JP3920606B2

JP3920606B2 - 粉末法Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材の製造方法

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Publication number: JP3920606B2
Application number: JP2001272203A
Authority: JP
Inventors: 征治林; 隆司長谷; 隆好宮崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP2003086041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材を粉末法によって製造する方法に関するものであり、特に高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置に用いられる超電導マグネットの素材として有用な粉末法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気抵抗がゼロで大電流を流すことができる超電導線材を用いることで、大電流送電や強磁場発生装置等の利用が広がりつつある。特に高分解能ＮＭＲ分析装置に用いられる超電導マグネットは、大電流通電による強磁場発生と抵抗ゼロを利用して電源を用いない永久電流モードの運転を行うものであり、超電導現象を利用することで初めて実現可能な応用の典型である。また、ＮＭＲ分析装置では、マグネットの発生磁場が高ければ高いほど分解能が向上するので、こうした分解能を高めるという観点から近年ますます高磁場化の傾向にある。
【０００３】
超電導マグネットの素材として使用されている超電導線材としては、ＮｂＴｉ線材とＮｂ₃Ｓｎ線材の２種類の金属系超電導線材が一般的に知られている。これらの線材における臨界磁場（超電導性を維持できる最高磁場）は、ＮｂＴｉで１１Ｔ、Ｎｂ₃Ｓｎで２５Ｔであるので、中・低磁場用マグネットではＮｂＴｉ線材で作製され、高磁場用マグネットではその外層をＮｂＴｉ線材、内層をＮｂ₃Ｓｎ線材とする組み合わせで作製されるのが一般的である。
【０００４】
図１は高磁場用超電導マグネットのコイル構成の一例を示す概略説明図であり、図中１ａ，１ｂはＮｂ₃Ｓｎ線材からなるコイル、２ａ，２ｂはＮｂＴｉ線材からなるコイルの夫々を示す。図示するように、超電導マグネットのコイルは、クエンチ時の保護の為に、複数に分割して作製されている。また線材の使用量を減らすために、図１に示すように、夫々のコイルは配置位置によって大きさの適性化が図られており、内側のコイルになるほど高さが低くなる様に工夫されている。この様な断面構成を有する超電導マグネットを実際に励磁した場合、マグネットにおける各コイルの磁場の大きさに分布が生じて、一般的に超電導コイルの内側ほど磁場が高くなる傾向があることから、外側のコイル（前記２ａ，２ｂ）には臨界磁場の低いＮｂＴｉ線材を用い、内側のコイル（前記１ａ，１ｂ）にはＮｂ₃Ｓｎ線材が用いられている。
【０００５】
上記の様な超電導マグネットでは、図１に示した様に超電導接続が必要となるのであるが、ＮｂＴｉ−ＮｂＴｉ間、ＮｂＴｉ−Ｎｂ₃Ｓｎ間、およびＮｂ₃Ｓｎ−Ｎｂ₃Ｓｎ間においては、技術的に既に確立されており、実用化されている。また超電導マグネットを永久電流モードで運転するに当たって、必要とされる磁場安定性は、磁場変化が０．０１ｐｐｍ／ｈｒ以下である。換言すれば、永久電流モードを達成するには、定格磁場を発生した数百Ａの通電状態で且つ少なくとも０．５Ｔ程度以上の磁場環境下において、１×１０^-12Ω以下の接続抵抗を実現する必要がある。そして前記図１に示した様な構成の超電導マグネットにおいて、ＮＭＲ分析装置で実現されている最高磁場は、現在のところ９００ＭＨｚ程度である。
【０００６】
ところが、１ＧＨｚ（２３．５Ｔ）の高磁場になると、Ｎｂ₃Ｓｎ線材の限界レベルとなる。従って、超電導マグネットの最内層コイルには、臨界磁場がより高い酸化物超電導線材がその候補材料として有力視されている。しかしながら、酸化物超電導線材を用いたコイルでは、酸化物超電導線材の超電導接続技術が完成しているとは言えないこと、および酸化物超電導線材では通電時に微少抵抗が残ること等もあって、永久電流モードでの運転は容易に実現されないことが予測できる。こうしたことから、超電導接続技術が既に確立されているＮｂ₃Ｓｎ線材の性能を更に改善して、より高磁場における永久電流運転の実現が望されているのが実状である。
【０００７】
これまで用いられてきたＮｂ₃Ｓｎ線材は、ブロンズ法によって製造されるのが一般的である。このブロンズ法は、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリックス中に複数のＮｂ製芯材を埋設し、これを安定化の為の銅（安定化銅）に埋設して伸線加工により上記芯材をフィラメントとなし、或はこのフイラメントを複数束ねて線材群となし、上記フイラメントまたは線材群を６００〜８００℃で熱処理することによりＮｂ製のフィラメントに上記マトリックスのＳｎを拡散させてＮｂ₃Ｓｎ層を生成させる方法である。
【０００８】
このブロンズ法で製造されたＮｂ₃Ｓｎ線材で、現在最高性能を実現している線材の熱処理反応後の断面を図２（図面代用顕微鏡写真）に示す。図１に示したＮｂ₃Ｓｎ線材では、上記線材群の表面にＮｂからなる拡散バリヤ層および安定化銅を配置し、その断面形状が平角線材となる様に加工したものである。尚、図２中ＡはＣｕ−Ｓｎ基合金（以下、「ブロンズ」と呼ぶことがある）、Ｂはブロンズ中のＳｎがＮｂの中に拡散して形成されたＮｂ₃Ｓｎ、ＣはＮｂを夫々示している。
【０００９】
上記の様なＮｂ₃Ｓｎ線材において、超電導になって電流を流せるのは上記Ｎｂ₃Ｓｎの部分であり、その他の部分は超電導にはならないので、より多くの電流を流すことができるためには、Ｎｂ₃Ｓｎ層が厚いほど良いことが分かる。また、Ｎｂ₃Ｓｎ層の厚さを厚くするためには、ブロンズからのＳｎをＮｂ中に拡散させれば良い。しかしながら、８００℃以下の温度領域においてブロンズ中に固溶できるＳｎ濃度には限界があり、１５．８質量％が上限である。従って、ブロンズ法においては、ブロンズ中のＳｎがなくなってしまうと、熱処理時間をそれ以上に如何に長くしても、Ｎｂ₃Ｓｎ層の厚さをそれ以上厚くすることはできなくなる。こうしたことから、Ｎｂ₃Ｓｎ線材によって更に大電流を流すためには、断面積に占めるＮｂ₃Ｓｎ相の比率が大きくなる様に別の手段を講じる必要がある。
【００１０】
一方、Ｎｂ₃Ｓｎ線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、粉末法も知られている。この粉末法では、Ｔａ₆Ｓｎ₅を主体とする粉末（例えば、Ｔａ₆Ｓｎ₅＋Ｃｕ粉末の混合粉末）原料粉末とし、これをＮｂまたはＮｂ基合金（例えば、Ｎｂ／Ｔａ合金）からなるパイプに充填した後、伸線加工して前記パイプ中の原料粉末をフィラメント状とし、この複数本を安定化の為の銅（安定化銅）内に埋設した後伸線加工して熱処理することによって、フィラメントパイプ中のＳｎとパイプであるＮｂとを反応させ、パイプの内側からＮｂ₃Ｓｎ層を形成して超電導線材とするものである。
【００１１】
上記ブロンズ法や粉末法で製造されたＮｂ₃Ｓｎ線材と、他の方法（急加熱急冷法）で製造されたＮｂ₃Ａｌ線材等について、高磁場における特性（オーバオールの臨界電流密度Ｊｃ）を比較して図３に示す。尚、図３に示したように、９００ＭＨｚに相当する磁場は、外部磁場がほぼ２１Ｔのときである。
【００１２】
この図から明らかなように、粉末法によって製造されたＮｂ₃Ｓｎ線材は、２１Ｔ以上であっても高い臨界電流密度が達成されており、この線材は９００ＭＨｚ以上のＮＭＲマグネット用線材として有力視されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした粉末法Ｎｂ₃Ｓｎ線材においても、高磁場での臨界電流密度Ｊｃの減少が著しく、永久電流運転を達成するために必要とされる臨界電流密度Ｊｃ：７５Ａ／ｍｍ²を達成するには、外部磁場は９３０ＭＨｚが限界であり、９５０ＭＨｚ以上の外部磁場においても永久電流運転が可能となる超電導線材の実現が望まれているのが実状である。
【００１４】
従来の粉末法で製造したＮｂ₃Ｓｎ線材の断面を図４（図面代用走査型電子顕微鏡写真）に示す。尚、図４中３は粉末コア（原料粉末部分）、４は反応によって形成されたＮｂ３Ｓｎ層、５はＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプ部分、６は安定化銅を夫々示す。こうした粉末法によって製造されたＮｂ₃Ｓｎ線材にあっては、Ｎｂ₃Ｓｎ層の厚さは５０μｍ程度の厚みが達成されているのであるが、上記粉末コア３の部分が問題となる。即ち、粉末法によっては、Ｎｂ₃Ｓｎ層が５０μｍ程度で形成されるのであるが、上記粉末コア３の様に原料粉末からＳｎが拡散して残った部分が非超電導相として残存し、超電導線材としての有効面積（超電導相の面積割合）の増大に寄与できていないのである。こうしたことから、粉末法によって製造されるＮｂ₃Ｓｎ線材において、できるだけ非超電導相を減らして超電導線材としての有効面積を増大させ、９５０ＭＨｚ以上の超高磁場ＮＭＲマグネット用線材として、粉末法Ｎｂ₃Ｓｎ線材の更なる高臨界電流密度化が切望されている状況である。
【００１５】
本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、高い外部磁場においてもより高い臨界電流密度を実現することができ、９５０ＭＨｚ以上の超高磁場ＮＭＲマグネットの実現を可能にする粉末法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する為の有用な方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し得た本発明の製造方法とは、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに、（１）Ｎｂ₃Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加工した後熱処理する点に要旨を有するものである。
【００１７】
また、本発明の上記目的は、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに、（１）Ｎｂ₃Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、このパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設し、このＣｕ−Ｓｎ基合金製部材の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加工した後熱処理することによっても達成される。
【００１８】
更に、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに、（１）Ｎｂ₃Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、このパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設して伸線加工した後、その複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加工した後熱処理することによっても、超電導特性を更に向上した粉末法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材が得られる。
【００１９】
上記方法のうち、Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材を用いる方法にあっては、（ａ）前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材中のＳｎ含有量が１３〜１６質量％であることや、（ｂ）前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材の超電導線材全断面積に占める割合が７０％以下であることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成する為に様々な角度から検討した。その結果、上記構成を採用すれば上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明が完成された経緯を説明しつつ、本発明の作用について説明する。
【００２１】
前述の如く従来の粉末法では、Ｔａ₆Ｓｎ₅を主体とする粉末を原料粉末として用いるものであるが、こうした方法では、原料粉末からＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプへのＳｎの拡散の後残存する粉末コアが非超電導相となるため、全断面積に占める超電導相が占める割合に限界があることが判明した。そこで本発明者らが、粉末法によってＮｂ₃Ｓｎ線材を製造するに当たり、超電導相をなすＮｂ₃Ｓｎ層を更に大きく形成するための要件について様々な角度から検討した。
【００２２】
その結果、まず原料粉末として従来のＴａ₆Ｓｎ₅を主体とする粉末の代りに、（１）Ｎｂ₃Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を用いれば良いとの着想が得られた。即ち、上記の様な混合粉末を原料粉末として用い、この原料粉末をＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに充填し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バリヤー層および安定化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加工した後熱処理する様にすれば、上記ＮｂまたはＮｂ基合金に拡散して形成されるＮｂ₃Ｓｎ層と、原料粉末中のＮｂ₃Ｓｎ粉末とが一体化されてＮｂ₃Ｓｎ相をなし、こうしたＮｂ₃Ｓｎ相の形成によってＮｂ₃Ｓｎ線材における超電導特性が格段に向上できたのである。
【００２３】
本発明方法においては、原料粉末として上記の様な混合粉末を用いるものであるが、このうちＮｂ₃Ｓｎを主体とする粉末は、熱処理前は孤立しているが、熱処理によって粒子同士が焼結・連結され、超電導電流の流路となるものである。また、この粉末は、Ｎｂ₃Ｓｎだけからなるものでも良いが、必要によってＴｉやＴａを含有させても良い。これらＴｉやＴａを含有させると、高磁場での高電流化という効果が発揮されるが、その含有量が過剰になると加工性が低下するので、０．１〜０．５質量％程度に抑えるのが良い。このＮｂ₃Ｓｎを主体とする粉末は、ブロンズ法線材で生成したＮｂ₃Ｓｎ反応層を、外側のブロンズを化学処理によってエッチングして露出させた後、採集する手段等によって調製することができる。
【００２４】
原料粉末中のＳｎ粉末は、ＮｂまたはＮｂ基合金にＳｎを拡散してＮｂ₃Ｓｎ層を形成するのに混合するものである。また、原料粉末中のＣｕ粉末は、Ｎｂ₃Ｓｎ生成の際における熱処理温度低減の為に混合されるものである。
【００２５】
尚、混合粉末における上記各粉末の混合割合については特に限定するものではないが、ＳｎがＮｂに拡散してＮｂ₃Ｓｎとなり、Ｃｕはその反応温度低減、残存Ｎｂ３Ｓｎはそのまま焼結されるという点を考慮すれば、Ｎｂ₃Ｓｎを主体とする粉末：Ｓｎ粉末：Ｃｕ粉末＝１：０．５〜３：０．１〜０．５程度が適切である。また、これらの粉末は、熱処理時の反応性を高めるという観点から、平均粒径が５０μｍ以下のできるだけ微細なものを用いることが好ましい。
【００２６】
本発明方法において超電導線材の前駆体（熱処理前の複合体）となるものは、上記の様な原料粉末（混合粉末）をＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに充填し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置してものであるが、（ａ）上記混合粉末を充填したパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）製部材に埋設し、このＣｕ−Ｓｎ基合金製部材の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置した複合体や、（ｂ）上記混合粉末を充填したパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設して伸線加工した後、その複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置した複合体を用いることも有用である。
【００２７】
上記（ａ）または（ｂ）の様な複合体を用いることによって、Ｎｂ₃Ｓｎ層はＮｂまたはＮｂ基合金パイプの内側ばかりでなく、その外側にも形成されることになって、Ｎｂ₃Ｓｎ線材の特性を更に向上させることができる。こうした構成の複合体を用いる場合には、Ｎｂ（パイプ）へのＳｎ拡散をできるだけ促進するという観点から、上記Ｃｕ−Ｓｎ基合金中のＳｎ含有量は固溶限内でできるだけ多い方が良く、こうした観点から前記Ｓｎ含有量は１３〜１６質量％程度が好ましい。また、ブロンズを併用した製造方法では、線材と特性をより向上させるという観点から、線材全断面積に占めるブロンズ部分の断面積比ができるだけ小さくするのが良いこことが分かるが、本発明方法（Ｃｕ−Ｓｎ基合金部材を用いる方法）では、パイプの内側と外側の両方からＮｂ₃Ｓｎ層が形成されていくので、上記断面積比を７０％以下に容易に達成することができる。
【００２８】
いずれの複合体を用いるにしても、本発明方法で用いる複合体は、その表面に拡散バリヤー層および安定化銅が配置される。このうち拡散バリヤー層は、熱処理時にＳｎ等の不純物が安定化銅に拡散して安定化銅の抵抗値が大きくなることがないように配置されるものであり、例えばＮｂやＴａによって構成される。また、安定化銅は、形成されたＮｂ₃Ｓｎ層を安定化させるために配置されるものであり、純銅によって構成される。
【００２９】
上記の各種複合体は、押し出し加工若しくは引き抜き加工した後、熱処理されることによって、線材中にＮｂ３Ｓｎ層が形成されることになるが、この熱処理温度は７００〜８５０℃程度が好ましい。
【００３０】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３１】
【実施例】
実施例１
従来のブロンズ法線材において、Ｎｂ芯をまばらに配置すると共に、十分な熱処理を施すことによってＮｂ芯が残らず、全てＮｂ₃Ｓｎ相となるようにアニールして線材を作製した後、ブロンズ部分をエッチング等によって全て除去し、残った部分からＮｂ₃Ｓｎを回収した。そして、回収したＮｂ₃Ｓｎを粉砕してＮｂ₃Ｓｎ粉末を調製した。
【００３２】
更に、粒径５０μｍ以下のＳｎ粉末とＣｕ粉末を準備し、これらの粉末と上記Ｎｂ₃Ｓｎ粉末を、Ｎｂ₃Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃｕ＝２：１：０．３となる様に混合して原料粉末とした。この原料粉末（後記図５の符号９）を、Ｔｉを０．２質量％含有させた内径：４ｍｍ，外径：６ｍｍのＮｂ基合金製パイプ（後記図５の符号８）に充填し、対辺間距離が３ｍｍの正六角形となるまで伸線加工した。
【００３３】
その後、この伸線加工線材を５０ｃｍに長さに定尺切断して束ねて線材群とし、図５に示す様に銅製パイプ６（安定化銅）に挿入した。このとき，線材群と安定化銅との間には、拡散バリヤー層としてのＮｂシートを介在させた。
【００３４】
上記の様にして構成した複合材を、８００℃で８０時間熱処理して超電導線材とした。得られた線材の高磁場（外部磁場）における臨界電流密度（オーバオールの臨界電流密度：Ｊｃ）を測定した。その結果を、図６に示す。このとき、比較の為に、断面構成を同じにして、封入粉末（原料粉末）を従来のＴａ₆Ｓｎ₅粉末にしたときのデータを合わせて示した。この結果から明らかなように、４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊｃは従来法で作製した線材と比べて約３０％も改善されていることが分かる。
【００３５】
上記で得られた超電導線材の断面を、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方法によって得られた線材では、バイプの内側から反応によって生成したＮｂ₃Ｓｎは充填した原料粉末部分のＮｂ₃Ｓｎと一体化し、パイプの内側には一部ボイドが形成されるものの、ほとんど非超電導相は残っていないことが分かった。
【００３６】
これらの結果からして、本発明方法では従来法と比較して、原料粉末の組成を適切に調整することによって、パイプ内の粉末部にもＮｂ₃Ｓｎ相が形成されて、全断面積に占める超電導部分の有効断面積が増加したことが臨界電流密度が改善させた理由であると考えることができた。
【００３７】
実施例２
前記実施例１と同様にして、Ｎｂ₃Ｓｎ粉末、Ｓｎ粉末およびＣｕ粉末を準備、これらをＮｂ₃Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃｕ＝２：１：０．３となるように混合して原料粉末９とした。この原料粉末９を、Ｔｉを０．２質量％含有させた内径：４ｍｍ、外径：６ｍｍのＮｂパイプ８に充填した。そして、図７に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ合金部材（Ｓｎ含有量：１５質量％）１０に６ｍｍφの孔１１を複数開け、この孔１１に前記パイプ８を挿入して埋設した。そして、この外側にＮｂシート７（拡散バリアー層）を配置した後、最外部に安定化銅６を配置して複合ビレットとし、このビレットを押し出し加工または引き抜き加工を経て最終線径：１．３ｍｍφの線材とした。
【００３８】
上記線材を、８００℃で８０時間熱処理して超電導線材とした。この線材の高磁場（外部磁場）における臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を、前記図６に合わせて示す。この結果から明らかなように、４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊｃは従来法で作製した線材と比べて約５０％も改善されていることが分かる。
【００３９】
上記で得られた超電導線材の断面を、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方法によって得られた線材では、バイプの内側から反応によって生成したＮｂ₃Ｓｎは封入粉末部分のＮｂ₃Ｓｎと一体化し、パイプ内の粉末部分にもＮｂ３Ｓｎが生成していることは前記実施例１と同様であった。
【００４０】
また、この方法によって得られた超電導線材では、Ｎｂ₃Ｓｎ相はＮｂパイプの外側からも内側に向かって生成しており、Ｎｂパイプには未反応のＮｂは殆ど残っていなかった。前述の如く、従来のブロンズ法であれば、ブロンズから供給できるＳｎの量に限界があるので、ブロンズに埋め込む線材の本数を増やしても、反応で生成されるＮｂ₃Ｓｎ層の断面積は増やすことはできなかった。即ち、従来のブロンズ法によっては、線材中におけるブロンズの断面積比は７０％以下にできなかったのである。
【００４１】
これに対して、本発明によって得られた線材においては、パイプ内側からのＳｎ拡散が主であり、ブロンズからのＳｎ拡散は副次的効果であるので、従来のブロンズ法よりもＮｂ間隔を短くすることができ、その結果としてブロンズ断面積比を下げることができたのである。ちなみに、本発明によって得られた超電導線材におけるブロンズ部分の断面積比は５５％程度になっていた。
【００４２】
これらの結果からして、この実施例によって得られた線材の臨界電流密度が向上した理由は、パイプの内側・外側の両サイドにＮｂ₃Ｓｎ層が形成されたことにより、全断面積に占める超電導部分の有効断面積が増加したためであると考えられる。
【００４３】
実施例３
前記実施例２と同様にして、Ｎｂ₃Ｓｎ粉末、Ｓｎ粉末およびＣｕ粉末を準備、これらをＮｂ₃Ｓｎ：Ｓｎ：Ｃｕ＝２：１：０．３となるように混合して原料粉末９とした。この原料粉末９を、Ｔｉを０．２質量％含有させた内径：４ｍｍ、外径：６ｍｍのＮｂパイプ８（前記図７参照）に充填した。そして、前記図７のＮｂシート７の内側相当部分として示す様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金部材（Ｓｎ含有量：１５質量％）１０に６ｍｍφの孔１１を複数開け、この孔１１に前記パイプ１０を挿入して埋設した。
【００４４】
このビレットを伸線加工して最終的に対辺距離が５ｍｍとなる六角材１０ａとした。これを５０ｃｍの長さに定尺切断し、これらを束ねて図８に示す様に複合化した。即ち、上記六角材１０ａを束ねた外側にＮｂシート（拡散バリアー層）７を配置した後、最外部に安定化銅６を配置して複合ビレットとした。そして、この複合ビレットを押し出し加工または引き抜き加工を経て最終線径：１．３ｍｍφの線材とした。
【００４５】
上記線材を、８００℃で８０時間熱処理して超電導線材とした。この線材の高磁場（外部磁場）における臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を、前記図６に合わせて示す。この結果から明らかなように、４．２Ｋ，２０Ｔでの臨界電流密度Ｊｃは従来法で作製した線材と比べて約７０％も改善されていることが分かる。
【００４６】
上記で得られた超電導線材の断面を、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察したところ、本発明方法によって得られた線材では、前記実施例２と同様に、Ｎｂ₃Ｓｎ相はＮｂパイプの外側からも内側に向かって生成しており、Ｎｂパイプには未反応のＮｂは殆ど残っていなかった。これは、フイラメントを細くしたことによって、前記実施例２と比較してＳｎの拡散距離が短くても効果的にＮｂ₃Ｓｎが形成されることになり、その結果として臨界電流密度の向上が達成されたものと考えられる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、９５０ＭＨｚ以上の超高磁場ＮＭＲマグネットの実現を可能にする超電導線材が実現できた。この様な線材では、強磁場で永久電流モード動作が要求される高性能超電導マグネットにおいて、従来の金属系超電導マグネットよりも更に優れた超電導マグネットの製作が期待でき、その他の永久電流モードを必要とする超電導マグネット応用においても極めて有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高磁場超電導マグネットのコイル構成の一例を示す概略説明図である。
【図２】ブロンズ法によって製造されたＮｂ₃Ｓｎ超電導線材の断面を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図３】各種製造法で製造された超電導線材の特性を比較して示したグラフである。
【図４】従来の粉末法で製造したＮｂ₃Ｓｎ線材の断面を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図５】実施例１で用いた複合体の構成を示す概略説明図である。
【図６】各実施例１〜３で製造されたＮｂ₃Ｓｎ超電導線材の特性を比較して示したグラフである。
【図７】実施例２で用いた複合体の構成を示す概略説明図である。
【図８】実施例３で用いた複合体の構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂＮｂ₃Ｓｎ線材からなるコイル
２ａ，２ｂＮｂＴｉ線材からなるコイル
３粉末コア
４Ｎｂ₃Ｓｎ層
５Ｃｕ−Ｓｎ基合金層
６安定化銅
７Ｎｂシート（拡散バリヤー層）
８Ｎｂ基合金パイプ
９原料粉末
１０Ｎｂ基合金パイプ
１１孔

Claims

ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに、（１）Ｎｂ₃Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、これを伸線加工した後その複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加工した後熱処理することを特徴とする粉末法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材の製造方法。
ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに、（１）Ｎｂ₃Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、このパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設し、このＣｕ−Ｓｎ基合金製部材の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加工した後熱処理することを特徴とする粉末法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材の製造方法。
ＮｂまたはＮｂ基合金からなるパイプに、（１）Ｎｂ₃Ｓｎを主体とする粉末、（２）Ｓｎ粉末、および（３）Ｃｕ粉末からなる混合粉末を充填し、このパイプの複数本をＣｕ−Ｓｎ基合金製部材に埋設して伸線加工した後、その複数本を束ねて線材群とし、この線材群の表面に拡散バリアー層および安定化銅を配置して複合体とし、この複合体を押し出し加工若しくは引き抜き加工した後熱処理することを特徴とする粉末法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材の製造方法。
前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材中のＳｎ含有量が１３〜１６質量％である請求項２または３に記載の製造方法。
前記Ｃｕ−Ｓｎ基合金製部材の超電導線材全断面積に占める割合が７０％以下である請求項２〜４のいずれかに記載の製造方法。