JPH0443515A - Ｎｂ↓３Ｓｎ系超電導線材の製造方法 - 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、Ｎｂ３Ｓｎ系超電導線材の製造方法に関し
、さらに詳しくいうと、高磁界発生用電磁石の巻線材な
どに用いられるＮｂ３Ｓｎ系化合物超電導線材でなるＮ
ｂｚＳｎ系超電導線材の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 超電導線材を用いると電力消費がほとんどなく、大電流
を流すことができ、かつ、高磁界まで超電導状態で保た
れることから、高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。災来、最も広く利用されているこの
種の線材は、ＮｂＴ　ｉ系の合金線材であるが、この合
金線材の発生磁界は９テスラの限界があり、これ以上の
高磁界を必要とする場合には臨界磁界の高いＮｂ５Ｓｎ
系の化合物線材が用いられる、。このＮｂ３Ｓｎ線材と
してブロンズ法と言われているＣｕ−Ｓｎ合金基体とＮ
ｂ基体の三者よりなるものがある。この線材の従来の製
造方法は、第２図に示すとおり、Ｃｕ−Ｓｎ基体（３）
にフィラメントとなるＮｂ基体（６）、ＮｂのＳｎ拡散
バリア（８）、安定化Ｃυ（５）からなるものを熱処理
するもので、当初よりＣｕ−Ｓｎ合金を使用するために
塑性加工性が劣り、断面縮径加工率約４０％毎に中間焼
鈍を必要とし、実用線材を製作するのに焼鈍回数が極め
て多くなり、製造コスト上問題であった。

他のＮｂｓ’Ｓｎ超電導線の製造方法としてＣｕとＳｎ
基体とＮｂ基体の三者よりなるものがある。この線材の
従来の製造方法は、第３図に示すように３Ｓｎ基体（７
）　、Ｃｕ（５）　、Ｎｂ基体（６）３Ｓｎ拡散バリア
（８）からなるもの５熱処理するもので、Ｃｕ−Ｓｎ合
金は使用されず、すべて加工性にすぐれた金属が使用さ
れており、極めて加工性に優れているので１回の中間焼
鈍もなしに所望の形状寸法のものが得られる。

Ｎｂ３Ｓｎ超電導線は上記のいずれの製造方法のもので
も、電磁石のコイル巻前後のいずれかで６００〜８００
℃で数１０〜数１００時間のＮｂＪｎ生成熱処理が行わ
れる。第２図のブロンズ法のものでは、この熱処理でＣ
ｕ−Ｓｎ合金（３）中のＳｎがＮｂ（フィラメント）（
６）と反応し、Ｎｂ、３Ｓｎを生成する。この際、外皮
の安定化Ｃｕ（５）までにＳｎの拡散を防止するなめに
Ｓｎ拡散バリア（８）が設けられている。第３図の内部
拡散法のものでは、同熱処理でＳｎ基体（７）がまずＣ
ｕ（５）中に拡散してＣｕ−５ｎ合金化し、さらにこの
Ｃｕ−５ｎ中のＳｎがＮｂ（フィラメント）（６）　と
反応してＮｂ＊Ｓｎを生成する。また、外皮の安定化Ｃ
ｕ（５）までにＳｎの拡散を防止するため３Ｓｎ拡散バ
リア（８）があることはブロンズ法と同様である。

これらのＮｂａＳｎ超電導線は高磁界用超電導線材とし
て使用実績も多い。

しかし、最近は、急速な磁界変動に対して安定なＮｂコ
Ｓｎ超電導線が強く要求されており、パルス用Ｎｂ５Ｓ
ｎ線の開発が進められている。従って、Ｎｂ３Ｓｎ線の
交流損失の低減から、安定化ＣｕのないＮｂ３Ｓｎが１
ｍ発製作されるようになってきた。

Ｎｂ５Ｓｎ超電導線の外皮の安定化銅は主に結合損失お
よび渦流損失の低減から電気抵抗の高いＣｕ−Ｓｎ合金
（ブロンズ）に置き換えられている。パルス用Ｎｂ＝Ｓ
ｎ超電導線として内部拡散法による従来のＮｂ５Ｓｎ　
！ｉでは、第４図に示すように３Ｓｎ基体（７）、Ｎｂ
基体（６）　、Ｃｕ（５）からなり、　Ｓｎ拡散バリア
を設けずにＮｂ３Ｓｎ生成熱処理でＳｎの拡散によりＮ
ｂ（フィラメント）（６）の未反応のＳｎが外皮を含ん
だＣｕマトリックスをブロンズ（Ｃｕ−Ｓｎ合金）とす
る方法である。ブロンズ法Ｎｂ＝Ｓｎ線においては、第
５図に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ基体（３）とＮｂ基体（
６）からなり、マトリックスは当初よりブロンズ（Ｃｕ
−Ｓｎ合金）であるが、Ｎｂ５Ｓｎ線の断面方向にＳｎ
の均一拡散からやはりＳｎ拡散バリアは設けられていな
い。

以上、いずれのＮｂ３Ｓｎ超電導線も、電磁石のコイル
巻前後のいずれか一方でＮｂ３Ｓｎ生成熱処理が施され
る。Ｎｂ３Ｓｎ生成熱処理は６００〜８００℃の高温、
かつ、数１０〜数１００時間の長時間熱処理となるため
、外皮のＣｕ−Ｓｎ合金からＳｎの気化が起こり、第６
図に示すように、Ｎｂ５Ｓｎ（２）とＣＬＩ−Ｓｎ基体
（３〉からなる超電導線表面から脱Ｓｎ現象状態となり
、ボイド欠陥（４）が発生する。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような従来のＮｂ３Ｓｎ系超電導線材の製造方法
では、脱ＳｎによりＮｂｘＳｎ超電導線の表面と表面近
くにボイド状の欠陥が発生し、表面の均質度が保てない
、そ−のため、超電導電磁石の巻線材としては、曲げ歪
、引張り・圧縮応力に対し著しく線材強度を減する。ま
た、脱Ｓｎ現象でブロンズマトリックスのＳｎ濃度が低
下し、ＮｂａＳｎ生成量が減少し、臨界電流特性も低下
するなどの問題点があった。

この発明は上記の問題点を解消するためになされたもの
で、均質で表面欠陥の発生がなく、臨界電流特性の低下
のない健全なパルス用のＮｂｒＳｎ超電導線材の製造方
法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るＮｂ３Ｓｎ超電導線材の製造方法は、安
定化銅のないＮｂ３Ｓｎ超電導線の表面に厚さ０．５〜
１０１１ｍのＣｒめっき処理を施し、次いで熱処理を行
う２「作用］ この発明においては、安定化銅のないＮｂ＝Ｓｎ超電導
線のＮｂ５Ｓｎ生成熱処理時に発生する脱Ｓｎ現象をＣ
ｒめっき処理により防ぐ。

「実施例Ｊ 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

まず、第５図に示した、Ｃｕ−Ｓｎ合金基体とＮｂ基体
の三者よりなるブロンズ法Ｎｂ３Ｓｎ線またはＣｕとＳ
ｎ基体とＮｂ基体の三者よりなる、第３図に示した内部
拡散法Ｎｂ５Ｓｎ　ＩＩを所望の線径ＩＩに製作準備す
る。

次にこの線材に「商品名アサヒフロム特ＣＵＨ。

のめつき浴で電流密度２０＾／ｄｅａ”でめっき厚４ｕ
ｍの連続Ｃｒめっき処理する。次いで、このＣｒめっき
付Ｎｂ３Ｓｎを、通常のＮｂ３Ｓｎ生成熱処理である７
００℃。

７０時間の熱処理を行う、この熱処理で３００℃〜５５
０℃でブロンズ法のものはＣｕ−５ｎ合金の均質化が行
われる。一方、内部拡散法のものではＣｕ中にＳｎが均
一拡散しＣｕ−５ｎ合金化する。さらに５００℃〜７０
０℃でこれらＣｕ−５ｎ合金中のＳｎとＮｂ基体が反応
してＮｂ５Ｓｎが生成される。

また、Ｎｂ基体（６）の未反応のＳｎが残留して電気抵
抗の高いＣｕ−５ｎ（ブロンズ）マトリックスとなる。

５５０℃〜７００℃でＮｂ５Ｓｎ超電導線のＣｕ−５ｎ
表面でＳｎの気化はＣｒめっき被覆で抑えられるため、
ボイド欠陥の発生が防止され、第１図に示すような、Ｎ
ｂ１Ｓｎフイラメント（２）を有するＣｕ−５ｎ基体（
３）の表面にＣｒめっき層（１）のある健全な（パルス
用）Ｎｂ３Ｓｎ超電導線が得られる。

なお、Ｃｒめっきは、Ｎｂ３Ｓｎ生成熱処理によっても
ＳｎおよびＣｕとほとんど反応せず、高温長時間でも変
質することなく安定である。熱処理の雰囲気は通常のＮ
ｂ５Ｓｎ生成熱処理と同じく真空または不活性ガス雰囲
気で問題ない。さらにはＣｒめっきがＷｂ３Ｓｎ超電導
線の表面全体を被覆するため、機械強度を増し、かつ、
十分に電気抵抗が高く、パルス用ＮｂｚＳｎ超電導線と
して有用である。

さらに、Ｃｒめっきに代わるものとして、Ｔａ−Ｖ・Ｎ
ｉめっきも容易に考えられる。Ｎｉめつきの場合、Ｃｒ
およびＳｎと反応するためＣｒなど安定でないが、Ｎｂ
３Ｓｎ生成熱処理条件を低温・短時間側に選択すると一
部適用が可能である。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、安定化銅のないパル
ス用Ｎｂ３Ｓｎ線の表面に厚さ０．５〜１０１Ｊ＋１の
Ｃｒめつきを施し、ついで熱処理することにより、Ｎｂ
ａＳｎ生成熱処理時に発生する脱Ｓｎ現象を防止し、表
面ボイド欠陥がなく、かつ、安定性を向上することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によって得られた線材の断
面図、第２図〜第５図はそれぞれ従来の線材（未熱処理
）の断面図、第６図は従来のパルス用超電導線材の断面
図である。 （１）・−Ｃｒめっき、（２）　・・Ｎｂ１Ｓｎ、（３
）−□−Ｃｕ−Ｓｎ（ブロンズ）基体、（４）・・ボイ
ド欠陥、（５）Ｃｕ、＜６）−・Ｎｂ基体（フィラメン
ト）、（７）＝Ｓｎ基体、（８）・・ＴａまたはＮｂの
Ｓｎ拡散バリア。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃｕ−Ｓｎ合金基体とＮｂ基体の二者よりなるＮｂ＿３
   Ｓｎ超電導線およびＣｕとＳｎ基体とＮｂ基体の三者よ
   りなるＮｂ＿３Ｓｎ超電導線のいずれかでなる超電導線
   の表面に厚さ０．５〜１０μｍのＣｒめっきを施す工程
   と、Ｃｒめっきを施した前記超電導線に熱処理を施す工
   程とからなるＮｂ＿３Ｓｎ系超電導線材の製造方法。