JPS62110207A - ニオブ・チタン極細多芯超電導線 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野１ この発明は、ニオブ・チタン極細多芯超電ｓ！ｉＩにＩ
ＳＩ′ｌするもので、特に、常電導金属のマトリクス中
にニオブ・チタン合金フィラメントが埋め込まれた構造
のニオブ・チタン愼柵多芯超電８線に関するものである
。

［従来の技術］ ニオブ・チタン（ＮｔｌＴｉ）超電Ｓ線は、ＮｂＴｉ合
金の加工性の良さから、たとえば、マトリクスとして、
銅、銅合金、またはアルミニウムを用いた複合塑性加工
技術によつ【製作される。すなわち、Ｎｂ　Ｔｉ合金を
銅などの安定化材で被覆した複数の素線を大型鋼管の中
に多数本挿入し、熱間押出法などによって縮１子し、そ
の後伸線加工を行ない、所望の線材を１ｑることができ
る。その過程で、４００℃前優の熱処理を成る一定時間
、あるいは伸線過程の任意の段階で複数回施すことによ
り、Ｎｂ　Ｔｉ合金フィラメント内に転位セルや析出相
などのビン止め点を作り、臨界電流密度Ｊ　ｃを高め、
所望の性能をもつ超電導線が製作される。超電導線にお
いて、そこを流れる電流密度が臨界７ｕ流密度Ｊｃを超
えると、常７■導状態に変わるため、高い臨界電流密度
Ｊｃを追及すること【よ、超電導線にどって重要なこと
である６Ｎｂ　Ｔｉ合金のような第■種ｉｆ１電導体に
おいては、ピン止め点を導入することにより、臨界電流
密度ＪＣの向上を図る方法がとられている。前述した４
００℃前後の熱処理は、このようなピン止め点の生成の
ために行なわれるものである。

［ｒｅ明が解決しようとする問題点］ 従来、熱処理温度と時間とを最適化したり、熱処理を複
数回実施することによって、ピン止め点を増加さＵ、そ
れによって臨界電流密度Ｊ　ｃの値を成る程度まで高め
ている。また、ジルコニウム、ハフニウム等の第３元素
の添加も試みられており、析出相の１ｉｌｌｔｉＧに代
る程度の効果を示している。

しかしながら、以上のような従来の方法では、臨界電流
密度Ｊｃの値は、成るレベルより飛躍的に向１するには
至っていない。

他方、最近では、Ｎｂ　Ｔｔ　Ｑ金の良好な加工性に注
目して、ＮｂＴｉ合金フィラメント径の細い超極細多芯
線の製造も試みられている。Ｎｂ　Ｔ＋合金フィラメン
ト径を小さく１−ることにより、ヒステリシスロスに代
表されるＡＣロスが小さくなり、商用周波数で使用され
る交流機器への応用ちＩ］侍されるのである。

しかしながら、Ｎｂ　Ｔｉフィラメント径を小さくする
と、次に述べるような問題点に遭遇することがわかった
。

すなわら、臨界電流密度Ｊｃを高めるために熱処理が施
されるが、これにより、α−７ｉが析出し、加工性が悪
くなる。したがって、伸縮工程においてフィラメントの
断線が発生し、この断線に起因して、多芯線の臨界電流
密度が劣化する。ｎに、フィラメント径が１μ糟以下に
なると、断線が著しく発生し、臨界電流密度が劣化する
ことが知られている。したがって、交流機器への応用の
期待にもかかわらず、低いＡＣロスの特性を有する線材
でありながら、その低い臨界電流密度のために効果を発
揮できて０ないのが現状である。

また、１ｌＩＰｉＩ電流密度ＪＣを高めるための熱処理
は、Ｎｌｌ　Ｔ＋金合金常電導金属との拡散反応も生じ
させる。この拡散反応は、Ｎｂ　Ｔ＋金合金超電導性を
阻害する方向に働く。したがって、ＮｂＴ１合金フィラ
メント径が小さくなると、この拡散反応領域の割合が増
し、これによっても、臨界型流密ＩＥ［Ｊｃを低下させ
る結果を招く。

（こで、この発明は、上述した従来のＮｂ　Ｔｉ多芯超
電Ｓ線における、臨界電流密度Ｊｃ低下の問題点および
細フィラメント化した際の性能の劣化に関り゛る問題点
を解決しようとするものである。

［問題点を解決するための手段１ 本発明者は、上記の問題点を解決すべく鋭意研究した結
果、次のことを明らかにした。

Ｖ　’Ｊわら、フィラメント径が２０００Ａ以下になる
と、細フィラメント・の効果により、特に低磁界での臨
界電流密度Ｊ　ｃが増大する。他方、フィラメント径が
３００Δ未満では、フィラメントの断線により臨界゛上
流密度Ｊｃが急激に低下する。

したがって、フィラメント径は３００Ａ以上が好ましい
。

（２＞　　Ｎｌ＋Ｔｉ合金を仕切る！オ電導金属の厚常
電導金属の厚みが１０００Ａ以下になると、高い臨界電
流密度Ｊｃが得られる。逆に、このＪ７みが５０Δ以下
では、臨界電流密度Ｊｃが急激に劣化する。

なお、この発明によるＮｂ　Ｔｉ　ｆｉ細多芯超電導線
を得る場合、Ｎｂ丁１合金と常電導金属とを複合した後
は、積極的な熱処理は施さず、冷間加工のみで減面加工
することが好ましい。すなわら、所望の径のＮｂ　Ｔｉ
合金フィラメントを（！するため、２００℃を超えない
温度で伸線されるのが好ましい。この２００℃という温
度は、ダイスを用いて冷間で伸線を行なうとき、自然に
発生する加工発熱のｆ＆高温度にほぼ対応する。したが
って、積極的な熱処理を施さなければ、伸線中において
、２００℃を越えない温度に保たれることができる。

第１図には、熱処理温度が臨界電流密度Ｊｃに与える影
響が示されている。この第１図に示したデータは、多芯
超電Ｉ１Ｍ全体の径が５．１ｒａｍで、ここに、直径１
．４μｍのＮｂＴｉ合金フィラメントが３．６２７．２
４７本埋め込まれたものを試料としており、各温度で４
時間の熱処理を行なった場合が示されている。すなわち
、第１図に示したデータは、この発明によるＮｂ　Ｔｉ
極細多芯ＪｊＩ電導線を得る途中の段階でサンプリング
した試料に基づいている。

第１図かられかるように、熱処理温度２００℃を超える
と臨界電流密度Ｊｃが低下する傾向にあり、特に３００
℃以上は臨界電流密度Ｊｃの劣化が若しい。これは、熱
処理温度が高くなると、Ｎｂ　Ｔｉ合金と常電導金属と
の拡散反応が生じ、Ｎｂ　Ｔｉ合金の超電導特性が壊さ
れるためであると考えられる。特に、この発明に係る極
細多芯超電導線においては、Ｎｂ　Ｔｉ合金フィラメン
トや、それを仕切る常電導金属層が微小領域であるため
、上）ホの拡散反応が生じる部分の割合が高くなる。

また、２００℃以上の熱処理を施すと、α相が析出し、
これにより加工硬化が著しくなる。したがって、その後
の伸線加工において、フィラメント・の断線がＲ１じや
すくなる。本発明者による実験によれば、 （１）　０〜１００℃で５時間の熱処理に″よれば、ａ
ｌｌ！ｌ！径０　、　１１＋ｌＩＩ　（ｃｌ：＋７）　
トｅ　（７）　７　（７；Ｉ　ント径は０．０２９μｌ
１ｌ）まで、良好な伸線性が１ｑられ、 （２）　　１５０℃で５時間の熱処理によれば、最ｎ線
径０．７１１ｍｍおよび０．２８ｍｍ（このときのフィ
ラメント径は、それぞれ、０．２１μｍおよび０．０８
１μＩ）までの伸線性はほぼ良好であり、他方、 （３）　　２３０℃で５時間の熱処理によれば。

最終線径０．７１１ｍ＋および０．２８１１１１（ｃ：
（７）ときのフィラメント径は、それぞれ、０．２１μ
ｍおよび０．０８１μｍ）までの伸線は不可能であり、
さらに （４）　　３００〜４００℃で１〜４８時間の熱処理に
よれば、最終線径０．７１ｍ１このときのフィラメント
径は０．２１μｍ＞までの伸線は不可能であった。

なお、伸ね中における温度を０℃以下としたとき、ｍ材
の像度が高くなり、伸縮中にダイス割れ＼″’Ｉ！ｉｔ
’Ｉ！ｉｔ材割る。また、このような低温は、経済上の
理由から、実用的でない。

［作用１ この発明によるＮｂ　Ｔｉ極細多芯超電導線における、
ＮｂＴｉ合金フィラメントの細線化による臨界電流密度
Ｊｃの増大は、次のように解釈することができる。

一般に、Ｎｂ　Ｔｉ合金のような第■種ｍ電導体では、
１；部臨界６ｔＩ揚ＨＣＩを超えると、磁場が磁束里子
の形ぐ浸入を開始する。そして、この磁束量子にシュ、
外ｌｆｆ５ｆｆｉ流を流し始めると、ローレンツ力［Ｌ
が動く。しかし、磁束吊子の動きを阻止するビン止め力
Ｆｐ　−Ｊｃ−８により、ＦＬ＝Ｆｌ）の条件で決まる
臨界？ｌｉ流１ｃまＣ完全導電性が保たれる１゜ このビン止め力の起因となるビン止め点が、この発明に
係る超電導線では、特に数ＴＯ５Ｉａ以下の領域ｅＮｂ
ＴｉＮｂＴｉ合金フィラメントする常電導金属層によつ
Ｃ実現されるものと推測される。

そして、その間隔が磁束量子の格子幅に近いとき、臨界
電流密度Ｊｃが大きくなる。

すなわち、ＮｂＴｉ合金フィラメント径が３００〜２０
００△、常電導金属層の厚みが５０〜１０００Ａのとき
、臨界電流密度Ｊａ／ｆｉ高い直をとる。

なｄ３、常電導金属層の厚みが、５０Δ未満Ｃは、臨界
電流密度Ｊｃが急激に低下するのは、常電導部の範囲が
微小なためビン止め点となり１ｑないことが原因である
と考えられる。

［発明の効果１ この発明によれば、Ｎｂ　Ｔｉ合金フィラメントの厚み
を５０〜１０００Ａの範囲どすることにより、常電導金
属部がビン止め点の役割を宋たしていると考えられ、そ
れによって、高い臨界電流密度Ｊ　ｃを冑ることが′Ｃ
さる。

また、従来のように、転位ヒルや析出相によるビン［［
め点を生成するための加熱処理を行なう必要がない。し
たがって、伸線のみの工程で所望の臨界電流値をもつ線
材を製造することができ、製造コストが低くなる。同時
に、熱処理による問題点、すなわら、ＮｂＴｉ合金フィ
ラメントの断線、あるいｌよＮｂＴｉ合金と常電導金属
との拡散反応、といった問題点も解決される。

また、この発明では、Ｎｌ）　Ｔ；合金フィラメントが
極めて細くされるのｒ、ＡＣロスが少なくなる。そのた
め、商用周波数で用いる交流機器用超電導線としても使
用可能となり、超電導線の適用範囲を広げることができ
る。なお、従来から超電導線が用いられている分野、た
とえば核磁気共鳴１ｇｉ層囮影装置のマグネットあるい
は高エネルギ加速２！１などに用いられる超電導線とし
ても利用できるのはｂ’５ろんである。

また、この発明によれば、Ｎｂ　Ｔｉ合金フィラメント
径が小さいにもかかわらず、臨界Ｔｉ流重密度　Ｏ’　
７ＪＩ高いので、多芯電電導線全体に占める高価＜ｒＮ
ｌ］ＴｉＮｂＴｉ合金低くなるので、コストの低トも期
ｔ！することができる。

［実施例１ （１）　直径１６Ｈ１のＮｔｌ　Ｔｉ合金棒を、内径１
７ｍ＋＋ａおよび外径２０ＩＩｍのＣｕＮｉバイブに挿
入し、複合系線とし、直径０．８１ｍｍになるまで伸線
を施した。

（２）　その優、この複合素線を１６９本束ねＣ１再び
、ＣｕＮｉバイブへ挿入し、減面加工を施した。このと
き、Ｎｂ　Ｔｉ合金フィラメント径１０に対し、Ｎｂ　
Ｔｉ　合金フィラメントを仕切るＣｕＮｉの厚さは３で
あった。

（３）　上記（２）の集合・複合化を、その環２回繰返
しく最終の集合・複合化は１２７本の素１ｍ）、最終的
に、ＣｕＮｉマトリクス中に、１６９ｘ１６９ｘ１２７
−３．６２７，２４７本 のＮｂＴｉ　フィラメントを持つＮｂ　Ｔｉ極細多芯線
を製造した。

（４）　さらに、フィラメント径が０．１μｍ以下、す
なわら１０００Ａ以下になるまで、冷間伸線を施した。

途中、フィラメント径のいくつか異なるり゛ンプルを採
取した。

伸線による最終線径は、Ｑ、１＋ｎｎ＋であり、このと
きのフィラメント径は、０．０２９μｍであつＩこ　。

ＶＪられＮｂ　Ｔｉ　［ｉ細多芯超電導線の概略的な断
面構造が第２図に示されている。第２図番よ、Ｎｂ゛［
（惨細多芯超電ＩＩ線１全体を最も上に示し、その一部
を中間に拡大して示し、さらに、中間に示したものの一
部を最も下に拡大して示している。

第２図の最も下には、上記（１）の工程ぐ得られた第１
数少合Ｉ／ｉ線２を、（２）の工程Ｃさらに複合した第
２数少合素線３が示され【いる。黒で塗りつぶした箇所
が、Ｎｂ　Ｔｉ合金フィラメン］−４であり、その他の
箇所がＣｕＮｉ部分５である。

第２図の中間には、第２数少合索！３をさらに複合した
第３Ａｍ合素線６が示されている。そして、最も土に示
したＮ１）Ｔ１極細多芯超ｔ１１導線は、この第３吹田
合素線６がざらに複合されて成り立っている。

上記（４）の工程で（１）られたフィラメント径の異な
るサンプルについＣ，臨界電流密度Ｊ　ｃを１Ｔ　ｅｓ
ｌａから８Ｔｅｓｌａまでの外部ｆｉ！場中で測定し、
その結果を第３図に示した。

第３図に示すように、フィラメント径０．０３μ■から
０．２μｌまでの範囲で、臨界電流密度Ｊｃの向上が見
られる。特に、磁束密度４Ｔｅｓｌａ以下の外部ｍ場で
の臨界電流密度Ｊｃの向上が著しい。

なお、この発明において用いるＮｂ　Ｔｉ合金の組成比
率は、超電導特性を示すものであれば、どのような範囲
であってもよく、一般に、Ｔｉが４０〜７０重ｉｔ％で
あれば、超電導特性を丞すとされている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｎｂ　Ｔｉ超電導線における、熱処理温度が
臨界電流密度Ｊｃに与える影響を示すグラフぐある。第
２図は、この発明の一実施例の断面構造を図解的に示す
もので、順次、一部が拡大されて示されている。第３図
は、Ｎｂ　Ｔｉ合金フィラメント径と臨界電流密度Ｊｃ
との関係を示すグラフである。 図において、１はＮｂ　Ｔｉ極細多芯超電導線、４はＮ
ｂ　Ｔｉ合金フィラメント、５はＣｕＮｉ部分である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）常電導金属のマトリクス中に３００Å以上２００
   ０Å以下の径をもつ複数のニオブ・チタン合金フィラメ
   ントが埋め込まれ、かつニオブ・チタン合金を仕切る常
   電導金属の厚みが５０Å以上１０００Å以下であること
   を特徴とする、ニオブ・チタン極細多芯超電導線。
2. （２）前記ニオブ・チタン合金フィラメントは、２００
   ℃を超えない温度で伸線されて前記３００Å以上２００
   ０Å以下の径とされたものである、特許請求の範囲第１
   項記載のニオブ・チタン極細多芯超電導線。