Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材及びその製造方法、並びにＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材
【課題】 Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材をジェリーロール法によって製造するにあたり、減面加工により細径化するまで断線が生じ難く、結果としてＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることのできるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を得るための製造方法を提供する。
【解決手段】 ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートとＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートを重ね合わせ、芯材に巻き取ってなるロール状積層物５を、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物７に挿入することによりＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材１０を製造する方法において、
上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートとして、Ｆｅ含有量が０．０５％以下（％は質量％の意味、成分について以下同じ）に抑制され、かつＳｉ含有量が０．０５％以下に抑制されたものを用いる。
【解決手段】 ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートとＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートを重ね合わせ、芯材に巻き取ってなるロール状積層物５を、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物７に挿入することによりＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材１０を製造する方法において、
上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートとして、Ｆｅ含有量が０．０５％以下（％は質量％の意味、成分について以下同じ）に抑制され、かつＳｉ含有量が０．０５％以下に抑制されたものを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材及びその製造方法、並びにＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材に関するものであり、特に、ジェリーロール法により多芯複合材を形成したのち７００〜９００℃と比較的低温でＮｂ３Ａｌ相を形成（以下、「低温拡散法」ということがある）して得られるＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法、該Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造に用いられるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材及びその製造方法、並びにＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高磁場応用の分野で使用される超電導線材には、高い超電導特性（高磁界下で高い臨界電流密度を示す特性）と共に、超電導線材に作用する電磁力による機械的歪応力に耐え得る高い耐歪特性が備わっていることが求められる。
【０００３】
上記超電導線材の素材として、Ｎｂ３Ａｌ系金属間化合物は、高磁場下での耐歪特性が高いことから、核融合装置、電力貯蔵装置、物性研究等に使用される超電導マグネットへの利用が期待されている。該Ｎｂ３Ａｌ系金属間化合物の生成法としては、（Ａ）線材を加熱して１６００℃以上の高温に保持した後に急冷してＮｂ３Ａｌ相を得る急熱急冷法、（Ｂ）ＮｂとＡｌを微細に分散させた状態で１０００℃以下の温度で熱処理を施し、ＮｂとＡｌの拡散反応でＮｂ３Ａｌ相を得る低温拡散法の２種の方法が知られている。
【０００４】
上記方法のうち（Ａ）急熱急冷法を適用した場合には、Ｎｂ３Ａｌ相がＮｂ：Ａｌ＝３：１という化学量論組成の化合物を安定して存在させることが可能であり、極めて高い超電導特性を期待できる。しかし１６００℃以上の高温条件下では、超電導線材の安定性を高めるべく用いられるＣｕやＡｌ等の安定化金属が溶融してしまうため、安定化金属の複合が困難であるという問題があり、実用化の大きな障害となっている。
【０００５】
一方、（Ｂ）低温拡散法を適用した場合には、１０００℃以下の温度で熱処理されることから、安定化金属の複合は比較的容易であるが、処理温度が低いため、化学量論組成（Ｎｂ：Ａｌ＝３：１）からずれた化合物が生成し易く、超電導特性に劣るものが多い。しかし上記方法であっても、Ｎｂ中へのＡｌの拡散距離が短い場合には、良質なＮｂ３Ａｌ相（Ｎｂ：Ａｌ＝３：１の化学量論組成の化合物）が生成することが明らかとなり、この拡散法を適用したＮｂ３Ａｌ系超電導線材の開発が進められている。
【０００６】
Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造において、Ｎｂ中へのＡｌの拡散距離を短くする方法としては、粉末冶金法、チューブ法、クラッドチップ押し出し法、ジェリーロール法等の製造方法が提案されている。これらの中でもジェリーロール法が、超電導線材の多芯化、長尺化を比較的容易に図ることができるため実用化に最も適した方法であると考えられている。
【０００７】
このジェリーロール法では、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シート（以下「Ｎｂ含有シート」ということがある）と、ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シート（以下「Ａｌ含有シート」ということがある）を、ＣｕまたはＣｕ基合金（或いはＮｂまたはＮｂ基合金）からなる芯材を中心に重ね巻きしてロール状とし、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入する等ＣｕまたはＣｕ基合金で被覆した後、減面加工（押出し加工や伸線加工）を行って単芯複合材を作成し、得られた単芯複合材を複数本束ね、更にＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入する等ＣｕまたはＣｕ基合金で被覆し、その後、減面加工することによって多芯フィラメントを持つ線材が製造される。こうした方法では、減面加工を施すことによって、積層されたＮｂ含有シートとＡｌ含有シートの厚さを薄くでき、結果としてＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることができる。
【０００８】
高い超電導特性を得るには、Ｎｂ／Ａｌ積層部におけるＡｌ含有シートの厚みが１００ｎｍ以下となるまで減面加工する必要があるが、従来のジェリーロール法では、減面加工を進めてＡｌ含有シートの厚みを薄くする段階で断線が幾度も生じ、Ａｌ含有シートの厚みを１００ｎｍ以下まで薄くすることが困難であった。
【０００９】
上記問題を解決すべく、特許文献１には、Ａ金属をＮｂとするＡ３Ｂ型化合物超電導線の製造方法において、Ｎｂ金属としてＯ含有量：０．００２〜０．０２ｗｔ％、Ｎ含有量：０．００２〜０．０２ｗｔ％のものを使用すれば断線を低減でき、優れた特性を実現できる旨提案されている。しかし該方法を採用しても、減面加工での断線を十分に低減できず、Ｎｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすべくＡｌ含有シートの厚みを１００ｎｍ以下とすることは難しい。
【００１０】
特許文献２や特許文献３には、Ｎｂシートの片面にＡｌ蒸着層やＮｂ蒸着層を多層に形成した複合シートを、Ｃｕ系金属ロッドを中心として巻回し、これをＣｕ系金属パイプ中に挿入して単芯線を製造することにより、ＮｂとＡｌの拡散距離の縮小を図っている。しかし該方法では、工程が煩雑になるだけでなくコストの上昇を抑えることが難しく、特に長尺のＮｂ３Ａｌ系超電導線材を得ようとする場合、上記問題が顕著になるものと思われる。
【特許文献１】特許第３５１０３５１号公報
【特許文献２】特開平０６−２６００４０号公報
【特許文献３】特開平０６−２６００４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、超電導特性の良好なＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法、及び該製造で用いられる減面加工における断線が生じ難く、結果としてＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることのできるＡｌ系超電導線材製造用一次複合材とその製造方法、並びにＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材の製造方法とは、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートと、ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートを重ね合わせ、芯材に巻き取った後、これをＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入することによりＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を製造する方法において、上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートとして、Ｆｅ含有量が０．０５％以下（％は質量％の意味、成分について以下同じ）に抑制され、かつＳｉ含有量が０．０５％以下に抑制されたものを用いるところに特徴を有している。
【００１３】
また本発明では、前記の方法で製造されるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を減面加工し、得られた単芯複合材を複数本束ねてＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入し、これに減面加工を施して多芯複合材とした後、下記条件で熱処理を施すところに特徴を有するＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法も規定する。
＜熱処理条件＞
・均熱温度：７００〜９００℃
・均熱時間：５〜１００時間
・熱処理雰囲気：真空下
【００１４】
更に本発明は、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートとＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートが芯材に巻き取られてなるロール状積層物の外周部に、ＣｕまたはＣｕ基合金層の配置されたＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材であって、上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートが、Ｆｅ含有量：０．０５％以下で、かつＳｉ含有量：０．０５％以下に抑制されたものであるところに特徴を有するＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材も規定する。
【００１５】
本発明は更に、前記Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を用いて得られるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材であって、ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートの厚さが１００ｎｍ以下であるところに特徴を有するＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材も含むものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材をジェリーロール法で製造するにあたり、減面加工が進んだ段階での、Ａｌ含有シート中の第二相粒子を起点とする断線を有効に抑制できるため、Ａｌ含有シートをより一層薄くでき、結果として低温拡散時のＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることができ、磁場応用の分野（例えば核融合装置、電力貯蔵装置、物性研究等）で使用される超電導マグネットの素材として有用な高い超電導特性を示す長尺のＮｂ３Ａｌ系超電導線材を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ジェリーロール法では、積層されたＮｂ含有シートとＡｌ含有シートの厚さを減面加工により薄くしてＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることで、低温拡散によりＮｂ：Ａｌが３：１の化学量論組成に近い化合物を多く生成させることができ、その結果、優れた超電導特性を発揮させることができる。しかし、積層されたＮｂ含有シートとＡｌ含有シートの厚さをより一層薄くすべく過酷な減面加工を行うと、断線が生じ易いといった問題がある。
【００１８】
そこで、本発明者らは上記断線の原因を追究すべく、断線した多芯複合材の断面を詳細に調べたところ、図５（ｂ）に示す通り、減面加工後のＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シート２１に存在する、粒径が該シート厚さよりも大きい第二相粒子（晶出物・析出物）２２が断線の起点となっていることを突き止めた。
【００１９】
上記第二相粒子２２は、そのサイズに対してＡｌ含有シート２１の厚みが比較的厚い段階（減面加工前のロール状積層物や減面加工初期の単芯複合材の段階）では、図５（ａ）に示す通り、そのほとんどがＡｌ含有シート２１に埋没しており断線は生じ難いが、Ｎｂ中へのＡｌの拡散距離を縮めるべく更なる減面加工を行うと、図５（ｂ）に示す通り、Ａｌ含有シート２１は引き伸ばされるのに対し、硬質の第二相粒子２２は引き伸ばされずＡｌ含有シートから突出する等して断線の起点となり、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の長尺化を阻む一因となっているものと考えられる。
【００２０】
本発明者らは、上記第二相粒子について調べたところ、該第二相粒子は、Ｓｉの元素単体、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物またはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が晶出・析出したものであることがわかった。そこで上記晶出物・析出物を低減させる方法について検討したところ、Ａｌ含有シート中に含まれる合金元素の中でも、特に上記第二相粒子を形成し易いＦｅとＳｉの含有量を併せて低減させることが最も効果的であることを突き止めた。そして、上記ＦｅとＳｉの含有量と断線頻度との定量的な関係について調べたところ、Ａｌ含有シートに含まれるＦｅ含有量を０．０５％以下に抑えると共に、Ｓｉ含有量も０．０５％以下に抑える必要があることを見出し、本発明に想到した。断線をより低減して、Ｎｂ含有シートとＡｌ含有シートの厚みを効率良く低減するには、上記Ａｌ含有シートのＦｅ含有量を０．０２％以下に抑えること、及び／又はＡｌ含有シートのＳｉ含有量を０．０３％以下に抑えることが好ましい。
【００２１】
尚、上記Ａｌ含有シートのＦｅ、Ｓｉはどちらも少なければ少ないほど好ましいが、製造容易性を考慮すると、Ａｌ含有シート中のＦｅ量、Ｓｉ量はそれぞれ約０．００２％が下限になるものと考えられる。
【００２２】
本発明では、上記の通りＦｅ量、Ｓｉ量がどちらも０．０５％以下に抑えられたＡｌ含有シートを原材料に使用することで、Ａｌ含有シートが１００ｎｍ以下となるまで減面加工した際にも、上記第二相粒子を起点とする断線が生じ難く、超電導特性に優れた長尺のＮｂ３Ａｌ系超電導線材を得ることができる。
【００２３】
尚、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造に用いられる原材料としてのＡｌ含有シート（即ち、後述する図１のＡｌ含有シート３）は、最終的に得られる多芯複合材の直径や減面加工量、入手可能性等を考慮すれば、その厚みが０．１〜０．０２ｍｍのものを用いるのがよい。Ｆｅ量及びＳｉ量が上記の通り低減された上記厚みのＡｌ含有シートは、例えば電解コンデンサ用の高純度アルミニウム箔を更に圧延することによって得ることができる。
【００２４】
本発明では、上記Ａｌ含有シートに含有される元素のうち、特にＦｅ、Ｓｉを上記の通り抑制する点に特徴を有するものであって、残部はアルミニウム及び不可避不純物のものや、更にＡｌ含有シートの加工性を高めるべく下記元素を含むものが挙げられる。不可避不純物としては原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素（例えばＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｇ）の混入が、本発明の作用効果を阻害しない範囲内で許容され得る。
【００２５】
上記Ａｌ含有シートとして、更に、Ｍｇ：５％以下（０％を含まない）、Ａｇ：３％以下（０％を含まない）、Ｇｅ：２％以下（０％を含まない）、及びＧａ：１０％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上を含むものを用いることが推奨される。
【００２６】
上記元素は、Ａｌ中で晶出物や析出物を形成せずに固溶した状態にあり、Ａｌ含有シートの加工性をより向上させて断線を更に低減するのに有効である。該効果を十分発揮させるには、Ｍｇを含有させる場合、０．８％以上とすることが好ましい。またＡｇの場合は０．２％以上、Ｇｅの場合は０．５％以上、Ｇａの場合は１％以上含有させることが好ましい。
【００２７】
しかし上記元素が過剰に含まれると、Ａｌ含有シートの硬さが必要以上に増加し、却って加工性が低下するため、Ｍｇは５％以下（好ましくは２．５％以下）、Ａｇは３％以下（好ましくは１％以下）、Ｇｅは２％以下（好ましくは１％以下）、Ｇａは１０％以下（好ましくは６％以下）の範囲内で含有させることが好ましい。
【００２８】
上記Ａｌ含有シートは、上記Ｍｇ等と同様の効果を発揮するＣｕやＢｅを、加工性に悪影響を及ぼさない範囲で更に含むものでもよい。
【００２９】
本発明では、上記成分範囲を満たすＡｌ含有シートを用いて、ジェリーロール法によってＮｂ３Ａｌ系超電導線材を製造する。本発明での製造方法について、模式的に例示した図１〜４を用いて説明する。
【００３０】
図１は、ジェリーロール法によるＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造で用いられるロール状積層物５の構成例を模式的に示す断面図である。このロール状積層物５は、Ｎｂ含有シート２と、上記の通りＦｅ量およびＳｉ量が共に０．０５％以下に抑えられたＡｌ含有シート３を、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金（またはＮｂまたはＮｂ基合金）からなる芯材１を中心として重ね巻きを行ってロール状に形成したものである。そして、これをＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物７（パイプ）に挿入して、図２（概略説明図）に示すような一次複合材１０とする。
【００３１】
次に、一次複合材１０を減面加工により例えば六角断面の単芯複合材１１とし、同様に六角断面形状としたＣｕまたはＣｕ基合金（またはＮｂ若しくはＮｂ基合金）スペーサ（図示せず）と共に複数本束ね、図３に示すようにＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物（パイプ）８に挿入して、これに減面加工（押出し加工や伸線加工）を施し、Ａｌ含有シートの厚さが１００ｎｍ以下である図４（断面図）に例示する多芯複合材１２を得るようにすればよい。
【００３２】
そして最終的に、上記多芯複合材１２を下記条件で熱処理し、Ｎｂ含有シート２とＡｌ含有シート３の間で反応を進行させて、Ｎｂ３Ａｌ系超電導相の形成されたＮｂ３Ａｌ系超電導線材を得ることができる。
＜熱処理条件＞
・均熱温度：７００〜９００℃
・均熱時間：５〜１００時間
・熱処理雰囲気：真空下
【００３３】
尚、本発明で用いるＮｂ含有シート２としては、工業用純Ｎｂの他、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の合金元素を含むＮｂ基合金を用いることができる。
【００３４】
以下、本発明を実施例によってより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更することは、いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００３５】
（本発明例１）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。尚、使用したＡｌ含有シート中のＦｅ量は０．０１％、Ｓｉ量は０．０１％、Ｍｇ量は０．００６％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は９９．８％であった。
【００３６】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材（φ５ｍｍ、以下同じ）を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ（外径：７０ｍｍ、内径：５５ｍｍ、以下同じ）内に組み込み、伸線加工を行ってφ０．８ｍｍの多芯複合材（前記図４）を作製した。
【００３７】
得られた多芯複合材中のＡｌ含有シートの厚みを観察したところ、９５ｎｍであった。また多芯複合材の最終の線径までの断線回数は３回であった。この「断線回数」は、加工性の良否を意味し、断線回数が少ないほど長尺線材が製造可能であることを示す。
【００３８】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、６９０Ａ／ｍｍ２であった。
【００３９】
（本発明例２）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。尚、使用したＡｌシート中のＦｅ量は０．０１％、Ｓｉ量は０．０１％、Ｍｇ量は１．５％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は９９．８％であった。
【００４０】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ内に組み込み、伸線加工を行ってφ０．８ｍｍの多芯複合材（前記図４）を作製した。
【００４１】
得られた多芯複合材中のＡｌ含有シートの厚みを観察したところ、８０ｎｍであった。また多芯複合材の最終の線径までの断線回数は１回であった。
【００４２】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、７１０Ａ／ｍｍ２であった。
【００４３】
尚、上記Ｍｇの代わりにＡｇ、ＧｅまたはＧａを、それぞれ推奨される範囲内で添加した場合についても、上記Ｍｇを適量含有させた場合と同様の効果が得られた。
【００４４】
（比較例１）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。尚、使用したＡｌシート中のＦｅ量は０．０８％、Ｓｉ量は０．０８％、Ｍｇ量は０．００６％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は、上記本発明例と同じく９９．８％であった。
【００４５】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ内に組み込み、伸線加工を行って多芯複合材（前記図４）を作製した。上記伸線加工中には断線が２５回生じ、φ２．５ｍｍ（Ａｌ含有シートの厚みは２６０ｎｍ）まで加工可能であった。
【００４６】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、４１０Ａ／ｍｍ２であった。
【００４７】
（比較例２）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。尚、使用したＡｌシート中のＦｅ量は０．０３％、Ｓｉ量は０．０７％、Ｍｇ量は０．００６％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は、上記本発明例と同じく９９．８％であった。
【００４８】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ内に組み込み、伸線加工を行って多芯複合材（前記図４）を作製した。上記伸線加工中には断線が１１回生じ、φ１．８ｍｍ（Ａｌ含有シートの厚みは１９０ｎｍ）まで加工可能であった。
【００４９】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、５１０Ａ／ｍｍ２であった。
【００５０】
（比較例３）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。使用したＡｌシート中のＦｅ量は０．１％、Ｓｉ量は０．０２％、Ｍｇ量は０．００６％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は、上記本発明例と同じく９９．８％であった。
【００５１】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ内に組み込み、伸線加工を行って多芯複合材（前記図４）を作製した。上記伸線加工中には断線が１７回生じ、φ２．３ｍｍ（Ａｌ含有シートの厚みは２４０ｎｍ）まで加工可能であった。
【００５２】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、４５０Ａ／ｍｍ２であった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ジェリーロール法によるＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造で用いられるロール状積層物の構成例を示す概略断面図である。
【図２】一次複合材の構成を示した概略説明図である。
【図３】多芯複合材を作製する際の模式図である。
【図４】多芯複合材の概略断面図の一例である。
【図５】単芯複合材または多芯複合材の断面におけるＮｂ含有シートとＡｌ含有シートの積層部分を表した概略図であり、（ａ）は減面加工前または減面加工初期のＡｌ含有シートにおける第二相粒子の分布状態を示し、（ｂ）は減面加工が進んだ段階でのＡｌ含有シートにおける第二相粒子の存在状態を示している。
【符号の説明】
【００５４】
１ 芯材
２、２０ ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シート
３、２１ ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シート
５ ロール状積層物
７ ＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物（パイプ）
８ ＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物（パイプ）
１０ 一次複合材
１１ （六角断面）単芯複合材
１２ 多芯複合材
２２ 第二相粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材及びその製造方法、並びにＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材に関するものであり、特に、ジェリーロール法により多芯複合材を形成したのち７００〜９００℃と比較的低温でＮｂ３Ａｌ相を形成（以下、「低温拡散法」ということがある）して得られるＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法、該Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造に用いられるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材及びその製造方法、並びにＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高磁場応用の分野で使用される超電導線材には、高い超電導特性（高磁界下で高い臨界電流密度を示す特性）と共に、超電導線材に作用する電磁力による機械的歪応力に耐え得る高い耐歪特性が備わっていることが求められる。
【０００３】
上記超電導線材の素材として、Ｎｂ３Ａｌ系金属間化合物は、高磁場下での耐歪特性が高いことから、核融合装置、電力貯蔵装置、物性研究等に使用される超電導マグネットへの利用が期待されている。該Ｎｂ３Ａｌ系金属間化合物の生成法としては、（Ａ）線材を加熱して１６００℃以上の高温に保持した後に急冷してＮｂ３Ａｌ相を得る急熱急冷法、（Ｂ）ＮｂとＡｌを微細に分散させた状態で１０００℃以下の温度で熱処理を施し、ＮｂとＡｌの拡散反応でＮｂ３Ａｌ相を得る低温拡散法の２種の方法が知られている。
【０００４】
上記方法のうち（Ａ）急熱急冷法を適用した場合には、Ｎｂ３Ａｌ相がＮｂ：Ａｌ＝３：１という化学量論組成の化合物を安定して存在させることが可能であり、極めて高い超電導特性を期待できる。しかし１６００℃以上の高温条件下では、超電導線材の安定性を高めるべく用いられるＣｕやＡｌ等の安定化金属が溶融してしまうため、安定化金属の複合が困難であるという問題があり、実用化の大きな障害となっている。
【０００５】
一方、（Ｂ）低温拡散法を適用した場合には、１０００℃以下の温度で熱処理されることから、安定化金属の複合は比較的容易であるが、処理温度が低いため、化学量論組成（Ｎｂ：Ａｌ＝３：１）からずれた化合物が生成し易く、超電導特性に劣るものが多い。しかし上記方法であっても、Ｎｂ中へのＡｌの拡散距離が短い場合には、良質なＮｂ３Ａｌ相（Ｎｂ：Ａｌ＝３：１の化学量論組成の化合物）が生成することが明らかとなり、この拡散法を適用したＮｂ３Ａｌ系超電導線材の開発が進められている。
【０００６】
Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造において、Ｎｂ中へのＡｌの拡散距離を短くする方法としては、粉末冶金法、チューブ法、クラッドチップ押し出し法、ジェリーロール法等の製造方法が提案されている。これらの中でもジェリーロール法が、超電導線材の多芯化、長尺化を比較的容易に図ることができるため実用化に最も適した方法であると考えられている。
【０００７】
このジェリーロール法では、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シート（以下「Ｎｂ含有シート」ということがある）と、ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シート（以下「Ａｌ含有シート」ということがある）を、ＣｕまたはＣｕ基合金（或いはＮｂまたはＮｂ基合金）からなる芯材を中心に重ね巻きしてロール状とし、ＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入する等ＣｕまたはＣｕ基合金で被覆した後、減面加工（押出し加工や伸線加工）を行って単芯複合材を作成し、得られた単芯複合材を複数本束ね、更にＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入する等ＣｕまたはＣｕ基合金で被覆し、その後、減面加工することによって多芯フィラメントを持つ線材が製造される。こうした方法では、減面加工を施すことによって、積層されたＮｂ含有シートとＡｌ含有シートの厚さを薄くでき、結果としてＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることができる。
【０００８】
高い超電導特性を得るには、Ｎｂ／Ａｌ積層部におけるＡｌ含有シートの厚みが１００ｎｍ以下となるまで減面加工する必要があるが、従来のジェリーロール法では、減面加工を進めてＡｌ含有シートの厚みを薄くする段階で断線が幾度も生じ、Ａｌ含有シートの厚みを１００ｎｍ以下まで薄くすることが困難であった。
【０００９】
上記問題を解決すべく、特許文献１には、Ａ金属をＮｂとするＡ３Ｂ型化合物超電導線の製造方法において、Ｎｂ金属としてＯ含有量：０．００２〜０．０２ｗｔ％、Ｎ含有量：０．００２〜０．０２ｗｔ％のものを使用すれば断線を低減でき、優れた特性を実現できる旨提案されている。しかし該方法を採用しても、減面加工での断線を十分に低減できず、Ｎｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすべくＡｌ含有シートの厚みを１００ｎｍ以下とすることは難しい。
【００１０】
特許文献２や特許文献３には、Ｎｂシートの片面にＡｌ蒸着層やＮｂ蒸着層を多層に形成した複合シートを、Ｃｕ系金属ロッドを中心として巻回し、これをＣｕ系金属パイプ中に挿入して単芯線を製造することにより、ＮｂとＡｌの拡散距離の縮小を図っている。しかし該方法では、工程が煩雑になるだけでなくコストの上昇を抑えることが難しく、特に長尺のＮｂ３Ａｌ系超電導線材を得ようとする場合、上記問題が顕著になるものと思われる。
【特許文献１】特許第３５１０３５１号公報
【特許文献２】特開平０６−２６００４０号公報
【特許文献３】特開平０６−２６００４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、超電導特性の良好なＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法、及び該製造で用いられる減面加工における断線が生じ難く、結果としてＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることのできるＡｌ系超電導線材製造用一次複合材とその製造方法、並びにＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材の製造方法とは、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートと、ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートを重ね合わせ、芯材に巻き取った後、これをＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入することによりＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を製造する方法において、上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートとして、Ｆｅ含有量が０．０５％以下（％は質量％の意味、成分について以下同じ）に抑制され、かつＳｉ含有量が０．０５％以下に抑制されたものを用いるところに特徴を有している。
【００１３】
また本発明では、前記の方法で製造されるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を減面加工し、得られた単芯複合材を複数本束ねてＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入し、これに減面加工を施して多芯複合材とした後、下記条件で熱処理を施すところに特徴を有するＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法も規定する。
＜熱処理条件＞
・均熱温度：７００〜９００℃
・均熱時間：５〜１００時間
・熱処理雰囲気：真空下
【００１４】
更に本発明は、ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートとＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートが芯材に巻き取られてなるロール状積層物の外周部に、ＣｕまたはＣｕ基合金層の配置されたＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材であって、上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートが、Ｆｅ含有量：０．０５％以下で、かつＳｉ含有量：０．０５％以下に抑制されたものであるところに特徴を有するＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材も規定する。
【００１５】
本発明は更に、前記Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を用いて得られるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材であって、ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートの厚さが１００ｎｍ以下であるところに特徴を有するＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材も含むものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材をジェリーロール法で製造するにあたり、減面加工が進んだ段階での、Ａｌ含有シート中の第二相粒子を起点とする断線を有効に抑制できるため、Ａｌ含有シートをより一層薄くでき、結果として低温拡散時のＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることができ、磁場応用の分野（例えば核融合装置、電力貯蔵装置、物性研究等）で使用される超電導マグネットの素材として有用な高い超電導特性を示す長尺のＮｂ３Ａｌ系超電導線材を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ジェリーロール法では、積層されたＮｂ含有シートとＡｌ含有シートの厚さを減面加工により薄くしてＮｂ中へのＡｌの拡散距離を短くすることで、低温拡散によりＮｂ：Ａｌが３：１の化学量論組成に近い化合物を多く生成させることができ、その結果、優れた超電導特性を発揮させることができる。しかし、積層されたＮｂ含有シートとＡｌ含有シートの厚さをより一層薄くすべく過酷な減面加工を行うと、断線が生じ易いといった問題がある。
【００１８】
そこで、本発明者らは上記断線の原因を追究すべく、断線した多芯複合材の断面を詳細に調べたところ、図５（ｂ）に示す通り、減面加工後のＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シート２１に存在する、粒径が該シート厚さよりも大きい第二相粒子（晶出物・析出物）２２が断線の起点となっていることを突き止めた。
【００１９】
上記第二相粒子２２は、そのサイズに対してＡｌ含有シート２１の厚みが比較的厚い段階（減面加工前のロール状積層物や減面加工初期の単芯複合材の段階）では、図５（ａ）に示す通り、そのほとんどがＡｌ含有シート２１に埋没しており断線は生じ難いが、Ｎｂ中へのＡｌの拡散距離を縮めるべく更なる減面加工を行うと、図５（ｂ）に示す通り、Ａｌ含有シート２１は引き伸ばされるのに対し、硬質の第二相粒子２２は引き伸ばされずＡｌ含有シートから突出する等して断線の起点となり、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の長尺化を阻む一因となっているものと考えられる。
【００２０】
本発明者らは、上記第二相粒子について調べたところ、該第二相粒子は、Ｓｉの元素単体、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物またはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が晶出・析出したものであることがわかった。そこで上記晶出物・析出物を低減させる方法について検討したところ、Ａｌ含有シート中に含まれる合金元素の中でも、特に上記第二相粒子を形成し易いＦｅとＳｉの含有量を併せて低減させることが最も効果的であることを突き止めた。そして、上記ＦｅとＳｉの含有量と断線頻度との定量的な関係について調べたところ、Ａｌ含有シートに含まれるＦｅ含有量を０．０５％以下に抑えると共に、Ｓｉ含有量も０．０５％以下に抑える必要があることを見出し、本発明に想到した。断線をより低減して、Ｎｂ含有シートとＡｌ含有シートの厚みを効率良く低減するには、上記Ａｌ含有シートのＦｅ含有量を０．０２％以下に抑えること、及び／又はＡｌ含有シートのＳｉ含有量を０．０３％以下に抑えることが好ましい。
【００２１】
尚、上記Ａｌ含有シートのＦｅ、Ｓｉはどちらも少なければ少ないほど好ましいが、製造容易性を考慮すると、Ａｌ含有シート中のＦｅ量、Ｓｉ量はそれぞれ約０．００２％が下限になるものと考えられる。
【００２２】
本発明では、上記の通りＦｅ量、Ｓｉ量がどちらも０．０５％以下に抑えられたＡｌ含有シートを原材料に使用することで、Ａｌ含有シートが１００ｎｍ以下となるまで減面加工した際にも、上記第二相粒子を起点とする断線が生じ難く、超電導特性に優れた長尺のＮｂ３Ａｌ系超電導線材を得ることができる。
【００２３】
尚、Ｎｂ３Ａｌ系超電導線材の製造に用いられる原材料としてのＡｌ含有シート（即ち、後述する図１のＡｌ含有シート３）は、最終的に得られる多芯複合材の直径や減面加工量、入手可能性等を考慮すれば、その厚みが０．１〜０．０２ｍｍのものを用いるのがよい。Ｆｅ量及びＳｉ量が上記の通り低減された上記厚みのＡｌ含有シートは、例えば電解コンデンサ用の高純度アルミニウム箔を更に圧延することによって得ることができる。
【００２４】
本発明では、上記Ａｌ含有シートに含有される元素のうち、特にＦｅ、Ｓｉを上記の通り抑制する点に特徴を有するものであって、残部はアルミニウム及び不可避不純物のものや、更にＡｌ含有シートの加工性を高めるべく下記元素を含むものが挙げられる。不可避不純物としては原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素（例えばＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｇ）の混入が、本発明の作用効果を阻害しない範囲内で許容され得る。
【００２５】
上記Ａｌ含有シートとして、更に、Ｍｇ：５％以下（０％を含まない）、Ａｇ：３％以下（０％を含まない）、Ｇｅ：２％以下（０％を含まない）、及びＧａ：１０％以下（０％を含まない）よりなる群から選択される１種以上を含むものを用いることが推奨される。
【００２６】
上記元素は、Ａｌ中で晶出物や析出物を形成せずに固溶した状態にあり、Ａｌ含有シートの加工性をより向上させて断線を更に低減するのに有効である。該効果を十分発揮させるには、Ｍｇを含有させる場合、０．８％以上とすることが好ましい。またＡｇの場合は０．２％以上、Ｇｅの場合は０．５％以上、Ｇａの場合は１％以上含有させることが好ましい。
【００２７】
しかし上記元素が過剰に含まれると、Ａｌ含有シートの硬さが必要以上に増加し、却って加工性が低下するため、Ｍｇは５％以下（好ましくは２．５％以下）、Ａｇは３％以下（好ましくは１％以下）、Ｇｅは２％以下（好ましくは１％以下）、Ｇａは１０％以下（好ましくは６％以下）の範囲内で含有させることが好ましい。
【００２８】
上記Ａｌ含有シートは、上記Ｍｇ等と同様の効果を発揮するＣｕやＢｅを、加工性に悪影響を及ぼさない範囲で更に含むものでもよい。
【００２９】
本発明では、上記成分範囲を満たすＡｌ含有シートを用いて、ジェリーロール法によってＮｂ３Ａｌ系超電導線材を製造する。本発明での製造方法について、模式的に例示した図１〜４を用いて説明する。
【００３０】
図１は、ジェリーロール法によるＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造で用いられるロール状積層物５の構成例を模式的に示す断面図である。このロール状積層物５は、Ｎｂ含有シート２と、上記の通りＦｅ量およびＳｉ量が共に０．０５％以下に抑えられたＡｌ含有シート３を、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金（またはＮｂまたはＮｂ基合金）からなる芯材１を中心として重ね巻きを行ってロール状に形成したものである。そして、これをＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物７（パイプ）に挿入して、図２（概略説明図）に示すような一次複合材１０とする。
【００３１】
次に、一次複合材１０を減面加工により例えば六角断面の単芯複合材１１とし、同様に六角断面形状としたＣｕまたはＣｕ基合金（またはＮｂ若しくはＮｂ基合金）スペーサ（図示せず）と共に複数本束ね、図３に示すようにＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物（パイプ）８に挿入して、これに減面加工（押出し加工や伸線加工）を施し、Ａｌ含有シートの厚さが１００ｎｍ以下である図４（断面図）に例示する多芯複合材１２を得るようにすればよい。
【００３２】
そして最終的に、上記多芯複合材１２を下記条件で熱処理し、Ｎｂ含有シート２とＡｌ含有シート３の間で反応を進行させて、Ｎｂ３Ａｌ系超電導相の形成されたＮｂ３Ａｌ系超電導線材を得ることができる。
＜熱処理条件＞
・均熱温度：７００〜９００℃
・均熱時間：５〜１００時間
・熱処理雰囲気：真空下
【００３３】
尚、本発明で用いるＮｂ含有シート２としては、工業用純Ｎｂの他、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の合金元素を含むＮｂ基合金を用いることができる。
【００３４】
以下、本発明を実施例によってより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更することは、いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００３５】
（本発明例１）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。尚、使用したＡｌ含有シート中のＦｅ量は０．０１％、Ｓｉ量は０．０１％、Ｍｇ量は０．００６％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は９９．８％であった。
【００３６】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材（φ５ｍｍ、以下同じ）を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ（外径：７０ｍｍ、内径：５５ｍｍ、以下同じ）内に組み込み、伸線加工を行ってφ０．８ｍｍの多芯複合材（前記図４）を作製した。
【００３７】
得られた多芯複合材中のＡｌ含有シートの厚みを観察したところ、９５ｎｍであった。また多芯複合材の最終の線径までの断線回数は３回であった。この「断線回数」は、加工性の良否を意味し、断線回数が少ないほど長尺線材が製造可能であることを示す。
【００３８】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、６９０Ａ／ｍｍ２であった。
【００３９】
（本発明例２）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。尚、使用したＡｌシート中のＦｅ量は０．０１％、Ｓｉ量は０．０１％、Ｍｇ量は１．５％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は９９．８％であった。
【００４０】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ内に組み込み、伸線加工を行ってφ０．８ｍｍの多芯複合材（前記図４）を作製した。
【００４１】
得られた多芯複合材中のＡｌ含有シートの厚みを観察したところ、８０ｎｍであった。また多芯複合材の最終の線径までの断線回数は１回であった。
【００４２】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、７１０Ａ／ｍｍ２であった。
【００４３】
尚、上記Ｍｇの代わりにＡｇ、ＧｅまたはＧａを、それぞれ推奨される範囲内で添加した場合についても、上記Ｍｇを適量含有させた場合と同様の効果が得られた。
【００４４】
（比較例１）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。尚、使用したＡｌシート中のＦｅ量は０．０８％、Ｓｉ量は０．０８％、Ｍｇ量は０．００６％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は、上記本発明例と同じく９９．８％であった。
【００４５】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ内に組み込み、伸線加工を行って多芯複合材（前記図４）を作製した。上記伸線加工中には断線が２５回生じ、φ２．５ｍｍ（Ａｌ含有シートの厚みは２６０ｎｍ）まで加工可能であった。
【００４６】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、４１０Ａ／ｍｍ２であった。
【００４７】
（比較例２）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。尚、使用したＡｌシート中のＦｅ量は０．０３％、Ｓｉ量は０．０７％、Ｍｇ量は０．００６％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は、上記本発明例と同じく９９．８％であった。
【００４８】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ内に組み込み、伸線加工を行って多芯複合材（前記図４）を作製した。上記伸線加工中には断線が１１回生じ、φ１．８ｍｍ（Ａｌ含有シートの厚みは１９０ｎｍ）まで加工可能であった。
【００４９】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、５１０Ａ／ｍｍ２であった。
【００５０】
（比較例３）
厚み０．１ｍｍの工業用純Ｎｂシートと下記成分を含む厚み０．０３ｍｍのＡｌ含有シートを積層して、芯材としてのＣｕ棒に巻き取りロール状積層物を作製した。使用したＡｌシート中のＦｅ量は０．１％、Ｓｉ量は０．０２％、Ｍｇ量は０．００６％であった。また工業用純Ｎｂシートの純度は、上記本発明例と同じく９９．８％であった。
【００５１】
上記ロール状積層物を純Ｃｕパイプ中に装填して一次複合材を形成した後（前記図２参照）、これに静水圧押し出し・伸線加工を施して単芯複合材を作製した。その後、六角断面単芯複合材（前記図３参照）に加工し、この六角断面単芯複合材を１０２本束ねて純Ｃｕパイプ内に組み込み、伸線加工を行って多芯複合材（前記図４）を作製した。上記伸線加工中には断線が１７回生じ、φ２．３ｍｍ（Ａｌ含有シートの厚みは２４０ｎｍ）まで加工可能であった。
【００５２】
上記多芯複合材に、真空中で７５０℃×５０時間のＮｂ３Ａｌ相生成熱処理を施した後、温度：４．２Ｋ、磁場：１２Ｔの条件で超電導線材の非銅部の臨界電流密度（Ｊｃ）を測定したところ、４５０Ａ／ｍｍ２であった。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ジェリーロール法によるＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造で用いられるロール状積層物の構成例を示す概略断面図である。
【図２】一次複合材の構成を示した概略説明図である。
【図３】多芯複合材を作製する際の模式図である。
【図４】多芯複合材の概略断面図の一例である。
【図５】単芯複合材または多芯複合材の断面におけるＮｂ含有シートとＡｌ含有シートの積層部分を表した概略図であり、（ａ）は減面加工前または減面加工初期のＡｌ含有シートにおける第二相粒子の分布状態を示し、（ｂ）は減面加工が進んだ段階でのＡｌ含有シートにおける第二相粒子の存在状態を示している。
【符号の説明】
【００５４】
１ 芯材
２、２０ ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シート
３、２１ ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シート
５ ロール状積層物
７ ＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物（パイプ）
８ ＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物（パイプ）
１０ 一次複合材
１１ （六角断面）単芯複合材
１２ 多芯複合材
２２ 第二相粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートとＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートを重ね合わせ、芯材に巻き取った後、これをＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入することによりＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を製造する方法において、
上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートとして、Ｆｅ含有量が０．０５％以下（％は質量％の意味、成分について以下同じ）に抑制され、かつＳｉ含有量が０．０５％以下に抑制されたものを用いることを特徴とするＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材の製造方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の方法で製造されるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を減面加工し、得られた単芯複合材を複数本束ねてＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入し、これに減面加工を施して多芯複合材とした後、下記条件で熱処理を施すことを特徴とするＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法。
＜熱処理条件＞
・均熱温度：７００〜９００℃
・均熱時間：５〜１００時間
・熱処理雰囲気：真空下
【請求項３】
ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートとＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートが芯材に巻き取られてなるロール状積層物の外周部に、ＣｕまたはＣｕ基合金層の配置されたＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材であって、
上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートは、Ｆｅ含有量が０．０５％以下に抑制され、かつＳｉ含有量が０．０５％以下に抑制されたものであることを特徴とするＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材。
【請求項４】
前記請求項３に記載のＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を用いて得られるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材であって、ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートの厚さが１００ｎｍ以下であることを特徴とするＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材。
【請求項１】
ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートとＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートを重ね合わせ、芯材に巻き取った後、これをＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入することによりＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を製造する方法において、
上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートとして、Ｆｅ含有量が０．０５％以下（％は質量％の意味、成分について以下同じ）に抑制され、かつＳｉ含有量が０．０５％以下に抑制されたものを用いることを特徴とするＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材の製造方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の方法で製造されるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を減面加工し、得られた単芯複合材を複数本束ねてＣｕまたはＣｕ基合金からなる円筒状物に挿入し、これに減面加工を施して多芯複合材とした後、下記条件で熱処理を施すことを特徴とするＮｂ３Ａｌ系超電導線材の製造方法。
＜熱処理条件＞
・均熱温度：７００〜９００℃
・均熱時間：５〜１００時間
・熱処理雰囲気：真空下
【請求項３】
ＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ含有シートとＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートが芯材に巻き取られてなるロール状積層物の外周部に、ＣｕまたはＣｕ基合金層の配置されたＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材であって、
上記ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートは、Ｆｅ含有量が０．０５％以下に抑制され、かつＳｉ含有量が０．０５％以下に抑制されたものであることを特徴とするＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材。
【請求項４】
前記請求項３に記載のＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用一次複合材を用いて得られるＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材であって、ＡｌまたはＡｌ基合金からなるＡｌ含有シートの厚さが１００ｎｍ以下であることを特徴とするＮｂ３Ａｌ系超電導線材製造用多芯複合材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−４２４５５（Ｐ２００７−４２４５５Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２５８１６（Ｐ２００５−２２５８１６）
【出願日】平成１７年８月３日（２００５．８．３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３日（２００５．８．３）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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