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Nb3(Al,Ge)またはNb3(Al,Si)極細多芯超伝導線の製造方法

国内特許コード P020000044
掲載日 2003年5月27日
出願番号 特願2000-167971
公開番号 特開2001-052546
登録番号 特許第3516060号
出願日 平成12年6月5日(2000.6.5)
公開日 平成13年2月23日(2001.2.23)
登録日 平成16年1月30日(2004.1.30)
発明者
  • 菊池 章弘
  • 飯嶋 安男
  • 井上 廉
出願人
  • 独立行政法人物質・材料研究機構
発明の名称 Nb3(Al,Ge)またはNb3(Al,Si)極細多芯超伝導線の製造方法
発明の概要 Nb3Al極細多芯線にGeまたはSiを添加して、臨界電流密度の高い、Nb3(Al,Ge)またはNb3(Al,Si)極細多芯超伝導線を製造する方法に関する発明である。この方法では、厚さ1μm 以下のAl-(2 -30)at%Ge合金がNb母材中に体積率1:2.5-1:3.5 で均質に複合された複合芯材を、数十-数百万本、Nb等のチューブ状マトリックス材に埋め込んで極細多芯構造複合線を作製し、この複合線を2秒以内に1700℃以上の温度まで加熱し、温室付近の溶融金属中に導き冷却する急熱・急冷処理により、結晶秩序度の低いA15相化合物フィラメントを複合線中に形成し、この状態で、この複合線上に超伝導安定化材としてのCuを被覆し、次いで650-900℃揮ごうの追加熱処理でA15相化合物であるNb3(Al,Ge)の結晶秩序度を回復させる。
従来技術、競合技術の概要 アーク溶解で作製されたNb3(Al,Ge)またはNb3(Al,Si)の超伝導臨界温度Tcおよび超伝導臨界磁場Hc2 は、Nb3Alよりずっと高くなることは以前から知られていた。現在、金属系超伝導材料を使った発生磁場記録は21.7Tであり、Nb3Al線材が実用化しても、発生磁場の上限は23.5T程度と考えられる。
酸化物系超伝導線材は、より強磁場の発生が可能であるが、線材製造コストが金属系超伝導線材の百倍程度大きいのが問題である。
ところで、NbマトリックスとAl-Ge合金芯からなる極細多芯複合線を作製し、通電加熱で2000℃近くの温度まで急熱し、次いで液体金属中に連続的に導き急冷する急熱・急冷処理を施すと、Al中のGeの添加量が2%以下と少ない場合、過飽和固溶体が生成され、追加析出熱処理により、大きいJcが得られるが、TcやHc2の顕著な増加は見られない。
一方、Geの添加量が多くなると、過飽和固溶体は不安定になり、超急冷条件下のみで過飽和固溶体は形成される。しかし、連続的な超急冷は工業的に極めて実現が難しいため、実用化の目途が立たない。
産業上の利用分野 GeまたはSiが添加されるNb/Al合金製極細多芯超伝導線の製造方法
高臨界電流密度Jcを実現することにより、従来困難とされていた25-27Tの超強磁場の発生
核融合炉マグネット、電磁推進船、1.1GHzNMRスペクトロメータ等への応用
特許請求の範囲 【請求項1】 厚さ1μm 以下のAl-(2 ~30)at%Ge合金がNb母材中に体積率1:2.5 ~1:3.5 で均質に複合された複合芯材を作製し、この複合芯材の多数本をNb含有の筒状のマトリックス材に埋め込んで極細多芯構造複合線を作製し、この極細多芯構造複合線を2 秒以内で1700℃以上の温度まで加熱し、次いで溶融金属中に導き冷却する急熱・急冷処理により、極細多芯構造複合線中に結晶秩序度の低いA15 相化合物フィラメントを形成し、この状態で、この極細多芯構造複合線上に超伝導安定化材としてのCuを被覆し、次いで650 ~900 ℃で追加熱処理を行うことによりA15 相化合物のNb3(Al,Ge)の結晶秩序度を回復させることを特徴とするNb3(Al,Ge)極細多芯超伝導線の製造方法。
【請求項2】 請求項1において、出発材であるAl-(2 ~30)at%Ge合金に代えて、Al-(2 ~20)at%Si合金を使い、同一の工程で作製することを特徴とするNb3(Al,Si)極細多芯超伝導線の製造方法。
【請求項3】 請求項1または2において、製造工程中、追加熱処理の前段で行われる安定化のためのCu被覆に代えて、追加熱処理の後に安定化のためのCu被覆を行うことを特徴とするNb3(Al,Ge)またはNb3(Al,Si)極細多芯超伝導線の製造方法。
【請求項4】 請求項1または2において、製造工程中、Cuをあらかじめ拡散バリアー材で周囲を囲んだ状態でマトリックス材中に組み込み、伸線加工を行って極細多芯構造複合線を作製し、この極細多芯構造複合線を急熱・急冷処理をすることを特徴とするNb3(Al,Ge)またはNb3(Al,Si)極細多芯超伝導線の製造方法。
【請求項5】 請求項1、2、3、または4において、製造工程中の出発材であるAl-(2 ~30)at%Ge合金またはAl-(2 ~20)at%Si合金に代えて、Al-(2 ~30)at%Ge-(0 ~7)at%X合金またはAl-(2 ~20)at%Si-(0 ~7)at%X合金( ただしX は、Mg、Zn、Li、Ag、Cu、B の中から選択される1 種類以上) を使用することを特徴とするNb3(Al,Ge)または Nb3(Al,Si) 極細多芯超伝導線の製造方法。
産業区分
  • 電線ケーブル
  • 冶金、熱処理
  • 合金
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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