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JPS60423B2 - Nb↓3Sn複合加工材の製造法 - Google Patents

Nb↓3Sn複合加工材の製造法

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JPS60423B2
JPS60423B2 JP55128551A JP12855180A JPS60423B2 JP S60423 B2 JPS60423 B2 JP S60423B2 JP 55128551 A JP55128551 A JP 55128551A JP 12855180 A JP12855180 A JP 12855180A JP S60423 B2 JPS60423 B2 JP S60423B2
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JP
Japan
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composite
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wire
alloy
alloy body
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JP55128551A
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JPS5754260A (en
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恭治 太刀川
稔久 浅野
孝夫 竹内
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Original Assignee
KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
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Publication date
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Publication of JPS5754260A publication Critical patent/JPS5754260A/ja
Publication of JPS60423B2 publication Critical patent/JPS60423B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はチタンあるいは更にガリウムを添加して特性の
改善された強磁界発生用N広Sn複合加工材の製造法に
関する。
超電導線材は電力消費ないこ大電流を流せ、また強磁界
までその超電導状態を保つことが可能なので、強磁界発
生用電磁石の巻線材として利用されている。
現在もっとも多量に使用されている線材は、Nb−Ti
系の合金線村であるが「 その合金線材の発生磁界は約
8万5千ガウス(8.5テスラ:8.5T)が限度であ
り、これ以上の強磁界を発生させるためには上部臨界磁
界(Hc2)の高い化合物系超電導体を用いる必要があ
る。しかし、化合物特有の可塑‘性に欠ける点が実用化
に際しての大きな障害となっていた。近年、表面拡散法
および複合加工法などの拡散を利用した方法が相次いで
開発され、Nb3SnとV3Ga化合物の線材化が可能
となり実用に供せられるようになった。表面拡散法とは
、例えばNbテープを熔融錫(Sn)浴中に連続的に通
過させてテープ表面にSnを付着させた後、適当な温度
で熱処理してNbとSnを拡散反応させテープ表面にN
bぶn化合物層を生成させる方法である。複合加工法と
は、例えばNbと銅(Cu)一Sn固溶合金体とを複合
一体化した後加工、熱処理してCu−Sn合金中のSn
のみを選択的にNbと反応させて、Nb3Sn化合物層
を境界面に生成させる方法で「固体拡散法の一種である
。NbおよびCu−Sn団港合金体はともに十分な可塑
性を有するため、熱処理を施す以前に複合体のまま要求
される線、テープ、管等の任意の形状に容易に加工が可
能である。さらに、Cu−Sn合金マトリックス中に多
数のNb棒を埋め込んで紬線加工することにより、速い
磁界変化に対して安定な極細多芯形式の線材とすること
ができる。このような表面拡散法および複合加工法によ
り作製されたNb3SnあるいはV3Ga化合物線材は
すでに物性研究用などの小型強磁界マグネットとして利
用されている。一方近年、核融合炉用、高エネルギー貯
蔵用、超電導発電機用等の大型強磁界マグネットの開発
が進められており、これらに使用される超電導線材とし
てi5T以上の強磁界領域において大きい臨界電流(l
c)をもち、しかも速い磁界変化に対して安定な化合物
極細多芯線の実用化が急がれている。
しかし、従来の純NbとCu−SnZ元合金との複合体
から作製したNQSn化合物線村の臨界電流(lc)は
「 lOT以上の磁界で急速に低下し、この孫材によっ
ては12T以上の磁界を発生し得る超電導マグネットを
作製することは困難であった。一方「V30a化合物線
材は強磁界特性がNQSnよりもすぐれているが、材料
の価格がNはSnよりかなり高価であるため、線村を大
量に使用する大型設備に関しては、強磁界特性を少量の
合金元素添加により改善したNGSn線材を使用する方
が得策である。最近、Nbにハフニウム(Hf)を固熔
された2元合金体と、Cu−Sn2元合金あるいはそれ
にGaまたはAIを添加した3元Cu基合金体とを複合
一体化したのち加工、熱処理して強磁界中の超電導特性
が顕著に改善されたNb3Sn化合物線材を製造する方
法が開発された(特願昭53−112191)。Nb合
金中のHfはNb3Sn相内に固済してN広Sn層の拡
散生成速度を著しく増大させてNb3Sn層の厚さを増
加しlcを増大させる。また、Cu−Sn合金中に添加
されたGaまたはAIもSnとともにNq合金体内に拡
散して「生成されるN広Sn相内に固落しそのHc2を
高める。このようにしてHf、あるいはHfおよびGa
、あるいはHfおよびAIを添加したN広Sn複合加工
線材の強磁界特性は著しく改善され「強磁界まで大きい
lc値が得られている。しかし、上記発明において使用
されるHfは高価なためもV3Ga線材に比較して安価
というN広Sn線材の利点が若干損なわれる欠点があっ
た。そのためさらに安価な添加元素で強磁界特性を改善
することが「V3Gaと競合する強磁界用Nb3Sn複
合加工線材の実用化条件として要求されていた。本発明
はこのような要求を満たすために、Hfに比べはるかに
安価なTiを添加したNb合金体と、Cu−Snあるい
はCu−Sn−Ga合金体との複合体を所定の形状まで
加工して熱処理し「複合体境界面にTLGa、を少量含
む強磁界特性の改善されたNらSn層を拡散生成させる
ことを目的とする。
この明細書中の合金の含有率はすべて原子%で表示され
ている。本発明による製造法では「 まずN広Sn層の
拡散生成を促進させるためにTiを固溶させたNb基合
金体を溶製し、また別にCu−Sn合金体あるいはそれ
にNb3SnのHc2を高める効果のあるGaを添加し
た合金体を溶製し、上記N巧基合金体をCu基合金体で
複覆した各種形状の複合体を作り「 これを線引き、圧
延あるいは管引きなどにより線しテープあるいは管など
に加工する。ここで、Nbに添加されるTi量もすぐれ
た超電導特性を得るために0.1〜10%の範囲内にあ
ること、特に1〜5%の範囲内にあることが望ましい。
またCu−Sn−Ga合金体中のGa量もすぐれた超電
導特性を得るためにそれぞれ0。1%以上、またCu基
合金体の良好な加工性を保持する上から15%以下の範
囲内になければならない。
さらにCu基合金体中のSn量は十分なN広Sn層厚を
得るために2%以上、また良好な加工性を保持する上か
ら9%以下の範囲内になければならない。ついで該加工
材を熱処理し、Snあるいはそれに加えて少量のGaを
Nb基合金体内に拡散させて複合体境界面に少量のTi
あるいはさらにGaを含む超電導特性のすぐれたNb3
Sn化合物層を生成せしめる。ここで拡散のための熱処
理は600〜90000の温度範囲で1分間〜20加持
間の時間内おこなう。これより低い温度あるいは短い時
間の熱処理では十分な量のN広Sn層が生成されず、ま
た逆にこれより高温、長時間になるとNb3Snの結晶
粒が粗大化し超電導特性が劣化する。本発明で得られる
TiあるいはさらにGaが添加されたNb3Sn複合加
工線材は、従来のN広Sn線材と比較して臨界電流lc
と上部臨界磁界Hc2が増加し、その結果強磁界におけ
るlcの改善が顕著である。
そのため本発明は各種超電導利用機器を十分な余裕をも
って強磁界で使用可能ならしめ、機器の性能、安全性、
ならびに信頼性を向上させることに効果がある。さらに
強磁界特性を改善するためにNbに添加されたTjは、
同様の目的で添加されるHfに比較してはるかに安価で
、製造コストをほとんど増大させることなくNはSnの
強磁界特性を顕著に改善できるので、その経済的ならび
に技術的効果がきわめて大きい。また本発明は複合加工
法を採用しているため、速い磁界変化に対して安定で、
交流損失の小さい極細多芯形式の線材を作製することが
可能であり、さらに大容量線材の製造も容易で利用機器
の大型化も可能になる。以上のように本発明により改善
されたNb3Sn複合加工線材は、15T以上の強磁界
を安定度よく発生できるので、核融合炉、高エネルギー
貯蔵、超電導発電機、高エネルギー物理加速器、物性研
究*用等の各種強磁界マグネットの巻線材として効果的
に使用し得る。実施例 1 純NbおよびNbに2および5%のTiを配合した素材
をアルゴン雰囲気中でアーク溶解炉にて港製し、これを
溝ロールおよびスェージングにて3側径まで加工してN
b−Ti合金棒を作製した。
これを外径8側内径3肌のCu−7%Sn合金管に挿入
した複合体を溝ロールおよび平ロールにより厚さ約25
0仏の幅約5柳のテープ状に加工し、アルゴン雰囲気で
80000で10脚時間の熱処理をおこなった。試料の
N広Sn層の厚さおよびTcの測定した結果は第1表の
通りであった。また「 これらの試料のlcの測定結果
は第1図の通りであった。
Tiの添加によりN広Sn層の厚さが顕著に増大し、ま
た全磁界領域でのlc特性が著しく改善されることがわ
かる。第1表 実施例 2 実施例1と同様にしてNb−2、5%Ti合金棒と、C
u−5%Sn−4%Ga合金管との複合体をテープ状に
加工したのち800o○で10図時間の熱処理をおこな
った。
Nb3Sn層の厚さおよびTcの測定結果を前記第1表
に、またこれらの試料のlcの測定結果を第1図に示す
。TiとGaの同時添加によりTcが上昇し、さらに磁
界の増加によるlcの低下が明らかに小さくなり、1汀
以上の強磁界で大きいlcが得られる。これはTcの上
昇に伴いHc2が増加したためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1および2で記した本発明によるNはS
n複合加工線材を800qoで100時間熱処理した場
合の磁界−臨界電流曲線である。 1;Nb/Cu−7%Sn、2:Nb−2%Tj/Cu
−7%Sn、3:Nb−5Ti/Cu−7%Sn、4:
Nb−2%Ti/Cu−5%Sn−4%Ga、5:Nb
−5Ti/Cu−5%Sn−4%Ga。 髪′図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ニオブに0.1〜10原子%のチタンを含む合金体
    と、銅に2〜9原子%の錫を含む合金体との複合体を、
    線引き、圧延あるいは管引きなどにより線、テープある
    いは管状などに加工した後、600〜900℃で1分〜
    200時間熱処理を行い複合体境界にNb_3Snの化
    合物層を生成させることを特徴とするNb_3Sn複合
    加工材の製造法。 2 ニオブに0.1〜10原子%のチタンを含む合金体
    と、銅に2〜9原子%の錫と0.1〜15原子%のガリ
    ウムを含む合金体との複合体を、線引き、圧延あるいは
    管引きなどにより線、テープあるいは管状に加工した後
    、600〜900℃で1分〜200時間熱処理を行い複
    合体境界面にNb_3Snの化合物を生成させることを
    特徴とするNb_3Sn複合加工材の製造法。
JP55128551A 1980-09-18 1980-09-18 Nb↓3Sn複合加工材の製造法 Expired JPS60423B2 (ja)

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JP55128551A JPS60423B2 (ja) 1980-09-18 1980-09-18 Nb↓3Sn複合加工材の製造法
US06/302,956 US4385942A (en) 1980-09-18 1981-09-16 Method for producing Nb3 Sn superconductors

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JPS5754260A JPS5754260A (en) 1982-03-31
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