Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法
【課題】複合線材の断線を効果的に防止できるようＮｂ３Ｓｎ超電導線の複合製作方法を安定化し、材料のコストダウンと組立て方法を簡略化できるＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｎｂ又はＮｂ基合金、ＣｕまたはＣｕ基合金、およびこれらの内部に複合するＳｎ又はＳｎ基合金の３種類の材料を含む超電導複合材料からなる複合モジュール線材を複数本組み合わせ集束した複合線の周囲をＳｎ拡散防止用バリア材で取り囲み、更にこれらの周囲に安定化材を配置して複合構成体を組立てたのちこれを伸延加工するＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法において、複合線とＳｎ拡散防止用バリア材との間にＣｕ又はＣｕ基合金材からなる薄肉銅管を介在させて複合構成体を組立てるようにした。
【解決手段】Ｎｂ又はＮｂ基合金、ＣｕまたはＣｕ基合金、およびこれらの内部に複合するＳｎ又はＳｎ基合金の３種類の材料を含む超電導複合材料からなる複合モジュール線材を複数本組み合わせ集束した複合線の周囲をＳｎ拡散防止用バリア材で取り囲み、更にこれらの周囲に安定化材を配置して複合構成体を組立てたのちこれを伸延加工するＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法において、複合線とＳｎ拡散防止用バリア材との間にＣｕ又はＣｕ基合金材からなる薄肉銅管を介在させて複合構成体を組立てるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば超電導マグネット用のコイル等に使用されるＮｂ３Ｓｎ化合物超電導線の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法は、Ｎｂ複合ビレットを所定形状の複合線材に伸延加工したのち、この複合線材に所定の熱処理を施してＮｂ３Ｓｎ相を形成する方法が一般的であるが、複合ビレツトを構成する際にＮｂ線を組み込んだその外周にＳｎ拡散防止用のＴａ条を成形ロールで丸め縁端部の突合せ部分を溶接して製造した溶接Ｔａ管を用いる方法と、Ｔａ条にＣｕ条を張り合わせクラッド状にしたものを成形ロールで筒状に丸めた管を用い拡散防止用のバリア材としたものを複合モジュール線材の外周に組み込む方法と、Ｔａ棒に孔を空け引抜き等により製造した継ぎ目無しのＴａ管をＳｎ拡散防止用バリア材として複合モジュール線材の外周に組み込む方法とがある。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６９８２３号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように従来のＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法によれば、例えば、Ｔａ条を成形ロールで丸め縁端部を溶接したものをＳｎ拡散防止用のバリアとして複合ビレット内に組み込んでいるが、熱間押出し加工あるいは伸延引抜き加工時の塑性加工で、このＴａ管の溶接部硬度が高く、また溶接による歪等が発生するため非常に不安定であり加工時の塑性変形が大きくなり破断する問題点がある。
また、Ｔａ条にＣｕ条を張り合わせクラッド板状にしたものを成型ロールで筒状に丸めた管をＳｎ拡散防止用バリア材として用い複合モジュール線材の外周に組みいれる方法については、前記クラッド加工時にＴａとＣｕ条の間に空気や不純物を巻き込んだりする欠点があった。
また、複合後の伸延加工では、ロール状に成型された管の内側縁端部が伸延加工と同時に、内側に螺旋状に絞られながら自由に動いてしまうので、伸延加工の際前記管の内側縁端部が複合されたモジュール線の整列された溝に引っかかり、複合モジュール線材の外周数本を押し退け複合線同士が交差することとなるので複数回伸延加工を繰り返すうちに座屈し断線に到る欠点がある。
さらに前記クラッド板はロール状に成型し筒状に丸めた状態の管であるため、縁端部が重なり合う場所にＣｕ部分が出来るのでＳｎ拡散防止用バリア材としての性能が低下しＳｎ拡散処理時にＳｎ漏れが発生する欠点がありＮｂ３Ｓｎ超電導特性の低下を招く問題点があった。
また、引抜き等により製造した継ぎ目無しのＴａ管については、継ぎ目なし管加工をするためのコストが高くおよそ量産性には不向きであり、材料費用がＮｂ３Ｓｎ超電導線全体の４０％近くになる等の問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、複合線材の断線を効果的に防止できるようＮｂ３Ｓｎ超電導線の複合製作方法を安定化し、材料のコストダウンと組立て方法を簡略化できるＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、Ｎｂ又はＮｂ基合金、ＣｕまたはＣｕ基合金、およびこれらの内部に複合するＳｎ又はＳｎ基合金の３種類の材料を含む超電導複合材料の周囲をＳｎ拡散防止用バリア材で取り囲み、更にこれらの周囲に安定化材を配置して複合構成体を組立てたのちこれを伸延加工するＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法において、複合線とＳｎ拡散防止用バリア材との間にＣｕ又はＣｕ基合金材からなる薄肉銅管を介在させて構成体を組立てるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法によれば、Ｎｂ３Ｓｎ複合線材の断線を効果的に防止して歩留りの改善および超電導性能を向上させることができると共に、材料のコストダウンと組立て方法の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１はＮｂ３Ｓｎ超電導線を構成する複合構成体５の横断面であり、Ｎｂ又はＮｂ基合金、ＣｕまたはＣｕ基合金、およびこれらの内部に複合するＳｎ又はＳｎ基合金の３種類の材料を含む超電導複合材料からなる複合モジュール線材１を複数本組み合わせ集束した複合線の周囲に、Ｃｕ又はＣｕ基合金材からなる薄肉銅管２を配置し、この外側にＴａ板をロール状に成型したＳｎ拡散防止用バリア材３を配置し、さらに外周に安定化銅管４を配置している。
【０００９】
図２は上記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線を構成する複合構成体５の斜視図で複合方法を示した図であり、複合モジュール線材１を６１モジュール束ね、超電導モジュール線外径寸法が、複合構成体５の全体断面積比の４５％となる複合線を構成し、さらにこの複合線を、複合構成体５に対する断面積比が１．６％とした厚さの薄肉銅管２内に複合し、これを安定化銅管４内に純Ｔａ板をロール状に成型したＳｎ拡散防止用バリア材３を挿入した内側に組み入れ複合構成体５とする。
このようにＳｎ拡散防止用バリア材３の内側に薄肉銅管２を配置し、外側に安定化銅管材４を配置したＮｂ３Ｓｎ超電導線を構成しているので、複合構成体５全体のクリアランスが極力小さくできる。
【００１０】
そして、この複合構成体５を冷間引き抜き加工で密着させ、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線を得る。この場合、Ｓｎ拡散防止用バリア材３が、複合構成体５としたのちの引き抜き加工での挙動として、成形ロールで丸めた状態のＳｎ拡散防止用バリア材３の縁端部が内側に絞られながら螺旋状に動いていくが、内側縁端部は薄肉銅管２が存在するため複合モジュール線材１との接触は無く薄肉銅管２の外径側を滑りながら加工されるので、複合モジュール線１の整列溝に引っかかる原因による複合線材崩れ、座屈断線の防止ができる。
【００１１】
なお、上記薄肉銅管２は、純銅棒に穴をあけた材料を製作しドローベンチを用いた引き抜き方法で得られる。例えば外径５０ｍｍ，内径３０ｍｍ，長さ１ｍの純銅材料を製作し引き抜き用ダイスとプラグにより複数回繰り返し引き伸ばすが、工業的に引き抜きで製造できる銅管の厚さ限界以下を達成するために銅材料の引き抜き速度の微調整とダイスおよびプラグによる多段引き抜きにより厚さ０．３ｍｍ以下の薄肉銅管２を得た。
【００１２】
図３は、この発明の方法と従来の方法とで得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線の加工履歴を示す図である。この発明によりＳｎ拡散バリア材３の内側に配置した薄肉銅管２の厚さを複合構成体５に対する断面積比が１．６％以下とした複合構成体５を目的線径である最終線径のφ0.8ｍｍまで引抜き、伸線加工により得たＮｂ３Ｓｎ超電導線Ａとした。またＴａ板の上下に銅板を挟み製作した従来の銅クラッドＴａ拡散バリアを筒状に成形ロールで丸めた管内に前記と同等の複合モジュール線材１を詰めた複合構成体を前記の目的線径と同等まで加工しＮｂ３Ｓｎ超電導線Ｂとした。
図４は、上記のＮｂ３Ｓｎ超電導線Ａ，Ｂを不活性ガス雰囲気中で温度６５０℃，２４０時間でＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施したのち臨界電流密度およびヒステリシス損失の測定を実施した結果を示すものである。
図３，図４の結果から分かるように、この発明の製造方法によるＮｂ３Ｓｎ超電導線は、引抜加工における断線や拡散バリア材Ｔａの破損がない優れた加工性を示し、また優れた臨界電流密度およびヒステリシス損失を示すことが明らかである。
従って、このような超電導特性の優れたＮｂ３Ｓｎ超電導線を得るためには薄肉銅管２の厚さを複合構成体５の断面積比に対し１．６％以下に抑えることが好ましい。
【００１３】
更に、図５は、この発明の製造方法によりＳｎ拡散バリア材３の内側に配置した薄肉銅管２の厚さを複合構成体５に対する断面積比を１．３〜１．６％の範囲に設定した場合と、これと比較するため上記断面積比を２．０〜３．８％の範囲に設定した場合について、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の界電流密度を測定した結果を示すものである。
この結果からも超電導特性の優れたＮｂ３Ｓｎ超電導線を得るためには薄肉銅管２の厚さを複合構成体５の断面積比に対し１．６％以下に抑えることが好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１を示す複合構成体の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す複合構成体の斜視図である。
【図３】この発明方法と従来方法とで得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線の加工履歴を比較して示す図である。
【図４】この発明方法と従来法とで得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線の強磁界中における臨界電流密度とヒステリシス損失のデータを比較して示す図である。
【図５】この発明方法により複合構成体に対する薄肉銅管の厚さ断面積比を変えた場合の臨界電流密度のデータを比較して示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１ 複合モジュール線材
２ 薄肉銅管
３ Ｓｎ拡散防止用バリア材
４ 安定化銅管材
５ 複合構成体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば超電導マグネット用のコイル等に使用されるＮｂ３Ｓｎ化合物超電導線の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法は、Ｎｂ複合ビレットを所定形状の複合線材に伸延加工したのち、この複合線材に所定の熱処理を施してＮｂ３Ｓｎ相を形成する方法が一般的であるが、複合ビレツトを構成する際にＮｂ線を組み込んだその外周にＳｎ拡散防止用のＴａ条を成形ロールで丸め縁端部の突合せ部分を溶接して製造した溶接Ｔａ管を用いる方法と、Ｔａ条にＣｕ条を張り合わせクラッド状にしたものを成形ロールで筒状に丸めた管を用い拡散防止用のバリア材としたものを複合モジュール線材の外周に組み込む方法と、Ｔａ棒に孔を空け引抜き等により製造した継ぎ目無しのＴａ管をＳｎ拡散防止用バリア材として複合モジュール線材の外周に組み込む方法とがある。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６９８２３号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように従来のＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法によれば、例えば、Ｔａ条を成形ロールで丸め縁端部を溶接したものをＳｎ拡散防止用のバリアとして複合ビレット内に組み込んでいるが、熱間押出し加工あるいは伸延引抜き加工時の塑性加工で、このＴａ管の溶接部硬度が高く、また溶接による歪等が発生するため非常に不安定であり加工時の塑性変形が大きくなり破断する問題点がある。
また、Ｔａ条にＣｕ条を張り合わせクラッド板状にしたものを成型ロールで筒状に丸めた管をＳｎ拡散防止用バリア材として用い複合モジュール線材の外周に組みいれる方法については、前記クラッド加工時にＴａとＣｕ条の間に空気や不純物を巻き込んだりする欠点があった。
また、複合後の伸延加工では、ロール状に成型された管の内側縁端部が伸延加工と同時に、内側に螺旋状に絞られながら自由に動いてしまうので、伸延加工の際前記管の内側縁端部が複合されたモジュール線の整列された溝に引っかかり、複合モジュール線材の外周数本を押し退け複合線同士が交差することとなるので複数回伸延加工を繰り返すうちに座屈し断線に到る欠点がある。
さらに前記クラッド板はロール状に成型し筒状に丸めた状態の管であるため、縁端部が重なり合う場所にＣｕ部分が出来るのでＳｎ拡散防止用バリア材としての性能が低下しＳｎ拡散処理時にＳｎ漏れが発生する欠点がありＮｂ３Ｓｎ超電導特性の低下を招く問題点があった。
また、引抜き等により製造した継ぎ目無しのＴａ管については、継ぎ目なし管加工をするためのコストが高くおよそ量産性には不向きであり、材料費用がＮｂ３Ｓｎ超電導線全体の４０％近くになる等の問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、複合線材の断線を効果的に防止できるようＮｂ３Ｓｎ超電導線の複合製作方法を安定化し、材料のコストダウンと組立て方法を簡略化できるＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、Ｎｂ又はＮｂ基合金、ＣｕまたはＣｕ基合金、およびこれらの内部に複合するＳｎ又はＳｎ基合金の３種類の材料を含む超電導複合材料の周囲をＳｎ拡散防止用バリア材で取り囲み、更にこれらの周囲に安定化材を配置して複合構成体を組立てたのちこれを伸延加工するＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法において、複合線とＳｎ拡散防止用バリア材との間にＣｕ又はＣｕ基合金材からなる薄肉銅管を介在させて構成体を組立てるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法によれば、Ｎｂ３Ｓｎ複合線材の断線を効果的に防止して歩留りの改善および超電導性能を向上させることができると共に、材料のコストダウンと組立て方法の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１はＮｂ３Ｓｎ超電導線を構成する複合構成体５の横断面であり、Ｎｂ又はＮｂ基合金、ＣｕまたはＣｕ基合金、およびこれらの内部に複合するＳｎ又はＳｎ基合金の３種類の材料を含む超電導複合材料からなる複合モジュール線材１を複数本組み合わせ集束した複合線の周囲に、Ｃｕ又はＣｕ基合金材からなる薄肉銅管２を配置し、この外側にＴａ板をロール状に成型したＳｎ拡散防止用バリア材３を配置し、さらに外周に安定化銅管４を配置している。
【０００９】
図２は上記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線を構成する複合構成体５の斜視図で複合方法を示した図であり、複合モジュール線材１を６１モジュール束ね、超電導モジュール線外径寸法が、複合構成体５の全体断面積比の４５％となる複合線を構成し、さらにこの複合線を、複合構成体５に対する断面積比が１．６％とした厚さの薄肉銅管２内に複合し、これを安定化銅管４内に純Ｔａ板をロール状に成型したＳｎ拡散防止用バリア材３を挿入した内側に組み入れ複合構成体５とする。
このようにＳｎ拡散防止用バリア材３の内側に薄肉銅管２を配置し、外側に安定化銅管材４を配置したＮｂ３Ｓｎ超電導線を構成しているので、複合構成体５全体のクリアランスが極力小さくできる。
【００１０】
そして、この複合構成体５を冷間引き抜き加工で密着させ、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線を得る。この場合、Ｓｎ拡散防止用バリア材３が、複合構成体５としたのちの引き抜き加工での挙動として、成形ロールで丸めた状態のＳｎ拡散防止用バリア材３の縁端部が内側に絞られながら螺旋状に動いていくが、内側縁端部は薄肉銅管２が存在するため複合モジュール線材１との接触は無く薄肉銅管２の外径側を滑りながら加工されるので、複合モジュール線１の整列溝に引っかかる原因による複合線材崩れ、座屈断線の防止ができる。
【００１１】
なお、上記薄肉銅管２は、純銅棒に穴をあけた材料を製作しドローベンチを用いた引き抜き方法で得られる。例えば外径５０ｍｍ，内径３０ｍｍ，長さ１ｍの純銅材料を製作し引き抜き用ダイスとプラグにより複数回繰り返し引き伸ばすが、工業的に引き抜きで製造できる銅管の厚さ限界以下を達成するために銅材料の引き抜き速度の微調整とダイスおよびプラグによる多段引き抜きにより厚さ０．３ｍｍ以下の薄肉銅管２を得た。
【００１２】
図３は、この発明の方法と従来の方法とで得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線の加工履歴を示す図である。この発明によりＳｎ拡散バリア材３の内側に配置した薄肉銅管２の厚さを複合構成体５に対する断面積比が１．６％以下とした複合構成体５を目的線径である最終線径のφ0.8ｍｍまで引抜き、伸線加工により得たＮｂ３Ｓｎ超電導線Ａとした。またＴａ板の上下に銅板を挟み製作した従来の銅クラッドＴａ拡散バリアを筒状に成形ロールで丸めた管内に前記と同等の複合モジュール線材１を詰めた複合構成体を前記の目的線径と同等まで加工しＮｂ３Ｓｎ超電導線Ｂとした。
図４は、上記のＮｂ３Ｓｎ超電導線Ａ，Ｂを不活性ガス雰囲気中で温度６５０℃，２４０時間でＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施したのち臨界電流密度およびヒステリシス損失の測定を実施した結果を示すものである。
図３，図４の結果から分かるように、この発明の製造方法によるＮｂ３Ｓｎ超電導線は、引抜加工における断線や拡散バリア材Ｔａの破損がない優れた加工性を示し、また優れた臨界電流密度およびヒステリシス損失を示すことが明らかである。
従って、このような超電導特性の優れたＮｂ３Ｓｎ超電導線を得るためには薄肉銅管２の厚さを複合構成体５の断面積比に対し１．６％以下に抑えることが好ましい。
【００１３】
更に、図５は、この発明の製造方法によりＳｎ拡散バリア材３の内側に配置した薄肉銅管２の厚さを複合構成体５に対する断面積比を１．３〜１．６％の範囲に設定した場合と、これと比較するため上記断面積比を２．０〜３．８％の範囲に設定した場合について、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線の界電流密度を測定した結果を示すものである。
この結果からも超電導特性の優れたＮｂ３Ｓｎ超電導線を得るためには薄肉銅管２の厚さを複合構成体５の断面積比に対し１．６％以下に抑えることが好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１を示す複合構成体の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す複合構成体の斜視図である。
【図３】この発明方法と従来方法とで得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線の加工履歴を比較して示す図である。
【図４】この発明方法と従来法とで得られたＮｂ３Ｓｎ超電導線の強磁界中における臨界電流密度とヒステリシス損失のデータを比較して示す図である。
【図５】この発明方法により複合構成体に対する薄肉銅管の厚さ断面積比を変えた場合の臨界電流密度のデータを比較して示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１ 複合モジュール線材
２ 薄肉銅管
３ Ｓｎ拡散防止用バリア材
４ 安定化銅管材
５ 複合構成体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｂ又はＮｂ基合金、ＣｕまたはＣｕ基合金、およびこれらの内部に複合するＳｎ又はＳｎ基合金の３種類の材料を含む超電導複合材料からなる複合モジュール線材を複数本組み合わせ集束した複合線の周囲をＳｎ拡散防止用バリア材で取り囲み、更にこれらの周囲に安定化材を配置して複合構成体を組立てたのちこれを伸延加工するＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法において、
前記複合線と前記Ｓｎ拡散防止用バリア材との間にＣｕ又はＣｕ基合金材からなる薄肉銅管を介在させて前記複合構成体を組立てるようにしたことを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法。
【請求項２】
前記薄肉銅管は、前記複合構成体全体に対する断面積比が１．６％以下に相当する厚さに設定されていることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法。
【請求項３】
前記薄肉銅管は、純銅棒に穴をあけた材料を製作しドローベンチを用いた引き抜き方法で製作されたものであることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法。
【請求項１】
Ｎｂ又はＮｂ基合金、ＣｕまたはＣｕ基合金、およびこれらの内部に複合するＳｎ又はＳｎ基合金の３種類の材料を含む超電導複合材料からなる複合モジュール線材を複数本組み合わせ集束した複合線の周囲をＳｎ拡散防止用バリア材で取り囲み、更にこれらの周囲に安定化材を配置して複合構成体を組立てたのちこれを伸延加工するＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法において、
前記複合線と前記Ｓｎ拡散防止用バリア材との間にＣｕ又はＣｕ基合金材からなる薄肉銅管を介在させて前記複合構成体を組立てるようにしたことを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法。
【請求項２】
前記薄肉銅管は、前記複合構成体全体に対する断面積比が１．６％以下に相当する厚さに設定されていることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法。
【請求項３】
前記薄肉銅管は、純銅棒に穴をあけた材料を製作しドローベンチを用いた引き抜き方法で製作されたものであることを特徴とするＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３３９０４１（Ｐ２００６−３３９０４１Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６２７８６（Ｐ２００５−１６２７８６）
【出願日】平成１７年６月２日（２００５．６．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２日（２００５．６．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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