JPH0735558B2 - ブロンズ法超電導線材 - Google Patents
ブロンズ法超電導線材Info
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- JPH0735558B2 JPH0735558B2 JP60231718A JP23171885A JPH0735558B2 JP H0735558 B2 JPH0735558 B2 JP H0735558B2 JP 60231718 A JP60231718 A JP 60231718A JP 23171885 A JP23171885 A JP 23171885A JP H0735558 B2 JPH0735558 B2 JP H0735558B2
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- superconducting wire
- core
- wire
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はブロンズ法Nb3Sn超電導線材の改良に係り、臨
界電流（Jc）を向上せしめんとするものである。
界電流（Jc）を向上せしめんとするものである。
（従来の技術） 従来のブロンズ法Nb3Sn超電導線材は、多数本の微細Nb
芯材を埋込んだブロンズの外周にNb又はTa,Mo,Vのバリ
ヤー層を設け、更にその外側にCuなどの安定化層を設け
これを熱処理することによりNbとSnとが反応してNb3Sn
線材をえているものである。
芯材を埋込んだブロンズの外周にNb又はTa,Mo,Vのバリ
ヤー層を設け、更にその外側にCuなどの安定化層を設け
これを熱処理することによりNbとSnとが反応してNb3Sn
線材をえているものである。
この場合、下記（１）式に示すブロンズ比（r0）を2.5
〜3.0の範囲にして行っていたものである。その理由
は、ブロンズ中のSnと芯材のNbとのモル比が化合物の組
成1:3に近くなるように選んでいたためである。
〜3.0の範囲にして行っていたものである。その理由
は、ブロンズ中のSnと芯材のNbとのモル比が化合物の組
成1:3に近くなるように選んでいたためである。
ただし、ｎはNb芯材の数 一方かかる超電導線においては、その特性とするJcの向
上を目的とするものであるが、一定のJcを有する超電導
線はえられるも、これを飛躍的に向上せしめることが出
来ないものであった。
上を目的とするものであるが、一定のJcを有する超電導
線はえられるも、これを飛躍的に向上せしめることが出
来ないものであった。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明者はかかる現状に鑑み鋭意研究を行った結果、上
記のブロンズ比にてNbとSnとが反応した場合、ブロンズ
中のSn量が不足し、Nb芯を長時間熱処理したとしても未
反応のNb芯が残存することに着目し、これが基因となっ
て超電導線のJcが向上しえないことを究明したものであ
る。
記のブロンズ比にてNbとSnとが反応した場合、ブロンズ
中のSn量が不足し、Nb芯を長時間熱処理したとしても未
反応のNb芯が残存することに着目し、これが基因となっ
て超電導線のJcが向上しえないことを究明したものであ
る。
特に安定化層を形成する金属がSnによって汚染されない
ようにブロンズと安定化銅層との境に拡散バリヤ層を設
けているものであるが、この拡散バリヤとしてNbを使用
した場合には、このバリヤもその周長に応じてSnと反応
して消費するため一層Snの不足を生じるものであった。
またNb芯を５μｍ以下に細くし拡散反応率を大きくする
場合Sn量が不足するものであった。
ようにブロンズと安定化銅層との境に拡散バリヤ層を設
けているものであるが、この拡散バリヤとしてNbを使用
した場合には、このバリヤもその周長に応じてSnと反応
して消費するため一層Snの不足を生じるものであった。
またNb芯を５μｍ以下に細くし拡散反応率を大きくする
場合Sn量が不足するものであった。
本発明はブロンズ内のSn量の過不足を解消するため適正
なブロンズ比を選定し、Jc特性の向上を図らんとしたも
のである。
なブロンズ比を選定し、Jc特性の向上を図らんとしたも
のである。
（問題点を解決するための手段） 本発明に係わるブロンズ法超電導線材は、芯材が芯径0.
3〜5.0μｍのNb又はNb合金からなり、拡散バリヤがNbか
らなり、ブロンズの濃度がCu−12.8〜15.0wt％Snで、か
つ前記（１）式に示すブロンズ比（r0）を3.1〜4.5に規
定したことを特徴とするものである。
3〜5.0μｍのNb又はNb合金からなり、拡散バリヤがNbか
らなり、ブロンズの濃度がCu−12.8〜15.0wt％Snで、か
つ前記（１）式に示すブロンズ比（r0）を3.1〜4.5に規
定したことを特徴とするものである。
本発明に係わる別のブロンズ法超電導線材は、芯材が芯
径0.3〜5.0μｍのNb又はNb合金からなり、拡散バリヤが
Nbからなり、ブロンズの濃度がCu−12.8〜15.0wt％Sn−
0.05〜2.0wt％Ｍ（ただし、ＭはTi、Zr、Hf、Taの群か
ら選ばれる金属元素を示す）で、かつ前記（１）式に示
すブロンズ比（r0）を3.1〜4.5に規定したことを特徴と
するものである。
径0.3〜5.0μｍのNb又はNb合金からなり、拡散バリヤが
Nbからなり、ブロンズの濃度がCu−12.8〜15.0wt％Sn−
0.05〜2.0wt％Ｍ（ただし、ＭはTi、Zr、Hf、Taの群か
ら選ばれる金属元素を示す）で、かつ前記（１）式に示
すブロンズ比（r0）を3.1〜4.5に規定したことを特徴と
するものである。
又本発明において拡散バリヤがNbの場合にブロンズ比を
前記式（１）に示すものであるがその理由を示すと下記
の通りである。
前記式（１）に示すものであるがその理由を示すと下記
の通りである。
ブロンズ部断面積をABZ、Nb芯径をｄφ、バリヤ周長を
Ｃとすると、 C/d＝C0となる ……（２） Nb芯−ブロンズ−Nbバリヤの系において、Nb＋Sn→Nb3S
nの合成反応が進行してNb芯全体が反応したとするとNb
の反応厚さは芯径ｄの半分、半径d/2となる。このときN
bバリヤ−ブロンズの界面にも反応が生じこの反応厚に
は上記のd/2と同等に考えられる。このとき反応したNb
の断面積は となる。
Ｃとすると、 C/d＝C0となる ……（２） Nb芯−ブロンズ−Nbバリヤの系において、Nb＋Sn→Nb3S
nの合成反応が進行してNb芯全体が反応したとするとNb
の反応厚さは芯径ｄの半分、半径d/2となる。このときN
bバリヤ−ブロンズの界面にも反応が生じこの反応厚に
は上記のd/2と同等に考えられる。このとき反応したNb
の断面積は となる。
即ちバリヤが反応しない材料で構成されている場合に比
して反応面積は の比で大きくなっており、それだけ反応に必要なSn量が
多量になってくる。従ってブロンズ量もＫ倍だけ多く必
要となる。
して反応面積は の比で大きくなっており、それだけ反応に必要なSn量が
多量になってくる。従ってブロンズ量もＫ倍だけ多く必
要となる。
このように規定すべき真のブロンズ（r0）とはブロンズ
と反応に関与したNbの断面積の比を捉るべきである。即
ち となり、この（３）式と前記（２）式とから（１）式に
示すr0をうるものである。
と反応に関与したNbの断面積の比を捉るべきである。即
ち となり、この（３）式と前記（２）式とから（１）式に
示すr0をうるものである。
（作用） 本発明において芯材としてはNbに限定するものではな
く、Nb−Ti,Nb−Zr,Nb−Hf,Nb−Taの如く、Ti,Zr,Hf,Ta
を夫々0.5〜5wt％添加した合金を使用してもよい。
く、Nb−Ti,Nb−Zr,Nb−Hf,Nb−Taの如く、Ti,Zr,Hf,Ta
を夫々0.5〜5wt％添加した合金を使用してもよい。
本発明において芯材の芯径を0.3〜５μｍに限定した理
由は0.3μｍ未満及び５μｍを超えた場合には何れもJc
が低下するためである。
由は0.3μｍ未満及び５μｍを超えた場合には何れもJc
が低下するためである。
又本発明においてブロンズ濃度のSn量を12.8wt％〜15.0
wt％に限定した理由は、12.8wt％未満の場合にはJc特性
が著しく低い値を示すものであり、又15.0wt％を超えた
場合には線材の加工中にブロンズの表面に亀裂を生じ以
後の加工を行うことが出来ないためである。
wt％に限定した理由は、12.8wt％未満の場合にはJc特性
が著しく低い値を示すものであり、又15.0wt％を超えた
場合には線材の加工中にブロンズの表面に亀裂を生じ以
後の加工を行うことが出来ないためである。
又ブロンズとしてTi等を添加した理由はTi等を配合する
ことにより高磁場におけるJc特性を著しく向上せしめる
ことが出来るためである。
ことにより高磁場におけるJc特性を著しく向上せしめる
ことが出来るためである。
なお、同等の効果はHf,Zr,Taなどによっても得られるも
のである。
のである。
本発明において、線材の断面形状は、円形に限定するも
のではなく、角型、平角型等他の形状でも同等の効果が
得られるもので、なおこの時のNb芯径は、偏平なNb芯と
断面積を等しくする円の直径とし、この径が0.3〜5.0μ
ｍの時に効果が得られる。
のではなく、角型、平角型等他の形状でも同等の効果が
得られるもので、なおこの時のNb芯径は、偏平なNb芯と
断面積を等しくする円の直径とし、この径が0.3〜5.0μ
ｍの時に効果が得られる。
又本発明により得たブロンズ法による未反応超電導線材
は、これを例えば680℃程度に熱処理を行ってブロンズ
法超電導線をうるものである。
は、これを例えば680℃程度に熱処理を行ってブロンズ
法超電導線をうるものである。
次に本発明の実施例について説明する。
実験例（１） 第１図に示す如く85本のNb芯1,1′,1″をCu−14.5wt％S
nで囲んでブロンズ比ｒを夫々2.5,2.8,3.1,3.4,3.7,4.
0,4.3,4.6,とする一次素線を六角形に伸線し、これを夫
々85本合わせて第２図に示す如く銅安定材５、Nbのバリ
ア層４と複合し夫々断面減少加工を施してNb芯径がほぼ
１μｍになるように最終線径約0.3mmの未反応ブロンズ
法超電導線材をえた。
nで囲んでブロンズ比ｒを夫々2.5,2.8,3.1,3.4,3.7,4.
0,4.3,4.6,とする一次素線を六角形に伸線し、これを夫
々85本合わせて第２図に示す如く銅安定材５、Nbのバリ
ア層４と複合し夫々断面減少加工を施してNb芯径がほぼ
１μｍになるように最終線径約0.3mmの未反応ブロンズ
法超電導線材をえた。
この仕上り線材を680℃に熱処理を行って本発明超電導
線材及び比較例超電導線材をえた。この場合熱処理反応
時間は12時間から168時間までの範囲で行って約６時間
毎にJc値を測定し各ブロンズ比における最高のJc値を式
（１）によって算出したブロンズ比r0と共に第１表に併
記した。なおJcの単位は、105A/cm2である。
線材及び比較例超電導線材をえた。この場合熱処理反応
時間は12時間から168時間までの範囲で行って約６時間
毎にJc値を測定し各ブロンズ比における最高のJc値を式
（１）によって算出したブロンズ比r0と共に第１表に併
記した。なおJcの単位は、105A/cm2である。
実験例（２） ブロンズマトリックス２としてCu−14.5wt％Sn−0.25wt
％Tiを使用し、拡散バリヤー４としてNbを設けその外側
に安定化層５としてCuを設けたものについて前記実施例
と同様にして本発明超電導線材及び比較例超電導線材を
えた。なおこの線材の仕上り外径は約0.6mmφであっ
た。
％Tiを使用し、拡散バリヤー４としてNbを設けその外側
に安定化層５としてCuを設けたものについて前記実施例
と同様にして本発明超電導線材及び比較例超電導線材を
えた。なおこの線材の仕上り外径は約0.6mmφであっ
た。
斯くして得た本発明超電導線材及び比較例線材について
夫々前記実施例と同様にJc値を測定した。その結果は第
２表に示す通りである。
夫々前記実施例と同様にJc値を測定した。その結果は第
２表に示す通りである。
実験例（３） Nb芯径の影響を試みるために、ブロンズマトリックス２
としてCu−14.5wt％Sn、拡散バリヤー４としてNb、安定
化層５としてCuを夫々使用しr0を3.7（Ａ）及び4.5
（Ｂ）とし芯径0.1μm,0.3μm,1.0μm,3.0μm,及び10μ
ｍのものを使用して前記実施例同様に一次線材及び仕上
り線材とした後この仕上り線材を650℃にて熱処理を行
って本発明超電導線材及び比較例超電導線材をえた。
としてCu−14.5wt％Sn、拡散バリヤー４としてNb、安定
化層５としてCuを夫々使用しr0を3.7（Ａ）及び4.5
（Ｂ）とし芯径0.1μm,0.3μm,1.0μm,3.0μm,及び10μ
ｍのものを使用して前記実施例同様に一次線材及び仕上
り線材とした後この仕上り線材を650℃にて熱処理を行
って本発明超電導線材及び比較例超電導線材をえた。
斯くして得た超電導線材について前記実施例と同様に4.
2K,10TにてJcを測定した。その結果は第３図に示す通り
である。
2K,10TにてJcを測定した。その結果は第３図に示す通り
である。
なお図面においてＡはブロンズ比r0が3.7,Bはブロンズ
比r0が4.5のものである。
比r0が4.5のものである。
図面より明らかな如くNb芯径が本発明にて限定せる範囲
未満又は超えた場合にはJcが著しく低下することが認め
られた。
未満又は超えた場合にはJcが著しく低下することが認め
られた。
実験例（４） ブロンズマトリックスのSnの影響を試みるためにブロン
ズマトリックスとしてCu−14.5wt％Sn（本発明）、Cu−
11.3wt％Sn（比較例Ａ）及びCu−15.2wt％Sn（比較例
Ｂ）を使用し拡散バリヤーとしてNb、安定化層としてCu
を夫々設けて前記実施例と同様にNb芯径をほぼ１μｍと
して得た仕上り線材を680℃にて熱処理を行って本発明
超電導線及び比較例超電導線をえた。
ズマトリックスとしてCu−14.5wt％Sn（本発明）、Cu−
11.3wt％Sn（比較例Ａ）及びCu−15.2wt％Sn（比較例
Ｂ）を使用し拡散バリヤーとしてNb、安定化層としてCu
を夫々設けて前記実施例と同様にNb芯径をほぼ１μｍと
して得た仕上り線材を680℃にて熱処理を行って本発明
超電導線及び比較例超電導線をえた。
なおブロンズマトリックスとしてCu−15.2wt％Sn（比較
例Ｂ）を使用した場合には一次素線の加工中にブロンズ
の表面に亀裂を生じ、以後の加工を行うことが出来なか
った。
例Ｂ）を使用した場合には一次素線の加工中にブロンズ
の表面に亀裂を生じ、以後の加工を行うことが出来なか
った。
斯くして得た本発明超電導線材及び比較例超電導線材に
ついて4.2K,10Tにより最高Jcを測定し、その結果を第３
表に示した。
ついて4.2K,10Tにより最高Jcを測定し、その結果を第３
表に示した。
上表から明らかな如くブロンズマトリックスの濃度が本
発明の範囲より低い場合には超電導線材としての価値が
大きく損われていることが確認された。
発明の範囲より低い場合には超電導線材としての価値が
大きく損われていることが確認された。
実験例（５） 第１図に示す如く85本のNb−1.5wt％Tiの組成の芯1,
1′,1″をCu−13.2wt％Snのブロンズ２で囲んでブロン
ズ比ｒを1.1,1.3,1.5,1.7,1.9,2.1,2.3,2.5,とする１次
素線を六角形に伸線した。次いで第４図に示すごとく六
角形の一次線材３を120本配列し、この中にバリヤー層
を形成するニオブ箔で多重巻きした安定化Al棒５を挿入
しこれをブロンズ管内に封入してビレット６を作成し
た。このビレットを断面減少加工して約0.35mmφの仕上
り線材をえた。この線材を680℃に12時間から168時間の
間熱処理を行い６時間毎に4.2K,10TでJcを測定し、その
最高のJcを第４表に併記した。
1′,1″をCu−13.2wt％Snのブロンズ２で囲んでブロン
ズ比ｒを1.1,1.3,1.5,1.7,1.9,2.1,2.3,2.5,とする１次
素線を六角形に伸線した。次いで第４図に示すごとく六
角形の一次線材３を120本配列し、この中にバリヤー層
を形成するニオブ箔で多重巻きした安定化Al棒５を挿入
しこれをブロンズ管内に封入してビレット６を作成し
た。このビレットを断面減少加工して約0.35mmφの仕上
り線材をえた。この線材を680℃に12時間から168時間の
間熱処理を行い６時間毎に4.2K,10TでJcを測定し、その
最高のJcを第４表に併記した。
（効果） 以上詳述した如く本発明によればNbとSnとが十分に反応
しSnの不足に伴うNbが残存することなくNb3Snをうるた
め著しくJc特性が向上し超電導線材として工業上極めて
有用なものである。
しSnの不足に伴うNbが残存することなくNb3Snをうるた
め著しくJc特性が向上し超電導線材として工業上極めて
有用なものである。
【図面の簡単な説明】 第２図及び第４図は本発明超電導線材の１例を示す断面
図、第１図は本発明超電導線材の一次線材の１例を示す
断面図、第３図はNb芯径とJcとの関係曲線図である。 1,1′,1″…Nb芯、２…ブロンズマトリックス、３…一
次線材、４…拡散バリヤ層、５…安定化金属層、６…ビ
レット。
図、第１図は本発明超電導線材の一次線材の１例を示す
断面図、第３図はNb芯径とJcとの関係曲線図である。 1,1′,1″…Nb芯、２…ブロンズマトリックス、３…一
次線材、４…拡散バリヤ層、５…安定化金属層、６…ビ
レット。
Claims (1)
- 【請求項１】単一又は複数本のNb芯材と、その外側にCu
−Snマトリックス、安定化金属及びこれら両者を隔てる
拡散バリヤを設けてなるブロンズ法超電導線材におい
て、 前記芯材は芯径0.3〜5.0μｍのNb又はNb合金からなり、
前記拡散バリヤはNbからなり、ブロンズの濃度はCu−1
2.8〜15.0wt％Snで、かつ下記（１）式に示すブロンズ
比（r0）を3.1〜4.5に規定したことを特徴とするブロン
ズ法超電導線材。 ただし、ｎはNb芯材の数 （２）単一又は複数本のNb芯材と、その外側にCu−Sn−
Ｍマトリックス（ただし、ＭはTi、Zr、Hf、Taの群から
選ばれる金属元素を示す）、安定化金属及びこれら両者
を隔てる拡散バリヤを設けてなるブロンズ法超電導線材
において、 前記芯材は芯径0.3〜5.0μｍのNb又はNb合金からなり、
前記拡散バリヤはNbからなり、ブロンズの濃度はCu−1
2.8〜15.0wt％Sn−0.05〜2.0wt％Ｍで、かつ下記（１）
式に示すブロンズ比（r0）を3.1〜4.5に規定したことを
特徴とするブロンズ法超電導線材。 ただし、ｎはNb芯材の数
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60231718A JPH0735558B2 (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | ブロンズ法超電導線材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60231718A JPH0735558B2 (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | ブロンズ法超電導線材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6293354A JPS6293354A (ja) | 1987-04-28 |
| JPH0735558B2 true JPH0735558B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=16927928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60231718A Expired - Lifetime JPH0735558B2 (ja) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | ブロンズ法超電導線材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0735558B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0350235A (ja) * | 1989-07-17 | 1991-03-04 | Chisso Corp | 高接着性シリコン系ポリアミド酸及びその硬化物の各製造法 |
| US5228928A (en) * | 1991-02-07 | 1993-07-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing Nb3 Sn superconducting wire |
-
1985
- 1985-10-17 JP JP60231718A patent/JPH0735558B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6293354A (ja) | 1987-04-28 |
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