JPH0950721A - 超電導線の製造方法 - Google Patents

超電導線の製造方法

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JPH0950721A
JPH0950721A JP7202551A JP20255195A JPH0950721A JP H0950721 A JPH0950721 A JP H0950721A JP 7202551 A JP7202551 A JP 7202551A JP 20255195 A JP20255195 A JP 20255195A JP H0950721 A JPH0950721 A JP H0950721A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 補強安定化層形成用材料として用いることが
できる材料の選択の自由度が大きく、しかもコストダウ
ンが可能な超電導線の製造方法の提供。 【解決手段】 合金系超電導体からなる芯部2または熱
処理によって超電導体となる材料を具備する芯部2の周
囲に、補強層4を設け、さらにこの周囲に安定化層5を
設ける超電導線の製造方法において、芯部2の周囲に、
該芯部2の長手方向に沿ってCu−Nb合金、Cu−A
l合金、Cu−Ag合金のうちから選ばれる補強材から
なる柱状体43を複数本添設し、該柱状体43の外方に
安定化材からなる被覆管44を被せた後に縮径加工を施
す工程を具備する超電導線の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、医療用MRI用マ
グネット、核融合炉用トロイダルマグネット、粒子加速
機用マグネット、超電導発電機用マグネット、磁気浮上
列車用マグネット等に利用される高強度の超電導線の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、超電導線は、超電導体からなる
芯部の外周に、安定化材などからなる付属部を設けた構
造となっている。このような超電導線の一種に内部補強
安定型Nb3Sn系超電導線が知られている。図5は、
内部補強安定化型Nb3Sn系超電導線の例を示すもの
である。この内部補強安定化型Nb3Sn系超電導線1
は、Cu−Sn合金からなる基地の内部に無数の極細の
Nb3Sn超電導フィラメントが配列されてなる芯部2
の外周に、拡散防止層3を介してCu−Nbなどからな
る補強層4が設けられ、さらにこの外周にCuや、Al
などからなる安定化層5が設けられたものである。この
ような構造の内部補強安定化型Nb3Sn系超電導線1
は、補強層を有してない構造の超電導線と比べて外部か
らの補強が必要がないため、コンパクトな超電導マグネ
ットの作製に好適に用いられていた。
【0003】次に、このような内部補強安定化型Nb3
Sn系超電導線1の一般的な製造方法を図6を用いて説
明する。まず、図6(A)に示すようなNbからなるロ
ッド状の芯材10の外周にCu−Sn合金からなる管体
11を被せ、全体を縮径して図6(B)に示すような複
合体14を得る。次いで、図6(C)に示すように前記
複合体14を複数本集合してCu−Sn合金の管体15
に挿入し、さらに縮径し、図6(D)に示す一次素線1
6を得る。次いで、この一次素線16を図6(E)に示
すように複数本集合してCu−Sn合金からなる管体1
7に挿入し、更に縮径して図6(F)に示すような二次
素線18を作製する。
【0004】次いで、前記二次素線18を複数本集合し
て、図6(G)に示すようにCuのパイプ20に挿入し
た後、このパイプ20の外方に拡散防止層3となるべき
TaあるいはNbからなる拡散防止管22を被せ、つい
で該拡散防止管22の外方に補強層4となるべきCu−
Nbなどからなるパイプ状の補強管23を被せ、ついで
該補強管23の外方に安定化層5となるべきCuなどか
らなる被覆管24を被せ、さらに全体を最終的に得るべ
き直径まで縮径した後、拡散熱処理を行うことにより、
二次素線18の内部のNbの極細フィラメントとSnを
反応させてNb3Sn超電導フィラメントを生成させ
て、図5に示すような内部補強安定化型Nb3Sn系超
電導線1を製造することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の超
電導線の製造方法あっては、補強層4を形成する材料と
してパイプ状に加工した補強管23を使用する必要があ
るため、補強層4形成用材料として機械特性が良好な金
属でも、切削性や加工性が悪いものはパイプ状にするこ
とが困難であるため、補強層4形成用材料として用いる
ことができる材料の選択の自由度が小さかった。また、
切削性や加工性が良好な金属でも、パイプ加工して補強
管23を作製するにはコストがかかり、その結果として
超電導線もコスト高となってしまうという問題があっ
た。
【0006】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、補強層形成用材料として用いることができる材料の
選択の自由度が大きく、しかもコストダウンが可能な超
電導線の製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明にあ
っては、合金系超電導体からなる芯部または熱処理によ
って超電導体となる材料を具備する芯部の外周に、補強
層を設け、さらにこの外周に安定化層を設ける超電導線
の製造方法において、芯部の外周に、該芯部の長手方向
に沿ってCu−Nb合金、Cu−Al合金、Cu−Ag
合金のうちから選ばれる補強材からなる柱状体を複数本
添設し、該柱状体の外方に安定化材からなる被覆管を被
せた後に縮径加工を施す工程を具備する超電導線の製造
方法を前記課題の解決手段とした。また、請求項2記載
の発明にあっては、請求項1記載の超電導線の製造方法
において、芯部とこれの外周に添設する複数本の柱状体
との間に拡散防止層を形成する工程を具備する超電導線
の製造方法を前記課題の解決手段とした。
【0008】
【発明の実施の形態】図1から図2は、内部補強安定化
型Nb3Sn系超電導線の製造方法に本発明を適用した
例を示すもので、超電導線を製造するには、まず、図1
(A)に示すようにNbロッドからなる芯材30にCu
−Sn合金の管体31を被せ、スウェージング加工、引
抜加工などの縮径加工によって所望の直径まで縮径して
図1(B)に示す複合体34を作製する。前記芯材30
としては、NbまたはNbにTiを添加してなるものを
用いるのが望ましく、Tiが添加されていると無添加の
場合と比べて高磁界における臨界電流特性が向上する。
なお、管体31は図面に示すような単管状のものに限る
ものではなく、柱状体に複数の透孔が形成された形状の
ものなどを用い、複数の透孔の各々に芯材30を挿入し
て複合材を形成することもできる。
【0009】次いで、前記複合体34を複数本集合して
Cu−Sn合金の管体35に図1(C)に示すように収
納して縮径し、図1(D)に示す一次素線36を作製
し、次いで、この一次素線36を図1(E)に示すよう
に複数本集合してCu−Sn合金からなる管体37に挿
入し、更に縮径加工を施して図1(F)に示すような二
次素線(二次集合線)38を作製する。この二次素線3
8の内部構造は、Cu−Sn合金からなる基地の内部に
Nbからなる極細のフィラメントが多数分散された構造
となっている。なお、前記二次素線38を更に複数本集
合してCu−Sn合金管に挿入し、縮径する処理を必要
に応じて複数回行って複合体を作製しても良い。なお、
前記二次素線38形成用として用いたCu−Sn合金の
Sn濃度が低い場合には、その外周にSnのメッキ層を
形成して以下の工程に用いても良い。
【0010】次いで、前記二次素線38を複数本集合し
て、図1(G)に示すようにCuパイプ40に挿入した
後、このCuパイプ40の外周に拡散防止層となるべき
TaあるいはNbからなる拡散防止管42を被せる。な
お、ここでは二次素線38を複数本集合してCuパイプ
40に挿入した後、拡散防止管42を被せているが、目
的とする超電導線に応じて二次素線(二次集合線)38
の外周に直接拡散防止管42を被せて以下の工程に用い
てもよい。次いで図2に示すようにこの拡散防止管42
の外周に該拡散防止管42の長手方向に沿って補強層と
なるべき補強材からなる柱状体43を複数本添設し、次
いで該柱状体43の外方に安定化層となるべき安定化材
からなる被覆管44を被せ、更に全体を最終的に得るべ
き直径まで縮径して素線を形成する。
【0011】前記柱状体43をなす補強材としては、C
u−Nb合金、Cu−Al合金、Cu−Ag合金などの
うちから選択される金属が用いられる。柱状体43とし
てCu−Nb合金を用いた場合、柱状体43はCuの金
属マトリックスの内部にNbフィラメントが多数分散配
列された構造を有している。この柱状体43は、Cuと
Nbの両元素が互いにほとんど固溶しないという性質を
有することを利用して製造されたもので、Cu−Nb合
金をその溶湯から鋳造した際に、Cuマトリックス中に
Nb樹枝状晶が生成された鋳塊を得ることができ、この
鋳塊を冷間線引加工することでNb樹枝状晶を引き延ば
してフィラメント状に加工することができ、これにより
Cuのマトリックスの内部にNbフィラメントが分散配
列された構造が得られる。このNbフィラメントは、C
uのマトリックス中に分散配列されるが、このNbフィ
ラメントがCuのマトリックスを強化するので、柱状体
43はCuからなるものより耐力が向上する。更に、N
bはCuにほとんど固溶しないので、柱状体43の導電
率が低下することもなく、柱状体43の導電率は充分に
高いものとなる。また、前記被覆管44をなす安定化材
としては、Cu、Alなどのうちから選択される金属が
用いられる。
【0012】次いで、前記素線を500〜700℃で数
十時間〜数百時間加熱する拡散熱処理を行うことによ
り、図5に示したものとほぼ同様の内部補強安定化型N
3Sn系超電導線1を製造することができる。前述の
ような拡散熱処理を行うと、Cu−Sn合金からなる基
地の内部に極細のNb3Sn超電導フィラメントが配列
された構造のNb3Sn超電導体が得られる。
【0013】このようにして製造された内部補強安定化
型Nb3Sn系超電導線1は、Cu−Sn合金からなる
基地の内部に無数のNb3Sn超電導フィラメントが配
列されてなる芯部2と、この芯部2の外周に設けられた
拡散防止層3と、該拡散防止層3の外周に設けられた補
強層4と、さらにこの補強層4の外周に設けられた安定
化層5とから構成されている。このような構成の内部補
強安定化型Nb3Sn系超電導線1は、芯部2の外周上
に補強層4が形成されているので、機械的強度が優れ、
また、芯部2の外周に拡散防止層3が形成されているの
で、最外層の安定化層5までSnが拡散することがな
く、Snの拡散による安定化層5の汚染は防止される。
【0014】この例の内部補強安定化型Nb3Sn系超
電導線の製造方法にあっては、熱処理によってNb3
n超電導体となる材料を具備する芯部2の外周に、該芯
部2の長手方向に沿って補強材からなる柱状体43を複
数本添設し、該柱状体43の外方に安定化材からなる被
覆管44を被せた後に縮径加工を施す工程を具備するこ
とにより、補強層4形成材料としてパイプ状に加工した
補強管を使用する必要がないので、補強層4形成用材料
として機械特性が良好な金属で柱状にできるものあれ
ば、切削性や加工性が悪いものでも使用できるため、補
強層4形成用材料として用いることができる材料の選択
の自由度が大きくなる。また、補強層4形成材料として
は柱状体を使用すればよいので、パイプ状に加工する工
程がなくなるため、Nb3Sn系超電導線のコストダウ
ンが可能である。なお、前記の例においては、Nb3
n系超電導線の製造方法に本発明の超電導線の製造方法
を適用した例について説明したが、本発明の製造方法を
Nb3Snの他、Nb3Ga、Nb3Ge、Nb3Al、V
3Ga、Nb−Tiなどの超電導線の製造方法に適用し
てもよいのは勿論である。
【0015】
【実施例】以下、本発明を、実施例および比較例によ
り、具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみ
に限定されるものではない。 (実施例1)直径14mmのNb−1.2wt%Tiロ
ッドをCu−13wt%Sn合金からなる外径25m
m、内径15mmの管体に挿入し、縮径して直径1.0
0mmの複合体を得た。次にこの複合体を91本集合
し、Cu−8wt%Sn合金からなる外径12mm、内
径11mmの管体に挿入し、縮径加工を行って直径1.1
4mmの一次素線を得た。次いで、この一次素線を91
本集合し、Cu−8wt%Sn合金からなる外径13m
m、内径12mmの管体に挿入し、縮径加工を行って直
径11mmの二次集合線を作製した。
【0016】次いで、このようにして得られた二次集合
線の外方にTaからなる拡散防止管を被せ、ついでこの
拡散防止管の外周に拡散防止管の長手方向に沿って径
2.45mmのCu−20wt%Nbからなる柱状体を
18本添設し、さらにこれら柱状体の外方に外径19m
m、内径18mmのCuからなる被覆管を被せた後、全
体を径0.8mmまで縮径した後、675℃で10日間
加熱する拡散熱処理を行うことにより、Cu−Nb/
(Nb,Ti)3Sn超電導線を得た。このようにして
得られた超電導線の芯部は、Cu−Sn合金からなる基
地の内部に径3.4μmの(Nb,Ti)3Sn超電導
フィラメントが8,281本配列された構造であった。
【0017】(実施例2)直径14mmのNbロッドを
Cu−6wt%Sn合金からなる外径25mm、内径1
5mmの管体に挿入し、縮径して直径1.0mmの複合
体を得た。次にこの複合体を91本集合し、Cu−6w
t%Sn合金からなる外径12mm、内径11mmの管
体に挿入し、縮径加工を行って直径1.7mmの一次素
線を得た。次いで、この一次素線を33本集合し、 C
u−6wt%Sn合金からなる外径13mm、内径12
mmの管体に挿入し、縮径加工を行って直径11mmの
二次集合線を作製した。
【0018】次いで、このようにして得られた二次集合
線の外方にTaからなる拡散防止管を被せ、ついでこの
拡散防止管の外周に該拡散防止管の長手方向に沿って
径2.4mmのCu−15wt%Nbからなる柱状体を
18本添設し、さらにこれら柱状体の外方に外径19m
m、内径18mmのCuからなる被覆管を被せた後、全
体を径0.5mmまで縮径したのち、前記実施例1と同
様にして拡散熱処理を行うことにより、Cu−Nb/N
3Sn超電導線を得た。ここで得られた超電導線の芯
部は、Cu−Sn合金からなる基地の内部に径1.6μ
mのNb3Sn超電導フィラメントが3,025本配列
された構造であった。
【0019】(比較例1)前記実施例1と同様にして二
次集合線を作製した。次いで、この二次集合線の外方に
Taからなる拡散防止管を被せ、ついでこの拡散防止管
の外方に外径17mm、内径12mmのCu−20wt
%Nbからなる補強管を被せ、さらにこの補強管の外方
に外径19mm、内径18mmのCuからなる被覆管を
被せた後、全体を径0.8mmまで縮径した後、前記実
施例1と同様にして拡散熱処理を行うことにより、Cu
−Nb/(Nb,Ti)3Sn系超電導線を得た。この
ようにして得られた超電導線の芯部は、Cu−Sn合金
からなる基地の内部に径3.4μmの(Nb,Ti)3
Sn超電導フィラメントが8,281本配列された構造
のものであった。
【0020】(比較例2)前記実施例1と同様にして二
次集合線を作製した。次いで、この二次集合線の外方に
Taからなる拡散防止管を被せ、さらにこの拡散防止管
の外方に内径12mmのCuからなる被覆管を被せ、全
体を径0.8mmまで縮径した後、前記実施例1と同様
にして拡散熱処理を行うことにより、Cu/(Nb,T
i)3Sn超電導線を得た。このようにして得られた超
電導線の芯部は、Cu−Sn合金からなる基地の内部に
径3.4μmの(Nb,Ti)3Sn超電導フィラメン
トが8,281本配列された構造のものであった。
【0021】(比較例3)前記実施例2と同様にして二
次集合線を作製した。次いで、この二次集合線の外方に
Taからなる拡散防止管を被せ、ついでこの拡散防止管
の外方に外径17mm、内径12mmのCu−15wt
%Nbからなる補強管を被せ、さらにこの補強管の外方
に外径19mm、内径18mmのCuからなる被覆管を
被せた後、全体を径0.5mmまで縮径した後、前記実
施例1と同様にして拡散熱処理を行うことにより、Cu
−Nb/Nb3Sn超電導線を得た。このようにして得
られた超電導線の芯部は、Cu−Sn合金からなる基地
の内部に径1.6μmの(Nb,Ti)3Sn超電導フ
ィラメントが3,025本配列された構造のものであっ
た。
【0022】(比較例4)前記実施例2と同様にして二
次集合線を作製した。次いで、この二次集合線の外方に
Taからなる拡散防止管を被せ、ついでこの拡散防止管
の外方に内径12mmのCuからなる被覆管を被せた
後、全体を径0.5mmまで縮径した後、前記実施例1
と同様にして拡散熱処理を行うことにより、Cu/Nb
3Sn超電導線を得た。このようにして得られた超電導
線の芯部は、Cu−Sn合金からなる基地の内部に径
1.6μmのNb3Sn超電導フィラメントが3,02
5本配列された構造のものであった。
【0023】次に、前述のようにして製造された実施例
1〜2、比較例1〜4の超電導線について超電導特性を
調べるため、8〜23Tの磁界中における臨界電流密度
の測定を行った。図3にその結果を示す。また、実施例
1〜2、比較例1〜4の超電導線について機械特性を調
べるため、各超電導線について室温、液体窒素温度(7
7K)、液体ヘリウム温度(4.2K)における0.2
%耐力を測定した。図4にその結果を示す。
【0024】図3〜図4に示した結果から明らかなよう
に実施例1〜2で得られた超電導線は、従来の製造方法
により製造された比較例1ならびに3の超電導線と同じ
程度の超電導特性を有し、さらに比較例1ならびに3の
超電導線と同じ程度の機械特性を有していることがわか
る。また、実施例1〜2の製造方法は、補強層形成材料
としてパイプ状に加工した補強管を用いる必要がないの
で、超電導線の製造が容易である。従って、実施例1〜
2の製造方法によれば、機械特性ならびに超電導特性を
損なうことなく、超電導線を容易に製造できることが判
った。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明の超電導線の
製造方法は、合金系超電導体からなる芯部または熱処理
によって超電導体となる材料を具備する芯部の外周に、
該芯部の長手方向に沿ってCu−Nb合金、Cu−Al
合金、Cu−Ag合金のうちから選ばれる補強材からな
る柱状体を複数本添設し、該柱状体の外方に安定化材か
らなる被覆管を被せた後に縮径加工を施す工程を具備す
る方法であるので、補強層形成材料としてパイプ状に加
工した補強管を使用する必要がなくなり、補強層形成用
材料として機械特性が良好な金属で柱状にできるものあ
れば、切削性や加工性が悪いものでも使用できる。ま
た、補強層形成材料としては柱状体を使用すればよいの
で、パイプ状に加工する工程がなくなる。従って、本発
明によれば、補強層形成用材料として用いることができ
る材料の選択の自由度が大きく、しかもコストダウンが
可能な超電導線の製造方法を提供することができるとい
う利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)〜(G)は、本発明の超電導線の製造
方法の一例を工程順に示した断面図である。
【図2】 本発明の超電導線の製造方法の一例を示した
断面図である。
【図3】 各化合物系超電導線における磁界と臨界電流
密度との関係を示したグラフである。
【図4】 各化合物系超電導線の温度と0.2%耐力と
の関係を示したグラフである。
【図5】 内部補強安定化型Nb3Sn系超電導線の例
を示す拡大断面図である。
【図6】 (A)〜(G)は、従来の内部補強安定化型
Nb3Sn系超電導線の製造方法を工程順に示した断面
図である。
【符号の説明】
1・・・超電導線、2・・・芯部、3・・・拡散防止層、4・・・補
強層、5・・・安定化層、42・・・拡散防止管、43・・・柱
状体、44・・・被覆管。
フロントページの続き (72)発明者 斉藤 隆 東京都江東区木場1丁目5番1号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 河野 宰 東京都江東区木場1丁目5番1号 株式会 社フジクラ内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 合金系超電導体からなる芯部または熱処
    理によって超電導体となる材料を具備する芯部の外周
    に、補強層を設け、さらにこの外周に安定化層を設ける
    超電導線の製造方法において、芯部の外周に、該芯部の
    長手方向に沿ってCu−Nb合金、Cu−Al合金、C
    u−Ag合金のうちから選ばれる補強材からなる柱状体
    を複数本添設し、該柱状体の外方に安定化材からなる被
    覆管を被せた後に縮径加工を施す工程を具備することを
    特徴とする超電導線の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超電導線の製造方法にお
    いて、芯部とこれの外周に添設する複数本の柱状体との
    間に拡散防止層を形成する工程を具備することを特徴と
    する超電導線の製造方法。
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WO2025232153A1 (zh) * 2024-05-06 2025-11-13 西安聚能超导线材科技有限公司 一种低损耗超导线材用CuNb复合棒及其制备方法

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