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JP2000090754A - Method for producing Nb3Al compound superconducting wire and superconducting wire obtained by the method - Google Patents

Method for producing Nb3Al compound superconducting wire and superconducting wire obtained by the method

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JP2000090754A
JP2000090754A JP10262727A JP26272798A JP2000090754A JP 2000090754 A JP2000090754 A JP 2000090754A JP 10262727 A JP10262727 A JP 10262727A JP 26272798 A JP26272798 A JP 26272798A JP 2000090754 A JP2000090754 A JP 2000090754A
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Japan
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wire
stabilizing material
material layer
alloy
superconducting wire
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JP10262727A
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Japanese (ja)
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Akihiro Kikuchi
章弘 菊池
Tadashi Inoue
廉 井上
Katsuo Fukutomi
勝夫 福富
Genzo Iwaki
源三 岩城
Kazuhiko Nakagawa
和彦 中川
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Hitachi Cable Ltd
National Institute for Materials Science
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
National Research Institute for Metals
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Publication date
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】密着性に優れた安定化材層を複合化できるNb
3 Al化合物系超電導線材の製造方法とその線材を提供
する。 【解決手段】純Nbシート1及び純Alシート2を重ね
合わせ、ジェリーロール積層複合体を作製する。この複
合体を単芯ビレットとなした後、六角断面線材に加工
後、Cu層を除去してシングル線6を製作する。このシ
ングル線6を複数本別のNb管7に組み込み、さらにC
u−Ni合金管8に挿入して多芯ビレット9とする。次
いで、外皮のCu−Ni合金層を除去し、複合マルチ線
材10を得る。得られたNb/Al複合線材に、Nb−
Al過飽和固溶体を生成させ、この過飽和固溶体線材表
面に、第1の安定化材層11を形成し、その上に第2の
安定化材層を形成する。この線材を、真空中で一定時
間、再度加熱処理してNb3 Al相を析出させることに
より、安定化材層が付与されたNb3 Al化合物系超電
導線材12を得る。
(57) [Summary] (Problem corrected) [Problem] Nb capable of compounding a stabilizing material layer having excellent adhesion
Method for producing a 3 Al compound superconducting wire to provide the wire. SOLUTION: A pure Nb sheet 1 and a pure Al sheet 2 are overlapped to produce a jelly roll laminated composite. After the composite is formed into a single core billet, it is processed into a hexagonal cross section wire, and the Cu layer is removed to produce a single wire 6. This single wire 6 is incorporated into a plurality of separate Nb tubes 7 and
The multi-core billet 9 is inserted into the u-Ni alloy tube 8. Next, the Cu—Ni alloy layer of the outer skin is removed to obtain the composite multi-wire 10. The obtained Nb / Al composite wire has Nb-
An Al supersaturated solid solution is generated, a first stabilizer layer 11 is formed on the surface of the supersaturated solid solution wire, and a second stabilizer layer is formed thereon. The wire is heated again in a vacuum for a predetermined time to precipitate an Nb 3 Al phase, thereby obtaining a Nb 3 Al compound superconducting wire 12 provided with a stabilizing material layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、Nb3 Al化合物
系超電導線材の製造方法に関し、特にNb3 Al化合物
系超電導線材外周への強固な安定化材層の付与を含む製
造方法及びそれにより得られた超電導線材に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an Nb 3 Al compound based superconducting wire, and more particularly to a method for producing an Nb 3 Al compound based superconducting wire, which comprises providing a strong stabilizing material layer around the periphery thereof. The present invention relates to a superconducting wire obtained.

【0002】[0002]

【従来の技術】Nb3 Al化合物系超電導線材は、超電
導線材として一般的なNb3 Sn及びNbTiに比較し
て、高磁界における臨界電流密度特性に優れているた
め、物性研究用の高磁界NMRマグネット等の超電導材
料として実用化が期待されている。Nb3 Al化合物系
超電導線材は、一般に、NbまたはNb合金とAlまた
はAl合金からなる複合材を高融点金属またはその合金
マトリックスで囲繞したシングル線材を複数本組み合わ
せ、それらの外周を高融点金属またはその合金マトリッ
クスで囲繞したマルチ構造を有しており、いかに述べる
製法により、線材中にNb3 Al化合物を生成させ、所
定の超電導特性を得られるようにしている。
2. Description of the Related Art Nb 3 Al compound based superconducting wires are superior to Nb 3 Sn and NbTi, which are general superconducting wires, in the critical current density characteristics in a high magnetic field. It is expected to be put to practical use as a superconducting material such as a magnet. The Nb 3 Al compound superconducting wire is generally composed of a plurality of single wires in which a composite material composed of Nb or an Nb alloy and Al or an Al alloy is surrounded by a high melting point metal or an alloy matrix thereof, and the outer periphery thereof is formed of a high melting point metal or It has a multi-structure surrounded by the alloy matrix, and a Nb 3 Al compound is generated in the wire by the manufacturing method described below so that a predetermined superconducting property can be obtained.

【0003】Nb3 Al化合物系超電導線材の製法の主
なものは現在のところ、拡散法と急熱急冷・変態法の2
つである。拡散法はNbとAlを所定の組成で複合し、
相互の拡散距離をサブミクロンオーダーまで小さくした
後、600〜1050℃位の条件で加熱処理し、固相拡
散によりNb3 Al化合物を生成させる方法である
(「ジェリーロール法Nb3 Al超電導線材の開発」、
住友電気、第139号(1991))。もう一つの急熱
急冷・変態法は、やはり所定の組成で複合した線材を1
500℃以上まで加熱し、即座に急冷することでNb−
Al過飽和固溶体を生成させ、その後600〜1050
℃位の温度で再度加熱処理することでNb3Al相を析
出させる方法である(特公平6−44427号、科学技
術庁金属材料技術研究所)。
At present, the main methods for producing Nb 3 Al compound superconducting wires are the diffusion method and the rapid heating / quenching / transformation method.
One. The diffusion method combines Nb and Al with a predetermined composition,
After reducing the mutual diffusion distance to the order of submicrons, a heat treatment is performed at about 600 to 1050 ° C. to generate an Nb 3 Al compound by solid-phase diffusion (“Jelly roll method of Nb 3 Al superconducting wire rod”). development of",
Sumitomo Electric, No. 139 (1991)). Another rapid heating quenching / transformation method uses a composite wire with a predetermined composition.
Nb-
An Al supersaturated solid solution is formed, and then 600 to 1050
This is a method of precipitating an Nb 3 Al phase by performing a heat treatment again at a temperature of about ° C. (Japanese Patent Publication No. 6-44427, Science and Technology Agency, Institute of Metals Technology).

【0004】ところで、Nb3 Al化合物は1500℃
以上もの高温でのみ安定な化合物で、それ以下の温度で
は化学量論組成からのずれが大きくなるため、臨界電流
密度をはじめとする線材特性が低下してしまうという欠
点がある。前者の拡散法による線材の場合、加熱処理温
度が低いため化学量論組成からのずれにより、高磁界N
MRマグネット等への応用を想定した場合、20T以上
もの高磁界での臨界電流密度が低く要求特性を満たすこ
とができない。
[0004] By the way, the Nb 3 Al compound is 1500 ° C.
These compounds are stable only at high temperatures. At lower temperatures, the deviation from the stoichiometric composition becomes large, and there is a disadvantage that the wire properties such as the critical current density deteriorate. In the case of the wire by the former diffusion method, since the heat treatment temperature is low, a deviation from the stoichiometric composition causes a high magnetic field N
Assuming application to an MR magnet or the like, the critical current density in a high magnetic field of 20 T or more is low and the required characteristics cannot be satisfied.

【0005】従って、高磁界NMRマグネット用導体な
どへの適用を考えた場合、現在の諸金属系超電導線材の
なかでは、後者の急熱急冷・変態法による線材が唯一の
材料となっている。
[0005] Therefore, in consideration of application to conductors for high-field NMR magnets and the like, among the current various metal-based superconducting wires, the latter wire by the rapid heating / quenching / transformation method is the only material.

【0006】従来の急熱急冷・変態法による製法は、例
えば、ジェリーロール法による場合、次のようである。
NbまたはNb合金シートとAlまたはAl合金シート
を積層密巻きしたのちNbまたはNb合金パイプに詰
め、押出加工や伸線加工を経てシングル線を作製する。
このシングル線作製においては密巻き時の芯棒は使用し
ても、使用しなくても構わない。次にシングル線を複数
本使用して、再度NbまたはNb合金パイプに組み込
み、押出や伸線を経て母材となるNb/Al複合マルチ
線材を得る。複合マルチ線材組み込み時においては、N
b/Al複合シングル線以外に、NbまたはNb合金か
らなるダミー線材を組み合わせて組み込むことも行われ
ている。このNb/Al複合マルチ線材を急熱急冷して
Nb−Al過飽和固溶体を生成させ、その後変態熱処理
を加えてNb3 Al化合物を析出させる。
[0006] A conventional production method based on the rapid thermal quenching / transformation method, for example, in the case of the jelly roll method is as follows.
After the Nb or Nb alloy sheet and the Al or Al alloy sheet are laminated and densely wound, they are packed into an Nb or Nb alloy pipe, and a single wire is produced through extrusion or drawing.
In the production of the single wire, the core rod at the time of dense winding may or may not be used. Next, a plurality of single wires are used again and incorporated into an Nb or Nb alloy pipe to obtain an Nb / Al composite multi-wire material serving as a base material through extrusion or drawing. When incorporating a composite multi-wire, N
In addition to the b / Al composite single wire, a combination of a dummy wire made of Nb or an Nb alloy is also incorporated. The Nb / Al composite multi-wire is rapidly heated and quenched to generate a Nb-Al supersaturated solid solution, and then subjected to a transformation heat treatment to precipitate an Nb 3 Al compound.

【0007】また、従来法における母材用シングル線材
の作製法においては、上記に示したジェリーロール法以
外にも、NbまたはNb合金パイプにAlまたはAl合
金棒を挿入して押出や伸線により作製する方法や、この
逆にAlまたはAl合金パイプにNbまたはNb合金棒
を挿入して押出や伸線により作成する方法がある。
In the conventional method of manufacturing a single wire for a base material, in addition to the above-mentioned jelly roll method, an Al or Al alloy rod is inserted into an Nb or Nb alloy pipe and extruded or drawn. There is a method of manufacturing, and conversely, a method of inserting an Nb or Nb alloy rod into an Al or Al alloy pipe and extruding or drawing.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】超電導線材を超電導マ
グネット用導体として使用する場合、運転中のクエンチ
時にも線材を焼損しないように、線材の最外周には安定
化材層を付与する必要がある。しかし、急熱急冷・変態
法で作製した線材は、急熱急冷処理時に線材温度が1,
500℃以上になり、例えば、銅(Cu)の融点の1,
083℃を超えてしまうために予め安定化材としての銅
を表面に付与しておくことができない。従って、急熱急
冷・変態法Nb3 Al線材においては線材に安定化材層
が複合化されておらず、線材表面はNbで構成されてい
る。
When a superconducting wire is used as a conductor for a superconducting magnet, it is necessary to provide a stabilizing material layer on the outermost periphery of the wire so as not to burn the wire even during quench during operation. . However, the wire produced by the rapid heat quenching / transformation method has a wire temperature of 1 during the rapid heat quenching treatment.
500 ° C. or higher. For example, the melting point of copper (Cu) is 1,
Since the temperature exceeds 083 ° C., copper as a stabilizing material cannot be previously applied to the surface. Therefore, in the rapid heating / quenching / transformation method Nb 3 Al wire, the stabilizing material layer is not combined with the wire, and the wire surface is composed of Nb.

【0009】ところで、従来の実用超電導線材であるN
b−Ti線材やNb3 Sn線材では、CuとNbもしく
はNb基合金の複合体を大きな(変形率106 程度)伸
線加工を加えることで、Nb表面の酸化膜を破壊して、
良好なCu/Nb接合を得ている。
By the way, the conventional practical superconducting wire N
In the case of a b-Ti wire or a Nb 3 Sn wire, a composite of Cu and Nb or an Nb-based alloy is subjected to a large wire drawing (a deformation rate of about 10 6 ) to break an oxide film on the Nb surface.
Good Cu / Nb bonding is obtained.

【0010】一方、急熱急冷処理後に銅を複合化する場
合、Nb表面の強固な酸化皮膜のために複合化すること
が非常に困難である。さらには、空気中や水中において
は、Nb表面に直ちに酸化皮膜が生成してしまう。Nb
−Ti線材やNb3 Sn線材のように強加工により複合
化することも困難である。このような理由から、例え
ば、電気メッキ等によって線材表面に銅を付与しても、
被覆層と線材間の密着性が乏しく、マグネット作製時に
おけるコイル巻などにおいて簡単に剥離してしまう。
On the other hand, when copper is compounded after the rapid heating and quenching treatment, it is very difficult to form copper due to the strong oxide film on the Nb surface. Furthermore, in air or water, an oxide film is immediately formed on the Nb surface. Nb
It is also difficult to form a composite by strong working like Ti wire or Nb 3 Sn wire. For this reason, for example, even if copper is applied to the wire surface by electroplating or the like,
The adhesion between the coating layer and the wire is poor, and the wire is easily peeled off at the time of coil winding or the like at the time of manufacturing a magnet.

【0011】そこで本発明の目的は、前述した従来技術
の欠点を解消し、いわゆる急熱急冷・変態法においても
密着性に優れた安定化材層を複合化できるNb3 Al化
合物系超電導線材の製造方法とその方法により得られた
線材を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide an Nb 3 Al compound superconducting wire which can solve the above-mentioned disadvantages of the prior art and can form a stabilizing material layer having excellent adhesion even in a so-called rapid heating / quenching / transformation method. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a wire obtained by the method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、NbまたはNb合金とAlまたはAl
合金からなる複合材を高融点金属またはその合金マトリ
ックスで囲繞したシングル線材を複数本組み合わせ、そ
れらの外周を高融点金属またはその合金からなるマトリ
ックスで囲繞したマルチ線材を、所定温度以上に通電加
熱後直ちに冷却しNb−Al過飽和固溶体を生成させ、
次いで再度熱処理することによりNb3Al相を析出さ
せる、Nb3 Al化合物系超電導線材の製造方法におい
て、マルチ線材の最外周に安定化材を複合化するに際
し、通電加熱後直ちに冷却した後もしくは再度加熱処理
後に、物理蒸着法により安定化材層を形成することを特
徴とするNb3 Al化合物系超電導線材の製造方法を提
供する。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, Nb or Nb alloy and Al or Al
After combining a plurality of single wires in which a composite material made of an alloy is surrounded by a high melting point metal or an alloy matrix thereof, and heating the multi-wire material whose outer periphery is surrounded by a matrix made of a high melting point metal or an alloy thereof to a predetermined temperature or more, Immediately cooled to form a Nb-Al supersaturated solid solution,
Then, in the method for producing a Nb 3 Al compound based superconducting wire in which the Nb 3 Al phase is precipitated by heat treatment again, when the stabilizing material is compounded on the outermost periphery of the multi-wire, after cooling immediately after energizing heating, or again. A method for producing an Nb 3 Al compound-based superconducting wire, comprising forming a stabilizing material layer by a physical vapor deposition method after a heat treatment.

【0013】ここで、本発明にいう物理的蒸着法とは、
高真空中で蒸着物質を高エネルギー粒子として目的物に
衝突させ析出させる方法をいい、蒸着条件、蒸発源等に
応じて適宜分類されている、イオンプレーティング法、
イオンビーム蒸着法、スパッター法、電子ビーム加熱
法、高周波加熱法、抵抗加熱法を含む。このうち特にイ
オンプレーティング法は、蒸着物質をプラズマ中を通す
ことにより、励起及びイオン化して高エネルギー粒子と
して目的物に衝突させ析出させる方法であり、本発明に
好適に使用できるものである。物理蒸着法により安定化
材層を形成することにより、Nbのように活性な金属で
空気中や液体中では直ちに酸化膜を形成してしまう材料
をマトリックスとするマルチ線材の場合であっても、真
空中での処理であるためにマルチ線材表面に酸化膜が生
成されにくく、かつコーティング物質粒子の衝突によっ
て酸化膜も破壊されるため、金属同士の接触を得やす
く、同時に衝突によるマルチ線材表面へのアンカー効果
も大きくなるために、安定化材層とマルチ線材との密着
が非常に強固となる。
Here, the physical vapor deposition method referred to in the present invention is:
Ion plating method, which refers to a method in which a deposition substance is collided with a target substance as high-energy particles in a high vacuum and deposited, and is appropriately classified according to a deposition condition, an evaporation source, and the like, an ion plating method,
Including ion beam evaporation, sputtering, electron beam heating, high frequency heating, and resistance heating. Among them, the ion plating method is a method in which a vapor deposition material is excited and ionized by passing it through plasma to collide with a target object as high-energy particles to be precipitated, and can be suitably used in the present invention. By forming a stabilizing material layer by physical vapor deposition, even in the case of a multi-wire material in which a material that forms an oxide film immediately in air or liquid with an active metal such as Nb as a matrix, Since the treatment is performed in a vacuum, an oxide film is hardly generated on the surface of the multi-wire material, and the oxide film is also destroyed by the collision of the coating material particles, so that it is easy to obtain contact between the metals, and at the same time, to the surface of the multi-wire material due to the collision. Since the anchor effect of the wire is increased, the adhesion between the stabilizing material layer and the multi-wire is very strong.

【0014】本発明の好ましい例では、安定化材層が、
銅、銅合金、銀または銀合金のいずれか1つからなり、
前記物理蒸着法がイオンプレーティング法である。
In a preferred embodiment of the present invention, the stabilizer layer comprises
Consisting of one of copper, copper alloy, silver or silver alloy,
The physical vapor deposition method is an ion plating method.

【0015】物理蒸着法による安定化材層はそれ自身で
安定化材層全体を構成してもよく、一方、それを比較的
薄い膜の第1の安定化材層として形成後、それを下地層
としてその外周に第2の安定化材層を形成してもよい。
第2の安定化材層は、物理蒸着法によっても、それ以外
の電気めっき法または類似の膜形成方法によって形成し
てもよい。
The stabilizer layer by physical vapor deposition may itself constitute the entire stabilizer layer, while forming it as the first stabilizer layer of a relatively thin film, A second stabilizing material layer may be formed on the outer periphery of the ground layer.
The second stabilizer layer may be formed by a physical vapor deposition method, another electroplating method, or a similar film forming method.

【0016】本発明のNb3 Al化合物系超電導線材の
製造方法は、1,500℃以上まで通電加熱した後直ち
に冷却することでNb−Al過飽和固溶体を生成させ、
その後、さらに600〜1,050℃の温度で再度加熱
処理することによりNb3 Al相を析出させる、いわゆ
る急熱急冷・変態法に特に適した方法である。ここで、
再度の熱処理の温度は、安定化材層を構成する材料の融
点を超えない範囲であれば、安定化材層の材料や熱処理
時間に従い600〜1,050℃の範囲内で適宜選択で
きる。例えば、銀(Ag)よりなる安定化材層のとき
は、銀の融点(962℃)より僅かに低い温度、好まし
くは950℃で熱処理を行えばよい。
In the method for producing an Nb 3 Al compound-based superconducting wire according to the present invention, an Nb—Al supersaturated solid solution is produced by immediately heating after heating to 1500 ° C. or higher,
After that, it is heat-treated again at a temperature of 600 to 1,050 ° C. to precipitate an Nb 3 Al phase, which is a method particularly suitable for a so-called rapid thermal quenching / transformation method. here,
The temperature of the heat treatment again can be appropriately selected from the range of 600 to 1,050 ° C. according to the material of the stabilizer layer and the heat treatment time as long as the temperature does not exceed the melting point of the material constituting the stabilizer layer. For example, in the case of a stabilizing material layer made of silver (Ag), heat treatment may be performed at a temperature slightly lower than the melting point of silver (962 ° C.), preferably at 950 ° C.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を引用しつつ、本発明
のNb3 Al化合物系超電導線材の製造方法の実施の形
態を説明する。なお、本発明はこれに限定されるもので
はない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a method for producing an Nb 3 Al compound-based superconducting wire of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this.

【0018】図1、図2は、本発明のNb3 Al化合物
系超電導線材の製造方法を示す、工程説明図及び詳細フ
ローチャートである。所定の厚さの純Nbシート1、及
び所定の厚さの純Alシート2を重ね合わせ、純Nb棒
3に隙間なく巻き付け、ジェリーロール積層複合体を作
成する(ステップ1)。この複合体をNb管4に挿入
し、さらにCu管5に挿入して単芯ビレットとなした
後、減面加工(静水圧押出、ダイス伸線)により六角断
面線材に加工後、複数本の6角断面線材を外皮のCu層
を除去してシングル線6を製作する(ステップ2)。こ
のシングル線6を複数本別のNb管7に組み込み、さら
にCu−Ni合金管8に挿入して多芯ビレット9とする
(ステップ3)。次いで、この多芯ビレット9を減面加
工(静水圧押出、ダイス伸線)により所定の線径に加工
後、外皮のCu−Ni合金層を除去し、所定の線径の断
面円形Nb/Al複合マルチ線材10を得る(ステップ
4)。
FIG. 1 and FIG. 2 are a process explanatory view and a detailed flowchart showing a method for producing an Nb 3 Al compound-based superconducting wire of the present invention. A pure Nb sheet 1 having a predetermined thickness and a pure Al sheet 2 having a predetermined thickness are overlapped and wound around the pure Nb bar 3 without any gap, thereby producing a jelly roll laminated composite (step 1). The composite is inserted into the Nb tube 4 and further inserted into the Cu tube 5 to form a single core billet, and then processed into a hexagonal cross-section wire rod by surface reduction processing (hydrostatic extrusion, die drawing). The hexagonal cross section wire is removed from the outer Cu layer to produce a single wire 6 (step 2). The single wire 6 is incorporated into a plurality of separate Nb tubes 7 and further inserted into a Cu-Ni alloy tube 8 to form a multi-core billet 9 (step 3). Next, the multifilament billet 9 is processed into a predetermined wire diameter by surface reduction processing (hydrostatic extrusion, die drawing), the Cu—Ni alloy layer of the outer skin is removed, and a circular section Nb / Al of a predetermined wire diameter is formed. A composite multi-wire 10 is obtained (step 4).

【0019】以上の工程により製作したNb/Al複合
線材を、1,500℃以上まで通電加熱した後直ちに冷
却することでNb−Al過飽和固溶体を生成させる(急
熱急冷・変態化処理)。次いで、この過飽和固溶体線材
表面に、物理蒸着法、好ましくはイオンプレーティング
法により、所定の厚さの安定化材層(Cu層)11を形
成する。なお、この安定化材層を第1の安定化材層(す
なわち下地層)とし、その上に第2の安定化材層(Cu
層)を形成するようにしてもよいが、この第2の安定化
材層は物理蒸着法以外の方法、例えば、電気めっきで行
ってもよい。こうして得られた線材を、真空中で600
〜1,050℃の温度一定時間、再度加熱処理してNb
3 Al相を析出させることにより、表面に安定化材層1
1が付与されたNb3 Al化合物系超電導線材12を得
る(ステップ5)。
The Nb / Al composite wire produced by the above process is heated immediately after heating to 1500 ° C. or more, and immediately cooled to produce an Nb—Al supersaturated solid solution (rapid heat quenching / transformation treatment). Next, a stabilizing material layer (Cu layer) 11 having a predetermined thickness is formed on the surface of the supersaturated solid solution wire by a physical vapor deposition method, preferably an ion plating method. In addition, this stabilizing material layer is used as a first stabilizing material layer (that is, an underlayer), and a second stabilizing material layer (Cu
The second stabilizer layer may be formed by a method other than the physical vapor deposition method, for example, by electroplating. The wire thus obtained was placed in a vacuum at 600
Heat treatment again at a constant temperature of ~ 1,050 ° C for Nb
3 By precipitating the Al phase, the stabilizing material layer 1
The Nb 3 Al compound superconducting wire 12 to which No. 1 is applied is obtained (step 5).

【0020】本発明で好適に使用されるイオンプレーテ
ィング法は、真空中でコーティングする物質を蒸発さ
せ、プラズマ中を通すことで励起化、イオン化させた高
エネルギー粒子を目的物(被コーティング物)に衝突さ
せて膜を形成させる技術である。このイオンプレーティ
ング法によれば、粒子の持っているエネルギーが非常に
大きいため、目的物表面はスパッタクリーニングされる
と共に比較的高温になり、高エネルギーの析出粒子は、
清浄かつ高温の目的物表面上で表面拡散易動度が大きく
結晶成長が促進され、付着力の強い膜が形成される。従
って、Nbのように活性な金属で空気中や液体中では直
ちに酸化膜を形成してしまう材料を目的物とする場合で
あっても、真空中での処理であるために目的物表面に酸
化膜が生成されにくく、かつコーティング物質イオンの
衝突によって酸化膜も破壊されるため、金属同士の接触
を得やすく、同時に衝突による目的物表面へのアンカー
効果も大きくなるために、コーティング層と目的物との
密着が非常に強固になる特徴を有する。
The ion plating method preferably used in the present invention is to evaporate a substance to be coated in a vacuum and pass it through plasma to excite and ionize high-energy particles to a target substance (object to be coated). This is a technology for forming a film by colliding with a film. According to this ion plating method, since the energy of the particles is very large, the surface of the target object is sputter-cleaned and becomes relatively high in temperature.
The surface diffusion mobility is large on a clean and high temperature target surface, crystal growth is promoted, and a film having strong adhesive force is formed. Therefore, even when a target material is an active metal such as Nb, which immediately forms an oxide film in air or liquid, the surface of the target material is oxidized due to the treatment in a vacuum. The film is hardly generated, and the oxide film is destroyed by the collision of the coating substance ions, so that it is easy to obtain contact between the metals, and at the same time, the effect of anchoring to the surface of the target object due to the collision is increased. It has the feature that the adhesion to the film becomes very strong.

【0021】Nb3 Al化合物系超電導線材におけるマ
ルチ線材Nb表面への安定化材層、例えば、銅(Cu)
の付与にあたっては、Nb/Cuという組み合わせにお
いては、Cu層はほとんど固溶しないために、単純に表
面にコーティングするような方法、例えば、電気メッキ
によっては、メッキ層と目的物との間の密着力が低く、
安定化材としての効果も低い。また、僅かの曲げによっ
てもメッキ層が割れたり剥離したりしてしまうため、安
定化材層を形成後の機械加工に耐えられない。
In the Nb 3 Al compound based superconducting wire, a stabilizing material layer on the surface of the multi-wire Nb, for example, copper (Cu)
In applying Nb / Cu, the Cu layer hardly forms a solid solution in the combination of Nb / Cu, so that a method of simply coating the surface, for example, depending on electroplating, the adhesion between the plating layer and the target object Low power,
The effect as a stabilizer is also low. Further, the plating layer is cracked or peeled off even by a slight bending, so that it cannot withstand machining after forming the stabilizing material layer.

【0022】これに対し、本発明のイオンプレーティン
グ法を用いた方法によれば、目的物との間に強固な密着
力を示す安定化材層が形成できるため、イオンプレーテ
ィング法で形成した層のみでも、または、イオンプレー
ティング法で形成した層を下地層として、その上に電気
メッキなどによって第2の安定化材層をコーティング
し、安定化材層全体を厚くしても、目的物との密着力を
低下させることなく、良好な安定化材層を形成すること
ができる。さらには、このような強固な密着力によっ
て、安定化材層形成後のダイス伸線のような塑性加工に
も耐えるような特徴を持つ。
On the other hand, according to the method using the ion plating method of the present invention, a stabilizing material layer exhibiting strong adhesion to an object can be formed. Even if only the layer or the layer formed by the ion plating method is used as a base layer and the second stabilizer layer is coated thereon by electroplating or the like and the entire stabilizer layer is thickened, A good stabilizing material layer can be formed without lowering the adhesion to the material. Further, such a strong adhesive force has a characteristic of withstanding plastic working such as die drawing after forming the stabilizing material layer.

【0023】なお、物理蒸着は、蒸着チャンバー内に目
的物である線材全体を収容し行うか、線材の長手方向の
一部を連続的に蒸着チャンバー内に通過させつつ行う等
により実施できるものである。
The physical vapor deposition can be performed by accommodating the entire target wire in the vapor deposition chamber or by continuously passing a part of the wire in the longitudinal direction into the vapor deposition chamber. is there.

【0024】[0024]

【実施例】本発明の製造方法が、Nb3 Al化合物系超
電導線材への安定化材付与に好適であることは、以下の
実施例及び比較例の説明によってより明確に理解されよ
う。
EXAMPLES The fact that the production method of the present invention is suitable for applying a stabilizing material to an Nb 3 Al compound-based superconducting wire will be more clearly understood from the following examples and comparative examples.

【0025】〔実施例1〕厚さ75μmの純Nbシート
及び厚さ25μmの純Alシートを重ね合わせ、φ1.
5mmの純Nb棒に隙間なく巻き付け、Nb管に挿入し、
さらにCu管に挿入した後、減面加工により六角断面線
材に加工後、外皮のCuを除去してシングル線を製作し
た。これを複数本Nb管に組み込み、さらにCu合金管
に挿入して減面加工により所定の線径に加工後、外皮の
Cu合金を除去し、線径1.25mmのNb/Al複合マ
ルチ線材とした。
Example 1 A pure Nb sheet having a thickness of 75 μm and a pure Al sheet having a thickness of 25 μm were superposed on each other to form φ1.
Wrap it tightly around a 5mm pure Nb rod, insert it into the Nb tube,
Furthermore, after inserting into a Cu tube, after processing into a hexagonal cross-section wire by surface reduction processing, Cu of the outer skin was removed to produce a single wire. This was assembled into a plurality of Nb tubes, further inserted into a Cu alloy tube, processed to a predetermined wire diameter by surface reduction processing, the outer Cu alloy was removed, and a Nb / Al composite multi-wire wire having a wire diameter of 1.25 mm was used. did.

【0026】以上の工程により製作したNb/Al複合
線材に、通電し、2,000℃まで急熱後直ちに200
℃まで冷却することでNb/Al過飽和固溶体線材とし
た。次いで、この線材にイオンプレーティング処理を行
い、表面に約1μm厚の下地Cu層(第1の安定化材
層)を形成した。さらにこの上に電気メッキにより約4
9μm厚のCu層(第2の安定化材層)を形成した。
Electric current is applied to the Nb / Al composite wire manufactured by the above-described process, and after rapidly heating to 2,000 ° C.
By cooling to ℃, a Nb / Al supersaturated solid solution wire was obtained. Next, an ion plating treatment was performed on this wire to form an underlying Cu layer (first stabilizing material layer) having a thickness of about 1 μm on the surface. Furthermore, electroplating is performed on this for about 4
A Cu layer (second stabilizing material layer) having a thickness of 9 μm was formed.

【0027】〔実施例2〕実施例1におけるNb/Al
過飽和固溶体線材に、イオンプレーティング処理を行
い、表面に約0.1μm厚の下地Cu層(第1の安定化
材層)を形成した。さらにこの上に電気メッキにより約
50μm厚のCu層(第2の安定化材層)を形成した。
Embodiment 2 Nb / Al in Embodiment 1
An ion plating treatment was performed on the supersaturated solid solution wire to form a base Cu layer (first stabilizing material layer) having a thickness of about 0.1 μm on the surface. Further, a Cu layer (second stabilizing material layer) having a thickness of about 50 μm was formed thereon by electroplating.

【0028】〔実施例3〕実施例1におけるNb/Al
過飽和固溶体線材に、スパッター法による蒸着を行い、
表面に約1μm厚の下地Cu層(第1の安定化材層)を
形成した。さらにこの上に電気メッキにより約49μm
厚のCu層(第2の安定化材層)を形成した。
Embodiment 3 Nb / Al in Embodiment 1
The supersaturated solid solution wire is deposited by sputtering,
An underlying Cu layer (first stabilizing material layer) having a thickness of about 1 μm was formed on the surface. Approximately 49 μm by electroplating
A thick Cu layer (second stabilizing material layer) was formed.

【0029】〔比較例1〕実施例1におけるNb/Al
過飽和固溶体線材に、電気メッキを用いて表面に約50
μm厚のCu層(安定化材層)を形成した。
Comparative Example 1 Nb / Al in Example 1
Approximately 50 surfaces of supersaturated solid solution wire
A Cu layer (stabilizing material layer) having a thickness of μm was formed.

【0030】〔比較例2〕実施例1におけるNb/Al
過飽和固溶体線材に、イオンプレーティング処理を行
い、表面に約0.05μm厚の下地Cu層(第1の安定
化材層)を形成した。さらにこの上に電気メッキにより
約50μm厚のCu層(第2の安定化材層)を形成し
た。
Comparative Example 2 Nb / Al in Example 1
The supersaturated solid solution wire was subjected to ion plating to form an underlying Cu layer (first stabilizing material layer) having a thickness of about 0.05 μm on the surface. Further, a Cu layer (second stabilizing material layer) having a thickness of about 50 μm was formed thereon by electroplating.

【0031】実施例1,2,3及び比較例1,2の各線
材を、真空中で800℃X10hrの加熱処理を加えて
最終的なNb3 Al化合物系超電導線材を得た。
Each of the wires of Examples 1, 2, 3 and Comparative Examples 1 and 2 was subjected to a heat treatment at 800 ° C. for 10 hours in a vacuum to obtain a final Nb 3 Al compound superconducting wire.

【0032】実施例及び比較例の各方法で得られた線材
を、21〜15Tまでの磁場中において臨界電流特性を
評価した。表1には、本発明材及び比較材の線材仕様
と、両線材の4.2Kにおける各磁場での臨界電流値を
示す。なお、ここでは臨界電流値は1μV/cm基準で求
めた結果である。比較例2の18Tにおける測定結果で
は、最終的にクエンチを発生したものの、当初わずかな
がら電圧上昇が認められ、超電導状態から常電導状態に
遷移する様子が観察された後、急激な電圧上昇、すなわ
ち、クエンチに至った。
The critical current characteristics of the wires obtained by the methods of Examples and Comparative Examples were evaluated in a magnetic field of 21 to 15 T. Table 1 shows the wire specifications of the material of the present invention and the comparative material, and the critical current value of each wire at 4.2 K at each magnetic field. Here, the critical current value is a result obtained on the basis of 1 μV / cm. In the measurement result at 18T of Comparative Example 2, although a quench was finally generated, a slight increase in voltage was initially observed, and a transition from the superconducting state to the normal conducting state was observed. Quench.

【0033】この結果からもわかるように、本発明の方
法に従い、安定化材層の付与方法としてイオンプレーテ
ィング法またはスパッタ法による安定化材層付与線材
(実施例1〜3)は、17T以下においてもクエンチを
発生することなく(すなわち、安定化されており)臨界
電流値の測定が可能であるのに対し、単純な電気メッキ
による安定化材層付与線材(比較例1)では、18Tに
おいてクエンチを発生してしまい(すなわち、不安定化
しており)臨界電流値を測定することができなかった。
また、実施例1〜3と比較例2との対比により明らかな
ように、イオンプレーティング法またはスパッター法に
よる安定化材層の厚みも0.1μm以上であれば、クエ
ンチ発生の磁場を低くできることも示している。すなわ
ち、イオンプレーティング法またはスパッター法を使用
した安定化材層の付与方法の方が線材の安定化方法とし
て優れていることを示している。
As can be seen from the results, according to the method of the present invention, the stabilizing material layer applied wires (Examples 1 to 3) by the ion plating method or the sputtering method as the applying method of the stabilizing material layer are 17 T or less. The critical current value can be measured without generating a quench (that is, stabilized), while the wire with a stabilizer layer provided by simple electroplating (Comparative Example 1) can be measured at 18T. Quench occurred (that is, it was destabilized) and the critical current value could not be measured.
Further, as is apparent from a comparison between Examples 1 to 3 and Comparative Example 2, if the thickness of the stabilizing material layer by the ion plating method or the sputtering method is also 0.1 μm or more, the magnetic field of quench generation can be reduced. Also shown. That is, it is shown that the method of applying the stabilizing material layer using the ion plating method or the sputtering method is superior as the method of stabilizing the wire.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】上記実施例において、イオンプレーティン
グ法またはスパッター法により形成した安定化材層の厚
みを0.1μm以上とした。これは、実施例に説明した
特定構造の超電導線材を高磁界マグネット導体として使
用するのであれば、17T以上において安定化していれ
ば十分と考えられるので、17T以上の磁界中で安定性
を維持できる厚さとして出願人が特定したものであっ
て、本発明はこれに限定されるものではなく、超電導線
材の様々な構造に応じて適宜決定し得るものである。も
っとも、この層が薄すぎるときは、イオンプレーティン
グ法またはスパッター法による酸化膜の破壊が十分行わ
れず密着性の高い安定化材層が得られなくなる恐れがあ
る。
In the above embodiment, the thickness of the stabilizing material layer formed by the ion plating method or the sputtering method was set to 0.1 μm or more. This is because if the superconducting wire having the specific structure described in the embodiment is used as a high-field magnet conductor, it is considered sufficient if the superconducting wire is stabilized at 17 T or more, so that stability can be maintained in a magnetic field of 17 T or more. The thickness is specified by the applicant as the thickness, and the present invention is not limited to this. The thickness can be appropriately determined according to various structures of the superconducting wire. However, if this layer is too thin, the oxide film may not be sufficiently destroyed by the ion plating method or the sputtering method, and a stabilizing material layer with high adhesion may not be obtained.

【0036】なお、実施例では、イオンプレーティング
法またはスパッター法により形成する安定化材層の材料
にCuを用いたが、Cu合金であってもよい。また、C
u、Cu合金以外の材料、例えば、Niを用い、これを
第1の安定化材層、すなわち、下地層とし、その上にC
uからなる第2の安定化材層をコーティングした複合層
としてもよい。例えば、Ni下地層とCuとの組み合わ
せによれば、NbとNi、及びNiとCuとの間で固溶
体を形成し、密着が更に強固になると考えられる。
In the embodiment, Cu is used as the material of the stabilizing material layer formed by the ion plating method or the sputtering method. However, a Cu alloy may be used. Also, C
u, a material other than the Cu alloy, for example, Ni, is used as a first stabilizing material layer, that is, an underlayer, and C
It may be a composite layer coated with a second stabilizing material layer made of u. For example, according to the combination of the Ni underlayer and Cu, it is considered that a solid solution is formed between Nb and Ni and between Ni and Cu, and the adhesion is further strengthened.

【0037】また、安定化材層の材料としては、電気伝
導度、熱伝導度がCuと類似しているAgまたはAg合
金であってもよい。
The material of the stabilizing material layer may be Ag or an Ag alloy whose electrical conductivity and thermal conductivity are similar to Cu.

【0038】マトリックス材としては、特に急熱急冷処
理時の1500℃以上の温度における十分な強度を有す
ることとNbとの反応性が乏しく、加工性があれば使用
可能であり、NbとNb合金の他、例えばTa、Ta合
金が有望である。
As a matrix material, it is possible to use a matrix material having a sufficient strength at a temperature of 1500 ° C. or more during rapid heating and quenching treatment, a low reactivity with Nb, and a workability as long as it has a workability. In addition, for example, Ta and Ta alloy are promising.

【0039】本発明の方法によって得られた超電導線材
は、磁場中での高い臨界電流密度が要求されるような用
途、例えば、高磁界NMRマグネット用導体としての応
用に適している。
The superconducting wire obtained by the method of the present invention is suitable for applications requiring a high critical current density in a magnetic field, for example, as a conductor for a high-field NMR magnet.

【0040】[0040]

【発明の効果】従来、いわゆる急熱急冷・変態法で得た
超電導線材表面への安定化材層の複合化は、その特殊な
製法による制約から困難であったが、本発明のNb3
l化合物系超電導線材の製造方法は、これをはじめて可
能にしたものであって、他の金属系超電導線材と比較す
ると高磁界において超電導特性、特に臨界電流密度に優
れる、急熱急冷・変態法で得た超電導線材の実用化に、
大きく道を開くものであって、その工業的意義は極めて
大である。
Effect of the Invention Conventionally, a composite of stabilizing material layer to obtain the superconducting wire surface in a so-called rapid heating and quenching-transformation method has been difficult from the restrictions imposed by its special production method, Nb 3 A of the present invention
The manufacturing method of l-compound superconducting wire is the first one that has made this possible.The superconducting properties in a high magnetic field, especially the critical current density, are superior to other metallic superconducting wires. For practical use of the obtained superconducting wire,
It opens the way greatly, and its industrial significance is extremely great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るNb3 Al化合物系超電導線材の
製造工程説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view of a manufacturing process of an Nb 3 Al compound-based superconducting wire according to the present invention.

【図2】本発明に係るNb3 Al化合物系超電導線材の
製造工程の詳細フローチャートである。
FIG. 2 is a detailed flowchart of a manufacturing process of the Nb 3 Al compound-based superconducting wire according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Nbシート 2 Alシート 3 Nb棒 4 Nb管 5 Cu管 6 六角断面線材 7 Nb管 8 Cu合金管 9 多芯ビレット 10 マルチ線材 11 安定化材層 Reference Signs List 1 Nb sheet 2 Al sheet 3 Nb rod 4 Nb tube 5 Cu tube 6 Hexagonal section wire 7 Nb tube 8 Cu alloy tube 9 Multifilament billet 10 Multi wire 11 Stabilizing material layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 廉 茨城県つくば市千現一丁目2番1号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 福富 勝夫 茨城県つくば市千現一丁目2番1号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 岩城 源三 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内 (72)発明者 中川 和彦 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内 Fターム(参考) 5G321 AA11 BA03 CA09 CA36 CA41 CA42 DC04 DC32 DC33 DC35 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Ryo Inoue 1-2-1, Sengen, Tsukuba, Ibaraki Pref., National Institute of Metals Science and Technology (72) Inventor Katsuo Fukutomi 1-2-1, Sengen, Tsukuba, Ibaraki No. 72, Metallurgical Materials Research Laboratory, Agency for Science and Technology (72) Inventor Genzo Iwaki, 3550 Kida Yomachi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Hitachi Cable, Ltd. F-term (reference) in Hitachi Cable, Ltd. System Materials Laboratory 5G321 AA11 BA03 CA09 CA36 CA41 CA42 DC04 DC32 DC33 DC35

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】NbまたはNb合金とAlまたはAl合金
からなる複合材を高融点金属またはその合金マトリック
スで囲繞したシングル線材を複数本組み合わせ、それら
の外周を高融点金属またはその合金からなるマトリック
スで囲繞したマルチ線材を、所定温度以上に通電加熱後
直ちに冷却してNb−Al過飽和固溶体を生成させ、次
いで再度熱処理することによりNb3 Al相を析出させ
る、Nb3 Al化合物系超電導線材の製造方法におい
て、前記マルチ線材の最外周に安定化材を複合化するに
際し、前記通電加熱後直ちに冷却した後もしくは再度加
熱処理後に、物理蒸着法により安定化材層を形成するこ
とを特徴とするNb3 Al化合物系超電導線材の製造方
法。
A composite material comprising Nb or a composite material comprising Nb alloy and Al or an Al alloy is surrounded by a high melting point metal or an alloy matrix thereof. A plurality of single wires are combined, and the outer periphery thereof is formed by a matrix comprising a high melting point metal or an alloy thereof. A method for producing an Nb 3 Al compound superconducting wire, in which an encircled multi-wire is cooled to a predetermined temperature or more and immediately cooled after heating to generate an Nb-Al supersaturated solid solution and then heat-treated again to precipitate an Nb 3 Al phase. in, upon complexing the stabilizing material on the outermost periphery of the multi-wire, after the energization heating immediately after cooled after or again heated, and forming a stabilizing material layer by a physical vapor deposition Nb 3 A method for producing an Al compound superconducting wire.
【請求項2】前記安定化材層が、銅、銅合金、銀または
銀合金のいずれか1つからなり、前記物理蒸着法がイオ
ンプレーティング法であることを特徴とする請求項1に
記載のNb3 Al化合物系超電導線材の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the stabilizing material layer is made of any one of copper, copper alloy, silver and silver alloy, and the physical vapor deposition method is an ion plating method. Production method of Nb 3 Al compound based superconducting wire.
【請求項3】前記物理蒸着法による第1の安定化材層を
下地層として、さらにその外周に第2の安定化材層を形
成することを特徴とする請求項1または2に記載のNb
3 Al化合物系超電導線材の製造方法。
3. The Nb according to claim 1, wherein a first stabilizing material layer formed by the physical vapor deposition method is used as a base layer, and a second stabilizing material layer is further formed around the first stabilizing material layer.
3 A method for producing an Al compound superconducting wire.
【請求項4】NbまたはNb合金とAlまたはAl合金
からなる複合材を高融点金属またはその合金マトリック
スで囲繞したシングル線材を複数本組み合わせ、それら
の外周を高融点金属またはその合金マトリックスで囲繞
したマルチ構造の線材を、1,500℃以上まで通電加
熱した後直ちに冷却することで得られる線材を、さらに
600〜1,050℃の温度で加熱することによりNb
3 Al化合物を生成する、Nb3 Al化合物系超電導線
材の製造方法において、前記マルチ線材の最外周に安定
化材を複合化するに際し、前記通電加熱後直ちに冷却し
た後もしくは追加熱処理後に、物理蒸着法により安定化
材層を形成することを特徴とするNb3Al化合物系超
電導線材の製造方法。
4. A plurality of single wires each comprising Nb or a composite material composed of Nb alloy and Al or Al alloy surrounded by a high melting point metal or its alloy matrix, and the outer periphery thereof is surrounded by a high melting point metal or its alloy matrix. The multi-structured wire is heated by heating to 1500 ° C. or more and then immediately cooled, and the wire obtained is further heated at a temperature of 600 to 1,050 ° C. to obtain Nb.
In the method for producing a Nb 3 Al compound-based superconducting wire that produces a 3Al compound, when the stabilizing material is compounded on the outermost periphery of the multi-wire, after cooling immediately after the electric heating or after additional heat treatment, physical vapor deposition is performed. A method for producing an Nb 3 Al compound-based superconducting wire, comprising forming a stabilizing material layer by a method.
【請求項5】前記安定化材層が、銅、銅合金、銀または
銀合金のいずれか1つからなり、前記物理蒸着法がイオ
ンプレーティング法であることを特徴とする請求項4に
記載のNb3 Al化合物系超電導線材の製造方法。
5. The method according to claim 4, wherein the stabilizing material layer is made of any one of copper, copper alloy, silver and silver alloy, and the physical vapor deposition method is an ion plating method. Production method of Nb 3 Al compound based superconducting wire.
【請求項6】前記物理蒸着法による第1の安定化材層を
下地層として、さらにその外周に第2の安定化材層を形
成することを特徴とする請求項4または5に記載のNb
3 Al化合物系超電導線材の製造方法。
6. The Nb according to claim 4, wherein a first stabilizing material layer formed by the physical vapor deposition method is used as an underlayer, and a second stabilizing material layer is further formed around the first stabilizing material layer.
3 A method for producing an Al compound superconducting wire.
【請求項7】前記物理蒸着法による安定化材層の厚さが
0.1μm以上である請求項5または6に記載のNb3
Al化合物系超電導線材の製造方法。
7. The Nb 3 according to claim 5, wherein the thickness of the stabilizing material layer by the physical vapor deposition method is 0.1 μm or more.
A method for producing an Al compound superconducting wire.
【請求項8】請求項1ないし7のいずれかの製造方法に
より得られるNb3 Al化合物系超電導線材。
8. An Nb 3 Al compound-based superconducting wire obtained by the method according to claim 1.
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