JPH0453049B2 - - Google Patents
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- JPH0453049B2 JPH0453049B2 JP60166786A JP16678685A JPH0453049B2 JP H0453049 B2 JPH0453049 B2 JP H0453049B2 JP 60166786 A JP60166786 A JP 60166786A JP 16678685 A JP16678685 A JP 16678685A JP H0453049 B2 JPH0453049 B2 JP H0453049B2
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Classifications
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は電子ビーム照射による化合物超電導線
材の製造法に関する。 電気抵抗零の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、しかも強い磁界
まで超電導状態が保たれることから、NMR分析
装置、エネルギー貯蔵、核融合炉、高エネルギー
物理用粒子加速器などの強磁界発生用電磁石の巻
線材としての利用が進められている。 従来技術 現在、強磁界発生用電磁石の巻線材としての超
電導材料としては、合金系のNb−Ti、Ａ−15型
化合物と呼ばれるNb3Sn、V3Gaが使用されてい
る。 Nb−Ti合金は可塑性に富み、直接線材に加工
することが可能であるが、Nb3Sn、V3GaのＡ−
15型化合物は硬くて脆いため、直接加工が不可能
であるので、従来は表面拡散法や複合加工法など
の拡散反応を利用して線材を製造していた。これ
ら従来の拡散反応方法では、一般的に電気炉中で
の高温加熱が行われており、たとえば、Nb3Snの
場合には、電気炉中で約700℃の温度に100時間程
度加熱していた。 これらのNb−Ti合金、Nb3Sn、V3GaのＡ−
15型化合物の4.2Kにおける臨界磁界NC2は、それ
ぞれ、12T，21T，22T（Ｔ：テスラ）で、印加磁
界がこの値に近くなるほど臨界電流密度Jcが急速
に低下する。 従つて、V3Ga線材を用いても超電導磁石とし
ての発生磁界は17.5Tが限界であつた。一方超電
導応用の発展に伴い超電導磁石に対して、従来よ
りも強い磁界発生が要求され、高性能超電導化合
物の開発が要望されている。例えば、ミラー型核
融合炉用超電導マグネツトでは、20〜24Tの磁界
発生が必要であるとされている。 しかし、このような強磁界を既存のNb3Sn、
V3Ga線材で得ることは困難である。現在、優れ
た超電導特性を持つものとして、Ａ−15型化合物
であるNb3Al、Nb3（Al、Ge）、Nb3Ga、シエブ
レル型化合物であるPbMo6S8、B1型化合物であ
るNbCNなどが見い出されている。 しかしながら、このNb3Al、Nb3（Al、Ge）、
PbMo6S8のHC2は、それぞれ30T、41T、50Tと
Nb3SnやV3Gaをしのぐ特性を有しているもの
の、これらを従来の表面拡散法や複合加工法と同
様にして電気炉において加熱して製造しようとす
ると、たとえばNb3Alの場合には少くとも1800℃
の温度に加熱しなければならないなど、拡散反応
の生成温度が極めて高くなるため、結晶粒が著し
く粗大化し、実用的に重要な要件である臨界電流
密度Jcが著しく低下してしまうという問題があつ
た。 発明の目的 本発明は従来法における問題点を解消せんとす
るものであり、その目的は従来法では得難かつた
優れた特性を持つ化合物超電導線材を容易に製造
することができる方法を提供するにある。 発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結
果、超電導材料の原料粉末を成形加工あるいは例
えばNb、Ta、Moの管中に封入加工した素線材
に高エネルギー密度の電子ビームを照射すること
により急加熱、急冷却すると、従来法では得られ
ない優れたJc値を持つ超電導線材が得られること
を究明し得た。この知見に基いて本発明を完成し
た。 本発明の要旨は、超電導体材料の原料粉末を成
形加工あるいは管中に封入加工した素線材に、加
速電圧５〜150KV、電力密度103〜107W／cm2の電
子ビームを、素線材または電子ビームを１cm〜10
ｍ／秒の速度で移動させながら照射することを特
徴とする化合物超電導線材の製造法にある。 素線材とする超電導材料の原料粉末としては、
次のものがあげられる。 (1) Nb粉末、Al粉末及びNbとAlからなる化合
物の粉末から選ばれた２種以上を、Alが５〜
30原子％となるよう混合した粉末。 (2) Nb粉末、Al粉末、Ge粉末及びNb、Al、Ge
の２種以上からなる化合物あるいは合金粉末か
ら選ばれた２種以上を、AlとGeの合計が５〜
30原子％となるよう混合した粉末。 (3) Nb粉末とNb−Gaの化合物粉末とを、Gaが
５〜30原子％となるよう混合した粉末。 (4) Pb粉末、PbS粉末、Mo粉末、MoS粉末から
選んで、PbXMo6SY（Ｘ＝0.8〜1.2、Ｙ＝７〜
９）となるようにした混合粉末。 (5) Cu粉末、Cu2S粉末、Mo粉末、MoS粉末か
ら選んでCuXMo6SY（Ｘ＝0.8〜1.2、Ｙ＝７〜
９）となるようにした混合粉末。 (6) Sn粉末、SnS粉末、Mo粉末、MoS粉末から
選んでSnXMo6SY（Ｘ＝0.8〜1.2、Ｙ＝７〜９）
となるようにした混合粉末。 (7) Nb粉末、グラフアイト粉末、及びNb、Ｃ、
Ｎのうち２種以上からなる化合物粉末から選ん
で、Nbが30〜70原子％となるようにした混合
粉末。 しかし、これに限定されるものではなく、化合
物超電導体材料となる原料粉末混合物であればよ
い。 電子ビーム照射するときの加速電圧は５〜
150KVであることが必要である。5KVより低い
と素線材内部まで電子ビームが到達し難いために
十分な加熱が行われなく、150KVを超えると電
子ビームが素線材を透過して有効にエネルギーを
吸収させることができない。また、電子ビームの
電力密度は103〜107W／cm2であることが適当であ
る。103W／cm2より低いと化合物相が反応生成さ
れるだけの十分な高温が得られなく、107W／cm2
を超えると素線材が過熱されて溶断等の不都合な
現象が生ずることがある。 電子ビームの照射は、素線材または電子ビーム
を移動させながら行う。この移動速度は電子ビー
ムの電力密度と関連し、高密度では高速度、低密
度では低速度にする必要があるが、好ましくは１
cm〜10ｍ／秒の範囲である。１cm／秒よりおそい
と素線材全体が加熱され過ぎ、十分な冷却速度が
得られなく、10ｍ／秒を超えると化合物が生成さ
れるだけの十分な高温が得られない。 電子ビーム照射後、熱処理することによつて原
子配列が規則正しくなり、更にJcを高めることが
できる。その熱処理は500〜1000℃で１〜500時間
であることが好ましい。温度が500℃より低く、
１時間より短いと原子配列の規則化が不十分でそ
の特性の改善が得られない。また、1000℃を超
え、500時間を超えると、結晶が粗大化して特性
の劣化を生ずる。 実施例 １ Nb粉末とAl粉末をNb−25原子％Al組成比で
混合し、これを内径16mmφ、外径20mmφのNb管
に封入してスウエージング機、線引機、圧延機等
によつて巾５mm、厚さ150μｍのテープに加工し
た。次に、ことテープを真空中で20cm／秒の速度
で移動させながら、加速電圧20KV、電流密度
10mA／mm2で電子ビーム照射して、Nb粉末とAl
粉末とを反応させ、Nb3Al超電導化合物を生成さ
せた。テープは照射部分のみが加熱され、熱は熱
伝導により未照射部分に発散されて急冷された。
また一部の試料については照射後、700℃で100時
間の熱処理を行なつた。得られたNb3Alテープと
従来の拡散法で作られたNb3AlテープのTc、
10T及び17Tの磁界中におけるJcを示すと第１表
の通りであつた。
材の製造法に関する。 電気抵抗零の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、しかも強い磁界
まで超電導状態が保たれることから、NMR分析
装置、エネルギー貯蔵、核融合炉、高エネルギー
物理用粒子加速器などの強磁界発生用電磁石の巻
線材としての利用が進められている。 従来技術 現在、強磁界発生用電磁石の巻線材としての超
電導材料としては、合金系のNb−Ti、Ａ−15型
化合物と呼ばれるNb3Sn、V3Gaが使用されてい
る。 Nb−Ti合金は可塑性に富み、直接線材に加工
することが可能であるが、Nb3Sn、V3GaのＡ−
15型化合物は硬くて脆いため、直接加工が不可能
であるので、従来は表面拡散法や複合加工法など
の拡散反応を利用して線材を製造していた。これ
ら従来の拡散反応方法では、一般的に電気炉中で
の高温加熱が行われており、たとえば、Nb3Snの
場合には、電気炉中で約700℃の温度に100時間程
度加熱していた。 これらのNb−Ti合金、Nb3Sn、V3GaのＡ−
15型化合物の4.2Kにおける臨界磁界NC2は、それ
ぞれ、12T，21T，22T（Ｔ：テスラ）で、印加磁
界がこの値に近くなるほど臨界電流密度Jcが急速
に低下する。 従つて、V3Ga線材を用いても超電導磁石とし
ての発生磁界は17.5Tが限界であつた。一方超電
導応用の発展に伴い超電導磁石に対して、従来よ
りも強い磁界発生が要求され、高性能超電導化合
物の開発が要望されている。例えば、ミラー型核
融合炉用超電導マグネツトでは、20〜24Tの磁界
発生が必要であるとされている。 しかし、このような強磁界を既存のNb3Sn、
V3Ga線材で得ることは困難である。現在、優れ
た超電導特性を持つものとして、Ａ−15型化合物
であるNb3Al、Nb3（Al、Ge）、Nb3Ga、シエブ
レル型化合物であるPbMo6S8、B1型化合物であ
るNbCNなどが見い出されている。 しかしながら、このNb3Al、Nb3（Al、Ge）、
PbMo6S8のHC2は、それぞれ30T、41T、50Tと
Nb3SnやV3Gaをしのぐ特性を有しているもの
の、これらを従来の表面拡散法や複合加工法と同
様にして電気炉において加熱して製造しようとす
ると、たとえばNb3Alの場合には少くとも1800℃
の温度に加熱しなければならないなど、拡散反応
の生成温度が極めて高くなるため、結晶粒が著し
く粗大化し、実用的に重要な要件である臨界電流
密度Jcが著しく低下してしまうという問題があつ
た。 発明の目的 本発明は従来法における問題点を解消せんとす
るものであり、その目的は従来法では得難かつた
優れた特性を持つ化合物超電導線材を容易に製造
することができる方法を提供するにある。 発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結
果、超電導材料の原料粉末を成形加工あるいは例
えばNb、Ta、Moの管中に封入加工した素線材
に高エネルギー密度の電子ビームを照射すること
により急加熱、急冷却すると、従来法では得られ
ない優れたJc値を持つ超電導線材が得られること
を究明し得た。この知見に基いて本発明を完成し
た。 本発明の要旨は、超電導体材料の原料粉末を成
形加工あるいは管中に封入加工した素線材に、加
速電圧５〜150KV、電力密度103〜107W／cm2の電
子ビームを、素線材または電子ビームを１cm〜10
ｍ／秒の速度で移動させながら照射することを特
徴とする化合物超電導線材の製造法にある。 素線材とする超電導材料の原料粉末としては、
次のものがあげられる。 (1) Nb粉末、Al粉末及びNbとAlからなる化合
物の粉末から選ばれた２種以上を、Alが５〜
30原子％となるよう混合した粉末。 (2) Nb粉末、Al粉末、Ge粉末及びNb、Al、Ge
の２種以上からなる化合物あるいは合金粉末か
ら選ばれた２種以上を、AlとGeの合計が５〜
30原子％となるよう混合した粉末。 (3) Nb粉末とNb−Gaの化合物粉末とを、Gaが
５〜30原子％となるよう混合した粉末。 (4) Pb粉末、PbS粉末、Mo粉末、MoS粉末から
選んで、PbXMo6SY（Ｘ＝0.8〜1.2、Ｙ＝７〜
９）となるようにした混合粉末。 (5) Cu粉末、Cu2S粉末、Mo粉末、MoS粉末か
ら選んでCuXMo6SY（Ｘ＝0.8〜1.2、Ｙ＝７〜
９）となるようにした混合粉末。 (6) Sn粉末、SnS粉末、Mo粉末、MoS粉末から
選んでSnXMo6SY（Ｘ＝0.8〜1.2、Ｙ＝７〜９）
となるようにした混合粉末。 (7) Nb粉末、グラフアイト粉末、及びNb、Ｃ、
Ｎのうち２種以上からなる化合物粉末から選ん
で、Nbが30〜70原子％となるようにした混合
粉末。 しかし、これに限定されるものではなく、化合
物超電導体材料となる原料粉末混合物であればよ
い。 電子ビーム照射するときの加速電圧は５〜
150KVであることが必要である。5KVより低い
と素線材内部まで電子ビームが到達し難いために
十分な加熱が行われなく、150KVを超えると電
子ビームが素線材を透過して有効にエネルギーを
吸収させることができない。また、電子ビームの
電力密度は103〜107W／cm2であることが適当であ
る。103W／cm2より低いと化合物相が反応生成さ
れるだけの十分な高温が得られなく、107W／cm2
を超えると素線材が過熱されて溶断等の不都合な
現象が生ずることがある。 電子ビームの照射は、素線材または電子ビーム
を移動させながら行う。この移動速度は電子ビー
ムの電力密度と関連し、高密度では高速度、低密
度では低速度にする必要があるが、好ましくは１
cm〜10ｍ／秒の範囲である。１cm／秒よりおそい
と素線材全体が加熱され過ぎ、十分な冷却速度が
得られなく、10ｍ／秒を超えると化合物が生成さ
れるだけの十分な高温が得られない。 電子ビーム照射後、熱処理することによつて原
子配列が規則正しくなり、更にJcを高めることが
できる。その熱処理は500〜1000℃で１〜500時間
であることが好ましい。温度が500℃より低く、
１時間より短いと原子配列の規則化が不十分でそ
の特性の改善が得られない。また、1000℃を超
え、500時間を超えると、結晶が粗大化して特性
の劣化を生ずる。 実施例 １ Nb粉末とAl粉末をNb−25原子％Al組成比で
混合し、これを内径16mmφ、外径20mmφのNb管
に封入してスウエージング機、線引機、圧延機等
によつて巾５mm、厚さ150μｍのテープに加工し
た。次に、ことテープを真空中で20cm／秒の速度
で移動させながら、加速電圧20KV、電流密度
10mA／mm2で電子ビーム照射して、Nb粉末とAl
粉末とを反応させ、Nb3Al超電導化合物を生成さ
せた。テープは照射部分のみが加熱され、熱は熱
伝導により未照射部分に発散されて急冷された。
また一部の試料については照射後、700℃で100時
間の熱処理を行なつた。得られたNb3Alテープと
従来の拡散法で作られたNb3AlテープのTc、
10T及び17Tの磁界中におけるJcを示すと第１表
の通りであつた。
【表】
この表で示すように、本発明の方法で得られた
ものは、結晶粒が微細化されているため、従来の
拡散法によつて得られたものに比べて著しく高い
Jc値が得られた。 実施例 ２ Pb粉末、Mo粉末、MoS2（二硫化モリブデン）
粉末を１：２：４の組成比（原子％）で混合し
て、内径６mmφ、外径10mmφのTa管に封入し、
スウエージング機、線引機、圧延機等によつて、
巾５mm、厚さ150μｍのテープに加工した。この
テープを真空中で10cm／秒の速度で移動させなが
ら、加速電圧20KV、電流密度10mA／mm2で電子
ビーム照射してPbMo6S8化合物を生成させた。
得られたテープのTcは13.9K、または4.2Kで15テ
スラの磁界中でのJc値は１×104A／cm2であつた。 発明の効果 本発明の方法によると、次のような優れた効果
を奏し得られる。 (1) 電子ビームはエネルギー密度が非常に高いた
め、素線材に対し、照射部が相対的に高速で移
動しても、照射部分は瞬間的に十分高温まで加
熱され、高温で安定な化学量論組成の特性の優
れた化合物相を容易に作ることができる。 従つて、従来の拡散法を適用することが困難
であつたNb3Al、Nb3（Al.Ge）、PbMo6S8等の
特性の優れた超電導化合物の線材化が極めて容
易にできる。 (2) 電子ビーム加熱であるため、加熱は照射部に
限定され、照射後は熱伝導により熱が急速に発
散されるため、急冷効果が大きく、高温安定相
をそのまま室温にまで保つことができ、また結
晶粒を小さく抑えることができ、実用上重要な
高いJc値を持つ線材が得られる。 (3) 素線材または電子ビームを高速度で移動させ
て電子ビームを照射することが可能なため、製
造も能率的に行ない得られると共に、長尺の線
材も極めて容易に製造し得られ、コストも安価
に得られる。 (4) 本発明の方法で得られる線材の超電導臨界電
流特性が優れているため、強磁界を発生させる
ための線材の所要量が少なくてすみ、冷却経費
等を節減し得られる。
ものは、結晶粒が微細化されているため、従来の
拡散法によつて得られたものに比べて著しく高い
Jc値が得られた。 実施例 ２ Pb粉末、Mo粉末、MoS2（二硫化モリブデン）
粉末を１：２：４の組成比（原子％）で混合し
て、内径６mmφ、外径10mmφのTa管に封入し、
スウエージング機、線引機、圧延機等によつて、
巾５mm、厚さ150μｍのテープに加工した。この
テープを真空中で10cm／秒の速度で移動させなが
ら、加速電圧20KV、電流密度10mA／mm2で電子
ビーム照射してPbMo6S8化合物を生成させた。
得られたテープのTcは13.9K、または4.2Kで15テ
スラの磁界中でのJc値は１×104A／cm2であつた。 発明の効果 本発明の方法によると、次のような優れた効果
を奏し得られる。 (1) 電子ビームはエネルギー密度が非常に高いた
め、素線材に対し、照射部が相対的に高速で移
動しても、照射部分は瞬間的に十分高温まで加
熱され、高温で安定な化学量論組成の特性の優
れた化合物相を容易に作ることができる。 従つて、従来の拡散法を適用することが困難
であつたNb3Al、Nb3（Al.Ge）、PbMo6S8等の
特性の優れた超電導化合物の線材化が極めて容
易にできる。 (2) 電子ビーム加熱であるため、加熱は照射部に
限定され、照射後は熱伝導により熱が急速に発
散されるため、急冷効果が大きく、高温安定相
をそのまま室温にまで保つことができ、また結
晶粒を小さく抑えることができ、実用上重要な
高いJc値を持つ線材が得られる。 (3) 素線材または電子ビームを高速度で移動させ
て電子ビームを照射することが可能なため、製
造も能率的に行ない得られると共に、長尺の線
材も極めて容易に製造し得られ、コストも安価
に得られる。 (4) 本発明の方法で得られる線材の超電導臨界電
流特性が優れているため、強磁界を発生させる
ための線材の所要量が少なくてすみ、冷却経費
等を節減し得られる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超電導体材料の原料粉末を成形加工あるいは
管中に封入加工した素線材に、加速電圧５〜
150KV、電力密度103〜107W／cm2の電子ビーム
を、素線材または電子ビームを１cm〜10ｍ／秒の
速度で移動させながら照射することを特徴とする
化合物超電導線材の製造法。 ２ 封入管がNb、TaあるいはMoからなる特許
請求の範囲第１項記載の化合物超電導線材の製造
法。 ３ 電子ビーム照射後、500〜1000℃で、１〜500
時間熱処理する特許請求の範囲第１項記載の化合
物超電導線材の製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60166786A JPS6229017A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 電子ビ−ム照射による化合物超電導線材の製造法 |
| US06/890,655 US4729801A (en) | 1985-07-30 | 1986-07-30 | Process for producing superconducting compound tape or wire material by electron beam irradiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60166786A JPS6229017A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 電子ビ−ム照射による化合物超電導線材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6229017A JPS6229017A (ja) | 1987-02-07 |
| JPH0453049B2 true JPH0453049B2 (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=15837645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60166786A Granted JPS6229017A (ja) | 1985-07-30 | 1985-07-30 | 電子ビ−ム照射による化合物超電導線材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6229017A (ja) |
-
1985
- 1985-07-30 JP JP60166786A patent/JPS6229017A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6229017A (ja) | 1987-02-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |