JPH05342933A - Nb3Sn系化合物超電導線の製造方法 - Google Patents

Nb3Sn系化合物超電導線の製造方法

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JPH05342933A
JPH05342933A JP4153171A JP15317192A JPH05342933A JP H05342933 A JPH05342933 A JP H05342933A JP 4153171 A JP4153171 A JP 4153171A JP 15317192 A JP15317192 A JP 15317192A JP H05342933 A JPH05342933 A JP H05342933A
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JP
Japan
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alloy
wire
outer tube
superconducting wire
primary
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JP4153171A
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English (en)
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Tomonori Yamada
知礼 山田
Hisaki Sakamoto
久樹 坂本
Kiyoshi Yamada
清 山田
Yasuzo Tanaka
靖三 田中
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 臨界電流値が優れているNb3 Sn系化合物
超電導線の製造方法を提供する。 【構成】 使用する一次複合体の表面に、Sを含有する
Cuめっき層を形成する。 【効果】 一次複合体をスタッキングしてNb3 Sn化
合物を生成するときに、各一次複合体表面のSがSnの
内部への拡散または外部への拡散を抑制する。バンドル
部では均一にNb3 Sn化合物の生成が進む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はNb3 Sn系化合物超電
導線の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ブロンズ法で製造される内部安定型のN
3 Sn系化合物超電導線は、概ね、図4で示したよう
な断面構造になっている。すなわち、中心に安定化銅3
が位置し、その外側にTaやNbのような材料から成る
拡散防止バリア層4が前記安定化銅3の外周面と一体に
なった状態で位置し、その外側には超電導体であるNb
3 Sn化合物を主成分とするバンドル部5が前記拡散防
止バリア層2の外周面と一体になった状態で位置し、そ
してその外側をCu−Sn合金から成る外管6が前記バ
ンドル部5の外周面と一体化した状態で被覆している。
【0003】この超電導線は次のようにして製造され
る。まず、Cu−Sn合金の例えば円柱ブロックに1個
または複数個の孔を穿設し、この孔の中にNbから成る
芯材を挿入する。このとき、目標とする超電導特性との
関係で、Nb芯材の断面積とCu−Sn合金ブロックの
断面積との間の比率が適宜に選定される。
【0004】ついで、この複合ブロックに所定の温度下
で例えば伸線,圧延などの塑性加工を施して所定断面形
状の一次複合体にする。その後、Cu−Sn合金製の外
管を用意し、その中心に安定化銅を配置し、更に、安定
化銅と一次複合体との相互反応を防止することを目的と
してその外側に拡散防止バリアとして機能する材料を配
置し、前記外管の断面内に形成されている環状部分に前
記した一次複合体を充填し、全体に所定温度での塑性加
工を施して伸線する。
【0005】ついで、この得られた線材を所定の温度で
加熱してNbとSnの間に拡散熱処理を施す。この過程
で、芯材であるNbとその周囲に位置するCu−Sn合
金は密着一体化すると同時にCu−Sn合金に含まれて
いるSnが所定の反応率でNbと拡散反応して超電導体
であるNb3 Sn化合物が生成し、バンドル層が形成さ
れる。その結果、図1で示したような断面構造の超電導
線が製造される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した超
電導線の製造方法には次のような問題がある。一次複合
体を安定化銅や拡散防止バリアと共にCu−Sn合金の
外管に充填して一次複合体におけるNbとSnの反応を
進める場合、この外管に近接する一次複合体において
は、外管に含まれているSn成分が他の個所よりも過剰
になっている関係でNbとSnの反応率は大きくなる。
また、安定化銅の近辺では、一次複合体のSn成分が拡
散防止バリアと反応することがあり、本来、一次複合体
のNbと反応してNb3 Snを生成すべきSn成分の量
が不足することになる。
【0007】すなわち、形成されたバンドル層におい
て、外管側では相対的にNb3 Sn化合物の生成割合が
多くなり、安定化銅側では相対的にNb3 Sn化合物の
生成割合が少なくなり、全体の断面で、超電導体である
Nb3 Sn化合物が均一に分布していないことになる。
そのため、得られた超電導線の外側部分では電流容量が
高くなり、中心部側では電流容量が低くなってしまう。
【0008】このような問題に対しては、充填した一次
複合体とCu−Sn合金の外管の間にSnの拡散を防止
する別のバリア層を介在させることが考えられる。しか
し、この構造の超電導線では、外管を溶解して超電導線
を相互に接続しようとした場合、上記した別のバリア層
が露出するので、接続が阻害されるという問題を避け得
ない。
【0009】また、一次複合体のマトリックスとして用
いるCu−Sn合金に更にPを添加してSnの拡散を抑
制することも考えられるが、しかし、そのP添加のCu
−Sn合金は激しく加工硬化を起こし、また再結晶温度
も高いので、この合金を一次複合体のマトリックスにす
ることは適切ではない。本発明は、従来のブロンズ法に
よるNb3 Sn系化合物超電導線の製造方法における上
記した問題を解決し、生成するNb3 Sn化合物の分布
が線の断面内で均一であり、したがって高い電気容量を
実現することができるNb3 Sn系化合物超電導線の製
造方法の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、Nbの芯部と、前記芯部を
被包するCu−Sn合金のマトリックスとから成る複数
本の一次複合体を、安定化銅およびその外側に位置する
拡散防止バリアが中心に配置されているCu−Sn合金
外管の中に充填したのち熱間加工を行ない、更に拡散熱
処理を行うNb 3 Sn系化合物超電導線の製造方法にお
いて、前記一次複合体の外周面にはSを含むCuめっき
層が形成されていることを特徴とするNb3 Sn系化合
物超電導線の製造方法が提供される。
【0011】本発明方法の場合、Cu−Sn合金の外管
内に充填する一次複合体の表面に後述する処理を施すこ
とを除いては、前記した従来のブロンズ法と変わること
はない。すなわち、本発明方法においては、一次複合体
の表面にSを含むCuめっき層が形成される。
【0012】ここで、SはSnの拡散を抑制する働きを
する。したがって、一次複合体をCu−Sn合金の外管
内に充填すると、各一次複合体の間にはこのCuめっき
層が介在することになる。そのため、前記した拡散熱処
理を行うと、このCuめっき層に含まれているSが、一
次複合体のマトリックス(Cu−Sn合金)のSn成分
が外部に拡散していくことと、例えば外管の近くでは外
管に含まれているSnが一次複合体のマトリックス内に
拡散してくることを抑制する。その結果、それぞれの一
次複合体では、外部のSn成分の量に関係なく、自らの
マトリックスと自らのNb芯材との間でNb3 Sn化合
物が生成することになる。
【0013】このCuめっき層は次のようにして形成さ
れる。まず、熱間加工によって製造された一次複合体の
表面を硫酸を用いて洗浄する。この洗浄により、熱間加
工時に表面に付着した油汚れや、また熱間加工の過程で
加工歪み除去のために行う中間焼鈍時に表面に形成され
る酸化層などが除去される。
【0014】ついで、一次複合体を例えば硫酸銅系の無
電解めっき浴に浸漬する。一次複合体のマトリックス表
面に存在するSn成分とめっき浴のCuイオンとの間で
イオン交換が起こり、マトリックス表面にはCuめっき
層が形成される。このとき、上記洗浄時にマトリックス
表面に付着している硫酸根,めっき浴中の硫酸根などの
S成分は、めっき層やマトリックスの原子空孔にトラッ
プして、固溶状態で取り込まれる。
【0015】用いる無電解めっき浴としては、格別限定
されるものではないが、例えば、金属塩として硫酸銅,
還元剤としてホルマリン,錯化剤としてロッセル塩,ア
ルカリ剤として水酸化ナトリウムを含む組成のフェーリ
ング氏液をあげることができる。また、このCuめっき
層におけるS成分の濃度が低すぎると、そのめっき層は
Snの拡散防止機能が減退してしまい、またその濃度が
高すぎると、表面にピットが発生してくるので、S濃度
は通常5〜100ppmの範囲となるように管理するこ
とが好ましい。
【0016】このS濃度の管理は、一次複合体の洗浄時
に用いる硫酸の濃度や、無電解めっき浴の組成などを適
宜に選択することによって行うことができる。更に、形
成するCuめっき層の厚みは0.1〜1μm程度であるこ
とが好ましい。厚みが0.1μmより薄いときは、拡散防
止機能が弱くなり、また1μmより厚くなると、拡散防
止機能が強くなりすぎるからである。
【0017】
【発明の実施例】Sn14.3重量%,Ti0.22重量
%,残部がCuから成るCu−Sn合金のビレットを外
径200mm,内径113.6mmの筒状体に加工した。この
円筒内に直径113.0mmのNbロッドを挿入し、全体に
温度680℃で押出加工を施し、更に、溝ロール圧延,
ダイス伸線を順次施して、図1の断面図で示したよう
に、Nbの芯部1と上記合金のマトリックス2とから成
り、対辺距離が2.0mmの6角線(一次複合体)とした。
この6角線では、芯部1とマトリックス2との面積比は
2.0で芯部のNbの20%が未反応状態で残るように設
計されている。
【0018】この6角線の表面をまずアルコール脱脂
し、ついで、比重1.22,濃度13.0%の硫酸で洗浄し
たのち、組成が、硫酸銅5g/l,ロッシェル塩25g
/l,ホルマリン10ml/l,水酸化ナトリウム7g
/lである無電解めっき浴中に30分間浸漬した。6角
線の表面は厚み0.5μmのCuめっき層で被覆された。
Sn13.0重量%のCu─Sn合金から成り、外径20
0mm,内径180mmの外管の中心に、直径89mmの安定
化銅とその周囲を被包する厚み1.5mmの円筒(組成:N
b)を配置したのち、外管との間に上記した6角線をス
タックした。
【0019】ついで、全体に、温度600℃,圧力15
00気圧で2時間のHIPを行なって二次複合体にし
た。この二次複合体のバンドル部における6角線の複合
状態を図2に示した。各6角線は互いに密着して複合し
ている。このバンドル部の断面において、ある6角線の
中心Aと隣の6角線の中心A’との間につき、法で元素
分析を行った。その結果を図3に示した。
【0020】図4から明らかなように、6角線の密着界
面ではS成分の濃度が高く、かつSn成分の濃度は低く
なっている。上記した二次複合体を温度680℃で押出
し、更に、溝ロール圧延とダイス伸線を行なって、図4
で示した断面構造で線径0.7mmの線材にした。この線材
に温度700℃で3時間の熱処理を行ったのち長さ50
mmのストレートサンプルとし、温度4.2Kにおいて、1
0T,12T,14Tの磁場中でその臨界電流値(A)
を測定した。比較のために、一次複合体にCuめっき層
を形成しない場合についても実施例と同様にして線径0.
7mmの線材を製造し、その臨界電流値も測定した。
【0021】以上の結果を表1に示した。
【0022】
【表1】 表のデータから明らかなように、本発明方法で製造した
線材は、従来のそれに比べて、臨界電流値特性が優れて
いる。
【0023】ついで、上記2種類の線材につき、外管近
辺のバンドル部に位置する6角線,拡散防止バリア近辺
のバンドル部に位置する6角線のそれぞれにおいて、N
bとSnの反応率を、残留Nbの断面積と生成したNb
3 Sn層の断面積との比として算出した。本発明の線材
では、外管近辺の反応率は平均して約90%,バリヤ近
辺の反応率は平均して約80%であった。比較例の場
合、外管近辺の反応率は約100%,バリヤ近辺の反応
率は平均して約75%であった。
【0024】このように、本発明方法で製造した超電導
線は、バンドル部におけるNb3 Sn化合物の生成は非
常に均一になっている。
【0025】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明方
法によれば、一次複合体の表面にはSn成分の拡散を抑
制するSn含有Cuめっき層が形成されているので、N
3 Sn化合物の生成はバンドル部の径方向で均一化す
る。そのため、得られた超電導線の臨界電流値特性は向
上する。また、Cuめっき層の働きで、塑性加工時にお
ける一次複合体相互の密着性が向上して伸線加工性は良
好になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一次複合体の断面図である。
【図2】本発明方法で製造した二次複合体のバンドル部
の一部断面図である。
【図3】本発明方法で複合した一次複合体相互間の断面
における元素分析の結果を示すグラフである。
【図4】内部安定型超電導線の断面図である。
【符号の説明】
1 Cu−Sn合金のマトリックス 2 Nbの芯材 3 安定化銅 4 拡散防止バリヤ 5 バンドル部 6 Cu−Sn合金の外管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 靖三 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Nbの芯部と、前記芯部を被包するCu
    −Sn合金のマトリックスとから成る複数本の一次複合
    体を、安定化銅およびその外側に位置する拡散防止バリ
    アが中心に配置されているCu−Sn合金外管の中に充
    填したのち熱間加工を行ない、更に拡散熱処理を行うN
    3 Sn系化合物超電導線の製造方法において、前記一
    次複合体の外周面にはSを含むCuめっき層が形成され
    ていることを特徴とするNb3 Sn系化合物超電導線の
    製造方法。
JP4153171A 1992-06-12 1992-06-12 Nb3Sn系化合物超電導線の製造方法 Pending JPH05342933A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004015163A3 (de) * 2002-08-05 2004-04-08 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur herstellung einer keramikfaser mit einer metallbeschichtung
KR100748444B1 (ko) * 2006-02-23 2007-08-10 한국기계연구원 무전해도금법에 의한 고온 초전도 박막 선재 안정화층 형성 장치 및 방법
CN114429857A (zh) * 2020-10-29 2022-05-03 东莞市铧美电子有限公司 合金材料铁芯防扩散处理工艺

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