JPH0594722A - Ｎｂ−Ｔｉ合金超電導線材 - Google Patents
Ｎｂ−Ｔｉ合金超電導線材Info
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-
- 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
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 交流モードで運転される機器に用いられる高
臨界電流密度，低交流損失化が可能な超電導線を作成す
る。 【構成】 Ｎｂ−Ｔｉ合金フィラメントの周りにＣｕ−
Ｎｉ合金層を配置してなるＮｂ−Ｔｉ超電導線材におい
て、Ｃｕ−Ｎｉ合金をＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金に置き換え
たＮｂ−Ｔｉ線材である。また、上記Ｃｕ−Ｎｉ合金を
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金に置き換えると共に、その内側に
Ｎｂ層を配置したＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材である。
臨界電流密度，低交流損失化が可能な超電導線を作成す
る。 【構成】 Ｎｂ−Ｔｉ合金フィラメントの周りにＣｕ−
Ｎｉ合金層を配置してなるＮｂ−Ｔｉ超電導線材におい
て、Ｃｕ−Ｎｉ合金をＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金に置き換え
たＮｂ−Ｔｉ線材である。また、上記Ｃｕ−Ｎｉ合金を
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金に置き換えると共に、その内側に
Ｎｂ層を配置したＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、交流モードで運転さ
れる機器に用いられる超電導線に関する。
れる機器に用いられる超電導線に関する。
【０００２】
【従来の技術】現状の超電導マグネットは、その殆どが
直流モードで運転されるようになっている。これは、通
常の銅（Ｃｕ）安定化Ｎｂ−Ｔｉ合金超電導線材におけ
る交流モード運転時の損失が非常に大きいからである。
直流モードで運転されるようになっている。これは、通
常の銅（Ｃｕ）安定化Ｎｂ−Ｔｉ合金超電導線材におけ
る交流モード運転時の損失が非常に大きいからである。
【０００３】超電導線の交流損失は、ヒステリシス損
失，結合損失および渦電流損失の３成分の和からなって
いる。この３成分の損失を低減させるために、次のよう
な方策が講じられている。
失，結合損失および渦電流損失の３成分の和からなって
いる。この３成分の損失を低減させるために、次のよう
な方策が講じられている。
【０００４】（１）Ｎｂ−Ｔｉ合金フィラメントをサブ
ミクロンオーダーまで超極細化する。
ミクロンオーダーまで超極細化する。
【０００５】（２）図３の断面図に示すように、Ｎｂ−
Ｔｉ合金フィラメント１とＣｕ−Ｎｉ合金４との間にＣ
ｕ−Ｍｎ合金材６による高抵抗層を介在させる。
Ｔｉ合金フィラメント１とＣｕ−Ｎｉ合金４との間にＣ
ｕ−Ｍｎ合金材６による高抵抗層を介在させる。
【０００６】（３）線径を小さくし、かつ、ツイストピ
ッチを小さくする。
ッチを小さくする。
【０００７】（４）安定化銅をＣｕ−Ｎｉ合金の高抵抗
層で分割する。
層で分割する。
【０００８】これらの幾何学的構成の改善を行うことに
より結合損失および渦電流損失は大幅に低減されたが、
ヒステリシス損失の低減を図ることは未だ不十分なもの
がある。
より結合損失および渦電流損失は大幅に低減されたが、
ヒステリシス損失の低減を図ることは未だ不十分なもの
がある。
【０００９】ヒステリシス損失は超電導線の磁化に起因
する損失であり、これを小さくするためには、フィラメ
ント径を小さくすることが望ましい。理論的にはＮｂ−
Ｔｉ超電導線では０．１μｍのフィラメント径が最適で
あるといわれている。しかし、フィラメント径を小さく
していくと、フィラメント間隔が非常に狭くなり、超電
導電子がＣｕ−Ｎｉ合金中に滲み出してフィラメント同
士が電気的に結合してしまい、実質的にフィラメントが
太くなったような挙動を示すことになる。これを近接効
果という。この近接効果は事実上のフィラメント径の増
大を意味するため、ヒステリシス損失の増加を引き起こ
してしまう。この対策として、現在まで次の３つの方法
が試みられている。
する損失であり、これを小さくするためには、フィラメ
ント径を小さくすることが望ましい。理論的にはＮｂ−
Ｔｉ超電導線では０．１μｍのフィラメント径が最適で
あるといわれている。しかし、フィラメント径を小さく
していくと、フィラメント間隔が非常に狭くなり、超電
導電子がＣｕ−Ｎｉ合金中に滲み出してフィラメント同
士が電気的に結合してしまい、実質的にフィラメントが
太くなったような挙動を示すことになる。これを近接効
果という。この近接効果は事実上のフィラメント径の増
大を意味するため、ヒステリシス損失の増加を引き起こ
してしまう。この対策として、現在まで次の３つの方法
が試みられている。
【００１０】（１）フィラメント間隔を広げる。
【００１１】（２）Ｃｕ−Ｎｉ合金のＮｉ濃度を１０重
量％から３０重量％に高くすることにより高抵抗化して
超電導電子の滲み出しを防ぐ。
量％から３０重量％に高くすることにより高抵抗化して
超電導電子の滲み出しを防ぐ。
【００１２】（３）強い磁気モーメントをもつＭｎ元素
を含むＣｕ−Ｍｎ合金をＮｂ−Ｔｉ合金フィラメントの
周りに配置させ、超電導電子の滲み出しを防ぐ。
を含むＣｕ−Ｍｎ合金をＮｂ−Ｔｉ合金フィラメントの
周りに配置させ、超電導電子の滲み出しを防ぐ。
【００１３】以上３つの何れの方法でもヒステリシス損
失をより低減させることが可能となった。
失をより低減させることが可能となった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】以上のような近接効果
による低減対策として考えられた３つの方法は、即ち、 「（１）フィラメント間隔を大きくする。（２）Ｃｕ−
Ｎｉ合金のＮｉ濃度を１０重量％から３０重量％に増加
させる。（３）Ｃｕ−Ｎｉ合金の内層（Ｎｂ−Ｔｉ合金
フィラメントの周り）にＣｕ−Ｍｎ合金を配置する。」
ことの３つであったが、上記（１）の場合、線全体に対
するＮｂ−Ｔｉ合金の占積率が低下するために電流密度
が低下してしまう。また、上記（２）の場合、Ｃｕ−３
０重量％ＮｉではＮｂ−Ｔｉ合金の硬さの違いが大き
く、加工性に難点がある。さらに、上記（３）の場合、
加工性の面でも問題なく、フィラメント間隔も小さくす
ることができるが、Ｎｂ−Ｔｉ合金／Ｃｕ−Ｍｎ合金／
Ｃｕ−Ｎｉ合金の３層構造を採るため、従来のＮｂ−Ｔ
ｉ合金／Ｃｕ−Ｎｉ合金の２層構造のものに比べて加工
段階の工程が増えることになる。
による低減対策として考えられた３つの方法は、即ち、 「（１）フィラメント間隔を大きくする。（２）Ｃｕ−
Ｎｉ合金のＮｉ濃度を１０重量％から３０重量％に増加
させる。（３）Ｃｕ−Ｎｉ合金の内層（Ｎｂ−Ｔｉ合金
フィラメントの周り）にＣｕ−Ｍｎ合金を配置する。」
ことの３つであったが、上記（１）の場合、線全体に対
するＮｂ−Ｔｉ合金の占積率が低下するために電流密度
が低下してしまう。また、上記（２）の場合、Ｃｕ−３
０重量％ＮｉではＮｂ−Ｔｉ合金の硬さの違いが大き
く、加工性に難点がある。さらに、上記（３）の場合、
加工性の面でも問題なく、フィラメント間隔も小さくす
ることができるが、Ｎｂ−Ｔｉ合金／Ｃｕ−Ｍｎ合金／
Ｃｕ−Ｎｉ合金の３層構造を採るため、従来のＮｂ−Ｔ
ｉ合金／Ｃｕ−Ｎｉ合金の２層構造のものに比べて加工
段階の工程が増えることになる。
【００１５】この発明の目的は、前記した従来技術の欠
点を解消し、高臨界電流密度，低交流損失化が可能な超
電導線を作製することにある。
点を解消し、高臨界電流密度，低交流損失化が可能な超
電導線を作製することにある。
【００１６】
【課題を解決すための手段】この発明の要旨は、上記し
た目的を達成するため、Ｎｂ−Ｔｉ合金フィラメント周
りのＣｕ−Ｍｎ合金／Ｃｕ−Ｎｉ合金からなる２層構造
をＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金とすることで、近接効果の低減
作用を損なうことなく、その構造を簡素化し、加工工程
を増やさずに高臨界電流密度，低交流損失のＮｂ−Ｔｉ
合金超電導線材を作製したものである。
た目的を達成するため、Ｎｂ−Ｔｉ合金フィラメント周
りのＣｕ−Ｍｎ合金／Ｃｕ−Ｎｉ合金からなる２層構造
をＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金とすることで、近接効果の低減
作用を損なうことなく、その構造を簡素化し、加工工程
を増やさずに高臨界電流密度，低交流損失のＮｂ−Ｔｉ
合金超電導線材を作製したものである。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。図１は一実施例のＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材の
構成を示す横断面図である。この図では併せて各素材部
分を引き出して拡大して示している。即ち、Ｎｂ−Ｔｉ
合金フィラメント素材１としてＮｂ−４６．５重量％Ｔ
ｉ合金材を用意し、このＮｂ−Ｔｉ合金の棒をＣｕ−１
０重量％Ｎｉ−１重量％Ｍｎ合金製の被覆材２と複合化
し、直径１２ｍｍφの押出材を作製した。これを、引抜
伸線し、対辺距離が１．３９ｍｍの６角断面のシングル
線とした。
明する。図１は一実施例のＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材の
構成を示す横断面図である。この図では併せて各素材部
分を引き出して拡大して示している。即ち、Ｎｂ−Ｔｉ
合金フィラメント素材１としてＮｂ−４６．５重量％Ｔ
ｉ合金材を用意し、このＮｂ−Ｔｉ合金の棒をＣｕ−１
０重量％Ｎｉ−１重量％Ｍｎ合金製の被覆材２と複合化
し、直径１２ｍｍφの押出材を作製した。これを、引抜
伸線し、対辺距離が１．３９ｍｍの６角断面のシングル
線とした。
【００１８】このシングル線２５３本をＣｕ−１０重量
％Ｎｉ合金管３に挿入組立てし、押出ビレットとした。
この押出ビレットをそれぞれ静水圧押出しにて外形１２
ｍｍとした後、引抜伸線して対辺距離が１．３９ｍｍの
６角断面のサブマルチ線とした。
％Ｎｉ合金管３に挿入組立てし、押出ビレットとした。
この押出ビレットをそれぞれ静水圧押出しにて外形１２
ｍｍとした後、引抜伸線して対辺距離が１．３９ｍｍの
６角断面のサブマルチ線とした。
【００１９】次に、このサブマルチ線の１９８本と同サ
イズのＣｕ−１０重量％Ｎｉ合金被覆銅線からなるダミ
ー線の５５本を、Ｃｕ−１０重量％Ｎｉ合金製の管４に
挿入組立し、それぞれ押出用ビレットとした。各押出用
ビレットをそれぞれ静水圧押出して外形１２ｍｍに加工
した。
イズのＣｕ−１０重量％Ｎｉ合金被覆銅線からなるダミ
ー線の５５本を、Ｃｕ−１０重量％Ｎｉ合金製の管４に
挿入組立し、それぞれ押出用ビレットとした。各押出用
ビレットをそれぞれ静水圧押出して外形１２ｍｍに加工
した。
【００２０】その後、それらの押出材について、それぞ
れ途中で３００℃〜３７５℃の温度範囲で５０時間時効
熱処理を施した後引抜伸線したものと、この熱処理を行
なわないで引抜伸線したもの（冷間加工のみのもの）を
それぞれツイスト加工し、外径０．１ｍｍ，フィラメン
ト径０．２μｍ，フィラメント間隔０．０８μｍ，ツイ
ストピッチ０．８ｍｍ，素線径０．１ｍｍの線材とし
た。この線材の断面構成比はＣｕ：Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合
金：Ｎｂ−Ｔｉ合金＝０．６：３．０９：１となってい
る。
れ途中で３００℃〜３７５℃の温度範囲で５０時間時効
熱処理を施した後引抜伸線したものと、この熱処理を行
なわないで引抜伸線したもの（冷間加工のみのもの）を
それぞれツイスト加工し、外径０．１ｍｍ，フィラメン
ト径０．２μｍ，フィラメント間隔０．０８μｍ，ツイ
ストピッチ０．８ｍｍ，素線径０．１ｍｍの線材とし
た。この線材の断面構成比はＣｕ：Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合
金：Ｎｂ−Ｔｉ合金＝０．６：３．０９：１となってい
る。
【００２１】第１表に、以上のようにして作製した５種
類の線材の外部印加磁界０．５（Ｔ）中での臨界電流密
度ＪｃとＳＱＵＩＤ型磁束計により測定した±０．５
（Ｔ／ｃｙｃｌｅ）当りのヒステリシス損失を示した。
類の線材の外部印加磁界０．５（Ｔ）中での臨界電流密
度ＪｃとＳＱＵＩＤ型磁束計により測定した±０．５
（Ｔ／ｃｙｃｌｅ）当りのヒステリシス損失を示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】この表よりヒステリシス損失は０．４〜
０．８ｋＪ／ｍ3の値をとり、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金の
部分をＭｎを除いたＣｕ−Ｎｉ合金にした以外は全て同
じ条件で作製した線のヒステリシス損失の約２／３に減
少した。
０．８ｋＪ／ｍ3の値をとり、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金の
部分をＭｎを除いたＣｕ−Ｎｉ合金にした以外は全て同
じ条件で作製した線のヒステリシス損失の約２／３に減
少した。
【００２４】なお、今回はＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金層のＮ
ｉ濃度を１０重量％，Ｍｎ濃度１重量％としたが、も
し、加工性とＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金自身のヒシテリシス
損失に問題がなければ、結合損失および近接効果の低減
により効果があがり、フィラメント間隔をより小さくす
ることができ、ひいてはより一層の高電流密度化が期待
できる。
ｉ濃度を１０重量％，Ｍｎ濃度１重量％としたが、も
し、加工性とＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金自身のヒシテリシス
損失に問題がなければ、結合損失および近接効果の低減
により効果があがり、フィラメント間隔をより小さくす
ることができ、ひいてはより一層の高電流密度化が期待
できる。
【００２５】次に、他の実施例としてＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ
合金とＮｂ−Ｔｉ合金の間にＮｂ−Ｔｉ合金に対し重量
比１０％以下のＮｂ層を配置した線材について上記例と
同様に加工を行った。Ｎｂ層を配置した線材は、時効熱
処理時に生成されるＮｂ−Ｔｉ合金中のＴｎとＣｕ−Ｎ
ｉ−Ｍｎ合金中のＣｕとの化合物Ｃｕ−Ｔｉの生成を抑
える効果がある。
合金とＮｂ−Ｔｉ合金の間にＮｂ−Ｔｉ合金に対し重量
比１０％以下のＮｂ層を配置した線材について上記例と
同様に加工を行った。Ｎｂ層を配置した線材は、時効熱
処理時に生成されるＮｂ−Ｔｉ合金中のＴｎとＣｕ−Ｎ
ｉ−Ｍｎ合金中のＣｕとの化合物Ｃｕ−Ｔｉの生成を抑
える効果がある。
【００２６】前述したように、Ｃｕ−Ｍｎ合金およびＣ
ｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金は近接効果の低減作用を有するが、
Ｍｎは強い磁気モーメントをもつためにＣｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ合金自身がヒステリシス損失をもっている。このた
め、Ｍｎ濃度には限界があり、重量比で２％が上限であ
る。加えてＮｉ濃度も加工性という観点から重量比で３
０％が上限である。
ｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金は近接効果の低減作用を有するが、
Ｍｎは強い磁気モーメントをもつためにＣｕ−Ｎｉ−Ｍ
ｎ合金自身がヒステリシス損失をもっている。このた
め、Ｍｎ濃度には限界があり、重量比で２％が上限であ
る。加えてＮｉ濃度も加工性という観点から重量比で３
０％が上限である。
【００２７】また、この発明による超電導線材は、多心
構造の単線である必要はなく、線材の大容量化のために
複数本の多芯構造の線材を素線とした撚線であっても差
し支えない。
構造の単線である必要はなく、線材の大容量化のために
複数本の多芯構造の線材を素線とした撚線であっても差
し支えない。
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明のＮｂ−
Ｔｉ合金超電導線材によれば、交流用途を目的とするフ
ィラメント径が１μｍ以下のＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材
において、Ｎｂ−Ｔｉ合金フィラメントの周りにＣｕ−
Ｎｉ−Ｍｎ合金層を配置することにより近接効果が低減
され、従来のＣｕ−Ｍｎ合金／Ｃｕ−Ｎｉ合金構造より
も構造が簡素で、かつ、低交流損失のＮｂ−Ｔｉ超電導
線材を容易に作製することができる効果がある。
Ｔｉ合金超電導線材によれば、交流用途を目的とするフ
ィラメント径が１μｍ以下のＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材
において、Ｎｂ−Ｔｉ合金フィラメントの周りにＣｕ−
Ｎｉ−Ｍｎ合金層を配置することにより近接効果が低減
され、従来のＣｕ−Ｍｎ合金／Ｃｕ−Ｎｉ合金構造より
も構造が簡素で、かつ、低交流損失のＮｂ−Ｔｉ超電導
線材を容易に作製することができる効果がある。
【図１】この発明のＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材の一実施
例を示す横断面図、
例を示す横断面図、
【図２】この発明のＮｂ−Ｔｉ合金フィラメント周りの
構造図、
構造図、
【図３】従来のＮｂ−Ｔｉ合金フィラメント周りの構造
図である。
図である。
１ Ｎｂ−Ｔｉ合金フィラメント素材 ２ Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金 ３ Ｃｕ−Ｎｉ合金 ４ Ｃｕ−Ｎｉ合金 ５ Ｎｂ−Ｎｉ合金超電導線材 ６ Ｃｕ−Ｍｎ合金
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｎｂ−Ｔｉフィラメントの周りにＣｕ−
Ｎｉ合金層を配置してなるＮｂ−Ｔｉ超電導線材におい
て、上記Ｃｕ−Ｎｉ合金をＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金に置き
換えたことを特徴とするＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材。 - 【請求項２】 Ｎｂ−Ｔｉフィラメントの周りにＣｕ−
Ｎｉ合金層を配置してなるＮｂ−Ｔｉ超電導線材におい
て、上記Ｃｕ−Ｎｉ合金をＣｕ−Ｎｉ−Ｍｎ合金に置き
換えると共に、その内側にＮｂ層を配置したことを特徴
とするＮｂ−Ｔｉ合金超電導線材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3276452A JP3018663B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | Ｎｂ−Ｔｉ合金超電導線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3276452A JP3018663B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | Ｎｂ−Ｔｉ合金超電導線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0594722A true JPH0594722A (ja) | 1993-04-16 |
| JP3018663B2 JP3018663B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=17569636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3276452A Expired - Fee Related JP3018663B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | Ｎｂ−Ｔｉ合金超電導線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018663B2 (ja) |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP3276452A patent/JP3018663B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3018663B2 (ja) | 2000-03-13 |
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