JPS6262003B2 - - Google Patents

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JPS6262003B2
JPS6262003B2 JP55055769A JP5576980A JPS6262003B2 JP S6262003 B2 JPS6262003 B2 JP S6262003B2 JP 55055769 A JP55055769 A JP 55055769A JP 5576980 A JP5576980 A JP 5576980A JP S6262003 B2 JPS6262003 B2 JP S6262003B2
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JP
Japan
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heat treatment
alloy
layer
wire
plating
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JP55055769A
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English (en)
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JPS56152106A (en
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Yoshimitsu Ikeno
Takashi Saito
Tsukasa Kono
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Fujikura Cable Works Ltd
Original Assignee
Fujikura Cable Works Ltd
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Publication date
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Publication of JPS56152106A publication Critical patent/JPS56152106A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はNb3Sn系の超電導線を製造する方法
に関するものである。
周知の如く金属間化合物であるNb3Sn系の超電
導材料は、他の金属間化合物系超電導材料や合金
系超電導材料と比較して超電導特性が優れている
ため、核融合炉に使用される超電導磁石等の超電
導線として有望視されている。しかしながら
Nb3Snは金属間化合物の状態ではきわめて脆く、
加工性、特に延性や展性が悪いため一般の塑性加
工によりNb3Snの棒材を所望の径の線材に加工す
ることは困難である。そのため、Nb3Sn系の超電
導線の実際的な製造方法としていくつか提案がな
されているが、その内の一つとしてブロンズ法と
称される方法がある。このブロンズ法は、Cu−
Sn合金(ブロンズ)の基地中に多数のNb芯材を
埋込み、未だ金属間化合物のNb3Snが生成されて
いない状態で縮径加工を施した後、熱処理によつ
てNbとSnを相互に拡散させるとともにNb3Snを
生成するものである。この方法ではCuがSn拡散
のキヤリヤとして作用するためNb3Snの生成に要
する熱処理時間が比較的短時間で済み、またCu
−Sn合金は工業的に縮径加工可能であり、これ
らの点から実際に適用可能である。しかしながら
この方法では前述のように縮径加能であるとは言
うものの、効率良くNb3Snを生成させるため比較
的Sn濃度の高いCu−Sn合金を用いれば、加工硬
化が生じ易くなるため、縮径加工工程中途におけ
る中間焼鈍の回数が著しく多くなり、その結果作
業能率が著しく低下するとともに製造コストが蓄
しく上昇する問題がある。
そこでこの発明の発明者等は上述の問題を解決
するため、ブロンズ法の改良法を既に提案してい
る。この方法はCu−Sn合金としてSn10重量%未
満の低Sn濃度のCu−Sn合金を用い、そのCu−
Sn合金基地中に前記同様にNb芯材を多数埋込ん
でなる複合線に縮径加工を施した後、その複合線
の表面(すなわちCu−Sn合金表面)にSnメツキ
を施し、その後において熱処理を施してSn拡散
およびNb3Sn生成を行うようにしたものである。
この方法ではCu−Sn合金基地が低Sn濃度である
ため加工性が良好であつて中間焼鈍の回数を少な
くすることができ、また外側のSnメツキ層によ
りCu−Sn合金におけるSnの不足を補うため高Sn
濃度のCu−Sn合金を用いたブロンズ法と同程度
のNb3Sn生成効率を得ることができる等の利点が
ある。
ところで上述の改良ブロンズ法(ブロンズ−
Snメツキ法)においてSnを拡散させかつNb3Sn
を生成するための熱処理としては、縮径加工およ
びSnメツキ後の複合線にNb3Snの生成温度すなわ
ち700〜800℃の温度で数10〜100時間程度の熱処
理を施すことが考えられている。Snメツキ層の
厚みが薄い場合にはこの熱処理法で特に支障はな
いが、良好な超電導特性を得るべく多量のNb3Sn
を生成させるためにSnメツキ層の厚みを厚くし
た場合、上述の熱処理法では処理後の線材表面に
黒色を呈する極めて脆い部分が発生する間題があ
る。この黒色部分は、超電導特性を持たない別の
金属間化合物であるNb3Sn2であると思われ、ま
たこのNb3Sn2層は、前述の熱処理時に表面のSn
メツキ層からCu−Sn合金基地中へのSnの拡散
と、Cu−Sn合金基地からNb芯材へのSnの拡散と
が同時的に行なわれず、表面のSnメツキ層から
のSn拡散が遅れ、そのためNb3Snよりも生成速度
が速いNb3Sn2層が表面層に生成されてしまうた
めであると思われる。このような黒色のNb3Sn2
層は前述のように極めて脆くしかも超電導特性を
持たないから、この層が発生すれば超電導線の機
械的特性を低下させるとともに、Nb3Sn層の生成
量が少なくなつて超電導線の超電導特性が低下す
る問題が生じる。一方、前述のように縮径加工し
てSnメツキを施した後、直接Nb3Sn生成温度で熱
処理せず、一旦400℃附近で数時間から数10時間
程度の熱処理を施してからNb3Snの生成温度
(700〜800℃)で数10〜100時間程度の熱処理を施
す方法も試みられているが、この方法でもSnメ
ツキ層の厚みが厚い部分には黒色のNb3Sn2層が
生成されてしまうことを確実には防止し得ないの
が実情であつた。
以上のような事情から、この発明の発明者等
は、前述の改良ブロンズ法(ブロンズ−Snメツ
キ法)においてSnメツキ層が厚い場合でも黒色
のNb3Sn2層が生成されないように熱処理する方
法、換言すれば良好な超電導特性を得るべく
Nb3Snを多量に生成させるためにSnメツキ層を厚
くしても、機械的強度を損うことなく実際に良好
な超電導特性を得ることができるようにする熱処
理方法を開発するべく鋭意実験・研究を重ねたと
ころ、最適な熱処理条件を見出し、この発明をな
すに至つたのである。
すなわちこの発明の方法は、前述のように低
Sn濃度のCu−Sn合金基地中に多数のNb芯材を埋
込んだ複合線に縮径加工を施して表面にSnメツ
キ層を形成した後、Snの融点(約232℃)よりも
低くかつ100℃以上の温度で1次熱処理を施し、
続いてSnの融点よりも高くNb3Snの生成温度より
も低い温度において2次熱処理を施し、その後
Nb3Sn生成温度の700〜800℃で3次熱処理を施す
ことを特徴とするものである。
以下この発明の方法につきより詳細に説明す
る。
この発明の製造方法においては先ず既に提案さ
れている方法と同様にCu−Sn合金の基地中に純
Nbからなる芯材を多数埋込んで複合線を作り、
その複合線に縮径加工を施して所望の線径とした
後、表面にSnメツキを施す。このSnメツキまで
の工程について説明すると、先ず上述のような複
合線を作るためには、例えば第1図Aに示すよう
にCu−Sn合金からなる中空な管材1にNbの粉
末、線材もしくは棒材等からなるNb芯材2を挿
入し、さらにその管を複数本集合して第1図Bに
示すようにCu−Sn合金からなる管材3に挿入
し、さらに必要に応じてそれを複数本集合して第
1図Cに示すようにCu−Sn合金製の管材4に挿
入し、同様の過程を必要に応じて1回または2回
以上繰返せば良く、またその間、必要に応じて押
出加工、スエージング加工、伸線・引抜加工等の
縮径加工を施せば良い。このようにして得られた
複合線に対し最終的に所望の線径となるまで縮径
加工を施せば、第1図Dに示すようにCu−Sn合
金基地5中に極細線状のNb芯材2が多数本埋込
まれた極細多芯構造線が得られるから、続いて第
1図Eに示すようにその表面すなわちCu−Sn合
金基地5の表面に所望の厚みのSnメツキ層6を
電気メツキ等により形成すれば良い。なおここで
Cu−Sn合金としてはSn含量が10重量%以上では
加工性が悪くなつて縮径加工中に加工硬化が生じ
易くなるから中間焼鈍の回数を減少させる効果が
得られず、したがつてSn含量は10%未満とする
ことが望ましく、またSn含量が少な過ぎれば外
側のSnメツキ層からSnを補給しても充分な量の
Nb3Snを生成できなくなるからSnは少くとも2重
量%以上であることが望ましく、さらに、特に加
工性を良好にしてしかも充分な量のNb3Snを生成
させるための最適範囲は5〜6重量%程度であ
る。
上述のようにしてSnメツキ層が形成された極
細多芯構造線には、3段階にわたつて熱処理を施
す。最初の1次熱処理は、Snの融点すなわち約
232℃よりも低くかつ100℃以上の温度、好ましく
は150℃〜200℃の温度において25時間〜200時間
施せば良く、またこの一次熱処理は真空中または
不活性ガス雰囲気中で行えば良い。この1次熱処
理により表面のSnメツキ層のSnと内側のCu−Sn
合金基地中のCuとが相互に拡散し、これによつ
て表面はSn濃度の高いCu−Sn合金層となる。続
いてSnの融点(約232℃)よりも高くかつNb3Sn
生成温度(700〜800℃)よりも低い温度、好まし
くは350℃〜500℃程度、より好ましくは400℃程
度で10時間〜100時間程度2次熱処理を前記同様
な雰囲気で行う。この2次熱処理により表面の
Sn濃度の高いCu−Sn合金層中のSnが内部のSn濃
度の余り高くない基地中へ拡散する。引続いて
Nb3Sn生成温度、すなわち700〜800℃の温度にて
50時間〜150時間程度の3次熱処理を前記同様な
雰囲気で行う。この3次熱処理によりSnがNb芯
材に拡散してNb3Snが生成される。
以上の3段熱処理過程において、1次熱処理時
には表面のSnメツキ層が合金化されるから、次
の2次熱処理時には表面が溶融流動することな
く、Cu−Sn合金基地と外側の合金層(Snメツキ
層であつた部分)のSn濃度が均一化され、内部
までSn濃度が高くなる。したがつてNb3Sn生成温
度の3次熱処理時にはすみやかにNb3Snが生成さ
れ、またこの際SnがNb芯材へ拡散されるのみな
らずNbもCu−Sn合金層中へ拡散されるが、その
拡散時にはすでに高Sn濃度の表面のSnメツキ層
(Sn単独層)はほとんど存在しなくなつているか
ら、表面にNb3Sn2層が生成されることが防止さ
れる。
以上のようにして、黒色の脆いNb3Sn2層が表
面に生成されることなくNb3Snが効率良く生成さ
れる。
次にこの発明の実施例および比較例を記す。
比較例 1 Sn6重量%を含有するCu−Sn合金基地中に、
1045本のNb芯材を埋込み、外径0.2mmφ、一方の
Nb芯材の径が約2.8μmとなるまで縮径加工を施
して複合線を作り、その複合線の表面に3.0μm
以下のメツキ層を形成した後、直接740℃にて100
時間熱処理を施したところ、Nb3Sn2の黒色相を
生成することなく、Nb3Sn系超電導線を得ること
ができ、その超電導特性を測定したところ、
4.2K、4Tの磁場における臨界電流値ICが50Aな
る良好な特性を得ることができた。
比較例 2 比較例1と同様な複合線に3.5μmのSnメツキ
層を生成し、直接740℃にて100時間熱処理を施し
たところ、表面に黒くて脆いNb3Sn2層が生成さ
れることが確認された。また、あらかじめ180℃
×72時間熱処理を施した後740℃にて100時間熱処
理した場合、およびあらかじめ400℃×10時間熱
処理を施した後740℃にて100時間熱処理した場合
も前記同様に黒色の脆いNb3Sn2層が生成され
た。
実施例 比較例1と同様な複合線に3.5μmのSnメツキ
層を形成した後、1次熱処理として180℃×72時
間熱処理し、続いて2次熱処理として400℃×8
時間処理し、さらに3次熱処理として740℃×100
時間熱処理したところ、線材表面に黒色の脆い部
分が発生することなく、Nb3Sn系超電導線を得る
ことができ、またその超電導特性を測定したとこ
ろ、4.2K、4Tの磁場中における臨界電流値が
70Aとなつて、高い特性を有することが確認され
た。
以上の説明で明らかなようにこの発明の製造方
法によれば、ブロンズ−Snメツキ法において表
面のSnメツキ層の厚みを厚くしても表面に黒色
の脆いNb3Sn2を生成することなくNb3Snを生成さ
せることができ、したがつて多量のNb3Snを生成
するべく表面のSnメツキ層を厚くして、高い超
電導特性を有する超電導線を実際的に安定して製
造することができ、しかも機械的特性を低下させ
ることがない等、種々の効果を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜Eはこの発明の前提となるブロンズ
−Cuメツキ法の一例を段階的に説明するための
略解図である。 2……Nb芯材、5……Cu−Sn合金基地、6…
…Snメツキ層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Cu−Sn合金の基地中に多数のNb芯材を埋込
    んで複合線を作り、その複合線に縮径加工を施し
    た後Cu−Sn合金基地の表面にSnメツキを施し、
    しかる後Snを拡散させてNb3Snを生成するNb3Sn
    系超電導線の製造方法において、 前記Snメツキ後にSnの融点よりも低くかつ100
    ℃以上の温度で1次熱処理を施し、次いでSnの
    融点より高くかつNb3Sn生成温度よりも低い温度
    で2次熱処理を施し、さらにNb3Sn生成温度で熱
    処理を施してNb3Snを生成させることを特徴とす
    るNb3Sn系超電導線の製造方法。
JP5576980A 1980-04-25 1980-04-25 Method of manufacturing nb3sn superconductive wire Granted JPS56152106A (en)

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