JPH04132115A - Ｎｂ↓３Ｘ多芯超電導線の製造方法 - Google Patents
Ｎｂ↓３Ｘ多芯超電導線の製造方法Info
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- JPH04132115A JPH04132115A JP2252323A JP25232390A JPH04132115A JP H04132115 A JPH04132115 A JP H04132115A JP 2252323 A JP2252323 A JP 2252323A JP 25232390 A JP25232390 A JP 25232390A JP H04132115 A JPH04132115 A JP H04132115A
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- 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
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Wire Processing (AREA)
- 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】
［産業上の利用分野コ
この発明は、たとえば核融合炉およびＳＭＥＳ用などの
超電導線材として用いることのできるＮｂ３Ｘ多芯超電
導線の製造方法に関するものである。
超電導線材として用いることのできるＮｂ３Ｘ多芯超電
導線の製造方法に関するものである。
［従来の技術および発明が解決しようとする課題］Ｎｂ
、Ａｔ超電導材料は、３０Ｔを越えるといわれている高
い臨界磁界を有しており、歪特性もＮｂ３ Ｓｎより良
好なことから、ＮｂＴｉおよびＮｂ３ Ｓｎに続く第３
の実用的な超電導材料として期待されており、特に核融
合炉の超電導用マグネット用線材として期待されている
。
、Ａｔ超電導材料は、３０Ｔを越えるといわれている高
い臨界磁界を有しており、歪特性もＮｂ３ Ｓｎより良
好なことから、ＮｂＴｉおよびＮｂ３ Ｓｎに続く第３
の実用的な超電導材料として期待されており、特に核融
合炉の超電導用マグネット用線材として期待されている
。
また近年、Ｎｂ３Ａｔ超電導線において、ＮｂおよびＡ
ｔの厚みを０．１μｍ程度にまで薄くすると、臨界電流
密度が上昇し、Ｎｂ３Ｓｎの臨界電流密度と同等が、あ
るいはこれを越える高い値が得られると報告されている
。
ｔの厚みを０．１μｍ程度にまで薄くすると、臨界電流
密度が上昇し、Ｎｂ３Ｓｎの臨界電流密度と同等が、あ
るいはこれを越える高い値が得られると報告されている
。
しかしながら、工業的には、ＮｂとＡｔの加工性が良く
ないため、長尺化が困難であり、長尺の超電導線として
得ることができないという問題があった。ジェリーロー
ル法およびＮｂパイプ法等により、Ｎｂ３Ａｔの長尺線
材化が試みられているが、未だ十分な成果は得られてい
ない。また、Ｃｕ−１０％Ｎｉをシースとした線材化も
一部試みられている。
ないため、長尺化が困難であり、長尺の超電導線として
得ることができないという問題があった。ジェリーロー
ル法およびＮｂパイプ法等により、Ｎｂ３Ａｔの長尺線
材化が試みられているが、未だ十分な成果は得られてい
ない。また、Ｃｕ−１０％Ｎｉをシースとした線材化も
一部試みられている。
一方、核融合炉の大型超電導マグネットに用いるＮｂ３
Ａｔ超電導線としては、以下に示す特徴が必要とされて
いる。
Ａｔ超電導線としては、以下に示す特徴が必要とされて
いる。
（１） 安定化材として電気抵抗の低い材料、たとえば
ＣｕまたはＣｕ合金を用いていること。
ＣｕまたはＣｕ合金を用いていること。
（２） 少なくとも１０００ｍ以上の長尺であること。
（３） 非端部の臨界電流密度がＮｂ３ Ｓｎ程度の４
０ＯＡ／ｍｍ２ （１２Ｔ）以上であること。
０ＯＡ／ｍｍ２ （１２Ｔ）以上であること。
（４） 数十μｍの径のフィラメントが分散した多芯構
造であること。
造であること。
このような特徴を備えた線材を製造するため、従来、パ
イプ伸線法等が試みられてきた。しかし、従来の方法で
は伸線時に、フィラメントを形成するためのセグメント
相互の密着性が不足し、線材加工中に断線がしばしば発
生するという問題点があった。
イプ伸線法等が試みられてきた。しかし、従来の方法で
は伸線時に、フィラメントを形成するためのセグメント
相互の密着性が不足し、線材加工中に断線がしばしば発
生するという問題点があった。
この発明の目的は、かかる従来の問題点を解消し、高い
臨界電流密度を備えながら、より長尺の線材を作成する
ことができるＮｂ３Ａｔ等のＮｂ５ｘ多芯超電導線の製
造方法を提供することにある。
臨界電流密度を備えながら、より長尺の線材を作成する
ことができるＮｂ３Ａｔ等のＮｂ５ｘ多芯超電導線の製
造方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
この発明に従うＮｂ３Ｘ多芯超電導線の製造方法は、Ｎ
ｂ金属またはＮｂ合金からなるＮｂ含有基材と、Ｎｂと
反応して超電導性を示す化合物を作る元素Ｘまたは元素
Ｘを含む合金からなるＸ含有基材を接触させてなる第１
の線材を、ＣｕまたはＣｕ合金からなる安定化材で覆う
ことにより第２の線材を形成する工程と、第２の線材を
ＣｕまたはＣｕ合金からなるビレット内に複数本束ね、
て充填した後、前記ビレットを少なくとも４００’Ｃ以
上６００℃以下の温度による熱間押出しで加工して縮径
化した第３の線材を形成する工程と、第３の線材を加熱
処理して、Ｎｂ、Ｘを形成する工程とを備えている。
ｂ金属またはＮｂ合金からなるＮｂ含有基材と、Ｎｂと
反応して超電導性を示す化合物を作る元素Ｘまたは元素
Ｘを含む合金からなるＸ含有基材を接触させてなる第１
の線材を、ＣｕまたはＣｕ合金からなる安定化材で覆う
ことにより第２の線材を形成する工程と、第２の線材を
ＣｕまたはＣｕ合金からなるビレット内に複数本束ね、
て充填した後、前記ビレットを少なくとも４００’Ｃ以
上６００℃以下の温度による熱間押出しで加工して縮径
化した第３の線材を形成する工程と、第３の線材を加熱
処理して、Ｎｂ、Ｘを形成する工程とを備えている。
Ｎｂと反応して超電導性を示す化合物を作る元素Ｘとし
ては、たとえばＡＩ、ＳｎまたはＧｅなどがある。
ては、たとえばＡＩ、ＳｎまたはＧｅなどがある。
Ｎｂ合金および／または元素Ｘを含む合金中の含有合金
元素として、Ｔ ｉｚ Ｓ ｉｓ Ｈｆ ｓ Ｔ ａ
ｓＺｒ、ＭｇまたはＢｅなどが挙げられる。
元素として、Ｔ ｉｚ Ｓ ｉｓ Ｈｆ ｓ Ｔ ａ
ｓＺｒ、ＭｇまたはＢｅなどが挙げられる。
また、この発明に従う第１の線材が、ジェリーロール法
によりＮｂ含有シートとＸ含有シートを重ね合せて巻上
げたものであれば、この発明の目的をより効果的に達成
することができる。
によりＮｂ含有シートとＸ含有シートを重ね合せて巻上
げたものであれば、この発明の目的をより効果的に達成
することができる。
［作用］
この発明に従って得られるＮｂ３Ｘ多芯超電導線では、
第１の線材を覆う安定化材およびビレットがマトリック
スとなり、その中に加熱処理により第１の線材から形成
されるＮｂ、Ｘフィラメントが埋込まれている。安定化
材およびビレットを形成するＣｕまたはＣｕ合金は、電
気抵抗が低くマトリックスとして最適である。また、第
１の線材を覆うＣｕまたはＣｕ合金は、多芯線加工を行
なう上で互いの密着性が良く、加工性の点からも優れて
いる。
第１の線材を覆う安定化材およびビレットがマトリック
スとなり、その中に加熱処理により第１の線材から形成
されるＮｂ、Ｘフィラメントが埋込まれている。安定化
材およびビレットを形成するＣｕまたはＣｕ合金は、電
気抵抗が低くマトリックスとして最適である。また、第
１の線材を覆うＣｕまたはＣｕ合金は、多芯線加工を行
なう上で互いの密着性が良く、加工性の点からも優れて
いる。
一方、この発明では、多芯線加工時に熱間押出しを行な
っている。熱間押出しでは、加熱により金属組織全体が
軟化するため、押出し加工時に金属間を十分に密着させ
ることができる。このように、熱間押出しにより金属組
織の密着が向上するので、押出し加工を施した線材をさ
らに細い線径まで加工しても、断線することなく加工す
ることができる。したがって、長尺の多芯線の製造がよ
り容易になる。また、本発明者らの実験により、熱間押
出し時の熱履歴は、その後の加熱処理によるＮｂ３Ｘの
形成にほとんど影響を与えず、得られる線材の臨界電流
密度を低下させないことが解った。
っている。熱間押出しでは、加熱により金属組織全体が
軟化するため、押出し加工時に金属間を十分に密着させ
ることができる。このように、熱間押出しにより金属組
織の密着が向上するので、押出し加工を施した線材をさ
らに細い線径まで加工しても、断線することなく加工す
ることができる。したがって、長尺の多芯線の製造がよ
り容易になる。また、本発明者らの実験により、熱間押
出し時の熱履歴は、その後の加熱処理によるＮｂ３Ｘの
形成にほとんど影響を与えず、得られる線材の臨界電流
密度を低下させないことが解った。
なお、この発明において、熱間押出しを行なう際の温度
は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる外皮で覆われている第
２の線材相互の密着性を十分向上させる見地から４００
℃以上が好ましく、材料内ＡＩの溶融を防ぐ点から６０
０℃以下が好ましい。
は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる外皮で覆われている第
２の線材相互の密着性を十分向上させる見地から４００
℃以上が好ましく、材料内ＡＩの溶融を防ぐ点から６０
０℃以下が好ましい。
［実施例］
まず、第１図に示すように、ジェリーロール法に従って
Ｎｂ箔１とＡｔ箔２をＣｕ棒材３の周囲に互いに一層ず
つ重ねて巻き、巻上ったものをＣＵパイプ４内に挿入し
た後、伸線加工して第２図に示すような断面を有するセ
グメント線材５を作成した。第２図に示すように、セグ
メント線材５は、中心と外周にＣｕからなるマトリック
ス６を備え、このマトリックス６間にＮｂ箔１とＡ【箔
２が一層ずつ渦巻状に重なっている。
Ｎｂ箔１とＡｔ箔２をＣｕ棒材３の周囲に互いに一層ず
つ重ねて巻き、巻上ったものをＣＵパイプ４内に挿入し
た後、伸線加工して第２図に示すような断面を有するセ
グメント線材５を作成した。第２図に示すように、セグ
メント線材５は、中心と外周にＣｕからなるマトリック
ス６を備え、このマトリックス６間にＮｂ箔１とＡ【箔
２が一層ずつ渦巻状に重なっている。
このようにして得られた３ｍｍφのセグメント線材３６
０本を１２０ｍｍφＸ１００ｍｍφの大径Ｃｕビレット
内に挿入し、ビレット内部を真空引きした後、電子ビー
ム溶接で開口部を塞いだ。
０本を１２０ｍｍφＸ１００ｍｍφの大径Ｃｕビレット
内に挿入し、ビレット内部を真空引きした後、電子ビー
ム溶接で開口部を塞いだ。
次にシールされたビレットを４５０℃で１時間加熱した
後、熱間押出しを行ない５０ｍｍφの線材を得た。熱間
押出しには、熱間直接押出プレス機を用いた。その後、
得られた線材について２０％の断面減少率で伸線加工を
繰返し、Ｑ、５ｍｍφの線材を得た。第３図は、このよ
うにして得られた線材の断面図である。図に示すように
、線材９は、Ｃｕからなるマトリックス７中に、Ｎｂ、
ＡＬおよびＣｕで構成される多数のフィラメント８が形
成された構造である。
後、熱間押出しを行ない５０ｍｍφの線材を得た。熱間
押出しには、熱間直接押出プレス機を用いた。その後、
得られた線材について２０％の断面減少率で伸線加工を
繰返し、Ｑ、５ｍｍφの線材を得た。第３図は、このよ
うにして得られた線材の断面図である。図に示すように
、線材９は、Ｃｕからなるマトリックス７中に、Ｎｂ、
ＡＬおよびＣｕで構成される多数のフィラメント８が形
成された構造である。
一方、比較例として上述した３ｍｍφのセグメント線材
を１ｍｍφまで伸線加工した後、３５ｍｍφＸ３０ｍｍ
φのＣｕ製パイプへ１５０本挿入し、冷間でＱ、５ｍｍ
φまで伸線加工を行なった。
を１ｍｍφまで伸線加工した後、３５ｍｍφＸ３０ｍｍ
φのＣｕ製パイプへ１５０本挿入し、冷間でＱ、５ｍｍ
φまで伸線加工を行なった。
加工時の断面減少率は同じく２０％であった。
表１に実施例および比較例について、それぞれの加工段
階における線径と断線回数を示す。表に示すように、実
施例では５．０ｍｍφから０．５ｍｍφまでの加工の間
に、合計２回の断線が発生した。一方、比較例では同じ
加工の間に合計１０回の断線が発生した。また、実施例
では０，５ｍｍφの線材として１０００ｍｍ以上の単長
を得ることができたが、比較例では最長で２００ｍｍの
単長しか得ることができなかった。以上の結果より、こ
の発明によれば、より長尺の線材を容易に製造できるこ
とが明らかになった。
階における線径と断線回数を示す。表に示すように、実
施例では５．０ｍｍφから０．５ｍｍφまでの加工の間
に、合計２回の断線が発生した。一方、比較例では同じ
加工の間に合計１０回の断線が発生した。また、実施例
では０，５ｍｍφの線材として１０００ｍｍ以上の単長
を得ることができたが、比較例では最長で２００ｍｍの
単長しか得ることができなかった。以上の結果より、こ
の発明によれば、より長尺の線材を容易に製造できるこ
とが明らかになった。
表２に、実施例および比較例で得られた線材を、種々の
条件で加熱処理した場合の非胴部当りの臨界電流密度を
示す。表に示すように、実施例と比較例はほとんど同一
の臨界電流密度を示した。
条件で加熱処理した場合の非胴部当りの臨界電流密度を
示す。表に示すように、実施例と比較例はほとんど同一
の臨界電流密度を示した。
方、加熱処理する前の０．５ｍｍφ線材において、マト
リックス中に形成されるフィラメントの径ならびにＮｂ
およびＡｔの厚みについて測定したところ、フィラメン
トの径は実施例および比較例ともに３０μｍであり、Ｎ
ｂおよびＡｔの厚みは、それぞれ０．３μｍと０．１μ
ｍであった。このようにフィラメントの径ならびにＮｂ
およびＡｔの厚みが十分率さいため、８００℃から８５
０℃での加熱処理により良好なＮｂ３Ａｔ微細結晶が形
成され、その結果、高い臨界電流密度を達成することが
できたと考えられた。
リックス中に形成されるフィラメントの径ならびにＮｂ
およびＡｔの厚みについて測定したところ、フィラメン
トの径は実施例および比較例ともに３０μｍであり、Ｎ
ｂおよびＡｔの厚みは、それぞれ０．３μｍと０．１μ
ｍであった。このようにフィラメントの径ならびにＮｂ
およびＡｔの厚みが十分率さいため、８００℃から８５
０℃での加熱処理により良好なＮｂ３Ａｔ微細結晶が形
成され、その結果、高い臨界電流密度を達成することが
できたと考えられた。
また、実施例において、各加工段階で得られた線材を８
００℃で５時間処理した後、得られた線材の非胴部当り
の臨界電流密度を測定した。表３１、：、各加工段階に
おける線材の直径と熱処理後の得られた線材の臨界電流
密度との関係を示す。表から明らかなように、線径か細
くなるにつれ、臨界電流密度が次第に上昇している。こ
のことは、この発明に従って、線径を細くしていけば、
加熱処理によって確実にＮｂ、ＡＩの微細な結晶を形成
することができ、その結果高い臨界電流密度が得られる
ことを意味している。
００℃で５時間処理した後、得られた線材の非胴部当り
の臨界電流密度を測定した。表３１、：、各加工段階に
おける線材の直径と熱処理後の得られた線材の臨界電流
密度との関係を示す。表から明らかなように、線径か細
くなるにつれ、臨界電流密度が次第に上昇している。こ
のことは、この発明に従って、線径を細くしていけば、
加熱処理によって確実にＮｂ、ＡＩの微細な結晶を形成
することができ、その結果高い臨界電流密度が得られる
ことを意味している。
なお、以上の実施例においては、この発明に従う第１の
線材をジェリーロール法に従ってＮｂ箔とＡｔ箔を巻上
げたものとしたが、これに限定されるものではなく、た
とえば、複数のＮｂ細線とＡｔ細線を撚線としたものや
束ね合せたものでもよい。また、上記実施例に示したセ
グメント線材は、中心のＣｕ棒材がないものでもよく、
たとえば、Ｎｂ箔とＡｔ箔が巻かれたものにＣｕ製のパ
イプが被せられた構造のものでもよい。
線材をジェリーロール法に従ってＮｂ箔とＡｔ箔を巻上
げたものとしたが、これに限定されるものではなく、た
とえば、複数のＮｂ細線とＡｔ細線を撚線としたものや
束ね合せたものでもよい。また、上記実施例に示したセ
グメント線材は、中心のＣｕ棒材がないものでもよく、
たとえば、Ｎｂ箔とＡｔ箔が巻かれたものにＣｕ製のパ
イプが被せられた構造のものでもよい。
表２
表１
表３
［発明の効果］
以上説明したように、この発明に従えば、電気抵抗の低
いＣｕまたはＣｕ合金からなるマトリックス中に、数十
μｍ径のフィラメントが分散した多芯構造のＮｂ３Ｘ超
電導線を製造することができる。しかも、製造時の加工
性が向上する結果、Ｎｂ３Ｘのより微細な結晶からなる
フィラメントを形成することができるので、臨界電流密
度が高い超電導線を得ることができる。さらに、熱間押
出しにより金属組織の密着を向上させて縮径加工を行な
うため、その後の伸線加工で断線が少なべ、より長尺の
超電導線を容易に製造することができる。
いＣｕまたはＣｕ合金からなるマトリックス中に、数十
μｍ径のフィラメントが分散した多芯構造のＮｂ３Ｘ超
電導線を製造することができる。しかも、製造時の加工
性が向上する結果、Ｎｂ３Ｘのより微細な結晶からなる
フィラメントを形成することができるので、臨界電流密
度が高い超電導線を得ることができる。さらに、熱間押
出しにより金属組織の密着を向上させて縮径加工を行な
うため、その後の伸線加工で断線が少なべ、より長尺の
超電導線を容易に製造することができる。
第１図は、この発明に従う実施例において、ジェリーロ
ール法に従いセグメント線材を形成する工程を模式的に
示す斜視図である。 第２図は、第１図に示す工程により得られたセグメント
線材の断面図である。 第３図は、この発明に従う実施例において、多芯線の縮
径加工が終了して得られた線材の断面図である。 図において、１はＮｂ箔、２はＡｔ箔、３はＣＵ棒材、
４はＣｕパイプ、５はセグメント線材、６および７はマ
トリックス、８はフィラメント、９は線材を示す。
ール法に従いセグメント線材を形成する工程を模式的に
示す斜視図である。 第２図は、第１図に示す工程により得られたセグメント
線材の断面図である。 第３図は、この発明に従う実施例において、多芯線の縮
径加工が終了して得られた線材の断面図である。 図において、１はＮｂ箔、２はＡｔ箔、３はＣＵ棒材、
４はＣｕパイプ、５はセグメント線材、６および７はマ
トリックス、８はフィラメント、９は線材を示す。
Claims (4)
- （１）Ｎｂ金属またはＮｂ合金からなるＮｂ含有基材と
、Ｎｂと反応して超電導性を示す化合物を作る元素Ｘま
たは元素Ｘを含む合金からなるＸ含有基材を接触させて
なる第１の線材を、ＣｕまたはＣｕ合金からなる安定化
材で覆うことにより第２の線材を形成する工程と、 前記第２の線材をＣｕまたはＣｕ合金からなるビレット
内に複数本束ねて充填した後、前記ビレットを少なくと
も４００℃以上６００℃以下の温度による熱間押出しで
加工して縮径化した第３の線材を形成する工程と、 前記第３の線材を加熱処理して、Ｎｂ＿３Ｘを形成する
工程とを備えるＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。 - （２）前記第１の線材が、ジェリーロール法によりＮｂ
含有シートとＸ含有シートを重ね合せて巻上げたもので
ある請求項１に記載のＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方
法。 - （３）前記元素Ｘが、Ａｌ、ＳｎおよびＧｅからなるグ
ループより選ばれる少なくとも１種である、請求項１に
記載のＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。 - （４）前記Ｎｂ合金および／または前記元素Ｘを含む合
金中の含有合金元素が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒ
、ＭｇおよびＢｅからなるグループより選ばれる少なく
とも１種である、請求項１に記載のＮｂ＿３Ｘ多芯超電
導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252323A JPH04132115A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | Ｎｂ↓３Ｘ多芯超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252323A JPH04132115A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | Ｎｂ↓３Ｘ多芯超電導線の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04132115A true JPH04132115A (ja) | 1992-05-06 |
Family
ID=17235665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2252323A Pending JPH04132115A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | Ｎｂ↓３Ｘ多芯超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04132115A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100031493A1 (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | Leszek Motowidlo | powder-in-tube process and method of manufacture |
-
1990
- 1990-09-21 JP JP2252323A patent/JPH04132115A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100031493A1 (en) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | Leszek Motowidlo | powder-in-tube process and method of manufacture |
| US8832926B2 (en) * | 2008-08-08 | 2014-09-16 | Supramagnetics, Inc. | Method of manufacturing superconductor wire |
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