JPS6293355A - ブロンズ法超電導線材 - 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） 本発明はブロンズ法Ｎｂ　３Ｓ　ｎ超電導線材の改良に
係シ、臨界電流＜　Ｊ、　）を向上せしめんとするもの
である。

（従来の技術〕 従来のブロンズ法Ｎｂ　３Ｓ　ｎ超電導線材は、多数本
の微細Ｎｂ芯材を埋込んだブロンズの外周にＮｂ又はＴ
ａ、　Ｍｏ、　Ｖのバリヤ層を設け、更にその外側にＣ
ｕなどの安定化層を設け、これを熱処理することによ！
１ｌＮｂとＳｎとが反応してＮｂ　ｓ　Ｓ　ｎ線材をえ
ているものである。

この場合前記（１）式にて示すブロンズ比ヲ２．５〜３
．０の範囲にして行っていたものである。その理由はブ
ロンズ中の錫と芯のＮｂとのモル数比が化合物の組成１
：３に近く選んでいたためである。

一方かかる超η丁導線においては、その特性とするＪｃ
の向上を目的とするものであるが、一定のＪｃを有する
超電導線はえら力、るも、こｈ−を飛躍的に向上せしめ
ることが出来ないものであった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者はかかる現状に鑑み鋭意研究を行った結果、上
記のブロンズ比にてＮｂとＳｎとが反応した場合、ブロ
ンズ中のＳｎｉが不足し、Ｎｂ芯を長時間熱処理したと
しても未反応のＮｂ芯が残存することに着目し、これが
基因となって超電導線のＪｃが向上しえないことを究明
したものである◎ 又本発明は安定化層を形成するＣｕ叫がＳｎによって汚
染されないようにブロンズと安定化金属層との境にＴａ
　ｒ　Ｍｏ　＋　Ｖの拡散バリヤｆｆ１ｔ　ｋ設けてい
るものである。またＮｂ芯を５μｍ以下に細くし拡散反
応率を大きくする場合Ｓｎ量が不足するものであった。

又本発明はブロンズ内のＳｎ量の過不足を解消するため
適正なブロンズ比を選定し、Ｊｃ特性の向上を図らんと
したものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は芯径を０３〜５．０μｍとしブロンズ濃度をＣ
ｕ　−１２，８ｗｔ％　Ｓｎ　〜Ｃｕ　−１５，０ｗｔ
４　Ｓｎとし且つ前記（１）式に示すブロンズ比を３．
１〜４．５に限定したものである。

又本発明は芯径を０３〜５．０μｍとしブロンズ濃度を
Ｃｕ　−１２，８ｗｔ％　Ｓｎ　−０，０５ｗｔ％Ｍ−
Ｃｕ−１５、０ｗｔ％　Ｓｎ　−２，０ｗｔ％Ｍとし且
つ前記（１）式に示すブロンズ比を３．１〜４．５に限
定したものである。但し、ＭはＴｉｎ　Ｚｒ＋　Ｈｆｔ
　Ｔａ等の添加金属元素。

又本発明はＮｂ芯の外側に設けたＣｕ　−Ｓｎ或はＣｕ
　−ＳｎＭのマトリックスと安定化金属との間に拡散バ
リヤーとしてＴａ、　Ｍｏ、　Ｖの何れか１種を設けた
ものである。

（作用） 本発明において芯材としてはＮｂに限定するものではな
く、Ｎｂ−Ｔｌ、　Ｎｂ−Ｚｒ、　Ｎｂ−Ｈｆ、　Ｎｂ
−Ｔａの如く、Ｔｉｎ　Ｚｒ＋　Ｈｆ、　Ｔａを夫々０
．５〜５　ｗｔ％添加した合金を使用してもよい。

又本発明において芯材の芯径を０．３〜５ＩｒｒｒＬに
限定した理由は０．３μｍ未満及び５１ｔ′ｒｒＬを超
えた場合には何れもＪｃが低下するためである。

又本発明においてブロンズ濃度のＳｎ量を１２．８ｗｔ
チ〜１５．０ｗｔチに限定した理由は１２．８ｗｔ％未
満の場合にはＪｃ特性が著しく低い値を示すものであシ
、又１５．　０ｗｔ％を越えた場合には線材の加工中に
ブロンズの表面に亀裂を生じ以後の加工を行うことが出
来ないためである。

又ブロンズとしてＴｉ等を添加した理由は、Ｔｉ等を配
合することＫよシ高磁場におけるＪｃ特性を著しく向上
せしめることが出来るためである。なお同等の効果はＨ
ｆｔ　Ｚｒ＋　Ｔａなどによっても得られるものである
。

本発明において、線材の断面形状は円形に限定するもの
でなく、角型、平角型等信の形状でも同等の効果が得ら
れるもので、なおこの時のＮｂ芯径は、偏平なＮｂ芯と
断面積を等しくする６一 円の直径とし、この径が０．３〜５．０μｍの時に効果
が得られる。

又本発明によシ得たブロンズ法による未反応超電導線材
は、これを例えば６８０℃程度に熱処理を行ってブロン
ズ法超電導線をうるものである。

次に本発明の実施例について説明する。

実験例（１） 第１図に示すごとく１本のＮｂ芯１を持ち、これをＣｕ
　−１４，５ｗｔ％　Ｓｎのブロンズ比（（１）式％式
％ とする線材を作り、夫々断面減少加工を施してＮｂ芯径
がほぼ５μｍになるように最終線径的１０Ｉｔｍの未反
応ブロンズ法線材を得た。

又、第２図に示すごとく８５本のＮｂ芯１゜１’　ｌ　
ＩＩ　ＩをＣｕ　−１４，５ｗｔ％Ｓｎのブロンズ２に
埋め込んでブロンズ比（（１）式参照）を２．５　、２
．８　。

３．１　、３．４　、３．７　、４．０　、４．３　、
４．６とする１次素線を六角形に伸線し、これを夫々８
５芯合わせて第３図に示すごとく、銅安定化材５、Ｔａ
バリア材４と複合し、夫々断面減少加工を施してＮｂ芯
径がほぼ１μｍになるように最終線径的０．３ｆｉの未
反応ブロンズ法超電導線材を得た。

（Ｎｂ芯数＝８５Ｘ８５＝７２２５） この線材を６８０℃にて熱処理を行って本発明超電導線
材及び比較例超電導線材をえた。この熱処理反応を５時
間から３００時間の範囲で行い、約５時間毎に臨界電流
密度（１０Ｔ　、　４．２Ｋ）を測定し、各ブロンズ比
における最高のＪｅを第１表に併記した。なおＪ。の単
位は１０５Ａ／ｍ２である。

実験例（２） 第１図に示すごとく１本のＮｂ芯１を持ち、これをＣｕ
　−１４，５ｗｔ％　Ｓｎ　−０，２５ｗｔ％Ｔ１のブ
ロンズで囲んで、ブロンズ比（（１）式参照）を２．５
゜２．８，３．１．３．４，３．７．４．０．４．３．
４．６とする線材を作シ、夫々断面減少加工を施してＮ
ｂ芯がほぼ５μｍになるように最終線径的ＩＱ／ａの未
反応ブロンズ法線材を得た。

又、第２図に示すごとく８５本のＮｂ芯１゜７’　、　
Ｉｇ　、をＣｕ　−１４，５ｗｔ％Ｓｎ　−０，２５ｗ
ｔ％　Ｔｌのブロンズ２に埋め込んで、ブロンズ比ｕｎ
−参照）を２．５．２．８．３．１．３．４，３．７．
４．０．４．３゜４６６とする１次素線を六角形に伸線
し、これを夫々８５芯合わせて第３図に示すごとく、銅
安定材５、Ｍｏバリア材４と複合し夫々断面減少加工を
施して、Ｎｂ芯径がほぼ２μｍになるように最終線径的
０．６膿の未反応ブロンズ法超電導線材を得た。（Ｎｂ
芯数＝８５Ｘ８５＝７２２５）この線材を６８０℃に熱
処理を行って本発明超電導線材及び比較例超電導線材を
えた。この場合熱処理反応時間を１２時間から３００時
間までの範囲で行って約６時間毎にＪｃを測定し、各ブ
ロンズ比における最高のＪｃ値を第２表に併記した。

上表よシ明らかな如＜　Ｊｃ値はＮｂ芯数には殆んど関
係なくブロンズ比によって大きく支配されることが判明
した。特にブロンズ比が３．１〜４．５（本発明品）で
高いＪｃ値を示している。ただし芯径が太いもの（単芯
）では細いもの（７２２５芯）よシもＪｃ値が低い。こ
れはＮｂ芯の太いものでは拡散反応条件（温度１時間等
）が必ずしも十分でないことによるものである。

実験例（３） ブ’０７ズの組成をＣｕ　−１４，０ｗｔ％　Ｓｎ　−
１，５ｗｔ％　Ｔａとし、安定化金属５をＡｔとして、
その他は実験例（１）と同じ条件にして、Ｎｂ芯径がほ
ぼＩＲＬＫなるように最終線径約０．３　ｒａｇ、Ｎｂ
芯数７２２５本の未反応ブロンズ法超電導線材を得た。

この仕上り線材を６５０℃に熱処理を行って本発明超電
導線材及び比較例超電導線材をえた。

この場合熱処理反応時間は１２時間から２４０時間１で
の範囲で行って約６時間毎にＪ０値を測定し、各ブロン
ズ比における最高のＪｃ値を第３表に併記した。

第３表 実験例（４） ブロンズマトリックスとしてＣｕ　−１４，５ｗｔ％Ｓ
ｎ　−０，２５ｗｔチＺｒを使用し、拡散バリヤーとし
てＶを設け、その外側に安定化層としてＣｕを設けたも
のについて前記実験例と同様にして本発明超電導線材及
び比較例超電導線材をえた。

なおこの線材の仕上シ外径は約０．．６咽φであった。

斯くして得た本発明超電導線材及び比較例線材について
夫々前記実施例と同様にＪｃ値を測定した。その結果は
第４表に示す通りである。

第　　４　　表 実験例（５） Ｎｂ芯径の影響を試みるために、ブロンズマトリックス
としてＣｕ　−１４，５ｗｔ４　Ｓｎ、拡散バリヤーと
してＴａ、安定化層としてＣｕを夫々使用し、ｒを３．
７　（Ａ）及び４．５　（Ｂ）とし芯径０．１　μｍ　
、　０．３　ｔｔｍ。

１、Ｏ１ｎｎｌ　３．Ｏｔｔｍ　、及び１０　μｍのも
のを使用して前記実施例同様に一次線材及び仕上り線材
とした後、この仕上り廠材を６８０℃にて熱処理を行っ
て本発明超電導線材及び比較例超電導線材を得た。

斯くして得た超電導線材について前記実施例と同様に４
，２Ｔ、１０ＴにてＪｃ値を測定した。

その結果は第４図に示す通りである。

なお第４図においてＡはブロンズ比が３．７゜Ｂはブロ
ンズ比が４．５のものである。

実験例（６） ブロンズマトリックスのＳｎ濃度の影響を試みるために
ブロンズマトリ、クスとしてＣｕ　−１４、５ｗｔ％　
Ｓｎ　（本発明）及びＣｕ　−１１，３ｗｔ％Ｓｎ（比
較例Ａ）、Ｃｕ　−１５，２ｖｒｔ、％Ｓｎ（比較例Ｂ
）を使用し、拡散バリヤーとしＴａ、安定化層としてＣ
ｕを夫々設けて、前記実施例と同様にして得たＮｂ芯径
約３μｍの仕上り線材を６８０℃に熱処理を行って本発
明超電導線材及び比較例超電導線材をえた。

なおブロンズマトリックスとしてＣｕ−１５，２ｗｔ％
　Ｓｎ　（比較例Ｂ）を使用した場合には一次素線の加
工中にブロンズの表面に亀裂を生じ以後の加工を行うこ
とが出来なかった。

斯くして得た本発明超電導線材と比較例超電導線材（Ａ
）ｒｆｃツいて４．２に、１．ＯＴにより最高５０を測
定し、その結果を第５表に併記した。

第　　５　　表 上表よシ明らかな如くブロンズマトリックスの濃度が本
発明の範囲以外の場合には超電導線材としての価値が大
きく損われていることが確認された。

実験例（７） 第２図に示す如く８５本のＮｂ　−１，５ｗｔ％Ｔｉの
組成をもつ芯１　、１１．　Ｉｌｌ、、、、をＣｕ　−
１３，２ｗｔｑＡＳｎのブロンズ２で囲んでブロンズ比
（（１）式参照）を１．１．１．３．１．５，１．７，
１．９，２．１．２．３．２．５とする１次素線を六角
形に伸線した。次いで第５図に示す如くこの六角形の一
次素線３を１２０本配列し、この中にバリヤ一層を形成
するＴａ箔で多重巻きした安定化銅棒５を挿入しこれを
ブロンズ管内に封入してビレット６を作成した。

このビレ、トを断面減少加工してＮｂ芯径がほぼ１．５
μになるように約０．３５■φの仕上り線材をえた。こ
の線材を６８０℃に１２時間から１６８時間の間熱処理
を行い６時間毎に４．２Ｋ。

１０ＴでＪｃを測定し、その最高のＪｃを第６表に併記
した。

第　　６　　表 （効果） 以上詳述した如く本発明によればＮｂとＳｎとが十分に
反応しＳｎの不足に伴うＮｂが残存することな（Ｎｂ３
Ｓｎをうるため著しくＪｃ特性が向上し超電導線材とし
て工業上極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第５図は本発明超電導線材
の１例を示す断面図、第４図はＮｂ芯径とＪｃとの関係
曲線図−妊井チ゛ 、　　　である。 １．１’、１〃・・・Ｎｂ芯、２・・・ブロンズマトリ
ックス、３・・・−矢線材、４・・・拡散バリヤ層、５
・・・安定化金属層、６・・・ビレット。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）単一又は複数本のＮｂ芯材と、その外側にＣｕ−
   Ｓｎマトリックスを設けたブロンズ法超電導線材におい
   て、芯径を０．３〜５μｍのＮｂ又はＮｂ合金とし、ブ
   ロンズ濃度をＣｕ−１２．８〜１５．０ｗｔ％Ｓｎとし
   且つ下式ブロンズ比（ｒ）を３．１〜４．５に限定した
   ことを特徴とするブロンズ法超電導線材。 ｒ＝ブロンズマトリックス断面積／Ｎｂ芯断面積・・・
   （１）（２）単一又は複数本のＮｂ芯とその外側にＣｕ
   −Ｓｎ−Ｍマトリックスを設けたブロンズ法超電導線材
   において、芯径を０．３〜５．０μｍのＮｂ又はＮｂ合
   金とし、ブロンズ濃度をＣｕ−１２．８〜１５．０ｗｔ
   ％Ｓｎ−０．０５〜２．０ｗｔ％Ｍとし且つ上記（１）
   式に示すブロンズ比（ｒ）を３．１〜４．５に限定した
   ことを特徴とするブロンズ法超電導線材。 但し、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、の添加金属元素の
   内何れか１種を示す。 （３）単一又は複数本のＮｂ芯とその外側にＣｕ−Ｓｎ
   マトリックス、安定化金属及びこれら両者を隔てる拡散
   バリヤを設けてなるブロンズ法超電導線材において、芯
   径を０．３〜５．０μｍのＮｂ又はＮｂ合金とし、拡散
   バリヤをＴａ、Ｍｏ、Ｖの内何れか１種とし、ブロンズ
   濃度をＣｕ−１２．８〜１５．０ｗｔ％Ｓｎとし且つ上
   記（１）式に示すブロンズ比（ｒ）を３．１〜４．５に
   限定したことを特徴とするブロンズ法超電導線材。 （４）単一又は複数本のＮｂ芯とその外側にＣｕ−Ｓｎ
   −Ｔｉマトリックス、安定化金属及びこれら両者を隔て
   る拡散バリヤを設けてなるブロンズ法超電導線材におい
   て、芯径を０．３〜５．０μｍのＮｂ又はＮｂ合金とし
   、拡散バリヤをＴａ、Ｍｏ、Ｖの内何れか１種とし、ブ
   ロンズ濃度をＣｕ−１２．８〜１５．０ｗｔ％Ｓｎ−０
   ．０５〜２．０ｗｔ％Ｍとし且つ上記（１）式に示すブ
   ロンズ比（ｒ）を３．１〜４．５に限定したことを特徴
   とするブロンズ法超電導線材。 ただし、ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａの添加金属元素の
   内何れか１種を示す。