JPH0735559B2 - ブロンズ法超電導線材 - Google Patents

ブロンズ法超電導線材

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JPH0735559B2
JPH0735559B2 JP60231719A JP23171985A JPH0735559B2 JP H0735559 B2 JPH0735559 B2 JP H0735559B2 JP 60231719 A JP60231719 A JP 60231719A JP 23171985 A JP23171985 A JP 23171985A JP H0735559 B2 JPH0735559 B2 JP H0735559B2
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bronze
superconducting wire
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wire
ratio
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健二郎 小西
靖三 田中
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
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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。
(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(r)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。
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。
(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。
又本発明は安定化層を形成するCu等がSnによって汚染さ
れないようにブロンズと安定化金属層との境にTa,Mo,V
の拡散バリヤ層を設けているものである。またNb芯を5
μm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。
又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。
(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、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(r)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、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(r)を3.
1〜4.5に規定したことを特徴とするものである。
本発明に係わるさらに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Ta、Mo、Vの群から選ばれる金属元素からなり、
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(r)を3.1〜4.5に規定した
ことを特徴とするものである。
本発明に係わるさらに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Ta、Mo、Vの群から選ばれる金属元素からなり、
ブロンズの濃度がCu−12.8〜15.0wt%Sn−0.05〜2.0wt
%(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
(r)を3.1〜4.5に規定したことを特徴とするものであ
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。
又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J
c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。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。
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0.3〜5.0μm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。
次に本発明の実施例について説明する。
実験例(1) 第1図に示すごとく1本のNb芯1を持ち、これをCu−1
4.5wt%Snのブロンズ比((1)式参照)を2.5,2.8,3.
1,3.7,4.0,4.3,4.6とする線材を作り、夫々断面減少加
工を施してNb芯径がほぼ5μmになるように最終線径約
10μmの未反応ブロンズ法線材を得た。
又、第2図に示すごとく85本のNb芯1,1′,1″,をCu−1
4.5wt%Snのブロンズ2に埋め込んでブロンズ比
((1)式参照)を2.5,2.8,3.1,3.4,3.7,4.0,4.3,4.6
とする1次素線を六角形に伸線し、これを夫々85芯合わ
せて第3図に示すごとく、銅安定化材5、Taバリア材4
と複合し、夫々断面減少加工を施してNb芯径がほぼ1μ
mになるように最終線径約0.3mmの未反応ブロンズ法超
電導線材を得た。
(Nb芯数=85×85=7225) この線材を680℃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。この熱処理反応を5時間
から300時間の範囲で行い、約5時間毎に臨界電流密度
(10T,4.2K)を測定し、各ブロンズ比における最高のJc
を第1表に併記した。なおJcの単位は105A/cm2であ
る。
実験例(2) 第1図に示すごとく1本のNb芯1を持ち、これをCu−1
4.5wt%Sn−0.25wt%Tiのブロンズで囲んで、ブロンズ
比((1)式参照)を2.5,2.8,3.1,3.4,3.7,4.0,4.3,4.
6とする線材を作り、夫々断面減少加工を施してNb芯が
ほぼ5μmになるように最終線径約10μmの未反応ブロ
ンズ法線材を得た。
又、第2図に示すごとく85本のNb芯1,1′,1″,をCu−1
4.5wt%Sn−0.25wt%Tiのブロンズ2に埋め込んで、ブ
ロンズ比((1)を参照)を2.5,2.8,3.1,3.4,3.7,4.0,
4.3,4.6とする1次素線を六角形に伸線し、これを夫々8
5芯合わせて第3図に示すごとく、銅安定材5、Moバリ
ア材4と複合し夫々断面減少加工を施して、Nb芯径がほ
ぼ2μmになるように最終線径約0.6mmの未反応ブロン
ズ法超電導線材を得た。(Nb芯数=85×85=7225) この線材を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を
12時間から300時間までの範囲で行って約6時間毎にJc
を測定し、各ブロンズ比における最高のJc値を第2表に
併記した。
上表より明らかな如くJc値はNb芯数には殆んど関係なく
ブロンズ比によって大きく支配されることが判明した。
特にブロンズ比が3.1〜4.5(本発明品)で高いJc値を示
している。ただし芯径が太いもの(単芯)では細いもの
(7225芯)よりもJc値が低い。これはNb芯の太いもので
は拡散反応条件(温度,時間等)が必ずしも十分でない
ことによるものである。
実験例(3) ブロンズの組成をCu−14.0wt%Sn−1.5wt%Taとし、安
定化金属5をAlとして、その他は実験例(1)と同じ条
件にして、Nb芯径がほぼ1μmになるように最終線径約
0.3mm、Nb芯数7225本の未反応ブロンズ法超電導線材を
得た。
この仕上り線材を650℃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240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
第3表に併記した。
実験例(4) ブロンズマトリックスとしてCu−14.5wt%Sn−0.25wt%
Zrを使用し、拡散バリヤーとしてVを設け、その外側に
安定化層としてCuを設けたものについて前記実験例と同
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
4表に示す通りである。
実験例(5) Nb芯径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、拡散バリヤーとしてTa、安定化層
としてCuを夫々使用し、rを3.7(A)及び4.5(B)と
し芯径0.1μm,0.3μm,1.0μm,3.0μm,及び10μm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680℃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得た。
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.
2T,10TにてJc値を測定した。
その結果は第4図に示す通りである。
なお第4図においてAはブロンズ比が3.7,Bはブロンズ
比が4.5のものである。
実験例(6) ブロンズマトリックスのSn濃度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)及
びCu−11.3wt%Sn(比較例A)、Cu−15.2wt%Sn(比較
例B)を使用し、拡散バリヤーとしTa、安定化層として
Cuを夫々設けて、前記実施例と同様にして得たNb芯径約
3μm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。
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。
斯くして得た本発明超電導線材と比較例超電導線材
(A)について4.2K,10Tにより最高Jcを測定し、その結
果を第5表に併記した。
上表より明らかな如くブロンズマトリックスの濃度が本
発明の範囲以外の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(7) 第2図に示す如く85本のNb−1.5wt%Tiの組成をもつ芯
1,1′,1″,…をCu−13.2wt%Snのブロンズ2で囲んで
ブロンズ比((1)式参照)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5図に示す如くこの六角形の一次素線3を120本配列
し、この中にバリヤー層を形成するTa箔で多重巻きした
安定化銅棒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
Nb芯径がほぼ1.5μmになるように約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6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。
【図面の簡単な説明】 第1図、第2図、第3図及び第5図は本発明超電導線材
の1例を示す断面図、第4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 (4)

    【特許請求の範囲】
  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、ブロンズの濃度はCu−12.8〜15.0wt%Snで、か
    つ下記(1)式に示すブロンズ比(r)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。
  2. 【請求項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)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、ブロンズの濃度はCu−12.8〜1
    5.0wt%Sn−0.05〜2.0wt%Mで、かつ下記(1)式に示
    すブロンズ比(r)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。
  3. 【請求項3】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Ta、Mo、Vの群から選ばれる金属
    元素からなり、ブロンズの濃度はCu−12.8〜15.0wt%Sn
    で、かつ下記(1)式に示すブロンズ比(r)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。
  4. 【請求項4】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Ta、Mo、Vの群から
    選ばれる金属元素からなり、ブロンズの濃度はCu−12.8
    〜15.0wt%Sn−0.05〜2.0wt%Mで、かつ下記(1)式
    に示すブロンズ比(r)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。
JP60231719A 1985-10-17 1985-10-17 ブロンズ法超電導線材 Expired - Lifetime JPH0735559B2 (ja)

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JPS6293355A JPS6293355A (ja) 1987-04-28
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KR100726186B1 (ko) 2005-12-07 2007-06-11 케이. 에이. 티. (주) 내부확산법에 의해 제조된 니오비움-주석계 초전도 선재

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