JPH06309968A - 交流用Ｎｂ３ Ｓｎ超電導線の製造方法 - Google Patents
交流用Ｎｂ３ Ｓｎ超電導線の製造方法Info
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- JPH06309968A JPH06309968A JP5094210A JP9421093A JPH06309968A JP H06309968 A JPH06309968 A JP H06309968A JP 5094210 A JP5094210 A JP 5094210A JP 9421093 A JP9421093 A JP 9421093A JP H06309968 A JPH06309968 A JP H06309968A
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- 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
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 Ｃｕ−Ｓｎ合金のマトリックスにＮｂ芯材を
複合した複合線材に、Ｚｎをめっきし、次いで３５０℃
×１００時間の熱処理を施して前記Ｚｎをマトリックス
中に拡散固溶させてマトリックスの抵抗を高めた後、５
５０℃×１００時間の熱処理を施こすことでＳｎとＮｂ
とを反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成させる交流用Ｎｂ3 Ｓ
ｎ超電導線の製造方法。 【効果】 高抵抗なマトリックスを有し、交流損失が低
減した交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線が製造できる。
複合した複合線材に、Ｚｎをめっきし、次いで３５０℃
×１００時間の熱処理を施して前記Ｚｎをマトリックス
中に拡散固溶させてマトリックスの抵抗を高めた後、５
５０℃×１００時間の熱処理を施こすことでＳｎとＮｂ
とを反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成させる交流用Ｎｂ3 Ｓ
ｎ超電導線の製造方法。 【効果】 高抵抗なマトリックスを有し、交流損失が低
減した交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線が製造できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気抵抗が高いマトリッ
クスを有する交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法に関
する。
クスを有する交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】Ｎｂ3 ＳｎやＮｂ3 Ａｌ等のＡ3 Ｂ型化
合物超電導体（Ａ１５型化合物超電導体とも称される）
による超電導線はＮｂ−Ｔｉ超電導線と共にその応用研
究が強力に押し進められており、磁気浮上列車、高エネ
ルギー粒子加速器、医療診断用核磁気共鳴映像装置等へ
の実用化が急速に展開されている。これらＡ3 Ｂ型化合
物超電導体の製造方法としては、ブロンズ法、内部拡散
法、ジェリーロール法等が知られている。ブロンズ法に
よるＮｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法として、例えば、Ｃ
ｕ−Ｓｎ合金棒に穴を１個または複数個あけ、その中に
Ｎｂ芯材を挿入して１次複合ビレットを形成する。次い
で該１次複合ビレットに延伸加工を施して素線を製造す
る。次に、該素線をＣｕ外装管に充填して２次複合ビレ
ットを形成し、これに延伸加工を施して所望形状にした
複合線材を製造し、次いで該複合線材に所定の熱処理を
施して、ＳｎとＮｂとを反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成さ
せるＮｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法が知られている。
合物超電導体（Ａ１５型化合物超電導体とも称される）
による超電導線はＮｂ−Ｔｉ超電導線と共にその応用研
究が強力に押し進められており、磁気浮上列車、高エネ
ルギー粒子加速器、医療診断用核磁気共鳴映像装置等へ
の実用化が急速に展開されている。これらＡ3 Ｂ型化合
物超電導体の製造方法としては、ブロンズ法、内部拡散
法、ジェリーロール法等が知られている。ブロンズ法に
よるＮｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法として、例えば、Ｃ
ｕ−Ｓｎ合金棒に穴を１個または複数個あけ、その中に
Ｎｂ芯材を挿入して１次複合ビレットを形成する。次い
で該１次複合ビレットに延伸加工を施して素線を製造す
る。次に、該素線をＣｕ外装管に充填して２次複合ビレ
ットを形成し、これに延伸加工を施して所望形状にした
複合線材を製造し、次いで該複合線材に所定の熱処理を
施して、ＳｎとＮｂとを反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成さ
せるＮｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法が知られている。
【０００３】ところで超電導線を交流用途に使用すると
以下に知られる交流損失が発生する。即ちヒステリシス
損失、結合損失、渦電流損失であり、これらの内、ヒス
テリシス損失が交流損失の大部分を占めている。ヒステ
リシス損失はフィラメント径や臨界電流密度とほぼ比例
関係にあることが知られ、従って臨界電流密度を下げず
にヒステリシス損失を低減させるには、フィラメントを
サブミクロン化して、フィラメント径を小さくすればよ
い。
以下に知られる交流損失が発生する。即ちヒステリシス
損失、結合損失、渦電流損失であり、これらの内、ヒス
テリシス損失が交流損失の大部分を占めている。ヒステ
リシス損失はフィラメント径や臨界電流密度とほぼ比例
関係にあることが知られ、従って臨界電流密度を下げず
にヒステリシス損失を低減させるには、フィラメントを
サブミクロン化して、フィラメント径を小さくすればよ
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィラ
メントをサブミクロン化しても、フィラメント間の距離
が狭まるため、フィラメント間に結合電流が流れやすく
なり、その結果ヒステリシス損失と結合損失が上昇して
いた。これらの交流損失の低減のためには、マトリック
スの電気抵抗を高めることで結合電流を抑制することが
有効であることが知られている。ブロンズ法によるＮｂ
3 Ｓｎ超電導線の場合、マトリックスであるＣｕ−Ｓｎ
合金の電気抵抗はＳｎ濃度に依存しているが、ＳｎとＮ
ｂとを反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成させる熱処理におい
てＳｎが消費されるため、必然的にマトリックスに残存
するＳｎの濃度は低くなる。この結果マトリックスの電
気抵抗が低くなってしまっていた。そこで上記ブロンズ
法において、複合ビレットを構成するマトリックスに、
Ｓｎ濃度を予め高めておいたＣｕ−Ｓｎ合金を用いた
り、或いはＣｕ−Ｓｎ合金にＳｎ以外で、Ｃｕ−Ｓｎ合
金の電気抵抗を高める元素を添加することで電気抵抗を
高めたマトリックスを用いれば、上述したＳｎをＮｂ芯
材と反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成させる熱処理を施して
もマトリックスの電気抵抗は高いまま保たれる。しかし
この場合、Ｃｕ−Ｓｎ合金はＳｎや他の添加元素の濃度
を高めると著しく加工性が劣化するため、複合ビレット
に延伸加工を施してフィラメントがサブミクロン化した
複合線材を製造することが困難であった。
メントをサブミクロン化しても、フィラメント間の距離
が狭まるため、フィラメント間に結合電流が流れやすく
なり、その結果ヒステリシス損失と結合損失が上昇して
いた。これらの交流損失の低減のためには、マトリック
スの電気抵抗を高めることで結合電流を抑制することが
有効であることが知られている。ブロンズ法によるＮｂ
3 Ｓｎ超電導線の場合、マトリックスであるＣｕ−Ｓｎ
合金の電気抵抗はＳｎ濃度に依存しているが、ＳｎとＮ
ｂとを反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成させる熱処理におい
てＳｎが消費されるため、必然的にマトリックスに残存
するＳｎの濃度は低くなる。この結果マトリックスの電
気抵抗が低くなってしまっていた。そこで上記ブロンズ
法において、複合ビレットを構成するマトリックスに、
Ｓｎ濃度を予め高めておいたＣｕ−Ｓｎ合金を用いた
り、或いはＣｕ−Ｓｎ合金にＳｎ以外で、Ｃｕ−Ｓｎ合
金の電気抵抗を高める元素を添加することで電気抵抗を
高めたマトリックスを用いれば、上述したＳｎをＮｂ芯
材と反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成させる熱処理を施して
もマトリックスの電気抵抗は高いまま保たれる。しかし
この場合、Ｃｕ−Ｓｎ合金はＳｎや他の添加元素の濃度
を高めると著しく加工性が劣化するため、複合ビレット
に延伸加工を施してフィラメントがサブミクロン化した
複合線材を製造することが困難であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる状況に鑑
み、鋭意研究を行った結果なされたもので、その目的
は、フィラメントをサブミクロン化し、同時にマトリッ
クスの電気抵抗を高めることで交流損失が低い交流用Ｎ
ｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法を提供することにある。即
ち、Ｎｂ芯材と、Ｃｕ−Ｓｎ合金マトリックスとからな
る複合ビレットに延伸加工を施して複合線材となし、次
いで前記複合線材の外側にＺｎからなる被覆層を形成し
た後、当該複合線材に、Ｚｎの融点より低い温度であっ
て前記被覆層に含まれるＺｎがＣｕ−Ｓｎ合金マトリッ
クス中に拡散固溶する温度に加熱する第１熱処理を施し
た後、ＳｎとＮｂとを反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成させ
る第２熱処理を施すことを特徴とする交流用Ｎｂ3 Ｓｎ
超電導線の製造方法である。
み、鋭意研究を行った結果なされたもので、その目的
は、フィラメントをサブミクロン化し、同時にマトリッ
クスの電気抵抗を高めることで交流損失が低い交流用Ｎ
ｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法を提供することにある。即
ち、Ｎｂ芯材と、Ｃｕ−Ｓｎ合金マトリックスとからな
る複合ビレットに延伸加工を施して複合線材となし、次
いで前記複合線材の外側にＺｎからなる被覆層を形成し
た後、当該複合線材に、Ｚｎの融点より低い温度であっ
て前記被覆層に含まれるＺｎがＣｕ−Ｓｎ合金マトリッ
クス中に拡散固溶する温度に加熱する第１熱処理を施し
た後、ＳｎとＮｂとを反応させてＮｂ3 Ｓｎを生成させ
る第２熱処理を施すことを特徴とする交流用Ｎｂ3 Ｓｎ
超電導線の製造方法である。
【０００６】
【作用】本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法
は、マトリックス中にＺｎを拡散固溶させているので、
電気抵抗が高いマトリックスを有する交流用Ｎｂ3 Ｓｎ
超電導線を製造することができる。このためフィラメン
ト間に流れる結合電流が抑制され、交流損失が低減した
交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線となる。
は、マトリックス中にＺｎを拡散固溶させているので、
電気抵抗が高いマトリックスを有する交流用Ｎｂ3 Ｓｎ
超電導線を製造することができる。このためフィラメン
ト間に流れる結合電流が抑制され、交流損失が低減した
交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線となる。
【０００７】本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造
方法において、Ｚｎをマトリックス中に拡散固溶させて
いるのは、Ｚｎは融点が低く、容易にＣｕ合金に被覆す
ることができる上、Ｃｕ合金中に容易に拡散固溶し、か
つ固溶することでマトリックスであるＣｕ−Ｓｎ合金の
電気抵抗を高めるからである。なお、Ｚｎを被覆する方
法は、通常の電気めっきや溶融めっきの他に、化学蒸着
法や物理蒸着法によって行ってもよく、その被覆層の厚
さは拡散固溶させるＺｎの量から決定される。また被覆
層はＺｎの他にＺｎ合金からなるものであってもよい。
方法において、Ｚｎをマトリックス中に拡散固溶させて
いるのは、Ｚｎは融点が低く、容易にＣｕ合金に被覆す
ることができる上、Ｃｕ合金中に容易に拡散固溶し、か
つ固溶することでマトリックスであるＣｕ−Ｓｎ合金の
電気抵抗を高めるからである。なお、Ｚｎを被覆する方
法は、通常の電気めっきや溶融めっきの他に、化学蒸着
法や物理蒸着法によって行ってもよく、その被覆層の厚
さは拡散固溶させるＺｎの量から決定される。また被覆
層はＺｎの他にＺｎ合金からなるものであってもよい。
【０００８】ところで、Ｚｎと同様にＳｎもＣｕ中に容
易に拡散固溶し、かつ電気抵抗を高める元素である。し
かし、Ｃｕ中へのＳｎの固溶限は１４〜１５ｗｔ％程度
であるから、本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造
方法において、Ｎｂ3 Ｓｎを反応生成させるために既に
多量のＳｎを含ませたＣｕ−Ｓｎ合金マトリックス中
に、更にマトリックスの電気抵抗を高めるのに十分な量
のＳｎを固溶させることはできない。一方、Ｚｎは多量
にＣｕ−Ｓｎ合金中に固溶し、またＮｂ3 Ｓｎの反応生
成に影響が少なく、ＳｎとＮｂとを反応させてＮｂ3 Ｓ
ｎを生成させる前記第２熱処理を施した後にもマトリッ
クス中に多量のＺｎが固溶したまま残存し、マトリック
スの電気抵抗を高める。
易に拡散固溶し、かつ電気抵抗を高める元素である。し
かし、Ｃｕ中へのＳｎの固溶限は１４〜１５ｗｔ％程度
であるから、本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造
方法において、Ｎｂ3 Ｓｎを反応生成させるために既に
多量のＳｎを含ませたＣｕ−Ｓｎ合金マトリックス中
に、更にマトリックスの電気抵抗を高めるのに十分な量
のＳｎを固溶させることはできない。一方、Ｚｎは多量
にＣｕ−Ｓｎ合金中に固溶し、またＮｂ3 Ｓｎの反応生
成に影響が少なく、ＳｎとＮｂとを反応させてＮｂ3 Ｓ
ｎを生成させる前記第２熱処理を施した後にもマトリッ
クス中に多量のＺｎが固溶したまま残存し、マトリック
スの電気抵抗を高める。
【０００９】
【実施例】次に本発明を実施例により詳細に説明する。 （実施例、比較例および従来例）外径４５．３ｍｍ、内
径２３．５ｍｍのＣｕ−１０ｗｔ％Ｓｎ合金（以下ブロ
ンズと称する）製管に外径２３．３ｍｍのＮｂ−１ｗｔ
％Ｔｉ合金製棒を挿入し、前後端にブロンズ製蓋をＥＢ
溶接により真空封止して被せ、更にＨＩＰ処理を施して
１次複合ビレットとなし、次いでこの１次複合ビレット
に熱間押出と冷間伸線を順次施して対辺距離２ｍｍの正
６角形断面の１次素線を製造した。次に４５．３ｍｍ、
内径４１．０ｍｍのブロンズ製管に該１次素線を所定本
数充填して２次複合ビレットとし、これに熱間押出と冷
間伸線を順次施して対辺距離２．６ｍｍの正６角形断面
の２次素線を製造した。次いで４５．３ｍｍ、内径４
１．０ｍｍのブロンズ製管に該２次素線を所定本数充填
して３次複合ビレットとし、これに熱間押出と冷間伸線
による延伸加工を施して０．２ｍｍの円形断面の複合線
材を製造した。次いで、上記複合線材の内、従来例以外
のものはＺｎまたはＳｎを溶融めっきして表１に示す厚
さの被覆層を形成した後、表１に示す第１熱処理を施し
てから５５０℃×１００時間の第２熱処理を施して交流
用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線を製造した。以上のようにして製
造した交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の０．５Ｔでの臨界電
流密度（Ｊｃ）とヒステリシス損失（Ｐｈ）を測定し
た。結果を表１に、Ｊｃ、Ｐｈ、Ｐｈ／Ｊｃとして示
す。
径２３．５ｍｍのＣｕ−１０ｗｔ％Ｓｎ合金（以下ブロ
ンズと称する）製管に外径２３．３ｍｍのＮｂ−１ｗｔ
％Ｔｉ合金製棒を挿入し、前後端にブロンズ製蓋をＥＢ
溶接により真空封止して被せ、更にＨＩＰ処理を施して
１次複合ビレットとなし、次いでこの１次複合ビレット
に熱間押出と冷間伸線を順次施して対辺距離２ｍｍの正
６角形断面の１次素線を製造した。次に４５．３ｍｍ、
内径４１．０ｍｍのブロンズ製管に該１次素線を所定本
数充填して２次複合ビレットとし、これに熱間押出と冷
間伸線を順次施して対辺距離２．６ｍｍの正６角形断面
の２次素線を製造した。次いで４５．３ｍｍ、内径４
１．０ｍｍのブロンズ製管に該２次素線を所定本数充填
して３次複合ビレットとし、これに熱間押出と冷間伸線
による延伸加工を施して０．２ｍｍの円形断面の複合線
材を製造した。次いで、上記複合線材の内、従来例以外
のものはＺｎまたはＳｎを溶融めっきして表１に示す厚
さの被覆層を形成した後、表１に示す第１熱処理を施し
てから５５０℃×１００時間の第２熱処理を施して交流
用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線を製造した。以上のようにして製
造した交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の０．５Ｔでの臨界電
流密度（Ｊｃ）とヒステリシス損失（Ｐｈ）を測定し
た。結果を表１に、Ｊｃ、Ｐｈ、Ｐｈ／Ｊｃとして示
す。
【００１０】
【表１】
【００１１】以上の結果から、実施例の交流用Ｎｂ3 Ｓ
ｎ超電導線は、従来例および比較例に比べＰｈ／Ｊｃの
値が小さく、臨界電流密度に対するヒステリシス損失が
低い。したがって本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の
製造方法よれば、交流損失が低い優れた特性を有する交
流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線が製造できることが判る。
ｎ超電導線は、従来例および比較例に比べＰｈ／Ｊｃの
値が小さく、臨界電流密度に対するヒステリシス損失が
低い。したがって本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の
製造方法よれば、交流損失が低い優れた特性を有する交
流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線が製造できることが判る。
【００１２】
【効果】本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法
よれば、複合線材にＺｎからなる被覆層を形成し、これ
をマトリックス中に拡散固溶させることでマトリックス
の電気抵抗を高め、交流損失の低減を実現した交流用Ｎ
ｂ3 Ｓｎ超電導線の製造が可能になる。また複合ビレッ
トに延伸加工を施してからＺｎを拡散固溶させているの
で、延伸加工性を低下させることもなく、低コストで優
れた特性を有する交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線が製造でき
る。更に本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法
は、Ｚｎを拡散固溶させる熱処理の時間を制御すること
で、容易にマトリックスの電気抵抗を制御できるので、
超電導線の設計上有利である。以上のように本発明の交
流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線は、優れた特性と低コスト化を
両立し、高性能な超電導マグネット等の製造を可能とす
る等、著しい産業上の貢献をなすものである。
よれば、複合線材にＺｎからなる被覆層を形成し、これ
をマトリックス中に拡散固溶させることでマトリックス
の電気抵抗を高め、交流損失の低減を実現した交流用Ｎ
ｂ3 Ｓｎ超電導線の製造が可能になる。また複合ビレッ
トに延伸加工を施してからＺｎを拡散固溶させているの
で、延伸加工性を低下させることもなく、低コストで優
れた特性を有する交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線が製造でき
る。更に本発明の交流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法
は、Ｚｎを拡散固溶させる熱処理の時間を制御すること
で、容易にマトリックスの電気抵抗を制御できるので、
超電導線の設計上有利である。以上のように本発明の交
流用Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線は、優れた特性と低コスト化を
両立し、高性能な超電導マグネット等の製造を可能とす
る等、著しい産業上の貢献をなすものである。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｎｂ芯材と、Ｃｕ−Ｓｎ合金マトリック
スとからなる複合ビレットに延伸加工を施して複合線材
となし、次いで前記複合線材の外側にＺｎからなる被覆
層を形成した後、当該複合線材に、Ｚｎの融点より低い
温度であって前記被覆層に含まれるＺｎがＣｕ−Ｓｎ合
金マトリックス中に拡散固溶する温度に加熱する第１熱
処理を施した後、ＳｎとＮｂとを反応させてＮｂ3 Ｓｎ
を生成させる第２熱処理を施すことを特徴とする交流用
Ｎｂ3 Ｓｎ超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5094210A JPH06309968A (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 交流用Ｎｂ３ Ｓｎ超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5094210A JPH06309968A (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 交流用Ｎｂ３ Ｓｎ超電導線の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06309968A true JPH06309968A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14103959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5094210A Pending JPH06309968A (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 交流用Ｎｂ３ Ｓｎ超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06309968A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007165152A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Hitachi Cable Ltd | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線用芯線、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-04-21 JP JP5094210A patent/JPH06309968A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007165152A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Hitachi Cable Ltd | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線用芯線、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線及びその製造方法 |
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