JPH0251807A

JPH0251807A - 超極細多重構造のＮｂ↓３Ａ１超電導線材の製造法

Info

Publication number: JPH0251807A
Application number: JP63200238A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Inoue; 井上　廉; Takao Takeuchi; 孝夫竹内; Michio Kosuge; 小菅　通雄
Original assignee: National Research Institute for Metals
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1990-02-21
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: JPH0644427B2

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】（技術分野）この発明は、超極細多重構造のＮｂ３Ａｌ超電導線材の
製造法に関するものである。さらに詳しある。

（従来の技術とその課題）強磁界および交流磁界下ｆこおいてりれた超電導特性を
示す線材は、ＮＭＲ分析装置、核融合炉、エネルギー貯
蔵、電磁推進船、超電導発を磯、あるいは超電導変圧器
等に有利に用いられるものである。

このよ５な分野ｌこ利用が期待される強磁界用超電導線
材としては、Ｎｂ、ｓｎおよびＶ３Ｇａからなるものが
知られているが、これらの線材はいくつかの重大な欠点
を有しているため、依然として実用〆こ供するうえで難
点の多い状況にある。

すなわち、このＮｂ、ｓｎおよびＶＩＧｍ線材は、上部
臨界磁界はたがだが２０Ｔ程度であり、実用上満足でき
るものではない。また、この線材は、銅合金（Ｃｕ−Ｓ
ｎ、またはＣｕ−Ｇ、）との高温で生成しなければ臨界
温度および上部臨界磁界は低下してしまうという問題が
ある。しかもこのような高温で生成した場合にはＮｂ３
Ａｌの結晶粒は粗くなり、これｌこよって臨界電流密度
が低下してしまうとい５予盾がある。

また、このＮｂ３Ａｌ超電導材は、臨界温度および上部
臨界磁界の高い実用上有利なものとして線材化すること
が困難でもあった。実験室レベルこれら線材に比べて臨
界温度（’ｒｃ）が高く、上部臨界温度も３０Ｔという
優れたレベルにあって、実用的に有望な超電導線材とし
て期待されているものにＮｂ３Ａｌ基の超電導材がある
。

しかしながら、このＮｂ３Ａｌはその特性はＮｂ１Ｓｎ
や’Ｖ　ｓ　Ｇ　ａよりもはるかに優れているものの、
その特性の優れた化学量論組成からなるものは低温では
不安定であって、１５０’０　’Ｃ以上たとえば、この
Ｎｂ、Ａｌ線材の製造法としては、拡散反応を利用した
ものが有望なものと考えられている。この方法には、具
体的には、粉末冶金法、ジェリーロール法、浸透法、お
よびａ＆刀ロ工法がある。粉末冶金法は、第２図（ａ）
に示したように、Ｎｂパイプ（ア）に充填したＮｂ粉末
（イ）とＡ１またはＡ１合金の粉末（つ）とからなる複
合体（１）を冷間加工して極めて細いＮｂ／Ａｌ多重構
造の複合線材ｌこ加工し、次いで７５０〜１１００℃の
比較的低い温度で熱処理して、Ｎｂ３Ａｌを拡散生成し
、ＮｂおＡｌ＠材とするものである。ジェリーロール法
は、第２図（ｂ）に示したようにＮｂ箔（オ）とＡＩま
たはＡ１合金箔（力）とを重ねて巻き込んだ複合体（１
）を同様ｆζ加工、処理するものであり、浸透法は、第
２図（Ｃ）に示したよづにＮｂ粉末の多孔質ｍｕＶＩＧ
ｍ線材と同じ程度の特性しか得られない。

この欠点を解消しようとして高温度で熱処理すると、ま
た同様に優れた超電４特性のｌ’Ｊｂ、Ａｌ線材を得る
ことはできない。

このように、Ｎｂ、Ａｌ線材には、その実用化のために
どうしても克服しなければならない熱処理温度と特性と
の関係についての課題があった。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたのである
。

しかしながら、これらの方法により得られるＮｂ、Ａｌ
線材は、その細かな金属組織によって低磁界においての
臨界電流密度は比較的良好であるものの、低温度で熱処
理してＮｂ３Ａｌを生成させているため１こ、化学量論
組成からずれた上部臨界磁界の低いＮｂ３Ａｌから生成
しやす（、高磁界における臨界電流密度は従来のＮｂ１
Ｓｎや線材を容易１ｃＨ造することのできる新しい製造
方法を提供することを目的としてる。

（課題を解決するための手段）この発明は、上記の課題を解決するために、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金とニオブ母材とからなる複合
体を金属または合金のマトリックス材中Ｉこ配し、これ
を冷間加工ｌこよって線材化してアルミニウムまたはア
ルミニウム合金の径または厚みが０．５　Ｊ　ｍ以下の
複合線材とし、１０秒以下の短時間に高温熱処理するこ
とを特徴とする超極細多重構造のＮｂ３Ａｌ超電導線材
の製造法を提供する。

またこの発明は、この方法に二って得られるＮｂ、Ａｌ
線材をさらに６００〜８００℃の温度で追加熱処理する
方法をも提供するものである。

この表造法は、上記の通り、冷間加工した複合ら連続的
に加熱・冷却させることにＬうて行うことができる。加
熱・冷却は、不活性ガス雰囲気中、液化不活性ガス中で
行うことができる。

もちろんこれらｌこ限定されること（才な（、たとえば
その冷却は、水冷した銅リール等で連続的に行うことも
できる。

アルミニウム合金を用いる場合には、１５．目％以下の
Ｍｇ、ｌ　Ｑ　ａ１％以下のｚ”ｓ　１０　ａｔ％以下
と検証によってはじめて見出された知見に基づいている
ものである。

この場合の高温熱処理は、従来のＮｂ３Ａｌ製造時の７
５０〜１１００℃の温度ｔ゛りは高い温度より好ましく
は約１４００℃以上の高温度となる条件において行うも
のであり、Ｎｂ／Ａｔ複金線材の直接通電加熱、ｍη加
昂、あるいは幅対加熱等によって・Ｎ　ｂ　／　Ａ　１
複合線材を移動させながＧｅを合計で４ａｔ９６以下の
比率で含有させてもよいＯこの組成範囲内にある場合にはＮｂ、Ａｌ線材のｆｆｉ
電導特性に悪影響を与えることはない。その加工特性は
ニオブと類似している。

ニオブ母材は、ニオブまたは、上記と同様の８１および
Ｑｅを合計で４　ａｔ％以下含有するニオブ合金等を用
いることができる。

アルミニウムまたはアルミニウム合金とニオブ母材とか
らなる複合材をさらに再複合するための合鴨または合金
のマ）　ＩＪツクス材としては、母材ニオブと反応しに
くい、または反応しない融点２０００℃以上のものとす
ることが好ましく、たとえば、ニオブ、タンタル、バナ
ジウム、タングステン、モリブデン、チタン、ジルコニ
ウム、マたはその合金を好適なものとして例示すること
が電導線材が得られる。この場合、さらに６００〜８０
０℃に追加熱処理を行うと、Ｎｂ３Ａｌの結晶秩序が向
上し、高磁界特性がさらに向上する。

純アルミニウムを用いる場合は、いわゆる複合加工法が
難しくなるので、前述した粉末法、ジェリーロール法、
あるいは浸透法を使用するのが好ましい。

いずれｌこおいても、アルミニウムまたはアルミ加工す
る。この際にマドｖツクス材によって複合化する０この加工により、複合線材中のアルミニウムまたはアル
ミニウム合金の径または厚みは０．５１ｍｍ以下とする
。この点もこの発明の特徴の一つである０１０秒以下の短時間に、高温度に加熱・冷却することに
よって強磁界特性の優れたＮｂ３Ａｌ超Ｎｂ３Ａｌ超電
導線材の交流損失を極めて小さくするには複合加工法が
特に有利である。

この発明の製造方法においては、マトリックス材として
金属または合金を用いるが、これを使用しない場合には
Ｎ’ｂ３Ａｌフィラメントが互いに電気的に接触してし
まい、径が巨大なフィラメントと等価になるため線材の
交流損失が極めて大きくなり、電磁気的ｌこ不安定な使
いｌこくい縁材上なる０また、この発明においては、無酸素鋼や純アルミニウム
をさらに複合化すると超電導線材の電磁気的安定性はさ
らに向上する。

第１図は、以上の通りのこの発明の製造法についてその
要部を示したものである０第２図（、）（ｂ）（、）（
ｄ）に示した従来公知の複合加工法、粉末冶金法、ジェ
リーロール法、浸透法ｉこよ−て生成したＮｂ／Ａｌ複
合体（１）を、マトリ１．１４ｍの線ｌこ加工した。こ
の単芯復合線を１１０本束ね、外径２０ｍ、内径１４陽
のニオブバイブ中に挿入して、多重複合体を作製し、冷
間伸線加工１こよって外径１．１４１１１の１１０芯複
合線に加工した。この１１０芯複合Ｉ腺をさら（こ１１
０本束ねてニオブバイブ中に挿入した多重複合体を伸線
加工するという工程を２回繰り返し、外径０．３〜１０
腸のｌｌ０ＸＩＩＯＸＩＩＯ芯複合線以下、この発明の
実施例を示し、さらに詳しくこの発明の製造法について
説明する。

（実施例）実施例１外径６ＷのＡ１−６１ｔ％Ｍｇの丸棒を外径１２謡、内
径６腸のニオブバイブ中に挿入して、複合体を作製し、
溝ロール加工、スウエージング加工または引き抜き加工
等の冷間伸線加工により外径生成させた。芯径が０．５
μｍ以下の線材を複信製造した。各々の線材について超
電導臨界温度（ＴＣ）、臨界電流度（Ｊｃ）を測定した
。この結果を示したものが表１である。

芯径が０．３μｍ以下の場合、加熱時の全印加エネルギ
ーが１００　ＫＪ／　ｃｄ程度の場合に１７に以上の高
いＴｃが得られた。また、その線材を７００℃付近で数
日間の追加熱処理を行うと１８に以上の高いＴｃを示し
た。また、Ｊｃは芯径に依存し、芯径が０．３μｍ以下
にならないと１０”Ａ／ｄ以上の高いＪｃ（４，２に、
ｌ０Ｔ）は得られなかった。Ｔ　Ｃ＞１８にの試料はＨ
ｃｔ　　（４，２Ｋ　）＞３０Ｔであった。

これらの線材は、極めて高い超電導特性を有しており、
さらにこれらの超電導線材に追加熱処理した後、銅鍍金
したものは、電磁気的に極めて安表　　１実施例２Ａｌ− １−ＩＩ−ＩＩ−ＩＩ−８Ａｌ−５３ａＩ％Ｍ５　ａ電％ＭＱａ＋％２Ｑ　　ａｔ％Ｌａｔ％Ａｇ。

ａ優Ｃｕ。

ａ＋％Ｍ　ｇ　　−５１Ｑ　　　ａｔ％　Ｍｇ。

５　　ｍ１％Ｚｎ。

５　　ａｔ％Ｌｌ。

４　　ａｔ％Ａｇ　、ａｔ％Ｃｕ。

１１％Ｚｎ。

騰、内径６鵡のニオブパイプ中に挿入して、複合体を作
製し、溝ロール加工、スウエージング加工または引き抜
き加工等の冷間伸線加工により、外径１．１４ｊＥ１６
の線に加工した。この単芯複合線を１１０本束ね、外径
２０鶏、内径１４鵡のタンタルパイプ中に挿入して、多
重複合体を作製し・、冷間伸線加工によって外径１．１
４ｍの１１０芯複合線に加工した。この１１０芯複合懸
をさらに１１０合金フィラメントを挿入した構造の０．
５μｍ以下の芯径の極細多芯線を作製して、直接通′＃
Ｍ、７１Ｄ熱により１０秒以下の短時間熱処理した。次
いで７００℃で追加熱処理を行ったところ１７に以上の
Ｔｃ、３０Ｔ以上のＨＣ！　、１　×１０　’　Ａ　／
　ｃｄ以上のＪ　ｃ　（４，２に、　１０Ｔ　）が得ら
れた。

実施例３外径６腸のＡｌ−５ａ１％Ｍｇの丸棒を外径１２窒素中
で直接通電し、０．２秒間の加熱・冷却となるＬうに移
動させながら熱処理して、線材内にＮｂ３Ａｌフィラメ
ントを生成させた。

７００℃で追加熱処理をした後、超電導臨界温度（ＴＣ
）、臨界電流密度（Ｊｃ）を測定した。この例において
もニオブパイプを使った実施例１の結果とほぼ同様であ
った。また、バナジウムパイプ、タンクステンパイプ、
モリブデンパイプ、チタンパイブおよびジルコニウムパ
イプに置き換えてみても超′、ＩＣ導特性はほとんど変
わらなかった。

実施例４アルミ粉末とニオブ粉末を混合して外径３０１Ｂ、内径
２０１１１のニオブパイプ中に充填し、溝ロール加工、
スウエージング加工または引き抜き加工等の冷間伸線加
工によって外径０．３　ｍの線に加工した。実施列１と
同様にしてこの線材を液体窒素中のニオブパイプ中に充
填し、溝ロール加工、スウエージング加工または引き抜
き加工等の冷間伸線加工によって外径０．３９の線に加
工した。この線材を実施例１と同様にして液体窒素中で
直接通電し、０．２秒間の加熱・冷却となるように移動
させながら熱処理して、線材内にＮｂ３Ａｌフィラメン
トを生成させた。７００℃で追加熱処理をした後、超電
導臨界温度（Ｔｅ）、臨界電流密度密度（Ｊｃ　）を測
定した。この例においても実施例１の結果とほぼ同様で
あった。また、アルミ粉末の代わりにＡｌ−３ａｔ％Ｍ
ｇ、Ａｌ−２ａｊ％Ｍｇ−１ａ１％Ｓ１およびＡｌ−３
ａｔ％Ａｇ扮末を使った場合でもほぼ同一の超電導％注
が得られた。

実施例５１ｏａｍ厚さのアルミ箔と４０μｍ厚さのニオブ箔を重
ねて巻き込んで外径３０ｗｋ、内径２０１８れた。

実施−＠６ニオブ粉末をプレスして、真空中で２２００℃で焼結さ
せた多孔質体に俗融アルミを浸透させた複合体を、外径
３０鏝、内径２０膓のニオブパイプ中に充填し、溝ロー
ル加工、スウエージング加工または引き抜き加工等の冷
間伸線加工によって外径０．３賜の線に加工した。この
線材を実施例１と同様にして液体窒素中で直接通電し、
０．２秒間の加熱・冷却となるように移動させながら熱
処理した。線材内にＮｂ３Ａｌフィラメントを生成させ
た。７００℃で追加熱処理をした後、超電導臨界温度（
Ｔｃ）、臨界電流密度（ＪＣ）を測定した。この列にオ
ｄいても実施例１の結果とほぼ同様であった。また、解
融アルミの変わりに溶融Ａｌ−３８１％Ｍ　ｇ　ｓ　Ａ
　＋　−Ｊ　ａｔ％ＡｇおよびＡ】−３あり、実用上極
めて重要な臨界電流密度が大きく、しかも臨界温度およ
び上部臨界磁界の高い優れた超電導特性を有する。また
、交流損失が極めて小さく、商用周波数の交流に使用す
ることのできる超極細多芯構造を有する線材を製造する
ことも可能である。これらにより、より強磁界を発生す
ることのできる超電導マグネットが実現可能となり、交
流超電導の応用を広げ、高磁界および′９．流超電イブ
の形状および大きさ、アルミ箔およびニオブ箔の形状お
よび大きさ、冷間加工法および熱処理法等の細部につい
ては様々の態様が可能である。

（発明の効果）以上詳しく説明してきた通り、この発明にょっ℃、従来
困難であったＮｂ、Ａｌ線材を容易に製造することがで
きる。この発明によって得られるＮｂ、Ａｌ線材は、そ
の金属組織が極めて微細で度マージンが太き（、有利で
ある。

さらに、この発明の製造法においては、中間焼鈍をほと
んど必要としないため、線材製造コストを低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明におけるＮｂ／Ａｌ多重複合体を示
した断面図である。１・・・Ｎｂ／Ａｌ複合体２・・・マトリックス材３・・・Ｎ　ｂ　／　Ａ　＋多重複合体第２図（、）（
ｂ）（Ｃ）（ｄ）は、各々、従来のＮｂ３Ａｌ線材の製
造法におけるＮ　ｂ　／　Ａ　１複合体を示した断面図
である。ア・・・ニオブバイブイ・・・ニオブ粉末つ・・・アルミ又はアルミ合金扮末工・・・Ｎ　ｂ　／　Ａ　１多重複合体オ・・・ニオブ
箔力・・・アルミ又はアルミ合金箔キ・・・ニオブ焼結体り・・・浸透したアルミ又はアルミ合金ケ・・・ニオブコ・・・アルミ合金ｈ１（、）　　粉末冶金法（ｂ）　　ジェリーロール法（ｃ）　　浸透法（ｄ）　　複合加工法（ａ）工（Ｃ）（−ｍ−へ一一一一）（ｄ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミニウムまたはアルミニウム合金とニオブ母
材とからなる複合体を金属または合金のマトリックス材
中に配し、これを冷間加工によって線材化してアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の径または厚みが０．５μ
ｍ以下の複合線材とし、１０秒以下の短時間に高温熱処
理することを特徴とする超極細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ
超電導線材の製造法。
（２）１４００℃以上の温度で高温熱処理する請求項（
３）記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ超電導線材の
製造法。
（３）直接通電加熱または誘導加熱により高温熱処理す
る請求項（３）記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ超
電導線材の製造法。
（４）複合線材を移動させながら連続的に加熱および冷
却する請求項（１）記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａ
ｌ超電導線材の製造法。
（５）不活性ガス雰囲気および／または液化不活性ガス
中において加熱および冷却する請求項（１）記載の超極
細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ超電導線材の製造法。
（６）アルミニウム合金が１５ａｔ％以下のＭｇ、１０
ａｔ％以下のＺｎ、１０ａｔ％以下のＬｉ、８ａｔ％以
下のＡｇおよび５ａｔ％以下のＣｕを合計で０．５〜１
５ａｔ％含有する請求項（１）記載の超極細多重構造の
Ｎｂ＿３Ａｌ超電導線材の製造法。
（７）アルミニウム合金がさらにＳｉおよびＧｅを合計
で４ａｔ％以下含有する請求項（６）記載の超極細多重
構造のＮｂ＿３Ａｌ超電導線材の製造法。
（８）ニオブ母材がＳｉおよびＧｅを合計で４ａｔ％以
下含有するニオブ合金からなる請求項（３）記載の超極
細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ超電導線材の製造法。
（９）複合線材の外部または内部にさらに無酸素鋼また
は高純度アルミニウムを複合させて安定化させる請求項
（１）記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ超電導線材
の製造法。
（１０）複合材がアルミニウム合金芯とニオブ母材とか
らなる請求項（１）記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａ
ｌ超電導線材の製造法。
（１１）複合材がアルミニウムまたはアルミニウム合金
の粉末とニオブ粉末とを混合してプレス形成したものか
らなる請求項（１）記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａ
ｌ超電導線材の製造法。
（１２）複合材がアルミニウムまたはアルミニウム合金
の箔とニオブ箔とを重ねて巻き込んでなる請求項（１）
記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ超電導線材の製造
法。
（１３）ニオブ粉末またはニオブ線を焼結した多孔質体
のなかにアルミニウムまたはアルミニウム合金を溶融浸
透させた複合体をマトリックス材中に配する請求項（１
）記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ超電導線材の製
造法。
（１４）さらに６００〜８００℃の温度で追加熱処理す
る請求項（１）記載の超極細多重構造のＮｂ＿３Ａｌ超
電導線材の製造法。