JPS6086704A

JPS6086704A - Νｂ↓３Ｓｎ超電導線材の製造法

Info

Publication number: JPS6086704A
Application number: JP58193425A
Authority: JP
Inventors: 恭治太刀川; 伊藤　喜久男; 勇二吉田; 安男飯嶋
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 1983-10-18
Filing date: 1983-10-18
Publication date: 1985-05-16
Also published as: JPH0349163B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は■ａ族元素のチタン、ジルコニウムおよびハフ
ニウムから選ばれた１種または２種以上を添加して、加
工性および強磁界特性を改良したＮｂ　ｘ８ｎ超電導線
材の製造法に関するものである。

超電導線材を用いると電力消費なしに大電流を流すこと
ができ、しかも強磁界まで超電導状態が保たれることか
ら、強磁界発生用電磁石の巻線材としての利用が進めら
れている。現在、最も広く使用されている線材は、Ｎｂ
　−Ｔ　ｉ系の合金線材であるが、この合金線材の発生
磁界は９テスラ（９０，０００ガウス）の限度があり、
これ以上の強磁界を必要とする場合には、臨界磁界の高
い化合物系超電導体を用いる必要がある。しかし、化合
物系超電導体は可塑性に欠ける点が実用化に際しての大
きな障害になっていた。近年、表面拡散法および複合加
工法などの拡散を利用した方法が発明され、ＮｂａＳｎ
　（臨界温度：約１８に１臨界磁界：約２１テスラ）お
よびＶ＝Ｇａ（臨界温度：約１５Ｋ、臨界磁界：約２２
テスラ）の化合物系超電導線材が実用化されるようにな
った。

表面拡散法とは、例えばＮｂａＳｎ化合物線材において
は、下地ニオブテープを溶融錫浴中を連続的に通過させ
たのち、熱処理によってニオブと錫を拡散反応させ下地
テープ面上にＮｂ３Ｓｎ化合物層を生成させる方法であ
る。複合加工法とは、例えばＮｂ　ｓＳｎ化合物におい
ては、ニオブ基体と銅−錫合金基体とを複合一体化させ
、線またはテープまたは管状に加工したのち、熱処理に
よって銅−錫合金基体中の錫とニオブ基体とを選択的に
拡散反応させてＮｂ３Ｓｎ化合物層をニオブ基体の周囲
に生成させる方法である。この複合加工法を用いると、
銅−錫合金基体中に多数の細いニオブ芯を埋込んだ極細
多芯線の製造法が可能となり、速い磁界変化に対して安
定な超電導特性が得られる。なお、Ｖｓ（３ａの極細多
芯線も同様な方法で製造し−Ｃ得られる。このような表
面拡散法および複合加工法により作製されたＮｂ　ｓ　
ＳｎあるいはＶ、Ｇａ化合物線材はすでに物性研究用な
どの小型強磁界マグネットとして利用されている。

一方、核融合炉用、高エネルギー加速器用、超電導発電
楓用等の大聖強磁界マグネットの開発が盛んに進められ
ており、これらに使用される超電導線材として１５テス
ラ以上の強磁界領域において大きい臨界′電流をもち、
しかも、速い磁界変化に対して安定な化合物系極細多芯
線の実用化が急がれている。しかし従来のニオブ基体と
銅−錫合金基体との複合体から作製されるＮｂ、Ｓｎ化
合物線材の臨界電流は約１２テスラ以上の磁界で急速に
低下し、この線材によって１２テスラ以上の強磁界を発
生し得る超電導マグネットを作製することが困難であっ
た。一方、Ｖ＝Ｇａ化合物線材はＮｂａＳｎ化合物線材
に比較して強磁界特性が優しているが、材料の価格がＮ
ｂａＳｎより高価なため、線材を大量に使用する大型設
備に関して有利とは言えない。従って、少量の合金元素
を添加して強磁界特性を改善したＮｂ　ｓ　Ｓｎ化合物
線材を用いる方が得策である。最近、ｌ’％ｌａ族元素
であるチタン、ジルコニウムあるいは）−フニウムをニ
オブ基体あるいは銅−錫合金基体に添加することにより
強磁界での超電導特性の著しく改善されたＮｂ３Ｓｎ化
合物線材の製造法が発明された（特願昭５５−１２８５
５１号、特願昭５６−１２１４７９号）。

これらの方法では、ニオブ基体あるいは銅−錫合金基体
に添加されだ■ａ族元素がＮｂ５Ｓｎ化合物の拡散生成
を促進させるとともに、その一部がＮｂａＳｎ化合物層
内に固溶し、強磁界での超電導特性を高める作用を有す
る。しかし、これらの製法ではｌＶａ族元素をニオブ基
体あるいは銅−錫合金基体に添加するため、重性加工性
が優れず、約４０％の断面縮少率毎に中間焼鈍を必要と
し、実用的な長尺線を作製するのに焼鈍回数が極めて多
くなり、製造コストを著しく高める難点があった。さら
に、従来の複合加工法に用いる銅−錫合金基体では塑性
加工性の保持から錫の固溶量が限定され、そのために拡
散生成するＮｂ　ｓ　Ｓｎ化合物相が線材全所面積当た
り少なく、臨界電流容量の大きな線材の作製に難点があ
った。

ＩＶａ族元素を純銅に添加した銅合金基体と錫基体とニ
オブ基体の三者の複合加工法によるＮｂ、Ｓｎ化合物線
材の製造法（特願昭５７−２５９８１号）は、各基体の
量性加工性が比較的よく、また＋Ｖａ族元素を含むため
優れた強磁界臨界電流特性をもつなど上記の難点をある
程度解決している。しかしながら強度の加工金製する実
用規模の極細多芯線をこの製法で作製する場合、中間焼
鈍なしに最終線径まで一様に伸線加工するには、加工性
の点で■ａ族元素の含有量の極めて少ない銅合金を用い
ざるを得ない。その結果生成されるＮｂ　ｓ　Ｓｎ化合
物中の■ａ族元素含有量も低くなり、強磁界臨界電流特
性が劣化するという好ましくない結果が得られる。

本発明は’ｆ’Ｊａ族元素であるチタン、ジルコニウム
またはハフニウムを銅基体ではなく、加工性の極めて優
れた錫基体に添加して、加工の容易な方法で強磁界での
超電導特性が改善され、さらに、臨界電流容量の大きい
Ｎｂ３Ｓｎ超電導腺材を製造することを目的としたもの
である。

本発明は■ａ族元素であるチタン、ジルコニウムおよび
ハフニウムから選ばれた１種寸たけ２種以上を含む錫合
金基体と銅基体とニオブ基体の三者からなる複合体また
は該錫合金体とニオブ基体の三者からなる複合体を作製
し、所定の形状まで加工したのち、拡散熱処理を行いニ
オブ基体の周囲に■ａ族元累を含有したＮｂ３Ｓｎ化合
物を生成させることを特徴とする。また錫合金基体とし
ては上記■ａ族元素のほかに少量の銅を含有してもよい
。

錫基体に添加するチタン、ジルコニウムまたはハフニウ
ム量は優れた超電導特性を得るために、１種または２種
以上を合計して０．１原子係以上、また、錫合金基体の
良好な加工性を保持するうえから１５原子係以下の範囲
になければならない。好ましくは１〜１０原子％の範囲
である。

銅基体あるいは錫合金基体に含まれる銅は、拡散熱処理
の際、錫および■ａ族元素の拡散を助け、優れた超電導
特性を得るのに効果がある。

錫合金基体に加える銅の量は錫の拡散速度を高めるのに
有効な２原子係以上、また、錫合金基体の良好な加工性
を保持するうえから３０原子係以下の範囲になければな
らない。

複合体を所定の形状に加工した後行う熱処理は、Ｎｂ、
Ｓｎ生成のために４００１Ｚ’以上、すぐれた超電導特
性を得るために９５０　Ｃ以下でなければならない。

複合体を構成する各基体は、むくの棒状のほか、他の基
体を挿入するだめの単数あるいは複数個の穴を有する管
状のものでもよい。さらに各基体はその一部もしくは全
部が粉体の形状であってもよい。

不発明においては加工性の極めて優れた錫合金基体のほ
か加工性のよいニオブ基体（および銅基体）とから構成
される複合体を用いるため、■ａ族元素を銅基体に含有
せしめた製法にくらべても伸線加工が著しく容易となり
、強度の加工を要する実用規模の極細多芯線においても
中間焼鈍を省いて細線への加工が可能となり線材作製に
おけるコストが著しく軽減される。錫合金基体に添加し
た■ａ族元素のチタン、ジルコニウムあるいはハフニウ
ムはＮｂ５Ｓｎ化合物の生成を促進させ、また、添加元
素の一部がＮｂ５Ｓｎ化合物内に固溶することにより、
超電導臨界磁界を向上させ、また、１５テスラ以上の強
磁界での臨界電流を顕著に増加させる。一方、熱処理工
程では錫の充分な量を複合体内部から拡散により供給す
ることが出来るのでＮｂ　ｓ　Ｓｎ化合物相が多量に得
られるなどの効果から臨界電流容量の大きな線材が作製
できる。その結果、各種超電導利用機器の性能向上や小
型化による製造および冷却コストの軽減が達成される。

また、本発明で作製された線材は極細多芯線形式である
ために、速い磁界変化に対して超電導性が安定に保持さ
れ、強磁界中で用いる機器の安全性と信頼性を著しく向
上させる優れた効果を有する。

２．５餌〆の穴に錫−５原子係チタン合金、錫−５原子
係ジルコニウム合金あるいは錫−３原子係チタン−２原
子係ハフニウム合金棒を挿入し、さらにその周囲にあけ
た１■グのニオブ棒を８本挿入した第１図に示す断面構
造をもつ複合体を作製した。この複合体をスェージング
および線引により０．４Ｗｍりの長尺線に加工した。な
お従来技術の銅−７原子％錫−１原子係チタン合金とニ
オブ芯からなる複合体では８諺ダから０．４ｍ＄まで加
工するのに約１０回の中間焼鈍を必要としたのに対し、
本実施例試料の加工においては各素材の加工性が極めて
よいために中間焼鈍は全く不必要であった。

次いでアルゴン雰囲気の石英管に封入したのち、７２５
ＣＸ５０時間の拡散熱処理を行った。このようにして作
製した試料のＮｔ）ｓｓｎ化合物層の厚み、臨界電流（
Ｉｃ　）および臨界温度（Ｔｃ　）の測定結果を表１に
示す。また、表１には同様な製法で作製した錦にｌ’％
Ｉａ族元素を添加しない線材（比較例１−ａ）および錫
のかわりに銅に■ａ族元素を添加した線材（比較例１−
ｂ）の測定結果も示す。

表１チタン、ジルコニウムちるいはハフニウムを錫芯に添加
すると従来法である比較例１−　ａの無添加試料および
銅マトリックスにチタンを添加した比較例１−ｂに比べ
てＮｂ５Ｓｎ化合物の生成速度、Ｉｃ１Ｔｃ、いずれも
高めている。なお、銅にＩＶａ族元素を添加する比較例
１−ｂの方法では、本実施例１と同等の超電導特性を得
るためには、例えば銅に２原子係のＴｉを添加せねばな
らないが、銅−２原子係チタン合金を用いた複合材は加
工性が悪く、８鰭りからの伸線加工の途中約１．５　＋
ｒｍ　Ｌ；ｌで破断してしまい、最終線径０．４ｔｍ１
２１’まで加工出来なかった。

このように本発明は従来法とくらべ線材化の極めて容易
なＮｂ５Ｓｎ超電導線材の製法である。

錫−５原子係チタン、錫−３原子％チタン→１２□、・
原−子係ハフニウムあるいは錫−５原子係チタン−１０
原子係銅合金棒を７本挿入した図２に示す断面構造をも
つ複合体を作製した。この複合体を実施例（１）と同様
に伸線加工し、中間焼鈍なしでＱ、　４　ｔｔｒｍ　ｐ
の長尺線とした。次いでアルゴン雰囲気の石英管に封入
したのち７５０ＣＸ５０時間の拡散熱処理を行い、表１
に示すような測定結果を得た。また、表１には同様な製
法で作製した錫に■ａ族元素を含まない線材（比較例２
−ａ）および■ａ族元素を含まない錫−銅合金を用いた
線材（比較例２−ｂ）の測定結果も示す。測定結果から
従来法である比較例２−　ａおよび比較例２−ｂに比べ
本実施例の線材のＮｂ　ｚ　Ｓｎ層厚および超電導特性
のＩｃおよびＴｃの向上が顕著である。

実施例　（３）外径８■内径６ｍのニオブ管に銅粉末、ニオブ粉末およ
び錫−５原子係チタン粉末あるいは錫−５原子係ハフニ
ウム粉末を５：３：１の割合でつめた図３に示す断面構
造をもつ複合体を作製した。

用いた粉末はそれぞれ約１００μｍの大きさであった。

この複合体を実施例（１）および（２）と同様に中間焼
鈍なしで０．４ｍｆｌの長尺線に加工した。次いでアル
ゴン雰囲気の石英管に封入したのち、６５０　Ｕ　Ｘ　
５０時間の拡散熱処理を行った。このように作製した試
料の超電導特性の臨界電流（Ｉｃ）および臨界温度（Ｔ
ｃ）の測定結果を表２に示す。また表２には同様な方法
で作製した錫に１’％ｌ’ａ族元素を添加しない線材（
比較例３）の測定結果も示す。測定結果から比較例３に
比べ本実施例の線材は超電導特性のＩｃおよびＴｃの向
上が顕著である。

表２

【図面の簡単な説明】

図１、図２および図３はそれぞれ実施例１．２および３
にて実施した不発明の複合体断面形状。図中１はＩＶａ
族元素を含有した錫合金または、■ａ族元素および銅を
含有した錫合金基体、２はニオブ基体、３は銅基体を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】錫合金基体およびニオブ基体の三者より成る複合体を作
製し、これを線、テープあるいは管に加工したのち、４
００〜９５０Ｃでの拡散熱処理によりニオブ基体の周囲
にチタン、ジルコニウムあるいはノ・フニウムを含有し
たＮｂ５Ｓｎ化合物相を生成させることを特徴とするＮ
ｂ　ｌ　Ｓｎ超電導線材の製造法。（２）錫合金基体としてチタン、ジルコニウムおよびハ
フニウムのうちから選ばれた１種または２種以上を合計
して０．１〜１５原子係含み、さらに銅を２〜３０原子
係含む錫合金を用いることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の方法。