[發(fā)明專利]Nb3

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880027719.0
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN110612578B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伴野信哉;太刀川恭治
• 申請（專利權(quán)）人: 國立研究開發(fā)法人物質(zhì)材料研究機構(gòu)
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;C22C9/00;C22C9/01;C22C9/04;C22C13/00;C22C27/02;C22F1/00;C22F1/08;C22F1/16;H01B12/10
• 代理公司: 隆天知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 李慧慧;向勇

本發(fā)明提供在內(nèi)錫法Nb₃Sn超導(dǎo)線材的制造中在促進Nb₃Sn層生成、超導(dǎo)絲機械強度(和增大界面電阻)、臨界溫度(磁場)、結(jié)晶粒微小化等方面功能豐富的Nb₃Sn超導(dǎo)線材及其制造方法。本發(fā)明一實施方式的Nb₃Sn超導(dǎo)線材的制造方法，具有如下工序：提供棒材(10)的工序，所述棒材(10)的中心部設(shè)有Sn插入孔(12)，且具有沿Sn插入孔(12)的外周面離散式設(shè)置的復(fù)數(shù)個Nb插入孔(14)；在Sn插入孔(12)中安裝合金組成為Sn?zQ(Q＝Ti、Zr、Hf)的合金棒，并在Nb插入孔(14)中插入Nb芯的工序；對棒材(10)進行縮徑加工來制作規(guī)定外徑的Cu?xZn?yM/Nb/Sn?zQ復(fù)合多芯線的工序；以及對復(fù)合多芯線進行生成Nb₃Sn相的熱處理的工序；所述棒材(10)的合金組成由Cu?xZn?yM表示(x：0.1～40質(zhì)量％，M＝Ge、Ga、Mg或Al，但為Mg時x：0～40質(zhì)量％)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Nb₃Sn超導(dǎo)線材，尤其是涉及一種使用內(nèi)錫法的Nb₃Sn超導(dǎo)線材的制造方法。另外，本發(fā)明涉及一種適合在此Nb₃Sn超導(dǎo)線材的制造方法中使用的Nb₃Sn超導(dǎo)線材用的前驅(qū)體及使用該前驅(qū)體而成的Nb₃Sn超導(dǎo)線材。

背景技術(shù)

Nb₃Sn(鈮三錫)是鈮(Nb)與錫(Sn)的金屬間化合物，其常被加工成線材，并使用于核融合和核磁共振(NMR：Nuclear Magnetic Resonance)裝置用的超導(dǎo)磁體等。

雖然Nb₃Sn比鈮鈦(NbTi)更昂貴，但從臨界磁場Hc的觀點出發(fā)，相對于NbTi約15T，Nb₃Sn的磁場強度高達約30T。另外，Nb₃Sn的臨界溫度為18.3開爾文(K)，通常在4.2K，即液體氦的沸點溫度下使用。

就機械性而言，作為超導(dǎo)線材的Nb₃Sn非常脆，不能夠容易地制作成需要纏繞超導(dǎo)磁體的線材。為了克服此問題，電線制造商通常使用包含具有延展性的前驅(qū)體的復(fù)合電線來進行縮徑加工。對于內(nèi)錫法而言，包含Nb、Cu和Sn各自的合金。對于青銅法而言，在銅與錫的青銅基體中包含Nb。在兩種制造工序中，通常將線材縮徑加工到最終線徑并纏繞于熱處理前的螺線管或電纜上。即，Nb僅在熱處理期間與Sn反應(yīng)并形成脆的超導(dǎo)電鈮三錫化合物。

接著，詳細(xì)地說明上述作為前驅(qū)體的Nb₃Sn超導(dǎo)線材的制造方法，即青銅法和內(nèi)錫法。

專利文獻1中，公開了使用Cu-Sn-Zn母材和Nb合金芯的所謂的利用青銅法的線材制作技術(shù)。青銅法是指，通過使Cu中固溶了Sn的Cu-Sn或進一步固溶了第三元素的青銅母材與其中埋入的多根Nb芯進行擴散反應(yīng)，來生成Nb₃Sn相的方法。但是，此方法存在以下問題，在線材加工方面Sn向母材中的固溶比例被限制在15.5質(zhì)量％以下，難以增加Nb₃Sn體積，即難以提高每單位線材截面的臨界電流密度。另外，青銅法中還存在以下問題，由于在拉絲加工中會產(chǎn)生較大的Cu-Sn合金的加工固化，因此必須進行中間退火，從而導(dǎo)致制造成本增大等。

另一方面，內(nèi)錫法是指不使用Cu-Sn青銅，而在由純Cu或固溶了Sn以外元素的Cu合金母材與其中埋入的多根Nb芯和Sn芯構(gòu)成的前驅(qū)體線材中，通過熱處理使Cu合金與Sn反應(yīng)而先生成Cu-Sn相，接著通過已生成的Cu-Sn相與Nb進行擴散反應(yīng)而最終生成Nb₃Sn相的方法。另外，專利文獻2、3中，公開了使用內(nèi)錫法的Nb₃Sn超導(dǎo)線材的開發(fā)示例。

通過采用內(nèi)錫法代替上述的青銅法，解決了線材內(nèi)部的Sn摩爾比低的問題，使Nb₃Sn體積的增加變?yōu)榭赡堋５牵谝酝膬?nèi)錫法中存在以下課題，中央的Sn芯擴散到Cu母材后產(chǎn)生較大的空穴，會損害線材的機械性質(zhì)。