JPH0737453A - 超電導線材の製造方法 - Google Patents
超電導線材の製造方法Info
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- JPH0737453A JPH0737453A JP3254762A JP25476291A JPH0737453A JP H0737453 A JPH0737453 A JP H0737453A JP 3254762 A JP3254762 A JP 3254762A JP 25476291 A JP25476291 A JP 25476291A JP H0737453 A JPH0737453 A JP H0737453A
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- Japan
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- wire
- heat treatment
- superconducting wire
- thin plate
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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)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な作業性の下で高性能 Nb3Al超電導線材
を安定して製造し得る手段を確立する。 【構成】 Nb薄板と溶体化処理に続き時効硬化処理を施
したＪＩＳ６０６１Al合金薄板とをクラッドしてNb，Al
の割合が目的化学組成比となる積層板を作成した後、こ
れを細片に裁断し、次にこれらを寄せ集めて加圧成形し
てから塑性加工による線材化を行い、その後拡散熱処理
を施す。
を安定して製造し得る手段を確立する。 【構成】 Nb薄板と溶体化処理に続き時効硬化処理を施
したＪＩＳ６０６１Al合金薄板とをクラッドしてNb，Al
の割合が目的化学組成比となる積層板を作成した後、こ
れを細片に裁断し、次にこれらを寄せ集めて加圧成形し
てから塑性加工による線材化を行い、その後拡散熱処理
を施す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、 Nb3Al超電導線材を
工業的に安定して製造する方法に関するものである。
工業的に安定して製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術とその課題】金属間化合物Nb3Al は高い臨界
磁界，臨界電流密度，臨界温度を有していて優れた超電
導材料であることが知られているが、一方で加工性が非
常に悪く、例えば細線等に加工するのは極めて困難な材
料でもあった。
磁界，臨界電流密度，臨界温度を有していて優れた超電
導材料であることが知られているが、一方で加工性が非
常に悪く、例えば細線等に加工するのは極めて困難な材
料でもあった。
【０００３】そのため、従来、この難加工性金属間化合
物Nb3Al の線材を得るには、 a) 粉末混合法 : Nb粉とAl粉との混合粉末を押出し成
形してビレットとし、これれを線引き等の加工法により
細線化してから拡散熱処理を施し Nb3Al線材とする方
法， b) 液体浸透法 : Nb粉末を静水圧プレス成形して焼結
した後、Al溶融浴に浸漬してAlを浸み込ませ、これをビ
レットとして再押出し、溝ロ−ル圧延又は線引きした
後、拡散熱処理を施して Nb3Al線材とする方法， c) ジェリ−ロ−ル法 : Nb板とAl板を化学量論比率と
なるようにクラッドした後、これを固く巻き取ってビレ
ットとし、該ビレットを線引き後、拡散熱処理を施して
Nb3Al線材とする方法， d) チュ−ブ法 : Nbチュ−ブ内にAlを詰め、これに押
出し加工と線引きを施してから拡散熱処理を施し Nb3Al
線材とする方法， 等の特殊な手段が試みられてきた。
物Nb3Al の線材を得るには、 a) 粉末混合法 : Nb粉とAl粉との混合粉末を押出し成
形してビレットとし、これれを線引き等の加工法により
細線化してから拡散熱処理を施し Nb3Al線材とする方
法， b) 液体浸透法 : Nb粉末を静水圧プレス成形して焼結
した後、Al溶融浴に浸漬してAlを浸み込ませ、これをビ
レットとして再押出し、溝ロ−ル圧延又は線引きした
後、拡散熱処理を施して Nb3Al線材とする方法， c) ジェリ−ロ−ル法 : Nb板とAl板を化学量論比率と
なるようにクラッドした後、これを固く巻き取ってビレ
ットとし、該ビレットを線引き後、拡散熱処理を施して
Nb3Al線材とする方法， d) チュ−ブ法 : Nbチュ−ブ内にAlを詰め、これに押
出し加工と線引きを施してから拡散熱処理を施し Nb3Al
線材とする方法， 等の特殊な手段が試みられてきた。
【０００４】しかしながら、前記a)及びb)の方法では、
活性金属の粉末を取り扱わなければならないので“超電
導特性や加工性の劣化を招く大気中のガス吸収", "爆発
の危険回避", "人体内への金属粉末吸入の防止”等に細
心の注意を要する上、粉末の均質混合が極めて難しくて
組成比が不安定になる等の問題が指摘されていた。特
に、拡散熱処理前に均一な粉末混合物を得るためには素
材粉末の粒径をできるだけ細粒化することが必要である
が、素材金属粉末を細粒化すればするほど表面酸化が起
こりやすくなって加工性が害されるようになり、成形形
状や寸法に限界が生じるのを如何ともし難かった。
活性金属の粉末を取り扱わなければならないので“超電
導特性や加工性の劣化を招く大気中のガス吸収", "爆発
の危険回避", "人体内への金属粉末吸入の防止”等に細
心の注意を要する上、粉末の均質混合が極めて難しくて
組成比が不安定になる等の問題が指摘されていた。特
に、拡散熱処理前に均一な粉末混合物を得るためには素
材粉末の粒径をできるだけ細粒化することが必要である
が、素材金属粉末を細粒化すればするほど表面酸化が起
こりやすくなって加工性が害されるようになり、成形形
状や寸法に限界が生じるのを如何ともし難かった。
【０００５】また、前記c)の方法では、クラッド板の巻
き始めがどうしてもル−ズになりやすく、これを線材に
成形すると中心部の成分比率が所定値通りになりにくく
て不均一化し、拡散熱処理を施しても全体が均一なNb3A
l にならないという不都合が指摘された。更に、前記c)
及びd)の方法では線引き加工の際に素材のメタルフロ−
が中心部と外周部とで異なる状態となって粗密の差が生
じやすいとの問題もあり、これらの方法によっても全体
的に均一な組成の Nb3Al線材を得るのは難しかった。
き始めがどうしてもル−ズになりやすく、これを線材に
成形すると中心部の成分比率が所定値通りになりにくく
て不均一化し、拡散熱処理を施しても全体が均一なNb3A
l にならないという不都合が指摘された。更に、前記c)
及びd)の方法では線引き加工の際に素材のメタルフロ−
が中心部と外周部とで異なる状態となって粗密の差が生
じやすいとの問題もあり、これらの方法によっても全体
的に均一な組成の Nb3Al線材を得るのは難しかった。
【０００６】このように、従来知られていた“ Nb3Al超
電導線材の製造方法”はコストが嵩むばかりか、何れも
十分に信頼性の高い方法とは言えず、しかも得られる製
品性状や寸法の点でも制限があって工業的規模での量産
は極めて困難であった。
電導線材の製造方法”はコストが嵩むばかりか、何れも
十分に信頼性の高い方法とは言えず、しかも得られる製
品性状や寸法の点でも制限があって工業的規模での量産
は極めて困難であった。
【０００７】そこで、本発明者等は先に、高品質 Nb3Al
超電導線材の簡易な製造手段を確立すべく実施した研究
の結果に基づき、「目的組成比率に積層されたNbとAlと
の複合材を細片に裁断した後、 これらを寄せ集めて圧延
や押出等の加圧成形により線素材を作成し、 続いてこの
線素材に引抜等の塑性加工を加えて所望寸法の線材とな
してから拡散熱処理を施すことにより、 Nb3Al超電導線
材を生産性良く製造する方法」 を提案した（特願昭63−
234256号）。そして、この方法は Nb3Al超電導線材を工
業的に製造する上で極めて有利であるとの評価を受け、
『クラッドチップ法』と呼ばれて注目されるに至ってい
る。
超電導線材の簡易な製造手段を確立すべく実施した研究
の結果に基づき、「目的組成比率に積層されたNbとAlと
の複合材を細片に裁断した後、 これらを寄せ集めて圧延
や押出等の加圧成形により線素材を作成し、 続いてこの
線素材に引抜等の塑性加工を加えて所望寸法の線材とな
してから拡散熱処理を施すことにより、 Nb3Al超電導線
材を生産性良く製造する方法」 を提案した（特願昭63−
234256号）。そして、この方法は Nb3Al超電導線材を工
業的に製造する上で極めて有利であるとの評価を受け、
『クラッドチップ法』と呼ばれて注目されるに至ってい
る。
【０００８】しかし、近年、超電導材の性能向上に対す
る要求は日々性急の度合いを増していることから、超電
導線材についても製造の容易性は勿論、その品質・性能
の更なる改善が差し迫った課題となってきた。
る要求は日々性急の度合いを増していることから、超電
導線材についても製造の容易性は勿論、その品質・性能
の更なる改善が差し迫った課題となってきた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述のよ
うな観点から、特に、良好な作業性の下で安定した品質
確保が可能な前記クラッドチップ法により得られる Nb3
Al超電導線材に一層の性能改善を達成すべく更に研究を
重ねた結果、「クラッドチップ法にて Nb3Al線材の製造
を行う際、 積層複合材を作成するためのAl素材としてＪ
ＩＳに規定される６０６１アルミニウム(Al)合金の熱処
理・時効硬化材を用いると、 Nb素材との流動応力差が少
なくなって複合材としての加工性が改善され、 その結
果、 成形，拡散熱処理を経て得られる Nb3Al超電導線材
は一段と向上した超電導特性を示すようになる」との事
実を見出したのである。
うな観点から、特に、良好な作業性の下で安定した品質
確保が可能な前記クラッドチップ法により得られる Nb3
Al超電導線材に一層の性能改善を達成すべく更に研究を
重ねた結果、「クラッドチップ法にて Nb3Al線材の製造
を行う際、 積層複合材を作成するためのAl素材としてＪ
ＩＳに規定される６０６１アルミニウム(Al)合金の熱処
理・時効硬化材を用いると、 Nb素材との流動応力差が少
なくなって複合材としての加工性が改善され、 その結
果、 成形，拡散熱処理を経て得られる Nb3Al超電導線材
は一段と向上した超電導特性を示すようになる」との事
実を見出したのである。
【００１０】本発明は、上記知見事項等を基に完成され
たもので、「Nb薄板と溶体化処理に続き時効硬化処理を
施したＪＩＳ６０６１Al合金薄板とをクラッドしてNb，
Alの割合が目的化学組成比となる積層板を作成した後、
これを細片に裁断し、 次にこれらを寄せ集めて加圧成形
してから塑性加工による線材化を行い、 その後拡散熱処
理を施すことによって、 高性能の Nb3Al超電導線材を容
易にかつ安定して製造し得るようにした点」に大きな特
徴を有している。
たもので、「Nb薄板と溶体化処理に続き時効硬化処理を
施したＪＩＳ６０６１Al合金薄板とをクラッドしてNb，
Alの割合が目的化学組成比となる積層板を作成した後、
これを細片に裁断し、 次にこれらを寄せ集めて加圧成形
してから塑性加工による線材化を行い、 その後拡散熱処
理を施すことによって、 高性能の Nb3Al超電導線材を容
易にかつ安定して製造し得るようにした点」に大きな特
徴を有している。
【００１１】以下、本発明を、図面に基づき各工程の作
用と共に詳述する。
用と共に詳述する。
【作用】図１は本発明に係る Nb3Al超電導線材の製造工
程例の概略を説明したものであるが、まずNb薄板と６０
６１Al合金薄板とをNb，Alの割合が適正比率（化学量論
組成比）となるように積層して多層クラッド成形素材板
を作成する。この場合、適用される６０６１Al合金薄板
は、溶体化処理に次いで時効硬化処理が施された後に用
いられる。このような処理を施すことにより６０６１Al
合金薄板は伸びを低下することなく強度が上昇するが、
その結果Nb薄板との流動応力差が少なくなってその後の
加工に有利に作用する。
程例の概略を説明したものであるが、まずNb薄板と６０
６１Al合金薄板とをNb，Alの割合が適正比率（化学量論
組成比）となるように積層して多層クラッド成形素材板
を作成する。この場合、適用される６０６１Al合金薄板
は、溶体化処理に次いで時効硬化処理が施された後に用
いられる。このような処理を施すことにより６０６１Al
合金薄板は伸びを低下することなく強度が上昇するが、
その結果Nb薄板との流動応力差が少なくなってその後の
加工に有利に作用する。
【００１２】さて、上述のように多層クラッド成形素材
板が作成されると、次に該多層クラッド成形素材板は細
かくチップ状に裁断（打ち抜き等も含む）される。裁断
形状は図１に示すような四角形の他、円形，楕円形，三
角形，多角形，星形等の何れであっても良い。また、そ
の寸法は直径, 辺若しくは対角線の長さで１〜５０mm程
度が適当であるが、次工程の緻密化工程で使用する例え
ばプレスの容量等によって適宜な寸法を採用することが
でき、格別な制限はない。
板が作成されると、次に該多層クラッド成形素材板は細
かくチップ状に裁断（打ち抜き等も含む）される。裁断
形状は図１に示すような四角形の他、円形，楕円形，三
角形，多角形，星形等の何れであっても良い。また、そ
の寸法は直径, 辺若しくは対角線の長さで１〜５０mm程
度が適当であるが、次工程の緻密化工程で使用する例え
ばプレスの容量等によって適宜な寸法を採用することが
でき、格別な制限はない。
【００１３】次に、これらチップ状細片を寄せ集め、ま
とめて押出や圧延等により十分な加工度で加圧成形すれ
ば、チップ状積層体細片の寄せ集め体からなる成形原料
は何処を取っても適合組成となっていて偏析状態がない
ため、微細で均一な結合組織の緻密体が得られる。そし
て、この緻密体は構成金属同士が未だ拡散し合わずに混
合したままの状態であるので非常に加工性が良く、更な
る加工が極めて容易に行える。なお、チップ状細片の押
圧成形に際しては、これらをシ−ス材である中空管に充
填しておくのが適当であるが、そのまま例えば押出し用
コンテナに充填して棒材等としても良い。ただ、シ−ス
材を使用する場合にはその材質の選択が重要であって、
機械的特性としてはチップ状細片との変形抵抗の差が小
さい材料が選ばれ、最終的にシ−ス材の化学的除去（腐
食, 蒸発等）を行う場合にはチップ状細片と異なる化学
的特性を有した金属や合金が選ばれる。
とめて押出や圧延等により十分な加工度で加圧成形すれ
ば、チップ状積層体細片の寄せ集め体からなる成形原料
は何処を取っても適合組成となっていて偏析状態がない
ため、微細で均一な結合組織の緻密体が得られる。そし
て、この緻密体は構成金属同士が未だ拡散し合わずに混
合したままの状態であるので非常に加工性が良く、更な
る加工が極めて容易に行える。なお、チップ状細片の押
圧成形に際しては、これらをシ−ス材である中空管に充
填しておくのが適当であるが、そのまま例えば押出し用
コンテナに充填して棒材等としても良い。ただ、シ−ス
材を使用する場合にはその材質の選択が重要であって、
機械的特性としてはチップ状細片との変形抵抗の差が小
さい材料が選ばれ、最終的にシ−ス材の化学的除去（腐
食, 蒸発等）を行う場合にはチップ状細片と異なる化学
的特性を有した金属や合金が選ばれる。
【００１４】そして、加圧成形して得られた緻密体は通
常の塑性加工（引抜, 圧延, スウェ−ジング加工等）に
よって線材化され、目的の寸法とされる。この場合、成
形素材たる緻密体は拡散し合わずに混合したままの状態
であるので加工性が良く、円滑な加工が行われることは
前述した通りである。
常の塑性加工（引抜, 圧延, スウェ−ジング加工等）に
よって線材化され、目的の寸法とされる。この場合、成
形素材たる緻密体は拡散し合わずに混合したままの状態
であるので加工性が良く、円滑な加工が行われることは
前述した通りである。
【００１５】続いて、所望寸法に加工された緻密体に最
終工程である拡散熱処理を施せば、緻密体を構成する各
構成金属同士は前述したような拡散反応を起こし、どの
部分を取っても成分組成が均一な Nb3Al金属間化合物線
材となり、優れた超電導特性を示すようになる。
終工程である拡散熱処理を施せば、緻密体を構成する各
構成金属同士は前述したような拡散反応を起こし、どの
部分を取っても成分組成が均一な Nb3Al金属間化合物線
材となり、優れた超電導特性を示すようになる。
【００１６】次いで、本発明を実施例によって更に具体
的に説明する。
的に説明する。
【実施例】まず、厚さ0.145mm の６０６１Al合金板を５
３０℃で１５分の溶体化熱処理後氷水中に焼入れし、常
温時効させた。この６０６１Al合金板で厚さ１mmのNb板
を挟んでクラッド圧延し、厚さ0.15mmのAl−Nb−Alの３
層クラッド板を作成した。
３０℃で１５分の溶体化熱処理後氷水中に焼入れし、常
温時効させた。この６０６１Al合金板で厚さ１mmのNb板
を挟んでクラッド圧延し、厚さ0.15mmのAl−Nb−Alの３
層クラッド板を作成した。
【００１７】次に、上記クラッド板を約５mm角の細片に
裁断し、それらを銅合金シ−ス（内径30mm, 外径40mm）
に充填した後、押出加工及び引抜加工を行ってNb−Al複
合緻密体線材とした。この際、線材化工程における塑性
加工性は良好で、加工度Ｒ＝7.3 ×106 （但し、 Ｒ＝初
期断面積／最終断面積）まで容易に線材化加工を実施す
ることができた。
裁断し、それらを銅合金シ−ス（内径30mm, 外径40mm）
に充填した後、押出加工及び引抜加工を行ってNb−Al複
合緻密体線材とした。この際、線材化工程における塑性
加工性は良好で、加工度Ｒ＝7.3 ×106 （但し、 Ｒ＝初
期断面積／最終断面積）まで容易に線材化加工を実施す
ることができた。
【００１８】続いて、得られた線材に「（９００℃×１
６分）＋（７５０℃×４日）」 なる条件の熱処理を施し
てＡ１５型金属間化合物線材とした後、超電導特性を測
定した。これらの測定結果を、６０６１Al合金の主な化
学成分と負荷磁界14.4Tesla ，温度 4.2Ｋの条件下での
臨界電流密度Jcで整理し、表１に示した。
６分）＋（７５０℃×４日）」 なる条件の熱処理を施し
てＡ１５型金属間化合物線材とした後、超電導特性を測
定した。これらの測定結果を、６０６１Al合金の主な化
学成分と負荷磁界14.4Tesla ，温度 4.2Ｋの条件下での
臨界電流密度Jcで整理し、表１に示した。
【００１９】
【００２０】上記表１に示される結果からも明らかなよ
うに、本発明法に従うと十分に優れたJc特性を有する N
b3Al超電導線材が得られることを確認できる。
うに、本発明法に従うと十分に優れたJc特性を有する N
b3Al超電導線材が得られることを確認できる。
【００２１】また、比較のため、積層複合材を作成する
ためのAl素材として“純Al”を用いた場合と“Al−３at
％Mg合金”を用いた場合について Nb3Al線材を同じ方法
で作成し、下記条件の熱処理後、その導電特性を測定し
た。 純Al適用 Nb3Al線材：〔1000℃×２分〕＋〔 750℃×４
日〕， Al-3at％Mg合金適用 Nb3Al線材：〔 900℃×16分〕＋
〔 750℃×４日〕。
ためのAl素材として“純Al”を用いた場合と“Al−３at
％Mg合金”を用いた場合について Nb3Al線材を同じ方法
で作成し、下記条件の熱処理後、その導電特性を測定し
た。 純Al適用 Nb3Al線材：〔1000℃×２分〕＋〔 750℃×４
日〕， Al-3at％Mg合金適用 Nb3Al線材：〔 900℃×16分〕＋
〔 750℃×４日〕。
【００２２】これらの測定結果を、負荷磁界14.4Tesla
，温度 4.2Ｋの条件下での臨界電流密度Jcと加工度か
ら換算した平均のNb層厚さで整理し、本発明法による N
b3Al線材のそれと共に図２に対比して示した。この図２
からも明らかなように、本発明法に従うと、良好な加工
性の下で、また所要熱処理温度が実用上好ましい９００
℃程度の低温であっても十分に優れたNb3Al 超電導線材
が得られることを確認できる。
，温度 4.2Ｋの条件下での臨界電流密度Jcと加工度か
ら換算した平均のNb層厚さで整理し、本発明法による N
b3Al線材のそれと共に図２に対比して示した。この図２
からも明らかなように、本発明法に従うと、良好な加工
性の下で、また所要熱処理温度が実用上好ましい９００
℃程度の低温であっても十分に優れたNb3Al 超電導線材
が得られることを確認できる。
【００２３】
【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、性能の優れた Nb3Al超電導線材を簡便かつ安定して
量産することが可能となるなど、産業上極めて有用な効
果がもたらされる。
ば、性能の優れた Nb3Al超電導線材を簡便かつ安定して
量産することが可能となるなど、産業上極めて有用な効
果がもたらされる。
【図１】本発明に係る Nb3Al超電導線材の製造例を説明
した概念図である。
した概念図である。
【図２】実施例にて製造された Nb3Al超電導線材のJc特
性を比較材と対比して示したグラフである。
性を比較材と対比して示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 榮 宮城県仙台市泉区館２丁目２番11号 (72)発明者 和知 高志 東京都新宿区本塩町８番地の２ 日本ステ ンレス株式会社技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 Nb薄板と溶体化処理に続き時効硬化処理
を施したＪＩＳ６０６１アルミニウム合金薄板とをクラ
ッドしてNb，Alの割合が目的化学組成比となる積層板を
作成した後、これを細片に裁断し、次にこれらを寄せ集
めて加圧成形してから塑性加工による線材化を行い、そ
の後拡散熱処理を施すことを特徴とする、 Nb3Al超電導
線材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254762A JPH0737453A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 超電導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3254762A JPH0737453A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 超電導線材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0737453A true JPH0737453A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=17269532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3254762A Pending JPH0737453A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 超電導線材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0737453A (ja) |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP3254762A patent/JPH0737453A/ja active Pending
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