JP2014072039A - Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体およびＮｂ３Ｓｎ超電導線材 - Google Patents

Abstract

【課題】分散Ｓｎ法を採用することによって増加させるＮｂ₃Ｓｎ相に十分なＴｉ量を供給することができると共に、加工中の断線を引き起こすことがなく、高磁場領域であっても良好な超電導特性を発揮することができるようなＮｂ₃Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体を提供する。
【解決手段】本発明のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体は、外周に安定化銅層を設けた筒状拡散バリア層を有し、該筒状拡散バリア層内に線材群が挿入された複合管を線材化して得られる前駆体であって、前記線材群は、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯が、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＳｎ芯線と、複数の線状Ｎｂ材が、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＮｂ多芯線とを有し、前記線状Ｎｂ材は、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるＮｂ芯の外周に、Ｔｉ若しくはＴｉ基合金からなる中間層と、更にその外周のＮｂ若しくはＮｂ基合金からなる外周層とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材を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、殊に超電導マグネットの素材として有用なＮｂ₃Ｓｎ超電導線材およびその前駆体に関するものである。

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がある。特に、ＮＭＲ分析装置に用いられる超電導マグネット（以下、「ＮＭＲマグネット」で代表することがある）に関しては、ＮＭＲ信号の分解能向上とデータ習得の短時間化の要求から、高磁場化・コンパクト化が求められている。

ＮＭＲマグネットの高磁場化・コンパクト化に対しては、そのマグネットに使用される超電導線材の高性能化が必須となるのであるが、従来からＮＭＲマグネットの最内層側コイル用線材として用いられてきたブロンズ法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材の特性を凌駕するような新たな超電導線材の開発が求められている。

上記のブロンズ法では、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複合線材とし、この複合線材を、押出し若しくは伸線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Ｎｂ基フィラメントとし、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なし、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化合物相（Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相）を生成する方法である。

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Ｎｂ_３Ｓｎ化合物相の厚さが薄く、また結晶性が劣化してしまい、高い臨界電流密度Ｊｃが得られないという欠点がある。ＮＭＲマグネットは、線材の臨界電流密度Ｊｃが高いほど、ＮＭＲマグネットをコンパクトにできることになる。

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、粉末のＳｎやＳｎ基合金を使用した粉末法や、内部拡散法も知られている。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化合物相が生成可能であるため、高い臨界電流密度Ｊｃが得られることが期待されている。また上記ブロンズ法による超電導線材では、Ｃｕ−Ｓｎ合金が冷間加工中に加工硬化を起こすため多数回の焼鈍（歪取り焼鈍）が必要となるが、特に内部拡散法ではＣｕ，Ｎｂ，Ｓｎ等の加工性に優れる材料によって前駆体（超電導線材製造用前駆体）が構成されるので、加工途中に焼鈍をする必要がなく、前駆体の製作時間の短縮化が実現できるという利点もある。

内部拡散法（「内部Ｓｎ法」とも呼ばれる）では、図１（内部拡散法Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体の基本構成の模式図）に示すように、Ｃｕ若しくは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若しくはＳｎ基合金からなる芯材（以下、「Ｓｎ芯材」と呼ぶことがある）３を埋設すると共に、Ｓｎ芯材３の周囲のＣｕマトリクス４中に、複数のＮｂ若しくはＮｂ基合金からなる芯材（以下、「Ｎｂ芯材」と呼ぶことがある）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とし、これを伸線加工した後、熱処理（拡散熱処理）によってＳｎ芯材３中のＳｎを拡散させ、Ｎｂ芯材２と反応させることによって線材中にＮｂ₃Ｓｎ化合物相を生成させる方法である。

また上記のような前駆体においては、図２に示すように、前記Ｎｂ芯材２とＳｎ芯材３が配置された部分と、その外部の安定化銅層４ａの間に拡散バリア層６を配置した構成を採用することがある。この拡散バリア層６は、全体形状が筒状（筒状拡散バリア層）であり、例えばＮｂ層またはＴａ層（各合金層も含む）、或いはＮｂ層とＴａ層の２層からなり、拡散熱処理の際にＳｎ芯材３中のＳｎが外部に拡散してしまうことを防止し、超電導線材内でのＮｂ芯材付近のＳｎの濃度を高める作用を発揮するものである。

内部拡散法によってＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する上で、良好な超電導特性（特に、高い臨界電流密度Ｊｃ）を発揮する前駆体の構成について様々提案されている。こうした技術としては、例えば図３に示すように、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金芯（図１、２に示したＮｂ芯材２）がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＮｂ多芯線７と、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯（図１、２に示したＳｎ芯材３）がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設された複数のＳｎ芯線８によって線材群とし、この線材群において、Ｓｎ芯線８の周囲を、Ｎｂ多芯線７が取り囲むように分散して配置したものである（前駆体１０）。

こうした構成では、Ｎｂ多芯線７とＳｎ芯線８は、お互いが接するように配置されることになる。尚、図３に示した構成においても、筒状拡散バリア層６や安定化銅層４ａ等も配置されることになる。以下では、図３に示した前駆体の構成を「分散Ｓｎ法超電導線材前駆体」と呼ぶことがある。こうした分散Ｓｎ法超電導線材前駆体では、前記図１、２に示した前駆体と比べて、超電導特性を更に高めることができるものとなる。

図４は、上記分散Ｓｎ法超電導線材前駆体の構成要素となるＮｂ多芯線７の詳細な構成を模式的に示す断面図である。このＮｂ多芯線７では、線状のＮｂ若しくはＮｂ基合金材（Ｎｂ芯材２）を、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプに挿入し、押出し加工、伸線加工（例えば、ドローベンチ伸線）、圧延加工等の減面加工を施して断面形状が六角形に形成された複合体（Ｎｂ単芯線）とし、これを複数（図４では３７本）束ねてＣｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプ９内に挿入し［図４（ａ）］、更に押出しや伸線加工等の減面加工を施して断面形状が六角形に形成されることになる［図４（ｂ）：Ｎｂ多芯線７］。尚、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプ９は、減面加工後にＣｕマトリクス４を形成するものである（図５に示すＳｎ芯線８においても同じ）。

図５は、上記分散Ｓｎ法超電導線材前駆体の構成要素となるＳｎ芯線８の詳細な構成を模式的に示す断面図である。このＳｎ芯線８では、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯（Ｓｎ芯材３）を、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプ９に挿入し［図５（ａ）］、押出しや伸線加工等の減面加工を施して断面形状が六角形に形成されることになる［図５（ｂ）：Ｓｎ芯線８］。

従来の分散Ｓｎ法超電導線材前駆体（前記図３）では、図４、５に示したＮｂ多芯線７とＳｎ芯線８とを互いに接するように配置して構成される。そしてＮｂ多芯線７とＳｎ芯線８はその断面形状が六角形の状態［図４（ｂ）、図５（ｂ）］で組み合わされるのが一般的であるが、図４（ａ）、図５（ａ）に示した段階から適度な減面加工を施して断面形状が円形の段階のままで組み合わされることもある。

こうした前駆体に対して熱処理（拡散熱処理）を施し、Ｎｂ多芯線７中のＮｂ若しくはＮｂ基合金芯（Ｎｂ芯材２）と、Ｓｎ芯線８材中のＳｎ若しくはＳｎ基合金芯（Ｓｎ芯材３）とを拡散反応させることによってＮｂ₃Ｓｎ超電導相を生成させて超電導線材とするものである。こうした分散Ｓｎ法超電導線材前駆体で作製される超電導線材では、前駆体の段階でＮｂ多芯線７同士が全体で網目状に接触したものとなっていることを反映して、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相も網目状に形成されることになる。

このような技術に関して、これまでにも様々提案されており、その基本的な思想は、ＮｂとＳｎの存在比率の適性化によって、分散Ｓｎ法超電導線材の特性を向上するものである。こうした技術として例えば特許文献１には、各モジュール（図４、５に示したＮｂ多芯線７およびＳｎ芯線８に相当）の本数の適正化や、Ｓｎ芯線へのＩｎ添加で健全加工性を得ることが示されている。一方、特許文献２には、前駆体中のＳｎモル数とＮｂモル数の比率を規定することによって臨界電流密度Ｊｃの向上を図ることが示されている。

特開２００６−４６８４号公報 特開２０１１−１５０８５７号公報

分散Ｓｎ法超電導線材前駆体の特徴は、Ｎｂ₃Ｓｎ量が従来法であるブロンズ法で製造されたＮｂ₃Ｓｎ超電導線材に比べて格段に多いことである。また、Ｎｂ₃Ｓｎ量の多さを最も活用できる外部磁場領域は、１７Ｔ（テスラ）以上のいわゆる高磁場領域である。

しかしながら、高磁場領域での超電導特性という観点から、これまで提案されている技術を検討すると、上記した従来技術では対応不可能である。例えば、特許文献２では、Ｎｂ₃Ｓｎ量を増大させることを目的としているが、性能評価を行っているのは１２Ｔの外部磁場領域である。

高磁場領域での特性改善については、Ｎｂ₃Ｓｎ相への第３元素の添加（ＴｉやＴａ）等が有効であることは知られる。例えば、上記特許文献２では、第３元素としてＳｎ芯に２質量％程度のＴｉを添加し、これを熱処理によって拡散させることで、Ｎｂ₃Ｓｎ相にＴｉを導入している。しかしながら、Ｓｎ芯にＴｉを添加する方法では、図３に示した前駆体を構成する方法（この方法を「分散Ｓｎ法」と呼ぶことがある）を採用することによって増加させるＮｂ₃Ｓｎ相に十分なＴｉ量を供給することができず、特に１８Ｔ以上の高磁場領域では高い臨界電流密度Ｊｃを発揮させることができないのが実状である。

その一方で、Ｎｂ₃Ｓｎ量の増加に合わせてＳｎ芯へのＴｉ添加量を増やすと、Ｓｎ芯に含まれる硬いＳｎ−Ｔｉ化合物が大量に存在してしまうため、加工中の断線を引き起こすという問題が発生する。

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、分散Ｓｎ法を採用することによって増加させるＮｂ₃Ｓｎ相に十分なＴｉ量を供給することができると共に、加工中の断線を引き起こすことがなく、高磁場領域であっても良好な超電導特性を発揮することができるようなＮｂ₃Ｓｎ超電導線材およびそのための前駆体を提供することにある。

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前駆体において、外周に安定化銅層を設けた筒状拡散バリア層を有し、該筒状拡散バリア層内に線材群が挿入された複合管を線材化して得られる前駆体であって、
前記線材群は、
Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＳｎ芯線と、
複数の線状Ｎｂ材が、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＮｂ多芯線とを有し、
前記線状Ｎｂ材は、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるＮｂ芯と、該Ｎｂ芯の外側に形成されたＴｉ若しくはＴｉ基合金からなる中間層と、更にその外周のＮｂ若しくはＮｂ基合金からなる外周層とを有するものであることを特徴とする。

本発明の超電導線材製造用前駆体においては、前記線状Ｎｂ材は、Ｔｉの原子数濃度（線状Ｎｂ材に占める割合）が２〜６原子％であることが好ましい。

また線状Ｎｂ材のより具体的な構成としては、（ａ）中間層が、Ｎｂ芯の外周をＴｉ若しくはＴｉ基合金からなるシートで巻き重ねて形成されると共に、前記外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるシートで巻き重ねて形成されるもの、（ｂ）中間層が、Ｎｂ芯の外周にＴｉ若しくはＴｉ基合金からなる筒状部材を配置して形成されると共に、前記外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるシートで巻き重ねて形成されるもの、（ｃ）中間層が、Ｎｂ芯の外周にＴｉ若しくはＴｉ基合金からなる筒状部材を配置して形成されると共に、前記外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる筒状部材を配置して形成されるもの、等が挙げられる。

上記のような超電導線材製造用前駆体を熱処理することによって、Ｎｂ₃Ｓｎ超電導相を生成させたＮｂ₃Ｓｎ超電導線材が得られ、こうしたＮｂ₃Ｓｎ超電導線材では希望する特性（高外部磁場での高い臨界電流値）を発揮するものとなる。

本発明の超電導線材製造用前駆体では、分散Ｓｎ法超電導線材製造用前駆体における線材群のうち、複数の線状Ｎｂ材がＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＮｂ多芯線において、このＮｂ多芯線を構成する線状Ｎｂ材を、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるＮｂ芯の外周に、Ｔｉ若しくはＴｉ基合金からなる中間層と、更にその外周のＮｂ若しくはＮｂ基合金からなる外周層とを有するものとしたので、加工中の断線を引き起こす化合物を形成することもなく、高磁場領域であっても良好な超電導特性を発揮することができるＮｂ₃Ｓｎ超電導線材が実現できる。

内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体の基本構成例を模式的に示した断面図である。 内部拡散法に適用される超電導線材製造用前駆体の他の構成例を模式的に示した断面図である。 従来技術における超電導線材製造用前駆体（分散Ｓｎ法超電導線材前駆体）の構成例を模式的に示した断面図である。 分散Ｓｎ法超電導線材前駆体の構成要素となるＮｂ多芯線の詳細な構成を模式的に示す断面図である。 分散Ｓｎ法超電導線材前駆体の構成要素となるＳｎ芯線の詳細な構成を模式的に示す断面図である。 本発明で用いる線状Ｎｂ材の構成例を模式的に示す断面図である。 実施例における各試験（試験Ｎｏ．１〜７）での外部磁場と臨界電流との関係を示すグラフである。 外部磁場が１８．０Ｔ、１８．５ＴのときのＴｉ濃度と臨界電流との関係を示すグラフである。

良好な超電導特性を発揮する超電導線材を分散Ｓｎ法によって製造するための前駆体（分散Ｓｎ法超電導線材前駆体）の構成について、様々な角度から検討した。その結果、分散Ｓｎ法超電導線材前駆体の構成モジュールの１つであるＮｂ多芯線内にＴｉを第３元素として存在する構成とすれば、上記目的に適う前駆体が実現できることを見出し、本発明を完成した。

ブロンズ法によって製造される超電導線材においても、Ｎｂフィラメントの代わりにＮｂ−Ｔａ合金フィラメントを用いる例もあるが、このようなＮｂ−Ｔａ合金を作製することは、それぞれの金属の融点が非常に高いことなどから均一材料を得るためのコストが増大し、超電導線材自体が高価なものとなる。これに対し、本発明の前駆体では、Ｎｂに添加するＴｉまたはＴｉ合金を単独の状態で線材内に配置する構成を採用する。

本発明の構成を採用することによって、コスト増分を極小化することができるものとなる。具体的には、Ｎｂ多芯線を製造する際に使用する線状Ｎｂ材について、Ｎｂ若しくはＮｂ合金からなるＮｂ芯の外周に、Ｔｉ若しくはＴｉ合金からなる中間層と、更にその外周のＮｂ若しくはＮｂ基合金からなる外周層を有する構造にする方法である。このような構造にすることで、健全加工と高磁場特性を得ることが可能である。

本発明の線状Ｎｂ材において、Ｎｂ芯／中間層（Ｔｉ層）／外周層（Ｎｂ層）という３層構造にする理由は以下の通りである。外周層のＮｂ層を配置しない場合には、Ｎｂ多芯線の外側に配置されるＣｕと中間層とが直接接触することになり、加工途中に加えられる熱（加工発熱や熱間加工など）によって硬いＣｕ−Ｔｉ化合物が生成することになる。このＣｕ−Ｔｉ化合物は、周囲が減面加工される際にも変形せずに線材内に残存するため、線材外径が小さくなってくると相対的なサイズが大きくなり、断線を招くことになる。その一方で、ＴｉはＮｂとは加工中の温度ではあまり反応せず、仮にＮｂと反応してもＮｂＴｉ合金という加工性の良い状態となるために、断線などの問題は発生しない。

上記の通り、線状Ｎｂ材内にＴｉを配置することで、高磁場特性を改善のための元素添加が可能であるが、このＴｉについても適切な量がある。このＴｉの適切な量に関しては、種々実験の結果、原子数濃度（線状Ｎｂ材に占める割合）で２〜６原子％とすることが好ましい。このような量とすることで、外部磁場が１８．０Ｔ以上の高磁場を中心に高い臨界電流密度Ｊｃを得ることができる（実施例参照のこと）。このＴｉ濃度は、より好ましくは２．２原子％以上、５原子％以下である。

本発明の構成について、図面に基づいて説明する。図６は、本発明で用いる線状Ｎｂ材の構成例を模式的に示す断面図である。本発明で用いる線状Ｎｂ材１１は、Ｎｂ若しくはＮｂ合金からなるＮｂ芯２ａの外周に、Ｔｉ若しくはＴｉ合金からなる中間層１５と、更にその外周のＮｂ若しくはＮｂ基合金からなる外周層１６を有するものであり、この線状Ｎｂ材１１が従来技術（図４）で示したＮｂ芯材２の代りに配置されるものである。線状Ｎｂ材１１は、その外側（即ち、外周層の外側）にＣｕ層が配置され、押出し加工・伸線加工・圧延加工等の減面加工によって断面形状が六角形に成形された後、複数束ねられてＣｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されてＮｂ多芯線（図４に示した７に相当）が構成されることになる。尚、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設される際にも、押出し加工・伸線加工・圧延加工等の減面加工によって断面形状が六角形（六角断面形状）に成形される。

本発明の線状Ｎｂ材のより具体的な構成としては、（ａ）中間層が、Ｎｂ芯２ａの外周をＴｉ若しくはＴｉ基合金からなるシートで巻き重ねて形成されると共に、前記外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるシートで巻き重ねて形成されるもの、（ｂ）中間層が、Ｎｂ芯２ａの外周にＴｉ若しくはＴｉ基合金からなる筒状部材を配置して形成されると共に、前記外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるシートで巻き重ねて形成されるもの、（ｃ）中間層が、Ｎｂ芯２ａの外周にＴｉ若しくはＴｉ基合金からなる筒状部材を配置して形成されると共に、外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる筒状部材を配置して形成されるもの、等様々な形態が挙げられ、そのいずれの構成をも採用できる。

上記のような線状Ｎｂ材１１を用いてＮｂ多芯線を構成し、このＮｂ多芯線と、図５に示したようなＳｎ芯線８とを、互いに接するように配置して、本発明の前駆体（分散Ｓｎ法超電導線材製造用前駆体）が構成される。

本発明の前駆体においても、従来と同様に拡散バリア層６や安定化銅層４ａが配置されることになる。例えば、拡散バリア層６は、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる層および／またはＴａ若しくはＴａ基合金からなる層（Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる層またはＴａ若しくはＴａ基合金からなる層の単層、或いはこれらの複層）で構成することができる。

本発明においては、上記のような前駆体を用い、ブロンズ化熱処理を含めた拡散熱処理（通常２００℃以上、８００℃未満程度）することによって、良好な超電導特性（臨界電流密度Ｊｃ）を発揮するＮｂ₃Ｓｎ超電導線材を得ることができる。具体的には、１８０〜６００℃の温度範囲でブロンズ化熱処理（ＳｎをＣｕに拡散させる）を行なった後に、６５０〜７５０℃の温度範囲で１００〜３００時間程度のＮｂ₃Ｓｎを生成させる熱処理を行なう。尚、ブロンズ化熱処理としては、１８０〜２００℃で５０時間程度、３４０℃前後で５０時間程度、５５０℃前後で５０〜１００時間等の多段階の熱処理の組合せにすることもできる。

本発明の前駆体は、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金、Ｔｉ若しくはＴｉ基合金、Ｓｎ若しくはＳｎ基合金等を構成素材として構成されるものであるが、Ｃｕマトリクスの素材として用いるＣｕ基合金としては、ＣｕにＣｒやＡｌ₂Ｏ₃等を含有（１質量％程度まで）させたものを用いることができる。また用いるＮｂ基合金としては、Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ等の添加元素を８質量％程度まで含有させたものを用いることができる。更に、Ｓｎ基合金としては、Ｔｉ，Ｔａ等の添加元素を、加工性を阻害しない程度（３質量％以下）でＳｎに含有させたものを使用することができる。尚、本発明の線状Ｎｂ材の中間層として、Ｔｉ基合金を用いた場合、或いは用いるＮｂ基合金としてＴｉを含有するものを用いた場合には、前述したＴｉ濃度は、これらの含有量も考慮することになる。

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。

Ｎｂ棒（外径：２６．５ｍｍ）の外周にＴｉシートを各種厚さ（中間層厚さ：Ｘｍｍ）巻きつけ、その外側にＮｂシートを巻きつけて外径：２９ｍｍとしたものを、Ｃｕ製パイプ（外径：３２．８ｍｍ、内径：２９.５ｍｍ）内に挿入した後、伸線加工により対辺長４ｍｍの六角断面形状のＮｂ単芯線を作製した。これを矯正・切断し、３７本束ねて、Ｃｕ製パイプ（外径：３２．０ｍｍ、内径：２９.０ｍｍ）内に挿入し、伸線加工により対辺長２ｍｍの六角断面形状のＮｂ多芯線を製作し、矯正・切断した。

次に、Ｃｕ製パイプ（外径：２４．０ｍｍ、内径：２１.０ｍｍ）内に、Ｓｎ−２質量％Ｔｉ芯（外径：２０．５ｍｍ）を挿入して伸線加工し、対辺長２ｍｍの六角断面形状のＳｎ芯線を作製し、矯正・切断した。

上記で作製したＮｂ多芯線１８０本と、Ｓｎ芯線７３本を束ね、相互に接触するように線材群とした。Ｃｕ製パイプ（外径：４４．０ｍｍ、内径：３８.０ｍｍ）内に厚さ０．６ｍｍのＮｂ拡散バリア層を配置したものに、上記の線材群を挿入した後、外径を１ｍｍまで伸線加工して前駆体とした。

得られた前駆体に対して熱処理（５００℃で１００時間）を行い、Ｓｎ芯線中のＳｎをＣｕ中に拡散させた後に、７００℃で１００時間のＮｂ₃Ｓｎ生成熱処理を実施し、超電導線材とした。熱処理後の超電導線材は、液体ヘリウム中（温度：４．２Ｋ）に浸漬した状態で外部磁場１７．０Ｔ、１８．０Ｔ、１８．５Ｔの下で試料（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た。得られた特性から０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を測定した。その結果を、Ｔｉ層厚さ（中間層厚さ）Ｘ、Ｔｉ濃度（Ｎｂ材に占めるＴｉ濃度）と共に、下記表１に示す（試験Ｎｏ．１〜７）。

上記データに基づき、各試験（試験Ｎｏ．１〜７）での外部磁場と臨界電流との関係を図７に、外部磁場が１８．０Ｔ、１８．５ＴのときのＴｉ濃度と臨界電流との関係を図８に、それぞれ示す。

この結果から明らかなように、Ｎｂ多芯線中にＴｉが含有するように構成することによって、高い臨界電流値が得られることが分かる。特に、Ｔｉ濃度が２〜６原子％のものでは（試験Ｎｏ．１〜４）、高い臨界電流が得られていることが分かる。

１，１０ 超電導線材製造用前駆体
２ａ Ｎｂ芯
２ Ｎｂ若しくはＮｂ基合金芯材（Ｎｂ芯材）
３ Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯材（Ｓｎ芯材）
４ Ｃｕマトリクス
４ａ 安定化銅層
６ 拡散バリア層（筒状拡散バリア層）
７ Ｎｂ多芯線
８ Ｓｎ芯線
９ Ｃｕ若しくはＣｕ基合金からなるパイプ
１１ 線状Ｎｂ材
１５ 中間層
１６ 外周層

Claims (6)

1. Ｎｂ₃Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いる前駆体において、外周に安定化銅層を設けた筒状拡散バリア層を有し、該筒状拡散バリア層内に線材群が挿入された複合管を線材化して得られる前駆体であって、
   前記線材群は、
   Ｓｎ若しくはＳｎ基合金芯が、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＳｎ芯線と、
   複数の線状Ｎｂ材が、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金マトリクスに埋設されたＮｂ多芯線とを有し、
   前記線状Ｎｂ材は、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるＮｂ芯と、該Ｎｂ芯の外側に形成されたＴｉ若しくはＴｉ基合金の中間層と、更にその外側に形成されたＮｂ若しくはＮｂ基合金の外周層とを有するものであることを特徴とするＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
2. 前記線状Ｎｂ材は、Ｔｉの原子数濃度が２〜６原子％である請求項１に記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体。
3. 前記線状Ｎｂ材は、前記中間層が、Ｎｂ芯の外周をＴｉ若しくはＴｉ基合金からなるシートで巻き重ねて形成されると共に、前記外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるシートで巻き重ねて形成され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。
4. 前記線状Ｎｂ材は、前記中間層が、Ｎｂ芯の外周にＴｉ若しくはＴｉ基合金からなる筒状部材を配置して形成されると共に、前記外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなるシートで巻き重ねて形成され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。
5. 前記線状Ｎｂ材は、前記中間層が、Ｎｂ芯の外周にＴｉ若しくはＴｉ基合金からなる筒状部材を配置して形成されると共に、前記外周層が、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金からなる筒状部材を配置して形成され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。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のＮｂ₃Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を、熱処理することによってＮｂ₃Ｓｎ超電導相を生成させたものであることを特徴とするＮｂ₃Ｓｎ超電導線材。

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