(57)【要約】【課題】高い臨界電流密度を有すると共に長尺化ができるＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法、及びＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法は、Ａｌを含む第１の金属材料と、Ｎｂを含む第２の金属材料とを有して形成されるシングル線を準備するシングル線準備工程と、シングル線を第１の伸びを有するまで加工して伸びシングル線を形成する伸線加工工程と、伸びシングル線に第１の金属材料の融点より低い温度で熱処理を施し、第１の伸びよりも大きな第２の伸びまで伸びシングル線を加工可能にする中間熱処理工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌを含む第１の金属材料と、Ｎｂを含む第２の金属材料とを有して形成されるシングル線を準備するシングル線準備工程と、
前記シングル線を第１の伸びを有するまで加工して伸びシングル線を形成する伸線加工工程と、
前記伸びシングル線に前記第１の金属材料の融点より低い温度で熱処理を施し、前記第１の伸びよりも大きな第２の伸びまで前記伸びシングル線を加工可能にする中間熱処理工程と
を備えるＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法。
【請求項２】
前記伸線加工工程と前記中間熱処理工程とは、繰り返し実施され、
前記中間熱処理工程は、前記伸線加工工程において前記シングル線が前記第１の伸びまで加工される毎に実施される
請求項１に記載のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法。
【請求項３】
前記第１の伸び及び前記第２の伸びはそれぞれ、前記伸びシングル線の破断伸びより小さな値で予め設定される
請求項２に記載のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法。
【請求項４】
前記第１の伸びは、２％であり、
前記第２の伸びは、４％である
請求項３に記載のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法。
【請求項５】
前記中間熱処理工程は、前記第１の金属材料と前記第２の金属材料との界面に金属間化合物を生じさせない前記熱処理を施す
請求項４に記載のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法。
【請求項６】
Ａｌを含む第１の金属材料と、Ｎｂを含む第２の金属材料とを有して形成されるシングル線を準備するシングル線準備工程と、
前記シングル線を第１の伸びを有するまで加工して伸びシングル線を形成する伸線加工工程と、
前記伸びシングル線に前記第１の金属材料の融点より低い温度で熱処理を施し、前記第１の伸びよりも大きな第２の伸びまで前記伸びシングル線を加工可能な前駆体シングル線を形成する前駆体シングル線形成工程と、
複数本の前記前駆体シングル線を用いてマルチ線材を形成するマルチ線材形成工程と
を備えるＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法、及びＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材の製造方法に関する。特に、本発明は、長尺化ができるＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法、及びＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｂ３Ａｌ系化合物超電導線材は、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３ＳｎのようなＮｂ系超電導線材と比べ、特に高磁界における臨界電流密度（Ｊｃ）特性に優れることから、１０Ｔ〜２５Ｔ（テスラ）程度の環境下で稼働する超電導マグネット用材料として期待されている。超電導マグネットに適用するには、Ｊｃを向上させると共に、長い超電導線材（長尺の超電導線材）を安定して製造する技術を確立することが要求される。
【０００３】
従来のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導線材の製造方法として、ＮｂシートとＡｌシートとをジェリーロール法により巻き上げてなる第１の線材をＣｕからなる安定化材で覆った第２の線材を形成して、第２の線材を複数本束ねてＣｕからなる筒に充填した後、当該筒に伸縮加工を施し、その後に加熱処理することによりＮｂ３Ａｌ系化合物超電導線材を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導線材の製造方法によれば、数百メートル程度の長さのＮｂ３Ａｌ系化合物超電導線材を製造できる。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１３２１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導線材の製造方法は、加熱処理によって、ＮｂとＡｌとの界面で金属間化合物が生成して加工性が低下すること、及び加熱処理の条件が最適化されていないことが考えられ、ｋｍ級に及ぶ長尺のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導線材を製造することは困難である。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、高い臨界電流密度を有すると共に、長尺化ができるＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法、及びＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、Ａｌを含む第１の金属材料と、Ｎｂを含む第２の金属材料とを有して形成されるシングル線を準備するシングル線準備工程と、シングル線を第１の伸びを有するまで加工して伸びシングル線を形成する伸線加工工程と、伸びシングル線に第１の金属材料の融点より低い温度で熱処理を施し、第１の伸びよりも大きな第２の伸びまで伸びシングル線を加工可能にする中間熱処理工程とを備えるＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法が提供される。
【０００９】
また、上記Ｎｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法は、伸線加工工程と中間熱処理工程とは、繰り返し実施され、中間熱処理工程は、伸線加工工程においてシングル線が第１の伸びまで加工される毎に実施されてもよい。
【００１０】
また、上記Ｎｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法は、第１の伸び及び第２の伸びはそれぞれ、伸びシングル線の破断伸びより小さな値で予め設定されてもよく、第１の伸びは、２％であり、第２の伸びは、４％であってよい。
【００１１】
また、上記Ｎｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法は、中間熱処理工程は、第１の金属材料と第２の金属材料との界面に金属間化合物を生じさせない熱処理を施してもよい。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するため、Ａｌを含む第１の金属材料と、Ｎｂを含む第２の金属材料とを有して形成されるシングル線を準備するシングル線準備工程と、シングル線を第１の伸びを有するまで加工して伸びシングル線を形成する伸線加工工程と、伸びシングル線に第１の金属材料の融点より低い温度で熱処理を施し、第１の伸びよりも大きな第２の伸びまで伸びシングル線を加工可能な前駆体シングル線を形成する前駆体シングル線形成工程と、複数本の前駆体シングル線を用いてマルチ線材を形成するマルチ線材形成工程とを備えるＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法、及びＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材の製造方法によれば、高い臨界電流密度を有すると共に長尺化ができるＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法、及びＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る前駆体シングル線の製造の流れの概要を示す。また、図２及び図３は、本発明の第１の実施の形態に係る前駆体シングル線の製造工程の一部の概要を示す。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態に係る前駆体シングル線の製造方法は、前駆体シングル線としてのＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体シングル線を製造する。第１の実施の形態においては、一例として、ジェリーロール法を用いて前駆体シングル線を製造する。
【００１６】
まず、アルミニウム（Ａｌ）又はＡｌ合金を含む第１の金属材料から形成され、所定の厚さを有するＡｌシート１０と、ニオブ（Ｎｂ）又はＮｂ合金を含む第２の金属材料から形成され、所定の厚さを有するＮｂシート２０と、Ｎｂ又はタンタル（Ｔａ）等の第１の金属材料及び第２の金属材料より高い融点を有する金属材料から形成され、所定の厚さを有する化合物生成防止シート３０（バリア層）と、Ｎｂ又はＴａ等の高融点の金属材料から形成され、所定の径を有する巻芯４０とを準備する。
【００１７】
そして、Ａｌシート１０とＮｂシート２０とを巻芯４０に合わせ巻きする。続いて、図２（ａ）に示すように、巻芯４０に巻き合わされたＡｌシート１０又はＮｂシート２０のシートの表面に化合物生成防止シート３０を巻きつける。これにより、図２（ｂ）に示すようなシングル線としてのジェリーロール／シングル線１が作製される（図１：ステップ１００（以下、ステップを「Ｓ」と略す））。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、シングルビレット２にジェリーロール／シングル線１を充填する（Ｓ１１０）。なお、シングルビレット２は、ジェリーロール／シングル線の径以上の内径の略円筒形を有する。そして、シングルビレット２は、例えば、銅（Ｃｕ）又はＣｕ合金から形成される。ここで、ジェリーロール／シングル線１をシングルビレット２に充填することにより、ジェリーロール／シングル線１の外周をシングルビレット２で被覆する理由は以下のとおりである。すなわち、化合物生成防止シート３０が外部表面に露出した状態で後述するダイス伸線等の工程を経ると、ダイス伸線時におけるダイスの焼き付き等の発生に起因して加工性が低下するので、係る加工性の低下の抑制を目的としている。
【００１９】
次に、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２を所望の径、所望の長さまで加工する（Ｓ１２０）。すなわち、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に、静水圧押出及びダイス伸線による加工（伸線加工）を施す工程と（Ｓ１２２）、静水圧押出及びダイス伸線による加工を施す工程を所定の段階で停止して、加工したシングルビレット２に中間熱処理を施す工程と（Ｓ１２４）を、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に繰り返し施すことにより、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２を所望の径、所望の長さまで加工する。
【００２０】
具体的に、まず、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に、静水圧押出とダイス伸線とを施すことにより、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２を所定の径まで加工する（Ｓ１２２）。すなわち、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に静水圧押出とダイス伸線とを施すことにより、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２が第１の伸びとしての所定の伸びを有するまで加工する。この加工により、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２は、加工前の長さから第１の伸びだけ伸長すると共に、第１の伸びに応じて、加工前の径より小さな所定の径まで加工された伸びシングル線となる。
【００２１】
例えば、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の断面の径が略１／２になるまで、すなわち、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の断面積の減少率が７５％程度になるまで、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２を加工する。換言すると、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の破断伸びより小さい値で予め設定される第１の伸びをジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２が有するまで、当該シングルビレット２を加工する。
【００２２】
ここで、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の破断伸びは、以下のように測定できる。例えば、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の一端から所定の長さ（一例として、端部から１５０ｍｍ程度の長さ）だけ切断して切断片を形成する。次に、当該切断片について、破断伸びを測定する。そして、測定した破断伸びより小さい値の第１の伸びを設定して、第１の伸びをジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２が有するまで当該シングルビレット２に加工を施す。また、本実施の形態のジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２と同様の工程で、試験用の短尺試料を予め作製して、作製した短尺試料を用いて破断伸びを測定することにより第１の伸びを設定することもできる。なお、以下の工程において計測する破断伸びについても、同様にして計測できる。
【００２３】
続いて、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２が第１の伸びだけ伸長した段階において、第１の金属材料と第２の金属材料との金属間化合物が生成しない条件での熱処理（中間熱処理）を当該シングルビレット２に施す（Ｓ１２４）。例えば、第１の金属材料の融点より低い温度（一例として、第１の金属材料の融点の１／２程度の温度）であって、不活性雰囲気又は真空での中間熱処理を当該シングルビレット２に施す。より具体的には、例えば、２５０℃から５５０℃の温度で、０．５時間から２時間、不活性ガス（例えば、窒素ガス）フロー中又は真空中において中間熱処理を実施する。
【００２４】
また、中間熱処理は、伸線加工後のシングルビレット２の線径に対して曲げ歪率が２％を超えない径を有するＳＵＳドラム等の所定のドラムに伸線加工後のシングルビレット２を巻きつけて実施する。なお、伸線加工後のシングルビレット２をドラムに巻きつけることができない場合は、伸線加工後のシングルビレット２を直線状に保って中間熱処理を施す。
【００２５】
これにより、第１の伸びよりも大きな第２の伸びまで当該シングルビレット２を加工可能にする。すなわち、この中間熱処理により、静水圧押出及びダイス伸線による加工硬化によって第１の伸び程度までしか伸ばすことができないシングルビレット２を、第１の伸びより大きな第２の伸びまで伸長可能に回復させる。
【００２６】
ここで、第１の伸びは、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２が断線しない範囲であって、当該シングルビレット２の破断伸びから所定のマージンだけ減じた値に設定され、一例として、２％程度の伸びに設定される。また、第２の伸びは、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２が断線しない範囲であって、当該シングルビレット２の破断伸びから所定のマージンだけ減じた値に設定され、一例として、４％程度の伸びに設定される。
【００２７】
なお、静水圧押出及びダイス伸線による加工の前に、例えば、第１の金属材料の融点より高い温度での中間熱処理をジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に施すと、第１の金属材料（Ａｌ又はＡｌ合金）と第２の金属材料（Ｎｂ又はＮｂ合金）との反応により金属間化合物が生成して、当該シングルビレット２の加工性が低下すると共に、中間熱処理後の当該シングルビレット２の破断伸びが３％以下程度にしか回復しないという知見を本発明者は得ている。すなわち、条件が適切でない中間熱処理をジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に施すと、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の破断伸びの向上が小さく、断線しやすくなるとの知見を本発明者は得ている。
【００２８】
そこで、本発明者は、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の破断伸びが所定値以下になった場合に、破断伸びが所定値を超えるまで回復する条件の中間熱処理をジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に施すことで、断線を抑制できることを見出したものである。具体的には、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２が断線することを防止しつつ伸線加工及び中間熱処理の繰り返しの実施を可能とすべく、上述のように、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の第１の伸びが所定値になった場合に、第２の伸びを超えるまで破断伸びが回復する条件の中間熱処理をジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に施すことで、断線を抑制できることを見出したものである。
【００２９】
なお、静水圧押出及びダイス伸線による加工をジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に施す前に、中間熱処理を実施することもできる。この場合、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２を予め第２の伸びまで伸長可能にした上で、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２を静水圧押出及びダイス伸線による加工により第１の伸びだけ伸長することとなる。
【００３０】
続いて、所望の径及び所望の長さを有するまで、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に、静水圧押出及びダイス伸線による加工と中間処理とを繰り返し施す。具体的に、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に静水圧押出及びダイス伸線による加工を施して線径が１／２になった段階毎に、中間熱処理を実施する。
【００３１】
例えば、Ｓ１１０において得られたジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に静水圧押出及びダイス伸線による加工を施して、シングルビレット２の線径が１０ｍｍになった時に１回目の中間熱処理を施した場合、この中間熱処理後、シングルビレット２の線径を５ｍｍにした段階で２回目の中間熱処理を施す。同様に、３回目の中間熱処理は、シングルビレット２の線径を２．５ｍｍに加工した段階で実施する。そして、４回目の中間熱処理は、シングルビレット２の線径を１．２５ｍｍに加工した段階で実施する。
【００３２】
このように、静水圧押出及びダイス伸線による加工（伸線加工）と、伸線加工の所定の段階において実施する中間熱処理とをジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２に繰り返し施すことにより、図３に示すような前駆体シングル線３が得られる（Ｓ１３０）。
【００３３】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る前駆体シングル線の端部の拡大図を示す。
【００３４】
前駆体シングル線３は、巻芯４０を中心としてその外周にＡｌシート１０及びＮｂシート２０が巻き合わされており、その外部表面は、化合物生成防止シート３０によって被覆されている。そして、化合物生成防止シートのＡｌシート１０又はＮｂシート２０と接している面の反対側の面に、シングルビレット２の内壁が接している。
【００３５】
ここで、前駆体シングル線３の表面には、シングルビレット２が被覆されている。シングルビレット２は、後述する加熱冷却処理を前駆体シングル線３に施す場合には不要であるので、所定のエッチング溶液を用いて除去する。例えば、シングルビレット２がＣｕから主として形成されている場合、硝酸を主成分とするエッチング溶液を用いて、前駆体シングル線３の表面を被覆しているシングルビレット２を除去する。これにより、第１の実施の形態に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材としての前駆体シングル線４が製造される。
【００３６】
（第１の実施の形態の効果）
本発明の第１の実施の形態に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法によれば、ジェリーロール／シングル線１を充填したシングルビレット２の断面積の減少率が７５％程度になるまで伸線加工を実施した段階において、換言すると、第１の伸びが２％程度になった段階において中間熱処理を施すことにより、第１の伸びよりも大きな第２の伸びまでシングルビレット２を伸線可能にすることができる。そして、当該伸線加工と当該中間処理とを繰り返し実施することができる。これにより、断線の発生を防止できるので、高い臨界電流密度（Ｊｃ）を有すると共に、ｋｍ級という長尺のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材を製造することができる。
【００３７】
また、本発明の第１の実施の形態に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法はジェリーロール法を用いているので、第１の金属材料からなる薄い形状のシートと、第２の金属材料からなる薄い形状のシートとを巻き合わせることができ、第１の金属材料としてのＡｌの第２の金属材料側への拡散距離、及び第２の金属材料としてのＮｂの第１の金属材料側への拡散距離を短縮できる。これにより、高いＪｃを実現できる。
【００３８】
また、第１の実施の形態に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法によれば、中間熱処理の熱処理温度は第１の金属材料の融点よりも低いので、中間熱処理の工程において第１の金属材料と第２の金属材料との間で金属間化合物が生成することを抑制できる。これにより、加工性の低下を抑制でき、長尺のＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材を安定して製造することができる。また、金属間化合物が生成しないので、金属間化合物が生成しているＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材と比べて、Ｊｃが低下することを大幅に抑制できる。
【００３９】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るマルチ線材の製造の流れの概要を示す。また、図６は、本発明の第２の実施の形態に係るマルチ線材の製造工程の一部の概要を示す。
【００４０】
本発明の第２の実施の形態に係るマルチ線材６は、第１の実施の形態に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導前駆体線材の製造方法により製造された前駆体シングル線４を用いて製造される。なお、前駆体シングル線４は、前駆体シングル線３の外周を被覆していたシングルビレット２を除去した後の前駆体シングル線である。
【００４１】
まず、前駆体シングル線３からシングルビレット２を除去して得られた前駆体シングル線４を複数本用意する。更に、合金ビレット７と化合物生成防止シート３０とを用意する。次に、図６（ａ）に示すように、複数本の前駆体シングル線４と化合物生成防止シート３０とを、合金ビレット７に充填する（Ｓ２００）。これにより、図６（ｂ）に示すような、マルチビレット５が得られる。なお、合金ビレット７は、所定の内径の略円筒形状を有する。そして、合金ビレット７は、一例として、ＣｕＮｉ合金から形成される。
【００４２】
図６（ａ）では、一例として、合金ビレット７に３７本の前駆体シングル線４を充填した構造を示しているが、合金ビレット７に充填する前駆体シングル線４の本数はこれに限られない。本実施の形態に係る製造方法によって製造されるべきマルチ線材を適用する機器に要求される性能等に応じて、合金ビレット７に充填する前駆体シングル線４の本数を適宜増減させることができる。また、本実施の形態に係る製造方法によって製造されるべきマルチ線材が交流応用の機器に用いられる場合、複数本の前駆体シングル線４にツイスト加工を施して合金ビレット７に充填することもできる。
【００４３】
次に、マルチビレット５を所望の径、所望の長さまで加工する（Ｓ２１０）。すなわち、マルチビレット５に、静水圧押出及びダイス伸線による加工を施す工程と（Ｓ２１２）、静水圧押出及びダイス伸線による加工を施す工程を所定の段階で停止して、加工したマルチビレット５に中間熱処理を施す工程と（Ｓ２１４）を、マルチビレット５に繰り返し施すことにより、マルチビレット５を所望の径、所望の長さまで加工する。ここで、第２の実施の形態に係るマルチ線材の製造方法においても第１の実施の形態と同様の伸線加工と中間熱処理とをマルチビレット５に施すので、詳細な説明は省略する。
【００４４】
これにより、所望の径、所望の長さまで断線せずに加工された前駆体マルチ線材が得られる（Ｓ２２０）。この前駆体マルチ線材の表面には、合金ビレット７が被覆されている。合金ビレット７は、後述する加熱冷却処理において不要であるので、除去する（Ｓ２３０）。例えば、合金ビレット７がＣｕＮｉ合金から形成されている場合、硝酸を主成分とするエッチング溶液を用いて、前駆体マルチ線材の表面を被覆している合金ビレット７を除去する。
【００４５】
次に、合金ビレット７を除去した前駆体マルチ線材に、加熱冷却処理を施す（Ｓ２４０）。加熱冷却処理は、前駆体マルチ線材を構成する第１の金属材料と第２の金属材料との過飽和固溶体を形成する処理である。具体的に、加熱冷却処理は、前駆体マルチ線材を構成するＡｌとＮｂとからＮｂ／Ａｌ過飽和固溶体を形成する。例えば、加熱冷却処理は以下のように実施できる。
【００４６】
まず、前駆体マルチ線材に電流を供給して、自己通電加熱により１５００℃から２０００℃の温度まで加熱する。自己通電加熱により加熱するので、前駆体マルチ線材は、短時間で所定の温度まで急速に加熱される。続いて、加熱された前駆体マルチ線材を、ガリウム（Ｇａ）バスに浸すことにより、急速冷却する。これにより、前駆体マルチ線材を構成するＡｌとＮｂとが反応して、Ｎｂ／Ａｌ過飽和固溶体が形成される。
【００４７】
続いて、Ｎｂ／Ａｌ過飽和固溶体が形成された前駆体マルチ線材に、所定の温度（例えば、８００℃程度）で、所定の時間（例えば、１０時間程度）の再加熱処理を施す（Ｓ２５０）。これによりＮｂ３Ａｌ化合物が生成して、図６（ｃ）に示すようなＮｂ３Ａｌ系化合物超電導線材としてのマルチ線材６が製造される（Ｓ２６０）。
【００４８】
なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、静水圧押出の後に実施する径を縮小する縮径加工としてのダイス伸線は、以下のように実施できる。すなわち、縮径加工としては、ドローベンチ、スエージャー、カセットローラーダイス、又は溝ロールを用いて実施できる。そして、縮径加工における１パス当りの断面減少率が１０〜３０％程度の伸線加工を繰り返し実施する。
【００４９】
また、第２の実施の形態のように線材を多芯化する場合には、丸断面形状、又は六角断面形状に伸線加工した線材（例えば、前駆体シングル線４）をパイプ（例えば、合金ビレット７）に組み込み、上記の装置を用いて、１パス当りの断面減少率が１０〜３０％程度で、所定とする線径まで伸線加工する。そして、所望する形状まで加工した線材（例えば、前駆体マルチ線材）は、所定の温度下、所定の雰囲気下において所定の熱処理を施すことによって、高いＪｃを有する線材（例えば、マルチ線材６）となる。なお、高いＪｃを実現することを目的として、Ｎｂ又はＮｂ合金と、Ａｌ又はＡｌ合金との体積比（Ｎｂ／Ａｌ）は、２．５〜３．５の範囲が望ましい。
【００５０】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態に係る超電導線材としてのマルチ線材６の製造方法は、伸線加工と、伸線加工の所定の段階において実施する中間熱処理とを繰り返して製造されるので、高靱性かつ高硬度のマルチ線材６を製造できる。これにより、マルチ線材６の降伏応力、引張り強さ、及びヤング率等の機械強度は高いものとなり、マルチ線材６を用いることにより、強磁場発生時の電磁力に耐え得るマグネットを構成できる。また、マルチ線材６の両端抵抗を十分に小さくすることにより、永久電流マグネットを実現できる。
【００５１】
また、第２の実施の形態に係るマルチ線材６を、例えば、液体ヘリウム中で使用する場合、金属系超電導体又は酸化物超電導体と組合せさせる構造にすることで、より強い磁場を発生する超電導マグネット等の実用導体を実現できる。この場合における金属系超電導体としては、ＮｂＴｉ系合金、Ｎｂ３Ｓｎ系化合物、Ｖ３Ｇａ系、ＭｇＢ２系、及び／又はシェブレル系化合物等を用いることができ、若しくは、必要に応じて２種以上のマグネットを配置することができる。なお、酸化物超電導体には、Ｙ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系、Ｈｇ系、又はＡｇ−Ｐｂ系の超電導体を用いることができる。
【００５２】
更に、第２の実施の形態に係るマルチ線材６を冷凍機伝導冷却で使用する場合には、マルチ線材６と、ＭｇＢ２系又は酸化物超電導体とを組み合わせることにより、より高性能の超電導マグネット等の実用導体を実現できる。
【００５３】
また、第１の実施の形態に係る前駆体シングル線３、及び第２の実施の形態に係るマルチ線材６はそれぞれ、送電ケーブル、核磁気共鳴分析装置、医療用磁気共鳴診断装置、磁気分離装置、磁場中単結晶引き上げ装置、超電導発電機、核融合炉用マグネット、高エネルギー粒子加速器用マグネット等の機器に適用することができる。
【実施例１】
【００５４】
本発明の実施例１に係る前駆体シングル線３は、以下のように製造した。まず、出発素材として、厚さ０．０３ｍｍのＡｌシート１０と厚さ０．１０ｍｍのＮｂシート２０とを準備した。次に、Ａｌシート１０とＮｂシート２０とを巻芯４０として直径２ｍｍのＴａ線に合わせ巻きした。Ａｌシート１０とＮｂシート２０とを巻芯４０に合わせ巻きした後、その外周に化合物生成防止シート３０（バリア層）として、厚さ０．１ｍｍのＴａシートを巻き付けた。これにより、外径が略１３ｍｍの実施例１に係るジェリーロール／シングル線１が得られた。
【００５５】
次に、得られたジェリーロール／シングル線１を、外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍ、長さ１５０ｍｍのシングルビレット２としてのＣｕビレットに充填した。そして、ジェリーロール／シングル線１を充填したＣｕビレットを、押出機を用いて線径９ｍｍまで押出加工した。次に、ドローベンチを用いて、外径８ｍｍまで伸線加工した。
【００５６】
ここで、外径８ｍｍまで伸線加工した線材の端部を切断して、引張試験機を用いて室温における破断伸びを測定した。その結果、伸びが２．１％になったところで断線することが分かった（この場合における破断伸びが２．１％ということとなる）。
【００５７】
ここで、外径８ｍｍまで伸線加工した線材を半分に切り分け、実施例１に係る第１の線材と比較例１に係る第２の線材とを作製した。そして、以降、実施例１に係る第１の線材については、断面積の減少率が７５％となる線径まで加工する毎に、所定の中間熱処理（破断伸びが４％〜５％に回復する条件）を施して伸線加工性を検討した。また、比較例１に係る第２の線材については、中間熱処理を一切施さずに伸線加工性を検討した。これにより、中間熱処理の有無による伸線加工性を比較検討した。なお、上述のように、断面積の減少率は線径が半分（１／２）になった場合に、７５％となる。
【００５８】
具体的に、第１の線材（実施例１）については、線径が４ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍに加工した段階毎に、中間熱処理を実施した。その結果、第１の線材については線径が０．３ｍｍまで断線せずに加工できた。一方、第２の線材（比較例１）においては、線径が０．７ｍｍの段階で断線した。
【００５９】
第１の線材の各線径における中間熱処理前後の破断伸びの変化、及び第２の線材の各線径における破断伸びの変化を表１に示す。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
表１を参照すると明らかなように、第１の線材において、破断伸びが４．５％以上に回復する中間熱処理を実施することが、断線の防止には効果的であることが示された。また、第１の線材について、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）でＮｂとＡｌとの界面における金属間化合物の生成の状況を観察した。その結果、金属間化合物の生成は全く確認されなかった。
【００６２】
以上の検討から、線材の破断伸びが２％程度になった時点で、破断伸びが４％以上に回復する中間熱処理を実施すると共に、中間熱処理と伸線加工とを繰り返し実施することで、断線の発生を防止して、長尺の線材が得られることが確認された。
【実施例２】
【００６３】
実施例１と同様にして、ジェリーロール／シングル線１を充填したＣｕビレットに中間熱処理と伸線加工とを繰り返し施して、線径１．９ｍｍの前駆体シングル線３を作製した。次に、六角対辺長が１．８ｍｍとなるダイス伸線を前駆体シングル線３に施して、六角形状に加工した。次に、外径２０ｍｍ、内径１８．３ｍｍ、長さ１５０ｍｍのＣｕＮｉ合金ビレットに６１本の六角形状の前駆体シングル線３を充填してマルチビレットを得た。その後、破断伸びが４％以上になる中間熱処理をマルチビレットに施した後、マルチビレットを押出機により、線径１０ｍｍまで押出加工した。その後、線径が５ｍｍ、２．５ｍｍ、１．２５ｍｍに加工した段階毎に、同様の中間熱処理を実施した。
【００６４】
（比較例２）
実施例２と同様にしてマルチビレットを作製した。そして、当該マルチビレットに伸線加工と中間熱処理とを施した。比較例２に係るマルチビレットに施す中間熱処理の条件は、ＮｂとＡｌとの界面において、ＮｂとＡｌとが冶金的に反応する条件とした。すなわち、金属間化合物の生成が加工性に与える影響を検討すべく、ＮｂとＡｌとの金属間化合物が生成する中間熱処理条件とした。なお、比較例２に係るマルチビレット内に生成した金属間化合物の厚みは、ＳＥＭ観察によると１０μｍ〜２０μｍであった。
【００６５】
実施例２においては、マルチビレットの線径が少なくとも０．８ｍｍに加工されるまで、マルチビレットから加工されて作製される前駆体マルチ線材としてのマルチ線材は断線しなかった。一方、比較例２においては、マルチビレットの線径が１．８ｍｍに加工された段階で断線した。これにより、中間熱処理の条件は、ＮｂとＡｌとの金属間化合物が生成しない条件であることが、長尺の線材を作製することに要求されることが確認された。
【００６６】
次に、実施例２において線径０．８ｍｍまで加工したマルチ線材に、加熱冷却処理（急熱急冷処理）及び再加熱処理を施した。これにより、マルチ線材からＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材を得た。そして、このＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材のＪｃ特性を、温度４．２Ｋにおいて評価した。
【００６７】
図７は、本発明の実施例２に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材のＪｃ評価結果を示す。
【００６８】
図７を参照すると、外部磁場が２１Ｔの場合、Ｊｃは３００Ａ／ｍｍ２を超えており、外部磁場が２２Ｔの場合、Ｊｃは２５０Ａ／ｍｍ２を超えており、外部磁場が２３Ｔの場合、Ｊｃは２００Ａ／ｍｍ２を超えていた。すなわち、実施例２に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材のＪｃは、外部磁場が２３Ｔという高い磁界であっても、実用レベルである２００Ａ／ｍｍ２を上回るＪｃであることが確認された。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１の実施の形態に係る前駆体シングル線の製造の流れの図である。
【図２】第１の実施の形態に係る前駆体シングル線の製造工程の一部の概要図である。
【図３】第１の実施の形態に係る前駆体シングル線の製造工程の一部の概要図である。
【図４】第１の実施の形態に係る前駆体シングル線の端部の拡大図である。
【図５】第２の実施の形態に係るマルチ線材の製造の流れの概要を示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係るマルチ線材の製造工程の一部の概要を示す図である。
【図７】実施例２に係るＮｂ３Ａｌ系化合物超電導マルチ線材のＪｃ評価結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  ジェリーロール／シングル線
２  シングルビレット
３、４  前駆体シングル線
５  マルチビレット
６  マルチ線材
１０  Ａｌシート
２０  Ｎｂシート
３０  化合物生成防止シート
４０  巻芯
【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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【図６】
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【図７】
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