JPS6117325B2 - - Google Patents
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- JPS6117325B2 JPS6117325B2 JP56121479A JP12147981A JPS6117325B2 JP S6117325 B2 JPS6117325 B2 JP S6117325B2 JP 56121479 A JP56121479 A JP 56121479A JP 12147981 A JP12147981 A JP 12147981A JP S6117325 B2 JPS6117325 B2 JP S6117325B2
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Classifications
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0184—Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
本発明はTi（チタン）、Zr（ジルコニウム）、
Hf（ハフニウム）を添加してその特性を改善し
たNb3Sn複合超電導体の製造法に関する。 超電導線材は電力消費なしに大電流を流せ、ま
た強磁界までその超電導状態を保つことが可能な
ので、強磁界発生用電磁石の巻線材として利用さ
れている。現在もつとも多量に使用されている線
材はNb（ニオブ）−Ti系の合金線材であるが、そ
の合金線材の発生磁界は約８万５千ガウス（8.5
テラス；8.5T）が限度であり、これ以上の強磁
界を発生させるためには、上部臨界磁界（Hc2）
の高い化合物系超電導体を用いる必要がある。し
かし、化合物特有の硬く脆い性質のために長尺の
実用線材に加工することは困難であつた。近年、
表面拡散法および複合加工法などの拡散を利用し
た方法が相次いで発明され、Nb3Sn（ニオブ３・
錫）とV3Ga（バナジウム３・ガリウム）化合物
の線材化が可能となり実用に供せられるようにな
つた。表面拡散法とは、例えばNb3Sn化合物線材
の場合Nbテープを溶融Sn浴中を連続的に通過さ
せてテープ表面にSnを付着させた後、適当な温
度で熱処理してNbとSnを拡散反応させテープ表
面に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芯とCu（銅）−Sn固溶
合金体（マトリツクス）とを複合一体化した後加
工、熱処理してCu−Sn合金中のSnのみを選択的
にNbと反応させて、Nb3Sn化合物層を境界面に
生成させる方法で、固体拡散法の一種である。複
合加工法の場合Nb芯およびCu−Sn固溶合金体は
ともに十分な可塑性を有するため、熱処理を施す
以前に要求される線、テープ、管等の任意の形状
に容易に加工が可能である。さらに、Cu−Sn合
金マトリツクス中に多数のNb棒を埋め込んで細
線加工することにより、速い磁界変化に対して安
価な極細多芯形式の線材とすることができる。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Nb3SnあるいはV3Ga化合物物線材はすで
に物性研究用などの小型強磁界マグネツトとして
利用されている。 一方、近年、核融合炉用、高エネルギー貯蔵
用、超電導発電機用等の大型強磁界マグネツトの
開発が進められており、これらに使用される超電
導線材として12T以上の強磁界領域において大き
い臨界電流（Ic）をもち、しかも速い磁界変化に
対して安定な化合物極細多芯線の実用化が急がれ
ている。しかし、従来の純NbとCu−Sn2元合金
との複合体から作製したNb3Sn化合物線材のIcは
12T以上の磁界で急速に低下し、この線材によつ
ては12T以上の磁界を発生し得る超電導マグネツ
トを作製することは困難であつた。一方、V3Ga
化合物線材はNb3Snに比較して強磁界特性がすぐ
れているが、材料の価格がかなり高価なため、線
材を大量に使用する大型設備に関しては有利と云
えず、むしろ少量の合金元素添加により強磁界特
性を改善した複合加工Nb3Sn線材を使用する方が
得策である。本発明者らはさきに、NbにHfある
いはTiを固溶した２元合金芯と、Cu−Sn2元合金
あるいはそれにGaまたはAl（アルミニウム）を
添加した３元Cu基合金体との複合加工により、
強磁界中の超電導特性が顕著に改善されたNb3Sn
化合物線材を製造する方法を発明した（特許
1037064（特公昭55−29528号）、及び特願昭55−
128551（特公昭60−423号）。この場合、Nb芯お
よびCu−Sn合金中の添加金属はNb3Sn化合物の
拡散生成を促進するとともに、一部が化合物層内
に固溶しその強磁界中での超電導特性を高める作
用を有する。しかしながら、極めて細いNb芯を
もつ極細多芯線を加工する場合、Nb芯の加工性
の良いことがとくに重要であり、そのためNb芯
に添加し得るHfやTiの量には限度があり、した
がつて、特性改善にも限界があつた。 本発明は、この問題点を解決しようとするもの
でその目的は強磁界特性が優れ、且つ極細多芯線
への加工も容易なNb3Sn複合超電導体の製造方法
を提供するにある。 本発明者は前記目的を達成すべく研究の結果、
Cu−Snマトリツクス合金中にTi、Zr、Hfを含有
させると強磁界特性が改善されること、そして極
細多芯線への加工を容易にするためには、Nbと
複合体を作るCu基合金体として錫とTi、Zr、Hf
の１種または２種以上を一定量含有させたものを
使用することにより解決し得られることを究明し
得、本発明を完成した。 本発明は、Nb芯とCu基合金体を複合し、押出
し、圧延、線引あるいは管引等の方法により長尺
の線状に加工したのち、熱処理により複合体境界
面にNb3Sn超電導化合物を生成させる複合加工法
によるNb3Sn線材の製造法において、Cu基合金
体としてSnのほかにTi、Zr、Hfのうち１種又は
２種以上の元素を合計で0.1〜８原子％の範囲内
で添加することを特徴とする。さらにNbの代り
に、NbにTi、Zr、Hfのうち１種の元素を0.1〜15
原子％添加したNb合金芯を用いてもよい。Cu合
金中のSn濃度は１〜15原子％の範囲内にあるこ
とが必要で、１原子％以下では熱処理の際Nb3Sn
の生成がきわめて遅くなるとともに、その超電導
特性も著しく劣化する。又15原子％以上ではCu
基合金の加工性を著しくそこなう。とくに望まし
い範囲は５〜９原子％である。Cu基合金に添加
される元素はTi、Zr、Hfのうち１種または２種
以上であり、それぞれ0.1〜８原子％、0.1〜５原
子％、0.1〜５原子％または合計して0.1〜８原子
％の範囲でCu−Sn合金中に含有するものであ
る。最小濃度以下では添加の効果が現われず、最
大濃度以上では、Cu基合金マトリツクスの加工
性をそこなうほか、Nb3Snの超電導特性を低下さ
せる。Ti、Zr、Hfを合計して0.5〜３原子％がと
くに望ましい範囲である。一方、Nb芯に添加す
る元素はTi、Zr、Hfのうちいずれか１種の元素
でありNb中に0.1〜15原子％の範囲内になければ
ならない。添加量が0.1原子％以下では添加の効
果がなく、また、15原子％以上では超電導特性が
劣化するほか、Nb芯の加工性を著しくそこな
う。とくに望ましい添加量の範囲は0.5〜５原子
％である。Nb3Sn化合物を生成させるための反応
熱処理は600〜900℃の範囲が望ましい。600℃以
下ではNb3Sn化合物の生成速度が極めて遅く、ま
た、超電導特性も劣る。900℃以上ではCu基合金
が溶融状態となり線径が不均一となるほか、
Nb3Snの結晶粒が粗大化し、超電導特性が低下す
る。また、Nb3Snを生成させる反応熱処理の前
に、加工された複合材の表面に電気メツキ、溶融
メツキ、真空蒸着等の方法によりSnを被覆して
もよい。これによりSnをマトリツクス中に拡散
させ、マトリツクス内のSn濃度を高め得られ
る。その際のSn量はCu基合金マトリツクスの0.1
〜50体積％が適当で、0.1体積％以下では超電導
特性の改善に効果がなく、また、50体積％以上で
はNb3Sn以外の化合物層が生成して好ましくな
い。さらにSnを被覆した後Nb3Snを生成させる熱
処理の前にCu−Sn合金中への拡散を図る目的で
100〜650℃において予備熱処理を行つても良い。
さらに、Nb3Snを生成させる反応熱処理の後、
Cu基合金体の機械的強度を増すための時効熱処
理を施すことが望ましい。その場合の温度範囲は
200〜600℃が適当で、200℃以下または600℃以上
ではそれぞれCu基合金体を強化させる効果がな
い。 本発明においてCu基合金体に添加されたTi、
Zr、HfはNb3Snを生成させる熱処理の際に、
Nb3Sn化合物層中に固溶し、Nb3Sn化合物の超電
導特性、特にHc2を向上させる。さらにこれらの
添加元素はNb3Sn化合物の生成速度を増加させる
作用があるために、化合物が厚く生成され、従つ
て電流容量の大きな線材が容易に作製出来る利点
がある。これらの添加元素の効果により、12T以
上の強磁界においてIcが顕著に増加するために、
各種超電導利用機器を十分な余裕をもつて強磁界
で使用可能とし機器の安全、信頼性の向上を含め
てその経済的並びに技術的効果はきわめて大き
い。Cu基合金中のTi、Zr、Hfの拡散速度はNb芯
におけるよりもはるかに速く容易にNb3Sn化合物
に供給され固溶するので、Nb芯のみにTi等を添
加した場合よりも添加量を少なくしても特性の改
善がえられる。 極細多芯線を加工する場合芯材の加工性が良い
か悪いかは実用上極めて重要であるが本発明のよ
うに純Nb芯または、Ti、Zr、Hfの添加量の少な
い合金芯を用いることによつて芯の加工性を向上
させられることは実用上特に有利である。例えば
Nb−10原子％Hf合金芯を用いた極細多芯線の加
工では芯径20μｍまでは芯材の切断がなかつたが
５μｍに到ると各所に芯材の切断個所を生じ、特
性の低下を来たした。これに対し、純Nb芯また
はNb−２原子％Hf合金芯を用いた場合には芯径
５μｍまでの伸線加工に何らの支障も生じなかつ
た。Ti、Zr、HfのCu基合金マトリツクスへの添
加はSnの拡散を促進しNb3Snの生成速度を高める
が、加工材の表面にSnを被覆しSnを追加して供
給するという処理を行えばNb3Snの生成が進むに
つれて消費されるCu−Sn合金中のSnを補給出来
るために、さらに大きいIc値を有する線材を作製
することが可能である。また、Nb3Snを生成させ
る熱処理を行つた後時効熱処理を行うことによ
り、Cu基合金中に残存したTi、Zr、Hfの作用で
時効硬化するために、Cu基合金マトリツクスの
耐応力特性を向上させることが出来る。核融合炉
等の大型マグネツトでは巻線材に強い電磁応力が
加わることが予想され、耐応力特性の優れた巻線
材が必要とされるが、本発明はこの点においても
著しく効果がある。 実施例 １ Cu−７原子％Sn，Cu−７原子％Sn−１原子％
Ti，Cu−７原子％Sn−0.5原子％Zr，Cu−７原
子％Sn−１原子％Hf、及びCu−７原子％Sn−１
原子％Ti−0.5原子％Hfの４種のCu基合金体をグ
ラフアイトるつぼを用いタンマン溶解炉にて溶製
した。各Cu基合金体はスエージング、機械加工
等により外径７mm内径3.5mmの合金管とした。こ
の中にNb棒を挿入した複合体を溝ロール及び線
引加工により外径0.5mmの丸線に加工し、アルゴ
ンガス雰囲気中で750℃で50時間熱処理を行なつ
た。さらに、Cu基合金マトリツクスの強化のた
め、350℃で10時間の時効熱処理を加えた。Icお
よび線材の引張り強さ測定の結果を第１表に示
す。Cu基合金マトリツクスへのTi、Zr、Hfの添
加により、強磁界（15T）でのIc特性が改善され
るとともに、時効熱処理により線材の引張り強さ
すなわち耐応力性が増大していることがわかる。
また、本実施例による線材は、第１表の参考例に
示したNb芯のみに４原子％のTiを添加した同寸
法の線材より大きいIc値と引張り強さを示した。
Hf（ハフニウム）を添加してその特性を改善し
たNb3Sn複合超電導体の製造法に関する。 超電導線材は電力消費なしに大電流を流せ、ま
た強磁界までその超電導状態を保つことが可能な
ので、強磁界発生用電磁石の巻線材として利用さ
れている。現在もつとも多量に使用されている線
材はNb（ニオブ）−Ti系の合金線材であるが、そ
の合金線材の発生磁界は約８万５千ガウス（8.5
テラス；8.5T）が限度であり、これ以上の強磁
界を発生させるためには、上部臨界磁界（Hc2）
の高い化合物系超電導体を用いる必要がある。し
かし、化合物特有の硬く脆い性質のために長尺の
実用線材に加工することは困難であつた。近年、
表面拡散法および複合加工法などの拡散を利用し
た方法が相次いで発明され、Nb3Sn（ニオブ３・
錫）とV3Ga（バナジウム３・ガリウム）化合物
の線材化が可能となり実用に供せられるようにな
つた。表面拡散法とは、例えばNb3Sn化合物線材
の場合Nbテープを溶融Sn浴中を連続的に通過さ
せてテープ表面にSnを付着させた後、適当な温
度で熱処理してNbとSnを拡散反応させテープ表
面に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芯とCu（銅）−Sn固溶
合金体（マトリツクス）とを複合一体化した後加
工、熱処理してCu−Sn合金中のSnのみを選択的
にNbと反応させて、Nb3Sn化合物層を境界面に
生成させる方法で、固体拡散法の一種である。複
合加工法の場合Nb芯およびCu−Sn固溶合金体は
ともに十分な可塑性を有するため、熱処理を施す
以前に要求される線、テープ、管等の任意の形状
に容易に加工が可能である。さらに、Cu−Sn合
金マトリツクス中に多数のNb棒を埋め込んで細
線加工することにより、速い磁界変化に対して安
価な極細多芯形式の線材とすることができる。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Nb3SnあるいはV3Ga化合物物線材はすで
に物性研究用などの小型強磁界マグネツトとして
利用されている。 一方、近年、核融合炉用、高エネルギー貯蔵
用、超電導発電機用等の大型強磁界マグネツトの
開発が進められており、これらに使用される超電
導線材として12T以上の強磁界領域において大き
い臨界電流（Ic）をもち、しかも速い磁界変化に
対して安定な化合物極細多芯線の実用化が急がれ
ている。しかし、従来の純NbとCu−Sn2元合金
との複合体から作製したNb3Sn化合物線材のIcは
12T以上の磁界で急速に低下し、この線材によつ
ては12T以上の磁界を発生し得る超電導マグネツ
トを作製することは困難であつた。一方、V3Ga
化合物線材はNb3Snに比較して強磁界特性がすぐ
れているが、材料の価格がかなり高価なため、線
材を大量に使用する大型設備に関しては有利と云
えず、むしろ少量の合金元素添加により強磁界特
性を改善した複合加工Nb3Sn線材を使用する方が
得策である。本発明者らはさきに、NbにHfある
いはTiを固溶した２元合金芯と、Cu−Sn2元合金
あるいはそれにGaまたはAl（アルミニウム）を
添加した３元Cu基合金体との複合加工により、
強磁界中の超電導特性が顕著に改善されたNb3Sn
化合物線材を製造する方法を発明した（特許
1037064（特公昭55−29528号）、及び特願昭55−
128551（特公昭60−423号）。この場合、Nb芯お
よびCu−Sn合金中の添加金属はNb3Sn化合物の
拡散生成を促進するとともに、一部が化合物層内
に固溶しその強磁界中での超電導特性を高める作
用を有する。しかしながら、極めて細いNb芯を
もつ極細多芯線を加工する場合、Nb芯の加工性
の良いことがとくに重要であり、そのためNb芯
に添加し得るHfやTiの量には限度があり、した
がつて、特性改善にも限界があつた。 本発明は、この問題点を解決しようとするもの
でその目的は強磁界特性が優れ、且つ極細多芯線
への加工も容易なNb3Sn複合超電導体の製造方法
を提供するにある。 本発明者は前記目的を達成すべく研究の結果、
Cu−Snマトリツクス合金中にTi、Zr、Hfを含有
させると強磁界特性が改善されること、そして極
細多芯線への加工を容易にするためには、Nbと
複合体を作るCu基合金体として錫とTi、Zr、Hf
の１種または２種以上を一定量含有させたものを
使用することにより解決し得られることを究明し
得、本発明を完成した。 本発明は、Nb芯とCu基合金体を複合し、押出
し、圧延、線引あるいは管引等の方法により長尺
の線状に加工したのち、熱処理により複合体境界
面にNb3Sn超電導化合物を生成させる複合加工法
によるNb3Sn線材の製造法において、Cu基合金
体としてSnのほかにTi、Zr、Hfのうち１種又は
２種以上の元素を合計で0.1〜８原子％の範囲内
で添加することを特徴とする。さらにNbの代り
に、NbにTi、Zr、Hfのうち１種の元素を0.1〜15
原子％添加したNb合金芯を用いてもよい。Cu合
金中のSn濃度は１〜15原子％の範囲内にあるこ
とが必要で、１原子％以下では熱処理の際Nb3Sn
の生成がきわめて遅くなるとともに、その超電導
特性も著しく劣化する。又15原子％以上ではCu
基合金の加工性を著しくそこなう。とくに望まし
い範囲は５〜９原子％である。Cu基合金に添加
される元素はTi、Zr、Hfのうち１種または２種
以上であり、それぞれ0.1〜８原子％、0.1〜５原
子％、0.1〜５原子％または合計して0.1〜８原子
％の範囲でCu−Sn合金中に含有するものであ
る。最小濃度以下では添加の効果が現われず、最
大濃度以上では、Cu基合金マトリツクスの加工
性をそこなうほか、Nb3Snの超電導特性を低下さ
せる。Ti、Zr、Hfを合計して0.5〜３原子％がと
くに望ましい範囲である。一方、Nb芯に添加す
る元素はTi、Zr、Hfのうちいずれか１種の元素
でありNb中に0.1〜15原子％の範囲内になければ
ならない。添加量が0.1原子％以下では添加の効
果がなく、また、15原子％以上では超電導特性が
劣化するほか、Nb芯の加工性を著しくそこな
う。とくに望ましい添加量の範囲は0.5〜５原子
％である。Nb3Sn化合物を生成させるための反応
熱処理は600〜900℃の範囲が望ましい。600℃以
下ではNb3Sn化合物の生成速度が極めて遅く、ま
た、超電導特性も劣る。900℃以上ではCu基合金
が溶融状態となり線径が不均一となるほか、
Nb3Snの結晶粒が粗大化し、超電導特性が低下す
る。また、Nb3Snを生成させる反応熱処理の前
に、加工された複合材の表面に電気メツキ、溶融
メツキ、真空蒸着等の方法によりSnを被覆して
もよい。これによりSnをマトリツクス中に拡散
させ、マトリツクス内のSn濃度を高め得られ
る。その際のSn量はCu基合金マトリツクスの0.1
〜50体積％が適当で、0.1体積％以下では超電導
特性の改善に効果がなく、また、50体積％以上で
はNb3Sn以外の化合物層が生成して好ましくな
い。さらにSnを被覆した後Nb3Snを生成させる熱
処理の前にCu−Sn合金中への拡散を図る目的で
100〜650℃において予備熱処理を行つても良い。
さらに、Nb3Snを生成させる反応熱処理の後、
Cu基合金体の機械的強度を増すための時効熱処
理を施すことが望ましい。その場合の温度範囲は
200〜600℃が適当で、200℃以下または600℃以上
ではそれぞれCu基合金体を強化させる効果がな
い。 本発明においてCu基合金体に添加されたTi、
Zr、HfはNb3Snを生成させる熱処理の際に、
Nb3Sn化合物層中に固溶し、Nb3Sn化合物の超電
導特性、特にHc2を向上させる。さらにこれらの
添加元素はNb3Sn化合物の生成速度を増加させる
作用があるために、化合物が厚く生成され、従つ
て電流容量の大きな線材が容易に作製出来る利点
がある。これらの添加元素の効果により、12T以
上の強磁界においてIcが顕著に増加するために、
各種超電導利用機器を十分な余裕をもつて強磁界
で使用可能とし機器の安全、信頼性の向上を含め
てその経済的並びに技術的効果はきわめて大き
い。Cu基合金中のTi、Zr、Hfの拡散速度はNb芯
におけるよりもはるかに速く容易にNb3Sn化合物
に供給され固溶するので、Nb芯のみにTi等を添
加した場合よりも添加量を少なくしても特性の改
善がえられる。 極細多芯線を加工する場合芯材の加工性が良い
か悪いかは実用上極めて重要であるが本発明のよ
うに純Nb芯または、Ti、Zr、Hfの添加量の少な
い合金芯を用いることによつて芯の加工性を向上
させられることは実用上特に有利である。例えば
Nb−10原子％Hf合金芯を用いた極細多芯線の加
工では芯径20μｍまでは芯材の切断がなかつたが
５μｍに到ると各所に芯材の切断個所を生じ、特
性の低下を来たした。これに対し、純Nb芯また
はNb−２原子％Hf合金芯を用いた場合には芯径
５μｍまでの伸線加工に何らの支障も生じなかつ
た。Ti、Zr、HfのCu基合金マトリツクスへの添
加はSnの拡散を促進しNb3Snの生成速度を高める
が、加工材の表面にSnを被覆しSnを追加して供
給するという処理を行えばNb3Snの生成が進むに
つれて消費されるCu−Sn合金中のSnを補給出来
るために、さらに大きいIc値を有する線材を作製
することが可能である。また、Nb3Snを生成させ
る熱処理を行つた後時効熱処理を行うことによ
り、Cu基合金中に残存したTi、Zr、Hfの作用で
時効硬化するために、Cu基合金マトリツクスの
耐応力特性を向上させることが出来る。核融合炉
等の大型マグネツトでは巻線材に強い電磁応力が
加わることが予想され、耐応力特性の優れた巻線
材が必要とされるが、本発明はこの点においても
著しく効果がある。 実施例 １ Cu−７原子％Sn，Cu−７原子％Sn−１原子％
Ti，Cu−７原子％Sn−0.5原子％Zr，Cu−７原
子％Sn−１原子％Hf、及びCu−７原子％Sn−１
原子％Ti−0.5原子％Hfの４種のCu基合金体をグ
ラフアイトるつぼを用いタンマン溶解炉にて溶製
した。各Cu基合金体はスエージング、機械加工
等により外径７mm内径3.5mmの合金管とした。こ
の中にNb棒を挿入した複合体を溝ロール及び線
引加工により外径0.5mmの丸線に加工し、アルゴ
ンガス雰囲気中で750℃で50時間熱処理を行なつ
た。さらに、Cu基合金マトリツクスの強化のた
め、350℃で10時間の時効熱処理を加えた。Icお
よび線材の引張り強さ測定の結果を第１表に示
す。Cu基合金マトリツクスへのTi、Zr、Hfの添
加により、強磁界（15T）でのIc特性が改善され
るとともに、時効熱処理により線材の引張り強さ
すなわち耐応力性が増大していることがわかる。
また、本実施例による線材は、第１表の参考例に
示したNb芯のみに４原子％のTiを添加した同寸
法の線材より大きいIc値と引張り強さを示した。
【表】
実施例 ２
実施例１と同様にして作製したCu−７原子％
Sn−１原子％TiまたはCu−７原子％Sn−１原子
％Hfの組成のCu基合金管に、アルゴンガス雰囲
気中でアーク溶解後スエージング加工で作製した
Ti、ZrまたはHfを各２原子％含むNb基合金芯を
挿入し、実施例１と同様な加工、熱処理を行なつ
て試料を作製した。Icの測定結果を第１表に示
す。芯及びマトリツクスにTi、ZrまたはHfが添
加されているため、いつそう顕著なIc特性の改善
がえられた。 実施例 ３ 実施例１と同種類の複合体を外径0.5mmの丸線
に加工した後、表面に10μｍの厚さのSnを電気
メツキし、Snのマトリツクス中への拡散のため
450℃で10時間の予備熱処理および750℃で50時間
の反応熱処理を行なつた。Icの測定結果を第１表
に示す。マトリツクスにTi、Zr、Hfを添加した
試料では、Snの被覆によりNb3Sn拡散層の生成が
さらに促進され、Icが増大している。
Sn−１原子％TiまたはCu−７原子％Sn−１原子
％Hfの組成のCu基合金管に、アルゴンガス雰囲
気中でアーク溶解後スエージング加工で作製した
Ti、ZrまたはHfを各２原子％含むNb基合金芯を
挿入し、実施例１と同様な加工、熱処理を行なつ
て試料を作製した。Icの測定結果を第１表に示
す。芯及びマトリツクスにTi、ZrまたはHfが添
加されているため、いつそう顕著なIc特性の改善
がえられた。 実施例 ３ 実施例１と同種類の複合体を外径0.5mmの丸線
に加工した後、表面に10μｍの厚さのSnを電気
メツキし、Snのマトリツクス中への拡散のため
450℃で10時間の予備熱処理および750℃で50時間
の反応熱処理を行なつた。Icの測定結果を第１表
に示す。マトリツクスにTi、Zr、Hfを添加した
試料では、Snの被覆によりNb3Sn拡散層の生成が
さらに促進され、Icが増大している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ニオブまたはこれにチタン、ジルコニウム、
ハフニウムのいずれか１種を0.1〜15原子％含有
させたニオブ合金体と、銅基合金体とより成る複
合体を作り、該複合体を押出し、線引き、圧延あ
るいは管引き等により線、テープあるいは管等の
所望の形状に加工した後、該複合加工材を600〜
900℃で反応熱処理を行ない複合体境界面に
Nb3Sn超電導化合物を生成させる方法において、
銅基合金体として錫１〜15原子％を含み、さらに
チタン0.1〜８原子％、ジルコニウム0.1〜５原子
％、ハフニウム0.1〜５原子％のうち１種または
２種以上を合計で0.1〜８原子％含有せしめた銅
基合金を用いることを特徴とするNb3Sn複合超電
導体の製造法。 ２ 反応熱処理を行つた後、さらに200〜600℃で
時効熱処理を行なう特許請求の範囲第１項記載の
Nb3Sn複合超電導体の製造法。 ３ ニオブまたはこれにチタン、ジルコニウム、
ハフニウムのいずれか１種を0.1〜15原子％含有
させたニオブ合金体と、銅基合金体とより成る複
合体を作り、該複合体を押出し、線引き、圧延あ
るいは管引き等により、線、テープあるいは管等
の所望の形状に加工した後、該複合加工材を600
〜900℃で反応熱処理を行ない複合体境界面に
Nb3Sn超電導化合物を生成させる方法において、
前記反応熱処理を行なう前に、ニオブまたはニオ
ブ合金体と銅基合金体との複合加工材の表面に、
銅基合金体の0.1〜50体積％の錫を被覆すると共
に、銅基合金体として錫１〜15原子％を含み、さ
らにチタン0.1〜８原子％、ジルコニウム0.1〜５
原子％、ハフニウム0.1〜５原子％の１種または
２種以上を合計で0.1〜８原子％含有せしめた銅
基合金を用いることを特徴とするNb3Sn複合超電
導体の製造法。 ４ 反応熱処理を行なつた後、さらに200〜600℃
で時効熱処理を行なう特許請求の範囲第３項記載
のNb3Sn複合超電導体の製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56121479A JPS5823110A (ja) | 1981-08-04 | 1981-08-04 | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 |
| US06/402,581 US4419145A (en) | 1981-08-04 | 1982-07-28 | Process for producing Nb3 Sn superconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56121479A JPS5823110A (ja) | 1981-08-04 | 1981-08-04 | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5823110A JPS5823110A (ja) | 1983-02-10 |
| JPS6117325B2 true JPS6117325B2 (ja) | 1986-05-07 |
Family
ID=14812165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56121479A Granted JPS5823110A (ja) | 1981-08-04 | 1981-08-04 | Ｎｂ↓３Ｓｎ複合超電導体の製造法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4419145A (ja) |
| JP (1) | JPS5823110A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6397416A (ja) * | 1986-10-13 | 1988-04-28 | Kinugawa Rubber Ind Co Ltd | グラスランの取付構造 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6097514A (ja) * | 1983-10-31 | 1985-05-31 | 株式会社東芝 | 複合超電導線の製造方法 |
| JPH0768605B2 (ja) * | 1985-01-18 | 1995-07-26 | 株式会社フジクラ | Ｎｂ▲下３▼Ｓｎ系超電導線材の製造方法 |
| JPS62174354A (ja) * | 1986-01-25 | 1987-07-31 | Natl Res Inst For Metals | Ｔｉ添加Ｎｂ３Ｓｎ複合超電導線材の製造法 |
| US4973527A (en) * | 1989-09-25 | 1990-11-27 | Teledyne Industries, Inc. | Process for making filamentary superconductors using tin-magnesium eutectics |
| SE505912C2 (sv) * | 1995-12-20 | 1997-10-20 | Nitro Nobel Ab | Pyroteknisk laddning för sprängkapslar |
| US20060272145A1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-12-07 | Alabama Cryogenic Engineering, Inc. | Method of producing superconducting wire and articles produced thereby |
| JP4527653B2 (ja) * | 2005-11-18 | 2010-08-18 | ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体 |
| EP2236634B1 (en) | 2009-04-01 | 2016-09-07 | Bruker BioSpin AG | Sn based alloys with fine compound inclusions for Nb3Sn superconducting wires |
| CN107723503B (zh) * | 2017-09-14 | 2019-06-18 | 西安理工大学 | 一种电脉冲辅助制备高固溶度铜锡钛合金的方法 |
| CN107794405B (zh) * | 2017-09-27 | 2020-03-31 | 西安理工大学 | 一种细晶粒铜锡合金及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA902802A (en) * | 1972-06-13 | C. Barber Anthony | Superconductors | |
| JPS55107769A (en) * | 1979-02-09 | 1980-08-19 | Natl Res Inst For Metals | Manufacture of nb3 sn diffused wire |
| JPS5669722A (en) * | 1979-11-12 | 1981-06-11 | Nat Res Inst Metals | Method of manufacturing nb3sn superconductor |
| US4343867A (en) * | 1979-12-19 | 1982-08-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Superconducting wire with improved strain characteristics |
-
1981
- 1981-08-04 JP JP56121479A patent/JPS5823110A/ja active Granted
-
1982
- 1982-07-28 US US06/402,581 patent/US4419145A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6397416A (ja) * | 1986-10-13 | 1988-04-28 | Kinugawa Rubber Ind Co Ltd | グラスランの取付構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5823110A (ja) | 1983-02-10 |
| US4419145A (en) | 1983-12-06 |
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