JPH11250747A - Nb3 Sn系超電導線の製造方法 - Google Patents
Nb3 Sn系超電導線の製造方法Info
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- JPH11250747A JPH11250747A JP10047866A JP4786698A JPH11250747A JP H11250747 A JPH11250747 A JP H11250747A JP 10047866 A JP10047866 A JP 10047866A JP 4786698 A JP4786698 A JP 4786698A JP H11250747 A JPH11250747 A JP H11250747A
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- Continuous Casting (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Cu−Sn合金の素材にNbの芯材を挿入す
る工程を簡便化し、特に、高い臨界電流密度を得られる
高Sn濃度のCu−Sn合金にNbの芯材を挿入した複
合導線素材を簡便な方法で効率よく製造することができ
るNb3 Sn系超電導線の製造方法を提供する。 【解決手段】 Cu−Sn合金の内部にNb芯材を配し
た複合導線素材を減面加工した後に熱処理を施してNb
3 Sn金属間化合物を生成させるNb3 Sn系超電導線
の製造方法において、前記複合導線素材は、複数のNb
線を連続鋳造装置の鋳型内に供給して、Cu−Sn合金
溶湯を凝固させて製造する。
る工程を簡便化し、特に、高い臨界電流密度を得られる
高Sn濃度のCu−Sn合金にNbの芯材を挿入した複
合導線素材を簡便な方法で効率よく製造することができ
るNb3 Sn系超電導線の製造方法を提供する。 【解決手段】 Cu−Sn合金の内部にNb芯材を配し
た複合導線素材を減面加工した後に熱処理を施してNb
3 Sn金属間化合物を生成させるNb3 Sn系超電導線
の製造方法において、前記複合導線素材は、複数のNb
線を連続鋳造装置の鋳型内に供給して、Cu−Sn合金
溶湯を凝固させて製造する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Nb3 Sn系の超
電導線を製造する方法に関するものある。
電導線を製造する方法に関するものある。
【0002】
【従来の技術】金属間化合物であるNb3 Sn系超電導
材料は、他の化合物超電導材料や合金系超電導材料に比
べて超電導特性に優れているが、Nb3 Snは硬くて脆
いために合金材のように直接線材に加工することができ
ない。したがって、Nb3 Sn系超電導線は一般に以下
のような方法を用いて製造されている。 ブロンズ法 Cu−Sn合金(ブロンズ)の素材に多数の穴を設け
て、この穴に純Nbの芯材を挿入して複合導線素材を形
成する。次に、この複合導線素材を減面加工して細線化
した後に熱処理(Snの拡散処理)を施してNb芯材の
表面にNb3 Sn層を形成させる方法である。このとき
用いられるCu−Sn合金のSn濃度は、通常、10〜
15質量%程度である。また、必要に応じて、前記Cu
−Sn合金にTiが0.02〜0.03質量%程度添加
されることがある。 外部拡散法 純Cuの素材に多数の穴を設けて、この穴に純Nbの芯
材を挿入して複合導線素材を形成する。次に、この複合
導線素材を減面加工して細線化した後に前記Cuの表面
にSnを被覆した後、熱処理を施してNb芯材の表面に
Nb3 Snを形成させる方法である。
材料は、他の化合物超電導材料や合金系超電導材料に比
べて超電導特性に優れているが、Nb3 Snは硬くて脆
いために合金材のように直接線材に加工することができ
ない。したがって、Nb3 Sn系超電導線は一般に以下
のような方法を用いて製造されている。 ブロンズ法 Cu−Sn合金(ブロンズ)の素材に多数の穴を設け
て、この穴に純Nbの芯材を挿入して複合導線素材を形
成する。次に、この複合導線素材を減面加工して細線化
した後に熱処理(Snの拡散処理)を施してNb芯材の
表面にNb3 Sn層を形成させる方法である。このとき
用いられるCu−Sn合金のSn濃度は、通常、10〜
15質量%程度である。また、必要に応じて、前記Cu
−Sn合金にTiが0.02〜0.03質量%程度添加
されることがある。 外部拡散法 純Cuの素材に多数の穴を設けて、この穴に純Nbの芯
材を挿入して複合導線素材を形成する。次に、この複合
導線素材を減面加工して細線化した後に前記Cuの表面
にSnを被覆した後、熱処理を施してNb芯材の表面に
Nb3 Snを形成させる方法である。
【0003】これらブロンズ法、外部拡散法には、長
所、短所がある。ブロンズ法の短所の一つとして、Sn
の偏析が挙げられる。Nb3 Sn系超電導線の臨界電流
密度は、Cu−Sn合金中のSn濃度が高いほど高くな
る傾向があるが、Cu−Sn合金のSn濃度を高くする
と、凝固時に著しいSn偏析が発生しやすくなり、均一
な鋳塊を鋳造することが困難な場合がある。このため、
Sn偏析の生じたCu−Sn合金を用いてSnの拡散処
理をおこなった場合は、Nb芯材の表面に形成されるN
b3 Sn層の結晶粒径や化学組成が不均一となり、その
結果、臨界電流密度が低下してしまう問題が発生する。
所、短所がある。ブロンズ法の短所の一つとして、Sn
の偏析が挙げられる。Nb3 Sn系超電導線の臨界電流
密度は、Cu−Sn合金中のSn濃度が高いほど高くな
る傾向があるが、Cu−Sn合金のSn濃度を高くする
と、凝固時に著しいSn偏析が発生しやすくなり、均一
な鋳塊を鋳造することが困難な場合がある。このため、
Sn偏析の生じたCu−Sn合金を用いてSnの拡散処
理をおこなった場合は、Nb芯材の表面に形成されるN
b3 Sn層の結晶粒径や化学組成が不均一となり、その
結果、臨界電流密度が低下してしまう問題が発生する。
【0004】一方、外部拡散法では、減面加工後のCu
の外周面にSnメッキを施す必要があり、このときのS
nメッキ層の厚みはNb3 Snを生成させるに足りる以
上の十分な厚みとしなければならない。このような厚い
メッキ層を形成させる場合、メッキ層の厚みの制御が困
難になるとともに、メッキに相当な時間を要する問題が
ある。さらに、この方法では、Nb3 Snを形成させる
ためのSnをNb芯材から離れたSnメッキ層から供給
するため、Nb3 Snの生成効率が低く、十分な量のN
b3 Snを生成させるには長時間を要する問題がある。
の外周面にSnメッキを施す必要があり、このときのS
nメッキ層の厚みはNb3 Snを生成させるに足りる以
上の十分な厚みとしなければならない。このような厚い
メッキ層を形成させる場合、メッキ層の厚みの制御が困
難になるとともに、メッキに相当な時間を要する問題が
ある。さらに、この方法では、Nb3 Snを形成させる
ためのSnをNb芯材から離れたSnメッキ層から供給
するため、Nb3 Snの生成効率が低く、十分な量のN
b3 Snを生成させるには長時間を要する問題がある。
【0005】このため、これらブロンズ法、外部拡散法
を組み合わせた方法が提案されている(特公昭55−1
8565号公報参照)。この方法は、Cu−Sn合金中
のSn濃度をやや低くし(例えば、Sn:4〜7質量
%)、このCu−Sn合金に多数の穴を設けて、この穴
に純Nbの芯材を挿入して複合導線素材を形成するもの
である。次に、この複合導線素材を減面加工して細線化
した後に前記Cu−Sn合金の表面にSnを被覆した
後、熱処理を施してNb芯材の表面にNb3 Snを形成
させる方法である。この方法により、ブロンズ法の問題
点であるCu−Sn合金のSn偏析を抑制と、外部拡散
法の問題点であるSnメッキ層の厚みの制御をおよびメ
ッキ時間の短縮が期待される。
を組み合わせた方法が提案されている(特公昭55−1
8565号公報参照)。この方法は、Cu−Sn合金中
のSn濃度をやや低くし(例えば、Sn:4〜7質量
%)、このCu−Sn合金に多数の穴を設けて、この穴
に純Nbの芯材を挿入して複合導線素材を形成するもの
である。次に、この複合導線素材を減面加工して細線化
した後に前記Cu−Sn合金の表面にSnを被覆した
後、熱処理を施してNb芯材の表面にNb3 Snを形成
させる方法である。この方法により、ブロンズ法の問題
点であるCu−Sn合金のSn偏析を抑制と、外部拡散
法の問題点であるSnメッキ層の厚みの制御をおよびメ
ッキ時間の短縮が期待される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
ブロンズ法、外部拡散法で特に問題になるのは、Nb3
Sn系超電導線の製造が工程数が多く、煩雑な工程があ
り、それに起因する設備コスト、およびランニングコス
トの増大である。特に、Cu−Sn合金又は純Cuの素
材に多数の穴を設けて、この穴に純Nbの芯材を挿入す
るという工程が煩雑であり、多くの時間を要する。
ブロンズ法、外部拡散法で特に問題になるのは、Nb3
Sn系超電導線の製造が工程数が多く、煩雑な工程があ
り、それに起因する設備コスト、およびランニングコス
トの増大である。特に、Cu−Sn合金又は純Cuの素
材に多数の穴を設けて、この穴に純Nbの芯材を挿入す
るという工程が煩雑であり、多くの時間を要する。
【0007】このため、Cu−Sn合金又は純Cuの素
材に純Nbの芯材を挿入する工程の簡略方法が提案され
ている(特開昭61−195738号公報参照)。この
方法は、図6に示すように、Nb3 Sn化合物超電導体
用のNb金属溶湯13を、その融点より低い温度で溶融
しているマトリックス用Cu金属14中に連続鋳造し
て、複数本のNb金属棒15を形成し、引き続きその複
数本のNb金属棒15とともに前記Cu金属溶湯14を
連続鋳造して、Cu金属16の中に複数本のNb金属棒
15が埋め込まれた複合材12を得る方法である。その
後、減面加工して細線化した前記Cuの表面にSnを被
覆して、熱処理を施してNb金属棒の表面にNb3 Sn
を形成させるものである。このように、Nb3 Sn化合
物超電導体用の多心複合材を連続鋳造により一工程で製
造できるものである。
材に純Nbの芯材を挿入する工程の簡略方法が提案され
ている(特開昭61−195738号公報参照)。この
方法は、図6に示すように、Nb3 Sn化合物超電導体
用のNb金属溶湯13を、その融点より低い温度で溶融
しているマトリックス用Cu金属14中に連続鋳造し
て、複数本のNb金属棒15を形成し、引き続きその複
数本のNb金属棒15とともに前記Cu金属溶湯14を
連続鋳造して、Cu金属16の中に複数本のNb金属棒
15が埋め込まれた複合材12を得る方法である。その
後、減面加工して細線化した前記Cuの表面にSnを被
覆して、熱処理を施してNb金属棒の表面にNb3 Sn
を形成させるものである。このように、Nb3 Sn化合
物超電導体用の多心複合材を連続鋳造により一工程で製
造できるものである。
【0008】しかしながら、この方法では、高融点(融
点:2447℃)で、活性なNbを溶解するために高価
なNbの溶解設備を必要とし、さらに、溶解したCuに
多数のNb溶湯流を連続的に鋳込むため、連続鋳造設備
も複雑となる。もし、この方法で、溶解したCu−Sn
合金溶湯中にNbを連続鋳造することを想定すると、鋳
造されたCu−Sn合金にSn偏析を生じる恐れがあ
る。すなわち、Cu−Sn溶湯中に高温のNb棒を連続
鋳造し、さらに、Nb棒とCu−Sn合金を連続鋳造す
るので、Cu−Sn溶湯中に高温のNb棒が存在するこ
ととなり、Cu−Sn鋳塊の冷却速度が遅くなり、Sn
の著しい偏析の発生を防止できない。
点:2447℃)で、活性なNbを溶解するために高価
なNbの溶解設備を必要とし、さらに、溶解したCuに
多数のNb溶湯流を連続的に鋳込むため、連続鋳造設備
も複雑となる。もし、この方法で、溶解したCu−Sn
合金溶湯中にNbを連続鋳造することを想定すると、鋳
造されたCu−Sn合金にSn偏析を生じる恐れがあ
る。すなわち、Cu−Sn溶湯中に高温のNb棒を連続
鋳造し、さらに、Nb棒とCu−Sn合金を連続鋳造す
るので、Cu−Sn溶湯中に高温のNb棒が存在するこ
ととなり、Cu−Sn鋳塊の冷却速度が遅くなり、Sn
の著しい偏析の発生を防止できない。
【0009】他のCu−Sn合金又は純Cuの素材に純
Nbの芯材を挿入の工程の簡略方法として、中空のCu
パイプを用いる方法が提案されている(特開昭59−2
19812号公報参照)。この方法は、Nb線の外周に
ブロンズテープを巻回し、これをCuパイプに挿入して
減面加工により一体化した後、得られたシングル線を多
数本束ねて内側に拡散障壁を設けたCuパイプ内に挿入
して減面加工を施し、次いでNb3 Snを生成させるた
めの熱処理を施す方法である。Cuで安定化されたNb
3 Sn超電導線を安価にしかも効率よく製造できること
が記載されている。
Nbの芯材を挿入の工程の簡略方法として、中空のCu
パイプを用いる方法が提案されている(特開昭59−2
19812号公報参照)。この方法は、Nb線の外周に
ブロンズテープを巻回し、これをCuパイプに挿入して
減面加工により一体化した後、得られたシングル線を多
数本束ねて内側に拡散障壁を設けたCuパイプ内に挿入
して減面加工を施し、次いでNb3 Snを生成させるた
めの熱処理を施す方法である。Cuで安定化されたNb
3 Sn超電導線を安価にしかも効率よく製造できること
が記載されている。
【0010】しかしながら、この方法では多数のNb線
の外周にブロンズテープを巻回し、減面加工後さらにシ
ングル線を多数本束ねてCuパイプ内に挿入してさらに
減面加工する必要があり、工程が複雑である。このた
め、ランニングコストの増大を招くおそれがあり、コス
トダウンのつながらない場合も生ずる。
の外周にブロンズテープを巻回し、減面加工後さらにシ
ングル線を多数本束ねてCuパイプ内に挿入してさらに
減面加工する必要があり、工程が複雑である。このた
め、ランニングコストの増大を招くおそれがあり、コス
トダウンのつながらない場合も生ずる。
【0011】本発明は、以上のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、Cu−Sn合金の素材にNbの芯材を
挿入する工程を簡便化し、特に、高い臨界電流密度を得
られる高Sn濃度のCu−Sn合金にNbの芯材を挿入
した複合導線素材を簡便な方法で効率よく製造すること
ができるNb3 Sn系超電導線の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
れたものであり、Cu−Sn合金の素材にNbの芯材を
挿入する工程を簡便化し、特に、高い臨界電流密度を得
られる高Sn濃度のCu−Sn合金にNbの芯材を挿入
した複合導線素材を簡便な方法で効率よく製造すること
ができるNb3 Sn系超電導線の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、Cu−Sn合金の内部にNb芯材を
配した複合導線素材を減面加工した後に熱処理を施して
Nb3 Sn金属間化合物を生成させるNb3 Sn系超電
導線の製造方法において、前記複合導線素材は、複数の
Nb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給して、Cu−Sn
合金溶湯を凝固させて製造されることを特徴とするもの
である。複数のNb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給し
て、Cu−Sn合金溶湯を凝固させるので、連続鋳造の
一工程でNbの芯材を挿入した複合導線素材を製造する
ことができる。さらに、Cu−Sn溶湯は芯材となるN
b線からも冷却されるので、従来法に比べて冷却速度が
早くなり、高Sn濃度のCu−Sn合金のSn偏析を防
止することができる。このとき、ガイドにより熱を逃が
すことによりNb線の温度上昇を低く抑えることができ
る。
ために、本発明は、Cu−Sn合金の内部にNb芯材を
配した複合導線素材を減面加工した後に熱処理を施して
Nb3 Sn金属間化合物を生成させるNb3 Sn系超電
導線の製造方法において、前記複合導線素材は、複数の
Nb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給して、Cu−Sn
合金溶湯を凝固させて製造されることを特徴とするもの
である。複数のNb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給し
て、Cu−Sn合金溶湯を凝固させるので、連続鋳造の
一工程でNbの芯材を挿入した複合導線素材を製造する
ことができる。さらに、Cu−Sn溶湯は芯材となるN
b線からも冷却されるので、従来法に比べて冷却速度が
早くなり、高Sn濃度のCu−Sn合金のSn偏析を防
止することができる。このとき、ガイドにより熱を逃が
すことによりNb線の温度上昇を低く抑えることができ
る。
【0013】さらに、複合導線素材の製造に際して、複
数のNb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給する場合に、
複数のNb線が前記鋳型の入口側に配設されたガイドの
ガイド穴を貫通して、鋳型内に設けられたスターティン
グブロックに固定することが好ましい。複数のNb線が
鋳型の入口側に配設されたガイドと鋳型内に設けられた
スターティングブロックにより所定の間隔に配置された
状態でCu−Sn合金溶湯を凝固させることができるの
で、複合導線素材中のNbの芯材を均一に分布させるこ
とができ、減面加工して熱処理を施したNb3 Sn系超
電導線中のNb 3 Snフィラメントが相互に接触しない
ので、交流損失を少なくすることができる。
数のNb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給する場合に、
複数のNb線が前記鋳型の入口側に配設されたガイドの
ガイド穴を貫通して、鋳型内に設けられたスターティン
グブロックに固定することが好ましい。複数のNb線が
鋳型の入口側に配設されたガイドと鋳型内に設けられた
スターティングブロックにより所定の間隔に配置された
状態でCu−Sn合金溶湯を凝固させることができるの
で、複合導線素材中のNbの芯材を均一に分布させるこ
とができ、減面加工して熱処理を施したNb3 Sn系超
電導線中のNb 3 Snフィラメントが相互に接触しない
ので、交流損失を少なくすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を、図示例ととも
に説明する。図1は、本発明の実施例に用いたベルト式
連続鋳造装置の概略図であり、図2は、本発明の実施例
により製造された複合導線素材の垂直断面の模式図であ
る。図1に示すように、本発明の実施例に用いたベルト
式連続鋳造装置は、相反する方向に回転する一対の上面
ベルト4a、下面ベルト4bと、下面ベルト4b上に一
対のサイドダム5が設けられている。この一対のサイド
ダム5は下面ベルト同期して移動する構成になってい
る。
に説明する。図1は、本発明の実施例に用いたベルト式
連続鋳造装置の概略図であり、図2は、本発明の実施例
により製造された複合導線素材の垂直断面の模式図であ
る。図1に示すように、本発明の実施例に用いたベルト
式連続鋳造装置は、相反する方向に回転する一対の上面
ベルト4a、下面ベルト4bと、下面ベルト4b上に一
対のサイドダム5が設けられている。この一対のサイド
ダム5は下面ベルト同期して移動する構成になってい
る。
【0015】タンディッシュ8内の溶融金属1は下面ベ
ルト4b上の一対のサイドダム5の間に供給され、上面
ベルト4a、下面ベルト4bと一対のサイドダム5の間
で、供給さた溶融金属が凝固して、連続的に鋳塊が製造
される。このとき、冷却水ジェット9の冷却水圧により
上面ベルト4a、下面ベルト4bがつねに鋳塊を押しつ
けており、エアーギャップによる冷却効果の低下を防止
している。
ルト4b上の一対のサイドダム5の間に供給され、上面
ベルト4a、下面ベルト4bと一対のサイドダム5の間
で、供給さた溶融金属が凝固して、連続的に鋳塊が製造
される。このとき、冷却水ジェット9の冷却水圧により
上面ベルト4a、下面ベルト4bがつねに鋳塊を押しつ
けており、エアーギャップによる冷却効果の低下を防止
している。
【0016】ベルト式連続鋳造装置において鋳造される
鋳塊の寸法はサイドダム5の厚みと、両サイドダム5間
の間隔によって決定される。すなわち、鋳塊の厚みはサ
イドダム5の厚み、鋳塊の幅は両サイドダム間の間隔に
よって決定される。本実施例では、厚み60mm、幅1
20mmの鋳塊を鋳造できるようサイドダム5の厚みを
60mm、サイドダム間の間隔を120mmとした。
鋳塊の寸法はサイドダム5の厚みと、両サイドダム5間
の間隔によって決定される。すなわち、鋳塊の厚みはサ
イドダム5の厚み、鋳塊の幅は両サイドダム間の間隔に
よって決定される。本実施例では、厚み60mm、幅1
20mmの鋳塊を鋳造できるようサイドダム5の厚みを
60mm、サイドダム間の間隔を120mmとした。
【0017】次に、本実施例の複合導線素材の製造方法
を説明する。スターティングブロック6は幅120m
m、厚み60mm、長さ100mmのCu製のブロック
であり、このブロックに直径5mmのキリ孔を133本
穿設した。ガイド7はCu製を用い、このガイド7に同
じく直径6mmの貫通穴(ガイド穴)を前記スターティ
ングブロック6のキリ孔に対応するように133個設け
た。このガイドをベルト式連続鋳造装置の鋳型の入口
側、すなわち、上面ベルト4a、下面ベルト4bと一対
のサイドダム5がベルト式連続鋳造装置内に送り込まれ
る側に設けた。
を説明する。スターティングブロック6は幅120m
m、厚み60mm、長さ100mmのCu製のブロック
であり、このブロックに直径5mmのキリ孔を133本
穿設した。ガイド7はCu製を用い、このガイド7に同
じく直径6mmの貫通穴(ガイド穴)を前記スターティ
ングブロック6のキリ孔に対応するように133個設け
た。このガイドをベルト式連続鋳造装置の鋳型の入口
側、すなわち、上面ベルト4a、下面ベルト4bと一対
のサイドダム5がベルト式連続鋳造装置内に送り込まれ
る側に設けた。
【0018】そして、133本のNb線2(外径5m
m、長さ5m)を前記ガイド7のガイド穴を貫通させ
て、前記スターティングブロック6のキリ孔にそれぞれ
固定した。Nb線2を固定したスターティングブロック
6を、前記上面ベルト4a、下面ベルト4bと一対のサ
イドダム5の間に挟み込んだ。前記ガイド7は、鋳造時
にNb線2が鋳造方向と平行になるよう、ベルト式連続
鋳造装置の鋳型の入口側に、注湯の邪魔にならないよう
に設けられる。
m、長さ5m)を前記ガイド7のガイド穴を貫通させ
て、前記スターティングブロック6のキリ孔にそれぞれ
固定した。Nb線2を固定したスターティングブロック
6を、前記上面ベルト4a、下面ベルト4bと一対のサ
イドダム5の間に挟み込んだ。前記ガイド7は、鋳造時
にNb線2が鋳造方向と平行になるよう、ベルト式連続
鋳造装置の鋳型の入口側に、注湯の邪魔にならないよう
に設けられる。
【0019】このとき、ガイドの溶損や変形のおそれが
ある場合は、溶湯に近い部分のガイドをCu製の代わり
に鋼製(ステンレス鋼を含む)を用いても良い。また、
本実施例では、ガイド7を複数個設けているが、1個で
もよい。
ある場合は、溶湯に近い部分のガイドをCu製の代わり
に鋼製(ステンレス鋼を含む)を用いても良い。また、
本実施例では、ガイド7を複数個設けているが、1個で
もよい。
【0020】連続鋳造に使用するCu−Sn合金溶湯の
組成は、Cu−14.5質量%Sn−0.03質量%T
iである。ここで、Tiを添加した理由は、超電導特性
の向上、結晶粒の微細化およびSnの拡散促進を図るた
めである。Cu−Sn合金溶湯はSnおよびCu−Ti
の原料を配合して、前記組成に溶解後、タンディッシュ
8に供給した。タンディッシュ8に供給されたCu−S
n合金溶湯1(溶湯温度:1200℃)は、ベルト式連
続鋳造装置の上面ベルト4a、下面ベルト4bと一対の
サイドダム5の間の鋳型領域10内に送り込まれ、それ
と同時に上面ベルト4a、下面ベルト4bの回転を開始
した。このとき上面ベルト4a、下面ベルト4bと一対
のサイドダム5によって挟み込まれたスターティングブ
ロック6も鋳造方向に移動を開始し、それとともにスタ
ーティングブロック6に固定されたNb線2も鋳型領域
10内に引き込まれるようにした。
組成は、Cu−14.5質量%Sn−0.03質量%T
iである。ここで、Tiを添加した理由は、超電導特性
の向上、結晶粒の微細化およびSnの拡散促進を図るた
めである。Cu−Sn合金溶湯はSnおよびCu−Ti
の原料を配合して、前記組成に溶解後、タンディッシュ
8に供給した。タンディッシュ8に供給されたCu−S
n合金溶湯1(溶湯温度:1200℃)は、ベルト式連
続鋳造装置の上面ベルト4a、下面ベルト4bと一対の
サイドダム5の間の鋳型領域10内に送り込まれ、それ
と同時に上面ベルト4a、下面ベルト4bの回転を開始
した。このとき上面ベルト4a、下面ベルト4bと一対
のサイドダム5によって挟み込まれたスターティングブ
ロック6も鋳造方向に移動を開始し、それとともにスタ
ーティングブロック6に固定されたNb線2も鋳型領域
10内に引き込まれるようにした。
【0021】以上の方法により、Cu−Sn合金溶湯を
ベルト式連続鋳造装置内で凝固させることにより、図2
に示す、Cu−Sn合金マトリックス(ブロンズマトリ
ックス)にNb線を鋳ぐるんだ複合導線素材のビレット
(幅120mm、厚み60mm、長さ5000mm)を
製造した。この複合導線素材中のNb線はCu−Sn合
金マトリックス中に均一に配列されており、Cu−Sn
合金マトリックス中のSn偏析も認められなかった。
ベルト式連続鋳造装置内で凝固させることにより、図2
に示す、Cu−Sn合金マトリックス(ブロンズマトリ
ックス)にNb線を鋳ぐるんだ複合導線素材のビレット
(幅120mm、厚み60mm、長さ5000mm)を
製造した。この複合導線素材中のNb線はCu−Sn合
金マトリックス中に均一に配列されており、Cu−Sn
合金マトリックス中のSn偏析も認められなかった。
【0022】このビレットを鋳造方向、すなわち、Nb
線の配列方向に、鍛造加工、圧延加工、スエージング加
工、引抜・伸線加工等の減面処理を繰返し施して、Cu
−Sn合金中のNb線の外径を5mmから0.5mmに
減面加工して複合超電導基線を製造した。続いて、この
複合超電導基線を、窒素ガス雰囲気中、725℃×10
0時間の拡散熱処理を施して、Nb3 Snを生成させ
た。この拡散熱処理の雰囲気は、窒素ガス雰囲気だけで
なく、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気を用いることがで
きる。
線の配列方向に、鍛造加工、圧延加工、スエージング加
工、引抜・伸線加工等の減面処理を繰返し施して、Cu
−Sn合金中のNb線の外径を5mmから0.5mmに
減面加工して複合超電導基線を製造した。続いて、この
複合超電導基線を、窒素ガス雰囲気中、725℃×10
0時間の拡散熱処理を施して、Nb3 Snを生成させ
た。この拡散熱処理の雰囲気は、窒素ガス雰囲気だけで
なく、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気を用いることがで
きる。
【0023】このようにして得られたNb3 Sn系極細
多芯超電導線の超電導特性を測定したところ、4.2
K、12Tの磁場におけるoverall Jcは5.5×10
4 A/cm2 であった。この値は従来のブロンズ法で製
造したNb3 Sn系極細多芯超電導線のoverall Jc
(4.5×104 A/cm2 )より大きい値である。
多芯超電導線の超電導特性を測定したところ、4.2
K、12Tの磁場におけるoverall Jcは5.5×10
4 A/cm2 であった。この値は従来のブロンズ法で製
造したNb3 Sn系極細多芯超電導線のoverall Jc
(4.5×104 A/cm2 )より大きい値である。
【0024】従来のブロンズ法で製造したNb3 Sn系
極細多芯超電導線は以下の方法で製造したものである。
まず、外径100mm×長さ1000mmのCu−1
4.5質量%Sn鋳塊を製造した後、この鋳塊の長手方
向に直径5mmの穴を133本設け、この穴に線径5m
mのNb線を挿入した。その後、このNb線を挿入した
前記鋳塊を減面加工して、鋳塊中のNb線の線径を0.
5mmにした。引き続き窒素雰囲気中で725℃×10
0時間の拡散熱処理を行ってNb3 SnさせてNb3 S
n系極細多芯超電導線を製造したものである。そして、
このNb3 Sn系極細多芯超電導線の超電導特性を測定
したところ、4.2K、12Tの磁場におけるoverall
Jcは4.5×104 A/cm2 となった。
極細多芯超電導線は以下の方法で製造したものである。
まず、外径100mm×長さ1000mmのCu−1
4.5質量%Sn鋳塊を製造した後、この鋳塊の長手方
向に直径5mmの穴を133本設け、この穴に線径5m
mのNb線を挿入した。その後、このNb線を挿入した
前記鋳塊を減面加工して、鋳塊中のNb線の線径を0.
5mmにした。引き続き窒素雰囲気中で725℃×10
0時間の拡散熱処理を行ってNb3 SnさせてNb3 S
n系極細多芯超電導線を製造したものである。そして、
このNb3 Sn系極細多芯超電導線の超電導特性を測定
したところ、4.2K、12Tの磁場におけるoverall
Jcは4.5×104 A/cm2 となった。
【0025】このように、本発明の方法を用いることに
より、複数のNb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給し
て、Cu−Sn合金溶湯を凝固させるので、連続鋳造の
一工程でNbの芯材を挿入した複合導線素材を製造する
ことができ、さらに、Cu−Sn溶湯は芯材となるNb
線からも冷却されるので、従来法に比べて冷却速度が早
くなり、高Sn濃度のCu−Sn合金のSn偏析を防止
することができ、安定して高い超電導特性を有するもの
である。
より、複数のNb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給し
て、Cu−Sn合金溶湯を凝固させるので、連続鋳造の
一工程でNbの芯材を挿入した複合導線素材を製造する
ことができ、さらに、Cu−Sn溶湯は芯材となるNb
線からも冷却されるので、従来法に比べて冷却速度が早
くなり、高Sn濃度のCu−Sn合金のSn偏析を防止
することができ、安定して高い超電導特性を有するもの
である。
【0026】本発明ではNb線はガイドから熱を逃がす
ために高温になることなく鋳型内へ供給される。本実施
例では鋳型の入口側のNb線の温度は約400℃であっ
た。Nb線の温度はCu−Sn合金の包晶温度(780
℃)以下であれば冷却効果があるが、Nb線の温度が低
いほど、Cu−Sn合金溶湯に対する冷却効果が大き
い。このNb線の温度を下げるために、ガイドの代わり
に図3に示すガイドケースを用いることができる。この
ガイドケース11はボックス形状でガイド穴に加えて冷
却ガスを導入する入口21と冷却ガスを排出する出口2
2が設けられている。この冷却ガスによりNb線を冷却
してNb線の温度を下げるものである。
ために高温になることなく鋳型内へ供給される。本実施
例では鋳型の入口側のNb線の温度は約400℃であっ
た。Nb線の温度はCu−Sn合金の包晶温度(780
℃)以下であれば冷却効果があるが、Nb線の温度が低
いほど、Cu−Sn合金溶湯に対する冷却効果が大き
い。このNb線の温度を下げるために、ガイドの代わり
に図3に示すガイドケースを用いることができる。この
ガイドケース11はボックス形状でガイド穴に加えて冷
却ガスを導入する入口21と冷却ガスを排出する出口2
2が設けられている。この冷却ガスによりNb線を冷却
してNb線の温度を下げるものである。
【0027】ベルト式連続鋳造装置を用い、Cu−Sn
合金マトリックスの内部にNb線を芯材として有する複
合導線を鋳造する実施例について説明したが、複合導線
の鋳造にはブロック式連続鋳造装置やDC鋳造装置等の
連続鋳造装置を用いることができる。
合金マトリックスの内部にNb線を芯材として有する複
合導線を鋳造する実施例について説明したが、複合導線
の鋳造にはブロック式連続鋳造装置やDC鋳造装置等の
連続鋳造装置を用いることができる。
【0028】ブロック式連続鋳造装置を用いた本発明の
実施の形態を図示例とともに説明する。図4は、ブロッ
ク式連続鋳造装置の概略図である。ブロック式連続鋳造
装置は、相反する方向に回転する一対の鋳造ブロック1
7、17が設けられ、この一対の鋳造ブロック17、1
7はそれぞれキャタピラ状に連結されている。このブロ
ック式連続鋳造装置には、前記一対の鋳造ブロック1
7、17の両サイドには前記一対の鋳造ブロック17、
17の間の空間を覆うように図示しないサイドダムが配
設され、鋳型領域10が構成されている。この鋳型の入
口側にガイド7が配設され、このガイド7のガイド穴を
通して、複数のNb線2がをスターティングブロック9
に固定されている。このスターティングブロック9の配
設された鋳型領域10にCu−Su合金溶湯1を供給
し、一対の鋳造ブロック17、17を回転させることに
より、ベルト式連続鋳造装置と同様に、Cu−Sn合金
マトリックスの内部にNb線を芯材として有する複合導
線を鋳造するものである。
実施の形態を図示例とともに説明する。図4は、ブロッ
ク式連続鋳造装置の概略図である。ブロック式連続鋳造
装置は、相反する方向に回転する一対の鋳造ブロック1
7、17が設けられ、この一対の鋳造ブロック17、1
7はそれぞれキャタピラ状に連結されている。このブロ
ック式連続鋳造装置には、前記一対の鋳造ブロック1
7、17の両サイドには前記一対の鋳造ブロック17、
17の間の空間を覆うように図示しないサイドダムが配
設され、鋳型領域10が構成されている。この鋳型の入
口側にガイド7が配設され、このガイド7のガイド穴を
通して、複数のNb線2がをスターティングブロック9
に固定されている。このスターティングブロック9の配
設された鋳型領域10にCu−Su合金溶湯1を供給
し、一対の鋳造ブロック17、17を回転させることに
より、ベルト式連続鋳造装置と同様に、Cu−Sn合金
マトリックスの内部にNb線を芯材として有する複合導
線を鋳造するものである。
【0029】次に、DC鋳造装置用いた本発明の他の実
施の形態を図示例とともに説明する。図5は、DC鋳造
装置の概略図である。DC鋳造装置では、水冷の鋳型1
9の上にヘッダー18を配設して、Cu−Su合金溶湯
1を供給できる構成になっている。この鋳型19の上方
にガイド7が配設され、このガイド7のガイド穴を通し
て、複数のNb線2がボトムブロック20に固定されて
いる。このボトムブロック20と鋳型19によって構成
される鋳型領域にCu−Su合金溶湯1を供給して鋳型
19内で逐次凝固させつつ、ボトムブロックを降下させ
て、ベルト式連続鋳造装置と同様に、Cu−Sn合金マ
トリックスの内部にNb線を芯材として有する複合導線
を鋳造するものである。
施の形態を図示例とともに説明する。図5は、DC鋳造
装置の概略図である。DC鋳造装置では、水冷の鋳型1
9の上にヘッダー18を配設して、Cu−Su合金溶湯
1を供給できる構成になっている。この鋳型19の上方
にガイド7が配設され、このガイド7のガイド穴を通し
て、複数のNb線2がボトムブロック20に固定されて
いる。このボトムブロック20と鋳型19によって構成
される鋳型領域にCu−Su合金溶湯1を供給して鋳型
19内で逐次凝固させつつ、ボトムブロックを降下させ
て、ベルト式連続鋳造装置と同様に、Cu−Sn合金マ
トリックスの内部にNb線を芯材として有する複合導線
を鋳造するものである。
【0030】本実施例のCu−Sn合金組成に限定され
ることなく、Cu中へのSnの固溶限界(15.8質量
%)近傍までのSn濃度のCu−Sn合金を用いること
ができる。特に、13.0質量%以上の高Sn濃度のC
u−Sn合金でのSn偏析の抑制に効果がある。また、
必要に応じて、Ti等の添加元素を微量添加してもよ
い。
ることなく、Cu中へのSnの固溶限界(15.8質量
%)近傍までのSn濃度のCu−Sn合金を用いること
ができる。特に、13.0質量%以上の高Sn濃度のC
u−Sn合金でのSn偏析の抑制に効果がある。また、
必要に応じて、Ti等の添加元素を微量添加してもよ
い。
【0031】
【発明の効果】以上の説明したように、本発明は、Cu
−Sn合金鋳塊を製造する段階で芯棒となるNb線を一
緒に鋳込むので、鋳塊に挿通孔を穿設して、その中にN
b芯棒を通す工程を省略することができ、Nb3 Sn超
電導線を安価にしかも効率よく製造することを可能とす
るものである。さらに、本発明は、高Sn濃度のCu−
Sn合金を使用しても、ブロンズ法で問題になっている
Snの偏析発生を防止でき、安定して高い超電導特性を
有するNb3 Sn系超電導線の製造することを可能とす
るものである。
−Sn合金鋳塊を製造する段階で芯棒となるNb線を一
緒に鋳込むので、鋳塊に挿通孔を穿設して、その中にN
b芯棒を通す工程を省略することができ、Nb3 Sn超
電導線を安価にしかも効率よく製造することを可能とす
るものである。さらに、本発明は、高Sn濃度のCu−
Sn合金を使用しても、ブロンズ法で問題になっている
Snの偏析発生を防止でき、安定して高い超電導特性を
有するNb3 Sn系超電導線の製造することを可能とす
るものである。
【図1】本発明の実施例に用いたベルト式連続鋳造装置
の概略図である。
の概略図である。
【図2】本発明の実施例により製造された複合導線素材
の垂直断面の模式図である。
の垂直断面の模式図である。
【図3】ガイドケースの概略図である。
【図4】本発明の実施の形態に用いたブロック式連続鋳
造装置の概略図である。
造装置の概略図である。
【図5】本発明の別実施の形態に用いたDC鋳造装置の
概略図である。
概略図である。
【図6】従来例(特開昭61−19573号公報の第1
図、第2図参照)を説明する図であり、a)は断面図で
あり、b)はa)のx−x線断面図である。
図、第2図参照)を説明する図であり、a)は断面図で
あり、b)はa)のx−x線断面図である。
1 Cu−Sn合金溶湯 2 Nb線 3 Cu−Sn合金マトリックス 4a 上面ベルト 4b 下面ベルト 5 サイドダム 6 スターティングブロック 7 ガイド 8 タンディッシュ 9 冷却水ジェット 10 鋳型領域 11 ガイドケース 12 複合材 13 Nb金属溶湯 14 マトリックス用Cu金属 15 Nb金属棒 16 Cu金属 17 鋳造ブロック 18 ヘッダー 19 鋳型 20 ボトムブロック 21 冷却ガス入口 22 冷却ガス出口
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22C 27/02 102 C22C 27/02 102A H01B 12/10 ZAA H01B 12/10 ZAA
Claims (2)
- 【請求項1】 Cu−Sn合金の内部にNb芯材を配し
た複合導線素材を減面加工した後に熱処理を施してNb
3 Sn金属間化合物を生成させるNb3 Sn系超電導線
の製造方法において、 前記複合導線素材は、複数のNb線を連続鋳造装置の鋳
型内に供給して、Cu−Sn合金溶湯を凝固させて製造
されることを特徴とするNb3 Sn系超電導線の製造方
法。 - 【請求項2】 請求項1記載の複合導線素材の製造に際
して、複数のNb線を連続鋳造装置の鋳型内に供給する
際に、前記複数のNb線が前記鋳型の入口側に配設され
たガイドのガイド穴を貫通して、前記鋳型内に設けられ
たスターティングブロックに固定されていることを特徴
とするNb3 Sn系超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10047866A JPH11250747A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Nb3 Sn系超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10047866A JPH11250747A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Nb3 Sn系超電導線の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11250747A true JPH11250747A (ja) | 1999-09-17 |
Family
ID=12787308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10047866A Pending JPH11250747A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | Nb3 Sn系超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11250747A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6543123B1 (en) | 1999-04-20 | 2003-04-08 | Composite Materials Technology, Inc. | Process for making constrained filament niobium-based superconductor composite |
| US6836955B2 (en) | 2000-03-21 | 2005-01-04 | Composite Materials Technology, Inc. | Constrained filament niobium-based superconductor composite and process of fabrication |
| US7146709B2 (en) | 2000-03-21 | 2006-12-12 | Composite Materials Technology, Inc. | Process for producing superconductor |
| US8858738B2 (en) | 2006-09-26 | 2014-10-14 | Composite Materials Technology, Inc. | Methods for fabrication of improved electrolytic capacitor anode |
| CN110211742A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-09-06 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种mri用wic超导线材镶嵌装置 |
| CN110465643A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-11-19 | 江西省鹰潭铜产业工程技术研究中心 | 一种铜铌复合材料的制备方法 |
| CN120228264A (zh) * | 2025-06-03 | 2025-07-01 | 西安理工大学 | 一种铌三锡超导线用CuSnTi/Nb复合材料及其制备方法和应用 |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP10047866A patent/JPH11250747A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6543123B1 (en) | 1999-04-20 | 2003-04-08 | Composite Materials Technology, Inc. | Process for making constrained filament niobium-based superconductor composite |
| US6836955B2 (en) | 2000-03-21 | 2005-01-04 | Composite Materials Technology, Inc. | Constrained filament niobium-based superconductor composite and process of fabrication |
| US7146709B2 (en) | 2000-03-21 | 2006-12-12 | Composite Materials Technology, Inc. | Process for producing superconductor |
| US7480978B1 (en) | 2000-03-21 | 2009-01-27 | Composite Materials Technology, Inc. | Production of electrolytic capacitors and superconductors |
| US8858738B2 (en) | 2006-09-26 | 2014-10-14 | Composite Materials Technology, Inc. | Methods for fabrication of improved electrolytic capacitor anode |
| CN110211742A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-09-06 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种mri用wic超导线材镶嵌装置 |
| CN110211742B (zh) * | 2019-04-23 | 2021-01-01 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种mri用wic超导线材镶嵌装置 |
| CN110465643A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-11-19 | 江西省鹰潭铜产业工程技术研究中心 | 一种铜铌复合材料的制备方法 |
| CN120228264A (zh) * | 2025-06-03 | 2025-07-01 | 西安理工大学 | 一种铌三锡超导线用CuSnTi/Nb复合材料及其制备方法和应用 |
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