JPH04132120A - Ｎｂ↓３Ｘ多芯超電導線の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、たとえば核融合炉用およびＳＭＥＳ用など
の超電導線材として用いることのできるＮｂ３Ａｔ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］ Ｎｂ３Ａｔ超電導材料は、３０Ｔを超えると言われてい
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
ＡＩ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、Ｎｂ３　Ｓｎの臨界電流密度と同等か
、あるいはこれを超える高い値が得られると報告されて
いる。

しかしながら、ＮｂとＡｔの加工性がよくないため、工
業的には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。たとえば、核融合炉の超電導マグネットに用いる線
材としては、少なくとも６００ｍの長さが必要であり、
現在の目標としては１０００ｍ以上の長尺化が要望され
ている。また、Ｃｕ−１０％Ｎｉをシースとして線材化
が一部試みられているが、安定化材としてはＣｕを用い
ることが必要である。

［発明が解決しようとする課題］ このようなＮｂ３Ａｌ超電導材料を、核融合炉用の大型
超電導マグネット等に用いるためには、■　安定化材と
しての役割を果たすように、マトリックスは電気抵抗の
低いＣｕまたはＣｕ合金であること ■　長尺の線材（少なくとも１０００ｍ以上）が製造で
きること ■　非端部当りの臨界電流密度（Ｊ　ｃ）がＮｂ３Ｓｎ
程度の４００Ａ／ｍｍ２　（１２Ｔ）以上であること ■　数１０μｍの径のフィラメントが分散した多芯構造
であること が要求される。

従来の製造方法では、パイプ伸線法等を用いていたが、
セグメント相互の密着性が不十分であり、線材の加工中
に断線が頻繁に発生するという問題があった。

また、従来の製造方法では、線材を所望の線形にまで加
工した後に、Ｎｂ３Ａｌを形成させる熱処理を行なって
いる。したがって、加工途中において加工性を改善する
ための加熱や押出などの加工は、ＪＣの低下を招くので
ほとんど行なわれていなかった。

この発明の目的は、加工性を改善し、加工中に断線が発
生することなく、長尺化でき、かつ従来のものに比べ飛
躍的に高い臨界電流密度を有するＮｂ３ＡｔなどのＮｂ
３Ｘ系多芯超電導線を製造することのできる方法を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明の製造方法は、熱処理によりＮｂ３Ｘを形成す
るようにＮｂおよびＸが接触して配置されｈＮｂ３ｘフ
ィラメントを銅または銅合金の安定化材に埋込んで構成
されたセグメントのまわりに高純度鋼層を設けるステッ
プと、高純度銅層を設けたセグメントを銅または銅合金
のパイプ中に複数充填した後、所望の線径まで縮径加工
するステップとを備えている。

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Ａｌ、ＳｎまたはＧｅｔ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
元素としては、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｈｆ５Ｔａ。

Ｚｒ、ＭｇまたはＢｅなどが挙げられる。

この発明において、高純度銅層の純度は、９９゜９％以
上の純度を有するものである。

この発明において高純度銅層は、好ましくは、めっきに
よってセグメントのまわりに設けることができる。

この発明において高純度鋼層の厚みは、好ましくは５μ
ｍ〜３０μｉの範囲内の厚みで設けられる。

［発明の作用効果］ この発明では、セグメントのまわりに高純度鋼層を設け
ている。このため、セグメント層の金属的な密着が軟ら
かい高純度鋼層によって達成される０このため、線径を
細くしても、線材は断線することなく加工され、数１０
μｍのフィラメント径を有する長尺の多芯超電導線を製
造することができる。

この発明は、冷間で束伸法て縮径加工を実施する場合に
特に有効であり、高純度銅層によるセグメント相互の密
着によって、良好な多芯のＮｂ３Ｘ超電導線を製造する
ことができる。また加工途中に熱の影響を受けないこと
から、本質的に高い臨界電流密度を有する超電導線を得
ることができる。

この発明は、静水圧押出法および熱間直接押出法などを
用いる製造方法にも適用することができ、セグメント相
互の界面の密着性が、高純度銅層により大幅に向上して
いるため、押出時の温度を従来よりも下げることが可能
であり、高い臨界電流密度を維持した長尺の超電導線と
することができる。

この発明によれば、セグメントのまわりに設ける高純度
銅層により、加工性が改善され、断線することなく長尺
化を図ることができる。また、加工中における熱の影響
をできるだけ小さくすることができるので、臨界電流密
度を従来よりも高めることができる。

［実施例］ ジェリーロール法に従い、Ｎｂ箔とＡし箔とを重ね合せ
Ｃｕ棒を中心にしてこれらを巻込み積層物とし、Ｃｕパ
イプ中に挿入して、Ｃｕマトリックス中にＮｂとＡ」が
埋込まれたセグメントを作製した。

実施例１ このセグメントを直径３ｍｍに線引加工し、このセグメ
ントの外周面に、無電解めっき法により厚さ１０μｍの
銅めっきを施した。銅めっきしたセグメントを外径１２
０ｍｍ、内径１００ｍｍのＣｕパイプ中に３６０本充填
し、内部を真空引した後、電子ビーム溶接で蓋をして、
４５０℃で１時間加熱した後、熱間押出して直径６０ｍ
ｍに縮径加工した。その後２０％の減面率で線径０．５
ｍｍまで加工した。

実施例２ 実施例１と同じセグメントを用い、これを線径１ｍｍま
で加工した後、実施例１と同様にして無電解めっき法で
厚さ１０μｍの銅めっきをその外周面に施した。この銅
めっきしたセグメントを、外径３５　ｍ　ｍ　％内径３
０ｍｍのＣｕパイプへ１５０本挿入し、冷間で伸線して
、減面率２０％で線径０．５ｍｍまで加工した。

比較例１ 実施例２と同じセグメントを用いたが、銅めっきをする
ことなく線径１ｍｍのセグメントをＣｕパイプへ１５０
本挿入し、冷間で伸線加工した。

表１に実施例１および２ならびに比較例１における伸線
加工の際の断線回数のデータを示す。実施例１では、合
計２回の断線が発生したものの、線材として線径Ｑ、５
ｍｍのものを１０００ｍの単長以上得ることができた。

また、実施例２においても、５回の断線が発生したが、
線径０．５ｍｍのものを８００ｍの単長で得ることがで
きた。

これに対し、比較例１では、合計１０回の断線が発生し
、線径Ｑ、５ｍｍでは最高２００ｍの単長のものしか得
ることができなかった。

表１ 次に、実施例２および比較例１で得られた線材を熱処理
した。熱処理は表２に示すように種々の条件で行なった
。

はともにほとんど同一の臨界電流密度を示しておリ、こ
の発明に従い高純度銅層を設けても冷間加工により伸線
した場合には、臨界電流密度の値はほとんど変わらない
ことがわかる。線径０．５ｍｍへの加工では、実施例２
および比較例１ともにフィラメントは３０μｍになって
おり、ＮｂおよびＡｔの厚みは、それぞれ０．３μｍお
よび０゜１μｍであり、８００℃から８５０℃の熱処理
で良好なＮｂ３Ａｔが形成され、高い臨界電流密度の得
られることがわかる。

次に、高純度銅層の厚みの影響を調べるため、めっきの
厚みを変化させた実験を行なった。

ジェリーロール法によって、作製した、中心と外周に安
定化材としてのＣｕを有するセグメントを線径１．０２
ｍｍまで縮径し、これに表３に示すような厚みの異なる
めっきを施した後、外径１３．３ｍｍ、内径１２．５ｍ
ｍＱＣｕパイプ中にめっきを施したセグメント１３６本
を挿入して、冷間で製経加工した。表３にそれらのめっ
きの厚みにおける単長を示す。なお縮径加工は線径０゜
５１ｍｍまでのものと、線径０．８８ｍｍまでのものに
ついて行なった。

表３から明らかなように、高純度銅層の厚みとしては、
５μｍから３０μｍの範囲内のものが特に好ましいこと
がわかる。

以上の結果から明らかなように、セグメントのまわりに
高純度銅層を施すことによって、加工性が改善され、超
電導線の長尺化を図ることのできることがわかった。こ
のように加工性が改善されることから、さらにＮｂおよ
びＡＩの厚みを薄くすることができ、臨界電流密度の向
上も図ることができる。

第１図は、この発明に従いセグメントのまわりに高純度
Ｃｕ層を設けた一実施例を示す断面図である。第１図を
参照して、Ｎｂ３　Ａｔフィラメント３は、ジェリーロ
ール法に従い作製されたものであり、Ｎｂ箔１およびＡ
Ｉ箔２を巻込み積層物とすることにより形成されている
。このＮｂ５Ａ屯フイラメント３のまわりにはＣｕパイ
プから形成されたＣｕ安定化材４が設けられており、こ
のＣｕ安定化材４を設けることによりセグメント５が形
成されている。このセグメントのまわりに、この発明に
従い高純度Ｃｕ層６が設けられている。

第２図は、この発明に従い製造されたＮｂ５ＡＬ多芯超
電導線を示す断面図である。第１図に示すようなセグメ
ント５のまわりに高純度Ｃｕ層６を設けたセグメントを
多数本Ｃｕパイプ中に挿入して縮径加工することにより
、第２図に示すようなＮｂ３Ａｔ多芯超電導線８が形成
される。セグメントのまわりのＣｕは、Ｃｕマトリック
ス７となる。

第３図は、この発明に従いセグメントのまわりに高純度
Ｃｕ層を設けた他の実施例を示す断面図である。第３図
を参照して、この実施例のＮｂ３Ａｔフィラメント１３
は、Ｎｂマトリックス１１中にＡＩココア２を配置させ
構成されている。このようなＮｂ３Ａｔフィラメント１
３のまわりにＣｕパイプからのＣｕ安定化材１４を設け
てセグメント１５が構成されており、このセグメント１
５のまわりに、この発明に従い高純度Ｃｕ層１６が設け
られている。

このように、この発明におけるＮｂ３Ａｔフィラメント
は、ジェリーロール法で作製されるものに限定されるこ
となく、熱処理によりＮｂ３Ａｌを形成するようにＮｂ
およびＡｔが接触して配置されたものであればどのよう
な構造のものでもよい。

また、この発明において、縮径加工の方法は、特に限定
されるものではなく、たとえば実施例１のように押出法
を用いてもよいし、実施例２のように冷間による束伸法
を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従いセグメントのまわりに高純度
Ｃｕ層を設けた一実施例を示す断面図である。 第２図は、この発明に従い製造されたＮｂ５ＡＬ多芯超
電導線を示す断面図である。 第３図は、この発明に従いセグメントのまわりに高純度
Ｃｕ層を設けた他の実施例を示す断面図である。 図において、１はＮｂ箔、２はＡｔ箔、３はＮｂ３Ａｔ
フィラメント、４はＣｕ安定化材、５はセグメント、６
は高純度Ｃｕ層、７はＣｕマトリックス、８はＮｂ３Ａ
ｔ多芯超電導線、１１はＮｂマトリックス、１２はＡｔ
コア、１３はＮｂ３Ａｔフィラメント、１４はＣｕ安定
化材、１５はセグメント、１６は高純度Ｃｕ層を示す。 （ほか２名）６′” 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱処理によりＮｂ＿３Ｘを形成するようにＮｂお
   よびＸが接触して配置されたＮｂ＿３Ｘフィラメントを
   銅または銅合金の安定化材に埋込んで構成されたセグメ
   ントのまわりに高純度銅層を設けるステップと、 前記高純度銅層を設けたセグメントを銅または銅合金の
   パイプ中に複数充填した後、所望の線形まで縮径加工す
   るステップと 前記縮径加工した線材を加熱処理してＮｂ＿３Ｘを形成
   するステップと を備える、Ｎｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。
2. （２）前記高純度銅層がめっきによって形成される、請
   求項１に記載のＮｂ＿３Ｘ多芯超電導線の製造方法。
3. （３）前記高純度銅層の厚みが５μｍ〜３０μｍ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. （４）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。
5. （５）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。