(57)【要約】【課題】２１Ｔ以上の磁界領域において、臨界電流密度、輸送電流がともに高く、実用的な強磁場用のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材を実現する。【解決手段】１５ａｔ％〜４０ａｔ％のＧｅを含むＡｌ合金芯が、Ｎｂマトリクス中に芯径２μｍ〜２０μｍで複数配置された複合多芯線材に、1300℃〜1600℃の温度範囲に５時間以上保持する熱処理を行い、次いで650℃〜900℃の温度範囲で追加熱処理する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１５ａｔ％〜４０ａｔ％のＧｅを含むＡｌ合金芯が、Ｎｂマトリクス中に芯径２μｍ〜２０μｍで複数配置された複合多芯線材に、1300℃〜1600℃の温度範囲に５時間以上保持する熱処理を行い、次いで650℃〜900℃の温度範囲で追加熱処理することを特徴とするＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、Ｇｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｇｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材は、上部臨界磁場が、実用化されているＮｂ3Ｓｎ線材よりもはるかに高いため、２１Ｔ以上で使用可能な強磁場用線材として期待されている。
【０００３】
Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の作製については、ＮｂとＡｌ若しくはＡｌ合金とを直接拡散
させる方法が一般的であり、単純に高温で熱処理しても高い臨界磁場が得られる。だが、そのような高温での熱処理により結晶粒が粗大化し、実用上必要とされる臨界電流密度は得られない。また、実用的な強磁場マグネットには、クエンチ保護等の観点から高い輸送電流が要求されるため、実用的な線材としては、高い臨界電流だけでなく、高い輸送電流が必要不可欠となる。
【０００４】
そこで、Ｇｅを添加したＮｂ3Ａｌ基超伝導線材の特性を改善するために、以下の二通
りの考えがこれまでにあった。
【０００５】
一つは、結晶粒の粗大化を抑制するために低温熱処理とし、そうしながらも、超伝導相であるＡ１５相の化学量論性を改善することができるように、ＮｂとＡｌ合金の拡散対、すなわちＡｌ合金芯のサイズをできる限り小さく、たとえば１μｍ以下にして、中間化合物であるσ相を不安定化させる方法である（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
もう一つは、化学量論組成のＡ１５相が安定となる高温にごく短時間保持し、必要に応じて急冷することにより結晶粒の粗大化を抑制する方法である（たとえば、特許文献２参照）。この方法においても、ＮｂとＡｌの拡散対のサイズは小さくすることが望ましいとされている。ごく短時間のうちにＮｂとＡｌを反応させるためというのがその理由である。
【０００７】
このように、従来では、ＮｂとＡｌの拡散対のサイズはできる限り小さくする必要があると考えられていた。
【特許文献１】特開平５−５４７３９号公報
【特許文献２】特開２００１−５２５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、Ｎｂ−Ａｌ−Ｇｅ複合材の加工性は著しく低く、前駆体線材中に微細なＮｂとＡｌ合金の拡散対を作り込むのは非常に難しい。特性を十分に改善させるのに必要な量のＧｅを含むＡｌの溶解材は、典型的な共晶組織を示し、わずかな加工でも亀裂が入るほど加工が難しいのである。
【０００９】
したがって、従来のＮｂとＡｌ合金の拡散対を微細化するという考えでは、実用的な線材を作製するのは困難な状況にある。
【００１０】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、２１Ｔ以上の磁界領域において、臨界電流密度、輸送電流がともに高く、実用的な強磁場用のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材を実現することのできるＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、１５ａｔ％〜４０ａｔ％のＧｅを含むＡｌ合金芯が、Ｎｂマトリクス中に芯径２μｍ〜２０μｍで複数配置された複合多芯線材に、1300℃〜1600℃の温度範囲に５時間以上保持する熱処理を行い、次いで650℃
〜900℃の温度範囲で追加熱処理することを特徴とするＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
この出願の発明のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法によって、２１Ｔ以上の
高磁界領域において、高い臨界電流密度に加え、高い輸送電流が得られる強磁場用のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この出願の発明のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法は、Ａｌ合金芯の芯径、
すなわち拡散対のサイズを大きくし、比較的高い温度で長時間熱処理するという従来とは逆の発想に基づいている。
【００１４】
これまで、1300℃以上の温度で、かつ保持時間５時間以上の熱処理を行えば、結晶粒が粗大化し、高い臨界電流密度を得ることは難しいと考えられていた。ところが、１５ａｔ％〜４０ａｔ％のＧｅを含むＡｌ合金芯のＮｂマトリクスにおける芯径を２μｍ〜２０μｍに増加させ、1300℃〜1600℃の温度範囲に５時間以上保持する熱処理を行うことにより、２１Ｔ以上の高磁界領域において臨界電流密度が著しく向上するピーク効果が安定して得られ、高磁界領域で特化したＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材が得られることが判明し
た。そして、1300℃〜1600℃の温度範囲に５時間以上保持した後、650℃〜900℃の温度範囲で追加熱処理を行うことにより、超伝導相であるＡ１５相の配列が秩序を持ち、臨界電流密度の大きさが、4.2Ｋ、２１Ｔで300Ａ／mm2、２２Ｔで265Ａ／mm2となるのである。
この値は、現在実用化されているＮｂ3Ｓｎ超伝導線材の値よりもはるかに大きい。
【００１５】
また、この出願の発明のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法では、速い冷却速
度は必ずしも必要でなく、このため、線材断面積を比較的容易に増加することができ、これにより、高い輸送電流が得られる。その上、急冷を必要としないことから、熱処理前に前駆体線材をコイル形状に巻いた後熱処理する、実用的なコイルの製造方法であるwind 
& react法の適用が可能ともなる。
【００１６】
この出願の発明のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法では、Ａｌ合金中のＧｅ
濃度は１５ａｔ％〜４０ａｔ％としている。Ｇｅの濃度がこの範囲内にあれば、Ｎｂ3Ａ
ｌ基超伝導線材の高磁場特性及び臨界温度が改善され、また、伸線加工する上で重要なＡｌ合金芯とＮｂとの硬さのバランスをとることができる。
【００１７】
Ａｌ合金芯の芯径は２μｍ〜２０μｍである。芯径が２μｍ未満では臨界電流密度が減少し、２０μｍを超えると、熱処理により正方晶化合物の体積が増大し、臨界電流密度が減少するためである。
【００１８】
熱処理温度は1300℃〜1600℃の範囲である。1300℃未満であると、超伝導相であるＡ１５相の化学量論性が著しく低下し、1600℃を超えると、長時間の熱処理により結晶粒が粗大化し、低磁界側の臨界電流密度が著しく低下することになる。
【００１９】
熱処理時間は５時間以上である。これは、Ａ１５相の均質化を図るためである。
【００２０】
以下実施例を示し、この出願の発明のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法につ
いてさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２１】
外径２０mm、内径１８mmのＮｂパイプの中にＡｌ粉末とＧｅ粉末を原子比で３：１の割合で充填し、溝ロール及びカセットローラーダイスを使用して外径約4.2mmの複合材を作
製した。この複合材７本を７芯のＮｂロッド内に挿入し、外径約0.87mmにまで伸線した。この時点でのＮｂマトリクス、Ａｌ−Ｇｅ合金芯のビッカース硬度は、それぞれ、110kgf
/mm2、105kgf/mm2であり、硬さにバランスがとれていた。そして、複合線材241本を外径
２０mm、内径１６mmのＮｂパイプに挿入して伸線し、最終的に外径0.87mmφ、Ａｌ−Ｇｅ合金芯数が７×241本、Ａｌ−Ｇｅ合金芯の芯径が約８μｍであるＮｂ／Ａｌ−Ｇｅ拡散
対を有する長尺の複合多芯線材を作製した。その断面の写真を示したのが図１である。この複合多芯線材を圧延加工し、Ａｌ−Ｇｅ合金芯の芯径が約１μｍ〜８μｍの範囲に収まる複数本のテープを作製した。
【００２２】
このテープに対し、1400℃で１時間〜１０時間の熱処理を行った。テープの横断面には、図２に示したような微細組織が形成された。横幅は0.24mmである。ＥＤＸ測定及びＸ線回折測定から、図２図中の白い部分がＡ１５超伝導相であり、黒い部分が正方晶化合物相であることが確認された。
【００２３】
Ａｌ−Ｇｅ合金芯の芯径が約８μｍであるテープを1400℃で７時間熱処理した直後の臨界温度Ｔcは17.7Ｋであり、超伝導相が形成されていることが確認された。このテープを
その後800℃で１０時間追加熱処理すると、Ｔcは18.1Ｋに上がった。Ａ１５相の結晶の規則性が改善されたためと考えられる。
【００２４】
図３は、追加熱処理後のテープのＴcのＡｌ−Ｇｅ合金芯の芯径依存性を示したグラフ
である。図３から確認されるように、Ｔcを高めるためには、Ａｌ−Ｇｅ合金芯の芯径を
２μｍ以上とする必要がある。また、図３からは、熱処理時間が５時間以上とする必要があることも確認される。図４は、臨界電流密度Ｊcの芯径依存性を示したグラフである。
図４から確認されるように、Ｔcだけでなく、優れたＪcを得るためには、Ａｌ−Ｇｅ合金芯の芯径を２μｍ以上とすること、また、熱処理時間を５時間以上とすることが必要である。
【００２５】
図５は、1400℃で７時間熱処理し、次いで800℃で１０時間追加熱処理した、Ａｌ−Ｇ
ｅ合金芯の芯径が８μｍであるテープのＪｃの磁界依存性を示したグラフである。Ｊcが
高磁界側で大きくなるピーク効果が現れている。Ｊcは、4.2Ｋ、２１Ｔにおいて300Ａ／m
m2、２２Ｔにおいて265Ａ／mm2という値が得られた。熱処理温度を1200℃にした場合には、１７Ｔでも３０Ａ／mm2程度の値しか得られず、さらに高磁界とすると特性はより低下
した。
【実施例２】
【００２６】
実施例１と同様にして、外径約２mm、Ａｌ−Ｇｅ合金芯数が７×241×１５本、Ａｌ−
Ｇｅ合金芯の芯径が約４μｍの複合多芯線材を作製した。この複合多芯線材に対し、1400
℃で７時間の熱処理を行い、次いで800℃で１０時間の追加熱処理を行った。その結果、
２１Ｔにおける臨界電流が300Ａを超えた。
【００２７】
以上の実施例１及び実施例２から、高い臨界電流密度だけでなく、高い臨界電流を示す
Ｇｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材が作製可能であることが確認された。
【００２８】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施例によって限定されるものではない。細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
この出願の発明のＧｅ添加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材の製造方法により製造されるＧｅ添
加Ｎｂ3Ａｌ基超伝導線材は、２１Ｔ以上の高磁界領域における臨界電流密度、輸送電流
がともに高いため、従来では到達し得なかった高磁場を発生するマグネットが実現可能となる。ＮＭＲマグネットの強磁場化や物性用の汎用高磁場マグネットの強磁場化・コンパクト化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１で作製した複合多芯線材の断面の写真である。
【図２】実施例１で作製したテープの熱処理後の横断面を示した写真である。
【図３】実施例１における臨界温度ＴcのＡｌ−Ｇｅ合金芯径依存性を示したグラフである。
【図４】実施例１における臨界電流密度ＪcのＡｌ−Ｇｅ合金芯径依存性を示したグラフである。
【図５】実施例１における臨界電流密度Ｊcの磁界依存性を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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