちから選ばれた１種または２種
以上を合計して0.1〜15原子％含み、さらに銅を
２〜30原子％含む錫合金を用いることを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項記載の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1070556A JPH0272511A (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1070556A JPH0272511A (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58193425A Division JPS6086704A (ja) | 1983-10-18 | 1983-10-18 | Νｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0272511A JPH0272511A (ja) | 1990-03-12 |
| JPH0317332B2 true JPH0317332B2 (ja) | 1991-03-07 |
Family
ID=13434918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1070556A Granted JPH0272511A (ja) | 1989-03-24 | 1989-03-24 | Ｎｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0272511A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE488870T1 (de) * | 2004-09-15 | 2010-12-15 | Kobe Steel Ltd | Verfahren zur herstellung von supraleitendem nb3sn-drahtmaterial durch ein pulververfahren |
| JP4730197B2 (ja) * | 2006-05-08 | 2011-07-20 | パナソニック株式会社 | 高電圧トランス |
-
1989
- 1989-03-24 JP JP1070556A patent/JPH0272511A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0272511A (ja) | 1990-03-12 |
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