JPH0349164B2 - - Google Patents

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JPH0349164B2
JPH0349164B2 JP58193426A JP19342683A JPH0349164B2 JP H0349164 B2 JPH0349164 B2 JP H0349164B2 JP 58193426 A JP58193426 A JP 58193426A JP 19342683 A JP19342683 A JP 19342683A JP H0349164 B2 JPH0349164 B2 JP H0349164B2
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Japan
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niobium
wire
tin
copper
titanium
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JP58193426A
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JPS6086705A (ja
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Kyoji Tachikawa
Kikuo Ito
Juji Yoshida
Yasuo Iijima
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Original Assignee
KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は繊維分散型Nb3Sn超電導線材の製造法
に関する。さらに詳しくは加工性の良い銅−ニオ
ブ合金と、さらに加工性の良いチタン、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を複合化させたものを使用
し、加工性および強磁界特性の改良された繊維分
散型Nb3Sn超電導線材の製造法に関する。 (従来の技術とその課題) 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22テラ
ス)の化合物系超電導線材が実用化されるように
なつた。この内複合加工法は、例えばNb3Snにお
いてはニオブ基体と銅一錫合金基体とを密着さ
せ、線状またはテープ状に加工したのち、熱処理
によつて銅一錫合金基体中の錫を選択的にニオブ
と反応させてNb3Sn化合物層を境界面に生成させ
る方法で、固体拡散法の1種である。この固体拡
散法を利用して銅一錫合金基体中に多数のニオブ
棒を埋込んだ複合体を線状に加工して熱処理する
ことによつて、磁界変化に対して安定なNb3Sn化
合物極細多芯線の製造が可能となつた。また、
V3Ga化合物極細多芯線も同様の製造法で作製で
きる。このような表面拡散法い複合加工法によつ
て作製された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
して利用されている。 しかし、この複合加工法では、最初に複合体を
作製する複雑な工程が必要であり、また、Nb3Sn
の場合、銅一錫合金基体は加工により著しく効果
するため、銅中の錫の含有量は8原子%程度以下
に限定され、大量のNb3Sn層の生成が困難である
とともに、断面縮小率が約40%毎に中間焼鈍を必
要とし、実用的な長尺線材を作るには焼鈍回数が
極めて多くなり、合金線材に比較して製造コスト
が著しく高くなる。さらに、複合加工線材は機械
的強度が比較的弱く、実用に供するときは補強材
との組合せから全断面積当りの臨界電流容量が低
くなる難点があつた。 最近、この難点を克服した繊維分散型の線材作
製法が開発された。この製造法は銅一ニオブ合金
基体をアーク溶解あるいは高周波溶解により溶製
して、銅マトリツクス内にニオブの微細なデンド
ライト粒子が均一に分散したインゴツトを作製す
る。この合金は加工性に優れ、中間焼鈍を必要と
せずに任意の径に加工することができる。この加
工によりニオブ粒子は大きな変形を受け極めて細
長い繊維状となつて、線材のなかに密接して多数
分散されたものとなる。この線材表面に好ましい
量の錫を電気メツキなどによつて付着させて熱処
理を行うと錫が内部に拡散してニオブ繊維と反応
してNb3Snの極細繊維を多数含んだ線材となる。
この含有繊維は径が細かく間隔も狭いため繊維自
体が強化の役目を果して線材自身の強度を高める
と共に曲げや引張りなどによる歪に対する超電導
特性の劣化を少なくすることができる。化合物系
超電導線材では臨界電流劣化の開始歪が約1%以
上であることが実用上の目標値となつているが、
この線材はこの条件を充分に満足するものであ
る。この製法において、溶製された銅−ニオブ合
金基体はなるべく強度の加工を行つた方が繊維の
密度が高くなり超電導特性ならびに機械的特性が
向上する。 さらに、最近になつて銅−ニオブ合金にa族
元素であるチタンを少量添加した繊維分散型
Nb3Sn線材の製造法(特願昭56−121478号、特公
昭62−12607号)および銅−ニオブ合金基体とニ
オブ−チタン合金あるいは銅−チタン合金基体を
複合して繊維分散型Nb3Sn線材の製造法(特願昭
57−71461号、特公昭62−62406号)が相ついで発
明された。これらの製法においてa続元素は
Nb3Snフイラメントの拡散生成を促進させるほ
か、その一部がNb3Sn化合物相内に固溶して、強
磁界中での臨界電流容量を著しく高める作用を有
する。しかし、これらの製造法において、a族
元素は銅−ニオブ合金中、銅中またはニオブ中に
含有せしめられるために、それらの硬度が上昇
し、a族元素を含まぬ従来の繊維分散型線材に
比べると、線材への加工法が若干低下した。 (課題を解決するための手段) 本発明は従来法の難点を克服するためになされ
たものであり、その目的はその製造が容易で、且
つ強磁界での超電導特性と機械的特性の優れた繊
維分散型Nb3Sn超電導線材の製造法を提供するに
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マトリツクス内に
ニオブが多数分散している銅マリツクス内にニオ
ブが多数分散している銅−ニオブ合金基体とから
なる複合体を作製し、これを線、テープあるいは
管に加工した後、400〜900℃での拡散熱処理を行
いNb3Sn化合物極細繊維を生成させる方法を特徴
とする。また錫合金基体としては上記元素の他に
銅を少量含んでもよい。銅中の錫、チタン、ジル
コニウムまたはハフニウムの拡散は極めて速やか
であるため、銅−ニオブ合金基体に複合させる錫
合金基体は拡散熱処理のとき、同時に線材全体に
拡散する。その結果、添加されたチタン、ジルコ
ニウムまたはハフニウムはニオブ繊維と拡散した
錫との反応により生じるNb3Sn極細繊維の生成を
促進するほか、一部がNb3Sn化合物相内に固溶し
て、Nb3Snの強磁界特性を著しく改善する。ま
た、Nb3Sn層中に固溶しないで残存したチタン、
ジルコニウムまたはハフニウムは熱処理後の線材
の機械的強度を増加させるのに役立つ。なお、銅
−ニオブ合金基体内のニオブ含有量は10〜60原子
%であることが必要であり、10原子%未満である
と線材内部のニオブ繊維密度が小さくなり、繊維
間隔が大きくなつて超電導特性が低下する。ま
た、60原子%を越えると銅−ニオブ合金基体の加
工性が劣化するほか、錫の線材全体への均一な拡
散が困難となつて超電導特性および機械的特性を
低下させる。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。好ましは1〜10原子%の範囲である。錫合金
基体には拡散熱処理の際、錫およびチタン、ジル
コニウム、ハフニウムの拡散を助け優れた超電導
特性を得るために、銅を少量添加することが好ま
しい。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
範囲になければならない。 複合する錫合金基体の量は線材全断面積当り1
体積%から50体積%が適当で、1体積%未満であ
るとNb3Sn極細繊維が生成され難く、50体積%を
越えるとNb3Sn化合物相以外の化合物が生成され
て超電導特性および機械的特性の点で好ましくな
い。拡散熱処理におけるNb3Sn極細繊維の生成に
は400〜900℃の温度範囲が望ましく、400℃より
低い温度ではNb3Sn極細繊維の生成速度が極めて
遅く、また、超電導特性も劣化させる。900℃を
越えると生成されたNb3Snの結晶粒が粗大化して
超電導特性を劣化させる。 本発明において、溶製した錫合金基体は、錫中
にチタン、ジルコニウム、ハフニウムの析出相が
細かく一様に分布した金属組織となるために、そ
の加工性は鈍錫のそれと変わらぬ程の極めて優れ
たものである。他に銅マトリツクス内にニオブが
多数分散しており加工性の良い銅−ニオブ基体か
ら構成される本発明の方法は、チタン、ジルコニ
ウムあるいはハフニウムを銅−ニオブ基体もしく
はニオブ基体に含有せしめた従来法の繊維分散型
Nb3Sn線材の製法に比べると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。また、添加元素としてのチタン等は
Nb3Sn極細繊維の生成を促進するだけでなく、
Nb3Sn化合物層内に固溶することにより、臨界磁
界を向上させ、15テスラ以上での臨界電流を顕著
に増加させる。なお、拡散工程では充分な量の錫
を複合体の内部から拡散させて供給することがで
きるので、Nb3Sn極細繊維が大量に生成されて臨
界電流の大きな線材が作製できる。このようにし
て線材の超電導特性と機械的特性が改善されるた
め、各種超電導利用機器の性能向上が得られるほ
か、小型化による冷却コストの軽減が達成され
て、さらに、広い範囲への利用の道を開くことが
出来る等の優れた効果を奏し得られる。 (実施例) 実施例 1〜4 銅とニオブを複合した棒状消耗電極を用いたア
ーク溶解により銅−30原子%ニオブ合金基体を溶
製したのち、機械加工により外径25mmの丸棒に加
工した。この丸棒に4mmφの穴を7ケ所あけて、
錫−5原子%チタン合金(実施例1)、錫−5原
子%ジルコニウム合金(実施例2)、錫−4原子
%チタン−3原子%ハフニウム合金(実施例3)
あるいは錫−5原子%チタン−10原子%銅合金棒
(実施例4)のうちいずれかをそれぞれ7本挿入
して図1に示すような複合体を作製した。この複
合体を中間焼鈍なしに溝ロールおよび線引きによ
り、外径0.5mmの線に加工した。これらをアルゴ
ン雰囲気中の石英管に封入し、600℃×100時間の
拡散熱処理を行いNb3Snを生成させた。本発明を
従来法と比較するために、錫合金のかわりに鈍錫
棒を使用して実施例1と同じ形状および方法によ
り超電導線を作製した(比較例1)。また、銅−
30原子%ニオブ−2原子%チタン合金基体を作製
し、比較例1と同様に外径25mmの丸棒に4mmφの
穴を7ケ所あけて、その穴に鈍錫棒を挿入した複
合体を1.0mmφの線に加工し、熱処理を行つた
(比較例2)。さらに25mmφの銅−30原子%ニオブ
合金基体を作製し、その中心に7.2mmφの鈍錫棒
を挿入し、その周囲に1.7mmφのニオブ−50原子
%チタン合金(比較例3)あるいは2.3mmφの銅
−3原子%チタン合金棒(比較例4)をそれぞれ
6本挿入して複合したのち同様な方法で外径0.5
mmφの線に加工および熱処理を行つた。このよう
に作製した試料の12テスラの強磁界中での臨界電
流密度、Jc(線材断面積当りの超電導通電容量)
の値を表1に示した。表からチタン、ジルコニウ
ムあるいはハフニウムを錫に添加すると従来法の
比較例1に比べて16テスラの強磁界のJc値が特に
著しく大きくなり、15テスラ以上の強磁界での使
用が可能になることがわかる。通常2A×104A/
cm2以上のJcがあれば超電導線材として考えられ
る。なお比較例2の線材は銅一ニオブ−チタン合
金基体の加工化が著しく、1mmφ以下の伸線加工
は出来なかつた(破線した)。比較例3,4の線
材の場合、0.5mmφまでの伸線加工は可能であつ
たが、加工後の線材の断面観察によれば、加工硬
化のためにニオブーチタン合金芯または銅−チタ
ン合金芯はその芯径が不揃いになつたり、また、
一部の芯は破断していた。比較例2〜4の16テス
ラの強磁界のJc値も、表1に示されるように本発
明実施例に比べてかなり劣つていた。 【表】
【図面の簡単な説明】
図1は本発明の方法における複合体の断面図
で、図中1はチタン、ジルコニウムあるいはハフ
ニウムを含有する錫合金芯。2は銅−ニオブ合金
基体である。

Claims (1)

  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%含む錫基合金基体と、10〜60原子%のニオ
    ブを含むニオブ分散銅−ニオブ合金基体とからな
    る複合体を作製し、これを線、テープあるいは管
    に加工したのち、400〜900℃での拡散熱処理を行
    なうことを特徴とする繊維分散型Nb3Sn超電導線
    材の製造法。 2 錫合金基体としてチタン、ジリコニウムおよ
    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。
JP58193426A 1983-10-18 1983-10-18 繊維分散型Νb↓3Sn超電導線材の製造法 Granted JPS6086705A (ja)

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JPS6086705A JPS6086705A (ja) 1985-05-16
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5823109A (ja) * 1981-08-04 1983-02-10 科学技術庁金属材料技術研究所長 Nb↓3Sn超電導線材の製造法
JPS59108202A (ja) * 1982-12-13 1984-06-22 住友電気工業株式会社 Nb↓3Sn化合物超電導線の製造方法

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JPS6086705A (ja) 1985-05-16

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