JPH06251645A - Nb3X系超電導線用線材 - Google Patents
Nb3X系超電導線用線材Info
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- JPH06251645A JPH06251645A JP5032114A JP3211493A JPH06251645A JP H06251645 A JPH06251645 A JP H06251645A JP 5032114 A JP5032114 A JP 5032114A JP 3211493 A JP3211493 A JP 3211493A JP H06251645 A JPH06251645 A JP H06251645A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加工性と、特に拡散障壁層の壁の厚さを厚く
形成することなく、拡散障壁層の健全性が向上されたN
b3 X系超電導線用線材を提供する。 【構成】 Nb3 X系超電導線として用いる線材であっ
て、純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシート
107と、Nbと反応して超電導性を示す化合物を作る
金属原子XまたはXを含む合金からなる第2のシート1
08とを重ね合わせて巻き上げてなる線材104と、線
材104を取囲むように設けられた安定化材層111
と、線材104の外表面と安定化材層111との間に設
けられ、安定化材層111中へ金属原子Xが拡散するの
を防ぐために設けられた拡散障壁層110とを備え、拡
散障壁層110は、第1のシート107の引っ張り強さ
より、その引っ張り強さが大きい金属材料で形成されて
いる。
形成することなく、拡散障壁層の健全性が向上されたN
b3 X系超電導線用線材を提供する。 【構成】 Nb3 X系超電導線として用いる線材であっ
て、純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシート
107と、Nbと反応して超電導性を示す化合物を作る
金属原子XまたはXを含む合金からなる第2のシート1
08とを重ね合わせて巻き上げてなる線材104と、線
材104を取囲むように設けられた安定化材層111
と、線材104の外表面と安定化材層111との間に設
けられ、安定化材層111中へ金属原子Xが拡散するの
を防ぐために設けられた拡散障壁層110とを備え、拡
散障壁層110は、第1のシート107の引っ張り強さ
より、その引っ張り強さが大きい金属材料で形成されて
いる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合炉や、その他の
用途に用いられる超電導マグネット等の高磁界用超電導
材料としてのNb3 X系超電導線用線材に関する。
用途に用いられる超電導マグネット等の高磁界用超電導
材料としてのNb3 X系超電導線用線材に関する。
【0002】
【従来の技術】Nb3 Al、Nb3 Sn、Nb3 Geな
どのNb3 X系の化合物系超電導材料は、NbTi等の
合金系超電導材料では対応できない高磁界用途に用いる
ことができるため、高磁界用超電導材料として期待され
ている。これらのNb3 X系の化合物系超電導材料の中
でも、Nb3 Al系超電導材料は、高磁界の臨界電流特
性や耐歪み特性が良好であるために、特に高磁界中で大
磁力を受ける核融合炉や、電力貯蔵用超電導材料として
有望視されている。しかしながら、これらのNb 3 X系
の化合物系超電導材料は、NbTi等の合金系超電導材
料に比べて、極めて固く、脆いため、塑性加工が困難で
ある。このため、これらのNb3 X系の化合物系超電導
材料の製造方法としては、種々の製造方法が開発されて
いる。
どのNb3 X系の化合物系超電導材料は、NbTi等の
合金系超電導材料では対応できない高磁界用途に用いる
ことができるため、高磁界用超電導材料として期待され
ている。これらのNb3 X系の化合物系超電導材料の中
でも、Nb3 Al系超電導材料は、高磁界の臨界電流特
性や耐歪み特性が良好であるために、特に高磁界中で大
磁力を受ける核融合炉や、電力貯蔵用超電導材料として
有望視されている。しかしながら、これらのNb 3 X系
の化合物系超電導材料は、NbTi等の合金系超電導材
料に比べて、極めて固く、脆いため、塑性加工が困難で
ある。このため、これらのNb3 X系の化合物系超電導
材料の製造方法としては、種々の製造方法が開発されて
いる。
【0003】図26は、Nb−Al二元系合金状態図で
ある。図26を参照して、Nb3 Alは、1600℃以
上の高温において、化学量論組成として、NbとAlの
組成比が3:1として安定に存在する。一方、3:1の
割合でNbとAlが配合されていても、1600℃未満
の低温においては、非超電導材料であるNb2 Alや、
NbAl3 等が、Nb3 Alに混在した状態で生成され
るため、1600℃未満の低温において製造されたNb
3 Al系の化合物超電導材料は、一般に、臨界温度が低
いものとなり、高い臨界電流密度(Jc)を得ることが
できない。このため、Nb3 Al系超電導材料の製造方
法としては、1600℃以上の高温から短時間で冷却す
る急冷法などの製造方法が研究されているが、実用化さ
れるには至っていない。
ある。図26を参照して、Nb3 Alは、1600℃以
上の高温において、化学量論組成として、NbとAlの
組成比が3:1として安定に存在する。一方、3:1の
割合でNbとAlが配合されていても、1600℃未満
の低温においては、非超電導材料であるNb2 Alや、
NbAl3 等が、Nb3 Alに混在した状態で生成され
るため、1600℃未満の低温において製造されたNb
3 Al系の化合物超電導材料は、一般に、臨界温度が低
いものとなり、高い臨界電流密度(Jc)を得ることが
できない。このため、Nb3 Al系超電導材料の製造方
法としては、1600℃以上の高温から短時間で冷却す
る急冷法などの製造方法が研究されているが、実用化さ
れるには至っていない。
【0004】しかしながら、近年、Nb層中へのAl原
子の拡散距離が短い場合、および/またはAl層中への
Nb原子の拡散距離が短い場合においては、1000℃
以下の温度であっても、良好なNb3 Alが生成するこ
とが知見され、粉末冶金(PM)法、チューブ法、クラ
ッドチップ押出法等の複合加工法、ジェリーロール法な
どが開発されるに至った。これらの製造方法は、いずれ
も、Nb層中へのAl原子の拡散距離の短い部分、およ
び/またはAl層中へのNb原子の拡散距離が短い部分
を多くするため、純NbまたはNbを含む材料と、純A
lまたはAlを含む材料とを極めて微細な状態で混合す
ることにより、臨界温度の高い、高い臨界電流密度(J
c)を有するNb3 Al系超電導材料を提供せんとする
ものである。
子の拡散距離が短い場合、および/またはAl層中への
Nb原子の拡散距離が短い場合においては、1000℃
以下の温度であっても、良好なNb3 Alが生成するこ
とが知見され、粉末冶金(PM)法、チューブ法、クラ
ッドチップ押出法等の複合加工法、ジェリーロール法な
どが開発されるに至った。これらの製造方法は、いずれ
も、Nb層中へのAl原子の拡散距離の短い部分、およ
び/またはAl層中へのNb原子の拡散距離が短い部分
を多くするため、純NbまたはNbを含む材料と、純A
lまたはAlを含む材料とを極めて微細な状態で混合す
ることにより、臨界温度の高い、高い臨界電流密度(J
c)を有するNb3 Al系超電導材料を提供せんとする
ものである。
【0005】これらのNb3 Al系の化合物系超電導材
料の製造方法は、化学量論組成として、NbとAlの組
成比が3:1に近く、高い臨界電流密度(Jc)を有す
る高性能のNb3 Al系の化合物系超電導材料を提供す
ることができる。
料の製造方法は、化学量論組成として、NbとAlの組
成比が3:1に近く、高い臨界電流密度(Jc)を有す
る高性能のNb3 Al系の化合物系超電導材料を提供す
ることができる。
【0006】ところで、これらのNb3 Al系の化合物
超電導材料の製造方法のうち、ジェリーロール法は、さ
らに以下の利点を有しているため、Nb3 Al系超電導
線の製造方法として、現段階では、実用化に最も近い製
造方法とされている。
超電導材料の製造方法のうち、ジェリーロール法は、さ
らに以下の利点を有しているため、Nb3 Al系超電導
線の製造方法として、現段階では、実用化に最も近い製
造方法とされている。
【0007】(1) 多芯化された構造を有する超電導
線材を製造することができること。 (2) 安定化材を複合することができること。
線材を製造することができること。 (2) 安定化材を複合することができること。
【0008】(3) 長尺材が製作しやすい製法である
こと。 図27は、ジェリーロール法によるNb3 Al多芯線の
製造方法を概略的に示す工程図である。図27を参照し
ながら、以下にジェリーロール法によるNb3Al多芯
線の製造方法について説明する。
こと。 図27は、ジェリーロール法によるNb3 Al多芯線の
製造方法を概略的に示す工程図である。図27を参照し
ながら、以下にジェリーロール法によるNb3Al多芯
線の製造方法について説明する。
【0009】図27を参照して、まず、溶解、圧延によ
って、高純度のNbシートと高純度のAlシートを準備
する。次に、高純度のNbシートと高純度のAlシート
とを無酸素銅棒を中心に重ね合わせて巻き上げ(ジェリ
ーロール)し、コア(減面加工される前の線材)を作製
した後、このコアを、無酸素銅パイプに挿入する。次
に、Nb、AlおよびCuで構成される線材を伸線し、
断面を六角形状に形成した後、所望の長さに切断し、六
角セグメント150を作製する。次に、複数本の六角セ
グメント150を銅パイプ中に充填し、真空中で、電子
ビーム溶接により封じきり、ビレットを組立てた後、押
出加工を行なう。次に、このようにして形成されたCu
/Al/Nb多芯線を、所望のツイスト、成形、撚線、
絶縁等を行ない、コイル巻きを行なった後、熱処理して
超電導層(Nb3 AlのA15型構造)を形成させる
(1991年9月住友電気第139号、page93〜
page100参照)。
って、高純度のNbシートと高純度のAlシートを準備
する。次に、高純度のNbシートと高純度のAlシート
とを無酸素銅棒を中心に重ね合わせて巻き上げ(ジェリ
ーロール)し、コア(減面加工される前の線材)を作製
した後、このコアを、無酸素銅パイプに挿入する。次
に、Nb、AlおよびCuで構成される線材を伸線し、
断面を六角形状に形成した後、所望の長さに切断し、六
角セグメント150を作製する。次に、複数本の六角セ
グメント150を銅パイプ中に充填し、真空中で、電子
ビーム溶接により封じきり、ビレットを組立てた後、押
出加工を行なう。次に、このようにして形成されたCu
/Al/Nb多芯線を、所望のツイスト、成形、撚線、
絶縁等を行ない、コイル巻きを行なった後、熱処理して
超電導層(Nb3 AlのA15型構造)を形成させる
(1991年9月住友電気第139号、page93〜
page100参照)。
【0010】上述したようにジェリーロール法は、Nb
3 X系超電導線の製造方法としては、実用化に一番近い
製造方法である。そして、良好な化学量論組成を有する
Nb 3 Xを生成するためには、上述したように、Nb層
中へのX原子の拡散距離の短い部分、および/またはX
層中へのNb原子の拡散距離の短い部分を多くするた
め、純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシート
と、Nbと反応して超電導性の化合物を作る金属原子X
またはXを含む合金からなる第2のシートとの接触面積
が増加するように、第1のシートと第2のシートとを重
ね合わせて巻き上げてなるコアをできる限り伸線加工等
の減面加工を施して、より細かく加工する必要がある。
3 X系超電導線の製造方法としては、実用化に一番近い
製造方法である。そして、良好な化学量論組成を有する
Nb 3 Xを生成するためには、上述したように、Nb層
中へのX原子の拡散距離の短い部分、および/またはX
層中へのNb原子の拡散距離の短い部分を多くするた
め、純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシート
と、Nbと反応して超電導性の化合物を作る金属原子X
またはXを含む合金からなる第2のシートとの接触面積
が増加するように、第1のシートと第2のシートとを重
ね合わせて巻き上げてなるコアをできる限り伸線加工等
の減面加工を施して、より細かく加工する必要がある。
【0011】ジェリーロール法により製造されるNb3
X系超電導線用線材は、純NbまたはNbを含む合金か
らなる第1のシートと、Nbと反応して超電導性の化合
物を作る金属原子XまたはXを含む合金からなる第2と
シートとが、それぞれ、極めて薄く加工されている。ま
た、安定化材としては、たとえば、銅(Cu)または銅
(Cu)を含む合金等が用いられる。
X系超電導線用線材は、純NbまたはNbを含む合金か
らなる第1のシートと、Nbと反応して超電導性の化合
物を作る金属原子XまたはXを含む合金からなる第2と
シートとが、それぞれ、極めて薄く加工されている。ま
た、安定化材としては、たとえば、銅(Cu)または銅
(Cu)を含む合金等が用いられる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ジェリーロ
ール法により製造される、Nb3 X系超電導線用線材を
熱処理することにより、Nb3 Xを生成すると、この熱
処理工程の際に、金属原子Xが安定化材として用いてい
る銅(Cu)または銅(Cu)を含む合金中へ不純物と
して熱拡散し、銅(Cu)原子と反応して化合物を形成
したりする。このため、ジェリーロール法により製造さ
れるNb3 X系超電導線用線材は、熱処理を行なうこと
によりNb3 Xを生成すると、Nb3 Xが生成されたN
b3 X系超電導線は、銅(Cu)または銅(Cu)を含
む合金からなる安定化材層中へ不純物が熱拡散すること
等により、Nb3 X系超電導線の残留抵抗比が劣化した
りする。係る問題を解決するために、純NbまたはNb
を含む合金からなる第1のシートと、Nbと反応して超
電導線を示す化合物を作る金属原子XまたはXを含む合
金からなる第2のシートとを重ね合わせねて巻き上げて
なる線材と、線材を取囲むように設けられた安定化材層
と、線材の外表面と安定化材層の内表面との間に、金属
原子Xが拡散するのを防ぐために設けられた拡散障壁層
とを備える、Nb3 X系超電導線用線材が提案されてい
る。従来、拡散障壁層は、純NbまたはNbを含む合金
からなる第1のシートにより形成されていた。すなわ
ち、第1のシートとして、第2のシートより巻き付け方
向に長いシートを用い、第1のシートと第2のシートと
を互いに重ね合わせて巻き上げてなる積層部を形成した
後、あまった第1のシートを該積層部の外表面にさらに
巻き付けて拡散障壁層は形成されていた。しかしなが
ら、純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシート
と、Nbと反応して超電導性を示す化合物を作る金属原
子XまたはXを含む合金からなる第2のシートとを重ね
合わせて巻き上げてなるコアを減面加工していくと、拡
散障壁層も同時に膜薄に加工されてしまい、減面加工後
の拡散障壁層の役目が、その十分果たさなくなる場合が
あった。このため、減面加工後の拡散障壁層の壁の厚さ
を、Nb3 Xを生成する熱処理条件で、金属原子Xの熱
拡散が、拡散障壁層の壁内にとどまるような厚さにする
等の工夫がされてきた。このような拡散障壁層の壁の厚
みは、熱処理条件や、材質の拡散係数などの要因によっ
て異なるが、一般には、減面加工後においては、1μm
以上であることが好ましいとされている。しかしなが
ら、拡散障壁層の壁の厚さを厚くすると、Nb3 X系超
電導線材の非銅部の断面の面積当りの超電導層の断面の
面積が相対的に減少し、見かけ上、Nb3 X系超電導線
材の臨界電流密度(Jc)が低下するという問題があっ
た。
ール法により製造される、Nb3 X系超電導線用線材を
熱処理することにより、Nb3 Xを生成すると、この熱
処理工程の際に、金属原子Xが安定化材として用いてい
る銅(Cu)または銅(Cu)を含む合金中へ不純物と
して熱拡散し、銅(Cu)原子と反応して化合物を形成
したりする。このため、ジェリーロール法により製造さ
れるNb3 X系超電導線用線材は、熱処理を行なうこと
によりNb3 Xを生成すると、Nb3 Xが生成されたN
b3 X系超電導線は、銅(Cu)または銅(Cu)を含
む合金からなる安定化材層中へ不純物が熱拡散すること
等により、Nb3 X系超電導線の残留抵抗比が劣化した
りする。係る問題を解決するために、純NbまたはNb
を含む合金からなる第1のシートと、Nbと反応して超
電導線を示す化合物を作る金属原子XまたはXを含む合
金からなる第2のシートとを重ね合わせねて巻き上げて
なる線材と、線材を取囲むように設けられた安定化材層
と、線材の外表面と安定化材層の内表面との間に、金属
原子Xが拡散するのを防ぐために設けられた拡散障壁層
とを備える、Nb3 X系超電導線用線材が提案されてい
る。従来、拡散障壁層は、純NbまたはNbを含む合金
からなる第1のシートにより形成されていた。すなわ
ち、第1のシートとして、第2のシートより巻き付け方
向に長いシートを用い、第1のシートと第2のシートと
を互いに重ね合わせて巻き上げてなる積層部を形成した
後、あまった第1のシートを該積層部の外表面にさらに
巻き付けて拡散障壁層は形成されていた。しかしなが
ら、純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシート
と、Nbと反応して超電導性を示す化合物を作る金属原
子XまたはXを含む合金からなる第2のシートとを重ね
合わせて巻き上げてなるコアを減面加工していくと、拡
散障壁層も同時に膜薄に加工されてしまい、減面加工後
の拡散障壁層の役目が、その十分果たさなくなる場合が
あった。このため、減面加工後の拡散障壁層の壁の厚さ
を、Nb3 Xを生成する熱処理条件で、金属原子Xの熱
拡散が、拡散障壁層の壁内にとどまるような厚さにする
等の工夫がされてきた。このような拡散障壁層の壁の厚
みは、熱処理条件や、材質の拡散係数などの要因によっ
て異なるが、一般には、減面加工後においては、1μm
以上であることが好ましいとされている。しかしなが
ら、拡散障壁層の壁の厚さを厚くすると、Nb3 X系超
電導線材の非銅部の断面の面積当りの超電導層の断面の
面積が相対的に減少し、見かけ上、Nb3 X系超電導線
材の臨界電流密度(Jc)が低下するという問題があっ
た。
【0013】また、本発明者らは、本出願に特に興味あ
る関連技術として、特願平5−15404において高い
臨界電流密度(Jc)を有するNb3 X系超電導線の製
造方法として、圧延により製造された純NbまたはNb
を含む合金からなる第1のシートを、約700℃〜90
0℃の温度範囲で約2時間の熱処理を行ない、この熱処
理された純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシ
ートと、圧延により製造された、Nbと反応して超電導
性の化合物を作る金属原子XまたはXを含む合金からな
る、圧延により製造された第2のシートを交互に重ね合
わせて巻き上げてなるコアを形成し、このコアを、純C
uまたはCuを含む合金からなる安定化材で覆い、減面
加工して、セグメントを生成し、このセグメントを純C
uまたはCuを含む合金からなる筒材中に複数本束ねて
充填した後、複数本のセグメントが充填されてなる純C
uまたはCuを含む合金からなる筒材を、押出加工およ
び引き抜き加工の少なくともいずれか1つの強加工によ
り縮経化した後、さらに減面加工をすることにより、多
芯線(Nb3 X系超電導線用線材)を形成し、この多芯
線を熱処理する、Nb3 X系超電導線の製造方法を提案
している。
る関連技術として、特願平5−15404において高い
臨界電流密度(Jc)を有するNb3 X系超電導線の製
造方法として、圧延により製造された純NbまたはNb
を含む合金からなる第1のシートを、約700℃〜90
0℃の温度範囲で約2時間の熱処理を行ない、この熱処
理された純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシ
ートと、圧延により製造された、Nbと反応して超電導
性の化合物を作る金属原子XまたはXを含む合金からな
る、圧延により製造された第2のシートを交互に重ね合
わせて巻き上げてなるコアを形成し、このコアを、純C
uまたはCuを含む合金からなる安定化材で覆い、減面
加工して、セグメントを生成し、このセグメントを純C
uまたはCuを含む合金からなる筒材中に複数本束ねて
充填した後、複数本のセグメントが充填されてなる純C
uまたはCuを含む合金からなる筒材を、押出加工およ
び引き抜き加工の少なくともいずれか1つの強加工によ
り縮経化した後、さらに減面加工をすることにより、多
芯線(Nb3 X系超電導線用線材)を形成し、この多芯
線を熱処理する、Nb3 X系超電導線の製造方法を提案
している。
【0014】このNb3 X系超電導線の製造方法によれ
ば、Nb3 Xを生成するための熱処理工程の前段階にお
いて、多芯線(Nb3 X系超電導線用線材)は、純Nb
またはNbを含む合金からなる第1のシートと、Nbと
反応して超電導性の化合物を作る金属原子XまたはXを
含む合金からなる第2のシートとの接触面積が増加する
ように、該第1のシートと該第2のシートとの界面が、
密にジグザグ形状になるように形成される。したがっ
て、特願平5−15404に記載される発明に従えば、
Nb3 Xを生成するための熱処理の段階において、Nb
層中へのX原子の拡散距離の短い部分、および/または
X層中へのNb原子の拡散距離の短い部分が多く形成さ
れているため、従来のジェリーロール法に従うNb3 X
系超電導線用線材に比べ、熱処理することにより、良質
のNb3 Xを形成することができる。すなわち、この発
明に従う熱処理後のNb3 X系超電導線は、従来のNb
3 X系超電導線に比べ、高い臨界電流特性を有する。ま
た、この発明に従うNb3 X系超電導線の製造方法は、
減面加工による加工量を特に従来に比べ、増加させるこ
となく、純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシ
ートと、Nbと反応して超電導性を示す化合物を作る金
属原子XまたはXを含む合金からなる第2のシートとの
実質的な加工量を増加させることにより、従来のNb3
X系超電導線に比べ、高い臨界電流特性を示すNb3 X
系超電導線を製造することができる。
ば、Nb3 Xを生成するための熱処理工程の前段階にお
いて、多芯線(Nb3 X系超電導線用線材)は、純Nb
またはNbを含む合金からなる第1のシートと、Nbと
反応して超電導性の化合物を作る金属原子XまたはXを
含む合金からなる第2のシートとの接触面積が増加する
ように、該第1のシートと該第2のシートとの界面が、
密にジグザグ形状になるように形成される。したがっ
て、特願平5−15404に記載される発明に従えば、
Nb3 Xを生成するための熱処理の段階において、Nb
層中へのX原子の拡散距離の短い部分、および/または
X層中へのNb原子の拡散距離の短い部分が多く形成さ
れているため、従来のジェリーロール法に従うNb3 X
系超電導線用線材に比べ、熱処理することにより、良質
のNb3 Xを形成することができる。すなわち、この発
明に従う熱処理後のNb3 X系超電導線は、従来のNb
3 X系超電導線に比べ、高い臨界電流特性を有する。ま
た、この発明に従うNb3 X系超電導線の製造方法は、
減面加工による加工量を特に従来に比べ、増加させるこ
となく、純NbまたはNbを含む合金からなる第1のシ
ートと、Nbと反応して超電導性を示す化合物を作る金
属原子XまたはXを含む合金からなる第2のシートとの
実質的な加工量を増加させることにより、従来のNb3
X系超電導線に比べ、高い臨界電流特性を示すNb3 X
系超電導線を製造することができる。
【0015】ところで、特願平5−15404に記載さ
れる発明においても、拡散障壁層は、以下の方法により
簡易に形成されていた。すなわち、まず、第1のシート
として、第2のシートより、巻き付け方向において長い
シートを用い、第1のシートと第2のシートとを交互に
重ね合わせて巻き上げた後、余った第1のシートのみを
さらに巻き上げることにより、第1のシートと第2のシ
ートとを交互に重ね合わせて巻き上げてなる積層部の外
表面に、第1のシートからなる拡散障壁層を形成してい
た。しかしながら、第1のシートのみを巻き上げること
により形成された拡散障壁層は、第1のシートと、純C
uまたはCuを含む合金からなる安定化材との界面も、
密にジグザグ形状となり、部分的に拡散障壁層の膜薄な
部分が形成され、この拡散障壁層の膜薄な部分からX原
子が、純CuまたはCuを含む合金からなる安定化材中
へ、Nb3 Xを生成するための熱処理工程の際に、熱拡
散するという問題があった。このため、拡散障壁層の壁
の厚さを厚くする等の対処を施したが、拡散障壁層の壁
の厚さを厚くすると、Nb3 X系超電導線材の非銅部の
断面の面積当りの超電導層の断面の面積が、相対的に減
少し、見かけ上、Nb3 X系超電導線材の臨界電流密度
(Jc)が低下するという問題があった。
れる発明においても、拡散障壁層は、以下の方法により
簡易に形成されていた。すなわち、まず、第1のシート
として、第2のシートより、巻き付け方向において長い
シートを用い、第1のシートと第2のシートとを交互に
重ね合わせて巻き上げた後、余った第1のシートのみを
さらに巻き上げることにより、第1のシートと第2のシ
ートとを交互に重ね合わせて巻き上げてなる積層部の外
表面に、第1のシートからなる拡散障壁層を形成してい
た。しかしながら、第1のシートのみを巻き上げること
により形成された拡散障壁層は、第1のシートと、純C
uまたはCuを含む合金からなる安定化材との界面も、
密にジグザグ形状となり、部分的に拡散障壁層の膜薄な
部分が形成され、この拡散障壁層の膜薄な部分からX原
子が、純CuまたはCuを含む合金からなる安定化材中
へ、Nb3 Xを生成するための熱処理工程の際に、熱拡
散するという問題があった。このため、拡散障壁層の壁
の厚さを厚くする等の対処を施したが、拡散障壁層の壁
の厚さを厚くすると、Nb3 X系超電導線材の非銅部の
断面の面積当りの超電導層の断面の面積が、相対的に減
少し、見かけ上、Nb3 X系超電導線材の臨界電流密度
(Jc)が低下するという問題があった。
【0016】本発明は、以上のような問題を解決するた
めになされたものであって、Nb3X系超電導線用線材
の拡散障壁層として、引っ張り強さ等の機械的特性、物
理的特性、化学的特性が適切に選ばれた金属材料を用い
ることにより、Nb3 X系超電導線用線材として、純N
bまたはNbを含む合金からなる第1のシートと、Nb
と反応して超電導性を示す化合物を作る金属原子Xまた
はXを含む合金からなる第2のシートとを重ね合わせて
巻き上げてなるコアの加工性が向上され、Nb 3 Xを生
成するための熱処理工程においても、特に拡散障壁層の
壁の厚さを厚く形成することなく、金属原子Xが安定化
材層中へ熱拡散するのを防止することにより、高い臨界
電流密度(Jc)と、安定化材の残留抵抗比が大きく、
また、見かけ上の非銅部の臨界電流密度(Jc)が低下
しないNb3 X系超電導線を提供できるよう改良された
Nb3 X系超電導線用線材を提供することを目的とす
る。
めになされたものであって、Nb3X系超電導線用線材
の拡散障壁層として、引っ張り強さ等の機械的特性、物
理的特性、化学的特性が適切に選ばれた金属材料を用い
ることにより、Nb3 X系超電導線用線材として、純N
bまたはNbを含む合金からなる第1のシートと、Nb
と反応して超電導性を示す化合物を作る金属原子Xまた
はXを含む合金からなる第2のシートとを重ね合わせて
巻き上げてなるコアの加工性が向上され、Nb 3 Xを生
成するための熱処理工程においても、特に拡散障壁層の
壁の厚さを厚く形成することなく、金属原子Xが安定化
材層中へ熱拡散するのを防止することにより、高い臨界
電流密度(Jc)と、安定化材の残留抵抗比が大きく、
また、見かけ上の非銅部の臨界電流密度(Jc)が低下
しないNb3 X系超電導線を提供できるよう改良された
Nb3 X系超電導線用線材を提供することを目的とす
る。
【0017】また、本発明は、Nb3 X系超電導線用線
材の拡散障壁層として、引っ張り強さ等の機械的特性、
物理的特性、化学的特性に加え、さらに、材料組成が適
切に選ばれた金属材料を用いることにより、Nb3 X系
超電導線用線材として、純NbまたはNbを含む合金か
らなる第1のシートと、Nbと反応して超電導性を示す
化合物を作る金属原子XまたはXを含む合金からなる第
2のシートとを重ね合わせて巻き上げてなるコアの減面
加工時の加工性が向上され、Nb3 Xを生成するための
熱処理工程においても、特に拡散障壁層の壁の厚さを厚
く形成することなく、金属原子Xが安定化材層中へ熱拡
散するのを防止することにより、高い臨界電流密度(J
c)と、安定化材層の残留抵抗比の大きい、また、見か
け上の非銅部の臨界電流密度が低下しないNb3 X系超
電導線を提供できるよう改良されたNb3 X系超電導線
用線材を提供することを目的とする。
材の拡散障壁層として、引っ張り強さ等の機械的特性、
物理的特性、化学的特性に加え、さらに、材料組成が適
切に選ばれた金属材料を用いることにより、Nb3 X系
超電導線用線材として、純NbまたはNbを含む合金か
らなる第1のシートと、Nbと反応して超電導性を示す
化合物を作る金属原子XまたはXを含む合金からなる第
2のシートとを重ね合わせて巻き上げてなるコアの減面
加工時の加工性が向上され、Nb3 Xを生成するための
熱処理工程においても、特に拡散障壁層の壁の厚さを厚
く形成することなく、金属原子Xが安定化材層中へ熱拡
散するのを防止することにより、高い臨界電流密度(J
c)と、安定化材層の残留抵抗比の大きい、また、見か
け上の非銅部の臨界電流密度が低下しないNb3 X系超
電導線を提供できるよう改良されたNb3 X系超電導線
用線材を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明に従うNb3 X系
超電導線用線材は、純NbまたはNbを含む合金からな
る第1のシートと、Nbと反応して超電導性を示す化合
物を作る金属原子XまたはXを含む合金からなる第2の
シートとを重ね合わせて巻き上げてなる線材と、線材を
取囲むように設けられた安定化材層と、線材の外表面と
安定化材層の内表面との間に設けられ、安定化材層中へ
金属原子Xが拡散するのを防ぐために設けられた拡散障
壁層とを備え、拡散障壁層は、第1のシートの引っ張り
強さよりもその引っ張り強さが大きい金属材料で形成さ
れていることを特徴とする。
超電導線用線材は、純NbまたはNbを含む合金からな
る第1のシートと、Nbと反応して超電導性を示す化合
物を作る金属原子XまたはXを含む合金からなる第2の
シートとを重ね合わせて巻き上げてなる線材と、線材を
取囲むように設けられた安定化材層と、線材の外表面と
安定化材層の内表面との間に設けられ、安定化材層中へ
金属原子Xが拡散するのを防ぐために設けられた拡散障
壁層とを備え、拡散障壁層は、第1のシートの引っ張り
強さよりもその引っ張り強さが大きい金属材料で形成さ
れていることを特徴とする。
【0019】Nbと反応して超電導性を示す化合物を作
る金属原子Xとしては、特に以下の場合に限定されるこ
とはないが、たとえば、Al、SnまたはGeなどを挙
げることができる。Nbを含む合金および/または金属
原子Xを含む合金は、特に以下の場合に限定されること
はないが、たとえば、Ge、Sn、Ti、Si、Hf、
Ta、Zr、Ng、Be等を含有してもよい。
る金属原子Xとしては、特に以下の場合に限定されるこ
とはないが、たとえば、Al、SnまたはGeなどを挙
げることができる。Nbを含む合金および/または金属
原子Xを含む合金は、特に以下の場合に限定されること
はないが、たとえば、Ge、Sn、Ti、Si、Hf、
Ta、Zr、Ng、Be等を含有してもよい。
【0020】拡散障壁層を形成する金属材料は、好まし
くは、第1のシートよりも引っ張り強さが大きくなるよ
うに、その組成が選ばれたNbを含む合金を含む。
くは、第1のシートよりも引っ張り強さが大きくなるよ
うに、その組成が選ばれたNbを含む合金を含む。
【0021】第1のシートよりも引っ張り強さが大きく
なるように、その組成が選ばれたNbを含む合金は、特
に以下の場合に限定されることはないが、たとえば、N
bZr、NbTi、またはNbHf等の合金を挙げるこ
とができる。NbZr合金の組成としては、Zrを0.
02wt%〜5wt%含み、残部が、Nbおよび不可避
的不純物からなるNbZr合金を用いることが好まし
い。また、NbTi合金の組成としては、Tiを0.0
2wt%〜5wt%含み、残部が、Nbおよび不可避的
不純物からなるNbTi合金を用いることが好ましい。
また、NbHf合金の組成としては、Hfを0.02w
t%〜5wt%含み、残部が、Nbおよび不可避的不純
物からなるNbHf合金を用いることが好ましい。特
に、ZrやTiを用いたのは、ZrはCu層中に拡散せ
ず、またTiはCuと化合物を生成するが、Cu層を汚
染することはないもので、ともに、Nbと均一な合金を
生成する金属で、市販されている合金であって、コスト
的にも有利であるからである。
なるように、その組成が選ばれたNbを含む合金は、特
に以下の場合に限定されることはないが、たとえば、N
bZr、NbTi、またはNbHf等の合金を挙げるこ
とができる。NbZr合金の組成としては、Zrを0.
02wt%〜5wt%含み、残部が、Nbおよび不可避
的不純物からなるNbZr合金を用いることが好まし
い。また、NbTi合金の組成としては、Tiを0.0
2wt%〜5wt%含み、残部が、Nbおよび不可避的
不純物からなるNbTi合金を用いることが好ましい。
また、NbHf合金の組成としては、Hfを0.02w
t%〜5wt%含み、残部が、Nbおよび不可避的不純
物からなるNbHf合金を用いることが好ましい。特
に、ZrやTiを用いたのは、ZrはCu層中に拡散せ
ず、またTiはCuと化合物を生成するが、Cu層を汚
染することはないもので、ともに、Nbと均一な合金を
生成する金属で、市販されている合金であって、コスト
的にも有利であるからである。
【0022】Zr、TiまたはHfは、単独または複合
で、0.02wt%〜5wt%含まれているのが好まし
い。Zr、TiおよびHfは、Nb自体の伸線加工等の
減面加工時における、いわゆるオレンジピール現象を防
止する材料である。オレンジピール防止の効果を得るに
は、少なくとも、0.02wt%含有させる必要があ
る。また、5wt%を越えて含有させると、拡散障壁層
自体の減面加工性が劣るので好ましくない。
で、0.02wt%〜5wt%含まれているのが好まし
い。Zr、TiおよびHfは、Nb自体の伸線加工等の
減面加工時における、いわゆるオレンジピール現象を防
止する材料である。オレンジピール防止の効果を得るに
は、少なくとも、0.02wt%含有させる必要があ
る。また、5wt%を越えて含有させると、拡散障壁層
自体の減面加工性が劣るので好ましくない。
【0023】
【作用】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材は、拡
散障壁層として、純NbまたはNbを含む合金からなる
第1のシートより引っ張り強さが大きい金属材料を用い
ている。
散障壁層として、純NbまたはNbを含む合金からなる
第1のシートより引っ張り強さが大きい金属材料を用い
ている。
【0024】純NbまたはNbを含む合金からなる第1
のシート自体は、変形抵抗が小さい反面、引っ張り強さ
が小さいため、第1のシートに不可避的に存在するごく
小さなピンホール等が原因して、伸線加工等の減面加工
時に、第1のシートに引切れやオレンジピールを生じや
すい。伸線加工等の減面加工時に第1のシートに引切れ
やオレンジピールが発生すると、純NbまたはNbを含
む合金からなる第1のシートとNbと反応して超電導性
を示す化合物を作る金属原子XまたはXを含む合金から
なる第2のシートとを重ね合わせて巻き上げてなるコア
が、減面加工時に、不均一な変形を起こしたり、断線し
たりする。従来のNb3 X系超電導線用線材では、拡散
障壁層が設けられていないか、または、拡散障壁層が設
けられていても、拡散障壁層は、第1のシートと同じ材
料、同じ機械的特性を有する材料で形成されていたた
め、第1のシートと第2のシートとを重ね合わせて巻き
上げてなるコアを伸線加工等により減面加工していく
と、コアが、その伸線加工等の減面加工の工程におい
て、断線したりした。これに対して、本発明では、拡散
障壁層として、純NbまたはNbを含む合金からなる第
1シートより引っ張り強さが大きい金属材料を用いてい
る結果、伸線加工等の減面加工の工程において、Nb3
X系超電導線用線材が断線しにくい。本発明に従うNb
3 X系超電導線用線材では、伸線加工等の減面加工時に
おいて、第1のシートと第2のシートとを重ね合わせて
巻き上げてなるコアが、減面加工時に、断線しにくい結
果、第1のシートおよび第2のシートのそれぞれ膜薄に
加工することができる。すなわち、第1のシートと第2
のシートの加工性が向上する結果、Nb層中への金属原
子XまたはX層中へのNb原子の拡散距離の短い部分を
多く形成することができる結果、Nb3 Xを生成するた
めの熱処理の工程において、化学量論組成として、Nb
とXの組成比が3:1に近い良好な超電導性を示す化合
物の生成反応を増進することができる。
のシート自体は、変形抵抗が小さい反面、引っ張り強さ
が小さいため、第1のシートに不可避的に存在するごく
小さなピンホール等が原因して、伸線加工等の減面加工
時に、第1のシートに引切れやオレンジピールを生じや
すい。伸線加工等の減面加工時に第1のシートに引切れ
やオレンジピールが発生すると、純NbまたはNbを含
む合金からなる第1のシートとNbと反応して超電導性
を示す化合物を作る金属原子XまたはXを含む合金から
なる第2のシートとを重ね合わせて巻き上げてなるコア
が、減面加工時に、不均一な変形を起こしたり、断線し
たりする。従来のNb3 X系超電導線用線材では、拡散
障壁層が設けられていないか、または、拡散障壁層が設
けられていても、拡散障壁層は、第1のシートと同じ材
料、同じ機械的特性を有する材料で形成されていたた
め、第1のシートと第2のシートとを重ね合わせて巻き
上げてなるコアを伸線加工等により減面加工していく
と、コアが、その伸線加工等の減面加工の工程におい
て、断線したりした。これに対して、本発明では、拡散
障壁層として、純NbまたはNbを含む合金からなる第
1シートより引っ張り強さが大きい金属材料を用いてい
る結果、伸線加工等の減面加工の工程において、Nb3
X系超電導線用線材が断線しにくい。本発明に従うNb
3 X系超電導線用線材では、伸線加工等の減面加工時に
おいて、第1のシートと第2のシートとを重ね合わせて
巻き上げてなるコアが、減面加工時に、断線しにくい結
果、第1のシートおよび第2のシートのそれぞれ膜薄に
加工することができる。すなわち、第1のシートと第2
のシートの加工性が向上する結果、Nb層中への金属原
子XまたはX層中へのNb原子の拡散距離の短い部分を
多く形成することができる結果、Nb3 Xを生成するた
めの熱処理の工程において、化学量論組成として、Nb
とXの組成比が3:1に近い良好な超電導性を示す化合
物の生成反応を増進することができる。
【0025】また、本発明に従うNb3 X系超電導線用
線材は、拡散障壁層として用いる金属材料として、第1
のシートよりも引っ張り強さが大きくなるようにその組
成が選ばれたNbを含む合金を用いている。このよう
に、拡散障壁層として、Nbを含む合金を用いることに
より、拡散障壁層は、純NbまたはNbを含む合金から
なる第1のシートにより構成される拡散障壁層に比べて
伸線等の減面加工の工程後において、第1のシートと第
2のシートとを重ね合わせて巻き上げてなる線材の周方
向にいずれの部分においても均一な膜厚を有する健全な
拡散障壁層が形成される結果、Nb3 Xを生成するため
の熱処理の工程において、金属原子Xによる安定化材層
の汚染を低減することができる結果、熱拡散後のNb3
X系超電導線は、安定化材層が高い残留抵抗比を有す
る。
線材は、拡散障壁層として用いる金属材料として、第1
のシートよりも引っ張り強さが大きくなるようにその組
成が選ばれたNbを含む合金を用いている。このよう
に、拡散障壁層として、Nbを含む合金を用いることに
より、拡散障壁層は、純NbまたはNbを含む合金から
なる第1のシートにより構成される拡散障壁層に比べて
伸線等の減面加工の工程後において、第1のシートと第
2のシートとを重ね合わせて巻き上げてなる線材の周方
向にいずれの部分においても均一な膜厚を有する健全な
拡散障壁層が形成される結果、Nb3 Xを生成するため
の熱処理の工程において、金属原子Xによる安定化材層
の汚染を低減することができる結果、熱拡散後のNb3
X系超電導線は、安定化材層が高い残留抵抗比を有す
る。
【0026】
実施例1 図1〜図6は、本発明に従うNb3 X系超電導線用線材
の一実施例としてのNb3 Al系の化合物系超電導線用
線材の製造方法を概略的に示す工程図である。図1を参
照して、まず、溶解、圧延により製造されたNb含有シ
ート1を準備した。Nb含有シート1としては、厚さ
0.18mm、幅300mm、長さ600mmのNb箔
(純度99.8wt%)を用いた。次に、Nb含有シー
ト1を800℃で約2時間熱処理した。熱処理後のNb
含有シート1の機械性特性を表1に示す。次に、熱処理
したNb含有シート1の表面上に、Al含有シート2を
重ね合わせた。Al含有シート2としては、厚さ0.0
5mm、幅300mm、長さ500mmの高純度のAl
箔を用いた。Al含有シート2は、熱処理されたNb含
有シート1の表面上に、Nb含有シート1の片端部1a
において、Al含有シート2が重ねられていない部分が
できるように重ね合わされた。次に、直径3mm、長さ
400mmの高純度の銅棒3を熱処理されたNb含有シ
ート1の一端部1aに位置し、最初に、Nb含有シート
1のみを銅棒3のまわりに4回巻き付けた後、Nb含有
シート1とAl含有シート2を交互に重ね合わせて巻き
上げてなる積層部4(図2に示す積層部4)を作製し
た。次に、積層部4の外表面に、厚さ0.18mm、幅
300mm、長さ200mmのNb1wt%Zrシート
5をさらに巻き付けて、コア6(図2に示すコア6)を
作製した。なお、用いたNb1wt%Zrシート5の機
械的特性を表1に示す。次に、銅棒3の両端を合わせて
100mm分の余分な銅棒を取除いた。図2は、このよ
うにして得られたコア6を概略的に示す断面図である。
の一実施例としてのNb3 Al系の化合物系超電導線用
線材の製造方法を概略的に示す工程図である。図1を参
照して、まず、溶解、圧延により製造されたNb含有シ
ート1を準備した。Nb含有シート1としては、厚さ
0.18mm、幅300mm、長さ600mmのNb箔
(純度99.8wt%)を用いた。次に、Nb含有シー
ト1を800℃で約2時間熱処理した。熱処理後のNb
含有シート1の機械性特性を表1に示す。次に、熱処理
したNb含有シート1の表面上に、Al含有シート2を
重ね合わせた。Al含有シート2としては、厚さ0.0
5mm、幅300mm、長さ500mmの高純度のAl
箔を用いた。Al含有シート2は、熱処理されたNb含
有シート1の表面上に、Nb含有シート1の片端部1a
において、Al含有シート2が重ねられていない部分が
できるように重ね合わされた。次に、直径3mm、長さ
400mmの高純度の銅棒3を熱処理されたNb含有シ
ート1の一端部1aに位置し、最初に、Nb含有シート
1のみを銅棒3のまわりに4回巻き付けた後、Nb含有
シート1とAl含有シート2を交互に重ね合わせて巻き
上げてなる積層部4(図2に示す積層部4)を作製し
た。次に、積層部4の外表面に、厚さ0.18mm、幅
300mm、長さ200mmのNb1wt%Zrシート
5をさらに巻き付けて、コア6(図2に示すコア6)を
作製した。なお、用いたNb1wt%Zrシート5の機
械的特性を表1に示す。次に、銅棒3の両端を合わせて
100mm分の余分な銅棒を取除いた。図2は、このよ
うにして得られたコア6を概略的に示す断面図である。
【0027】図2を参照して、このコア6は、中心部に
銅棒3を有しており、銅棒3のまわりに形成された、熱
処理されたNb含有シート1のみが4回巻き付けられて
なる第1の拡散障壁層7と、第1の拡散障壁層7のまわ
りに形成されたNb含有シート1とAl含有シート2と
を交互に重ね合わせて巻き上げてなる積層部4と、積層
部4のまわりに形成されたNb1wt%Zrシート5が
複数回巻き付けられてなる第2の拡散障壁層8とを含
む。次に、図3に示す工程において、このコア6を外径
19mm、内径16mmの高純度の銅パイプ9内に挿入
し、伸線加工することにより、図4に示す、対辺距離が
2mm、長さ200mmの六角セグメント10を作製し
た。次に、図5に示す工程において、六角セグメント1
0を、外径70mm、内径68mmの銅パイプ11内に
約800本詰め、銅パイプ11の両端11a、11bを
銅製の蓋(図示せず)を用い、塞ぎ、電子ビーム溶接す
ることにより封止し、ビレット(図示せず)を作製し
た。次に、このビレットを押出した後、伸線加工を繰返
することによって、直径が1mmの多芯線12(図6に
示す多芯線12)を作製した。
銅棒3を有しており、銅棒3のまわりに形成された、熱
処理されたNb含有シート1のみが4回巻き付けられて
なる第1の拡散障壁層7と、第1の拡散障壁層7のまわ
りに形成されたNb含有シート1とAl含有シート2と
を交互に重ね合わせて巻き上げてなる積層部4と、積層
部4のまわりに形成されたNb1wt%Zrシート5が
複数回巻き付けられてなる第2の拡散障壁層8とを含
む。次に、図3に示す工程において、このコア6を外径
19mm、内径16mmの高純度の銅パイプ9内に挿入
し、伸線加工することにより、図4に示す、対辺距離が
2mm、長さ200mmの六角セグメント10を作製し
た。次に、図5に示す工程において、六角セグメント1
0を、外径70mm、内径68mmの銅パイプ11内に
約800本詰め、銅パイプ11の両端11a、11bを
銅製の蓋(図示せず)を用い、塞ぎ、電子ビーム溶接す
ることにより封止し、ビレット(図示せず)を作製し
た。次に、このビレットを押出した後、伸線加工を繰返
することによって、直径が1mmの多芯線12(図6に
示す多芯線12)を作製した。
【0028】
【表1】
【0029】図6は、このようにして得られたNb3 A
l多芯線(Nb3 Al系超電導線用線材)を概略的に示
す断面図である。図6を参照して、この多芯線12は、
Cuからなるマトリックス(安定化材)13中に、N
b、Al、Nb1wt%ZrおよびCuで構成される線
材14が多数埋込まれた構造を有する。
l多芯線(Nb3 Al系超電導線用線材)を概略的に示
す断面図である。図6を参照して、この多芯線12は、
Cuからなるマトリックス(安定化材)13中に、N
b、Al、Nb1wt%ZrおよびCuで構成される線
材14が多数埋込まれた構造を有する。
【0030】図7は、線材14の断面を示す倍率500
0倍の顕微鏡写真の模式図である。図7を参照して、線
材14は、中心部に銅マトリックス(安定化材)105
を有しており、銅マトリックス105の外表面を取囲む
ように形成された第1の拡散障壁層106と、第1の拡
散障壁層106を取囲むように形成された、Nbを含有
する層107とAlを含有する層108が、渦巻き形状
に形成されてなる積層部109と、積層部109を取囲
むように形成されたNbを含有する第2の拡散障壁層1
10を含む。そして、第2の拡散障壁層110の外表面
を取囲むように銅マトリックス(安定化材)111が形
成されてなる。実施例1で、特徴的な点は、線材14の
積層部109において、Nbを含有する層107とAl
を含有する層108とが互いに、図2に示す熱処理され
たNb含有シート1とAl含有シート2とが交互に重ね
合わせね巻き上げてなる積層部4の相似形としてではな
く、Nbを含有する層107とAlを含有する層108
との接触面積が増加するように、Nbを含有する層10
7とAlを含有する層108その界面が密にジグザグ形
状になるように形成されている点である。また、第2の
拡散障壁層110は、第2の拡散障壁層110と銅マト
リックス(安定化材)111との接触面積が最小となる
ように、第2の拡散障壁層110と銅マトリックス(安
定化材)111との界面が滑らかになるように形成され
ている。そして、第2の拡散障壁層110は、積層部1
08の外表面上を周方向のいずれの場所においても、第
2の拡散障壁層110の厚さが概ね等しくなるように形
成されている点である。
0倍の顕微鏡写真の模式図である。図7を参照して、線
材14は、中心部に銅マトリックス(安定化材)105
を有しており、銅マトリックス105の外表面を取囲む
ように形成された第1の拡散障壁層106と、第1の拡
散障壁層106を取囲むように形成された、Nbを含有
する層107とAlを含有する層108が、渦巻き形状
に形成されてなる積層部109と、積層部109を取囲
むように形成されたNbを含有する第2の拡散障壁層1
10を含む。そして、第2の拡散障壁層110の外表面
を取囲むように銅マトリックス(安定化材)111が形
成されてなる。実施例1で、特徴的な点は、線材14の
積層部109において、Nbを含有する層107とAl
を含有する層108とが互いに、図2に示す熱処理され
たNb含有シート1とAl含有シート2とが交互に重ね
合わせね巻き上げてなる積層部4の相似形としてではな
く、Nbを含有する層107とAlを含有する層108
との接触面積が増加するように、Nbを含有する層10
7とAlを含有する層108その界面が密にジグザグ形
状になるように形成されている点である。また、第2の
拡散障壁層110は、第2の拡散障壁層110と銅マト
リックス(安定化材)111との接触面積が最小となる
ように、第2の拡散障壁層110と銅マトリックス(安
定化材)111との界面が滑らかになるように形成され
ている。そして、第2の拡散障壁層110は、積層部1
08の外表面上を周方向のいずれの場所においても、第
2の拡散障壁層110の厚さが概ね等しくなるように形
成されている点である。
【0031】直径が70mmのビレットを、直径が1m
mの多芯線12に減面加工するまでに、実施例1が断線
した回数を表5に示す。次に、この多芯線12を800
℃で5時間熱処理した。Nb3 Alが生成された多芯線
12の4.2K、12Tの臨界電流密度(Jc)を測定
した。結果を表5に示す。また、800℃で5時間の熱
処理を行なった後の多芯線12の銅マトリックスの残留
抵抗値を測定した。結果を表5に示す。
mの多芯線12に減面加工するまでに、実施例1が断線
した回数を表5に示す。次に、この多芯線12を800
℃で5時間熱処理した。Nb3 Alが生成された多芯線
12の4.2K、12Tの臨界電流密度(Jc)を測定
した。結果を表5に示す。また、800℃で5時間の熱
処理を行なった後の多芯線12の銅マトリックスの残留
抵抗値を測定した。結果を表5に示す。
【0032】実施例2 図8〜図12は、本発明に従うNb3 X系超電導線用線
材の一実施例としてのNb3 Al系の化合物系の超電導
線用線材の製造方法を概略的に示す工程図である。図8
を参照して、まず、溶解、圧延により製造されたNb含
有シート21を準備した。Nb含有シート21として
は、厚さ0.18mm、幅300mm、長さ600mm
のNb箔(純度99.8wt%)を用いた。
材の一実施例としてのNb3 Al系の化合物系の超電導
線用線材の製造方法を概略的に示す工程図である。図8
を参照して、まず、溶解、圧延により製造されたNb含
有シート21を準備した。Nb含有シート21として
は、厚さ0.18mm、幅300mm、長さ600mm
のNb箔(純度99.8wt%)を用いた。
【0033】次に、Nb含有シート21を800℃で約
2時間熱処理した。熱処理後のNb含有シート21の機
械的特性を表2に示す。次に、熱処理したNb含有シー
ト21の表面上に、Al含有シート22を重ね合わせ
た。Al含有シート22としては、厚さ0.05mm、
幅300mm、長さ500mmの高純度のAl箔を用い
た。Al含有シート22は、熱処理されたNb含有シー
ト21の表面上に、Nb含有シート21の片端部21a
において、Al含有シート22が重ねられていない部分
ができるように重ね合わされた。次に、直径3mm、長
さ400mmの高純度の銅棒23をNb含有シート21
の一端部21aに位置し、最初にNb含有シート21の
みを銅棒23の周りに4回巻き付けた後、Nb含有シー
ト21とAl含有シート22を重ね合わせて巻き上げて
なるコア24(図9に示すコア24)を作製した。次
に、図9に示す工程において、コア24を、外径15.
8mm、内径15.1mm、長さ300mmのNb1w
t%Zrパイプ25内に挿入した後、銅棒23の両端合
わせて100mm分の余分な銅棒を取除いた後、外径1
9mm、内径16mmの銅パイプ26内に挿入し、図1
0に示す対辺距離が2mm、長さ200mmの六角セグ
メント30を作製した。次に、図11に示す工程におい
て、六角セグメント30を、外径70mm、内径68m
mの高純度の銅パイプ31内に約800本詰め、銅パイ
プ31の両端31a、31bを銅製の蓋(図示せず)を
用い、塞ぎ、電子ビーム溶接することにより封止し、ビ
レット(図示せず)を作製した。次に、ビレットを押出
した後、伸線加工を繰返することによって、直径が1m
mの多芯線32(図12に示す多芯線32)を作製し
た。
2時間熱処理した。熱処理後のNb含有シート21の機
械的特性を表2に示す。次に、熱処理したNb含有シー
ト21の表面上に、Al含有シート22を重ね合わせ
た。Al含有シート22としては、厚さ0.05mm、
幅300mm、長さ500mmの高純度のAl箔を用い
た。Al含有シート22は、熱処理されたNb含有シー
ト21の表面上に、Nb含有シート21の片端部21a
において、Al含有シート22が重ねられていない部分
ができるように重ね合わされた。次に、直径3mm、長
さ400mmの高純度の銅棒23をNb含有シート21
の一端部21aに位置し、最初にNb含有シート21の
みを銅棒23の周りに4回巻き付けた後、Nb含有シー
ト21とAl含有シート22を重ね合わせて巻き上げて
なるコア24(図9に示すコア24)を作製した。次
に、図9に示す工程において、コア24を、外径15.
8mm、内径15.1mm、長さ300mmのNb1w
t%Zrパイプ25内に挿入した後、銅棒23の両端合
わせて100mm分の余分な銅棒を取除いた後、外径1
9mm、内径16mmの銅パイプ26内に挿入し、図1
0に示す対辺距離が2mm、長さ200mmの六角セグ
メント30を作製した。次に、図11に示す工程におい
て、六角セグメント30を、外径70mm、内径68m
mの高純度の銅パイプ31内に約800本詰め、銅パイ
プ31の両端31a、31bを銅製の蓋(図示せず)を
用い、塞ぎ、電子ビーム溶接することにより封止し、ビ
レット(図示せず)を作製した。次に、ビレットを押出
した後、伸線加工を繰返することによって、直径が1m
mの多芯線32(図12に示す多芯線32)を作製し
た。
【0034】なお、用いたNb1wt%Zrパイプ25
の機械的特性を表2に示す。
の機械的特性を表2に示す。
【0035】
【表2】
【0036】図12は、このようにして得られた多芯線
32を概略的に示す断面図である。図12を参照して、
この多芯線32は、Cuからなるマトリックス(安定化
材)33中に、Nb、Al、Nb1wt%ZrおよびC
uで構成される線材34が多数埋込まれた構造を有す
る。なお、線材34を顕微鏡により観察したが、線材3
4は、実施例1に示す線材14と同様の形状であった。
32を概略的に示す断面図である。図12を参照して、
この多芯線32は、Cuからなるマトリックス(安定化
材)33中に、Nb、Al、Nb1wt%ZrおよびC
uで構成される線材34が多数埋込まれた構造を有す
る。なお、線材34を顕微鏡により観察したが、線材3
4は、実施例1に示す線材14と同様の形状であった。
【0037】直径が70mmのビレットを、直径が1m
mの多芯線32に減面加工するまでに実施例2が断線し
た回数を表5に示す。次に、この多芯線32を800℃
で5時間熱処理した。Nb3 Alが生成された多芯線3
2の4.2K、12Tの臨界電流密度(Jc)を測定し
た。結果を表5に示す。また、800℃で5時間の熱処
理を行なった後の多芯線32の銅マトリックスの残留抵
抗量を測定した。結果を表5に示す。
mの多芯線32に減面加工するまでに実施例2が断線し
た回数を表5に示す。次に、この多芯線32を800℃
で5時間熱処理した。Nb3 Alが生成された多芯線3
2の4.2K、12Tの臨界電流密度(Jc)を測定し
た。結果を表5に示す。また、800℃で5時間の熱処
理を行なった後の多芯線32の銅マトリックスの残留抵
抗量を測定した。結果を表5に示す。
【0038】実施例3 図13〜図18は、本発明に従うNb3 X超電導線用線
材の一実施例としてのNb3 Al系の化合物系超電導線
用線材の製造方法を概略的に示す工程図である。実施例
3は、実施例1とは、Nb1wt%Zrシート5に代え
て、Nb1wt%Tiシートを用いる以外は同様にし
て、多芯線を作製した例である。すなわち、図13を参
照して、まず、溶解、圧延により製造されたNb含有シ
ート41を準備した。Nb含有シート41としては、厚
さ0.18mm、幅300mm、長さ600mmのNb
箔(純度99.8wt%)を用いた。
材の一実施例としてのNb3 Al系の化合物系超電導線
用線材の製造方法を概略的に示す工程図である。実施例
3は、実施例1とは、Nb1wt%Zrシート5に代え
て、Nb1wt%Tiシートを用いる以外は同様にし
て、多芯線を作製した例である。すなわち、図13を参
照して、まず、溶解、圧延により製造されたNb含有シ
ート41を準備した。Nb含有シート41としては、厚
さ0.18mm、幅300mm、長さ600mmのNb
箔(純度99.8wt%)を用いた。
【0039】次に、Nb含有シート41を800℃で約
2時間熱処理した。熱処理後のNb含有シート41の機
械的特性を表3に示す。次に、熱処理したNb含有シー
ト41の表面上に、Al含有シート42を重ね合わせ
た。Al含有シート42としては、厚さ0.05mm、
幅300mm、長さ500mmの高純度のAl箔を用い
た。
2時間熱処理した。熱処理後のNb含有シート41の機
械的特性を表3に示す。次に、熱処理したNb含有シー
ト41の表面上に、Al含有シート42を重ね合わせ
た。Al含有シート42としては、厚さ0.05mm、
幅300mm、長さ500mmの高純度のAl箔を用い
た。
【0040】Al含有シート42は、熱処理されたNb
含有シート41の表面上に、Nb含有シート41の片端
部41aにおいて、Al含有シート42が重ねられてい
ない部分ができるように重ね合わされた。
含有シート41の表面上に、Nb含有シート41の片端
部41aにおいて、Al含有シート42が重ねられてい
ない部分ができるように重ね合わされた。
【0041】次に、直径3mm、長さ400mmの高純
度の銅棒43を熱処理されたNb含有シート41の一端
部41aに位置し、最初に、Nb含有シート41のみを
銅棒43のまわりに4回巻き付けた後、Nb含有シート
41とAl含有シート42を交互に重ね合わせて巻き上
げてなる積層部44(図14に示す積層部44)を作製
した。次に、積層部44の外表面に、厚さ0.18m
m、幅300m、長さ200mmのNb1wt%Tiシ
ート45をさらに巻き付けて、コア46(図14に示す
コア46)を作製した。なお、用いたNb1wt%Ti
シート45の機械的特性を表3に示す。次に、銅棒43
の両端を合わせて100mm分の余分な銅棒を取除い
た。図14は、このようにして得られたコア46を概略
的に示す断面図である。なお、コア46は、以下の点を
除いて、図2に示すコア6と同様である。すなわち、コ
ア46において、図2に示すコア6の銅棒3が銅棒43
に、第1の拡散障壁層7が第1の拡散障壁層47に、積
層部4が積層部44に相当する。コア46においては、
積層部44の周りにNb1wt%Tiシート45が複数
回巻き付けられてなる第2の拡散障壁層48を含む。
度の銅棒43を熱処理されたNb含有シート41の一端
部41aに位置し、最初に、Nb含有シート41のみを
銅棒43のまわりに4回巻き付けた後、Nb含有シート
41とAl含有シート42を交互に重ね合わせて巻き上
げてなる積層部44(図14に示す積層部44)を作製
した。次に、積層部44の外表面に、厚さ0.18m
m、幅300m、長さ200mmのNb1wt%Tiシ
ート45をさらに巻き付けて、コア46(図14に示す
コア46)を作製した。なお、用いたNb1wt%Ti
シート45の機械的特性を表3に示す。次に、銅棒43
の両端を合わせて100mm分の余分な銅棒を取除い
た。図14は、このようにして得られたコア46を概略
的に示す断面図である。なお、コア46は、以下の点を
除いて、図2に示すコア6と同様である。すなわち、コ
ア46において、図2に示すコア6の銅棒3が銅棒43
に、第1の拡散障壁層7が第1の拡散障壁層47に、積
層部4が積層部44に相当する。コア46においては、
積層部44の周りにNb1wt%Tiシート45が複数
回巻き付けられてなる第2の拡散障壁層48を含む。
【0042】次に、図15に示す工程において、このコ
ア46を外径19mm、内径16mmの高純度の銅パイ
プ49内に挿入し、伸線加工することにより、図16に
示す、対辺距離が2mm、長さ200mmの六角セグメ
ント50を作製した。次に、図17に示す工程におい
て、六角セグメント50を、外径70mm、内径68m
mの銅バイプ51内に約800本詰め、銅パイプ51の
両端51a、51bを銅性の蓋(図示せず)を用い、塞
ぎ、電子ビーム溶接することにより封止し、ビレット
(図示せず)を作製した。次に、このビレットを押出し
た後伸線加工を繰返することによって、直径が1mmの
多芯線52(図18に示す多芯線52)を作製した。
ア46を外径19mm、内径16mmの高純度の銅パイ
プ49内に挿入し、伸線加工することにより、図16に
示す、対辺距離が2mm、長さ200mmの六角セグメ
ント50を作製した。次に、図17に示す工程におい
て、六角セグメント50を、外径70mm、内径68m
mの銅バイプ51内に約800本詰め、銅パイプ51の
両端51a、51bを銅性の蓋(図示せず)を用い、塞
ぎ、電子ビーム溶接することにより封止し、ビレット
(図示せず)を作製した。次に、このビレットを押出し
た後伸線加工を繰返することによって、直径が1mmの
多芯線52(図18に示す多芯線52)を作製した。
【0043】
【表3】
【0044】図18は、このようにして得られたNb3
Al多芯線(Nb3 Al系超電導線用線材)を概略的に
示す断面図である。図18を参照して、この多芯線52
は、Cuからなるマトリックス(安定化材)53中に、
Nb、Al、Nb1wt%TiおよびCuで構成される
線材54が多数埋込まれた構造を有する。
Al多芯線(Nb3 Al系超電導線用線材)を概略的に
示す断面図である。図18を参照して、この多芯線52
は、Cuからなるマトリックス(安定化材)53中に、
Nb、Al、Nb1wt%TiおよびCuで構成される
線材54が多数埋込まれた構造を有する。
【0045】なお、線材54を顕微鏡により観察した
が、線材54は、実施例1に示す線材14と同様の形状
であった。
が、線材54は、実施例1に示す線材14と同様の形状
であった。
【0046】直径が70mmのビレットを、直径が1m
mの多芯線52に減面加工するまでに、実施例2が断線
した回数を表5に示す。次に、この多芯線52を800
℃で5時間熱処理した。Nb3 Alが生成された多芯線
52の4.2K、12Tの臨界電流密度(Jc)を測定
した。結果を表5に示す。また、800℃で5時間の熱
処理を行なった後の多芯線52の銅マトリックスの残留
抵抗量を測定した。結果を表5に示す。
mの多芯線52に減面加工するまでに、実施例2が断線
した回数を表5に示す。次に、この多芯線52を800
℃で5時間熱処理した。Nb3 Alが生成された多芯線
52の4.2K、12Tの臨界電流密度(Jc)を測定
した。結果を表5に示す。また、800℃で5時間の熱
処理を行なった後の多芯線52の銅マトリックスの残留
抵抗量を測定した。結果を表5に示す。
【0047】参考例 図19〜図25は、本発明者らが、特願平5−1540
4(出願日平成5年2月2日)において開示しているN
b3 X系超電導線用線材およびNb3 X系超電導線の製
造方法に従うNb3 Al系の超電導線の製造方法を概略
的に示す工程図である。参考例は、実施例1とは、第1
の拡散障壁層、第2の拡散障壁層をともに、溶解、圧延
により製造された第1のシートを、一度、約700℃〜
900℃の温度範囲で、約2時間の熱処理したNb箔を
用いて形成している点を除けば、同様である。すなわ
ち、図19を参照して、溶解圧延により製造されたNb
含有シート61を準備した。Nb含有シート61として
は、厚さ0.18mm、幅300mm、長さ800mm
のNb箔(純度99.8wt%)を用いた。次に、次
に、このNb含有シート61を、800℃で約2時間熱
処理した。熱処理後のNb含有シート61の機械的特性
を表4に示す。次に、熱処理されたNb含有シート61
の表面上に、Al含有シート62を重ね合わせた。Al
含有シート62としては、厚さ0.05mm、幅300
mm、長さ500mmの高純度のAl箔を用いた。Al
含有シート62は、熱処理されたNb含有シート61の
表面上に、熱処理されたNb含有シート61の両端部6
1a、61bにおいて、Al含有シート62が重ねられ
ていない部分ができるように重ね合わされた。次に、直
径3mm、長さ400mmの高純度の銅棒63を、熱処
理されたNb含有シート61の1端部61aに位置し、
最初に、熱処理されたNb含有シート61のみを銅棒6
3の周りに4回巻き付けた後、Nb含有j 61とAl含
有シート62を交互に重ね合わせて巻き上げてなる積層
部64(図20に示す積層部64)を作製した後、さら
に、熱処理されたNb含有シート61の他端部61bを
用い、熱処理されたNb含有シート61のみを巻付け、
コア66(図20に示すコア66)を作製した。次に、
銅棒63の両端を合わせて100mm分の余分な銅棒を
取除いた。図20は、このようにして得られたコア66
を概略的に示す断面図である。図20を参照して、この
コア66は、中心部に銅棒を63を有しており、銅棒を
63の周りに形成された、熱処理されたNb含有シート
61のみが4回巻き付けられてなる第1の拡散障壁層6
7と、第1の拡散障壁層67の周りに形成されたNb含
有シート61とAl含有シート62とを交互に重ね合わ
せて巻き上げてなる積層部64と、積層部64の周りに
形成された、熱処理されたNb含有シート61が複数回
巻き付けられてなる第2の拡散障壁層68を含む。次
に、図21に示す工程において、このコア66を外径1
9mm、内径16mmの銅パイプ69内に挿入し、伸線
加工することにより、図22に示す対辺距離が2mm、
長さ200mmの六角セグメント70を作製した。次
に、図23に示す工程において、六角セグメント70
を、外径70mm、内径68mmの銅パイプ71内に約
800本詰め、銅パイプ71の両端71a、71bを銅
性の蓋(図示せず)を用い、塞ぎ、電子ビーム溶接する
ことにより封止し、ビレット(図示せず)を作製した。
次に、このビレットを押出加工した後、伸線加工を繰返
することによって、直径が1mmの多芯線72(図24
に示す多芯線72)を作製した。
4(出願日平成5年2月2日)において開示しているN
b3 X系超電導線用線材およびNb3 X系超電導線の製
造方法に従うNb3 Al系の超電導線の製造方法を概略
的に示す工程図である。参考例は、実施例1とは、第1
の拡散障壁層、第2の拡散障壁層をともに、溶解、圧延
により製造された第1のシートを、一度、約700℃〜
900℃の温度範囲で、約2時間の熱処理したNb箔を
用いて形成している点を除けば、同様である。すなわ
ち、図19を参照して、溶解圧延により製造されたNb
含有シート61を準備した。Nb含有シート61として
は、厚さ0.18mm、幅300mm、長さ800mm
のNb箔(純度99.8wt%)を用いた。次に、次
に、このNb含有シート61を、800℃で約2時間熱
処理した。熱処理後のNb含有シート61の機械的特性
を表4に示す。次に、熱処理されたNb含有シート61
の表面上に、Al含有シート62を重ね合わせた。Al
含有シート62としては、厚さ0.05mm、幅300
mm、長さ500mmの高純度のAl箔を用いた。Al
含有シート62は、熱処理されたNb含有シート61の
表面上に、熱処理されたNb含有シート61の両端部6
1a、61bにおいて、Al含有シート62が重ねられ
ていない部分ができるように重ね合わされた。次に、直
径3mm、長さ400mmの高純度の銅棒63を、熱処
理されたNb含有シート61の1端部61aに位置し、
最初に、熱処理されたNb含有シート61のみを銅棒6
3の周りに4回巻き付けた後、Nb含有j 61とAl含
有シート62を交互に重ね合わせて巻き上げてなる積層
部64(図20に示す積層部64)を作製した後、さら
に、熱処理されたNb含有シート61の他端部61bを
用い、熱処理されたNb含有シート61のみを巻付け、
コア66(図20に示すコア66)を作製した。次に、
銅棒63の両端を合わせて100mm分の余分な銅棒を
取除いた。図20は、このようにして得られたコア66
を概略的に示す断面図である。図20を参照して、この
コア66は、中心部に銅棒を63を有しており、銅棒を
63の周りに形成された、熱処理されたNb含有シート
61のみが4回巻き付けられてなる第1の拡散障壁層6
7と、第1の拡散障壁層67の周りに形成されたNb含
有シート61とAl含有シート62とを交互に重ね合わ
せて巻き上げてなる積層部64と、積層部64の周りに
形成された、熱処理されたNb含有シート61が複数回
巻き付けられてなる第2の拡散障壁層68を含む。次
に、図21に示す工程において、このコア66を外径1
9mm、内径16mmの銅パイプ69内に挿入し、伸線
加工することにより、図22に示す対辺距離が2mm、
長さ200mmの六角セグメント70を作製した。次
に、図23に示す工程において、六角セグメント70
を、外径70mm、内径68mmの銅パイプ71内に約
800本詰め、銅パイプ71の両端71a、71bを銅
性の蓋(図示せず)を用い、塞ぎ、電子ビーム溶接する
ことにより封止し、ビレット(図示せず)を作製した。
次に、このビレットを押出加工した後、伸線加工を繰返
することによって、直径が1mmの多芯線72(図24
に示す多芯線72)を作製した。
【0048】
【表4】
【0049】図24は、このようにして得られたNb3
Al多芯線(Nb3 Al系超電導線用線材)を概略的に
示す断面図である。図24を参照して、この多芯線72
は、Cuからなるマトリックス(安定化材)73中に、
Nb、Al、およびCuで構成される線材74が多数埋
込まれた構造を有する。図25は、線材74の断面を示
す倍率5000倍の顕微鏡写真の模式図である。図25
を参照して、線材74は、中心部に銅マトリックス(安
定化材)115を有しており、銅マトリックス115の
外表面を取囲むように形成された第1の拡散障壁層11
6と、第2の拡散障壁層116を取囲むように形成され
たNbを含有する層117とAlを含有する層118
が、渦巻き形状に形成されてなる積層部119と、積層
部119を取囲むうように形成されたNbを含有する第
2の拡散障壁層120を含む。そして、第2の拡散障壁
層120の外表面を取囲むように、銅マトリックス(安
定化材)121が形成されてなる。この参考例で、特徴
的な点は、線材74の積層部119において、Nbを含
有する層117とAl含有する層118とが、互いに、
図20に示す熱処理されたNb含有シート61とAl含
有シート62とが交互に重ね合わせて巻き上げてなる積
層部64の相似形としてではなく、Nbを含有する層1
17とAlを含有する層118が互いに。Nbを含有す
る層117とAlを含有する層118との接触面積が増
加するように、Nbを含有する層117とAlを含有す
る層118との界面がジグザグ形状になるように形成さ
れている点である。この点は、実施例1と同様である。
しかしながら、参考例では、第2の拡散障壁層120
は、積層部119と第2の拡散障壁層120の界面が、
密にジグザグ形状になるように形成されている。また、
第2の拡散障壁層120は、銅マトリックス(安定化
材)121と第2の拡散障壁層120との界面が密にジ
グザグ形状になるように形成されている。
Al多芯線(Nb3 Al系超電導線用線材)を概略的に
示す断面図である。図24を参照して、この多芯線72
は、Cuからなるマトリックス(安定化材)73中に、
Nb、Al、およびCuで構成される線材74が多数埋
込まれた構造を有する。図25は、線材74の断面を示
す倍率5000倍の顕微鏡写真の模式図である。図25
を参照して、線材74は、中心部に銅マトリックス(安
定化材)115を有しており、銅マトリックス115の
外表面を取囲むように形成された第1の拡散障壁層11
6と、第2の拡散障壁層116を取囲むように形成され
たNbを含有する層117とAlを含有する層118
が、渦巻き形状に形成されてなる積層部119と、積層
部119を取囲むうように形成されたNbを含有する第
2の拡散障壁層120を含む。そして、第2の拡散障壁
層120の外表面を取囲むように、銅マトリックス(安
定化材)121が形成されてなる。この参考例で、特徴
的な点は、線材74の積層部119において、Nbを含
有する層117とAl含有する層118とが、互いに、
図20に示す熱処理されたNb含有シート61とAl含
有シート62とが交互に重ね合わせて巻き上げてなる積
層部64の相似形としてではなく、Nbを含有する層1
17とAlを含有する層118が互いに。Nbを含有す
る層117とAlを含有する層118との接触面積が増
加するように、Nbを含有する層117とAlを含有す
る層118との界面がジグザグ形状になるように形成さ
れている点である。この点は、実施例1と同様である。
しかしながら、参考例では、第2の拡散障壁層120
は、積層部119と第2の拡散障壁層120の界面が、
密にジグザグ形状になるように形成されている。また、
第2の拡散障壁層120は、銅マトリックス(安定化
材)121と第2の拡散障壁層120との界面が密にジ
グザグ形状になるように形成されている。
【0050】直径が70mmのビレットを、直径が1m
mの多芯線82の減面加工するまでに、参考例が断線し
た回数を表5に示す。次に、この多芯線82を800℃
で5時間熱処理した。Nb3 Alが生成された多芯線7
2の4.2K、12Tの臨界電流密度(Jc)を測定し
た。結果を表5に示す。また、800℃で5時間の熱処
理を行なったの上にの多芯線72の銅マトリックスの残
留抵抗比を測定した。結果を表5に示す。
mの多芯線82の減面加工するまでに、参考例が断線し
た回数を表5に示す。次に、この多芯線82を800℃
で5時間熱処理した。Nb3 Alが生成された多芯線7
2の4.2K、12Tの臨界電流密度(Jc)を測定し
た。結果を表5に示す。また、800℃で5時間の熱処
理を行なったの上にの多芯線72の銅マトリックスの残
留抵抗比を測定した。結果を表5に示す。
【0051】
【表5】
【0052】表5より明らかなように、実施例1、実施
例2および実施例3は、参考例に比べ、臨界電流密度
(Jc)が高く、また、安定化材として用いているCu
からなるマトリックスの残留抵抗比が大きくなってい
る。すなわち、参考例では、安定化材として用いている
Cuからなるマトリックスの残留抵抗比が100以下で
あり、Nb3 Alを生成するための熱処理の際、Al原
子が拡散障壁層を熱拡散し、Cuからなるマトリックス
層中へ到達し、Cuからなるマトリックスを汚染し、残
留抵抗比が100以下まで下がっている。他方、実施例
1、実施例2および実施例3は、安定化材として用いて
いるCuからなるマトリックスの残留抵抗比が大きくな
っている。すなわち、実施例1、実施例2、実施例3で
は、拡散障壁層として、Nb1wt%Zr、Nb1wt
%TiからなるNbを含む合金を用いることにより、拡
散障壁層としての健全性が保たれ、Nb3 Alを生成す
るための熱処理の際、CuからなるマトリックスのAl
原子による汚染が低減していることがわかる。また、拡
散障壁層として、第1のシートより引っ張り強さの大き
い金属材料を用いることにより、減面加工時の断線回数
が低減する結果、本発明に従えば、より長尺の多芯線を
容易に製造することができる。
例2および実施例3は、参考例に比べ、臨界電流密度
(Jc)が高く、また、安定化材として用いているCu
からなるマトリックスの残留抵抗比が大きくなってい
る。すなわち、参考例では、安定化材として用いている
Cuからなるマトリックスの残留抵抗比が100以下で
あり、Nb3 Alを生成するための熱処理の際、Al原
子が拡散障壁層を熱拡散し、Cuからなるマトリックス
層中へ到達し、Cuからなるマトリックスを汚染し、残
留抵抗比が100以下まで下がっている。他方、実施例
1、実施例2および実施例3は、安定化材として用いて
いるCuからなるマトリックスの残留抵抗比が大きくな
っている。すなわち、実施例1、実施例2、実施例3で
は、拡散障壁層として、Nb1wt%Zr、Nb1wt
%TiからなるNbを含む合金を用いることにより、拡
散障壁層としての健全性が保たれ、Nb3 Alを生成す
るための熱処理の際、CuからなるマトリックスのAl
原子による汚染が低減していることがわかる。また、拡
散障壁層として、第1のシートより引っ張り強さの大き
い金属材料を用いることにより、減面加工時の断線回数
が低減する結果、本発明に従えば、より長尺の多芯線を
容易に製造することができる。
【0053】また、図7を参照して、実施例1は、第2
の拡散障壁層110が、積層部109の外表面を取囲む
ように、周方向のいずれの場所においても、第2の拡散
障壁層110の壁の厚さが概ね等しくなるように形成さ
れている。また、第2の拡散障壁層110と銅マトリッ
クス(安定化材)111との界面も、図25に示す参考
例に比べ、第2の拡散障壁層110と銅マトリックス
(安定化材)111との接触面積が少なくなるように、
滑らかに形成されている。この点は、実施例2および実
施例3も同様である。実施例1、実施例2および実施例
3は、Nb3 Alを生成するための熱処理工程におい
て、Al原子が銅マトリックス(安定化材)111中へ
熱拡散し、不純物として取込まれるのを防ぐことができ
る結果、参考例に比べ、銅マトリックス(安定化材)の
残留抵抗比が大きくなっている。
の拡散障壁層110が、積層部109の外表面を取囲む
ように、周方向のいずれの場所においても、第2の拡散
障壁層110の壁の厚さが概ね等しくなるように形成さ
れている。また、第2の拡散障壁層110と銅マトリッ
クス(安定化材)111との界面も、図25に示す参考
例に比べ、第2の拡散障壁層110と銅マトリックス
(安定化材)111との接触面積が少なくなるように、
滑らかに形成されている。この点は、実施例2および実
施例3も同様である。実施例1、実施例2および実施例
3は、Nb3 Alを生成するための熱処理工程におい
て、Al原子が銅マトリックス(安定化材)111中へ
熱拡散し、不純物として取込まれるのを防ぐことができ
る結果、参考例に比べ、銅マトリックス(安定化材)の
残留抵抗比が大きくなっている。
【0054】実施例1、実施例2および実施例3によれ
ば、特に、拡散障壁層を膜厚に形成することなく、コア
を減面加工しても減面加工後の拡散障壁層が、Nb3 X
を生成するための熱処理工程において、X原子によるC
uマトリックスの汚染を防止するように健全に形成され
ているため、本発明に従うNb3 X系超電導線用線材
は、従来のNb3 X系超電導線用線材に比べ、減面加工
率を向上させることができる。そして、本発明に従うN
b3 X系超電導線を用いて製造されるNb3 X系超電導
線は、従来のNb3 X系超電導線に比べ高い臨界電流密
度(Jc)と、銅マトリックスの残留抵抗比が大きいも
のとなる。
ば、特に、拡散障壁層を膜厚に形成することなく、コア
を減面加工しても減面加工後の拡散障壁層が、Nb3 X
を生成するための熱処理工程において、X原子によるC
uマトリックスの汚染を防止するように健全に形成され
ているため、本発明に従うNb3 X系超電導線用線材
は、従来のNb3 X系超電導線用線材に比べ、減面加工
率を向上させることができる。そして、本発明に従うN
b3 X系超電導線を用いて製造されるNb3 X系超電導
線は、従来のNb3 X系超電導線に比べ高い臨界電流密
度(Jc)と、銅マトリックスの残留抵抗比が大きいも
のとなる。
【0055】なお、実施例1、実施例2、実施例3で
は、第2の拡散障壁層のみが、純NbまたはNbを含む
合金からなる第1のシートに比べ、引っ張り強さの大き
い金属材料で形成されているNb3 X系超電導線用線材
を示したが、本発明は、これらの実施例によって何ら限
定されるものではない。本発明に従うNb3 X系超電導
線用線材は、第2の拡散障壁層と、第2の拡散障壁層の
双方がともに、純NbまたはNbを含む合金からなる第
1のシートに比べ、引っ張り強さの大きい金属材料で形
成されているNb3 X系超電導線用線材を含む。
は、第2の拡散障壁層のみが、純NbまたはNbを含む
合金からなる第1のシートに比べ、引っ張り強さの大き
い金属材料で形成されているNb3 X系超電導線用線材
を示したが、本発明は、これらの実施例によって何ら限
定されるものではない。本発明に従うNb3 X系超電導
線用線材は、第2の拡散障壁層と、第2の拡散障壁層の
双方がともに、純NbまたはNbを含む合金からなる第
1のシートに比べ、引っ張り強さの大きい金属材料で形
成されているNb3 X系超電導線用線材を含む。
【0056】なお、実施例1、実施例2および実施例3
では、第2の拡散障壁層として、Nb1wt%Zr、N
b1wt%Tiを用いた例を示したが、本発明は、第2
の拡散障壁層として、純NbまたはNbを含む合金から
なる第1のシートと同じ組成の金属材料を用いることも
できる。第2の拡散障壁層として、例えば、純Nbを用
いる場合は、積層部を形成する第1のシートとして用い
る純Nbとして、圧延により形成された純Nbシートを
特願平5−15404に従って、700℃〜1300℃
の温度範囲で1時間〜10時間、より好ましくは、70
0℃〜800℃で2時間程度の熱処理をしたものを用
い、他方、第2の拡散障壁層として用いる純Nbについ
ては、圧延等の冷間加工等により形成された純Nbシー
ト、または、純Nbパイプ等をそのまま用いればよい。
積層部を形成する純Nbシートは、熱処理されることに
より、引っ張り強さおよび硬さが圧延等の冷間加工によ
り形成された純Nbシートまたは純Nbパイプに比べ低
下する。そして、積層部を形成する純Nbシートは、熱
処理されることにより、結晶が再調整され、すべり面の
方向が概ね無配向性となる。他方、第2の拡散障壁層と
して用いる純Nbについては、圧延等の冷間加工の際
に、結晶がある程度配向性となっている。なお、純Nb
またはNbを含む合金からなる第1のシートを熱処理す
る工程は、10- 5 torr〜10- 7 torrの真空
度で行なうことが好ましい。
では、第2の拡散障壁層として、Nb1wt%Zr、N
b1wt%Tiを用いた例を示したが、本発明は、第2
の拡散障壁層として、純NbまたはNbを含む合金から
なる第1のシートと同じ組成の金属材料を用いることも
できる。第2の拡散障壁層として、例えば、純Nbを用
いる場合は、積層部を形成する第1のシートとして用い
る純Nbとして、圧延により形成された純Nbシートを
特願平5−15404に従って、700℃〜1300℃
の温度範囲で1時間〜10時間、より好ましくは、70
0℃〜800℃で2時間程度の熱処理をしたものを用
い、他方、第2の拡散障壁層として用いる純Nbについ
ては、圧延等の冷間加工等により形成された純Nbシー
ト、または、純Nbパイプ等をそのまま用いればよい。
積層部を形成する純Nbシートは、熱処理されることに
より、引っ張り強さおよび硬さが圧延等の冷間加工によ
り形成された純Nbシートまたは純Nbパイプに比べ低
下する。そして、積層部を形成する純Nbシートは、熱
処理されることにより、結晶が再調整され、すべり面の
方向が概ね無配向性となる。他方、第2の拡散障壁層と
して用いる純Nbについては、圧延等の冷間加工の際
に、結晶がある程度配向性となっている。なお、純Nb
またはNbを含む合金からなる第1のシートを熱処理す
る工程は、10- 5 torr〜10- 7 torrの真空
度で行なうことが好ましい。
【0057】また、実施例1、実施例2および実施例3
では、拡散障壁層として、第1のシートの硬さよりも硬
さが大きい金属材料を用いている。その結果、第1のシ
ートと第2のシートとを交互に重ね合わせね巻き上げて
なる線材の減面加工時の不均一な変形を防ぐことができ
る結果、第1のシートと第2のシートを交互に重ね合わ
せて巻き上げてなる線材を均一に減面加工することがで
きる。すなわち、本発明に従うNb3 X系超電導線用線
材は、従来のNb3 X系超電導線用線材に比べ、減面加
工率を向上させることができる。そして、本発明に従う
Nb3 X系超電導線を用いて製造されるNb3 X系超電
導線は、従来のNb3 X系超電導線に比べ高い臨界電流
密度(Jc)と、銅マトリックスの残留抵抗比が大きい
ものとなる。
では、拡散障壁層として、第1のシートの硬さよりも硬
さが大きい金属材料を用いている。その結果、第1のシ
ートと第2のシートとを交互に重ね合わせね巻き上げて
なる線材の減面加工時の不均一な変形を防ぐことができ
る結果、第1のシートと第2のシートを交互に重ね合わ
せて巻き上げてなる線材を均一に減面加工することがで
きる。すなわち、本発明に従うNb3 X系超電導線用線
材は、従来のNb3 X系超電導線用線材に比べ、減面加
工率を向上させることができる。そして、本発明に従う
Nb3 X系超電導線を用いて製造されるNb3 X系超電
導線は、従来のNb3 X系超電導線に比べ高い臨界電流
密度(Jc)と、銅マトリックスの残留抵抗比が大きい
ものとなる。
【0058】
【発明の効果】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材
は、以上のように構成されている結果、コアの減面加工
時の不均一な変形や断線の発生が低減され、加工性が大
幅に改善されており、また、そのように加工性を大幅に
改善しても、拡散障壁層の健全性が十分に保たれてい
る。したがって、本発明に従うNb3 X系超電導線用線
材は、Nb3 Xを生成するための熱処理を行なうことに
より、臨界電流密度(Jc)が高く、安定化材の残留抵
抗比の大きい、高性能のNb3 X系超電導線を提供する
ことができる。
は、以上のように構成されている結果、コアの減面加工
時の不均一な変形や断線の発生が低減され、加工性が大
幅に改善されており、また、そのように加工性を大幅に
改善しても、拡散障壁層の健全性が十分に保たれてい
る。したがって、本発明に従うNb3 X系超電導線用線
材は、Nb3 Xを生成するための熱処理を行なうことに
より、臨界電流密度(Jc)が高く、安定化材の残留抵
抗比の大きい、高性能のNb3 X系超電導線を提供する
ことができる。
【図1】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一実
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第1の工程を概略的に示す斜視図である。
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第1の工程を概略的に示す斜視図である。
【図2】図1に示す工程において作製された線材を概略
的に示す断面図である。
的に示す断面図である。
【図3】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一実
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第2の工程を概略的に示す斜視図である。
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第2の工程を概略的に示す斜視図である。
【図4】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一実
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第3の工程を概略的に示す斜視図である。
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第3の工程を概略的に示す斜視図である。
【図5】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一実
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第4の工程を概略的に示す斜視図である。
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第4の工程を概略的に示す斜視図である。
【図6】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一実
施例としてのNb3 Al系超電導線として用いる多芯線
を概略的に示す断面図である。
施例としてのNb3 Al系超電導線として用いる多芯線
を概略的に示す断面図である。
【図7】図6に示す線材14を拡大して概略的に示す断
面図である。
面図である。
【図8】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一実
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第1の工程を概略的に示す斜視図である。
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第1の工程を概略的に示す斜視図である。
【図9】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一実
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第2の工程を概略的に示す斜視図である。
施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程の
第2の工程を概略的に示す斜視図である。
【図10】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第3の工程を概略的に示す斜視図である。
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第3の工程を概略的に示す斜視図である。
【図11】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第4の工程を概略的に示す斜視図である。
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第4の工程を概略的に示す斜視図である。
【図12】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一
実施例としてのNb3 Al系超電導線として用いる多芯
線を概略的に示す断面図である。
実施例としてのNb3 Al系超電導線として用いる多芯
線を概略的に示す断面図である。
【図13】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第1の工程を概略的に示す斜視図である。
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第1の工程を概略的に示す斜視図である。
【図14】図13に示す工程において作製された線材を
概略的に示す断面図である。
概略的に示す断面図である。
【図15】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第2の工程を概略的に示す斜視図である。
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第2の工程を概略的に示す斜視図である。
【図16】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第3の工程を概略的に示す斜視図である。
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第3の工程を概略的に示す斜視図である。
【図17】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第4の工程を概略的に示す斜視図である。
実施例としてのNb3 Al系超電導線用線材の製造工程
の第4の工程を概略的に示す斜視図である。
【図18】本発明に従うNb3 X系超電導線用線材の一
実施例としてのNb3 Al系超電導線として用いる多芯
線を概略的に示す断面図である。
実施例としてのNb3 Al系超電導線として用いる多芯
線を概略的に示す断面図である。
【図19】参考例としてのNb3 Al系超電導線用線材
の製造工程の第1の工程を概略的に示す斜視図である。
の製造工程の第1の工程を概略的に示す斜視図である。
【図20】図19に示す工程において作製された線材を
概略的に示す断面図である。
概略的に示す断面図である。
【図21】参考例としてのNb3 Al系超電導線用線材
の製造工程の第2の工程を概略的に示す斜視図である。
の製造工程の第2の工程を概略的に示す斜視図である。
【図22】参考例としてのNb3 Al系超電導線用線材
の製造工程の第3の工程を概略的に示す斜視図である。
の製造工程の第3の工程を概略的に示す斜視図である。
【図23】参考例としてのNb3 Al系超電導線用線材
の製造工程の第4の工程を概略的に示す斜視図である。
の製造工程の第4の工程を概略的に示す斜視図である。
【図24】参考例としてのNb3 Al系超電導線として
用いる多芯線を概略的に示す断面図である。
用いる多芯線を概略的に示す断面図である。
【図25】図24に示す線材74を拡大して概略的に示
す断面図である。
す断面図である。
【図26】Nb−Al二元系合金状態図である。
【図27】ジュリーロール法によるNb3 Al多芯線の
製造方法を概略的に示す工程図である。
製造方法を概略的に示す工程図である。
104 線材 107 第1のシート 108 第2のシート 110 拡散障壁層 111 安定化材層
Claims (2)
- 【請求項1】 純NbまたはNbを含む合金からなる第
1のシートと、前記Nbと反応して超電導性を示す化合
物を作る金属原子XまたはXを含む合金からなる第2の
シートとを重ね合わせて巻き上げてなる線材と、 前記線材を取囲むように設けられた安定化材層と、 前記線材の外表面と前記安定化材層の内表面との間に設
けられ、前記安定化材層中へ前記金属原子Xが拡散する
のを防ぐために設けられた拡散障壁層とを備え、 前記拡散障壁層は、前記第1のシートの引っ張り強さよ
りもこの引っ張り強さが大きい金属材料で形成されてい
ることを特徴とする、Nb3 X系超電導線用線材。 - 【請求項2】 前記金属材料は、前記第1のシートより
も引っ張り強さが大きくなるように、その組成が選ばれ
たNbを含む合金を含む、請求項1記載のNb3 X系超
電導線用線材。
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
| JP5032114A JPH06251645A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | Nb3X系超電導線用線材 |
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| AT94102595T ATE153799T1 (de) | 1993-02-22 | 1994-02-21 | Draht für nb3x supraleiterdraht |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5032114A JPH06251645A (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | Nb3X系超電導線用線材 |
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