Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびその製造方法
【課題】線材単重の増大が図れる共に、最終線径への多様化への対応を可能にでき、ＮＭＲ分析装置等で用いる超電導マグネットへの用途適用に最適なＮｂ3Ｓｎ超電導線材、およびこうしたＮｂ3Ｓｎ超電導線材を内部拡散法によって製造するための有用な方法を提供する。
【解決手段】中央にＳｎ又はＳｎ基合金芯が配置されると共に、その周囲にＣｕ又はＣｕ基合金マトリクス５と、複数本のＮｂ又はＮｂ基合金からなるフィラメントが配置され、更にその外周に安定化銅層４ｂを有するモノエレメント線材を複数束ね、更にその外周に安定化銅を配置したマルチエレメント線材１１を用い、減面加工する途中で、前記Ｓｎ又はＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行い、引き続き減面加工を終了し、次いで減面加工後のマルチエレメント線材に対して拡散熱処理を施すことによって、線材内にＮｂ3Ｓｎ超電導相を形成する。
【解決手段】中央にＳｎ又はＳｎ基合金芯が配置されると共に、その周囲にＣｕ又はＣｕ基合金マトリクス５と、複数本のＮｂ又はＮｂ基合金からなるフィラメントが配置され、更にその外周に安定化銅層４ｂを有するモノエレメント線材を複数束ね、更にその外周に安定化銅を配置したマルチエレメント線材１１を用い、減面加工する途中で、前記Ｓｎ又はＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行い、引き続き減面加工を終了し、次いで減面加工後のマルチエレメント線材に対して拡散熱処理を施すことによって、線材内にＮｂ3Ｓｎ超電導相を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を内部拡散法によって製造するため有用な方法、およびこうした方法によって得られるＮｂ3Ｓｎ超電導線材に関するものであり、殊に高磁場発生用超電導マグネットの素材として有用なＮｂ3Ｓｎ超電導線材を内部拡散法によって製造する為の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材が実用化されている分野のうち、高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置や核融合装置、加速器等に用いられる超電導マグネットについては、発生磁場が高いほど分解能が高まってデータ習得の短時間化が図れることから、超電導マグネットは近年ますます高磁場化の傾向にある。
【０００３】
高磁場発生用超電導マグネットの高磁場化に対しては、そのマグネットに使用する超電導線材の高性能化を実現することが必要であり、これまで超電導マグネットの最内層部に一般に使用されてきたブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の特性を凌ぐ新たな超電導線材の開発が求められている。
【０００４】
上記ブロンズ法では、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリクス中に、複数のＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材を埋設して構成される複合線材を、押出し若しくは伸線加工等の減面加工を施すことによって、上記芯材を細径化してフィラメント（以下、「Ｎｂ基フィラメント」と呼ぶ）とし、このＮｂ基フィラメントとブロンズからなる複合線材を複数束ねて線材群とし、その外周に安定化の為の銅（安定化銅）を配置した後、更に減面加工する。引き続き、減面加工後の上記線材群を６００℃以上、８００℃以下程度で熱処理（拡散熱処理）することにより、Ｎｂ基フィラメントとブロンズマトリクスの界面にＮｂ3Ｓｎ化合物層を生成する方法である。
【０００５】
しかしながら、この方法では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％以下）、生成されるＮｂ3Ｓｎ化合物層の厚さが薄く、また結晶性が劣化してしまい、臨界電流密度Ｊｃが高くないという欠点がある。こうしたことが、ブロンズ法によって得られる超電導線材の特性に限界があることの理由と考えられている。
【０００６】
Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、粉末法や内部拡散法等も知られている。これらの方法では、ブロンズ法のような固溶限によるＳｎ濃度に限界がないのでＳｎ濃度をできるだけ高く設定でき、良質なＮｂ3Ｓｎ相が生成可能であるため、ブロンズ法によって得られるＮｂ3Ｓｎ超電導線材の特性を凌ぐ超電導線材が開発できるものと期待されている。
【０００７】
ところで、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材をマグネットに適用するには、超電導線材を長尺化する必要がある。この長尺化に際しては、前記ブロンズ法による線材では、加工硬化するブロンズマトリクス部を軟化させるための焼鈍処理（例えば、４００〜６００℃の温度で数時間保持）を、線材が伸線用ダイスを通過する毎に行なわれるのが一般的である。また粉末法による線材においても、加工硬化したＣｕシース材を軟化させるために、最終の線材を得るまでに上記のような焼鈍が実施されることが一般的である。
【０００８】
これに対して内部拡散法による線材では、後述するように、中央部にＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材が存在すること、およびこの芯材がＣｕと直接接触した構成の複合部材（モノエレメント線材）を用いることから、例えばブロンズ法線材で採用しているような条件で焼鈍を行なうと、Ｓｎが線材端部より溶出（流出）したり、Ｓｎ−Ｃｕ系化合物等の非常に硬質な金属間化合物が生成したりして、加工性に悪影響を及ぼすことがある。
【０００９】
内部拡散法では、図１（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の模式図）に示すように、ＣｕまたはＣｕ基合金（以下、「Ｃｕマトリクス」と呼ぶことがある）４の中央部に、ＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材（以下、「Ｓｎ基金属芯」と呼ぶことがある）３を埋設すると共に、Ｓｎ基金属芯３の周囲のＣｕマトリクス４中に、複数のＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材（即ち、Ｎｂ基フィラメント）２を相互に接触しないように配置して前駆体（超電導線材製造用前駆体）１とする。
【００１０】
また上記のような前駆体１においては、図２に示すように、前記Ｎｂ基フィラメント２とＳｎ基金属芯３が配置された部分（以下、「超電導コア部」と呼ぶことがある）と、その外部の安定化銅層４ａの間（即ち、安定化銅の内側）に拡散障壁層６を配置した構成を採用するのが一般的である。この拡散障壁層６は、例えばＮｂ層またはＴａ層、或いはＮｂ層とＴａ層の２層からなり、拡散熱処理の際に超電導コア部内のＳｎ（Ｓｎ基金属芯３）が外部に拡散してしまうことを防止し、超電導コア部内でのＳｎの濃度を高める作用を発揮するものである。
【００１１】
上記のような、超電導線材製造用前駆体を製造するには、下記の手順で行われる。まず、Ｎｂ基フィラメントをＣｕマトリスク管に挿入し、押出し加工や伸線加工等の減面加工を施して複合線材とし（通常、断面形状が六角形に形成される）、これを適当な長さに裁断する。そして、Ｃｕ製外筒を有し、拡散障壁層を設け或いは設けないビレット内に前記複合体を充填し、その中央部にＣｕマトリクス（Ｃｕ製中実ビレット）を配置して押出し等の減面加工をした後、中央部のＣｕマトリクスを機械的に穿孔してパイプ状複合線材を構成する。或いは、他の方法として、Ｃｕ外筒とＣｕ内筒で構成され、拡散障壁層６を有しまたは有さない中空ビレット内（外筒と内筒の間）に前記複合体を複数本充填してパイプ押出し等の減面加工を施してパイプ状複合線材を構成する。尚、前記Ｃｕ製中実ビレットを配置するに際しては、Ｎｂ基フィラメント挿入していないＣｕマトリスクを伸線加工することによって六角断面形状にした線材（Ｃｕスペーサ）を複数束ねてＣｕ製中実ビレットの代わりとすることもある(後記実施例参照)。
【００１２】
そして、これらの方法で作製されたパイプ状複合体の中央空隙部内に、Ｓｎ基金属芯を挿入して減面加工することによって、前記図１、２に示したような前駆体（マルチエレメント線材）が製造される。
【００１３】
上記のようにして構成された各前駆体（モノエレメント線材）は、拡散障壁層６を有するか或いは有さないＣｕマトリクス管内部に複数本束ねて充填され、更に縮径加工されて多芯型の超電導線材製造用前駆体（以下、「マルチエレメント線材」と呼ぶことがある）とされる。
【００１４】
図３、４は、マルチエレメント線材の構成例を示したものである。このうち図３は、前記図１に示した前駆体１（モノエレメント線材）を、安定化銅層４ｂの内側に拡散障壁層６ａを有するＣｕマトリクス５内に複数本束ねて埋設し、マルチエレメント線材１１としたものである。図４は、前記第２図に示した前駆体（モノエレメント線材）を、拡散障壁層を有さないＣｕマトリクス５内に複数本束ねて埋設してマルチエレメント線材１１ａとしたものである。
【００１５】
この前駆体に伸線加工等の減面加工を施した後、熱処理（拡散熱処理）によってＳｎ基金属芯３中のＳｎを拡散させ、Ｎｂ基フィラメント２と反応させることによってＮｂ3Ｓｎ相を生成させる方法である（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特許第３２７３９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記したように、内部拡散法によって超電導線材を製造するための前駆体（モノエレメント線材）では、ＣｕマトリクスとＮｂ基フィラメントを複合化（前記パイプ状複合体）した後に、その中央部にＳｎ基金属芯を挿入することによって作製されることになるが、上記した不都合（Ｓｎ溶出や硬質金属間化合物生成）を回避するために、ＣｕやＮｂの軟化を目的とした焼鈍はＳｎ基金属芯を挿入する前でのみ行なっているのが実情である。
【００１７】
従って、最終製品の加工率は、Ｓｎ基金属芯を複合化する直前における前駆体の状態に大きく依存することになり、Ｓｎ基金属芯の複合化後は焼鈍なしの加工で断線が発生しない範囲（即ち、焼鈍なしで線材加工限界以下）で加工を終了する必要があった。
【００１８】
しかしながら、超電導線材のマグネットへの適用や製造安定性を考慮すると、マルチエレメント線材の線材単重（１本の超電導線材としての最終製品重量の意味：超電導線材製造時の歩留まりの指標となる）の増大および最終線径への多様化への対応の必要性、また製造上では焼鈍状態のバラツキに起因する加工限界のバラツキによる断線の発生（即ち、歩留まり低下）を引き起こすことへの対応の必要がある。
【００１９】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、線材単重の増大が図れる共に、最終線径への多様化への対応を可能にでき、ＮＭＲ分析装置等で用いる超電導マグネットへの用途適用に最適なＮｂ3Ｓｎ超電導線材、およびこうしたＮｂ3Ｓｎ超電導線材を内部拡散法によって製造するための有用な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成することのできた本発明の製造方法とは、内部拡散法によってＮｂ3Ｓｎ超電導線材を製造するに当り、中央にＳｎまたはＳｎ基合金芯が配置されると共に、その周囲にＣｕまたはＣｕ基合金マトリクスと、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるフィラメントが配置され、更にその外周に安定化銅層を有するモノエレメント線材を複数束ね、更にその外周に安定化銅を配置したマルチエレメント線材を用い、減面加工する途中で、前記ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行い、引き続き減面加工を終了し、次いで減面加工後のマルチエレメント線材に対して拡散熱処理を施すことによって、線材内にＮｂ3Ｓｎ超電導相を形成する点に要旨を有するものである。
【００２１】
本発明の方法においては、前記モノエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層を形成するか、またはマルチエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層を形成したマルチエレメント線材を用いることも好ましい実施形態である。
【００２２】
また、前記ＮｂまたはＮｂ基合金からなるフィラメントは、炭素、窒素、酸素および水素の合計含有量が１５０ｐｐｍ以下のものであるものを用いることが好ましい。
【００２３】
上記のような方法によって得られたものであるＮｂ3Ｓｎ超電導線材は、希望する良好な超電導特性を発揮するＮｂ3Ｓｎ超電導線材が得られ、ＮＭＲ分析装置等で用いる超電導マグネットへの適用素材として最適である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、マルチエレメント線材を減面加工する途中で、ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行い、引き続き減面加工を終了する工程を採用することによって、線材単重の増大が図れる共に、最終線径への多様化への対応を可能にでき、ＮＭＲ分析装置等で用いる超電導マグネットへの用途適用に最適なＮｂ3Ｓｎ超電導線材が実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明者らは、上記目的を達成するために様々な角度から検討した。特に、Ｓｎ基金属芯を複合化した後（即ち、マルチエレメント線材の状態）で、効果的に焼鈍できるための条件について検討した。その結果、マルチエレメント線材を減面加工する途中で、ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行えば、効果的に焼鈍が行なえ、上記目的に適う超電導線材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００２６】
本発明方法においては、マルチエレメント線材を減面加工する途中で、ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、焼鈍を行なうことが重要であるが、この要件を規定した理由は、次の通りである。
【００２７】
減面加工の途中でＳｎ基金属芯の直径が０．５ｍｍを超える状態で、Ｓｎの融点：２２３℃を超えるような温度で焼鈍をすると、複合線材の端部からをＳｎが多量に溶出していまい、Ｎｂ3Ｓｎ超電導相生成反応に寄与されるべきＳｎ量を確保できなくなって、超電導特性の劣化を引き起こすことになる。これに対して、減面加工の途中でＳｎ基金属芯の直径が０．５ｍｍ以下となった状態では、Ｓｎの融点：２２３℃を超えるような温度で焼鈍をした場合であっても、溶融したＳｎの表面張力に起因して、ストロー状となっている線材の端部からのＳｎ溶出が非常に少ないものとなる。従って、焼鈍温度がＳｎ基金属芯の融点を超える場合であっても、焼鈍時のＳｎ基金属芯の直径を０．５ｍｍ以下と設定する限り、Ｓｎ溶出によるＮｂ3Ｓｎ相の生成量減少は発生しないことになる。こうした状況は、Ｓｎ基合金芯の素材として、合金成分を含むＳｎ合金を用いた場合であっても、その融点が若干変わるだけでほぼ同様である。
【００２８】
尚、焼鈍を行なうときのＳｎ基金属芯の直径の下限については、特に限定されるものではないが、超電導線材の特性を良好に保つという観点からして、減面加工後の最終線材のときの直径が０．０５ｍｍまで安定して加工できるように、減面加工率も考慮してその下限を設定すれば良い。
【００２９】
本発明方法における焼鈍温度は１００〜３００℃とする必要があるが、この温度範囲ではＳｎ基金属芯とその周囲のＣｕマトリスクとの反応は非常に遅く、ＳｎとＣｕとの金属間化合物の生成量を極微量に抑えることができる。また、１００〜３００℃の温度範囲での焼鈍であっても、マトリクスとして使用されるＣｕに対しては十分な軟化効果を発揮することができ、線材断面での変形抵抗を低減する効果から、伸線加工性が向上することになる。
【００３０】
これまで内部拡散法に適用されるマルチエレメント線材（前記図３、４）では、減面加工段階において、高温での押し出しが困難であったことから、Ｃｕパイプに多数のモノエレメント線材を組み込んだ状態で伸線加工のみで多芯化を行う方法（以下、「抽伸法」と呼ぶ）を採用することがある。この抽伸法では、熱を加えずに伸線加工を進めるものであるので、モノエレメント線材相互間やモノエレメント線材とＣｕパイプの間での密着性の悪さから、線材断面内のモノエレメント線材相互間でのスベリが発生して応力集中部が生じ、加工性が劣化することがある。
【００３１】
しかしながら、本発明のように１００〜３００℃での焼鈍を行なえば、焼鈍時に線材内部でモノエレメント線材およびＣｕパイプ表面に伸線加工に伴って発生する活性な新生面同士の密着を促進する効果があることを見出している。こうした効果を発揮させるためにも、焼鈍温度を１００℃以上とする必要がある。但し、焼鈍温度が高くなりすぎるとＳｎとＣｕの金属間化合物が発生して加工性が急激に劣化することになるので、３００℃以下とする必要がある。尚、焼鈍時間は１〜５時間程度が適切である。
【００３２】
上記のような条件で焼鈍を行ないつつ減面加工を終了し、次いで減面加工後のマルチエレメント線材に対して拡散熱処理（通常６００℃以上、８００℃未満程度）を施して線材内にＮｂ3Ｓｎ超電導相を形成して超電導線材を製造することによって、線材単重を増大できると共に（後記実施例参照）、最終製品中のＮｂ基フィラメントの直径を極力細くすることができ（例えば、３０μｍ以下）、しかも良好な超電導特性を発揮する超電導線材を安定して（即ち、高い歩留まりにて）得ることができる。
【００３３】
本発明の方法において用いる前駆体（モノエレメント線材またはマルチエレメント線材）としては、前記図２、３に示した構成と同様に、モノエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層４ａを形成するか、またはマルチエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層４ｂを形成した構成のマルチエレメント線材を用いることもできる。
【００３４】
本発明で用いる前駆体では、その基本的構成として、Ｃｕマトリクス中にＮｂ基フィラメントを配置したものであるが、このＮｂ基フィラメントには、不可避的な不純物として、炭素、窒素、酸素および水素が含まれることになる。これらは侵入型固溶体を形成する元素（侵入型元素）であり、あまり多く含まれると加工硬化が高くなりすぎて、成形加工性が悪くなることがある。こうしたことから、これらの元素は合計含有量が１５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。一方、これらの含有量の下限については、特に限定されるものではないが、２０ｐｐｍ以上とすることが好ましい。即ち、超電導線材はＣｕまたはＣｕ合金との複合材であるので、上記元素の含有量が少なくなりすぎると、周囲のＣｕまたはＣｕ合金との変形抵抗差が大きくなり過ぎ、複合加工時に却ってソーセージングといった不均一な変形を誘発し、特性の劣化を引き起こす場合がある。
【００３５】
また上記Ｎｂ基フィラメントの素材として用いるＮｂ基合金としては、ＮｂにＴａ，Ｈｆ，Ｚｒ等の元素を、加工性を阻害しない程度（１〜２質量％程度）で含有したものであっても良い。またＳｎ基金属芯として用いるＳｎ基合金としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の元素を、加工性を阻害しない程度（５質量％程度以下）でＳｎに含有させたものを使用することができる。
【００３６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３７】
［実施例１］
純度９９．９％（酸素、窒素、水素、炭素の濃度は合計で１０４ｐｐｍ）のＮｂ棒（直径：１２０ｍｍ）を、Ｃｕパイプ（外径：１４０ｍｍ、内径：１２０ｍｍ）に挿入後、パイプの両端をＣｕで封止し、Ｃｕ／Ｎｂ複合ビレットを製作した。このＣｕ／Ｎｂ複合ビレットを、押出し・伸線加工し、六角断面形状のＣｕ／Ｎｂ複合線材（六角対辺：４．０ｍｍ）を作製した。
【００３８】
こうして得られた六角断面形状のＣｕ／Ｎｂ複合線材の３０６本を外周に、同断面形状のＣｕスペーサー４３９本を中心にして、Ｃｕパイプ内（外径：１３５ｍｍ、内径：１１８ｍｍ）に組み込み、パイプの両端をＣｕで封止し、内部拡散法単芯ビレットを作製した。
【００３９】
得られた内部拡散法単芯ビレットを、押出し加工した後、矯正し、機械加工によって中心部（前記Ｃｕスペーサーの部分）に孔を開けた。この孔にＳｎ棒を挿入した後伸線して、モノエレメント線材とした。
【００４０】
このモノエレメント線材を六角断面形状に加工し、５５本束ねてＣｕパイプ内（外径：４５ｍｍ、内径：３８ｍｍ）に組み込んで抽伸法によって、マルチエレメント線材とした（前記図３参照）。このマルチエレメント線材のパイプ組み込み時の初期重量は５０ｋｇであり、外径がφ１１ｍｍのときにモノエレメント線材中のＳｎ芯外径が０．５ｍｍとなるように断面が設計されている。
【００４１】
このマルチエレメント線材の外径が２ｍｍとなるまで加工することを目標として、各種の条件で焼鈍し（焼鈍時保持時間：３時間）、そのときのＳｎ溶出状況、伸線可能最終線径、断線回数および線材単重について調査した。このとき、断線回数は５回の断線が発生したときに加工限界と判断した。また線材単重については、最終線径まで加工後に質量測定を行った。その結果を、焼鈍条件（焼鈍温度および焼鈍時のＳｎ芯外径）と共に、下記表１に一括して示す。尚、２ｍｍまで伸線できたものについては、６５０℃×２００時間の熱処理（拡散熱処理）を施して、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材とし、得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材について、下記の条件で臨界電流密度Ｊｃを測定した。
【００４２】
［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、１８Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、試料（超電導線材）に通電し、４端子法によって発生電圧を測定し、この値が０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を測定し、この電流値を、線材の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。
【００４３】
【表１】
【００４４】
この結果から、次のように考察できる。まず試験Ｎｏ．１のものは、焼鈍を施していないもの（比較例）であり、マルチエレメント線材の加工限界により所定の線径まで伸線加工できていないものであり、超電導特性の評価には至っていないものである。また試験Ｎｏ．２のものは、焼鈍温度が低いもの(比較例)であり、焼鈍による効果が得られず、結局は焼鈍なし（試験Ｎｏ．１）と同様の挙動を示すことになった。
【００４５】
試験Ｎｏ．７のものは、焼鈍時のＳｎ芯外径が１．０ｍｍのもの（比較例）であり、最終線径２．０ｍｍまで伸線加工はできたが、焼鈍の際にＳｎが３０％程度溶出した。線径２．０ｍｍの内部拡散法多芯線材が製作できたことから、拡散熱処理時の際にＳｎが十分に拡散できず、Ｓｎ反応量が反応見込み量の６０％程度となり、最終的な臨界電流密度が３１０Ａ／ｍｍ2程度であった。
【００４６】
試験Ｎｏ．８のものは、焼鈍時のＳｎ芯外径が２．０ｍｍのものであり、最終線径２．０ｍｍまで伸線加工はできたが、焼鈍の際にＳｎが多量に溶出した。線径２．０ｍｍの内部拡散法多芯線材が製作できたことから、拡散熱処理時の際にＳｎが十分に拡散できず、Ｓｎ反応量が反応見込み量の３０％程度となり、最終的な臨界電流密度が１８０Ａ／ｍｍ2程度であった。
【００４７】
試験Ｎｏ．９のものは、焼鈍温度が５００℃のもの（比較例）であり、ＳｎとＣｕとの界面で金属間化合物が生成したことによって、断線が多発し、超電導特性の評価には至っていないものである。
【００４８】
これらに対し、試験Ｎｏ．３〜６のものは、本発明で規定する要件を満足する実施例であり、高い歩留まりを示し（８０〜９５％）、良好な超電導を示す超電導線材が得られている。尚、これのものは、最終線径（２．０ｍｍ）の段階で、線材中のＮｂ基フィラメントの直径は６μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体（モノエレメント線材）の構成例を模式的に示した断面図である。
【図２】内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体（モノエレメント線材）の他の構成例を模式的に示した断面図である。
【図３】内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体（マルチエレメント線材）の構成例を模式的に示した断面図である。
【図４】内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体（マルチエレメント線材）の他の構成例を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 超電導線材製造用前駆体（モノエレメント線材）
２ Ｎｂ基フィラメント
３ Ｓｎ基金属芯
４，５ Ｃｕマトリクス
４ａ，４ｂ 安定化銅
６，６ａ 拡散障壁層
１１，１１ａ 超電導線材製造用前駆体（マルチエレメント線材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を内部拡散法によって製造するため有用な方法、およびこうした方法によって得られるＮｂ3Ｓｎ超電導線材に関するものであり、殊に高磁場発生用超電導マグネットの素材として有用なＮｂ3Ｓｎ超電導線材を内部拡散法によって製造する為の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材が実用化されている分野のうち、高分解能核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置や核融合装置、加速器等に用いられる超電導マグネットについては、発生磁場が高いほど分解能が高まってデータ習得の短時間化が図れることから、超電導マグネットは近年ますます高磁場化の傾向にある。
【０００３】
高磁場発生用超電導マグネットの高磁場化に対しては、そのマグネットに使用する超電導線材の高性能化を実現することが必要であり、これまで超電導マグネットの最内層部に一般に使用されてきたブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の特性を凌ぐ新たな超電導線材の開発が求められている。
【０００４】
上記ブロンズ法では、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリクス中に、複数のＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材を埋設して構成される複合線材を、押出し若しくは伸線加工等の減面加工を施すことによって、上記芯材を細径化してフィラメント（以下、「Ｎｂ基フィラメント」と呼ぶ）とし、このＮｂ基フィラメントとブロンズからなる複合線材を複数束ねて線材群とし、その外周に安定化の為の銅（安定化銅）を配置した後、更に減面加工する。引き続き、減面加工後の上記線材群を６００℃以上、８００℃以下程度で熱処理（拡散熱処理）することにより、Ｎｂ基フィラメントとブロンズマトリクスの界面にＮｂ3Ｓｎ化合物層を生成する方法である。
【０００５】
しかしながら、この方法では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％以下）、生成されるＮｂ3Ｓｎ化合物層の厚さが薄く、また結晶性が劣化してしまい、臨界電流密度Ｊｃが高くないという欠点がある。こうしたことが、ブロンズ法によって得られる超電導線材の特性に限界があることの理由と考えられている。
【０００６】
Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する方法としては、上記ブロンズ法の他に、粉末法や内部拡散法等も知られている。これらの方法では、ブロンズ法のような固溶限によるＳｎ濃度に限界がないのでＳｎ濃度をできるだけ高く設定でき、良質なＮｂ3Ｓｎ相が生成可能であるため、ブロンズ法によって得られるＮｂ3Ｓｎ超電導線材の特性を凌ぐ超電導線材が開発できるものと期待されている。
【０００７】
ところで、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材をマグネットに適用するには、超電導線材を長尺化する必要がある。この長尺化に際しては、前記ブロンズ法による線材では、加工硬化するブロンズマトリクス部を軟化させるための焼鈍処理（例えば、４００〜６００℃の温度で数時間保持）を、線材が伸線用ダイスを通過する毎に行なわれるのが一般的である。また粉末法による線材においても、加工硬化したＣｕシース材を軟化させるために、最終の線材を得るまでに上記のような焼鈍が実施されることが一般的である。
【０００８】
これに対して内部拡散法による線材では、後述するように、中央部にＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材が存在すること、およびこの芯材がＣｕと直接接触した構成の複合部材（モノエレメント線材）を用いることから、例えばブロンズ法線材で採用しているような条件で焼鈍を行なうと、Ｓｎが線材端部より溶出（流出）したり、Ｓｎ−Ｃｕ系化合物等の非常に硬質な金属間化合物が生成したりして、加工性に悪影響を及ぼすことがある。
【０００９】
内部拡散法では、図１（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の模式図）に示すように、ＣｕまたはＣｕ基合金（以下、「Ｃｕマトリクス」と呼ぶことがある）４の中央部に、ＳｎまたはＳｎ基合金からなる芯材（以下、「Ｓｎ基金属芯」と呼ぶことがある）３を埋設すると共に、Ｓｎ基金属芯３の周囲のＣｕマトリクス４中に、複数のＮｂまたはＮｂ基合金からなる芯材（即ち、Ｎｂ基フィラメント）２を相互に接触しないように配置して前駆体（超電導線材製造用前駆体）１とする。
【００１０】
また上記のような前駆体１においては、図２に示すように、前記Ｎｂ基フィラメント２とＳｎ基金属芯３が配置された部分（以下、「超電導コア部」と呼ぶことがある）と、その外部の安定化銅層４ａの間（即ち、安定化銅の内側）に拡散障壁層６を配置した構成を採用するのが一般的である。この拡散障壁層６は、例えばＮｂ層またはＴａ層、或いはＮｂ層とＴａ層の２層からなり、拡散熱処理の際に超電導コア部内のＳｎ（Ｓｎ基金属芯３）が外部に拡散してしまうことを防止し、超電導コア部内でのＳｎの濃度を高める作用を発揮するものである。
【００１１】
上記のような、超電導線材製造用前駆体を製造するには、下記の手順で行われる。まず、Ｎｂ基フィラメントをＣｕマトリスク管に挿入し、押出し加工や伸線加工等の減面加工を施して複合線材とし（通常、断面形状が六角形に形成される）、これを適当な長さに裁断する。そして、Ｃｕ製外筒を有し、拡散障壁層を設け或いは設けないビレット内に前記複合体を充填し、その中央部にＣｕマトリクス（Ｃｕ製中実ビレット）を配置して押出し等の減面加工をした後、中央部のＣｕマトリクスを機械的に穿孔してパイプ状複合線材を構成する。或いは、他の方法として、Ｃｕ外筒とＣｕ内筒で構成され、拡散障壁層６を有しまたは有さない中空ビレット内（外筒と内筒の間）に前記複合体を複数本充填してパイプ押出し等の減面加工を施してパイプ状複合線材を構成する。尚、前記Ｃｕ製中実ビレットを配置するに際しては、Ｎｂ基フィラメント挿入していないＣｕマトリスクを伸線加工することによって六角断面形状にした線材（Ｃｕスペーサ）を複数束ねてＣｕ製中実ビレットの代わりとすることもある(後記実施例参照)。
【００１２】
そして、これらの方法で作製されたパイプ状複合体の中央空隙部内に、Ｓｎ基金属芯を挿入して減面加工することによって、前記図１、２に示したような前駆体（マルチエレメント線材）が製造される。
【００１３】
上記のようにして構成された各前駆体（モノエレメント線材）は、拡散障壁層６を有するか或いは有さないＣｕマトリクス管内部に複数本束ねて充填され、更に縮径加工されて多芯型の超電導線材製造用前駆体（以下、「マルチエレメント線材」と呼ぶことがある）とされる。
【００１４】
図３、４は、マルチエレメント線材の構成例を示したものである。このうち図３は、前記図１に示した前駆体１（モノエレメント線材）を、安定化銅層４ｂの内側に拡散障壁層６ａを有するＣｕマトリクス５内に複数本束ねて埋設し、マルチエレメント線材１１としたものである。図４は、前記第２図に示した前駆体（モノエレメント線材）を、拡散障壁層を有さないＣｕマトリクス５内に複数本束ねて埋設してマルチエレメント線材１１ａとしたものである。
【００１５】
この前駆体に伸線加工等の減面加工を施した後、熱処理（拡散熱処理）によってＳｎ基金属芯３中のＳｎを拡散させ、Ｎｂ基フィラメント２と反応させることによってＮｂ3Ｓｎ相を生成させる方法である（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特許第３２７３９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記したように、内部拡散法によって超電導線材を製造するための前駆体（モノエレメント線材）では、ＣｕマトリクスとＮｂ基フィラメントを複合化（前記パイプ状複合体）した後に、その中央部にＳｎ基金属芯を挿入することによって作製されることになるが、上記した不都合（Ｓｎ溶出や硬質金属間化合物生成）を回避するために、ＣｕやＮｂの軟化を目的とした焼鈍はＳｎ基金属芯を挿入する前でのみ行なっているのが実情である。
【００１７】
従って、最終製品の加工率は、Ｓｎ基金属芯を複合化する直前における前駆体の状態に大きく依存することになり、Ｓｎ基金属芯の複合化後は焼鈍なしの加工で断線が発生しない範囲（即ち、焼鈍なしで線材加工限界以下）で加工を終了する必要があった。
【００１８】
しかしながら、超電導線材のマグネットへの適用や製造安定性を考慮すると、マルチエレメント線材の線材単重（１本の超電導線材としての最終製品重量の意味：超電導線材製造時の歩留まりの指標となる）の増大および最終線径への多様化への対応の必要性、また製造上では焼鈍状態のバラツキに起因する加工限界のバラツキによる断線の発生（即ち、歩留まり低下）を引き起こすことへの対応の必要がある。
【００１９】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、線材単重の増大が図れる共に、最終線径への多様化への対応を可能にでき、ＮＭＲ分析装置等で用いる超電導マグネットへの用途適用に最適なＮｂ3Ｓｎ超電導線材、およびこうしたＮｂ3Ｓｎ超電導線材を内部拡散法によって製造するための有用な方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成することのできた本発明の製造方法とは、内部拡散法によってＮｂ3Ｓｎ超電導線材を製造するに当り、中央にＳｎまたはＳｎ基合金芯が配置されると共に、その周囲にＣｕまたはＣｕ基合金マトリクスと、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるフィラメントが配置され、更にその外周に安定化銅層を有するモノエレメント線材を複数束ね、更にその外周に安定化銅を配置したマルチエレメント線材を用い、減面加工する途中で、前記ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行い、引き続き減面加工を終了し、次いで減面加工後のマルチエレメント線材に対して拡散熱処理を施すことによって、線材内にＮｂ3Ｓｎ超電導相を形成する点に要旨を有するものである。
【００２１】
本発明の方法においては、前記モノエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層を形成するか、またはマルチエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層を形成したマルチエレメント線材を用いることも好ましい実施形態である。
【００２２】
また、前記ＮｂまたはＮｂ基合金からなるフィラメントは、炭素、窒素、酸素および水素の合計含有量が１５０ｐｐｍ以下のものであるものを用いることが好ましい。
【００２３】
上記のような方法によって得られたものであるＮｂ3Ｓｎ超電導線材は、希望する良好な超電導特性を発揮するＮｂ3Ｓｎ超電導線材が得られ、ＮＭＲ分析装置等で用いる超電導マグネットへの適用素材として最適である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、マルチエレメント線材を減面加工する途中で、ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行い、引き続き減面加工を終了する工程を採用することによって、線材単重の増大が図れる共に、最終線径への多様化への対応を可能にでき、ＮＭＲ分析装置等で用いる超電導マグネットへの用途適用に最適なＮｂ3Ｓｎ超電導線材が実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明者らは、上記目的を達成するために様々な角度から検討した。特に、Ｓｎ基金属芯を複合化した後（即ち、マルチエレメント線材の状態）で、効果的に焼鈍できるための条件について検討した。その結果、マルチエレメント線材を減面加工する途中で、ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行えば、効果的に焼鈍が行なえ、上記目的に適う超電導線材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００２６】
本発明方法においては、マルチエレメント線材を減面加工する途中で、ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、焼鈍を行なうことが重要であるが、この要件を規定した理由は、次の通りである。
【００２７】
減面加工の途中でＳｎ基金属芯の直径が０．５ｍｍを超える状態で、Ｓｎの融点：２２３℃を超えるような温度で焼鈍をすると、複合線材の端部からをＳｎが多量に溶出していまい、Ｎｂ3Ｓｎ超電導相生成反応に寄与されるべきＳｎ量を確保できなくなって、超電導特性の劣化を引き起こすことになる。これに対して、減面加工の途中でＳｎ基金属芯の直径が０．５ｍｍ以下となった状態では、Ｓｎの融点：２２３℃を超えるような温度で焼鈍をした場合であっても、溶融したＳｎの表面張力に起因して、ストロー状となっている線材の端部からのＳｎ溶出が非常に少ないものとなる。従って、焼鈍温度がＳｎ基金属芯の融点を超える場合であっても、焼鈍時のＳｎ基金属芯の直径を０．５ｍｍ以下と設定する限り、Ｓｎ溶出によるＮｂ3Ｓｎ相の生成量減少は発生しないことになる。こうした状況は、Ｓｎ基合金芯の素材として、合金成分を含むＳｎ合金を用いた場合であっても、その融点が若干変わるだけでほぼ同様である。
【００２８】
尚、焼鈍を行なうときのＳｎ基金属芯の直径の下限については、特に限定されるものではないが、超電導線材の特性を良好に保つという観点からして、減面加工後の最終線材のときの直径が０．０５ｍｍまで安定して加工できるように、減面加工率も考慮してその下限を設定すれば良い。
【００２９】
本発明方法における焼鈍温度は１００〜３００℃とする必要があるが、この温度範囲ではＳｎ基金属芯とその周囲のＣｕマトリスクとの反応は非常に遅く、ＳｎとＣｕとの金属間化合物の生成量を極微量に抑えることができる。また、１００〜３００℃の温度範囲での焼鈍であっても、マトリクスとして使用されるＣｕに対しては十分な軟化効果を発揮することができ、線材断面での変形抵抗を低減する効果から、伸線加工性が向上することになる。
【００３０】
これまで内部拡散法に適用されるマルチエレメント線材（前記図３、４）では、減面加工段階において、高温での押し出しが困難であったことから、Ｃｕパイプに多数のモノエレメント線材を組み込んだ状態で伸線加工のみで多芯化を行う方法（以下、「抽伸法」と呼ぶ）を採用することがある。この抽伸法では、熱を加えずに伸線加工を進めるものであるので、モノエレメント線材相互間やモノエレメント線材とＣｕパイプの間での密着性の悪さから、線材断面内のモノエレメント線材相互間でのスベリが発生して応力集中部が生じ、加工性が劣化することがある。
【００３１】
しかしながら、本発明のように１００〜３００℃での焼鈍を行なえば、焼鈍時に線材内部でモノエレメント線材およびＣｕパイプ表面に伸線加工に伴って発生する活性な新生面同士の密着を促進する効果があることを見出している。こうした効果を発揮させるためにも、焼鈍温度を１００℃以上とする必要がある。但し、焼鈍温度が高くなりすぎるとＳｎとＣｕの金属間化合物が発生して加工性が急激に劣化することになるので、３００℃以下とする必要がある。尚、焼鈍時間は１〜５時間程度が適切である。
【００３２】
上記のような条件で焼鈍を行ないつつ減面加工を終了し、次いで減面加工後のマルチエレメント線材に対して拡散熱処理（通常６００℃以上、８００℃未満程度）を施して線材内にＮｂ3Ｓｎ超電導相を形成して超電導線材を製造することによって、線材単重を増大できると共に（後記実施例参照）、最終製品中のＮｂ基フィラメントの直径を極力細くすることができ（例えば、３０μｍ以下）、しかも良好な超電導特性を発揮する超電導線材を安定して（即ち、高い歩留まりにて）得ることができる。
【００３３】
本発明の方法において用いる前駆体（モノエレメント線材またはマルチエレメント線材）としては、前記図２、３に示した構成と同様に、モノエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層４ａを形成するか、またはマルチエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層４ｂを形成した構成のマルチエレメント線材を用いることもできる。
【００３４】
本発明で用いる前駆体では、その基本的構成として、Ｃｕマトリクス中にＮｂ基フィラメントを配置したものであるが、このＮｂ基フィラメントには、不可避的な不純物として、炭素、窒素、酸素および水素が含まれることになる。これらは侵入型固溶体を形成する元素（侵入型元素）であり、あまり多く含まれると加工硬化が高くなりすぎて、成形加工性が悪くなることがある。こうしたことから、これらの元素は合計含有量が１５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。一方、これらの含有量の下限については、特に限定されるものではないが、２０ｐｐｍ以上とすることが好ましい。即ち、超電導線材はＣｕまたはＣｕ合金との複合材であるので、上記元素の含有量が少なくなりすぎると、周囲のＣｕまたはＣｕ合金との変形抵抗差が大きくなり過ぎ、複合加工時に却ってソーセージングといった不均一な変形を誘発し、特性の劣化を引き起こす場合がある。
【００３５】
また上記Ｎｂ基フィラメントの素材として用いるＮｂ基合金としては、ＮｂにＴａ，Ｈｆ，Ｚｒ等の元素を、加工性を阻害しない程度（１〜２質量％程度）で含有したものであっても良い。またＳｎ基金属芯として用いるＳｎ基合金としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の元素を、加工性を阻害しない程度（５質量％程度以下）でＳｎに含有させたものを使用することができる。
【００３６】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３７】
［実施例１］
純度９９．９％（酸素、窒素、水素、炭素の濃度は合計で１０４ｐｐｍ）のＮｂ棒（直径：１２０ｍｍ）を、Ｃｕパイプ（外径：１４０ｍｍ、内径：１２０ｍｍ）に挿入後、パイプの両端をＣｕで封止し、Ｃｕ／Ｎｂ複合ビレットを製作した。このＣｕ／Ｎｂ複合ビレットを、押出し・伸線加工し、六角断面形状のＣｕ／Ｎｂ複合線材（六角対辺：４．０ｍｍ）を作製した。
【００３８】
こうして得られた六角断面形状のＣｕ／Ｎｂ複合線材の３０６本を外周に、同断面形状のＣｕスペーサー４３９本を中心にして、Ｃｕパイプ内（外径：１３５ｍｍ、内径：１１８ｍｍ）に組み込み、パイプの両端をＣｕで封止し、内部拡散法単芯ビレットを作製した。
【００３９】
得られた内部拡散法単芯ビレットを、押出し加工した後、矯正し、機械加工によって中心部（前記Ｃｕスペーサーの部分）に孔を開けた。この孔にＳｎ棒を挿入した後伸線して、モノエレメント線材とした。
【００４０】
このモノエレメント線材を六角断面形状に加工し、５５本束ねてＣｕパイプ内（外径：４５ｍｍ、内径：３８ｍｍ）に組み込んで抽伸法によって、マルチエレメント線材とした（前記図３参照）。このマルチエレメント線材のパイプ組み込み時の初期重量は５０ｋｇであり、外径がφ１１ｍｍのときにモノエレメント線材中のＳｎ芯外径が０．５ｍｍとなるように断面が設計されている。
【００４１】
このマルチエレメント線材の外径が２ｍｍとなるまで加工することを目標として、各種の条件で焼鈍し（焼鈍時保持時間：３時間）、そのときのＳｎ溶出状況、伸線可能最終線径、断線回数および線材単重について調査した。このとき、断線回数は５回の断線が発生したときに加工限界と判断した。また線材単重については、最終線径まで加工後に質量測定を行った。その結果を、焼鈍条件（焼鈍温度および焼鈍時のＳｎ芯外径）と共に、下記表１に一括して示す。尚、２ｍｍまで伸線できたものについては、６５０℃×２００時間の熱処理（拡散熱処理）を施して、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材とし、得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材について、下記の条件で臨界電流密度Ｊｃを測定した。
【００４２】
［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、１８Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、試料（超電導線材）に通電し、４端子法によって発生電圧を測定し、この値が０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を測定し、この電流値を、線材の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。
【００４３】
【表１】
【００４４】
この結果から、次のように考察できる。まず試験Ｎｏ．１のものは、焼鈍を施していないもの（比較例）であり、マルチエレメント線材の加工限界により所定の線径まで伸線加工できていないものであり、超電導特性の評価には至っていないものである。また試験Ｎｏ．２のものは、焼鈍温度が低いもの(比較例)であり、焼鈍による効果が得られず、結局は焼鈍なし（試験Ｎｏ．１）と同様の挙動を示すことになった。
【００４５】
試験Ｎｏ．７のものは、焼鈍時のＳｎ芯外径が１．０ｍｍのもの（比較例）であり、最終線径２．０ｍｍまで伸線加工はできたが、焼鈍の際にＳｎが３０％程度溶出した。線径２．０ｍｍの内部拡散法多芯線材が製作できたことから、拡散熱処理時の際にＳｎが十分に拡散できず、Ｓｎ反応量が反応見込み量の６０％程度となり、最終的な臨界電流密度が３１０Ａ／ｍｍ2程度であった。
【００４６】
試験Ｎｏ．８のものは、焼鈍時のＳｎ芯外径が２．０ｍｍのものであり、最終線径２．０ｍｍまで伸線加工はできたが、焼鈍の際にＳｎが多量に溶出した。線径２．０ｍｍの内部拡散法多芯線材が製作できたことから、拡散熱処理時の際にＳｎが十分に拡散できず、Ｓｎ反応量が反応見込み量の３０％程度となり、最終的な臨界電流密度が１８０Ａ／ｍｍ2程度であった。
【００４７】
試験Ｎｏ．９のものは、焼鈍温度が５００℃のもの（比較例）であり、ＳｎとＣｕとの界面で金属間化合物が生成したことによって、断線が多発し、超電導特性の評価には至っていないものである。
【００４８】
これらに対し、試験Ｎｏ．３〜６のものは、本発明で規定する要件を満足する実施例であり、高い歩留まりを示し（８０〜９５％）、良好な超電導を示す超電導線材が得られている。尚、これのものは、最終線径（２．０ｍｍ）の段階で、線材中のＮｂ基フィラメントの直径は６μｍであった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体（モノエレメント線材）の構成例を模式的に示した断面図である。
【図２】内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体（モノエレメント線材）の他の構成例を模式的に示した断面図である。
【図３】内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体（マルチエレメント線材）の構成例を模式的に示した断面図である。
【図４】内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体（マルチエレメント線材）の他の構成例を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 超電導線材製造用前駆体（モノエレメント線材）
２ Ｎｂ基フィラメント
３ Ｓｎ基金属芯
４，５ Ｃｕマトリクス
４ａ，４ｂ 安定化銅
６，６ａ 拡散障壁層
１１，１１ａ 超電導線材製造用前駆体（マルチエレメント線材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部拡散法によってＮｂ3Ｓｎ超電導線材を製造するに当り、中央にＳｎまたはＳｎ基合金芯が配置されると共に、その周囲にＣｕまたはＣｕ基合金マトリクスと、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるフィラメントが配置され、更にその外周に安定化銅層を有するモノエレメント線材を複数束ね、更にその外周に安定化銅を配置したマルチエレメント線材を用い、減面加工する途中で、前記ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行い、引き続き減面加工を終了し、次いで減面加工後のマルチエレメント線材に対して拡散熱処理を施すことによって、線材内にＮｂ3Ｓｎ超電導相を形成することを特徴とするＮｂ3Ｓｎ超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記モノエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層を形成するか、またはマルチエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層を形成したマルチエレメント線材を用いる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ＮｂまたはＮｂ基合金からなるフィラメントは、炭素、窒素、酸素および水素の合計含有量が１５０ｐｐｍ以下のものである請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法によって得られたものであるＮｂ3Ｓｎ超電導線材。
【請求項１】
内部拡散法によってＮｂ3Ｓｎ超電導線材を製造するに当り、中央にＳｎまたはＳｎ基合金芯が配置されると共に、その周囲にＣｕまたはＣｕ基合金マトリクスと、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるフィラメントが配置され、更にその外周に安定化銅層を有するモノエレメント線材を複数束ね、更にその外周に安定化銅を配置したマルチエレメント線材を用い、減面加工する途中で、前記ＳｎまたはＳｎ基合金芯の直径が０．５ｍｍ以下となった段階で、１００〜３００℃の温度範囲で焼鈍を行い、引き続き減面加工を終了し、次いで減面加工後のマルチエレメント線材に対して拡散熱処理を施すことによって、線材内にＮｂ3Ｓｎ超電導相を形成することを特徴とするＮｂ3Ｓｎ超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記モノエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層を形成するか、またはマルチエレメント線材における安定化銅層の内側に拡散障壁層を形成したマルチエレメント線材を用いる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ＮｂまたはＮｂ基合金からなるフィラメントは、炭素、窒素、酸素および水素の合計含有量が１５０ｐｐｍ以下のものである請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法によって得られたものであるＮｂ3Ｓｎ超電導線材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−４７３８６（Ｐ２００８−４７３８６Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２０９６１（Ｐ２００６−２２０９６１）
【出願日】平成１８年８月１４日（２００６．８．１４）
【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２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１４日（２００６．８．１４）
【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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