(57)【要約】      （修正有）【課題】線材断面内のＮｂ３Ｓｎ量を最大化し、安定化層のＣｕの純度低下を抑制するＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体を提供する。【解決手段】シングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体１０は、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＮｂまたはＮｂ合金を埋設したＮｂ単芯線からなるＮｂモジュール１複数本、若くはＮｂ単芯線を複数本束ねてさらにＣｕ又はＣｕ合金マトリクス中に埋設したＮｂ多芯線からなるＮｂモジュール複数本と、Ｃｕ又はＣｕ合金マトリクス中に純Ｓｎ又はＳｎ合金を埋設した、単一又は複数本のＳｎモジュール２とを束ねた多芯線と、前記多芯線の外側に配置されるＳｎ拡散障壁層と、さらにＳｎ拡散障壁層の外側に配置される安定化のためのＣｕ層とを有する。Ｓｎ拡散障壁層がＮｂ又はＮｂ合金からなるＮｂバリア層３とＴａ又はＴａ合金からなるＴａバリア層４の２層構造であり、かつ、Ｔａバリア層をＮｂバリア層の外側に配置する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散スズ法又は内部スズ法によるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体であって、
ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＮｂまたはＮｂ合金を埋設したＮｂ単芯線からなるＮｂモジュール複数本、もしくは、Ｎｂ単芯線を複数本束ねてさらにＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に埋設したＮｂ多芯線からなるＮｂモジュール複数本と、
ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＳｎまたはＳｎ合金を埋設した、単一又は複数本のＳｎモジュールとを束ねた多芯線と、
前記多芯線の外側に配置されるＳｎ拡散障壁層と、
さらに前記Ｓｎ拡散障壁層の外側に配置される安定化のためのＣｕ層とを有し、
前記Ｓｎ拡散障壁層がＮｂまたはＮｂ合金からなるＮｂバリア層とＴａまたはＴａ合金からなるＴａバリア層の２層構造であり、かつ、前記Ｔａバリア層が前記Ｎｂバリア層の外側に配置されていることを特徴とする、シングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体。
【請求項２】
請求項１記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体をサブエレメントとする、分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体。
【請求項３】
請求項１又は２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生成されるＮｂ３Ｓｎ相を有することを特徴とする、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材。
【請求項４】
前記Ｓｎ拡散障壁層が熱処理によって、内側から、
Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｎｂ合金層、Ｎｂ層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる５層構造、
Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｎｂ合金層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる４層構造、及び、
Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる３層構造、から選択される少なくとも一つの層構造を有する層となっている、請求項３に記載のＮｂ３Ｓｎ超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散スズまたは内部スズ法でＮｂ３Ｓｎ超電導線材を製造する際に用いるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）、核融合、加速器など、超電導線材を用いる分野では装置のコンパクト化が求められており、使用する線材の高性能化が必要となっている。こういった装置では、線材の臨界電流密度Ｊｃが高いほど、コンパクトにできる。しかし、従来用いられてきたブロンズ法線材では、要求されているコンパクト化を実現できるほどの高い臨界電流密度Ｊｃが得られないという欠点がある。
【０００３】
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、ブロンズ法より高い臨界電流密度Ｊｃが得られると考えられている。また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。
【０００４】
中でも、分散スズ法及び内部スズ法によって得られる超電導線材は高い性能を示すことが期待されている。これは線材断面内に存在するＮｂ３Ｓｎ相の量を増加させることができるためである。このＮｂ３Ｓｎ量の増加により、広く用いられているブロンズ法Ｎｂ３Ｓｎ線材に比べて１．５倍以上の高い臨界電流密度特性を示す。
【０００５】
このような分散スズ法及び内部スズ法線材において高い臨界電流密度を得るには、線材断面内でのＮｂ３Ｓｎ生成量を最大化することが重要であり、ＮｂとＳｎの反応を線材断面内で均一化することが必要である。
【０００６】
これまでに報告されている技術では、線材断面内でのＮｂ３Ｓｎ生成量を最大化するために、Ｓｎ拡散障壁層であるＮｂもしくはＮｂ合金で形成されたバリア層の一部へＳｎを拡散し、Ｎｂ３Ｓｎを形成することが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５２４２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、Ｎｂバリア層へＳｎを拡散させる手法は、熱処理条件やＮｂバリア層の厚みのバラつきにより、線材径方向のＮｂバリア層の厚み分すべてがＮｂ３Ｓｎ化した部分から、バリア層外周に配置される安定化のためのＣｕにまでＳｎが拡散するおそれがある。Ｓｎが拡散すると、安定化Ｃｕの純度が低下し抵抗率が増大してしまうという問題がある。
【０００９】
安定化Ｃｕの抵抗率が増大した超電導線を用いた装置では、クエンチと呼ばれる突発的な擾乱により線材の超電導状態が消失し、常伝導化した場合、過大な電圧が発生し装置を保護できない可能性がある。このことを回避するためには、最外周の安定化Ｃｕ面積率（Ｃｕ比）を保ったまま、ＮｂおよびＮｂバリア層を分厚くする、もしくはＣｕ面積（Ｃｕ比）を減少させてＮｂおよびＮｂバリア層を分厚くすることが考えられる。しかし、前者では、超電導体にならない駄肉部分が増え、結果として線材中のＮｂ３Ｓｎの量を確保できない。一方、後者では電気的安定性が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の様な問題点に着目してなされたものであって、その目的は、分散スズ法又は内部スズ法によるＮｂ３Ｓｎ超電導線材において、線材断面内のＮｂ３Ｓｎの量を最大化しつつも、安定化層のＣｕの純度低下を抑制することができるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは鋭意検討を重ね、下記構成によって上記課題が解決できることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明の一局面に係る、分散スズ法又は内部スズ法によるＮｂ３Ｓｎ超電導線材のシングルバリア型前駆体は、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＮｂまたはＮｂ合金を埋設したＮｂ単芯線からなるＮｂモジュール複数本、もしくは、Ｎｂ単芯線を複数本束ねてさらにＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に埋設したＮｂ多芯線からなるＮｂモジュール複数本と、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＳｎまたはＳｎ合金を埋設した、単一又は複数本のＳｎモジュールとを束ねた多芯線と、前記多芯線の外側に配置されるＳｎ拡散障壁層と、さらに前記Ｓｎ拡散障壁層の外側に配置される安定化のためのＣｕ層とを有し、前記Ｓｎ拡散障壁層がＮｂまたはＮｂ合金からなるＮｂバリア層とＴａまたはＴａ合金からなるＴａバリア層の２層構造であり、かつ、前記Ｔａバリア層が前記Ｎｂバリア層の外側に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明には、上記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体をサブエレメントとする、分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体も包含される。
【００１４】
さらに、本発明の他の局面に係るＮｂ３Ｓｎ超電導線材は、上述のＮｂ３Ｓｎ超電導線材製造用前駆体を、熱処理することによって生成されるＮｂ３Ｓｎ相を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材において、前記Ｓｎ拡散障壁層が熱処理によって、内側から、Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｎｂ合金層、Ｎｂ層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる５層構造、Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｎｂ合金層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる４層構造、及び、Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる３層構造、から選択される少なくとも一つの層構造を有する層となっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、線材断面内のＮｂ３Ｓｎの量を最大化しつつも、安定化層のＣｕの純度低下を抑制することが可能である。加えて、バリア層にＮｂ３ＳｎおよびＴａ３Ｓｎのような金属間化合物が生成されることから、線材そのものの機械的強度を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態である分散スズ法によるシングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体の概略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、比較例１として使用した、Ｔａバリア層を有さない、分散スズ法によるシングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体の概略断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態である分散スズ法による分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体の概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、比較例２として使用した、Ｔａバリア層を有さない、分散スズ法による分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体の概略断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態である内部スズ法によるシングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体の概略断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、比較例３として使用した、Ｔａバリア層を有さない、内部スズ法によるシングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体の概略断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態である内部スズ法による分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体の概略断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、比較例４として使用した、Ｔａバリア層を有さない、内部スズ法による分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体の概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態である分散スズ法によるシングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体を熱処理して得られるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面等を参照してより具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００１９】
（シングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体）
本実施形態のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体は、分散スズ法又は内部スズ法によるＮｂ３Ｓｎ超電導線材のシングルバリア型前駆体である。
【００２０】
本実施形態の前駆体１０は、例えば、分散スズ法による線材前駆体の場合、図１Ａに示すように、複数本のＮｂモジュール１と、複数本のＳｎモジュール２とを束ねた多芯線と、前記多芯線の外側に配置されるＳｎ拡散障壁層と、さらに前記Ｓｎ拡散障壁層の外側に配置される安定化のためのＣｕ層５とを有する。そして、前記Ｓｎ拡散障壁層がＮｂまたはＮｂ合金からなるＮｂバリア層３とＴａまたはＴａ合金からなるＴａバリア層４の２層構造であり、かつ、前記Ｔａバリア層４が前記Ｎｂバリア層３の外側に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
前記Ｎｂモジュール１は、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＮｂまたはＮｂ合金を埋設したＮｂ単芯線からなるＮｂモジュールであってもよいし、もしくは、Ｎｂ単芯線を複数本束ねてさらにＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に埋設したＮｂ多芯線からなるＮｂモジュールであってもよい。
【００２２】
また、前記Ｓｎモジュール２は、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＳｎまたはＳｎ合金を埋設している。
【００２３】
また、内部スズ法による線材前駆体の場合は、図３Ａに示すように、単一のＳｎモジュール２と、その外側に配置する複数本のＮｂモジュール１とを束ねた多芯線と、前記多芯線の外側に配置されるＳｎ拡散障壁層と、さらに前記Ｓｎ拡散障壁層の外側に配置される安定化のためのＣｕ層５とを有する。そして、前記分散スズ法による線材前駆体と同様に、前記Ｓｎ拡散障壁層がＮｂまたはＮｂ合金からなるＮｂバリア層３とＴａまたはＴａ合金からなるＴａバリア層４の２層構造であり、かつ、前記Ｔａバリア層４が前記Ｎｂバリア層３の外側に配置されていることを特徴とする。
【００２４】
このように分散Ｓｎ法および内部Ｓｎ法によるＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体において、ＮｂもしくはＮｂ合金で構成されるバリア層３の外層にＴａもしくはＴａ合金バリア層４を配置することで、Ｓｎが安定化のためのＣｕ層５側へ拡散することを抑えることができる。これは、たとえＮｂバリア層３の反応量を最大化する（線材径方向の厚みすべてがＮｂ３Ｓｎ化する）熱処理を行っても、Ｎｂ３Ｓｎ生成までの温度域ではＴａとＳｎは反応しないためである。
【００２５】
このようにＴａバリア層４内部へはＳｎは拡散することは無いため、上述したような本実施形態の構成によれば、線材断面内のＮｂ３Ｓｎの量を最大化しつつも、安定化層のＣｕの純度低下を抑制することが可能である。
【００２６】
また、本実施形態において、前記Ｓｎ拡散障壁層をＮｂバリア層３とＴａバリア層４の２層構造とすることにより、以下のメリットもある。すなわち、ＴａまたはＴａ合金単相でＮｂまたはＮｂ合金と同じ厚みのＳｎ拡散障壁層を形成した場合、Ｓｎの拡散は確実に抑制できる反面、バリア層内で超電導領域が形成されないことから、線材断面内でのＮｂ３Ｓｎ生成の最大化は望めない。さらに、ＴａまたはＴａ合金はＮｂに比べ加工性が悪く、厚みの均一性が担保できないことから、単層で厚みを薄く加工する場合、局所的にバリアが消失し、Ｓｎが安定化銅に拡散してしまうことが懸念される。これに対し、ＮｂまたはＮｂ合金バリアとの２層バリア構造とすることで、Ｔａの変形補助の役目をＮｂが担うことから、本実施形態の構成ではＴａバリアの厚みを薄く加工することも可能である。
【００２７】
（ＮｂモジュールおよびＳｎモジュール）
本実施形態において、Ｎｂモジュール１は、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＮｂまたはＮｂ合金を埋設したＮｂ単芯線からなるＮｂモジュールであってもよいし、もしくは、Ｎｂ単芯線を複数本束ねてさらにＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に埋設したＮｂ多芯線からなるＮｂモジュールであってもよい。
【００２８】
Ｎｂ単芯線からなるＮｂモジュールの場合、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＮｂまたはＮｂ合金を埋設して、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ることにより得られるＮｂ単芯線を用いる。
【００２９】
一方、Ｎｂ多芯線からなるＮｂモジュールの場合、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＮｂまたはＮｂ合金を埋設して、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ることにより得られるＮｂ単芯線を複数本束ねて、さらに、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に埋設して、再度、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ることにより得られる。
【００３０】
本実施形態のＳｎモジュール２は、ＣｕまたはＣｕ合金マトリクス中に純ＳｎまたはＳｎ合金を、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て得られる。
【００３１】
ＮｂやＳｎをＣｕで被覆することにより、加工性の向上（柔軟性の付与）、Ｎｂ３Ｓｎの生成温度の低下、Ｓｎの拡散といった効果が得られる。
【００３２】
なお、本実施形態において「複数」または「複数本」とは、２本以上の複数であれば特に本数は限定されず、所望の本数を、用途等に応じて実質的に製造できる範囲で適宜設定できる。
【００３３】
また、本実施形態における押出し加工・伸線加工・圧延加工等の減面加工の手段は特に限定されず、従来使用している手段を用いることができる。
【００３４】
前記Ｎｂモジュール１を複数本と、前記Ｓｎモジュール２を、内部スズ法の場合は単一で、分散スズ法の場合は複数本とで束ねて、本実施形態の前駆体１０，３０を構成する多芯線とする。
【００３５】
分散スズ法による線材前駆体１０の場合、複数の前記Ｎｂモジュール１と、複数の前記Ｓｎモジュール２を配置する際には、互いに接するように配置する。また、Ｓｎモジュール２同士は隣接しないように配置することが望ましい。それにより、Ｓｎの拡散がより効率的に行われる。
【００３６】
内部スズ法による線材前駆体３０の場合、単一の前記Ｓｎモジュール２の外側に複数本の前記Ｎｂモジュール１が配置されるようにする。
【００３７】
（Ｓｎ拡散障壁層およびＣｕ層）
本実施形態の前駆体において、前記多芯線の外側には、Ｓｎ拡散障壁層が配置されている。さらに、そのＳｎ拡散障壁層の外側には安定化層であるＣｕ層が配置されている。
【００３８】
前記Ｓｎ拡散障壁層は、ＮｂまたはＮｂ合金からなるＮｂバリア層３とＴａまたはＴａ合金からなるＴａバリア層４の２層構造となっており、かつ、前記Ｔａバリア層４は前記Ｎｂバリア層３の外側に配置されている。
【００３９】
Ｎｂバリア層３およびＴａバリア層４の厚みについては特に限定はなく、用途や所望する特性によって適宜設定できる。具体的には、例えば、Ｎｂバリア層については、下限値は０．５μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。上限値は１０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。Ｔａバリア層については、例えば、下限値は０．１μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。上限値は３０μｍ以下であることが好ましく、５．０μｍ以下であることがより好ましい。
【００４０】
Ｎｂバリア層３およびＴａバリア層４の配置方法についても特に限定はなく、通常使用されている手段を用いて、各バリア層を設けることができる。例えば、市販のＮｂシートやＴａシートを、所望の厚みとなるように、前記多芯線に巻くことによってバリア層を設けることができる。
【００４１】
前記Ｓｎ拡散障壁層の外側には、安定化のためのＣｕ層が設けられるが、当該Ｃｕ層は、Ｎｂ３Ｓｎ層において超電導体がやぶれ常伝導転移した場合、高抵抗材となる。このとき常伝導転移したＮｂ３Ｓｎ層に電流が流れ続けると焼損してしまうおそれがあるが、当該Ｃｕ層に電流が分留することでＮｂ３Ｓｎ層の焼損を防ぐことができる。Ｃｕ層はそのために設けられている。特に限定はされないが、所望の厚みを有するＣｕ管、Ｃｕシートなどを使用することができる。
【００４２】
このＣｕ層までＳｎが拡散してＣｕの純度が下がると、抵抗率が低くなってしまい、クエンチという現象が起こり問題となる。よって、本実施形態では、このＣｕ層のＣｕ純度によって、前駆体の性能を評価している。
【００４３】
（分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体）
本実施形態における分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体は、上述のシングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体をサブエレメントとして有する。前記サブエレメントは、上述したようなシングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体を減面加工して断面形状が六角形に成形することによって得ることができる。
【００４４】
本実施形態における分散バリア型前駆体は、分散スズ法による線材前駆体２０の場合、図２Ａに示すように、サブエレメント７を複数本束ねて、Ｃｕ管６に埋設し、伸線加工などを施すことにより得られる。
【００４５】
内部スズ法による線材前駆体４０の場合、図４Ａに示すように、サブエレメント１２を複数本束ねて、Ｃｕ六角スペーサー１３と共に、Ｃｕ管９に埋設し、伸線加工などを施すことにより得られる。Ｃｕ六角スペーサー１３は必須の構成ではないが、このように柔らかい銅を線材の中心部に配置することで、伸線加工時の各エレメントに加わる応力を緩和できる。
【００４６】
本実施形態の前駆体は、Ｃｕ若しくはＣｕ基合金、Ｎｂ若しくはＮｂ基合金、及びＳｎ若しくはＳｎ基合金等を構成素材として構成されるが、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。
【００４７】
（Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材）
本実施形態においては、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。なお、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。
【００４８】
熱処理後の超電導線材では、前記Ｓｎ拡散障壁層が上述したような熱処理によって、内側から、Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｎｂ合金層、Ｎｂ層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる５層構造、Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｎｂ合金層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる４層構造、及び、Ｎｂ３Ｓｎ層、Ｔａ合金層、Ｔａ層からなる３層構造、から選択される少なくとも一つの層構造を有する層を有するようになる。
【００４９】
以下では、本発明を、実施例を用いてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されない。
【実施例】
【００５０】
（実施例１）
Ｃｕ管（外径１４３ｍｍ、内径１２４．５ｍｍ）内にＮｂ芯（外径１２４ｍｍ）を挿入後、伸線加工により対辺長４．８ｍｍの六角断面を持つＮｂ単芯線を製作した。これを矯正・切断し、Ｎｂ芯５８３本を配置して、Ｃｕ管（外径１４３ｍｍ、内径１２７ｍｍ）内に挿入し、伸線加工により対辺長３．５ｍｍの六角断面を持つＮｂモジュール１を製作し、矯正・切断した。
【００５１】
次に、Ｃｕ管（外径２５．５ｍｍ、内径２２．５ｍｍ）内にＳｎ−２ｍａｓｓ％Ｔｉ芯（外径２１．９ｍｍ）を挿入し伸線加工し、対辺長３．５ｍｍの六角断面を持つＳｎモジュール２を製作し、矯正・切断した。次に、上記のＮｂモジュール８４本とＳｎモジュール３７本を束ね、複合エレメント群を作製した。
【００５２】
その後、Ｃｕ管（外径５４ｍｍ、内径４６．５ｍｍ）内に厚さ０．２ｍｍのＮｂシートを２周とその外周に厚み０．２ｍｍのＴａシートを１周巻いたものを挿入し、Ｃｕ管内面に密着させた。前記Ｎｂシートの内側に上記で得られた複合エレメント群を挿入し、伸線加工により一体化した。上記のようにして得た線材をφ１．０ｍｍまで伸線し、シングルバリア型のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体１０を作製した（図１Ａ）。
【００５３】
（比較例１）
実施例１と同じ複合エレメント群を用いた。Ｃｕ管（外径５４ｍｍ、内径４６．５ｍｍ）内に厚さ０．２ｍｍのＮｂシート３周を巻いたものを挿入し、前記Ｎｂシートの内側に実施例１で得られた複合エレメント群を挿入して、伸線加工により一体化した。上記のようにして得た線材をφ１．０ｍｍまで伸線し、シングルバリア型のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体１１を作製した（図１Ｂ）。
【００５４】
（実施例２）
Ｃｕ管（外径１４３ｍｍ、内径１２４．５ｍｍ）内にＮｂ芯（外径１２４ｍｍ）を挿入後、伸線加工により対辺長４．８ｍｍの六角断面を持つＮｂ単芯線を製作した。これを矯正・切断し、Ｎｂ芯５８３本を配置して、Ｃｕ管（外径１４３ｍｍ、内径１２７ｍｍ）内に挿入し、伸線加工により対辺長３．５ｍｍの六角断面を持つＮｂモジュール１を製作し、矯正・切断した。
【００５５】
次に、Ｃｕ管（外径２５．５ｍｍ、内径２２．５ｍｍ）内にＳｎ−２ｍａｓｓ％Ｔｉ芯（外径２１．９ｍｍ）を挿入し伸線加工し、対辺長３．５ｍｍの六角断面を持つＳｎモジュール２を製作し、矯正・切断した。次に、上記のＮｂモジュール８４本とＳｎモジュール３７本を束ね、複合エレメント群を作製した。
【００５６】
そして、Ｃｕ管（外径５４ｍｍ、内径４６．５ｍｍ）内に厚さ０．２ｍｍのＮｂシートを２周とその外周に厚み０．２ｍｍのＴａシートを１周巻いたものを挿入し、Ｃｕ管内面に密着させた。前記Ｎｂシートの内側に上記の複合エレメント群を挿入後伸線加工により一体化し、対辺長３．５ｍｍの六角断面に矯正し切断しサブエレメント７を得た。このようにして作製したサブエレメント１２１本をＣｕ管（外径５３．８ｍｍ、内径４６．５ｍｍ））内に再スタックし、φ１．０ｍｍまで伸線し、分散バリア型のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体２０を作製した（図２Ａ）。
【００５７】
（比較例２）
実施例２と同じ複合エレメント群を用いた。Ｃｕ管（外径５４ｍｍ、内径４６．５ｍｍ）内に厚さ０．２ｍｍのＮｂシートを３周巻いたものを挿入し、Ｃｕ管内面に密着させた。前記Ｎｂシートの内側に実施例２の複合エレメント群を挿入後伸線加工により一体化し、対辺長３．５ｍｍの六角断面に矯正し切断しサブエレメント７を得た。このようにして作製した、サブエレメント１２１本を、Ｃｕ管（外径５３．８ｍｍ、内径４６．５ｍｍ）内に再スタックし、φ１．０ｍｍまで伸線し、分散バリア型のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体２１を作製した（図２Ｂ）。
【００５８】
（実施例３）
Ｃｕ管（外径１４３ｍｍ、内径１２４．５ｍｍ）内にＮｂ芯（外径１２４ｍｍ）を挿入後、伸線加工により対辺長４．３ｍｍの六角断面を持つＮｂ単芯線を製作した。同じく、対辺長４．３ｍｍの六角断面を持つＣｕロッドを作成し、中心部にＣｕロッドを２５３本、その外側にＮｂ単芯線（Ｎｂモジュール１）を３４２本配置し、厚さ０．４ｍｍのＮｂシートを１０周巻いたのち、その外周部に厚さ０．２ｍｍのＴａシートを１０周巻きつけ、Ｃｕビレット８（外径：１４３ｍｍ、内径：１２８ｍｍ）内に配置した。
【００５９】
このＣｕビレットを押し出し加工にてφ４０まで加工した後、ガンドリルにて中心に１６．２ｍｍの穴あけ加工を施して前記Ｃｕロッドをくり抜き、そこに外径１６ｍｍのＳｎ−２ｍａｓｓ％Ｔｉ芯（Ｓｎモジュール２）を挿入した。これを伸線加工により、一体化させφ１．０ｍｍまで伸線しシングルバリア型のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体３０を作製した（図３Ａ）。
【００６０】
（比較例３）
Ｃｕ管（外径１４３ｍｍ、内径１２４．５ｍｍ）内にＮｂ芯（外径１２４ｍｍ）を挿入後、伸線加工により対辺長４．３ｍｍの六角断面を持つＮｂ単芯線を製作した。同じく、対辺長４．３ｍｍの六角断面を持つＣｕロッドを作成し、図に示すように中心部にＣｕロッドを２５３本、その外側にＮｂ単芯線（Ｎｂモジュール１）を３４２本配置し、厚さ０．４ｍｍのＮｂシートを１５周巻きつけ、Ｃｕビレット（外径：１４３ｍｍ、内径：１２８ｍｍ）内に配置した。このＣｕビレットを押し出し加工にてφ４０まで加工した後、ガンドリルにて中心に１６．２ｍｍの穴あけ加工を施し、そこに外径１６ｍｍのＳｎ−２ｍａｓｓ％Ｔｉ芯（Ｓｎモジュール２）を挿入した。これを伸線加工により、一体化させφ１．０ｍｍまで伸線し、シングルバリア型のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体３１を作製した（図３Ｂ）。
【００６１】
（実施例４）
実施例３で得られたシングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体をサブエレメント１２として、対辺長４．３ｍｍの六角断面に矯正し切断した。また、同じく対辺長４．３ｍｍのＣｕ六角スペーサー１３を作製した。このようにして作製したサブエレメント５４本と、１本のＣｕ六角スペーサーをＣｕ管（外径４５．２ｍｍ、内径３７．２ｍｍ）内に再スタックし、φ１．０ｍｍまで伸線し、分散バリア型のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体４０を作製した（図４Ａ）。
【００６２】
（比較例４）
比較例３のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体をサブエレメント１２として、対辺長４．３ｍｍの六角断面に矯正し切断した。また、同じく対辺長４．３ｍｍのＣｕ六角スペーサー１３を作製した。このようにして作製したサブエレメント５４本と、１本のＣｕ六角スペーサーをＣｕ管（外径４５．２ｍｍ、内径３７．２ｍｍ）内に再スタックし、φ１．０ｍｍまで伸線し、分散バリア型のＮｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体４１を作製した（図４Ｂ）。
【００６３】
（評価方法）
上記の実施例１、２および比較例１、２にて得た線材前駆体に対して、２１０℃×１０時間→３５０℃×２４時間→４５０℃×２４時間→５７０℃×５０時間→６８０℃×１００時間の多段熱処理を行った。また、上記の実施例３、４および比較例３、４にて得た線材前駆体に対しては２１０℃×５０時間→４５０℃×４８時間→６８０℃×５０時間の多段熱処理を行った。これらの熱処理により、それぞれのＳｎモジュール中のＳｎをＣｕ内に拡散させた。その後、すべての実施例および比較例で得た線材前駆体にて、液体ヘリウム中（温度：４．２Ｋ）に浸漬した状態で、外部磁場１２Ｔおよび１６Ｔにおける全断面臨界電流密度、および４．２Ｋでの残留比抵抗値（ＲＲＲ）を測定した。臨界電流密度の決定には０．１μＶ／ｃｍの電界基準を用いた。また、ＲＲＲの測定は、ＪＩＳ  Ｈ７３０６（２０１２）に基づいて行った。
【００６４】
それらの結果を、各実施例および比較例の線材前駆体のＮｂバリア厚み、Ｔａバリア厚みと共に以下の表１に示す。
【００６５】
【表１】
2019186167.tif 000003
【００６６】
（考察）
表１に示すように、Ｎｂバリア層の外周にＴａバリアを具備した実施例１−４では、１２Ｔおよび１６Ｔ下での全断面臨界電流密度はＮｂバリア層のみの比較例１−４と同等の結果を得ることができていた。そして、ＲＲＲについてはＮｂバリア層のみの比較例１−４ではすべて７０以下であり安定化銅が劣化していたのに対して、実施例１−４では１５０以上を確保することが出来ており、安定化銅の劣化が起こっていないことがわかった。つまり、本発明によれば、線材断面内のＮｂ３Ｓｎの量を最大化しつつも、安定化層のＣｕの純度低下を抑制することができるＮｂ３Ｓｎ超電導線材の前駆体を提供することできることが明らかとなった。
【００６７】
（組成分布の定量分析）
次に熱処理後の超電導線材断面内の組成分布を調べるために電子線マイクロアナライザを用いて定量分析を行った。その結果、実施例１〜４で作製した線材は、Ｎｂモジュール内部ではほぼ均等にＮｂ：Ｓｎ＝３：１で分布していた。
【００６８】
一方、前駆体におけるＳｎ拡散障壁は、前記熱処理によって、実施例1においてはＮｂバリア部（前駆体におけるＮｂバリア層）において、ほぼ全領域にＳｎが拡散しており、Ｎｂ３Ｓｎ層５１が形成されていた。だが一部の超電導線材においては、例えば、図５に示すように、一部のＮｂ３Ｓｎ層５１（前駆体におけるＮｂバリア層）、特にＮｂモジュール外周部近傍のＮｂバリア部において一部Ｓｎが拡散されておらず、Ｎｂ３Ｓｎ層５１とＴａ層（Ｔａ合金層）５２との間に、前躯体の状態、すなわち、Ｎｂ層（もしくはＮｂ合金層）５３のままの箇所が少なくとも一部あることが確認された。
【００６９】
また、前駆体におけるＴａバリア層に関しては、極一部のＴａバリア層、特にＮｂバリアと接する内層部の一部にＳｎが拡散し、ＴａとＴａ３Ｓｎ化合物を形成して、Ｎｂ３Ｓｎ層５１とＴａ層（Ｔａ合金層）５２との間に、Ｔａ３Ｓｎ層５４ができている箇所があった。
【００７０】
１    Ｎｂモジュール
２    Ｓｎモジュール
３    Ｎｂバリア層
４    Ｔａバリア層
５，６，９  Ｃｕ管
７，１２  サブエレメント
８    Ｃｕビレット
１０，１１  シングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体（分散スズ法）
１３  Ｃｕ六角スペーサー
２０，２１  分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体（分散スズ法）
３０，３１  シングルバリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体（内部スズ法）
４０，４１  分散バリア型Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材前駆体（内部スズ法）
５０    Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材
５１    Ｎｂ３Ｓｎ層
５２    Ｔａ層及び／またはＴａ合金層
５３    Ｎｂ層及び／またはＮｂ合金層
５４    Ｔａ３Ｓｎ層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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