JPH06338228A - 化合物系超電導線およびその製法 - Google Patents

化合物系超電導線およびその製法

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JPH06338228A JP5194781A JP19478193A JPH06338228A JP H06338228 A JPH06338228 A JP H06338228A JP 5194781 A JP5194781 A JP 5194781A JP 19478193 A JP19478193 A JP 19478193A JP H06338228 A JPH06338228 A JP H06338228A
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Takayuki Nagai
貴之 永井
Hidefusa Uchikawa
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 Ｃｕ基金属材とＳｎ基金属材またはＧａ基金
属材とからなる複合体22中に、多数のＮｂまたはＶ基金
属フィラメント23が相互に接触しないように埋設されて
なる化合物系超電導線の先駆体21および該先駆体を熱処
理してえられる超電導線とその製造法。 【効果】 フィラメント間の接触確率が減り、有効フィ
ラメント径の値が大幅に減少する結果、パルス電流の通
電時のヒステリシス損失が減少し超電導コイルの安定性
向上。また、Ｓｎの拡散距離が短いので、Ｎｂ3Ｓｎフ
ィラメントの組成が均一になり、Ｊｃおよびｎ値が向
上。またＳｎ拡散の予備熱処理時間が短くコスト低減。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高磁界超電導マグネッ
ト用の化合物系超電導線およびその製法に関する。とく
に、本発明はＮｂ−Ｓｎ化合物系超電導線およびその製
法に好適に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】従来、超電導線は内部拡散法といわれる
方法で製造されている。
【０００３】図23および図24は、それぞれ特公昭61-161
41号公報に記載された、従来の内部拡散法による熱処理
前のＮｂ3Ｓｎ系超導電線の先駆体および熱処理後のＮ
ｂ3Ｓｎ系超電導線の断面を示す説明図である。なお、
本明細書において熱処理前、すなわち超電導化前の線材
を超電導線の先駆体といい、熱処理後の超電導化された
ものを超電導線という。図23において、41は熱処理前の
超電導線の先駆体、43は熱処理により超電導となるＮｂ
基金属フィラメント、44はたとえばＴａなどの障壁層、
45は無酸素銅などの安定化層、46はＣｕ基金属材、47は
Ｓｎ基金属材であり、図24において48は熱処理後の超電
導線、49は超電導化されたＮｂ3Ｓｎフィラメント、50
は低Ｓｎ濃度ブロンズである。
【０００４】前記超電導線は、超電導線の先駆体を高温
（一般的には600〜800℃）で熱処理することにより、Ｎ
ｂ基金属フィラメントにＮｂ3Ｓｎ化合物を生成せしめ
てえられたものである。
【０００５】内部拡散法を用いるＮｂ3Ｓｎ系超導電線
の製造法は以下のとおりである。まず、Ｎｂ基金属材を
Ｃｕチューブに挿入し、ある径まで断面減少加工をして
単芯腺をうる。この単芯線を適当な長さに截断し、Ｃｕ
製の容器中に複数充填する。ただし、中央部にはＣｕ棒
または複数のＣｕ線などのＣｕ基金属材を配置する。容
器中の空気を排除し、蓋を溶接して密封し、押出し加工
したのち、中心のＣｕ基金属材を機械的に穿孔する。こ
の孔にＳｎ基金属材を挿入し、Ｃｕ製の容器の周囲にＴ
ａやＮｂのチューブ、さらにその周囲にＣｕのチューブ
を被覆し、断面減少加工する。なお、大電流容量化する
ためには、えられた複合線を複数Ｃｕチューブ中に充填
して断面減少加工する。最終径にまで断面減少したのち
ツイスト加工し、熱処理を施す。この熱処理によりＳｎ
は周囲のＣｕ中に拡散し、Ｃｕ−Ｓｎ合金を形成し、さ
らに、Ｎｂ基金属フィラメントと反応し、その一部また
はすべてにＮｂ3Ｓｎが生成する。
【０００６】前記内部拡散法における超電導線の先駆体
は、Ｃｕ基金属材中にＮｂ基金属フィラメントとＳｎ基
金属材のコアとが埋設された構造を有する。とくに、超
電導特性の１つである臨界電流密度（Ｊｃ）を少しでも
大きくするために、Ｎｂ基金属フィラメントは、なるべ
く密にＣｕ基金属材中に埋設されている。超電導線は液
体ヘリウム温度まで冷却して用いると、電気抵抗を生じ
ることなく大電流を流すことが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の内部拡散法によ
り生産される化合物系超電導線は、以上のようにＳｎ基
金属材がモジュールの中心に配置されるために、Ｎｂ3
Ｓｎフィラメント相互の間隔は通常のブロンズ法と比較
して約半分程度と狭い。そのため、超電導線の先駆体の
熱処理時にＮｂ基金属フィラメントがたがいに接触結合
して、超電導線の電気的特性である有効フィラメント径
（ｄeff）の値（試料形状を円柱とし、超電導線の磁化
の幅をΔＭ、そのときの臨界電流密度をＪｃとしたと
き、ｄeff＝３πΔＭ／４μ0Ｊｃで与えられる）が増大
し、その結果、直流電流に対しては問題を生じないが、
パルス電流の通電時には大きなヒステリシス損失を生
じ、超電導コイルの発熱により安定性が損なわれるとい
う問題点がある。
【０００８】また、内部拡散法ではＳｎ基金属材が中央
部に配置されているので、Ｓｎ拡散のための予備熱処理
時にＳｎ濃度に勾配が生じる。したがって、Ｓｎ濃度に
依存してＮｂ3Ｓｎフィラメントの組成が変動し、超電
導特性の１つであるｎ値（超電導線における長手方向の
均一性を示す指標。Ｖ∝Ｉnで示される式におけるｎ
値。ｎが大きいほど超電導特性が優れている）が低くな
るという問題もある。
【０００９】本発明はかかる問題を解決するためになさ
れたもので、超電導線の有効フィラメント径が大幅に減
少され、併せて超電導線のＪｃの減少が最小限にとどめ
られ、かつ、ｎ値を増大させた化合物系超電導線を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】超電導線の先駆体は熱処
理することによって、熱処理の過程で中心のＳｎ基金属
材がＣｕ基金属材中に拡散し、Ｃｕとの間で生成するブ
ロンズがある温度範囲で中心からある半径でε相を形成
するが、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、熱処理
によってみられる超電導線のＮｂ3Ｓｎフィラメントの
接触現象は該ε相の境界（外縁）領域においてとくにみ
られることを見出し、この部分でのＮｂ3Ｓｎフィラメ
ントの接触を防ぐことによって本発明の目的を達成し
た。
【００１１】すなわち、本発明の１つは、低Ｓｎ濃度の
ブロンズと該ブロンズに埋設されたＮｂ3Ｓｎフィラメ
ントからなるＮｂ−Ｓｎ化合物系超電導線であって、中
心部は低Ｓｎ濃度のブロンズのみからなり、その周囲に
同心状にＮｂ3Ｓｎフィラメントが分離して配列され、
さらにその周囲にＮｂ3Ｓｎフィラメントが同心状に順
次外周に向かって配列されるとともに、300〜600℃の予
備熱処理によって生成されるε相ブロンズ層の境界領域
での該Ｎｂ3Ｓｎフィラメントの間隔が他の部分での該
Ｎｂ3Ｓｎフィラメントの間隔よりも大となるように配
置されてなるものである（以下、「本件第１の発明」と
いう）。
【００１２】前記Ｎｂ3Ｓｎフィラメントは、前記ε相
ブロンズ層の境界の外側にのみ存在するものが好まし
い。
【００１３】前記ε相ブロンズ層の境界領域におけるＮ
ｂ3Ｓｎフィラメントの直径は、他の部分におけるＮｂ3
Ｓｎフィラメントの直径よりも小であることが好まし
い。
【００１４】前記Ｎｂ3Ｓｎフィラメントは、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｖお
よびＭｎよりなる群から選ばれた少なくとも１種を0.01
〜５重量％含有してなるものが好ましい。
【００１５】本件第１の発明のＮｂ−Ｓｎ化合物系超電
導線の製法は、（ａ）円柱状のＣｕ基金属材の中央部の
周囲にＮｂ基金属フィラメントが同心状に複数層分離し
て埋設され、かつ300〜600℃の予備熱処理によって生成
されるε相ブロンズ層の境界領域での間隔が他の部分よ
りも大きい間隔となるように埋設された複合体を形成
し、（ｂ）前記複合体を押出し加工したのちに中央部を
穿孔するか、または前記複合体を管状に押出し加工した
のちに中央部にＳｎ基金属棒を挿入し、（ｃ）ついで伸
線加工をして超電導線の先駆体を形成し、（ｄ）前記先
駆体を熱処理する工程からなることを特徴とするもので
ある。
【００１６】前記複合体は、（ａ1）Ｎｂ基金属フィラ
メントの周囲を肉厚のＣｕ基金属材で覆った肉厚の単芯
線とＮｂ基金属フィラメントの周囲を肉薄のＣｕ基金属
材で覆った肉薄の単芯線とを形成し、（ａ2）Ｃｕ製容
器内に、中心付近にはＣｕ基金属材を、ε相ブロンズ層
の境界領域には前記肉厚の単芯線を、前記肉厚の単芯線
の内側および外側または外側のみに内薄の単芯線をそれ
ぞれ挿入する工程により形成することが好ましい。
【００１７】また前記複合体は、（ａ3）ε相ブロンズ
層の境界領域において、その内側および外側よりも間隔
が大きくなるように、Ｃｕ円板に複数の孔を形成し、
（ａ4）前記円板を重ねてＣｕ製容器内に挿入し、（ａ
5）前記複数の孔の各孔にＮｂ基金属棒を挿入する工程
により形成することが好ましい。
【００１８】前記ε相ブロンズ層の境界領域におけるＮ
ｂ基金属フィラメントの間隔は、前記Ｎｂ基金属フィラ
メント径の0.45倍以上であることが好ましい。
【００１９】前記Ｎｂ基金属フィラメント間の間隔が大
である範囲は、前記Ｓｎ基金属棒の中心から先駆体を41
5℃で予備熱処理したときに生成するε相ブロンズ層の
境界までの距離の0.7〜1.4倍の範囲であることが好まし
い。
【００２０】前記Ｎｂ基金属フィラメントは0.01〜５重
量％のＴｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、ＺｒおよびＶよりなる
群から選ばれた少なくとも１種を含むものが好ましい。
【００２１】前記Ｃｕ基金属材は0.01〜５重量％のＴ
ｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から選ばれ
た少なくとも１種を含有してなるものが好ましい。
【００２２】前記Ｓｎ基金属材は0.01〜10重量％のＴ
ｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から
選ばれた少なくとも１種を含有してなるものが好まし
い。
【００２３】さらに本発明は、Ｓｎ基金属材をモジュー
ルの中心に配置せず、Ｃｕ基金属材とＳｎ基金属材の複
合体をモジュール全体に配置することによりε相の境界
の問題を解決しえた超電導線およびその製法に関する
（以下、「本件第２の発明」という）。
【００２４】本件第２の発明の化合物系超電導線の先駆
体は、Ｃｕ基金属材および該Ｃｕ基金属材と合金層を形
成する第１の基金属材Ｘとからなる複合体中に、第２の
基金属材Ｚからなるフィラメントが相互に接触しないよ
うに多数埋設されてなるものである。
【００２５】前記超電導線の先駆体は、複合体がＣｕ基
金属材と第１の基金属材Ｘとの積層板を圧延し一体化し
たもの、またはＣｕ基金属材の少なくとも片面に第１の
基金属材Ｘをメッキしたものが好ましい。
【００２６】前記超電導線の先駆体は、Ｃｕ基金属材の
中心部を穿孔して第２の基金属材Ｚを充填し、該第２の
基金属材Ｚの周囲のＣｕ基金属材を複数穿孔した孔に第
１の基金属材Ｘを充填してなる複合単芯線が多数埋設さ
れてなるものが好ましい。
【００２７】前記超電導線の先駆体は、第２の基金属材
Ｚの周りを、Ｃｕ基金属材と第１の基金属材Ｘとの積層
板またはＣｕ基金属材の少なくとも片面に第１の基金属
材Ｘをメッキしたものを巻回してなる複合単芯線が多数
埋設されてなるものが好ましい。
【００２８】前記超電導線の先駆体は第１の基金属材Ｘ
がＳｎであり、第２の基金属材ＺがＮｂであるものが好
ましい。
【００２９】前記超電導線の先駆体は第１の基金属材Ｘ
がＧａであり、第２の基金属材ＺがＶであるものが好ま
しい。
【００３０】前記超電導線の先駆体は第２の基金属材か
らなるフィラメントの間隔が、該フィラメントの直径の
14／100以上であるものが好ましい。
【００３１】前記超電導線の先駆体は複合体がＳｎまた
はＧａに対する障壁材で覆われ、安定化材で覆われてな
るものが好ましい。
【００３２】前記超電導線の先駆体は複合体がＳｎまた
はＧａを１〜99重量％含有してなるものが好ましい。
【００３３】本件第２の発明の化合物系超電導線は、前
記超電導線の先駆体を熱処理して第２の基金属材ＺをＺ
3Ｘフィラメントとすることによってえられるものであ
る。
【００３４】前記超電導線はＺ3Ｘフィラメントが、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、Ｚ
ｒ、ＶおよびＭｎよりなる群から選ばれた少なくとも１
種を0.01〜５重量％含有してなるものであることが好ま
しい。
【００３５】本件第２の発明の超電導線の製法は、
（Ａ）Ｃｕ基金属材および該Ｃｕ基金属材と合金層を形
成する第１の基金属材Ｘからなる複合体中に第２の基金
属材Ｚからなる棒が多数埋設された複合棒をつくり、
（Ｂ）該複合棒を伸線加工して超電導線の先駆体とし、
（Ｃ）前記超電導線の先駆体を熱処理する工程からなる
ものである。
【００３６】前記超電導線の製法は複合棒が（Ａ1）Ｃ
ｕ製容器内に、Ｃｕ基金属材および該Ｃｕ基金属材と合
金層を形成する第１の基金属材Ｘからなる複合体を充填
し、（Ａ2）前記複合体の長さ方向に穿孔をして、各孔
に第２の基金属材Ｚを充填する工程によりえられるもの
が好ましい。
【００３７】また、前記超電導線の製法は、複合棒が、
（Ａ3）前記第２の基金属材ＺをＣｕ基金属材および該
Ｃｕ基金属材と合金層を形成する第１の基金属材Ｘから
なる複合体で覆った複合単芯線をつくり、（Ａ4）前記
複合単芯線をＣｕ製容器中に密に充填する工程によりえ
られるものが好ましい。
【００３８】前記超電導線の製法は、複合体が、Ｃｕ基
金属材と第１の基金属材Ｘとの積層板を圧延し一体化し
たものまたは、Ｃｕ基金属材の少なくとも片面に第１の
基金属材Ｘをメッキしたものが好ましい。
【００３９】前記複合単芯線は、Ｃｕ基金属材の中心部
を穿孔して第２の基金属材Ｚを充填し、該第２の基金属
材Ｚの周囲のＣｕ基金属材を複数穿孔した孔に第１の基
金属材Ｘを充填してえられたものであることが好まし
い。
【００４０】前記複合単芯線は、第２の基金属材Ｚの周
りを、Ｃｕ基金属材と第１の基金属材Ｘとの積層板また
はＣｕ基金属材の少なくとも片面に第１の基金属材Ｘを
メッキしたものを巻回してえられたものであることが好
ましい。
【００４１】前記超電導線の製法は第２の基金属材Ｚが
Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、ＺｒおよびＶよりなる群から
選ばれた少なくとも１種を含有してなるものが好まし
い。
【００４２】前記超電導線の製法は第１の基金属材Ｘが
Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から選ば
れた少なくとも１種を含有するものが好ましい。
【００４３】前記超電導線の製法は、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇ
ｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から選ばれた少なくとも
１種を含有するＣｕ基金属材を用いることが好ましい。
【００４４】
【作用】本件第１の発明における化合物系超電導線の製
法によれば、Ｎｂ3Ｓｎフィラメントがたがいに接触し
ない超電導線がえられる。したがって、Ｊｃの減少を最
小限にとどめながら、超電導フィラメント同士の結合を
抑制することで有効フィラメント径の値が減少し、その
結果、パルス電流の通電時に発生するヒステリシス損失
が大幅に減少する。その結果、超電導コイルの安定性が
向上する。
【００４５】本件第２の発明の化合物系超電導線の先駆
体は、ＳｎまたはＧａを分散して配置するため、中心の
ＳｎまたはＧａコアが不要となり、そのぶんだけフィラ
メントを埋めるスペースが広くなるので、フィラメント
間隔を従来の内部拡散法でえられるものよりも約30％広
げることができ、熱処理後にえられる超電導線において
超電導フィラメント同士が接触している確率が格段に減
り、有効フィラメント径の値が大幅に減少する。その結
果、パルス電流の通電時に発生するヒステリシス損失が
大幅に減少し、超電導コイルの安定性が向上する。
【００４６】また、ＳｎまたはＧａの拡散距離が短くな
って拡散後の含量が一定となり、その結果、生成される
Ｎｂ3Ｓｎフィラメントの組成も均一になり、超電導特
性の１つであるｎ値が向上する。あわせてＳｎまたはＧ
ａ拡散の予備熱処理時間も短くてすみ、コストの低減が
図れる。
【００４７】
【実施例】以下、本件第１および第２の発明を問わず、
超電導線およびその先駆体の説明においては、説明を簡
単にするためすべてＮｂおよびＳｎを用いたばあいにつ
いて説明する。しかし、以下の説明においてはいちいち
断わらないが、ＮｂをＶと、ＳｎをＧａと置きかえるこ
とができ、Ｎｂ3Ｓｎ以外の化合物を用いてもまったく
同様の超電導線がえられる。Ｎｂ3Ｓｎ以外ではＶ3Ｇａ
がとくに実用的である。
【００４８】また、本発明で用いられる「Ａ基金属…」
という表現は、Ａ金属を主体とするものであって、純粋
なものでも、また添加剤の加わったものであってもよい
ことを意味する。熱処理などの結果、該金属を基本金属
として他の金属との間に合金あるいは金属間化合物を生
成するばあいがあるので「Ａ基金属…」という表現が用
いられる。
【００４９】まず、本件第１の発明について具体的に説
明する。
【００５０】本件第１の発明のＮｂ−Ｓｎ化合物系超電
導線は、ブロンズ層中にＮｂ3Ｓｎフィラメントが、た
がいに接触、結合しないような間隔で埋め込まれた形を
しているものである。Ｎｂ3Ｓｎフィラメントをたがい
に接触しないような間隔とし、かつ、なるべく数多くの
Ｎｂ3Ｓｎフィラメントを埋めるために、Ｎｂ基金属フ
ィラメントの接触がおこりやすい領域、すなわち300〜6
00℃の予備熱処理により生じるε相ブロンズ層の境界領
域において、Ｎｂ基金属のフィラメントの間隔を他の領
域よりも大きくし、超電導線の先駆体を熱処理する。
【００５１】予備熱処理は、超電導線の先駆体を熱処理
して超電導線とする際に、あらかじめ300〜600℃に加熱
して中央部のＳｎ基金属材を周囲のＣｕ基金属材中に拡
散せしめて、Ｃｕ−Ｓｎ合金のブロンズ層を形成させる
ためのものである。前記予備熱処理に引続いて熱処理が
行なわれる。
【００５２】前記Ｎｂ−Ｓｎ化合物系超電導線は、いわ
ゆる内部拡散法によってえられるものであって、Ｃｕ基
金属材で被覆されたＮｂ基金属フィラメントを伸線加工
してえられる単芯線を、ビレット内に充填し、押出し加
工して複合体をうるか、または穿孔加工したＣｕ板を重
ねてブロック体とし、前記穿孔箇所に単芯線を挿入して
から押出し加工をして複合体をえ、そののち、前記複合
体の中央部を穿孔して、Ｓｎ基金属棒を挿入後、伸線加
工して超電導線の先駆体をえ、該超電導線の先駆体を60
0〜800℃で100〜200時間の熱処理をしてえられるもので
ある。また、単芯線を充填したビレットを中空押出しや
冷間加工することによって管状の複合体をえ、該管状の
複合体の中心部にＳｎ基金属棒を挿入後伸線加工して超
電導線の先駆体としてもよい。かくしてＣｕ基金属材中
のＮｂ基金属フィラメントの一部または全部がＮｂ3Ｓ
ｎとなり、その結果、Ｃｕ基金属材中にＮｂ3Ｓｎフィ
ラメントが埋設された形の超電導線がえられる。
【００５３】本件第１の発明の超電導線においては、前
記熱処理の過程で中心のＳｎ基金属材がＣｕ基金属材と
反応して生ずるε相ブロンズ層の境界領域にあるＮｂ3
Ｓｎフィラメントがたがいに接触しないように、フィラ
メントを細くするか、粗に配置するかしてフィラメント
間の間隔を大きくしてあるので、ヒステリシス損失の観
点からすぐれた電気的性質がえられる。
【００５４】前記ε相ブロンズ層とは、熱処理により中
心のＳｎ基金属材がＣｕ基金属材中に拡散してブロンズ
を形成する際に、300〜600℃の温度範囲において生じる
Ｃｕ−Ｓｎ合金の相の一種であって、化学式がＣｕ3Ｓ
ｎで示される金属間化合物を意味する。前記ε相ブロン
ズ層はα相ブロンズ層に比べて固くてもろい性質があ
る。600〜800℃で熱処理をすると、ε相は一旦生じたの
ち、最終加熱温度の段階では消失するものである。ε相
は中心から外周に向かって形成され、ε相ブロンズ層と
Ｃｕ基金属材との境界はＳｎの量によっても異なるが、
通常、中心から超電導線の先駆体の（障壁層を有するば
あいは障壁層内の）半径の約50〜70％の距離に位置す
る。415℃で超電導線の先駆体を加熱した際に生じるε
相ブロンズ層の境界は前記超電導線の半径の50〜70％の
距離に位置する。600℃を超える温度ではε相はα相に
変り、ほぼ全面に拡がる。
【００５５】前記超電導線の先駆体の熱処理の際に形成
されるＮｂ3Ｓｎフィラメントがたがいに接触しやすく
なる理由は定かではないが、Ｎｂ基金属フィラメントが
Ｎｂ3Ｓｎになる際にＮｂ基金属フィラメントの体積が3
0％ほど増加すること、加熱中はフィラメントが動きや
すいことなどのために、Ｎｂ3Ｓｎフィラメントがたが
いに接触する機会が多くなると考えられる。この動きは
ε相ブロンズ層の拡がりの境界領域でとくに甚だしい。
【００５６】Ｎｂ3Ｓｎフィラメントがε相ブロンズ層
境界領域でたがいに接触しないようにするには、熱処理
前のＮｂ基金属フィラメント間の間隔を、前記Ｎｂ基金
属フィラメントの直径の0.45倍以上とすることが好まし
く、さらに0.48倍以上とするのがとくに好ましい。前記
の値は実験的に求められるもので、Ｎｂ基金属フィラメ
ント間の距離が前記の値未満のばあいには、熱処理後の
超電導線のＪｃは大きくなるが、Ｎｂ3Ｓｎフィラメン
トの接触が多く生じやすく、ｄeffすなわち交流ロスが
大きくなり、パルス用超電導線として使用するには不適
当となる。たとえば0.38倍のばあいには、ｄeffが500μ
mとなりパルス用超電導線としての使用に耐えない。
【００５７】Ｎｂ基金属フィラメントの間隔を拡げる必
要のある範囲は、熱処理によって生ずるε相ブロンズ層
の境界領域であって、超電導線の先駆体の中心から、超
電導線の先駆体を415℃で熱処理したときに生成するε
相ブロンズ層の境界までの距離の0.7〜1.4倍の距離を半
径とする範囲が好ましく、とくに0.9〜1.2倍の範囲が好
ましい。前記範囲外までＮｂ基金属フィラメントの間隔
を拡げると、Ｎｂ基金属フィラメントの数が少なくな
り、その結果、最終的にえられる超電導線のＪｃが小さ
くなって好ましくない。境界までの距離は超電導線の断
面を研磨し、光学顕微鏡または電子顕微鏡による写真か
ら求めることができる。
【００５８】本件第１の発明の超電導線の先駆体をうる
には、たとえば以下のような方法がある。 （１）Ｃｕ基金属材の中心にＮｂ線が埋め込まれた、Ｃ
ｕの肉厚の異なる２種類の単芯線を作製し、Ｃｕビレッ
ト中の中心付近にはＣｕ基金属棒を、その周囲に単芯線
を充填する。この際、超電導線をうるための熱処理の過
程で生じるε相ブロンズ層の境界となる領域には前記肉
厚の単芯線を配し、その内側および外側に肉薄の単芯線
を配する。
【００５９】前記単芯線は同じ太さのＮｂ棒を肉厚の異
なる２種のＣｕパイプに挿入し延伸してえられる。
【００６０】この際、肉厚の異なる２種の単芯線の径
（断面が円形ならば直径、正多角形ならば対辺間距離）
が同一となるように延伸すれば、肉厚のＣｕをもつ単芯
線のばあいのほうが中のＮｂ線が細くなる。したがっ
て、ε相ブロンズ層の境界領域のＮｂ基金属フィラメン
ト間の間隔は肉薄の単芯線よりも大きくなる。
【００６１】また、延伸する際に、Ｃｕが肉厚である単
芯線は径を大きく、Ｃｕが肉薄である単芯線は径を小さ
く作製すれば、Ｃｕが肉厚である単芯線を詰めた部分の
Ｎｂ基金属フィラメント間距離は、Ｃｕの肉厚の差に応
じて広くなり、いずれのばあいでもＮｂ基金属フィラメ
ント間の間隔を大きくすることができる。
【００６２】そののち、前記単芯線とＣｕ基金属棒とを
充填したＣｕビレットを延伸処理して複合体とし、中心
部のＣｕを穿孔して、Ｓｎ基金属棒を挿入する。
【００６３】前記単芯線とＣｕ基金属棒とを充填したＣ
ｕビレットを延伸処理する際、中空押出し、冷間加工な
どの方法によって管状の複合体とし、その中空部にＳｎ
基金属材を挿入してもよい。こののち、必要に応じて複
合体外側をＳｎに対する拡散障壁材、たとえばＴａで覆
い、さらに安定化材をかぶせて伸線処理をして超電導線
の先駆体とする。そののち、該超電導線の先駆体を300
〜600℃に予備熱処理して、中央のＳｎ基金属材をＮｂ
フィラメントの周囲にあるＣｕ基金属中に拡散せしめ、
ブロンズを生成させる。そののちさらに600〜800℃で熱
処理して超電導線をうる。
【００６４】前記安定化材は超電導線をうるための熱処
理の際にもブロンズ化されない層を形成するものであっ
て、超電導線の最外部に前記安定化材からなる層を設け
ることによって、電気的、熱的な処理に対してより安定
な超電導線がえられる。安定化材としてはＣｕのほかに
高純度Ａｌなども使用できる。前記ブロンズ化を防止す
るためにはＳｎ−Ｃｕ複合体と安定化材の層との間にＳ
ｎの拡散を妨たげる障壁層を設けるのがよい。障壁層を
形成する材料としてはＴａが好ましいが、Ｎｂ、Ｖなど
も使用できる。 （２）単芯線をＣｕビレットに充填する際、ε相ブロン
ズ層の境界の内側はすべてＣｕ基金属棒を充填し、境界
のすぐ外側には肉厚の単芯線を、さらにその外側に肉薄
の単芯線を充填し、あとは（１）と同様に処理をする。 （３）Ｃｕビレット内に多数の孔を有する無酸素銅板を
重ねて充填し、孔にＮｂを挿入する。前記無酸素銅円板
にあける孔の位置は（１）のばあいの単芯線を充填する
位置に相当する。その際、ε相ブロンズ層の境界となる
領域の穴の間隔を他の部分よりも広くとる。以後は
（１）のばあいと同じ処理をする。
【００６５】なお前記中心部のＳｎ量が少なくてもすむ
ように、前記複合体の外側をあらかじめＳｎメッキして
もよい。
【００６６】第１の発明の超電導線は、後述する第２の
発明と同様にＮｂ3Ｓｎフィラメント中に微量元素とし
てＴｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、
２ｒ、ＶおよびＭｎよりなる群から選ばれた少なくとも
１種の元素を0.01〜５重量％含んでもよい。各微量元素
を含有することによる効果は、第２の発明のばあいと同
様である。
【００６７】前記微量元素を含むＮｂ3Ｓｎをうるには
以下のような方法がある。
【００６８】（ｉ）0.01〜10重量％のＴｉ、Ｉｎ、Ｇ
ａ、Ｇｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から選ばれた少な
くとも１種を含有したＳｎ合金または前記金属粉を混合
成形したＳｎを用いる。前記添加量が0.01重量％未満で
は効果が認められず、10重量％をこえると供給されるＳ
ｎ量が少なくなるので生成するＮｂ3Ｓｎ量が減り特性
の低下をきたす。
【００６９】（ii）0.01〜５重量％のＴｉ、Ｔａ、Ｈ
ｆ、Ｍｏ、ＺｒおよびＶよりなる群から選ばれた少なく
とも１種を含むＮｂ合金または前記金属粉を混合し、成
形したＮｂを用いる。前記添加量が0.01重量％未満で
は、効果が認められず、５重量％をこえるとＮｂ量が少
なくなるので生成するＮｂ3Ｓｎ量が減り、特性の低下
をきたす。
【００７０】（iii）0.01〜５重量％のＴｉ、Ｉｎ、Ｇ
ｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から選ばれた少なくとも
１種を含むＣｕを用いる。前記添加量が0.01重量％未満
では効果がえられず、５重量％を超えると加工性が著し
く悪化する。またＣｕ基金属材に0.01〜１重量％のＳｎ
を含有させると加工性をあげることができる。
【００７１】本件第２の発明の超電導線の先駆体は以下
のようにしてえられるものである。 （Ｉ）Ｃｕ基金属板とＳｎ基金属板とを交互に重ね、圧
延して一体化したＣｕ−Ｓｎ複合体をつくり、該複合体
を無酸素銅容器中に縦に充填し、該充填された容器を押
し出し加工してＣｕ−Ｓｎ複合棒とする。つぎに、該複
合棒の縦方向に複数個の孔を穿孔して各孔にＮｂ基金属
棒を挿入し、伸線加工する。 （II）Ｎｂ基金属棒の周囲にＣｕとＳｎとからなる複合
体を被覆してえられる複合単芯線を無酸素銅容器中に密
に多数充填し、該容器を伸線加工する。
【００７２】なお、必要に応じて伸線加工の前にＳｎに
対する障壁材で覆い、さらに安定化材のパイプをかぶせ
て伸線処理をするのが好ましい。超電導線の先駆体は、
最外層がＳｎを含まないＣｕまたはＡｌの層であるのが
好ましい。障壁材とは、熱処理中に拡散したＳｎが最外
層の安定化材にまで達するのを防ぐ障壁となるものであ
る。
【００７３】前記ＣｕとＳｎとの複合体におけるＳｎの
割合は複合体中１〜99重量％が好ましく、13〜20重量％
であるのがとくに好ましい。Ｓｎの量が１重量％未満の
ばあいは、Ｓｎの量が不足してＮｂ3Ｓｎが充分に生成
し難く、99重量％を超えるとＳｎの体積率が増えすぎて
柔かくなりすぎ、加工が困難となる。
【００７４】前記複合単芯線は以下のような方法でえら
れる。 （ａ）Ｎｂ基金属棒をＣｕ基金属パイプに挿入し、押し
出し加工して単芯線とし、該単芯線の外面をＳｎメッキ
して複合単芯線をうる。 （ｂ）外壁に、その長さ方向に複数の孔が穿孔された無
酸素銅容器の前記穿孔部にＳｎ棒を挿入し、前記無酸素
銅容器の中央にＮｂ基金属棒を挿入し、押し出し加工し
て複合単芯線をうる。 （ｃ）２枚のＣｕ板間にＳｎ板を挟み、圧延して一体化
したＣｕ−Ｓｎ複合体板、または少なくとも片面にＳｎ
メッキしたＣｕ板を、Ｎｂ基金属棒の周囲に数回巻きつ
け、押し出し加工して複合単芯線をうる。
【００７５】本件第２の発明の超電導線の先駆体の各Ｎ
ｂ基金属フィラメント間の距離は、熱処理の際にフィラ
メントが互いに接触しないためには、直径の14／100以
上であることが必要であって、30／100以上であること
がとくに好ましい。しかし間隔が広すぎると超電導線中
のＮｂ3Ｓｎフィラメントの数が少なくなってＪｃの値
が減少し、間隔が狭すぎるとｄeff値が大きくなるから
前記の値以上の範囲でできるだけ接近させることが望ま
しい。
【００７６】第２の発明の超電導線は、まず、ＣｕとＳ
ｎとの複合体をブロンズ化するために、処理時間と200
〜600℃の範囲から温度を適当に選び、超電導線の先駆
体に予備熱処理を行なったのち、ひきつづいて600〜800
℃に約100〜200時間加熱してＮｂ基金属フィラメントを
Ｎｂ3Ｓｎフィラメントとすることによってえられる。
なお、前記予備熱処理ののち一旦冷却してからあらため
て600〜800℃に加熱しても差支えない。
【００７７】前記Ｎｂ3Ｓｎフィラメントはまた、微量
元素としてＴｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇ
ａ、Ｍｏ、Ｚｒ、ＶおよびＭｎよりなる群から選ばれた
少なくとも１種の元素を0.01〜５重量％含んでいてもよ
い。
【００７８】前記微量元素としてＴｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍ
ｏ、ＺｒまたはＶの少なくとも１種を含有するＮｂ3Ｓ
ｎフィラメントを用いると高磁界側のＪｃが向上する。
また、ＩｎまたはＧａを用いたばあいには、低中磁界側
のＪｃが向上するほか線材の加工性がよくなる。また、
Ｇｅ、ＳｉまたはＭｎの添加は交流ロスの低減に効果が
ある。
【００７９】前記微量元素を含むＮｂ3Ｓｎをうるには
以下のような方法がある。 （ｉ）Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＳｉおよびＭｎよりな
る群から選ばれた少なくとも１種を0.01〜10重量％含有
したＳｎを用いる。前記含有量が0.01重量％未満では効
果が認められず、10重量％を超えると供給されるＳｎ量
が少なくなるので生成するＮｂ3Ｓｎ量が減り、特性の
低下をきたす。 （ii）Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、ＺｒおよびＶよりなる
群から選ばれた少なくとも１種を0.01〜５重量％含むＮ
ｂを用いる。前記含有量が0.01重量％未満では効果が認
められず、５重量％を超えるとＮｂの量が減るために最
終的に生成するＮｂ3Ｓｎ量が減り特性の低下をきた
す。 （iii）Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群
から選ばれた少なくとも１種を0.01〜５重量％含むＣｕ
を用いる。前記含有量が0.01重量％未満では効果が認め
られず、５重量％を超えると加工性が著しく悪化する。
【００８０】また、Ｃｕ基金属材に0.01〜１重量％のＳ
ｎを含有せしめると加工性を上げることが可能となる。 （iv）Ｃｕ基金属材とＳｎ基金属材からなる複合体の表
面に、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、ＮｉおよびＳｎ
よりなる群から選ばれた少なくとも１種の元素をメッキ
する。
【００８１】なお、Ｔｉのばあいには、その薄板を前記
複合体の板に重ねて使用してもよい。 （ｖ）Ｎｂ基金属材の表面にＴｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、
ＺｒおよびＶよりなる群から選ばれた少なくとも１種の
元素をメッキする。
【００８２】以下、本発明の超電導線の製造法を図面に
基づいて具体的に説明する。なお、実施例１〜４は本件
第１の発明の実施例、実施例５〜12は本件第２の発明の
実施例である。
【００８３】［実施例１］図１は、Ｃｕ製のビレットに
組み込んだ押出し加工前の複合体の断面構成を示す説明
図である。図１において、１は複合体、２はビレット、
13ａおよび13ｂは以下に記載するＮｂ単芯線、４ａはＣ
ｕ基金属材からなる線（以下、Ｃｕ基金属線という）を
表わす。
【００８４】まず、超電導線の先駆体のＮｂ基金属フィ
ラメントとなるべき２種類のＮｂ単芯線13ａおよび13ｂ
を作製した。すなわち、直径11mmの丸棒状のＮｂ基金属
棒を内径および外径がそれぞれ11.8mm、16.8mmのＣｕ基
金属パイプ中に挿入したあと、伸線加工を行なって対辺
間が4.2mmの六角線とした（図１における13ａ）。同様
にして直径11mmの丸棒状のＮｂ基金属棒と内径および外
径がそれぞれ11.8mm、18.4mmのＣｕ基金属パイプとから
Ｃｕの肉厚が単芯線13ａよりも厚い、単芯線（対辺間が
4.2mmの六角線）13ｂをえた。
【００８５】前記Ｎｂ単芯線13ａ、13ｂおよび対辺間が
4.2mmの六角のＣｕ基金属線４ａとを図１に示すように
中心から外周方向に向かって、Ｃｕ基金属線４ａを７
層、単芯線13ａを２層、単芯線13ｂを３層、さらに単芯
線13ａを５層の構成でビレット内に充填した（ただし図
１では中心部から外周に向けて１列だけ描き表わされて
いる）。この構成を選んだ理由は、中央部に配置される
Ｓｎ基金属材とＣｕ基金属線とが熱処理によって合金化
してε相ブロンズ層を生成する際に、ε相ブロンズ層の
境界が中心から第３層目と第４層目のＮｂ単芯線の間に
形成されるので、第３層〜第５層のＮｂ基金属材フィラ
メントの直径を前記のようにやや細くして伸線加工後の
フィラメント間隔をやや広げ、熱処理によって生成する
Ｎｂ3Ｓｎフィラメント相互の接触を防ぐためである。
【００８６】こののち、ビレットの押出し加工を行な
い、つづいて押し出された複合体の中央部を穿孔してＳ
ｎ基金属棒を挿入したのち、伸線加工を行なって複合線
をえた。この複合線をＳｎの拡散に対する障壁材である
Ｔａパイプ中に挿入し、さらにそのパイプに安定化のた
めのＣｕパイプをかぶせて２次複合を行なったのち、線
径0.5mmまで伸線加工を行なった。
【００８７】前記のようにして作製した超電導線の先駆
体に、予備熱処理を行なったのち熱処理を施し、Ｎｂ基
金属フィラメント部分にＮｂ3Ｓｎを形成せしめ、Ｎｂ
−Ｓｎ系超電導線をえた。この熱処理における温度およ
び時間は、熱拡散反応によって超電導体が形成される温
度であることが必要であり、Ｎｂ3Ｓｎのばあいには600
〜800℃で100〜200時間であった。
【００８８】図２は、このようにして作製された熱処理
後の超電導線の断面構造を示す説明図であり、９は熱処
理後の超電導線、10はＮｂ3Ｓｎフィラメント、11は低
Ｓｎ濃度ブロンズ、７はＴａからなる障壁層、８はＣｕ
からなる安定化層である。
【００８９】ε相ブロンズ層の境界領域のＮｂ基金属フ
ィラメントは他の部分のフィラメントに対してやや細い
ので、フィラメント間距離はやや広くなる。
【００９０】前記低Ｓｎ濃度ブロンズとは、熱処理過程
でいったん生じるブロンズのＳｎ含量（約18〜20重量
％）よりも低含量（約３〜10重量％）のＳｎを含むブロ
ンズのことを指し、熱処理によってＳｎが拡散し、Ｎｂ
3Ｓｎが生成される結果、Ｓｎ含量が低くなるものであ
って、超電導線の中心からＮｂフィラメントにいたる領
域がほぼこれに該当する。
【００９１】前記のごとくしてえられた超電導線のＪｃ
およびｄeffの測定を液体ヘリウム中で行なった。その
結果、Ｊｃに関しては、Ｂ＝12Ｔの磁界においてＪｃ＝
820A/mm2という値がえられた。この値は今までの通常の
構成の超電導線の特性にくらべ、Ｎｂ3Ｓｎの占積率が
少なくなっているため、Ｊｃ特性では５％減少している
ものの、ｄeffに関しては９μmと今までの値（36μm）
に対して約１／４の値がえられた。したがって、総合的
な評価としてＪｃ／ｄeff値で両者を比較すると、本発
明により3.8倍の向上が達成されることがわかる。
【００９２】［実施例２］図３は、Ｃｕ製のビレットに
組み込んだ押出し加工前の複合体断面の構成の別の態様
を示す説明図である。４ｂはＣｕ基金属棒を表わす。
【００９３】まず、超電導線の先駆体のＮｂ基金属フィ
ラメントとなる２種類のＮｂ単芯線13ｃおよび13ｄをつ
ぎのように作製した。すなわち、直径11mmの丸棒状のＮ
ｂ基金属棒を内径および外径がそれぞれ11.8mmと16.8mm
のＣｕ基金属パイプ中に挿入したあと、線径4.2mmまで
伸線加工を行なってＣｕの肉厚が薄い単芯線13ｃを作製
した。また同様にして内径および外径がそれぞれ11.8mm
と18.4mmのＣｕ基金属パイプ中に直径11mmの丸棒状のＮ
ｂ基金属棒を挿入して伸線加工を行ない、線径4.6mmの
Ｃｕの肉厚が厚い単芯線13ｄをえた。この実施例２にお
いては、Ｃｕの厚さを変えた太さの異なる２種類の単芯
線を用いることによって、フィラメント間の接触がとく
に起こりやすいε相の境界領域のフィラメント間隔を広
げた。
【００９４】図３に示したように、中心に直径が20mmの
Ｃｕ基金属棒４ｂ、ついで外周に向かって単芯線13ｃを
２層、単芯線13ｄを３層、そして単芯線13ｃを４層の構
成でビレット内に詰めた（図３では一部の単芯線は省略
されている）。この構成を選んだ理由は、実施例１のば
あいと同様である。このようにして丸棒状の単芯線を組
み込んだことによって生じた隙間部分にＣｕ基金属の細
線を挿入した（図３ではＣｕ基金属の細線が省略されて
いる）あと、押出し加工を行なって複合体をえた。この
あと、押し出された複合体の中央部を穿孔してＳｎ基金
属棒を挿入し、再び伸線加工を行ない、複合線をえた。
該複合線をＳｎの拡散障壁材であるＴａパイプ中に挿入
し、安定化のためのＣｕパイプをかぶせて２次複合を行
なったのち、線径0.5mmまで伸線加工を行なって超電導
線の先駆体をえた。
【００９５】前記のようにして作製した超電導線の先駆
体について、予備熱処理にひきつづいて600〜750℃で10
0〜200時間の熱処理を行ない、Ｎｂ−Ｓｎ系超電導線を
えた。図４は、このようにして製作した熱処理後の超電
導線の断面構成を示す説明図であって、９は熱処理後の
超電導線、10はＮｂ3Ｓｎフィラメント、11は低Ｓｎ濃
度ブロンズ層、７はＴａの障壁層、８はＣｕの安定化材
である。
【００９６】以上のようにしてえられた超電導線のＪｃ
およびｄeffの測定を液体ヘリウム中で行なったとこ
ろ、ＪｃはＢ＝12Ｔの磁界においてＪｃ＝805Ａ／mm2と
いう値が、ｄeffに関しては６μmという値がえられた。
したがって、総合的な評価としてＪｃ／ｄeff値で両者
を比較すると、本発明により従来の超電導線より5.6倍
の向上が達成されることがわかる。
【００９７】［実施例３］図５は、Ｃｕ製のビレットに
組み込んだ押出し加工前の複合体の構成を示した斜視図
であり、１は押出し加工前の複合体、２はＣｕ製のビレ
ット、13は超電導線の先駆体のフィラメントになるＮｂ
基金属棒、４ｃは円盤状のＣｕ基金属材を表わす。
【００９８】円盤状のＣｕ基金属材４ｃは以下のように
して作製した。すなわち、直径160mm、厚さ10mmの無酸
素銅の円盤上に直径4.95mmの孔を309個、ＮＣボール盤
を用いて穿孔した。このときの孔は、内側から外周に向
かって第１層目と２層目との間は密に、２層目から４層
目の間は粗に、４層目と５層目との間は密に配置した。
前記円盤状のＣｕ基金属材４ｃを30枚、孔の位置が合う
ように、外径180mm、内径160mmの無酸素銅製のビレット
容器中に挿入した。つぎに、直径4.9mmのＮｂ基金属棒1
3を前記30枚重ねた銅板の孔に充填し、最後に内部を真
空引きして蓋を溶接することで複合ビレットを製造し
た。なお、無酸素銅の円盤へのＮｂ基金属棒の挿入は容
易であった。
【００９９】前記複合ビレットを押出し加工し、押し出
された複合体の中央部を穿孔してＳｎ基金属棒を挿入し
てから伸線加工を行ない複合線をえた。これをＳｎの拡
散障壁材であるＴａのパイプ中に挿入し、安定化のため
のＣｕパイプをかぶせて２次複合を行なったのち、線径
0.5mmまで伸線加工を行なった。
【０１００】前記のようにして作製した超電導線の先駆
体について、予備熱処理にひきつづいて600〜750℃で10
0〜200時間の熱処理を行ない、Ｎｂ−Ｓｎ系超電導線を
えた。図６はこのようにして作製した熱処理後の超電導
線の断面構成を示す説明図であり、９は熱処理後の超電
導線、10はＮｂ3Ｓｎフィラメント、11は低Ｓｎ濃度ブ
ロンズ、７はＴａからなる障壁層、８はＣｕからなる安
定化層である。
【０１０１】かくしてえられた超電導線のＪｃおよびｄ
effの測定を液体ヘリウム中で行なったところ、Ｊｃは
Ｂ＝12Ｔの磁界においてＪｃ＝930Ａ／mm2という値が、
ｄeffに関しても６μmという値がえられた。したがっ
て、総合的な評価としてＪｃ／ｄeff値で両者を比較す
ると、本発明により従来の超電導線より6.5倍の向上が
達成されることがわかる。
【０１０２】［実施例４］超電導線に求められる要求ス
ペックとして、Ｊｃ特性よりもｄeff特性の一層の改善
が求められるばあいがある。この要求を達成するために
は、実施例１における態様の一変形として、熱処理の過
程でε相ブロンズ層が生成した際に、Ｎｂ基金属フィラ
メントが前記ε相ブロンズ層境界の外側のみ存在するよ
うに、あらかじめ単芯線を配置する。このようにするこ
とによってＮｂ3Ｓｎフィラメント相互の接触、結合を
抑制することができ、ｄeffの値の効果的な低減が可能
となる。
【０１０３】図７は、Ｃｕ製のビレットに組み込んだ押
出し加工前の複合体断面の構成を示す説明図であり、１
は押出し加工前の複合体、２はＣｕ製のビレット、13
ｅ、１３ｆは六角形状のＮｂ単芯線、４ａは対辺間が
４．２ｍｍの六角形状のＣｕ基金属線である。前記単芯
線13ｅおよび13ｆは、実施例１に記載した態様のばあい
よりもフィラメント間隔を広げるため、13ｅでは内径お
よび外径がそれぞれ11.8mm、17.4mmのＣｕパイプ中に、
13ｆでは内径および外径がそれぞれ11.8mm、19.3mmのＣ
ｕパイプ中に直径が11mmの丸棒状のＮｂ基金属棒を挿入
したあと、伸線加工を行なっていずれも対辺間が4.2mm
の六角形状の単芯線としたものである。
【０１０４】これらのＮｂ単芯線を図７に示したよう
に、中心から外周に向ってＣｕ基金属線４ａを７層、単
芯線13ｆを３層さらに単芯線13ｅを７層配置した構成で
ビレット内に詰めた。図７では、断面の全面に組み込ま
れている単芯線13ｅ、13ｆおよびＣｕ基金属棒４ａを中
心部から外周へかけて１列のみ表示されている。このあ
と、ビレットの押出し加工を行ない、つづいて押し出さ
れた複合体の中央部を穿孔してＴｉが1.5重量％添加さ
れた直径が14mmのＳｎ合金を挿入したあと、伸線加工を
行なって複合線をえた。この複合線の周囲に厚さ約30μ
mのＳｎメッキを施したあと、Ｓｎの拡散障壁材である
Ｔａパイプ中に挿入し、安定化のためのＣｕパイプをか
ぶせて２次複合を行なってから、線径0.5mmまで伸線加
工を行なった。Ｓｎメッキを行なった理由は、Ｓｎを複
合体の外周部に分散させることで中央部分に配置される
Ｓｎ基金属材の量を減らし、この中央部に配置されたＳ
ｎがε相ブロンズを生成したとき、該ε相ブロンズの領
域を少しでも小さくするためである。
【０１０５】このようにして作製した超電導線の先駆体
に予備熱処理につづいて600〜800℃で100〜200時間の熱
処理を施し、Ｎｂ−Ｓｎ系超電導線をえた。この熱処理
温度は、熱拡散反応によって超電導体が形成される温度
であり、Ｎｂ3Ｓｎのばあいには600〜800℃である。図
８は、このようにして作製された熱処理後の超電導線の
断面構成を示す説明図であり、９は熱処理後の超電導
線、10はＮｂ3Ｓｎフィラメント、11は低Ｓｎ濃度ブロ
ンズ、７はＴａからなる障壁層、８はＣｕからなる安定
化層である。
【０１０６】えられた前記超電導線について液体ヘリウ
ム中でＪｃおよびｄeffの測定を行なった。
【０１０７】その結果、Ｊｃに関してはＢ＝12Ｔの磁界
においてＪｃ＝720Ａ／mm2という値がえられた。この値
は今までの通常の構成の超電導線の特性と比べて、Ｎｂ
3Ｓｎの占積率が少なくなっているため、Ｊｃ特性では1
6％減少している。しかし、ｄeffに関しては４μmと今
までの値（36μm）に対して約１／９の小さい値がえら
れた。この値は実施例１〜３と比べても優れている。し
たがって、総合的な評価としてＪｃ／ｄeff値で両者を
比較すると、本発明により7.5倍の向上が達成されるこ
とがわかる。
【０１０８】以上の実施例１〜４では超電導線として、
Ｃｕで代表される安定化層とＴａで代表される拡散障壁
層をもっている超電導線について述べたが、安定化材や
拡散障壁材は省略しても差支えない。
【０１０９】［実施例５］図９は本件第２の発明の超電
導線の先駆体、すなわち延伸加工によって断面縮小をし
た熱処理前の超電導線の先駆体の断面の構成を示す説明
図である。図９において、21は超電導線の先駆体、22は
Ｃｕ基金属材とＳｎ基金属材との複合体、23はＮｂ基金
属フィラメントを表わす。図10は前記超電導線の先駆体
を熱処理してえられた超電導線断面の構成を示す説明図
であって、24は超電導線、25はＮｂ3Ｓｎフィラメン
ト、26は熱処理によってＳｎが拡散し、Ｎｂと反応した
結果低Ｓｎ濃度となったブロンズ層を示す。
【０１１０】前記Ｃｕ基金属材とＳｎ基金属材との複合
体22を、以下の方法で作製した。まず、厚さ２mmの無酸
素銅板10枚の間に、厚さ１mmのＳｎ板９枚を交互に重ね
合わせて圧延し一体化した厚さ15mmの厚板を、外径180m
m、内径160mmの無酸素銅の容器中に、積層面を縦にして
密に充填した。つぎに、内部を真空引きして蓋を溶接
し、該無酸素銅容器を冷間で静水圧押し出し加工を行な
い、直径90mmの棒状の複合体を作製した。最後に、この
棒状の複合体の外周部分の無酸素銅を、旋盤で外周切削
を行って取り除き、直径が80mmの円柱状の複合体22をえ
た。
【０１１１】前記直径80mmの複合体22を長さ100mmに切
断し、直径4.1mmの孔を127個穿孔した。つぎに、直径4.
0mm、長さ100mmのＮｂ基金属線を前記複合体の孔に挿入
し、外径90mm、内径80mmの無酸素銅の容器中に前記複合
体を入れ、内部を真空引きして蓋を電子ビーム溶接する
ことで複合ビレットを製造した。該複合ビレットを冷間
で静水圧押し出し加工を行なったのち、外周部分の無酸
素銅を旋盤で外周切削を行なって取り除いてから伸線加
工を行ない、最終径でツイスト加工を行なって、線径0.
2mmの超電導線の先駆体をえた。えられた超電導線の先
駆体について、予備熱処理にひきつづき600〜800℃で50
〜200時間の熱処理を行ない、Ｎｂ基金属フィラメント
部分にＮｂ3Ｓｎ超電導体を形成させ超電導線をえた。
【０１１２】えられた超電導線のＪｃおよびｄeffの測
定を、液体ヘリウム中で行なったところ、ＪｃはＢ＝12
Ｔの磁界において550Ａ／mm2という値が、ｄeffに関し
ては５μmという値がえられた。従来の内部拡散法によ
ってえられるＮｂ3Ｓｎ超電導線との比較において、総
合的な評価としてＪｃ／ｄeff値で両者を比較すると、
本発明により従来の超電導線より4.4倍の向上が達成さ
れることがわかる。
【０１１３】［実施例６］図11は本件第２の発明の超電
導線の先駆体のＮｂ基金属フィラメントとなる複合単芯
線の構成の一実施例を示す説明図である。図11におい
て、23ｂはＴｉを１重量％有するＮｂ基金属棒、28はＣ
ｕ基金属、29はＣｕ基金属材表面のメッキを示す。前記
複合単芯線はつぎのように製作した。すなわち、Ｔｉを
１重量％添加した直径11mmのＮｂ基金属棒を、内径およ
び外径がそれぞそれ11.8mm、18.4mmのＣｕパイプ中に挿
入したのち、伸線加工を行なって対辺が4.2mmの六角形
状の単芯線とした。該単芯線の表面にＳｎメッキ７を約
100μmの厚さに施して、図11に示したような複合単芯線
をえた。
【０１１４】前記のごとく作製した複合単芯線1225本
を、外径180mm、内径160mmの無酸素銅製のビレット内に
充填し、真空排気と蓋の電子ビーム溶接を行なって複合
ビレットとした。つぎに、該複合ビレットを冷間で静水
圧押し出し加工を行なったのち、伸線加工を行ない、複
合体をえた。えられた複合体をＳｎの拡散障壁材である
Ｔａパイプ中に挿入し、安定化のためのＣｕパイプをか
ぶせて２次複合化し、伸線加工を行ない、最終径でツイ
スト加工を施して、線径0.3mmの超電導線の先駆体をえ
た。
【０１１５】図12はえられた超電導線の先駆体の断面の
構成を示す説明図である。図12において、21は超電導線
の先駆体、23ｂはＴｉを１重量％有するＮｂ基金属フィ
ラメント、30はＴａ障壁層、31は安定化のためのＣｕ
層、32はＣｕ基金属材、33はＣｕ基金属材表面のＳｎメ
ッキを示す。
【０１１６】えられた超電導線の先駆体について、予備
熱処理にひきつづき600〜800℃で50〜200時間の熱処理
を行ない、Ｎｂ基金属フィラメント部分にＮｂ3Ｓｎを
形成させて超電導線をえた。図13はえられた超電導線断
面の構成を示す説明図であって、図中24は超電導線、25
はＮｂ3Ｓｎフィラメント、26は低Ｓｎ濃度ブロンズ、3
0はＴａからなる障壁層、31は安定化のためのＣｕ層を
示す。
【０１１７】かくしてえられた超電導線のＪｃおよびｄ
effの測定を液体ヘリウム中で行なった。その結果、Ｊ
ｃに関してはＢ＝12Ｔの磁界において850Ａ／mm2という
値が、ｄeffに関しては３μmという値がえられた。従来
の内部拡散法によってえられる、Ｔｉを含有するＮｂ3
Ｓｎ超電導線との比較において、総合的な評価としてＪ
ｃ／ｄeff値で両者を比較すると、本発明により従来の
超電導線より7.1倍の向上が達成されることがわかる。
【０１１８】［実施例７］図14は、本件第２の発明の超
電導線の先駆体の製造に用いられる断面縮小加工前の複
合単芯線の構成の一例を示す説明図である。図14におい
て32はＣｕ基金属材、23ａはＮｂ基金属棒、34はＩｎを
７重量％含有するＳｎ基金属棒を示す。前記複合単芯線
はつぎのように作製した。
【０１１９】すなわち、まず図14に示すごとく直径が3.
5mmの穴を８個設けた外径25mm、内径14mmの無酸素銅製
のビレット容器の中央に直径13.9mmのＮｂ基金属棒を挿
入し、７重量％のＩｎを含む直径が3.4mmのＳｎ基金属
棒８本を周辺の各穴に挿入した。前記ビレット容器の内
部を真空引きして蓋を電子ビーム溶接してから冷間で静
水圧押し出し加工を行なったのち、伸線加工を行ない、
対辺が4.2mmの六角形状の複合単芯線をえた。
【０１２０】前記複合単芯線1225本を実施例６と同様の
Ｃｕ製のビレット内に充填後、内部を真空引きし、蓋を
電子ビーム溶接した。この複合ビレットを冷間で静水圧
押し出し加工を行なったのち伸線加工を行ない、複合線
をえた。つぎに、該複合線をＳｎの拡散障壁材であるＴ
ａパイプ中に挿入し、さらに安定化のためのＣｕパイプ
をかぶせて２次複合化し、伸線加工を行なった。そのの
ち、この線材を最終径でツイスト加工を行なって、線径
0.3mmの超電導線の先駆体をえた。
【０１２１】図15は前記超電導線の先駆体の断面の構成
を示す説明図である。図中21は超電導線の先駆体、23ａ
はＮｂ基金属フィラメント、30はＴａ障壁層、31は安定
化のためのＣｕ層、32はＣｕ基金属材、34はＩｎを７重
量％含有するＳｎ基金属材を示す。
【０１２２】えられた超電導線の先駆体について、予備
熱処理にひきつづき600〜800℃で50〜20 時間の熱処理
を行ない、Ｎｂ基金属フィラメント部分にＮｂ3Ｓｎ超
電導体を形成させ超電導線をえた。えられた超電導線の
断面形状は、図13と同様であった。
【０１２３】えられた超電導線のＪｃおよびｄeffの測
定を液体ヘリウム中で行なった。その結果、Ｊｃに関し
てはＢ＝12Ｔの磁界において633Ａ／mm2という値が、ｄ
effに関しては３μmという値がえられた。従来の内部拡
散法によってえられる、Ｉｎを含有するＮｂ3Ｓｎ超電
導線との比較において、総合的な評価としてＪｃ／ｄ
eff値で両者を比較すると、本発明により従来の超電導
線より7.0倍の向上が達成されることがわかる。
【０１２４】［実施例８］図16は、本件第２の発明の超
電導線の製造に用いられる、断面縮小加工前の複合単芯
線の構成を示す説明図であって、22ｂはＴｉを１重量％
含有するＣｕとＳｎとの複合体、23ａはＮｂ基金属棒を
示す。
【０１２５】複合体22ｂは、Ｔｉを１重量％含有する厚
さ１mmのＣｕ板２枚の間に、厚さ１mmのＳｎ板を重ねて
圧延し、一体化して厚さ１mmの薄板にしたものである。
この薄板状の複合体22ｂを縦×横が140mm×1000mmの大
きさに切断して、直径が10mm、長さが1000mmの丸棒状の
Ｎｂ基金属棒の周囲に簀巻き状に巻いたのち、内径およ
び外径がそれぞれ18mmおよび19mmの無酸素銅のパイプ35
中に挿入した。つぎに、前記パイプ35を伸線加工して対
辺が4.2mmの六角形状の複合単芯線をえた。
【０１２６】前記複合単芯線1225本を外径180mm、内径1
60mmの無酸素銅製のビレット内に充填したのち、ビレッ
ト内を真空排気し、蓋を電子ビーム溶接した。つぎにこ
のビレットを冷間で静水圧押し出し加工を行なったの
ち、伸線加工を行ない、複合線をえた。該複合線をＳｎ
の拡散障壁材であるＴａパイプ中に挿入し、安定化のた
めのＣｕパイプをかぶせて２次複合化し、伸線加工を行
なった。これを最終径でツイスト加工を行ない、線径0.
3mmの超電導線の先駆体をえた。
【０１２７】図17は前記超電導線の先駆体の断面の構成
を示す説明図であり、図中22ｂはＴｉを１重量％含有す
るＣｕとＳｎとの複合体、23ａはＮｂ基金属フィラメン
ト、30はＴａ障壁層、31は安定化材としてのＣｕ、32は
Ｃｕ基金属材を示す。
【０１２８】えられた超電導線の先駆体について、予備
熱処理にひきつづき600〜800℃で50〜200時間の熱処理
を行ない、Ｎｂ基金属フィラメント部分にＮｂ3Ｓｎ超
電導体を形成させて超電導線をえた。該超電導線の断面
形状は、図13と同様であった。
【０１２９】えられた超電導線のＪｃおよびdeffの測定
を液体ヘリウム中で行なった。その結果、Ｊｃに関して
はＢ＝12Ｔの磁界において900Ａ／mm2という値が、ｄ
effに関しては３μmという値がえられた。したがって、
従来の内部拡散法Ｔｉを含有するによってえられる、Ｎ
ｂ3Ｓｎ超電導線との比較において、総合的な評価とし
てＪｃ／ｄeff値で両者を比較すると、本発明により従
来の超電導線より7.5倍の向上が達成されることがわか
る。
【０１３０】［実施例９］図18は、本件第２の発明の超
電導線の製造に用いられる、断面縮小加工前の複合単芯
線の構成を示す説明図である。図18において22ｃは表面
がＳｎメッキされたＣｕ基金属材からなる複合体、23ｃ
は表面がＴｉメッキされたＮｂ基金属棒、35は無酸素銅
パイプを示す。
【０１３１】まず、超電導線のフィラメントになる直径
10mmのＮｂ基金属棒の表面に、電解メッキによりＴｉを
約45μｍ電着させた。つぎに、幅約200mm、厚さ0.5mmの
無酸素銅板の表面にＳｎメッキを約0.1mm施してＣｕ−
Ｓｎ複合体22ｃをえた。該複合体を、Ｔｉメッキされた
Ｎｂ基金属棒23ｃを芯金にして、約５層簀巻き状に巻
き、内径および外径がそれぞれ18×19mmの無酸素銅のパ
イプ中に挿入したのち、伸線加工して対辺が4.2mmの六
角形状の複合単芯線をえた。
【０１３２】えられた複合単芯線1225本を実施例６と同
様のＣｕ製のビレット内に充填し真空排気と蓋の電子ビ
ーム溶接とを行ない、冷間で静水圧押し出し加工を行な
い、伸線加工し、複合線をえた。該複合線をさらに伸線
加工し、最終径でツイスト加工を行なって、線径0.3mm
の超電導線の先駆体をえた。
【０１３３】図19は前記超電導線の先駆体の断面の構成
を示す説明図である。図19において22ｃは表面がＳｎメ
ッキされたＣｕ複合体、23ｃは表面がＴｉメッキされた
Ｎｂ基金属材フィラメント、31は安定化材としてのＣ
ｕ、32はＣｕ基金属材を示す。
【０１３４】えられた超電導線の先駆体について、予備
熱処理にひきつづき600〜800℃で50〜200時間の熱処理
を行ない、Ｎｂ基金属フィラメント部分にＮｂ3Ｓｎ超
電導体を形成させて超電導線をえた。前記超電導線の断
面形状は、図13と同様であった。
【０１３５】えられた超電導線を液体ヘリウム中でＪｃ
およびｄeffの測定を行なった。その結果、Ｊｃに関し
てはＢ＝12Ｔの磁界において900Ａ／mm2という値が、ｄ
effに関しては３μmという値がえられた。したがって、
従来の内部拡散法によってえられる、Ｔｉを含有するＮ
ｂ3Ｓｎ超電導線との比較において、総合的な評価とし
てＪｃ／ｄeff値で両者を比較すると、本発明により従
来の超電導線より7.5倍の向上が達成されることがわか
る。
【０１３６】［実施例１０］図20は、本件第２の発明の
超電導線の製造に用いられる、断面縮小加工前の複合単
芯線の断面構成を示す説明図である。図中、22ｃは両表
面がＳｎメッキされたＣｕ基金属材からなるＣｕ−Ｓｎ
複合体、23ａはＮｂ基金属棒、35はＣｕ基金属パイプ、
36はＣｕ−Ｓｎ複合体22ｃとＮｂ基金属棒23ａとのあい
だに挟まれたＴｉ薄板を示す。
【０１３７】まず、超電導線のフィラメントになる単芯
線１をつぎのように製作した。実施例９と同様に、幅約
200mm、厚さ0.5mmの無酸素銅板の表面にＳｎメッキを約
0.1mm施してＣｕ−Ｓｎ複合体22ａをえた。該複合体22
ａに厚さ0.05mm、幅約30mmの純Ｔｉ薄板36を重ね、直径
10mmの丸棒状のＮｂ基金属棒23ａを芯金にして、約５層
簀巻き状に巻いた。ただしＴｉ薄膜は幅が約30mmしかな
いので、丸棒状のＮｂ基金属棒の周囲を１層しか巻けな
かった。
【０１３８】これを内径および外径がそれぞそれ18×19
mmの無酸素銅のパイプ35中に挿入したのち、伸線加工し
て対辺が4.2mmの六角形状の複合単芯線をえた。
【０１３９】前記複合単芯線1225本を実施例６と同様な
Ｃｕ製のビレット内に充填して、真空排気と蓋の電子ビ
ーム溶接を行ない、冷間で静水圧押し出し加工を行なっ
たのち、伸線加工してからＳｎの拡散障壁材であるＴａ
パイプ中に挿入し、安定化のためのＣｕパイプをかぶせ
て２次複合化を行なった。えられた２次複合材を伸線加
工し、最終径でツイスト加工を行なって、線径0.3mmの
超電導線の先駆体をえた。
【０１４０】前記超電導線の先駆体について、予備熱処
理にひきつづき600〜800℃で50〜200時間の熱処理を行
ない、Ｎｂ基金属フィラメント部分にＮｂ3Ｓｎ超電導
体を形成させ超電導線をえた。超電導線の断面形状は、
図13と同様であった。
【０１４１】えられた超電導線のＪｃおよびｄeffの測
定を液体ヘリウム中で行なった。その結果、Ｊｃに関し
てはＢ＝12Ｔの磁界において900Ａ／mm2という値が、ｄ
effに関しては３μmという値がえられた。Ｔｉ添加した
従来の内部拡散法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線との比較におい
て、総合的な評価としてＪｃ／ｄeff値で両者を比較す
ると、本発明により従来の超電導線よりも7.5倍の向上
が達成されることがわかる。
【０１４２】［実施例１１］図21は、本件第２の発明の
超電導線の製造に用いられる、断面縮小加工前の複合単
芯線の構成を示す説明図である。図中、22ｄは表面が純
ＴｉでメッキされたＣｕ−Ｓｎ複合体、23ａはＮｂ基金
属棒、35はＣｕ基金属材パイプである。
【０１４３】まず、実施例８と同様に、厚さ１mmのＣｕ
板２枚の間に、厚さ１mmのＳｎ板を重ねて圧延し、一体
化して厚さ１mmの薄板を製作し、その薄板を縦×横が14
0mm×1000mmの大きさに切断したのち、薄板の片側に約1
0μmのＴｉメッキを施し複合体22ｄをえた。該複合体22
ｄを、直径が10mm、長さが1000mmの丸棒状のＮｂ基金属
材棒23ａの周りに簀巻き状に巻いたのち、内径および外
径がそれぞれ18mmおよび19mmの無酸素銅のパイプ35中に
挿入し、伸線加工を行なって対辺が4.2mmの六角の複合
単芯線をえた。
【０１４４】えられた複合単芯線1225本を実施例６と同
様なＣｕ製のビレット内に充填してから真空引きし、蓋
の電子ビーム溶接を行なったのち冷間で静水圧押し出し
加工を行ない、伸線加工をして複合線をえた。該複合線
をＳｎの拡散障壁材であるＴａパイプ中に挿入し、安定
化のためのＣｕパイプをかぶせて２次複合を行なったの
ち、最終径でツイスト加工を行なって、線径0.3mmの超
電導線の先駆体をえた。該超電導線の先駆体の断面の構
成は図17と同様であった。
【０１４５】えられた超電導線の先駆体について、予備
熱処理にひきつづき600〜800℃で50〜200時間の熱処理
を行ない、Ｎｂ基金属フィラメント部分にＮｂ3Ｓｎ超
電導体を形成させ超電導線をえた。超電導線の断面形状
は、図13と同様であった。
【０１４６】かくしてえられた超電導線のＪｃおよびｄ
effの測定を液体ヘリウム中で行なった。その結果、Ｊ
ｃに関してはＢ＝12Ｔの磁界において910Ａ／mm2という
値が、ｄeffに関しては３μmという値がえられた。した
がって、従来の内部拡散法によってえられる、Ｔｉを含
有するＮｂ3Ｓｎ超電導線との比較において、総合的な
評価としてＪｃ／ｄeff値で両者を比較すると、本発明
により従来の超電導線よりも7.6倍の向上が達成される
ことがわかる。
【０１４７】［実施例１２］超電導線に求められる要求
スペックとして、ｄeff特性よりもＪｃ特性の一層の改
善が求められるばあいがある。この要求を達成するた
め、熱処理後に多少のＮｂ3Ｓｎフィラメント同士の結
合が発生し、ｄeff特性の増大は起こるものの、フィラ
メント間隔を今までの実施例よりも密に配置すること
で、Ｊｃ特性の向上が可能になる。
【０１４８】図22は、本件第２の発明の超電導線の製造
に用いられる、断面縮小加工前の複合単芯線の構成を示
す説明図である。図中、22ａはＣｕとＳｎとの複合体、
23ｄはＴａを１重量％含有するＮｂ基金属棒、36はＴｉ
を３重量％含有するＣｕ基合金パイプである。
【０１４９】まず、実施例８と同様に、厚さ１mmのＣｕ
板２枚の間に、厚さ1.5mmのＳｎ板を重ねて圧延し、一
体化して厚さ１mmの薄板を製作した。この薄板を縦×横
が150mm×1000mmの大きさに切断して、Ｔａを１重量％
含有する、直径が12.7mm、長さが1000mmの丸棒状のＮｂ
基金属丸棒23ｄの周りに簀巻き状に巻いたのち、Ｔｉを
３重量％含有する内径および外径がそれぞれ19mmおよび
20mmのＣｕパイプ36中に挿入し、伸線加工を行なって対
辺が4.2mmの六角の複合単芯線をえた。
【０１５０】このようにして製作した複合単芯線1225本
を実施例６と同様なＣｕ製のビレット内に充填して内部
を真空引きし、蓋の電子ビーム溶接を行なって複合ビレ
ットとした。該複合ビレットを冷間で静水圧押し出し加
工を行ない、伸線加工して複合線をえた。この複合線を
Ｓｎの拡散障壁材であるＴａパイプ中に挿入し、安定化
のためのＣｕパイプをかぶせて２次複合を行なったの
ち、最終径でツイスト加工を行なって、線径0.3mmの超
電導線の先駆体をえた。超電導線の先駆体の断面の構成
は図11と同様であった。えられた超電導線の先駆体につ
いて、600〜800℃で50〜200時間の熱処理を行ない、Ｎ
ｂ基金属フィラメント部分にＮｂ3Ｓｎ超電導体を形成
させ超電導線をえた。熱処理後の超電導線の断面形状
は、図13と同様であった。
【０１５１】えられた超電導線のＪｃおよびｄeffの測
定を液体ヘリウム中で行なった。その結果、Ｊｃに関し
てはＢ＝12Ｔの磁界において1250Ａ／mm2という値が、
ｎ値に関しては56という値がえられた。したがって、従
来の内部拡散法によってえられたＴｉを含有するＮｂ3
Ｓｎ超電導線と比較すると、本発明によりＪｃで約40
％、ｎ値で約２倍の向上が達成されることがわかる。
【０１５２】以上、実施例５〜12に述べたように、分散
Ｓｎ拡散法により従来の内部拡散法に比べて、総合的な
Ｊｃ／ｄeff値において、超電導特性が約５〜７倍に向
上したが、その中でも実施例８以降に述べたＣｕとＳｎ
との複合体を丸棒状のＮｂフィラメントに簀巻き状に巻
いた構成の超電導線では、Ｊｃ、ｄeff、超電導性の特
性を示す指標の一つであるｎ値などの向上がいちじるし
く、また線材の加工性もとくに優れていた。その理由は
ＣｕとＳｎの複合体を簀巻き状に巻くため、Ｓｎの分散
が向上し、そのためフィラメントに生成されるＮｂ3Ｓ
ｎの組成ずれが抑えられ、特性向上につながったものと
考えられる。
【０１５３】なお、実施例５〜12では、超電導線とし
て、Ｃｕで代表される安定化材とＴａで代表される拡散
障壁材を有する超電導線について述べたが、実施例５〜
12の超電導線は安定化材として高純度Ａｌ、拡散障壁材
としてＮｂやＶが採用されたばあいにおいても有効であ
る。また前記拡散障壁材や安定化材の使用を省略するこ
ともできる。
【０１５４】さらに、実施例５〜12では、複合線を単体
で二次複合化した例を述べたが、大電流容量化するため
には、えられた複合線を多数本Ｃｕチューブ中に充填し
て二次複合化し、断面減少加工すればよい。
【０１５５】なお、はじめにも記載したとおり、本明細
書に記載したＮｂをＶにＳｎをＧａに置き換えても全く
同様の結果がえられる。
【０１５６】
【発明の効果】本件第１の発明は、以上説明したとお
り、Ｎｂ3Ｓｎ系超電導線において、予備熱処理時のＳ
ｎ基金属材の拡散過程で生成されるε相ブロンズ層の境
界領域の位置に存在するＮｂ基金属フィラメント間距離
を、熱処理後に生成されるＮｂ３Ｓｎフィラメントが接
触しない程度に広げたために、超電導線のＮｂ３Ｓｎフ
ィラメント間の接触による結合がなくなり、Ｊｃの減少
を最小限にとどめながら、有効フィラメント径の値を減
少させることができ、その結果、パルス電流の通電時に
発生するヒステリシス損失が大幅に減少し、超電導コイ
ルの安定性が向上するという効果を奏する。
【０１５７】また、本件第２の発明は、化合物系超電導
線の先駆体において、ＳｎまたはＧａとＣｕとの複合材
を個々のＮｂまたはＶ基金属フィラメントの周囲に配置
する分散配置にすることでフィラメント間隔を内部拡散
法よりも約30％広げることができ、そのため、熱処理後
の超電導線においてＮｂ3Ｓｎフィラメントが相互に接
触し結合する確率が格段に減り、有効フィラメント径の
値を大幅に減少させることができる。その結果、パルス
電流の通電時に発生するヒステリシス損失が大幅に減少
し、超電導コイルの安定性が向上する効果がある。ま
た、Ｓｎの拡散距離が短くてすむため、個々のフィラメ
ントに生成されるＮｂ3Ｓｎの組成が均一になり、Ｊｃ
およびｎ値が向上する効果がある。さらに、Ｓｎ拡散の
予備熱処理時間が短くてすむため、コストの低減が優れ
るという効果も併せもつ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本件第１の発明の超電導線の一実施例の押出し
加工前の複合体の断面構成を示す説明図である。
【図２】本件第１の発明の超電導線の一実施例の断面構
成を示す説明図である。
【図３】本件第１の発明の超電導線の一実施例の押出し
加工前の複合体の断面構成を示す説明図である。
【図４】本件第１の発明の超電導線の一実施例の断面構
成を示す説明図である。
【図５】本件第１の発明の超電導線の一実施例の押出し
加工前の複合体の斜視図である。
【図６】本件第１の発明の超電導線の一実施例の断面構
成を示す説明図である。
【図７】本件第１の発明の超電導線の一実施例の押出し
加工前の複合体の断面構成を示す説明図である。
【図８】本件第１の発明の超電導線の一実施例の断面構
成を示す説明図である。
【図９】本件第２の発明の超電導線の先駆体の一実施例
の断面を示す説明図である。
【図１０】本件第２の発明の化合物系超電導線の一実施
例の断面を示す説明図である。
【図１１】本件第２の発明の超電導線の先駆体の製造に
用いられる複合単芯線の一実施例を示す説明図である。
【図１２】本件第２の発明の超電導線の先駆体の他の実
施例の断面を示す説明図である。
【図１３】本件第２の発明の化合物系超電導線の他の実
施例の断面を示す説明図である。
【図１４】本件第２の発明の超電導線の先駆体の製造に
用いられる複合単芯線の他の実施例の断面を示す説明図
である。
【図１５】本件第２の発明の超電導線の先駆体の他の実
施例の断面を示す説明図である。
【図１６】本件第２の発明の超電導線の先駆体の製造に
用いられる複合単芯線の他の実施例を示す説明図であ
る。
【図１７】本件第２の発明の超電導線の先駆体の他の実
施例の断面を示す説明図である。
【図１８】本件第２の発明の超電導線の先駆体の製造に
用いられる複合単芯線の他の実施例を示す説明図であ
る。
【図１９】本件第２の発明の超電導線の先駆体の他の一
実施例の断面を示す説明図である。
【図２０】本件第２の発明の超電導線の先駆体の製造に
用いられる複合単芯線の他の実施例の断面を示す説明図
である。
【図２１】本件第２の発明の超電導線の先駆体の製造に
用いられる複合単芯線の他の実施例を示す説明図であ
る。
【図２２】本件第２の発明の超電導線の先駆体の製造に
用いられる複合単芯線の他の実施例を示す説明図であ
る。
【図２３】従来の超電導線の先駆体の断面を示す断面説
明図である。
【図２４】従来の超電導線の断面を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 複合体 ９ 超電導線 10 Ｎｂ3Ｓｎフィラメント 11 低Ｓｎ濃度ブロンズ 13ａ Ｃｕが肉薄の単芯線 13ｂ Ｃｕが肉厚の単芯線 21 超電導線の先駆体 22 Ｃｕ基金属材とＳｎ基金属材との複合体 23 Ｎｂ基金属フィラメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 貴之 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者 内川 英興 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低Ｓｎ濃度のブロンズと該ブロンズに埋
    設されたＮｂ3ＳｎフィラメントからなるＮｂ−Ｓｎ化
    合物系超電導線であって、中心部は低Ｓｎ濃度のブロン
    ズのみからなり、その周囲に同心状にＮｂ3Ｓｎフィラ
    メントが分離して配列され、さらにその周囲にＮｂ3Ｓ
    ｎフィラメントが同心状に順次外周に向かって配列され
    るとともに、300〜600℃の予備熱処理によって生成され
    るε相ブロンズ層の境界領域での該Ｎｂ3Ｓｎフィラメ
    ントの間隔が他の部分での該Ｎｂ3Ｓｎフィラメントの
    間隔よりも大となるように配置されてなるＮｂ−Ｓｎ化
    合物系超電導線。
  2. 【請求項２】 Ｎｂ3Ｓｎフィラメントがε相ブロンズ
    層の境界の外側にのみ存在する請求項１記載のＮｂ−Ｓ
    ｎ化合物系超電導線。
  3. 【請求項３】 ε相ブロンズ層の境界領域におけるＮｂ
    3Ｓｎフィラメントの直径が他の部分におけるＮｂ3Ｓｎ
    フィラメントの直径よりも小である請求項１または２記
    載のＮｂ−Ｓｎ化合物系超電導線。
  4. 【請求項４】 Ｎｂ3ＳｎフィラメントがＴｉ、Ｔａ、
    Ｈｆ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｖおよび
    Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも１種を0.01〜５
    重量％含有してなる請求項１、２または３記載のＮｂ−
    Ｓｎ化合物系超電導線。
  5. 【請求項５】 （ａ）円柱状のＣｕ基金属材の中央部の
    周囲にＮｂ基金属フィラメントが同心状に複数層分離し
    て埋設され、かつ300〜600℃の予備熱処理によって生成
    されるε相ブロンズ層の境界領域での間隔が他の部分よ
    りも大きい間隔となるように埋設された複合体を形成
    し、（ｂ）前記複合体を押出し加工したのちに中央部を
    穿孔するか、または前記複合体を管状に押出し加工した
    のちに中央部にＳｎ基金属棒を挿入し、（ｃ）ついで伸
    線加工をして超電導線の先駆体を形成し、（ｄ）該先駆
    体を熱処理する工程からなることを特徴とするＮｂ−Ｓ
    ｎ化合物系超電導線の製法。
  6. 【請求項６】 工程（ａ）が（ａ1）Ｎｂ基金属フィラ
    メントの周囲を肉厚のＣｕ基金属材で覆った肉厚の単芯
    線とＮｂ基金属フィラメントの周囲を肉薄のＣｕ基金属
    材で覆った肉薄の単芯線とを形成し、（ａ2）Ｃｕ製容
    器内に、中心付近にはＣｕ基金属材を、ε相ブロンズ層
    の境界領域には前記肉厚の単芯線を、前記肉厚の単芯線
    の内側および外側または外側のみに内薄の単芯線をそれ
    ぞれ挿入する工程からなる請求項５記載のＮｂ−Ｓｎ化
    合物系超電導線の製法。
  7. 【請求項７】 工程（ａ）が、（ａ3）ε相ブロンズ層
    の境界領域において、その内側および外側よりも間隔が
    大きくなるように、Ｃｕ円板に複数の孔を形成し、（ａ
    4）前記円板を重ねてＣｕ製容器内に挿入し、（ａ5）前
    記複数の孔の各孔にＮｂ基金属棒を挿入する工程からな
    る請求項５記載のＮｂ−Ｓｎ化合物系超電導線の製法。
  8. 【請求項８】 ε相ブロンズ層の境界領域におけるＮｂ
    基金属フィラメントの間隔が該Ｎｂ基金属フィラメント
    径の0.45倍以上である請求項５記載のＮｂ−Ｓｎ化合物
    系超電導線の製法。
  9. 【請求項９】 Ｎｂ基金属フィラメント間の間隔が大で
    ある範囲が、Ｓｎ基金属棒の中心から超電導線の先駆体
    を415℃で予備熱処理したときに生成するε相ブロンズ
    層の境界までの距離の0.7〜1.4倍の範囲である請求項５
    記載のＮｂ−Ｓｎ化合物系超電導線の製法。
  10. 【請求項１０】 Ｎｂ基金属フィラメントが0.01〜５重
    量％のＴｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、ＺｒおよびＶよりなる
    群から選ばれた少なくとも１種を含有してなる請求項５
    記載のＮｂ−Ｓｎ化合物系超電導線の製法。
  11. 【請求項１１】 Ｃｕ基金属材が0.01〜５重量％のＴ
    ｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から選ばれ
    た少なくとも１種を含有してなる請求項５記載のＮｂ−
    Ｓｎ化合物系超電導線の製法。
  12. 【請求項１２】 Ｓｎ基金属材が0.01〜10重量％のＴ
    ｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｇｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から
    選ばれた少なくとも１種を含有してなる請求項５記載の
    Ｎｂ−Ｓｎ化合物系超電導線の製法。
  13. 【請求項１３】 Ｃｕ基金属材および該Ｃｕ基金属材と
    合金層を形成する第１の基金属材Ｘからなる複合体中
    に、第２の基金属材Ｚからなるフィラメントが相互に接
    触しないように多数本埋設されてなる化合物系超電導線
    の先駆体。
  14. 【請求項１４】 複合体がＣｕ基金属材と第１の基金属
    材Ｘとの積層板を圧延し一体化したもの、またはＣｕ基
    金属材の少なくとも片面に第１の基金属材Ｘをメッキし
    たものである請求項13記載の超電導線の先駆体。
  15. 【請求項１５】 Ｃｕ基金属材の中心部を穿孔して第２
    の基金属材Ｚを充填し、該第２の基金属材Ｚの周囲のＣ
    ｕ基金属材を複数穿孔した孔に第１の基金属材Ｘを充填
    してなる複合単芯線が多数埋設されてなる請求項13記載
    の超電導線の先駆体。
  16. 【請求項１６】 第２の基金属材Ｚの周りを、Ｃｕ基金
    属材と第１の基金属材Ｘとの積層板またはＣｕ基金属材
    の少なくとも片面に第１の基金属材Ｘをメッキしたもの
    を巻回してなる複合単芯線が多数埋設されてなる請求項
    13記載の超電導線の先駆体。
  17. 【請求項１７】 第１の基金属材ＸがＳｎであり、第２
    の基金属材ＺがＮｂである請求項13、14、15または16記
    載の超電導線の先駆体。
  18. 【請求項１８】 第１の基金属材ＸがＧａであり、第２
    の基金属材ＺがＶである請求項13、14、15または16記載
    の超電導線の先駆体。
  19. 【請求項１９】 第２の基金属材からなるフィラメント
    の間隔が、該フィラメントの直径の14／100以上である
    請求項13、14、15、16、17または18記載の超電導線の先
    駆体。
  20. 【請求項２０】 複合体がＳｎまたはＧａに対する障壁
    材で覆われ、さらに安定化材で覆われてなる請求項13、
    14、15または16記載の超電導線の先駆体。
  21. 【請求項２１】 複合体がＳｎまたはＧａを１〜99重量
    ％含有してなる請求項13、14、15または16記載の超電導
    線の先駆体。
  22. 【請求項２２】 請求項13、14、15、16、17、18、19、
    20または21記載の超電導線の先駆体を熱処理して第２の
    基金属材ＺをＺ3Ｘフィラメントとすることによってえ
    られる化合物系超電導線。
  23. 【請求項２３】 Ｚ3ＸフィラメントがＴｉ、Ｔａ、Ｈ
    ｆ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、Ｚｒ、ＶおよびＭ
    ｎよりなる群から選ばれた少なくとも１種を0.01〜５重
    量％含有してなる請求項22記載の超電導線。
  24. 【請求項２４】 （Ａ）Ｃｕ基金属材および該Ｃｕ基金
    属材と合金層を形成する第１の基金属材Ｘからなる複合
    体中に第２の基金属材Ｚからなる棒が多数埋設された複
    合棒をつくり、（Ｂ）前記複合棒を伸線加工して超電導
    線の先駆体とし、（Ｃ）前記超電導線の先駆体を熱処理
    する工程からなる超電導線の製法。
  25. 【請求項２５】 複合棒が（Ａ1）Ｃｕ製容器内に、Ｃ
    ｕ基金属材および該Ｃｕ基金属材と合金層を形成する第
    １の基金属材Ｘからなる複合体を充填し、（Ａ2）前記
    複合体の長さ方向に穿孔をして、各孔に第２の基金属材
    Ｚを充填する工程によってえられる請求項24記載の超電
    導線の製法。
  26. 【請求項２６】 複合棒が（Ａ3）第２の基金属材Ｚを
    Ｃｕ基金属材および該Ｃｕ基金属材と合金層を形成する
    第１の基金属材Ｘからなる複合体で覆った複合単芯線を
    つくり、（Ａ4）前記複合単芯線をＣｕ製容器中に密に
    充填する工程によってえられる請求項24記載の超電導線
    の製法。
  27. 【請求項２７】 複合体がＣｕ基金属材と第１の基金属
    材Ｘとの積層板を圧延し一体化したもの、またはＣｕ基
    金属材の少なくとも片面に第１の基金属材Ｘをメッキし
    たものである請求項24記載の超電導線の製法。
  28. 【請求項２８】 複合単芯線が、Ｃｕ基金属材の中心部
    を穿孔して第２の基金属材Ｚを充填し、該第２の基金属
    材Ｚの周囲のＣｕ基金属材を複数穿孔した孔に第１の基
    金属材Ｘを充填してえられたものである請求項26記載の
    超電導線の製法。
  29. 【請求項２９】 複合単芯線が、第２の基金属材Ｚの周
    りを、Ｃｕ基金属材と第１の基金属材Ｘとの積層板また
    はＣｕ基金属材の少なくとも片面に第１の基金属材Ｘを
    メッキしたものを巻回してえられたものである請求項26
    記載の超電導線の製法。
  30. 【請求項３０】 第２の基金属材ＺがＴｉ、Ｔａ、Ｈ
    ｆ、Ｍｏ、ＺｒおよびＶよりなる群から選ばれた少なく
    とも１種を含有してなる請求項24、25、26、27、28また
    は29記載の超電導線の製法。
  31. 【請求項３１】 第１の基金属材ＸがＴｉ、Ｉｎ、Ｇ
    ｅ、ＳｉおよびＭｎよりなる群から選ばれた少なくとも
    １種を含有してなる請求項24、25、26、27、28または29
    記載の超電導線の製法。
  32. 【請求項３２】 Ｃｕ基金属材がＴｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓ
    ｉおよびＭｎからなる群から選ばれた少なくとも１種を
    含有してなる請求項24、25、26、27、28または29記載の
    超電導線の製法。
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