JPH087682A - Ｎｂ３ Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法 - Google Patents
Ｎｂ３ Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法Info
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- JPH087682A JPH087682A JP6160690A JP16069094A JPH087682A JP H087682 A JPH087682 A JP H087682A JP 6160690 A JP6160690 A JP 6160690A JP 16069094 A JP16069094 A JP 16069094A JP H087682 A JPH087682 A JP H087682A
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超電導特性に優れたＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電
導線を製造する。 【構成】 Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂフィラメント
を多数本配列させた複合素線上に、Ｓｎ層５、及びＳｎ
より高融点でＳｎと非反応性の金属材層を順次形成して
複合線材となし、この複合線材に熱拡散処理を施してＣ
ｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂ3 Ｓｎフィラメントを生成
させる。 【効果】 高融点でＳｎと非反応性の金属材層６が、複
合素線上の溶融Ｓｎを保持するので、Ｓｎの熱拡散処理
を高温短時間で行うことができる。従って基体中に空孔
が生成したりせず、超電導特性に優れたＮｂ3 Ｓｎ系化
合物超電導線が得られる。
導線を製造する。 【構成】 Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂフィラメント
を多数本配列させた複合素線上に、Ｓｎ層５、及びＳｎ
より高融点でＳｎと非反応性の金属材層を順次形成して
複合線材となし、この複合線材に熱拡散処理を施してＣ
ｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂ3 Ｓｎフィラメントを生成
させる。 【効果】 高融点でＳｎと非反応性の金属材層６が、複
合素線上の溶融Ｓｎを保持するので、Ｓｎの熱拡散処理
を高温短時間で行うことができる。従って基体中に空孔
が生成したりせず、超電導特性に優れたＮｂ3 Ｓｎ系化
合物超電導線が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導特性に優れた、
Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法に関する。
Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】化合物超電導線はＣｕ又はＣｕ合金基体
中にＮｂ3 Ｓｎ、Ｎｂ3 Ａｌ、Ｖ3 Ｇａ等の超電導フィ
ラメントが多数本複合された超電導線である。この化合
物超電導線はＮｂ3 Ｓｎ等の超電導体相が脆い為、次の
ようにして製造される。即ち、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中
にＮｂ金属の棒材を多数本埋込んで一次ビレットを組立
て、これに中間焼鈍と縮径加工を施して所定形状の線状
体とし、この線状体をＣｕ−Ｓｎ系合金パイプ内に多数
本整列充填して二次ビレットを組立て、これに中間焼鈍
と縮径加工を施してＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂフィ
ラメントが複合された複合素線を作製する。次に、この
複合素線に 700〜800 ℃の温度で熱拡散処理を施して、
前記Ｎｂフィラメントを前記基体及びパイプ中のＳｎと
反応させてＮｂ3 Ｓｎフィラメントに形成する。
中にＮｂ3 Ｓｎ、Ｎｂ3 Ａｌ、Ｖ3 Ｇａ等の超電導フィ
ラメントが多数本複合された超電導線である。この化合
物超電導線はＮｂ3 Ｓｎ等の超電導体相が脆い為、次の
ようにして製造される。即ち、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中
にＮｂ金属の棒材を多数本埋込んで一次ビレットを組立
て、これに中間焼鈍と縮径加工を施して所定形状の線状
体とし、この線状体をＣｕ−Ｓｎ系合金パイプ内に多数
本整列充填して二次ビレットを組立て、これに中間焼鈍
と縮径加工を施してＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂフィ
ラメントが複合された複合素線を作製する。次に、この
複合素線に 700〜800 ℃の温度で熱拡散処理を施して、
前記Ｎｂフィラメントを前記基体及びパイプ中のＳｎと
反応させてＮｂ3 Ｓｎフィラメントに形成する。
【０００３】前述の製造方法では、基体又はパイプを構
成するＣｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ濃度が高い程、生成する
Ｎｂ3 Ｓｎ化合物は化学量論組成に近くなり、得られる
超電導線の超電導特性が向上する。しかし、前記Ｃｕ−
Ｓｎ系合金のＳｎ濃度を高くするとビレットの加工硬化
が大きくなり、特にＳｎが固溶限を超えて含有される
と、中間焼鈍を多数回入れても伸線加工時に割れが生じ
た。この為Ｃｕ−Ｓｎ系合金中のＳｎ量は固溶限以下に
抑えざるを得ず、従ってＳｎの量が不足して十分に高い
超電導特性が得られなかった。又中間焼鈍はＮｂ3 Ｓｎ
相が生成しない低い温度で施す為長時間を要し、生産性
を著しく害した。
成するＣｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ濃度が高い程、生成する
Ｎｂ3 Ｓｎ化合物は化学量論組成に近くなり、得られる
超電導線の超電導特性が向上する。しかし、前記Ｃｕ−
Ｓｎ系合金のＳｎ濃度を高くするとビレットの加工硬化
が大きくなり、特にＳｎが固溶限を超えて含有される
と、中間焼鈍を多数回入れても伸線加工時に割れが生じ
た。この為Ｃｕ−Ｓｎ系合金中のＳｎ量は固溶限以下に
抑えざるを得ず、従ってＳｎの量が不足して十分に高い
超電導特性が得られなかった。又中間焼鈍はＮｂ3 Ｓｎ
相が生成しない低い温度で施す為長時間を要し、生産性
を著しく害した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、基体及びパイ
プに、加工性の良い低Ｓｎ濃度のＣｕ−Ｓｎ系合金を用
いて中間焼鈍の回数を減らし、Ｓｎの不足分は、複合素
線上にＳｎをめっきして補給する外部拡散法が開発され
た。この外部拡散法では、熱拡散処理をいきなり700℃
以上の高温度で施すとＳｎめっき層やＳｎリッチのＣｕ
−Ｓｎ系化合物が溶落し、不足して所望の超電導特性が
得られなかった。そこで、熱拡散処理を、先ずＳｎの融
点未満の温度でＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＳｎ層を拡散
させ、次いで 300℃前後の温度でＳｎの拡散を促進し、
最後に 700℃以上の高温でＮｂ3 Ｓｎ相を反応生成させ
るという３段階に分けて施す方法（特公昭62-62003号）
が提案された。しかし、このように熱拡散処理を低温度
から徐々に行う方法では、ＣｕとＳｎ原子の拡散速度が
異なることから、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中にカーケンダ
ル効果による空孔（以下カーケンダル空孔と略記する）
が生じた。この空孔は超電導線の歪み感受性を大きくし
て、超電導特性を低下させ又不安定にした。このカーケ
ンダル空孔の発生防止策として、複合線材を 0.3mmφ以
下に細くしてＳｎの拡散時間を短縮する方法が提案され
た。この方法では、二次ビレットの組立てに際し、細い
複合線材を整列充填するのに大変な手間を要した。
プに、加工性の良い低Ｓｎ濃度のＣｕ−Ｓｎ系合金を用
いて中間焼鈍の回数を減らし、Ｓｎの不足分は、複合素
線上にＳｎをめっきして補給する外部拡散法が開発され
た。この外部拡散法では、熱拡散処理をいきなり700℃
以上の高温度で施すとＳｎめっき層やＳｎリッチのＣｕ
−Ｓｎ系化合物が溶落し、不足して所望の超電導特性が
得られなかった。そこで、熱拡散処理を、先ずＳｎの融
点未満の温度でＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＳｎ層を拡散
させ、次いで 300℃前後の温度でＳｎの拡散を促進し、
最後に 700℃以上の高温でＮｂ3 Ｓｎ相を反応生成させ
るという３段階に分けて施す方法（特公昭62-62003号）
が提案された。しかし、このように熱拡散処理を低温度
から徐々に行う方法では、ＣｕとＳｎ原子の拡散速度が
異なることから、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中にカーケンダ
ル効果による空孔（以下カーケンダル空孔と略記する）
が生じた。この空孔は超電導線の歪み感受性を大きくし
て、超電導特性を低下させ又不安定にした。このカーケ
ンダル空孔の発生防止策として、複合線材を 0.3mmφ以
下に細くしてＳｎの拡散時間を短縮する方法が提案され
た。この方法では、二次ビレットの組立てに際し、細い
複合線材を整列充填するのに大変な手間を要した。
【０００５】この他、カーケンダル空孔の発生防止策と
して、複合素線上にＳｎ層とＣｕ層を順次形成する方法
が提案された（特開平1-232613号）。この方法は、外周
のＣｕ層に溶融Ｓｎ層を保持させて高温で熱拡散処理を
行い、熱拡散処理時間を短縮するものである。しかし、
この方法ではＳｎがＣｕ層に固溶して消費される為、そ
の分Ｓｎ層を厚くめっきすることになり、その結果熱拡
散処理時間が長くなって、カーケンダル空孔が生じてし
まうという前述の場合と同じ問題が起きた。
して、複合素線上にＳｎ層とＣｕ層を順次形成する方法
が提案された（特開平1-232613号）。この方法は、外周
のＣｕ層に溶融Ｓｎ層を保持させて高温で熱拡散処理を
行い、熱拡散処理時間を短縮するものである。しかし、
この方法ではＳｎがＣｕ層に固溶して消費される為、そ
の分Ｓｎ層を厚くめっきすることになり、その結果熱拡
散処理時間が長くなって、カーケンダル空孔が生じてし
まうという前述の場合と同じ問題が起きた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような状況
の中で鋭意研究を行いなされたもので、超電導特性に優
れたＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法を提供する
ことを目的とする。即ち、本発明は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金
基体中にＮｂフィラメントを多数本配列させた複合素線
上に、Ｓｎ層、及びＳｎより高融点でＳｎと非反応性の
金属材層を順次形成して複合線材となし、この複合線材
に熱拡散処理を施してＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂ3
Ｓｎフィラメントを生成させることを特徴とする。
の中で鋭意研究を行いなされたもので、超電導特性に優
れたＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法を提供する
ことを目的とする。即ち、本発明は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金
基体中にＮｂフィラメントを多数本配列させた複合素線
上に、Ｓｎ層、及びＳｎより高融点でＳｎと非反応性の
金属材層を順次形成して複合線材となし、この複合線材
に熱拡散処理を施してＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂ3
Ｓｎフィラメントを生成させることを特徴とする。
【０００７】本発明において、Ｓｎより高融点でＳｎと
非反応性の金属材層とは、熱拡散処理をＳｎの融点(232
℃) より高温で行っても、内側の溶融Ｓｎを均一な形状
に保持し且つ固溶や化合物形成によりＳｎを消費しない
金属材層である。具体的には、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａ
ｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の純金属材、Ａｇ
−Ｐｄ系、Ａｇ−Ｓｂ系、Ａｇ−Ｓｅ系、Ａｕ−Ｎｉ
系、Ａｕ−Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｚｎ
−Ｓｎ系、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｏ−Ｓｎ系等の合金材であ
る。前記金属材層は、Ｓｎ層を挟んで、Ｎｂフィラメン
トを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体と合体させたとき、
Ｓｎ層のＳｎがＮｂフィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ
系合金基体の方へ優先的に拡散する金属材層である。金
属材層がＣｕ−Ｓｎ系合金等の場合はＳｎを飽和状態又
は飽和状態に近い量含有させておく。前記金属材層は、
融点が高い為溶融Ｓｎ層を均一形状に保持でき且つＳｎ
と非反応性の為Ｓｎ層を薄くでき、従って熱拡散処理時
間が短縮されてカーケンダル空孔が形成されない。本発
明において、Ｓｎ層と金属材層を複合素線上に形成する
には、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき等の厚さ
を均一に形成できる任意の方法が適用できる。前記Ｓｎ
含有合金材は、Ｓｎが拡散通過可能な為、Ｓｎ層と交互
に多層に形成することもできる。金属材層にＣｒを用い
る場合、Ｃｒ層は電気絶縁性の為、絶縁被覆層としての
機能を併せ持つ。そこで、超電導線を、エナメル被覆等
の処理を省略して撚合わせることも可能となる。
非反応性の金属材層とは、熱拡散処理をＳｎの融点(232
℃) より高温で行っても、内側の溶融Ｓｎを均一な形状
に保持し且つ固溶や化合物形成によりＳｎを消費しない
金属材層である。具体的には、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａ
ｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ等の純金属材、Ａｇ
−Ｐｄ系、Ａｇ−Ｓｂ系、Ａｇ−Ｓｅ系、Ａｕ−Ｎｉ
系、Ａｕ−Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｚｎ
−Ｓｎ系、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｏ−Ｓｎ系等の合金材であ
る。前記金属材層は、Ｓｎ層を挟んで、Ｎｂフィラメン
トを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体と合体させたとき、
Ｓｎ層のＳｎがＮｂフィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ
系合金基体の方へ優先的に拡散する金属材層である。金
属材層がＣｕ−Ｓｎ系合金等の場合はＳｎを飽和状態又
は飽和状態に近い量含有させておく。前記金属材層は、
融点が高い為溶融Ｓｎ層を均一形状に保持でき且つＳｎ
と非反応性の為Ｓｎ層を薄くでき、従って熱拡散処理時
間が短縮されてカーケンダル空孔が形成されない。本発
明において、Ｓｎ層と金属材層を複合素線上に形成する
には、電気めっき、無電解めっき、溶融めっき等の厚さ
を均一に形成できる任意の方法が適用できる。前記Ｓｎ
含有合金材は、Ｓｎが拡散通過可能な為、Ｓｎ層と交互
に多層に形成することもできる。金属材層にＣｒを用い
る場合、Ｃｒ層は電気絶縁性の為、絶縁被覆層としての
機能を併せ持つ。そこで、超電導線を、エナメル被覆等
の処理を省略して撚合わせることも可能となる。
【０００８】以下に、本発明方法の途中工程で作製され
る複合線材の熱拡散処理前後の構成を図を参照して説明
する。図１イは金属材層にＮｉを用いた複合線材の熱拡
散処理前の横断面図である。安定化銅線１の周囲にＮｂ
の拡散バリヤが配され、その周囲に、Ｎｂ／ブロンズ
（Ｃｕ−Ｓｎ系合金）複合層３、ブロンズシース（パイ
プ）層４、Ｓｎ層５、Ｎｉの金属材層６が順次形成され
ている。図１ロは前記複合線材の熱拡散処理後の横断面
図である。図で７は、Ｎｂ／ブロンズ複合層３のＮｂフ
ィラメントがＮｂ3 Ｓｎフィラメントに形成されたＮｂ
3 Ｓｎ含有ブロンズ層である。このＮｂ3 Ｓｎ含有ブロ
ンズ層７の周囲に、低Ｓｎ化したブロンズシース層４と
Ｓｎ層５の合体層８が形成され、更にその周囲にＮｉの
金属材層６が位置している。
る複合線材の熱拡散処理前後の構成を図を参照して説明
する。図１イは金属材層にＮｉを用いた複合線材の熱拡
散処理前の横断面図である。安定化銅線１の周囲にＮｂ
の拡散バリヤが配され、その周囲に、Ｎｂ／ブロンズ
（Ｃｕ−Ｓｎ系合金）複合層３、ブロンズシース（パイ
プ）層４、Ｓｎ層５、Ｎｉの金属材層６が順次形成され
ている。図１ロは前記複合線材の熱拡散処理後の横断面
図である。図で７は、Ｎｂ／ブロンズ複合層３のＮｂフ
ィラメントがＮｂ3 Ｓｎフィラメントに形成されたＮｂ
3 Ｓｎ含有ブロンズ層である。このＮｂ3 Ｓｎ含有ブロ
ンズ層７の周囲に、低Ｓｎ化したブロンズシース層４と
Ｓｎ層５の合体層８が形成され、更にその周囲にＮｉの
金属材層６が位置している。
【０００９】図２イは、金属材層にブロンズを用いた複
合線材の熱拡散処理前の横断面図である。最外層にブロ
ンズの金属材層９が形成されている他は、図１イに示し
たものと同じである。図２ロは熱拡散処理後の横断面図
である。最外層にブロンズの金属材層９が形成されてい
る他は、図１ロに示したものと同じである。
合線材の熱拡散処理前の横断面図である。最外層にブロ
ンズの金属材層９が形成されている他は、図１イに示し
たものと同じである。図２ロは熱拡散処理後の横断面図
である。最外層にブロンズの金属材層９が形成されてい
る他は、図１ロに示したものと同じである。
【００１０】本発明において、複合線材全体に含有され
るＳｎ量は、16wt％以上において十分なＳｎ量が供給さ
れて超電導特性に優れた、ストイキオメトリ（Ｎｂ−25
at％Ｓｎ）に近いＮｂ3 Ｓｎ相が形成される。従って、
複合線材全体に含有されるＳｎの量は16wt％以上である
ことが望ましい。
るＳｎ量は、16wt％以上において十分なＳｎ量が供給さ
れて超電導特性に優れた、ストイキオメトリ（Ｎｂ−25
at％Ｓｎ）に近いＮｂ3 Ｓｎ相が形成される。従って、
複合線材全体に含有されるＳｎの量は16wt％以上である
ことが望ましい。
【００１１】又複合素線上に形成するＳｎ層の厚さｔと
Ｓｎより高融点でＳｎと非反応性の金属材層の厚さＴの
比〔ｔ／Ｔ〕が１未満では金属材層が過剰に厚くなり不
経済である。又10を超えては前記金属材層の溶融Ｓｎの
保持効果が低下する。従って、複合線材のＳｎ層の厚さ
ｔとＳｎより高融点でＳｎと非反応性の金属材層の厚さ
Ｔの比〔ｔ／Ｔ〕は１以上、10以下であることが望まし
い。
Ｓｎより高融点でＳｎと非反応性の金属材層の厚さＴの
比〔ｔ／Ｔ〕が１未満では金属材層が過剰に厚くなり不
経済である。又10を超えては前記金属材層の溶融Ｓｎの
保持効果が低下する。従って、複合線材のＳｎ層の厚さ
ｔとＳｎより高融点でＳｎと非反応性の金属材層の厚さ
Ｔの比〔ｔ／Ｔ〕は１以上、10以下であることが望まし
い。
【００１２】本発明は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体又はＮｂ
フィラメントにＴｉ、Ｔａ、Ｈａ、Ｇａ等の元素を微量
含有させた場合にも同様の効果が得られる。又中心部に
Ｃｕ又はＡｌ等の安定化材をＮｂやＴａ等のバリヤ層を
介在させて複合したＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線に適用
しても同様の効果が得られる。
フィラメントにＴｉ、Ｔａ、Ｈａ、Ｇａ等の元素を微量
含有させた場合にも同様の効果が得られる。又中心部に
Ｃｕ又はＡｌ等の安定化材をＮｂやＴａ等のバリヤ層を
介在させて複合したＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線に適用
しても同様の効果が得られる。
【００１３】本発明において、熱拡散処理は、通常、Ｓ
ｎ層をＣｕ−Ｓｎ系合金基体中に拡散させる低温処理と
前記基体中のＳｎをＮｂと反応させてＮｂ3 Ｓｎ相を形
成する高温処理に分けて行われる。低温処理もＳｎの融
点以上の温度で短時間行うことにより、カーケンダル空
孔の発生を抑えることができる。もしカーケンダル空孔
が発生しても、その量は僅かであり、高温処理前に軽圧
延して消滅させることができる。
ｎ層をＣｕ−Ｓｎ系合金基体中に拡散させる低温処理と
前記基体中のＳｎをＮｂと反応させてＮｂ3 Ｓｎ相を形
成する高温処理に分けて行われる。低温処理もＳｎの融
点以上の温度で短時間行うことにより、カーケンダル空
孔の発生を抑えることができる。もしカーケンダル空孔
が発生しても、その量は僅かであり、高温処理前に軽圧
延して消滅させることができる。
【００１４】
【作用】本発明では、Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を外
部拡散法で製造する際に、複合素線上の溶融Ｓｎを、高
融点でＳｎと非反応性の金属材層で保持するので、Ｓｎ
の熱拡散処理を高温短時間で行うことができる。従って
基体中に空孔が生成したりせず、超電導特性に優れたＮ
ｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造できる。
部拡散法で製造する際に、複合素線上の溶融Ｓｎを、高
融点でＳｎと非反応性の金属材層で保持するので、Ｓｎ
の熱拡散処理を高温短時間で行うことができる。従って
基体中に空孔が生成したりせず、超電導特性に優れたＮ
ｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造できる。
【００１５】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）外径45.3mmφのブロンズ（Ｃｕ−14.3wt％
Ｓｎ−0.2 wt％Ｔｉ系合金）棒材に6.0 mmφの貫通孔を
等間隔に19本あけ、この貫通孔に外径5.8 mmφのＮｂ線
材を挿入し、ブロンズ棒材の前後端にブロンズ製蓋を電
子ビーム溶接により真空封止して被せて１次ビレットを
作製した。次にこの１次ビレットを熱間押出しし、この
押出材に伸線加工と中間焼鈍を繰返し施して、対辺長さ
１mmの六角線を作製した。この六角線を１次ビレットと
同じ組成の外径45mmφ、内径38mmφのブロンズ製パイプ
に充填して２次ビレットを作製した。前記ブロンズ製パ
イプの中心部分には安定化材となす直径20mmφの無酸素
銅棒を外周にＮｂ箔を巻いて配置した。この２次ビレッ
トを１次ビレットと同じ方法により 0.7mmφの複合素線
に加工した。次にこの複合素線上にＳｎ層とＮｉ層を順
次電気めっきして複合線材を作製した。Ｓｎ層とＮｉ層
は厚さを種々に変化させた。次にこの複合線材に１回目
の熱拡散処理を 450℃で50時間施した。熱拡散処理後、
組織観察をした。Ｓｎ層のＳｎがブロンズ基体内に 100
μｍ程度均一に拡散していた。Ｓｎ層の溶落はなかっ
た。Ｎｂフィラメントはブロンズ基体内に直線状に等間
隔に位置しており、乱れは見られなかった。ブロンズ基
体内にカーケンダル空孔が少量観察された。次にこの線
材に断面減少率５％の伸線加工を施して、線材の外径を
整え又線材内部のカーケンダル空孔を消滅させた。次い
で２回目の熱拡散処理を 695℃で40時間施してＮｂ3 Ｓ
ｎ系化合物超電導線を製造した。
る。 （実施例１）外径45.3mmφのブロンズ（Ｃｕ−14.3wt％
Ｓｎ−0.2 wt％Ｔｉ系合金）棒材に6.0 mmφの貫通孔を
等間隔に19本あけ、この貫通孔に外径5.8 mmφのＮｂ線
材を挿入し、ブロンズ棒材の前後端にブロンズ製蓋を電
子ビーム溶接により真空封止して被せて１次ビレットを
作製した。次にこの１次ビレットを熱間押出しし、この
押出材に伸線加工と中間焼鈍を繰返し施して、対辺長さ
１mmの六角線を作製した。この六角線を１次ビレットと
同じ組成の外径45mmφ、内径38mmφのブロンズ製パイプ
に充填して２次ビレットを作製した。前記ブロンズ製パ
イプの中心部分には安定化材となす直径20mmφの無酸素
銅棒を外周にＮｂ箔を巻いて配置した。この２次ビレッ
トを１次ビレットと同じ方法により 0.7mmφの複合素線
に加工した。次にこの複合素線上にＳｎ層とＮｉ層を順
次電気めっきして複合線材を作製した。Ｓｎ層とＮｉ層
は厚さを種々に変化させた。次にこの複合線材に１回目
の熱拡散処理を 450℃で50時間施した。熱拡散処理後、
組織観察をした。Ｓｎ層のＳｎがブロンズ基体内に 100
μｍ程度均一に拡散していた。Ｓｎ層の溶落はなかっ
た。Ｎｂフィラメントはブロンズ基体内に直線状に等間
隔に位置しており、乱れは見られなかった。ブロンズ基
体内にカーケンダル空孔が少量観察された。次にこの線
材に断面減少率５％の伸線加工を施して、線材の外径を
整え又線材内部のカーケンダル空孔を消滅させた。次い
で２回目の熱拡散処理を 695℃で40時間施してＮｂ3 Ｓ
ｎ系化合物超電導線を製造した。
【００１６】（実施例２）実施例１において、複合素線
上にＳｎ層及びＣｕ−10wt％Ｓｎ合金層を順次電気めっ
きして複合線材とした他は、実施例１と同じ方法により
Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造した。
上にＳｎ層及びＣｕ−10wt％Ｓｎ合金層を順次電気めっ
きして複合線材とした他は、実施例１と同じ方法により
Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造した。
【００１７】（比較例１）実施例１において、複合素線
にＳｎ層を８μｍ厚さに、その上にＣｕ層を 1.5μｍ厚
さにめっきした他は、実施例１と同じ方法によりＮｂ3
Ｓｎ系化合物超電導線を製造した。
にＳｎ層を８μｍ厚さに、その上にＣｕ層を 1.5μｍ厚
さにめっきした他は、実施例１と同じ方法によりＮｂ3
Ｓｎ系化合物超電導線を製造した。
【００１８】（比較例２）実施例１において、複合素線
にＳｎ層を14μｍ厚さに、その上にＣｕ層を 2.5μｍ厚
さにめっきし、１回目の熱拡散処理を 450℃で 100時間
施した他は、実施例１と同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化
合物超電導線を製造した。
にＳｎ層を14μｍ厚さに、その上にＣｕ層を 2.5μｍ厚
さにめっきし、１回目の熱拡散処理を 450℃で 100時間
施した他は、実施例１と同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化
合物超電導線を製造した。
【００１９】（比較例３）実施例１において、複合素線
にＳｎ層のみを８μｍ厚さに形成した他は、実施例１と
同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造し
た。
にＳｎ層のみを８μｍ厚さに形成した他は、実施例１と
同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造し
た。
【００２０】（比較例４）実施例１において、複合素線
にＳｎ層のみを８μｍ厚さに形成して複合線材となし、
この複合線材にＳｎの融点未満の 200℃の温度で60時
間、次に 300℃の温度で50時間、最後に 695℃の温度で
40時間の加熱条件で熱拡散処理を施した他は、実施例１
と同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造し
た。
にＳｎ層のみを８μｍ厚さに形成して複合線材となし、
この複合線材にＳｎの融点未満の 200℃の温度で60時
間、次に 300℃の温度で50時間、最後に 695℃の温度で
40時間の加熱条件で熱拡散処理を施した他は、実施例１
と同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造し
た。
【００２１】得られた各々のＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導
線について、臨界電流（Ｉｃ）を測定した。又断面を観
察してＳｎの溶落有無、カーケンダル空孔の有無を調べ
た。結果を表１に示す。
線について、臨界電流（Ｉｃ）を測定した。又断面を観
察してＳｎの溶落有無、カーケンダル空孔の有無を調べ
た。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１より明らかなように、本発明方法品
（No.1〜10) はいずれもＩｃが高く、Ｓｎの溶落がなく
断面形状に優れ、カーケンダル空孔は小さいか、又は少
なかった。尚、No.2はＳｎの平均濃度が16wt％を下回っ
た為Ｉｃが若干低下した。No.6はＳｎ層の厚さに対して
金属材層（Ｎｉ層）がやや厚過ぎて不経済であったが、
特性上問題なかった。No.7は金属材層（Ｎｉ層）が薄く
Ｓｎ層の保持力が弱くなり断面がやや変形し、Ｉｃも幾
分低下した。但し、実用上問題ない程度であった。
（No.1〜10) はいずれもＩｃが高く、Ｓｎの溶落がなく
断面形状に優れ、カーケンダル空孔は小さいか、又は少
なかった。尚、No.2はＳｎの平均濃度が16wt％を下回っ
た為Ｉｃが若干低下した。No.6はＳｎ層の厚さに対して
金属材層（Ｎｉ層）がやや厚過ぎて不経済であったが、
特性上問題なかった。No.7は金属材層（Ｎｉ層）が薄く
Ｓｎ層の保持力が弱くなり断面がやや変形し、Ｉｃも幾
分低下した。但し、実用上問題ない程度であった。
【００２４】これに対し、比較例品のNo.11 はＳｎ層上
にＣｕ層を形成した為、Ｓｎ層がＣｕ層に消費されてＳ
ｎが不足し、Ｉｃが低下した。No.12 はＳｎ層を厚く形
成したので、熱拡散処理時間が長くなり、カーケンダル
空孔が多量に発生し、軽圧下後も残存してＩｃを低下さ
せた。No.13 は高融点金属材層を用いず、しかも始めか
ら 450℃の温度で熱拡散処理を施した為、Ｓｎ層が溶落
しＮｂ3 Ｓｎフィラメントが露出してＩｃが著しく低下
した。No.14 は熱拡散処理をＳｎの融点未満の低温から
始めたので、Ｓｎ層の溶落は防止できたが、カーケンダ
ル空孔が多量に発生し、軽圧下後も残存してＩｃが低下
した。
にＣｕ層を形成した為、Ｓｎ層がＣｕ層に消費されてＳ
ｎが不足し、Ｉｃが低下した。No.12 はＳｎ層を厚く形
成したので、熱拡散処理時間が長くなり、カーケンダル
空孔が多量に発生し、軽圧下後も残存してＩｃを低下さ
せた。No.13 は高融点金属材層を用いず、しかも始めか
ら 450℃の温度で熱拡散処理を施した為、Ｓｎ層が溶落
しＮｂ3 Ｓｎフィラメントが露出してＩｃが著しく低下
した。No.14 は熱拡散処理をＳｎの融点未満の低温から
始めたので、Ｓｎ層の溶落は防止できたが、カーケンダ
ル空孔が多量に発生し、軽圧下後も残存してＩｃが低下
した。
【００２５】
【効果】以上述べたように、本発明によれば、高融点で
Ｓｎと非反応性の金属材層が、複合素線上の溶融Ｓｎを
保持するので、Ｓｎの熱拡散処理を高温短時間で行うこ
とができる。又熱拡散処理を高温短時間で行うので、基
体中の空孔の成長も抑えられて、超電導特性に優れたＮ
ｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線が得られる。
Ｓｎと非反応性の金属材層が、複合素線上の溶融Ｓｎを
保持するので、Ｓｎの熱拡散処理を高温短時間で行うこ
とができる。又熱拡散処理を高温短時間で行うので、基
体中の空孔の成長も抑えられて、超電導特性に優れたＮ
ｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線が得られる。
【図１】本発明における複合線材の熱拡散処理前後の態
様を示す横断面図である。
様を示す横断面図である。
【図２】本発明における複合線材の熱拡散処理前後の他
の態様を示す横断面図である。
の態様を示す横断面図である。
１──安定化銅線 ２──Ｎｂ箔 ３──Ｎｂ／ブロンズ複合層 ４──ブロンズシース層 ５──Ｓｎ層 ６──Ｎｉの金属材層 ７──Ｎｂ3 Ｓｎ含有ブロンズ層 ８──ブロンズシース層とＳｎ層の合体層 ９──ブロンズの金属材層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年３月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方
法
法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導特性に優れた、
Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法に関する。
Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】化合物超電導線はＣｕ又はＣｕ合金基体
中にＮｂ3 Ｓｎ、Ｎｂ3 Ａｌ、Ｖ3 Ｇａ等の超電導フィ
ラメントが多数本複合された超電導線である。この化合
物超電導線はＮｂ3 Ｓｎ等の超電導体相が脆い為、次の
ようにして製造される。即ち、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中
にＮｂ金属の棒材を多数本埋込んで一次ビレットを組立
て、これに中間焼鈍と縮径加工を施して所定形状の線状
体とし、この線状体をＣｕ−Ｓｎ系合金パイプ内に多数
本整列充填して二次ビレットを組立て、これに中間焼鈍
と縮径加工を施してＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂフィ
ラメントが複合された複合素線を作製する。次に、この
複合素線に 700〜800 ℃の温度で熱拡散処理を施して、
前記Ｎｂフィラメントを前記基体及びパイプ中のＳｎと
反応させてＮｂ3 Ｓｎフィラメントに形成する。
中にＮｂ3 Ｓｎ、Ｎｂ3 Ａｌ、Ｖ3 Ｇａ等の超電導フィ
ラメントが多数本複合された超電導線である。この化合
物超電導線はＮｂ3 Ｓｎ等の超電導体相が脆い為、次の
ようにして製造される。即ち、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中
にＮｂ金属の棒材を多数本埋込んで一次ビレットを組立
て、これに中間焼鈍と縮径加工を施して所定形状の線状
体とし、この線状体をＣｕ−Ｓｎ系合金パイプ内に多数
本整列充填して二次ビレットを組立て、これに中間焼鈍
と縮径加工を施してＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂフィ
ラメントが複合された複合素線を作製する。次に、この
複合素線に 700〜800 ℃の温度で熱拡散処理を施して、
前記Ｎｂフィラメントを前記基体及びパイプ中のＳｎと
反応させてＮｂ3 Ｓｎフィラメントに形成する。
【０００３】前述の製造方法では、基体又はパイプを構
成するＣｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ濃度が高い程、生成する
Ｎｂ3 Ｓｎ化合物は化学量論組成に近くなり、得られる
超電導線の超電導特性が向上する。しかし、前記Ｃｕ−
Ｓｎ系合金のＳｎ濃度を高くするとビレットの加工硬化
が大きくなり、特にＳｎが固溶限を超えて含有される
と、中間焼鈍を多数回入れても伸線加工時に割れが生じ
た。この為Ｃｕ−Ｓｎ系合金中のＳｎ量は固溶限以下に
抑えざるを得ず、従ってＳｎの量が不足して十分に高い
超電導特性が得られなかった。又中間焼鈍はＮｂ3 Ｓｎ
相が生成しない低い温度で施す為長時間を要し、生産性
を著しく害した。
成するＣｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ濃度が高い程、生成する
Ｎｂ3 Ｓｎ化合物は化学量論組成に近くなり、得られる
超電導線の超電導特性が向上する。しかし、前記Ｃｕ−
Ｓｎ系合金のＳｎ濃度を高くするとビレットの加工硬化
が大きくなり、特にＳｎが固溶限を超えて含有される
と、中間焼鈍を多数回入れても伸線加工時に割れが生じ
た。この為Ｃｕ−Ｓｎ系合金中のＳｎ量は固溶限以下に
抑えざるを得ず、従ってＳｎの量が不足して十分に高い
超電導特性が得られなかった。又中間焼鈍はＮｂ3 Ｓｎ
相が生成しない低い温度で施す為長時間を要し、生産性
を著しく害した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、基体及びパイ
プに、加工性の良い低Ｓｎ濃度のＣｕ−Ｓｎ系合金を用
いて中間焼鈍の回数を減らし、Ｓｎの不足分は、複合素
線上にＳｎをめっきして補給する外部拡散法が開発され
た。この外部拡散法では、熱拡散処理をいきなり700℃
以上の高温度で施すとＳｎめっき層やＳｎリッチのＣｕ
−Ｓｎ系化合物が溶落し、不足して所望の超電導特性が
得られなかった。そこで、熱拡散処理を、先ずＳｎの融
点未満の温度でＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＳｎ層を拡散
させ、次いで 300℃前後の温度でＳｎの拡散を促進し、
最後に 700℃以上の高温でＮｂ3 Ｓｎ相を反応生成させ
るという３段階に分けて施す方法（特公昭62-62003号）
が提案された。しかし、このように熱拡散処理を低温度
から徐々に行う方法では、ＣｕとＳｎ原子の拡散速度が
異なることから、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中にカーケンダ
ル効果による空孔（以下カーケンダル空孔と略記する）
が生じた。この空孔は超電導線の歪み感受性を大きくし
て、超電導特性を低下させ又不安定にした。このカーケ
ンダル空孔の発生防止策として、複合線材を 0.3mmφ以
下に細くしてＳｎの拡散時間を短縮する方法が提案され
た。この方法では、二次ビレットの組立てに際し、細い
複合線材を整列充填するのに大変な手間を要した。
プに、加工性の良い低Ｓｎ濃度のＣｕ−Ｓｎ系合金を用
いて中間焼鈍の回数を減らし、Ｓｎの不足分は、複合素
線上にＳｎをめっきして補給する外部拡散法が開発され
た。この外部拡散法では、熱拡散処理をいきなり700℃
以上の高温度で施すとＳｎめっき層やＳｎリッチのＣｕ
−Ｓｎ系化合物が溶落し、不足して所望の超電導特性が
得られなかった。そこで、熱拡散処理を、先ずＳｎの融
点未満の温度でＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＳｎ層を拡散
させ、次いで 300℃前後の温度でＳｎの拡散を促進し、
最後に 700℃以上の高温でＮｂ3 Ｓｎ相を反応生成させ
るという３段階に分けて施す方法（特公昭62-62003号）
が提案された。しかし、このように熱拡散処理を低温度
から徐々に行う方法では、ＣｕとＳｎ原子の拡散速度が
異なることから、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中にカーケンダ
ル効果による空孔（以下カーケンダル空孔と略記する）
が生じた。この空孔は超電導線の歪み感受性を大きくし
て、超電導特性を低下させ又不安定にした。このカーケ
ンダル空孔の発生防止策として、複合線材を 0.3mmφ以
下に細くしてＳｎの拡散時間を短縮する方法が提案され
た。この方法では、二次ビレットの組立てに際し、細い
複合線材を整列充填するのに大変な手間を要した。
【０００５】この他、カーケンダル空孔の発生防止策と
して、複合素線上にＳｎ層とＣｕ層を順次形成する方法
が提案された（特開平1-232613号）。この方法は、外周
のＣｕ層に溶融Ｓｎ層を保持させて高温で熱拡散処理を
行い、熱拡散処理時間を短縮するものである。しかし、
この方法ではＳｎがＣｕ層に固溶して消費される為、そ
の分Ｓｎ層を厚くめっきすることになり、その結果熱拡
散処理時間が長くなって、カーケンダル空孔が生じてし
まうという前述の場合と同じ問題が起きた。
して、複合素線上にＳｎ層とＣｕ層を順次形成する方法
が提案された（特開平1-232613号）。この方法は、外周
のＣｕ層に溶融Ｓｎ層を保持させて高温で熱拡散処理を
行い、熱拡散処理時間を短縮するものである。しかし、
この方法ではＳｎがＣｕ層に固溶して消費される為、そ
の分Ｓｎ層を厚くめっきすることになり、その結果熱拡
散処理時間が長くなって、カーケンダル空孔が生じてし
まうという前述の場合と同じ問題が起きた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような状況
の中で鋭意研究を行いなされたもので、超電導特性に優
れたＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法を提供する
ことを目的とする。即ち、本発明は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金
基体中にＮｂフィラメントを多数本配列させた複合素線
上に、Ｓｎ層、及びＳｎより高融点の金属材層を順次形
成して複合線材となし、この複合線材に熱拡散処理を施
してＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂ3 Ｓｎフィラメント
を生成させるＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法で
あって、前記金属材層は、Ｓｎ層のＳｎがＮｂフィラメ
ントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の方へ優先的に拡
散する金属材層であることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ系化
合物超電導線の製造方法である。
の中で鋭意研究を行いなされたもので、超電導特性に優
れたＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法を提供する
ことを目的とする。即ち、本発明は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金
基体中にＮｂフィラメントを多数本配列させた複合素線
上に、Ｓｎ層、及びＳｎより高融点の金属材層を順次形
成して複合線材となし、この複合線材に熱拡散処理を施
してＣｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂ3 Ｓｎフィラメント
を生成させるＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法で
あって、前記金属材層は、Ｓｎ層のＳｎがＮｂフィラメ
ントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の方へ優先的に拡
散する金属材層であることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ系化
合物超電導線の製造方法である。
【０００７】本発明において、金属材層とは、熱拡散処
理をＳｎの融点(232℃) より高温で行っても、内側の溶
融Ｓｎを均一な形状に保持し且つ固溶や化合物形成によ
りＳｎを消費しない金属材層である。具体的には、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ
等の純金属材、Ａｇ−Ｐｄ系、Ａｇ−Ｓｂ系、Ａｇ−Ｓ
ｅ系、Ａｕ−Ｎｉ系、Ａｕ−Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃ
ｕ−Ｓｎ系、Ｚｎ−Ｓｎ系、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｏ−Ｓｎ
系等の合金材である。前記金属材層は、Ｓｎ層を挟ん
で、Ｎｂフィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体
と合体させたとき、Ｓｎ層のＳｎがＮｂフィラメントを
配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の方へ優先的に拡散する
金属材層である。金属材層がＣｕ−Ｓｎ系合金等の場合
はＳｎを飽和状態又は飽和状態に近い量含有させてお
く。前記金属材層は、融点が高い為溶融Ｓｎ層を均一形
状に保持でき、又Ｓｎ層を消費せず、更にＳｎ層のＳｎ
がＮｂフィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の
方へ優先的に拡散するものなので、Ｓｎ層を薄くでき
る。従って熱拡散処理時間が短縮されてカーケンダル空
孔が形成されない。本発明において、Ｓｎ層と金属材層
を複合素線上に形成するには、電気めっき、無電解めっ
き、溶融めっき等の厚さを均一に形成できる任意の方法
が適用できる。前記Ｓｎ含有合金材は、Ｓｎが拡散通過
可能な為、Ｓｎ層と交互に多層に形成することもでき
る。金属材層にＣｒを用いる場合、Ｃｒ層は電気絶縁性
の為、絶縁被覆層としての機能を併せ持つ。そこで、超
電導線を、エナメル被覆等の処理を省略して撚合わせる
ことも可能となる。
理をＳｎの融点(232℃) より高温で行っても、内側の溶
融Ｓｎを均一な形状に保持し且つ固溶や化合物形成によ
りＳｎを消費しない金属材層である。具体的には、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ
等の純金属材、Ａｇ−Ｐｄ系、Ａｇ−Ｓｂ系、Ａｇ−Ｓ
ｅ系、Ａｕ−Ｎｉ系、Ａｕ−Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃ
ｕ−Ｓｎ系、Ｚｎ−Ｓｎ系、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｏ−Ｓｎ
系等の合金材である。前記金属材層は、Ｓｎ層を挟ん
で、Ｎｂフィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体
と合体させたとき、Ｓｎ層のＳｎがＮｂフィラメントを
配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の方へ優先的に拡散する
金属材層である。金属材層がＣｕ−Ｓｎ系合金等の場合
はＳｎを飽和状態又は飽和状態に近い量含有させてお
く。前記金属材層は、融点が高い為溶融Ｓｎ層を均一形
状に保持でき、又Ｓｎ層を消費せず、更にＳｎ層のＳｎ
がＮｂフィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の
方へ優先的に拡散するものなので、Ｓｎ層を薄くでき
る。従って熱拡散処理時間が短縮されてカーケンダル空
孔が形成されない。本発明において、Ｓｎ層と金属材層
を複合素線上に形成するには、電気めっき、無電解めっ
き、溶融めっき等の厚さを均一に形成できる任意の方法
が適用できる。前記Ｓｎ含有合金材は、Ｓｎが拡散通過
可能な為、Ｓｎ層と交互に多層に形成することもでき
る。金属材層にＣｒを用いる場合、Ｃｒ層は電気絶縁性
の為、絶縁被覆層としての機能を併せ持つ。そこで、超
電導線を、エナメル被覆等の処理を省略して撚合わせる
ことも可能となる。
【０００８】以下に、本発明方法の途中工程で作製され
る複合線材の熱拡散処理前後の構成を図を参照して説明
する。図１イは金属材層にＮｉを用いた複合線材の熱拡
散処理前の横断面図である。安定化銅線１の周囲にＮｂ
の拡散バリヤが配され、その周囲に、Ｎｂ／ブロンズ
（Ｃｕ−Ｓｎ系合金）複合層３、ブロンズシース（パイ
プ）層４、Ｓｎ層５、Ｎｉの金属材層６が順次形成され
ている。図１ロは前記複合線材の熱拡散処理後の横断面
図である。図で７は、Ｎｂ／ブロンズ複合層３のＮｂフ
ィラメントがＮｂ3 Ｓｎフィラメントに形成されたＮｂ
3 Ｓｎ含有ブロンズ層である。このＮｂ3 Ｓｎ含有ブロ
ンズ層７の周囲に、低Ｓｎ化したブロンズシース層４と
Ｓｎ層５の合体層８が形成され、更にその周囲にＮｉの
金属材層６が位置している。
る複合線材の熱拡散処理前後の構成を図を参照して説明
する。図１イは金属材層にＮｉを用いた複合線材の熱拡
散処理前の横断面図である。安定化銅線１の周囲にＮｂ
の拡散バリヤが配され、その周囲に、Ｎｂ／ブロンズ
（Ｃｕ−Ｓｎ系合金）複合層３、ブロンズシース（パイ
プ）層４、Ｓｎ層５、Ｎｉの金属材層６が順次形成され
ている。図１ロは前記複合線材の熱拡散処理後の横断面
図である。図で７は、Ｎｂ／ブロンズ複合層３のＮｂフ
ィラメントがＮｂ3 Ｓｎフィラメントに形成されたＮｂ
3 Ｓｎ含有ブロンズ層である。このＮｂ3 Ｓｎ含有ブロ
ンズ層７の周囲に、低Ｓｎ化したブロンズシース層４と
Ｓｎ層５の合体層８が形成され、更にその周囲にＮｉの
金属材層６が位置している。
【０００９】図２イは、金属材層にブロンズを用いた複
合線材の熱拡散処理前の横断面図である。最外層にブロ
ンズの金属材層９が形成されている他は、図１イに示し
たものと同じである。図２ロは熱拡散処理後の横断面図
である。最外層にブロンズの金属材層９が形成されてい
る他は、図１ロに示したものと同じである。
合線材の熱拡散処理前の横断面図である。最外層にブロ
ンズの金属材層９が形成されている他は、図１イに示し
たものと同じである。図２ロは熱拡散処理後の横断面図
である。最外層にブロンズの金属材層９が形成されてい
る他は、図１ロに示したものと同じである。
【００１０】本発明において、複合線材全体に含有され
るＳｎ量は、16wt％以上において十分なＳｎ量が供給さ
れて超電導特性に優れた、ストイキオメトリ（Ｎｂ−25
at％Ｓｎ）に近いＮｂ3 Ｓｎ相が形成される。従って、
複合線材全体に含有されるＳｎの量は16wt％以上である
ことが望ましい。
るＳｎ量は、16wt％以上において十分なＳｎ量が供給さ
れて超電導特性に優れた、ストイキオメトリ（Ｎｂ−25
at％Ｓｎ）に近いＮｂ3 Ｓｎ相が形成される。従って、
複合線材全体に含有されるＳｎの量は16wt％以上である
ことが望ましい。
【００１１】又複合素線上に形成するＳｎ層の厚さｔと
前記金属材層の厚さＴの比〔ｔ／Ｔ〕が１未満では金属
材層が過剰に厚くなり不経済である。又10を超えては前
記金属材層の溶融Ｓｎの保持効果が低下する。従って、
複合線材のＳｎ層の厚さｔと前記金属材層の厚さＴの比
〔ｔ／Ｔ〕は１以上、10以下であることが望ましい。
前記金属材層の厚さＴの比〔ｔ／Ｔ〕が１未満では金属
材層が過剰に厚くなり不経済である。又10を超えては前
記金属材層の溶融Ｓｎの保持効果が低下する。従って、
複合線材のＳｎ層の厚さｔと前記金属材層の厚さＴの比
〔ｔ／Ｔ〕は１以上、10以下であることが望ましい。
【００１２】本発明は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体又はＮｂ
フィラメントにＴｉ、Ｔａ、Ｈａ、Ｇａ等の元素を微量
含有させた場合にも同様の効果が得られる。又中心部に
Ｃｕ又はＡｌ等の安定化材をＮｂやＴａ等のバリヤ層を
介在させて複合したＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線に適用
しても同様の効果が得られる。
フィラメントにＴｉ、Ｔａ、Ｈａ、Ｇａ等の元素を微量
含有させた場合にも同様の効果が得られる。又中心部に
Ｃｕ又はＡｌ等の安定化材をＮｂやＴａ等のバリヤ層を
介在させて複合したＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線に適用
しても同様の効果が得られる。
【００１３】本発明において、熱拡散処理は、通常、Ｓ
ｎ層をＣｕ−Ｓｎ系合金基体中に拡散させる低温処理と
前記基体中のＳｎをＮｂと反応させてＮｂ3 Ｓｎ相を形
成する高温処理に分けて行われる。低温処理もＳｎの融
点以上の温度で短時間行うことにより、カーケンダル空
孔の発生を抑えることができる。もしカーケンダル空孔
が発生しても、その量は僅かであり、高温処理前に軽圧
延して消滅させることができる。
ｎ層をＣｕ−Ｓｎ系合金基体中に拡散させる低温処理と
前記基体中のＳｎをＮｂと反応させてＮｂ3 Ｓｎ相を形
成する高温処理に分けて行われる。低温処理もＳｎの融
点以上の温度で短時間行うことにより、カーケンダル空
孔の発生を抑えることができる。もしカーケンダル空孔
が発生しても、その量は僅かであり、高温処理前に軽圧
延して消滅させることができる。
【００１４】
【作用】本発明では、Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を外
部拡散法で製造する際に、複合素線上の溶融Ｓｎを、Ｓ
ｎより高融点で、Ｓｎを消費せず、Ｓｎ層のＳｎがＮｂ
フィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の方へ優
先的に拡散する金属材層で保持するので、Ｓｎの熱拡散
処理を高温短時間で行うことができる。従って基体中に
空孔が生成したりせず、超電導特性に優れたＮｂ3 Ｓｎ
系化合物超電導線を製造できる。
部拡散法で製造する際に、複合素線上の溶融Ｓｎを、Ｓ
ｎより高融点で、Ｓｎを消費せず、Ｓｎ層のＳｎがＮｂ
フィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の方へ優
先的に拡散する金属材層で保持するので、Ｓｎの熱拡散
処理を高温短時間で行うことができる。従って基体中に
空孔が生成したりせず、超電導特性に優れたＮｂ3 Ｓｎ
系化合物超電導線を製造できる。
【００１５】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）外径45.3mmφのブロンズ（Ｃｕ−14.3wt％
Ｓｎ−0.2 wt％Ｔｉ系合金）棒材に6.0 mmφの貫通孔を
等間隔に19本あけ、この貫通孔に外径5.8 mmφのＮｂ線
材を挿入し、ブロンズ棒材の前後端にブロンズ製蓋を電
子ビーム溶接により真空封止して被せて１次ビレットを
作製した。次にこの１次ビレットを熱間押出しし、この
押出材に伸線加工と中間焼鈍を繰返し施して、対辺長さ
１mmの六角線を作製した。この六角線を１次ビレットと
同じ組成の外径45mmφ、内径38mmφのブロンズ製パイプ
に充填して２次ビレットを作製した。前記ブロンズ製パ
イプの中心部分には安定化材となす直径20mmφの無酸素
銅棒を外周にＮｂ箔を巻いて配置した。この２次ビレッ
トを１次ビレットと同じ方法により 0.7mmφの複合素線
に加工した。次にこの複合素線上にＳｎ層とＮｉ層を順
次電気めっきして複合線材を作製した。Ｓｎ層とＮｉ層
は厚さを種々に変化させた。次にこの複合線材に１回目
の熱拡散処理を 450℃で50時間施した。熱拡散処理後、
組織観察をした。Ｓｎ層のＳｎがブロンズ基体内に 100
μｍ程度均一に拡散していた。Ｓｎ層の溶落はなかっ
た。Ｎｂフィラメントはブロンズ基体内に直線状に等間
隔に位置しており、乱れは見られなかった。ブロンズ基
体内にカーケンダル空孔が少量観察された。次にこの線
材に断面減少率５％の伸線加工を施して、線材の外径を
整え又線材内部のカーケンダル空孔を消滅させた。次い
で２回目の熱拡散処理を 695℃で40時間施してＮｂ3 Ｓ
ｎ系化合物超電導線を製造した。
る。 （実施例１）外径45.3mmφのブロンズ（Ｃｕ−14.3wt％
Ｓｎ−0.2 wt％Ｔｉ系合金）棒材に6.0 mmφの貫通孔を
等間隔に19本あけ、この貫通孔に外径5.8 mmφのＮｂ線
材を挿入し、ブロンズ棒材の前後端にブロンズ製蓋を電
子ビーム溶接により真空封止して被せて１次ビレットを
作製した。次にこの１次ビレットを熱間押出しし、この
押出材に伸線加工と中間焼鈍を繰返し施して、対辺長さ
１mmの六角線を作製した。この六角線を１次ビレットと
同じ組成の外径45mmφ、内径38mmφのブロンズ製パイプ
に充填して２次ビレットを作製した。前記ブロンズ製パ
イプの中心部分には安定化材となす直径20mmφの無酸素
銅棒を外周にＮｂ箔を巻いて配置した。この２次ビレッ
トを１次ビレットと同じ方法により 0.7mmφの複合素線
に加工した。次にこの複合素線上にＳｎ層とＮｉ層を順
次電気めっきして複合線材を作製した。Ｓｎ層とＮｉ層
は厚さを種々に変化させた。次にこの複合線材に１回目
の熱拡散処理を 450℃で50時間施した。熱拡散処理後、
組織観察をした。Ｓｎ層のＳｎがブロンズ基体内に 100
μｍ程度均一に拡散していた。Ｓｎ層の溶落はなかっ
た。Ｎｂフィラメントはブロンズ基体内に直線状に等間
隔に位置しており、乱れは見られなかった。ブロンズ基
体内にカーケンダル空孔が少量観察された。次にこの線
材に断面減少率５％の伸線加工を施して、線材の外径を
整え又線材内部のカーケンダル空孔を消滅させた。次い
で２回目の熱拡散処理を 695℃で40時間施してＮｂ3 Ｓ
ｎ系化合物超電導線を製造した。
【００１６】（実施例２）実施例１において、複合素線
上にＳｎ層及びＣｕ−10wt％Ｓｎ合金層を順次電気めっ
きして複合線材とした他は、実施例１と同じ方法により
Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造した。
上にＳｎ層及びＣｕ−10wt％Ｓｎ合金層を順次電気めっ
きして複合線材とした他は、実施例１と同じ方法により
Ｎｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造した。
【００１７】（比較例１）実施例１において、複合素線
にＳｎ層を８μｍ厚さに、その上にＣｕ層を 1.5μｍ厚
さにめっきした他は、実施例１と同じ方法によりＮｂ3
Ｓｎ系化合物超電導線を製造した。
にＳｎ層を８μｍ厚さに、その上にＣｕ層を 1.5μｍ厚
さにめっきした他は、実施例１と同じ方法によりＮｂ3
Ｓｎ系化合物超電導線を製造した。
【００１８】（比較例２）実施例１において、複合素線
にＳｎ層を14μｍ厚さに、その上にＣｕ層を 2.5μｍ厚
さにめっきし、１回目の熱拡散処理を 450℃で 100時間
施した他は、実施例１と同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化
合物超電導線を製造した。
にＳｎ層を14μｍ厚さに、その上にＣｕ層を 2.5μｍ厚
さにめっきし、１回目の熱拡散処理を 450℃で 100時間
施した他は、実施例１と同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化
合物超電導線を製造した。
【００１９】（比較例３）実施例１において、複合素線
にＳｎ層のみを８μｍ厚さに形成した他は、実施例１と
同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造し
た。
にＳｎ層のみを８μｍ厚さに形成した他は、実施例１と
同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造し
た。
【００２０】（比較例４）実施例１において、複合素線
にＳｎ層のみを８μｍ厚さに形成して複合線材となし、
この複合線材にＳｎの融点未満の 200℃の温度で60時
間、次に 300℃の温度で50時間、最後に 695℃の温度で
40時間の加熱条件で熱拡散処理を施した他は、実施例１
と同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造し
た。
にＳｎ層のみを８μｍ厚さに形成して複合線材となし、
この複合線材にＳｎの融点未満の 200℃の温度で60時
間、次に 300℃の温度で50時間、最後に 695℃の温度で
40時間の加熱条件で熱拡散処理を施した他は、実施例１
と同じ方法によりＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線を製造し
た。
【００２１】得られた各々のＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導
線について、臨界電流（Ｉｃ）を測定した。又断面を観
察してＳｎの溶落有無、カーケンダル空孔の有無を調べ
た。結果を表１に示す。
線について、臨界電流（Ｉｃ）を測定した。又断面を観
察してＳｎの溶落有無、カーケンダル空孔の有無を調べ
た。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１より明らかなように、本発明方法品
（No.1〜10) はいずれもＩｃが高く、Ｓｎの溶落がなく
断面形状に優れ、カーケンダル空孔は小さいか、又は少
なかった。尚、No.2はＳｎの平均濃度が16wt％を下回っ
た為Ｉｃが若干低下した。No.6はＳｎ層の厚さに対して
金属材層（Ｎｉ層）がやや厚過ぎて不経済であったが、
特性上問題なかった。No.7は金属材層（Ｎｉ層）が薄く
Ｓｎ層の保持力が弱くなり断面がやや変形し、Ｉｃも幾
分低下した。但し、実用上問題ない程度であった。
（No.1〜10) はいずれもＩｃが高く、Ｓｎの溶落がなく
断面形状に優れ、カーケンダル空孔は小さいか、又は少
なかった。尚、No.2はＳｎの平均濃度が16wt％を下回っ
た為Ｉｃが若干低下した。No.6はＳｎ層の厚さに対して
金属材層（Ｎｉ層）がやや厚過ぎて不経済であったが、
特性上問題なかった。No.7は金属材層（Ｎｉ層）が薄く
Ｓｎ層の保持力が弱くなり断面がやや変形し、Ｉｃも幾
分低下した。但し、実用上問題ない程度であった。
【００２４】これに対し、比較例品のNo.11 はＳｎ層上
にＣｕ層を形成した為、Ｓｎ層がＣｕ層に消費されてＳ
ｎが不足し、Ｉｃが低下した。No.12 はＳｎ層を厚く形
成したので、熱拡散処理時間が長くなり、カーケンダル
空孔が多量に発生し、軽圧下後も残存してＩｃを低下さ
せた。No.13 は高融点金属材層を用いず、しかも始めか
ら 450℃の温度で熱拡散処理を施した為、Ｓｎ層が溶落
しＮｂ3 Ｓｎフィラメントが露出してＩｃが著しく低下
した。No.14 は熱拡散処理をＳｎの融点未満の低温から
始めたので、Ｓｎ層の溶落は防止できたが、カーケンダ
ル空孔が多量に発生し、軽圧下後も残存してＩｃが低下
した。
にＣｕ層を形成した為、Ｓｎ層がＣｕ層に消費されてＳ
ｎが不足し、Ｉｃが低下した。No.12 はＳｎ層を厚く形
成したので、熱拡散処理時間が長くなり、カーケンダル
空孔が多量に発生し、軽圧下後も残存してＩｃを低下さ
せた。No.13 は高融点金属材層を用いず、しかも始めか
ら 450℃の温度で熱拡散処理を施した為、Ｓｎ層が溶落
しＮｂ3 Ｓｎフィラメントが露出してＩｃが著しく低下
した。No.14 は熱拡散処理をＳｎの融点未満の低温から
始めたので、Ｓｎ層の溶落は防止できたが、カーケンダ
ル空孔が多量に発生し、軽圧下後も残存してＩｃが低下
した。
【００２５】
【効果】以上に述べたように、本発明によれば、Ｓｎよ
り高融点で、Ｓｎを消費せず、しかもＳｎ層のＳｎがＮ
ｂフィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の方へ
優先的に拡散する金属材層が、複合素線上の溶融Ｓｎを
保持するので、Ｓｎの熱拡散処理を高温短時間で行うこ
とができる。又熱拡散処理を高温短時間で行うので、基
体中の空孔の成長も抑えられて、超電導特性に優れたＮ
ｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線が得られる。
り高融点で、Ｓｎを消費せず、しかもＳｎ層のＳｎがＮ
ｂフィラメントを配列したＣｕ−Ｓｎ系合金基体の方へ
優先的に拡散する金属材層が、複合素線上の溶融Ｓｎを
保持するので、Ｓｎの熱拡散処理を高温短時間で行うこ
とができる。又熱拡散処理を高温短時間で行うので、基
体中の空孔の成長も抑えられて、超電導特性に優れたＮ
ｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における複合線材の熱拡散処理前後の態
様を示す横断面図である。
様を示す横断面図である。
【図２】本発明における複合線材の熱拡散処理前後の他
の態様を示す横断面図である。
の態様を示す横断面図である。
【符号の説明】 １──安定化銅線 ２──Ｎｂ箔 ３──Ｎｂ／ブロンズ複合層 ４──ブロンズシース層 ５──Ｓｎ層 ６──Ｎｉの金属材層 ７──Ｎｂ3 Ｓｎ含有ブロンズ層 ８──ブロンズシース層とＳｎ層の合体層 ９──ブロンズの金属材層
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂフィラメ
ントを多数本配列させた複合素線上に、Ｓｎ層、及びＳ
ｎより高融点でＳｎと非反応性の金属材層を順次形成し
て複合線材となし、この複合線材に熱拡散処理を施して
Ｃｕ−Ｓｎ系合金基体中にＮｂ3 Ｓｎフィラメントを生
成させることを特徴とするＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線
の製造方法。 - 【請求項２】 Ｓｎより高融点でＳｎと非反応性の金属
材層がＣｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ａｕ等の純金属材、又はＡｇ−Ｐｄ系、Ａｇ−Ｓｂ
系、Ａｇ−Ｓｅ系、Ａｕ−Ｎｉ系、Ａｕ−Ｃｏ系、Ｃｕ
−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｚｎ−Ｓｎ系、Ｎｉ−Ｓｎ
系、Ｃｏ−Ｓｎ系等の合金材から構成されていることを
特徴とする請求項１記載のＮｂ3 Ｓｎ系化合物超電導線
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6160690A JPH087682A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Ｎｂ３ Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6160690A JPH087682A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Ｎｂ３ Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH087682A true JPH087682A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15720366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6160690A Pending JPH087682A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Ｎｂ３ Ｓｎ系化合物超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087682A (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 |
-
1994
- 1994-06-20 JP JP6160690A patent/JPH087682A/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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