Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材
【課題】良好な加工性を確保できると共に、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の高強度および優れた超電導特性を発揮できるような前駆体（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）の構成、およびＮｂ3Ｓｎ超電導線材を提供する。
【解決手段】本発明の超電導線材製造用前駆体は、Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導マトリックス部と、その外周に拡散障壁層および安定化銅層を有する超電導線材製造用前駆体において、前記超電導マトリックス部には、純Ｎｂからなる補強部材が配置されると共に、当該補強部材の外周面にＴａ層が形成されたものであり、且つ補強部材の前駆体横断面に占める面積率が８〜３０％である。
【解決手段】本発明の超電導線材製造用前駆体は、Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導マトリックス部と、その外周に拡散障壁層および安定化銅層を有する超電導線材製造用前駆体において、前記超電導マトリックス部には、純Ｎｂからなる補強部材が配置されると共に、当該補強部材の外周面にＴａ層が形成されたものであり、且つ補強部材の前駆体横断面に占める面積率が８〜３０％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材をブロンズ法によって製造するための前駆体（超電導線材製造用前駆体）、およびこうした前駆体によって製造されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材に関するものであり、殊に前駆体における良好な加工性を確保すると共に、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材における優れた超電導特性を発揮できる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材を巻回したコイルに大電流を流して強磁場を発生させる超電導マグネットは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置や物性評価装置の他に、電力貯蔵や核融合炉等への応用を目指して、その開発が進められている。
【０００３】
超電導マグネットに使用される金属系の超電導線材としては、Ｎｂ3Ｓｎ線材が実用化されており、このＮｂ3Ｓｎ超電導線材の製造には主にブロンズ法が採用されている。このブロンズ法では、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−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリックス１中に複数（図では７）のＮｂ若しくはＮｂ基合金（例えば、Ｎｂ−Ｔａ合金）からなる芯材２を埋設して一次スタック材３が構成される。尚、この一次スタック材３は、図１に示すように断面形状が六角形になるようにされる。
【０００４】
上記一次スタック材３を、伸線や押し出し等の減面加工することによって上記芯材２を細径化してフィラメント（以下、「Ｎｂ基フィラメント」と呼ぶことがある）とし、このＮｂ基フィラメントとブロンズとからなる一次スタック材３を複数束ねて線材群となし、これを拡散障壁層４としてのＮｂシートやＴａシートを巻いたパイプ形状のＣｕ−Ｓｎ合金５内に挿入し、或いは一次スタック材３を複数束ねた線材群にＮｂシートやＴａシートを直接巻き、その外周に安定化銅６を配置することによって二次多芯ビレット７を組み立てる。
【０００５】
上記のような二次多芯ビレット７を静水圧押し出しし、続いて引き抜き加工等による減面加工を施し、図１の断面形状を維持したまま保持された前駆体や、断面矩形状の平角線材（図示せず）の前駆体に加工される。
【０００６】
上記のような前駆体（伸線加工後の線材）を６５０〜７２０℃付近の温度で８０〜１５０時間程度の拡散熱処理（Ｎｂ3Ｓｎ生成熱処理）をすることにより、Ｎｂ基フィラメントとブロンズマトリックスの界面にＮｂ3Ｓｎ化合物層を生成させてＮｂ3Ｓｎ超電導線材とする。
【０００７】
上記のような前駆体においては、図１に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリックス１中に複数のＮｂ基フィラメントが配置された部分（以下、「超電導マトリックス部」と呼ぶことがある）と安定化銅６の間に拡散障壁層４を配置した構成とするのが一般的である（例えば、特許文献１）。この拡散障壁層４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マトリックス部内のＳｎが外部に拡散してしまうことを防止し、安定化銅６へのＳｎの拡散を抑える作用を発揮するものである。
【０００８】
ところで、上記のようなＮｂ3Ｓｎ超電導線材を用いた高磁界マグネットは蓄積エネルギーが大きく、励磁時にマグネットを構成する超電導線材に高い応力（電磁応力）が印加されることになる。こうしたことから、超電導線材自体にも高い応力に耐えられるだけの強度が要求される。特に、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の臨界電流は、歪みに対して敏感であり、歪みが０．２％を超えると臨界電流が歪みと共に減少していくので、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の高強度化が検討されており、これまでに様々な技術が提案されている。
【０００９】
こうした技術として、例えば特許文献２では、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ等の合金元素を含むＴａ合金を補強部材として配置したＮｂ3Ｓｎ超電導線材が提案されている。また、特許文献３には、Ｎｂ基合金、Ｖ基合金、Ｃｕ−Ｎｂ系合金、Ｃｕ−Ｖ系合金等の合金を、補強部材として用いたＮｂ3Ｓｎ超電導線材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５１−６１７９４号公報
【特許文献２】特開平９−８２１４９号公報
【特許文献３】特開平１０−２５５５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これまでの技術では、補強部材として提案されている素材は、基本的に合金である。こうした補強部材では、合金ゆえに強度的に優れる反面、加工により導入される格子欠陥（転位）の移動が溶質元素により阻害されるので、純金属に比べて加工硬化が著しく進行することになる。
【００１２】
また、上記のような構成の前駆体では、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）部の加工硬化が激しいので、加工工程の途中で複数回の焼鈍処理が施されるのが一般的である。この焼鈍は、通常５００〜６００℃程度で行なわれることになるが、この焼鈍によってＣｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）部は軟化できる。
【００１３】
これに対し、これまで提案されている補強部材（合金）では、いずれも高融点金属であるので、これらの材料が焼鈍時に軟化する度合いは小さいものとなる。また、加工硬化が進行してしまった後（線材の細径まで加工した後）には、補強部材が起点となって、断線が却って生じやすい状況になる。こうした状況を回避するためには、補強部材を焼鈍することも考えられる。
【００１４】
しかしながら、高融点金属を軟化させるためには、通常８００℃以上の熱処理を行なわなければならず、その一方で、高温で熱処理した場合には、Ｎｂ基フィラメントとブロンズマトリックスの界面で、Ｎｂ3Ｓｎ超電導相の生成反応が進行してしまうことになる。Ｎｂ3Ｓｎ超電導相は塑性変形できないので、その後の加工工程で断線が生じることになる。即ち、断線を防止するために、補強部材の軟化を目的とした焼鈍を施すことは、却って断線を生じさせるという結果を招くことになる。
【００１５】
こうしたことから、高温での焼鈍を施さずとも良好な加工性を確保できると共に、超電導線材における高い強度を確保することのできる前駆体の実現が望まれているのが実情である。また、超電導線材を製造する上で、高い臨界電流密度や交流損失の低減等の基本的な超電導特性を発揮できることも重要な要件である。
【００１６】
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、良好な加工性を確保できると共に、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の高強度および優れた超電導特性を発揮できるような前駆体（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）の構成、および上記のようなＮｂ3Ｓｎ超電導線材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成することのできた本発明の超電導線材製造用前駆体とは、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いる超電導線材製造用前駆体であって、Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導マトリックス部と、その外周に拡散障壁層および安定化銅層を有する超電導線材製造用前駆体において、
前記超電導マトリックス部には、純Ｎｂからなる補強部材が配置されると共に、当該補強部材の外周面にＴａ層が形成されたものであり、且つ補強部材の前駆体横断面に占める面積率が８〜３０％である点に要旨を有するものである。
【００１８】
こうした構成の前駆体においては、補強部材は超電導マトリックス部の横断面中央に配置されることが好ましい。
【００１９】
前記拡散障壁層は、Ｎｂ層またはＴａ層、或はＮｂ層とＴａ層の２層からなるもののいずれの構成も採用できるが、このうち少なくともＴａ層を含む層（Ｔａ層、またはＮｂ層とＴａ層の２層）であることが好ましい。
【００２０】
上記のような超電導線材製造用前駆体に対して、７００℃以下の温度でＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施すことによってＮｂ３Ｓｎ系超電導相を形成したものでは、希望する特性を発揮するＮｂ3Ｓｎ超電導線材が得られる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、超電導マトリックス部に、純Ｎｂからなる補強部材を配置すると共に、当該補強部材の外周面にＴａ層を形成し、且つ補強部材の前駆体横断面に占める面積率を規定したので、良好な加工性を確保できると共に、高強度を有し且つ優れた超電導特性を発揮できるＮｂ3Ｓｎ超電導線材金を製造することができるような前駆体（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ブロンズ法に適用される超電導線材製造用前駆体の構成例を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明のＮｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の構成例を示す断面図である。
【図３】純Ｎｂ面積率が臨界電流密度および０．２％耐力に与える影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明者らは、高温での焼鈍を施さずとも、良好な加工性を確保できると共に、超電導線材における高い強度を確保できる前駆体の実現を目指して様々な角度から検討した。その結果、図１に示した前駆体の構成において、前記超電導マトリックス部に、純Ｎｂからなる補強部材を所定の割合で配置する構成を採用すれば、上記した基本的課題が解決できることが分かった。
【００２４】
しかしながら、前記超電導マトリックス部に、純Ｎｂからなる棒状の補強部材を配置することについては、前記特許文献３にも示唆されており、こうした構成を採用しただけでは、超電導特性の点で別の問題が発生することになり、根本的な解決にはなり得ないことも判明した。
【００２５】
即ち、純Ｎｂを補強部材として配置した場合に、この補強部材とブロンズが接触した状態で拡散熱処理を施すと、補強部材の外周面にもＮｂ3Ｓｎ超電導相が生成することになり、マグネットとして使用する際に超電導特性として重要となる交流損失を増大させることになる。これは、純Ｎｂ周囲に生成したＮｂ3Ｓｎ相の影響で「有効フィラメント径」が増大するためであると考えられる。この有効フィラメント径は、フィラメントが一体として振る舞うときの実効的な直径を意味し、磁気的安定性の指標となるものであり、この値が小さいほど超電導特性の安定性が高いと判断されるものである。また、後記（２）式に示すように、フィラメント径（上記「有効フィラメント径」に相当）は、交流損失に影響を及ぼす要因となるものであり、このフィラメント径が小さいほど、交流損失も小さくなる。
【００２６】
本発明者らは、こうした問題を解決することについても検討した。その結果、純Ｎｂからなる補強部材の外周面にＴａ層を形成すれば、上記のような問題も生じることのない（即ち、交流損失を低減した）超電導線材が実現できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明の前駆体の構成を説明する。
【００２７】
図２は本発明の前駆体（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）の構成例を示す断面図であり、前駆体としての基本的な構成は前記図１に示したものと類似するが（共通部分には、同一の参照符号を付してある）、要するに、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導マトリックス部に（この図では、超電導マトリックス部の横断面中央）、純Ｎｂからなる補強部材８（この図では、棒状）を配置すると共に、当該補強部材８の外周面にＴａ層９を形成した構成である。
【００２８】
純Ｎｂからなる補強部材を配置する構成を採用することによって、前駆体における加工性を良好にできると共に、拡散熱処理の段階で、補強部材の外周面近傍にＮｂ3Ｓｎ超電導相が形成されることをＴａ層９の存在によって阻止できる。その結果、上記した有効フィラメント径の増大を防止して、交流損失の低減が図れるものとなる。
【００２９】
こうした作用を発揮するＴａ層の厚みについては、特に限定するものではなく、加工性を良好に維持するという観点からすれば（Ｔａ合金に比べてＴａは加工性が良好である）、できるだけ薄い方が好ましいが、伸線等の縮径加工後にＮｂ3Ｓｎ超電導相形成阻止効果を発揮させる点をも考慮すれば、一次スタック材の段階で、０．１〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。また、補強部材の外周面にＴａ層を形成する方法は、シート状のＴａを補強部材の外周面に巻き付ける方法が最も簡便である。
【００３０】
本発明の前駆体で用いる補強部材は、純Ｎｂからなるものであるが、この純Ｎｂは、微量（０．５％程度）の不純物を含んだものをも含むものである。比較的容易に入手できるという観点からすれば、工業用純Ｎｂ（例えば、ＡＳＴＭ Ｂ３９２のＣｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｇｒａｄｅ Ｕｎａｌｌｏｙｅｄ Ｎｉｏｂｉｕｍ）を用いることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の前駆体で用いるＴａ層についても、純Ｔａからなるものを想定しているが、微量（０．５％程度）の不純物を含んだものを用いることができる。上記Ｎｂと同様の観点からして、工業用純Ｔａ（例えば、ＡＳＴＭ Ｂ７０８のＥｌｅｃｔｏｒｏｎ−Ｂｅａｍ Ｃａｓｔ,Ｖａｃｕｕｍ−Ａｒｃ Ｃａｓｔ Ｕｎａｌｌｏｙｅｄ Ｔａｎｔａｌｕｍ）を用いることが好ましい。
【００３２】
超電導線材に要求される機械的な強度は、超電導線材の使用状況にもよるが、通常のソレノイドコイルとしてＮｂ3Ｓｎ超電導線材を使用する場合には、コイル全体が発生する強力な磁場により線材に電磁力が発生する。こうした電磁力下においても、超電導特性が劣化しないような強度に設定する必要がある。
【００３３】
ここで、あるコイル位置の磁束密度をＢ（Ｔ：テスラ）、電流密度をＪ（Ａ／ｍ2）、コイル半径をＲ（ｍ）としたときに、電磁力により発生する応力σは、夫々の積となり、σ＝Ｂ・Ｊ・Ｒで表されることになる。即ち、応力σは、磁束密度Ｂ、電流密度Ｊが高く、コイル半径Ｒが大きい部位で最大となる。機械的特性が要求される線材は、超電導マグネットの内層側コイルで使用されることになるため（内層側の個々のコイルの方が外層側のコイルよりもコイル半径は小さいが磁束密度Ｂが大きい）、こうした用途に用いられる超電導線材では特に超電導特性と強度のバランスを図る必要がある。
【００３４】
上記のような構成（外周面にＴａ層を形成した純Ｎｂ）を採用した補強部材の配置量を増加させることは、Ｃｕ−ＳｎとＮｂ基フィラメントの接触領域の減少を招くことになるので、補強部材の過大な組み込みは、本来必要とされる超電導特性の低下を招くことになる。こうしたことから、補強部材の前駆体横断面に占める面積率で３０％以下とする必要がある。但し、補強部材としての効果を発揮させるためには、上記面積率で８％以上とする必要がある（後記図３参照）。尚、上記面積率の好ましい下限は１０％であり、好ましい上限は２５％である。
【００３５】
尚、上記面積率は、複合部材（一次スタック材）に組み込んだ段階での面積率を想定したものであるが、伸線加工後（即ち、伸線加工後・熱処理前での面積率）とほぼ等しいものとなる。
【００３６】
本発明の前駆体は、ブロンズ法に適用されることを想定したものであって、Ｃｕ―Ｓｎ合金中に複数本のＮｂ基フィラメントを配置した超電導マトリックス部を有するものであるが、上記Ｃｕ―Ｓｎ合金中のＳｎ含有量は１３〜１６質量％程度であることが好ましい。こうした含有量とすることで、臨界電流密度Ｊｃをできるだけ高めることができる。このＳｎ含有量が、１３質量％未満では、Ｓｎ濃度を高める効果が発揮されず、１６質量％を超えると、Ｃｕ−Ｓｎ化合物が多量に析出して線材の均一加工が困難になる。
【００３７】
また上記Ｎｂ基フィラメントや拡散障壁層に用いることのあるＮｂ基合金としては、Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ等の添加元素を４質量％程度まで含有させたものを使用することができる。
【００３８】
また、前記拡散障壁層は、Ｎｂ層またはＴａ層、或はＮｂ層とＴａ層の２層からなるもののいずれの構成も採用できるが、このうち少なくともＴａ層を含む層（Ｔａ層、またはＮｂ層とＴａ層の２層）であることが好ましい。こうした構成を採用することによって、拡散熱処理の段階で、拡散障壁層の近傍にＮｂ3Ｓｎ超電導相が形成されることを阻止でき、交流損失の更なる低減（有効フィラメント径の増大の防止）が図れるものとなる。
【００３９】
上記のような前駆体を構成し、これに対して伸線加工を行い、その後拡散熱処理を施して超電導相を形成することによって、良好な特性を発揮する超電導線材を得ることができる。ＴａのようにＮｂよりも高融点の材料を補強部材として用いる場合には、７００℃を超える温度で拡散熱処理を施しても、十分な補強効果が発揮されるが、純Ｎｂを補強部材として用いる場合には、７００℃を超える温度で拡散熱処理を行なうとＮｂの軟化が進んでしまい、希望する補強効果を得ることができなくなる懸念がある。こうしたことから、拡散熱処理する際の温度は７００℃以下に設定することが好ましい。また、拡散熱処理時間は１００〜２００時間程度が適当である。
【００４０】
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】
【００４１】
[実施例１]
直径：６０ｍｍのＣｕ−１５％Ｓｎ合金の中心とその周囲に、直径：１２ｍｍの穴を７箇所形成し、その穴に直径：１１．８ｍｍのＮｂ棒を挿入し、溶接によって両端を真空封止し、一次多芯線用の押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、静水圧押出し法により直径：２０ｍｍに押出し、これを引抜き加工により伸線した。その後、六角ダイスにより、対辺長：１．５ｍｍの六角断面形状に仕上げ、六角断面を持つ一次多芯線（一次スタック材）を作製した。
【００４２】
外径：Ｘｍｍの工業用純Ｎｂの周囲に厚さ：０．２ｍｍのＴａ製シートを巻付け、その外周に上記一次多芯線Ｙ本を束ねて、更にその外周に厚さ：０．２ｍｍのＮｂシートを２回巻き（拡散障壁層）、これらを一体化して、外径：６０ｍｍ、内径：５４ｍｍのＣｕ製パイプ（安定化銅層）に挿入して、溶接によって端部を封止し、二次多芯ビレットとした（前記図２参照）。
【００４３】
得られたビレット（二次多芯ビレット）を、静水圧押出し法により、直径：２０ｍｍに押出し、これを引抜き加工により伸線して、直径：０．８ｍｍのブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を作製した。
【００４４】
尚、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含む一次多芯線および二次多芯線の伸線加工に際しては、Ｃｕ−Ｓｎ合金の加工硬化を原因とした断線がおこらない様に、加工途中に複数回の焼鈍を実施した。焼鈍条件は５００℃、５時間である。
【００４５】
得られた前駆体を、真空中において６５０℃で１００時間の熱処理（拡散熱処理）を施して、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とした。こうして得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材において、０．２％耐力、交流損失Ｐｈおよび臨界電流密度Ｊｃについて、下記の条件で測定した。また、熱処理前の段階（減面加工後の最終形状）での補強部材の面積率（純Ｎｂ面積率）を下記（１）式に基づいて求めた。
純Ｎｂ面積率＝（補強部材の面積／線材全断面積）×１００（％）…（１）
【００４６】
［０．２％耐力の測定］
熱処理後の線材を、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）に浸漬した状態で引張試験を行い、０．２％耐力を測定した。０．２％耐力の合格基準は、２２０ＭＰａ以上である。
【００４７】
［交流損失Ｐｈの測定］
交流損失Ｐｈ（超電導部の体積当りの損失）は、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で±３Ｔ（テスラ）の変動磁界中で測定した。このときの交流損失Ｐｈは、下記（２）式によって求められる。交流損失の合格基準は、７５０ｍＪ／ｃｍ3以下である。
Ｐｈ＝（８／３π）×ｆ×λ×Ｊｃ×ｄf×Ｂm …（２）
【００４８】
ｆ：外部変動磁界の周波数（Ｈｚ）
λ：超電導線材中の超電導部分の占面率
Ｊｃ：臨界電流密度（Ａ／ｍ2）
ｄf：フィラメント径（ｍ）
Ｂm：外部変動磁界の振幅（Ｔ：テスラ）
【００４９】
［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、１５Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、四端子法にて臨界電流を測定し、この電流値を、線材断面中の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。臨界電流密度の合格基準は、２２０Ａ／ｍｍ2以上である。
【００５０】
これらの結果（試験Ｎｏ．１〜１０）を一括して、下記表１に示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
これらの結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．１〜６のものは、本発明で規定する要件を満足するものであり、有効フィラメント径を小さくすることによって、交流損失を抑えることができると共に、臨界電流密度Ｊｃおよび強度（０．２％耐力）も高いものとなっている。これに対して、試験Ｎｏ．７〜１０では、本発明で規定するいずれかの要件を欠くものであり（比較例）、いずれかの特性が劣化している。
【００５３】
比較例のうち、試験Ｎｏ．７，８のものは、補強部材としての純Ｎｂを含まないもの、或は純Ｎｂ面積率が不足するものであり、いずれも強度（０．２％耐力）が不足している。試験Ｎｏ．９のものでは、純Ｎｂ面積率が過剰になっており、臨界電流密度Ｊｃが低下している。試験Ｎｏ．１０のものは、Ｔａ層を形成していないものであり、有効フィラメント径が大きくなって、交流損失が大きくなっている。
【００５４】
これらの結果に基づき、純Ｎｂ面積率が臨界電流密度Ｊｃや０．２％耐力に与える影響を図３に示す（図中、◆は臨界電流密度、□は０．２％耐力を夫々示す）。純Ｎｂ面積率を適切な範囲に調整することによって、臨界電流密度Ｊｃと０．２％耐力を適切な範囲に制御できることが分かる。
【００５５】
[実施例２]
直径：６０ｍｍのＣｕ−１５％Ｓｎ合金の中心とその周囲に、直径：１２ｍｍの穴を７箇所形成し、その穴に直径：１１．８ｍｍのＮｂ棒を挿入し、溶接によって両端を真空封止し、一次多芯線用の押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、静水圧押出し法により直径：２０ｍｍに押出し、これを引抜き加工により伸線した。その後、六角ダイスにより、対辺長：１．５ｍｍの六角断面形状に仕上げ、六角断面を持つ一次多芯線（一次スタック材）を作製した。
【００５６】
外径：Ｘｍｍの工業用純Ｎｂの周囲に厚さ：０．２ｍｍのＴａ製シートを巻付け、その外周に上記一次多芯線Ｙ本を束ねて、その外周に厚さ：０．２ｍｍのＴａ製シートを巻付け、更にその外周に厚さ：０．２ｍｍのＮｂ製シートを巻付け（Ｔａ層とＮｂ層の２層からなる拡散障壁層）、これらを一体化して、外径：６０ｍｍ、内径：５４ｍｍのＣｕ製パイプ（安定化銅層）に挿入して、溶接によって端部を封止し、二次多芯ビレットとした（前記図２参照）。
【００５７】
得られたビレット（二次多芯ビレット）を、静水圧押出し法により、直径：２０ｍｍに押出し、これを引抜き加工により伸線して、直径：０．８ｍｍのブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を作製した。
【００５８】
尚、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含む一次多芯線および二次多芯線の伸線加工に際しては、Ｃｕ−Ｓｎ合金の加工硬化を原因とした断線がおこらない様に、加工途中に複数回の焼鈍を実施した（焼鈍条件は実施例１と同じ）。
【００５９】
得られた前駆体を、真空中において６５０℃で１００時間の熱処理（拡散熱処理）を施して、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とした。こうして得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材において、実施例１と同様にして、０．２％耐力、交流損失Ｐｈおよび臨界電流密度Ｊｃを測定した。また、熱処理前の段階（減面加工後の最終形状）での補強部材の面積率（純Ｎｂ面積率）を実施例１と同様にして[前記（１）式に基づいて]求めた。
【００６０】
これらの結果（試験Ｎｏ．１１〜２０）を一括して、下記表２に示す。
【００６１】
【表２】
【００６２】
実施例１の結果と対比して明らかなように、拡散障壁層として、少なくともＴａ層を介在させることによって、交流損失を更に抑えることができることが分かる。
【符号の説明】
【００６３】
１ Ｃｕ−Ｓｎ基合金マトリックス
２ Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる芯材
３ 一次スタック材
４ 拡散障壁層
５ パイプ形状のＣｕ−Ｓｎ合金
６ 安定化銅
７ 二次多芯ビレット
８ 補強部材
９ Ｔａ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材をブロンズ法によって製造するための前駆体（超電導線材製造用前駆体）、およびこうした前駆体によって製造されるＮｂ3Ｓｎ超電導線材に関するものであり、殊に前駆体における良好な加工性を確保すると共に、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材における優れた超電導特性を発揮できる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材を巻回したコイルに大電流を流して強磁場を発生させる超電導マグネットは、核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析装置や物性評価装置の他に、電力貯蔵や核融合炉等への応用を目指して、その開発が進められている。
【０００３】
超電導マグネットに使用される金属系の超電導線材としては、Ｎｂ3Ｓｎ線材が実用化されており、このＮｂ3Ｓｎ超電導線材の製造には主にブロンズ法が採用されている。このブロンズ法では、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−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリックス１中に複数（図では７）のＮｂ若しくはＮｂ基合金（例えば、Ｎｂ−Ｔａ合金）からなる芯材２を埋設して一次スタック材３が構成される。尚、この一次スタック材３は、図１に示すように断面形状が六角形になるようにされる。
【０００４】
上記一次スタック材３を、伸線や押し出し等の減面加工することによって上記芯材２を細径化してフィラメント（以下、「Ｎｂ基フィラメント」と呼ぶことがある）とし、このＮｂ基フィラメントとブロンズとからなる一次スタック材３を複数束ねて線材群となし、これを拡散障壁層４としてのＮｂシートやＴａシートを巻いたパイプ形状のＣｕ−Ｓｎ合金５内に挿入し、或いは一次スタック材３を複数束ねた線材群にＮｂシートやＴａシートを直接巻き、その外周に安定化銅６を配置することによって二次多芯ビレット７を組み立てる。
【０００５】
上記のような二次多芯ビレット７を静水圧押し出しし、続いて引き抜き加工等による減面加工を施し、図１の断面形状を維持したまま保持された前駆体や、断面矩形状の平角線材（図示せず）の前駆体に加工される。
【０００６】
上記のような前駆体（伸線加工後の線材）を６５０〜７２０℃付近の温度で８０〜１５０時間程度の拡散熱処理（Ｎｂ3Ｓｎ生成熱処理）をすることにより、Ｎｂ基フィラメントとブロンズマトリックスの界面にＮｂ3Ｓｎ化合物層を生成させてＮｂ3Ｓｎ超電導線材とする。
【０００７】
上記のような前駆体においては、図１に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）マトリックス１中に複数のＮｂ基フィラメントが配置された部分（以下、「超電導マトリックス部」と呼ぶことがある）と安定化銅６の間に拡散障壁層４を配置した構成とするのが一般的である（例えば、特許文献１）。この拡散障壁層４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マトリックス部内のＳｎが外部に拡散してしまうことを防止し、安定化銅６へのＳｎの拡散を抑える作用を発揮するものである。
【０００８】
ところで、上記のようなＮｂ3Ｓｎ超電導線材を用いた高磁界マグネットは蓄積エネルギーが大きく、励磁時にマグネットを構成する超電導線材に高い応力（電磁応力）が印加されることになる。こうしたことから、超電導線材自体にも高い応力に耐えられるだけの強度が要求される。特に、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の臨界電流は、歪みに対して敏感であり、歪みが０．２％を超えると臨界電流が歪みと共に減少していくので、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の高強度化が検討されており、これまでに様々な技術が提案されている。
【０００９】
こうした技術として、例えば特許文献２では、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ等の合金元素を含むＴａ合金を補強部材として配置したＮｂ3Ｓｎ超電導線材が提案されている。また、特許文献３には、Ｎｂ基合金、Ｖ基合金、Ｃｕ−Ｎｂ系合金、Ｃｕ−Ｖ系合金等の合金を、補強部材として用いたＮｂ3Ｓｎ超電導線材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５１−６１７９４号公報
【特許文献２】特開平９−８２１４９号公報
【特許文献３】特開平１０−２５５５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これまでの技術では、補強部材として提案されている素材は、基本的に合金である。こうした補強部材では、合金ゆえに強度的に優れる反面、加工により導入される格子欠陥（転位）の移動が溶質元素により阻害されるので、純金属に比べて加工硬化が著しく進行することになる。
【００１２】
また、上記のような構成の前駆体では、Ｃｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）部の加工硬化が激しいので、加工工程の途中で複数回の焼鈍処理が施されるのが一般的である。この焼鈍は、通常５００〜６００℃程度で行なわれることになるが、この焼鈍によってＣｕ−Ｓｎ基合金（ブロンズ）部は軟化できる。
【００１３】
これに対し、これまで提案されている補強部材（合金）では、いずれも高融点金属であるので、これらの材料が焼鈍時に軟化する度合いは小さいものとなる。また、加工硬化が進行してしまった後（線材の細径まで加工した後）には、補強部材が起点となって、断線が却って生じやすい状況になる。こうした状況を回避するためには、補強部材を焼鈍することも考えられる。
【００１４】
しかしながら、高融点金属を軟化させるためには、通常８００℃以上の熱処理を行なわなければならず、その一方で、高温で熱処理した場合には、Ｎｂ基フィラメントとブロンズマトリックスの界面で、Ｎｂ3Ｓｎ超電導相の生成反応が進行してしまうことになる。Ｎｂ3Ｓｎ超電導相は塑性変形できないので、その後の加工工程で断線が生じることになる。即ち、断線を防止するために、補強部材の軟化を目的とした焼鈍を施すことは、却って断線を生じさせるという結果を招くことになる。
【００１５】
こうしたことから、高温での焼鈍を施さずとも良好な加工性を確保できると共に、超電導線材における高い強度を確保することのできる前駆体の実現が望まれているのが実情である。また、超電導線材を製造する上で、高い臨界電流密度や交流損失の低減等の基本的な超電導特性を発揮できることも重要な要件である。
【００１６】
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、良好な加工性を確保できると共に、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材の高強度および優れた超電導特性を発揮できるような前駆体（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）の構成、および上記のようなＮｂ3Ｓｎ超電導線材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成することのできた本発明の超電導線材製造用前駆体とは、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いる超電導線材製造用前駆体であって、Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導マトリックス部と、その外周に拡散障壁層および安定化銅層を有する超電導線材製造用前駆体において、
前記超電導マトリックス部には、純Ｎｂからなる補強部材が配置されると共に、当該補強部材の外周面にＴａ層が形成されたものであり、且つ補強部材の前駆体横断面に占める面積率が８〜３０％である点に要旨を有するものである。
【００１８】
こうした構成の前駆体においては、補強部材は超電導マトリックス部の横断面中央に配置されることが好ましい。
【００１９】
前記拡散障壁層は、Ｎｂ層またはＴａ層、或はＮｂ層とＴａ層の２層からなるもののいずれの構成も採用できるが、このうち少なくともＴａ層を含む層（Ｔａ層、またはＮｂ層とＴａ層の２層）であることが好ましい。
【００２０】
上記のような超電導線材製造用前駆体に対して、７００℃以下の温度でＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施すことによってＮｂ３Ｓｎ系超電導相を形成したものでは、希望する特性を発揮するＮｂ3Ｓｎ超電導線材が得られる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、超電導マトリックス部に、純Ｎｂからなる補強部材を配置すると共に、当該補強部材の外周面にＴａ層を形成し、且つ補強部材の前駆体横断面に占める面積率を規定したので、良好な加工性を確保できると共に、高強度を有し且つ優れた超電導特性を発揮できるＮｂ3Ｓｎ超電導線材金を製造することができるような前駆体（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ブロンズ法に適用される超電導線材製造用前駆体の構成例を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明のＮｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の構成例を示す断面図である。
【図３】純Ｎｂ面積率が臨界電流密度および０．２％耐力に与える影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明者らは、高温での焼鈍を施さずとも、良好な加工性を確保できると共に、超電導線材における高い強度を確保できる前駆体の実現を目指して様々な角度から検討した。その結果、図１に示した前駆体の構成において、前記超電導マトリックス部に、純Ｎｂからなる補強部材を所定の割合で配置する構成を採用すれば、上記した基本的課題が解決できることが分かった。
【００２４】
しかしながら、前記超電導マトリックス部に、純Ｎｂからなる棒状の補強部材を配置することについては、前記特許文献３にも示唆されており、こうした構成を採用しただけでは、超電導特性の点で別の問題が発生することになり、根本的な解決にはなり得ないことも判明した。
【００２５】
即ち、純Ｎｂを補強部材として配置した場合に、この補強部材とブロンズが接触した状態で拡散熱処理を施すと、補強部材の外周面にもＮｂ3Ｓｎ超電導相が生成することになり、マグネットとして使用する際に超電導特性として重要となる交流損失を増大させることになる。これは、純Ｎｂ周囲に生成したＮｂ3Ｓｎ相の影響で「有効フィラメント径」が増大するためであると考えられる。この有効フィラメント径は、フィラメントが一体として振る舞うときの実効的な直径を意味し、磁気的安定性の指標となるものであり、この値が小さいほど超電導特性の安定性が高いと判断されるものである。また、後記（２）式に示すように、フィラメント径（上記「有効フィラメント径」に相当）は、交流損失に影響を及ぼす要因となるものであり、このフィラメント径が小さいほど、交流損失も小さくなる。
【００２６】
本発明者らは、こうした問題を解決することについても検討した。その結果、純Ｎｂからなる補強部材の外周面にＴａ層を形成すれば、上記のような問題も生じることのない（即ち、交流損失を低減した）超電導線材が実現できることを見出し、本発明を完成した。以下、本発明の前駆体の構成を説明する。
【００２７】
図２は本発明の前駆体（Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体）の構成例を示す断面図であり、前駆体としての基本的な構成は前記図１に示したものと類似するが（共通部分には、同一の参照符号を付してある）、要するに、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導マトリックス部に（この図では、超電導マトリックス部の横断面中央）、純Ｎｂからなる補強部材８（この図では、棒状）を配置すると共に、当該補強部材８の外周面にＴａ層９を形成した構成である。
【００２８】
純Ｎｂからなる補強部材を配置する構成を採用することによって、前駆体における加工性を良好にできると共に、拡散熱処理の段階で、補強部材の外周面近傍にＮｂ3Ｓｎ超電導相が形成されることをＴａ層９の存在によって阻止できる。その結果、上記した有効フィラメント径の増大を防止して、交流損失の低減が図れるものとなる。
【００２９】
こうした作用を発揮するＴａ層の厚みについては、特に限定するものではなく、加工性を良好に維持するという観点からすれば（Ｔａ合金に比べてＴａは加工性が良好である）、できるだけ薄い方が好ましいが、伸線等の縮径加工後にＮｂ3Ｓｎ超電導相形成阻止効果を発揮させる点をも考慮すれば、一次スタック材の段階で、０．１〜０．５ｍｍ程度であることが好ましい。また、補強部材の外周面にＴａ層を形成する方法は、シート状のＴａを補強部材の外周面に巻き付ける方法が最も簡便である。
【００３０】
本発明の前駆体で用いる補強部材は、純Ｎｂからなるものであるが、この純Ｎｂは、微量（０．５％程度）の不純物を含んだものをも含むものである。比較的容易に入手できるという観点からすれば、工業用純Ｎｂ（例えば、ＡＳＴＭ Ｂ３９２のＣｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｇｒａｄｅ Ｕｎａｌｌｏｙｅｄ Ｎｉｏｂｉｕｍ）を用いることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の前駆体で用いるＴａ層についても、純Ｔａからなるものを想定しているが、微量（０．５％程度）の不純物を含んだものを用いることができる。上記Ｎｂと同様の観点からして、工業用純Ｔａ（例えば、ＡＳＴＭ Ｂ７０８のＥｌｅｃｔｏｒｏｎ−Ｂｅａｍ Ｃａｓｔ,Ｖａｃｕｕｍ−Ａｒｃ Ｃａｓｔ Ｕｎａｌｌｏｙｅｄ Ｔａｎｔａｌｕｍ）を用いることが好ましい。
【００３２】
超電導線材に要求される機械的な強度は、超電導線材の使用状況にもよるが、通常のソレノイドコイルとしてＮｂ3Ｓｎ超電導線材を使用する場合には、コイル全体が発生する強力な磁場により線材に電磁力が発生する。こうした電磁力下においても、超電導特性が劣化しないような強度に設定する必要がある。
【００３３】
ここで、あるコイル位置の磁束密度をＢ（Ｔ：テスラ）、電流密度をＪ（Ａ／ｍ2）、コイル半径をＲ（ｍ）としたときに、電磁力により発生する応力σは、夫々の積となり、σ＝Ｂ・Ｊ・Ｒで表されることになる。即ち、応力σは、磁束密度Ｂ、電流密度Ｊが高く、コイル半径Ｒが大きい部位で最大となる。機械的特性が要求される線材は、超電導マグネットの内層側コイルで使用されることになるため（内層側の個々のコイルの方が外層側のコイルよりもコイル半径は小さいが磁束密度Ｂが大きい）、こうした用途に用いられる超電導線材では特に超電導特性と強度のバランスを図る必要がある。
【００３４】
上記のような構成（外周面にＴａ層を形成した純Ｎｂ）を採用した補強部材の配置量を増加させることは、Ｃｕ−ＳｎとＮｂ基フィラメントの接触領域の減少を招くことになるので、補強部材の過大な組み込みは、本来必要とされる超電導特性の低下を招くことになる。こうしたことから、補強部材の前駆体横断面に占める面積率で３０％以下とする必要がある。但し、補強部材としての効果を発揮させるためには、上記面積率で８％以上とする必要がある（後記図３参照）。尚、上記面積率の好ましい下限は１０％であり、好ましい上限は２５％である。
【００３５】
尚、上記面積率は、複合部材（一次スタック材）に組み込んだ段階での面積率を想定したものであるが、伸線加工後（即ち、伸線加工後・熱処理前での面積率）とほぼ等しいものとなる。
【００３６】
本発明の前駆体は、ブロンズ法に適用されることを想定したものであって、Ｃｕ―Ｓｎ合金中に複数本のＮｂ基フィラメントを配置した超電導マトリックス部を有するものであるが、上記Ｃｕ―Ｓｎ合金中のＳｎ含有量は１３〜１６質量％程度であることが好ましい。こうした含有量とすることで、臨界電流密度Ｊｃをできるだけ高めることができる。このＳｎ含有量が、１３質量％未満では、Ｓｎ濃度を高める効果が発揮されず、１６質量％を超えると、Ｃｕ−Ｓｎ化合物が多量に析出して線材の均一加工が困難になる。
【００３７】
また上記Ｎｂ基フィラメントや拡散障壁層に用いることのあるＮｂ基合金としては、Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔｉ等の添加元素を４質量％程度まで含有させたものを使用することができる。
【００３８】
また、前記拡散障壁層は、Ｎｂ層またはＴａ層、或はＮｂ層とＴａ層の２層からなるもののいずれの構成も採用できるが、このうち少なくともＴａ層を含む層（Ｔａ層、またはＮｂ層とＴａ層の２層）であることが好ましい。こうした構成を採用することによって、拡散熱処理の段階で、拡散障壁層の近傍にＮｂ3Ｓｎ超電導相が形成されることを阻止でき、交流損失の更なる低減（有効フィラメント径の増大の防止）が図れるものとなる。
【００３９】
上記のような前駆体を構成し、これに対して伸線加工を行い、その後拡散熱処理を施して超電導相を形成することによって、良好な特性を発揮する超電導線材を得ることができる。ＴａのようにＮｂよりも高融点の材料を補強部材として用いる場合には、７００℃を超える温度で拡散熱処理を施しても、十分な補強効果が発揮されるが、純Ｎｂを補強部材として用いる場合には、７００℃を超える温度で拡散熱処理を行なうとＮｂの軟化が進んでしまい、希望する補強効果を得ることができなくなる懸念がある。こうしたことから、拡散熱処理する際の温度は７００℃以下に設定することが好ましい。また、拡散熱処理時間は１００〜２００時間程度が適当である。
【００４０】
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】
【００４１】
[実施例１]
直径：６０ｍｍのＣｕ−１５％Ｓｎ合金の中心とその周囲に、直径：１２ｍｍの穴を７箇所形成し、その穴に直径：１１．８ｍｍのＮｂ棒を挿入し、溶接によって両端を真空封止し、一次多芯線用の押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、静水圧押出し法により直径：２０ｍｍに押出し、これを引抜き加工により伸線した。その後、六角ダイスにより、対辺長：１．５ｍｍの六角断面形状に仕上げ、六角断面を持つ一次多芯線（一次スタック材）を作製した。
【００４２】
外径：Ｘｍｍの工業用純Ｎｂの周囲に厚さ：０．２ｍｍのＴａ製シートを巻付け、その外周に上記一次多芯線Ｙ本を束ねて、更にその外周に厚さ：０．２ｍｍのＮｂシートを２回巻き（拡散障壁層）、これらを一体化して、外径：６０ｍｍ、内径：５４ｍｍのＣｕ製パイプ（安定化銅層）に挿入して、溶接によって端部を封止し、二次多芯ビレットとした（前記図２参照）。
【００４３】
得られたビレット（二次多芯ビレット）を、静水圧押出し法により、直径：２０ｍｍに押出し、これを引抜き加工により伸線して、直径：０．８ｍｍのブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を作製した。
【００４４】
尚、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含む一次多芯線および二次多芯線の伸線加工に際しては、Ｃｕ−Ｓｎ合金の加工硬化を原因とした断線がおこらない様に、加工途中に複数回の焼鈍を実施した。焼鈍条件は５００℃、５時間である。
【００４５】
得られた前駆体を、真空中において６５０℃で１００時間の熱処理（拡散熱処理）を施して、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とした。こうして得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材において、０．２％耐力、交流損失Ｐｈおよび臨界電流密度Ｊｃについて、下記の条件で測定した。また、熱処理前の段階（減面加工後の最終形状）での補強部材の面積率（純Ｎｂ面積率）を下記（１）式に基づいて求めた。
純Ｎｂ面積率＝（補強部材の面積／線材全断面積）×１００（％）…（１）
【００４６】
［０．２％耐力の測定］
熱処理後の線材を、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）に浸漬した状態で引張試験を行い、０．２％耐力を測定した。０．２％耐力の合格基準は、２２０ＭＰａ以上である。
【００４７】
［交流損失Ｐｈの測定］
交流損失Ｐｈ（超電導部の体積当りの損失）は、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で±３Ｔ（テスラ）の変動磁界中で測定した。このときの交流損失Ｐｈは、下記（２）式によって求められる。交流損失の合格基準は、７５０ｍＪ／ｃｍ3以下である。
Ｐｈ＝（８／３π）×ｆ×λ×Ｊｃ×ｄf×Ｂm …（２）
【００４８】
ｆ：外部変動磁界の周波数（Ｈｚ）
λ：超電導線材中の超電導部分の占面率
Ｊｃ：臨界電流密度（Ａ／ｍ2）
ｄf：フィラメント径（ｍ）
Ｂm：外部変動磁界の振幅（Ｔ：テスラ）
【００４９】
［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、１５Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、四端子法にて臨界電流を測定し、この電流値を、線材断面中の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。臨界電流密度の合格基準は、２２０Ａ／ｍｍ2以上である。
【００５０】
これらの結果（試験Ｎｏ．１〜１０）を一括して、下記表１に示す。
【００５１】
【表１】
【００５２】
これらの結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．１〜６のものは、本発明で規定する要件を満足するものであり、有効フィラメント径を小さくすることによって、交流損失を抑えることができると共に、臨界電流密度Ｊｃおよび強度（０．２％耐力）も高いものとなっている。これに対して、試験Ｎｏ．７〜１０では、本発明で規定するいずれかの要件を欠くものであり（比較例）、いずれかの特性が劣化している。
【００５３】
比較例のうち、試験Ｎｏ．７，８のものは、補強部材としての純Ｎｂを含まないもの、或は純Ｎｂ面積率が不足するものであり、いずれも強度（０．２％耐力）が不足している。試験Ｎｏ．９のものでは、純Ｎｂ面積率が過剰になっており、臨界電流密度Ｊｃが低下している。試験Ｎｏ．１０のものは、Ｔａ層を形成していないものであり、有効フィラメント径が大きくなって、交流損失が大きくなっている。
【００５４】
これらの結果に基づき、純Ｎｂ面積率が臨界電流密度Ｊｃや０．２％耐力に与える影響を図３に示す（図中、◆は臨界電流密度、□は０．２％耐力を夫々示す）。純Ｎｂ面積率を適切な範囲に調整することによって、臨界電流密度Ｊｃと０．２％耐力を適切な範囲に制御できることが分かる。
【００５５】
[実施例２]
直径：６０ｍｍのＣｕ−１５％Ｓｎ合金の中心とその周囲に、直径：１２ｍｍの穴を７箇所形成し、その穴に直径：１１．８ｍｍのＮｂ棒を挿入し、溶接によって両端を真空封止し、一次多芯線用の押出しビレットを作製した。この押出しビレットを、静水圧押出し法により直径：２０ｍｍに押出し、これを引抜き加工により伸線した。その後、六角ダイスにより、対辺長：１．５ｍｍの六角断面形状に仕上げ、六角断面を持つ一次多芯線（一次スタック材）を作製した。
【００５６】
外径：Ｘｍｍの工業用純Ｎｂの周囲に厚さ：０．２ｍｍのＴａ製シートを巻付け、その外周に上記一次多芯線Ｙ本を束ねて、その外周に厚さ：０．２ｍｍのＴａ製シートを巻付け、更にその外周に厚さ：０．２ｍｍのＮｂ製シートを巻付け（Ｔａ層とＮｂ層の２層からなる拡散障壁層）、これらを一体化して、外径：６０ｍｍ、内径：５４ｍｍのＣｕ製パイプ（安定化銅層）に挿入して、溶接によって端部を封止し、二次多芯ビレットとした（前記図２参照）。
【００５７】
得られたビレット（二次多芯ビレット）を、静水圧押出し法により、直径：２０ｍｍに押出し、これを引抜き加工により伸線して、直径：０．８ｍｍのブロンズ法Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を作製した。
【００５８】
尚、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含む一次多芯線および二次多芯線の伸線加工に際しては、Ｃｕ−Ｓｎ合金の加工硬化を原因とした断線がおこらない様に、加工途中に複数回の焼鈍を実施した（焼鈍条件は実施例１と同じ）。
【００５９】
得られた前駆体を、真空中において６５０℃で１００時間の熱処理（拡散熱処理）を施して、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材とした。こうして得られたＮｂ3Ｓｎ超電導線材において、実施例１と同様にして、０．２％耐力、交流損失Ｐｈおよび臨界電流密度Ｊｃを測定した。また、熱処理前の段階（減面加工後の最終形状）での補強部材の面積率（純Ｎｂ面積率）を実施例１と同様にして[前記（１）式に基づいて]求めた。
【００６０】
これらの結果（試験Ｎｏ．１１〜２０）を一括して、下記表２に示す。
【００６１】
【表２】
【００６２】
実施例１の結果と対比して明らかなように、拡散障壁層として、少なくともＴａ層を介在させることによって、交流損失を更に抑えることができることが分かる。
【符号の説明】
【００６３】
１ Ｃｕ−Ｓｎ基合金マトリックス
２ Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる芯材
３ 一次スタック材
４ 拡散障壁層
５ パイプ形状のＣｕ−Ｓｎ合金
６ 安定化銅
７ 二次多芯ビレット
８ 補強部材
９ Ｔａ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いる超電導線材製造用前駆体であって、Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導マトリックス部と、その外周に拡散障壁層および安定化銅層を有する超電導線材製造用前駆体において、
前記超電導マトリックス部には、純Ｎｂからなる補強部材が配置されると共に、当該補強部材の外周面にＴａ層が形成されたものであり、且つ補強部材の前駆体横断面に占める面積率が８〜３０％であることを特徴とするＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
【請求項２】
前記補強部材は超電導マトリックス部の横断面中央に配置されたものである請求項１に記載のＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
【請求項３】
前記拡散障壁層は、Ｎｂ層またはＴａ層、或はＮｂ層とＴａ層の２層からなるものである請求項１または２に記載のＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体に対して、７００℃以下の温度でＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施すことによってＮｂ３Ｓｎ系超電導相を形成したものであるＮｂ3Ｓｎ超電導線材。
【請求項１】
Ｎｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いる超電導線材製造用前駆体であって、Ｃｕ−Ｓｎ基合金中に、複数本のＮｂまたはＮｂ基合金からなるＮｂ基フィラメントが配置された超電導マトリックス部と、その外周に拡散障壁層および安定化銅層を有する超電導線材製造用前駆体において、
前記超電導マトリックス部には、純Ｎｂからなる補強部材が配置されると共に、当該補強部材の外周面にＴａ層が形成されたものであり、且つ補強部材の前駆体横断面に占める面積率が８〜３０％であることを特徴とするＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
【請求項２】
前記補強部材は超電導マトリックス部の横断面中央に配置されたものである請求項１に記載のＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
【請求項３】
前記拡散障壁層は、Ｎｂ層またはＴａ層、或はＮｂ層とＴａ層の２層からなるものである請求項１または２に記載のＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＮｂ3Ｓｎ超電導線材製造用前駆体に対して、７００℃以下の温度でＮｂ３Ｓｎ生成熱処理を施すことによってＮｂ３Ｓｎ系超電導相を形成したものであるＮｂ3Ｓｎ超電導線材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１９２６３９（Ｐ２０１１−１９２６３９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３７４（Ｐ２０１１−２５３７４）
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【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２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【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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