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JP3499688B2 - 化合物系超電導線の拡散防止層用材 - Google Patents

化合物系超電導線の拡散防止層用材

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JP3499688B2
JP3499688B2 JP22682896A JP22682896A JP3499688B2 JP 3499688 B2 JP3499688 B2 JP 3499688B2 JP 22682896 A JP22682896 A JP 22682896A JP 22682896 A JP22682896 A JP 22682896A JP 3499688 B2 JP3499688 B2 JP 3499688B2
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JP
Japan
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superconducting wire
diffusion
compound
crystal grains
based alloy
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修 田口
勝嘉 若本
雅啓 佐々木
昌樹 浅野
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Mitsubishi Electric Corp
Nippon Metal Industry Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Nippon Metal Industry Co Ltd
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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

Landscapes

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物系超電導線
において低融点金属の拡散を防止する層となる、Taま
たはTa基合金からなる拡散防止層用材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、化合物系超電導線の製造にお
いては、たとえばCuマトリックス中にNb線およびS
n線を挿入してなる超電導複合材と、たとえばCuから
なる安定化剤とを複合組立したのち、断面減少加工(い
わゆる線引き加工)し、ついで熱処理を施して低融点金
属であるSnを拡散させて超電導化合物をえている。
【0003】この熱拡散により、低融点金属が安定化材
内にまで達して安定化材を汚染し、安定化材の電気伝導
性および熱的伝導性が低下し、超電導コイルの働きが不
安定になるという影響を及ぼしてしまうおそれがある。
そこで、前記超電導複合材と安定化材とのあいだにTa
またはTa基合金からなる拡散防止層を設けることが行
なわれている。
【0004】しかし、多くのばあい、線引き加工後の超
電導線の直径は1mm以下であり、内部に組み込まれて
いる拡散防止層であるTaまたはTa基合金層の厚さは
その1/100以下となる。そのため、線引き加工の
際、該TaまたはTa基合金層が厚さ方向に波打ちなど
の肌荒れを起こして形状が変化し、ばあいによってはT
aもしくはTa基合金層および/または超電導線そのも
のが破断してしまうということもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上の問題点に鑑み、
本発明の目的は、超電導線の製造工程における線引き加
工の際に、拡散防止層であるTaまたはTa基合金層の
波打ちや肌荒れ現象を起こさず、かつ該TaもしくはT
a基合金層および/または超電導線そのものの破断を起
こさないことを特徴とするTaもしくはTa基合金から
なる拡散防止層用材を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、化合物系超電
導線に含まれる低融点金属が熱処理などにより安定化材
に拡散することを防止するために複合組立時に組み込む
TaまたはTa基合金からなる拡散防止層用材であっ
て、該防止層用材の厚さをd、厚さ方向における結晶粒
の個数をn、結晶粒の平均粒径をRとしたばあいにnR
≦d(ただし、n≧10)が成り立化合物系超電導線
の拡散防止層用材に関する。
【0007】結晶粒の平均粒径Rが30μm以下である
のが好ましい。
【0008】また、化合物系超電導線がNb3Sn超電
導線であるのが好ましく、さらに化合物超電導線がSn
またはSn基合金の周囲にNbまたはNb基合金からな
るフィラメントを配置してなるNb3Sn超電導線であ
るのが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】超電導線を作製する際に線引き加
工によってTaまたはTa基合金からなる拡散防止層が
波打ちなどの肌荒れを起こす原因としては、各々のTa
結晶粒の結晶方位が異なることがあげられる。一般的
に、金属材料はその材料に特定の結晶構造を有してお
り、加工(応力)を加えたときにはその構造に特有の変
形をする。金属の変形は転位という線状欠陥を介して行
なわれ、その転位が特定の結晶面を「すべる」ことによ
り変形が進行する。
【0010】Taは体心立方構造を有しており、そのす
べり面は{110}であり、すべり方向は<111>で
ある。また、単純に材料を引っ張ったばあいにはその4
5°方向に最大分解せん断応力が作用し、その方向にす
べり面およびすべり方向の一致する結晶粒が一番大きな
変形を起こす。その他の方向を有する結晶粒はそれより
も小さな変形を起こす。したがって、その変形度の差が
材料表面の波打ちとして観察されることになる。
【0011】そこで本発明者らはTaまたはTa基合金
からなる拡散防止層の肌荒れと該TaまたはTa基合金
の結晶粒とのあいだの相関関係に着目し、拡散防止層用
材の厚さ方向に粒径の小さな結晶粒が多数存在すればよ
いとの知見をえ、本発明を完成するに至った。
【0012】たとえば、0.3mm厚さを有するTaか
らなる拡散防止層用材のばあい、厚さ方向におけるTa
結晶粒の数を10個以上、Taの結晶粒の平均粒径を3
0μm以下にし、またはビッカース硬度を90以上にす
ることにより、線引き加工後のTa層の肌荒れを防ぐこ
とができるのがわかった。他の厚さのばあいも、少なく
とも結晶粒が厚さ方向に10個以上存在していればよい
ことがわかった。
【0013】結晶粒の平均粒径が小さく、かつ拡散防止
層の厚さ方向に結晶粒が多数存在すると、線引き加工時
に結晶粒子間のズレが起こり、かつ個々の結晶粒の伸び
が緩和される。したがって、拡散防止層の肌荒れが軽微
になるものと考えられる。
【0014】すなわち、本発明の拡散防止層用材は、T
aまたはTa基合金からなる拡散防止層用材の厚さを
d、厚さ方向における結晶粒の個数をn、結晶粒の平均
粒径をRとしたばあいにはnR≦d(ただし、n≧1
0)が成り立つものであればよく、線引き加工によるT
a表面の波打ちおよび破断を防止するために、またTa
拡散防止層内に多数のNb線を集積させる目的から、R
≦30μm、d=0.1〜0.5mmであるのが好まし
く、さらに、結晶粒が小さくなることによる伸びの低減
を抑えるためにR=10〜20μm、d=0.2〜0.
3mmであるのがとくに好ましい。また、結晶粒の個数
については線引き時のTaの波打ちを防止するために、
結晶粒の平均粒径(R)および拡散防止層用材の厚さ
(d)との関係からn≧10であるが、波打ちにともな
う破断現象を防止するためにn≧15であるのがとくに
好ましい。
【0015】また、本発明の拡散防止層用材は、同様の
理由から90以上のビッカース硬度を有し、伸びの低減
を防止するために90〜130のビッカース硬度を有す
るのが好ましい。とくに好ましくは、nR≦d(n≧1
5)を満たし、かつビッカース硬度が90以上であるの
がよい。
【0016】なお、ビッカース硬度とはダイアモンド圧
痕を材料にあてて、材料の変形程度を圧痕のくぼみの大
きさから評価するものであり、一般に、材料の結晶粒径
が小さいほど、硬度は大きくなる。
【0017】前記関係式を満たす拡散防止層用材は、そ
の作製工程におけるTaまたはTa基合金のインゴット
の加工条件、とくに冷間圧延時の圧下率、中間および最
終焼鈍温度を操作することによってうることができる。
【0018】本発明の拡散防止層用材の製造方法として
は、TaまたはTa基合金から電子ビーム溶解法により
径が150mmのインゴットを作製したのちに、冷間鍛
造により厚さ30mmのスラブとし、ついで冷間圧延お
よび焼鈍工程で厚さ4〜6mmの板材にし、1100〜
1200℃の温度範囲で1時間の焼鈍を行なう。つぎ
に、中間焼鈍をいれずに圧下率90%以上の冷間圧延を
行ない、900〜1100℃の温度範囲で2時間の最終
焼鈍を行なう。この材料をブレーキプレスにより管状に
加工して、本発明の拡散防止層用材をうる。
【0019】本発明の拡散防止層用材の寸法としては工
業的観点で超電導線の引抜加工を容易にするという点か
ら外径65mm以下、内径57mm以下であればよく、
さらにTaの加工伸び特性を安定維持するという点から
外径40mm以下、内径35mm以下であればよい。
【0020】本発明の拡散防止層用材は、たとえばNb
3Sn、Nb3AlまたはV3Siなどの化合物系超電導
線において、図1に示すように、従来と同じ方法で用い
ることができる。すなわち、図1に示す化合物系超電導
線において本発明の拡散防止層用材を用いる際に、超電
導複合材1はNb、SnおよびCuから、少なくともN
bおよびAlから、または少なくともVおよびSiから
なってよいが、とくにSnが漏洩しやすいという点から
Nb、SnおよびCuからなるのが好ましい。すなわち
本発明の拡散防止層用材はNb3Sn超電導線に用いる
のが好ましい。
【0021】さらに、本発明の拡散防止層用材をNb3
Sn超電導線に用いるばあい、たとえば図4に示すよう
に、超電導複合材は、Cuマトリックス中でSnまたは
Sn基合金の周囲にNbまたはNb基合金からなるフィ
ラメントを配置してなるばあいと、図5に示すようにC
uおよびSnからなるブロンズマトリックス中にNbま
たはNb基合金からなるフィラメントを配置してなるば
あいなどが考えられるが、超電導複合材中に含まれるS
nの割合が多く、漏洩Sn量が多くなるという点から、
図4に示すCuマトリックス中にSnまたはSn基合金
の周囲にNbまたはNb基合金からなるフィラメントを
配置してなるのが好ましい。
【0022】
【実施例】以下に、本発明を、実施例を用いて説明する
がこれらのみに限定されない。
【0023】実施例1 電子ビーム溶解炉により製造した径が150mmのTa
インゴットを冷間鍛造により厚さ30mmのスラブと
し、1050℃で1時間の中間焼鈍をし、さらに冷間圧
延および焼鈍工程で厚さ4mmの板材とし、1100℃
で1時間の焼鈍を行なった。つぎに、中間焼鈍をいれず
に圧下率92.5%の冷間圧延を行ない厚さ0.3mm
の板材をえ、1000℃で2時間、真空中で焼鈍を行な
った。さらにこの材料をブレーキプレスにより管状に加
工し、外径25mm、内径22mmの拡散防止層用材1
〜10をえた。
【0024】拡散防止層用材1〜10の結晶粒の平均粒
径はTa板材の厚さ方向の断面を研磨後、20%HNO
3−20%HF−50%H2SO4−10%H2O溶液をエ
ッチング液として組織を現出させ、光学顕微鏡により4
50倍に拡大して平均粒径および厚さ方向の結晶粒の個
数を測定した。結果を表1に示す。
【0025】拡散防止層用材1〜10のビッカース硬度
はTa板材の厚さ方向の断面を研磨後、松沢精機(株)
製の装置を使用し、研磨断面にビッカース圧痕を荷重5
00g、保持時間15秒で付加して測定した。結果を表
1に示す。
【0026】また、拡散防止層用材1〜10の降伏強
さ、引張強さおよび伸びはTa板材の圧延方向に標点間
距離25mm、幅6.25mmの引張試験片を採取し、
インストロン型引張試験機を使用して、引張速度5mm
/minで測定した。降伏強さおよび引張強さは試験片
の断面および引張荷重チャートから、また、伸びは標点
間距離の変化から計算して求めた。
【0027】比較例1 中間焼鈍を1100℃で2時間行なった以外実施例1と
同様にして拡散防止層用材11〜19をえた。また、前
記拡散防止層用材1〜10と同様にして、結晶粒の平均
粒径、厚さ方向における結晶粒の個数、ビッカース硬
度、降伏強さ、引張強さおよび伸びを測定した。結果を
表1に示す。
【0028】実施例2 本発明のTa拡散防止層用材を含む超電導線を線引き加
工した際のTa層の肌荒れを評価するために、図4に示
すようにCuマトリックス9中にSn線10およびNb
線8を挿入してなる超電導複合材であって直径7.3m
mのものを7本、前記拡散防止層用材1〜19、および
外径40mm、内径25mmのCuからなる安定化材を
図2のように複合組立てした。
【0029】ついで、組立てた超電導線を線引き加工
し、直径0.7mmの図1に示すような超電導線の母材
をえた。通常、この母材に600℃〜750℃の温度で
50時間以上の熱処理を施すことにより、超電導線をう
ることができる。
【0030】ここで、肉眼によって母材中のTa層の形
状を評価した。Ta層の破断が著しいばあいを1、Ta
層が一部破断したばあいを2、破断はしていないが波打
ちが大きいばあいを3、波打ちの程度が軽いばあいを
4、波打ちがないばあいを5として評価した。結果を表
1に示す。
【0031】
【表1】
【0032】さらに、前記結晶粒の平均粒径とビッカー
ス硬度には比例関係があり、結晶粒の平均粒径を小さく
し、かつビッカース硬度を高めることによって拡散防止
層であるTa層の肌荒れを少なくすることができる。
【0033】なお、本実施例では、Taを用いて本発明
の拡散防止層用材を作製したばあいについてのみ説明し
たが、Ta基合金または、TaもしくはTa基合金を含
むクラッド材からなる拡散防止材を用いたばあいにも同
様の効果をえられる。
【0034】また、本実施例ではNb3Sn化合物系超
電導線について述べたが、Nb3AlまたはV3Si化合
物系超電導線のばあいにも同様の効果をえられる。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、化合物系超電導線の線
引き加工において、その表面が肌荒れを起こして形状の
欠陥を起こしにくい拡散防止層用材をうることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の拡散防止層用材を用いた超電導線の
母材の横断面図である。
【図2】 本発明の拡散防止層用材を用いて組立てた、
線引き加工前の超電導線の横断面図である。
【図3】 従来の拡散防止層用材を用いた超電導線の母
材の横断面図である。
【図4】 超電導複合材の一例の横断面図である。
【図5】 超電導複合材の一例の横断面図である。
【符号の説明】
1 線引加工後の超電導複合材、2 線引加工後の拡散
防止層用材、3 線引加工後の安定化材、4 超電導複
合材、5 拡散防止層用材、6 安定化材、7 肌荒れ
を起こした拡散防止層用材、8 NbまたはNb基合
金、9 CuまたはCu基合金、10 SnまたはSn
基合金、11 CuおよびSnからなるブロンズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 雅啓 神奈川県相模原市大山町1番30号 日本 金属工業株式会社内 (72)発明者 浅野 昌樹 神奈川県相模原市大山町1番30号 日本 金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−177809(JP,A) 特開 平6−290651(JP,A) 特開 平9−204826(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 12/00 - 13/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物系超電導線に含まれる低融点金属
    が熱処理などにより安定化材に拡散することを防止する
    ために複合組立時に組み込むTaまたはTa基合金から
    なる拡散防止層用材であって、該拡散防止層用材の厚さ
    をd、厚さ方向における結晶粒の個数をn、結晶粒の平
    均粒径をRとしたばあいにnR≦d(ただし、n≧1
    0)が成り立化合物系超電導線の拡散防止層用材。
  2. 【請求項2】 結晶粒の平均粒径Rが30μm以下であ
    る請求項1記載の拡散防止層用材。
  3. 【請求項3】 化合物系超電導線がNb3Sn化合物系
    超電導線である請求項1または2記載の拡散防止層用
    材。
  4. 【請求項4】 化合物系超電導線が、SnまたはSn基
    合金の周囲にNbまたはNb基合金からなるフィラメン
    トを配置してなる複合材から作製されるNb3Sn化合
    物系超電導線である請求項3記載の拡散防止層用材。
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