JPS6288218A - 多段階の熱処理を施すNb↓3Sn超電導線の製造方法 - Google Patents
多段階の熱処理を施すNb↓3Sn超電導線の製造方法Info
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- JPS6288218A JPS6288218A JP60229087A JP22908785A JPS6288218A JP S6288218 A JPS6288218 A JP S6288218A JP 60229087 A JP60229087 A JP 60229087A JP 22908785 A JP22908785 A JP 22908785A JP S6288218 A JPS6288218 A JP S6288218A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
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」
本発明は、超電導マグネット等の各種超電導機器に用い
られるNb3Sn超電導線を製造する方法に関するもの
である。
られるNb3Sn超電導線を製造する方法に関するもの
である。
「従来の技術J
金属間化合物系超電導(オ料として知られるNb3Sn
は、加工性、特に、展性や延性が悪い欠点があり、金属
間化合物の棒体を加工することは困%tであるため、従
来、Nb3Sn超電導線を製造する場合には、未だ金属
間化合物となっていない複合素線の状聾で加工を施し、
所望の直径の線材を得た後に、拡散熱処理を施すことに
よって金属間化合物を生成さけ、超電導線を製造してい
る。
は、加工性、特に、展性や延性が悪い欠点があり、金属
間化合物の棒体を加工することは困%tであるため、従
来、Nb3Sn超電導線を製造する場合には、未だ金属
間化合物となっていない複合素線の状聾で加工を施し、
所望の直径の線材を得た後に、拡散熱処理を施すことに
よって金属間化合物を生成さけ、超電導線を製造してい
る。
ところで、前記Nb3Sn超電導線を製造する方法の一
例として、本出願人は、以下に説明するような方法を特
公昭56−152106号公報に示す明細書において提
案している。この方法は、まず多数のNb芯線をCuか
らなる安定化分社内に配置して複合素線を作製し、この
複合素線の外周にSnめっきを施してめっき複合素線を
作製する。
例として、本出願人は、以下に説明するような方法を特
公昭56−152106号公報に示す明細書において提
案している。この方法は、まず多数のNb芯線をCuか
らなる安定化分社内に配置して複合素線を作製し、この
複合素線の外周にSnめっきを施してめっき複合素線を
作製する。
次に、このめっき複合素線に、Snの融点より低く10
0℃以上の温度に加熱する第1予備熱処理を施してSn
の拡散を促し、次いで、Snの融点以上の温度であって
、Nb3Sn生成用の拡散熱処理温度よりら低い温度に
加熱する第2予備熱処理を施し、この後に、拡散熱処理
を施してNb3Sn超電導線を製造するのである。
0℃以上の温度に加熱する第1予備熱処理を施してSn
の拡散を促し、次いで、Snの融点以上の温度であって
、Nb3Sn生成用の拡散熱処理温度よりら低い温度に
加熱する第2予備熱処理を施し、この後に、拡散熱処理
を施してNb3Sn超電導線を製造するのである。
「発明が解決しようとする問題点」
前記方法により製造したNb3Sn超電導線にあっては
、Cu−3n合金系におけるδ相(Cuas n、)の
析出を阻止することができ、高い超電導特性を有する超
電導線を製造できるものの、本出願人が更に特性の優れ
た超電導線の製造方法について鋭意研究を重ねたところ
、前記方法によって超電導線を製造した場合、以下に記
述するような問題を生しることが判明した。即ち、拡散
熱処理後の線材表面にSnの溶融跡と見られる凹凸が生
じるとともに、表層部にSnに富む脆い5n−Cu金属
間化合物(η相(Ct+aSn)やε相(Cues n
5))が生成する関係から、線材の機械強度が低下する
問題を生じていた。またη相やε相を生成するためにS
nが消費されてしまう関係から、めっきにより供給した
SnがNbtSnの生成に十分寄与しないために、Nb
aSnの生成量に不足を生じる問題を有していた。
、Cu−3n合金系におけるδ相(Cuas n、)の
析出を阻止することができ、高い超電導特性を有する超
電導線を製造できるものの、本出願人が更に特性の優れ
た超電導線の製造方法について鋭意研究を重ねたところ
、前記方法によって超電導線を製造した場合、以下に記
述するような問題を生しることが判明した。即ち、拡散
熱処理後の線材表面にSnの溶融跡と見られる凹凸が生
じるとともに、表層部にSnに富む脆い5n−Cu金属
間化合物(η相(Ct+aSn)やε相(Cues n
5))が生成する関係から、線材の機械強度が低下する
問題を生じていた。またη相やε相を生成するためにS
nが消費されてしまう関係から、めっきにより供給した
SnがNbtSnの生成に十分寄与しないために、Nb
aSnの生成量に不足を生じる問題を有していた。
「発明の目的J
本発明は、前記問題に鑑み、先に本出願人が提案した方
法を発展させてなされたもので、安定化母材の外周に形
成したSnを金属間化合物の生成のために消費させるこ
となく N bz S nの生成に寄与できるようにす
るとともに、Cu−5n金属間化合物を無くすることに
より、機械強度の高い安定した性能の超電導線を製造で
きる方法を提供することを目的とする。
法を発展させてなされたもので、安定化母材の外周に形
成したSnを金属間化合物の生成のために消費させるこ
となく N bz S nの生成に寄与できるようにす
るとともに、Cu−5n金属間化合物を無くすることに
より、機械強度の高い安定した性能の超電導線を製造で
きる方法を提供することを目的とする。
「問題点を解決するための手段」
本発明は、前記問題点を解決するために、被覆複合素線
に、Snの融点より低い温度に加熱する第1熱処理と、
Snの融点より若干高い温度に加熱する第2熱処理と、
この第2熱処理温度よりも高く、350℃より低い温度
に加熱する第3熱処理と、この第3熱処理温度よりも高
く、拡散熱処理温度より低い温度(通常500〜600
℃)に加熱する第4熱処理と、拡散熱処理を順次施すよ
うにしたものである。
に、Snの融点より低い温度に加熱する第1熱処理と、
Snの融点より若干高い温度に加熱する第2熱処理と、
この第2熱処理温度よりも高く、350℃より低い温度
に加熱する第3熱処理と、この第3熱処理温度よりも高
く、拡散熱処理温度より低い温度(通常500〜600
℃)に加熱する第4熱処理と、拡散熱処理を順次施すよ
うにしたものである。
「作用 」
第1熱処理によってSn層中のSnが安定化母材の表層
部中に概ね拡散して安定化母材中にCu−5n合金層と
η相が生じ、第2熱処理によってSn層中のSnが完全
に安定化母材中に拡散して安定化母材中に、更にε相が
生じ、第3熱処理によって安定化母材中のε相のSnが
η相中に拡散してε相が消失し、第4熱処理によってε
相が消失して安定化母材が均一な濃度のCu−5n合金
となり、拡散熱処理によってNb、、Sn超電導線が製
造されろ。
部中に概ね拡散して安定化母材中にCu−5n合金層と
η相が生じ、第2熱処理によってSn層中のSnが完全
に安定化母材中に拡散して安定化母材中に、更にε相が
生じ、第3熱処理によって安定化母材中のε相のSnが
η相中に拡散してε相が消失し、第4熱処理によってε
相が消失して安定化母材が均一な濃度のCu−5n合金
となり、拡散熱処理によってNb、、Sn超電導線が製
造されろ。
「実施例」
第1図(A)〜(D)は、本発明の一実施例を示すもの
で、第1図(A)においてIは、Cuからなる安定化母
材2の内部に多数のNb芯線3を配して作製された複合
素線を示し、第2図(B)において4は、複合素線1の
外周にSnめっき層(以下Sn層と略称する)5を形成
して作製されためっき複合素線(被覆複合素線)を示し
ている。
で、第1図(A)においてIは、Cuからなる安定化母
材2の内部に多数のNb芯線3を配して作製された複合
素線を示し、第2図(B)において4は、複合素線1の
外周にSnめっき層(以下Sn層と略称する)5を形成
して作製されためっき複合素線(被覆複合素線)を示し
ている。
このめっき複合素線4を用いてNb3Sn超電導線Aを
製造するには、まず、めっき複合素線4を100−22
0°C(S nの融点(231,91℃)より低い温度
であって好ましくは融点より若干低い温度、より好まし
くは180〜220°C)に例えば20〜300時間程
度加熱する第1熱処理を施す。この第1熱処理によって
、Snn層中中Snは安定化母材2の内部であって、安
定化母材2の表層部に拡散し、安定化母材2の表層部に
、第1図(C)に示すようなCu−3n合金層2aを生
成し、その内部にCu−5n合金系におけるη(Cu、
Sn)相を生成する。なお、この第1熱処理においてS
nの融点より高い温度にめっき複合素線4を加熱すると
、めっき層2が溶は落ちるために好ましくなく、100
℃より低い温度では、Snの拡散が充分ではなくなるた
めに好ましくない。
製造するには、まず、めっき複合素線4を100−22
0°C(S nの融点(231,91℃)より低い温度
であって好ましくは融点より若干低い温度、より好まし
くは180〜220°C)に例えば20〜300時間程
度加熱する第1熱処理を施す。この第1熱処理によって
、Snn層中中Snは安定化母材2の内部であって、安
定化母材2の表層部に拡散し、安定化母材2の表層部に
、第1図(C)に示すようなCu−3n合金層2aを生
成し、その内部にCu−5n合金系におけるη(Cu、
Sn)相を生成する。なお、この第1熱処理においてS
nの融点より高い温度にめっき複合素線4を加熱すると
、めっき層2が溶は落ちるために好ましくなく、100
℃より低い温度では、Snの拡散が充分ではなくなるた
めに好ましくない。
また、前記第1熱処理は、真空中または不活性ガス雰囲
気中で行うことが好ましい。なお、後に行う第2〜第4
熱処理も真空中または不活性ガス中で行うことが好まし
い。
気中で行うことが好ましい。なお、後に行う第2〜第4
熱処理も真空中または不活性ガス中で行うことが好まし
い。
次に、前記第1熱処理を施しためっき複合素線4を24
0〜250℃(Snの融点以上の温度であって、融点近
傍の温度)に例えば10〜50時間)程度加熱する第2
熱処理を施す。この第2熱処理によって、複合素線の外
周に残留していたSnは完全に安定化母材2の内部に拡
散してSn層5は消失し、安定化母材2の内部には、C
u−Sn合金層とη相に加えてε相(CusSns)が
生成される。ここで、Sn層5が完全に消失するために
、従来生じていたSnの溶融跡は生じなくなり、表面の
滑らかな超電導線をうろことが可能になる。なお、この
ε相は、Sn層5に近い部分であって、Sn拡散中にS
n濃度が高くなる複合素線3の表層部に多く生成される
。ところで、第2熱処理における加熱温度は231.9
1〜240℃に設定しても良い。また、第2熱処理にお
ける加熱温度を250℃を越えた値にすると第1熱処理
で表面に残留している純Snの溶融跡が生じるために、
加熱温度の上限は250℃に設定した。
0〜250℃(Snの融点以上の温度であって、融点近
傍の温度)に例えば10〜50時間)程度加熱する第2
熱処理を施す。この第2熱処理によって、複合素線の外
周に残留していたSnは完全に安定化母材2の内部に拡
散してSn層5は消失し、安定化母材2の内部には、C
u−Sn合金層とη相に加えてε相(CusSns)が
生成される。ここで、Sn層5が完全に消失するために
、従来生じていたSnの溶融跡は生じなくなり、表面の
滑らかな超電導線をうろことが可能になる。なお、この
ε相は、Sn層5に近い部分であって、Sn拡散中にS
n濃度が高くなる複合素線3の表層部に多く生成される
。ところで、第2熱処理における加熱温度は231.9
1〜240℃に設定しても良い。また、第2熱処理にお
ける加熱温度を250℃を越えた値にすると第1熱処理
で表面に残留している純Snの溶融跡が生じるために、
加熱温度の上限は250℃に設定した。
次いで、前記第2熱処理を施しためっき複合素線4を3
00〜350℃に例えば50〜200時間程度加熱する
第3熱処理を施す。この第3熱処理によって安定化母材
2内のη相中のSnはε相中に拡散してη相は消失する
。なお、第3熱処理において加熱温度の上限を350℃
としたのは、これより高い温度に加熱した場合は、Cu
−Sn合金状態図から明らかなようにδ(Cu3Sn)
相が析出し、最終的に得られる超電導線中にボイドを生
じるから、このボイドの発生を阻止するためである。な
お、300℃より低い温度では、η相の消失が不充分に
なるために好ましくない。
00〜350℃に例えば50〜200時間程度加熱する
第3熱処理を施す。この第3熱処理によって安定化母材
2内のη相中のSnはε相中に拡散してη相は消失する
。なお、第3熱処理において加熱温度の上限を350℃
としたのは、これより高い温度に加熱した場合は、Cu
−Sn合金状態図から明らかなようにδ(Cu3Sn)
相が析出し、最終的に得られる超電導線中にボイドを生
じるから、このボイドの発生を阻止するためである。な
お、300℃より低い温度では、η相の消失が不充分に
なるために好ましくない。
次いで、前記第3熱処理を施しためつき複合素線4を5
00〜600℃(Cu−Sn合金状態図から明らかなよ
うに、Sn含有量10%近傍のCu−Sn合金系におい
て、α相の固溶範囲が広く、従ってSnがCu中に固溶
しやすい温度範囲)に例えば50〜300時間程度加熱
する第4熱処理を施す。
00〜600℃(Cu−Sn合金状態図から明らかなよ
うに、Sn含有量10%近傍のCu−Sn合金系におい
て、α相の固溶範囲が広く、従ってSnがCu中に固溶
しやすい温度範囲)に例えば50〜300時間程度加熱
する第4熱処理を施す。
この第4熱処理によって、主に複合素線3の表層部(S
n濃度が高いためにε相が形成されている)に残留して
いたε相中のSnを析出させてε相を消失させ、安定化
母材2を均一かつ高濃度(例えば+3wt%)のブロン
ズ(青銅)マトリックスとすることができる。
n濃度が高いためにε相が形成されている)に残留して
いたε相中のSnを析出させてε相を消失させ、安定化
母材2を均一かつ高濃度(例えば+3wt%)のブロン
ズ(青銅)マトリックスとすることができる。
この後に、650〜850℃に50〜200時間加熱す
る拡散熱処理を施してNb芯材3・・・の外周部にNb
*Snを生成させ、第1図(D)に示すようなN b3
S n超電導線を製造する。この拡散熱処理においては
、内部にSnが均一に分布している上に、内部にη相や
ε相、あるいはδ相などの金属間化合物を有していない
ブロンズ製安定化母材2を用いるために、内部のSnを
効率良く利用して充分な量のNb3Snを生成できる効
果があり、脆い金属間化合物の生成を阻止するために安
定化り母材2の強度低下を生じない効果がある。
る拡散熱処理を施してNb芯材3・・・の外周部にNb
*Snを生成させ、第1図(D)に示すようなN b3
S n超電導線を製造する。この拡散熱処理においては
、内部にSnが均一に分布している上に、内部にη相や
ε相、あるいはδ相などの金属間化合物を有していない
ブロンズ製安定化母材2を用いるために、内部のSnを
効率良く利用して充分な量のNb3Snを生成できる効
果があり、脆い金属間化合物の生成を阻止するために安
定化り母材2の強度低下を生じない効果がある。
ところで、上述した方法によれば、温度を順次上昇させ
て、4段階に渡って熱処理を施した後に拡散熱処理を施
すために、Snを充分に安定化母材2中に拡散させるこ
とができ、このため、複合素線Iの表面に存在していた
Sn層5を完全に消失させることによって、滑らかな表
面を有する超電導線を製造できる効果がある。
て、4段階に渡って熱処理を施した後に拡散熱処理を施
すために、Snを充分に安定化母材2中に拡散させるこ
とができ、このため、複合素線Iの表面に存在していた
Sn層5を完全に消失させることによって、滑らかな表
面を有する超電導線を製造できる効果がある。
なお、前記実施例においては、純Cuからなる安定化母
材2にSnめっき層5を形成したか、安定化母材2は低
SnQ度の青銅からなるものであってら良い。更に、複
合素線1にSn層5を形成するのは、めっき法の他にク
ラッド法等でも良い。
材2にSnめっき層5を形成したか、安定化母材2は低
SnQ度の青銅からなるものであってら良い。更に、複
合素線1にSn層5を形成するのは、めっき法の他にク
ラッド法等でも良い。
また、前記第1〜第4熱処理は連続して行っても良いし
、各熱処理の間に、他の処理(冷却処理等)を行うよう
にしても良い。
、各熱処理の間に、他の処理(冷却処理等)を行うよう
にしても良い。
「発明の効果」
以上説明したように本発明は、第1熱処理を施してSn
の溶は落ちを防止しつつSnを安定化母材内に拡散させ
て安定化母材の表層部にCu−Sn合金層とη層を生成
させ、次いで、第2熱処理を施してSnの拡散を促進し
てSn層を消失させ安定化母材中にCu−Sn合金層と
η相とε相を生じさせ、次に、第3熱処理を施してη相
中のSnをε相に拡散させ、次に第4熱処理を施してε
相中のSnを拡散させ、ε相を消失させて安定化母材を
ブロンズマトリックス化し、次いで拡散熱処理を施すこ
とによりNb、Sn超電導線を製造するものであるため
、Snは各段階の熱処理によって安定化母材中に充分に
拡散し、更に最終的に得られる超電導線の安定化母材中
に金属間化合物を生じさせることなく超電導線を製造で
きる効果がある。したがって充分な量のNb3Snを有
するとともに、強度低下の無い超電導線を製造できる効
果がある。
の溶は落ちを防止しつつSnを安定化母材内に拡散させ
て安定化母材の表層部にCu−Sn合金層とη層を生成
させ、次いで、第2熱処理を施してSnの拡散を促進し
てSn層を消失させ安定化母材中にCu−Sn合金層と
η相とε相を生じさせ、次に、第3熱処理を施してη相
中のSnをε相に拡散させ、次に第4熱処理を施してε
相中のSnを拡散させ、ε相を消失させて安定化母材を
ブロンズマトリックス化し、次いで拡散熱処理を施すこ
とによりNb、Sn超電導線を製造するものであるため
、Snは各段階の熱処理によって安定化母材中に充分に
拡散し、更に最終的に得られる超電導線の安定化母材中
に金属間化合物を生じさせることなく超電導線を製造で
きる効果がある。したがって充分な量のNb3Snを有
するとともに、強度低下の無い超電導線を製造できる効
果がある。
また、第1熱処理によりSnを溶は落ちさせることなく
安定化母材中に拡散させ、更に第2熱処理によってSn
層の消失を計るために、Sn溶融跡の無い滑らかな表面
を有する超電導線を製造できる効果がある。また、多段
階の熱処理によってSnを充分に安定化母材中に拡散さ
せ、拡散熱処理前の金属間化合物の生成ら阻止するため
に、拡散熱処理時のNb3Snの生成にSnを充分に利
用でき、所要型のNbySnを有する超電導線を製造で
きる効果がある。
安定化母材中に拡散させ、更に第2熱処理によってSn
層の消失を計るために、Sn溶融跡の無い滑らかな表面
を有する超電導線を製造できる効果がある。また、多段
階の熱処理によってSnを充分に安定化母材中に拡散さ
せ、拡散熱処理前の金属間化合物の生成ら阻止するため
に、拡散熱処理時のNb3Snの生成にSnを充分に利
用でき、所要型のNbySnを有する超電導線を製造で
きる効果がある。
第1図(A)〜(D)は、本発明の一実施例を示す乙の
で、第1図(Δ)は複合素線の横断面図、第1図(B)
はめっき複合素線の横断面図、第1図(c)はめっき複
合素線に第1熱処理を施した後の状態を示す横断面図、
第1図(D)は製造された超′i′Ii導線を示す横断
面図である。 ■・・・・・・複合素線、 2・・・・・・安定化母材
、3・・・・・・Nb芯線、
で、第1図(Δ)は複合素線の横断面図、第1図(B)
はめっき複合素線の横断面図、第1図(c)はめっき複
合素線に第1熱処理を施した後の状態を示す横断面図、
第1図(D)は製造された超′i′Ii導線を示す横断
面図である。 ■・・・・・・複合素線、 2・・・・・・安定化母材
、3・・・・・・Nb芯線、
Claims (1)
- Cuを主成分とする安定化母材内に多数のNb芯線を配
して構成された複合素線の外周にSn層を形成して被覆
複合素線を形成し、該被覆複合素線に拡散熱処理を施し
てSn層中のSnを拡散させ、SnをNb芯線中のNb
と反応させてNb_3Sn超電導線を製造する方法にお
いて、前記拡散熱処理を施す以前に、被覆複合素線をS
nの融点より低い温度であって100℃以上の温度に加
熱する第1熱処理と、この第1熱処理を施した被覆複合
素線をSnの融点以上の温度であって250℃以下の温
度に加熱する第2熱処理と、この第2熱処理を施した被
覆複合線を前記第2熱処理における加熱温度よりも高い
温度であって350℃以下の温度に加熱する第3熱処理
処理と、この第3熱処理を経た被覆複合線を350℃よ
りも高い温度であって拡散熱処理温度より低い温度に加
熱する第4熱処理とを順次施すことを特徴とする多段階
の熱処理を施すNb_3Sn超電導線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60229087A JPH0648607B2 (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 多段階の熱処理を施すNb▲下3▼Sn超電導線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60229087A JPH0648607B2 (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 多段階の熱処理を施すNb▲下3▼Sn超電導線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6288218A true JPS6288218A (ja) | 1987-04-22 |
| JPH0648607B2 JPH0648607B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=16886546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60229087A Expired - Fee Related JPH0648607B2 (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | 多段階の熱処理を施すNb▲下3▼Sn超電導線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0648607B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN121545843A (zh) * | 2026-01-20 | 2026-02-17 | 西安聚能超导线材科技有限公司 | 一种双分布式Nb3Sn线材及其制备方法 |
-
1985
- 1985-10-15 JP JP60229087A patent/JPH0648607B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN121545843A (zh) * | 2026-01-20 | 2026-02-17 | 西安聚能超导线材科技有限公司 | 一种双分布式Nb3Sn线材及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0648607B2 (ja) | 1994-06-22 |
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