JPH03281751A - Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造方法 - Google Patents

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、ＮＭＲ分析装置、電磁推進高速船、核融合炉
、高効率エネルギー貯蔵等に有用な高磁界特性を改良し
たＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法に関する。

［従来の技術］ 高磁界発生用の超電導線材としては、従来ＮｂＴｌ系の
合金線材が用いられているが、該合金線材では液体ヘリ
ウム温度（４，２Ｋ）における発生磁界の限度が約９テ
スラ（９Ｔ）であり、核融合装置などに必要なＩＯＴ以
１−の高磁界を発生ずるためには、化合物系超電導体を
用いる必要がある。ＮｂｊＳｎ化合物はこのような要求
に応える実用超電導（イ料の一つとして知られおり、そ
の臨界温度Ｔｃは約１７．５にで、Ｎｂ−Ｔｉの約９Ｋ
に比べて約２倍高い値をもつ。ところで、マグネットの
発生磁界を上げるためには、上部臨界磁界ＨＣ２を高め
、高磁界中の臨界型流密Ｗ　Ｊ　ｃを増加させることが
必要である。なお、ここにＪｃは液体ヘリウム中でＡＩ
定された臨界電流値１　ｅを超電導体の断面積で除して
求められる。Ｎｂ３Ｓｎ化合物の線材を作製する方法と
して、ブロンズ法が既に知られており、この方法は、Ｎ
ｂ（ニオブ）を基体とし、これをＣｕ（銅）　−３ｎ　
（錫）合金マトリックスでくるんだ複合体を作り、これ
を塑性加工し、熱処理することによりＮｂ、Ｓ０化合物
線材を作製する方法である。しかし、この方法で作られ
たＮｂ３　Ｓｎ化合物線材の磁界−Ｊｃ特性は１２Ｔ以
上で急速に低下し、この線祠では１２Ｔ以上の磁界を発
生しうる超電導マグネ・ソトを作製することが困難であ
る。Ｎｂ、Ｓｎｉｊｉ合加に線材では、他の元素を添加
することが、そのＨＣ２および強磁界中でのＪ。を高め
、１２Ｔ以」二の高磁界中での使用を可能にするうえに
最も効果的な方法と考えられる。このような見地から、
先にＮｂ３ＳｎにＴｉ（チタン）を添加した線材が発明
者の１人を中心とするグループによって作製され、報告
された（＾ｐｐＨｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｉ、ｅｔｔｃ
ｒｓ、３９巻５７６６頁、１９８１年）。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の第コの目的は、」１記Ｔ１添加Ｎｂ３Ｓｎ線材
と同等以上の優れた高磁界特性をもつ超電導線材、具体
的には、Ｎｂ３Ｓｎ超１も導線材の１２Ｔ以」二でのＪ
ｃ特性を改善しうるＮｂ３Ｓｎ複合超電導体を提供する
ものである。

また、本発明の第２の［」的は、素材である複合体が長
尺の線、テープあるいは管に加工しうる良好な加工性を
備えて、超電導マグネットの線祠として実用に洪するこ
とができるＮｂ３Ｓｎ複合超電導体を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、
ＮｂまたはＮｂ−Ｇｅ合金からなる基体要素とＳｎ、Ｇ
ｅのうち一種以上の元素を含む一種以、Ｌのマトリック
ス要素とから構成され、少くともＮｂ３Ｓｎ、及びＧｅ
、好ましくはＣｕの元素を含む複合体を所定形状に加工
する上程と、加］ニされた複合体を６００℃〜９００℃
で熱処理して、基体要素とマトリックス要素の界面にＧ
ｅを含むＮｂｓ　Ｓｎ超電導相を生成させる上程とを具
備したことを特徴とするＮｂ３Ｓｎ複合超電導体の製造
方法である。ここで基体を素とは、その表面にＧｅを含
むＮｂｑ　Ｓｎ相を生成させる構成要素であり、マトリ
ックス要素とは、該Ｇｅを含むＮｂｉ　Ｓｎ相を１成せ
しめるのに８貧なＳ　ｎ及びＧｅを供給する構成ｔ−Ａ
である。Ｃｕは、マトリックス要素に含有させるのか好
適である。マトリックス要素に倉まれたＣｕは、Ｎｂ３
Ｓｎ相の生成を促進する効果があるとともに、８口も１
−＜は元素としては加工性のないＧｅを固溶して、加Ｉ
ユ性のよいマトリックスとすることができる。

複合体の具体的な態様としては、基体要素としてＮｂま
たはＮｂ−Ｇｅ合金を用い、マトリックス要素としてＣ
ｕ−Ｓｎ−Ｇｅ合金、またはＣｕ−Ｇｅ合金とＳｎ、ま
たはＣｕとＳｎ−Ｇｅ合金を用いる方法と、基体要素と
してＮｂ−Ｇｅ合金を用い、マトリックス要素としてＣ
ｕ−３ｎ合金またはＣｕとＳｎを用いる方法などがある
。以下に複合体の組合わせの幾っがの例を列挙する。な
お、本発明は、これに限定されるものではない。

１、　　Ｎｂ／Ｃｕ−Ｓｎ−Ｇｅ ２、Ｎｂ−Ｇｅ／Ｃｕ−Ｓｎ−Ｇｅ ３、Ｎｂ−Ｇｅ／Ｃｕ−Ｓｎ ４、　　Ｎｂ−Ｇｅ／Ｃｕ／Ｓｎ ５、　　Ｎｂ／Ｃｕ／Ｓ　　ｎ−Ｇ　　ｅ６、Ｎｂ−Ｇ
ｅ／Ｃｕ／Ｓｎ−Ｇｅ ７、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｇｅ／Ｓｎ ８、Ｎｂ−Ｇｅ／Ｃｕ−Ｇｅ／Ｓｎ ９、Ｎｂ／Ｃｕ−Ｇｅ／Ｓｎ−Ｇｅ １．０．Ｎｂ−Ｇｅ／Ｃｕ−Ｇｅ／Ｓｎ−Ｇｅ１１、　
　Ｎｂ／Ｓｎ−Ｇｅ １２、　　Ｎｂ−Ｇｅ／Ｓｎ　　−Ｇｅ前記の基体要素
を構成するＮ　ｋ）−Ｇ　ｅ合金の好適なＧｅ含有量は
０．２〜５原子％の範囲にある。

この範囲としたのは、良好な高磁界特性をうるためには
０．２原子％以上、また、良好な加工性を保つためには
５原子％以下であるのがよいからである。前記のＣｕ−
Ｓｎ−Ｇｅ合金には、充分な量のＮｂ５Ｓｎ化合物を生
成せしめるために３原子％以上のＳｎ及び良好な高磁界
特性をうるために０．１原子％以上のＧｅを含むのが好
適であり、また、良好な加工性を保つためにＳｎ含有量
は１０原子％以下、Ｇｅ含有量は５原子％以下であるの
がよい。また前記のマトリックス要素を構成するＣｕ−
Ｇｅ合金とＳｎ−Ｇｅ合金中のＧｅ含有量は良好な高磁
界特性をうるために０．１原子２６以上であるのが好適
であり、一方、良好な加工性を保つために１０原子％以
下であるのが好適である。

さらに、Ｎｂ−−Ｇｅ合金の基体要素と組合せるＣｕ−
Ｓｎ合金マトリックス要素中のＳｎ含有量は、充分な口
のＮｂ３Ｓｎ化合物を生成せしめるために３原子％以上
、また、良好な加工性を保つために１０原子％以下であ
るのが好適である。

上述のような基体要素とマトリックス要素を組合せた複
合体を作製する。基体要素とマトリックス要素を組合ゼ
た複合体を作製する一つの方法は、マトリックスに孔を
あけてその中に基体を挿入する方法がある。この場合、
マトリックス要素の一つとして純ＳｎまたはＳｎ−Ｇｅ
合金を使用する場合は、他のマトリックス要素であるＣ
ｕ−Ｇｅ合金または純Ｃｕに複数の孔をあけ、別々の孔
の中に基体要素と純ＳｎまたはＳｎ−Ｇｅ合金を挿入す
る。さらに、前記複合体を作製する他の方法として、基
体要素の管の中にマトリックス要素を挿入してもよい。

また、上述した例は、Ｃｕ元素を含む例であるが、本発
明はＣｕを含まないものでもよい。例えば、ＮｂＭ体要
素の管の中にＳｎＧｅマトリツクス要素を挿入して複合
体を作製することもできる。

この様にして作られた複合体を線引き、圧延、竹引きな
どにより、線、テープあるいは管などの所定形状に加工
したのち、６００℃〜９００℃の温度で熱処理する。こ
の処理により基体要素とマ［・リソクス要素の界面に拡
散反応によりＧｅを含むＮｂ３Ｓｎ相が生成される。こ
の場合、熱処理温度を上記範囲に限定した理由は、熱処
理温度が６００　’Ｃより低いと充分な口のＮｂ３Ｓｎ
相が生成されず、一方、９００℃より高いとＮｔ））Ｓ
ｎｎ山内Ｃｕが固溶したり、Ｎｂ）Ｓｎの結晶粒が粗大
化して超電導特性が低下するためである。

［発明の効果］ 本発明による製造法を用いると、１２Ｔ以上でのＪ　が
改善され、高磁界発生に有用なＮ１）ｑ　Ｓｎ超電導線
利金作製することができる。

また、複合体の加」−性が良好なため、長尺で均質性の
優れた超電導線材を製造することが出来る。

さらに、複数の基体要素をもつ複合体を加工し、これを
束ねて加工を繰返すことによっていわゆる極細多芯形式
の超電導線材を作製することが可能である。極細多芯超
電導線は速い磁界変化に対して超電導性を安定に保つこ
とにより、安全な超電導機器を製作することが出来るの
で実用上有利である。

［実施例］ 実施例１（試料２）及び比較例１（試料１）Ｃｕに７原
子％のＳｎを含むＣｕ−Ｓｎ合金とＣｕに７原子％のＳ
ｎ及び０．５原子％のＧｅを含むＣｕ−Ｓｎ−Ｇｅ合金
とを、それぞれるつは中で溶解し、金型に鋳造して直径
１２ｍｍ、長さ１００墓謙の合金棒を作製した。この合
金棒を機械加工して、外径１０ｍ５．内径５關、長さ８
０闘のＣｕ−７原子％Ｓｎ及びＣｕ７ｒｆｉＬ子％Ｓｎ
Ｏ９５原子％Ｇｅ合金管を作製した。これらの合金管の
内に、直径５■履、長さ８０ｍ−のＮｂ棒を挿入して複
合体を作製した。これらの複合体を溝ロール圧延して２
．５■ｍ角の棒に加工したのち、平ロール圧延によって
厚さ０．２５＋ａ＋ｅ、中５　ａｍのテープに加工した
。上記加工工程の途中で、約５０％の加工を行ったのち
、５５０℃で２時間の中間焼鈍を行った。前記のテープ
から長さ４０ｍ−の超電導特性試料を切り出し、７７５
℃で１００時間の熱処理を行った。この拡散熱処理によ
ってＮｂ芯とＣｕ−Ｓｎ合金またはＣｕ−Ｓｎ−Ｇｅ合
金マトリックスとの界面に厚さ約１０μｍのＮｂ）Ｓｎ
相が生成された。マトリックスがＣｕ−７原子％Ｓｎ合
金のものも、Ｃｕ−７原子％−０．５原Ｔ％Ｇｅのもの
もＮｂ３Ｓｎ相の厚さはほぼ同じであった。

電子線プローブマイクロアナライザーによってＮｔ）３
Ｓｎ相の分析を行ったところ、マトリックスにＧｅを添
加した試料では、Ｎｂ３Ｓｎ相に少量のＧｅが含まれる
ことがわかった。前記のテプのＴＣと磁界中のＩＣを直
流４端子法で測定した。その結果、比較例１として作製
したＮｂとＣｕ−７原子％Ｓｎ合金マトリックスを用い
たテープ（試料］）のＴｃは１７．５に、ＮｂとＣｕ−
７原子％Ｓｎ−０．５原子％Ｇｅ合金マトリックスを用
いたテープ（試料２）のＴｃは１７．ｆｉＫであった。

また、試ｔ４１と試料２のＩＣの磁界による変化を図１
の曲線１と曲線２に示した。マトリックスにＧｅを添加
することにより、磁界によるＩＣの低下が苫しく小さく
なることがわかる。これはＧｅ添加によりＨＣ２が増加
したことによると考えられる。１４Ｔの１ｃとＩＯＴの
ＩＣの比をとると試料１では３２％であったものが、試
料２では６２％に改善された。

実施例２（試料３） Ｎｂに１．５原子％のＧｅを添加した合金をアーク溶解
炉で溶製し、溝ロール圧延と機械加工によって直径５ｍ
ｍ、長さ８０關のＮｂ−Ｇｅ合金棒を作製した。一方、
Ｃｕ−７原子％　Ｓ　ｎマトリックス合金管を実施例１
と同様に作製し、その中にＮ　ｂ　−１，５原子％　Ｇ
　ｅ基体を挿入して複合体を作製した。この複合体を実
施例１と同様の方法で厚さ０．２５ｖｍ、Ｉｌｌ　５　
ｍｍのテープに加工して、これを試料３とした。このテ
ープから長さ４０關の試料を切り出し、７７５℃で１０
０時間の熱処理を行った。

この拡散熱処理により、厚さ約１０μ園のＮｂ５Ｓｎ相
が生成された。このテープのＴｃとＩＣを実施例１と同
様の方法で測定し、１７．５にのＴｃと図１の曲線３に
示すようなＩＣ特性をえた。

試料３の１４ＴのＩＣとＬＯＴのＩＣの比は６７％であ
り、比較例１の試料１に比べて著しく改善された。

実施例３（試＃４４）及び比較例２（試料５）実施例２
と同様にして溶製したＮｂ−１原子％Ｇｅ合金を機械加
工して、外径１０ｍｍ、内径７關、長さ７０ｍｍのＮｂ
−Ｇｅ合金管を作製した。その内に、外径７關、内径３
．５＋ａｌｌ、長さ７０　ｍ＋ｅのＣｕ管をはめこみ、
さらにその中心に直径３．５ｍｍ５長さ７０ｍｍのＳｎ
棒を挿入した複合体をｆ′１製した。

この複合体を満ロールに圧延とスェージング加Ｔによっ
て外径１．５＋＋＋ｍの線に加二］゛シ、これを試料４
とした。また、」１記と同し一ζｊ法の純Ｎｂ管の内に
上記と同し−（ｊ法のＣｕ管とＳｎ棒をはめこんだ複合
体を同様の方法で外径１．５　ｍ−の線に加工して比較
例２どした（試料５）。試料４及び５から、長さ４０ｍ
ｍの１１１１定試料を切り出し３Ｓｎが溶は出さないよ
うに両端を封じたのち、７５０℃で１００時間の拡散熱
処理を行った。この熱処理によって線材中央部のＳｎは
周囲のＣ１４に拡散してＣｕＳｎ合企をつくり、Ｎｂ−
Ｇｅ合金またはＮｂｌＡ体とＣｕ−３ｎ合金マトリック
スとの反応により両者の界面に厚さ約１５μ腸のＮｂ３
Ｓｎ相が生成された。得られた試料のＴｃを直流４端子
法て測定したところ試料４で１７．８Ｋ　、試料うで１
７．７にの値をえた。また、これらの試料のＩｃの磁界
変化を図２の曲線４と曲線５に示した。試料４の１４Ｔ
のＩＣとＩＯＴの１．の比は６３％であり、比較例の試
料５の３９％に比べて改善された特性が得られた。

実施例４（試料７，８）及び比較例３（試料６）直径１
５關、長さ６０ｍ−のＣｕ棒の中央に直径５　ａｍの孔
をあけてＣｕ管を作製し、その内に外径５■醜、長さ６
０關のＮｂ棒を挿入し、さらにその周囲の同心円上に等
間隔にあけた６個の直径２　ａｍの孔の内に外径２鰭、
長さ６０ｍｍの純Ｓｎ棒を挿入してＣｕ　　Ｎｂ３Ｓｎ
の複合体を作製した。この複合体を溝ロール圧延と線引
きにより外径１．５−■の線に加工して比較例３とした
（試料６）。また３Ｓｎに３原子２６のＧｅを含むＳｎ
−Ｇｅ合金を溶製して外径２鰭の棒に加工し、純Ｓｎ棒
の代りに使用して上記と同じ寸法のＣｕ、Ｎｂ、ＳｎＧ
ｅ合金複合体を作製し、上記と同し方法で外径１．５＋
ｓ＋ｓの線に加工して試料７とした。

一方、Ｃｕに１原Ｔ−％のＧｅを含むＣｕ−Ｇｅ合金を
るつは中で溶解して金型に鋳込んで溶製した。このＣｕ
−Ｇｅ合合金金機械加工して外径１５龍、内径５１１鵬
、長さ６０ｍｍのＣｕ−Ｇｅ合金管を作製した。その内
に外径５　ｍｍ、長さ６０■■のＮｂ棒を挿入し、さら
にその周囲の同心円上に等間隔にあけた６個のめ径２鳳
鵬の孔の内に外径２龍、長さ６０ｎの純Ｓｎ棒を挿入し
て、Ｃｕ−Ｇｅ合金、Ｎｂ３Ｓｎの複合体を作製した。

この複合体を上記と同じ方法で外径１．５鵬ｌの線に加
重ｆ−Ｌで試Ｉ４８とした。これらの試料６．７及び８
から長さ４０ｍ■の１ｌＦＩ定試料を切り出し３Ｓｎあ
るいはＳｎＧｅ合金が溶は出さないように両端を工・１
したのち、７５０℃で１００時間の拡散熱処理を行った
。

この熱処理によって試料６，７及び８の中央のＮｂ芯の
周りに、それぞれ厚さ約１５μ履のＮ１）ｉｓｎ相が生
成された。得られた試料のＴｃを直流４端子法で７１ｐ
ｊ定したところ、試料６で１７，７に１試料７及び８で
１７．８にの値がえらえた。また、これらの試料の■。

の磁界変化を図３の曲線６゜７及び８に示した。試料６
の１４ＴのＩＣと１０ＴのＩ、の比は３５％であり、一
方、試料７及び８における比はそれぞれ６９％で、いづ
れも比較例の試料６の値に比べて大きく改善された。

【図面の簡単な説明】

７ｊ３１図は実施例１及び２において作製された試料の
ＩＣの磁界による変化を示す図で、曲線１及び２は実施
例１の試料１及び２の特性、また、曲線３は実施例２の
試料３の特性をそれぞれ示す。 第２図は、実施例３において作製された試料のＩＣの磁
界による変化を示す図で、曲線４及び５は試料４及び５
の特性を示す。第３図は実施例４において作製された試
料のＩＣの磁界による変化を示す図で、曲線６７および
８はそれぞれ、試料６．７及び８の特性を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＮｂまたはＮｂ−Ｇｅ合金からなる基体要素とＳ
   ｎ，Ｇｅのうち一種以上の元素を含む一種以上のマトリ
   ックス要素とから構成され、少くともＮｂ，Ｓｎ，及び
   Ｇｅの元素を含む複合体を所定形状に加工する工程と、
   加工された複合体を６００℃〜９００℃で熱処理して、
   基体要素とマトリックス要素の界面にＧｅを含むＮｂ＿
   ３Ｓｎ超電導相を生成させる工程とを具備したことを特
   徴とするＮｂ＿３Ｓｎ複合超電導体の製造方法。
2. （２）前記マトリックスは、Ｃｕの元素を更に含んでい
   る請求項１に記載のＮｂ＿３Ｓｎ複合超電導体の製造方
   法。
3. （３）前記Ｎｂ−Ｇｅ合金からなる基体要素が０．２〜
   ５原子％のＧｅと残部Ｎｂ及び不可避的不純物からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のＮｂ＿３Ｓｎ複合超
   電導体の製造方法。
4. （４）前記マトリックス要素は一種であり、３〜１０原
   子％のＳｎと０．１〜５原子％のＧｅと残部Ｃｕ及び不
   可避的不純物からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｇｅ合金、３〜１０
   原子％のＳｎと残部Ｃｕ及び不可避的不純物からなるＣ
   ｕ−Ｓｎ合金、及び０．１〜１０原子％のＧｅと残部Ｓ
   ｎ及び不可避的不純物からなるＳｎ−Ｇｅ合金の群から
   選択されていることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載のＮｂ＿３Ｓｎ複合超電導体の製造方法。
5. （５）前記マトリックス要素は二種であり、純Ｃｕから
   なるマトリック要素と純Ｓｎからなるマトリック要素と
   の組合せ、純Ｃｕからなるマトリック要素と０．１〜１
   ０原子％のＧｅと残部Ｓｎ及び不可避的不純物からなる
   Ｓｎ−Ｇｅ合金からなるマトリックス要素との組合わせ
   、０．１〜１０原子％のＧｅと残部Ｃｕ及び不可避的不
   純物からなるＣｕ−Ｇｅ合金からなるマトリックス要素
   と純Ｓｎからなるマトリックス要素との組合わせ、及び
   ０．１〜１０原子％のＧｅと残部Ｃｕ及び不可避的不純
   物からなるＣｕ−Ｇｅ合金からなるマトリックス要素と
   ０．１〜１０原子％のＧｅと残部Ｓｎ及び不可避的不純
   物からなるＳｎ−Ｇｅ合金からなるマトリックス要素と
   の組合わせからなる群から選択されていることを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれかに記載のＮｂ＿３Ｓｎ複
   合超電導体の製造方法。