JPH0594723A - 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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- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 229910020012 Nb—Ti Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910017566 Cu-Mn Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910017871 Cu—Mn Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910003286 Ni-Mn Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 claims abstract 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 9
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- 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N
b−Ti合金超電導線材である。 【構成】 Cu/Cu−Ni合金/Cu−Mn合金/N
b−Ti合金またはCu/Cu−Ni合金/Cu−NI
−Mn合金/Nb−Ti合金から構成される超電導線材
において、Nb−Ti合金フィラメント周りに配置され
たCu−Mn合金層またはCu−Ni−Mn合金層の内
側にNb層を配置した。
b−Ti合金超電導線材である。 【構成】 Cu/Cu−Ni合金/Cu−Mn合金/N
b−Ti合金またはCu/Cu−Ni合金/Cu−NI
−Mn合金/Nb−Ti合金から構成される超電導線材
において、Nb−Ti合金フィラメント周りに配置され
たCu−Mn合金層またはCu−Ni−Mn合金層の内
側にNb層を配置した。
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材に関する。
れる機器に用いられる超電導線材に関する。
【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交流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交流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つの損失のうち結合損失と渦電
流損失は、導体断面の幾何学的構造や安定化銅をCu−
Ni合金の高抵抗層で分割することによりかなり低減さ
せることができる。
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つの損失のうち結合損失と渦電
流損失は、導体断面の幾何学的構造や安定化銅をCu−
Ni合金の高抵抗層で分割することによりかなり低減さ
せることができる。
【0004】しかし、ヒステリシス損失は、超電導体の
ピンニング力に起因するものであり、高い電流密度を有
する超電導線ほどピンニング力が大きいため、超電導体
のヒステリシス損失が大きくなる。つまり、超電導の大
きな利点である高い電流密度を保ちながらヒステリシス
損失を低減させることは、相反することがらとなる。一
般に、ヒステリシス損失は、超電導線の臨界電流密度と
フィラメント径の積に比例する。
ピンニング力に起因するものであり、高い電流密度を有
する超電導線ほどピンニング力が大きいため、超電導体
のヒステリシス損失が大きくなる。つまり、超電導の大
きな利点である高い電流密度を保ちながらヒステリシス
損失を低減させることは、相反することがらとなる。一
般に、ヒステリシス損失は、超電導線の臨界電流密度と
フィラメント径の積に比例する。
【0005】そのため、高電流密度,低ヒステリシス損
失の超電導線を作製するには、フィラメント径を小さく
することが望ましい。このため、直流用の超電導線のフ
ィラメント径が数μm〜数十μmなのに対し、交流用の
それはサブミクロンあるいは0.1μm以下の細さとな
り、直流用の数十分の1の細さとなる。
失の超電導線を作製するには、フィラメント径を小さく
することが望ましい。このため、直流用の超電導線のフ
ィラメント径が数μm〜数十μmなのに対し、交流用の
それはサブミクロンあるいは0.1μm以下の細さとな
り、直流用の数十分の1の細さとなる。
【0006】図2に直流用と交流用のフィラメントサイ
ズの違いを断面図に示す。即ち、(A)は従来のフィラ
メント径が数μm〜数十μmのものであり、ヒステリシ
ス損失が大きい。(B)は交流用のフィラメント径1μ
m以下のものである。Nb−Ti合金の占積率が減少し
て臨界電流密度が低下している。(C)はフィラメント
間隔を狭めることにより近接効果を出現させたものであ
る。
ズの違いを断面図に示す。即ち、(A)は従来のフィラ
メント径が数μm〜数十μmのものであり、ヒステリシ
ス損失が大きい。(B)は交流用のフィラメント径1μ
m以下のものである。Nb−Ti合金の占積率が減少し
て臨界電流密度が低下している。(C)はフィラメント
間隔を狭めることにより近接効果を出現させたものであ
る。
【0007】このように、高電流密度を保ちながらフラ
メント径を小さくしていくと、フィラメント間隔が非常
に狭くなる。Nb−Tiフィラメントから滲み出してく
る超電導電子により、隣り合うフィラメント同士が電気
的に結合し、フィラメント周りの母材金属部分にも超電
導電流が流れ、実質的にフイラメント径が太くなったよ
うな状態となる。これを近接効果という。この近接効果
によりフィラメント同士が電気的に結合するとヒステリ
シス損失が増大してしまう。
メント径を小さくしていくと、フィラメント間隔が非常
に狭くなる。Nb−Tiフィラメントから滲み出してく
る超電導電子により、隣り合うフィラメント同士が電気
的に結合し、フィラメント周りの母材金属部分にも超電
導電流が流れ、実質的にフイラメント径が太くなったよ
うな状態となる。これを近接効果という。この近接効果
によりフィラメント同士が電気的に結合するとヒステリ
シス損失が増大してしまう。
【0008】現在、近接効果によるフィラメント同士の
電気的結合を防ぐため、母材金属を従来用いられていた
Cu−10重量%Ni合金からCu−30重量%Ni合
金に代えてより高抵抗化したり、Cu−10重量%Ni
合金の代わりに磁性元素Mnを含んだCu−Mn合金を
用いることでフィラメント間隔を広げずに高い臨界電流
を保っている。
電気的結合を防ぐため、母材金属を従来用いられていた
Cu−10重量%Ni合金からCu−30重量%Ni合
金に代えてより高抵抗化したり、Cu−10重量%Ni
合金の代わりに磁性元素Mnを含んだCu−Mn合金を
用いることでフィラメント間隔を広げずに高い臨界電流
を保っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、Cu
−30重量%Ni合金あるいはCu−Mn合金を用いる
ことにより、近接効果によるフィラメント同士の電気的
結合を防止することができ、ヒステリシス損失を低減さ
せ、高い臨界電流密度を有する超電導線を作製すること
が可能になる。しかし、実用化レベルの値にはまだ達し
ておらず、より一層の低ヒステリシス損失化と高電流密
度化が望まれている。
−30重量%Ni合金あるいはCu−Mn合金を用いる
ことにより、近接効果によるフィラメント同士の電気的
結合を防止することができ、ヒステリシス損失を低減さ
せ、高い臨界電流密度を有する超電導線を作製すること
が可能になる。しかし、実用化レベルの値にはまだ達し
ておらず、より一層の低ヒステリシス損失化と高電流密
度化が望まれている。
【0010】現在、加工技術の発達によりNb−Ti合
金フィラメント径が0.05μm以下の超電導線も作製
することが可能になった。しかし、いくら母材金属に上
記Cu−30重量%Ni合金やCu−Mn合金を用いた
としても、近接効果の低減作用には限度があり、フィラ
メント径を細くすることによるヒステリシス損失の低減
には限界がある。
金フィラメント径が0.05μm以下の超電導線も作製
することが可能になった。しかし、いくら母材金属に上
記Cu−30重量%Ni合金やCu−Mn合金を用いた
としても、近接効果の低減作用には限度があり、フィラ
メント径を細くすることによるヒステリシス損失の低減
には限界がある。
【0011】そのため、Nb−Tiフィラメント1本1
本の臨界電流密度をヒステリシス損失を増大させること
なく高くしてやる必要がある。もし、Nb−Ti合金フ
ィラメントの臨界電流密度が高くなれば、超電導線の断
面積を小さくすることができ、その結果、単位体積当り
のヒステリシス損失は低減できなくとも、超電導線の体
積が減少するため、機器全体の損失も減少することにな
る。
本の臨界電流密度をヒステリシス損失を増大させること
なく高くしてやる必要がある。もし、Nb−Ti合金フ
ィラメントの臨界電流密度が高くなれば、超電導線の断
面積を小さくすることができ、その結果、単位体積当り
のヒステリシス損失は低減できなくとも、超電導線の体
積が減少するため、機器全体の損失も減少することにな
る。
【0012】この発明の目的は、上記した従来の超電導
線のNb−Ti合金フィラメント周りの構造を改良し、
低ヒステリシス損失を維持しつつ、高臨界電流密度を有
する超電導線を提供することにある。
線のNb−Ti合金フィラメント周りの構造を改良し、
低ヒステリシス損失を維持しつつ、高臨界電流密度を有
する超電導線を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段および作用】この発明の要
旨は、Nb−Ti合金フィラメントの周り、また、それ
に加えてフィラメントの中心部にもNb層を配置し、こ
の周りにCu−Mn合金あるいはCu−Ni−Mn合金
を配置することにある。これにより、まずNb層でNb
−Ti合金フィラメントから滲み出してきた超電導電子
により、フィラメントの表面で磁束をピン止めして、磁
界中での臨界電流密度を上昇させ、Nb層の周りに配置
したCu−Mn合金層あるいはCu−Ni−Mn合金層
により、近接効果によるフィラメントの電気的結合を防
ぎ、ヒステリシス損失の増大を抑えている。
旨は、Nb−Ti合金フィラメントの周り、また、それ
に加えてフィラメントの中心部にもNb層を配置し、こ
の周りにCu−Mn合金あるいはCu−Ni−Mn合金
を配置することにある。これにより、まずNb層でNb
−Ti合金フィラメントから滲み出してきた超電導電子
により、フィラメントの表面で磁束をピン止めして、磁
界中での臨界電流密度を上昇させ、Nb層の周りに配置
したCu−Mn合金層あるいはCu−Ni−Mn合金層
により、近接効果によるフィラメントの電気的結合を防
ぎ、ヒステリシス損失の増大を抑えている。
【0014】
【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説
明する。図1は線材の断面構造を示す断面図で、一部素
線を引き出して拡大して示している。即ち、Nb−Ti
合金素材1として、Nb−45重量%Ti材を用い、こ
のNb−Ti合金の棒を第1表に示すような被覆材2と
複合化し、それぞれ温間にて外径約29mmの押出用ビ
レットとした。この押出用ビレットをそれぞれ温間にて
外径12mmに静水圧押出をした後、それぞれ引抜伸線
し、対辺距離が1.39mmの六角断面を有するシング
ル線とした。このシングル線を所定の長さに切断したも
のを253本をそれぞれ外径が約28mmのCu−10
重量%Ni製の管4内に挿入組立てしてそれぞれ押出用
ビレットとした。この押出用ビレットをそれぞれ静水圧
押出して外径約12mmとした後、引抜伸線して対辺距
離が1.39mmの六角断面を有するサブマルチ線とし
た。
明する。図1は線材の断面構造を示す断面図で、一部素
線を引き出して拡大して示している。即ち、Nb−Ti
合金素材1として、Nb−45重量%Ti材を用い、こ
のNb−Ti合金の棒を第1表に示すような被覆材2と
複合化し、それぞれ温間にて外径約29mmの押出用ビ
レットとした。この押出用ビレットをそれぞれ温間にて
外径12mmに静水圧押出をした後、それぞれ引抜伸線
し、対辺距離が1.39mmの六角断面を有するシング
ル線とした。このシングル線を所定の長さに切断したも
のを253本をそれぞれ外径が約28mmのCu−10
重量%Ni製の管4内に挿入組立てしてそれぞれ押出用
ビレットとした。この押出用ビレットをそれぞれ静水圧
押出して外径約12mmとした後、引抜伸線して対辺距
離が1.39mmの六角断面を有するサブマルチ線とし
た。
【0015】
【表1】
【0016】次に、そのサブマルチ線を所定の長さに切
断したもの198本と、このサブマルチ線と同サイズの
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、それぞれ押出しビレットとした。この押出しビレッ
トをそれぞれ静水圧押出して外径約12mmに加工し
た。
断したもの198本と、このサブマルチ線と同サイズの
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、それぞれ押出しビレットとした。この押出しビレッ
トをそれぞれ静水圧押出して外径約12mmに加工し
た。
【0017】得られた各線材について、それぞれ数回の
引抜伸線した後、ツイスト加工し、それぞれ外径0.1
mm,Nb−Ti合金フィラメント径0.2mm,ツイ
ストピッチ0.8mmの線材とし試料とした。
引抜伸線した後、ツイスト加工し、それぞれ外径0.1
mm,Nb−Ti合金フィラメント径0.2mm,ツイ
ストピッチ0.8mmの線材とし試料とした。
【0018】第2表に、以上のようにして作製した4種
類の線材の試料の断面構成比、臨界電流密度およびSQ
UID型磁束計で測定した±0.5T1サイクル当たり
のヒステリシス損失を示した。
類の線材の試料の断面構成比、臨界電流密度およびSQ
UID型磁束計で測定した±0.5T1サイクル当たり
のヒステリシス損失を示した。
【0019】
【表2】
【0020】臨界電流密度は試料番号4−試料番号3−
試料番号2−試料番号1の順で増加し、試料番号1の
0.5Tでの臨界電流密度は試料番号4の約1.7倍に
達した。一方、ヒステリシス損失は試料番号4−試料番
号3−試料番号2−試料番号1の順で増加し、試料番号
1のヒステリシス損失は試料番号4の約1.5倍となっ
た。
試料番号2−試料番号1の順で増加し、試料番号1の
0.5Tでの臨界電流密度は試料番号4の約1.7倍に
達した。一方、ヒステリシス損失は試料番号4−試料番
号3−試料番号2−試料番号1の順で増加し、試料番号
1のヒステリシス損失は試料番号4の約1.5倍となっ
た。
【0021】以上の結果から、試料番号1は高い電流密
度を有するが、ヒステリシス損失は試料番号2,試料番
号3に関しては両者(試料番号1と試料番号4)の中間
の値をとることが分かった。
度を有するが、ヒステリシス損失は試料番号2,試料番
号3に関しては両者(試料番号1と試料番号4)の中間
の値をとることが分かった。
【0022】次に、図3(B)に示すように、Nb−T
i合金フィラメント11の中心部にもNb層12を配置
した構造を有する線材を形成した。この線材についても
同様に測定した結果、フィラメント11の周りのみにN
b層12を配置した図3(A)に示す上記構造のものに
比べ10%ほどヒシテリシス損失が増加したが、ほぼ同
様の結果がえられた。
i合金フィラメント11の中心部にもNb層12を配置
した構造を有する線材を形成した。この線材についても
同様に測定した結果、フィラメント11の周りのみにN
b層12を配置した図3(A)に示す上記構造のものに
比べ10%ほどヒシテリシス損失が増加したが、ほぼ同
様の結果がえられた。
【0023】この発明の変形例として、上記の実施例で
の試料番号2にあたるNb層を銅に置き換えるものを作
製した。また、実施例でのNb層を4.2K以上の臨界
温度をもつ金属、例えば、バナジウム(V)、鉛(P
b)などで置き換えたものでもよい。これらの場合も実
施例とほぼ同様の結果がえられた。以上の他に、超電導
電子が滲み出し易いもの、低抵抗金属でNb層と置き換
えたものでもほぼ同様の結果がえられた。
の試料番号2にあたるNb層を銅に置き換えるものを作
製した。また、実施例でのNb層を4.2K以上の臨界
温度をもつ金属、例えば、バナジウム(V)、鉛(P
b)などで置き換えたものでもよい。これらの場合も実
施例とほぼ同様の結果がえられた。以上の他に、超電導
電子が滲み出し易いもの、低抵抗金属でNb層と置き換
えたものでもほぼ同様の結果がえられた。
【0024】
【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、Nb−Ti合金フィラメ
ントの周りに配置した場合、Nb層の代わりにCu−N
i合金層やCu−Ni−Mn合金層を配置するよりも、
高い臨界電流密度が得られた。しかも、臨界電流密度の
増加率が単位体積当たりのヒステリシス損失の増加率を
上回るために、同一長さで同じ臨界電流密度を有する超
電導線を試料番号1と試料番号2で作製した場合、試料
番号1の構造を有する超電導線のほうが線材の断面積を
小さくでき、なおかつ線材全体のヒステリシス損失も小
さくできる。また、断面積が小さいということは、超電
導線の使用量も少なくて済み、線材の冷却能力も向上す
る。その上、結合損失、渦電流損失は、線の直径に比例
するために、結合損失および渦電流損失も小さくするこ
とができる。
Ti合金超電導線材によれば、Nb−Ti合金フィラメ
ントの周りに配置した場合、Nb層の代わりにCu−N
i合金層やCu−Ni−Mn合金層を配置するよりも、
高い臨界電流密度が得られた。しかも、臨界電流密度の
増加率が単位体積当たりのヒステリシス損失の増加率を
上回るために、同一長さで同じ臨界電流密度を有する超
電導線を試料番号1と試料番号2で作製した場合、試料
番号1の構造を有する超電導線のほうが線材の断面積を
小さくでき、なおかつ線材全体のヒステリシス損失も小
さくできる。また、断面積が小さいということは、超電
導線の使用量も少なくて済み、線材の冷却能力も向上す
る。その上、結合損失、渦電流損失は、線の直径に比例
するために、結合損失および渦電流損失も小さくするこ
とができる。
【図1】この発明のNb−Ti合金超電導線材の一実施
例の構成を示す断面図、
例の構成を示す断面図、
【図2】(A),(B),(C)は、直流用と交流用の
フィラメントサイズの違いを説明するための断面図、
フィラメントサイズの違いを説明するための断面図、
【図3】(A)(B)は、実施例のフィラメントの構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
1,11 Nb−Ti合金フィラメント 2,12 Nb層,Cu層,V層,Pb層 3 シングル線 4 Cu−10重量%Ni−1重量%Mnの管
Claims (2)
- 【請求項1】 Cu/Cu−Ni合金/Cu−Mn合金
/Nb−Ti合金またはCu/Cu−Ni合金/Cu−
Ni−Mn合金/Nb−Ti合金から構成される超電導
線材において、Nb−Ti合金フィラメント周りに配置
されたCu−Mn合金層またはCu−Ni−Mn合金層
の内側にNb層を配置してなることを特徴とするNb−
Ti合金超電導線材。 - 【請求項2】上記の超電導線材において、Nb−Ti合
金フィラメントの中心部にもNb層を配置し、中心部か
らNb/Nb−Ti合金/Nb/Cu−Ni−Mn合金
という構造にしたことを特徴とする請求項1記載のNb
−Ti合金超電導線材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03276453A JP3099460B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP03276453A JP3099460B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | Nb−Ti合金超電導線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0594723A true JPH0594723A (ja) | 1993-04-16 |
| JP3099460B2 JP3099460B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=17569651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03276453A Expired - Fee Related JP3099460B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | Nb−Ti合金超電導線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3099460B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110491597A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-22 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法 |
| CN119361237A (zh) * | 2024-12-24 | 2025-01-24 | 西北工业大学 | 一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法 |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP03276453A patent/JP3099460B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110491597A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-11-22 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种NbTi/CuMn/Cu超导复合线材的制备方法 |
| CN119361237A (zh) * | 2024-12-24 | 2025-01-24 | 西北工业大学 | 一种人工钉扎NbTi多芯超导复合线的制备方法 |
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|---|---|
| JP3099460B2 (ja) | 2000-10-16 |
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