JPH0453050B2 - - Google Patents
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- JPH0453050B2 JPH0453050B2 JP60233468A JP23346885A JPH0453050B2 JP H0453050 B2 JPH0453050 B2 JP H0453050B2 JP 60233468 A JP60233468 A JP 60233468A JP 23346885 A JP23346885 A JP 23346885A JP H0453050 B2 JPH0453050 B2 JP H0453050B2
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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
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は電子ビーム照射による超電導化合物の
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HC2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、シエプ
レル型化合物であるPbMo6S8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を凌ぐ特性を持つているが、これ
らを従来法の表面拡散法や複合加工法と同様にし
て電気炉中において加熱して製造しようとする
と、たとえばNb3Alの場合は少くとも1800℃の温
度にまで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、結晶粒が粗大
化して実用的に重要な臨界電流密度Jcが著しく低
下する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、浸透法によつて作つた超電導体の構成元素か
らなる複合体に、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
来法では得られなかつた優れた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化合物の構成元素の１つ
以上からなる粉末の焼結体または細線を束ねたも
のの間隙に、他の構成元素からなる融体を浸透さ
せて得た複合体に、加速電圧５〜150KV、電力
密度103〜107W／cm2の電子ビームを照射すること
を特徴とする超電導化合物の製造法にある。 本発明において使用する超電導化合物として
は、優れた超電導特性を持つものとするにはＡ−
15型化合物であるNb3Al、Nb3（Al、Ge）、
Nb3Ga、またはシエプレル型化合物である
PbMo6S8であることが好ましい。しかし、これ
らの化合物に限定されるものではない。 電子ビームを照射する時の加速電圧は、複合体
に有効にエネルギーが吸収されるためには、５〜
150KVの範囲にあることが必要である。KV未満
ではエネルギーの吸収が十分でなく、150KVを
超えると電子ビームが透過し無だになる。 電力密度は103〜107W／cm2であることが必要で
ある。103W／cm2未満である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、また
107W／cm2を超えると複合体が過熱されて溶断等
の不都合な現象が生ずる。 複合体における融体は体積百分率が５〜50％で
あることが好ましい。５％未満であると超電導化
合物が十分に生成されず、また50％を超えると超
電導化合物以外の化合物が生成されて、いずれも
超電導特性が劣化する。 電子ビームの照射前後に加熱処理すると、超電
導特性が向上する。照射前における熱処理温度
は、400〜2000℃、照射後における熱処理温度は
300〜1500℃であることが好ましい。 また必要により照射前後に熱処理をあわせて行
つてもよい。 実施例 １ 粒径約0.1mmのNb粉末を加圧、成形し、2200℃
で１時間加熱して焼結した。これを約800℃に加
熱したAl浴中に浸して焼結体の間隙にAlを浸透
させた後、Nb管に挿入して線引き、厚悦して幅
６mm、厚さ0.1mmのテープを作つた。 このテープ真空中で10cm／secの速度で移動さ
せながら加速電圧20KV、電流密度５〜10mA／
mm2で電子ビームを照射した。 これにより照射部は加熱されてNb3Al超電導化
合物が生成され、その後熱は未照射部分に逃げ急
冷された。 電流密度7mA／mm2で照射した場合、超電導化
合物になつた部分は、断面で幅約１mm、厚さ約
0.05mmであつた。 これらのテープについて、超電導臨界温度Tc
及び17テスラでの磁界電流Icを測定した結果は下
記の表−１の通りであつた。
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HC2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、シエプ
レル型化合物であるPbMo6S8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を凌ぐ特性を持つているが、これ
らを従来法の表面拡散法や複合加工法と同様にし
て電気炉中において加熱して製造しようとする
と、たとえばNb3Alの場合は少くとも1800℃の温
度にまで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、結晶粒が粗大
化して実用的に重要な臨界電流密度Jcが著しく低
下する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、浸透法によつて作つた超電導体の構成元素か
らなる複合体に、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
来法では得られなかつた優れた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化合物の構成元素の１つ
以上からなる粉末の焼結体または細線を束ねたも
のの間隙に、他の構成元素からなる融体を浸透さ
せて得た複合体に、加速電圧５〜150KV、電力
密度103〜107W／cm2の電子ビームを照射すること
を特徴とする超電導化合物の製造法にある。 本発明において使用する超電導化合物として
は、優れた超電導特性を持つものとするにはＡ−
15型化合物であるNb3Al、Nb3（Al、Ge）、
Nb3Ga、またはシエプレル型化合物である
PbMo6S8であることが好ましい。しかし、これ
らの化合物に限定されるものではない。 電子ビームを照射する時の加速電圧は、複合体
に有効にエネルギーが吸収されるためには、５〜
150KVの範囲にあることが必要である。KV未満
ではエネルギーの吸収が十分でなく、150KVを
超えると電子ビームが透過し無だになる。 電力密度は103〜107W／cm2であることが必要で
ある。103W／cm2未満である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、また
107W／cm2を超えると複合体が過熱されて溶断等
の不都合な現象が生ずる。 複合体における融体は体積百分率が５〜50％で
あることが好ましい。５％未満であると超電導化
合物が十分に生成されず、また50％を超えると超
電導化合物以外の化合物が生成されて、いずれも
超電導特性が劣化する。 電子ビームの照射前後に加熱処理すると、超電
導特性が向上する。照射前における熱処理温度
は、400〜2000℃、照射後における熱処理温度は
300〜1500℃であることが好ましい。 また必要により照射前後に熱処理をあわせて行
つてもよい。 実施例 １ 粒径約0.1mmのNb粉末を加圧、成形し、2200℃
で１時間加熱して焼結した。これを約800℃に加
熱したAl浴中に浸して焼結体の間隙にAlを浸透
させた後、Nb管に挿入して線引き、厚悦して幅
６mm、厚さ0.1mmのテープを作つた。 このテープ真空中で10cm／secの速度で移動さ
せながら加速電圧20KV、電流密度５〜10mA／
mm2で電子ビームを照射した。 これにより照射部は加熱されてNb3Al超電導化
合物が生成され、その後熱は未照射部分に逃げ急
冷された。 電流密度7mA／mm2で照射した場合、超電導化
合物になつた部分は、断面で幅約１mm、厚さ約
0.05mmであつた。 これらのテープについて、超電導臨界温度Tc
及び17テスラでの磁界電流Icを測定した結果は下
記の表−１の通りであつた。
【表】
なお、臨界電流密度Jcに換算すると、４×
104A／cm2以上の値である。 このテープを更に700℃で100時間熱処理したと
ころ、表−１に示すように1.5K前後のTcの上昇
が得られ、これに伴い高磁界でのJc値も上昇し
た。 また、電子ビーム照射前に1000℃で30分間熱処
理を行つたところ、反応が容易となり、17Kの
Tcと25AのIc（17T）が得られた。これを電子ビ
ーム照射後更に700℃で100時間熱処理したとこ
ろ、Tc、18.0K、Ic30Aに上昇した。 実施例 ２ 径0.3mmのNbの細線を約800本束ねてNb管に挿
入し、2200℃で１時間加熱してNb線同士を焼結
させた。これを約800℃で加熱したAl−10原子％
Geを浴中に浸漬してNb線の間隙にAl−Ge合金
を浸透させた後、線引き、圧延して幅６mm、厚さ
0.1mmのテープとした。このテープを真空中で10
cm／secの速度で移動させなが加速電圧20KV、
電流密度５〜10mA／mm2で電子ビームを照射し
た。これにより照射部は加熱されてNb3（Al、
Ge）超電導化合物が生成され、その後熱は未照
射部分に逃げて急冷された。得られたテープの
Tc及び17TでのIcを測定したところ、それぞれ、
17.1K、20Aであつた。これを更に700℃で100時
間熱処理したところ、Tc及びIc（17Tにおける）
は、それぞれ、19.3K、24Aと上昇した。 実施例 ３ 径0.3mmのMoの細線を800本束ねてTa管に挿入
し、2400℃で１時間加熱してMo線同士を焼結さ
せた。これを約1200℃に加熱したPb−40原子％
Ｓ浴中に浸してMo線の間隙にPb−Ｓ融体を浸透
させた後、線引き、圧延して幅６mm、厚さ0.2mm
のテープを作つた。次にこのテープを真空中で10
cm／secの速度で移動させながら加速電圧20KV、
電流密度５〜10mA／mm2で電子ビームを照射し
た。 これにより照射部は加熱されてPbMo6S8超電
導化合物が生成されて、その後熱は未照射部分に
逃げて急冷された。得られたテープのTc及び
17TでのIcを測定したところ、それぞれ12.8K、
10Aであつた。これを更に500℃で100時間熱処理
したところ、Tc及びIc（17Tにおける）はそれぞ
れ13.0K、13Aに上昇した。 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) 線素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。
104A／cm2以上の値である。 このテープを更に700℃で100時間熱処理したと
ころ、表−１に示すように1.5K前後のTcの上昇
が得られ、これに伴い高磁界でのJc値も上昇し
た。 また、電子ビーム照射前に1000℃で30分間熱処
理を行つたところ、反応が容易となり、17Kの
Tcと25AのIc（17T）が得られた。これを電子ビ
ーム照射後更に700℃で100時間熱処理したとこ
ろ、Tc、18.0K、Ic30Aに上昇した。 実施例 ２ 径0.3mmのNbの細線を約800本束ねてNb管に挿
入し、2200℃で１時間加熱してNb線同士を焼結
させた。これを約800℃で加熱したAl−10原子％
Geを浴中に浸漬してNb線の間隙にAl−Ge合金
を浸透させた後、線引き、圧延して幅６mm、厚さ
0.1mmのテープとした。このテープを真空中で10
cm／secの速度で移動させなが加速電圧20KV、
電流密度５〜10mA／mm2で電子ビームを照射し
た。これにより照射部は加熱されてNb3（Al、
Ge）超電導化合物が生成され、その後熱は未照
射部分に逃げて急冷された。得られたテープの
Tc及び17TでのIcを測定したところ、それぞれ、
17.1K、20Aであつた。これを更に700℃で100時
間熱処理したところ、Tc及びIc（17Tにおける）
は、それぞれ、19.3K、24Aと上昇した。 実施例 ３ 径0.3mmのMoの細線を800本束ねてTa管に挿入
し、2400℃で１時間加熱してMo線同士を焼結さ
せた。これを約1200℃に加熱したPb−40原子％
Ｓ浴中に浸してMo線の間隙にPb−Ｓ融体を浸透
させた後、線引き、圧延して幅６mm、厚さ0.2mm
のテープを作つた。次にこのテープを真空中で10
cm／secの速度で移動させながら加速電圧20KV、
電流密度５〜10mA／mm2で電子ビームを照射し
た。 これにより照射部は加熱されてPbMo6S8超電
導化合物が生成されて、その後熱は未照射部分に
逃げて急冷された。得られたテープのTc及び
17TでのIcを測定したところ、それぞれ12.8K、
10Aであつた。これを更に500℃で100時間熱処理
したところ、Tc及びIc（17Tにおける）はそれぞ
れ13.0K、13Aに上昇した。 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) 線素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 超電導化合物の構成元素の１つ以上からなる
粉末の焼結体または細線を束ねたものの間隙に、
他の構成元素からなる融体を浸透させて得た複合
体に、加速電圧５〜150KV、電力密度103〜
107W／cm2の電子ビームを照射することを特徴と
する超電導化合物の製造法。 ２ 超電導化合物がＡ−15型超電導化合物または
シエプレル型超電導化合物である特許請求の範囲
第１項記載の超電導化合物の製造法。 ３ 焼結体、または細線がNb粉末の焼結体また
はNb細線であり、融体がAl、Ge及びGaから選
ばれた１種または２種以上のものからなる特許請
求の範囲第１項記載の超電導化合物の製造法。 ４ 焼結体または細線がMo粉末の焼結体または
Moの細線であり、融体がPb、Sn、及Cuから選
ばれた１種または２種以上とＳからなる特許請求
の範囲第１項記載の超電導化合物の製造法。 ５ 電子ビームの照射前または照射後、あるいは
両方で300〜2000℃で熱処理する特許請求の範囲
第１項記載の超電導化合物の製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60233468A JPS6293812A (ja) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | 電子ビ−ム照射による超電導化合物の製造法 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP60233468A JPS6293812A (ja) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | 電子ビ−ム照射による超電導化合物の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6293812A JPS6293812A (ja) | 1987-04-30 |
| JPH0453050B2 true JPH0453050B2 (ja) | 1992-08-25 |
Family
ID=16955498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60233468A Granted JPS6293812A (ja) | 1985-07-30 | 1985-10-21 | 電子ビ−ム照射による超電導化合物の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6293812A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5157017A (en) * | 1987-06-12 | 1992-10-20 | At&T Bell Laboratories | Method of fabricating a superconductive body |
-
1985
- 1985-10-21 JP JP60233468A patent/JPS6293812A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6293812A (ja) | 1987-04-30 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |